专利名称：一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法及其专用反应容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚丙烯腈纺丝原液的制备技术。
背景技术：
碳纤维属于高科技产品，是航天、航空等高技术领域不可缺少的结构材料和耐烧 蚀材料，同时也是民用工业更新换代的新型材料，其应用范围已扩展到人类生活的各个领 域。聚丙烯腈纤维已成为制备优质碳纤维应用最广泛的前驱体之一。 事实表明，碳纤维的性能在很大程度上依赖于碳纤维原丝的性能，而纺丝原液的 质量是制备优质原丝的前提和基础。影响纺丝原液质量的因素除了与工艺配方有关外，还 与聚合设备有很大关系，因为不同的反应器直接影响到聚合过程中的传热传质的优劣并最 终影响聚合物的均匀性。 目前广泛使用的是釜式反应器，其优点在于拆卸方便，易于加工大容积反应釜，有 利于生产放大，但缺点是由于传热阻力所造成的中央和周边物料温度不一致，只适合低粘 物料，而且多是间歇式聚合。 管式反应器作为一种新型的反应器，由于管道内嵌特制立交盘构件，能很好地使 中央和周边物料产生交叉流动，有效解决管内物料径向差异，改善流体输送质量并提供传 热、传质和提高化学反应效率且流动阻力相对较低，从而提高聚合物的均匀性，并能实现连 续化工业生产。但是其缺点在于容积小，不易拆卸，大多需要泵提供物料输送动力。
螺杆挤出机作为反应容器也是一种新型的聚合手段，其优点在于螺杆挤出可提供 足够大的物料输送推动力，适合高粘物料。且物料在螺杆内、尤其是双螺杆挤出机，可以顺 利实现传质传热。但是其缺点同样在于容积小，不易放大，且对螺杆、螺筒材质要求较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方 法，利用该制备方法所得的聚丙烯腈纺丝原液质量高，且聚合效率高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案 —种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，将釜式反应器和静态混合器串联作为反应容 器，然后将反应物在反应容器中进行聚合反应。 在上述制备方法中，所述反应容器还包括有螺杆挤出机，将釜式反应器、静态混合
器和螺杆挤出机依次串联作为反应容器，然后将反应物在反应容器中进行聚合反应。 在上述制备方法中，所述反应物包括丙烯腈、溶剂、引发剂和共聚单体。 在上述制备方法中，将丙烯腈、溶剂、共聚单体加入到釜式反应器中，恒温、通氮
后，加入引发剂聚合；开起釜式反应器与静态混合器的串联聚合系统，反应至后期，开起螺
杆挤出机，继续反应，得到聚丙烯腈纺丝原液。 在上述制备方法中，所述的螺杆挤出机为单螺杆或双螺杆挤出机。
在上述制备方法中，所述的螺杆挤出机上设有温度控制装置。
上述制备方法的专用反应容器，包括釜式反应器、静态混合器和螺杆挤出机，釜式
反应器、静态混合器和螺杆挤出机三者之间依次相互串联。 在上述专用反应容器中，所述静态混合器上设有温度控制装置。 在上述专用反应容器中，所述挤出机为单螺杆或双螺杆挤出机。 在上述专用反应容器中，所述的螺杆挤出机上设有温度控制装置。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果丙烯腈的聚合是一个体系放热量和
粘度都在不断变化的过程。在反应的初期，反应速度快，放热量较大，但是体系粘度小，对传
热的要求比较高；反应的中后期，随着体系粘度的上升，不但对传热要求高，对传质的要求
也越来越高。现有技术采用单一的釜式反应器聚合，聚合体系传质传热尤其是反应后期难
以得到保证，会导致分子量分布宽、凝胶含量高等缺点。对于分步加料工艺，还会造成聚合
物分子间结构均一性差。 本发明在聚合前期，采用釜式反应器聚合与静态混合器组合的形式，来减轻釜式 聚合的传热负荷，同时由于存在物料在釜内下出上进的循环，可以改善釜内物料的均匀性。
到了反应后期，需提高物料循环量的同时，使物料在釜外聚合设备中的停留时间 得到保证，仅仅采用静态混合器难以满足要求，因此需引入螺杆挤出机。 本发明通过将釜式反应器、静态混合器和螺杆挤出机三者进行组合成反应容器， 三者的组合克服了各自的缺点，用来制备聚丙烯腈纺丝原液，大幅度提高了聚合质量，也提 高了聚合效率高。所得到的聚合液具有分子量分布窄、凝胶含量低等优点。
图1为实施例2的专用反应容器的结构示意图。 1为釜式反应器，2为静态混合器，3为螺杆挤出机，4为计量泵。
具体实施方式
实施例1 : 釜式反应器和静态混合器串联连接。将5kg丙烯腈、20kg二甲基亚砜、50g衣康 酸，加入到40L釜式反应器中，将釜式反应器和静态混合器夹套循环水温度升至6(TC，釜内 通氮30min后，加入30g偶氮二异丁腈。开起计量泵，设定循环流量为100ml/min，循环反应 12h后停止，得到聚合物分子量为13万，分子量分布为2.4。
实施例2 : 如图1所示，一种用于制备聚丙烯腈纺丝原液的专用反应容器，包括釜式反应器 1、静态混合器2和螺杆挤出机3，釜式反应器1、静态混合器2和螺杆挤出机3依次串联连 接。将5kg丙烯腈、20kg 二甲基亚砜、50g衣康酸，加入到40L反应釜中，将釜式反应器1、静 态混合器2和螺杆挤出机3夹套循环水温度升至60°C ，釜内通氮30min后，加入30g偶氮二 异丁腈。开起计量泵4，设定循环流量为100ml/min，循环反应6h后，关闭挤出机旁路，开起 双螺杆挤出机3，继续反应6h，得到聚合物分子量为12. 5万，分子量分布为2. 0。
权利要求
一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，其特征是将釜式反应器和静态混合器串联作为反应容器，然后将反应物在反应容器中进行聚合反应。
2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征是将釜式反应器、静态混合器和螺杆挤出机 依次串联作为反应容器，然后将反应物在反应容器中进行聚合反应。
3. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述反应物包括丙烯腈、溶剂、引发 剂和共聚单体。
4. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤将丙烯腈、溶剂、共聚单 体加入到釜式反应器中，恒温、通氮后，加入引发剂聚合；开起釜式反应器与静态混合器的 串联聚合系统，反应至后期，开起螺杆挤出机组成三级反应釜串联形式，继续反应，得到聚 丙烯腈纺丝原液。
5. 如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的螺杆挤出机为单螺杆或双螺杆挤 出机。
6. 如权利要求2或5所述的制备方法，其特征在于所述的螺杆挤出机上设有温度控制装置。
7. 权利要求1所述制备方法的专用反应容器，其特征在于包括釜式反应器和静态混合 器、釜式反应器和静态混合器串联连接。
8. 如权利要求1所述的专用反应容器，其特征在于包括釜式反应器、静态混合器和螺 杆挤出机，釜式反应器、静态混合器和螺杆挤出机三者之间依次串联连接。
9. 如权利要求7所述的专用反应容器，其特征在于所述静态混合器上设有温度控制装置。
10. 如权利要求7所述的专用反应容器，其特征在于所述螺杆挤出机为单螺杆或双螺 杆挤出机，所述的螺杆挤出机上设有温度控制装置。
全文摘要
本发明公开了一种聚丙烯腈纺丝原液的制备方法及其专用反应容器。本发明的制备方法，将釜式反应器、静态混合器和螺杆挤出机依次串联作为反应容器，然后将反应物在反应容器中进行聚合反应。本发明通过将釜式反应器、静态混合器和螺杆挤出机三者进行组合成反应容器，三者的组合克服了各自的缺点，用来制备聚丙烯腈纺丝原液，大幅度提高了聚合质量，也提高了聚合效率。所得到的聚合液具有分子量分布窄、凝胶含量低等优点。
文档编号D01F9/22GK101735384SQ20091021370
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者代惊奇, 宋威, 曾祥斌, 蔡彤旻, 辛伟, 马雷, 黄险波 申请人:金发科技股份有限公司;上海金发科技发展有限公司