[发明专利]共聚物纤维以及制备其的方法

说明书

技术领域

本专利申请涉及由共聚物组成的纤维和纱线，所述共聚物含有显著量的具有咪唑官能团具有长期水解稳定性的单体以及制备此种纤维和纱线的方法。

背景技术

在过去几十年中聚合物化学和技术的发展启动了高性能聚合物纤维的发展。例如，刚性棒状和半刚性棒状聚合物的液晶聚合物溶液可通过将液晶聚合物溶液纺丝成纺液长丝，从纺液长丝去除溶剂，洗涤和干燥纤维；并且如果需要进一步热处理干燥的纤维而形成为高强度纤维。高性能聚合物纤维的一个例子是对位芳族聚酰胺纤维例如聚(对苯二甲酰对苯二胺)(“PPD-T”或“PPTA”)。

纤维强度通常与一种或多种聚合物参数相关，包括组成、分子量、分子间相互作用、主链、残余溶剂或水、大分子取向和处理过程。例如，纤维强度通常随着聚合物长度(即，分子量)、聚合物取向、以及强分子间相互吸引作用的存在而增加。由于高分子量刚性棒状聚合物用于形成由其可纺丝纤维的聚合物溶液(“纺液”)，从而增加分子量通常导致增加的纤维强度。

衍生自5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑、对苯二胺和对苯二酰二氯的纤维是本领域已知的。盐酸作为聚合反应的副产物产生。大多数由此种共聚物制成的纤维通常直接由聚合溶液纺丝而无需进一步处理。此种共聚物是俄国制造的高强度纤维(例如商品名为和)的基础。参见俄国专利申请2,045,586。然而，可从聚合溶液中分离所述共聚物，然后将其再溶解在另一种溶剂中，通常为硫酸，从而纺丝纤维。

此前，衍生自5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑、对苯二胺和对苯二酰二氯的共聚物的纤维，在从硫酸溶液纺丝时极难有效中和是不欣赏的；这些纤维以比其它芳族聚酰胺均聚物高得多的程度保持所述硫酸。存在大量的技术教导表明，由芳族聚酰胺均聚物聚(对苯二甲酰对苯二胺)的硫酸溶液制成的纤维可被快速的中和/洗涤，因为均聚物不具有连接至硫酸的可估位点。5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑、对苯二胺和对苯二酰二氯的共聚物，由于咪唑官能团，据信具有多个位点实际地将硫酸连接至聚合物链。因此先前的用于通常均聚物纤维加工的中和/洗涤技术对这些共聚物纤维而言是不够的。

进一步相信，共聚物纤维必须被充分地洗涤和中和以除去基本上所有的硫酸以提供具有长期水解稳定性的纤维和/或纱线。因此，需要新的方法来洗涤和中和这些共聚物纤维。

由聚合溶液直接制备共聚物纤维而制备用于弹道和其它芳族聚酰胺最终用途的合格产品的已知方法非常昂贵并具有非常低的投资经济性。因而，本领域需要制造方法，其中共聚物溶解在普通溶剂中，例如硫酸，其与本领域的已知方法相比具有改善的经济性并且提供了具有优异长效物理特性的共聚物纤维。

发明内容

在一些实施例中，本发明涉及包含纱线，所述纱线包含衍生自对苯二胺、5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑和对苯二酰二氯的共聚的共聚物，其中5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑的摩尔与对苯二胺的摩尔的比率为30/70至85/15；其中纱线具有大于0.1％的含硫量；并且所述纱线具有至少0.3的有效聚合物阳离子与含硫量的摩尔比。有效聚合物阳离子与含硫量的摩尔比定义为纱线中钠(Na)含量加两倍钙(Ca)含量加钾(K)减去氯(Cl)含量的和，所述和除以硫(S)含量的值。即：

其中符号[Na]、[Ca]、[K]、[Cl]和[S]为以摩尔/千克聚合物计的这些离子的浓度。在一些实施例中，5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑的摩尔与对苯二胺的摩尔的比率为45/55至85/15。

在某些实施例中，(a)对苯二胺和5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑与(b)对苯二酰二氯的摩尔比为0.9-1.1。

本发明的一些方面涉及包含纱线，所述纱线包含衍生自对苯二胺、5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑和对苯二酰二氯的共聚的共聚物，其中5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑的摩尔与对苯二胺的摩尔的比率为30/70至85/15，其中所述纱线具有大于0.1％的含硫量并且至少20％的咪唑环处于游离碱状态。在一些实施例中，至少50％的咪唑环处于游离碱状态。在其它实施例中，至少75％的咪唑环处于游离碱状态。在一些实施例中，5(6)-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑的摩尔与对苯二胺的摩尔的比率为45/55至85/15。

“游离碱”意指咪唑环上的氮非完全质子化的；即，咪唑环不以盐形式存在。

所述纱线可具有至少1.0的有效聚合物阳离子与含硫量的摩尔比或至少1.5的有效聚合物阳离子与含硫量的摩尔比。