一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法，包括木质素预处理，改性单体，改性聚合物，最后纺丝，本发明专利技术引入的硬脂酸钙、离子液体可以起到很好的协同抗热性能，从而提高了成品纤维的耐热稳定性。

Preparation of ionic liquid modified heat-resistant polyacrylonitrile fibers

The invention discloses a preparation method of ionic liquid modified heat-resistant polyacrylonitrile fiber, including lignin pretreatment, modified monomer, modified polymer, and finally spinning. The calcium stearate and ionic liquid introduced in the invention can play a good synergistic heat-resistant performance, thereby improving the heat-resistant stability of the finished fiber.

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法
本专利技术属于纤维材料，具体涉及一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法。
技术介绍
炭纤维具有高比强度、高比模量、热膨胀系数小等一系列优点，广泛应用于航空航天、能源和体育器材等领域，聚丙烯腈基炭纤维在炭纤维市场上占据主导地位；然而，聚丙烯腈纤维维导热性差，均聚聚丙烯腈在预氧化过程中放热量大而集中，容易因蓄热导致纤维被烧断，另外，均聚聚丙烯腈炭化收率低，释放的热解产物多，在纤维内部形成大量微孔，导致炭纤维强度降低。因此，如果提高聚丙烯腈纤维的韧性、强度和耐热性能是目前研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)取15-20重量份的木质素、2-3重量份的过氧化钠混合，加入到混合料重量20-30倍的去离子水中，升高温度为55-60℃，保温搅拌1-2小时，加入4-7重量份的硬脂酸钙，搅拌均匀，送入到烘箱中，在100-110℃下干燥2-3小时，出料冷却，得预处理木质素；(2)取上述预处理木质素，加入到40-50重量份的氯化1，3-二甲基咪唑中，搅拌均匀，得木质素分散液；(3)取200-260重量份的丙烯腈、10-13重量份的丙烯酰氯混合，搅拌均匀，与上述木质素分散液混合，送入到反应釜中，滴加0.1-0.2重量份的缚酸剂，调节反应釜温度为0-5℃，滴加完毕后反应5-7小时，出料，得木质素改性单体；(4)取5-8重量份的引发剂，加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀；(5)取上述木质素改性单体，加入到其重量5-7倍的去离子水中，加入0.3-1重量份的聚山梨酯，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为50-65℃，滴加上述引发剂的水溶液，滴加完毕后保温搅拌4-6小时，加入2-3重量份的β-巯基乙醇，搅拌至常温，出料冷却，得木质素改性聚合物溶液；(6)取上述木质素改性聚合物溶液，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得木质素改性聚合物；(7)取上述木质素改性聚合物，加入到其重量10-13倍的二甲基甲酰胺中，在55-60℃下保温搅拌1-2小时，纺丝，即得所述离子液体改性聚丙烯腈纤维。所述的缚酸剂为吡啶。所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种。所述的纺丝为静电纺丝，纺丝的接收距离为10-15cm，施加电压为10-15kv。本专利技术的优点：本专利技术首先采用过氧化钠处理木质素，然后与硬脂酸钙共混，改善了木质素的表面活性，然后分散到氯化1，3-二甲基咪唑离子液体中，得到木质素的离子液体分散液，然后以丙烯腈为单体，与丙烯酰氯共混，以该木质素的离子液体分散液为反应溶剂，在缚酸剂的作用下促进木质素的酚羟基与酰氯的反应，从而改善了木质素在单体间的分散性能，之后将该木质素改性单体在引发剂作用下聚合，从而进一步改善了木质素在聚丙烯腈间的分散相容性，同时改善了质素改性聚丙烯腈在二甲基甲酰胺中的分散性能，从而提高了成品纤维力学的韧性和强度，本专利技术引入的硬脂酸钙、离子液体可以起到很好的协同抗热性能，从而提高了成品纤维的耐热稳定性。具体实施方式实施例1一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)取20重量份的木质素、3重量份的过氧化钠混合，加入到混合料重量30倍的去离子水中，升高温度为60℃，保温搅拌2小时，加入7重量份的硬脂酸钙，搅拌均匀，送入到烘箱中，在110℃下干燥3小时，出料冷却，得预处理木质素；(2)取上述预处理木质素，加入到50重量份的氯化1，3-二甲基咪唑中，搅拌均匀，得木质素分散液；(3)取260重量份的丙烯腈、13重量份的丙烯酰氯混合，搅拌均匀，与上述木质素分散液混合，送入到反应釜中，滴加0.2重量份的吡啶，调节反应釜温度为5℃，滴加完毕后反应7小时，出料，得木质素改性单体；(4)取8重量份的过硫酸钾，加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀；(5)取上述木质素改性单体，加入到其重量7倍的去离子水中，加入1重量份的聚山梨酯，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为65℃，滴加上述引发剂的水溶液，滴加完毕后保温搅拌6小时，加入3重量份的β-巯基乙醇，搅拌至常温，出料冷却，得木质素改性聚合物溶液；(6)取上述木质素改性聚合物溶液，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得木质素改性聚合物；(7)取上述木质素改性聚合物，加入到其重量13倍的二甲基甲酰胺中，在60℃下保温搅拌2小时，纺丝，即得所述离子液体改性聚丙烯腈纤维。所述的纺丝为静电纺丝，纺丝的接收距离为10cm，施加电压为10kv。实施例2一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)取15重量份的木质素、2重量份的过氧化钠混合，加入到混合料重量20倍的去离子水中，升高温度为55℃，保温搅拌1小时，加入4重量份的硬脂酸钙，搅拌均匀，送入到烘箱中，在100℃下干燥2小时，出料冷却，得预处理木质素；(2)取上述预处理木质素，加入到40重量份的氯化1，3-二甲基咪唑中，搅拌均匀，得木质素分散液；(3)取200重量份的丙烯腈、10重量份的丙烯酰氯混合，搅拌均匀，与上述木质素分散液混合，送入到反应釜中，滴加0.1重量份的吡啶，调节反应釜温度为0℃，滴加完毕后反应5小时，出料，得木质素改性单体；(4)取5重量份的过硫酸铵，加入到其重量20倍的去离子水中，搅拌均匀；(5)取上述木质素改性单体，加入到其重量5倍的去离子水中，加入0.3-1重量份的聚山梨酯，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为50℃，滴加上述引发剂的水溶液，滴加完毕后保温搅拌4小时，加入2重量份的β-巯基乙醇，搅拌至常温，出料冷却，得木质素改性聚合物溶液；(6)取上述木质素改性聚合物溶液，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得木质素改性聚合物；(7)取上述木质素改性聚合物，加入到其重量10倍的二甲基甲酰胺中，在55℃下保温搅拌1小时，纺丝，即得所述离子液体改性聚丙烯腈纤维。所述的纺丝为静电纺丝，纺丝的接收距离为15cm，施加电压为15kv。性能测试：采用济南万测公司生产的WDW-50微机控制电子万能试验机测试本专利技术纤维的力学性能：试样夹持距离30mm，拉伸速度3mm/min，初张力为0cN，并且每种样品重复测试20根求其平均值；测得，本专利技术实施例1的离子液体改性聚丙烯腈纤维的拉伸强度为8.10Mpa、断裂伸长率为27.88％；本专利技术实施例2的离子液体改性聚丙烯腈纤维的拉伸强度为7.97Mpa、断裂伸长率为27.31％。市售聚丙烯腈纤维的拉伸强度为1.5-37Mpa、断裂伸长率为20-25％；采用热重分析仪测试本专利技术纤维的热学性能：测得，本专利技术实施例1的离子液体改性聚丙烯腈纤维的软化温度为279℃、热分解温度为301℃；本专利技术实施例2的离子液体改性聚丙烯腈纤维的软化温度为285℃、热分解温度为304℃；市售聚丙烯腈纤维的软化温度为190-230℃，热分解温度为270-280℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取15‑20重量份的木质素、2‑3重量份的过氧化钠混合，加入到混合料重量20‑30倍的去离子水中，升高温度为55‑60℃，保温搅拌1‑2小时，加入4‑7重量份的硬脂酸钙，搅拌均匀，送入到烘箱中，在100‑110℃下干燥2‑3小时，出料冷却，得预处理木质素；(2)取上述预处理木质素，加入到40‑50重量份的氯化1，3‑二甲基咪唑中，搅拌均匀，得木质素分散液；(3)取200‑260重量份的丙烯腈、10‑13重量份的丙烯酰氯混合，搅拌均匀，与上述木质素分散液混合，送入到反应釜中，滴加0.1‑0.2重量份的缚酸剂，调节反应釜温度为0‑5℃，滴加完毕后反应5‑7小时，出料，得木质素改性单体；(4)取5‑8重量份的引发剂，加入到其重量20‑30倍的去离子水中，搅拌均匀；(5)取上述木质素改性单体，加入到其重量5‑7倍的去离子水中，加入0.3‑1重量份的聚山梨酯，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为50‑65℃，滴加上述引发剂的水溶液，滴加完毕后保温搅拌4‑6小时，加入2‑3重量份的β‑巯基乙醇，搅拌至常温，出料冷却，得木质素改性聚合物溶液；(6)取上述木质素改性聚合物溶液，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得木质素改性聚合物；(7)取上述木质素改性聚合物，加入到其重量10‑13倍的二甲基甲酰胺中，在55‑60℃下保温搅拌1‑2小时，纺丝，真空干燥，即得所述离子液体改性聚丙烯腈纤维。...

【技术特征摘要】
1.一种离子液体改性耐热聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取15-20重量份的木质素、2-3重量份的过氧化钠混合，加入到混合料重量20-30倍的去离子水中，升高温度为55-60℃，保温搅拌1-2小时，加入4-7重量份的硬脂酸钙，搅拌均匀，送入到烘箱中，在100-110℃下干燥2-3小时，出料冷却，得预处理木质素；(2)取上述预处理木质素，加入到40-50重量份的氯化1，3-二甲基咪唑中，搅拌均匀，得木质素分散液；(3)取200-260重量份的丙烯腈、10-13重量份的丙烯酰氯混合，搅拌均匀，与上述木质素分散液混合，送入到反应釜中，滴加0.1-0.2重量份的缚酸剂，调节反应釜温度为0-5℃，滴加完毕后反应5-7小时，出料，得木质素改性单体；(4)取5-8重量份的引发剂，加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀；(5)取上述木质素改性单体，加入到其重量5-7倍的去离子水中，加入0.3-1重量份的聚山梨酯，...

【专利技术属性】
技术研发人员：司彩霞，
申请(专利权)人：司彩霞，
类型：发明
国别省市：安徽,34