[发明专利]一种用于芳纶1414连续聚合的对苯二胺溶解系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于芳纶1414连续聚合的对苯二胺溶解系统及方法，属于人造纤维生产设备技术领域。通过对苯二胺储罐、溶剂储罐、静态混合器、混合罐、保温装置及氮封装置等设置，首先，在静态混合器中，将精馏后处于熔融态的对苯二胺与特定压力的溶剂预混合，产生细小微粒的预混料；其次，在混合罐中，将对苯二胺与溶剂再混合，促使对苯二胺在混合罐内快速溶解，形成浓度大于5%的对苯二胺溶液，同时有效避免对苯二胺被氧化，并保证聚合物质量和制备效率；本系统结构简单、方便及实用。

技术领域

本发明涉及一种溶解系统及方法，尤其涉及一种用于芳纶1414连续聚合的对苯二胺溶解系统及方法，属于人造纤维生产设备技术领域。

背景技术

芳纶1414，又称为聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物（PPTA），是一种采用低温溶液缩聚反应合成的高分子聚合物。美国杜邦公司于1965年利用PPTA/H₂SO₄溶液的液晶行为，以干喷湿纺法获得了高性能聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。该纤维具有高耐热性、高抗拉强度、高绝缘性、耐化学腐蚀性、高压缩性及高抗弯强度，且热收缩和蠕变性能稳定，被作为特种纤维和复合材料，其在航天、航空、交通、通讯等领域均得以应用，具体用于防弹成品、土木工程、复合材料、传送带及摩擦密封材料等。

制备聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合反应如下所示：

目前，芳纶1414的制备技术是采用低温缩聚工艺，即将参加聚合反应的单体对苯二胺（PPDA）溶解于有机溶剂中，与对苯二甲酰氯（TPC）发生缩聚反应，有机溶剂作为反应的介质，两种反应单体在该溶剂体系中反应生成高分子聚合物并在溶剂中不断析出。其中，在此过程中的一个技术难点是：如何将单体对苯二胺溶解于有机溶剂中。

对苯二胺在常温下，为块状晶体，表面坚硬，质地紧密，与空气接触极易被氧化，且易吸收空气中的水分；对苯二胺在有机溶剂中的溶解度极小，且溶解速度慢。在现有常规的对苯二胺溶解于有机溶剂的方法中，存在如下问题：

一、直接将对苯二胺晶体直接加入至有机溶剂中并通过搅拌溶解，但其很难将对苯二胺完全溶解，并达到所需的浓度（大于5%）；

二、若将对苯二胺晶体破碎为粉末，再进行加料溶解，但这使得对苯二胺粉末的氧化速度更快、吸水更快，严重影响芳纶1414产品质量，比如：氧化后的对苯二胺颜色为黑色，是一种着色剂，极微量的对苯二胺被氧化都会造成芳纶聚合物颜色灰暗，用这种聚合物制备的芳纶纤维颜色也非常差，在很多领域不能使用；又比如：芳纶聚合体系对水分要求非常高，水分子能够使高分子聚合物失去活性，聚合物分子量低，达不到纺丝要求，通常需聚合系统内水分控制在50PPM以下，故直接采用晶体或粉体加料在控制水分上非常难，且需要采用极复杂的密封加料系统；

三、将对苯二胺晶体破碎为粉末，在加料过程中还会严重污染环境；

四、由于对苯二胺在常温下为晶体，熔点为141℃，将熔融态的对苯二胺加入至溶剂中进行溶解，理论上能够加快溶解速度，但是在实施上难度极大。首先，熔融态的对苯二胺氧化速率会急剧增加，微量空气就可以破坏整个溶解系统，导致对苯二胺被氧化，溶液颜色发生异常；其次，熔融态的对苯二胺在加入至只有溶剂的储罐或者反应罐中时，与温度较低的溶剂接触，甚至在空中时，熔融态对苯二胺都会冷却凝固，变为固态苯二胺，最终而无法有效与溶剂进行混合溶解，且若溶解系统提高温度，有机溶剂在高温下易出现蒸发、分解及燃烧等风险。

于2016年04月18日公开了一种公开号为CN105688706A，名称为“一种对苯二胺的连续溶解装置及方法”的专利文献，其中，公开了：属高分子合成技术领域，涉及一种对苯二胺的连续溶解装置及方法，特别涉及一种对位芳纶纤维用树脂连续聚合过程中单体对苯二胺的连续溶解装置及方法，即以PPD连续溶解来代替常用的间歇式溶解，从而使PPTA聚合的所有过程都是连续操作，进而不仅保证了树脂分子量的稳定性，而且实现了树脂色泽的一致性。但是在技术方案中，涉及的对苯二胺原料为粉料，这并不能有效保证对苯二胺的有效溶解。