CN100395387C - 一种聚丙烯腈浆粕的制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯腈浆粕的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，包括如下步骤：将分子质量为30000～100000的聚丙烯腈粉末在极性有机溶剂中完全溶解，配制成均匀的浆液，其中聚丙烯腈的质量百分含量为14%～30%，浆液的温度为15℃～80℃；将得到的浆液注入凝固液中，凝固浴浓度为0%～20%，凝固液的温度为15℃～90℃；在搅拌速率为700～3500转/分的强剪切力的作用下，剪切时间为5～60分钟，直接沉析出聚丙烯腈浆粕。本发明省略了纺丝、切断、打浆等工序，可以大幅度降低制造成本，制备的聚丙烯腈浆粕表面原纤化丰富，结构比较均匀。

Description

一种聚丙烯腈浆粕的制备方法
技术领域
本发明涉及化学纤维材料领域，特别是涉及一种聚丙烯腈浆粕的制备方法。
背景技术
聚丙烯腈浆粕具有抗溶剂性良好，无保存环境限制；更低的潮湿敏感度；较高的使用温度；混合效率高，易于分散，容易加工以及成本低等特点。目前，聚丙烯腈浆粕的制备技术方面所见报导不多，只有以下三种：腈纶废丝碾磨法、离心纺丝法和增塑熔融挤出研磨法。
美国的Sterling公司利用将腈纶长丝或废丝经切割设备割成一定长度的短纤维，在水中分散进行机械叩解和研磨，纤维被撕裂而原纤化，使其表面产生微纤状毛羽而形成高度原纤化的PAN浆粕，商品名为CTF系列。该方法得到的聚丙烯腈浆粕存在带状结均匀性较差的缺点，而且工艺比较复杂。
USP5296286提出了喷射纺丝法制备聚丙烯腈浆粕，即是将聚丙烯腈的纺丝原液通过一长的狭缝形模口而被挤出，经喷管型的高速成气流装置所拉伸或在狭缝形模品周围开有高速气流喷孔，原液一经模口压出，立即受到周围高速气流的喷吹，从而形成浆粕。该方法设备复杂，成本较高。
US5401576、KR9208998等文献提出了增塑熔融挤出研磨法制备聚丙烯浆粕，即将用水增塑的聚丙烯腈升温熔融状态，然后降温到熔点以下，使其成为过冷熔体；挤出后研磨叩解，得到长度为1～20mm、直径为0.1～50μm的聚丙烯腈浆粕。该方法由于需要用水作增塑剂，同时要熔融必须达到130℃以上，因此需要采用高压设备，工艺和设备均比较复杂而且难于控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，以弥补现有技术的不足，满足生产的需要。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，包括如下步骤：
a.将相对分子质量为30000～100000的聚丙烯腈粉末在极性有机溶剂中完全溶解，配制成均匀的浆液，其中聚丙烯腈的质量百分含量为14％～30％，浆液的温度为15℃～80℃；
b.将步骤a得到的浆液注入凝固液中，凝固浴浓度为0％～20％，凝固液的温度为15℃～90℃；
c.在搅拌速率为700～3500转/分的强剪切力的作用下，剪切时间为5～60分钟，直接沉析出聚丙烯腈浆粕。
作为优选的技术方案，所述的聚丙烯腈的相对分子质量为50000～80000；所述的极性有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)、二甲基亚砜(DMSO)、碳酸乙二酯(EC)和丙酮(ACT)中的一种或几种；步骤a所述的浆液中，聚丙烯腈的质量百分含量为18％～25％；所述浆液中可添加少量氯化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌无机盐中的一种或几种，可改善PAN的溶解性能，降低浆液的粘度，无机盐的用量相对于溶剂为1％～8％，无机盐相对于溶剂的最佳用量为2％～4％。步骤a所述浆液的温度为30℃～60℃；步骤b所述的凝固液为H2O、浓度小于10％的二甲基甲酰胺、浓度小于10％的二甲基乙酰胺、浓度小于10％的二甲基亚砜、浓度小于10％的碳酸乙二酯和浓度小于10％的丙酮中的一种或几种，凝固液的温度为20℃～60℃；步骤c所述的沉析过程中的搅拌速率为1500～3000转/分，所述的剪切时间为15～30分钟。
本发明的有益效果是：直接用聚丙烯腈浆液沉析制备浆粕，省略了纺丝、切断、打浆等工序，可以大幅度降低制造成本；本发明所制备的聚丙烯腈浆粕表面原纤化丰富，结构比较均匀。
附图说明
图1为本发明PAN浆粕的工艺流程图
图2为本发明PAN浆粕的扫描电镜照片
图3为Sterling公司的产品CTF的电镜照片
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细阐述。
实施例1
将相对分子质量为30000的聚丙烯腈粉末在极性有机溶剂二甲基甲酰胺中完全溶解，配制成均匀的浆液，其中聚丙烯腈的质量百分含量为16％，浆液的温度为33℃；将步骤a得到的浆液注入浓度为8％的凝固液二甲基甲酰胺中，凝固浴浓度为3％，凝固液的温度为23℃；在搅拌速率为2500转/分的强剪切力的作用下，剪切时间为6分钟，直接沉析出聚丙烯腈浆粕，根据国标测定，其比表面积为63m2/g。
实施例2
将相对分子质量为100000的聚丙烯腈粉末在极性有机溶剂二甲基乙酰胺中完全溶解，配制成均匀的浆液，其中聚丙烯腈的质量百分含量为17.7％，浆液的温度为31℃；将步骤a得到的浆液注入浓度为6％的凝固液二甲基乙酰胺中，凝固浴浓度为3％，凝固液的温度为28℃；在搅拌速率为2800转/分的强剪切力的作用下，剪切时间为10分钟，直接沉析出聚丙烯腈浆粕，根据国标测定，其比表面积为65.7m2/g。
实施例3
将相对分子质量为50000的聚丙烯腈粉末在极性有机溶剂丙酮中完全溶解，配制成均匀的浆液，其中聚丙烯腈的质量百分含量为22％，浆液的温度为40℃；将步骤a得到的浆液注入浓度为5％的凝固液丙酮中，凝固浴浓度为3.7％，凝固液的温度为28℃；在搅拌速率为2780转/分的强剪切力的作用下，剪切时间为10.5分钟，直接沉析出聚丙烯腈浆粕，根据国标测定，其比表面积为62m2/g。
实施例4
将相对分子质量为80000的聚丙烯腈粉末在极性有机溶剂二甲基亚砜中完全溶解，配制成均匀的浆液，其中聚丙烯腈的质量百分含量为30％，浆液的温度为45℃；将步骤a得到的浆液注入浓度为5％的凝固液碳酸乙二酯中，凝固浴浓度为6.5％，凝固液的温度为35℃；在搅拌速率为2600转/分的强剪切力的作用下，剪切时间为14分钟，直接沉析出聚丙烯腈浆粕，根据国标测定，其比表面积为70m2/g。

Claims (11)

1.一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.将相对分子质量为30000～100000的聚丙烯腈粉末在极性有机溶剂中完全溶解，配制成均匀的浆液，其中聚丙烯腈的质量百分含量为14％～30％，浆液的温度为15℃～80℃；
b.将步骤a得到的浆液注入凝固液中，凝固浴浓度为0％～20％，凝固液的温度为15℃～90℃；
c.在搅拌速率为700～3500转/分的强剪切力的作用下，剪切时间为5～60分钟，直接沉析出聚丙烯腈浆粕。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：所述的聚丙烯腈的相对分子质量为50000～80000。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：所述的极性有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙二酯和丙酮中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：步骤a所述的浆液中，聚丙烯腈的质量百分含量为18％～25％。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：步骤a所述浆液中添加氯化锂、氯化钙、氯化镁、氯化锌无机盐中的一种或几种，
无机盐的用量相对于溶剂为1％～8％。
6.根据权利要求5所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：无机盐的用量相对于溶剂为2％～4％。
7.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：所述浆液的温度为30℃～60℃。
8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：所述的凝固液为H2O、浓度小于10％的二甲基甲酰胺、浓度小于10％的二甲基乙酰胺、浓度小于10％的二甲基亚砜、浓度小于10％的碳酸乙二酯和浓度小于10％的丙酮中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：所述的凝固液的温度为20℃～60℃。
10.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：步骤c所述的沉析过程中的搅拌速率为1500～3000转/分。
11.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈浆粕的制备方法，其特征在于：所述的剪切时间为15～30分钟。
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