[发明专利]一种将聚合物溶解到溶剂中的方法及设备

说明书

本申请涉及一种溶液纺丝时，将聚合物溶解到溶剂中的方法，该方法包括两级串联溶解工段，第一级工段使用具有高剪切力的搅拌设备，第二级工段使用具有强对流混合作用的设备。通过本发明的方法可以将聚合物高效地溶解在纺丝溶剂中，使出料的纺丝溶液更加均匀，有利于稳定纺丝；降低物料接触时间，减小设备体积，从而减小了物料持有量，降低了压力容器的风险值；降低物料在高温下的分解几率，提高产品品质；降低物料高温分解产生的污染物的量，减少对环境的危害和对设备的腐蚀。

技术领域

本发明涉及一种将聚合物溶解到溶剂中的方法及设备，特别是涉及在溶液纺丝时，将聚合物溶解到溶剂中的方法及设备，其能够实现聚合物在溶剂中的均匀溶解，使熔融聚合物和溶剂可以快速高效的乳化，从而快速溶解熔融聚合物。

背景技术

溶液纺丝是指将高聚物浓溶液定量从喷丝孔挤出，溶液细流经凝固浴或热空气或热惰性气体固化成纤维的方法。溶液纺丝过程中，如何将高聚物均匀且高效地溶解到纺丝溶剂中一直以来是本领域追求的目标。

闪蒸纺丝是一种用于制造超细纤维的溶液纺丝方法，通常在高温高压下使聚合物在一定的溶剂中制成纺丝溶液，然后将该纺丝溶液从喷丝口喷出，由于溶剂的急剧挥发而使高聚物重新固化成纤维。

在闪蒸纺丝工艺中，将聚合物充分均匀的溶解在溶剂体系中对于实现闪蒸纺丝获得高品质的超细纤维是非常重要的。如果聚合物无法在纺丝溶液中充分溶解，不仅会严重影响成丝的质量，甚至严重时堵塞纺丝孔。

现有技术中很少有为了解决上述技术问题的相关报道。US3227794公开了一种连续工艺流程，所述工艺为，采用塑料粒子做原料，则首先使用螺杆混合设备，之后转入带有多层推进式搅拌桨的溶解罐进行搅拌溶解。但是熔融聚合物在溶剂还没有完全溶解的时候属于液液两相的体系。推进式搅拌桨虽然可以增加轴向流动混合，但是不能够快速破碎液体颗粒，而且一般是中低速运行的，故而用于分散液液两相体系效率的较低。US3227794也意识到上述问题，所以该发明增加了可以产生高剪切力的搅拌设备。但是US3227794所描述的技术方案仍然存在以下技术问题：(1)一般可以产生高剪切力的搅拌设备需要较高的转速，该搅拌设备和推进式搅拌桨使用同一个搅拌轴，故而是不能够平衡一个高速搅拌，一个中低速搅拌要求的；(2)聚合物在溶剂中粘度是比较高的，推进式搅拌桨在混合带有粘度的物系时，效率下降非常快，也不能够有效增加轴向流的流动；(3)螺杆混合不能够提供高剪切力、停留时间短，分散效果差，而且混合搅拌的釜内仅有一小段理论上可以提供高剪切力的进料口段，很难完全分散高粘度的聚合物。

特别是在闪蒸纺丝时需要将聚合物在高温高压下溶解于溶剂中，所使用的设备通常为带这些设备都是属于带压力设备，属于国家管控的三类压力容器，生产过程中的风险较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种熔融聚合物和纺丝溶剂的方法和设备，通过使用该方法或设备，能够实现将聚合物高效地溶解在纺丝溶剂中，使出料的纺丝溶液更加均匀，有利于稳定纺丝；降低物料接触时间，减小设备体积，从而减小了物料持有量，降低了压力容器的风险值；降低物料在高温下的停留时间，从而降低分解几率，提高产品品质；降低物料高温分解产生的污染物的量，减少对环境的危害和对设备的腐蚀。

本发明提供了一种将聚合物均匀溶解到溶液中的方法，包括两级串联溶解工段：第一级工段，向聚合物和溶剂的非均相混合物提供具有剪切力的搅拌，使聚合物破碎并分散在溶解中；第二级工段，使破碎后的聚合物和溶剂混合均匀。

优选的，所述聚合物为熔融状态。

优选的，所述第一级工段中的剪切力通过对聚合物和溶剂的混合物提供径向搅拌桨而获得；优选的，所述径向搅拌的搅拌速度为50-1000rpm，优选为100-800rpm，更优选为300-500rpm。