芳香族聚碸醯胺纖維的製造方法
2023-04-23 22:44:46
專利名稱：芳香族聚碸醯胺纖維的製造方法
技術領域：
本發明涉及化學纖維製造業中一種耐高溫合纖-芳香族聚碸醯胺纖維的製造方法。
②背景技術芳香族聚碸醯胺纖維商品名芳碸綸，是一種以產業用為主的耐熱纖維。耐熱纖維通常是指可以在180℃以上長期使用，或在更高溫度下可瞬間使用的纖維。耐熱纖維代表品種有芳香族聚醯胺纖維、芳香族聚碸醯胺纖維、芳香族聚醯胺醯亞胺纖維、芳香族聚醯亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚醚醚酮纖維、嘧胺纖維等。目前以美國DuPont公司的芳香族聚醯胺纖維Nomex最具代表性。Nomex的聚合體原料為間苯二甲醯氯和間苯二胺。
Nomex和芳碸綸相比，有以下不足。(1)耐熱性和熱穩定性較低。Nomex在250℃和300℃的強力保持率分別為60％～65％和40％～45％，在350℃遭破壞；而芳碸綸在250℃和300℃時的強力保持率達70％和50％，350℃仍保持38％的強力。Nomex在250℃和300℃熱空氣中處理100h後強力保持率為78％和60％；芳碸綸則為90％和80％。(2)高溫下尺寸穩定性差，其沸水收縮率為3％，在300℃熱空氣中的收縮率達8％；而芳碸綸在上述兩種條件下的收縮率則分別為0.5％1％和2％。(3)阻燃性低於芳碸綸。Nomex的LOI值為28，而芳碸綸則為33。
芳碸綸生產方法的公開報導不多，目前我們發現報導較多的只有前蘇聯的相關文獻。
前蘇聯公開報導的芳碸綸的製造方法主要有以下兩篇。(1)前蘇聯《化學纖維》雜誌(1966，1，22～25題為《聚碸醯胺纖維的溶液紡絲成形過程》)的文章中提到芳香族聚碸醯胺纖維的製備。
原料芳族聚碸醯胺 用實驗室微型裝置製備。
工藝聚合溶劑為二甲基甲醯胺(DMF)；溶液濃度22％；凝固浴溫度20±1℃；
紡絲速度1.0m/mm；噴絲板孔數×孔徑100×0.08mm；噴絲頭拉伸20％；紡出新絲在凝固浴逗留時間30s；凝固浴採用水、一元醇、二元醇和三元醇，以及它們與二甲基甲醯胺的混合物。(2)前蘇聯《化學纖維》雜誌(1971，6，38～40題為《以芳香族聚碸醯胺為基的纖維的製取》)文章中提到芳香族聚碸醯胺纖維的製備採用低溫縮聚方法製備聚合物，聚合溶劑採用二甲基乙醯胺(DMAc)，紡絲液聚合物的含量為15％，通過溼法紡絲製備纖維，紡絲凝固浴採用二甲基甲醯胺和5％LiCl。
未發現有關工業化生產芳碸綸的報導。
③發明內容本發明的目的是建立一種工藝合理、生產過程符合環保要求、能製取高質量產品的芳香族聚碸醯胺纖維的製造方法。
本發明提出的芳香族聚碸醯胺纖維的製造方法包括紡絲漿液製備、溼法紡絲、後處理三個步驟，即以對苯二甲醯氯和二氨基二苯碸(4，4』-二氨基二苯碸及3，3』-二氨基二苯碸)為原料，使它們在極性醯胺溶劑-二甲基乙醯胺中進行縮聚反應，並加入無機鹼中和副產物氯化氫，製成聚合體含量為10％～20％的紡絲漿液，將製得的漿液進行溼法紡絲，隨之水洗、乾燥、熱拉伸製成芳香族聚碸醯胺纖維。
紡絲漿液製備過程的特徵如下將4，4』-二氨基二苯碸(4，4』-DDS)50％～95％和3，3』-二氨基二苯碸(3，3』-DDS)5％～50％(均為質量百分比)，溶解於二甲基乙醯胺(DMAc)中，冷卻至-20～5℃，再加入與二氨基二苯碸等摩爾的對苯二甲醯氯(TPC)，製成聚合體含量為10％～20％的紡絲漿液。加入TPC時，應控制加入速度，使反應溫度不超過50℃。聚合反應中會產生副產物氯化氫，可加入與二氨基二苯碸等摩爾的無機鹼將氯化氫中和，生成中性的無機鹽和水。上述無機鹼為氫氧化鈣或氧化鈣，加入的時間是在TPC全部加完繼續反應0.5～1h後。
溼法紡絲和後處理過程如下。在傳統溼法紡絲設備上將上述紡絲漿液經計量泵計量、過濾器過濾、從噴絲頭噴入凝固浴槽。凝固浴組成為DMAc40％～70％，CaCl20～10％，加水至100％(均為質量百分比)。凝固成絲後進入拉伸浴槽，拉伸浴組成為DMAc40％～60％，CaCl20％～10％，加水至100％(均為質量百分比)；在拉伸浴中30～100℃條件下拉伸1～3倍；隨後在50～70℃條件下水洗，並在200～250℃條件下乾燥處理，再經250～450℃的熱管拉伸1～2倍，最後用陽離子型油劑上油並卷繞成形，上油率為0.2％～0.8％。
本發明的優點是工藝相對合理，可利用現有紡絲設備，生產中產生的氯化氫及時被中和，符合環保要求，製得的芳碸綸纖維許多質量優於Nomex。
④具體實施方式
取3，3』-DDS 7.542kg，4，4』-DDS 22.624kg，放入裝有375L DMAc的聚合釜中，攪拌至完全溶解。溶解後用冷凍水將釜內溶液冷卻至-5℃，緩慢加入TPC24.664kg，加入時使釜內溫度不超過50℃。TPC加完後撤去冷凍水，繼續反應0.5h，再加入6.813kgCaO，以中和縮聚反應中生成的副產物HCl，攪拌使HCl和CaO完全中和生成CaCl2和水。CaCl2不必析出，它可溶解於DMAc中，並能改善聚合體的溶解性能，得到聚二氨基二苯碸對苯二甲醯胺含量為13％的紡絲漿液。
在傳統溼法紡絲設備上紡絲。將上述漿液真空脫泡，並升溫至70℃，經計量泵計量，過濾器過濾後，漿液由孔徑為0.07mm、孔數為1000孔的噴絲頭擠出，進入凝固浴。凝固浴組成為DMAc60％，CaCl23％，H2037％(均為質量百分比)；凝固浴溫度為10～15℃，絲條以3m/min的速度引出。然後絲條在90℃塑化拉伸浴中拉伸2.5倍。塑化拉伸浴的組成為DMAc40％，CaCl22％，H2O58％(均為質量百分比)。然後在60℃下水洗，250℃條件下乾燥，再用400℃熱管拉伸1.1倍。最後用陽離子型油劑上油，上油率0.5％，隨後卷繞成形。
製得芳碸綸纖維主要性能與Nomex的性能對比見下表。
芳碸綸用途廣泛，凡用Nomex纖維的領域均可用芳碸綸取代，某些耐熱性和阻燃性要求更高而Nomex無法滿足的領域也可用芳碸綸。
主要用途1.防護製品太空衣、飛行通風服、特種軍服、軍用篷布、消防服、消防戰鬥服、爐前工作服、電焊工作服、森林工作服、均壓服、防輻射工作服、化學防護服、高壓屏蔽服、賓館用紡織品及救生通道、防火簾、兒童睡衣及床上用品等。
2.過濾材料煙道除塵過濾袋、化工濾布、稀有金屬回收袋、熱氣體過濾軟管等。
3.電絕緣材料電極絕緣材料、變壓器絕緣材料、防電暈絕緣板、絕緣無紡布、絮片和氈、印刷電路板等。
4.蜂窩結構材料飛機夾層材料、賽艇夾層材料、隔音隔熱和自熄材料、護牆材料、複合材料等。
5.代石棉製品摩擦材料、墊片盤根等密封材料。
其它工業織物耐熱輸送帶、造紙和印染用襯布和毛毯、纜繩、熨燙臺布裝飾材料、體育用品、揚聲器、複印機清潔氈、塗層織物等。
權利要求
1.芳香族聚碸醯胺纖維的製造方法，包括紡絲漿液製備、溼法紡絲、後處理三個步驟，其特徵在於將4，4』-二氨基二苯碸(4，4』-DDS)50％～95％和3，3』-二氨基二苯碸(3，3』-DDS)5％～50％(均為質量百分比)，溶解於二甲基乙醯胺(DMAc)中，冷卻至-20～-5℃，再加入與二氨基二苯碸等摩爾的對苯二甲醯氯(TPC)，製成聚合體含量為10％～20％的紡絲漿液。
2.如權利要求1所述的製造方法，其特徵在於加入TPC的速度應控制在使反應溫度不超過50℃。
3.如權利要求1或2所述的製造方法，其特徵在於在TPC加完並繼續反應0.5～1h後加入與二氨基二苯碸等摩爾的無機鹼。
4.如權利要求3所述的製造方法，其特徵在於所述無機鹼為氫氧化鈣和氧化鈣。
5.如權利要求1所述的製造方法，將所述製成的紡絲漿液經計量、過濾、從噴絲頭噴入凝固浴槽，其特徵在於凝固浴組成為DMAc40％～70％，CaCl20％～10％，加水至100％(均為質量百分比)。
6.如權利要求5所述的製造方法，經凝固成絲後絲束進入拉伸浴槽，其特徵在於所述拉伸浴的組成為DMAc40％～60％，CaCl20％～10％，加水至100％(均為質量百分比)。
7.如權利要求6所述的製造方法，其特徵在於在所述拉伸浴的溫度為30～100℃條件下拉伸1～3倍。
8.如權利要求7所述的製造方法，其特徵在於拉伸1～3倍後的絲束在50～70℃條件下水洗，並在200～250℃條件下乾燥，再經250～450℃熱管拉伸1～2倍。
9.如權利要求8所述的製造方法，其特徵在於熱管拉伸1～2倍後絲束用陽離子型油劑上油並卷繞成形。
10.如權利要求9所述的製造方法，其特徵在於陽離子型油劑的上油率為0.2％～0.8％。
全文摘要
化學纖維製造業中芳香族聚碸醯胺纖維的製造方法,包括紡絲漿液製備、溼法紡絲、後處理三個步驟。漿液製備過程為:將4,4』－二氨基二苯碸和3,3』－二氨基二苯碸溶解於二甲基乙醯胺中,冷卻至－20～－5℃後加入與二氨基二苯碸等摩爾的對苯二甲醯氯,製成聚合體含量為10%～20%的紡絲漿液。製備中產生的氯化氫用無機鹼中和。溼法紡絲的凝固浴組成和拉伸浴組成為二甲基乙醯胺、CaCl
文檔編號D01F6/58GK1389604SQ02136060
公開日2003年1月8日 申請日期2002年7月16日 優先權日2002年7月16日
發明者汪曉峰, 管寶瓊, 汪海峰, 張金成, 楊昕 申請人:上海紡織控股(集團)公司, 上海市紡織科學研究院, 上海市合成纖維研究所