一種水溶性聚合物及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種水溶性聚合物及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括聚合、醇解和終止的步驟；制得的水溶性聚合物，分子鏈包括丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元、乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元、乙烯醇結(jié)構(gòu)單元和磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元；丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～35％，乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～80％，磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～5％；應(yīng)用為：以所述水溶性聚合物為海組分，制備海島纖維，將制得的海島纖維浸入85℃熱水中30～50秒，即獲得超細(xì)纖維。本發(fā)明專利技術(shù)制得的水溶性聚合物熔融溫度低，初始分解溫度高，同時具有良好水溶性，將其用作海島纖維中的海相組分，可以有效地解決傳統(tǒng)超纖產(chǎn)品生產(chǎn)中有機溶劑污染和廢堿溶液處理等問題。中有機溶劑污染和廢堿溶液處理等問題。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種水溶性聚合物及其制備方法和應(yīng)用


[0001]本專利技術(shù)屬于水溶性聚合物
，涉及一種水溶性聚合物及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種水溶性共聚物及其制備方法和在海島纖維復(fù)合熔融紡絲上的應(yīng)用。

技術(shù)介紹

[0002]超細(xì)纖維織物具有手感柔軟、透氣吸濕快干、蓬松豐滿、穿著舒適等特點，深受人們的喜愛。隨著現(xiàn)代纖維技術(shù)的發(fā)展以及生活水平的提高，人們對所用纖維的休閑性、舒適性和功能性提出了更高的要求。目前超細(xì)纖維產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于服裝、皮革、建材和特種功能材料等諸多領(lǐng)域。
[0003]當(dāng)前超細(xì)纖維合成革常規(guī)制備工藝是以尼龍(PA)為島相，聚乙烯為海相的海島纖維制成的無紡布為基礎(chǔ)，經(jīng)聚氨酯溶液含浸、凝固、水洗、開纖等步驟最終獲得超細(xì)纖維合成革。在開纖工藝過程中，需要使用甲苯除去聚乙烯海相，這不可避免的會涉及溶劑回收以及當(dāng)前最為關(guān)注的環(huán)境污染和微量溶劑殘留等問題。進一步地，技術(shù)人員開發(fā)了以堿溶性聚酯(COPET)為海相的超纖產(chǎn)品，可以通過強堿水溶液進行開纖。然而這雖然避免有機溶劑的使用，減少了環(huán)境污染，卻存在水解產(chǎn)物無法再利用和廢堿液處理等多方面問題，大大限制了該類產(chǎn)品的適用范圍。
[0004]解決上述問題的其中一種方法是引入全水溶性的聚合物用于海組分。專利CN108532027通過共混改性，降低了PVA的熔點，并在紡絲時島相(PA)與海相(改性PVA)采用了差異化的溫度，成功地獲得了具有水溶性海相的PA/PVA海島纖維。然而在該方法中，島相(PA)熔融管道溫度為260～285℃，而海相(改性PVA)熔融管道溫度僅為145～160℃，大于100℃的溫差和快速混合會讓生產(chǎn)過程產(chǎn)生一系列不確定結(jié)果，如PA降溫過快導(dǎo)致部分PA凝固析出，PVA溫度上升過快導(dǎo)致分解和副反應(yīng)發(fā)生，或者溫度上升過慢導(dǎo)致部分PVA未完全熔融。另外，兩種材料界面與內(nèi)部溫差過大也極易導(dǎo)致纖維橫向性能差異巨大。紡絲是對條件非常敏感的過程，因此以上不確定因素極易導(dǎo)致斷絲，廢絲等后果的發(fā)生，影響生產(chǎn)和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
[0005]造成上述結(jié)果的主要原因是PVA是一種多羥基的聚合物，熔點高(接近200℃)，初始分解溫度低(僅為230℃)，在高溫下極易發(fā)生交聯(lián)或分解反應(yīng)。其他商業(yè)化的水溶性聚合物，如聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯亞胺(PEI)等，也都存在大量活性基團，因此也都有類似的問題，無法直接應(yīng)用于復(fù)合熔融紡絲。
[0006]因此開發(fā)一種熔融溫度低、初始分解溫度高，同時具有良好水溶性的聚合物具有十分重要的價值和效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0007]本專利技術(shù)的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種水溶性聚合物及其制備方法和應(yīng)用。
[0008]為達到上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
[0009]一種水溶性聚合物，分子鏈包括：
[0010]丙烯酰胺(AM)結(jié)構(gòu)單元
[0011]乙酸乙烯酯(VAc)結(jié)構(gòu)單元
[0012]乙烯醇(VA)結(jié)構(gòu)單元
[0013]磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元；
[0014]所述水溶性聚合物由以上所述的四種結(jié)構(gòu)單元組成，其組成比例需要在一定的范圍內(nèi)才能實現(xiàn)本專利技術(shù)的目的；
[0015]所述水溶性聚合物中，丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～35％，乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～80％，磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～5％；以乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元的占比不低于60％；
[0016]丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元提供熱穩(wěn)定性和水溶性，但丙烯酰胺結(jié)構(gòu)同時會導(dǎo)致熔融溫度過高，過多的丙烯酰胺(高于35％)導(dǎo)致熔融溫度偏高，接近初始分解溫度，小于15％將嚴(yán)重影響共聚物高溫穩(wěn)定性，并且亦會導(dǎo)致水溶性變差；
[0017]聚丙烯酰胺不具備熔點，引入乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元均可顯著地降低熔融溫度，經(jīng)共聚改性后，共聚物出現(xiàn)熔點；需要確保乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元質(zhì)量占比總和高于60％，否則可能出現(xiàn)熔融并分解，同時應(yīng)低于80％，否則丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元過少，耐高溫性改善不明顯；
[0018]共聚物中乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元的含量對獲得具有較大熔融溫度初始分解溫度差的熱性能至關(guān)重要，實驗發(fā)現(xiàn)聚乙酸乙烯酯(PVAc)的引入會顯著影響共聚物的水溶性，隨著PVAc在分子鏈上的含量增加，PAM
?
PVAc
?
PVA共聚物的水溶性相比于均聚的PAM或者PVA相對變差，溶解速度減慢，當(dāng)PVAc的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20％時，甚至失去水溶性。專利技術(shù)人嘗試通過引入陰離子單體，特別是水溶性最佳的磺酸鹽單體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)磺酸鹽單體結(jié)構(gòu)的引入可以在確保水溶解性的前提下，擴大共聚物中乙酸乙烯酯單體的比例范圍。磺酸鹽在熔融狀態(tài)下可以電離從而產(chǎn)生靜電排斥作用，具有較大流體力學(xué)體積，空間位阻較大，因此不宜引入過多，比例過高(>5％)會破壞聚合物結(jié)果的規(guī)整性，影響后續(xù)紡絲性能，比例過低(<0.5％)則效果不明顯。
[0019]乙烯醇結(jié)構(gòu)單元可由乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元經(jīng)醇解轉(zhuǎn)化而來，乙烯醇結(jié)構(gòu)單元為提高共聚物的水溶性和降低熔融溫度作出貢獻，基于乙烯醇結(jié)構(gòu)單元與乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元之和，乙烯醇結(jié)構(gòu)單元比例過高(>40％)會導(dǎo)致熱穩(wěn)定性欠佳，初始分解溫度過低。
[0020]作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
[0021]如上所述的一種水溶性聚合物，以乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元的占比不高于75％；乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的比例過低(<25％)，易造成聚合物水溶性不佳。
[0022]如上所述的一種水溶性聚合物，磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元為其中R1為磺酸鹽基團、苯磺酸鹽基團、含有1～5個碳原子的烷基磺酸鹽基團或含有1～5個碳原子的烷基苯磺酸鹽基團，R2為甲基或氫，R3為甲基或氫，R4為甲基或氫。該結(jié)構(gòu)在熔融狀態(tài)下可以電離使得聚合物鏈段帶負(fù)電，在鏈段間和聚合物鏈之間產(chǎn)生靜電排斥左右，從而使聚合物鏈段更為舒展，降低活性官能團之間的碰撞幾率，提高鏈段和聚合物的熱穩(wěn)定性。為了減少共聚時的位阻效應(yīng)，提高陰離子單體的反應(yīng)速度，所述陰離子單體的其它三個官能團，如結(jié)構(gòu)式所示R2、R3和R4均選用甲基或氫。
[0023]如上所述的一種水溶性聚合物，R1為該結(jié)構(gòu)中苯環(huán)的共軛平面特性使得所述陰離子單體具有非常剛性的結(jié)構(gòu)。此外，在熔融狀態(tài)下磺酸鹽的電離使得聚合物鏈段帶負(fù)電，在鏈段間和聚合物鏈之間產(chǎn)生靜電排斥作用。鏈段的剛性結(jié)構(gòu)和靜電排斥的雙重作用使聚合物鏈段更為舒展，從而降低活性官能團之間的碰撞幾率，提高鏈段和聚合物的熱穩(wěn)定性。在其他鏈段結(jié)構(gòu)和分子量接近的條件下，引入苯磺酸鹽或烷基苯磺酸鹽基團相比磺酸鹽或烷基磺酸鹽基團，其聚合物的初始分解溫度可提高10℃以上。
[0024]如上所述的一種水溶性聚合物，所述水溶性聚合物的熔融溫度為170～230℃，初始分解溫度為275～290℃。
[0025]本本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水溶性聚合物，其特征在于分子鏈包括：丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元乙烯醇結(jié)構(gòu)單元磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元；所述水溶性聚合物中，丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～35％，乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～80％，磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～5％；以乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元的占比不低于60％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水溶性聚合物，其特征在于，以乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元與乙烯醇結(jié)構(gòu)單元的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元的占比不高于75％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水溶性聚合物，其特征在于，磺酸鹽類陰離子單體結(jié)構(gòu)單元為其中R1為磺酸鹽基團、苯磺酸鹽基團、含有1～5個碳原子的烷基磺酸鹽基團或含有1～5個碳原子的烷基苯磺酸鹽基團，R2為甲基或氫，R3為甲基或氫，R4為甲基或氫。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水溶性聚合物，其特征在于，R1為為5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水溶性聚合物，其特征在于，所述水溶性聚合物的熔融溫度為170～230℃，初始分解溫度為275～290℃。6.一種水溶性聚合物的制備方法，其特征在于包括如下步驟：(1)聚合：將單體溶于甲醇中，之后加入引發(fā)劑和助引發(fā)劑，在50～60℃反應(yīng)5～8小時，制得丙烯酰胺
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乙酸乙烯酯
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陰離子結(jié)構(gòu)共聚物；所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫偉，項超力，唐勁松，段偉東，
申請(專利權(quán))人：上海華峰超纖科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：