本發(fā)明涉及聚酰胺酸的制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、聚酰亞胺（polyimide,?pi）是一種分子結(jié)構(gòu)中含有酰亞胺基（-co-n-co）鏈節(jié)的高分子化合物，以其卓越的綜合性能而著稱，被列入21世紀最有希望的工程塑料之一。聚酰亞胺被廣泛應(yīng)用于航空、航天、微電子、液晶、激光等高科技領(lǐng)域，被稱為高分子材料金字塔的頂端材料。

2、聚酰亞胺常見的合成方法是由單體在非質(zhì)子極性溶劑中縮聚得到聚酰胺酸，并通過高溫亞胺化或化學亞胺化制得。目前市場上聚酰亞胺主流產(chǎn)品，均是由二酐和二胺單體縮聚成聚酰胺酸后加工而來，因此如何生產(chǎn)出穩(wěn)定高性能的聚酰胺酸成為制備聚酰亞胺的關(guān)鍵步驟。目前工業(yè)上制備聚酰胺酸采用的工藝仍為單釜間歇式聚合的方式，此工藝存在傳質(zhì)傳熱差、生產(chǎn)效率低、批次穩(wěn)定性差、分子量分布寬等缺點。連續(xù)化生產(chǎn)相比于間歇式生產(chǎn)方式更利于生產(chǎn)性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。現(xiàn)在已有的連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備主要有：管式反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器串聯(lián)、微型反應(yīng)器等。但是由于聚酰胺酸隨著聚合反應(yīng)的進行會發(fā)出大量熱量，且其粘度不斷增大，使用管式反應(yīng)器進行連續(xù)生產(chǎn)易造成堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)停滯；而采用釜式反應(yīng)器傳質(zhì)傳熱效率較差，會導(dǎo)致生成的產(chǎn)品分子量分布較寬，產(chǎn)品粘度波動較大，且聚合時間長，生產(chǎn)效率低；微通道反應(yīng)器換熱效率高，但當兩種單體在投料摩爾比接近1:1時，粘度瞬間增大，易造成管路堵塞。

3、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中進行連續(xù)化生產(chǎn)聚酰胺酸的過程中，隨著聚合反應(yīng)的進行放出大量熱量，粘度增大，管式反應(yīng)器易造成堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)停滯；而釜式反應(yīng)器傳質(zhì)傳熱效率差，會導(dǎo)致生成的產(chǎn)品分子量分布較寬，生產(chǎn)效率低；而微通道反應(yīng)器在二胺和二酐單體的投料比接近1:1時，粘度會瞬間增大，易造成管路堵塞，無法實現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括原料供應(yīng)單元、進料控制單元和反應(yīng)單元，原料供應(yīng)單元包括二胺供應(yīng)單元和二酐供應(yīng)單元，進料控制單元包括二胺進料控制器、二酐進料控制器a、二酐進料控制器b和二酐進料控制器c，其中，二胺進料控制器的入口與二胺供應(yīng)單元的出口連接，二酐進料控制其a、二酐進料控制器b和二酐進料控制器c的入口分別與二酐供應(yīng)單元的出口連接；反應(yīng)單元包括順次連接的第一預(yù)聚單元、第二預(yù)聚單元和終聚反應(yīng)單元，其中，第一預(yù)聚反應(yīng)單元包括第一混合器和第一微通道反應(yīng)器，第一混合器的入口分別與二胺進料控制器的出口和二酐進料控制器a的出口連接，第一混合器的出口與第一微通道反應(yīng)器的入口連接；第二預(yù)聚反應(yīng)單元包括第二混合器和第二微通道反應(yīng)器，第二混合器的入口分別與第一微通道反應(yīng)器的出口和二酐進料控制器b的出口連接，第二混合器的出口與第二微通道反應(yīng)器的入口連接；終聚反應(yīng)單元包括第三混合器和雙螺桿反應(yīng)器，第三混合器的入口分別與第二微通道反應(yīng)器的出口和二酐進料控制器c的出口連接，第三混合器的出口與雙螺桿反應(yīng)器的入口連接。

3、進一步地，二酐供應(yīng)單元包括二酐供應(yīng)儲罐a、二酐供應(yīng)儲罐b和二酐供應(yīng)儲罐c，二酐供應(yīng)儲罐a的出口與二酐進料控制器a的入口連接，二酐供應(yīng)儲罐b的出口和二酐進料控制器b的入口連接，二酐供應(yīng)儲罐c的出口和二酐進料控制器c的入口連接。

4、進一步地，連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)還包括產(chǎn)品接收單元，產(chǎn)品接收單元包括產(chǎn)品儲罐，產(chǎn)品儲罐的入口與雙螺桿反應(yīng)器的出口連接。

5、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的方法，該方法包括以下步驟：步驟s1，提供二胺溶液和二酐溶液，二胺溶液中的二胺和二酐溶液中的二酐的摩爾比為1:（0.9-1.2），將二酐溶液分為二酐溶液a、二酐溶液b和二酐溶液c，且二酐溶液a、二酐溶液b以及二酐溶液c中二酐的摩爾比為（0.6-0.8）：（0.2-0.4）：（0.01-0.2）；步驟s2，將二胺溶液與二酐溶液a在第一混合器中進行混合后輸送至第一微通道反應(yīng)器中進行第一預(yù)聚反應(yīng)，得到第一預(yù)聚物；步驟s3，將第一預(yù)聚物和二酐溶液b在第二混合器中進行混合后輸送至第二微通道反應(yīng)器中進行第二預(yù)聚反應(yīng)，得到第二預(yù)聚物；步驟s4，將第二預(yù)聚物和二酐溶液c在第三混合器中進行混合后輸送至雙螺桿反應(yīng)器中進行終聚反應(yīng)，得到聚酰胺酸反應(yīng)液。

6、進一步地，二胺溶液中的二胺和二酐溶液中的二酐的摩爾比為1:（1.0-1.05）。

7、進一步地，二酐溶液a、二酐溶液b以及二酐溶液c中二酐的摩爾比為（0.6-0.8）:（0.2-0.4）:（0.01-0.15）。

8、進一步地，第一預(yù)聚反應(yīng)、第二預(yù)聚反應(yīng)以及終聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度為-40℃至60℃，優(yōu)選為-20℃至30℃。

9、進一步地，雙螺桿反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速為100-150rpm。

10、進一步地，第一微通道反應(yīng)器進行第一預(yù)聚反應(yīng)的停留時間為1-20min。

11、進一步地，第二微通道反應(yīng)器進行第二預(yù)聚反應(yīng)的停留時間為1-10min。

12、進一步地，雙螺桿反應(yīng)器中進行終聚反應(yīng)的停留時間為1-60min。

13、進一步地，第一微通道反應(yīng)器、第二微通道反應(yīng)器、雙螺桿反應(yīng)器中的物料流量為0.1-50g/min，優(yōu)選為0.2-30g/min。

14、進一步地，二胺溶液和二酐溶液的溶劑分別選自二甲基亞砜、n,n’-二甲基乙酰胺、n,n’-二甲基甲酰胺中的至少一種。

15、進一步地，二胺溶液中的二胺選自4,4’-二氨基二苯醚、對苯二胺、間苯二胺、2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二氨基聯(lián)苯、3,3'-二羥基聯(lián)苯胺或4,4'-二氨基二苯甲烷中的至少一種；二酐溶液中的二酐選自均苯甲酸二酐、3,3',4,4'-聯(lián)苯四羧酸二酐、4,4’-氧雙鄰苯二甲酸酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、雙酚a型二醚二酐或六氟異丙基鄰苯二甲酸酐中的至少一種。

16、應(yīng)用本申請的技術(shù)方案，本申請?zhí)峁┑倪B續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)，采用二酐進料控制器a控制第一部分二酐溶液的流量使得二胺溶液先和第一部分二酐溶液在第一混合器中混合后通入第一微通道反應(yīng)器中進行第一預(yù)聚反應(yīng)，得到分子量較低，粘度較小的第一預(yù)聚物；之后通過控制二酐進料控制器b控制第二部分二酐溶液的流量使得第一預(yù)聚物和第二部分二酐溶液在第二混合器中混合后通入第二微通道反應(yīng)器中進行第二預(yù)聚反應(yīng)，得到分子量較高，粘度較高的第二預(yù)聚物，最后再通過二酐進料控制器c控制余量二酐溶液的流量，使得余量二酐溶液和第二預(yù)聚物在第三混合器中混合后通入雙螺桿反應(yīng)器中進行終聚反應(yīng)。本申請?zhí)峁┑倪B續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)不僅能夠控制二胺和二酐單體的投料摩爾比接近1:1，得到分子量高且分布窄，粘度超高的聚酰胺，而且不會造成管道堵塞，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，同時產(chǎn)品生產(chǎn)效率高，批次穩(wěn)定性好，在高粘度聚酰胺產(chǎn)品領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述二酐供應(yīng)單元包括二酐供應(yīng)儲罐a（102）、二酐供應(yīng)儲罐b（103）和二酐供應(yīng)儲罐c（104），所述二酐供應(yīng)儲罐a（102）的出口與所述二酐進料控制器a（106）的入口連接，所述二酐供應(yīng)儲罐b（103）的出口和所述二酐進料控制器b（107）的入口連接，所述二酐供應(yīng)儲罐c（104）的出口和所述二酐進料控制器c（108）的入口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括產(chǎn)品接收單元，所述產(chǎn)品接收單元包括產(chǎn)品儲罐（115），所述產(chǎn)品儲罐（115）的入口與所述雙螺桿反應(yīng)器（114）的出口連接。

4.一種連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述二胺溶液中的二胺和所述二酐溶液中的二酐的摩爾比為1:（1.0-1.05）；

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一預(yù)聚反應(yīng)、所述第二預(yù)聚反應(yīng)以及所述終聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度為-40℃至60℃；

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一微通道反應(yīng)器（112）進行所述第一預(yù)聚反應(yīng)的停留時間為1-20min；

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，特征在于，所述第一微通道反應(yīng)器（112）、所述第二微通道反應(yīng)器（113）、所述雙螺桿反應(yīng)器（114）中的物料流量為0.1-50g/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述二胺溶液和所述二酐溶液的溶劑分別選自二甲基亞砜、n,n’-二甲基乙酰胺、n,n’-二甲基甲酰胺中的至少一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述二胺溶液中的二胺選自4,4’-二氨基二苯醚、對苯二胺、間苯二胺、2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二氨基聯(lián)苯、3,3'-二羥基聯(lián)苯胺或4,4'-二氨基二苯甲烷中的至少一種；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種連續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)和方法。本申請?zhí)峁┑倪B續(xù)聚合制備聚酰胺酸的系統(tǒng)，通過二酐進料控制器A控制第一部分二酐溶液的流量使得二胺溶液和第一部分二酐溶液混合后在第一微通道反應(yīng)器中進行第一預(yù)聚反應(yīng)，得到第一預(yù)聚物；之后通過控制二酐進料控制器B控制第二部分二酐溶液的的流量使得第一預(yù)聚物和第二部分二酐溶液混合后在第二微通道反應(yīng)器中進行第二預(yù)聚反應(yīng)，得到第二預(yù)聚物，最后再通過二酐進料控制器C控制余量二酐溶液的流量，使得余量二酐溶液和第二預(yù)聚物混合后在雙螺桿反應(yīng)器中進行終聚反應(yīng)，能夠控制二胺和二酐單體的投料摩爾比接近1:1，得到分子量高且分布窄，粘度超高的聚酰胺，且不會造成管道堵塞。

技術(shù)研發(fā)人員：洪亮,陶建,易玲瓏,崔曉鵬,劉海洋,劉子旭
受保護的技術(shù)使用者：天津凱萊英醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19