專利名稱：聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙螺桿擠出機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙螺桿擠出機，屬于高分子合 成領域。
背景技術：
聚對苯二甲酰對苯二胺聚合體，是制備高強度、高模量、耐高溫的特種纖維對位芳綸和 具有高耐摩性、高度分散性的芳綸漿粕的原料，用它可制得比強度是鋼絲的5-6倍、比模量 是鋼絲的2-3倍、耐35(TC高溫的對位芳綸纖維以及作為石棉的理想代用品芳綸漿粕，制成耐 高溫、耐摩擦的絕緣紙，被廣泛用于航天航空、交通通訊、化工等部門。USP5726275公開了一種間歇式制備高質量對苯二甲酰對苯二胺樹脂的方法，即對苯二胺 和對苯二甲酰氯在N-甲基吡咯垸酮-氯化鈣溶劑體系中，分批聚合制備聚對苯二甲酰對苯二胺 樹脂，反應在帶有一根同時具有攪拌和造粒作用的混合齒輪的圓柱形反應器中進行，當對苯 二甲酰氯加入時，反應體系受到漩渦的攪拌，生成的聚合物被粉碎，即聚合反應和聚合產(chǎn)物 的粉碎在同一反應容器中進行。漩渦狀的攪拌方式能夠保證反應體系充分混合，反應迅速進 行，得到較高特性粘度的聚合物。這種方法制備聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂只能分批進行， 效率較低且較難得到性能穩(wěn)定的樹脂。USP3850888、 USP3884881采用噴射混合器混料、雙螺桿擠出機作為反應器器連續(xù)縮聚， 但噴射混合器容易堵塞，影響連續(xù)縮聚的順利進行。CN1048710A公開了將預縮聚液與剩余的熔融狀態(tài)對苯二甲酰氯分別經(jīng)計量泵加入自清 式雙軸混合器中混合后擠入排氣式雙螺桿擠出機，并同時由計量泵加入氮雜化合物如吡啶、 a -甲基吡啶、e -甲基吡啶等添加劑來提高聚對苯二甲對苯二胺聚合體的相對比濃對數(shù)粘度。但這種方法的缺點在于在聚合過程中使用了具有惡臭味的氮雜苯化合物如吡啶作為酸吸 收劑，使溶劑回收變得更為復雜且操作環(huán)境惡劣，而且對苯二甲酰氯以熔融狀態(tài)經(jīng)計量泵加 入混合器，要達到與對苯二胺等摩爾配比非常困難。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式的雙螺 桿擠出機，通過內(nèi)部結構元件的配合使用，對物料在螺桿擠出機中受到剪切力的大小和停留 時間時間長短進行控制，從而得到比較理想的狀態(tài)，在不添加任何對環(huán)境有污染的氮雜化合 物的情況下，使聚合得到的聚合體粉末色澤鮮嫩、相對比濃對數(shù)粘度穩(wěn)定在5.5dl/g以上。為了達到上述目的，本實用新型PPTA聚合用組合式雙螺桿擠出機由預縮聚反應雙螺桿擠出機、主縮聚反應雙螺桿擠出機及后反應雙螺桿擠出機組合而成；其中所述的預縮聚反應 雙螺桿擠出機的物料輸出端與所述的主縮聚反應雙螺桿擠出機的物料輸入端連接，所述的主 縮聚反應雙螺桿擠出機的物料輸出端與所述的后反應雙螺桿擠出機的物料輸入端連接。所述的預縮聚反應雙螺桿擠出機以單頭螺紋塊為主的自清潔雙螺桿擠出機，在螺桿后部 的螺紋塊上開2-8個回流槽，使同時泵入預聚液及剩余單體對苯二甲酰使在其中經(jīng)過多道分 流、多次翻復后達到完全均勻。所述的主縮聚反應雙螺桿擠出機，包括20-50%雙頭及三頭的螺紋塊和一些反向雙頭螺紋 塊或捏合塊，使物料受到推進、剪切、混合及捏合等多種作用力(其中以剪切、捏合為主)， 并控制物料在其中的停留時間，使物料實現(xiàn)從各向同性的溶液到各向異性凍膠體到最終的粉 體的相態(tài)變化過程。所述的后反應雙螺桿擠出機以單頭、雙頭螺紋塊為主，配合使用三頭正向捏合塊，其前 半部分對主反應的進一步補充，后半部分用計量泵加入中和液為下一聚合體洗滌工序做好準 備，可降低聚合體的灰分。本實用新型PPTA聚合用組合式雙螺桿擠出機的特點是通過預縮聚反應雙螺桿擠出機 將預聚液和剩余對苯二甲酰氯的粉體或溶液充分混合均勻后進入主縮聚反應雙螺桿擠出機， 通過調(diào)節(jié)嫘紋塊、捏合塊的類型、形狀組合，使物料在各向同性的溶液到各向異性凍膠體到 最終的粉體的相態(tài)變化過程中，對物料受到剪切力的大小和停留時間時間長短進行控制，從 而可以在不添加任何酸吸收劑的情況下，制備出相對比濃對數(shù)粘度較高的PPTA聚合體，并 通過后螺桿擠出機進一度提高聚合體的相對比濃對數(shù)粘度，同時對其進行研磨、中和，有利 于其后一步的洗滌，利于降低聚合體中的灰份。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在1. PPTA聚合用組合式雙螺桿擠出機有利于聚合過程的連續(xù)化；2. 預縮聚反應雙螺桿擠出機以單頭螺紋塊為主的自清潔雙螺桿擠出機，在螺桿后部的螺 紋塊上開2-8個回流槽，有利于預聚液和剩余對苯二甲酰氯的粉體或溶液充分混合均 勻；3. 以雙頭及三頭的螺紋塊為主，使用20-50%的雙頭及三頭捏合塊及配合一些反向雙頭 螺紋塊或捏合塊的主縮聚反應雙螺桿擠出機，對物料受到剪切力的大小和停留時間時 間長短進行控制，從而可以在不添加任何酸吸收劑的情況下，制備出相對比濃對數(shù)粘 度較高的PPTA聚合體；4. 以單頭、雙頭螺紋塊為主，配合使用三頭正向捏合塊的后反應雙螺桿擠出機，其前半 部分可以進一步提高PPTA的相對比濃對數(shù)粘度，后半部分對其進行研磨、中和，有利于其后一步的洗滌，利于降低聚合體中的灰份。

圖1本實用新型PPTA聚合用組合式雙螺桿擠出機結構示意圖。圖中，剩余單體對苯二甲酰氯粉末加料計量裝置1、預縮聚反應雙螺桿擠出機2、主縮聚反應雙螺桿擠出機3、后反應雙螺桿擠出機4、預聚溶液加料泵5。圖2為主縮聚反應雙螺桿擠出機中雙頭S型結構螺紋塊斷面示意圖。 圖3為主縮聚反應雙螺桿擠出機中三頭T型結構螺紋塊斷面示意圖。 圖4為本實用新型預縮聚反應雙螺桿擠出機、主縮聚反應雙螺桿擠出機、后反應雙螺桿擠出機中形狀各異的主要結構元件螺紋塊、捏合塊的結構示意圖。圖5為實施例中主縮聚反應雙螺桿擠出機中的結構元件組合示意圖，分別為A、 B、 C三組，對應實例1、 2、 3。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型作進一步詳細闡述。參見圖l， PPTA聚合用組合式雙螺桿擠出機由預縮聚反應雙螺桿擠出機2、主縮聚反應 雙螺桿擠出機3及后反應雙螺桿擠出機4組合而成；其中預縮聚反應雙螺桿擠出機2的物料 輸出端與主縮聚反應雙螺桿擠出機3的物料輸入端連接，主縮聚反應雙螺桿擠出機3的物料 輸出端與后反應雙螺桿擠出機4的物料輸入端連接。預縮聚反應雙螺桿擠出機2以單頭螺紋塊為主的自清潔雙螺桿擠出機，在螺桿后部的螺 紋塊上開2-8個回流槽，使同時泵入的預聚液及剩余單體對苯二甲酰使在其中經(jīng)過多道分流、 多次翻復后達到完全均勻。主縮聚反應雙螺桿擠出機3，包括20-50%雙頭及三頭的螺紋塊和一些反向雙頭螺紋塊或 捏合塊，使物料受到推進、剪切、混合及捏合等多種作用力(其中以剪切、捏合為主)，并控 制物料在其中的停留時間，使物料實現(xiàn)從各向同性的溶液到各向異性凍膠體到最終的粉體的相態(tài)變化過程。后反應雙螺桿擠出機4以單頭、雙頭螺紋塊為主，配合使用三頭正向捏合塊，其前半部 分對主反應的進一步補充，后半部分用計量泵加入中和液為下一聚合體洗滌工序做好準備， 可降低聚合體的灰分。實施例1在250L帶有夾套的不銹鋼反應釜中，注入溶有7°/。氯化鈣(CaCl2)的N-甲基吡咯烷酮 (NMP)溶液200公斤，在15t下加入8.020公斤的對苯二胺(PPDA)，使其充分溶解，配成NMP. CaCl2- PPDA溶液后，冷卻至0°C以下，緩慢加入12. 060公斤的對苯二甲酰氯(TPC)， 反應20分鐘形成預聚溶液，將預聚溶液和對苯二甲酰氯粉末分別以1000g/min和13.70g/min 同時加入直徑為4)50、長徑比為15、轉速為200rpm的預縮聚反應雙螺桿擠出機2中，控制 預縮聚反應溫度為15-25°C,高速混合預縮聚后擠入直徑為4>65、長徑比為48、轉速為90rpm 的主縮聚反應雙螺桿擠出機3中，主縮聚反應雙螺桿擠出機3的內(nèi)部主要結構元件按圖5中 A組合，控制主縮聚反應螺桿擠出機3的溫度為60-8(TC，約20分鐘，擠出淡黃色粉狀縮聚 產(chǎn)物，進入4>65、長徑比為32、轉速為90rpm的后反應雙螺桿擠出機4中，在其第三段起用 洗滌液用氫氧化鈣水溶液進行中和處理后，再進行洗滌，洗滌液進入溶劑回收。而聚合體粉 末經(jīng)干燥后，測得比濃對數(shù)粘度為5.97dl/g，經(jīng)干噴濕紡后的原絲強度為21.4 cN/dtex，模量 為399.3 cN/dtex，斷裂伸長率為2.84%。實施例2在250L帶有夾套的不銹鋼反應釜中，注入溶有7%氯化鈣(CaCl2)的N-甲基吡咯烷酮 (NMP)溶液200公斤，在15'C下加入8.020公斤的對苯二胺(PPDA)，使其充分溶解，配 成NMP- CaCl2- PPDA溶液后，冷卻至0°C以下，緩慢加入12. 060公斤的對苯二甲酰氯(TPC), 反應20分鐘形成預聚溶液，將預聚溶液和對苯二甲酰氯粉末分別以1000g/min和13.70g/min 同時加入直徑為4)50、長徑比為15、轉速為200rpm的預縮聚反應雙螺桿擠出機2中，控制 預縮聚反應溫度為15-25°C，高速混合預縮聚后擠入直徑為4)65、長徑比為48、轉速為90卬m 的主縮聚反應雙螺桿擠出機3中，主縮聚反應雙螺桿擠出機3的內(nèi)部主要結構元件按圖5中 B組合，控制主縮聚反應螺桿擠出機3的溫度為60-8(TC，約20分鐘，擠出淡黃色粉狀縮聚 產(chǎn)物，進入小65、長徑比為32、轉速為90rpm的后反應雙螺桿擠出機4中，在其第三段起用 洗滌液用氫氧化鈣水溶液進行中和處理后，再進行洗滌，洗滌液進入溶劑回收。而聚合體粉 末經(jīng)干燥后，測得平均相對比濃對數(shù)粘度為6.47dl/g，經(jīng)干噴濕紡后的原絲強度為23.9 cN/dtex,模量為421.6 cN/dtex，斷裂伸長率為2.35%。實施例3在250L帶有夾套的不銹鋼反應釜中，注入溶有7%氯化鈣(CaCl2)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液200公斤，在15。C下加入8.020公斤的對苯二胺(PPDA)，使其充分溶解，配成NMP- CaClr PPDA溶液后，冷卻至O'C以下，緩慢加入12. 060公斤的對苯二甲酰氯(TPC),反應20分鐘形成預聚溶液，將預聚溶液和對苯二甲酰氯粉末分別以1000g/min和13.70g/min同時加入直徑為650、長徑比為15、轉速為200rpm的預縮聚反應雙螺桿擠出機2中，控制預縮聚反應溫度為15-25°C，高速混合預縮聚后擠入直徑為d)65、長徑比為48、轉速為90卬m的主縮聚反應雙螺桿擠出機3中，主縮聚反應雙螺桿擠出機3的內(nèi)部主要結構元件按圖5中A組合，控制主縮聚反應螺桿擠出機的溫度為60-8(TC，約20分鐘，擠出淡黃色粉狀縮聚產(chǎn) 物，進入4>65、長徑比為32、轉速為90rpm的后反應雙螺桿擠出機4中，在其第三段起用洗 滌液用氫氧化鈣水溶液進行中和處理后，再進行洗滌，洗滌液進入溶劑回收。而聚合體粉末 經(jīng)干燥后，測得平均相對比濃對數(shù)粘度為6.20dl/g，經(jīng)干噴濕紡后的原絲強度為22.1 cN/dtex， 模量為453.4 cN/dtex，斷裂伸長率為2.46%。
權利要求1. 一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙螺桿擠出機，其特征在于組合式雙螺桿擠出機由預縮聚反應雙螺桿擠出機(2)主縮聚反應雙螺桿擠出機(3)及后反應雙螺桿擠出機(4)組合而成；其中所述的預縮聚反應雙螺桿擠出機(2)的物料輸出端與所述的主縮聚反應雙螺桿擠出機(3)的物料輸入端連接，所述的主縮聚反應雙螺桿擠出機(3)的物料輸出端與所述的后反應雙螺桿擠出機(4)的物料輸入端連接。。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙螺桿 擠出機，其特征在于，所述的預縮聚反應雙螺桿擠出機(2)以單頭螺紋塊為主 的自^f潔雙螺桿擠出機，在螺桿后部的螺紋塊上開2-8個回流槽。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙 螺桿擠出機，其特征在于，所述的預縮聚反應雙螺桿擠出機(2)直徑為050-75， 長徑比為10-30。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙螺桿 擠出機，其特征在于，所述的主縮聚反應雙螺桿擠出機(3)，包括20-50%的雙 頭及三頭的螺紋塊和反向雙頭螺紋塊或捏合塊。
5. 根據(jù)權利要求1或4所述的一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙 螺桿擠出機，其特征在于，所述的主縮聚反應雙螺桿擠出機(3)直徑為065-95， 長徑比為32-64 。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙螺桿 擠出機，其特征在于，所述的后反應雙螺桿擠出機(4)包括單頭刃頭螺紋塊和 三頭捏合塊。
7. 根據(jù)權利要求1或6所述的一種聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙 螺桿擠出機，其特征在于，所述的后反應雙螺桿擠出機(4)直徑為065-95,長 徑比為20-32。
專利摘要聚對苯二甲酰對苯二胺聚合用組合式雙螺桿擠出機，由預縮聚反應、主縮聚反應及后反應三臺雙螺桿擠出機組合而成預縮聚反應雙螺桿擠出機(2)為以單頭螺紋塊為主的自清潔雙螺桿擠出機，在螺桿后部的螺紋塊上開2-8個回流槽，使同時泵入的預聚液及剩余單體對苯二甲酰在其中經(jīng)過多道分流、多次翻復后達到完全均勻；主反應雙螺桿擠出機(3)，以雙頭及三頭的螺紋塊為主并配合一些反向雙頭螺紋塊或捏合塊，使物料受到推進、剪切、混合及捏合多種作用力；后反應雙螺桿擠出機(4)以單、雙頭螺紋塊為主，配合使用三頭正向捏合塊，其前半部分對主反應的進一步補充，后半部分用計量泵加入中和液為下一聚合體洗滌工序做好準備，可降低聚合體的灰分。
文檔編號B29C47/40GK201089211SQ200720068969
公開日2008年7月23日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權日2007年4月16日
發(fā)明者劉兆峰, 周助勝, 尤秀蘭, 曹煜彤 申請人:常熟市貝斯特皮革有限公司;上海艾麥達化纖科技有限公司