CN117926458A - 改性聚氯乙烯纤维的制备方法及改性聚氯乙烯纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法及改性聚氯乙烯纤维。所述制备方法包括在溶剂中添加二元胺和二元酐，反应得到不同聚合度的聚酰胺酸齐聚物溶液；将聚氯乙烯树脂加入到所述聚酰胺酸齐聚物溶液中反应；在所得反应溶液中加入三乙胺和乙酸酐，之后将溶液静置沉淀，并过滤掉底部沉淀物，得到改性的聚氯乙烯溶液；将改性的聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝得到改性聚氯乙烯纤维等步骤。本发明利用短链聚酰亚胺接枝改性聚氯乙烯，能同时提升聚氯乙烯的耐热性和耐辐照性，且可避免在聚氯乙烯中添加其他的稳定剂，从而获得一种稳定的改性聚氯乙烯溶液，提高聚氯乙烯纤维的湿法纺丝成形质量。
Description
技术领域
本发明涉及有机纤维工程技术领域，更具体地，涉及一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法及改性聚氯乙烯纤维。
背景技术
聚氯乙烯是世界上产量第三大的合成聚合物塑料，聚氯乙烯纤维是由聚氯乙烯树脂纺制的纤维，简称“氯纶”。聚氯乙烯纤维良好的电气绝缘性、耐化学腐蚀性、耐磨性、阻燃性及保温性，另外聚氯乙烯的原料来源广泛、价格便宜，因此聚氯乙烯纤维被广泛应用于装饰、产业用布以及服饰等，例如毛衣毛裤、绝缘布、防尘口罩。然而，聚氯乙烯的耐热性能差，造成聚氯乙烯纤维织物的软化点非常低，通常在60～70℃下就开始软化，产生收缩导致变形，这大大限制了聚氯乙烯的应用范围，因此，在不损坏聚氯乙烯原性能的基础上，提高其耐热稳定性，能扩大聚氯乙烯纤维的使用范围和使用时效。此外，聚氯乙烯在光照条件下容易被氧化降解，出现老化现象，增加聚氯乙烯纤维的耐紫外辐照性能可进一步提升其应用价值，实现更高的经济效应。
传统改性聚氯乙烯耐热性和耐紫外辐照性的方法主要是在聚氯乙烯树脂体系中共混耐热树脂及一些无机抗紫外填充剂，这种方法存在共混均匀性差的问题，特别是体系中添加大量无机填料后会导致聚氯乙烯纤维成形困难，或者纤维内部缺陷较多力学性能差。因此，有必要提供一种更有效的高耐热及耐紫外辐照聚氯乙烯纤维的制备方法。
经检索，公开号为CN105542335A的发明专利提供了一种耐高温的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫及其制备方法。该技术方案形成的酰亚胺-聚氯乙烯合金结构泡沫包括聚氯乙烯树脂100份、有机二酐1-30份、异氰酸酯30-150份、稳定剂0-10份、引发剂1-12份，具有耐高温结构泡沫的相关特性，无法很好地用于聚氯乙烯纤维的制备。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法及改性聚氯乙烯纤维，利用短链聚酰亚胺接枝改性聚氯乙烯，能同时提升聚氯乙烯的耐热性和耐辐照性，且可避免在聚氯乙烯中添加其他的稳定剂，从而获得一种稳定的改性聚氯乙烯溶液，提高聚氯乙烯纤维的湿法纺丝成形质量。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在溶剂中添加二元胺和二元酐，反应得到不同聚合度的聚酰胺酸齐聚物溶液；
步骤S2：将聚氯乙烯树脂加入到所述聚酰胺酸齐聚物溶液中反应2～24小时；
步骤S3：在所述步骤S2所得反应溶液中加入三乙胺和乙酸酐，反应1～12小时，之后将溶液静置沉淀，并过滤掉底部沉淀物，得到改性的聚氯乙烯溶液；
步骤S4：将所述改性的聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝得到改性聚氯乙烯纤维。
优选地，所述步骤S1中，所述二元胺是对苯二胺、4,4’-二胺基二苯醚中的一种或两种，所述二元酐是均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐中的一种或两种；所述二元胺和二元酐的加入量的摩尔比在5:6～1:2之间。
优选地，所述步骤S1中，所述溶剂为N,N’-二甲基乙酰胺、N,N’-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮和二甲基亚砜的一种或两种的混合溶剂；所述反应的温度在-10℃～60℃之间。
优选地，所述步骤S1中，所述聚酰胺酸齐聚物溶液的固含量在1％～10％之间。
优选地，所述步骤S2中，所述聚氯乙烯树脂的添加量占体系的1％～30％，所述反应温度在-10℃～60℃之间。
优选地，所述步骤S3中，所述三乙胺和乙酸酐的摩尔比为1:1～3:1之间；所述乙酸酐与二元酐的摩尔比为1:1～2:1之间。
优选地，所述步骤S4中，湿法纺丝过程为：将所述改性的聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，然后进入水洗浴进行水洗，经烘干后进入热管进行拉伸，得到改性聚氯乙烯纤维。
优选地，凝固浴的溶液由步骤S1中所述溶剂和水按照体积比为1:100～1:1组成，水洗浴温度为室温～100℃；热管温度为60～200℃之间，拉伸倍率在1～8倍之间。
再一方面，本发明提供一种改性聚氯乙烯纤维，其特征在于：采用如上述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法制备。
优选地，所述改性聚氯乙烯纤维为聚酰亚胺单元接枝改性聚氯乙烯纤维。
与现有技术相比，上述发明具有如下优点或者有益效果：
(1)本发明利用短链聚酰亚胺接枝改性聚氯乙烯，能避免在聚氯乙烯中添加其他的稳定剂，且避免物理共混带来的复杂体系，优化纤维制备过程，从而获得一种稳定的改性聚氯乙烯溶液，提高聚氯乙烯纤维的湿法纺丝成形质量。
(2)本发明制备的聚酰亚胺单元接枝改性聚氯乙烯，可利用聚酰亚胺主链上高的芳环密度及亚胺环所带来的电荷转移络合效应增加聚乙烯主链的耐热稳定性和耐紫外辐照性能。
(3)本发明工艺方法简单，节约成本，可以实现连续高效生产。
附图说明
图1为本发明一实施例中改性聚氯乙烯纤维制备方法的步骤流程图；
图2为本发明一实施例中改性聚氯乙烯纤维的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。以下对比例、实施例和示例中所涉及的聚氯乙烯树脂等反应原料、反应装置均市售可得。
对比例一
在100毫升N,N’-二甲基乙酰胺溶剂中加入20克聚氯乙烯树脂粉搅拌12小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物，得到聚氯乙烯溶液。
将聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为4:6组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为室温85℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为120℃，拉伸倍率为2倍，经卷绕后获得聚氯乙烯纤维。本对比例得到的聚氯乙烯纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
对比例二
在100毫升1-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中加入20克聚氯乙烯树脂粉搅拌12小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物，得到聚氯乙烯溶液。
将聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为3:7组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为室温85℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为120℃，拉伸倍率为2倍，经卷绕后获得聚氯乙烯纤维。本对比例得到的聚氯乙烯纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
实施例一
参见图1，本实施例提供了一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：在溶剂中添加二元胺和二元酐，反应得到不同聚合度的聚酰胺酸齐聚物溶液；
步骤S2：将聚氯乙烯树脂加入到所述聚酰胺酸齐聚物溶液中反应2～24小时；
步骤S3：在所述步骤S2所得反应溶液中加入三乙胺和乙酸酐，反应1～12小时，之后将溶液静置沉淀，并过滤掉底部沉淀物，得到改性的聚氯乙烯溶液；
步骤S4：将所述改性的聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝得到改性聚氯乙烯纤维。
所述步骤S1中，所述二元胺优选为对苯二胺、4,4’-二胺基二苯醚中的一种或两种，所述二元酐优选为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐中的一种或两种；所述二元胺和二元酐的加入量的摩尔比在5:6～1:2之间。
所述步骤S1中，所述溶剂优选为N,N’-二甲基乙酰胺、N,N’-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮和二甲基亚砜的一种或两种的混合溶剂；所述反应的温度在-10℃～60℃之间。
所述步骤S1中，所述聚酰胺酸齐聚物溶液的固含量优选为1％～10％。
所述步骤S2中，所述聚氯乙烯树脂的添加量优选为占体系的1％～30％，所述反应温度优选为在-10℃～60℃之间。
所述步骤S3中，所述三乙胺和乙酸酐的摩尔比优选为1:1～3:1之间；所述乙酸酐与二元酐的摩尔比优选为1:1～2:1之间。
所述步骤S4中，湿法纺丝过程优选为：将所述改性的聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，然后进入水洗浴进行水洗，经烘干后进入热管进行拉伸，得到改性聚氯乙烯纤维。
凝固浴的溶液优选为由步骤S1中所述溶剂和水按照体积比为1:100～1:1组成，水洗浴温度优选为室温～100℃；热管温度优选为60～200℃之间，拉伸倍率优选为在1～8倍之间。
为进一步帮助理解本发明的技术方案，下面，通过几个具体的实施示例，对本发明的技术方案进行更为具体的描述。
示例1、
本示例使用的原料如下：4,4’-二胺基二苯醚、均苯二酐、聚氯乙烯树脂粉，数均分子量约6万，二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮。改性聚氯乙烯纤维制备的具体实施步骤如下：
在100毫升二甲基亚砜和1-甲基-2-吡咯烷酮体积比为1：1的溶剂中先后加入2.117克4,4’-二胺基二苯醚和2.883克均苯四甲酸二酐，在0℃下反应12小时；再将20克聚氯乙烯树脂粉加入到反应体系中，继续反应12小时；之后加入1.517克三乙胺和1.543克乙酸酐，-5℃下反应6小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物。
所得改性聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：改性聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为2:8组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为80℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为170℃，拉伸倍率为3倍，经卷绕后获得高耐热聚氯乙烯纤维。本示例得到的聚氯乙烯纤维的扫描电镜照片参见图2，纤维具有均匀的形貌，表明本发明制备纤维的方法具有很强的可行性。纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
示例2、
本示例使用的原料如下：对苯二胺、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、聚氯乙烯树脂粉，数均分子量约6万，N,N’-二甲基乙酰胺。
改性聚氯乙烯纤维制备的具体实施步骤如下：
在100毫N,N-二甲基乙酰胺溶剂中先后加入1.511克对苯二胺和5.588克3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，在室温下反应12小时；再将25克聚氯乙烯树脂粉加入到反应体系中，继续反应12小时；之后加入1.517克三乙胺和1.450克乙酸酐，-5℃下反应6小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物。
所得改性聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：改性聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为3:7组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为60℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为180℃，拉伸倍率为2倍，经卷绕后获得高耐热聚氯乙烯纤维。本示例得到的聚氯乙烯纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
示例3、
本示例使用的原料如下：4,4’-二胺基二苯醚、对苯二胺、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、聚氯乙烯树脂粉，数均分子量约6万，1-甲基-2-吡咯烷酮。
改性聚氯乙烯纤维制备的具体实施步骤如下：
在100毫升1-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中先后加入0.320克对苯二胺、0.592克4,4’-二胺基二苯醚和2.088克3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，在室温下反应12小时；再将20克聚氯乙烯树脂粉加入到反应体系中，继续反应12小时；之后加入1.517克三乙胺和1.450克乙酸酐，-5℃下反应6小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物。
所得改性聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：改性聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为3:7组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为60℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为200℃，拉伸倍率为4倍，经卷绕后获得高耐热聚氯乙烯纤维。本示例得到的聚氯乙烯纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
示例4、
本示例使用的原料如下：4,4’-二胺基二苯醚、对苯二胺、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、均苯二酐、聚氯乙烯树脂粉，数均分子量约6万，N,N’-二甲基甲酰胺。
改性聚氯乙烯纤维制备的具体实施步骤如下：
在100毫升N,N’-二甲基甲酰胺溶剂中先后加入0.597克对苯二胺、1.105克4,4’-二胺基二苯醚、1.403克均苯二酐和1.895克3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，在室温下反应20小时；再将30克聚氯乙烯树脂粉加入到反应体系中，继续反应12小时；之后加入2.135克三乙胺和1.986克乙酸酐，-5℃下反应10小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物。
所得改性聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：改性聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为4:6组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为85℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为160℃，拉伸倍率为2倍，经卷绕后获得高耐热聚氯乙烯纤维。本示例得到的聚氯乙烯纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
示例5、
本示例使用的原料如下：4,4’-二胺基二苯醚、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、聚氯乙烯树脂粉，数均分子量约6万，N,N’-二甲基已酰胺。
改性聚氯乙烯纤维制备的具体实施步骤如下：
在100毫升N,N’-二甲基乙酰胺溶剂中先后加入1.139克4,4’-二胺基二苯醚和1.860克3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，在室温下反应15小时；再将20克聚氯乙烯树脂粉加入到反应体系中，继续反应12小时；之后加入2.135克三乙胺和1.986克乙酸酐，-5℃下反应10小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物。
所得改性聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：改性聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为4:6组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为85℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为160℃，拉伸倍率为2倍，经卷绕后获得高耐热聚氯乙烯纤维。本示例得到的聚氯乙烯纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
示例6、
本示例使用的原料如下：4,4’-二胺基二苯醚、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、聚氯乙烯树脂粉，数均分子量约6万，N,N’-二甲基已酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮。
改性聚氯乙烯纤维制备的具体实施步骤如下：
在100毫升N,N’-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮体积比为4:6溶剂中先后加入1.139克4,4’-二胺基二苯醚和1.860克3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，在室温下反应15小时；再将30克聚氯乙烯树脂粉加入到反应体系中，继续反应24小时；之后加入1.875克三乙胺和1.566克乙酸酐，0℃下反应12小时，在常温下充分静置后过滤底部沉淀物。
所得改性聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝：改性聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，凝固浴由溶剂和水按照体积比为2:8组成，然后进入水洗浴进行水洗，水洗浴温度为70℃，之后纤维进入热管进行拉伸，拉伸温度为200℃，拉伸倍率为3倍，经卷绕后获得高耐热聚氯乙烯纤维。本示例得到的聚氯乙烯纤维的耐温特性和耐紫外辐照特性参数见表1。
表1示例1至6和对比例一和二得到的纤维的物性表
表1中纤维紫外辐照后的拉伸强度指的是在辐照度为81.3W/m2辐照时长15天后测得的拉伸强度。从表1可以看出，相对于对比例，通过本发明实施例制备的纤维的起始分解温度和最快分解温度均有大幅提高，且本发明实施例得到的纤维经紫外辐照后的拉伸强度保持率均高于对比例的纤维，表明本发明能有效提高聚氯乙烯纤维的耐热性和耐辐照性。
综上，本发明提供了一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法及制备的改性聚氯乙烯纤维。所述制备方法包括在溶剂中添加二元胺和二元酐，反应得到不同聚合度的聚酰胺酸齐聚物溶液；将聚氯乙烯树脂加入到所述聚酰胺酸齐聚物溶液中反应；在所得反应溶液中加入三乙胺和乙酸酐，之后将溶液静置沉淀，并过滤掉底部沉淀物，得到改性的聚氯乙烯溶液；将所述改性的聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝得到改性聚氯乙烯纤维等步骤。本发明利用短链聚酰亚胺接枝改性聚氯乙烯，能同时提升聚氯乙烯的耐热性和耐辐照性，且可避免在聚氯乙烯中添加其他的稳定剂，从而获得一种稳定的改性聚氯乙烯溶液，提高聚氯乙烯纤维的湿法纺丝成形质量。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在溶剂中添加二元胺和二元酐，反应得到不同聚合度的聚酰胺酸齐聚物溶液；
步骤S2：将聚氯乙烯树脂加入到所述聚酰胺酸齐聚物溶液中反应2～24小时；
步骤S3：在所述步骤S2所得反应溶液中加入三乙胺和乙酸酐，反应1～12小时，之后将溶液静置沉淀，并过滤掉底部沉淀物，得到改性的聚氯乙烯溶液；
步骤S4：将所述改性的聚氯乙烯溶液进行湿法纺丝得到改性聚氯乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述二元胺是对苯二胺、4,4’-二胺基二苯醚中的一种或两种，所述二元酐是均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐中的一种或两种；所述二元胺和二元酐的加入量的摩尔比在5:6～1:2之间。
3.根据权利要求1或2所述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述溶剂为N,N’-二甲基乙酰胺、N,N’-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮和二甲基亚砜的一种或两种的混合溶剂；所述反应的温度在-10℃～60℃之间。
4.根据权利要求1或2所述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述聚酰胺酸齐聚物溶液的固含量在1％～10％之间。
5.根据权利要求1所述的一种改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述聚氯乙烯树脂的添加量占体系的1％～30％，所述反应温度在-10℃～60℃之间。
6.根据权利要求2所述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述三乙胺和乙酸酐的摩尔比为1:1～3:1之间；所述乙酸酐与二元酐的摩尔比为1:1～2:1之间。
7.根据权利要求1所述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，湿法纺丝过程为：将所述改性的聚氯乙烯溶液经喷丝板挤出，进入凝固浴中凝固成纤维，然后进入水洗浴进行水洗，经烘干后进入热管进行拉伸，得到改性聚氯乙烯纤维。
8.根据权利要求7所述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法，其特征在于：凝固浴的溶液由步骤S1中所述溶剂和水按照体积比为1:100～1:1组成，水洗浴温度为室温～100℃；热管温度为60～200℃之间，拉伸倍率在1～8倍之间。
9.一种改性聚氯乙烯纤维，其特征在于：采用如权利要求1至8任一项所述的改性聚氯乙烯纤维的制备方法制备。
10.根据权利要求9所述的改性聚氯乙烯纤维，其特征在于：所述改性聚氯乙烯纤维为聚酰亚胺单元接枝改性聚氯乙烯纤维。
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