CN112080930A - 一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜（PPSSO）纤维的方法，包括：将原料聚苯硫醚（PPS）纤维用酸性热水除去油剂及杂质，取出于离心机甩干后置于干燥器内干燥。将干燥后PPS纤维浸入装有液相氧化剂溶液的反应釜，反应釜需带有夹套，夹套中通冷却水，PPS纤维在反应釜内控制常温常压下进行一定时间的液相氧化，取出洗净，甩干并干燥即可制得PPSSO纤维。本发明制得的PPSSO纤维无熔点，具有更好的耐高温性、抗氧化性、耐酸碱腐蚀性。

Description

一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法
技术领域
本发明属于高技术纤维的快速制备技术领域，具体涉及一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法。
技术背景
聚苯砜亚砜（下称PPSSO）纤维是高性能纤维的创新性品种，迄今为止，关于PPSSO树脂的合成及性能表征已有不少报道，但鲜有关于PPSSO纤维制备及应用的文献，国内外尚未有商业化的报道，PPSSO纤维是目前过滤与分离材料中使用温度最高的有机高性能纤维之一，不仅可在260℃以上长期使用，与聚酰亚胺纤维、芳纶、聚苯硫醚纤维比较，在耐腐蚀性（耐浓硝酸、浓盐酸、浓硫酸可与聚四氟乙烯纤维相媲美）、耐光、吸水性、耐热性等方面都更优越，是环保、航空航天、防火耐热等领域急需的材料。其中PPSSO纤维在环保领域的主要用途是作为工业高温除尘过滤材料、强腐蚀性工况下固液分离材料。随着国家对环保要求的日益提高，排放标准的日益严格，为了减少PM2.5排放，提高袋式除尘器滤料的使用寿命、降低使用成本并形成废旧滤料低成本回收再利用的环保闭环。与可作滤袋原料的其他纤维相比，使用PPSSO纤维所制得的滤袋耐高温（突破260℃ ）耐酸碱，耐水解，抗氧化，可谓“全能型”，应用于各种行业，具有非常大的优势。除此以外，PPSSO纤维的用途十分广泛，在固液分离行业、热防护、化学防护等行业也将有巨大的应用市场。
发明内容
为解决PPSSO纤维的进一步工业化应用难题，本发明提供一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜（PPSSO）纤维的方法，包括氧化剂、催化剂以及反应条件，采用的是一种原料易得、反应过程节能、环保的高效制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法，将聚苯硫醚（PPS）纤维浸于PH为3~5的酸溶液中，加热体系至70~90℃，浸泡30~60min后除去油剂及杂质，取出PPS纤维，于离心机甩干后置于干燥器内干燥备用。将干燥后PPS纤维浸入配置好液相反应剂的带有夹套的反应釜中，通过夹套冷却水流量控制反应温度，设定反应时间，待反应完成后洗净，甩干并干燥制得PPSSO纤维。
本发明所述的液相反应剂是将双氧水（H2O2）、冰醋酸(CH3COOH)、过氧乙酸(CH3COOOH)、过碳酸钠、过硼酸钠、过硼酸钾、过硼酸铵、过碳酸钾、浓硫酸（H2SO4）中的一种或多种混合液，质量份额为300~800份，同时加入催化剂，于反应釜内搅拌均匀得到。
本发明所述的反应液以水为溶剂，无需采用任何有机溶剂。所述的H2O2浓度为25%~50%，冰醋酸浓度为大于97%，浓硫酸的浓度为98%；其他固体氧化剂为工业纯。
本发明所述的反应液中加入的催化剂为钨酸钠（Na2WO4）、氯化铁（FeCl3）、氯化锌、硫酸镁、硫酸铁中的一种，质量份额为0~10份。
本发明所述的原料PPS纤维与反应液反应是指将除油干燥后的PPS纤维质量份额150~400份加入到反应液体系进行液相氧化，通过夹套冷却水流量控制液相反应温度保持不高于30℃，反应时间控制2~6小时，控制反应液的PH为2~3。
本发明所述的控制反应液的PH是通过加入稀硫酸。
有益效果：传统高性能纤维的制作方法基本都是以单体聚合为聚合物树脂再通过熔融纺丝或溶液纺丝经卷曲、热定型、上油等流程，整个制作工艺流程长，工序多、副产物需要回收等，而本发明所获得的有益效果是利用现有纤维制备新纤维，与传统纤维制作方法相比，本发明流程短、工序单一，无副产物，且为加成反应，产率超过100%，即每100份（重量）经反应后重量增加不少于20%。
附图说明
图1为PPSSO纤维TG-DTA曲线；从图可以看出PPSSO无熔点，在470℃才开始出现分解（开始失重），其最高分解温度为570℃，体现了极高的热稳定性；
图2为PPSSO与PPS FT-IR红外光谱对比图；由图可知，原料PPS与本发明所获得的PPSSO纤维的分子结构有明显差异，PPSSO的分子结构谱图与预期效果一致；
图3为PPSSO纤维与PPS纤维的微观形貌SEM对比图；通过SEM观察，PPS纤维与PPSSO纤维微观形貌并无明显差异，表明本发明制备方法不损伤纤维的表面结构，纤维形态结构与原料纤维保持一致。
具体实施方式
通过实施例更能详细的说明本发明，但本发明不受实施例所限定。
为进一步阐述发明的内容，本发明可以通过以下具体实施案例加以说明。
实施例1：
步骤一，将质量份额为200份的PPS纤维浸于PH为3~5的酸溶液中，加热体系至70~90℃，浸泡30~60min后除去油剂及杂质，取出PPS纤维，于离心机甩干后置于干燥器内干燥备用。
步骤二，取质量份额为500份30wt% H2O2于反应釜中，加入质量份额为300份的冰醋酸，再加入质量份额为5份的Na2WO4，搅拌均匀后，用稀硫酸调整PH为4。
步骤三，打开反应釜夹套进出口阀门，通入冷却水，调整冷却水流量，控制反应釜中反应液温度25℃。
步骤四，将干燥后的PPS纤维加入反应釜中，常温常压下搅拌反应4小时，反应后取出纤维，用水洗净，于离心机甩干后再置于干燥器内干燥，取5mg纤维进行DSC热分析（DSC从30℃开始以10℃/min升温速率升温至350℃，停留3min,降温至30℃，在以10℃/min升温到500℃），确认纤维无熔点，说明反应完全，即制得PPSSO纤维。
实施例2：
步骤一，质量份额为200份的PPS纤维浸于PH为3~5的酸溶液中，加热体系至70~90℃，浸泡30~60min后除去油剂及杂质，取出PPS纤维，于离心机甩干后置于干燥器内干燥备用。
步骤二，将60份过碳酸钠加入质量份额为600份的乙酸中搅拌形成溶液；
步骤三，打开反应釜夹套进出口阀门，通入冷却水，调整冷却水流量，控制反应釜中反应液温度25℃。
步骤四，取步骤一质量分数为100份的PPS纤维加入反应釜中，常温常压下反应8小时，反应后取出纤维，用水洗净，于离心机甩干后再置于干燥器内干燥，取5mg纤维进行DSC热分析（测试条件如实施例1），确认纤维无熔点，说明反应完全，即制得PPSSO纤维。
实施例1、实施例2获得的PPSSO重量及重量变化率
Figure 137092DEST_PATH_IMAGE001
原料PPS纤维、实施例1、实施例2样品进行性能对比如下表所示。
Figure 57775DEST_PATH_IMAGE002
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法，其特征在于：b包括以下步骤：将原料聚苯硫醚纤维用酸性热水除去油剂及杂质，取出于离心机甩干后干燥，将干燥后聚苯硫醚纤维浸入装有液相反应剂的反应釜，在常温常压下进行液相氧化后，取出洗净，甩干并干燥即可制得聚苯砜亚砜纤维。
2.根据权利要求1所述的一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法，其特征在于：所述的聚苯硫醚纤维纤度在0.1~7.8dtex或纤维直径在100nm~30um，长度为38mm~76mm。
3.根据权利要求1所述的一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法，其特征在于：所述的液相反应剂是将双氧水、冰醋酸、过氧乙酸、过碳酸钠、过硼酸钠、过硼酸钾、过硼酸铵、过碳酸钾、浓硫酸中的一种或多种混合液与催化剂混合均匀得到。
4.根据权利要求3所述的一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法，其特征在于：所述液相反应剂中催化剂为钨酸钠、氯化铁、氯化锌、硫酸镁中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法，其特征在于：所述液相氧化反应时间为2~12h，液相反应剂的PH为2~6。
6.根据权利要求1所述的一种常温常压下液相氧化快速制备聚苯砜亚砜纤维的方法，其特征在于：所述控制液相反应剂的PH是通过加入稀硫酸。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的方法制得的聚苯砜亚砜纤维，其特征在于：所述的聚苯砜亚砜纤维无熔点。
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