高总固、低粘度聚丙烯腈原液及其制备方法和应用技术

技术编号：41205076 阅读：4 留言：0更新日期：2024-05-07 22:30

本发明专利技术涉及碳纤维用聚丙烯腈前驱体的合成技术领域，公开了一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液及其制备方法和应用。所述聚丙烯腈原液包括丙烯腈共聚物和溶剂；其中，所述丙烯腈共聚物的分子量分布呈双峰分布。本发明专利技术提供的聚丙烯腈原液具有固含量高且粘度低、分子量可控且分布较窄的特点，采用可逆加成‑断裂链转移自由基聚合(RAFT)工艺制备聚丙烯腈原液，通过调控单头RAFT试剂和双头RAFT试剂的混合比例，可以得到分子量分布较窄且高、低分子量同时可控的双峰分布聚丙烯腈，该聚丙烯腈原液在高总固含量条件下仍然具备较好的溶解均匀性和可纺性，适合于碳纤维用聚丙烯腈原丝的制备。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳纤维用聚丙烯腈前驱体的合成，具体涉及一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液及其制备方法和应用。

技术介绍

1、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。在三种碳纤维用有机前驱体中，聚丙烯腈是使用比例最高、产品质量最好的一类。生产高性能碳纤维大多采用的是均相溶液间歇聚合一步法工艺，通常为了获得较高的转化率，聚合反应时间都较长，且体系粘度变化较大，反应传质传热难度大，容易形成不溶性凝胶，对纺丝产生不利影响，而且传统自由基聚合方法制备的聚丙烯腈，分子量较低、分子量分布较宽，链规整度较低，难以满足制备高强高模碳纤维的需求。

2、cn200710056083.6公开了采用亚砜为溶剂，用偶氮二异庚腈引发丙烯腈与共聚单体聚合，所得的共聚物分子量在10-90万之间，分子量分布在2.3以下，但是体系原液分子量太大，同时纺丝过程中，体系黏度太大，不易控制聚合过程，可纺性相对比较差。

3、cn201410582197.4公开了采用不同引发剂分步添加的方法，通过一步法溶液聚合得到多分子量组成聚丙烯腈纺丝原液，通过调节超高分子量丙烯腈共聚物组分和普通分子量的聚丙烯腈共聚物组分的比例来改变原液的性能。但由于上述专利技术仍采用传统自由基聚合方法，所得聚合物分子量分布较宽，分子量可控性也较差。

4、因此，如何解决现有技术中聚丙烯腈原液存在的问题，亟需一种改进。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的聚丙烯腈分子量较低、分子量分布较宽，链规整度较低，难以满足制备碳纤维用聚丙烯腈原丝的需求问题，提供了一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液及其制备方法和应用。该聚丙烯腈原液具有固含量高且粘度低、分子量可控且分布较窄的特点，能够用于碳纤维用聚丙烯腈原丝的制备。

2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液，所述聚丙烯腈原液包括丙烯腈共聚物和溶剂；其中，所述丙烯腈共聚物的分子量分布呈双峰分布。

3、本专利技术第二方面提供了一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液的制备方法，该制备方法包括：在保护气氛中，将丙烯腈单体和共聚单体在引发剂、单头raft试剂、双头raft试剂和溶剂存在下进行raft聚合反应。

4、本专利技术第三方面提供了一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液在碳纤维制备领域中的应用。

5、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：

6、(1)本专利技术提供的聚丙烯腈原液具有固含量高且粘度低、分子量可控且分布较窄的特点，能够用于碳纤维用聚丙烯腈原丝的制备；

7、(2)本专利技术采用可逆加成/断裂链转移(raft)自由基聚合技术制备聚丙烯腈原液，具有工艺简单、杂质少、产物纯度高的特点，能够实现对丙烯腈的活性可控聚合，与传统自由基聚合方法相比，可以得到分子量呈双峰分布可控且分子量分布较窄的聚丙烯腈；

8、(3)本专利技术采用单头raft试剂和双头raft试剂混配，通过调控单、双头raft试剂的混合比例，能够制备含有高、低分子量同时可控的聚丙烯腈原液，进而实现对聚丙烯腈原液的固含量及粘度的调控，该聚丙烯腈分子量分布窄、链规整度高、分子结构缺陷少，同时具有较好的溶解性和强度；

9、(4)本专利技术中，通过调控单头raft试剂能够制备出具有较好的溶解性和流动性的低分子量聚丙烯腈，在相同总固含量条件下可以有效降低聚丙烯腈原液的粘度；通过调控双头raft试剂能够制备出具有较好强度的高分子量聚丙烯腈。

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【技术保护点】

1.一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液，其特征在于，所述聚丙烯腈原液包括丙烯腈共聚物和溶剂；其中，所述丙烯腈共聚物的分子量分布呈双峰分布。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈原液，其中，所述丙烯腈共聚物的分子量分布包括低分子量峰和高分子量峰；

3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯腈原液，其中，

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的聚丙烯腈原液，其中，

5.权利要求1-4中任意一项所述的高总固、低粘度聚丙烯腈原液的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：在保护气氛中，将丙烯腈单体和共聚单体在引发剂、单头RAFT试剂、双头RAFT试剂和溶剂存在下进行RAFT聚合反应。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的制备方法，其中，所述RAFT聚合反应的条件包括：

10.权利要求1-4中任意一项所述的高总固、低粘度聚丙烯腈原液在碳纤维制备领域中的应用。</p>...

【技术特征摘要】

1.一种高总固、低粘度聚丙烯腈原液，其特征在于，所述聚丙烯腈原液包括丙烯腈共聚物和溶剂；其中，所述丙烯腈共聚物的分子量分布呈双峰分布。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈原液，其中，所述丙烯腈共聚物的分子量分布包括低分子量峰和高分子量峰；

3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯腈原液，其中，

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的聚丙烯腈原液，其中，

5.权利要求1-4中任意一项所述的高总固、低粘度聚丙烯腈原液的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文迪，乔蒙蒙，袁玉红，吴嵩义，刘莉莉，易闪闪，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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