一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法技术

本发明专利技术涉及聚丙烯腈制备技术领域，尤其涉及一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法，其包括以下具体步骤：S1、将称取的丙烯腈溶入有机溶剂中，得到混合溶液A；S2、将混合溶液A置于辐射瓶内，盖上瓶塞；S3、将辐射瓶置于

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法


[0001]本专利技术涉及聚丙烯腈制备
，尤其涉及一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯腈工业生产中应用最多的聚合方式是均相溶液聚合，其制备的聚丙烯腈分子量都在5万
‑
10万左右，通常只能被应用于普通腈纶制品领域；但是对于一些高
，例如碳纤维则需要高分子量的聚丙烯腈作为原料，其中VolojhinaA V研究过若想要获得高性能的碳纤维，则聚丙烯腈的重均分子量至少要大于10万；但是现有的聚丙烯腈采用的制备方法为化学法，但是化学法反应需要高温条件，导致自由基向溶剂的链转移常数增加，使得聚合产物分子量不高。同时化学法引发丙烯腈溶液聚合时需要向其中加入偶氮二异丁腈作为引发剂，残留的偶氮二异丁腈分解产物会对聚丙烯腈的热性能产生影响，现有的聚丙烯腈制备方法无法满足聚丙烯腈生产需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是针对
技术介绍
中存在的问题，提出一种高效、便捷、经济且环保的聚丙烯腈辐射溶液聚合方法。
[0004]本专利技术提供的技术方案为一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法，包括以下具体步骤：
[0005]S1、将称取的丙烯腈溶入有机溶剂中，得到混合溶液A；其中，丙烯腈和有机溶剂的质量比为1:4；
[0006]S2、将混合溶液A置于辐射瓶内，盖上瓶塞；
[0007]S3、将辐射瓶置于
60
Co源室中，在11Gy/min的剂量率下室温辐射照至吸收剂量为15～30kGy时取出辐照瓶，得到混合溶液B；混合溶液的粘度为80～250Pa
·
s；
[0008]S4、将混合溶液B倒入凝固浴中，沉淀得到聚合物C；
[0009]S5、将聚合物C烘干后得到聚合产物D，即为聚丙烯腈；
[0010]凝胶渗透色谱仪测得聚合产物D的数均分子量为8～12万，重均分子量为14～21万，分子量分布指数为1.6～1.8；
[0011]粘度法测得聚合产物D的重均分子量为13～19万。
[0012]优选的，S2中使用密封膜包覆瓶塞和瓶口处。
[0013]优选的，S5中对聚合物C干燥的方法为将聚合物C置于60℃的鼓风烘箱内保存10～14h。
[0014]优选的，S1中混合溶液A中还含有4
‑
乙烯基吡啶；丙烯腈和4
‑
乙烯基吡啶的总重量与有机溶剂的质量比为1:4；4
‑
乙烯基吡啶和丙烯腈的质量比为1:23～25。
[0015]优选的，S1中混合溶液A中还含有丙烯酸甲酯和衣康酸；丙烯腈、丙烯酸甲酯和衣康酸的总重量与有机溶剂的质量比为1:4；衣康酸、丙烯酸甲酯和丙烯腈的质量比为3：4:118～122。
[0016]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0017]本专利技术提供的聚丙烯腈辐射溶液聚合方法通过采用辐射的方式引发聚合反应，无需添加化学引发剂，不会引入杂质，制得的产物纯度更高，无需加热，在室温或更低的温度下即可进行，大大降低了自由基向溶剂的链转移常数，辐射引发聚合在反应后期具有聚合物之间的辐射效应，可有效提高产物的分子量；同时辐射引发聚合将会持续生成自由基并且均匀的分布于反应体系之中；
[0018]本专利技术采用溶液辐射聚合可以使得聚丙烯腈直接溶解于溶剂中，无需对聚丙烯腈进行二次溶解便可获得可直接用于溶液纺丝的纺丝液产品，大大简化了对于纺丝工艺的操作流程，值得推广；
[0019]本专利技术采用γ射线或者高能电子束进行聚合聚丙烯腈的聚合反应，解决了化学法聚合聚丙烯腈分子量不高，需对反应体系进行温度控制等缺点，所得聚丙烯腈共聚物具有高纯度、高分子量和窄分子量分布等特点。
附图说明
[0020]图1为实施例1
‑
3中聚合产物D经红外谱图检测后的对比图。
[0021]图2为实施例1
‑
3中聚合产物D经核磁共振氢谱检测后对比图。
[0022]图3为实施例1
‑
3中聚合产物D经凝胶渗透色谱仪检测后对比图。
[0023]图4为实施例1
‑
3中聚合产物D经粘度法检测后对比图。
具体实施方式
[0024]实施例1
[0025]本专利技术提出的一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法，包括以下具体步骤：
[0026]S1、称取50g丙烯腈溶入200g有机溶剂中，得到混合溶液A；
[0027]S2、将混合溶液A置于辐射瓶内，盖上瓶塞，再使用密封膜包覆瓶塞和瓶口处；密封膜选用Parafilm M封口膜；其中，辐射瓶选用石英材质制成的瓶子；
[0028]S3、将辐射瓶置于
60
Co源室中，在11Gy/min的剂量率下室温辐射照至吸收剂量为15.8kGy时取出辐照瓶，得到混合溶液B；混合溶液的粘度为86Pa
·
s；也可将辐射瓶置于能产生高能电子束的环境下，以高能电子束作为能量源引发聚合反应；
[0029]S4、将混合溶液B倒入凝固浴中，沉淀得到聚合物C；
[0030]S5、将聚合物C置于60℃的鼓风烘箱内保存12h后得到聚合产物D，即为聚丙烯腈；
[0031]称量聚合物溶液质量以及聚合产物D质量并计算产率，产率为87％；
[0032]在图1和图2中，2244cm
‑1处的吸收峰为氰基(
‑
C≡N)的特征吸收峰，氢谱中δ3.00～3.25ppm归属于与
‑
CN相连的
‑
CH基团中H原子化学位移，说明得到的产物为聚丙烯腈；
[0033]凝胶渗透色谱仪测得聚合产物D的数均分子量为8.4万，重均分子量为14.9万，分子量分布指数为1.77，如图3所示；
[0034]根据文献中聚丙烯腈溶液粘度与重均分子量的关系：[η]＝3.35
×
10
‑4M
w0.72
(JournalofPolymerSciencePartA
‑
1:PolymerChemistry,1968,6(1):147
‑
159)，粘度法测得聚合产物D的重均分子量为18.5万，如图4所示。
[0035]实施例2
[0036]本专利技术提出的一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法，包括以下具体步骤：
[0037]S1、称取48.055g丙烯腈以及1.945g4
‑
乙烯基吡啶共同溶入200g有机溶剂中，得到混合溶液A；
[0038]S2、将混合溶液A置于辐射瓶内，盖上瓶塞，再使用密封膜包覆瓶塞和瓶口处；密封膜选用ParafilmM封口膜；其中，辐射瓶选用石英材质制成的瓶子；
[0039]S3、将辐射瓶置于
60
Co源室中，在11Gy/min的剂量率下室温辐射照至吸收剂量为30kGy时取出辐照瓶，得到混合溶液B；混合溶液的粘度为250Pa
·
s；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、将称取的丙烯腈溶入有机溶剂中，得到混合溶液A；其中，丙烯腈和有机溶剂的质量比为1:4；S2、将混合溶液A置于辐射瓶内，盖上瓶塞；S3、将辐射瓶置于
60
Co源室中，在11Gy/min的剂量率下室温辐射照至吸收剂量为15～30kGy时取出辐照瓶，得到混合溶液B；混合溶液的粘度为80～250Pa
·
s；S4、将混合溶液B倒入凝固浴中，沉淀得到聚合物C；S5、将聚合物C烘干后得到聚合产物D，即为聚丙烯腈；凝胶渗透色谱仪测得聚合产物D的数均分子量为8～12万，重均分子量为14～21万，分子量分布指数为1.6～1.8；粘度法测得聚合产物D的重均分子量为13～19万。2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈辐射溶液聚合方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伟，杨仲田，葛学武，祝军，汪谟贞，石埕荧，孙锐，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：