CN114230786A - 一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法及其应用 - Google Patents
一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法及其应用，涉及高分子合成技术领域。所述聚对苯二甲酰对苯二胺粉末粒径小于125μm，通过对聚合反应温度的控制、两种聚合单体的比例以及反应器的转速来控制聚合产物颗粒的大小，最终得到超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末，本发明制得的聚对苯二甲酰对苯二胺粉末粒径小于125μm，将制得的粉末加入到工程塑料、特种涂料以及橡胶化合物中可以显著提高复合材料的吸音性、耐磨性及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及高分子合成技术领域，尤其涉及一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法及其应用。
背景技术
对位芳纶是迄今为止综合性能优异的一种有机纤维，除了具有高强高模的拉伸性能之外，还有耐高温、阻燃、耐磨和耐化学腐蚀等特点。对位芳纶的玻璃化转变温度很高，在较高温度依然保持稳定，同时热收缩和蠕变都很低。对位芳纶能耐强酸和强碱以外的大多数化学品。由于其诸多性能，广泛应用于防弹、轮胎、橡胶制品、和室外光缆等重要领域，是航空航天及国防军工事业建设的重要基础材料。
虽然对位芳纶纤维的性能优异，但由于纤维本身的难分散性限制了其在工程塑料、特种涂料以及橡胶化合物中应用，虽然纤维经过改性可以提高其分散性但加工生产成本太高，且产业化较少，而聚对苯二甲酰对苯二胺粉末在复合材料中有较好的分散性，但常规的粉末颗粒太大，在复合材料中容易形成应力集中点而影响材料的力学性能，超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末在保留了芳纶耐高温、阻燃、耐磨和耐化学腐蚀等特点的同时，还不会影响复合材料的力学性能。
因为聚对苯二甲酰对苯二胺本身的高强和耐磨，常规的大颗粒很难被研磨机研磨成粉末状，因此需要有新的途径获得小粒径的聚对苯二甲酰对苯二胺。
发明内容
本发明的目的是公开一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，通过对合成制备方法的限定，以得到超细的聚对苯二甲酰对苯二胺粉末。同时公开其具体应用。
为实现上述目的，本申请公开了一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，所述聚对苯二甲酰对苯二胺粉末粒径小于125μm，具体包括如下步骤：
（1）配置N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，所述氯化钙在N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂中的质量分数为6～9%；
（2）对苯二胺溶解，在高压高纯N2保护下，将对苯二胺溶解于N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，对苯二胺占所述N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂的质量分数为5.2～5.7%；
（3）对苯二甲酰氯反应，将对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，加入总量与对苯二胺的摩尔比为1：（1～1.1），搅拌反应20～30分钟；
（4）将反应器中的产物聚合粉末加碱中和后经研磨机研磨，再经过多级逆流水洗彻底去除体系中溶剂，经干燥后得到淡黄色的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末。
进一步的，所述步骤（1）中配置N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂通过将氯化钙水溶液和N-甲基吡咯烷酮为原料制备混合溶剂，经过减压蒸馏除水后获得。
进一步的，所述步骤（2）中对苯二胺溶解，通过在反应器中加入N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，待溶剂温度升高至60～90℃，加入对苯二胺粉末搅拌溶解，待对苯二胺完全溶解后，冷媒冷却至5～15℃。
进一步的，所述步骤（3）对苯二甲酰氯反应步骤通过将对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，反应过程在5～60℃的温度范围内进行，反应器搅拌速度为150～300rpm。
进一步的，所述步骤（4）中的研磨机筛网孔径为0.1～1mm。
进一步的，所述超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末特性粘度为4～6dL/g。
同时本申请还公开了通过上述制备方法获得的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末在工程塑料、特种涂料以及橡胶化合物中的应用。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点。
本发明实施例提供了一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的合成方法，将对苯二胺和对苯二甲酰氯通过间歇聚合缩聚反应生成超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末，通过控制聚合反应的温度、两种聚合单体的比例以及反应器的转速来控制聚合产物颗粒的大小，最终得到的聚对苯二甲酰对苯二胺粉末粒径小于125μm，解决常规粉末在在工程塑料、特种涂料以及橡胶化合物中的应力集中问题，在不影响复合材料力学性能的同时提高复合材料的耐高温、阻燃、耐磨和耐化学腐蚀等特点，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的合成方法：下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
1)将氯化钙水溶液和N-甲基吡咯烷酮为原料制备混合溶剂，经过减压蒸馏除水，得到N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，氯化钙在N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂中的质量分数为6%。
2)在高压高纯N2保护下，在反应器中加入N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，待溶剂温度升高至90℃，加入对苯二胺粉末搅拌溶解，对苯二胺的质量分数为5.7%，待对苯二胺完全溶解后，冷媒冷却至15℃。
3)对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，加入总量与对苯二胺物质的量之比为1：1.1，反应时间30分钟，反应过程在5～60℃的温度范围内进行，反应器搅拌速度为200rpm。
4)将反应器中的产物聚合粉末加碱中和后经研磨机研磨，研磨机筛网孔径为0.5mm再经过多级逆流水洗彻底去除体系中溶剂，经干燥后得到淡黄色的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末。
实施例2
1)将氯化钙水溶液和N-甲基吡咯烷酮为原料制备混合溶剂，经过减压蒸馏除水，得到N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，氯化钙在N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂中的质量分数为8%。
2)在高压高纯N2保护下，在反应器中加入N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，待溶剂温度升高至90℃，加入对苯二胺粉末搅拌溶解，对苯二胺的质量分数为5.2%，待对苯二胺完全溶解后，冷媒冷却至10℃。
3)对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，加入总量与对苯二胺物质的量之比为1：1.02，反应时间30分钟，反应过程在5～60℃的温度范围内进行，反应器搅拌速度为150rpm。
4)将反应器中的产物聚合粉末加碱中和后经研磨机研磨，研磨机筛网孔径为0.2mm再经过多级逆流水洗彻底去除体系中溶剂，经干燥后得到淡黄色的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末。
实施例3
1)将氯化钙水溶液和N-甲基吡咯烷酮为原料制备混合溶剂，经过减压蒸馏除水，得到N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，氯化钙在N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂中的质量分数为9%。
2)在高压高纯N2保护下，在反应器中加入N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，待溶剂温度升高至60℃，加入对苯二胺粉末搅拌溶解，对苯二胺的质量分数为5.5%，待对苯二胺完全溶解后，冷媒冷却至5℃。
3)对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，加入总量与对苯二胺物质的量之比为1：1.0，反应时间20分钟，反应过程在5～60℃的温度范围内进行，反应器搅拌速度为300rpm。
4)将反应器中的产物聚合粉末加碱中和后经研磨机研磨，研磨机筛网孔径为0.7mm再经过多级逆流水洗彻底去除体系中溶剂，经干燥后得到淡黄色的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末。
实施例4
1)将氯化钙水溶液和N-甲基吡咯烷酮为原料制备混合溶剂，经过减压蒸馏除水，得到N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，氯化钙在N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂中的质量分数为7%。
2)在高压高纯N2保护下，在反应器中加入N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，待溶剂温度升高至80℃，加入对苯二胺粉末搅拌溶解，对苯二胺的质量分数为5.4%，待对苯二胺完全溶解后，冷媒冷却至8℃。
3)对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，加入总量与对苯二胺物质的量之比为1：1.05，反应时间25分钟，反应过程在5～60℃的温度范围内进行，反应器搅拌速度为250rpm。
4)将反应器中的产物聚合粉末加碱中和后经研磨机研磨，研磨机筛网孔径为0.3mm再经过多级逆流水洗彻底去除体系中溶剂，经干燥后得到淡黄色的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末。
对比例1
对苯二甲酰氯熔体加入总量与对苯二胺物质的量之比为1.05：1，其余内容同实施例1。
对比例2
加入对苯二胺粉末搅拌溶解，待对苯二胺完全溶解后，冷媒冷却至-5℃，其余内容同实施例2。
对比例3
对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，反应过程中反应器搅拌速度为100rpm，其余内容同实施例3。
通过对实施例1-4以及对比例1-3的粒径和粉末特性粘度进行检测，数据结果见下表。
由表可见，通过本申请公开的制备方法获得的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末与对比例相比，粒度明显更低，同时粉末特性粘度更低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，其特征在于：所述聚对苯二甲酰对苯二胺粉末粒径小于125μm，具体包括如下步骤：
（1）配置N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，所述氯化钙在N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂中的质量分数为6～9%；
（2）对苯二胺溶解，在高压高纯N2保护下，将对苯二胺溶解于N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，对苯二胺占所述N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂的质量分数为5.2～5.7%；
（3）对苯二甲酰氯反应，将对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，加入总量与对苯二胺的摩尔比为1：（1～1.1），搅拌反应20～30分钟；
（4）将反应器中的产物聚合粉末加碱中和后经研磨机研磨，再经过多级逆流水洗彻底去除体系中溶剂，经干燥后得到淡黄色的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末。
2.根据权利要求1所述的一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中配置N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂通过将氯化钙水溶液和N-甲基吡咯烷酮为原料制备混合溶剂，经过减压蒸馏除水后获得。
3.根据权利要求1所述的一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中对苯二胺溶解，通过在反应器中加入N-甲基吡咯烷酮与氯化钙溶剂，待溶剂温度升高至60～90℃，加入对苯二胺粉末搅拌溶解，待对苯二胺完全溶解后，冷媒冷却至5～15℃。
4.根据权利要求1所述的一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）对苯二甲酰氯反应步骤通过将对苯二甲酰氯熔体一次加入反应器中，反应过程在5～60℃的温度范围内进行，反应器搅拌速度为150～300rpm。
5.根据权利要求1所述的一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中的研磨机筛网孔径为0.1～1mm。
6.根据权利要求1所述的一种超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末的制备方法，其特征在于：所述超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末特性粘度为4～6dL/g。
7.一种将如权利要求1-6所述制备方法获得的超细聚对苯二甲酰对苯二胺粉末，其特征在于，应用于工程塑料、特种涂料以及橡胶化合物中。
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