CN104928791A - 一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，包括：三聚氰胺添加剂与甲醛溶液混合，于温度55-95℃下反应得到三聚氰胺甲醛树脂溶液；将三聚氰胺甲醛树脂溶液与聚乙烯醇水溶液混合制备纺丝浆液，然后采用湿法纺丝方法，然后水洗、干燥定型，即得。本发明纤维的强度为2-4cN/dtex，断裂伸长率10％-40％，弹性模量为100-400cN/dtex。本发明可以显著提高三聚氰胺纤维的力学性能，进而改善其实际使用性能，兼备生产效率高、生产成本低的特点。

Description

一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法

技术领域

本发明属于三聚氰胺纤维的制备领域，特别涉及一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法。

背景技术

近几年我国的三聚氰胺工业发展很快，但是三聚氰胺成品工业发展比较缓慢。为了解决市场饱和的困局以及开发高附加值的三聚氰胺下游产品，其中被市场最看好的下游开发产品是三聚氰胺纤维。

三聚氰胺纤维除了具有普通化学纤维的优点之外，还具有较高的耐焰性，在高温条件下不熔融、不收缩、导热率低、介电性能优异等特点。

目前商业化三聚氰胺只有德国巴斯夫公司的纤维，纤维以其耐高温阻燃性能等优点被广泛地应用于各个领域。我国虽然有些单位也对三聚氰胺纤维有所研究，但离工业化还有很长的路要走。

德国专利(DE 2364091-B)最早提出了制备三聚氰胺纤维的方法，即在三聚氰胺甲醛树脂溶液中添加一定量的成纤剂，通过干法纺丝或离心纺丝方法得到三聚氰胺纤维，但其固化时间长，因而纺丝较为困难与复杂。中国专利(CN 1344821A)介绍了一种制备三聚氰胺纤维的方法，即在三聚氰胺甲醛树脂中添加物质(乙二醇、乙二胺、甘氨酸等)和无机纳米粒子，通过离心纺丝制备得到三聚氰胺纤维，但其生产过程稍复杂，生产效率低。中国专利(CN 101016658)通过湿法纺丝制备得到三聚氰胺甲醛树脂/聚乙烯醇阻燃纤维，虽然生产效率大大提高，但其纤维力学性能不够理想，在实际应用中存在缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，本发明采用湿法纺丝，能够实现三聚氰胺纤维的连续化生产，生产效率高；制备得到的三聚氰胺纤维具有很好的力学性能。

本发明的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，包括：

(1)在55-95℃条件下，甲醛水溶液中加入碱性催化剂调节pH值，再加入三聚氰胺、添加剂，搅拌反应0.5-3h，得到三聚氰胺甲醛树脂溶液；其中三聚氰胺和添加剂的摩尔比为1:1-6:1；三聚氰胺、添加剂的摩尔总和同甲醛的摩尔比为1:1.5-1:5.5；

(2)在60-95℃条件下，将上述三聚氰胺甲醛树脂溶液和聚乙烯醇水溶液混匀，得到纺丝原液；其中聚乙烯醇水溶液、三聚氰胺甲醛树脂溶液的质量比为4:6-6:4；

(3)将上述纺丝原液进行静置脱泡，然后进行湿法纺丝，得到三聚氰胺初生纤维；

(4)将三聚氰胺初生纤维经水洗、干燥、张紧热定型，然后进行卷曲、切断，即得三聚氰胺纤维。

所述步骤(1)中添加剂为苯代三聚氰胺、2,4-二氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-二乙胺基-1,3,5-三嗪中的一种或几种；甲醛水溶液的质量百分浓度为37％。

所述步骤(1)中碱性催化剂为氢氧化钠、碳酸钠、氨水、三乙胺、三乙醇胺中的一种或几种；调节pH值为8-10。

所述步骤(2)中聚乙烯醇水溶液的浓度为15-20wt％；聚乙烯醇的聚合度为1700-2400、醇解度为50％-99％。

所述步骤(2)中纺丝原液的粘度为400-1200厘泊。

所述步骤(3)中湿法纺丝具体工艺为：采用喷丝孔直径为0.06-0.12mm的多孔喷丝头，然后将静置脱泡后的纺丝原液，在35-65℃下，通过计量泵组件，从喷丝头喷出，进入凝固浴中进行两级凝固成型，其中凝固浴为含有硼酸的过饱和硫酸钠水溶液；凝固浴温度为25-75℃，纤维在第一凝固浴中拉伸倍数为0.4-0.9倍，在第二凝固浴中拉伸倍数为1.0-4.0倍。

所述含有硼酸的过饱和硫酸钠水溶液中硼酸占过饱和硫酸钠水溶液的重量百分比为1wt％-10wt％。

所述步骤(4)中张紧干热定型的温度为100-220℃，时间为2-10min。

所述步骤(4)中三聚氰胺纤维的强度为2-4cN/dtex，断裂伸长率10％-40％，弹性模量为100-400cN/dtex。

有益效果

(1)本发明纺丝原液具有很好的可纺性，经过添加物质改性后浆液的稳定性得到提高；

(2)本发明采用湿法纺丝，能够实现三聚氰胺纤维的连续化生产，生产效率高；

(3)本发明制备得到的三聚氰胺纤维具有很好的力学性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

在带有控温和搅拌装置的反应釜中先加入37％甲醛溶液492g，加热到80℃，向其中加入碱性催化剂三乙胺，使PH达到9左右，搅拌5分钟后向反应釜中加入三聚氰胺318.5g和苯代三聚氰胺94.5g(三聚氰胺/苯代三聚氰胺和甲醛的摩尔比为1:2，三聚氰胺和苯代三聚氰胺的摩尔比为5:1)，搅拌反应2h后得到澄清透明的三聚氰胺甲醛树脂溶液。将1000g15wt％的聚乙烯醇(聚合度2000，醇解度99％)与上述三聚氰胺甲醛树脂溶液在60℃混合搅拌30min，得到纺丝原液。将纺丝原液进行静置脱泡，采用恒温循环装置，浆液温度维持在35℃，经计量泵组件输送进入喷丝孔直径为0.06mm的多孔喷丝头，原液从喷丝头挤出后进入30℃、含3wt％硼酸的过饱和硫酸钠水溶液中进行两级凝固得到初生纤维，第一凝固浴拉伸倍数为0.6，第二凝固浴中拉伸2.0倍。初生纤维经水洗、干燥后经过热定型装置在150℃下张紧热定型5min，最后进行卷曲、切断，得到新型三聚氰胺纤维。纤维的强度为3cN/dtex，断裂伸长率为20％，弹性模量为200cN/dtex。

实施例2

在带有控温和搅拌装置的反应釜中先加入37％甲醛溶液478.3g，加热到90℃，向其中加入碱性催化剂氢氧化钠，使PH达到10左右，搅拌7分钟后向反应釜中加入三聚氰胺247.8g和2,4-二氨基-6-二乙胺基-1,3,5-三嗪178.9g(三聚氰胺/2,4-二氨基-6-二乙胺基-1,3,5-三嗪和甲醛的摩尔比为1:2，三聚氰胺和2,4-二氨基-6-二乙胺基-1,3,5-三嗪的摩尔比为2:1)，搅拌反应1h后得到澄清透明的三聚氰胺甲醛树脂溶液。将1000g 15wt％的聚乙烯醇(聚合度2000，醇解度99％)与上述三聚氰胺甲醛树脂在60℃混合搅拌30min，得到纺丝原液。将纺丝原液进行静置脱泡，采用恒温循环装置，浆液温度维持在55℃，经计量泵组件输送进入喷丝孔直径为0.06mm的多孔喷丝头，原液从喷丝头挤出后进入40℃、含2wt％硼酸的过饱和硫酸钠水溶液中进行两级凝固得到初生纤维，第一凝固浴中拉伸倍数为0.5，第二凝固浴中拉伸2.5倍。初生纤维经水洗、干燥后经过热定型装置在120℃下张紧热定型7min，最后进行卷曲、切断，得到新型三聚氰胺纤维。纤维的强度为4.0cN/dtex，断裂伸长率为25％，弹性模量为320cN/dtex。

实施例3

在带有控温和搅拌装置的反应釜中先加入37％甲醛溶液625.5g，加热到60℃，向其中加入碱性催化剂三乙醇胺，使PH达到10左右，搅拌10分钟后向反应釜中加入三聚氰胺126.7g和2,4-二氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪125.7g(三聚氰胺/2,4-二氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪和甲醛的摩尔比为1:4，三聚氰胺和2,4-二氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪的摩尔比为1:1)，搅拌反应1h后得到澄清透明的三聚氰胺甲醛树脂溶液。将878g 20wt％的聚乙烯醇(聚合度1700，醇解度99％)与上述三聚氰胺甲醛树脂在90℃混合搅拌1h，得到纺丝原液。将纺丝原液进行静置脱泡，采用恒温循环装置，浆液温度维持在50℃，经计量泵组件输送进入喷丝孔直径为0.08mm的多孔喷丝头，原液从喷丝头挤出后进入40℃、含5wt％硼酸的过饱和硫酸钠水溶液中进行两级凝固得到初生纤维，第一凝固浴中拉伸倍数为0.5，第二凝固浴中拉伸3.0倍。初生纤维经水洗、干燥后经过热定型装置在150℃下张紧热定型10min，最后进行卷曲、切断，得到新型三聚氰胺纤维。纤维的强度为3.4cN/dtex，断裂伸长率为15％，弹性模量为280cN/dtex。

Claims (9)

1.一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，包括：

(1)在55-95℃条件下，甲醛水溶液中加入碱性催化剂调节pH值，再加入三聚氰胺、添加剂，搅拌反应0.5-3h，得到三聚氰胺甲醛树脂溶液；其中三聚氰胺和添加剂的摩尔比为1:1-6:1；三聚氰胺、添加剂的摩尔总和同甲醛的摩尔比为1:1.5-1:5.5；

(2)在60-95℃条件下，将上述三聚氰胺甲醛树脂溶液和聚乙烯醇水溶液混匀，得到纺丝原液；其中聚乙烯醇水溶液、三聚氰胺甲醛树脂溶液的质量比为4:6-6:4；

(3)将上述纺丝原液进行静置脱泡，然后进行湿法纺丝，得到三聚氰胺初生纤维；

(4)将三聚氰胺初生纤维经水洗、干燥、张紧热定型，然后进行卷曲、切断，即得三聚氰胺纤维。

2.根据权利要求1所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述步骤(1)中添加剂为苯代三聚氰胺、2,4-二氨基-6-甲基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-二乙胺基-1,3,5-三嗪中的一种或几种；甲醛水溶液的质量百分浓度为37％。

3.根据权利要求1所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述步骤(1)中碱性催化剂为氢氧化钠、碳酸钠、氨水、三乙胺、三乙醇胺中的一种或几种；调节pH值为8-10。

4.根据权利要求1所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述步骤(2)中聚乙烯醇水溶液的浓度为15-20wt％；聚乙烯醇的聚合度为1700-2400、醇解度为50％-99％。

5.根据权利要求1所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述步骤(2)中纺丝原液的粘度为400-1200厘泊。

6.根据权利要求1所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述步骤(3)中湿法纺丝具体工艺为：采用喷丝孔直径为0.06-0.12mm的多孔喷丝头，然后将静置脱泡后的纺丝原液，在35-65℃下，通过计量泵组件，从喷丝头喷出，进入凝固浴中进行两级凝固成型，其中凝固浴为含有硼酸的过饱和硫酸钠水溶液；凝固浴温度为25-75℃，纤维在第一凝固浴中拉伸倍数为0.4-0.9倍，在第二凝固浴中拉伸倍数为1.0-4.0倍。

7.根据权利要求6所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述含有硼酸的过饱和硫酸钠水溶液中硼酸占过饱和硫酸钠水溶液的重量百分比为1wt％-10wt％。

8.根据权利要求1所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述步骤(4)中张紧热定型的温度为100-220℃，时间为2-10min。

9.根据权利要求1所述的一种连续化制备三聚氰胺纤维的方法，其特征在于：所述步骤(4)中三聚氰胺纤维的强度为2-4cN/dtex，断裂伸长率10％-40％，弹性模量为100-400cN/dtex。