專利名稱：一種提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，特別涉及一種提高間位芳香族聚酰胺聚合體的阻燃性的方法。
背景技術：
間位芳香族聚酰胺聚合體是當今世界上耐高溫性能最佳的紡織材料之一，它具有優良的耐高溫性，炭化時只放出少量有害氣體，不產生熔滴。當前間位芳香族聚酰胺聚合體主要是由間苯二胺和間苯二甲酰氯縮聚合成。然而，使用此配方合成的聚合體的氧指數即LOI值一般為26～28，紡成的纖維的氧指數與聚合體的值相同。雖高于棉纖維與尼龍纖維，但明顯低于LOI值為34以上的PBI和LOI值為40以上PBT等其它高性能材料。目前，為了進一步提高間位芳香族聚酰胺聚合體的阻燃性，一般將纖維在高溫，高壓等條件下，用阻燃劑，如Cl2、Br2、熔化的硫、SOCl2、SO2Cl、POCl3、POBr3、PCl3、PCl5等氯、硫、磷化合物進行處理，將纖維的表面的物理結構破壞，以增加纖維的表面積，使阻燃劑通過物理吸附的方法在纖維的表面形成一層阻燃層。當物質燃燒時，含硫、磷的阻燃劑主要在凝聚相發揮作用，硫、磷化物可以消耗聚合體燃燒時分解出的可燃氣體，使其轉化成不易燃燒的炭化物而含鹵素阻燃劑則主要在氣相中發揮作用，鹵素是燃燒反應的鏈終止劑，在聚合體燃燒時生成鹵化氫而抑制燃燒反應，從而達到提高阻燃性能的目的。但是，這些處理方法由于破壞了纖維的表面結構，因此會導致纖維的強度下降、不勻率升高其后續產品經過多次反復水洗或者雨水淋濕后會流失一部分阻燃劑，削弱阻燃劑的阻燃效果同時，由于使用的物質常常帶有強腐蝕性，會使得添加阻燃劑的工藝過程和后續加工過程的操作環境比較惡劣，不利于環境保護和生產安全防護。
發明內容
為解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種提高芳香族聚酰胺聚合體阻燃性且不破壞的其表面結構的化學改性方法。
本發明解決上述問題所采用的技術方案為提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，將間苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜單體及溶劑配制成一定濃度的溶液，冷卻至-10℃-0℃，取與間苯二胺等摩爾量的間苯二甲酰氯，分批投入到前述溶液中，進行共縮聚反應，控制反應溫度在0-40℃之間，當溶液表觀粘度超過目標表觀粘度時結束反應，得到阻燃性提高的間位芳香族聚酰胺聚合體。
本發明所述的一定質量濃度的溶液為8％-12％的間苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜單體溶液。
本發明所述的R，R’-二氨基二苯砜單體為3，3’-二氨基二苯砜或4，4’-二氨基二苯砜。
本發明所述的反應溫度為0-40℃。
本發明所述的溶劑是指二甲基乙酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。
本發明所用的反應器最好帶有刮壁功能的攪拌裝置。
本發明所述的目標表觀粘度是指25℃時表觀粘度為120Pa·S。
本發明所述的R，R’-二氨基二苯砜、間苯二胺和間苯二甲酰氯單體可以是熔體或固體。
本發明與現有技術相比，具有以下優點本方法由于在間位芳香族聚酰胺聚合體的主鏈上直接引入了-SO2-鍵，在聚合體燃燒時，吸收大量的熱能，在高溫下將-SO2-拆解開，形成成分復雜的硫化物，在燃燒過程中硫化物可以消耗聚合體燃燒時分解出的可燃氣體，使其轉化成難燃燒的復雜化合物，同時在燃燒的過程中硫化物被氧化生成的SOx不燃燒，在熱的作用下會消耗氧氣繼續吸熱氧化，所以該聚合體及其后續產品的阻燃性提高。當芳香族聚酰胺聚合體中硫的質量百分比達1％時就可以獲得較佳的阻燃效果，其LOI可以達到30，同時不會破壞芳香族聚酰胺纖維的表面結構、不會降低纖維的強度；由于在苯環間增加了柔性鏈段-SO2-，從而改善了該聚合體在酰胺類溶劑中的溶解性，使得在相同特性粘度下，聚合體溶液的濃度較不含-SO2-時提高，從而提高生產的效率并降低生產的成本消耗此外，當R，R’-二氨基二苯砜為4，4’-二氨基二苯砜時，由于在聚合體主鏈上引入了對苯基結構單元，使得大分子鏈部分呈現液晶狀態，提高了聚合體的玻璃化轉變溫度和后續產品的強度和模量，工藝過程和后續加工過程的操作環境比較好，有利于環境保護和生產安全防護。
具體實施例方式
下面的實施例是對本發明作的詳細說明實例1將3.16公斤的間苯二胺和0.50公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于37.00公斤的二甲基乙酰胺中，形成9％的溶液，冷卻至0℃，分7次投入6.50公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-20℃之間，當溶液表觀粘度達到287Pa·S時結束反應，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為30，玻璃化溫度為247℃。
實例2將3.10公斤的間苯二胺和0.6公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于27.13公斤的二甲基乙酰胺中，形成12％的溶液，冷卻至0℃，分7次投入6.21公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-20℃之間，當溶液表觀粘度達到259Pa·S時結束反應，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為31，玻璃化溫度為247℃。
實例3將2.71公斤的間苯二胺和1.20公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于35.20公斤的二甲基乙酰胺中，形成10％的溶液，冷卻至0℃，分8次投入6.05公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-40℃之間，當溶液表觀粘度達到253Pa·S時結束反應，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為34，玻璃化溫度為240℃。
實例4將2.50公斤的間苯二胺和1.50公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于32.36公斤的二甲基乙酰胺中，形成11％的溶液，冷卻至0℃，分7次投入5.93公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-20℃之間，當溶液表觀粘度達到284Pa·S時結束反應，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為34，玻璃化溫度為238℃。
實例5將3.16公斤的間苯二胺和0.50公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于37.00公斤的二甲基乙酰胺中，形成9％的溶液，冷卻至0℃，分6次投入6.30公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-20℃之間，當溶液表觀粘度達到297Pa·S時結束反應，，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為30，玻璃化溫度為252℃。聚合體紡制成纖維的斷裂強度為560mN/tex。
實例6將3.10公斤的間苯二胺和0.60公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于33.30公斤的二甲基乙酰胺中，形成10％的溶液，冷卻至0℃，分7次投入6.31公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-30℃之間，當溶液表觀粘度達到325Pa·S時結束反應，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為31，玻璃化溫度為253℃。聚合體紡制成纖維的斷裂強度為580mN/tex。
實例7將2.84公斤的間苯二胺和1.00公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于28.16公斤的二甲基乙酰胺中，形成12％的溶液，冷卻至0℃，分7次投入6.14公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-40℃之間，當溶液表觀粘度達到357Pa·S時結束反應，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為34，玻璃化溫度為258℃。聚合體紡制成纖維的斷裂強度為690mN/tex。
實例8將2.53公斤的間苯二胺和1.50公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于32.61公斤的二甲基乙酰胺中，形成11％的溶液，冷卻至0℃，分7次投入5.96公斤的間苯二甲酰氯，在氮氣保護下進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0-20℃之間，當溶液表觀粘度達到361Pa·S時結束反應，由此得到的間位芳香族聚酰胺聚合體的氧指數為34，玻璃化溫度為260℃。聚合體紡制成纖維的斷裂強度為700mN/tex。
以上實施例發生的縮聚反應方程式為 或
權利要求
1.一種提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，將間苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜單體及溶劑配制成一定濃度的溶液，冷卻至-10-0℃，取與間苯二胺等摩爾量的間苯二甲酰氯，分批投入到前述溶液中，進行共縮聚反應，控制反應溫度在0-40℃之間，當溶液表觀粘度超過目標表觀粘度時結束反應，得到阻燃性提高的間位芳香族聚酰胺聚合體。
2.根據權利要求1所述的提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，其特征在于所述的一定質量濃度的溶液為8％-12％的間苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜單體溶液。
3.根據權利要求1所述的提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，其特征在于所述的R，R’-二氨基二苯砜單體為3，3’-二氨基二苯砜或4，4’-二氨基二苯砜。
4.根據權利要求1所述的提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，其特征在于所述的反應溫度為0-40℃。
5.根據權利要求1所述的提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，其特征在于所述的溶劑是指二甲基乙酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。
6.根據權利要求1所述的提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，其特征在于所用的反應器最好帶有刮壁功能的攪拌裝置。
7.根據權利要求1所述的提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，其特征在于所述的目標表觀粘度指25℃時表觀粘度為120Pa·S。
8.根據權利要求1所述的提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，其特征在于所述的R，R’-二氨基二苯砜、間苯二胺和間苯二甲酰氯單體可以是熔體或固體。
全文摘要
本發明涉及一種提高間位芳香族聚酰胺聚合體阻燃性的方法，將間苯二胺和R，R’－二氨基二苯砜單體混合溶解在溶劑中，配制成一定濃度的溶液，冷卻至－10℃－0℃，投入間苯二甲酰氯，進行縮聚反應，同時控制反應溫度在0－40℃之間，當溶液超過目標表觀粘度時結束反應，得到阻燃性有所提高的間位芳香族聚酰胺聚合體，可以提高生產的效率并降低生產的成本消耗，提高聚合體的玻璃化轉變溫度以及后續產品的強度和模量。
文檔編號C08G69/00GK1683431SQ200410017669
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月14日 優先權日2004年4月14日
發明者邢哲, 郭潤棟, 李吉東 申請人:邢哲