[發明專利]一種制備聚對苯撐苯并二噁唑的連續聚合反應裝置

有效

• 申請號: 200810064151.8
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN101245143A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 黃玉東;林宏;宋元軍;王峰;劉立洵
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08G73/18
• 分類號: C08G73/18;D01F6/74
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種連續聚合反應裝置。

背景技術

聚對苯撐苯并雙噁唑(Poly-p-phenylenebenzobisoxazole，簡稱為PBO)纖維是有機芳雜環剛性棒狀液晶高分子，具有極其優異的力學、耐熱和阻燃等綜合性能，被稱為“超級纖維”；因此其在宇航、武器軍備以及其它許多領域中具有廣闊的應用前景。目前PBO聚合物的制備方法有兩種：一種方法是：在聚合反應釜中加入80％以上的多聚磷酸、4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽和對苯二甲酸，首先脫除氯化氫氣體，然后升高溫度，實現聚合反應。這種方法反應時間長(達100h以上)，在聚合反應后期，體系粘度快速增大，在聚合反應釜中攪拌不均勻，有爬竿現象，攪拌器失去功能，嚴重影響聚合物的分子量。專利ZL02294359.5雖然采用了特殊結構的攪拌器，但是仍然沒有完全解決體系黏度高時的攪拌問題。另外一種方法是：專利CN1644772A中采用的方法。在聚合反應釜中加入70～80％的多聚磷酸、4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽和部分對苯二甲酸，脫除氯化氫氣體后，升高溫度繼續反應24h以后，將剩余的對苯二甲酸的多聚磷酸淤漿與聚合物溶液一起進入螺桿擠出機，停留10～20min，完成聚合反應。這種方法由于預聚合時兩種單體不是等當量，且多聚磷酸濃度較低；在螺桿中混合反應時停留時間短，所以生成聚合物的分子量不夠高。然而通過在相同螺桿轉速下增大螺槽的深度、在高的螺桿轉速下加快物料輸送或者增加螺桿長度來實現加快PBO聚合反應速度同時提高生產效率存在以下缺點：增大螺槽的深度就要求螺桿能夠承受更大的扭矩并會使剪切能力下降；加快物料輸送會使物料在擠出機內的停留時間減少；均會導致物料混合不均勻，反應不夠充分。

發明內容

本發明的目的是為了解決由于PBO聚合物的黏度高導致攪拌困難，且現有生產工藝制備的聚合物的分子量不高的問題，而提供一種制備聚對苯撐苯并二噁唑的連續聚合反應裝置。

本發明的制備聚對苯撐苯并二噁唑的連續聚合反應裝置是由預聚釜和螺桿擠出機組組成，預聚釜的出料口和螺桿擠出機組的進料口相連通，螺桿擠出機組是由二至十臺首尾相通的螺桿擠出機組成；其中螺桿擠出機的螺桿、機筒、進料口和出料口的材質要耐酸、耐腐蝕；螺桿擠出機的工作溫度為20～300℃，螺桿擠出機的擠出壓力為0.1～30MPa，螺桿直徑D＝20mm～200mm，螺桿長徑比L/D＝10～60，螺桿轉速為1～1000r/min，螺桿內真空度能達到-0.1MPa。

螺桿擠出機組連接方式有兩種，一種是平面串聯組合式，是將螺桿擠出機安放在同一水平面上；另一種是階梯組合式，是將螺桿擠出機錯層放置；其中相鄰兩臺螺桿擠出機的螺桿軸線之間的夾角為0°～180°。

在PBO聚合過程中攪拌與溫度是影響分子運動的重要因素。首先，攪拌的主要是使各種反應物均勻的分散在聚合體系中，穩定調節聚合體系的局部濃度，給各反應物提供均等的反應機會。由于對苯二甲酸(TPA)在多聚磷酸(PPA)中的溶解度低、溶解速度慢，而TPA則只有溶解在PPA中才能參與縮聚反應，因此聚合初期，快速攪拌使TPA最大量溶解并與4，6-二氨基間苯二酚(DAR)發生反應是合理的。聚合后期控制適當的攪拌速度也是必須的，適當的攪拌速度能給高粘度的聚合體系提供高的剪切力而防止聚合物的爆聚與團聚。尤其是聚合物粘度過高，在反應釜中快速攪拌的話，容易產生爬桿現象，不能提供足夠的剪切力而使聚合物出現團聚現象，使攪拌不均勻和不徹底，導致聚合物料分子量過低和聚合物料分散性不好。現有制備裝置不能滿足生產的需要。采用增加螺桿長度又必然導致螺桿擠出機實際承載扭矩和功率的增加。本發發明的螺桿擠出機組的強烈剪切和捏合作用解決了PBO聚合體系聚合后期的有效攪拌問題。同時螺桿擠出機機筒外部加熱器提供的溫度是可調節的，為聚合物料在螺桿中能夠快速聚合提供了保證。本發明裝置中的每臺螺桿擠出機都有自己獨立的驅動系統和加熱冷卻系統，可靈活組合，同時滿足不同的工藝要求，并且在前一臺擠出機中所存在的不均勻性、不穩定性，在進入下一階段時可以消除，另外，由于螺桿的職能分別由多臺擠出機承擔，可以消除干擾，使能量分配更合理。

本發明具有提高了產品的分子量、反應速度快、生產周期短、物料混合均勻、反應充分的優點，能夠實現連續操作，有利于工業化生產。

附圖說明

圖1是具體實施方式十一的螺桿擠出機組連接示意圖。圖2是具體實施方式十二的螺桿擠出機組示意圖。

具體實施方式