CN115124745B - 一种对位芳纶薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对位芳纶薄膜及其制备方法，属于芳纶薄膜制备技术领域。本发明公开的方法将聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物和浓硫酸混合，得到制膜原液；将制膜原液保温后，采用挤膜设备挤出后经酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗、热定型、卷绕处理后得到对位芳纶薄膜，解决对位芳纶纯膜制备不能连续化和大批量生产连续薄膜的问题，避免了采用抽滤方法进行薄膜制备，解决了采用抽滤方法制备对位芳纶薄膜厚度不均一问题。通过开发对位芳纶薄膜制备的工艺方法，开发了对位芳纶薄膜连续生产的新工艺，设备及过程简单、高效，可大大提升薄膜质量的稳定性、提高薄膜生产的效率，可在工业上推广应用。

Description

一种对位芳纶薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于芳纶薄膜制备技术领域，具体涉及一种对位芳纶薄膜及其制备方法。

背景技术

对位芳纶全称聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)，又称为芳纶1414。聚对苯二甲酰对苯二胺分子为刚性结构，芳纶纤维具有高强度、高模量和优异的耐热性能、阻燃性能、耐化学腐蚀性能，是一种关键的基础材料，由其制备的纤维通常被用于光缆通信、复合材料、航空航天、国防和汽车等众多领域。聚对苯二甲酰对苯二胺薄膜产品拥有薄膜产品中的最高弹性模量，热绝缘性接近聚酰亚胺，是一种具有适用于工业材料等有用属性的薄膜，如表面光滑度、低吸湿性、气障特性和耐化学性，但由于聚对苯二甲酰对苯二胺的特殊溶解性与生产工艺的高难度性，目前对位芳纶薄膜的产业化生产存在困难。

目前已经出现的基于低温溶液聚合方法制备聚对苯二甲酰对苯二胺薄膜，通过聚合、溶胀、分散、过滤和干燥步骤制备出PPTA薄膜，也有采用真空辅助抽滤的方法对聚对苯二甲酰对苯二胺纳米纤维分散液抽滤制备对位芳纶薄膜，但以上制备方法均通过过滤或抽滤操作，对设备或者真空度的要求较高，适合于少量样品薄膜的制备，不适用于大批量或产业化生产。。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种对位芳纶薄膜及其制备方法，用以解决现有对位芳纶薄膜不能大批量且连续化生产的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种对位芳纶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物和浓硫酸混合，得到制膜原液；将制膜原液保温后，采用挤膜设备挤出后经酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗、热定型、处理后得到对位芳纶薄膜。

进一步地，所述浓硫酸的质量浓度为98％～101％；所述制膜原液中的聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物的质量浓度为8％～21％。

进一步地，所述聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物的特性粘度值为4.5～7.5；所述将制膜原液保温后，采用挤膜设备挤出是通过原液输送泵将制膜原液输送到挤膜设备的入口管中进行挤出，所述原液输送泵的压力为10Kg～45Kg，开度为45％～90％。

进一步地，所述将制膜原液保温的温度为75℃～85℃。

进一步地，所述挤膜设备的膜缝长度为40mm～270mm，宽度为0.02mm～0.30mm。

进一步地，所述采用挤膜设备挤出后还要经过空气隙和凝固浴；所述空气隙的距离为5cm～80cm；所述采用挤膜设备挤出后经酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗、热定型、处理后还要进行卷绕处理。

进一步地，所述酸洗、一级水洗、碱洗和二级水洗分别在酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中进行，所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽的长度为4m～6m；所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中各自设有第一牵伸辊和第二牵伸辊，所述第一牵伸辊和第二牵伸辊的长度为10cm～50cm；所述酸洗槽中的第一牵伸辊的直径为40mm～160mm，第二牵伸辊的直径为80mm～200mm；所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的直径相同，为100mm～200mm。

进一步地，所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为70cm～180cm，所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的一半位于洗液液面下；所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为100cm～300cm，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊位于洗液液面上方，距离洗液液面的距离为10cm～99cm，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第二牵伸辊的一半位于洗液液面下。

进一步地，所述酸洗槽中的洗液为质量浓度为1％～10％的硫酸水溶液，所述酸洗槽中的温度为5℃～50℃；所述碱洗槽的洗液为质量浓度为1％～10％的碱水溶液，所述碱洗槽的温度为5℃～45℃；所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的洗液均为循环流动的；所述第一牵伸辊和第二牵伸辊的转速为15r/min～100r/min；所述热定型采用热压辊进行，所述热压辊的温度为120℃～180℃；所述卷绕采用卷绕辊进行，所述卷绕辊的转速为20r/min～135r/min。

本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的对位芳纶薄膜，所述对位芳纶薄膜的宽度为36mm～268mm，厚度为0.02mm～0.28mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种对位芳纶薄膜的制备方法，将聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物和浓硫酸混合，得到制膜原液；将制膜原液保温后，采用挤膜设备挤出后经酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗、热定型、卷绕处理后得到对位芳纶薄膜；本发明采用酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗的四级清洗工艺方法解决薄膜中的溶剂残留问题，不需要通过抽滤的方法将溶剂移除。本发明公开的方法避免了采用抽滤方法进行薄膜制备；由于采用的制备技术是基于挤出工艺制备对位芳纶薄膜，从挤膜原液到四级清洗干燥定型均为稳定连续工艺解决对位芳纶纯膜制备不能连续化和大批量生产连续薄膜的问题，不需抽滤方法将溶剂移除且可连续化稳定制备厚度均一、光滑平整的对位芳纶纯膜。通过开发对位芳纶薄膜制备的工艺方法，开发了对位芳纶薄膜连续生产的新工艺，设备及过程简单、高效，可大大提升薄膜质量的稳定性、提高薄膜生产的效率，可在工业上推广应用。

本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的对位芳纶薄膜，对位芳纶薄膜的宽度为36mm～268mm，厚度为0.02mm～0.28mm，薄膜厚度均匀，质量稳定，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为采用挤膜设备挤出后经酸洗、一级水洗的设备示意图；

其中：1-酸洗槽；2-一级水洗槽。

具体实施方式

为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。

本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。

本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。

本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。

本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。

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。

下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。

实施例1

本发明公开了一种对位芳纶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将特性粘度值为4.5的聚对苯二甲酰对苯二胺与浓度为98％的浓硫酸混合溶解，得到浓度为8.0％制膜原液，利用75℃热水循环保持制膜原液的温度维持在75℃，采用压力为10Kg，开度为45％原液输送泵将制膜原液输送到挤膜设备的入口管中进行挤出，所述挤膜设备的膜缝长度为40mm、宽度为0.02mm；挤出后经过距离为5cm的空气隙、凝固浴，再依次经过酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽进行酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗，随后通过热压辊进行热定型、采用卷绕辊进行卷绕，得到宽度和厚度分别为38mm、0.02mm的对位芳纶薄膜；

所述酸洗槽中硫酸水溶液的温度为5℃、浓度为1％；一级水洗温度碱洗溶液为氢氧化钠水溶液，氢氧化钠浓度为1％，碱洗的温度为10℃，一级、二级水洗的温度为10℃；

所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽的长度均为4米，酸洗槽中的第一牵伸辊的直径为70mm，第二牵伸辊的直径为80mm，酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的间距为70cm，所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的一半位于洗液液面下；一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的直径均为100mm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中第一牵伸辊均距离洗液液面上10cm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第二牵伸辊的一半位于洗液液面下，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为100cm；上述第一牵伸辊和第二牵伸辊的长度为10cm，转速为15r/min；所述热压辊温度设置为120℃，卷绕辊转速为20r/min。

实施例2

本发明公开了一种对位芳纶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将特性粘度值为7.5的聚对苯二甲酰对苯二胺与浓度为101％的浓硫酸混合溶解，得到浓度为21.0％制膜原液，利用85℃热水循环保持制膜原液的温度维持在85℃，采用压力为45Kg，开度为90％原液输送泵将制膜原液输送到挤膜设备的入口管中进行挤出，所述挤膜设备的膜缝长度为270mm、宽度为0.30mm；挤出后经过距离为80cm的空气隙、凝固浴，再依次经过酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽进行酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗，随后通过热压辊进行热定型、采用卷绕辊进行卷绕，得到宽度和厚度分别为268mm、0.28mm的对位芳纶薄膜；

所述酸洗槽中硫酸水溶液的温度为50℃、浓度为10％；一级水洗温度碱洗溶液为氢氧化钾水溶液，氢氧化钾水溶液的浓度为10％，碱洗的温度为45℃，一级、二级水洗的温度为30℃；

如图1所示，所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽的长度均为6米，酸洗槽中的第一牵伸辊的直径为160mm，第二牵伸辊的直径为200mm，酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的间距为180cm，所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的一半位于洗液液面下；一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的直径均为200mm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中第一牵伸辊均距离洗液液面上99cm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第二牵伸辊的一半位于洗液液面下，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为300cm；上述第一牵伸辊和第二牵伸辊的长度为50cm，转速为100r/min；所述热压辊温度设置为180℃，卷绕辊转速为135r/min。

实施例3

本发明公开了一种对位芳纶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将特性粘度值为6.5的聚对苯二甲酰对苯二胺与浓度为99.8％的浓硫酸混合溶解，得到浓度为20.0％制膜原液，利用80℃热水循环保持制膜原液的温度维持在80℃，采用压力为30Kg，开度为65％原液输送泵将制膜原液输送到挤膜设备的入口管中进行挤出，所述挤膜设备的膜缝长度为150mm、宽度为0.08mm；挤出后经过距离为40cm的空气隙、凝固浴，再依次经过酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽进行酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗，随后通过热压辊进行热定型、采用卷绕辊进行卷绕，得到宽度和厚度分别为145mm、0.06mm的对位芳纶薄膜；

所述酸洗槽中硫酸水溶液的温度为35℃、浓度为3％；一级水洗温度碱洗溶液为氢氧化钠与氢氧化钠水溶液，氢氧化钠与氢氧化钠水溶液的浓度为3.5％，碱洗的温度为40℃，一级、二级水洗的温度为25℃；

所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽的长度均为5米，酸洗槽中的第一牵伸辊的直径为100mm，第二牵伸辊的直径为150mm，酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的间距为80cm，所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的一半位于洗液液面下；一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的直径均为150mm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中第一牵伸辊均距离洗液液面上38cm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第二牵伸辊的一半位于洗液液面下，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为50cm；上述第一牵伸辊和第二牵伸辊的长度为30cm，转速为60r/min；所述热压辊温度设置为160℃，卷绕辊转速为80r/min。

实施例4

本发明公开了一种对位芳纶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将特性粘度值为7.0的聚对苯二甲酰对苯二胺与浓度为100％的浓硫酸混合溶解，得到浓度为20.0％制膜原液，利用80℃热水循环保持制膜原液的温度维持在80℃，采用压力为20Kg，开度为80％原液输送泵将制膜原液输送到挤膜设备的入口管中进行挤出，所述挤膜设备的膜缝长度为165mm、宽度为0.06mm；挤出后经过距离为40cm的空气隙、凝固浴，再依次经过酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽进行酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗，随后通过热压辊进行热定型、采用卷绕辊进行卷绕，得到宽度和厚度分别为36mm、0.03mm的对位芳纶薄膜；

所述酸洗槽中硫酸水溶液的温度为35℃、浓度为3％；一级水洗温度碱洗溶液为氢氧化钠与氢氧化钠水溶液，氢氧化钠与氢氧化钠水溶液的浓度为3.5％，碱洗的温度为5℃，一级、二级水洗的温度为25℃；

所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽的长度均为5米，酸洗槽中的第一牵伸辊的直径为100mm，第二牵伸辊的直径为150mm，酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的间距为80cm，所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的一半位于洗液液面下；一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的直径均为150mm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中第一牵伸辊均距离洗液液面上38cm，一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第二牵伸辊的一半位于洗液液面下，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为50cm；上述第一牵伸辊和第二牵伸辊的长度为30cm，转速为60r/min；所述热压辊温度设置为160℃，卷绕辊转速为80r/min。

实施例5

与实施例1不同的是，本实施例中采用特性粘度值为6.3的聚对苯二甲酰对苯二胺与浓度为99.9％的浓硫酸混合溶解，得到浓度为16.0％制膜原液，其余参数和制备方法均于实施例1相同，制备得到宽度和厚度分别为135mm、0.08mm的对位芳纶薄膜。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种对位芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物和浓硫酸混合，得到制膜原液；将制膜原液保温后，采用挤膜设备挤出后经酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗、热定型、处理后得到对位芳纶薄膜；

所述采用挤膜设备挤出后还要经过空气隙和凝固浴；所述空气隙的距离为5cm~80cm；所述采用挤膜设备挤出后经酸洗、一级水洗、碱洗、二级水洗、热定型、处理后还要进行卷绕处理；

所述酸洗、一级水洗、碱洗和二级水洗分别在酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中进行，所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽的长度为4m~6m；所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中各自设有第一牵伸辊和第二牵伸辊，所述第一牵伸辊和第二牵伸辊的长度为10cm~50cm；所述酸洗槽中的第一牵伸辊的直径为40mm~160mm，第二牵伸辊的直径为80mm~200mm；所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的直径相同，为100mm~200mm；

所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为70cm~180cm，所述酸洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的一半位于洗液液面下；所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊和第二牵伸辊的间距为100cm~300cm，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第一牵伸辊位于洗液液面上方，距离洗液液面的距离为10cm~99cm，所述一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的第二牵伸辊的一半位于洗液液面下；

所述酸洗槽中的洗液为质量浓度为1%~10%的硫酸水溶液，所述酸洗槽中的温度为5℃~50℃；所述碱洗槽的洗液为质量浓度为1%~10%的碱水溶液，所述碱洗槽的温度为5℃~45℃；所述酸洗槽、一级水洗槽、碱洗槽和二级水洗槽中的洗液均为循环流动的；所述第一牵伸辊和第二牵伸辊的转速为15r/min~100r/min；所述热定型采用热压辊进行，所述热压辊的温度为120℃~180℃；所述卷绕采用卷绕辊进行，所述卷绕辊的转速为20r/min~135r/min。

2.根据权利要求1所述的一种对位芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸的质量浓度为98%~101%；所述制膜原液中的聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物的质量浓度为8%~21%。

3.根据权利要求1所述的一种对位芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物的特性粘度值为4.5~7.5；所述将制膜原液保温后，采用挤膜设备挤出是通过原液输送泵将制膜原液输送到挤膜设备的入口管中进行挤出，所述原液输送泵的压力为10Kg~45Kg，开度为45%~90%。

4.根据权利要求1所述的一种对位芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述将制膜原液保温的温度为75℃~85℃。

5.根据权利要求1所述的一种对位芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述挤膜设备的膜缝长度为40mm~270mm，宽度为0.02mm~0.30mm。