用于制備衍生自具有低殘余硫的芳族聚酰胺共聚物纖維的紗線的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制備包含聚合物的紗線的方法，所述聚合物包含咪唑基團(tuán)，所述方法具有以下步驟：(a)將聚合物的硫酸溶液紡絲以產(chǎn)生多根紡液長(zhǎng)絲；(b)將所述多根紡液長(zhǎng)絲凝固成復(fù)絲初生紗線；以及(c)用包含鹵離子的含水酸或包含鹵離子的鹽水溶液或它們的組合洗滌所述初生復(fù)絲紗線。
【專利說(shuō)明】用于制備衍生自具有低殘余硫的芳族聚酰胺共聚物纖維的紗線的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制備高韌度紗線的方法，所述紗線衍生自具有低殘余硫的芳族聚酰胺共聚物。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去幾十年中聚合物化學(xué)和技術(shù)的發(fā)展啟動(dòng)了高性能聚合物纖維的發(fā)展。例如，剛性棒狀聚合物的液晶聚合物溶液可通過(guò)將液晶聚合物溶液紡絲成紡液長(zhǎng)絲，從紡液長(zhǎng)絲去除溶劑、洗滌和干燥纖維；以及如果需要，將所述干燥的纖維進(jìn)一步熱處理以增加拉伸特性而形成為高強(qiáng)度纖維。高性能聚合物纖維的一個(gè)例子是對(duì)位芳族聚酰胺纖維例如聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)(“PPD-T ”或“PPTA” )。
[0003]衍生自5 (6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑(DAPBI)、對(duì)苯二胺(PPD)和對(duì)苯二酰二氯(TCl)的纖維是本領(lǐng)域已知的。鹽酸作為聚合反應(yīng)的副產(chǎn)物產(chǎn)生。大多數(shù)由此種共聚物制成的纖維通常直接由聚合溶液紡絲而無(wú)需進(jìn)一步處理。此類共聚物是俄國(guó)制造的
高強(qiáng)度纖維(例如以商品名Armos.和Rusar? )的基礎(chǔ)。參見(jiàn)俄國(guó)專利申請(qǐng)2，045，586。
然而，可將共聚物從聚合溶劑中分離，然后重新溶于另一種溶劑中，通常為硫酸，以將纖維紡絲，如例如在Sugak等人，F(xiàn)ibre Chemistry第31卷,第I期，1999 ;美國(guó)專利4, 018, 735以及TO 2008/061668中提供。
[0004]由聚合溶液直接制備共聚物纖維，同時(shí)制備用于彈道和其它芳族聚酰胺最終用途的合格產(chǎn)品的已知方法非常昂貴并具有非常低的投資經(jīng)濟(jì)性。因而，本領(lǐng)域需要制造方法，其中共聚物在普通溶劑如硫酸中溶液化，其與本領(lǐng)域已知的方法相比具有改善的經(jīng)濟(jì)性。
[0005]先前，已經(jīng)假設(shè)使用與用于制備PPD-T纖維類似的方法，可將衍生自5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑、對(duì)苯二胺和對(duì)苯二酰二氯的共聚物并由硫酸溶液化的纖維紡絲成高質(zhì)量纖維，因?yàn)榻M合物看起來(lái)相似。然而，已發(fā)現(xiàn)，將共聚物紡絲成高韌度纖維具有不存在于PPD-T結(jié)構(gòu)中的獨(dú)特挑戰(zhàn)并需要新技術(shù)。因?yàn)楦唔g度的纖維由于其每單位重量的強(qiáng)度而能夠提供更多實(shí)用性，所以韌度的改善受到歡迎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于制備紗線的方法，所述紗線包含具有咪唑基團(tuán)的聚合物，所述方法具有以下步驟:(a)將聚合物的硫酸溶液紡絲以產(chǎn)生多根紡液長(zhǎng)絲；
(b)將所述多根紡液長(zhǎng)絲凝固成復(fù)絲初生紗線；以及(C)用包含鹵離子的含水酸或包含鹵離子的鹽水溶液或它們的組合洗滌所述初生復(fù)絲紗線。
[0007]在一些實(shí)施例中，所述聚合物包含5 (6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑、芳族二胺以及芳族二酰氯的殘基。在某些實(shí)施例中，所述二甲酰氯為對(duì)苯二酰二氯。在某些實(shí)施例中，所述芳族二胺為對(duì)苯二胺。就一些優(yōu)選的聚合物而言，在形成所述聚合物時(shí)，使用相對(duì)于所述5 (6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑和芳族二胺的總量計(jì)化學(xué)計(jì)量量的二甲酰氯。在一些實(shí)施例中，5 (6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑與芳族二胺摩爾數(shù)的摩爾比在30/70至85/15的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，5 (6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑與芳族二胺摩爾數(shù)的摩爾比在45/55至85/15的范圍內(nèi)。
[0008]在某些實(shí)施例中，在洗滌步驟(C)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于3重量％的硫含量。就一些方法而言，在洗滌步驟(C)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于3重量％、或小于I重量％、或小于0.1重量％;或0.05至3重量％、或0.01至0.08重量％的硫含量。在這些實(shí)施例的一些中，硫含量為0.01至0.05重量％、或0.05至3重量％。
[0009]就一些方法而言，所述包含鹵離子的酸為鹽酸。就某些方法而言，包含鹵離子的鹽為氯化鈉、溴化鈉、氯化鉀、溴化鉀、氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣、溴化鈣、氯化鎂、溴化鎂、氯化銨、溴化銨、氯化亞鐵、溴化亞鐵、氯化鐵、溴化鐵、氯化鋅、溴化鋅、或上述這些中兩種或更多種的混合物。在一個(gè)優(yōu)選的方法中，包含鹵離子的鹽為氯化鈉。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述鹵酸由與水接觸時(shí)形成含鹵離子的酸的材料形成。
[0011]在某些實(shí)施例中，紗線具有30cN/dtex(33.3gpd)或更高、或32cN/dtex (35.6gpd)或更高、或34cN/dtex(37.8gpd)或更高、或者36cN/dtex(40gpd)或更高的韌度。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于制備紗線的方法，所述紗線包含具有咪唑基團(tuán)的聚合物，所述方法具有以下步驟:(a)將聚合物的硫酸溶液紡絲以產(chǎn)生多根紡液長(zhǎng)絲；
(b)將所述多根紡液長(zhǎng)絲在凝固浴中凝固以形成復(fù)絲初生紗線，所述凝固浴含有包含鹵離子的含水酸或包含鹵離子的鹽水溶液或它們的組合。
[0013]一些紗線具有基于所述紗線重量計(jì)0.01至3.0重量％、或0.05至2.5重量％的硫含量。某些紗線具有小于3重量％、或小于I重量％、或小于0.1重量％;或0.05至3重量％、或0.01至0.08重量％的硫含量。在這些實(shí)施例的一些中，硫含量為0.01至0.05重量％、或0.05至3重量％。
[0014]某些紗線具有30cN/dteX(33.3gpd)或更高的韌度。在某些實(shí)施例中，紗線具有32cN/dtex(35.6gpd)或更高，或 34cN/dtex (37.8gpd)或更高，或者 36cN/dtex (40gpd)或更高的韌度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，可進(jìn)一步理解上述
【發(fā)明內(nèi)容】
以及以下【具體實(shí)施方式】。為了舉例說(shuō)明本發(fā)明的目的，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例；然而本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的具體方法、組合物及裝置。在附圖中:
[0016]圖1是纖維制備方法的示意圖。
[0017]圖2顯示對(duì)如下物質(zhì)進(jìn)行HCl演化的TGA-1R識(shí)別的結(jié)果:
[0018]A.包含氯陰離子不具有氯化單體的芳族聚酰胺共聚物樣品。
[0019]B.包含氯化單體不具有氯陰離子的芳族聚酰胺共聚物樣品。
[0020]圖3顯示得自包含氯陰離子不具有氯化單體的芳族聚酰胺共聚物樣品的TGA-1R
重量損失結(jié)果。
[0021]圖4顯示得自包含氯化單體不具有氯陰離子的芳族聚酰胺共聚物樣品的TGA-1R
重量損失結(jié)果。
[0022]例i正性的實(shí)施例的【具體實(shí)施方式】[0023]通過(guò)參見(jiàn)與附圖及實(shí)施例相關(guān)的以下發(fā)明詳述可更易于理解本發(fā)明，所述附圖及例子形成本發(fā)明公開(kāi)的一部分。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于本文所述和/或所示的具體裝置、方法、條件或參數(shù)，并且本文所用的術(shù)語(yǔ)僅為了以舉例的方式描述具體實(shí)施例的目的，并不旨在限制受權(quán)利要求書保護(hù)的本發(fā)明。
[0024]在一些實(shí)施例中，所述聚合物包含5 (6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑、芳族二胺以及芳族二酰[氯]的殘基。合適的芳族二酰氯包括對(duì)苯二甲酰氯、4，4'-苯甲酰氯、
2-氯對(duì)苯二甲酰氯、2，5-二氯對(duì)苯二甲酰氯、2-甲基對(duì)苯二甲酰氯、2，6_萘二甲酰氯以及1，5_萘二甲酰氯。合適的芳族二胺包括對(duì)苯二胺、4，4' -二氨基聯(lián)苯基、2-甲基-對(duì)苯二胺、2-氯-對(duì)苯二胺、2,6-萘二胺、1，5-萘二胺、以及4,4' - 二氨基苯甲酰苯胺。
[0025]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種制備纖維的方法，所述方法衍生自如下步驟:在高固體份(7重量％或更高)下在匪?/^&(:12或0祖0/^&(:12中進(jìn)行5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑、對(duì)苯二胺和對(duì)苯二酰二氯的聚合，分離共聚物屑粒，將分離的共聚物屑粒溶解在濃硫酸中以形成液晶溶液，并且將溶液紡絲成纖維。
[0026]5 (6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑、對(duì)苯二胺和對(duì)苯二酰二氯的共聚反應(yīng)可通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法來(lái)完成。參見(jiàn)，例如PCT專利申請(qǐng)2005/054337和美國(guó)專利申請(qǐng)2010/0029159。通常，一種或多種酰基氯和一種或多種芳族二胺可在酰胺極性溶劑例如N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基咪唑烷酮等中進(jìn)行反應(yīng)。在一些實(shí)施 例中，N-甲基-2-吡咯烷酮是優(yōu)選的。
[0027]在一些實(shí)施例中，在聚合之前或期間，以適宜的量加入無(wú)機(jī)鹽的溶解劑例如氯化鋰或氯化鈣等，從而提高所得共聚酰胺在酰胺極性溶劑中的溶解度。通常，加入相對(duì)于酰胺極性溶劑3至10重量％。在獲得期望的聚合度之后，所述共聚物以未中和屑粒的形式存在。所謂“屑?！笔侵杆龉簿畚餅橐姿椴牧匣蚰z的形式，當(dāng)剪切時(shí)其容易分離成可識(shí)別的分離塊狀體。所述未中和屑粒包括共聚物、聚合溶劑、溶解劑和來(lái)自縮合反應(yīng)的副產(chǎn)物酸，通常為鹽酸(HCl)。
[0028]在聚合物反應(yīng)完成之后，可任選地使未中和屑粒與堿接觸，所述堿可以為堿性無(wú)機(jī)化合物，諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、氫氧化銨等。所述堿性無(wú)機(jī)化合物可在水溶液中使用以進(jìn)行HCl副產(chǎn)物的中和反應(yīng)。如果需要，所述堿性化合物可為有機(jī)堿，例如二乙胺或三丁胺或者其它胺。通常，未中和的共聚物屑粒通過(guò)洗滌與含水堿接觸，其將酸性副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成鹽(一般來(lái)講，如果氫氧化鈉是所述堿并且HCl是所述酸性副產(chǎn)物則為氯化鈉)并且還去除了一些聚合溶劑。如果需要，可將未中和的共聚物屑粒任選地用水在與堿性無(wú)機(jī)化合物接觸之前先洗滌一次或多次以去除過(guò)量的聚合溶劑。一旦將共聚物屑粒中的酸性副產(chǎn)物中和，可采用附加的水洗以除去鹽和聚合溶劑并降低屑粒的pH，如果需要。
[0029]共聚物通常具有至少3dl/g、優(yōu)選地至少5dl/g或更高的特性粘度。在一些實(shí)施例中，所述特性粘度可以為6dl/g或更大。
[0030]所述共聚物優(yōu)選使用溶液紡絲紡成纖維。一般來(lái)講，這包括將共聚物屑粒在適宜的溶劑中溶液化以形成紡絲溶液(還稱為紡絲紡液)，優(yōu)選的溶劑是硫酸。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將此種中和的屑粒與硫酸在溶液化步驟中混合時(shí)，使用本文所述的已經(jīng)被中和的共聚物屑粒顯著降低了紡絲紡液中氣泡的形成。如果共聚物屑粒是沒(méi)有被中和的，則共聚物中的鹽酸副產(chǎn)物可在與硫酸接觸時(shí)揮發(fā)并且在紡絲紡液中形成氣泡。因?yàn)榧徑z紡液的溶液粘度相對(duì)高，所以在溶液化期間形成的氣泡趨于留在紡絲紡液中并被紡絲入長(zhǎng)絲中，除非提供用于將其除去的另外的步驟。當(dāng)在硫酸中溶液化時(shí)，中和的共聚物屑粒提供了基本上無(wú)氣泡并且因此更均勻的紡絲溶液，據(jù)信它提供更均勻的優(yōu)異的共聚物長(zhǎng)絲和纖維。
[0031]包含本文所述共聚物的紡絲紡液可使用任意數(shù)目的方法紡成紡液細(xì)絲；然而，濕法紡絲和“氣隙”紡絲是最有名的。用于這些紡絲方法中的噴絲頭和浴的一般構(gòu)造是本領(lǐng)域熟知的，美國(guó)專利3，227，793、3，414，645、3，767，756和5，667，743中的【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】了對(duì)于高強(qiáng)度聚合物的此類紡絲方法。在“氣隙”紡絲中，噴絲頭通常先將纖維擠出到氣體例如空氣中，并且是形成長(zhǎng)絲的一種優(yōu)選方法。
[0032]據(jù)信除了用經(jīng)中和的共聚物屑粒制備紡絲紡液以外，為了最佳的纖維特性，從酸溶劑中紡絲纖維的制造方法還應(yīng)附加包括從長(zhǎng)絲中萃取酸溶劑的步驟。據(jù)信如果此操作失效可導(dǎo)致纖維中的共聚物更多潛在的降解并且接著隨著時(shí)間推移降低纖維的機(jī)械特性。
[0033]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)中和含酸初生纖維的傳統(tǒng)方法影響可通過(guò)所述纖維達(dá)到的最終韌度。一般來(lái)講，現(xiàn)有技術(shù)方法一直用簡(jiǎn)單的強(qiáng)堿，最常用的NaOH來(lái)中和纖維。
[0034]圖1中顯示了制備共聚物長(zhǎng)絲或紗線的一種方法。紡液2包含共聚物和硫酸，通常含有對(duì)于聚合物而言足夠高的聚合物濃度，從而在擠出之后形成可接受的長(zhǎng)絲6并在凝固之后形成12。當(dāng)所述聚合物是溶致液晶時(shí)，紡液2中的聚合物濃度優(yōu)選足夠高以提供液晶紡液。聚合物的濃度優(yōu)選為至少約12重量％，更優(yōu)選至少約16重量％并且最優(yōu)選至少約20重量％。聚合物的濃度優(yōu)選小于約30重量％，更優(yōu)選小于約28重量％。
[0035]聚合物紡液溶液2可含有通常被摻入的添加劑諸如抗氧化劑、潤(rùn)滑劑、紫外線遮蔽劑、著色劑等。紡絲紡液溶劑可包含助溶劑，但是主要為硫酸。在一些實(shí)施例中，硫酸為濃硫酸，并且在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，硫酸具有99至101%的濃度。在一些實(shí)施例中，硫酸具有大于100%的濃度。
[0036]聚合物紡液溶液2通常通過(guò)模頭或噴絲頭4擠出或紡絲以制備或形成紡液長(zhǎng)絲6。噴絲頭4優(yōu)選含有多個(gè)孔。噴絲頭中孔的數(shù)目以及它們的排列并不是至關(guān)重要的，但是由于經(jīng)濟(jì)原因，期望最大化孔的數(shù)目。噴絲頭4可含有多達(dá)100或1000個(gè)或者更多個(gè)孔，它們可布置成圓形或網(wǎng)格，或者任何其它期望的布置方式。噴絲頭4可使用不被紡液溶液2嚴(yán)重降解的任何材料構(gòu)造。
[0037]圖1的紡絲方法采用了“氣隙”紡絲(有時(shí)還稱為“干噴”濕紡絲)。紡液2排出噴絲頭4并且在非常短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)入噴絲頭4和凝固浴10之間的間隙8 (通常稱作“氣隙”，雖然它不需要包含空氣)。間隙8可包含不引起凝固或不與紡液發(fā)生不利反應(yīng)的任何流體，例如空氣、氮?dú)狻鍤?、氦氣或二氧化碳。紡液長(zhǎng)絲6橫跨氣隙8前進(jìn)，并且被立即引入液體凝固浴中。作為另外一種選擇，所述纖維可被“濕紡絲”(未示出)。在濕紡中，噴絲頭通常將纖維直接擠出到凝固浴的液體中，并且通常將噴絲頭浸沒(méi)或定位在凝固浴表面的下面。任一紡絲方法都可用于提供用于本發(fā)明方法的纖維。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，氣隙紡絲是優(yōu)選的。
[0038]將長(zhǎng)絲6在凝固浴10中“凝固”。在一些實(shí)施例中，所述凝固浴包含水或者水和硫酸的混合物。如果同時(shí)擠出多根長(zhǎng)絲，則它們可在凝固步驟之前、期間或之后被結(jié)合成復(fù)絲紗線。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“凝固”并不一定意味著紡液長(zhǎng)絲6是流動(dòng)的液體并且轉(zhuǎn)變成固相?？蓪⒓徱洪L(zhǎng)絲6置于足夠低的溫度下，使得其在進(jìn)入凝固浴10之前基本上不流動(dòng)。然而，凝固浴10確實(shí)能保證或完成長(zhǎng)絲的凝固，即聚合物從紡液溶液2轉(zhuǎn)化為基本上固態(tài)的聚合物長(zhǎng)絲12。凝固步驟期間去除的溶劑(即硫酸)的量將取決于變量諸如凝固浴中長(zhǎng)絲6的停留時(shí)間、浴10的溫度以及其中溶劑的濃度。
[0039]凝固浴之后，可使所述纖維12與一個(gè)或多個(gè)洗滌浴或箱14接觸。洗滌可通過(guò)將纖維浸入浴中、用水溶液噴涂所述纖維、或其它合適的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。洗滌箱通常包括含有一個(gè)或多個(gè)輥的封閉箱，其中紗線在退出所述箱之前多次穿越所述輥行進(jìn)。
[0040]可調(diào)節(jié)一種或多種洗滌液的溫度以提供洗滌效率和實(shí)用性的平衡，并且所述溫度大于約0°C，且優(yōu)選小于約70°C。也可以蒸氣形式(蒸汽)來(lái)施用洗滌流體，但以液體形式使用更為方便。優(yōu)選地，使用多個(gè)洗滌浴或箱，諸如16和/或18。在連續(xù)工序中，在優(yōu)選的一個(gè)或多個(gè)洗滌浴和/或箱中的整個(gè)洗滌工序的持續(xù)時(shí)間優(yōu)選地不大于約10分鐘。在一些實(shí)施例中，整個(gè)洗滌方法的持續(xù)時(shí)間為5秒或更長(zhǎng)；在一些實(shí)施例中，整個(gè)洗滌在400秒或更短時(shí)間內(nèi)完成。在間歇工序中，整個(gè)洗滌工序的持續(xù)時(shí)間可以為大約數(shù)小時(shí)，多達(dá)12至24小時(shí)或更長(zhǎng)。
[0041]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)硫酸溶劑被迅速地從纖維中洗出，然而將所述溶劑的一部分去除則要慢得多。雖然不受任何具體理論的約束，但是據(jù)信因?yàn)樗嵝原h(huán)境，所以硫酸的一部分可作為與質(zhì)子化的咪唑部分相關(guān)聯(lián)的硫酸根陰離子而存在，并且在水洗滌期間更緩慢地被去除。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)某些洗滌溶液比僅僅水洗滌更快地除去硫酸。另外，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)某些洗滌液不利于拉伸特性的形成。具體地，如本領(lǐng)域中所實(shí)行的，用強(qiáng)堿(在水溶液中完全離解的那些)如NaOH洗滌對(duì)于迅速去除殘余的酸溶劑是有利的，然而，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，如本領(lǐng)域中所實(shí)行的，將強(qiáng)堿如NaOH施用于最終洗滌或任何最終沖洗之前的中和不利于形成拉伸特性。
[0042]在一些實(shí)施例中，用包含鹵離子的含水酸或包含鹵離子的鹽水溶液或它們的組合洗滌所述初生復(fù)絲紗線。在一些實(shí)施例中，包含鹵離子的酸為氫氟酸、鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、或它們的混合物中的一種或多種。在某些實(shí)施例中，包含鹵離子的鹽為氯化鈉、溴化鈉、氯化鉀、溴化鉀、氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣、溴化鈣、氯化鎂、溴化鎂、氯化銨、溴化銨、氯化亞鐵、溴化亞鐵、氯化鐵、溴化鐵、氯化鋅、溴化鋅、或上述這些中兩種或更多種的混合物。
[0043]在一些實(shí)施例中，所述包含鹵離子的含水酸由與水接觸時(shí)形成含鹵離子的酸的材料形成。在一些實(shí)施例中，與水接觸形成含鹵離子的酸的材料為BeCl2或AlCl3中一種或多種。在某些實(shí)施例中，與水接觸形成含鹵離子的酸的材料為A1C13。
[0044]在一些實(shí)施例中，纖維可用水附加洗滌或沖洗。
[0045]洗滌之后，可將纖維或紗線12在干燥器20中干燥以除去水和其它流體?？墒褂靡粋€(gè)或多個(gè)干燥器。在某些實(shí)施例中，所述干燥器可為烘箱，其使用加熱的空氣干燥所述纖維。在其它實(shí)施例中，可使用加熱輥來(lái)加熱所述纖維。將纖維在干燥器中加熱到至少約20°C但是小于約200°C，更優(yōu)選地小于約100°C的溫度直到纖維的含水量為所述纖維的20重量％或更小。在一些實(shí)施例中，將所述纖維加熱到85°C或更低。在一些實(shí)施例中，在那些條件下將所述纖維加熱直到纖維的含水量為所述纖維的14重量％或更小。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)低溫干燥是改善纖維強(qiáng)度的優(yōu)選途徑。具體地，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)未干燥紗線經(jīng)歷的第一干燥步驟是在溫和的溫度下進(jìn)行(即，加熱輥、烘箱中的加熱氣氛等)而不是在商業(yè)規(guī)模上干燥高強(qiáng)度纖維的連續(xù)方法中所使用的通常溫度下進(jìn)行時(shí)，可獲得最佳的纖維強(qiáng)度特性。據(jù)信，共聚物纖維比PPD-T均聚物具有更強(qiáng)的對(duì)水的親和力；這種親和力降低了干燥期間水?dāng)U散出聚合物的速率，并且接著如果將未干燥紗線直接暴露于典型的高干燥溫度下(通常用于產(chǎn)生大的熱驅(qū)動(dòng)力并且降低干燥時(shí)間)，則將會(huì)對(duì)纖維造成不可挽回的損傷，導(dǎo)致纖維強(qiáng)度降低。在一些實(shí)施例中，將所述纖維至少加熱到約30°C ;在一些實(shí)施例中，將所述纖維至少加熱到約40°C。在這些步驟之后，據(jù)信鹵素陰離子現(xiàn)在與質(zhì)子化的咪唑締合，即，它們離子鍵合到所述聚合物上。
[0046]烘干機(jī)停留時(shí)間小于十分鐘，并且優(yōu)選小于180秒。烘干機(jī)可具有氮?dú)饣蚱渌腔钚詺夥铡Ｋ龈稍锊襟E通常在大氣壓下進(jìn)行。然而，如果需要，所述步驟可在減壓下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，所述長(zhǎng)絲在至少0.1gpd的張力下，優(yōu)選在2gpd或更大的張力下干燥。
[0047]干燥步驟之后，將所述纖維優(yōu)選進(jìn)一步加熱到至少350°C的溫度，例如在熱定型裝置22中進(jìn)行?？墒褂靡环N或多種裝置。例如，這樣的方法可在氮?dú)獯祾叩墓軤t22中進(jìn)行以增加韌度和/或減少長(zhǎng)絲中分子的機(jī)械應(yīng)變。在一些實(shí)施例中，將所述纖維或紗線加熱到至少400°C的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)絲在Igpd或更小的張力下加熱。
[0048]在一些實(shí)施例中，所述加熱是多步方法。例如，在第一步中，所述纖維或紗線可在200至360°C的溫度下在至少0.2cN/dtex的張力下加熱，接著進(jìn)行第二加熱步驟，其中所述纖維或紗線在370至500°C的溫度下在小于lcN/dtex的張力下加熱。
[0049]最后，將紗線12在卷繞裝置24上纏繞包裝。輥、插腳、導(dǎo)引和/或機(jī)械化裝置26被適宜地定位以將所述長(zhǎng)絲或紗線通過(guò)所述方法傳輸。此類裝置是本領(lǐng)域所熟知的并且可使用任何適宜的裝置。
[0050]聚合物的分子量通常根據(jù)一種或多種稀釋溶液粘度測(cè)量而監(jiān)測(cè)或者與其相關(guān)聯(lián)。因此，相對(duì)粘度(“vrel”或“ ι?Μ?”*“ηΜ?”)和特性粘度(“vinh”或“ Hinh”或“ninh”)的稀釋溶液測(cè)量通常被用于監(jiān)測(cè)聚合物的分子量。根據(jù)以下表達(dá)式，稀釋聚合物溶液的相對(duì)粘度和特性粘度是相關(guān)聯(lián)的
[0051]Vinh = In (Vrel)/C，
[0052]其中，In是自然對(duì)數(shù)函數(shù)并且C是聚合物溶液的濃度。Vm1是無(wú)單位比值，因此Vinh以濃度倒數(shù)單位表達(dá)，通常作為分升/克(“dl/g”)。
[0053]本發(fā)明還進(jìn)一步部分地涉及織物，其包括本發(fā)明的長(zhǎng)絲或紗線，以及制品，其包括本發(fā)明的織物。就本文而言，“織物”意指任何織造、針織或非織造結(jié)構(gòu)。所謂“織造”意指任何織物編織，例如平織、四經(jīng)破緞紋織、方平織、緞紋編織、斜紋編織等。所謂“針織”意指通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)經(jīng)線、纖維或復(fù)絲紗線相互環(huán)連或相互交叉而制備的結(jié)構(gòu)。所謂“非織造”意指纖維網(wǎng)絡(luò)，包括單向纖維(任選地在基質(zhì)樹(shù)脂中含有)，氈等。
[0054]定義
[0055]如本文所用，術(shù)語(yǔ)化學(xué)物質(zhì)的“殘基”是指具體反應(yīng)方案或后續(xù)制劑或化學(xué)產(chǎn)品中所述化學(xué)物質(zhì)所得產(chǎn)物的部分，與所述部分實(shí)際上是否從所述化學(xué)物質(zhì)獲得無(wú)關(guān)。因此，包含對(duì)苯二胺殘基的共聚物是指具有一個(gè)或多個(gè)下式單元的共聚物:
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備包含聚合物的紗線的方法，所述聚合物包含咪唑基團(tuán)， 所述方法具有以下步驟: (a)將聚合物的硫酸溶液紡絲以產(chǎn)生多根紡液長(zhǎng)絲； (b)使所述多根紡液長(zhǎng)絲凝固成復(fù)絲初生紗線；以及 (C)用包含鹵離子的含水酸或包含鹵離子的鹽水溶液或它們的組合洗滌所述初生復(fù)絲紗線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物包含5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑、芳族二胺以及芳族二酰氯的衍生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在洗滌步驟(c)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于3重量％的硫含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在洗滌步驟(c)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于I重量％的硫含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在洗滌步驟(c)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于0.1重量％的硫含量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在洗滌步驟(c)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有0.05至3重量％的硫含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在洗滌步驟(c)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有0.01至0.08重量％的硫含量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述芳族二酰氯為對(duì)苯二酰二氯。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述芳族二胺為對(duì)苯二胺。
10.根據(jù)權(quán)利要求2-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑與芳族二胺的摩爾比在30/70至85/15的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑與芳族二胺的摩爾比在45/55至85/15的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述包含鹵離子的酸為氫氟酸、鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、或它們的混合物中的一種或多種。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述包含鹵離子的酸為鹽酸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述鹵酸由與水接觸時(shí)形成含鹵離子的酸的材料形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述包含鹵離子的鹽為氯化鈉、溴化鈉、氯化鉀、溴化鉀、氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣、溴化鈣、氯化鎂、溴化鎂、氯化銨、溴化銨、氯化亞鐵、溴化亞鐵、氯化鐵、溴化鐵、氯化鋅、溴化鋅、或上述這些中兩種或更多種的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述包含鹵離子的鹽為氯化鈉。
17.一種用于制備包含聚合物的紗線的方法，所述聚合物包含咪唑基團(tuán)，所述方法具有以下步驟: (a)將聚合物的硫酸溶液紡絲以產(chǎn)生多根紡液長(zhǎng)絲； (b)使所述多根紡液長(zhǎng)絲在凝固浴中凝固以形成復(fù)絲初生紗線，所述凝固浴含有包含鹵離子的含水酸或包含鹵離子的鹽水溶液或它們的組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述聚合物包含5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑、芳族二胺以及芳族二酰氯的衍生物。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中在步驟(b)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于3重量％的硫含量。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中在步驟(b)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于I重量％的硫含量。
21.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中在步驟(b)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有小于0.1重量％的硫含量。
22.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中在洗滌步驟(b)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有0.05至3重量％的硫含量。
23.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中在步驟(b)之后，所述初生復(fù)絲紗線具有0.01至0.08重量％的硫含量。
24.根據(jù)權(quán)利要求17-23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述芳族二酰氯為對(duì)苯二酰二氯。
25.根據(jù)權(quán)利要求17-24中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述芳族二胺為對(duì)苯二胺。
26.根據(jù)權(quán)利要求17-25中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑與芳族二胺的摩爾比在30/70至85/15的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求17-26中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述5(6)-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑與芳族二胺的摩爾比在45/55至85/15的范圍內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求17-27中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述包含鹵離子的酸為氫氟酸、鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、或它們的混合物中的一種或多種。
29.根據(jù)權(quán)利要求17-28中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述包含鹵離子的酸為鹽酸。
30.根據(jù)權(quán)利要求17-29中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述鹵酸由與水接觸時(shí)形成含鹵離子的酸的材料形成。
31.根據(jù)權(quán)利要求17-30中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述包含鹵離子的鹽為氯化鈉、溴化鈉、氯化鉀、溴化鉀、氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣、溴化鈣、氯化鎂、溴化鎂、氯化銨、溴化銨、氯化亞鐵、溴化亞鐵、氯化鐵、溴化鐵、氯化鋅、溴化鋅、或上述這些中兩種或更多種的混合物。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述包含鹵離子的鹽為氯化鈉。
【文檔編號(hào)】D02G3/02GK104040041SQ201280066559
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】S.R.阿倫, V.加巴拉, J.L.洛厄里, S.R.魯斯蒂格, C.W.紐頓, D.J.羅迪尼, A.J.斯特特 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司