專利名稱：一種防紫外pbo纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PBO纖維，具體涉及一種防紫外PBO纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代，美國為發(fā)展航天航空，開發(fā)了一種復(fù)合材料用增強(qiáng)材料——聚對苯撐苯并雙二惡唑纖維，簡稱PBO纖維。PBO纖維具備高強(qiáng)度、高模量等優(yōu)良的力學(xué)性能，還具備優(yōu)良的耐熱性、阻燃性等性能，被稱為21世紀(jì)超級(jí)纖維，對發(fā)展航空航天、國防軍事和體育用品等領(lǐng)域有著重要的不可替代的作用。然而，PBO纖維的紫外光穩(wěn)定性較差，在紫外光較長時(shí)間照射下，其力學(xué)性能會(huì)有較大程度的降低。因此，一些添加抗紫外添加劑的PBO纖維制備方法被陸續(xù)提出。如專利CN200810032210.3公開了一種在PBO纖維制備中添加納米TiO2的制備方法，用以提高PBO纖維的耐紫外性能。專利CN201010255580.0公開了一種在PBO纖維制備中添加2，2’ -(I, 2-乙烷二基)雙(4，1-亞苯基)雙苯并惡唑和2-(2-羥基-5-甲基苯基)苯并三唑的制備方法，用以提高PBO纖維的耐紫外性能。上述方法均在一定程度上提高了 PBO纖維的耐紫外性能，但由于抗紫外添加劑的加入量較大，使PBO纖維的拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能有所降低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種防紫外PBO纖維的制備方法，該方法所得的PBO纖維防紫外性能提高較大，同時(shí)PBO纖維的力學(xué)性能也有較大提聞。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種防紫外PBO纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
a、預(yù)聚:在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)、對苯二甲酸(TA)、五氧化二磷(P205)、多聚磷酸(PPA)加入反應(yīng)釜中，加熱并在0.3-1.0MPa, 100_120°C條件下反應(yīng)6-9小時(shí)，撤去反應(yīng)釜內(nèi)壓力并脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HCl ；
b、添加防紫外添加劑:繼續(xù)在反應(yīng)釜中加入預(yù)先混合均勻的多聚磷酸(PPA)、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的混合液，在145-160°C和30-90Pa的真空條件下反應(yīng)7-9小時(shí)；
C、紡絲:將步驟b得到的反應(yīng)產(chǎn)物加入雙螺桿擠出機(jī)擠出，采用干噴濕紡工藝制備得到防紫外PBO纖維；
其中，各種原料的重量份數(shù)如下:
4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽DAR0.09 0.1份
對苯二甲酸TA0.07 0.08份
五氧化二磷P2O50.2 0.4份
多聚磷酸PPA0.4 0.5份 多聚磷酸PPA、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇PTMG的混合液0.06 0.1份。本發(fā)明所提供的2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯并三唑購于上海泛柯生化試劑有限公司，商品名稱為UV-326。本發(fā)明所提供的聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)購于鹽城市華大化工有限公司，分子量為 2000。本發(fā)明所提供的多聚磷酸(PPA)、2-(2_羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)_5_氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑的重量百分比為0.5 1.5%，聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的重量百分比為I 3%。如上所述多聚磷酸(PPA)、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)_5_氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1 3。本發(fā)明所述的防紫外PBO纖維制備方法中，防紫外添加劑的加入量較小，控制2- (2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.04%
0.11%，且控制聚四氫呋喃醚二醇的在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.07% 0.27%，所制備得到的PBO纖維的防紫外性能有較大的提高，同時(shí)也很好地保證了 PBO纖維本身的結(jié)構(gòu)不被破壞。本發(fā)明同時(shí)加入2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇，兩者有很好的協(xié)同作用，能夠較大地提高PBO纖維的強(qiáng)度和防紫外性能，單獨(dú)加入這兩種添加劑中的任何一種，均不能較好地改善PBO纖維的強(qiáng)度和防紫外性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明采用2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇共用，具有較好的協(xié)同作用，并控制其加入量在一定的范圍內(nèi)，所生產(chǎn)的PBO纖維的防紫外性能有較大的提高，很好地保證了 PBO纖維本身的結(jié)構(gòu)不被破壞；而且本發(fā)明所采用的2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇中存在大量的極性-OH和-NH基團(tuán)，使其與PBO聚合物間有著較強(qiáng)的氫鍵作用，從而形成了一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使所生產(chǎn)的PBO纖維拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能有較大的提高。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明，以下實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受下述實(shí)施例的限制。對比例I
在帶有雙螺旋攪拌器的5L反應(yīng)釜中，依次加入213.1g的4，6- 二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)、1065.5gP205質(zhì)量濃度為83%的多聚磷酸(ΡΡΑ)、596.78的？205、170.5g的平均粒徑為4微米的對苯二甲酸(TA)，密閉反應(yīng)釜，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，開動(dòng)攪拌，加熱并在0.5MPa、115°C條件下反應(yīng)8小時(shí)，撤去反應(yīng)釜內(nèi)壓力并脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HC1，在155°C和35Pa的真空條件下繼續(xù)反應(yīng)8小時(shí)；
將得到的PBO預(yù)聚溶液加入雙螺桿擠出機(jī)中，采用噴絲孔直徑為Φ25πιπι、噴絲孔數(shù)為32的噴絲板于180°C條件下進(jìn)行紡絲，紡絲過程中卷繞速度最高為55m/min。所得纖維水洗后在105°C真空烘箱中干燥lh。得到的PBO纖維纖度為4.7dtex,拉伸強(qiáng)度為3.5GPa，斷裂伸長為4.8%。將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為50%。實(shí)施例1
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將213.1g的4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)、1065.5gP205質(zhì)量濃度為83%的多聚磷酸(PPA)、596.7g的P205、170.5g的平均粒徑為4微米的對苯二甲酸(TA)加入反應(yīng)釜中，加熱并在0.5MPa、115°C條件下反應(yīng)8小時(shí)，撤去反應(yīng)釜內(nèi)壓力并脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HCl ；
繼續(xù)加入多聚磷酸、2.4g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和1.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共160g，使2- (2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.11%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.07%，在155°C和35Pa的真空條件下繼續(xù)反應(yīng)8小時(shí)；
將得到的反應(yīng)產(chǎn)物加入雙螺桿擠出機(jī)中，采用噴絲孔直徑為Φ25πιπι、噴絲孔數(shù)為32的噴絲板于180°C條件下進(jìn)行紡絲，紡絲過程中卷繞速度最高為60m/min，得到的PBO纖維纖度為4.6dtex,拉伸強(qiáng)度為4.8GPa，斷裂伸長為5.0%。將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為89%。實(shí)施例2
采用實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區(qū)別的是在完全脫去HCl后,在聚合反應(yīng)爸中加入多聚憐酸、2.4g2- (2-輕基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和3.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共180g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯并三唑的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.11%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.16%。紡絲過程中卷繞速度最高為65m/min，得到的PBO纖維纖度為4.5dtex，拉伸強(qiáng)度為5.lGPa，斷裂伸長為5.0%。將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為96%。實(shí)施例3
采用實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區(qū)別的是在完全脫去HCl后，在聚合反應(yīng)釜中加入多聚磷酸、2.4g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和6.0g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共200g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯并三唑的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.11%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.27%。紡絲過程中卷繞速度最高為60m/min，得到的PBO纖維纖度為4.3dtex，拉伸強(qiáng)度為5.0GPa,斷裂伸長為4.9%。將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為95%。實(shí)施例4
采用實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區(qū)別的是在完全脫去HCl后，在聚合反應(yīng)釜中加入多聚磷酸、0.8g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和6.0g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共160g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯并三唑的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.04%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.27%。紡絲過程中卷繞速度最高為70m/min，得到的PBO纖維纖度為4.6dtex，拉伸強(qiáng)度為4.8GPa，斷裂伸長為4.8%。
將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為91%。實(shí)施例5
采用實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區(qū)別的是在完全脫去HCl后，在聚合反應(yīng)釜中加入多聚磷酸、0.8g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和1.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共16(^，使2-(2-羥基-3-特丁基-5_甲基苯基)-5_氯苯并三唑的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.04%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.07%。紡絲過程中卷繞速度最高為70m/min，得到的PBO纖維纖度為4.6dtex，拉伸強(qiáng)度為4.5GPa，斷裂伸長為4.8%。將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為83%。實(shí)施例6
采用實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區(qū)別的是在完全脫去HCl后，在聚合反應(yīng)釜中加入多聚磷酸、1.6g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和6.0g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共180g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯并三唑的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.07%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.27%。紡絲過程中卷繞速度最高為65m/min，得到的PBO纖維纖度為4.7dtex，拉伸強(qiáng)度為4.9GPa，斷裂伸長為4.7%。將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為94%。實(shí)施例7
采用實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行PBO纖維的聚合和紡絲，有所區(qū)別的是在完全脫去HCl后，在聚合反應(yīng)釜中加入多 聚磷酸、1.6g2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和3.6g聚四氫呋喃醚二醇的混合液共180g，使2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5_氯苯并三唑的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.07%，而聚四氫呋喃醚二醇的加入量在聚合物中的質(zhì)量百分比為0.16%。紡絲過程中卷繞速度最高為65m/min，得到的PBO纖維纖度為4.7dtex，拉伸強(qiáng)度為5.1GPa,斷裂伸長為4.9%。將該P(yáng)BO纖維在紫外光下照射100小時(shí)后，其強(qiáng)度保持率為96%。
權(quán)利要求
1.一種防紫外PBO纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a、預(yù)聚:在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對苯二甲酸、五氧化二磷、多聚磷酸加入反應(yīng)釜中，加熱并在0.3-1.0MPa、100-120°C條件下反應(yīng)6_9小時(shí)，撤去反應(yīng)釜內(nèi)壓力并脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HCl ； b、添加防紫外添加劑:繼續(xù)在反應(yīng)釜中加入預(yù)先混合均勻的多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液，在145-160°C和30-90Pa的真空條件下反應(yīng)7-9小時(shí)； C、紡絲:將步驟b得到的反應(yīng)產(chǎn)物加入雙螺桿擠出機(jī)擠出，采用干噴濕紡工藝制備得到防紫外PBO纖維； 其中，各種原料的重量份數(shù)如下: 4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽0.09 0.1份 對苯二甲酸0.07 0.08份 五氧化二磷0.2 0.4份 多聚磷酸0.4 0.5份 多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液0.06 0.1份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防紫外PBO纖維的制備方法，其特征在于:所述多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑的重量百分比為0.5 1.5%，聚四氫呋喃醚二醇的重量百分比為I 3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防紫外PBO纖維的制備方法，其特征在于:所述多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液中，2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇的質(zhì)量比為1:1 3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防紫外PBO纖維的制備方法，包括如下步驟在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對苯二甲酸、五氧化二磷、多聚磷酸加入反應(yīng)釜中，加熱并在0.3-1.0MPa、100-120℃條件下反應(yīng)6-9小時(shí)，撤去反應(yīng)釜內(nèi)壓力并脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HCl；然后加入預(yù)先混合均勻的多聚磷酸、2-(2-羥基-3-特丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑和聚四氫呋喃醚二醇的混合液，在145-160℃和30-90Pa的真空條件下反應(yīng)7-9小時(shí)；然后將反應(yīng)產(chǎn)物加入雙螺桿擠出機(jī)擠出，采用干噴濕紡工藝制備得到防紫外PBO纖維。本發(fā)明所制備得到的PBO纖維防紫外性能有較大的提高，同時(shí)也較大的提高了其拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能。
文檔編號(hào)D01F1/10GK103160950SQ201110409740
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者雷震, 宋威, 王鵬, 辛偉, 曹民, 曾祥斌, 蔡彤旻 申請人:金發(fā)科技股份有限公司, 上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司