[发明专利]聚酰胺的微波辐射聚合方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚酰胺的聚合方法，尤其是涉及一种聚酰胺的微波辐射聚合方法。

背景技术

聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，英文名称Polyamide，简称PA，是大分子主链重复单元中含有酰胺基团(CONH-)的高聚物的总称。聚酰胺既可用二元胺和二元酸缩聚制得，也可用内酰胺开环聚合制得，或可由其必要的单体混合物共聚合制得，现在发展到利用三官能团或多官能团单体与氨基酸或二元胺或二元酸单体合成具有某种特殊性能的超支化聚酰胺。自从1931年美国杜邦公司申请第一篇尼龙聚合专利并于1939年实现工业化以来，经过众多科学家的不懈努力，现已形成PA6、PA66、PA11、PA12、PA610、PA1010、PA612、PA46、PAMXD6、PA6T、PA9T、PPA、PPTA、HBPA等庞大的聚酰胺家族，其产量一直居生产纤维、塑料各高分子材料品种之首，对满足人类物质需要、丰富人民生活发挥了重要作用。这些聚酰胺通常的生产方法均是其单体通过高温、高压缩聚反应所得，生产设备要求高、投资大，生产过程周期长。

微波是频率范围从0.3～300GHz的电磁波，其波长范围为1cm～1m，微波频段位于红外线和无线电波频率之间。波长在1～25cm之间的电磁波被用于雷达发射，其余波长范围的电磁波则被用于无线电通讯，为了不干扰无线电通讯，用于家用微波炉和利用微波进行化学反应的微波频率均确定为2.45GHz(相应的波长为12.25cm)，该频率下的微波辐射能量(0.0016eV)与高分子化合物中的各种共价键化合键的键能(＞3eV)相比比较低，远不足以断开这些共价键，因此不用担心该能量的微波辐射造成高分子化合物的分解。

科学家们研究发现微波可以显著地缩短反应时间，通常可以将反应时间从数天或数小时缩短至几分钟或几秒钟。

在20世纪40年代，微波能量最早由Percy Spencer用来加热食品，直到20世纪80年代，微波才被用于有机合成。1986年，Richard Gedye研究组首次报道利用微波加热来加速有机化学转化。

微波辐射具有偶极距的极性分子时，微波的电场振荡使得极性分子的偶极振荡，当采用2.45GHz的微波辐射极性分子时，极性分子的偶极振荡既有重排的时间，又不能准确跟上微波中交流电场的变化，这种运动产生分子间的摩擦和介电损失，能量以热的形式被消耗，极性分子于是被加热。由于微波加热可以对极性介质内外同时加热，加热均匀、速度快成为其特点。另一方面，极性分子的高速振荡速度(2.45亿次/秒)使得极性分子间的碰撞几率大大增加，产生化学反应的几率就以成百上千倍的速度增加，为此可以极大地缩短化学反应的时间。

但是，因为微波的穿透深度有限，对85℃以上的水的穿透深度才大于4cm(穿透深度是指微波功率衰减到36.8％(1/e)时的距离)，应用于有机合成化学反应时，大容积的釜式设备显得局限，反应时间及均匀性没有多大优势，是微波规模化生产有机合成产品的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用双螺杆挤出机加热并加速聚酰胺单体聚合的微波辐射聚合方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的聚酰胺的微波辐射聚合方法，是采用双螺杆挤出机反应器实现聚酰胺单体的聚合反应；所述的微波频率为2.45GHz，微波发生器数目≥1；聚合时间为2～10分钟，优选3～8分钟；聚合温度为常温～350℃；聚合压力为常压～2.5MPa。

所述双螺杆挤出机采用申请人于2008年7月15日申请的《微波双螺杆挤出机反应器》(申请号为：200820147983.1)(现已授权)，选取螺杆直径D为20～300mm，优选30～150mm；长径比25～60，优选28～50；螺杆转速50～1200rpm，优选100～600rpm；所述双螺杆挤出机至少具有一段常压加料段、一段高压聚合段、一段常压脱气段、一段真空聚合段，在所述常压脱气段上开设有脱气口，在真空聚合段上开设有抽真空口，常压加料段与高压聚合段之间、高压聚合段与常压脱气段之间、常压脱气段与真空聚合段之间均用反向螺纹块作压力密封，反向螺纹块的长度为0.3～0.9D；在高压聚合段和/或真空聚合段具有1～10个开口，优选1～6个开口，此开口用高强度透波陶瓷或石英作压力密封并经波导管与微波发生器如磁控管作微波密封连接；在其机筒各区段夹套内通高温导热油加热和/或冷却，且不排除同时使用电加热块加热机筒；设置在机筒各区段的温度控制传感器与挤出机内物料之间由金属机筒的一薄层金属相隔离，用温度控制来间接控制机筒内的压力。