[发明专利]聚丙烯腈的生产方法

说明书

本发明涉及通过在溶液中聚合包含丙烯腈的反应混合物生产聚丙烯腈的方法，其中所述溶剂为包含季铵化合物和氢供体的共熔体系。这种方法允许生产具有所需高分子量的聚丙烯腈，同时聚合时间缩短，和其中溶剂是环境友好的、生物可降解的并且可以重复用于聚合方法中。

本发明涉及聚丙烯腈的生产方法。本发明还涉及应用这种方法生产的聚丙烯腈。

聚丙烯腈是公知的聚合物材料，其尤其用于生产其它纤维，例如用作增强填料或用于纺织和技术面料。例如，聚丙烯腈的均聚物可用作热气过滤系统、户外帐蓬、游艇帆和用于加固混凝土的纤维。聚丙烯腈共聚物的示例性用途是用于纤维中生产编织衣物如袜子和毛衣以及用于户外产品如帐篷。

聚丙烯腈具有某些有利的特性。聚丙烯腈的一个有利特性是能够吸收金属离子。聚丙烯腈还具有低密度、高热稳定性、高强度和高弹性模量。由于这些特性，聚丙烯腈对于高性能应用来说是理想的材料，如可进一步处理以生产碳纤维的氧化聚丙烯腈纤维。

聚丙烯腈的生产可以通过多种方法来实施，例如包括溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。

通过溶液聚合生产聚丙烯腈通常应用溶剂化合物来实施，例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和硫氰酸钠或氯化锌的水溶液。但由于溶剂造成的链转移过程的结果，应用这种溶液聚合方法生产的聚丙烯腈具有相对低粘度和低分子量。另外，所述方法需要在聚合完成后脱除或回收溶剂的步骤。

悬浮聚合也会使聚丙烯腈的分子量对某些高性能用途来说不够高。

乳液聚合的缺点是聚合物可能包含大量杂质，这些杂质难以分离并对所生产纤维的特性如拉伸特性有害。乳液聚合方法也产生大量需要处理的废水。

鉴于想要获得高分子量如重均分子量大于500000g/mol的聚丙烯腈，需要开发一种合适的方法。现在本发明方法就提供了这样一种方法。

在本发明的上下文中，聚丙烯腈的分子量按数均分子量(M_n)和重均分子量(M_w)来表示。

本发明的目的是生产具有所需高分子量的聚丙烯腈，该目的通过在溶液中聚合包含丙烯腈的反应混合物生产聚丙烯腈的方法来实现，其中所述溶剂为包含季铵化合物和氢供体的共熔体系。

这种方法形成的聚丙烯腈具有异常高的分子量，例如按重均分子量表示，聚丙烯腈的重均分子量可能超过500000g/mol。因此，按本发明方法生产的聚丙烯腈特别适合于高性能用途。

本发明方法的另一个优点是聚丙烯腈的聚合要比现有技术的方法快得多，所述现有技术的方法例如应用溶剂如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和硫氰酸钠或氯化锌的水溶液的溶液聚合方法或者悬浮聚合方法。

本发明方法的另一个优点是所应用的溶剂环境友好、生物可降解和可以重复用于聚合方法中。

在本发明的某些实施方案中，所述季铵化合物为具有如下通式(I)结构的化合物：

其中：

各R1相同或不同和为包含1-20个碳原子、优选包含1-5个碳原子的部分；

R2为包含1-10个碳原子、优选包含1-5个碳原子的部分，和为一个或多个选自-OH、-F、-Cl或它们组合的基团；和

X为氯、碘、氟或溴原子或选自NO₃或BF₄的部分。

据理解这种季铵化合物的应用有助于降低共熔体系的凝固点。

例如，R1可以为乙基、甲基、丙基、丁基或甲基苯基部分。

在本发明方法所应用的特定季铵化合物中，各R1为甲基或乙基，各R1更优选为甲基。