[发明专利]一种用于高温差快速反应的物料混合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温差快速反应的物料混合器，特别适用于以NMP-CaCl₂为溶剂连续生产聚对苯二甲酰对苯二胺树脂初始混合反应时的混合器。

背景技术

1935年，美国杜邦公司科学家Carothers发明了脂肪族聚酰胺纤维(即聚己二酰己二胺<尼龙66>纤维)，从此，为聚酰胺纤维应用到工业领域开辟了新天地，其中以杜邦公司1966年发表令人注目的高性能聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，其正式的商品名为Kevlar(我国简称对位芳纶，芳纶1414和芳纶II)。因其具有高强度、高模量和耐高温的等特性，目前广泛用于轮胎帘子线、高强度索具、高压容器外壳、汽车磨擦片、建筑土工材料、代替钢铁的各种增强复合材料、输送带、特种帆布等。在军事方面如制作防弹衣、头盔、导弹外壳、装甲板、雷达装置外罩等。由于它的用途十分广泛，曾被称为“全能纤维”，目前已有170多种用途。

自1971年杜邦公司完成试生产设备(100～200t/a)生产以来，经过多次扩产和合资，目前杜邦公司的Kevlar生产能力已超过3万t/a。日本帝人公司在松山工厂刚开始生产高强度的共聚对位芳纶纤维，在收购荷兰阿克苏公司的Twaron纤维和多次扩产后，目前已达到2.5万t/a。这两家公司占据了世界上对位芳纶纤维生产量的98％。

同期研究开发对位芳香族聚酰胺的还有其它一些纤维公司，大多因为连续生产高分子的相对分子量做不高、溶解方面选不出合格的溶剂等困难而终止了研究。

要获得高特性粘度、高分子量的树脂，就要求生产对位芳纶树脂的两个单体在低温下瞬时间以精确化学计量系数为配比混合均匀，而要解决这个问题就涉及到混合两个单体的混合器。我国虽然从20世纪80年代也开始了对位芳纶纤维的研究，当时在树脂聚合方面已取得了一定的进展，但是就因为一直没有找到合适的混合设备使反应的两个单体在溶剂和助溶剂中以精确化学计量系数为配比连续稳定的混合好后进入到聚合反应器中，从而导致生产的树脂特性粘度不均匀，使纤维的断裂强度离散系数很大，不能达到使用要求。

设计结构合理的混合器比较困难，主要有以下原因。一是要使两个单体以化学计量系数为配比进行混合，就要求两个单体均为液体或者一个为液体另一个为熔融态以便计量准确以保证化学计量系数的平衡，这样才利于在短时间内混合均匀。目前因为聚对苯二甲酰对苯二胺树脂以NMP-CaCl₂对溶剂，但是研究发现对苯二甲酰氯与NMP-CaCl₂溶剂在一定温度下能发生反应，这样的反应虽然微量也会导致最终树脂分子量不高，因此只能是对苯二胺溶解在NMP-CaCl₂体系中以液体形式存在，而对苯二甲酰氯以熔融态形式存在；二是两个单体反应速度特别快而且反应过程中发生相变(即从液态很快变成凝胶态，再反应一段时间后变成固态)，所以要求两个单体在较短时间内混合均匀并及时移走，否则停留时间过长聚合物就会以凝胶形式存在难以流动，还有物料在混合器内虽然停留时间较短但树脂仍可能有少量聚合物以小凝胶形式存在，这样就很容易粘在混合器壁上，要使反应能够连续稳定地进行就需要及时将粘贴在混合器壁上的物料刮走并送进反应器进行进一步的反应；三是为获得高分子量的树脂以及控制初始混合反应的速度要求两个单体初始混合反应时在低温下进行，所以不但要求NMP-CaCl₂对苯二胺等预聚物体系以很低的温度进入混合器中，而且混合器内最好维持低温状态，但是对苯二甲酰氯是以熔融态而且进入流量相对预聚物体系小很多的方式进入到混合器中的，所以对苯二甲酰氯的进料口可能受混合器内低温体系的影响而使对苯二甲酰氯凝固出来而被堵塞掉，使连续混合不能顺利进行。

总之，因混合器的问题而使聚对苯二甲酰对苯二胺树脂生产不能连续稳定地产业化，但因为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维用途广泛，在我国潜在需求量非常大，而目前我国使用的对位芳纶纤维全部靠进口，进口价格近几年也疯涨(8年内涨了15倍)。所以实现我国对位芳纶纤维产生产工业化就显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在针对由于上述原因目前没有合适的混合设备使反应的两个单体在溶剂和助溶剂中以精确化学计量系数为配比连续稳定的混合好后进入到聚合反应器中，以致不能连续稳定地生产高分子量的树脂的现状，提供一种用于高温差快速反应的物料混合器，使混合反应顺利进行。并将本发明应用到芳纶生产中，实现聚对苯二甲酰对苯二胺树脂连续稳定化地工业生产。