一种高性能液晶高分子聚合物及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114106301A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111581533.XD01F6/92(2006.01)(22)申请日2021.12.22D01F1/10(2006.01)C09K19/38(2006.01)(71)申请人中原工学院地址451191河南省郑州市新郑双湖经济技术开发区淮河路1号(72)发明人魏朋闫金飞李龙龙张亚楠李志强王明环郝克倩张一风(74)专利代理机构郑州优盾知识产权代理有限公司41125代理人孙诗雨(51)Int.Cl.C08G63/60(2006.01)C08G63/688(2006.01)C08G63/66(2006.01)C08G63/685(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称一种高性能液晶高分子聚合物及其制备方法和应用(57)摘要本发明提出了一种高性能液晶高分子聚合物及其制备方法和应用，所述高性能液晶高分子聚合物采用乙酰化‑缩聚‑增粘连续进行的聚合方法制得，将液晶高分子聚合物送入螺杆纺丝机中进行纺丝，螺杆纺丝机上的喷丝板前设置有熔体增压泵，喷丝板下方纺丝甬道设置阶梯式二段变温区域，制备得到初生纤维；将初生纤维送入加热箱体进行热处理，最终获得高性能液晶高分子纤维。本发明利用分子间的π‑π作用、偶极作用和氢键作用以及含有极性基团的碳纳米管和氧化石墨烯构建了强链间作用液晶高分子聚合物，通过提升液晶高分子的内聚力，达到改善液晶液晶高分子成型加工和性能缺陷的目的。CN114106301ACN114106301A权利要求书1/2页1.一种高性能液晶高分子聚合物，其特征在于，所述高性能液晶高分子聚合物具有如下结构的单体基元（Ⅰ）~（Ⅴ），其中单体基元（Ⅰ）与（Ⅱ）含量之和为40‑80mol%，单体基元（Ⅰ）：（Ⅱ）为1：9~9：1，单体基元（Ⅲ）的含量为10‑30mol%，单体基元（Ⅳ）的含量为0‑20mol%，单体基元（Ⅴ）的含量为10‑30mol%；所述单体基元（Ⅳ）式中R1为中任意一种，所述单体基元（Ⅴ）式中R2为中任意一种。2.根据权利要求1所述的高性能液晶高分子聚合物，其特征在于，所述液晶高分子聚合物在终缩聚后测得的熔融温度T处于240350℃，熔体黏度在熔融温度为T+10℃和T+40℃m~mm时的比值小于10，熔体强度在Tm+10℃时大于0.015N。3.根据权利要求1或2所述的高性能液晶高分子聚合物的制备方法，其特征在于，将包含有所述（Ⅰ）~（Ⅴ）单体基元的单体、乙酸酐、纳米材料和催化剂加入反应容器中进行乙酰化处理得到混合物，或先将含有羟基的单体乙酰化后再将剩余单体加入反应容器得到混合物，在混合物中加入碱金属催化剂进行聚合反应，反应结束后得到液晶高分子聚合物。4.根据权利要求3所述的高性能液晶高分子聚合物的制备方法，其特征在于，所述催化剂为硫酸、甲基苯磺酸和甲基咪唑中任意一种或其组合，添加量为单体总质量的0.01‑0.5%；所述纳米材料为羧基碳纳米管、氨基碳纳米管和氧化石墨烯中的任意一种或其组合，需要提前分散与乙酸酐中，添加量为单体总质量的0~2%；所述乙酰化反应温度为140~160℃，反应时间为2~3h，乙酸酐用量为单体摩尔数的1.1‑1.5倍。5.根据权利要求3所述的高性能液晶高分子聚合物的制备方法，其特征在于，所述碱金属催化剂为醋酸锌、醋酸镁、醋酸钾和醋酸钠中任意一种或其组合，碱金属催化剂用量为单体总质量0.01~1wt%；所述聚合反应包括预缩聚、终缩聚、后缩聚增粘三个阶段，所述预缩聚反应温度为250~340℃，反应时间为4~8h；所述终缩聚反应温度为300~360℃，真空度为0.01~3KPa的真空环境下，反应时间为0.5~5h；所述后缩聚增粘反应分别在Tm‑50~Tm‑30℃和Tm‑40~Tm‑20℃的氮气或真空氛围中，各反应3‑36h。6.根据权利要求3所述的高性能液晶高分子聚合物的制备方法，其特征在于，所述液晶高分子聚合物数均分子量大于15000，乌氏粘度＞2.0dL/g。7.利用权利要求1或2所述的高性能液晶高分子聚合物的应用，其特征在于，采用熔融纺丝法制备高性能液晶高分子纤维，包括以下步骤：（1）将液晶高分子聚合物送入螺杆纺丝机中进行熔融纺丝，螺杆纺丝机上的喷丝板前设置有熔体增压泵，喷丝板下方纺丝甬道设置阶梯式二段变温区域，纤维出甬道后进行收卷，制备得到初生纤维；2CN114106301A权利要求书2/2页（2）将初生纤维送入加热箱体进行热处理，最终获得高性能液晶高分子纤维。8.根据权利要求7所述的制备纤维的方法，其特征在于，所述步骤（1）中纺丝温度为Tm+10T+40℃，增压泵压力为120MPa；所述甬道二段区域温度分别为T‑10T+10℃和T