一种聚丙烯腈聚合液、其制备方法及用途与流程

本发明涉及聚丙烯腈聚合，具体涉及一种聚丙烯腈聚合液、其制备方法及用途。

背景技术：

1、现有技术中，聚丙烯腈（polyacrylonitrile，pan）聚合液通常通过丙烯腈与共聚单体进行自由基聚合制备，并作为碳纤维的纺丝原液使用。然而，在聚合过程中，丙烯腈、共聚单体、引发剂及链转移剂等组分之间的比例关系会直接影响自由基生成速率、链增长过程以及链转移行为。

2、由于现有技术中聚合体系各组分配比缺乏精准调控，容易导致聚合过程中链增长速率与链终止速率不匹配，使所得聚丙烯腈聚合物存在分子量不足、分子量分布较宽以及聚合液黏度稳定性较差的问题。

3、分子量及分子量分布会影响聚丙烯腈聚合液的流变性能、纺丝成形性能以及纤维内部结构均匀性，使现有聚丙烯腈聚合液难以兼顾较高分子量、较窄分子量分布以及适宜纺丝黏度，限制了其作为碳纤维纺丝原液的应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种聚丙烯腈聚合液、其制备方法及用途，通过优化聚合体系中各组分比例，实现聚丙烯腈聚合液中聚丙烯腈分子量及分子量分布的有效调控，提高聚丙烯腈聚合液稳定性及纺丝适用性。

2、第一方面，本发明提供一种聚丙烯腈聚合液，所述聚丙烯腈聚合液主要由包含丙烯腈、共聚单体、链转移剂、引发剂以及有机溶剂的聚合体系经聚合反应制得；

3、所述聚合体系中以所述丙烯腈的质量份数为100份计，

4、所述共聚单体的质量份数为0.8~1.2份；

5、所述链转移剂的质量份数为0.05~0.3份；

6、所述引发剂的质量份数为0.5~0.8份；

7、所述有机溶剂的质量份数为320~340份；

8、其中，所述链转移剂与所述引发剂的质量比为（1：10）~（1：2）。

9、根据本申请实施例提供的技术方案，所述聚合体系中所述链转移剂与所述引发剂的质量比为（1：8）~（1：3）。

10、根据本申请实施例提供的技术方案，所述聚合体系中所述链转移剂与所述引发剂的质量比为3：13。

11、根据本申请实施例提供的技术方案，所述聚合体系中所述共聚单体与所述丙烯腈的质量比为（1：125）~（1：83）。

12、根据本申请实施例提供的技术方案，所述聚合体系中所述共聚单体与所述丙烯腈的质量比为1：100。

13、根据本申请实施例提供的技术方案，所述共聚单体包括衣康酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸及马来酸中的一种或几种；

14、和/或，所述链转移剂包括正辛硫醇、正丁硫醇及十二烷基硫醇中的一种或几种；

15、和/或，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈及偶氮二异戊腈中的一种或几种；

16、和/或，所述有机溶剂包括二甲基亚砜、二甲基甲酰胺及二甲基乙酰胺中的一种或几种。

17、根据本申请实施例提供的技术方案，所述共聚单体为衣康酸，所述链转移剂为正辛硫醇，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述有机溶剂为二甲基亚砜。

18、根据本申请实施例提供的技术方案，所述聚合体系中各组分按质量份数计，包括：

19、丙烯腈100份、衣康酸1.0份、正辛硫醇0.15份、偶氮二异丁腈0.65份以及二甲基亚砜330份。

20、根据本申请实施例提供的技术方案，所述链转移剂包括正辛硫醇和正丁硫醇，所述正辛硫醇与所述正丁硫醇的质量比为（1：3）~（1：1）。

21、根据本申请实施例提供的技术方案，所述链转移剂包括正辛硫醇和十二烷基硫醇，所述正辛硫醇和十二烷基硫醇的质量比为（2：2）~（2：1）。

22、第二方面，本发明提供一种如上述所述的聚丙烯腈聚合液的制备方法，包括：

23、按照预设质量比例将丙烯腈、共聚单体、链转移剂以及有机溶剂进行混合，形成聚合体系；

24、按照所述链转移剂与所述引发剂的质量比为（1：10）~（1：2）向所述聚合体系中加入引发剂；

25、在预设聚合条件下，使所述丙烯腈与所述共聚单体发生聚合反应，得到所述聚丙烯腈聚合液。

26、第三方面，本发明提供一种如上述所述的聚丙烯腈聚合液的用途，包括：将所述聚丙烯腈聚合液作为纺丝原液，通过干喷湿法纺丝工艺制备聚丙烯腈基碳纤维。

27、本发明的有益效果：

28、本发明通过对聚合体系中丙烯腈、共聚单体、链转移剂、引发剂以及有机溶剂的配比进行协同调控，使各组分在自由基聚合过程中发挥匹配作用。其中，引发剂用于产生引发自由基，控制聚合反应的启动速率及自由基浓度；链转移剂通过与增长链自由基发生链转移反应，调节聚合物分子链的增长长度，抑制过度链增长；共聚单体参与分子链结构调节，改善聚合物链段组成及链间作用；有机溶剂则提供适宜的聚合反应环境，调节反应体系黏度及传质状态。

29、通过限定链转移剂与引发剂的质量比为（1：10）~（1：2），使链转移作用强度与自由基生成速率相匹配，避免因引发剂含量过高导致自由基浓度过大而产生过快链增长及分子量分布增宽，也避免因链转移剂比例过高导致链增长过度受限而造成分子量降低，从而使聚合反应过程中链增长与链终止保持相对平衡。

30、同时，通过控制共聚单体、链转移剂及引发剂在聚合体系中的添加比例，使聚丙烯腈分子链形成过程更加稳定，有利于提高聚丙烯腈聚合液的分子量稳定性，降低分子量分布离散程度，改善聚合液的均匀性及纺丝加工性能，从而满足高性能聚丙烯腈基碳纤维制备过程中对高分子量、窄分子量分布聚合液的需求。

1.一种聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述聚丙烯腈聚合液主要由包含丙烯腈、共聚单体、链转移剂、引发剂以及有机溶剂的聚合体系经聚合反应制得；

2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述聚合体系中所述链转移剂与所述引发剂的质量比为（1：8）~（1：3）。

3.根据权利要求2所述的聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述聚合体系中所述链转移剂与所述引发剂的质量比为3：13。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述聚合体系中所述共聚单体与所述丙烯腈的质量比为（1：125）~（1：83）。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述聚合体系中所述共聚单体与所述丙烯腈的质量比为1：100。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述共聚单体包括衣康酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸及马来酸中的一种或几种；

7.根据权利要求6所述的聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述链转移剂包括正辛硫醇和正丁硫醇，所述正辛硫醇与所述正丁硫醇的质量比为（1：3）~（1：1）。

8.根据权利要求7所述的聚丙烯腈聚合液，其特征在于，所述链转移剂包括正辛硫醇和十二烷基硫醇，所述正辛硫醇和十二烷基硫醇的质量比为（2：2）~（2：1）。

9.一种如权利要求1~8任一项所述的聚丙烯腈聚合液的制备方法，其特征在于，包括：

10.一种如权利要求1~8任一项所述的聚丙烯腈聚合液的用途，其特征在于，包括：将所述聚丙烯腈聚合液作为纺丝原液，通过干喷湿法纺丝工艺制备聚丙烯腈基碳纤维。