【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对位芳香族聚酰胺纤维，尤其涉及一种对位芳香族聚酰胺纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
1、芳纶纤维一般指芳香族聚酰胺纤维，是由芳香基团和酰胺基团组成的线性聚合物，它具有优异的力学性能，稳定的化学结构，理想的机械性质，具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻，耐磨损等优良性能。芳香族聚酰胺纤维包括间位和对位芳香族聚酰胺，其中间位芳香族聚酰胺纤维柔性高，结晶度低，具有耐热性、耐焰性及绝缘性，主要用于防火材料和防机械损伤。对位芳香族聚酰胺纤维的强度高，模量高，其拉伸强度是钢丝的6倍，拉伸模量是钢丝及玻纤的2-3倍，密度仅为钢丝的五分之一，已经被广泛应用于航天、军事装备、轮胎帘子线等领域。
2、芳族聚酰胺纤维柔性高、密度小，与树脂或其它聚合物制备出的复合材料还可用于防弹材料的应用。对位芳纶主要由对苯二甲酰氯（tpc）和对苯二胺（ppd）经过缩聚而成，合成方法包括界面缩聚法和低温溶液缩聚法，其中低温溶液缩聚法是目前工艺最成熟的合成芳纶纤维的方法。美国杜邦生产的kevlar纤维和日本帝人生产的twaron纤维均采用低温溶液缩聚法合成对位芳纶纤维。
3、jp1985055538b2公开了一种高聚合芳香族聚酰胺的制造方法，该技术方案通过聚合对苯二胺和对苯二甲酰氯和/或4,4'-联苯二甲酰氯来生产本体芳香族聚酰胺，将各反应组分加入聚合体系中，进行聚合反应，通过充分搅拌混合，得到比浓对数粘度为4以上的高聚合度芳香族聚酰胺。
4、cn1005721b公开了一种聚芳酰胺的聚合方法，该技术方案通过对苯
5、kevlar纤维和twaron纤维的分子结构单元中含有刚性苯环和极强性酰胺键，不易溶解在传统的有机溶剂中，聚合物必须经浓硫酸溶纺制备出高性能纤维。浓硫酸作为传统对位芳纶的纺丝溶剂，不仅对生产设备的耐腐蚀性提出了较高要求，而且也给生产人员的操作安全性带来极大挑战。为了避免使用强酸作为纺丝溶剂，研究人员发现通过在聚合物主链上引入第三单体，提高分子链柔顺性，降低分子链的规整性，降低结晶度，继而使对位型芳香族共聚酰胺稳定存在于聚合溶剂中，聚合原液可直接纺丝制备高性能纤维，无需使用浓硫酸进行纺丝。
6、cn104350190b公开了一种对位型全芳香族共聚酰胺拉伸纤维及其制造方法，将对位型全芳香族共聚酰胺溶液进行湿法纺丝或半干半湿法纺丝而得到对位型全芳香族共聚酰胺纤维，将该对位型全芳香族共聚酰胺纤维，在相对于对位型全芳香族共聚酰胺纤维的断裂张力为1%以上且不足20%的张力下，在50℃以上且450℃以下的温度下进行热拉伸。该专利技术的聚合工艺是一步法添加对苯二甲酰氯后直接加入碱性的无机化合物进行中和反应，在聚合过程中并没有通过添加其他碱性化合物移除体系中生成的氯化氢。
7、cn101611182b公开了一种含杂环芳香族聚酰胺纤维及其制备方法以及由该纤维构成的布帛和经该纤维补强的纤维强化复合材料，其在聚合反应结束后通过添加碱性的无机化合物例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙等进行中和反应，可稳定的获得3%-8%的均一聚合物溶液。
8、cn115873237a公开了一种芳纶iii连续聚合的方法和及其系统，所制备工艺并没有提及通过中和反应移除生成的氯化氢，而氯化氢的存在会对生产设备的安全性和聚合物溶液的稳定性造成影响。
9、对位芳纶纤维在聚合过程中产生的氯化氢会影响反应平衡，使制备的对位芳聚合度不高，不能满足制备高性能纤维或薄膜的要求，体系中存在的氯化氢还会与未反应的氨基成盐，降低端基活性，进而影响缩聚反应进程，而且大量氯化氢的长时间堆积也会对聚合设备造成腐蚀。
10、cn109400873a公开了一种制备高性能聚间苯二甲酰间苯二胺的连续聚合方法，包括预聚、中和、聚合、中和、过滤过程，其特征在于：所述聚合过程和中和过程均为两步，其中第一步中和采用氨气，第二步中和采用有机胺。
11、及时去除芳族聚酰胺原液合成过程中产生的酸，既解决了对生产设备的腐蚀性问题，还提高了芳族聚酰胺原液的聚合度，由此制得高性能的纤维或薄膜。
12、综上所述，对位芳纶纤维生产工艺中产生的氯化氢会对生产出的对位芳纶纤维的聚合产生影响，需要及时去除，因此，精进对位芳纶纤维的生产工艺，制备出高聚合度的对位芳香族聚酰胺原液，并由此制备出高强度的对位芳纶纤维，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提供一种对位芳香族聚酰胺纤维及其制备方法和应用，所述对位芳香族聚酰胺纤维的前驱体对位芳香族聚酰胺原液的聚合度高，分子量分布窄、粘度适中且均匀，由此制备出的对位芳香族聚酰胺纤维具有高拉伸强度、拉伸模量和断裂强度。
2、本专利技术提供一种对位芳香族聚酰胺纤维，所述对位芳香族聚酰胺纤维由对位芳香族聚酰胺原液通过干喷-湿法纺丝的方法制备得到，所述对位芳香族聚酰胺纤维的断裂强度为25-40cn/dtex，断裂伸长率为2-6%，拉伸模量500-1200cn/dtex；所述对位芳香族聚酰胺原液由多种二胺单体和对苯二甲酰氯发生聚合反应制备得到，在聚合反应过程中使用中和剂进行中和，所述对位芳香族聚酰胺原液的动态粘度为200-500pa·s，固含量为4.2-6.5%；所述对位芳香族聚酰胺原液中对位芳香族聚酰胺的重均分子量为31-52万，分子量分布为1.1-1.3；所述对位芳香族聚酰胺的结构通式为：
3、，其中r为或，m、n为正整数，且m：n为（1：1）-（1：2）。
4、进一步地，所述对位芳香族聚酰胺的反应机理如下：
5、，其中r为或，m、n为正整数，且m：n为（1：1）-（1：2）。
6、进一步地，所述多种二胺单体为对苯二胺和其他二胺单体。
7、进一步地，所述其他二胺单体为3,4’-二氨基二苯醚和5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑中的一种或几种。
8、进一步地，所述中和剂为氨气或二乙胺中的一种或两种。
9、本专利技术还提供一种所述对位芳香族聚酰胺纤维的制备方法，包括以下步骤：
10、步骤1、在氮气气氛下，将对苯二胺、其他二胺单体、助溶剂搅拌溶解在极性溶剂中，至完全溶解后冷却到冷却温度，得到二胺混合溶液；
11、步骤2、取熔融态的对苯二甲酰氯分为第一份对苯二甲酰氯和第二份对苯二甲酰氯，其中，以总的对苯二甲酰氯的质量为100%计算，所述第一份对苯二甲酰氯占总对苯二甲酰氯的90-98%，第二份对苯二甲酰氯占总对苯二甲酰氯的2-10%；
12、在搅拌条件下，将所述第一份对苯二甲酰氯加入到所述二胺混合溶液中进行反应，反应到达平衡后在室温下通入氨气，中和反应生成的氯化氢，过滤掉中和生成的氯化铵固体后，得到预聚原液；当所述第一份对苯二甲酰氯加入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种对位芳香族聚酰胺纤维，其特征在于，所述对位芳香族聚酰胺纤维由对位芳香族聚酰胺原液通过干喷-湿法纺丝的方法制备得到，所述对位芳香族聚酰胺纤维的断裂强度为25-40cN/dtex，断裂伸长率为2-6%，拉伸模量500-1200cN/dtex；所述对位芳香族聚酰胺原液由多种二胺单体和对苯二甲酰氯发生聚合反应制备得到，在聚合反应过程中使用中和剂进行中和，所述对位芳香族聚酰胺原液的动态粘度为200-500Pa·s，固含量为4.2-6.5%；所述对位芳香族聚酰胺原液中对位芳香族聚酰胺的重均分子量为31-52万，分子量分布为1.1-1.3；所述对位芳香族聚酰胺的结构通式为：
2.一种权利要求1所述对位芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述其他二胺单体包括3,4’-二氨基二苯醚和5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑中的一种或几种，所述对苯二胺与所述其他二胺单体的摩尔比为（1：1）-（1：2）。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述冷却温度为-8至
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述氨气与所述对苯二胺的摩尔比为（1：1）-（7：1），所述中和的时间为2-3h，中和至所述预聚原液的pH为6.0-7.0。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中所述二乙胺与所述对苯二胺的摩尔比为（1：30）-（5：6），所述中和反应的时间为0.5-1h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所述喷丝板的孔数为500-2000个、孔径为0.1-0.3mm，所述喷丝板与所述凝固浴的空气间隙为5-10mm，所述喷丝板的挤出速度为2-3m/min，喷丝头拉伸比为8-10。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所述洗涤的温度为60-90℃，洗涤的溶剂为去离子水，所述洗涤至所述纤维束表面的凝固浴的含量为1000-1500ppm。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所述热拉伸的过程分为第一阶段拉伸、第二阶段拉伸和第三阶段拉伸，所述第一阶段拉伸的温度为280-310℃，拉伸比为2-3倍，所述第二阶段拉伸的温度为350-390℃，拉伸比为5-7倍；所述第三阶段拉伸的温度为400-430℃，拉伸比为1.01-1.1倍；所述第一阶段拉伸、所述第二阶段拉伸和所述第三阶段拉伸的拉伸方向均为沿着所述纤维束的方向。
10.一种权利要求1所述对位芳香族聚酰胺纤维的应用，其特征在于，所述对位芳香族聚酰胺纤维用于制备防弹材料。
...【技术特征摘要】
1.一种对位芳香族聚酰胺纤维，其特征在于，所述对位芳香族聚酰胺纤维由对位芳香族聚酰胺原液通过干喷-湿法纺丝的方法制备得到，所述对位芳香族聚酰胺纤维的断裂强度为25-40cn/dtex，断裂伸长率为2-6%，拉伸模量500-1200cn/dtex；所述对位芳香族聚酰胺原液由多种二胺单体和对苯二甲酰氯发生聚合反应制备得到，在聚合反应过程中使用中和剂进行中和，所述对位芳香族聚酰胺原液的动态粘度为200-500pa·s，固含量为4.2-6.5%；所述对位芳香族聚酰胺原液中对位芳香族聚酰胺的重均分子量为31-52万，分子量分布为1.1-1.3；所述对位芳香族聚酰胺的结构通式为：
2.一种权利要求1所述对位芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述其他二胺单体包括3,4’-二氨基二苯醚和5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑中的一种或几种，所述对苯二胺与所述其他二胺单体的摩尔比为（1：1）-（1：2）。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述冷却温度为-8至0℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述氨气与所述对苯二胺的摩尔比为（1：1）-（7：1），所述中和的时间为2-3h，中和至所述预...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑武，商梦瑶，王昊宇，关振虹，江明，
申请(专利权)人：烟台泰和新材高分子新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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