專利名稱：控制ppta樹脂溶解過程中分子量降解的裝置及方法
技術領域：
本發明屬于控制共聚物降解領域，特別涉及一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置及方法。
背景技術：
芳綸纖維是全芳香族聚酰胺纖維的通稱。它是二十世紀六七十年代由美國杜邦公司率先研制開發的一種合成纖維。由于其獨一無二的特性而迅速發展為多種產品，廣泛應用于航空航天、樹脂工業、運輸工具等各種領域。其中，聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維以高強度、高彈性模量、耐熱性為特種，成為了現今世界各國研制的重點。PPTA—般僅能溶于濃硫酸、氯磺酸、氫氟酸等少數的幾種強酸溶劑中。由于濃硫酸 對PPTA的溶解性較好，并且較為廉價，目前在PPTA纖維制造中采用濃硫酸作為溶劑。常見的方法包括在反應器或捏合機中將PPTA樹脂溶解在液體硫酸中和將所形成的溶液脫氣。而該方法在85°C的溫度下會花費大約4h，這會導致所述共聚物的降解。共聚物的降解會造成紡絲溶液的粘度下降，最終造成所制得纖維的力學性能和強度嚴重下降。因此PPTA在濃硫酸中溶解工藝的控制對得到的PPTA纖維性能至關重要。US4320081揭示了用固體硫酸配制PPTA/H2S04液晶的方法。該方法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，在再加入到單螺桿擠出機中加熱溶解，得到的漿液供紡絲使用。但是，這種方法中固體硫酸需要單獨制備，且在單螺桿擠出機中加熱溶解時也難以得到均勻液晶漿液，也無法避免PPTA樹脂的降解。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。”CN101061161中提到于低溫(25°C以下)將PPTA與(冰凍的)硫酸冰狀物混合，接著使得制成的固溶體融化和脫氣。該方法花費大約6小時并且具有大的停留時間分布。但是，該方法限于PPTA含量為17. 5^19. 8%的混合物，低于在硫酸中17. 5wt%PPTA時，形成顯著量的不合格物料。雙螺桿擠出機本身是所屬領域已知的并且用于混合和擠出聚合物。例如，EP821708中，描述了雙螺桿擠出機用于聚合脂族二胺和脂族二羧酸而得到非芳族聚酰胺(即尼龍)。NL8500429中，通過使用雙螺桿擠出機得到聚乙烯混合物，該混合物適合于制造帶狀物、膜狀物、管狀物等。除聚乙烯或聚酰胺以外的聚合物的應用或其制造紡絲原液的用途未被公開。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置及方法。該方法通過設計雙螺桿中的螺桿部件、螺紋結構，控制加料方式、體系溫度、紡絲原液固含量、雙螺桿轉速、停留時間等及其組合，控制了 PPTA樹脂溶解過程中分子量的降解。本發明的一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置，其特征在于所述裝置為具有溫度梯度的雙螺桿擠出機，包含導入區、中間區、混合區、負向輸送區、脫氣區和壓力恢復區，螺桿外部具有一個或多個進/出氣口，并帶有可加熱或通入冷媒的夾套。所述導入區的長度為3-6D，并裝配有單螺紋或雙螺紋輸送元件。所述混合區的長度為20-2 ，并裝配具有輸送特性的元件。中間區在外部通入冷媒的夾套的作用下，溫度保持在_20°C 30°C ;混合區在外部加熱的夾套的作用下，溫度保持在70°C 80°C。
本發明的一種使用控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置的方法，包括首先將15 20重量份的PPTA樹脂加入導入區，然后再向中間區中引入8(Γ85重量份的濃硫酸；然后將在中間區混合均勻的ppta-&h2so4體系通過螺桿輸送填充入混合區進行溶解，從而得到PPTA-濃H2SO4溶液。所述濃硫酸由98%濃硫酸和三氧化硫質量分數為25%的發煙硫酸混合得到。所述雙螺桿的轉速為30 300rmp。所述PPTA-濃H2SO4溶液在雙螺桿擠出機中停留時間為f 30分鐘。所述PPTA-濃H2SO4溶液在雙螺桿擠出機中停留時間為2 6分鐘。
_9] 有益.效果本發明通過設計雙螺桿中的螺桿部件、螺紋結構，控制加料方式、體系溫度、紡絲原液固含量、雙螺桿轉速、停留時間等及其組合，控制了 PPTA樹脂溶解過程中分子量的降解，成本低，工藝簡單，具有良好的應用前景。
圖1為本發明雙螺桿擠出機的示意圖；圖2a和2b分別為單螺紋和雙螺紋輸送元件。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1如圖1所示，本實施例提供的一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置，為具有溫度梯度的雙螺桿擠出機，包含導入區、中間區、混合區、負向輸送區、脫氣區和壓力恢復區，螺桿外部具有一個或多個進/出氣口，并帶有可加熱或通入冷媒的夾套。導入區的長度為3D，并裝配有單螺紋輸送元件。混合區的長度為20D，并裝配具有輸送特性的元件。將15重量份的PPTA樹脂計量入雙螺桿擠出機中，將85重量份的H2SO4溶液注入雙螺桿擠出機中。硫酸純度為99.8%。擠出機速度是250rmp。脫氣用真空度是40毫巴(絕對壓力)。溶解過程的溫度是-10°C和70°C。停留時間為2分鐘。得到的PPTA纖維機械性能如下表(表I)表I
權利要求
1.一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置，其特征在于所述裝置為具有溫度梯度的雙螺桿擠出機，包含導入區、中間區、混合區、負向輸送區、脫氣區和壓力恢復區， 螺桿外部具有一個或多個進/出氣口，并帶有可加熱或通入冷媒的夾套。
2.根據權利要求1所述的一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置，其特征在于所述導入區的長度為3-6D，并裝配有單螺紋或雙螺紋輸送元件。
3.根據權利要求1所述的一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置，其特征在于所述混合區的長度為20-2 ，并裝配具有輸送特性的元件。
4.根據權利要求1所述的一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置，其特征在于中間區在外部通入冷媒的夾套的作用下，溫度保持在_20°C 30°C ;混合區在外部加熱的夾套的作用下，溫度保持在70°C 80°C。
5.一種使用如權利要求1所述的控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置的方法， 包括首先將15 20重量份的PPTA樹脂加入導入區，然后再向中間區中引入8(Γ85重量份的濃硫酸；然后將在中間區混合均勻的PPTA-濃H2SO4體系通過螺桿輸送填充入混合區進行溶解，從而得到PPTA-濃H2SO4溶液。
6.根據權利要求5所述的一種使用控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置的方法，其特征在于所述濃硫酸由98%濃硫酸和三氧化硫質量分數為25%的發煙硫酸混合得到。
7.根據權利要求5所述的一種使用控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置的方法，其特征在于所述雙螺桿的轉速為3(T300rmp。
8.根據權利要求5所述的一種使用控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置的方法，其特征在于所述PPTA-&H2S04溶液在雙螺桿擠出機中停留時間為廣30分鐘。
9.根據權利要求8所述的一種使用控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置的方法，其特征在于所述PPTA-&H2S04溶液在雙螺桿擠出機中停留時間為2飛分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種控制PPTA樹脂溶解過程中分子量降解的裝置及方法，所述裝置為具有溫度梯度的雙螺桿擠出機，包含導入區、中間區、混合區、負向輸送區、脫氣區和壓力恢復區，螺桿外部具有一個或多個進/出氣口，并帶有可加熱或通入冷媒的夾套。方法包括首先將PPTA樹脂加入導入區，然后再向中間區中引入濃硫酸；然后將在中間區混合均勻的PPTA-濃H2SO4體系通過螺桿輸送填充入混合區進行溶解，從而得到PPTA-濃H2SO4溶液。本發明通過設計雙螺桿中的螺桿部件、螺紋結構，控制加料方式、體系溫度、紡絲原液固含量、雙螺桿轉速、停留時間等及其組合，控制了PPTA樹脂溶解過程中分子量的降解。
文檔編號D01D1/02GK103014881SQ201210593380
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者余木火, 劉靜 申請人:東華大學