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芳纶1414.doc关于甲磺酸作为芳纶1414溶剂的研究
1、芳纶1414的纺丝溶剂
芳纶1414纺丝溶剂要求
芳纶1414是由美国杜邦公司于六十年代开发的新型芳香聚酰胺,并于1972年实现了商业化,其分子结构如图1所示。可以看出芳纶1414分子链中有很多苯环结构使得分子具有刚性,而分子间的酰胺键能使分子之间形成强烈的氢键。因此作为芳纶1414纺丝溶剂的物质必须能够很大程度上削弱分子间氢键,才能保证分子较好溶解。
图1 芳纶1414的分子结构
芳纶1414纺丝溶剂性质对比
芳纶1414本身的结构特性导致其只能溶于强酸或者酰胺溶液中,如硫酸(SA)、甲磺酸(MSA)、氯磺酸(CA)、二甲基乙酰胺(DMAc)等。
研究初期,常用强酸作为芳纶1414的纺丝溶剂,表1所示为几种典型强酸的物理性质。三氟甲磺酸和氯磺酸都是超强酸,但是它们在空气中强烈发烟且性质不稳定,因此一般不用它们作为纺丝溶剂。硫酸是应用最多的一种强酸,因为在1950年到1960年之间,Gillespie及其团队对硫酸和氯磺酸进行了深入彻底的研究,在工业生产中使用硫酸较经济且回收工艺成熟。对于甲磺酸作为纺丝溶剂的研究较少,其相对较低的酸度是造成这个现象最主要的原因。但是另一方面,甲磺酸其他性质较优,如沸点高,不会像发烟硫酸和氯磺酸那样产生腐蚀性气体,与硫酸相比对有机物的氧化性弱,更易于脱水,离子强度较低。因此,七八十年代Guy C. Berry和P. Metzger Cotts以及Wong C. P等人对于芳纶1414的甲磺酸溶剂体系做了很多细致的研究。
表1 几种强酸的物理性质
溶剂
熔点/ ℃
沸点/ ℃
酸度H0
密度/(g/cm3)
甲磺酸


-

氯磺酸
-
~
-

硫酸


-

三氟磺酸
-40
167~170
-

2、甲磺酸
甲磺酸的简介
甲磺酸为无色或微棕色油状液体,低温下为固体,高沸点强酸。溶于水、醇和醚时放出大量的热,不溶于烷烃、苯、甲苯等,对沸水、热碱液不分解,对金属铁、铜和铅等有强烈腐蚀作用。甲磺酸对人体危害较大,吸入后可因喉及支气管的痉挛、炎症、水肿,化学性肺炎或肺水肿而致死。接触后出现烧灼感、咳嗽、喘息、喉炎、气短、头痛、恶心和呕吐。一般将其作为医药和农药的原料、脱水剂、涂料固化促进剂、纤维处理剂、催化剂等。
甲磺酸作为纺丝溶剂使用的局限性
关于甲磺酸作为芳纶1414纺丝溶剂的系统研究较少,一方面是由于甲磺酸本身存在的缺陷。甲磺酸对金属铁、铜和铅等有强烈腐蚀作用,只能用陶瓷等耐强酸的设备进行生产并且需要进行定期的设备维护,因此不具有经济效益。另外,高浓度的残余强酸会使纤维在纺丝过程中发生降解,对纤维的强度和模量不利。
另一方面,为了缩短流程、简化工艺,研究人员探索出了一些直接由纺丝原液进行纺丝的一步法工艺。如旭化成和日本帝人公司的合成纺丝工艺分别如图2和图3所示。这种生产工艺对设备要求简单、操作方便,因此导致了甲磺酸、发烟硫酸等作为芳纶1414纺丝溶剂使用的局限性。
图2 旭化成一步法纺丝工艺
图3 帝人公司一步法纺丝工艺
甲磺