[发明专利]磺化的聚噁二唑聚合物的制备

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2010年12月16日提交的美国临时申请Nos.61/423620的优先权，所述专利全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及制备磺化的聚二唑聚合物的方法。

背景技术

暴露在火焰、高温和/或电弧等中的工作者需要穿着由耐热纤维制成的防护服和制品。这些防护制品功效的任何增加，或这些制品在保持防护性能的同时舒适性、耐久性和可染性的任何增加，均是受欢迎的。

聚二唑聚合物具有独特的性能，并且可用于许多领域中，例如高性能纤维如阻燃纤维。改善可燃性的方法是制备磺化聚二唑聚合物。这些方法已经包括使用磺化单体和后磺化。Gomes等人(US20098/0318109、US2008/0193652、US2009/0203870)使硫酸联氨与芳族二元羧酸在磷酸中反应形成一磺化聚二唑共聚物，随后将所述聚合物磺化。另一种方法是在聚合期间使用发烟硫酸以磺化所制得的聚合物。Lee等人(US7,528,216和US7,582,721)通过在有限量发烟硫酸下使芳族二元羧酸与硫酸联氨反应，并且使用磺化单体(US7,528,217)制备磺化无规聚二唑共聚物，制得无规聚二唑共聚物。

需要一种容易的方法来制备具有高磺化度的聚二唑聚合物，产生具有改善性能诸如阻燃性和可染性的聚合物。

发明内容

本发明的一个方面是用于制备聚合物的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将肼、发烟硫酸、4，4′-氧基双(苯甲酸)以及对苯二甲酸和间苯二甲酸之一或二者混合以形成反应混合物，其中发烟硫酸的加入量以肼摩尔数计为至少约5摩尔当量SO₃；以及

b)将反应混合物加热至约100℃至约180℃的温度，直至制得聚合物。

聚合物可为磺化的共聚二唑聚合物。

具体实施方式

本发明公开了包含式(I)以及式(II)和(IIa)之一或二者的重复单元的聚合物：

其中M为阳离子。

M通常为一价阳离子如H、Li、Na、K、或NH₄。在一个实施例中，式(I)的含量为约5摩尔％至约50摩尔％，或约5摩尔％至约40摩尔％，或约10摩尔％至约30摩尔％，而式(II)和(IIa)之一或二者的含量为约50摩尔％至约95摩尔％，或约60摩尔％至约95摩尔％，或约70摩尔％至约90摩尔％。在另一个实施例中中，式(II)以约60至约95摩尔％，或约70至约90摩尔％使用，并且式(IIa)以约0至约30摩尔％，或约0至约20摩尔％使用。在另一个实施例中，式(II)不存在，或式(IIa)不存在。

M可在纺丝或形成成型制品之前或之后，随时转变成另一个M。当M为H时，聚合物可通过与盐接触而中和，所述盐例如但不限于碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化铯、氢氧化锂、氢氧化钾、或碳酸钾。可由本领域中已知的任何方法来实施离子交换和/或中和。

所述聚合物还可在聚合物链中包含其它部分的重复单元。这些重复单元可包括式(III)和式(IIIa)之一或二者：

该实施例的特征在于其闭环结构。在一个实施例中，式(I)的含量为约5摩尔％至约50摩尔％，或约5摩尔％至约40摩尔％，或约10摩尔％至约30摩尔％，而式(II)和(IIa)之一或二者的含量为约50摩尔％至约95摩尔％，或约60摩尔％至约95摩尔％，或约70摩尔％至约90摩尔％，并且式(III)和式(IIIa)之一或二者的含量为约1摩尔％至约50摩尔％，或约5摩尔％至约30摩尔％，或约5摩尔％至约20摩尔％。在另一个实施例中，式(IIIa)的含量小于约5％。在另一个实施例中，式(II)不存在，或式(IIa)不存在。

本发明所公开的聚合物可具有至少约2重量％，4重量％，或6重量％的含硫量。硫含量可通过在聚合反应之前磺化单体，或磺化聚合物来提高。

本文所公开的聚合物可由本领域中已知的任何方法或工艺来制备。一种适宜的方法包括以下步骤：

a.将肼、发烟硫酸、4，4′-氧基双(苯甲酸)以及对苯二甲酸和/或间苯二甲酸混合以形成反应混合物，其中发烟硫酸的加入量以肼摩尔数计为至少约5摩尔当量SO₃；以及

b.将反应混合物加热至约100℃至约180℃的温度，直至制得磺化共聚二唑聚合物。