采用微通道反应器连续制备间位芳纶树脂溶液的方法与流程

属高分子材料领域，是涉及高分子材料生产方法。确切地说是涉及一种采用微通道反应器连续制备间位芳纶树脂溶液的方法。

背景技术：

间位芳纶学名为聚间苯二甲酰间苯二胺，国内也称芳纶1313，间位芳纶是当今高性能纤维中发展最快的品种之一，是一种综合性能优良的高科技纤维，在防护服装、蜂窝结构材料、电绝缘纸和高温过滤材料等方面有着广泛的用途，是航空航天、电子、通讯、环保、石油化工、海洋开发和特种服装等领域的重要基础材料。

高质量的间位芳纶树脂是制备高质量间位芳纶纤维和高质量间位芳纶沉析纤维的重要前提，本发明所说的间位芳纶树脂化学结构如下。

目前连续聚合制备间位芳纶树脂溶液的方法情况如下。

中国专利CN102797048A公开了一种连续制备聚间苯二甲酰间二胺纺丝原液的装置和制备方法，其特征在于：极性溶剂、间苯二胺熔体和间苯二甲酰氯熔体按特定配比同时连续加入到二台串联双螺杆聚合反应器中，连续制备聚间苯二甲酰间二胺纺丝原液。采用该方法可以满足聚合不同阶段的混合要求和解决散热难问题，连续生产方式制备出来的聚间苯二甲酰间苯二胺聚合体分子量分布窄，比浓对数粘度稳定，且在2.0dl/g以上，能满足聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的连续稳定纺丝要求；双螺杆聚合反应器与传统釜式搅拌反应器相比在混合效果和散热速度上有了改善，但混合仍是宏观层面上借用机械旋转产生的剪切力，另外双螺杆聚合反应器也无法做到恒温反应。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种无需机械搅拌，且能在微观层面上进行高效混合的反应方法，即采用微通道反应器连续制备间位芳纶树脂溶液的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种采用微通道反应器连续制备间位芳纶树脂溶液的方法，包含如下步骤。

（1）间苯二胺粉末或间苯二胺熔体溶解在极性溶剂中，配制成间苯二胺质量分数为6.64%～13.44%的间苯二胺溶液，并将溶液温度冷却至-15℃～10℃。

（2）间苯二甲酰氯固体加热熔融成熔体备用。

（3）第（1）步中的间苯二胺溶液与第（2）步中的间苯二甲酰氯熔体按一定配比连续进入微通道反应器中，在-10℃～65℃下反应0.1秒～10秒，生成间位芳纶树脂溶液。

（4）第（3）步中所得间位芳纶树脂溶液连续进入搅拌釜中，继续搅拌混合一段时间，得到所需间位芳纶树脂溶液。

上述技术方案中：所述步骤（1）中的极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基-2-吡咯烷酮的一种或它们的混合物。

上述技术方案中：所述步骤（3）中的一定配比是间苯二胺与间苯二甲酰氯摩尔比为1:1～1.01。

上述技术方案中：所述步骤（4）中的继续搅拌混合一段时间是指搅拌混合时间≥5分钟。

本发明的积极效果是。

a)本发明采用微通道反应器作为聚合反应器，无需机械搅拌，节省了配置机械搅拌部分所需的成本和空间。

b)本发明中的微通道反应器中配置有换热模块，换热效果比常规换热器高2～3个数量级，可真正实现恒温聚合。

c)本发明中的微通道反应器特征通道尺寸在微米级别，可以实现微观层面上的混合效果，加快了反应速度，提高了反应效率。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

图1是本发明实施时所采用的第1种生产装置结构示意图。

图2是本发明实施时所采用的第2种生产装置结构示意图。

具体实施方式

本发明实施时所采用的第1种生产装置结构示意图（装置I）如图1所示。结构特征是：溶剂储存罐1的输出口与溶剂输送泵3的输入口相连接，溶剂输送泵3的输出口与溶剂流量计5的输入口相连接，溶剂流量计5的输出口与混合器7的一个输入口相连接；间苯二胺储存罐2的输出口与间苯二胺输送泵4的输入口相连接，间苯二胺输送泵4的输出口与间苯二胺流量计6的输入口相连接，间苯二胺流量计6的输出口与混合器7的另一个输入口相连接；混合器7的输出口与换热器8的输入口相连接；换热器8的输出口与微通道反应器12的间苯二胺溶液进料口相连接；间苯二甲酰氯储存罐9的输出口与间苯二甲酰氯输送泵10的输入口相连接，间苯二甲酰氯输送泵10的输出口与间苯二甲酰氯流量计11的输入口相连接，间苯二甲酰氯流量计11的输出口与微通道反应器12的间苯二甲酰氯熔体进料口相连接；微通道反应器12的出料口与树脂溶液混合釜13的输入口相连接，树脂溶液混合釜13的输出口与树脂溶液接收罐14的输入口相连接。

下面的实施例均采用间苯二胺熔体来配置间苯二胺溶液的方式，实验数据如表1所示。

数据表中术语说明如下。

“特征尺寸”是指微通道反应器12中反应微通道的当量直径。

“质量分数”是指间苯二胺溶液中间苯二胺的质量分数。

“二胺溶液温度”是指间苯二胺溶液进入微通道反应器12前的温度。

“二胺：酰氯（摩尔比）”是指进入微通道反应器12中的间苯二胺摩尔数与间苯二甲酰氯摩尔数之比。

“停留时间”是指间苯二胺溶液与间苯二甲酰氯从微通道反应器12中入口进入开始到出口出来结束时的时间。

“反应温度”是指微通道反应器12中心位置处的温度。

“搅拌时间”是指从微通道反应器中出来的物料在树脂溶液混合釜13中的搅拌停留时间。

“粘度”是指树脂溶液混合釜13中的间位芳纶树脂的比浓对数粘度。

表1 在装置I上实施本发明的实验数据表。

由上表可以看出，在装置I上实施本发明，均可得到比浓对数粘度在1.8～2.0dl/g之间的间位芳纶树脂。

本发明实施时所采用的第2种生产装置结构示意图（装置Ⅱ）如图2所示。结构特点是：溶剂储存罐1的输出口与溶剂输送泵3的输入口相连接，溶剂输送泵3的输出口与溶剂流量计5的输入口相连接，溶剂流量计5的输出口与混合器7的一个输入口相连接；间苯二胺储存罐2的输出口与间苯二胺输送泵4的输入口相连接，间苯二胺输送泵4的输出口与间苯二胺流量计6的输入口相连接，间苯二胺流量计6的输出口与混合器7的另一个输入口相连接；混合器7的输出口与换热器8的输入口相连接；换热器8的输出口溶剂储存罐1的输出口与溶剂输送泵3的输入口相连接，溶剂输送泵3的输出口与溶剂流量计5的输入口相连接，溶剂流量计5的输出口与间苯二胺溶解釜17的一个输入口相连接；间苯二胺粉末储存罐15的输出口与间苯二胺计量秤16的输入口相连接，间苯二胺计量秤16的输出口与间苯二胺溶解釜17的另一个输入口相连接；间苯二胺溶解釜17的输出口与间苯二胺溶液输送泵18的输入口相连接，间苯二胺溶液输送泵18的输出口与间苯二胺溶液流量计19的输入口相连接；间苯二胺溶液流量计19的输出口与微通道反应器12的间苯二胺溶液进料口相连接；间苯二甲酰氯储存罐9的输出口与间苯二甲酰氯输送泵10的输入口相连接，间苯二甲酰氯输送泵10的输出口与间苯二甲酰氯流量计11的输入口相连接，间苯二甲酰氯流量计11的输出口与微通道反应器12的间苯二甲酰氯熔体进料口相连接；微通道反应器12的出料口与树脂溶液混合釜13的输入口相连接，树脂溶液混合釜13的输出口与树脂溶液接收罐14的输入口相连接。

下面的实施例均采用间苯二胺粉末配置成间苯二胺溶液的方式，实验数据如表2所示。

数据表中术语说明如下。

“特征尺寸”是指微通道反应器12中反应微通道的当量直径。

“质量分数”是指间苯二胺溶液中间苯二胺的质量分数。

“二胺溶液温度”是指间苯二胺溶液进入微通道反应器12前的温度。

“二胺：酰氯（摩尔比）”是指进入微通道反应器12中的间苯二胺摩尔数与间苯二甲酰氯摩尔数之比。

“停留时间”是指间苯二胺溶液与间苯二甲酰氯从微通道反应器12中入口进入开始到出口出来结束时的时间。

“反应温度”是指微通道反应器12中心位置处的温度。

“搅拌时间”是指从微通道反应器中出来的物料在树脂溶液混合釜13中的搅拌停留时间。

“粘度”是指树脂溶液混合釜13中的间位芳纶树脂的比浓对数粘度。

表2 在装置Ⅱ上实施本发明的实验数据表。

由上表可以看出，在采用间苯二胺粉末配置成间苯二胺溶液时，所得间位芳纶树脂的比浓对数粘度与采用间苯二胺熔体配置间苯二胺溶液时没有区别，均可得到比浓对数粘度在1.8～2.0dl/g之间的间位芳纶树脂。

以上所述仅是本发明的优选技术方案，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围内。