[发明专利]一种丙烯腈聚合溶液的脱单脱泡方法

说明书

技术领域

本发明属于丙烯腈基碳纤维原丝制备的领域，具体涉及一种丙烯腈聚合溶液的脱单脱泡方法。

背景技术

在PAN基碳纤维原丝的生产过程中，尤其是对于DMSO一步法生产工艺，通常很少做到聚合转化率100%，因为在聚合后期，转化率上升极其缓慢，追求过高的转化率会造成生产效率下降。此外，在聚合末期，由于聚合体系中单体浓度很低，形成的聚合物分子量很低，随着聚合时间的延长，得到的聚合物分子量分布会逐渐变宽，而分子量宽分布的聚合液通常不利于得到高性能碳纤维。

因此，目前厂家大多控制转化率在90%左右。在这种情况下，后期的脱单工艺就显得尤为关键，因为聚合后丙烯腈单体仍有少量残余，脱单脱泡效果直接决定纺丝质量。如果聚合液中残余单体太多，在脱泡过程中这些单体将会继续聚合，导致纺丝液固含量不一致，将造成原丝CV值增大。对于湿法纺丝，如果脱泡不彻底，会导致纺丝过程中毛丝量增多；对于干湿法纺丝工艺，纺丝液中含有气泡将造成物料在喷丝板表面漫流，给纺丝过程带来灾难性的后果。

传统的生产工艺通常采用刮板式或者伞页式结构，采用刮板式结构的脱单装置体积大，蒸发表面积小，维护困难；而采用伞页式结构时，由于伞页上的料层厚度存在临界值，超过临界值后，易出现脱单脱泡效果下降，因此这种方法效率不高。

旋转超重力床是一类新型高效传质传热装置，如CN01143459.7、CN 91229204.0以及CN92100093.6等专利所描述的超重力装置具有高速旋转的转子，转子中固定各种填料，当填料中的物料在离心力作用下分配时，由于填料通常具有很高的比表面积，会大大促进传质传热过程的进行。

专利CN101856570A公开了一种碳纤维纺丝液动态脱单脱泡装置，该装置采用了超重力装置进行脱单，在脱泡过程中采用了超声波辅助的方法。该装置脱单过程是发生在刮板式脱单单元，采用刮板将聚合物溶液刮成毫米级的液膜，使用该装置进行脱单脱泡后产品中的残余单体含量≤0.1%，气泡数目≤5个，溶剂损失量≤5%。但是该装置制备比较复杂，而且该方法得到的脱单脱泡产品中，残余单体含量虽然能达到略低于0.1%，但实际上采用本领域常用的伞页式脱单结构，也能达到类似的脱单效果。

综上所述，目前还没有一种较好的丙烯腈聚合溶液的脱单脱泡方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种丙烯腈聚合溶液的脱单脱泡方法。该方法能高效脱除丙烯腈聚合溶液中残余丙烯腈单体，并可同时脱除物料中的气泡。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种丙烯腈聚合溶液的连续脱单脱泡方法，包括如下步骤：

（1）将丙烯腈聚合溶液自超重力装置的近旋转轴处加入到超重力装置的转子中，所述转子中固定有填料，同时启动超重力装置和真空系统，丙烯腈聚合溶液在转子高速旋转产生的超重力作用下在填料表面经剪切后得到纳米级的物料，物料在离心作用下由转子边缘甩出后，在超重力装置的底部汇集；

（2）经步骤（1）处理后的物料流入与超重力装置的底部相连的螺杆挤出机，通过螺杆挤出机输送至脱泡装置；

（3）聚合物溶液经过脱泡装置脱泡后最终得到脱单脱泡的产品。

所述丙烯腈聚合溶液为二甲基亚砜一步法生产聚丙烯腈基碳纤维原丝或腈纶纤维过程中的聚合溶液。

所述丙烯腈聚合溶液为丙烯腈及共聚单体在二甲基亚砜中的共聚产物。

所述共聚单体优选为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酰胺、马来酸、马来酸酐、衣康酸、衣康酸单甲酯、衣康酸单乙酯中的任意一种或几种。

所述共聚单体的含量优选为占总聚合单体质量的0%～20%。

所述丙烯腈聚合溶液中未反应的丙烯腈单体质量占总产物质量的0.01%～10%。

所述丙烯腈聚合溶液中未反应的丙烯腈单体质量优选为占总产物质量的0.01%～5%。

所述聚合溶液温度优选为30～90℃，超重力釜内温度优选为30～90℃，超重力釜内绝对压力优选为10Pa～50kPa。

所述聚合溶液温度更优选为40～70℃，超重力釜内温度40～70℃，超重力釜内绝对压力为50Pa～10kPa。

本发明超重力装置中的脱单过程发生在转子内的填料层，利用高速旋转产生的超重力作用不断将聚合物溶液在填料表面剪切成纳米级的膜、丝、或液滴，产生可快速更新的巨大的相界面，从而大大提高了脱单的效果。