一种聚酰胺树脂的生产设备的制作方法

本技术涉及一种聚酰胺树脂的生产设备。

背景技术：

1、通常情况下，在工业上高温尼龙的制备一般是通过二元胺与二元酸成盐，随后将得到的尼龙盐引入后续反应器中进行保压、预聚、后聚等最终造粒获得对应产品。然而，无论是采用间歇式或是连续式聚合，整个聚合过程通常要持续数个甚至数十个小时，并且在此过程中需将各阶段中间产物来回转移至不同的聚合器，涉及较长的管路及大型的储存、反应设备；同时，由于聚合工艺流程较长，在进行工艺调整时往往难以得到及时反馈，在聚合不稳定或出现问题时通常需要较长时间才能再次获得稳定产品。综上可知，现有的高温尼龙制备工艺效率较低、所需时间较长，进行工艺调整时也相对不灵活。

2、螺杆挤出机在聚合物改性方面应用广泛，可对工艺进行快速调整，已广泛应用于聚合物增塑、增强、复合等方面。近年来，亦有不少关于使用螺杆挤出机进行聚合的专利发布。然而，鲜有采用螺杆直接制备高温尼龙的专利及文献报导。同时，由于高温尼龙熔点较高，在利用螺杆挤出时会面临温度过高导致热降解等问题，而且螺杆挤出机中螺杆元件的类型及组合对挤出机的混合、聚合、脱挥等影响重大，并直接影响产物的分子量、粘度等，因此，高温尼龙的制备过程中对螺杆的元件构型及组合、脱挥及温度控制系统等方面有较高要求，需要进行特殊设计。总体来看，采用螺杆挤出机直接制备高温尼龙具有较高的技术壁垒。

3、有鉴于此，亟需提供一种相比于现有技术，不仅能保证制得的高温尼龙产品具有较好的性能，还大大提高了制备高温尼龙的效率，同时，可实现对聚合工艺进行及时、快速的调整，以更好地适应生产的高温尼龙的螺杆设备。

技术实现思路

1、本实用新型为解决现有技术中高温尼龙(即，耐高温聚酰胺树脂)的制备过程中存在聚合时间长、效率低、工艺不灵活的缺陷，而提供一种聚酰胺树脂的生产设备。

2、本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题：一种聚酰胺树脂的生产设备，其包括螺筒和螺杆单元；所述螺杆单元设于所述螺筒的容纳腔内；

3、所述螺杆单元包括芯轴，以及套设于所述芯轴上的螺杆组件；

4、所述螺杆组件包括沿物料输送方向依次设置的第一螺杆组件、第二螺杆组件和第三螺杆组件；

5、其中，所述第一螺杆组件用于物料输送；

6、其中，所述第二螺杆组件用于使物料进行熔融聚合并脱挥；所述第二螺杆组件重复排列n次，n≥2；

7、所述第二螺杆组件包括沿物料输送方向依次设置的第一组元件和第二组元件；

8、所述第一组元件包括依次设置的正向螺纹元件、啮合块和反向螺纹元件，用于使物料进行聚合反应；

9、所述第二组元件包括螺纹元件，用于脱除聚合物中的挥发分；

10、其中，所述第三螺杆组件用于挤出，得到聚酰胺树脂。

11、本实用新型中，所述螺筒可为本领域常规，一般由若干节筒体串联而成；优选包括6～30节筒体；更优选包括6～16节筒体；例如10节筒体。根据本领域常规，每个筒体均可配置有独立控温加热系统。

12、本实用新型中，优选地，所述聚酰胺树脂的生产设备中至少包含两根同向旋转的螺杆单元。更优选地，任意两根螺杆单元的芯轴，以及套设于所述芯轴上的螺杆组件均完全相同。

13、本实用新型中，所述芯轴的长径比可为(20～68)∶1；优选为(40～60)∶1；更优选为(45～55)∶1；进一步优选为48∶1。

14、所述芯轴的直径可为20～95mm，优选为35～50mm。

15、本实用新型中，根据本领域常规，所述芯轴可与套设于所述芯轴上的螺杆组件固定连接，用于使螺杆芯轴和螺杆组件之间没有任何相对运动。

16、本实用新型中，所述第一螺杆组件可包括沿物料输送方向依次设置的正向螺纹元件和反向螺纹元件。

17、其中，所述正向螺纹元件的数量可为本领域常规，例如1～10个，优选为2～8个，更优选为3～6个。所述反向螺纹元件的数量可为本领域常规，例如1～10个，优选为2～8个，更优选为3～6个。

18、优选地，所述第一螺杆组件由1个以上的正向螺纹元件和1个以上的反向螺纹元件组成。例如，所述第一螺杆组件由4个正向螺纹元件和4个反向螺纹元件组成。

19、其中，所述正向螺纹元件可为大导程正向螺纹元件。所述正向螺纹元件的导程可为1d～2.5d。所述反向螺纹元件的导程可为1d～2d。

20、本实用新型中，所述第一螺杆组件及其对应的若干节筒体可理解为加料输送系统，所述加料输送系统优选用于快速熔化和输送原料。

21、所述第一螺杆组件一般可对应2节以上的筒体。

22、其中，优选地，所述加料输送系统的第一筒体的上端设有主喂料口，并通过所述主喂料口与主喂料系统连接。

23、优选地，所述加料输送系统的第二筒体的上端设有辅助喂料口，并通过所述辅助喂料口与辅助喂料系统连接。

24、当所述加料输送系统包括3个以上的筒体时，可选地，所述加料输送系统的第三筒体的上端设有助剂喂料口，并通过所述助剂喂料口与助剂喂料系统连接。

25、本实用新型中，所述第二螺杆组件的第一组元件中，所述正向螺纹元件和所述反向螺纹元件的数量均可独立地为1～5个，优选为2～4个。所述啮合块的数量优选为2个以上。

26、优选地，所述第二螺杆组件的第一组元件包括沿物料输送方向依次设置的2个正向螺纹元件、2个啮合块和2个反向螺纹元件。

27、所述第二螺杆组件的第一组元件中，所述正向螺纹元件可为小导程螺纹元件。所述正向螺纹元件的导程可为0.1d～0.5d，例如8mm。所述正向螺纹元件的长度可为4～60mm，优选为8mm。

28、所述第二螺杆组件的第一组元件中，所述反向螺纹元件的导程可为0.5d～2d，优选为0.57d～1d，例如20mm。所述反向螺纹元件的长度可为10～120mm，优选为20mm。

29、所述第二螺杆组件的第一组元件中，所述啮合块可为本领域常规，例如正向啮合块或反向啮合块。当所述啮合块的数量为2个时，优选包括1个正向啮合块和1个反向啮合块。

30、其中，所述啮合块的长度可为20～120mm，优选为56mm。

31、其中，相邻啮合块的相接端面之间的错列角可为本领域常规，一般是指相邻啮合块的相接端面以啮合盘元件的轴为中心旋转错开的夹角，优选为45°、60°或90°。其中，啮合盘元件是由至少两块分立的啮合块组成的组合元件。

32、本实用新型中，所述第二螺杆组件的第一组元件及其对应的筒体可理解为聚合系统，优选用于使原料充分聚合。

33、优选地，所述第二螺杆组件的第一组元件所对应的筒体为封闭筒体，用于保持压力。

34、本实用新型中，所述第二螺杆组件的第二组元件可包括正向螺纹元件。所述正向螺纹元件可为本领域常规的开槽螺纹元件，用于增加物料分布面积，便于脱挥的进行。一般地，所述开槽螺纹元件可在其螺纹上开设有矩形等不同形状的凹槽。

35、其中，所述正向螺纹元件的数量可为1～6个，优选为2～4个。

36、其中，所述正向螺纹元件的导程可为1.5d～2.5d。

37、本实用新型中，所述第二螺杆组件的第二组元件及其对应的筒体可理解为脱挥系统。

38、优选地，在所述第二螺杆组件的第二组元件所对应的筒体上端设有脱挥口；用于排出小分子副产物，提高分子量，增加聚合物粘度。

39、所述脱挥口可直接与大气相通，进行自然脱挥。优选地，所述脱挥口可设有真空装置，进行真空脱挥。

40、本实用新型中，n优选为3～20，更优选为3～8，进一步优选为3～5，例如3；用于获得合适分子量和相对粘度的聚酰胺树脂。

41、本实用新型中，所述第三螺杆组件可包括反向螺纹元件，以建立机头压力，将物料顺利挤出。

42、其中，所述反向螺纹元件的数量可为5～15个，优选为6～12个。

43、其中，所述反向螺纹元件可为小导程螺纹元件。所述反向螺纹元件的导程可为0.1d～0.5d。

44、本实用新型中，所述第三螺杆组件及其对应的若干节筒体可理解为挤出系统。

45、本实用新型中，所述正向螺纹元件可为本领域常规的在输送螺杆旋转方向上转动的元件，其螺槽的形状可为矩形；用于物料输送。一般选自正向单头螺纹元件、正向双头螺纹元件、正向从单头过渡到双头的螺纹元件、正向从双头过渡到单头的螺纹元件、以及、正向三头螺纹元件中的任意一种，优选为正向双头螺纹元件。

46、本实用新型中，所述反向螺纹元件可为本领域常规的在输送螺杆旋转方向相反的方向上转动的元件，其与正向螺纹元件的形状类似，螺槽的螺旋方向与正向螺纹元件相反。一般选自反向单头螺纹元件、反向双头螺纹元件、反向从单头过渡到双头的螺纹元件、反向从双头过渡到单头的螺纹元件、以及、反向三头螺纹元件中的任意一种，优选为反向双头螺纹元件。

47、本实用新型中，本领域技术人员可以理解d即为本领域常规的螺纹大径(外径)。

48、其中，d可独立地为5～60mm，优选为10～40mm。

49、本实用新型中，所述聚酰胺树脂的生产设备一般可理解为螺杆挤出机，例如双螺杆挤出机。根据本领域常规，所述聚酰胺树脂的生产设备还可包括设置在螺杆挤出机前端依次连接的驱动电机、联轴器和齿轮箱，以及设置在螺杆挤出机后端的挤出切粒系统等。

50、本实用新型中，优选地，所述聚酰胺树脂的生产设备的温度设定为：加料输送系统120～300℃，聚合系统240～330℃，脱挥系统250～330℃，挤出系统260～320℃；用于防止温度过低物料无法熔融输送、温度过高物料在挤出过程中发生热降解等副反应。

51、本实用新型中，所述聚酰胺树脂的生产设备的螺杆转速可为30～500rpm。物料在所述聚酰胺树脂的生产设备内的停留时间可为10s～30min。

52、本实用新型中，采用如前所述的聚酰胺树脂的生产设备时，聚酰胺树脂的制备方法可包括如下步骤：将二元胺和二元酸，或者，由二元胺和二元酸制得的尼龙盐加入所述聚酰胺树脂的生产设备中，经输送、聚合和脱挥后，挤出，得到聚酰胺树脂；所述聚合和脱挥的次数≥2。

53、其中，所述二元胺可选自碳原子数为2～18的二胺。

54、所述二元酸可包括二元酸a1和二元酸a2；所述二元酸a1选自芳香族二羧酸及其衍生物，所述二元酸a2选自碳原子数为2～18的脂肪族二羧酸。

55、本实用新型中，所述二元胺包括1，4-丁二胺、1，5-戊二胺、1，6-己二胺、1，8-辛二胺、1，9-壬二胺、1，10-癸二胺、1，11-十一烷二胺、1，12-十二烷二胺、1，13-十三烷二胺和1，14-十四烷二胺中的一种或多种；优选为1，5-戊二胺、或者、1，5-戊二胺和1，10-癸二胺、或者、1，5-戊二胺和1，12-二氨基十二烷。

56、本实用新型中，所述二元酸a1包括对苯二甲酸及其衍生物和/或间苯二甲酸及其衍生物。其中，所述对苯二甲酸及其衍生物优选包括对苯二甲酸。

57、本实用新型中，所述二元酸a2包括己二酸、1，8-辛二酸、1，10-癸二酸、1，11-十一烷二酸、1，12-十二烷二酸、1，13-十三烷二酸、1，14-十四烷二酸和1，16-十六烷二酸中的一种或多种；优选包括己二酸。所述己二酸优选为1，6-己二酸。

58、本实用新型中，优选地，所述二元酸包括对苯二甲酸和/或1，6-己二酸，优选为对苯二甲酸和1，6-己二酸。

59、本实用新型中，所述二元酸和所述二元胺的摩尔比可为1∶(0.85～1.2)，优选为1∶(0.95～1.15)。本领域技术人员可以理解，“所述二元酸和所述二元胺的摩尔比”中的二元酸是指二元酸a1和二元酸a2。

60、本实用新型中，所述尼龙盐可包括尼龙盐b1和尼龙盐b2。

61、其中，所述尼龙盐b1一般可由所述二元胺和所述二元酸a1制得。例如，由1，5-戊二胺与对苯二甲酸或其衍生物制得的pa5t盐，或者，由1，10-戊二胺与对苯二甲酸或其衍生物制得的pa10t盐，或者，由1，12-十二烷二胺与对苯二甲酸或其衍生物制备的pa12t盐。

62、其中，所述尼龙盐b2一般可由二元胺和二元酸a2制得。例如，由1，5-戊二胺与1，6-己二酸制得的pa56盐。

63、优选地，所述尼龙盐b1和所述尼龙盐b2的摩尔比为(30～90)∶(70～10)。

64、本实用新型中，所述尼龙盐优选包括5t盐、56盐、10t盐和12t盐中的一种或多种；更优选为5t盐和56盐、或者、10t盐和56盐、或者、12t盐和56盐。

65、其中，当所述尼龙盐为5t盐和56盐时，所述5t盐和所述56盐的摩尔比可为(30～70)∶(70～30)，优选为(40～70)∶(60～30)，例如51∶49或56∶44。

66、当所述尼龙盐为10t盐和56盐时，所述10t盐和56盐的摩尔比可为(90～50)∶(10～50)，优选为(90～70)∶(10～30)，更优选为86∶14。

67、当所述尼龙盐为12t盐和56盐时，所述12t盐和56盐的摩尔比可为(90～60)∶(10～40)，优选为(90～70)∶(10～30)，更优选为82∶18。

68、本实用新型中，优选地，将催化剂和/或抗氧剂，与“二元胺和二元酸”或者“由二元胺和二元酸制得的尼龙盐”一起加入所述聚酰胺树脂的生产设备中。

69、其中，所述催化剂可为本领域常规，例如磷酸类化合物、磷酸类金属盐，优选为磷酸、亚磷酸、次磷酸、苯基次磷酸、磷酸酐、四聚磷酸、焦磷酸、三偏磷酸、五氯化磷、亚磷酸三苯酯、次磷酸铵、次磷酸钠、次磷酸钙、次亚磷酸钠、次亚磷酸钙和h10中的一种或多种，优选为磷酸酐、焦磷酸、亚磷酸三苯酯、次磷酸铵、次磷酸钠、次磷酸钙、次亚磷酸钠、次亚磷酸钙和h10中的一种或多种。

70、其中，所述抗氧剂可为本领域常规，例如n,n′-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯中的一种或多种。

71、其中，所述催化剂和/或所述抗氧剂的添加量可为本领域常规，例如10～10000ppm，优选为50～6000ppm。其中，所述催化剂和/或所述抗氧剂的添加量可理解为，所述催化剂和/或所述抗氧剂的添加量占“所有二元胺和二元酸的质量之和”或者占“所有尼龙盐的质量之和”的质量百分比。根据本领域常规，单位ppm可表示质量百分比，100ppm＝0.01％。

72、本实用新型中，所述螺杆挤出机的螺杆转速可为30～500rpm，例如150rpm。

73、优选地，所述二元胺和二元酸，或者，由二元胺和二元酸制得的尼龙盐在螺杆内的停留时间为10s～30min，例如3min10s、3min25s、3min40s或者4min30s。

74、当所述催化剂和/或所述抗氧剂，与“二元胺和二元酸”或者“由二元胺和二元酸制得的尼龙盐”一起加入螺杆挤出机中时，在螺杆内的停留时间如前所述。

75、本实用新型中，所述输送的过程中，物料熔融；所述熔融的温度可为120～350℃，例如260℃。

76、本实用新型中，所述聚合的温度可为200～350℃。

77、本实用新型中，所述脱挥的温度可为220～350℃。

78、本实用新型中，所述脱挥一般可为真空脱挥。所述真空脱挥的真空度可为-0.095～0mpa，例如-0.09mpa。

79、本实用新型中，所述挤出的温度可为220～350℃。

80、本实用新型中，所述挤出后，一般还包括切粒的步骤。

81、本实用新型中，采用如前所述的聚酰胺树脂的制备方法，可得到聚酰胺树脂。

82、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

83、本实用新型所用试剂和原料均市售可得。

84、本实用新型的积极进步效果在于：

85、(1)本实用新型提供的聚酰胺树脂的生产设备通过对螺杆元件的特别设计和组合，有效减少了热降解的发生，所得聚合物熔点和相对粘度更高，树脂切片黄色指数更低，分子量分布更窄，生产效率更高，整体上获得产品质量更优。

86、(2)采用本实用新型提供的聚酰胺树脂的生产设备时，反应进程能够更好地得到控制，反应效率更高，产率显著增加，最终得到的聚酰胺树脂的机械性能较优于通过常规工艺制备得到的聚酰胺树脂产品。