CN112585179B - 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物 - Google Patents

用于碳纤维的丙烯腈类共聚物 Download PDF

Info

Publication number
CN112585179B
CN112585179B CN201980052862.XA CN201980052862A CN112585179B CN 112585179 B CN112585179 B CN 112585179B CN 201980052862 A CN201980052862 A CN 201980052862A CN 112585179 B CN112585179 B CN 112585179B
Authority
CN
China
Prior art keywords
acrylonitrile
carbon fiber
mol
copolymer
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980052862.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112585179A (zh
Inventor
金昶勋
金钟吉
金铉玟
金娟洙
祚正训
韩惠轸
赵峻熙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Publication of CN112585179A publication Critical patent/CN112585179A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112585179B publication Critical patent/CN112585179B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/06Wet spinning methods
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/42Nitriles
    • C08F220/44Acrylonitrile
    • C08F220/46Acrylonitrile with carboxylic acids, sulfonic acids or salts thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02Heat treatment
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/28Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/38Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds comprising unsaturated nitriles as the major constituent
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/21Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F9/22Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/21Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F9/22Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
    • D01F9/225Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles from stabilised polyacrylonitriles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,该用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含:磺酸盐类单体单元、羧酸类单体单元和丙烯腈类单体单元,并且所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含0.55摩尔%至1.55摩尔%的所述磺酸盐类单体单元和0.60摩尔%至1.40摩尔%的所述羧酸类单体单元。

Description

用于碳纤维的丙烯腈类共聚物
技术领域
[相关申请的交叉引用]
本申请要求于2018年11月02日提交的韩国专利申请No.10-2018-0133738的优先权和权益,该专利申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。
[技术领域]
本发明涉及一种用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,具体地,涉及一种能够被制造为表现出优异的圆度的丙烯腈类纤维的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物。
背景技术
碳纤维是由总重量的90重量%以上的碳原子组成的纤维状碳材料,并且指在惰性气氛中通过使丙烯腈类聚合物和由作为石油或煤类碳氢化合物残余物的沥青或人造丝制成的纤维状前体进行热解而得到的纤维。
碳纤维是兼具碳的结构和组织特性以及纤维形状的材料,并且在耐热性、化学稳定性、电热传导性、根据低温膨胀性的尺寸稳定性、低密度、摩擦/磨损性能、X射线透过性、电磁波屏蔽性、生物相容性、柔韧性等方面优异。此外,根据活化条件,碳纤维可以具备显著的吸附能力。
丙烯腈类共聚物被广泛地用作碳纤维前体的原料。作为丙烯腈类共聚物的制备方法,通常使用溶液聚合。溶液聚合是使用单体、引发剂和反应溶剂的方法,并且具有由于可以使用共聚物溶液本身作为纺丝溶液,因此不需要将共聚物溶解在纺丝溶剂中的工艺的优点。
同时,由于碳纤维的机械性能受到作为前体的丙烯腈类纤维的形态的影响,因此,需要从纺丝工艺调节丙烯腈类纤维的形态。具体地,当通过湿法纺丝制造丙烯腈类纤维时,已知作为原料的丙烯腈类共聚物的凝结速率大大影响纤维的形态。因此,通常将氨加入到丙烯腈类共聚物溶液中以调节丙烯腈类共聚物的凝结速率。然而,另外需要加入氨的工艺,并且需要安装用于有毒气体氨的附加的安全管理设备,引起制造成本增加。
因此,需要开发一种丙烯腈类共聚物,该丙烯腈类共聚物可以在没有单独的氨处理的情况下通过湿法纺丝被制造为具有优异的形态的用于碳纤维的丙烯腈类纤维。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,该丙烯腈类共聚物在不单独进行亲水化处理的情况下表现出优异的圆度。
另外,本发明提供一种用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,该丙烯腈类共聚物表现出优异的可纺性并且使耐火处理过程中的副反应最小化。
技术方案
本发明的一个方面提供一种用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,该用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含:磺酸盐类单体单元、羧酸类单体单元和丙烯腈类单体单元,其中,所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含0.55摩尔%至1.55摩尔%的所述磺酸盐类单体单元和0.60摩尔%至1.40摩尔%的所述羧酸类单体单元。
有益效果
根据本发明的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物可以在不单独进行亲水化处理的情况下被制造为表现出优异的圆度的丙烯腈类纤维。此外,可以实现优异的可纺性并且使耐火处理过程中发生的副反应最小化。
附图说明
图1是实施例2的洗涤后的丙烯腈类凝结纱线的扫描电镜(SEM)图像;
图2是比较例1的洗涤后的丙烯腈类凝结纱线的SEM图像。
具体实施方式
下文中,将更详细地描述本发明以帮助理解本发明。
本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应理解为局限于通常使用的含义或字典中的含义,而是基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述他们的发明的原则,术语和词语应当理解为与本发明的技术构思相一致的含义和概念。
在本发明中,圆度可以通过如下方式测量:使用丙烯腈类共聚物溶液制造凝结纱线,然后通过扫描电镜(SEM)图像分析凝结纱线以确定长轴与短轴的比例(长轴/短轴)。
在本发明中,C1至C3线型烷基可以是C1至C3直链或支链烷基。所述C1至C3线型烷基可以是选自甲基、乙基、丙基和异丙基中的一种或多种,并且优选是甲基。
在本发明中,C1至C3线型亚烷基可以是C1至C3直链或支链亚烷基。所述C1至C3线型亚烷基可以指C1至C3线型烷基具有两个结合位点(即,二价烷基)。
在本发明中,碱金属可以是选自锂、钠、钾、铷、铯和钫中的一种或多种,并且优选是钠。
1.用于碳纤维的丙烯腈类共聚物
根据本发明的一个实施方案的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含:磺酸盐类单体单元、羧酸类单体单元和丙烯腈类单体单元。
相对于用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的总摩尔量,所述磺酸盐类单体单元的含量可以为0.55摩尔%至1.55摩尔%,优选为0.60摩尔%至1.50摩尔%,更优选为0.80摩尔%至1.30摩尔%。当满足上述条件时,所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物可以在不单独进行亲水化处理的情况下被制造为表现出优异的圆度的纤维。此外,包含所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的纺丝溶液具有适当的粘度,由此可以改善可纺性。此外,耐火处理可以在适当的温度下进行,由此可以提高制造效率。低于上述范围,不能制造表现出优异的圆度的纤维。此外,包含所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的纺丝溶液的粘度增加,由此,可纺性会降低,并且在凝结工艺过程中凝结速率会显著降低。大于上述范围,在凝结工艺过程中纤维不能凝结而是被凝结溶液溶胀。此外,纤维会被制造为具有皮-芯结构,其中,通过凝结工艺制造的凝结纱线仅表面凝结而其内部不凝结。此外,在耐火处理过程中除了环化之外还发生副反应,因此,作为最终产物碳纤维的材料性能会下降。
所述磺酸盐类单体单元可以是来自由下面化学式1表示的单体的单元:
<化学式1>
Figure BDA0002939064850000041
在化学式1中,
R是氢或C1至C3线型烷基,
L是C1至C3线型亚烷基,
X是碱金属。
由于由化学式1表示的化合物的L是亚烷基,L因此不与自由基反应,由此可以提高聚合转化率。此外,由于所述化合物的分子结构的尺寸小,因此,所述化合物在耐火处理过程中不太可能充当缺陷。
然而,当L包含亚芳基、酰胺基等时,所述化合物的分子结构的尺寸变大,因此,由于由化学式1表示的化合物引起的空间位阻,在耐火处理过程中进行的丙烯腈类单体之间的环化不能顺利进行。
由于由化学式1表示的化合物的X是碱金属,因此,可以解决由纺丝工艺过程中产生的氨气引起的常规问题,即,工作环境和安全环境劣化。
所述磺酸盐类单体单元优选是来自选自烯丙基磺酸钠和甲代烯丙基磺酸钠中的一种或多种的单元。
相对于用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的总摩尔量,所述羧酸类单体单元的含量可以为0.60摩尔%至1.40摩尔%,优选地,为0.80摩尔%至1.30摩尔%。当满足上述范围时,可以降低耐火起始温度,并且在耐火处理过程中可以防止发生副反应。低于上述范围,耐火起始温度会升高。高于上述范围,在耐火处理过程中会发生副反应。
所述羧酸类单体单元可以是来自羧酸类单体的单元。所述羧酸类单体可以是选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、柠康酸、马来酸和中康酸中的一种或多种,并且优选是衣康酸。
所述丙烯腈类单体单元可以是来自丙烯腈类单体的单元。所述丙烯腈类单体可以是选自丙烯腈、甲基丙烯腈和乙基丙烯腈中的一种或多种,并且优选是丙烯腈。
所述丙烯腈类单体单元作为剩余物被包含,使得所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的总摩尔量为100摩尔%。
同时,根据本发明的一个实施方案的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物可以是通过溶液聚合制备的共聚物溶液的状态。
2.用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的制备方法
根据本发明的一个实施方案的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物可以通过包括以下步骤的方法来制备:1)制备包含单体混合物和有机溶剂的反应溶液,所述单体混合物包含磺酸盐类单体、羧酸类单体和丙烯腈类单体;和2)使所述反应溶液进行聚合。
下文中,将详细描述根据本发明的一个实施方案的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的制备方法的各个步骤。
步骤1):制备反应溶液
首先,制备包含单体混合物和有机溶剂的反应溶液。
所述单体混合物包含磺酸盐类单体、羧酸类单体和丙烯腈类单体。
相对于单体混合物的总摩尔量,所述磺酸盐类单体的含量可以为0.55摩尔%至1.55摩尔%,优选为0.60摩尔%至1.50摩尔%,更优选为0.80摩尔%至1.30摩尔%。
相对于单体混合物的总摩尔量,所述羧酸类单体的含量可以为0.60摩尔%至1.40摩尔%,优选地,为0.80摩尔%至1.30摩尔%。
所述丙烯腈类单体可以作为剩余物被包含,使得所述单体混合物的总摩尔量为100摩尔%。
限制磺酸盐类单体、羧酸类单体和丙烯腈类单体的类型和含量的原因已经在“1.用于碳纤维的丙烯腈类共聚物”中描述过。
所述有机溶剂是反应溶剂,与无机溶剂相比,有利于增加聚合过程中共聚物的重均分子量和浓度。此外,可以将聚合后的共聚物溶液直接用于纺丝工艺中,因此,可以减少工艺步骤,这最终会有助于提高纤维前体的生产率。
所述有机溶剂可以是选自二甲亚砜、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或多种,并且优选是二甲亚砜。
相对于100重量份的单体混合物,所述有机溶剂的含量可以为200重量份至500重量份或250重量份至400重量份,并且含量优选为250重量份至400重量份。当满足上述范围时,用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的重均分子量适当地保持,并且包含所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的纺丝溶液的粘度也适当地保持,从而可以容易地进行纺丝工艺。
步骤2):聚合
随后,使所述反应溶液进行聚合。
所述聚合可以在引发剂的存在下进行。
所述引发剂可以是选自偶氮二异丁腈、2,2'-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、二甲基2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸酯)、2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)、1,1'-偶氮双(环己烷-1-甲腈)、2,2'-偶氮双[N-(2-丙烯基)-2-甲基丙酰胺]、[(氰基-1-甲基乙基)偶氮]甲酰胺、2,2'-偶氮双(N-丁基-2-甲基丙酰胺)和2,2'-偶氮双(N-环己基-2-甲基丙酰胺)中的一种或多种,并且优选是选自偶氮二异丁腈、二甲基2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸酯)和2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)中的一种或多种。
相对于100重量份的单体混合物,所述引发剂的加入量可以为0.5重量份至1.0重量份或0.6重量份至0.8重量份,并且加入量优选为0.6重量份至0.8重量份。当满足上述条件时,可以适当地保持聚合速率,由此,可以提高相对于参照时间的聚合转化率。此外,可以制备具有适合于纺丝工艺的重均分子量的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物。
所述聚合可以是溶液聚合。
同时,所述聚合可以包括:所述反应溶液在第一温度下的第一聚合;和所述反应溶液在高于所述第一温度的第二温度下的第二聚合。
第一温度可以在55℃至80℃或60℃至70℃的范围内,并且优选在60℃至70℃的范围内。当满足上述条件时,可以适当地保持聚合速率,由此可以提高相对于参照时间的聚合转化率。此外,可以制备具有适合于纺丝工艺的重均分子量的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物。
第二温度可以在65℃至90℃或70℃至80℃的范围内,并且优选在70℃至80℃的范围内。当满足上述条件时,可以适当地保持聚合速率,由此可以提高相对于参照时间的聚合转化率。此外,可以制备具有适合于纺丝工艺的重均分子量的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物。
第二聚合可以在引发第一聚合之后4小时至9小时或6小时至8小时引发,并且优选在引发第一聚合之后6小时至8小时引发。当满足上述条件时,可以适当地保持聚合速率,由此可以提高相对于参照时间的聚合转化率。此外,可以制备具有适合于纺丝工艺的重均分子量的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物。
第二聚合可以进行4小时至9小时或6小时至8小时,优选进行6小时至8小时。当满足上述条件时,可以适当地保持聚合速率,由此可以提高相对于参照时间的聚合转化率。此外,可以制备具有适合于纺丝工艺的重均分子量的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物。
第二聚合结束之后,得到用于碳纤维的丙烯腈类共聚物。
3.用于碳纤维的丙烯腈类纤维
根据本发明的另一实施方案的用于碳纤维的丙烯腈类纤维由根据本发明的一个实施方案的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物制成,并且圆度为1.13以下,优选地,为1.1以下。
当满足上述条件时,可以改善作为最终产品的碳纤维的外观质量。
下文中,将详细描述本发明的示例性实施方案,使得本领域普通技术人员可以容易地进行本发明。然而,应当理解的是,本发明可以以各种形式实施,并且示例性实施方案不意在将本发明限制于此。
<丙烯腈类聚合物的制备方法>
实施例1
将100重量份的包含0.60摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠、1.00摩尔%的衣康酸和98.40摩尔%的丙烯腈的单体混合物均匀地溶解在318重量份的二甲亚砜中,以制备反应溶液。
将所述反应溶液加入到配备有搅拌器的反应器中,用氮气充满反应器的内部,然后以1℃/分钟的速率将反应器内部的温度升高至60℃。加入0.6重量份的偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂,进行溶液聚合8小时。之后,以1℃/分钟的速率将反应器内部的温度升高至70℃,并且使溶液聚合再进行另外6小时。聚合结束之后,得到丙烯腈类共聚物溶液。
实施例2
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含1.00摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠、1.00摩尔%的衣康酸和98.00摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类共聚物溶液。
实施例3
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含1.50摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠、1.00摩尔%的衣康酸和97.50摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类共聚物溶液。
实施例4
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含0.60摩尔%的烯丙基磺酸钠、1.00摩尔%的衣康酸和98.40摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类共聚物溶液。
实施例5
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含1.50摩尔%的烯丙基磺酸钠、1.00摩尔%的衣康酸和97.50摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类共聚物溶液。
比较例1
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含1.00摩尔%的衣康酸和99.00摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类共聚物溶液。
比较例2
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含0.50摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠、1.00摩尔%的衣康酸和98.50摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类共聚物溶液。
比较例3
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含1.60摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠、1.00摩尔%的衣康酸和97.40摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类聚合物溶液。
比较例4
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含1.00摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠、0.50摩尔%的衣康酸和98.50摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类聚合物溶液。
比较例5
除了使用通过均匀地溶解100重量份的包含1.00摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠、1.50摩尔%的衣康酸和97.50摩尔%的丙烯腈的单体混合物而制备的反应溶液之外,以与实施例1中相同的方式得到丙烯腈类聚合物溶液。
同时,根据实施例和比较例的单体混合物的组分总结并示于下面表1和表2中。
实验例1
测量根据实施例和比较例的丙烯腈类共聚物溶液(丙烯腈类共聚物:20重量%)的粘度和凝结速率,并示于下面表1和表2中。
(1)粘度(泊):使用布氏粘度计通过下面的条件测量。
锭子类型:圆锥型(CPA-52Z),圆锥角=3°,圆锥半径=1.2cm,间隙:13μm以下,测量剪切速率:10/秒至20/秒,测量温度:45℃
(2)凝结速率(μm/秒):首先,提供尺寸为76mm(宽度)、26mm(长度)和1mm(厚度)的载玻片作为第一基板。在第一基板上以间隔20mm设置彼此隔开的两个尺寸为24mm(宽度)、24mm(长度)和100μm(厚度)的分区。然后,在分区上设置尺寸为40mm(宽度)、24mm(长度)和10μm(厚度)的盖玻片作为第二基板,从而制造单元池。
将单元池安装在图象分析仪(Nikon制造的Nikon Eclipse Ti-U/DS-QilMc)中,将0.01ml的纺丝溶液(聚丙烯腈:20重量%,二甲亚砜:80重量%)注入到单元池中,并使0.05ml的凝结溶液沿一个方向通过纺丝溶液。
在这种情况下,凝结溶液由0.5重量%的交联三聚氰胺粒子(由Polyscience,Inc.制造的
Figure BDA0002939064850000101
交联三聚氰胺粒子,平均粒径:1μm,形状:球形)、49.75重量%的水和49.75重量%的二甲亚砜组成。
从粒子开始移动的时间点开始测量凝结溶液中包含的交联三聚氰胺粒子1分钟的移动距离和移动时间。
实验例2
将根据实施例和比较例的丙烯腈类共聚物溶液的温度升高至60℃,然后使用喷丝头(孔的直径:0.065mm,孔的数目:1,000)将所述溶液排放到包含重量比为1:1的水和二甲亚砜的凝结溶液(温度:50℃)中,并进行凝结以制造凝结纱线。同时,将喷丝头设置在凝结溶液中。用水(80℃)洗涤凝结纱线。通过扫描电镜(SEM)图像分析来测量如此洗涤的凝结纱线的圆度,并将其结果示于下面表1和表2中。此外,根据实施例2的洗涤后的丙烯腈类凝结纱线的SEM图像示于图1中,根据比较例1的洗涤后的丙烯腈类凝结纱线的SEM图像示于图2中。
实验例3
使用辊在120℃下将在实验例2中制造的丙烯腈类凝结纱线拉伸至15倍,以制造丙烯腈类拉伸纱线。随后,在以10℃/分钟将温度升高至400℃的同时,使用差示扫描量热计(DSC,由TA仪器公司制造的Q100)在氮气气氛下对丙烯腈类拉伸纱线进行耐火处理。此外,测量放热开始温度、耐火起始温度和阻燃峰值温度,并将其结果示于下面表1和表2中。
[表1]
Figure BDA0002939064850000111
[表2]
Figure BDA0002939064850000112
参照表1、表2、图1和图2,在使用包含0.60摩尔%至1.50摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠的单体混合物的实施例1至实施例3的情况下,丙烯腈类共聚物溶液表现出低的凝结速率。此外,洗涤后的丙烯腈类凝结纱线表现出优异的圆度,并且丙烯腈类拉伸纱线表现出适当的耐火起始温度和适当的阻燃峰值温度。另一方面,在使用不包含甲代烯丙基磺酸钠以及包含0.50摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠的单体混合物的比较例1和比较例2的情况下,丙烯腈类共聚物溶液表现出过高的凝结速率。此外,洗涤后的丙烯腈类凝结纱线表现出差的圆度。
在使用包含1.60摩尔%的甲代烯丙基磺酸钠的单体混合物的比较例3的情况下,丙烯腈类共聚物溶液表现出过低的凝结速率,因此,由其制成的丙烯腈类凝结纱线很可能不收缩反而膨胀,由此可以预测,所述丙烯腈类共聚物溶液将不适合于纺丝工艺。此外,尽管比较例3的洗涤后的丙烯腈类凝结纱线表现出优异的圆度,但是它被制造为具有皮-芯结构。此外,在比较例3的丙烯腈类拉伸纱线的情况下,观察到两个耐火起始温度和两个阻燃峰值温度,由此可以认为发生副反应。
在使用包含0.50摩尔%的衣康酸的单体混合物的比较例4的情况下,丙烯腈类拉伸纱线表现出非常高的耐火起始温度,使得耐火能量效率降低,并且由于过度蓄热和发热,纤维可能受损。
在使用包含1.50摩尔%的衣康酸的单体混合物的比较例5的情况下,丙烯腈类共聚物溶液表现出过高的粘度,导致纺丝工艺不能顺利进行。此外,在丙烯腈类拉伸纱线的情况下,观察到两个耐火起始温度,由此可以认为发生副反应。
在分别使用包含0.60摩尔%和1.50摩尔%的烯丙基磺酸钠的单体混合物的实施例4和实施例5的情况下,丙烯腈类共聚物溶液表现出适当的粘度和适当的凝结速率,洗涤后的丙烯腈类凝结纱线也表现出适当的圆度,并且丙烯腈类拉伸纱线也表现出适当的耐火起始温度和适当的阻燃峰值温度。

Claims (8)

1.一种用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,包含:磺酸盐类单体单元、羧酸类单体单元和丙烯腈类单体单元,
其中,所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含0.55摩尔%至1.55摩尔%的所述磺酸盐类单体单元和0.60摩尔%至1.40摩尔%的所述羧酸类单体单元,
其中,所述磺酸盐类单体单元是来自由下面化学式1表示的单体的单元:
<化学式1>
Figure FDA0003630070090000011
其中,在化学式1中,
R是氢或C1至C3线型烷基,
L是C1至C3线型亚烷基,
X是碱金属。
2.根据权利要求1所述的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,其中,所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含0.60摩尔%至1.50摩尔%的所述磺酸盐类单体单元。
3.根据权利要求1所述的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,其中,所述用于碳纤维的丙烯腈类共聚物包含0.80摩尔%至1.30摩尔%的所述羧酸类单体单元。
4.根据权利要求1所述的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,其中,所述磺酸盐类单体单元是来自选自烯丙基磺酸钠和甲代烯丙基磺酸钠中的一种或多种的单元。
5.根据权利要求1所述的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,其中,所述丙烯腈类单体单元是来自选自丙烯腈、甲基丙烯腈和乙基丙烯腈中的一种或多种的单元。
6.根据权利要求1所述的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,其中,所述羧酸类单体单元是来自选自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、柠康酸、马来酸和中康酸中的一种或多种的单元。
7.根据权利要求1所述的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物,其中,所述羧酸类单体单元是来自衣康酸的单元。
8.一种用于碳纤维的丙烯腈类纤维,该用于碳纤维的丙烯腈类纤维由根据权利要求1至7中任意一项所述的用于碳纤维的丙烯腈类共聚物制成,圆度为1.13以下。
CN201980052862.XA 2018-11-02 2019-11-01 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物 Active CN112585179B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20180133738 2018-11-02
KR10-2018-0133738 2018-11-02
PCT/KR2019/014748 WO2020091524A1 (ko) 2018-11-02 2019-11-01 탄소섬유용 아크릴로니트릴계 공중합체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112585179A CN112585179A (zh) 2021-03-30
CN112585179B true CN112585179B (zh) 2022-09-13

Family

ID=70461863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980052862.XA Active CN112585179B (zh) 2018-11-02 2019-11-01 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210230330A1 (zh)
EP (1) EP3875505B1 (zh)
JP (1) JP7178489B2 (zh)
KR (1) KR20200050898A (zh)
CN (1) CN112585179B (zh)
WO (1) WO2020091524A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112566953B (zh) * 2018-11-02 2022-09-23 株式会社Lg化学 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3917776A (en) * 1970-12-12 1975-11-04 Mitsubishi Rayon Co Process for producing carbon fiber
US4349523A (en) * 1977-04-05 1982-09-14 Toray Industries, Inc. Process for producing carbon fiber of improved oxidation resistance
JP2011213771A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Toray Ind Inc 管状連続反応器を用いたポリアクリロニトリル共重合体の製造方法
CN104562222A (zh) * 2013-10-28 2015-04-29 中国石油化工股份有限公司 粘度可控的高固含量聚丙烯腈基碳纤维纺丝原液的制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4843579B1 (zh) * 1970-12-12 1973-12-19
JPS516248B2 (zh) * 1972-12-28 1976-02-26
JPS53123453A (en) * 1977-04-05 1978-10-27 Toray Ind Inc Acrylic polymer solution having good fiber-forming proterty
KR100377242B1 (ko) * 1995-05-10 2003-06-25 인스티튜트 오브 텍스타일 테크놀로지 아크릴로니트릴,메타크릴로니트릴및올레핀계불포화단량체의중합체제조방법
JP2001181925A (ja) * 1999-12-22 2001-07-03 Toray Ind Inc 炭素繊維用前駆体繊維束およびその製造方法および炭素繊維の製造方法
JP2001279537A (ja) * 2000-03-27 2001-10-10 Toray Ind Inc 炭素繊維製造用前駆体繊維束および炭素繊維の製造方法
CN1249280C (zh) 2000-06-23 2006-04-05 三菱丽阳株式会社 碳纤维前体纤维束及其制造方法
JP2002266159A (ja) * 2001-03-13 2002-09-18 Toray Ind Inc 炭素繊維用前駆体繊維束およびその製造方法
CN102102234B (zh) * 2010-12-22 2013-08-14 中国科学院山西煤炭化学研究所 三元共聚高亲水性聚丙烯腈基碳纤维纺丝溶液及制法
CN102733011B (zh) * 2012-07-11 2015-05-06 西安康本材料有限公司 多元氨化聚丙烯腈基碳纤维纺丝液及其制备方法
CN104558394A (zh) * 2013-10-28 2015-04-29 中国石油化工股份有限公司 粘度可控的聚丙烯腈碳纤维纺丝原液的制备方法
CN110684149B (zh) * 2018-07-06 2021-11-30 中国石油化工股份有限公司 窄分布聚丙烯腈基碳纤维纺丝原液的制备方法
CN112566953B (zh) * 2018-11-02 2022-09-23 株式会社Lg化学 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3917776A (en) * 1970-12-12 1975-11-04 Mitsubishi Rayon Co Process for producing carbon fiber
US4349523A (en) * 1977-04-05 1982-09-14 Toray Industries, Inc. Process for producing carbon fiber of improved oxidation resistance
JP2011213771A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Toray Ind Inc 管状連続反応器を用いたポリアクリロニトリル共重合体の製造方法
CN104562222A (zh) * 2013-10-28 2015-04-29 中国石油化工股份有限公司 粘度可控的高固含量聚丙烯腈基碳纤维纺丝原液的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210230330A1 (en) 2021-07-29
WO2020091524A1 (ko) 2020-05-07
KR20200050898A (ko) 2020-05-12
EP3875505A4 (en) 2021-12-08
JP2021535948A (ja) 2021-12-23
JP7178489B2 (ja) 2022-11-25
EP3875505A1 (en) 2021-09-08
CN112585179A (zh) 2021-03-30
EP3875505B1 (en) 2024-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1921183B1 (en) Flame-resistant fiber, carbon fiber, and processes for the production of both
KR102322305B1 (ko) 낮은 다분산도 지수(pdi)를 갖는 폴리아크릴로니트릴(pan) 폴리머 및 이로부터 제조된 탄소 섬유
JP5691366B2 (ja) 炭素繊維の製造方法
JP2008308776A (ja) ポリアクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法、炭素繊維の製造方法、および炭素繊維
EP3020735B1 (en) Flame resistant polymer, polymer solution, flame resistant fiber, methods for producing same and a method for producing a carbon fiber
US8043693B2 (en) Solution containing flame-resistant polymer and carbon molding
CN112585179B (zh) 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物
CN110062774B (zh) 用于生产碳纤维的丙烯腈类聚合物的制备方法
KR20110125957A (ko) 탄소섬유 성형용 폴리아크릴로나이트릴 공중합체의 제조방법, 이로부터 제조된 폴리아크릴로나이트릴 공중합체 및 이를 이용한 탄소섬유의 제조방법
JP6900728B2 (ja) 炭素繊維前駆体アクリル繊維および炭素繊維束の製造方法
CN112566953B (zh) 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的制备方法
KR102161029B1 (ko) 탄소섬유 제조용 아크릴로니트릴계 중합체의 제조방법
RU2432422C2 (ru) Огнестойкое волокно, углеродное волокно и способ их получения
JP2008308777A (ja) 炭素繊維、炭素繊維製造用ポリアクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法
JP3994488B2 (ja) 炭素繊維の製造法
JP6150334B2 (ja) 炭素繊維前駆体繊維および炭素繊維
KR20110130186A (ko) 보풀발생이 억제되는 탄소섬유의 제조방법
KR102115967B1 (ko) 탄소섬유의 제조방법
KR20120007183A (ko) 보풀발생이 억제되는 탄소섬유의 제조방법
KR20110079369A (ko) 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체의 도프원액 제조 방법
KR102216640B1 (ko) 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조방법 및 이에 이용되는 폴리아크릴로니트릴계 공중합체
Gharal Effect of recycled acrylic fibre and external additives on the evolution of structure and properties of PAN Precursor and carbon fibres
Sen et al. Electrospun nanofibers of acrylonitrile and itaconic acid copolymers and their stabilization
KR0164662B1 (ko) 탄소섬유용 아크릴니트릴계 공중합체의 제조방법
Mahmood et al. AUTOMOBILE GRADE CARBON FIBER FROM MELT PROCESSABLE ACRYLONITRILE-CO-1-VINYL IMIDAZOLE COPOLYMER

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant