[发明专利]控制PPTA树脂溶解过程中分子量降解的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于控制共聚物降解领域，特别涉及一种控制PPTA树脂溶解过程中分子量降解的装置及方法。

背景技术

芳纶纤维是全芳香族聚酰胺纤维的通称。它是二十世纪六七十年代由美国杜邦公司率先研制开发的一种合成纤维。由于其独一无二的特性而迅速发展为多种产品，广泛应用于航空航天、树脂工业、运输工具等各种领域。其中，聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维以高强度、高弹性模量、耐热性为特种，成为了现今世界各国研制的重点。

PPTA一般仅能溶于浓硫酸、氯磺酸、氢氟酸等少数的几种强酸溶剂中。由于浓硫酸对PPTA的溶解性较好，并且较为廉价，目前在PPTA纤维制造中采用浓硫酸作为溶剂。常见的方法包括在反应器或捏合机中将PPTA树脂溶解在液体硫酸中和将所形成的溶液脱气。而该方法在85℃的温度下会花费大约4h，这会导致所述共聚物的降解。共聚物的降解会造成纺丝溶液的粘度下降，最终造成所制得纤维的力学性能和强度严重下降。因此PPTA在浓硫酸中溶解工艺的控制对得到的PPTA纤维性能至关重要。

US4320081揭示了用固体硫酸配制PPTA/H2SO4液晶的方法。该方法为先将硫酸在滚筒上冷冻制成片状，然后再与粉状PPTA树脂混合形成砂状物，在再加入到单螺杆挤出机中加热溶解，得到的浆液供纺丝使用。但是，这种方法中固体硫酸需要单独制备，且在单螺杆挤出机中加热溶解时也难以得到均匀液晶浆液，也无法避免PPTA树脂的降解。

CN1256474C中揭示了先用“混合筒”将液体硫酸和PPTA预混后再进入双螺杆挤出机中混炼的方法，但是该“混合筒”达不到均匀混合的要求。正如他们在后来申请的专利CN1693543A中所指出的：“对于产业化生产来说还存在混合过程中搅拌困难及不易混合均匀的问题。”

CN101061161中提到于低温（25℃以下）将PPTA与（冰冻的）硫酸冰状物混合，接着使得制成的固溶体融化和脱气。该方法花费大约6小时并且具有大的停留时间分布。但是，该方法限于PPTA含量为17.5~19.8%的混合物，低于在硫酸中17.5wt%PPTA时，形成显著量的不合格物料。

双螺杆挤出机本身是所属领域已知的并且用于混合和挤出聚合物。例如，EP821708中，描述了双螺杆挤出机用于聚合脂族二胺和脂族二羧酸而得到非芳族聚酰胺（即尼龙）。NL8500429中，通过使用双螺杆挤出机得到聚乙烯混合物，该混合物适合于制造带状物、膜状物、管状物等。除聚乙烯或聚酰胺以外的聚合物的应用或其制造纺丝原液的用途未被公开。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种控制PPTA树脂溶解过程中分子量降解的装置及方法。该方法通过设计双螺杆中的螺杆部件、螺纹结构，控制加料方式、体系温度、纺丝原液固含量、双螺杆转速、停留时间等及其组合，控制了PPTA树脂溶解过程中分子量的降解。

本发明的一种控制PPTA树脂溶解过程中分子量降解的装置，其特征在于：所述装置为具有温度梯度的双螺杆挤出机，包含导入区、中间区、混合区、负向输送区、脱气区和压力恢复区，螺杆外部具有一个或多个进/出气口，并带有可加热或通入冷媒的夹套。

所述导入区的长度为3-6D，并装配有单螺纹或双螺纹输送元件。

所述混合区的长度为20-25D，并装配具有输送特性的元件。

中间区在外部通入冷媒的夹套的作用下，温度保持在-20℃~30℃；混合区在外部加热的夹套的作用下，温度保持在70℃~80℃。

本发明的一种使用控制PPTA树脂溶解过程中分子量降解的装置的方法，包括：

首先将15~20重量份的PPTA树脂加入导入区，然后再向中间区中引入80~85重量份的浓硫酸；然后将在中间区混合均匀的PPTA-浓H₂SO₄体系通过螺杆输送填充入混合区进行溶解，从而得到PPTA-浓H₂SO₄溶液。

所述浓硫酸由98%浓硫酸和三氧化硫质量分数为25%的发烟硫酸混合得到。

所述双螺杆的转速为30~300rmp。

所述PPTA-浓H₂SO₄溶液在双螺杆挤出机中停留时间为1~30分钟。

所述PPTA-浓H₂SO₄溶液在双螺杆挤出机中停留时间为2~6分钟。

有益效果