一种生物基芳纶纤维及其制备方法与流程

本发明涉及一种生物基芳纶纤维及其制备方法，属于生物基芳纶纤维。

背景技术：

1、芳香族聚酰胺，例如间位芳纶，具有本质阻燃的优异性能，其被广泛应用于阻燃防护材料、高温过滤材料、蜂窝结构与骨架增强材料等，在工艺生产、国防军工领域具有十分重要的作用。

2、生物基芳纶材料是一种由生物基原材料制成的高性能纤维材料，是一种可持续发展的替代品，与传统的石油基芳纶材料相比，具有更低的环境影响和更好的生物降解性能。生物基芳纶材料的生产过程无需使用有毒有害的化学物质，对环境污染较小，可实现循环利用。与传统的石油基芳纶材料相比，其生产过程中的碳排放量较低，可有效降低温室气体排放。

3、生物基材料作为可再生材料近年来受到广泛关注，但通过常规方法来替代间苯二甲酰氯制备的生物基芳纶纤维存在强度低的问题，使其在工业增强领域的应用严重受限。目前制备生物基芳纶纤维时，使用异氰酸酯进行交联往往需要使用催化剂，催化剂会在纤维中大量残留，导致纤维重金属超标等问题，且催化剂价格昂贵；或者通过加入第三单体的方法来制备生物基芳纶纤维，但是纤维强度提高程度低，无法满足更高水平的应用。中国专利申请cn106011192a中公开了一种基于呋喃二甲酸的生物基芳纶及其制备方法，以呋喃二甲酸二甲酯和芳族二胺为共聚单体，以假丝酵母sp.99-125脂肪酶为催化剂，在溶剂中经聚合反应制备得到。该制备方法制得的生物基芳纶强度性能相对较低。因此，在纤维行业开发一种高强生物基聚酰胺纤维具有重要的价值。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种生物基芳纶纤维及其制备方法，所述生物基芳纶纤维具有更高的强度，从而使生物基芳纶纤维具有更广泛的应用领域。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种生物基芳纶纤维的制备方法，所述制备方法为：

3、s1、在有机溶剂中，间苯二胺和呋喃二甲酰氯进行聚合反应，得到第一聚合液；

4、在有机溶剂中，环氧类单体和间苯二胺进行环氧开环反应，得到第二聚合液；

5、s2、将第一聚合液和第二聚合液混合均匀后，再加入呋喃二甲酰氯进行聚合反应，反应结束后，调节ph至弱碱性，得到生物基芳纶聚合体原液；

6、s3、所述生物基芳纶聚合体原液经湿法纺丝工艺成型制得所述生物基芳纶纤维，其中湿纺纺丝工艺中，凝固浴里添加有硅烷偶联剂修饰的玻璃纤维。

7、进一步的，所述环氧类单体为3-（环氧乙烷-2-基甲氧基）-n,n-双（环氧乙烷-2-基甲基）苯胺、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、n,n,o-三缩水甘油基对氨基苯酚、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮中的任意一种。

8、进一步的，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的任意一种或几种组合。

9、进一步的，步骤s1中，制备所述第一聚合液时，所述间苯二胺和呋喃二甲酰氯的摩尔比为1：（0.8-0.95）；

10、制备所述第二聚合液时，所述环氧类单体和间苯二胺的摩尔比为1：（2-4）；

11、第一聚合液中使用的间苯二胺和第二聚合液中使用的间苯二胺摩尔比为10：（0.1-0.5）；

12、步骤s1第一聚合液中使用的间苯二胺和步骤s2中呋喃二甲酰氯的摩尔比为1：（0.1-0.25）。

13、进一步的，步骤s1中，第一聚合液制备过程中，聚合反应温度为5-20℃；

14、步骤s1中，第二聚合液制备过程中，聚合反应温度为70-150℃。

15、进一步的，步骤s2中，聚合反应温度为15-30℃。

16、进一步的，步骤s3中，所述凝固浴中硅烷偶联剂修饰的玻璃纤维的质量浓度为1%-5%。

17、进一步的，所述凝固浴温度为45-85℃，所述凝固浴为极性溶剂的水溶液，所述凝固浴中极性溶剂的质量浓度为30-40%，凝固浴长度3-5m。

18、进一步的，所述生物基芳纶聚合体原液在25℃下的粘度为500-1000 po，所述生物基芳纶聚合体原液的ph为8-10。

19、本发明还公开了一种生物基芳纶纤维，所述生物基芳纶纤维采用本发明所述制备方法制得。

20、本发明的有益效果是：

21、本发明所述生物基芳纶纤维制备方法中，通过使用环氧类单体和间苯二胺进行环氧开环反应，该反应过程不使用催化剂，反应简单，多官能团的环氧类单体在反应体系中使分子链进行交联，使分子链内部形成网络结构，提高纤维强度。通过控制反应温度来调控反应进程，避免出现爆聚问题，该过程制备出体型聚合体，随后在反应体系中添加呋喃二甲酰氯，制备生物基间位芳纶体型聚合物。

22、另外，在纺丝过程中，通过在凝固浴中添加硅烷偶联剂的玻璃纤维，在芳纶纤维凝固成型过程中与玻璃纤维耦合，从而使制备的生物基芳纶纤维具有更高的阻燃性能和强度性能，拉伸强度均能达到8 cn/dtex以上。

23、本发明所述生物基芳纶纤维制备方法中，通过控制凝固浴中合适的温度和浓度条件，从而使所述生物基芳纶纤维能够更好的成型，最终得到体型高强生物基芳纶纤维。

技术特征：

1.一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：

2.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述环氧类单体为3-（环氧乙烷-2-基甲氧基）-n,n-双（环氧乙烷-2-基甲基）苯胺、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、n,n,o-三缩水甘油基对氨基苯酚、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮中的任意一种。

3.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的任意一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤s1中，制备所述第一聚合液时，所述间苯二胺和呋喃二甲酰氯的摩尔比为1：（0.8-0.95）；

5.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤s1中，第一聚合液制备过程中，聚合反应温度为5-20℃；

6.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤s2中，聚合反应温度为15-30℃。

7.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述凝固浴中硅烷偶联剂修饰的玻璃纤维的质量浓度为1%-5%。

8.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述凝固浴温度为45-85℃，所述凝固浴为极性溶剂的水溶液，所述凝固浴中极性溶剂的质量浓度为30-40%，凝固浴长度3-5m。

9.根据权利要求1所述一种生物基芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述生物基芳纶聚合体原液在25℃下的粘度为500-1000 po，所述生物基芳纶聚合体原液的ph为8-10。

10.一种生物基芳纶纤维，其特征在于，所述生物基芳纶纤维采用权利要求1-9任意一项所述制备方法制得。

技术总结本发明涉及生物基芳纶纤维技术领域，具体涉及一种生物基芳纶纤维及其制备方法，所述制备方法为：在有机溶剂中，间苯二胺和呋喃二甲酰氯进行聚合反应，得到第一聚合液；在有机溶剂中，环氧类单体和间苯二胺进行环氧开环反应，得到第二聚合液；将第一聚合液和第二聚合液混合均匀后，再加入呋喃二甲酰氯进行聚合反应，反应结束后，调节pH至弱碱性，得到生物基芳纶聚合体原液；所述生物基芳纶聚合体原液经湿法纺丝工艺成型制得所述生物基芳纶纤维，其中湿纺纺丝工艺中，凝固浴里添加有硅烷偶联剂修饰的玻璃纤维。所述生物基芳纶纤维具有更高的强度指标和阻燃性能，其强度可达到8cN/dtex以上。技术研发人员：吕继平,牟绍伟,冷向阳,宋金苓,路玉琢,翟恩全,邓书生受保护的技术使用者：泰和新材集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17