一種防紫外pbo纖維的製備方法
2023-09-19 04:09:05
專利名稱：一種防紫外pbo纖維的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種PBO纖維，具體涉及一種防紫外PBO纖維的製備方法。
背景技術：
20世紀80年代，美國為發展航天航空，開發了一種複合材料用增強材料——聚對苯撐苯並雙二惡唑纖維，簡稱PBO纖維。PBO纖維具備高強度、高模量等優良的力學性能，還具備優良的耐熱性、阻燃性等性能，被稱為21世紀超級纖維，對發展航空航天、國防軍事和體育用品等領域有著重要的不可替代的作用。然而，PBO纖維的紫外光穩定性較差，在紫外光較長時間照射下，其力學性能會有較大程度的降低。因此，一些添加抗紫外添加劑的PBO纖維製備方法被陸續提出。如專利CN200810032210.3公開了一種在PBO纖維製備中添加納米TiO2的製備方法，用以提高PBO纖維的耐紫外性能。專利CN201010255580.0公開了一種在PBO纖維製備中添加2，2』 -(I, 2-乙烷二基)雙(4，1-亞苯基)雙苯並惡唑和2-(2-羥基-5-甲基苯基)苯並三唑的製備方法，用以提高PBO纖維的耐紫外性能。上述方法均在一定程度上提高了 PBO纖維的耐紫外性能，但由於抗紫外添加劑的加入量較大，使PBO纖維的拉伸強度等力學性能有所降低。
發明內容
為解決上述現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種防紫外PBO纖維的製備方法，該方法所得的PBO纖維防紫外性能提高較大，同時PBO纖維的力學性能也有較大提聞。本發明是通過以下技術方案實現:
一種防紫外PBO纖維的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟:
a、預聚:在氮氣保護條件下，將4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)、對苯二甲酸(TA)、五氧化二磷(P205)、多聚磷酸(PPA)加入反應釜中，加熱並在0.3-1.0MPa, 100_120°C條件下反應6-9小時，撤去反應釜內壓力並脫除反應過程中產生的HCl ；
b、添加防紫外添加劑:繼續在反應釜中加入預先混合均勻的多聚磷酸(PPA)、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的混合液，在145-160°C和30-90Pa的真空條件下反應7-9小時；
C、紡絲:將步驟b得到的反應產物加入雙螺杆擠出機擠出，採用幹噴溼紡工藝製備得到防紫外PBO纖維；
其中，各種原料的重量份數如下:
4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽DAR0.09 0.1份
對苯二甲酸TA0.07 0.08份
五氧化二磷P2O50.2 0.4份
多聚磷酸PPA0.4 0.5份 多聚磷酸PPA、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇PTMG的混合液0.06 0.1份。本發明所提供的2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯並三唑購於上海泛柯生化試劑有限公司，商品名稱為UV-326。本發明所提供的聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)購於鹽城市華大化工有限公司，分子量為 2000。本發明所提供的多聚磷酸(PPA)、2-(2_羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)_5_氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑的重量百分比為0.5 1.5%，聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的重量百分比為I 3%。如上所述多聚磷酸(PPA)、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)_5_氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇的質量比優選為1:1 3。本發明所述的防紫外PBO纖維製備方法中，防紫外添加劑的加入量較小，控制2- (2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑在聚合物中的質量百分比為0.04%
0.11%，且控制聚四氫呋喃醚二醇的在聚合物中的質量百分比為0.07% 0.27%，所製備得到的PBO纖維的防紫外性能有較大的提高，同時也很好地保證了 PBO纖維本身的結構不被破壞。本發明同時加入2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇，兩者有很好的協同作用，能夠較大地提高PBO纖維的強度和防紫外性能，單獨加入這兩種添加劑中的任何一種，均不能較好地改善PBO纖維的強度和防紫外性能。本發明與現有技術相比，具有如下優點:
本發明採用2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇共用，具有較好的協同作用，並控制其加入量在一定的範圍內，所生產的PBO纖維的防紫外性能有較大的提高，很好地保證了 PBO纖維本身的結構不被破壞；而且本發明所採用的2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇中存在大量的極性-OH和-NH基團，使其與PBO聚合物間有著較強的氫鍵作用，從而形成了一個穩定的結構，使所生產的PBO纖維拉伸強度等力學性能有較大的提高。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
來進一步說明本發明，以下實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受下述實施例的限制。對比例I
在帶有雙螺旋攪拌器的5L反應釜中，依次加入213.1g的4，6- 二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)、1065.5gP205質量濃度為83%的多聚磷酸(ΡΡΑ)、596.78的？205、170.5g的平均粒徑為4微米的對苯二甲酸(TA)，密閉反應釜，通入氮氣保護，開動攪拌，加熱並在0.5MPa、115°C條件下反應8小時，撤去反應釜內壓力並脫除反應過程中產生的HC1，在155°C和35Pa的真空條件下繼續反應8小時；
將得到的PBO預聚溶液加入雙螺杆擠出機中，採用噴絲孔直徑為Φ25πιπι、噴絲孔數為32的噴絲板於180°C條件下進行紡絲，紡絲過程中卷繞速度最高為55m/min。所得纖維水洗後在105°C真空烘箱中乾燥lh。得到的PBO纖維纖度為4.7dtex,拉伸強度為3.5GPa，斷裂伸長為4.8%。將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為50%。實施例1
在氮氣保護條件下，將213.1g的4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)、1065.5gP205質量濃度為83%的多聚磷酸(PPA)、596.7g的P205、170.5g的平均粒徑為4微米的對苯二甲酸(TA)加入反應釜中，加熱並在0.5MPa、115°C條件下反應8小時，撤去反應釜內壓力並脫除反應過程中產生的HCl ；
繼續加入多聚磷酸、2.4g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和1.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共160g，使2- (2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑的加入量在聚合物中的質量百分比為0.11%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質量百分比為0.07%，在155°C和35Pa的真空條件下繼續反應8小時；
將得到的反應產物加入雙螺杆擠出機中，採用噴絲孔直徑為Φ25πιπι、噴絲孔數為32的噴絲板於180°C條件下進行紡絲，紡絲過程中卷繞速度最高為60m/min，得到的PBO纖維纖度為4.6dtex,拉伸強度為4.8GPa，斷裂伸長為5.0%。將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為89%。實施例2
採用實施例1所述的方法進行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區別的是在完全脫去HCl後,在聚合反應爸中加入多聚憐酸、2.4g2- (2-輕基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和3.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共180g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯並三唑的加入量在聚合物中的質量百分比為0.11%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質量百分比為0.16%。紡絲過程中卷繞速度最高為65m/min，得到的PBO纖維纖度為4.5dtex，拉伸強度為5.lGPa，斷裂伸長為5.0%。將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為96%。實施例3
採用實施例1所述的方法進行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區別的是在完全脫去HCl後，在聚合反應釜中加入多聚磷酸、2.4g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和6.0g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共200g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯並三唑的加入量在聚合物中的質量百分比為0.11%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質量百分比為0.27%。紡絲過程中卷繞速度最高為60m/min，得到的PBO纖維纖度為4.3dtex，拉伸強度為5.0GPa,斷裂伸長為4.9%。將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為95%。實施例4
採用實施例1所述的方法進行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區別的是在完全脫去HCl後，在聚合反應釜中加入多聚磷酸、0.8g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和6.0g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共160g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯並三唑的加入量在聚合物中的質量百分比為0.04%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質量百分比為0.27%。紡絲過程中卷繞速度最高為70m/min，得到的PBO纖維纖度為4.6dtex，拉伸強度為4.8GPa，斷裂伸長為4.8%。
將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為91%。實施例5
採用實施例1所述的方法進行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區別的是在完全脫去HCl後，在聚合反應釜中加入多聚磷酸、0.8g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和1.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共16(^，使2-(2-羥基-3-特丁基-5_甲基苯基)-5_氯苯並三唑的加入量在聚合物中的質量百分比為0.04%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質量百分比為0.07%。紡絲過程中卷繞速度最高為70m/min，得到的PBO纖維纖度為4.6dtex，拉伸強度為4.5GPa，斷裂伸長為4.8%。將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為83%。實施例6
採用實施例1所述的方法進行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區別的是在完全脫去HCl後，在聚合反應釜中加入多聚磷酸、1.6g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和6.0g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共180g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯並三唑的加入量在聚合物中的質量百分比為0.07%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質量百分比為0.27%。紡絲過程中卷繞速度最高為65m/min，得到的PBO纖維纖度為4.7dtex，拉伸強度為4.9GPa，斷裂伸長為4.7%。將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為94%。實施例7
採用實施例1所述的方法進行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區別的是在完全脫去HCl後，在聚合反應釜中加入多 聚磷酸、1.6g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和3.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共180g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯並三唑的加入量在聚合物中的質量百分比為0.07%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質量百分比為0.16%。紡絲過程中卷繞速度最高為65m/min，得到的PBO纖維纖度為4.7dtex，拉伸強度為5.1GPa,斷裂伸長為4.9%。將該PBO纖維在紫外光下照射100小時後，其強度保持率為96%。
權利要求
1.一種防紫外PBO纖維的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: a、預聚:在氮氣保護條件下，將4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對苯二甲酸、五氧化二磷、多聚磷酸加入反應釜中，加熱並在0.3-1.0MPa、100-120°C條件下反應6_9小時，撤去反應釜內壓力並脫除反應過程中產生的HCl ； b、添加防紫外添加劑:繼續在反應釜中加入預先混合均勻的多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液，在145-160°C和30-90Pa的真空條件下反應7-9小時； C、紡絲:將步驟b得到的反應產物加入雙螺杆擠出機擠出，採用幹噴溼紡工藝製備得到防紫外PBO纖維； 其中，各種原料的重量份數如下: 4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽0.09 0.1份 對苯二甲酸0.07 0.08份 五氧化二磷0.2 0.4份 多聚磷酸0.4 0.5份 多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液0.06 0.1份。
2.根據權利要求1所述的防紫外PBO纖維的製備方法，其特徵在於:所述多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑的重量百分比為0.5 1.5%，聚四氫呋喃醚二醇的重量百分比為I 3%。
3.根據權利要求1所述的防紫外PBO纖維的製備方法，其特徵在於:所述多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇的質量比為1:1 3。
全文摘要
本發明公開了一種防紫外PBO纖維的製備方法，包括如下步驟在氮氣保護條件下，將4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對苯二甲酸、五氧化二磷、多聚磷酸加入反應釜中，加熱並在0.3-1.0MPa、100-120℃條件下反應6-9小時，撤去反應釜內壓力並脫除反應過程中產生的HCl；然後加入預先混合均勻的多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯並三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液，在145-160℃和30-90Pa的真空條件下反應7-9小時；然後將反應產物加入雙螺杆擠出機擠出，採用幹噴溼紡工藝製備得到防紫外PBO纖維。本發明所製備得到的PBO纖維防紫外性能有較大的提高，同時也較大的提高了其拉伸強度等力學性能。
文檔編號D01F1/10GK103160950SQ201110409740
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者雷震, 宋威, 王鵬, 辛偉, 曹民, 曾祥斌, 蔡彤旻 申請人:金髮科技股份有限公司, 上海金髮科技發展有限公司