CN103233292B - 一种间位芳纶纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种间位芳纶纤维的制备方法，其特征在于包括下述步骤：采用聚合特制聚间苯二甲酰间苯二胺，氯化氢和N,N‑二甲基乙酰胺三组份的纺丝溶液；溶液脱泡后，经加热器加热，而后经喷丝板挤出进入纺丝热甬道，在热甬道脱出溶剂N,N‑二甲基乙酰胺和氯化氢，得到初生纤维；初生纤维经溶剂拉伸，水洗，进一步去除初生纤维中的氯化氢和溶剂，而后进行干燥，干热拉伸，冷却上油得到成品纤维。由于聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液内没有盐，同时整个纤维制造过程用的都是去离子水和溶剂，没有用到盐，所得最终制备的间位芳纶纤维产品离子含量极低，纤维灰分极低，而且简化了溶剂回收步骤，节省了大量的能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种间位芳纶纤维的制备方法，具体地说，是一种制备低离子含量的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的方法，属于纤维制造领域。
背景技术
间位芳纶，全称聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（PMIA），又称芳纶1313，PMIA的强度及模量与聚酯、尼龙相当，且PMIA分子链上有较强的氢键，使得其化学结构异常稳定，可耐大多高浓度的无机酸及其它化学品的腐蚀、抗水解作用和蒸汽腐蚀，通过对这些特性加以综合利用，一系列新功能、新产品不断地开发出来，适用领域越来越广，普及程度越来越高，使得芳纶1313在一些特殊用品上成为无法替代的材料，比如宇航员出舱工作的手套，出舱服等，使PMIA纤维有了更广泛的应用。
美国专利US2005093198提供了一种高含有盐的间位芳纶纤维的湿法纺丝过程，主要特征是：（a）含有超过3wt%的盐的纺丝原液挤出并经过喷丝头后，在凝固水浴中凝固为纤维，得到初生纤维凝固浴中含有15-25wt%的溶剂和30-45wt%的盐，凝固浴的温度保持在90-125℃；（b）将初生纤维经过温度20-60℃，含有溶剂和盐的水溶液中，得到成品纤维；（c）对成品纤维在水溶液中进行拉伸，拉伸比大于1，水溶液含有10-50wt%的溶剂和1-15wt%的盐；（d）对拉伸后的纤维进行水洗；（e）干燥。类似的制备高含盐量的间位芳纶湿法纺丝过程还有美国专利US2005093198及US5667743。
中国专利201010580214.2提供了一种间位芳纶纤维的制备方法，具体为：将间苯二胺加入到极性溶剂中，降低体系的温度，逐步加入间苯二甲酰氯，然后用金属氧化物或氢氧化物中和，将溶液调至中性，对纺丝原液进行纺丝，凝固，水洗，热处理，热定型，冷却，上油得到成品纤维，由这种方法制备的间位芳纶中含有金属离子。类似的制备方法还有美国专利US2009160080。
由上面现有技术的报道可知，由于溶液聚合方法中均引入了金属离子，制备出的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维中均含有金属离子，导致聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的下端产品性能降低，比如用间位芳纶制备的防护服，由于纤维中含有大量的金属离子，使其防护的等级降低，增大了对人体的损害，还有间位芳纶纸的绝缘性能降低，容易被击穿，且纤维的灰分含量比较大。上述均是湿法纺丝，设备多，成本大。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明的目的在于提供一种聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的方法，以生产极低离子含量的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。所述的方法适用于大生产，纤维产品质量优异。
本发明提供一种聚间苯二甲酰间苯二胺（间位芳纶）纤维的方法，如图1所示包括下述步骤：采用聚合特制聚间苯二甲酰间苯二胺，氯化氢和N,N-二甲基乙酰胺三组份的纺丝溶液；聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液脱泡后，经加热器加热，而后经喷丝板挤出进入纺丝热甬道，在热甬道脱出溶剂N,N-二甲基乙酰胺和氯化氢，得到初生纤维；初生聚间苯二甲酰间苯二胺纤维经溶剂拉伸，水洗，进一步去除初生纤维中的氯化氢和溶剂，而后进行干燥，干热拉伸，冷却上油得到成品纤维。
本发明所述方法中：采用聚合特制的聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液，所述的特制该纺丝溶液由聚间苯二甲酰间苯二胺，氯化氢和N,N-二甲基乙酰胺三组分组成。三组份的配比为聚间苯二甲酰间苯二胺质量百分比为16-23，氯化氢0.5-7和N,N-二甲基乙酰胺75-83%；这三组份的最佳配比依次为17-19，1-3和78-80。
本发明所述方法中：聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液经加热器加热的到80-130℃，最佳温度为95-110℃。
本发明所述方法中：纺丝甬道内热风介质为热氮气，热氮气温度为170-300℃，最佳的热风温度为180-220℃。
本发明所述方法中：纤维喷头拉伸倍数为1-7倍，最佳倍数为1.5-3倍。
本发明所述方法中：溶剂拉伸的拉伸浴介质为：去离子水和N,N-二甲基乙酰胺。N,N-二甲基乙酰胺百分浓度为5-30%，最佳为10-17%。
本发明所述方法中：纤维溶剂拉伸倍数为1-5倍，最佳拉伸倍数为1.7-2.5倍。
本发明所述方法中：水洗用水为去离子水。
本发明所述方法中：初生聚间苯二甲酰间苯二胺纤维热拉伸温度为280-350℃，最佳温度为290-300℃。
本发明所述方法中：间位芳纶纤维的干热拉伸倍数为1-6倍，最佳拉伸倍数为2-4倍。
本发明优点：由于聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液内没有盐，热风甬道内去除了大量的氯化氢，后道纤维水洗进一步完全去除了纤维内残余的酸，同时整个纤维制造过程用的都是去离子水和溶剂，没有用到盐，所以最终聚间苯二甲酰间苯二胺纤维产品离子含量极低。
本发明优点：初生纤维制造阶段热风甬道内含有大部分溶剂和氯化氢。因此热风甬道出口气体为氮气、N,N-二甲基乙酰胺和氯化氢三组份混合气体。出口混合气体经过酸吸收剂，去除氯化氢。而后氮气、N,N-二甲基乙酰胺混合气体进入换热器和冷凝器，得到液体N,N-二甲基乙酰胺。液体N,N-二甲基乙酰胺直接进入回收精馏塔。简化了溶剂回收步骤，节省了大量的能源。
附图说明
图1间位芳纶的制备流程图。
具体实施方式
实施例1
聚合纺丝溶液中聚间苯二甲酰间苯二胺的浓度为17.5wt%、氯化氢1.5wt%和N,N-二甲基乙酰胺81wt%。聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液经加热器加热到100℃。纺丝热甬道内热风介质为热氮气，热氮气温度为200℃。初生纤维喷头拉伸倍数为1.5倍。溶剂拉伸浴的介质为：N,N-二甲基乙酰胺16wt%的水溶液，纤维溶剂拉伸倍数为2倍。聚间苯二甲酰间苯二胺纤维热拉伸温度为290℃，干热拉伸倍数为2倍。本实施例得到的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的纤度为2.0dtex，抗张强度为4.5CN/dtex，纤维灰分为203ppm。
实施例2
聚合纺丝溶液中聚间苯二甲酰间苯二胺的浓度为18.1wt%、氯化氢1.9wt%和N,N-二甲基乙酰胺80wt%。聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液经加热器加热到105℃。纺丝甬道内热风介质为热氮气，热氮气温度为210℃。初生纤维喷头拉伸倍数为2倍。溶剂拉伸浴介质为：N,N-二甲基乙酰胺14wt%的水溶液，纤维溶剂拉伸倍数为2倍。聚间苯二甲酰间苯二胺纤维热拉伸温度为290℃，干热拉伸倍数为2.5倍。本实施例得到的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的纤度为2.1dtex，抗张强度为4.8CN/dtex，纤维灰分为230ppm。
实施例3
聚合纺丝溶液中聚间苯二甲酰间苯二胺的浓度为18.5wt%、氯化氢2.5wt%和N,N-二甲基乙酰胺79wt%。聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液经加热器加热的到105℃。纺丝甬道内热风介质为热氮气，热氮气温度为215℃。初生纤维喷头拉伸倍数为2.5倍。溶剂拉伸浴介质为：N,N-二甲基乙酰胺12wt%的水溶液，纤维溶剂拉伸倍数为2.5倍。聚间苯二甲酰间苯二胺纤维热拉伸温度为300℃，干热拉伸倍数为3倍。本实施例得到的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的纤度为2.5dtex，抗张强度为5.0CN/dtex，纤维灰分为250ppm。
对比例
聚合纺丝溶液同实施例3，将纺丝原液挤出并经过喷丝头后，在含有20wt%的N,N-二甲基乙酰胺和40wt%的盐，凝固浴的温度保持在100℃凝固水浴中凝固得到初生纤维；将初生纤维经过，含有12wt%的溶剂和30wt%盐的水溶液中拉伸，拉伸倍数为2.5倍，然后在温度为300℃，热拉伸倍数为3倍进行热拉伸，得到成品纤维，对成品纤维进行水洗及干燥。得到的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的纤度为2.5dtex，抗张强度为3.5CN/dtex，纤维灰分为1500ppm。
最后所应说明的是：以上实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，包括：采用聚合特制聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液，聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液脱泡后，经加热器加热，而后经喷丝板挤出进入纺丝热甬道，在热甬道脱出溶剂N,N-二甲基乙酰胺和氯化氢，得到初生聚间苯二甲酰间苯二胺纤维；初生聚间苯二甲酰间苯二胺纤维经溶剂拉伸，水洗，进一步去除初生纤维中的氯化氢和溶剂，而后进行干燥，干热拉伸，冷却上油得到成品纤维；
其特征在于①所述的聚合特制的聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液是由聚间苯二甲酰间苯二胺，氯化氢和N,N-二甲基乙酰胺三组份组成；其中，聚间苯二甲酰间苯二胺质量百分比为16-23，氯化氢0.5-7和N,N二甲基乙酰胺75-83；
②N,N-二甲基乙酰胺直接进入回收精馏塔，简化了溶剂回收步骤。
2.如按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的聚合特制的聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液的配比为聚间苯二甲酰间苯二胺质量百分比为17-19，氯化氢1-3和N,N-二甲基乙酰胺78-80。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纺丝热甬道内热风介质为热氮气，热氮气的温度为170-300℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的溶剂拉伸的拉伸浴介质为：去离子水和N,N-二甲基乙酰胺，N,N-二甲基乙酰胺百分浓度为5-30％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
1)水洗用的水为去离子水；
2)纺丝甬道内热风介质的热氮气的温度为170-300℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于初生的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维干热拉伸温度为280-350℃，干热拉伸倍数为1-5倍。
7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于初生聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的干热拉伸温度为290-300℃，干热拉伸倍数为1.7-2.5倍。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于溶剂拉伸浴介质中N,N-二甲基乙酰胺百分浓度为10-17％。
9.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于热氮气温度为180-220℃。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于干热拉伸倍数为1-6倍。
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