離子液體和採用該離子液體製備全芳香族合成纖維的方法
2023-05-18 10:43:11 1
專利名稱：離子液體和採用該離子液體製備全芳香族合成纖維的方法
技術領域：
本發明涉及一種全芳香族合成纖維及其製備方法，特別涉及製備全芳香族合成纖維過程中的溶劑。
背景技術：
全芳香族合成纖維具有高強度、高模量、耐高溫的特性，是國防軍工和特種工業的重要材料。
全芳香族聚合物屬於剛性棒狀高分子，大分子間內聚能較大，難於溶解，僅能在強酸或極性很強的有機溶劑中溶解。美國專利3767756和5296185分別公開了聚對苯二甲醯對苯二胺和聚對苯撐苯並雙口惡唑在強酸中的溶解和紡絲成形方法。中國專利CN87101052A公開了一種以二甲基乙醯胺和氯化鋰為溶劑製備聚對苯甲醯胺纖維的方法。
強酸有很大的腐蝕性，給工業生產的設備和操作帶來很多不便，同時溶解時容易造成大分子的降解；而採用傳統的有機溶劑，一方面有機溶劑的揮發性對環境和操作人員造成很大危害，回收利用成本較高，另一方面為了提高全芳香族聚合物在有機溶劑中的溶解性，往往需要在有機溶劑中添加無機物如LiCl，而LiCl的加入同樣容易引起大分子的降解。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是公開一種用於全芳香族合成纖維製備的離子液體以及採用該離子液體製備全芳香族合成纖維的方法，以克服現有技術存在的上述缺陷。
本發明的離子液體由陽離子和陰離子組成；所說的陽離子包括下列陽離子中的一種
或 烷基咪唑離子烷基吡啶離子其中R1，R3，R4，R5和R6可以相同，也可以不同，它們分別代表H或C1～C8的烷基；所說的陰離子包括Cl-、BF4-、PF4-、CF3SO3-、CF3COO-、(CF3SO2)2N-或(CF3SO2)2C-的一種；該離子液體可採用WO95.21871和WO96.18459文獻公開的方法進行製備。
採用上述離子液體製備全芳香族合成纖維的方法包括如下步驟(1)紡絲溶液的製備將全芳香族聚合物與離子液體混合，在20～40℃下溶脹0.5～2小時，然後於60～120℃下攪拌溶解4～10小時，形成均勻的紡絲溶液；所說的全芳香族聚合物包括全芳香族聚醯胺、全芳香族雜環聚合物或其共聚物，優選聚間苯二甲醯間苯二胺或聚苯並咪唑；全芳香族聚合物在離子液體中的重量百分比濃度為10～25％；(2)溶液紡絲採用常規的方法溶液紡絲，其中，凝固浴由水和離子液體組成，凝固浴中離子液體濃度為30～50％，溫度為30～60℃，紡絲速度為20～40m/min，液晶紡絲溶液噴頭拉伸1.5～6倍，根據需要製備長絲、短絲；普通紡絲溶液凝固成形後進行8～12倍的超高倍拉伸製備長絲或短絲。
本發明以離子液體為溶劑，製備全芳香族合成纖維。本發明的全芳香族合成纖維是指能夠溶解在離子液體中形成紡絲溶液的所有全芳香族聚醯胺、全芳香族雜環聚合物及其共聚物，本發明中實例以聚間苯二甲醯間苯二胺和聚苯並咪唑為例，但並不限於這兩者，任何其它能夠溶解在離子液體中形成紡絲溶液的全芳香族聚合物同樣適用。
所獲得的纖維強度＞2GPa，模量＞40GPa。可用於耐高溫紡織品、高溫過濾材料、複合材料用增強纖維等。
本發明的優點在於所採用的溶劑為離子液體，無毒、無揮發性，有利於環境保護和操作人員健康，凝固劑為水，同樣是綠色溶劑，有利於環境保護，凝固浴由水和離子液體組成，離子液體無揮發性，易於回收，離子液體溶解能力強，溶解度大，適用於多種全芳香族聚合物。
具體實施例方式
實施例1將質量百分數為19％的聚間苯二甲醯間苯二胺與離子液體混合均勻，在溫度25℃的條件下溶脹1小時後，升溫至80℃溶解5小時，形成均勻的溶液，經過濾、脫泡後進行溶液紡絲，凝固浴由水和質量百分數為35％的離子液體組成，溫度為40℃，紡絲速度為25m/min，噴頭拉伸3倍，水洗烘乾後，纖維強度為2.8GPa，模量為78GPa。其中離子液體的結構通式如下 實施例2將質量百分數為22％的聚苯並咪唑與離子液體混合均勻，在溫度80℃的條件下溶脹0.5小時後，升溫至95℃溶解4小時，形成均勻的溶液，經過濾、脫泡後進行溶液紡絲，凝固浴由水和質量百分數為40％的離子液體組成，溫度為50℃，紡絲速度為20m/min，噴頭拉伸4倍，水洗烘乾後，纖維強度為2.2GPa，模量為67GPa。其中離子液體的結構通式如下
權利要求
1.用於全芳香族合成纖維製備的離子液體，由陽離子和陰離子組成；所說的陽離子包括下列陽離子中的一種 或 烷基咪唑離子 烷基吡啶離子其中R1，R3，R4，R5和R6可以相同，也可以不同，它們分別代表H或C1～C8的烷基；所說的陰離子包括Cl-、BF4-、PF4-、CF3SO3-、CF3COO-、(CF3SO2)2N-或(CF3SO2)2C-的一種。
2.採用權利要求1所述的離子液體製備全芳香族合成纖維的方法，其特徵在於包括如下步驟將所述全芳香族聚合物與離子液體混合，形成均勻的紡絲溶液；然後採用常規的方法溶液紡絲。
3.根據權利2所述的方法，其特徵在於，溶液紡絲的凝固浴由水和離子液體組成，凝固浴中離子液體濃度為30～50％。
4.根據權利2所述的方法，其特徵在於，溫度為30～60℃。
5.根據權利2所述的方法，其特徵在於，紡絲速度為20～40m/min。
6.根據權利2所述的方法，其特徵在於，紡絲溶液噴頭拉伸1.5～6倍。
7.根據權利2所述的方法，其特徵在於，普通紡絲溶液凝固成形後進行8～12倍的超高倍拉伸製備長絲或短絲。
8.根據權利2所述的方法，其特徵在於，將所述全芳香族聚合物與離子液體混合，在20～40℃下溶脹0.5～2小時，然後於60～120℃下攪拌溶解4～10小時。
9.根據權利2～8任一項所述的方法，其特徵在於，所說的全芳香族聚合物包括全芳香族聚醯胺、全芳香族雜環聚合物或其共聚物；全芳香族聚合物在離子液體中的重量百分比濃度為10～25％。
10.權利要求1所述的離子液體在製備全芳香族合成纖維中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種以離子液體為溶劑製得的全芳香族合成纖維及其製備方法，主要特徵是將全芳香族聚合物在離子液體中進行溶解，然後進行溶液紡絲。本發明的優點在於所採用的溶劑為離子液體，無毒、無揮發性，有利於環境保護和操作人員健康，凝固劑為水，同樣是綠色溶劑，有利於環境保護，凝固浴由水和離子液體組成，離子液體無揮發性，易於回收，離子液體溶解能力強，溶解度大，適用於多種全芳香族聚合物。
文檔編號D01F1/02GK1706996SQ20041002495
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月7日 優先權日2004年6月7日
發明者張玉梅, 趙婷婷, 王華平 申請人:東華大學