[發(fā)明專利]用固體硫酸制備PPTA紡絲漿液的工業(yè)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810049518.9
• 申請日: 2008-04-10
• 公開（公告）號: CN101555631A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設計）人: 李磊;潘育英;呂清海;馬源;王良;鄭淑昀;王建民;羅亞利;張會云;梁海軍
• 申請（專利權）人: 中國神馬集團有限責任公司
• 主分類號: D01D1/02
• 分類號: D01D1/02;D01D1/10;D01F6/60
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳 浩

技術領域

本發(fā)明涉及一種制備聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)紡絲漿液的工業(yè)化方法，尤其涉及一種用固體硫酸制備PPTA紡絲漿液的工業(yè)化方法。

背景技術

PPTA纖維是一種高性能纖維，由于其具有強度大、模量高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異的物理機械性能，在國防、航天、航空、交通運輸?shù)阮I域得到了廣泛地應用。早在上世紀七十年代初，美國杜邦公司就發(fā)明了用干噴-濕紡方法制造PPTA纖維的技術，其技術關鍵之一就是PPTA/H₂SO₄液晶溶液，即紡絲漿液的配制，由于粉狀的PPTA樹脂在硫酸溶液中溶解時急劇發(fā)熱，極易表面溶解、結團，使包裹在團塊中的樹脂很難在硫酸中進一步分散、溶解，從而難以得到均勻的紡絲漿液。因此，PPTA/H₂SO₄液晶溶液的配制方法及所用到的設備成了研究的熱點。目前，在配制PPTA/H₂SO₄液晶溶液時常用液體硫酸溶解PPTA而得，早期用液體硫酸配制PPTA/H₂SO₄液晶溶液多采用間歇式混合釜，由于PPTA在濃硫酸中極易結塊，即使在80-90℃溶解3小時以上也很難溶解均勻，而且因高溫容易造成PPTA降解。在上世紀七十年代出現(xiàn)了用一臺雙螺桿擠出機配制PPTA/H₂SO₄液晶溶液的方法，但由于在螺桿中不是每一個聚合物粒料吸附相同量的硫酸，在擠出機中溶解時，溶液的均勻性和樹脂在酸中的降解率達不到要求。1983年Thomson在RD232004中，采取用一臺高速運行的小型雙螺桿擠出機和低速運行的大型雙螺桿串聯(lián)使用，較好地解決了PPTA/H₂SO₄液晶溶液的配制過程中存在的一些問題，但由于采用的是液體硫酸，混合時極易結塊，樹脂顆粒中吸附的硫酸量不同，加之物料在雙螺桿擠出機中是按柱塞流前進的，含酸量不一致，計量波動和擠出條件的波動都會給紡漿的均勻性帶來不利的影響。

在CN1256474C中揭示了先用“混合筒”將液體硫酸和PPTA預混后再進入雙螺桿擠出機中混煉擠出的方法，但是該“混合筒”達不到均勻混合的要求。正如他們在后來申請的專利CN1693543A中所指出的：“對于產業(yè)化生產來說還存在混合過程中攪拌困難及不易混合均勻的問題。”

為了解決液體濃硫酸與粉狀PPTA樹脂混合時容易成團，很難在硫酸中進一步分散、溶解的問題，US4320081揭示了用固體硫酸配制PPTA/H₂SO₄液晶的方法。其技術方案為：先將硫酸在滾筒上冷凍制成片狀，然后再與粉狀PPTA樹脂混合形成砂狀物，再將砂狀物加入到單螺桿擠出機中加熱溶解，得到的漿液供紡絲使用。其優(yōu)點是，采用固-固相混，增加了樹脂和硫酸的接觸面積，避免了溶解時結團現(xiàn)象產生，提高了樹脂的溶解速度和漿液的均勻性，同時固體硫酸能抑制樹脂在溶解初期的熱降解作用，減少樹脂降解。但其在使用時存在著以下問題：(1)固體硫酸需單獨制備；(2)由于在專利中采用單軸攪拌釜混合，在單螺桿擠出機中加熱、混煉擠出，因砂狀物中硫酸含量不一樣，在單螺桿擠出機中加熱溶解時也難以得到均勻的PPTA/H₂SO₄液晶漿液。另外，此種方法在連續(xù)配制液晶溶液的過程中，計量的波動，擠出條件的波動都影響液晶溶液的均勻性。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提供了一種用固體硫酸制備PPTA紡絲漿液的工業(yè)化方法，以制得穩(wěn)定、均勻的紡絲漿液。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案采用了一種用固體硫酸制備PPTA紡絲漿液的工業(yè)化方法，包括以下步驟：

(1)將粒狀的固體硫酸與干燥過的對數(shù)比濃粘度為4.0-8.0dl/g的PPTA樹脂充分混合，經(jīng)加熱溶解、預脫泡制成PPTA重量百分含量為16-23％的液晶溶液；

(2)將得到的液晶溶液，在溫度為60-100℃的條件下，進行混合、捏合、剪切，形成均勻的液晶漿液；

(3)將形成的液晶漿液在溫度為60-100℃，壓力為0.09Mpa的條件下進一步混批、脫泡，得到穩(wěn)定、均勻的PPTA/H₂SO₄液晶溶液，即紡絲漿液。

步驟(1)中的固體硫酸的制備方法為：在溫度為-15℃到-5℃冷凍液存在的條件下，將濃度為98-100.3％的濃硫酸制成粒狀的固體硫酸。

步驟(1)中的PPTA樹脂可以分次加入。