[发明专利]生产丙烯腈系纤维的方法

说明书

本发明公开了制备用于生产丙烯腈系纤维的均相纺丝溶液的方法，该方法包括下述步骤：i)通过将丙烯腈的粉末均聚物或共聚物在5℃‑10℃的温度下与94.5/5.5－97/3％w/w的DMSO/水的混合物，优选在5℃的温度下与95/5的DMSO/水混合物混合，制备均匀悬浮液，其中通过在已分散和预混的丙烯腈的粉末均聚物或共聚物的物流上喷洒DMSO/水溶剂的物流在5‑30分钟的时间内进行所述混合；ii)在0.5‑30分钟的时间内，在70℃‑150℃的温度下,加热来自步骤i)的均匀悬浮液，直到所述均聚物或共聚物完全溶解并形成均相溶液。然后将这一纺丝溶液送入储罐中或进料到纺丝生产线中。

技术领域

本发明涉及生产丙烯腈系纤维的方法，尤其是制备用于生产丙烯腈系纤维的纺丝溶液的方法。

更具体地，本发明涉及生产丙烯腈系纤维的领域，其包括由丙烯腈为起始制备聚合物或者主要由丙烯腈(相对于聚合物的总重量为90-99wt％)和一种或多种共聚单体(相对于聚合物的总重量用量通常为1-10wt％)组成的共聚物。

优选的共聚单体是：中性的乙烯基分子，例如丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯，乙酸乙烯酯，丙烯酰胺和类似的化合物；或者携带一个或多个酸基团的分子，例如丙烯酸，衣康酸磺化苯乙烯类和类似的化合物；或者能赋予所述材料不同物化特征的其他共聚单体。

然后对如此制备的聚合物和共聚物进行纺丝，以生产纤维，所述纤维被成束收集的、适合于随后通过各种加工技术转变为制造产品、用于纺织品和技术用途。

背景技术

丙烯腈系纤维的特别类型是用作碳纤维“前体”的纤维：这些是丙烯腈和一种或多种选自如上所述的那些的共聚单体(相对于所述聚合物的总重量用量通常为1-5wt％)的高分子量共聚物。

然后通过合适的热处理基于聚丙烯腈的这些“前体”纤维，获得碳纤维。

使用不同的聚合和纺丝方法各种工业方法可用于制备丙烯腈系纤维。

可如下所述细分并扼要表达现有技术。

A.间歇法(两步)

在两步间歇法中，通常在含水悬浮液内生产聚合物，分离，和随后溶解在合适的溶剂内以供纺丝和转变成纤维或前体纤维(在碳纤维的情况下)。制备纺丝溶液最常用的溶剂是二甲基乙酰胺(DMAC)，二甲基甲酰胺(DMF)和硫氰酸钠(NaSCN)的水溶液。

B、连续法(一步)

另一方面，在连续法中，在溶剂中发生聚合，和在没有中间分离聚合物的情况下将如此获得的溶液直接用在纺丝工艺中。在这些方法中最广泛使用的溶剂是二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基亚砜(DMSO)，氯化锌(ZnCl₂)的水溶液和硫氰酸钠(NaSCN)的水溶液。

从操作角度考虑，间歇法具有显著的优势：聚合和纺丝这两个步骤事实上是独立的，起始单体不必纯化，痕量杂质及未反应的单体可容易地与粉末形式的聚合物分离。DMSO是尤其是令人感兴趣的溶剂，因为它具有形成高聚合物浓度的溶液的能力、它的低毒性和容易回收与循环、和另外不存在与其使用有关的腐蚀现象。

文献中提供了其中已在实验室规模上进行间歇法的各种实例，通过在DMSO中溶解丙烯腈的聚合物和共聚物制备纺丝溶液，然而，对于两步(即间歇地)生产纤维来说，没有工业方法是已知的，两步法利用了含水悬浮聚合的优势以及在DMSO中纺丝聚合物溶液的优势。这种方法是极其有用的，因为它的特征在于高效和低的环境影响。

然而，这不是容易实施的方法，事实上，DMSO的最佳溶剂能力已经在室温下引起粉末形式的聚合物颗粒的表面的部分溶解，结果倾向是聚合物颗粒粘附到彼此上，形成不溶的聚集体和难以溶解的凝胶(如US4403055中所述)，这使得这类工业方法的恰当和经济运行变得不可能。