專利名稱：一步制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一步制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法。
背景技術(shù)：
PPTA漿粕(PPTA-pulp)是近二十年來新開發(fā)的PPTA纖維差別化品種，是一種耐高溫、具有高度分散性的原纖化PPTA纖維產(chǎn)品，它在保留了 PPTA纖維的優(yōu)良的物理機(jī)械性能的同時(shí)，具有更強(qiáng)的復(fù)合效果，從而作為石棉的理想代用品，在摩擦、密封、增強(qiáng)材料等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。目前，芳綸漿粕的制備技術(shù)主要有PPTA的濃硫酸液晶紡絲切斷法和低溫溶液縮聚法。紡絲切割法工藝成熟，制得的漿粕性能穩(wěn)定。但是濃硫酸對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、加工工藝復(fù)雜，且PPTA長(zhǎng)絲的強(qiáng)度極高而需要特殊的切割裝置，使得工業(yè)化成本較高，同時(shí)在原纖化叩解過程中，對(duì)纖維的表面有所損傷，影響漿粕的性能。縮聚后的低溫縮聚溶液不經(jīng)紡絲，而加入沉淀劑在攪拌的情況下直接沉析得到短纖維。由該法獲得的短纖維長(zhǎng)度為1 50mm，直徑為2 100 μ m，具有針狀末端，外觀類似木材纖維，且纖維表面有少許微細(xì)纖維，末端原纖化現(xiàn)象更為明顯。這種纖維具有較大的比表面積和比較適宜的長(zhǎng)徑比，外觀表征更有利于打漿處理，進(jìn)而有利于紙張的抄造成形。也更適用于復(fù)合材料。中國(guó)專利公開號(hào)CN 1475514A是將具有一定特性粘度的芳綸1414樹脂在濃硫酸中完全溶解制成漿液，在凝固浴中，在激烈攪拌下直接沉析出芳綸漿粕，此方法制備對(duì)位芳綸漿粕工藝比較簡(jiǎn)單，但是仍不能解決濃硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕問題。EP0104410采用酰胺-無機(jī)鹽-叔胺三元聚合溶劑體系作為聚合溶劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)，通過成纖法制備了對(duì)位芳綸漿粕，但是在聚合過程中使用了吡啶，使溶劑回收變得復(fù)雜、操作環(huán)境惡劣。EP0511753A2采用水或氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、碳酸鈉水溶液、氫氧化鈣水溶液作為沉析液，沉析速度快，沉析工藝難以控制，易生成對(duì)位芳綸粘結(jié)塊，需用特殊的切刀進(jìn)行切割。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可精確控制沉析速度和纖維尺寸，防止生成纖維粘結(jié)塊的一步制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法。本發(fā)明所提供的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，包括如下步驟將NMP、CaCl2和AlCl3混合制成NMP-CaCl2-AlCl3溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入對(duì)苯二胺溶解，5°C下加入對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行預(yù)縮聚反應(yīng)，預(yù)縮聚反應(yīng)中所述對(duì)苯二胺與所述對(duì)苯二甲酰氯的摩爾比為1 0.6;預(yù)縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入對(duì)苯二甲酰氯劇烈攪拌進(jìn)行縮聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng)中加入的對(duì)苯二甲酰氯與預(yù)縮聚反應(yīng)中對(duì)苯二胺的摩爾比為1 0.4，反應(yīng)過程中產(chǎn)生膠體時(shí)停止攪拌，氮?dú)夥諊?0 80°C熟化；熟化后的膠體溶液與對(duì)位芳綸漿粕懸浮液分別通過膠體入料口和沉析液入料口進(jìn)入轉(zhuǎn)速為1000 3000rpm的沉析器進(jìn)行沉析，沉析后通過水洗、打漿、脫水干燥得到對(duì)位芳綸沉析纖維；所述沉析器的主體上部設(shè)有兩個(gè)膠體入料口和兩個(gè)沉析液入料口。本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，其中，所述CaCl2和AlCl3的總質(zhì)量量為NMP質(zhì)量的4 10%。本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，其中，所述對(duì)位芳綸漿粕的平均長(zhǎng)度為0. 5 0. 8mmο本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，其中，所述對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的質(zhì)量濃度為0.01% 0. 1%ο本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，其中，所述熟化后的膠體溶液與所述對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的重量比為1 (0.5 3)。本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，其中，所述預(yù)縮聚反應(yīng)中對(duì)苯二胺在所述 NMP-CaCl2-AlCl3 溶劑中濃度為(0. 18 0. 45)mol/L。本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，其中，所述沉析器的內(nèi)外齒輪均為圓弧齒。本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，沉析液采用對(duì)位芳綸漿粕懸浮液，克服了沉析速度過快和生成纖維粘結(jié)塊的缺點(diǎn)，更容易、更精確地控制沉析纖維的沉析速度和纖維尺寸，防止生成纖維粘結(jié)塊。本發(fā)明的一步制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法不使用硫酸，避免了濃硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕問題，以及稀硫酸回收問題。本發(fā)明使用的沉析器轉(zhuǎn)速高、帶有多個(gè)入料口，纖維能夠更加均勻的進(jìn)行沉析，得到纖維尺寸分布窄的沉析纖維；同時(shí)沉析器內(nèi)外齒輪采用圓弧齒，可以避免沉析纖維在沉析器中的堵塞。


圖1為一步制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法的流程圖。圖2為本發(fā)明使用的沉析器的縱截面圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，本發(fā)明使用的沉析器在現(xiàn)有沉析器基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，在沉析器主體上部設(shè)有四個(gè)入料口，分別為兩個(gè)膠體入料口 1和兩個(gè)沉析液入料口 2，四個(gè)入料口可以使膠體和沉析液的接觸面增大，增強(qiáng)混合以及沉析效果，保證不會(huì)有對(duì)位芳綸粘結(jié)塊產(chǎn)生。沉析器的內(nèi)外齒輪11和12均為圓弧齒，可以避免沉析纖維的堵塞。同時(shí)沉析器中電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)速提高到1000 3000rpm，以提供足夠的剪切力。實(shí)施例1 如圖一所示，分別取100L N-甲基吡咯烷酮(NMP)、3kg CaCl2和2kg AlCl3,配置成NMP-CaCl2-AlCl3聚合溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入3. 400kg對(duì)苯二胺充分溶解，5°C下加入3. 840kg對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行預(yù)縮聚反應(yīng)，預(yù)縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入2. 560kg對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生膠體即停止攪拌，進(jìn)行保溫熟化，氮?dú)夥諊?0°C熟化3小時(shí)，熟化后特性粘度為42。熟化后的膠體溶液與質(zhì)量百分比濃度為0. 05%的對(duì)位芳綸漿粕懸浮液(對(duì)位芳綸漿粕的平均長(zhǎng)度為0. 5mm)分別通過兩個(gè)膠體入料口 1和兩個(gè)沉析液入料口 2進(jìn)入沉析器進(jìn)行沉析，沉析器轉(zhuǎn)速為3000rpm，對(duì)位芳綸膠體與對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的質(zhì)量比為1 1，沉析后通過水洗、打漿、脫水干燥得到特性粘度為5. 60、平均長(zhǎng)度2. 0mm、比表面積6. 8m2/g的對(duì)位芳綸沉析纖維。實(shí)施例2 分別取120LNMP、3. 5kg CaCl2 和 4. 5kg AlCl3,配置成 NMP-CaCl2-AlCl3 聚合溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入2. 380kg對(duì)苯二胺充分溶解，5°C下加入2. 682kg對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行預(yù)縮聚反應(yīng)，預(yù)縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入1. 788kg對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生膠體即停止攪拌，進(jìn)行保溫熟化，氮?dú)夥諊?0°C熟化2小時(shí)，熟化后特性粘度為7. 9。熟化后的膠體溶液與質(zhì)量百分比濃度為0. 08%的對(duì)位芳綸漿粕懸浮液(對(duì)位芳綸漿粕的平均長(zhǎng)度為0. 8mm)通過兩個(gè)膠體入料口 1和兩個(gè)沉析液入料口 2進(jìn)入沉析器進(jìn)行沉析，沉析器轉(zhuǎn)速為2500rpm，對(duì)位芳綸膠體與對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的質(zhì)量比為1 1.5，沉析后通過水洗、打漿、脫水干燥得到特性粘度為6. 5、平均長(zhǎng)度1. 8mm、比表面積7. 7m2/g的對(duì)位芳綸沉析纖維。實(shí)施例3 分別取100LNMP、5kg CaCljP 2kgAlCl3，配置成 NMP-CaCl2-AlCl3 聚合溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入2. 160kg對(duì)苯二胺充分溶解，5°C下加入2. 436kg對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行預(yù)縮聚反應(yīng)，預(yù)縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入1.6Mkg對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生膠體即停止攪拌，進(jìn)行保溫熟化，氮?dú)夥諊?0°C熟化1. 5小時(shí)，熟化后特性粘度為6. 5。熟化后的膠體溶液與質(zhì)量百分比濃度為0.02%的對(duì)位芳綸漿粕懸浮液(對(duì)位芳綸漿粕的平均長(zhǎng)度為0. 6mm)通過兩個(gè)膠體入料口 1和兩個(gè)沉析液入料口 2進(jìn)入沉析器進(jìn)行沉析，沉析器轉(zhuǎn)速為2500rpm，對(duì)位芳綸膠體與對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的質(zhì)量比為1 1，沉析后通過水洗、打漿、脫水干燥得到特性粘度為7. 2、平均長(zhǎng)度2. 5mm、比表面積6. 0m2/g的對(duì)位芳綸沉析纖維。實(shí)施例4 分別取100LNMP、4kg CaCl2 和 7kgAlCl3，配置成 NMP-CaCl2-AlCl3 聚合溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入4. 866kg對(duì)苯二胺充分溶解，5°C下加入5. 482g對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行預(yù)縮聚反應(yīng)，預(yù)縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入3. 654kg對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生膠體即停止攪拌，進(jìn)行保溫熟化，氮?dú)夥諊?0°C熟化2. 0小時(shí)，熟化后特性粘度為6. 0。熟化后的膠體溶液與質(zhì)量百分比濃度為0. 04%的對(duì)位芳綸漿粕懸浮液(對(duì)位芳綸漿粕的平均長(zhǎng)度為0. 5mm)通過兩個(gè)膠體入料口 1和兩個(gè)沉析液入料口 2進(jìn)入沉析器進(jìn)行沉析，沉析器轉(zhuǎn)速為3000rpm，對(duì)位芳綸膠體與對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的質(zhì)量比為1 1.5，沉析后通過水洗、打漿、脫水干燥得到特性粘度為7. 5、平均長(zhǎng)度2. 2mm、比表面積8. 0m2/g的對(duì)位芳綸沉析纖維。以上的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一步制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，包括如下步驟將NMP、CaCl2和AlCl3混合制成NMP-CaCl2-AlCl3溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入對(duì)苯二胺溶解，5°C下加入對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行預(yù)縮聚反應(yīng)，預(yù)縮聚反應(yīng)中所述對(duì)苯二胺與所述對(duì)苯二甲酰氯的摩爾比為1 0.6 ；預(yù)縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入對(duì)苯二甲酰氯劇烈攪拌進(jìn)行縮聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng)中加入的對(duì)苯二甲酰氯與預(yù)縮聚反應(yīng)中對(duì)苯二胺的摩爾比為1 0.4，反應(yīng)過程中產(chǎn)生膠體時(shí)停止攪拌，氮?dú)夥諊?0 80°C熟化；熟化后的膠體溶液與對(duì)位芳綸漿粕懸浮液分別通過析器主體上部的兩個(gè)膠體入料口(1)和兩個(gè)沉析液入料口( 進(jìn)入轉(zhuǎn)速為1000 3000rpm的沉析器進(jìn)行沉析，沉析后通過水洗、打漿、脫水干燥得到對(duì)位芳綸沉析纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述CaCl2和AlCl3的總質(zhì)量為NMP質(zhì)量的4 10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述對(duì)位芳綸漿粕的平均長(zhǎng)度為0. 5 0. 8mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的質(zhì)量濃度為0. 01% 0. 1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述熟化后的膠體溶液與所述對(duì)位芳綸漿粕懸浮液的重量比為1 (0.5 3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述預(yù)縮聚反應(yīng)中對(duì)苯二胺在所述NMP-CaCl2-AlCl3 溶劑中濃度為(0. 18 0. 45)mol/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法，包括將NMP、CaCl2和AlCl3混合制成NMP-CaCl2-AlCl3溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入對(duì)苯二胺溶解，5℃下加入對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行預(yù)縮聚反應(yīng)，預(yù)縮聚反應(yīng)中所述對(duì)苯二胺與所述對(duì)苯二甲酰氯的摩爾比為1∶0.6；預(yù)縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入對(duì)苯二甲酰氯劇烈攪拌進(jìn)行縮聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng)中加入的對(duì)苯二甲酰氯與預(yù)縮聚反應(yīng)中對(duì)苯二胺的摩爾比為1∶0.4，反應(yīng)過程中產(chǎn)生膠體時(shí)停止攪拌，氮?dú)夥諊?0～80℃熟化；熟化后的膠體溶液與對(duì)位芳綸漿粕懸浮液分別通過入料口進(jìn)入轉(zhuǎn)速為1000～3000rpm的沉析器進(jìn)行沉析，沉析后通過水洗、打漿、脫水干燥得到對(duì)位芳綸沉析纖維。本發(fā)明的制備對(duì)位芳綸沉析纖維的方法更容易、精確地控制沉析纖維的沉析速度和纖維尺寸，防止生成纖維粘結(jié)塊。
文檔編號(hào)D01F8/12GK102560737SQ201010580549
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者侯春蕾, 邱召明, 馬千里 申請(qǐng)人:煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司