[發明專利]一種制備對/間位芳綸的微反應系統及方法

有效

• 申請號: 201510080040.6
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104667846B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 駱廣生;王佩堅;王凱
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J19/18;C08G69/32;C08G69/28
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于纖維制備技術領域，涉及一種制備對/間位芳綸的微反應系統及方法。

背景技術

對/間位芳綸學名為聚對/間苯二甲酰對/間苯二胺，這兩種纖維材料都具有高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優良性能。特別是對位芳綸的超高強度等優異性能使其廣泛應用于航天器、火箭的結構材料、防彈材料、橡膠增強材料、建筑結構加固材料以及代石棉材料等領域。對位芳綸與碳纖維、超高分子聚乙烯纖維統稱為當今世界三大高性能纖維。目前對位芳綸的市場主要被美國杜邦公司、日本帝人公司壟斷，我國對位芳綸的年需求量在5000噸以上，幾乎全部依賴于進口。目前間位芳綸也是美國杜邦公司處于壟斷地位。

工業上普遍采用的生產對/間位芳綸的方法是低溫溶液縮聚法，該方法將對/間苯二胺溶于含氯化鈣的氮甲基吡咯烷酮中，加入等摩爾的對/間苯二酰氯，送入雙螺桿反應器進行低溫溶液縮聚，經后處理得到對/間位芳綸。該方法需要保持反應體系溫度在0℃附近，但是體系粘度大，導致移熱非常困難；同時在雙螺桿反應器中生成的聚合產物具有局部不均勻性，影響后續的溶解紡絲過程。由于制備對/間位芳綸過程中體系的復雜性，低溫溶液縮聚法在制備過程中的移熱和混合難題使得制備過程可控性差，所得產物性質重復性不佳。

發明內容

本發明的目的在于，克服上述現有技術的缺陷，提供一種利用微反應器和攪拌釜制備對/間位芳綸的方法，該方法能夠有效移除反應過程產生的反應熱和副產物，增強過程穩定性和可控性，并提高產物性能的可重復性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種制備對/間位芳綸的微反應系統，由微反應器和攪拌釜組成；所述微反應器內部設置微結構分布板或微通道；所述微結構分布板上設置篩孔或通槽；所述攪拌釜中設置三葉推進式槳、錨式槳或錨框式槳。

所述微通道為Y型微通道或十字型微通道。

所述Y型微通道由兩個不同原料入口通道和一個出口通道互相連通構成，兩個入口通道的夾角為25°～180°，出口通道與任一入口通道的夾角為25°～180°。

所述十字型微通道由兩個同種原料入口通道、一個單一原料入口通道和一個出口通道互相連通構成，兩個同種原料入口通道的夾角為25°～180°，單一原料入口通道位于兩個同種原料入口通道的對稱軸上，出口通道與任一同種原料入口通道的夾角為90°～180°。

所述微通道的水力學直徑為0.04mm～10mm；所述篩孔的直徑為0.01mm～5mm；所述通槽的長度為0.1mm～20mm，寬度為0.01mm～5mm。

利用上述微反應系統制備對/間位芳綸的方法，包括：

(1)將氯化鈣溶于有機溶劑得氯化鈣溶液，將對/間苯二胺溶于氯化鈣溶液，加入吡啶，得反應液A；將對/間苯二酰氯溶于氯化鈣溶液，得反應液B；

(2)將反應液A、反應液B于微反應器中混合并引發縮聚反應，得反應液C；

(3)反應液C進入攪拌釜中，攪拌反應下生成產物D；

(4)產物D經溶劑清洗，得到對/間位芳綸。

其中，

步驟(1)所述有機溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基丙酰胺、二甲基丁酰胺、二乙基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮、氮乙基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺中的一種以上。

優選地，步驟(1)所述有機溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮中的一種以上。

步驟(1)所述氯化鈣溶液中氯化鈣的質量分數為0.01％～10％。

步驟(1)所述反應液A中對/間苯二胺的濃度為0.01mol/L～1.0mol/L，吡啶與對/間苯二胺的濃度比為0.1～10；所述反應液B中對/間位苯二酰氯的濃度為0.01mol/L～1.0mol/L。

步驟(2)所述縮聚反應時對/間苯二胺和對/間苯酰氯的摩爾比為0.98～1.05。

步驟(2)所述微反應器內的反應溫度為-10℃～100℃，時間為0.1s～100s。

步驟(3)所述攪拌釜內的反應溫度為-10℃～100℃，且等于或高于微反應器溫度0℃～50℃，反應時間為5min～120min，攪拌槳的轉速為200r/min～3000r/min。

步驟(4)所述溶劑為去離子水、甲醇、乙醇中的一種以上。

本發明微反應器內的微結構分布板位于兩股原料入口之間，將兩股原料分隔開，其中一股原料穿過分布板上的篩孔或通槽與另一股原料混合，混合液由出口管道流出。

本發明的有益效果：