CN114570309A - 一种纯化聚醚酰胺酸的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯化聚醚酰胺酸的设备及纯化方法，所述设备由上到下依次包括连通的搅拌分层釜、出料通道和输料组件；所述输料组件为单螺杆输料机。本发明发明人在实践中发现聚醚酰亚胺树脂生产过程中，其中间体产物聚醚酰胺酸与溶剂结合紧密，如不完全去除后续工艺处理无法进行，由此发明人设计了一种纯化聚醚酰胺酸的设备及纯化方法，通过该设备及相应纯化方法对含有高沸点溶剂残余的聚醚酰胺酸树脂进行处理，可以用较短的时间得到无溶剂残余的聚醚酰胺酸，从而为下一步亚胺化得到聚醚酰亚胺树脂创造必要条件。

Description

一种纯化聚醚酰胺酸的设备和方法

技术领域

本发明涉及树脂生产领域，特别是涉及一种纯化聚醚酰胺酸的设备和方法。

背景技术

聚醚酰亚胺树脂是一种性能优良的特种工程塑料，其具有类似聚酰亚胺树脂的耐热性、耐候性、耐溶剂性等优点同时，还具有聚酰亚胺树脂不具备的熔融加工性，因此广泛应用于航空、医疗、电子、汽车等应用领域。

目前其生产工艺包含直接合成的一步法以及两步法。其中两步法是先合成聚醚酰胺酸树脂，再热处理得到聚醚酰亚胺。两步法工艺中的第一步在NMP或DMAC强极性溶剂中，将二酐与二胺单体通过自放热反应，得到合适分子量并具有较高粘度的聚醚酰胺酸溶液，之后通过将溶液在凝固浴中双向渗透除掉溶剂得到固体状态的聚醚酰胺酸，得到产物经过粉碎后多次洗涤干燥后得到粉末或小颗粒态的聚醚酰胺酸树脂，最后经过高温熔融加工得到聚醚酰亚胺产品。

在这一过程中因为聚醚酰胺酸中间体具有未与主链分子链扣合的侧向羧基存在，使线型分子链具有很好的柔韧性，因此无论是溶解性还是加工性都很好，但也因为羧基的存在使其与强极性溶剂容易络合，一般还残留有2～3wt％的强极性高沸点溶剂，其需要经过凝固浴和多级水洗的方式除去，否则有强极性高沸点溶剂残留，在后续加工过程中轻则会影响产品色泽和透明度，严重会发生交联阻断高温下羧基与主链氨基的亚胺化形成酰胺键的反应，从而导致无法得到兼具耐高温性与熔融加工性的聚醚酰亚胺目标产品。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种纯化聚醚酰胺酸的设备和方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明提供一种聚醚酰胺酸纯化设备，所述设备由上到下依次包括连通的搅拌分层釜、出料通道和输料组件；所述输料组件为单螺杆输料机。

在一实施方式中，所述搅拌分层釜为立式釜体。

在一实施方式中，所述搅拌分层釜具有锥形底。

在一实施方式中，所述搅拌分层釜的底端设有釜底阀。

在一实施方式中，所述出料通道上设有观察视窗。

在一实施方式中，所述搅拌分层釜的外侧壁上设有保温夹层。在一实施方式中，所述搅拌分层釜还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌桨，所述搅拌桨由上到下依次包括双螺带式搅拌浆叶和锚式搅拌浆叶。

在一实施方式中，所述观察视窗和输料组件之间的出料通道上还连通有旁路液料出口通道。

在一实施方式中，所述锥形底的高度为所述搅拌分层釜高度的0.25～0.35。

在一实施方式中，所述锚式搅拌浆叶的外轮廓与所述搅拌分层釜的锥形底结构贴合匹配。

在一实施方式中，所述搅拌分层釜的顶部设有树脂物料加料口、淋洗溶剂加料口和蒸发溶剂回流口。

在一实施方式中，所述蒸发溶剂回流口连通有冷凝回流通道，所述冷凝回流通道上设有回流冷凝器。

在一实施方式中，所述树脂物料加料口设有开关。

在一实施方式中，所述单螺杆输料机的长径比大于等于2：1。

在一实施方式中，所述搅拌分层釜的长径比大于等于2：1。

本发明还公开了如上述所述的纯化设备用于纯化聚醚酰胺酸的用途。

本发明还提供一种纯化聚醚酰胺酸的方法，采用如上述所述的设备，在搅拌分层釜中，粉末或颗粒状聚醚酰胺酸与乙醇接触混合且相互黏连成具有流动性整体并与液质分层；经出料通道分离获得纯化后的聚醚酰胺酸；再经输料组件连续输出纯化后聚醚酰胺酸。

优选地，搅拌分层釜的工作温度为70～80℃。

优选地，所述输料组件的工作温度为70～80℃。

优选地，所述乙醇的用量为聚醚酰胺酸质量的至少3倍。

优选地，纯化后的聚醚酰胺酸再在60～80℃下加工塑形。

本申请上述要求保护的技术方案具有以下有益效果：

现有技术中，传统工艺处理两步法工艺中的聚醚酰胺酸树脂需要经过多级水洗或热水蒸煮的方式促进强极性溶剂与聚酰胺酸分离，但所需时间较长影响连续性，且聚醚酰胺酸树脂在热水洗作用下稳定性不如聚醚酰亚胺稳定，对产品性能不利。本发明发明人在实践中发现聚醚酰亚胺树脂生产过程中，其中间体产物聚醚酰胺酸与溶剂结合紧密，如不完全去除后续工艺处理无法进行，由此发明人设计了一种纯化聚醚酰胺酸的设备及纯化方法，通过该设备及相应纯化方法对含有高沸点溶剂残余的聚醚酰胺酸树脂进行处理，可以用较短的时间得到无溶剂残余的聚醚酰胺酸，从而为下一步亚胺化得到聚醚酰胺亚胺树脂创造必要条件。

附图说明

图1显示为本发明的纯化聚醚酰胺酸的设备的结构示意图。

图1中附图标记说明如下

1为搅拌分层釜

11为釜底阀

12为保温夹层

13为搅拌桨

14为树脂物料加料口

15为淋洗溶剂加料口；

16为蒸发溶剂回流口；

17为回流冷凝器；

2为出料通道

21为观察视窗

22为旁路液料出口通道；

3为输料组件。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本申请实施例中提供一种聚醚酰胺酸纯化设备，所述设备由上到下依次包括连通的搅拌分层釜1、出料通道2和输料组件3；所述输料组件3为单螺杆输料机。

在一个具体的实施方式中，所述搅拌分层釜1为立式釜体。在一个优选的实施方式中，所述立式釜体为长直筒型。

在一个具体的实施方式中，所述搅拌分层釜1具有锥形底。其锥形底的结构方便处理后的聚醚酰胺酸等组分在釜体内更明显分层。在一个具体的实施方式中，所述搅拌分层釜1的底端设有釜底阀。

在一个具体的实施方式中，所述出料通道2上设有观察视窗21。所述观察视窗21可保证对不同颜色及流动状态的物料层的识别，从而结合旁路液料出口通道22及输料组件3分别将相应物质分流分离。

具体地，所述单螺杆输料机包括输料单螺杆和单螺杆电机，所述单螺杆电机用于驱动所述输料单螺杆工作。

在一个具体的实施方式中，所述搅拌分层釜1的外侧壁上设有保温夹层12。更利于通入蒸汽等热媒快速加热淋洗溶剂，减少处理时间。

在一个具体的实施方式中，所述搅拌分层釜1还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌桨13，所述搅拌桨13由上到下依次包括双螺带式搅拌浆叶和锚式搅拌浆叶。在一个具体的实施方式中，所述双螺带式搅拌桨叶为下压式双螺带式搅拌桨叶。在这一具体实施方式中，搅拌桨采用复合式结构，位于下部的锚式搅拌桨叶保证升温后聚醚酰胺酸形成的粘流体下压团聚与乙醇明显分层，从而由上至下形成乙醇、纯化后聚醚酰胺酸(粘稠态)和强极性高沸点溶剂(黑色液体)的三层结构；位于上部的双螺带式搅拌桨叶保证升温过程中粉末或颗粒状的聚醚酰胺酸不挂壁且能够与淋洗用溶剂工业乙醇充分分散混合以相互作用。

在一个具体的实施方式中，所述观察视窗21和输料组件3之间的出料通道上还连通有旁路液料出口通道22。通过调节旁路液料出口通道22的开关来实现物料分流，具体来说，流动性好的乙醇和强极性溶剂通过旁路液料出口通道分流。其中，乙醇经过过滤脱色后重复使用，少量强极性溶剂统一处理。

在一个具体的实施方式中，所述锥形底的高度为所述搅拌分层釜1高度的0.25～0.35。

在一个具体的实施方式中，所述锚式搅拌浆叶的外轮廓与所述搅拌分层釜1的锥形底结构贴合匹配。

在一个具体的实施方式中，所述搅拌分层釜1的顶部设有树脂物料加料口14、淋洗溶剂加料口15和蒸发溶剂回流口16。在一个优选的实施方式中，所述物料加料口设有开关。

在一个具体的实施方式中，所述蒸发溶剂回流口16连通有冷凝回流通道，所述冷凝回流通道上设有回流冷凝器17。

在一个具体的实施方式中，所述树脂物料加料口14设有开关。

在一个具体的实施方式中，所述单螺杆输料机的长径比大于等于2：1。符合这一长径比条件的单螺杆输料机才能保证本申请中的粘流态聚醚酰胺酸的连续输出。

在一个具体的实施方式中，所述搅拌分层釜的长径比大于等于2：1。

在一个优选的实施方式中，喷淋液料为工业乙醇。其与合成反应所用的DMAC或NMP具有明显的密度差异，更方便处理后的组分分层，且沸点较低更利于快速加热及后续分离。

在采用如上述所述的设备进行聚醚酰胺酸的纯化时，保温夹层中采用的热媒蒸汽，从而可以快速加热喷淋溶剂，减少处理时间。

本申请实施例中还提供了一种纯化聚醚酰胺酸的方法，其采用如上述所述的设备，在搅拌分层釜1中，粉末或颗粒状聚醚酰胺酸与热乙醇接触混合互相黏连成具有流动性整体并与液质分层；经出料通道2分离得到纯化后的聚醚酰胺酸；再经输料组件3连续输出纯化后聚醚酰胺酸。

在纯化操作时，搅拌分层釜的处理温度遵从如下选择方式：在搅拌作用下使搅拌分层釜1的回流冷凝器17及通有热媒的保温夹层12的加热作用下形成稳定液体回流，该温度下淋洗溶剂乙醇会与聚醚酰胺酸中的羧基作用从而弱化高沸点强极性残留溶剂的络合，使强极性高沸点溶剂与聚醚酰胺酸分离并分层，因为密度差异沉在搅拌分层釜1的最底层。在一个更优选的实施方式中，搅拌分层釜1的工作温度为70～80℃。在一个优选的实施方式中，所述输料组件的工作温度为70～80℃。

在一个优选的实施方式中，纯化后的聚醚酰胺酸再在60～80℃下加工塑形。如进行拉条冷却，以切粒成统一规格固体，以方便后续处理。

在纯化操作时，树脂物料加料口14和淋洗溶剂加料口15在加料前，精确计量加入的待处理物料粉末或颗粒状聚醚酰胺酸和淋洗溶剂乙醇的量，使纯化处理工作能够按照设定的分层分离原理完成，同时能够最大程度的节约处理时间和能耗。在一个更优选的实施方式中，所述所述乙醇的用量为聚醚酰胺酸质量的至少3倍。如果乙醇的使用量少于待处理树脂状聚醚酰胺酸质量的3倍，那么会导致分层不明显，从而导致纯化处理时间长，纯化效率低下的问题；如果乙醇的使用量过多，又会给后期的乙醇分离回收工作带来额外负担。

在纯化操作时，采用如图1所示的具体的设备进行纯化操作，在持续搅拌和回流产生半小时以上，在70～80℃时乙醇与聚醚酰胺酸作用形成粘流态物质，而强极性高沸点溶剂位于最底层，乙醇溶剂位于最上层。通过出料通道2中的观察视窗21观察不同颜色及流动态物料层，并通过调节旁路液料出口通道的开关将位于底层的高沸点强极性溶剂和位于最上层的乙醇分离出，具有一定粘度和流动性的聚醚酰胺酸在70～80℃下可通过输料组件3连续排出，在排出后冷却至60℃以下时会呈固体状态，在60～80℃之间一定粘度的流体状态很方便后续设备管路输送和根据需求塑形。

采用本申请中上述设备和纯化方法非常适合处理含有少量高沸点强极性残余溶剂的聚醚酰胺酸树脂粉末或颗粒，其在本申请上述设备中的低密度低沸点溶剂乙醇中共混、搅拌、加热；最终在搅拌分层釜的底部依次形成乙醇溶剂、粘流态聚醚酰胺树脂和高沸点强极性溶剂的上中下三层分层物料，经后续分流分离，获得去除高沸点残余溶剂且更密实的聚醚酰胺酸树脂。

本申请利用高温下乙醇与聚醚酰胺酸树脂中侧链羧基的作用，通过改变聚醚酰胺酸树脂状态的方式使其与残存反应强极性溶剂分离，在密度与重力作用下形成具有流动性且互相分层的组分构造，可在密闭容器中短时间内连续分离各组分，相较传统用纯净水多次洗涤或高温蒸煮的方法，节省时间成本的同时减少水煮对聚醚酰胺酸稳定性的不利影响，较低的处理温度和较少的处理时间更利于提高加工效率，出料得到的聚醚酰胺酸冷却后密实度更高，相较传统工艺的粉末结构更利于后续处理。

经过本设备及方法处理后的聚醚酰胺酸，在后续高温处理环节更利于脱除分子链羧基上的结构，方便后续脱除小分子形成聚醚酰亚胺结构。

本发明对采用两步法工艺的先合成聚醚酰胺酸再处理得到聚醚酰亚胺结构的反应均适用，只要在强极性溶剂中能合成具有一定粘度的聚醚酰胺酸溶液，其经过凝固浴出料后有一定溶剂残余的状态都可采用此方法处理，适用性广泛。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种聚醚酰胺酸纯化设备，其特征在于，所述设备由上到下依次包括连通的搅拌分层釜(1)、出料通道(2)和输料组件(3)；所述输料组件(3)为单螺杆输料机。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述搅拌分层釜(1)为立式釜体；和/或，所述搅拌分层釜(1)具有锥形底；和/或，所述搅拌分层釜(1)的底端设有釜底阀；和/或，所述出料通道(2)上设有观察视窗(21)；和/或，所述搅拌分层釜(1)的外侧壁上设有保温夹层(12)。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述搅拌分层釜(1)还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌桨(13)，所述搅拌桨(13)由上到下依次包括双螺带式搅拌浆叶和锚式搅拌浆叶；和/或，所述观察视窗(21)和输料组件(3)之间的出料通道上还连通有旁路液料出口通道(22)；和/或，所述锥形底的高度为所述搅拌分层釜(1)高度的0.25～0.35。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述锚式搅拌浆叶的外轮廓与所述搅拌分层釜(1)的锥形底结构贴合匹配。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述搅拌分层釜(1)的顶部设有树脂物料加料口(14)、淋洗溶剂加料口(15)和蒸发溶剂回流口(16)。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述蒸发溶剂回流口(16)连通有冷凝回流通道，所述冷凝回流通道上设有回流冷凝器(17)；和/或，所述树脂物料加料口(14)设有开关。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述单螺杆输料机的长径比大于等于2：1；和/或，所述搅拌分层釜的长径比大于等于2：1。

8.如权利要求1～7任一项所述的纯化设备用于纯化聚醚酰胺酸的用途。

9.一种纯化聚醚酰胺酸的方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的设备，在搅拌分层釜中，粉末或颗粒状聚醚酰胺酸与乙醇接触混合且互相黏连成具有流动性整体并与液质分层；经出料通道分离获得纯化后的聚醚酰胺酸；再经输料组件连续输出纯化后聚醚酰胺酸。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，搅拌分层釜的工作温度为70～80℃；和/或，所述输料组件的工作温度为70～80℃；和/或，所述乙醇的用量为聚醚酰胺酸质量的至少3倍；和/或，纯化后的聚醚酰胺酸再在60～80℃下加工塑形。

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