制备间位芳纶纤维的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备间位芳纶纤维的方法，包括：i)以间苯二胺和间苯二甲酰氯为原料，通过聚合反应、中和反应和纺丝等工艺步骤，其特征在于在中和反应时所述中和剂的加入量只足够与部分氯化氢进行中和反应，制得的纺丝原液含有中和反应生成的盐和部分未被中和的氯化氢。本发明专利技术的方法生产流程较短，不仅中和剂用量较少，节约了原料成本和生产能耗，而且使成品纤维的灰分显著降低，提高了制备的间位芳纶纤维的电绝缘性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备间位芳纶纤维方法，该方法具有缩短生产流程、提高生产效率和节约生产成本等优点。属于合成纤维制造领域。
技术介绍
芳香族聚酰胺纤维也称芳纶，这种聚酰胺纤维是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维，主要品种有聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。其中聚间苯二甲酰间苯二胺由于分子主链上的间位苯环与酰胺键形成共轭结构和分子间的氢键作用，因而具有优异的持久的热稳定性、骄人的阻燃性和极佳的电绝缘性，应用于制作特种防护服，高温过滤材料和蜂窝阻燃材料等方面。目前，制备聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的一种方法是界面聚合后得到粉末形式的聚合体，再将聚合体粉添加助溶剂(即盐)重新溶解于酰胺溶剂再纺丝，例如美国专利 US3, 640，970，该方法间歇操作，较难得到稳定的浆液。另一种制备聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的方法是低温溶液聚合，在酰胺类溶剂中在较低温度下聚合制备聚间苯二甲酰间苯二胺，聚合副产物氯化氢在溶液中被中和后，包含中和生成盐的聚合物溶液可以直接用于干法纺丝，例如美国专利US3，063，966。该种方法由于含有高浓度的盐，如使用湿法纺丝不能得到高机械强度的纤维，所以只能使用干法纺丝。另外，也尝试了不同种类的中和剂来中和聚合副产物氯化氢，如中国专利 CN1341169A，其采用的中和剂中和生成一种不溶于聚合溶剂的盐，并通过过滤除掉，此法可以制得低含盐的聚合物溶液，但是聚合物粘度较大，过滤比较困难，而且过滤会浪费大量的聚合物浆液，生产步骤也比较复杂。中国专利申请CN101285214A公开了一种湿法纺制芳纶1313纤维的方法，包括间苯二胺MPD和间苯二甲酰氯IPC预聚合，得到的预聚物过滤后经双螺杆挤出机挤出，然后以氢氧化钙完全地中和预聚合生成的氯化氢，获得纺丝原液，再将纺丝原液进行湿法纺丝，得到成品纤维。中国专利技术专利CN100455706C公开了一种聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液的制备方法，该方法包括由间苯二胺和间苯二甲酰氯在低温下于酰胺类极性有机溶剂中进行聚合反应，然后用碱土金属化合物中和聚合反应生成的氯化氢，生成能溶解于反应体系的碱土金属氯化物。包括上述方法在内的现有技术都有一个共同之处，即中和反应是要完全中和聚合反应，生成的副产物氯化氢，以使氯化氢全部地被除去。这样做的目的是避免含有盐酸的纺丝原液在被输送至纺丝工序之前发生降解，但其结果是纺丝原液含有大量的中和反应生成的盐。众所周知，盐的存在对成品纤维的性质有很大的影响，包括造成纤维的绝缘性较低， 并且导致纤维的灰度增大。因此，需要对纤维进行彻底水洗除去盐，但重复地水洗不但消耗大量的水，浪费资源和延长生产过程，而且通过水洗把盐从纤维中去除的效果是有限的。3本专利技术针对上述问题，提出一种有效缩短生产流程并节约大量生产成本的。根据本专利技术的方法，获得的纺丝原液含有较少量的盐，容易通过简单的水洗操作把盐基本上除去，节约了原料成本和生产能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备间位芳纶纤维方法，所述的制备方法具有缩短生产流程、提高生产效率和节约生产成本等优点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种，以间苯二胺和间苯二甲酰为原料，通过湿法纺丝的聚合、中和和纺丝等，所述方法包括以下步骤i)由间苯二胺和间苯二甲酰氯在酰胺类极性有机溶剂中进行低温溶液聚合反应， 生成聚间苯二甲酰间苯二胺聚合物溶液和氯化氢；ii)通过中和剂与步骤i)中生成的氯化氢在双螺杆挤出机中进行中和反应，制成聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝原液；iii)在步骤ii)中制得的纺丝原液通过双螺杆挤出机挤出并经喷丝头后在凝固浴中凝固为丝束，得到间位芳纶初生纤维；以及iv)使步骤iii)得到的间位芳纶初生纤维至少水洗一次，并且进行干燥和拉伸， 得到成品间位芳纶纤维；其中，在步骤ii)中，所述中和剂的加入量只足够与部分氯化氢进行中和反应，所述制得的聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝原液含有中和生成盐和剩余的氯化氢。在本专利技术一优选实施例中，所述酰胺类极性有机溶剂是N，N-二甲基乙酰胺或 N-甲基吡咯烷酮，所述中和剂是氢氧化钙或氧化钙。较佳地，在步骤ii)中，氢氧化钙或氧化钙的加入量是中和反应等摩尔反应比的5% -50%，更好地，氢氧化钙或氧化钙的加入量是中和反应等摩尔反应比的25% -35%。在步骤ii)中，所述中和剂的加入量随所述聚间苯二甲酰间苯二胺聚合物溶液的流量随时进行调节，保证所述中和剂按照规定的比例加入。在所述双螺杆挤出机后连接计量泵，所述含有氯化氢和盐的纺丝原液由所述计量泵计量后经喷丝头挤出进入所述凝固浴中。在步骤ii)中制得的纺丝原液含有聚间苯二甲酰间苯二胺18. 86-19. 37%，盐酸 1.45-2. 82%，氯化钙0. 45-4. 40%，水0. 15-1. 43%，其余为N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。在步骤ii)中制得的纺丝原液的温度为20_80°C，较佳地40-50°C。在本专利技术一实施例中，所述双螺杆挤出机为分段式夹套设计，在所述夹套前段通入常温水(例如 20-25°C)与中和反应放出的热进行热交换，达到降温的目的。在所述夹套后段则通入恒温水以确保所述纺丝原液保持在上述所需的温度范围内，即20-80°C，较佳地40-50°C。恒温水的温度可以对应于纺丝原液的温度，例如30-80°C，较佳地40-50°C。根据本专利技术，所述凝固浴含有30-70% N, N-二甲基乙酰胺、10-20%氯化I丐，其余为水，并且凝固浴的温度为o-io°c。由于本专利技术的方法采用了部分中和聚合反应生成的氯化氢，制得的纺丝液含有相对较少的盐，反而含有较多的盐酸。由于盐酸是极易被除去的，而少量的盐通过水洗工序也可容易地被除去，所以节省了大量的原料成本和去除盐所需的水量，又确保成品纤维的灰度较低。另外，本专利技术把纺丝工序设在双螺杆挤出机的附近，并且在双螺杆挤出机后直接连接计量泵。这样，在双螺杆挤出机进行中和反应后得到的纺丝原液经过计量泵立即被送去纺丝，防止了纺丝原液由于含有盐酸而发生降解。此外，由于计量泵直接与双螺杆挤出机连接，因此缩短了生产流程。实践已经证明，本专利技术含有盐的纺丝原液对制得的成品纤维的性质没有影响。以下将具体实施例对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明， 以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。具体实施例方式作为示例说明，本专利技术以间苯二胺(MPD)和间苯二甲酰氯(IPC)为原料通过湿法纺丝制备聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，一般地包括聚合、中和以及纺丝步骤。在聚合步骤中，由间苯二胺和间苯二甲酰氯在酰胺类极性有机溶剂中进行低温溶液聚合，反应生成聚间苯二甲酰间苯二胺聚合物和副产物氯化氢。中和反应在双螺杆挤出机中进行，将聚合步骤得到的聚间苯二甲酰间苯二胺聚合物溶液精确计量送入双螺杆挤出机中，然后将中和剂按照比例精确计量并加入双螺杆挤出机中，中和反应生成盐，制得含HCL和中和生成盐的纺丝原液。在纺丝步骤中，将中和步骤得到的纺丝原液直接由双螺杆挤出机挤出到计量泵， 经设置在双螺杆挤出机附近的喷丝头挤出丝束，把丝束送到凝固浴，得到间位芳纶初生纤维。间位芳纶初生纤维经过第一道水洗、第二道水洗，干燥和拉伸，得到间位成品纤维。本专利技术的特征在于聚间苯二甲酰间苯二胺聚合完成后，只中和部分生成的氯化氢，例如中和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟洲，
申请(专利权)人：钟洲，
类型：发明
国别省市：