CN202030686U - 一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置 - Google Patents

Abstract

一种连续制备聚对苯二甲酰对二胺聚合体的装置，属高分子材料领域，是涉及聚合物材料制造技术。其要点是：该装置由三台加料器，两台混合器，三台双螺杆反应器并由质量流量计和输送齿轮泵配合使用所组成；利用该装置并结合使用方法，可以解决对苯二胺在含助溶剂的溶剂中长期存储颜色变深、反应活性降低的问题，多台双螺杆反应器组合使用，满足了缩聚反应不同阶段的混合要求和对数粘度在6.5dl/g以上，能满足工业化连续制备性能要求。

Description

一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置

技术领域

属高分子材料领域，是涉及聚合物材料制造技术。确切地说是涉及一种适用于工业化连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置和它的制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺纤维也称对位芳纶纤维，对位芳纶纤维是目前世界上高性能纤维中用途最广、需求量最大的纤维，是制造高强度轻质装甲和特种防护材料的首选，被广泛应用于航天、航空、军工、机电、建筑、汽车、体育用品等领域。

高质量的聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体是制备高质量聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的重要前提，本发明所说的聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体化学结构如下：

目前连续聚合制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的情况如下：

美国专利USP3850888和USP3884881公开了一种连续化制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的方法。该方法是先将对苯二胺粉末完全溶解在六甲基磷酰三胺溶剂中，然后与对苯二甲酰氯熔体同时加入到喷射混合器中混合，再进入双螺杆反应器中反应一段时间，得到聚合体混合物，该混合物经洗涤、脱水、干燥后得到聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体。该方法的优点在于六甲基磷酰三胺溶剂极性很强，溶剂中不需要加入助溶剂就可以制备出高比浓对数粘度的聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体，且聚合体灰分也很少，但由于六甲基磷酰三胺溶剂有致癌作用，目前工业化生产聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体中，已经明确禁止使用该溶剂。

中国专利CN1687186A公开了一种连续化制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的方法。该方法是先将对苯二胺粉末完全溶解在含助溶剂的溶剂中，然后按对苯二胺固体与对苯二甲酰氯粉末以1∶1～1∶1.01的比例加入挤出机，在反应温度-20～5℃下，停留2～25分钟，挤出的聚合体经静置、洗涤、脱水、干燥后，得到淡黄色聚合体粉末。该方法制得的树脂在浓硫酸中的溶解性能良好，可纺性好，纤维色泽好，性能稳定，树脂的可纺性好，所纺纤维色泽好，强度高，性能稳定。但是，该方法先将对苯二胺粉末完全溶解在含助溶剂的溶剂中，工业化生产后，由于对苯二胺长时间停留在含助溶剂的溶剂中，助溶剂的活化作用会使对苯二胺颜色变深、反应活性降低，从而影响到聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体及纤维的色泽，也影响反应过程中于对苯二甲酰氯的配比；该方法中只采用一台双螺杆反应器，反应过程中转速固定，不能满足缩聚反应过程中不同阶段的混合要求；该方法制备的聚合体比浓对数粘度最高为5.65dl/g，不适合制备高强聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。

中国专利CN101550231A公开了一种连续制备高粘度聚对苯二甲酰对苯二胺树脂的工业方法及缩聚反应器。该方法是先将助溶剂配成水溶液，再与溶剂精馏除掉水分，对苯二胺粉末完全溶解在含助溶剂的溶剂中，然后在预缩聚釜中加入部分对苯二甲酰氯进行预缩聚反应制得预聚体，预聚体再与剩余对苯二甲酰氯熔体连续按比例加入到双轴捏合机中，反应一段时间制得聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体混合物，该混合物经粉碎、中和、洗涤、脱水、干燥后，得到淡黄色聚合体粉末。该方法克服了天气、操作对聚合溶剂体系水分的不利影响，实现了连续、密闭、洁净化生产，但是该方法先将对苯二胺粉末完全溶解在含助溶剂的溶剂中，工业化生产后，由于对苯二胺长时间停留在含助溶剂的溶剂中，助溶剂的活化作用会使对苯二胺颜色变深、反应活性降低，从而影响到聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体及纤维的色泽，也影响反应过程中于对苯二甲酰氯的配比；该方法将聚合反应分成两个阶段，第一阶段为间歇式预缩聚阶段，由于是间歇式聚合，将会不可避免地产生批差，同时形成的预聚体有较高的表观粘度，影响第二阶段连续聚合的精密计量与混合；该方法中所使用的双轴捏合机反应器没有自清洁功能，产生的积料将影响第二阶段的连续聚合反应。

发明内容

本实用新型提供克服现有技术不足的一种连续制备聚对苯二甲酰对二胺聚合体的装置。

本实用新型采取的技术方案：

一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置，包含双螺杆反应器，其方案是：有三个独立设置温度和旋转参数的双螺杆反应器，其装置的连接关系是：在三台加料器的输出口与混合器的输入端之间联接着计量器和输送齿轮泵：CaCl₂-NMP溶剂存储槽、TPC熔体存储槽与混合器的输入端之间联接着输送齿轮泵和质量流量计，PPD粉末料仓与混合器的输入端之间联接着失重式电子秤；混合器输出端与第一号双螺杆反应器输入端相接；第一号双螺杆反应器输出端与带搅拌的混合槽输入端相接；带搅拌的混合槽输出端、添加剂存储槽输出端和第二号双螺杆反应器输入端之间联接着输送齿轮泵和质量流量计；第二号双螺杆反应器输出端与第三号双螺杆反应器输入端相接；第三号双螺杆反应器输出端依次接粉碎装置、水洗装置、干燥装置、并与聚合体接收槽相联接。

本实用新型的积极效果：

(1)适用于工业化大规模连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体；

(2)对苯二胺与对苯二甲酰氯按1∶1～1.01(摩尔比)同时连续加入到含助溶剂的溶剂中，既解决了对苯二胺在含助溶剂的溶剂中长期存储颜色变深、反应活性降低的问题，又能连续精确计量两者流量，保持配比稳定。

(3)多台双螺杆反应器组合使用，设定不同转速，满足缩聚反应不同阶段的混合要求，且三台双螺杆反应器都有自清洁功能，不会产生积料现象。

(4)制备出来的聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体比浓对数粘度在6.5dl/g以上，能满足高强度聚对苯二甲酰对苯二胺的连续稳定纺丝。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图

具体实施方式

现结合附图对本实用新型的结构作进一步说明，

一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置，包含双螺杆反应器，其特征是：有三个独立设置温度和旋转参数的双螺杆反应器，其装置的连接关系是：在三台加料器(1，2，3)的输出口与混合器9的输入端之间联接着计量器和输送齿轮泵：CaCl₂-NMP溶剂存储槽1、TPC熔体存储槽3与混合器9的输入端之间联接着输送齿轮泵(4，6)和质量流量计(7，8)，PPD粉末料仓2与混合器9的输入端之间联接着失重式电子秤5；混合器9输出端与第一号双螺杆反应器10输入端相接；第一号双螺杆反应器10输出端与带搅拌的混合槽11输入端相接；带搅拌的混合槽11输出端、添加剂存储槽13输出端和第二号双螺杆反应器17输入端之间联接着输送齿轮泵(12，14)和质量流量计(16、15)；第二号双螺杆反应器17输出端与第三号双螺杆反应器18输入端相接；第三号双螺杆反应器18输出端依次接粉碎装置、水洗装置、干燥装置、并与聚合体接收槽19相联接。

所述的第一号双螺杆反应器和第二号双螺杆反应器均是直径为110～130mm，长径比6～8，转速可调为200～400rpm，实现物料停留时间在5～10s；在二个双螺杆反应器中均采用夹套冷却水冷却；第一号双螺杆反应器冷却温度为-5～5℃；第二号双螺杆反应器冷却温度为冷却温度为0～20℃。

所述的混合槽是采用夹套冷却水冷却，冷却温度为-5℃～5℃。

所述的第三号双螺杆反应器直径为380～420mm，长径比为9～11，转速可调为20～80rpm，实现物料停留时间在3～15min。

Claims (4)

1.一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置，包含双螺杆反应器，其特征是：有三个独立设置温度和旋转参数的双螺杆反应器，其装置的连接关系是：在三台加料器(1，2，3)的输出口与混合器(9)的输入端之间联接着计量器和输送齿轮泵：CaCl₂-NMP溶剂存储槽(1)、TPC熔体存储槽(3)与混合器(9)的输入端之间联接着输送齿轮泵(4，6)和质量流量计(7，8)，PPD粉末料仓(2)与混合器(9)的输入端之间联接着失重式电子秤(5)；混合器(9)输出端与第一号双螺杆反应器(10)输入端相接；第一号双螺杆反应器(10)输出端与带搅拌的混合槽(11)输入端相接；带搅拌的混合槽(11)输出端、添加剂存储槽(13)输出端和第二号双螺杆反应器(17)输入端之间联接着输送齿轮泵(12，14)和质量流量计(16、15)；第二号双螺杆反应器(17)输出端与第三号双螺杆反应器(18)输入端相接；第三号双螺杆反应器(18)输出端依次接粉碎装置、水洗装置、干燥装置、并与聚合体接收槽(19)相联接。

2.根据权利要求1所述的一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置，其特征是：所述的第一号双螺杆反应器和第二号双螺杆反应器均是直径为110～130mm，长径比6～8，转速可调为200～400rpm，实现物料停留时间在5～10s；在二个双螺杆反应器中均采用夹套冷却水冷却；第一号双螺杆反应器冷却温度为-5～5℃；第二号双螺杆反应器冷却温度为冷却温度为0～20℃。

3.根据权利要求1所述的一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置，其特征是：所述的混合槽是采用夹套冷却水冷却，冷却温度为-5℃～5℃。

4.根据权利要求1所述的一种连续制备聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体的装置，其特征是：所述的第三号双螺杆反应器直径为380～420mm，长径比为9～11，转速可调为20～80rpm，实现物料停留时间在3～15min。

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