[发明专利]一种对位芳纶树脂连续聚合系统及其方法

说明书

本发明涉及一种对位芳纶树脂连续聚合系统及其方法，属于高分子合成技术领域。本发明系统包括一个双螺杆挤出机和一个反应釜，均设有进料口和出料口，通过双螺杆挤出机的进料口输送单体溶液，双螺杆挤出机的出料口与反应釜的进料口相连，通过所述反应釜的出料口排出对位芳纶树脂。本发明通过在双螺杆挤出机中预聚然后在反应釜中进行后续固相缩聚和破碎，不仅保证了聚合反应的连续性和稳定性，而且反应釜大容积的优势可以很好地解决聚合后期聚合产物体积膨胀效应。反应釜和双螺杆的结合，不仅可以大幅提高单台设备聚合生产的效率，而且可以大幅降低设备成本。

技术领域

本发明涉及一种对位芳纶树脂连续聚合系统及其方法，属于高分子合成技术领域。

背景技术

对位芳纶纤维是一种具有高强高模、耐高温、耐化学腐蚀等众多优异性能的高分子材料，在国防、航空航天及众多民用领域有重要的应用价值。大批量连续稳定生产对位芳纶树脂聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)是实现对位芳纶纤维批量生产的前提条件。利用低温溶液缩聚法合成PPTA树脂已经是公知技术，即将单体对苯二甲酰氯(TPC)与对苯二胺(PPD)在溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)和助溶剂氯化钙复合体系中进行低温缩聚，然后洗涤干燥得到纯的PPTA树脂。为了保证PPTA树脂品质的稳定性，目前均采用连续聚合法生产PPTA。PPTA的聚合是一个复杂的相变过程，从低粘度液体到凝胶直至反应后期变成固体。此外，PPTA聚合放热量大，整个聚合过程需要不停搅拌聚合体系，一方面使TPC 和PPD端基有反应的机会，另一方面就是可以及时移出反应热，防止产生局部爆聚。因此设计合适的PPTA聚合反应装置是一个关键。

双螺杆挤出机(或捏合机)是目前PPTA连续聚合的主要反应器型式。理论上来说，不同功能元件组合可以使双螺杆满足PPTA聚合过程中混合、剪切、破碎及输送的要求，但是如何设计双螺杆反应系统依然存在诸多难题。比如为了保证PPTA聚合过程中聚合体系能够得到充分的混合反应，通过剪切搅拌更新界面移除反应热，保证聚合容器中没有死角，利用单阶双螺杆进行聚合是最优的。但是单阶双螺杆不能通过分别调速来改善PPTA 不同聚合阶段的反应条件。此外，PPTA聚合后期物料破碎后体积膨胀，容易引起堵塞或物料反流，单阶双螺杆难以解决此难题。利用多阶(多采用两阶)双螺杆系统来进行PPTA 聚合反应，虽然具有可分别调速以更好适应PPTA不同聚合阶段不同要求等优点，但是设备造价高，螺杆间连接复杂。除了以上提及的双螺杆聚合反应器的设计难题外，多阶双螺杆反应器还有一个很大的缺点：第二阶双螺杆反应器的聚合效率较低，或者说费效比较高。 PPTA聚合过程中会产生副产物氯化氢，在聚合较高温度及强烈摩擦条件下，氯化氢对常规金属螺杆元件及筒体会造成严重的腐蚀。严重的腐蚀会导致螺杆元件之间，以及元件和筒体之间间隙加大，导致聚合物残留以及聚合时间延长，聚合品质下降。如果利用特种合金制造双螺杆反应器，一方面会使设备造价大幅提高，生产成本大幅提升，而且特种合金制造大直径双螺杆系统在加工技术上还面临诸多挑战。

自清洁反应器是另外一种PPTA聚合反应器，最早由瑞士LIST公司发明。自清洁反应器将螺杆和传统搅拌集成到一个设备上，不仅具有螺杆的自清洁功能，而且可以保留传统搅拌的优点。但是自清洁反应器结构复杂，运行速度较低，对于PPTA后期的破碎和输送比较困难。反应釜是PPTA间歇聚合的反应器。反应釜具有结构简单运行效率高等优点，但是一个反应釜很难同时满足PPTA聚合过程中所有相变过程的要求，也不具备连续生产的条件。

因此设计新的PPTA聚合反应系统对于高效率稳定连续聚合PPTA具有重要的意义。

发明内容