專利名稱：聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方法，屬于非紡絲 直接成纖方法。
技術(shù)背景聚間苯二甲酰間苯二胺紙(國內(nèi)俗稱芳綸紙)是國防工業(yè)和民用工業(yè)必 不可少的原料，這種紙具有強(qiáng)度高、韌性好、介電常數(shù)大、能長期在高溫下 使用的特點(diǎn)。用這種紙制成的蜂窩材料由于質(zhì)輕、易加工和高性能的特點(diǎn)成 為大剛性次受力輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件的理想材料，如制造戰(zhàn)斗機(jī)和高速運(yùn)行的客車。由于這種紙具有優(yōu)良的耐高溫性能和良好的絕緣性(H級)，所以又可用于高 檔電機(jī)的絕緣紙以及作為高性能印刷線路底板材料，使用領(lǐng)域從普通的手機(jī) 電路板到空間飛行器的電器線路板。制備聚間苯二甲酰間苯二胺紙所用的纖維中有一部分為漿粕狀纖維，其 外觀猶如原纖化的超短纖維，是一種具有高比表面積的原纖化的微纖，是采 用聚間苯二甲酰間苯二胺漿液在高速剪切的沉淀劑中成形得到，其性能的好 壞對成品紙張的強(qiáng)度和電絕緣性能起到?jīng)Q定性的作用。申請?zhí)枮?00610069115.1的發(fā)明專利提供了一種間位芳綸沉析纖維的制 造方法，在穩(wěn)定的較低溫度下將間位芳綸原液和一定比例的沉析溶劑輸送到 沉析設(shè)備混合，原液受到剪切作用凝固形成超短纖維。其沉析溶劑為DMAc 和極性溶劑的混合物，該方法的所使用的芳綸原液制備需要進(jìn)行二次聚合， 生產(chǎn)流程長，工藝復(fù)雜，同時產(chǎn)品沉析纖維的比表面積比較小，不利于取得 高質(zhì)量的芳綸紙。美國專利5723568公開了一種脂肪族或芳香族聚酰胺的細(xì)小纖維和紙狀 薄片的制造方法，是以水為沉淀劑，在沉析設(shè)備中制得，得到的細(xì)小纖維可 以和天然漿粕或其他合成纖維混合以制備合成纖維紙，該專利對于制備沉析纖維的原料分子量等關(guān)鍵指標(biāo)沒有要求，同時對于沉析制造過程中剪切成型 的關(guān)鍵因素——凝固浴粘度，剪切速率等也沒有嚴(yán)格限制，因此所制作的沉 析纖維質(zhì)量波動較大，不利于取得性能穩(wěn)定的芳綸紙。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是將聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在成形設(shè)備中與沉 淀劑混合，成形設(shè)備以一定的速度旋轉(zhuǎn)，聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在剪切 力的存在下受沉淀劑作用直接沉析出漿粕狀纖維。特征在于在沉淀劑的組成 為酰胺類極性有機(jī)溶劑、水和高表觀黏度有機(jī)溶劑。通過調(diào)整高表觀黏度有 機(jī)溶劑在沉淀劑中的含量可以調(diào)節(jié)沉淀劑的表觀黏度，從而改變沉淀劑和聚 間苯二甲酰間苯二胺溶液的黏度比，隨著黏度比的改變，可以得到不同比表 面積、不同長徑比的漿粕狀纖維。由于沉淀劑和聚間苯二甲酰間苯二胺溶液 的黏度比增大，使得二者在混合過程中的相互作用增強(qiáng)，從而在較小的剪切 作用下就能夠得到較好形態(tài)的聚間苯二甲酰間苯二胺槳粕狀纖維。在配有高速攪拌的成形設(shè)備中，聚間苯二甲酰間苯二胺漿液與沉淀劑在 高剪切作用下，形成薄片狀的細(xì)小纖維，這種纖維的形態(tài)類似天然漿粕，具 有較高的比表面積和一定的長徑比。在后續(xù)的造紙過程中，這種纖維具有的 較高的比表面積使得這種漿粕狀纖維之間以及漿粕狀纖維和骨架纖維之間具 有良好的結(jié)合力，從而賦予聚間苯二甲酰間苯二胺紙好的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性 能。所以是否具有高的比表面積和合適的長徑比是衡量聚間苯二甲酰間苯二 胺漿粕狀纖維性能的標(biāo)準(zhǔn)。已有的技術(shù)都是以水或水加上聚間苯二甲酰間苯二胺溶液所用溶劑為沉淀劑。常用的溶劑為N，，N，-二甲基乙酰胺(DMAc)， N，-甲基吡絡(luò)烷酮(NMP)，其25。C表觀黏度分別為0.00092 Pa s和0.00098 Pa，s，由它們和水配成的沉淀劑的表觀黏度較小，而聚間苯二甲酰間苯二胺 溶液的表觀黏度依分子量和濃度的不同可為1-1000 Pa*s。在高速攪拌形成 的高剪切作用下，兩者黏度相差較大，相互作用力較小，聚間苯二甲酰間苯 二胺溶液在凝固過程中不容易被打散，得到的產(chǎn)物原纖化程度低，比表面積小，長徑比也較小。為了改進(jìn)產(chǎn)物的性能，通常采用加大攪拌速率(大于3000轉(zhuǎn)/分)，進(jìn)而提高剪切力的方法，雖然有一定效果，但攪拌速率的增加，對 成形設(shè)備的加工提出了很高的要求。本發(fā)明所涉及的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方法，是將聚 間苯二甲酰間苯二胺溶液在一定溫度下和沉淀劑分別進(jìn)入到成形設(shè)備中并混 合，成形設(shè)備以一定的速度旋轉(zhuǎn)，聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在剪切力的存 在下受沉淀劑作用直接凝固沉析出漿粕狀纖維。所述的沉淀劑是由酰胺類極性有機(jī)溶劑、水和高表觀黏度有機(jī)溶劑組成，沉淀劑的表現(xiàn)粘度為0.2—0.4Pa ，s。具體地說，組成沉淀劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是 酰胺類極性有機(jī)溶液含量為20%—60%，高表現(xiàn)粘度的有機(jī)溶劑余量為20 %—60。％，余量為水。其中，沉淀劑中的酰胺類極性有機(jī)溶劑為N',N'-二甲基甲酰胺(DMAc) 或N'-甲基吡絡(luò)垸酮(NMP)，優(yōu)選的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30-50%。沉淀劑中的高表觀粘度的有機(jī)溶劑為丙三醇或乙二醇，優(yōu)選的質(zhì)量百分 數(shù)為30-50%。首先使用的聚間苯二甲酰間苯二胺溶液可由間苯二甲酰氯和間苯二胺經(jīng) 溶液聚合直接制得，或由聚間苯二甲酰間苯二胺固體聚合物溶于極性溶劑中 制得。聚間苯二甲酰間苯二胺溶液的溶劑為N'，N'-二甲基甲酰胺(DMAc) 或N'-甲基吡絡(luò)烷酮，溶液質(zhì)量百分濃度為5-15%;所述的沉淀劑與聚間苯二甲酰間本二胺溶液的質(zhì)量比為10:1-50:1。 所述的聚間苯二甲酰間苯二胺溶液的比濃對數(shù)黏度為1.2-2.0dL/g，優(yōu)選 為1.5-1.7dL/g。所述的聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在剪切力存在下受沉淀劑作用直接凝 固，成形設(shè)備的旋轉(zhuǎn)攪拌速率為500-3000轉(zhuǎn)/分鐘優(yōu)選為1000-2000轉(zhuǎn)/分。 所述溫度范圍是15-90。C，優(yōu)選為40-70。C。 所制得到的漿粕狀纖維的為8-50m2/g。本發(fā)明所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方法，所得到的 漿粕狀纖維的平均長度為l-5mm，長徑比為50-90。具體實(shí)施方式

實(shí)施例1.將濃度為8wt%、樹脂比濃對數(shù)黏度為1.5的聚間苯二甲酰間 苯二胺的DMAc溶液加熱到50°C ，與組成為DMAc40wt%，丙三醇20wt%， 水40wtQ/。的沉淀劑在成形設(shè)備中混合迅速凝固成漿粕狀纖維，成形設(shè)備的旋 轉(zhuǎn)速度為2000轉(zhuǎn)/分，保持10分鐘，將沉淀物洗滌、過濾、干燥，得到漿粕 狀聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，比表面積為28.6m2/g，平均長度為2.2mm，長 徑比為70-80。本實(shí)施例中沉淀劑與聚間苯二甲酰間苯二胺的質(zhì)量比為30:1。 實(shí)施例2.將濃度為8wt%、樹脂比濃對數(shù)黏度為1.55的聚間苯二甲酰間 苯二胺的NMP溶液加熱到50°C ，與組成為NMP38wt%，乙二醇40wt%，水 22wt。/。的沉淀劑在成形設(shè)備中混合迅速凝固成漿粕狀纖維，成形設(shè)備的旋轉(zhuǎn) 速度為2400轉(zhuǎn)/分，保持12分鐘，將沉淀物洗滌、過濾、干燥，得到漿粕狀 聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，比表面積為31.9m々g，平均長度為3.0mm,長 徑比為65-79。本實(shí)施例中沉淀劑與聚間苯二甲酰間苯二胺的質(zhì)量比為45:1。 實(shí)施例3.將濃度為7.8wt%、樹脂比濃對數(shù)黏度為1.52的聚間苯二甲酰 間苯二胺的DMAc溶液加熱到50°C，與組成為DMAc25wt%，乙二醇24wt%， 水51wt。/。的沉淀劑在成形設(shè)備中混合迅速凝固成漿粕狀纖維，成形設(shè)備的旋 轉(zhuǎn)速度為1800轉(zhuǎn)/分，保持9分鐘，將沉淀物洗滌、過濾、干燥，得到漿粕 狀聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，比表面積為26.4m2/g，平均長度為2.0mm，長 徑比為48-67。本實(shí)施例中沉淀劑與聚間苯二甲酰間苯二胺的質(zhì)量比為20:1。 比較例1.將濃度為8wt%、樹脂比濃對數(shù)黏度為1.5的聚間苯二甲酰間 苯二胺的DMAc溶液加熱到50"C，與組成為DMAc40wt%，水60wt。/。的沉淀 劑在成形設(shè)備中混合迅速凝固成漿粕狀纖維，成形設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度為3000 轉(zhuǎn)/分，保持10分鐘，將沉淀物洗滌、過濾、干燥，得到漿粕狀聚間苯二甲 酰間苯二胺纖維，比表面積為1.7m2/g，平均長度為0.5mm，長徑比為40-50。
權(quán)利要求
1. 聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方法，其特征在于是將聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在15℃-90℃溫度下和沉淀劑分別進(jìn)入到成形設(shè)備中并混合，成形設(shè)備以一定的速度旋轉(zhuǎn)和攪拌，聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在剪切力的存在下受沉淀劑作用直接凝固出漿粕狀纖維；所述的沉淀劑是由酰胺類極性有機(jī)溶劑、高表現(xiàn)粘度有機(jī)溶劑和水組成，沉淀劑的表觀粘度為0.2-0.4Pa·s，沉淀劑與聚間苯二甲酰苯二胺溶液的質(zhì)量比為10∶1-50∶1；所述的聚間苯二甲酰間苯二胺溶液是由間苯二甲酰氯和間苯二胺經(jīng)溶液聚合直接制得，或由聚間苯二甲酰間苯二胺固體聚合物溶于極性溶劑中制得，所述的極性溶劑為N’，N’-二甲基甲酰胺或N’-甲基吡絡(luò)烷酮，溶液的質(zhì)量百分濃度為5％-15％。
2、 按照權(quán)利要求1所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方 法，其特征在于表現(xiàn)粘度為0.2—0.4 Pa s的沉淀劑的組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是 酰胺類極性有機(jī)溶劑含量為20%—60。％，高表現(xiàn)粘度的有機(jī)溶劑的含量為20 %—60%，余量為水。
3、 按照權(quán)利要求2所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方 法，其特征在于表現(xiàn)粘度為0.2 — 0.4Pa s的沉淀劑的組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是 酰胺類極性有機(jī)溶劑含量為30%—50%;高表現(xiàn)粘度的有機(jī)溶劑的含量為30 。％—50%，余量為水。
4、 按照權(quán)利要求l、 2或3中任一項(xiàng)所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕 狀纖維的制備方法，其特征在于沉淀劑中的酰胺類極性有機(jī)溶劑為N'，N'-二 甲基甲酰胺或N'-甲基吡絡(luò)垸酮。
5、 按照權(quán)利要求l、 2或3中任一項(xiàng)所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕 狀纖維的制備方法，其特征在于沉淀劑中的高表觀黏度的有機(jī)溶劑為丙三醇 或乙二醇。
6、 按照權(quán)利要求1所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方 法，其特征在于所述的聚間苯二甲酰間苯二胺溶液的比對濃度為1.2_ 2.0dL/g。
7、 按照權(quán)利要求6所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方 法，其特征在于所述的聚間苯二甲酰間苯二胺溶液的比對濃度為1.5 — 1.7 dL/g。
8、 按照權(quán)利要求1所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方 法，其特征在于成型設(shè)備旋轉(zhuǎn)攪拌速率為500—3000轉(zhuǎn)/分。
9、 按照權(quán)利要求8所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方 法，其特征在于成型設(shè)備旋轉(zhuǎn)攪拌速率為1000_2000轉(zhuǎn)/分。
10、 按照權(quán)利要求1所述的聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方 法，其特征在于聚間苯二甲酰間苯二胺溶液與沉淀劑混合的溫度為40 — 70°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚間苯二甲酰間苯二胺漿粕狀纖維的制備方法，屬于特種合成纖維制造技術(shù)領(lǐng)域。特征在于將聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在成形設(shè)備中和沉淀劑混合，成形設(shè)備以一定的速度旋轉(zhuǎn)，聚間苯二甲酰間苯二胺溶液在剪切力的存在下受沉淀劑作用直接沉析出漿粕狀纖維。特征在于在沉淀劑的組成中含有高表觀黏度的有機(jī)溶劑以調(diào)節(jié)沉淀劑的表觀黏度，從而得到不同長徑比的漿粕狀纖維，以滿足產(chǎn)物不同的應(yīng)用需求。其特征還在于由于增大了沉淀劑的表觀黏度，從而增大了沉淀劑和漿液的黏度比，增加了漿液和沉淀劑之間的作用力，成形設(shè)備的攪拌轉(zhuǎn)速在相對較低的情況下就可以得到性能優(yōu)良的漿粕狀纖維。
文檔編號D21H13/26GK101250833SQ2008100356
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者胡祖明, 洲 鐘, 蕾 陳 申請人:洲 鐘