丙烯腈系聚合物溶液的制造方法及剪切装置、丙烯腈系纤维的制造方法及碳纤维的制造方法_2

文档序号:8302991阅读:来源:国知局
剪切力后进行加热的情况下,在施加剪切 力时使上述转子在式I所示的条件下旋转:
[0045] W = (W1-W2VM 彡 0· 12(kWh/kg) · · · L·
[0046] 这里,W1为在向上述混合物施加剪切力时为了使转子旋转所需的功率(kW)。W 2是 在以质量流量与所述混合物相同的方式使用水而代替所述混合物的情况下,为了使转子的 转速相同于在得到了 W1时的转子的转速所需的功率(kW)。M是得到W1时的、供给至分散室 的丙烯腈系聚合物的质量流量(kg/h)。
[0047] 在上述W满足式I的条件下使转子旋转而向上述混合物施加剪切力,由于易于将 丙烯腈系聚合物与溶剂均匀地混合,变得不易堵塞过滤器,因此优选。
[0048] 上述W是,将从在上述混合物中使转子旋转的功率值1减去在使用水时(水其质 量流量相同于在得到了1处所之混合物)的功率值1 2而得的功率值(W1-W2),其中水之转 速为与在得到了 W1时的转速相同,按剪切装置的分散室中的上述混合物中的丙烯腈系聚合 物的每单位质量流量进行换算而得的功率值。即W可以说是用功率所表示的混合物在剪切 装置中停留的期间所施加的剪切力的值。
[0049] 提供W2的体系,除了代替上述混合物而使用同质量流量的水以外,与提供W i的体 系同样(作为结果而测定得到的1与W2不同)。
[0050] 在上述第二方式中,即在分散室中向混合物施加剪切力而获得丙烯腈系聚合物溶 液(在施加剪切力后不进行加热)的情况下,在施加剪切力时使上述转子在式II所示的条 件下旋转:
[0051] W = (W1-W2VM 彡 I. 60(kWh/kg) · · · II0
[0052] 这里A、W2、M与式I的情况同样地定义。
[0053] 在上述第二方式中,在上述W满足式II的条件下使转子旋转而向上述混合物施加 剪切力,由于易于将丙烯腈系聚合物与溶剂均匀地混合,不易堵塞过滤器,因此优选。
[0054] 在上述第一方式和第二方式中,为了满足式I或式II的条件,实际上只要调节转 子的转速即可。
[0055] 以下,参照附图的同时对本发明的实施方式进行详细地说明。图1、图2和图3都 是为了易于理解地说明本发明的实施方式而示意性示出的图,本发明不受这些构成的任何 限定。
[0056] 对图1所示的装置进行说明。向供给罐1供给丙烯腈系聚合物与溶剂的混合物。 该混合物通过供给泵2被供给至剪切装置3,在这里分散丙烯腈系聚合物(通常,除了聚合 物的分散以外,溶解聚合物的至少一部分)。从剪切装置排出的液体(混合物)被送至加热 式溶解装置4,在这里通过加热而溶解聚合物。然后混合物在冷却装置5中被冷却,用纺丝 供给泵6升压,用滤过过滤器7过滤。由该装置获得的丙烯腈系聚合物溶液可以作为纺丝 原液而供给至用于获得丙烯腈系纤维的纺丝装置的纺丝口 8。该装置不是间歇式,而是流通 式的剪切装置。
[0057] 该装置适合于实施上述丙烯腈系聚合物溶液的制造方法的第一方式。在实施上述 第二方式时,只要在该装置中不进行采用加热式溶解装置4的加热即可。或者,可以使用具 有从该装置取下了加热式溶解装置4的结构的装置来实施上述第二方式。
[0058] 在丙烯腈系聚合物溶液的制造方法的第一方式中,向丙烯腈系聚合物与溶剂的混 合物施加剪切力时的W的上限优选为4. OOkWh/kg以下。如果为4. OOkWh/kg以下,则通 过之后的加热,变得易于抑制混合物变为高温所引起的凝胶化的发生。上述W更优选为 2. 70kWh/kg以下,进一步优选为小于I. 60kWh/kg。
[0059] 如果上述W为I. 60kWh/kg以上,则在施加剪切力的工序(剪切力赋予工序)之后 即使不加热也可以获得丙烯腈系聚合物溶液,但如果为4. OOkWh/kg以下,则可以在剪切力 赋予工序之后加热。在剪切力赋予工序之后是否进行加热,可以基于混合物的组成等来适 当选择。
[0060] 此外在丙烯腈系聚合物溶液的制造方法的第二方式中,即不实施通过加热装置所 进行之加热的情况下,使上述W为I. 60kWh/kg以上,通过剪切力进行分散,同时通过伴随剪 切力的发热而溶解聚合物,由于易于将聚合物均匀地混合,不易堵塞过滤器,因此优选。上 述W优选为2. OOkWh/kg以上。此外,关于上述W,从防止高温所引起的凝胶化的观点考虑, 优选为5. 00kWh/kg以下,更优选为3. 60kWh/kg以下,进一步优选为3. 00kWh/kg以下。
[0061] 从防止由于剪切力所引起的发热而使混合体的温度变为高温的观点考虑,也可以 在剪切装置(特别是其外周)的至少一部分具备用于冷却混合体的夹套而冷却混合体。
[0062] 上述分散室出口处的混合物的温度优选为40?115°C。如果为40°C以上,则聚合 物缓慢地溶解在溶剂中,容易均匀地溶解。此外,如果为115°C以下,则变得易于防止溶解的 混合物凝胶化。上述出口温度更优选为l〇〇°C以下,进一步优选为80°C以下。
[0063] 这里对图2所示的剪切装置进行说明。该装置为钉齿型混合机,具有圆筒状的料 筒10,在该料筒10的内部收纳有圆柱状的转子9,使其轴心与上述料筒10的轴心一致,并 能够高速旋转。转子9与料筒10分别具有钉齿构件12、13,钉齿构件12与13处于彼此不 接触的位置关系。在料筒10的内壁与转子9的外壁之间形成分散室14。转子的外形(钉 齿构件除外)为旋转体状,此外,料筒的至少内壁(钉齿构件除外)的形状也为旋转体状。
[0064] 在上述料筒10的下部中央,形成有用于将从泵送来的聚合物与其溶剂的混合液 供给至料筒10内的导入口,并且在该料筒10的上部形成有所得的聚合物溶液的导出口。
[0065] 该装置在料筒10、转子9上分别设置有加热或冷却流体的流路lla、llb。通过在 这些流路中流通加热或冷却流体,从而混合物(液体)的温度控制变得更容易。然而这些 流路不一定需要使用。
[0066] 对该装置进行说明,11是在将丙烯腈系聚合物与溶剂的混合物供给至分散室时, 在某转速下使转子9旋转时测定得到的功率值。W 2为除了代替该混合物而使用与混合物具 有相同质量流量的水以外,与测定1时同样地操作而测定得到的功率值。M是在测定W #寸 上述混合物中存在的丙烯腈系聚合物的质量流量。
[0067] 对于该剪切装置,在上述混合物通过该装置的期间,使具有钉齿构件12的圆筒状 的转子9旋转而向混合物施加剪切力,将丙烯腈系聚合物与溶剂均匀地混合。对于处理量、 粘度的变化,通过使转子9的转速变化可以提供目标的上述W。
[0068] 该剪切装置只要可以进行满足式I或式II所示的条件那样的运转,则能够使用公 知的装置。
[0069] 剪切装置只要是对高粘性流体施加剪切力的装置,则形状没有限定。可举出例如, 捏合机、螺旋钻(auger)、螺旋转子、螺杆挤出机、热处理机、钉齿混合机、辊式混合机、锥形 辊式混合机、内部混合机、连续混合机、班伯里密炼机、复齿轮(年7 - 3 y A々y夂一)、 研磨搅拌机、超微磨碎机、砂磨机等。其中钉齿混合机在向混合物高效地施加剪切力这一点 是优选的。
[0070] 上述混合物在剪切装置的分散室中停留的时间(滞留时间),在第一方式中,优选 为3?800秒。如果上述停留的时间为3秒以上,则变得易于可以向混合物施加剪切力,使 聚合物均匀地分散在溶剂中。上述停留的时间优选为10秒以上。更优选为15秒以上。此 夕卜,如果为800秒以下,则向混合物施加的剪切力不会过剩,变得易于抑制其发热所引起的 凝胶化的发生。上述停留的时间优选为300秒以下,更优选为200秒以下。
[0071] 在第二方式中,上述停留时间优选为600?1500秒。如果上述停留时间为600以 上,则变得可以易于向混合物施加剪切力,通过该剪切热将聚合物溶解在溶剂中。此外,如 果为1500秒以下,则向混合物施加的剪切力不会过剩,变得易于抑制其发热所引起的凝胶 化的发生。上述停留的时间优选为1000秒以下,更优选为800秒以下。
[0072] 在上述剪切装置为钉齿型混合机的情况下,钉齿的前端与面对钉齿的前端的壁的 距离优选为2mm以上且小于5mm。对图2进行说明,突出设置在转子外壁的钉齿构件12的 前端与料筒10的内壁之间的距离优选为2mm以上且小于5mm,此外,突出设置在料筒内壁 的钉齿构件13的前端与转子9的外壁之间的距离优选为2mm以上且小于5mm。如果上述 距离为2mm以上,则即使有机械振动、偏芯,钉齿构件也不与壁面接触而容易进行稳定的运 转。此外如果上述距离小于5mm,则容易产生剪切力而使溶解进行。
[0073] 此外,突出设置在料筒内周面的钉齿构件13、与突出设置在转子外周面的钉齿构 件12最接近时的相邻钉齿构件彼此之间的轴向距离(转子的旋转轴方向的距离。在图2 中为上下方向的距离。),优选为2mm以上IOmm以下。如果该距离为2mm以上,则即使有机 械振动、偏芯,钉齿构件彼此也不接触而容易进行稳定的运转。此外如果该距离为IOmm以 下,则容易产生剪切力
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