CN107033344B - 一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法，包括将苯二胺与苯二甲酰氯反应，同时在反应体系中加入缚酸剂，并以液体二氧化碳和/或超临界二氧化碳流体作为反应溶剂。本申请方法绿色环保、节省资源、成本低，且生产过程安全，适合于工业化生产，且本申请所得缩聚物分子量可控，产品质量好，缩聚物特性粘度ηinh=8～9dl/g，芳纶缩合阶段收率能达到98%、芳纶缩合溶剂回收率高于90%。

Description

一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法
技术领域
本发明属于有机高分子化合物领域，涉及一种芳纶聚合方法，具体地说是涉及一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法。
背景技术
芳纶1313、1414是一种聚酰胺纤维，由（间、对）苯二甲酰氯和（间、对）苯二胺缩聚后经溶液纺丝而成，主要用于防原子辐射、高空高速飞行材料等方面，也可用于特殊要求的轮胎窗子线、耐高温衣料、蜂窝制件、高温线管、飞机油箱、防火墙、反渗透膜或中空纤维等。
国内外芳纶合成方法主要有：低温溶液缩聚法、直接缩聚法、离子液体缩聚法、发烟硫酸缩聚法。目前只有低温溶液缩聚法实现了工业化，其他方法未见工业化报道。低温溶液缩聚法最早由美国杜邦公司于1972年发明，并一直沿用至今，这个合成方法的理论研究和工业化研究已经比较透彻，得到的聚合物可以适应各种高、中、低应用场合。由于六甲基磷酰三胺（HMPA）对单体和聚合物具有良好的溶解能力，所以早期采用的比较多，例如US3850888、 US3884881公开了采用HMPA作为溶剂的低温缩聚法，但是后来发现HMPA具有致癌性，所以逐渐被N-甲基吡咯烷酮（NMP）代替，EP0229714、US4737571均公开了采用NMP为溶剂的低温缩聚法，但是由于NMP的溶解能力没有HMPA好，通过添加盐，例如氯化锂、氯化钙等，提高溶解能力。由于低温溶液缩聚法制备芳纶已在工业上获得成功应用，现在研究多集中在进一步优化反应工艺、降低成本等方面，例如CN106046364A、CN102731778B等。
尽管以NMP为溶剂的低温溶液缩聚法是商品化芳纶的主要合成方法，但是该方法也存在一定的问题：（1）产品质量不稳定，因为NMP是容易吸水的物质，而该反应体系要求是水分含量在200ppm以下，水分的存在对该反应有致命的危害，导致分子量的急剧降低，而NMP的脱水以及反应体系中水分的控制有一定的难度；（2）溶剂回收困难、生产污水难处理，反应后需要用水洗去溶剂NMP，由于NMP极易溶于水，且分离困难，因此溶剂回收困难，另外，反应体系中加入的吡啶等有机碱类酸吸收剂，对NMP溶剂的回收也不利。
发明内容
本发明所要解决的问题是现有芳纶聚合合成方法中产品质量不易控制、溶剂回收困难，提供一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法，包括将苯二胺与苯二甲酰氯反应，同时在反应体系中加入缚酸剂，并以液体二氧化碳和/或超临界二氧化碳流体作为反应溶剂。
所述采用液体二氧化碳作为反应溶剂时，反应温度低于CO2的临界温度并高于CO2的三相点温度，反应温度为-56.6~31.1℃；反应过程中，需保持在所述反应温度下维持二氧化碳为液体状态的压力，压力优选0.55~45MPa。
本申请所述采用液体二氧化碳作为反应溶剂时，反应温度可以是所述-56.6~31.1℃范围中任意值或所述范围内任意值组合形成的范围，例如-55℃、-50℃、-45℃、-40℃、-35℃、-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、-50℃~-5℃、-20℃~5℃、-10℃~-5℃、0℃~25℃、-15℃~-25℃；反应过程中，需保持在所述反应温度下维持二氧化碳为液体状态的压力，压力优选0.55~45MPa，压力可以是所述0.55~45MPa范围中任意值或所述范围内任意值组合形成的范围，例如1MPa、5MPa、10 MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、5~20MPa、10~20MPa、15~30MPa、15~40MPa、30~40MPa。
所述采用超临界二氧化碳流体作为反应溶剂时，反应环境保持在CO2的临界温度和临界压力之上，反应温度高于31.1℃，反应压力大于7.29MPa；优选，反应温度为31.1~120℃，压力为7.29~50MPa。
优选地，本申请所述采用超临界二氧化碳流体作为反应溶剂时，反应温度可以是所述31.1~120℃范围中任意值或所述范围内任意值组合形成的范围，例如，35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃，40℃~55℃、45℃~60℃、50℃~70℃、60℃~100℃、80℃~120℃、32~120℃等；压力可以是所述7.29~50MPa范围中任意值或所述范围内任意值组合形成的范围，例如，8MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、10~20MPa、15~30MPa、25~45MPa、8~50MPa。
本申请所述采用液体二氧化碳和超临界二氧化碳作为溶剂，是指利用反应过程中放出的热量或者通过外部热量的输入或输出，使得二氧化碳在液体状态和超临界状态之间的转变，整个反应过程在液体二氧化碳和超临界二氧化碳两种状态中完成。
本申请在制备过程中，可以首先控制二氧化碳处于液体状态，苯二胺与苯二甲酰氯反应过程中放热使得溶液温度上升，越过二氧化碳的临界温度，且压力也大于临界压力7.29MPa时，二氧化碳成为超临界态，并在超临界状态中继续完成反应。
所述苯二胺与苯二甲酰氯摩尔比为0.95~1.0：0.95~1.0，优选地，苯二胺与苯二甲酰氯需要严格控制摩尔比1:1，否则聚合反应容易终止，影响产品质量。
优选地，所述缚酸剂为有机碱和/或无机碱。
优选地，所述缚酸剂根据苯二胺与苯二甲酰氯的量，中和生成的氯化氢的所需的理论化学计量的0.95~1.2倍加入反应中，优选，所述缚酸剂根据苯二胺与苯二甲酰氯的量，中和生成的氯化氢的所需的理论化学计量的1.01~1.1倍加入反应器中。例如，根据苯二胺与苯二甲酰氯的量，理论上将生成1mol的氯化氢时，应该使用0.95~1.2mol的三乙胺，优选三乙胺稍微过量，即1.01~1.1mol。
所述有机碱为胺类，优选为叔胺，所述叔胺为具有叔氨基的化合物，例如：三乙胺、三甲胺、三丙胺、三丁胺、二甲基异丙基胺、二甲基环己基胺、吡啶、4-甲基吗啉、4-乙基吗啉、4-丁基吗啉、N-甲基吡咯烷、N-乙基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、 N-甲基吲哚、N-乙基吲哚、N-甲基吡咯等。
所述无机碱可以没有任何限制地使用公知的无机碱，例如：碳酸钠、氢氧化钙、碳酸钙、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钾、碳酸锂、碳酸氢钠、氢氧化镁、碳酸氢钾、碳酸氢锂、碳酸镁、氢氧化钠等。
研究过程中发现，当所述缚酸剂为有机碱与无机碱的混合物，特别是所述有机碱的用量至少能够满足中和反应过程中产生的氯化氢总量的10~80%时，反应更加稳定可控，并有利于聚合物分子量的提高。因此，进一步优选缚酸剂为有机碱与无机碱的混合物，且所述有机碱的用量为能够满足中和生成的氯化氢总量的10~80%，更进一步优选 有机碱的用量为能够满足中和生成的氯化氢总量的30~60%。
进一步优选，所述缚酸剂为碱金属和/或碱土金属的碳酸盐和/或碳酸氢盐，例如碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钾、碳酸氢锂等，碱金属和/或碱土金属的碳酸盐和/或碳酸氢盐在中和氯化氢的过程中，所生成的碱金属的氯化物和/或碱土金属的氯化物，例如氯化锂、氯化钙等，能够进一步改善聚合物在溶剂中的溶解度，有利于聚合物分子量的提高；而中和氯化氢的过程中所生成的二氧化碳，能够进一步作为溶剂参与反应。
优选地，本申请方法，分别将苯二胺和苯二甲酰氯溶解于溶剂中，制备成含有苯二胺的溶液和含有苯二甲酰氯的溶液。
优选地，缚酸剂与苯二胺共同溶解于溶剂中，制备成含有缚酸剂-苯二胺-溶剂的混合液；并进一步地，将缚酸剂-苯二胺-溶剂的混合液与含有苯二甲酰氯的溶液进行反应。
优选地，当采用溶剂溶解苯二胺时，溶剂用量为苯二胺质量5~50倍；当采用溶剂溶解苯二甲酰氯时，所述溶剂用量为苯二甲酰氯质量的5~50倍。
本申请所述方法在反应结束后，可以通过温度和/或压力的改变，使得液体CO2和/或超临界CO2流体，转变成气体状态。可以将转变成气体状态的CO2再进行进一步的压缩冷凝回收、循环利用。
特别地，发明人发现当采用液体CO2或者超临界CO2流体作为溶剂时，特别是对于处于高温高压状态的超临界CO2流体，在转变为气体状态的过程中，控制温度和/或压力为一个逐渐变化的过程，例如温度逐渐上升，压力逐渐降低等，本领域技术人员能够清楚的理解所述状态逐渐变化的含义。可以通过对反应容器提供一定的热量，例如通过夹套加热、保温等方式，或者采用调节阀，以防止温度下降快并且降温幅度大，CO2转变成固态干冰，从而对阀门、管道等造成堵塞。
本申请所述超临界CO2流体是指CO2的温度和压力高于其临界温度和临界压力时所处的一种状态。
本申请所述CO2的三相点是指使CO2三相（气相，液相，固相）共存的一个温度和压强的数值。
本申请所述的芳纶为对位芳纶和间位芳纶，相应地，本申请所述的聚合方法是指将对苯二胺与对苯二甲酰氯反应，或者将间苯二胺与间苯二甲酰氯反应。
本申请有益效果：
（1）采用液体二氧化碳或者超临界二氧化碳流体作为溶剂代替传统溶剂，不会给产物带来污染，溶剂廉价易得且无毒，只需要通过改变温度和/或压力，就可以实现产物与溶剂的分离。该方法绿色环保、节省资源、成本低，且生产过程安全，适合于工业化生产；
（2）本申请所得缩聚物分子量可控，产品质量好，缩聚物特性粘度ηinh=8～9dl/g，芳纶缩合阶段收率能达到98%、芳纶缩合溶剂回收率高于90%。
具体实施方式
实施例1
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺9.33g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为25℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为25℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-液体二氧化碳混合液中，反应放出热量，使得溶液温度上升，越过二氧化碳的临界温度，压力也超过二氧化碳的临界压力，使其成为超临界态，对芳纶缩聚物的溶解度增大，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的芳纶缩聚物进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.25dl/g，芳纶缩合阶段收率达到97%，CO2回收率高于90%。
实施例2
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂氢氧化钙3.45g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为15℃，压力不低于6MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为15℃，压力不低于6MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液中，反应放出热量，使得溶液温度上升，越过二氧化碳的临界温度，同时加压，使压力超过二氧化碳的临界压力，使其成为超临界态，对芳纶缩聚物的溶解度增大，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的芳纶缩聚物进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.01dl/g，芳纶缩合阶段收率达到96.6%，CO2回收率高于90%。
实施例3
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺2.69g和氢氧化钙2.36g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为28℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为28℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液中，反应放出热量，使得溶液温度上升，越过二氧化碳的临界温度，压力也超过二氧化碳的临界压力，使其成为超临界态，对芳纶缩聚物的溶解度增大，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.8dl/g，芳纶缩合阶段收率达到98%，CO2回收率高于90%。
实施例4
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺2.69g和氢氧化钙2.36g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为-15℃，压力不低于3MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为-15℃，压力不低于3MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液中，反应过程中维持二氧化碳始终保持在液体状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.4dl/g，芳纶缩合阶段收率达到97.3%；CO2回收率高于90%。
实施例5
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入间苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺4.49g和氢氧化钙1.87g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为-25℃，压力不低于2MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了间苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入间苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为-25℃，压力不低于2MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了间苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将间苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入间苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液中，反应过程中维持二氧化碳始终保持在液体状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.45dl/g，芳纶缩合阶段收率达到97.6%；CO2回收率高于90%。
实施例6
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺6.28g和碳酸钙1.73g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为5℃，压力不低于4MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-碳酸钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为5℃，压力不低于4MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-碳酸钙-液体二氧化碳混合液中，反应放出热量，使得溶液温度上升，越过二氧化碳的临界温度，同时使压力超过二氧化碳的临界压力，使其成为超临界态，对芳纶缩聚物的溶解度增大，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.92dl/g，芳纶缩合阶段收率达到98%；CO2回收率高于90%。
实施例7
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺4.49g和氢氧化钙1.54g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为-25℃，压力不低于2MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为-25℃，压力不低于2MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液中，反应过程中维持二氧化碳始终保持在液体状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.39dl/g，芳纶缩合阶段收率达到97.3%；CO2回收率高于90%。
实施例8
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺2.61g和氢氧化钙2.3g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为25℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯8.75g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为25℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液中，反应放出热量，使得溶液温度上升，越过二氧化碳的临界温度，同时使压力超过二氧化碳的临界压力，使其成为超临界态，对芳纶缩聚物的溶解度增大，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.05dl/g，芳纶缩合阶段收率达到96%；CO2回收率高于90%。
实施例9
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺3.59g和氢氧化钙2.07g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为25℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.2g，以氮气置换原有气体，注入液体二氧化碳，保持反应器内温度为25℃，压力不低于7MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的液体二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-液体二氧化碳混合液中，反应放出热量，使得溶液温度上升，同时使压力超过二氧化碳的临界压力，越过二氧化碳的临界温度，使其成为超临界态，对芳纶缩聚物的溶解度增大，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.07dl/g，芳纶缩合阶段收率达到96.2%；CO2回收率高于90%。
实施例10
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺9.34g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为35℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为35℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.3dl/g，芳纶缩合阶段收率达到97.4%；CO2回收率高于90%。
实施例11
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂氢氧化钙3.45g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为60℃，压力为20MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-氢氧化钙-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为60℃，压力为20MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-氢氧化钙-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.1dl/g，芳纶缩合阶段收率达到96.7%；CO2回收率高于90%。
实施例12
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺2.69g和氢氧化钙2.37g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为35℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为35℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.9dl/g，芳纶缩合阶段收率达到98.4%；CO2回收率高于90%。
实施例13
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入间苯二胺4.80g，加入缚酸剂三甲胺3.15g和碳酸锂1.57g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为60℃，压力为20MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三甲胺-碳酸锂-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入间苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为60℃，压力为20MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了间苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将间苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入间苯二胺-三甲胺-碳酸锂-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.86dl/g，芳纶缩合阶段收率达到98.2%；CO2回收率高于90%。
实施例14
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂吡啶3. 5g和碳酸钙2.4g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为100℃，压力为10MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-吡啶-碳酸钙-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为100℃，压力为10MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-吡啶-碳酸钙-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为9dl/g，芳纶缩合阶段收率达到98.7%；CO2回收率高于90%。
实施例15
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺2.69g和碳酸氢钠5.08g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为50℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-碳酸氢钠-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.02g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为50℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-碳酸氢钠-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.58dl/g，芳纶缩合阶段收率达到97.4%；CO2回收率高于90%。
实施例16
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三乙胺2.64g和氢氧化钙2.32g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为35℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯8.84g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为35℃，压力为8MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三乙胺-氢氧化钙-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.08dl/g，芳纶缩合阶段收率达到96.4%；CO2回收率高于90%。
实施例17
在装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二胺4.80g，加入缚酸剂三甲胺3.15g和碳酸锂1.58g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为60℃，压力为20MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二胺-三甲胺-碳酸锂-超临界二氧化碳混合液；在另一个装有搅拌器并连接有干燥氮气管的压力反应器中，加入对苯二甲酰氯9.29g，以氮气置换原有气体，加入液体二氧化碳，保持温度为60℃，压力为20MPa，待压力反应器中的物质溶解后即制成了对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液；将对苯二甲酰氯的超临界二氧化碳溶液在快速搅拌下，加入对苯二胺-三甲胺-碳酸锂-超临界二氧化碳混合液中，反应过程中，始终保持二氧化碳的超临界状态，继续搅拌直至反应结束，往压力反应器中加入水，逐步排出CO2气体并再次压缩冷凝回收；离心过滤，再洗去残余的缚酸剂等物质，干燥后得到芳纶缩聚物。
对所得干燥的聚合体进行测定，得到缩聚物特性粘度ηinh为8.1dl/g，芳纶缩合阶段收率达到96%；CO2回收率高于90%。
本发明提出的一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (17)

1.一种采用二氧化碳为溶剂的芳纶聚合方法，其特征在于，包括将苯二胺与苯二甲酰氯反应，同时在反应体系中加入缚酸剂，并以液体二氧化碳和/或超临界二氧化碳流体作为反应溶剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用液体二氧化碳作为反应溶剂时，反应温度低于CO2的临界温度并高于CO2的三相点温度；反应过程中，需保持在所述反应温度下维持二氧化碳为液体状态的压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用超临界二氧化碳流体作为反应溶剂时，反应环境保持在CO2的临界温度和临界压力之上，反应温度高于31.1℃，反应压力大于7.29MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用超临界二氧化碳流体作为反应溶剂时，反应温度为31.1～120℃，压力为7.29～50MPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用液体二氧化碳和超临界二氧化碳流体作为反应溶剂，过程为：首先控制二氧化碳处于液体状态，苯二胺与苯二甲酰氯反应过程中放热使得溶液温度上升，越过二氧化碳的临界温度，且压力也大于临界压力时，二氧化碳成为超临界态，并在超临界状态中继续完成反应。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述苯二胺与苯二甲酰氯摩尔比为0.95～1.0：0.95～1.0。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述苯二胺与苯二甲酰氯摩尔比为1：1。
8.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂用量为中和生成的氯化氢所需的理论化学计量的0.95～1.2倍。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂用量为中和生成的氯化氢的所需的理论化学计量的1.01～1.1倍。
10.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂为有机碱和/或无机碱。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂为有机碱与无机碱的混合物。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂为有机碱与无机碱的混合物时，所述有机碱的用量为能够满足中和生成的氯化氢总量的10～80％。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂为有机碱与无机碱的混合物时，所述有机碱的用量为能够满足中和生成的氯化氢总量的30～60％。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂中无机碱为碱金属和/或碱土金属的碳酸盐和/或碳酸氢盐。
15.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，分别将所述苯二胺和苯二甲酰氯溶解于溶剂中，制备成含有苯二胺的溶液和含有苯二甲酰氯的溶液。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述缚酸剂与苯二胺共同溶解于溶剂中，制备成含有缚酸剂-苯二胺-溶剂的混合液；并进一步地，将缚酸剂-苯二胺-溶剂的混合液与含有苯二甲酰氯的溶液进行反应。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，制备所述含有苯二胺的溶液时，溶剂用量为苯二胺质量5～50倍；制备所述含有苯二甲酰氯的溶液时，溶剂用量为苯二甲酰氯质量5～50倍。
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