[发明专利]一种制备对/间位芳纶的微反应系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维制备技术领域，涉及一种制备对/间位芳纶的微反应系统及方法。

背景技术

对/间位芳纶学名为聚对/间苯二甲酰对/间苯二胺，这两种纤维材料都具有高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。特别是对位芳纶的超高强度等优异性能使其广泛应用于航天器、火箭的结构材料、防弹材料、橡胶增强材料、建筑结构加固材料以及代石棉材料等领域。对位芳纶与碳纤维、超高分子聚乙烯纤维统称为当今世界三大高性能纤维。目前对位芳纶的市场主要被美国杜邦公司、日本帝人公司垄断，我国对位芳纶的年需求量在5000吨以上，几乎全部依赖于进口。目前间位芳纶也是美国杜邦公司处于垄断地位。

工业上普遍采用的生产对/间位芳纶的方法是低温溶液缩聚法，该方法将对/间苯二胺溶于含氯化钙的氮甲基吡咯烷酮中，加入等摩尔的对/间苯二酰氯，送入双螺杆反应器进行低温溶液缩聚，经后处理得到对/间位芳纶。该方法需要保持反应体系温度在0℃附近，但是体系粘度大，导致移热非常困难；同时在双螺杆反应器中生成的聚合产物具有局部不均匀性，影响后续的溶解纺丝过程。由于制备对/间位芳纶过程中体系的复杂性，低温溶液缩聚法在制备过程中的移热和混合难题使得制备过程可控性差，所得产物性质重复性不佳。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提供一种利用微反应器和搅拌釜制备对/间位芳纶的方法，该方法能够有效移除反应过程产生的反应热和副产物，增强过程稳定性和可控性，并提高产物性能的可重复性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种制备对/间位芳纶的微反应系统，由微反应器和搅拌釜组成；所述微反应器内部设置微结构分布板或微通道；所述微结构分布板上设置筛孔或通槽；所述搅拌釜中设置三叶推进式桨、锚式桨或锚框式桨。

所述微通道为Y型微通道或十字型微通道。

所述Y型微通道由两个不同原料入口通道和一个出口通道互相连通构成，两个入口通道的夹角为25°～180°，出口通道与任一入口通道的夹角为25°～180°。

所述十字型微通道由两个同种原料入口通道、一个单一原料入口通道和一个出口通道互相连通构成，两个同种原料入口通道的夹角为25°～180°，单一原料入口通道位于两个同种原料入口通道的对称轴上，出口通道与任一同种原料入口通道的夹角为90°～180°。

所述微通道的水力学直径为0.04mm～10mm；所述筛孔的直径为0.01mm～5mm；所述通槽的长度为0.1mm～20mm，宽度为0.01mm～5mm。

利用上述微反应系统制备对/间位芳纶的方法，包括：

(1)将氯化钙溶于有机溶剂得氯化钙溶液，将对/间苯二胺溶于氯化钙溶液，加入吡啶，得反应液A；将对/间苯二酰氯溶于氯化钙溶液，得反应液B；

(2)将反应液A、反应液B于微反应器中混合并引发缩聚反应，得反应液C；

(3)反应液C进入搅拌釜中，搅拌反应下生成产物D；

(4)产物D经溶剂清洗，得到对/间位芳纶。

其中，

步骤(1)所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基丙酰胺、二甲基丁酰胺、二乙基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮、氮乙基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺中的一种以上。

优选地，步骤(1)所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮中的一种以上。

步骤(1)所述氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为0.01％～10％。

步骤(1)所述反应液A中对/间苯二胺的浓度为0.01mol/L～1.0mol/L，吡啶与对/间苯二胺的浓度比为0.1～10；所述反应液B中对/间位苯二酰氯的浓度为0.01mol/L～1.0mol/L。

步骤(2)所述缩聚反应时对/间苯二胺和对/间苯酰氯的摩尔比为0.98～1.05。

步骤(2)所述微反应器内的反应温度为-10℃～100℃，时间为0.1s～100s。

步骤(3)所述搅拌釜内的反应温度为-10℃～100℃，且等于或高于微反应器温度0℃～50℃，反应时间为5min～120min，搅拌桨的转速为200r/min～3000r/min。

步骤(4)所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇中的一种以上。

本发明微反应器内的微结构分布板位于两股原料入口之间，将两股原料分隔开，其中一股原料穿过分布板上的筛孔或通槽与另一股原料混合，混合液由出口管道流出。

本发明的有益效果：