CN108623803A - 聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统 - Google Patents

聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统，属于高分子合成技术领域。聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合是对位芳纶领域的一个重大挑战，解决对苯二胺的高浓度连续稳定溶解和双螺杆稳定连续聚合是其中的两个关键。本发明的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统，设计了一套双螺杆系统来连续溶解PPD，不仅消除了PPD间歇溶解导致的批次差异，而且消除了高浓度PPD溶解引起的助溶盐氯化钙析出问题；利用无死角连接的两组双螺杆反应器，通过两组双螺杆不同体积及功能配置，实现了PPTA聚合的连续性和稳定性。本方法不仅可以提高PPTA聚合稳定性，而且可以实现PPTA高浓度连续聚合，大幅提高生产效率，降低生产成本。

Description

聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统，属于高分子合成技术领域。
背景技术
对位芳纶纤维具有高强高模、耐高温、耐溶剂、制品尺寸稳定等许多优异性能，在航空航天、国防及众多民用领域有重要的不可替代的价值。其中聚对苯二甲酰对苯二胺(以下简称PPTA)的连续稳定聚合是生产对位芳纶纤维的关键之一。工业上常用的PPTA聚合方法是低温溶液缩聚法。即将单体对苯二甲酰氯(以下简称TPC)与对苯二胺(以下简称PPD)在溶剂N-甲基吡咯烷酮(以下简称NMP)和助溶剂氯化钙复合体系中进行低温缩聚。在具体实施过程中，单体PPD的溶解配制方式对PPTA聚合反应会产生显著影响。PPD是一种高活性单体，在高温、氧化条件下极易发生副反应，因此PPD溶解方式及溶解后存放时间都会影响进入聚合体系时PPD的品质，进而对聚合物PPTA分子量和分布以及颜色产生影响。PPD常用的溶解方式是用溶解釜间歇溶解。即先配好NMP/CaCl2溶液，然后将PPD计量后在氮气保护下加入其中搅拌溶解。间歇溶解PPD很容易导致PPD在溶解后存放过程中变色，最终使得PPTA聚合物产生色差，进而使对位芳纶纤维产生色差甚至力学性能的变化。此外，PPD的这种溶解方式使得PPTA聚合只能在较低单体浓度(<0.4mol/L)下进行。因为PPD和氯化钙在NMP中的溶解是一种竞争关系，也就是PPD的加入会引起原本稳定溶解于NMP中的氯化钙变得不稳定析出。氯化钙的析出不仅会严重影响PPTA聚合的稳定性，因为PPTA聚合稳定性和氯化钙含量密切相关，较低的氯化钙浓度会导致PPTA分子过早沉淀，大幅降低PPTA的分子量，而且析出的氯化钙颗粒会严重影响PPD溶液计量的精度和稳定性，进而使得PPTA聚合更不稳定。
为了解决间歇配制PPD溶液的上述问题，专利CN201610239874.1设计了一个PPD连续溶解装置。该装置是一个连续搅拌溶解器，将PPD连续计量加入其中连续溶解，然后冷却恒温，连续计量输送到反应器中进行PPTA聚合。该装置较好地解决了PPD的连续溶解难题，但是没有解决PPD溶解过程中氯化钙析出问题。目前PPTA聚合一般采用单体浓度0.4mol/L或更低浓度进行反应，这种低浓度聚合导致生产成本(包括聚合和溶剂回收的成本)较高，因此，开发PPTA高浓度聚合技术具有很好的经济效益。
影响PPTA聚合稳定性的另一个重要因素是聚合反应器。双螺杆挤出机作为PPTA连续聚合反应器已经被证明是一种有效的聚合装置，但是如何设计双螺杆反应器并不是一件容易的事情。为了保证聚合无死角，利用单阶双螺杆进行聚合从理论上来说是最优的。但是实践证明，为了保证聚合充分，单阶双螺杆长径比过大(超过50)，设备成本较高。此外，单阶双螺杆系统中所有螺杆元件只能以一个相同的速度进行旋转，难以同时满足不同聚合状态物料的混合、剪切和破碎的要求，而且PPTA聚合后期物料破碎后体积膨胀，容易引起堵塞或物料反流，单阶双螺杆难以解决此难题。CN200720068969.8设计了一个由三阶螺杆组成的PPTA聚合系统，在三阶螺杆中分别进行PPTA预聚、主聚及后处理。该设计对于每阶螺杆元件的特征进行了详细说明，但是没有描述每阶螺杆之间的连接，即相邻螺杆间的连接问题。因为如果连接不当，就会造成物料在螺杆连接段长时间滞留，甚至造成堵塞，直接影响聚合的稳定性。此外，该设计也没有明确说明如何解决聚合后期物料破碎后体积膨胀的问题，尤其是在高浓度聚合条件下。还有，多阶螺杆系统结构复杂，设备造价高，容易造成生产成本大幅增加。
发明内容
本发明的目的是提出一种聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统，通过在特殊设计的双螺杆溶解器中将PPD连续溶解，消除PPD长时间溶解存放而氧化的隐患，解决已有技术中高浓度PPD溶解引起的氯化钙析出的难题。本发明设计由两台双螺杆挤出机组合的聚合反应器系统，该系统中一阶双螺杆负责完成单体混合和预聚过程，二阶双螺杆负责完成固相缩聚、凝胶破碎等过程。通过将二阶双螺杆直径放大，解决聚合后期聚合物体积膨大效应。
本发明提出的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法，包括以下各步骤：
(1)将脱水氯化钙溶解到N-甲基吡咯烷酮中，得到第一溶液，使氯化钙在第一溶液中的质量百分比浓度为8-12％，并将第一溶液冷却至10～20℃；
(2)将第一溶液分为第二溶液和第四溶液，其中第二溶液占第一溶液质量的20-50％；
(3)将对苯二胺在双螺杆溶解器的螺杆元件的剪切搅拌下溶解于第二溶液中，得到第三溶液，对苯二胺在第三溶液中的质量浓度为10-20％；
(4)将第四溶液与第三溶液混合均匀，得到第五溶液，使第五溶液中对苯二胺的摩尔浓度为0.4-0.8mol/L；
(5)将第五溶液与对苯二甲酰氯混合，得到第六溶液，第六溶液中对苯二甲酰氯和对苯二胺的加入摩尔比为：对苯二甲酰氯:对苯二胺＝(1.01～1):1，混合后的第六溶液快速自流到双螺杆反应器中进行聚合反应，双螺杆反应器由一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机组成，聚合反应时一阶螺杆转速为200-300rpm，二阶螺杆转速为100-200rpm，聚合温度为50℃-70℃，得到反应产物；
(6)将上述步骤(5)的反应产物进行水洗，然后在80-120℃下干燥8-15小时，得到聚对苯二甲酰对苯二胺树脂粉末。
本发明提出的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，包括溶解系统和聚合系统，所述的溶解系统通过溶解系统中的缓冲罐的出口与聚合系统中的单体混合器相连。
上述连续稳定聚合系统中，所述的溶解系统由料斗、失重秤、双螺杆溶解器和缓冲罐组成，所述的料斗的出口与失重秤的进口相连，失重秤与双螺杆溶解器上的接口非接触连接相连，双螺杆溶解器的出口与缓冲罐的进口相连，从失重秤出口到接口之间的管道中通高纯氮气保护；所述的双螺杆溶解器以倾斜角度α放置，使进料口高于出料口，倾斜角α在1-5°间可调。其中所述的双螺杆溶解器，由驱动系统、螺杆筒体及制冷系统组成，驱动系统驱动螺杆筒体内元件旋转，制冷系统通过螺杆筒体上的通道控制聚合体系的温度；所述的螺杆筒体中螺杆长径比为10-20，螺杆筒体内元件由输送元件和剪切元件组成，螺杆筒体的进料端以剪切元件为主，螺杆筒体的出料端以输送元件为主。
上述连续稳定聚合系统中，所述的聚合系统，由一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机拼接组成，一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机以L形连接，一阶双螺杆挤出机的出料端从二阶双螺杆挤出机的侧面垂直伸入到二阶双螺杆挤出机中，一阶螺杆元件和二阶螺杆元件互不接触；所述的一阶双螺杆挤出机包括驱动系统、单体混合器、一阶螺杆元件和制冷系统；驱动系统驱动一阶螺杆元件旋转；所述的一阶螺杆元件由混合元件和输送元件组成，螺杆长径比设计为10-20，螺杆筒体外安装有散热器；所述的二阶双螺杆挤出机由驱动系统、二阶螺杆元件及制冷系统组成；所述的二阶螺杆元件由剪切元件和破碎元件组成，螺杆长径比设计为20-40，二阶螺杆直径比一阶螺杆直径大10-50％；二阶螺杆的出料端设置1-2组输送元件，用于强制排料；二阶螺杆筒体外安装有散热器。
本发明提出的一种聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法及其系统，其优点是：
本发明方法对聚对苯二甲酰对苯二胺的生产方法进行了改进，而且为高浓度连续稳定聚合方法专门设计了一组无死角连接的双螺杆反应器，以确保PPTA聚合的稳定性，其中两组螺杆分工明确，一阶螺杆主要完成单体混合和预聚，二阶螺杆进行固相缩聚和破碎。通过本发明方法和系统，不仅消除PPD间歇溶解对PPTA聚合稳定性的影响，而且可以实现PPTA高浓度连续聚合的高度稳定，大幅提高生产效率，降低生产成本。本发明提出的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统中的双螺杆溶解器，可以连续溶解PPD，PPD溶解时间大幅缩短且稳定，因此可以消除PPD溶解后储存时间长短不一引起的氧化风险；双螺杆溶解PPD有效解决了高浓度条件下氯化钙析出的问题；两阶双螺杆聚合系统不仅分工明确，更加贴合PPTA聚合过程，而且无死角连接设计可以确保聚合的稳定性和连续性。
附图说明
图1是本发明提出的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统中溶解系统的结构示意图。
图2是本发明提出的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统中聚合系统的结构示意图。
图1和图2中，1是料斗，2是失重秤，3是双螺杆溶解器，4是缓冲罐，5是失重秤下料管与双螺杆溶解器接口，6是双螺杆溶解器的动力系统，7是螺杆筒体，8是螺杆制冷液进口，9是螺杆制冷液出口，10是第二溶液与双螺杆溶解器的接口，11是一阶双螺杆反应器，12是二阶双螺杆反应器，13是一阶双螺杆驱动系统，14是单体混合器，15是一阶双螺杆元件，16是二阶双螺杆驱动系统，17是二阶双螺杆元件，18和19分别是一阶双螺杆反应器制冷液进口和出口，20和21分别是二阶双螺杆反应器制冷液进口和出口。
图1中，①②③④⑤分别是第一、第二、第四、第四和第五溶液。图2中，⑤是第五溶液，⑥是TPC熔体，⑦是聚合产物。
具体实施方式
本发明提出的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法，包括以下各步骤：
(1)将脱水氯化钙(CaCl2)溶解到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到第一溶液(NMP/CaCl2溶液)，使氯化钙在第一溶液中的质量百分比浓度为8-12％，并将第一溶液冷却至10～20℃；
(2)将第一溶液分为第二溶液和第四溶液，其中第二溶液占第一溶液质量的20-50％；
(3)将对苯二胺在双螺杆溶解器的螺杆元件的剪切搅拌下溶解于第二溶液中，得到第三溶液，对苯二胺在第三溶液中的质量浓度为10-20％；其中第二溶液进入双螺杆溶解器，第四溶液直接输送到双螺杆溶解器的出口。这两部分溶液分开计量输送，并分别控制流量。对苯二胺(PPD)固体颗粒通过失重秤也连续计量输送到双螺杆溶解器中。螺杆转速在100-300rpm。对苯二胺在螺杆元件的剪切搅拌下溶解于第二溶液中形成第三溶液。第三溶液中的PPD浓度在10-20％(质量浓度)。利用螺杆筒体冷却装置，将溶解螺杆内溶液温度保持在不高于第二溶液温度。
(4)在双螺杆溶解器出口处，将第四溶液与第三溶液混合均匀，得到第五溶液，使第五溶液中对苯二胺的摩尔体积浓度为0.4-0.8mol/L；第五溶液自流或双螺杆推送到缓冲罐中并被搅拌混合均匀；使第五溶液在缓冲罐中同时被降温冷却到-5℃-5℃，通过温控系统将第五溶液使缓冲罐出口处降温；
用计量泵通过管道将第五溶液输送到单体混合器中。在输送过程中为了保持第五溶液恒温，输送管道采用夹套管。内管输送第五溶液，外管是冷却介质。在进入混合器之前将第五溶液恒温在-5-5℃区间，温度波动不超过±0.5℃。
(5)另一个聚合单体对苯二甲酰氯(TPC)在储罐中保温90-105℃，温度波动不超过±0.5℃。聚合开始时，用计量泵通过管道将第五溶液与对苯二甲酰氯输送到单体混合器混合，得到第六溶液，第六溶液中对苯二甲酰氯和对苯二胺的加入摩尔比为：对苯二甲酰氯:对苯二胺＝(1.01～1):1，混合后的第六溶液快速自流到双螺杆反应器中进行聚合反应，双螺杆反应器由一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机组成，聚合反应时一阶螺杆以高转速运行，转速为200-300rpm，二阶螺杆转速较低，转速为100-200rpm，聚合温度为50℃-70℃，得到反应产物；
(6)将上述步骤(5)的的反应产物进行水洗，然后在80-120℃下干燥8-15小时，得到聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)树脂粉末。用乌氏粘度计测试其比浓对数粘度。生产过程中随机取5个样品测其粘度，用标准公式计算其数据偏差。
本发明提出的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，包括溶解系统和聚合系统，溶解系统通过溶解系统中的缓冲罐的出口与聚合系统中的单体混合器相连。
上述聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统中的溶解系统，其结构如图1所示，由料斗1、失重秤2、双螺杆溶解器3和缓冲罐4组成，料斗1的出口与失重秤2的进口相连，失重秤2与双螺杆溶解器3上的接口5非接触相连，双螺杆溶解器3的出口与缓冲罐4的进口相连，从失重秤1的出口到接口5之间的管道中通高纯氮气保护。双螺杆溶解器3以倾斜角度α放置，使双螺杆溶解器3的进料口高于出料口，倾斜角α在1-5°间可调，以使双螺杆溶解器内液体不产生回流，以致浸润PPD失重秤上PPD出料口使PPD连续进料产生误差。
上述聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，其中的双螺杆溶解器的结构如图1所示，由驱动系统6、螺杆筒体7及制冷系统组成，驱动系统6驱动螺杆筒体7内的元件旋转，制冷系统通过螺杆筒体上的通道控制聚合体系的温度，图1中，8是制冷系统的制冷液进口，9是制冷系统的制冷液出口。螺杆筒体中螺杆长径比为10-20，螺杆筒体内元件由输送元件和剪切元件组成，螺杆筒体的进料端以剪切元件为主，螺杆筒体的出料端以输送元件为主。第二溶液与双螺杆溶解器在接口5处以管道密封连接；第三溶液与第四溶液在螺杆出口处的管道中混合到一起并被输送到缓冲罐中；缓冲罐带有搅拌和降温系统。在缓冲罐中第五溶液被进一步混合均匀并被冷却。
上述聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，其中的聚合系统的结构如图2所示，由一阶双螺杆挤出机11和二阶双螺杆挤出机12拼接组成，一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机以L形连接，一阶双螺杆挤出机的出料端从二阶双螺杆挤出机的侧面垂直伸入到二阶双螺杆挤出机中，一阶螺杆元件和二阶螺杆元件互不接触。一阶双螺杆挤出机包括驱动系统13、单体混合器14、一阶螺杆元件15和制冷系统。驱动系统13驱动一阶螺杆元件15旋转。一阶螺杆元件由混合元件和输送元件组成，螺杆长径比设计为10-20，螺杆筒体外安装有散热器，18和19分别是散热器的制冷液进口和制冷液出口。二阶双螺杆挤出机由驱动系统16、二阶螺杆元件17及制冷系统组成。二阶螺杆元件17由剪切元件和破碎元件组成，螺杆长径比设计为20-40，二阶螺杆直径比一阶螺杆直径大10-50％；二阶螺杆的出料端设置1-2组输送元件，用于强制排料；二阶螺杆筒体外安装有散热器，20和21分别是二阶双螺杆反应器中散热器的制冷液进口和制冷液出口。聚合时，恒温的第五溶液和TPC熔体在混合器处完成混合后进入一阶双螺杆挤出机进行聚合反应，反应完成的聚合产物从二阶双螺杆挤出机末端排出。
以下介绍本发明方法的实施例：
实施例1
将溶解有氯化钙的NMP溶液冷却至15℃。氯化钙浓度为8％(质量比)。用计量泵将NMP/CaCl2溶液连续计量输送到双螺杆溶解器中，保持流量在800.00kg/h，其中进入双螺杆溶解器的流量保持在300.00kg/h；在氮气保护下用失重秤连续计量输送PPD固体颗粒到双螺杆溶解器中，PPD进料量为50.00kg/h。双螺杆连续溶解器为Ф73型长径比为20的同向双螺杆挤出机。螺杆安装倾斜5°。在双螺杆连续溶解器中连续溶解对苯二胺并逐渐将其冷却到13℃。利用高速搅拌器将剩余500.00kg/h的NMP/CaCl2溶液与螺杆出口的PPD/NMP/CaCl2溶液混合，然后进入到带搅拌和冷却装置的储罐中。PPD溶液连续流动搅拌冷却到0℃。恒温后的PPD溶液通过输送泵和流量计计量并输送到混合器，稳定流量为850.00kg/h；保温90℃的对苯二甲酰氯熔体也通过输送泵和流量计计量并输送到混合器中，稳定流量为93.90kg/h。混合液通过自重向下流动进入螺杆反应器。螺杆反应器控制温度不超过70℃，一阶螺杆转速为200rpm，螺杆长径比为20，螺杆直径为Ф100；二阶螺杆转速为100rpm，螺杆长径比为40，螺杆直径为Ф135。将螺杆反应器出口的反应产物在搅拌条件下用大量水清洗，然后过滤出聚合物在120℃条件下干燥12小时，得到水含量1％左右的PPTA粉末。用乌氏粘度计测定对数比浓粘度为6.40±0.2。
实施例2
将溶解有氯化钙的NMP溶液冷却至10℃。氯化钙浓度为12％(质量比)。用计量泵将NMP/CaCl2溶液连续计量输送到双螺杆溶解器中，保持流量在1600.00kg/h，其中进入双螺杆溶解器的流量保持在800.00kg/h；在氮气保护下用失重秤连续计量输送PPD固体颗粒到双螺杆溶解器中，PPD进料量为120.00kg/h。双螺杆连续溶解器为Ф100型长径比为10的同向双螺杆挤出机。螺杆安装倾斜3°。在双螺杆连续溶解器中连续溶解对苯二胺并将其温度稳定在10℃。利用静态管道混合器将剩余800.00kg/h的NMP/CaCl2溶液与螺杆出口的PPD/NMP/CaCl2溶液混合，然后进入到带搅拌和冷却装置的储罐中。PPD溶液连续流动搅拌冷却到2℃。恒温后的PPD溶液通过输送泵和流量计计量并输送到混合器，稳定流量为1720.00kg/h；保温95℃的对苯二甲酰氯熔体也通过输送泵和流量计计量并输送到混合器中，稳定流量为225.00kg/h。混合液通过自重向下流动进入螺杆反应器。螺杆反应器控制温度不超过70℃，一阶螺杆转速为300rpm，螺杆长径比为20，螺杆直径为Ф135；二阶螺杆转速为200rpm，螺杆长径比为40，螺杆直径为Ф160。将螺杆反应器出口的反应产物在搅拌条件下用大量水清洗，然后过滤出聚合物在100℃条件下干燥12小时，得到水含量1.8％左右的PPTA粉末。用乌氏粘度计测定对数比浓粘度为6.10±0.2。
实施例3
将溶解有氯化钙的NMP溶液冷却至15℃。氯化钙浓度为10％(质量比)。用计量泵将NMP/CaCl2溶液连续计量输送到双螺杆溶解器中，保持流量在1200.00kg/h，其中进入双螺杆溶解器的流量保持在500.00kg/h；在氮气保护下用失重秤连续计量输送PPD固体颗粒到双螺杆溶解器中，PPD进料量为80.00kg/h。双螺杆连续溶解器为Ф100型长径比为10的同向双螺杆挤出机。螺杆安装倾斜2°。在双螺杆连续溶解器中连续溶解对苯二胺并保持温度在15℃。利用高速搅拌器将剩余700.00kg/h的NMP/CaCl2溶液与螺杆出口的PPD/NMP/CaCl2溶液混合，然后进入到带搅拌和冷却装置的储罐中。PPD溶液连续流动搅拌冷却到0℃。恒温后的PPD溶液通过输送泵和流量计计量并输送到混合器，稳定流量为1280.00kg/h；保温90℃的对苯二甲酰氯熔体也通过输送泵和流量计计量并输送到混合器中，稳定流量为150.00kg/h。混合液通过自重向下流动进入螺杆反应器。螺杆反应器控制温度不超过70℃，一阶螺杆转速为200rpm，螺杆长径比为15，螺杆直径为Ф135；二阶螺杆转速为100rpm，螺杆长径比为30，螺杆直径为Ф160。将螺杆反应器出口的反应产物在搅拌条件下用大量水清洗，然后过滤出聚合物在100℃条件下干燥12小时，得到水含量1.5％左右PPTA粉末。用乌氏粘度计测定对数比浓粘度为6.30±0.2。
实施例4
将溶解有氯化钙的NMP溶液冷却至10℃。氯化钙浓度为10％(质量比)。用计量泵将NMP/CaCl2溶液连续计量输送到双螺杆溶解器中，保持流量在600.00kg/h，其中进入双螺杆溶解器的流量保持在200.00kg/h；在氮气保护下用失重秤连续计量输送PPD固体颗粒到双螺杆溶解器中，PPD进料量为35.00kg/h。双螺杆连续溶解器为Ф73型长径比为10的同向双螺杆挤出机。螺杆安装倾斜3°。在双螺杆连续溶解器中连续溶解对苯二胺并保持温度在10℃。利用静态管道混合器将剩余400.00kg/h的NMP/CaCl2溶液与螺杆出口的PPD/NMP/CaCl2溶液混合，然后进入到带搅拌和冷却装置的储罐中。PPD溶液连续流动搅拌冷却到0℃。恒温后的PPD溶液通过输送泵和流量计计量并输送到混合器，稳定流量为635.00kg/h；保温95℃的对苯二甲酰氯熔体也通过输送泵和流量计计量并输送到混合器中，稳定流量为65.50kg/h。混合液通过自重向下流动进入螺杆反应器。螺杆反应器控制温度不超过70℃，一阶螺杆转速为250rpm，螺杆长径比为20，螺杆直径为Ф100；二阶螺杆转速为150rpm，螺杆长径比为25，螺杆直径为Ф135。将螺杆反应器出口的反应产物在搅拌条件下用大量水清洗，然后过滤出聚合物在150℃条件下干燥8小时，得到水含量0.5％左右PPTA粉末。用乌氏粘度计测定对数比浓粘度为6.50±0.2。

Claims (5)

1.一种聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：
(1)将脱水氯化钙溶解到N-甲基吡咯烷酮中，得到第一溶液，使氯化钙在第一溶液中的质量百分比浓度为8-12％，并将第一溶液冷却至10～20℃；
(2)将第一溶液分为第二溶液和第四溶液，其中第二溶液占第一溶液质量的20-50％；
(3)将对苯二胺在双螺杆溶解器的螺杆元件的剪切搅拌下溶解于第二溶液中，得到第三溶液，对苯二胺在第三溶液中的质量浓度为10-20％；
(4)将第四溶液与第三溶液混合均匀，得到第五溶液，使第五溶液中对苯二胺的摩尔浓度为0.4-0.8mol/L；
(5)将第五溶液与对苯二甲酰氯混合，得到第六溶液，第六溶液中对苯二甲酰氯和对苯二胺的加入摩尔比为：对苯二甲酰氯:对苯二胺＝(1.01～1):1，混合后的第六溶液快速自流到双螺杆反应器中进行聚合反应，双螺杆反应器由一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机组成，聚合反应时一阶螺杆转速为200-300rpm，二阶螺杆转速为100-200rpm，聚合温度为50℃-70℃，得到反应产物；
(6)将上述步骤(5)的反应产物进行水洗，然后在80-120℃下干燥8-15小时，得到聚对苯二甲酰对苯二胺树脂粉末。
2.一种聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，其特征在于包括溶解系统和聚合系统，所述的溶解系统通过溶解系统中的缓冲罐的出口与聚合系统中的单体混合器相连。
3.如权利要求2所述的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，其特征在于其中所述的溶解系统由料斗、失重秤、双螺杆溶解器和缓冲罐组成，所述的料斗的出口与失重秤的进口相连，失重秤与双螺杆溶解器上的接口非接触连接相连，双螺杆溶解器的出口与缓冲罐的进口相连，从失重秤出口到接口之间的管道中通高纯氮气保护；所述的双螺杆溶解器以倾斜角度α放置，使进料口高于出料口，倾斜角α在1-5°间可调。
4.如权利要求3所述的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，其特征在于其中所述的双螺杆溶解器，由驱动系统、螺杆筒体及制冷系统组成，驱动系统驱动螺杆筒体内元件旋转，制冷系统通过螺杆筒体上的通道控制聚合体系的温度；所述的螺杆筒体中螺杆长径比为10-20，螺杆筒体内元件由输送元件和剪切元件组成，螺杆筒体的进料端以剪切元件为主，螺杆筒体的出料端以输送元件为主。
5.如权利要求2所述的聚对苯二甲酰对苯二胺高浓度连续稳定聚合系统，其特征在于其中所述的聚合系统，由一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机拼接组成，一阶双螺杆挤出机和二阶双螺杆挤出机以L形连接，一阶双螺杆挤出机的出料端从二阶双螺杆挤出机的侧面垂直伸入到二阶双螺杆挤出机中，一阶螺杆元件和二阶螺杆元件互不接触；所述的一阶双螺杆挤出机包括驱动系统、单体混合器、一阶螺杆元件和制冷系统；驱动系统驱动一阶螺杆元件旋转；所述的一阶螺杆元件由混合元件和输送元件组成，螺杆长径比设计为10-20，螺杆筒体外安装有散热器；所述的二阶双螺杆挤出机由驱动系统、二阶螺杆元件及制冷系统组成；所述的二阶螺杆元件由剪切元件和破碎元件组成，螺杆长径比设计为20-40，二阶螺杆直径比一阶螺杆直径大10-50％；二阶螺杆的出料端设置1-2组输送元件，用于强制排料；二阶螺杆筒体外安装有散热器。
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