一种含PBO结构的杂环芳纶嵌段共聚物、制备方法及其应用与流程

本发明属于纺丝纤维，具体的涉及一种含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物、制备方法及其应用。

背景技术：

1、杂环芳纶(芳纶ⅲ纤维)是指主链上含有芳杂环的一类对位芳纶，典型的芳杂环为苯并咪唑环。由对苯二胺、对苯二甲酰氯和苯并咪唑类二胺三元缩聚合成的纤维净拉伸强度可达4.5gpa。且具有很高的热稳定性，全芳香聚酰胺纤维的分解温度可达550℃。而作为增强体制备树脂基高性能复合材料是芳纶最为重要的应用领域之一，芳纶增强树脂基复合材料的应用范围非常广，在航空航天、军用抗弹、体育器材、汽车和建筑等多个领域都发挥着重要作用。杂环芳纶的纺丝方法通常采用湿法纺丝或干喷湿纺，纺丝液受外界干扰小，不会发生高温分解以及流动性影响，因而纺丝工艺参数稳定，早已实现连续化大规模生产。

2、pbo聚合物是一种全芳杂环型高分子聚合物，通常以4,6-二氨基-1,3-间苯二酚(dar)及对苯二甲酸(pta)为单体经缩聚反应制备得到。其纤维制品拉伸强度和模量分别可达5.8gpa和280gpa。且同时耐热稳定性良好，最高分解温度可达650℃。但由于pbo纤维的纺丝过程极其复杂，纺丝液极易受到外界干扰，温度过高容易发生分解反应，动力粘度对外界温度极其敏感，各工艺参数之间相互影响，极难控制，对纺丝设备的要求也高，使得其很难实现连续化稳定的大规模生产。

技术实现思路

1、本发明为克服现有技术缺陷，提供了一种含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物、制备方法及其应用，能够解决现目前pbo纤维制备困难、高温下容易分解、动力粘度对外界温度极其敏感等技术问题。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物，其结构式为：

4、

5、在一个实施方式中，上述含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物由如下原料制得：杂环芳纶聚合液和pbo聚合液，所述杂环芳纶聚合液包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、对苯二胺、对苯二甲酰氯；所述pbo聚合液包括4,6-二氨基-1,3-间苯二酚、对苯二甲酸。

6、在一个实施方式中，在所述杂环芳纶聚合液中，所述对苯二胺与所述2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的质量比为1:(3～3.2)，所述对苯二胺与所述对苯二甲酰氯的质量比为1:(4.2～4.8)；在所述pbo聚合液中，所述4,6-二氨基-1,3-间苯二酚与所述对苯二甲酸的质量比为1:(1～1.2)。

7、上述具体反应方程式如下：

8、

9、

10、最后再经由生成的两种物质生成嵌段共聚物。

11、第二方面，本发明提供了一种上述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物在用于制备纤维产品中的应用。

12、在一个实施方式中，述纤维产品的制备包括如下步骤：

13、a1、将所述含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物溶解形成粗制浆料；

14、a2、将所述粗制浆料依次过滤、脱泡后得到纺丝浆料；

15、a3、将所述纺丝浆料通过纺丝计量挤出后经空气拉伸4.5～5.5倍后凝固得到初生纤维；

16、a4、将所述初生纤维水洗、干燥后再经过一级热处理、二级热处理，再纺丝即制得所述纤维产品。

17、在一个实施方式中，所述a3中，所述凝固所用的凝固液为50wt％的dmac水溶液；所述a4中，所述干燥的温度为135～145℃，所述一级热处理的条件为：拉伸倍率为5％，前后纤维张力为50cn，烘道温度300℃，烘道长度10m，所述二级热处理的条件为：拉伸倍率为5％，前后纤维张力为50cn，烘道温度450℃，烘道长度10m。

18、第三方面，本发明提供了一种上述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物的制备方法，包括如下步骤：杂环芳纶聚合液制备：s1、向140～160ppm的dmac溶剂中加入无水氯化锂搅拌溶解，至溶剂体系中licl含量为3.2～3.8wt％；s2、加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和对苯二胺，控温32～38℃,搅拌溶解2小时后降温至5℃内；s3、加入对苯二甲酰氯总质量的98～99％，进行预聚反应；s4、搅拌反应0.9～1.1h，将对苯二甲酰氯剩余部分，平均分3次投入体系中进行调聚反应，即制得所述杂环芳纶聚合液；pbo聚合液制备：w1、向140～160ppm的多聚磷酸中加入4,6-二氨基-1,3-间苯二酚和对苯二甲酸，控温105～115℃,搅拌溶解4小时；w2、控温110℃,搅拌溶解4小时后，向聚合釜中投入对苯二甲酸总质量的98.5～99.5％，进行预聚反应；w3、搅拌反应1小时后，将所述对苯二甲酸总质量剩余部分，平均分5次投入体系中进行调聚反应，即制得所述pbo聚合液；嵌段共聚物聚合液制备：将所述pbo聚合液和所述按杂环芳纶聚合液共混搅拌2小时即制得所述嵌段共聚物聚合液。

19、在一个实施方式中，所述杂环芳纶聚合液中，所述杂环芳纶聚合物的质量浓度为4.5～5.5％，所述pbo聚合液中，所述pbo的质量浓度为4.5～5.5％。

20、在一个实施方式中，所述杂环芳纶聚合液的动力粘度为8.2～8.8万厘泊，所述pbo聚合液的动力粘度为4.8～5.2万厘泊，所述嵌段共聚物聚合液的动力粘度为8.2～8.5万厘泊。

21、在一个实施方式中，所述pbo聚合液和所述按杂环芳纶聚合液的质量比为1:(8.5～9.5)。

22、本发明的有益效果在于：

23、本发明可以使杂环芳纶纤维的力学性能得到较大提升，聚合液纺丝生产工艺稳定，解决pbo聚合液纺丝生产困难无法大规模连续化生产的难题，让杂环芳纶纤维性能提升的同时扩大了的市场应用领域。对杂环芳纶纤维制造行业乃至整个高性能有机纤维制造行业的发展都具有重要的意义。

技术特征：

1.一种含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物，其特征在于，其结构式为：

2.根据权利要求1所述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物，其特征在于，由如下原料制得：杂环芳纶聚合液和pbo聚合液，所述杂环芳纶聚合液包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、对苯二胺、对苯二甲酰氯；所述pbo聚合液包括4,6-二氨基-1,3-间苯二酚、对苯二甲酸。

3.根据权利要求2所述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物，其特征在于，在所述杂环芳纶聚合液中，所述对苯二胺与所述2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的质量比为1:3～3.2，所述对苯二胺与所述对苯二甲酰氯的质量比为1:4.2～4.8；在所述pbo聚合液中，所述4,6-二氨基-1,3-间苯二酚与所述对苯二甲酸的质量比为1:1～1.2。

4.一种如权利要求1～3任意一项所述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物在用于制备纤维产品中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述纤维产品的制备包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述a3中，所述凝固所用的凝固液为50wt％的dmac水溶液；所述a4中，所述干燥的温度为135～145℃，所述一级热处理的条件为：拉伸倍率为5％，前后纤维张力为50cn，烘道温度300℃，烘道长度10m，时间20～60s；所述二级热处理的条件为：拉伸倍率为5％，前后纤维张力为50cn，烘道温度450℃，烘道长度10m，时间20～60s。

7.一种如权利要求1～3任意一项所述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物的制备方法，其特征在于，所述杂环芳纶聚合液中，所述杂环芳纶聚合物的质量浓度为4.5～5.5％，所述pbo聚合液中，所述pbo的质量浓度为4.5～5.5％。

9.根据权利要求7所述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物的制备方法，其特征在于，所述杂环芳纶聚合液的动力粘度为8.2～8.8万厘泊，所述pbo聚合液的动力粘度为4.8～5.2万厘泊，所述嵌段共聚物聚合液的动力粘度为8.2～8.5万厘泊。

10.根据权利要求7所述的含pbo结构的杂环芳纶嵌段共聚物的制备方法，其特征在于，所述pbo聚合液和所述按杂环芳纶聚合液的质量比为1:8.5～9.5。

技术总结
本发明公开了一种含PBO结构的杂环芳纶嵌段共聚物、制备方法及其应用，本发明可以使杂环芳纶纤维的力学性能得到较大提升，聚合液纺丝生产工艺稳定，解决PBO聚合液纺丝生产困难无法大规模连续化生产的难题，让杂环芳纶纤维性能提升的同时扩大了的市场应用领域。对杂环芳纶纤维制造行业乃至整个高性能有机纤维制造行业的发展都具有重要的意义。

技术研发人员：姚靓爽,陈昌泸,赵友平,张胜才
受保护的技术使用者：四川辉腾科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/13