提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法，该方法包括：包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应，反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液。本发明专利技术所述的制备方法利用超临界二氧化碳辅助处理，提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，该制备方法具有环保、反应可控、减少化学试剂使用等优点，本发明专利技术所述的聚丙烯腈纺丝溶液存在较大工业应用价值。腈纺丝溶液存在较大工业应用价值。

【技术实现步骤摘要】
提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法


[0001]本专利技术涉及一种提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是一种以PAN原丝为前驱体，经过1000℃以上高温处理制得的无机纤维材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗辐射、导电、传热、减震、降噪和相对密度小等一系列优异性能。碳纤维作为军民两用的高技术材料，已广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域以及高级体育用品和医疗器械等民用行业。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。
[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，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溶液固含量低，溶解过程容易出现凝胶等问题，提供一种提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法，该方法能够提高聚丙烯腈纺丝原液固含量，具有环保、反应可控、减少化学试剂使用等优点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法，该方法包括：
[0006]包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应,反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液。
[0007]本专利技术利用超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂(例如硫氰酸钠水溶液)中，超临界二氧化碳具有塑化和溶胀作用，利用其溶胀作用减弱强极性官能团(例如氰基官能团)的作用，同时减弱聚丙烯腈大分子链段的缠结作用，提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，从而提高聚丙烯腈纺丝液的固含量。本专利技术所述的制备方法利用超临界二氧化碳辅助处理，提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，尤其是提高聚丙烯腈在无机溶剂(例如硫氰化钠水溶液和氯化锌水溶液)中的溶解度，该制备方法具有环保、反应可控、减少化学试剂使用等优点，本专利技术所述的聚丙烯腈纺丝溶液存在较大工业应用价值。
具体实施方式
[0008]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。
[0009]本专利技术提供一种提高聚丙烯腈硫氰酸钠纺丝溶液固含量的方法，该方法包括：
[0010]包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应,反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液。利用超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂中，超临界二氧化碳具有塑化和溶胀作用，利用其溶胀作用减弱强极性官能团(例如氰基官能团)的作用，同时减弱聚丙烯腈大分子链段的缠结作用，提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量。
[0011]根据本专利技术，超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂中，只要升温和/或加压使得CO2处于超临界状态即可，针对本专利技术，优选地，CO2超临界状态温度为60
‑
90℃，更优选为60
‑
85℃，有利于提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量。
[0012]根据本专利技术，超临界二氧化碳作为介质使聚丙烯腈溶解在溶剂中，只要升温和/或加压使得CO2处于超临界状态即可，针对本专利技术，优选地，CO2超临界状态压力为8
‑
16MPa，更优选为8
‑
15MPa，有利于提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量。
[0013]根据本专利技术，聚丙烯腈与溶剂在超临界二氧化碳介质中反应能够提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，针对本专利技术，优选反应时间为8
‑
40min；更优选在100
‑
1500r/min搅拌速度下反应8
‑
40min，有利于提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量。
[0014]根据本专利技术，反应结束后，降温、泄压，优选地，降温至25
‑
30℃。
[0015]根据本专利技术，反应结束后，降温、泄压，优选地，所述泄压时间为2
‑
6min。
[0016]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述聚丙烯腈分子量为2
‑
10万、优选为3
‑
8万，有利于提高聚丙烯腈在溶剂中的溶解度，提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量。
[0017]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述溶剂选自N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯水溶液、碳酸丙烯酯、碳酸丙烯酯水溶液、硫氰酸钠水溶液、氯化锌水溶液和N
‑
甲基吡咯烷酮中至少一种；优选为硫氰化钠水溶液和氯化锌水溶液中的至少一种；由于无机溶剂对聚丙烯腈的溶解能力较差导致固含量较低，利用超临界二氧化碳辅助处理，有利于提高聚丙烯腈在硫氰酸钠水溶液中的溶解度，提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量。
[0018]根据本专利技术，所述溶剂为硫氰化钠水溶液时，所述硫氰酸钠水溶液质量浓度为50
‑
54wt％，有利于提高聚丙烯腈在硫氰酸钠水溶液中的溶解度，提高聚丙烯腈纺丝溶液的固含量。
[0019]根据本专利技术的一种优选实施方式，所述溶剂为硫氰化钠水溶液或氯化锌水溶液时，以质量分数计，所述聚丙烯腈纺丝溶液中聚丙烯腈含量为11
‑
17wt％。
[0020]所述溶剂为硫氰化钠水溶液或氯化锌水溶液时，聚丙烯腈与溶剂质量比为1:8
‑
4，优选为1：7.4
‑
4.8。
[0021]根据本专利技术，通过对前述聚丙烯腈纺丝溶液过滤，将影响纺丝的粒子去除，优选地，采用孔径为1
‑
7μm过滤装置对降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液进行过滤；本专利技术对所述过滤装置没有特别的要求，只要能够将将影响纺丝的粒子去除即可，优选地，所述过滤装置选自滤网、过滤布和烧结金属网中的至少一种。
[0022]根据本专利技术的一种优选实施方式，提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法在超临界
反应釜中进行，包括以下步骤：
[0023]将溶剂放置于超临界反应釜内，排除反应釜内的空气，使反应釜内处于CO2气氛，加入聚丙烯腈(PAN)粉末；升温、加压使CO2处于超临界状态，搅拌反应一定时间，反应结束后降温、泄压、取出超临界反应釜内的纺丝溶液，通过孔径为0.5
‑
5μm的滤网对纺丝液进行过滤得到聚丙烯腈纺丝溶液。
[0024]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高聚丙烯腈纺丝溶液固含量的方法，其特征在于，该方法包括：包含溶剂和聚丙烯腈的混合物于CO2气体氛围中升温，加压使CO2处于超临界状态进行反应,反应结束后降温、泄压得到聚丙烯腈纺丝溶液。2.根据权利要求1所述的方法，其中，CO2超临界状态温度为60
‑
90℃，优选为65
‑
85℃；和/或CO2超临界状态压力为8
‑
16MPa，优选为8
‑
15MPa。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，反应时间为8
‑
40min；优选地，100
‑
1500r/min搅拌速度下反应8
‑
40min。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其中，降温至25
‑
30℃；和/或所述泄压时间为2
‑
6min。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的方法，其中，所述聚丙烯腈分子量为2
‑
10万、优选为3
‑
8万。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的方法，其中，所述溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔蒙蒙，辛美音，吴嵩义，袁玉红，宋文迪，冯林明，
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：