聚丙烯腈纺丝原液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纺织化学品和高性能纤维技术领域，具体涉及一种聚丙烯腈纺丝原液及其制备方法和应用。聚丙烯腈纺丝原液制备方法包括以下步骤：(1)聚丙烯腈树脂与温度为10～25℃的第一硫氰酸钠水溶液混合，在15～25℃温度下进行分散打浆形成浆状混合物；(2)将所述浆状混合物与100～140℃的第二硫氰酸钠水溶液混合后在80～90℃温度下高速剪切，得到聚丙烯腈纺丝原液；所述聚丙烯腈树脂数均粒径为2～9um，粒径分布指数为1.5～2.8，沉降值为3.0～4.2。本发明专利技术所述的制备方法，聚丙烯腈纺丝原液制备过程淤浆粘度低，流动性好，可用于连续生产，且制备得到的聚丙烯腈纺丝原液固含量高、粘度小，挤出均匀性和稳定性好。挤出均匀性和稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯腈纺丝原液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纺织化学品和高性能纤维
，具体涉及一种聚丙烯腈纺丝原液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳纤维由于其高比强度和比模量、化学稳定性好、热膨胀系数低等性质，被广泛应用于航空航天、卫星火箭、汽车工业、风电、体育休闲用品等不同领域，而且全球需求量逐年增加。在三种有机纤维前驱体中，聚丙烯腈是使用比例最高、产品质量最好的一类。碳纤维的发展和应用在提高国家军事实力和工业产品的竞争力方面正发挥着越来越重要的作用。在碳纤维的生产过程中，原丝的性能是制约碳纤维性能的主要因素。
[0003]聚丙烯腈纺丝溶液常用到的有N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基乙酰胺和硫氰酸钠水溶液。硫氰酸钠水溶液与其他溶剂相比无毒性，是聚丙烯腈纺丝过程中使用的优良溶剂。但是聚丙烯腈溶解在硫氰酸钠水溶液，溶解过程容易出现凝胶等现象且溶解度较低，制备的聚丙烯腈纺丝溶液粘度高等问题，是制约制备高性能PAN原丝的重要因素。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的聚丙烯腈纺丝原液固含量低、粘度大的问题，提供一种聚丙烯腈纺丝原液及其制备方法和应用，该制备方法制备聚丙烯腈纺丝原液固含量高、粘度小，且制备过程淤浆粘度低，流动性好，可用于连续生产。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)聚丙烯腈树脂与温度为10～25℃的第一硫氰酸钠水溶液混合，在15～25℃温度下进行分散打浆形成浆状混合物；
[0007](2)将所述浆状混合物与100～140℃的第二硫氰酸钠水溶液混合后在温度为80～90℃温度下高速剪切，得到聚丙烯腈纺丝原液；
[0008]所述聚丙烯腈树脂数均粒径为2～9um，粒径分布指数为1.5～2.8，沉降值为3.0～4.2。
[0009]本专利技术第二方面提供一种本专利技术所述的制备方法制备的聚丙烯腈纺丝原液。
[0010]本专利技术第三方面提供一种本专利技术所述的聚丙烯腈纺丝原液在制备聚丙烯腈原丝中的应用。
[0011]本专利技术所述的聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，得到的浆状混合物粘度低、流动性好、性质稳定，浆状混合物与高温高浓硫氰酸钠溶液混合后，硫氰酸钠溶液容易扩散至聚丙烯腈颗粒内部；聚丙烯腈纺丝原液制备过程淤浆粘度低，流动性好，可用于连续生产，且制备得到的聚丙烯腈纺丝原液固含量高、粘度小，所述聚丙烯腈纺丝原液挤出均匀性和稳定性好。
具体实施方式
[0012]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0013]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0014](1)聚丙烯腈树脂与温度为10～25℃的第一硫氰酸钠水溶液混合，在15～25℃温度下进行分散打浆形成浆状混合物；
[0015](2)将所述浆状混合物与100～140℃的第二硫氰酸钠水溶液混合后在80～90℃温度下高速剪切，得到聚丙烯腈纺丝原液；
[0016]所述聚丙烯腈树脂数均粒径为2～9um，粒径分布指数为1.5～2.8，沉降值为3.0～4.2。
[0017]根据本专利技术的一种优选实施方式，第一硫氰酸钠水溶液质量浓度为30～35wt％，优选为31～34wt％。
[0018]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述浆状混合物中，聚丙烯腈树脂的质量含量为18～25wt％，优选为19～23wt％。
[0019]根据本专利技术的一种优选实施方式，以所述聚丙烯腈纺丝原液总重为基准，聚丙烯腈树脂质量含量为10～13wt％，优选为11～12.5wt％。
[0020]根据本专利技术的一种优选实施方式，第二硫氰酸钠水溶液质量浓度为56～65wt％。
[0021]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述浆状混合物与第二硫氰酸钠水溶液的质量比为30～35wt％。
[0022]根据本专利技术，本专利技术对所述聚丙烯腈没有特别的要求，本领域具有前述性质的聚丙烯腈均能够适用于本专利技术，针对本专利技术，本专利技术提供一种具有前述性质的聚丙烯腈的制备方法，该方法包括：
[0023]将丙烯腈单体、第一共聚单体和第二共聚单体混合于纯水中，通过水溶性引发剂在聚合反应条件下进行聚合反应，反应结束后得到聚合反应液，所述聚合反应液经脱单，水洗，过滤，干燥制备得到聚丙烯腈树脂。
[0024]在本专利技术中，所述脱单是指在真空状态下脱除未反应单体。
[0025]本专利技术对聚合反应液水洗，过滤，干燥的条件均没有特别的要求，本领域常规的水洗，过滤，干燥条件均适用于本专利技术所述的聚合物反应液；优选地，聚丙烯腈树脂干燥过程在氮气氛围下，100
‑
150℃温度下进行，优选为在氮气氛围下，110
‑
130℃温度下进行干燥。
[0026]根据本专利技术的一种优选实施方式，以整个聚合体系质量为基准，丙烯腈单体、第一共聚单体和第二共聚单体的总含量为30～45wt％，优选为35～42wt％。
[0027]根据本专利技术的一种优选实施方式，以单体总质量为基准，所述第一共聚单体含量为1
‑
5wt％，优选为2～4wt％。
[0028]根据本专利技术的一种优选实施方式，以单体总质量为基准，所述第二共聚单体含量为0.5～2.0wt％，优选为0.8～1.5wt％。
[0029]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述水溶性偶氮引发剂质量与单体总质量比为
0.2％～0.7％：1，优选为0.25％～0.65％：1。
[0030]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述聚合条件包括：反应温度为60～80℃，优选为65～75℃。
[0031]根据本专利技术，根据反应温度合理调节反应时间，优选地，聚合反应时间为60
‑
100min，更优选为70
‑
90min
[0032]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述第一共聚单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和醋酸乙烯酯中的至少一种。
[0033]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述第二共聚单体选自甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的至少一种。
[0034]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述聚合反应液固含量为所述聚合反应液固含量为25
‑
42wt％，优选为31
‑
42wt％，更优选为35
‑
42wt％。
[0035]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述聚合反应液粘度为300
‑
500cp。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)聚丙烯腈树脂与温度为10～25℃的第一硫氰酸钠水溶液混合，在15～25℃温度下进行分散打浆形成浆状混合物；(2)将所述浆状混合物与100～140℃的第二硫氰酸钠水溶液混合后在80～90℃温度下高速剪切，得到聚丙烯腈纺丝原液；所述聚丙烯腈树脂数均粒径为2～9um，粒径分布指数为1.5～2.8，沉降值为3.0～4.2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，第一硫氰酸钠水溶液质量浓度为30～35wt％；和/或所述浆状混合物中，聚丙烯腈树脂的质量含量为18～25wt％。3.根据权利要求1或2中任意一项所述的制备方法，其中，以所述聚丙烯腈纺丝原液总重为基准，聚丙烯腈树脂质量含量为10～13wt％；和/或第二硫氰酸钠水溶液质量浓度为56～65wt％；和/或所述浆状混合物与第二硫氰酸钠水溶液的质量比为30～35wt％。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的制备方法，其中，所述聚丙烯腈的制备方法包括：将丙烯腈单体、第一共聚单体和第二共聚单体混合于纯水中，通过水溶性引发剂在聚合反应条件下进行聚合反应，反应结束后得到聚合反应液，所述聚合反应液经脱单，水洗，过滤，干燥制备得到聚丙烯腈树脂。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的制备方法，其中，以整个聚合体系质量为基准，丙烯腈单体、第一共聚单体和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文迪，黄翔宇，吴嵩义，袁玉红，季春晓，辛美音，
申请(专利权)人：中国石化上海石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：