專(zhuān)利名稱(chēng)：用聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺制造纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用全部或大部分為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺的聚酰胺制造纖維的方法，在該方法中通過(guò)用冷卻含量至少為98wt％的濃硫酸制備紡絲物質(zhì)以降低凝固點(diǎn)，接著將這樣的冷卻硫酸同聚酰胺結(jié)合混合以形成含有基于混合物的重量計(jì)，至少15％比濃對(duì)數(shù)粘度至少為2.5的聚酰胺的固體混合物然后加熱所得到的固體混合物并在一定壓力下使其通過(guò)紡絲噴嘴和用氣隙紡絲方法紡絲。
這樣的方法已知由荷蘭專(zhuān)利申請(qǐng)7904495已公知于眾。發(fā)現(xiàn)通過(guò)該所謂冷凍方法可實(shí)現(xiàn)硫酸和聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺適當(dāng)?shù)幕旌?。然而，得到的沙狀溶液?duì)于熔融后立即加工缺乏足夠的均勻性。由于這個(gè)原因該沙狀溶液是在紡絲前在擠壓機(jī)里被加熱。然而，用這種操作不能消除所有的缺陷。由于不是每個(gè)聚合物粒料吸附相同量的硫酸，硫酸和聚合物在微觀規(guī)模上的比率與在總體宏觀規(guī)模上的比率不同。這將導(dǎo)致熔融過(guò)程中的不均勻。另外，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際操作規(guī)程中良好的結(jié)果高度依賴(lài)于在擠壓機(jī)中準(zhǔn)確調(diào)整的壓力構(gòu)成和溫度變化。因此，在擠壓機(jī)加工中有著不可忽視的失敗的風(fēng)險(xiǎn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在實(shí)際操作中在冷卻狀態(tài)下壓縮該沙狀溶液是合理的，這會(huì)極大地減少待定因素而增加或改變生產(chǎn)能力(process capacity)。
人們已經(jīng)建議通過(guò)改進(jìn)的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺在硫酸中的溶解方法以防止聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺紡絲溶液的不均勻性。用于這個(gè)目的的高速運(yùn)行的小型雙螺桿混料器和低速運(yùn)行的大型雙螺桿混料器成功地混合聚對(duì)亞苯基對(duì)苯二甲酰胺和硫酸的兩步混合方法見(jiàn)RD 232 004。這個(gè)方法即沒(méi)有消除已知冷凍方法的缺陷，也沒(méi)有該所述的方法提供的優(yōu)點(diǎn)。
從WO 92/07120可知通過(guò)添加含有添加劑的溶液可使聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺紡絲溶液改性。為此目的而使用靜態(tài)混合設(shè)備。這個(gè)方法也與改善前面提到的冷凍法無(wú)關(guān)。
本發(fā)明的目的是消除已知冷凍法的缺陷。為此，本發(fā)明在于用本文開(kāi)始提到的已知方法在一裝置中進(jìn)行固體混合物的加熱和加壓，其中聚合物溶液通過(guò)至少兩個(gè)連續(xù)區(qū)域，即熔融區(qū)域和壓力構(gòu)成區(qū)域，聚合物溶液至少在熔融區(qū)里被捏和及混合。
由于在熔融區(qū)域聚合物溶液從粒狀結(jié)構(gòu)(含有許多孔隙)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，優(yōu)選在這個(gè)區(qū)域減壓進(jìn)行聚合物溶液的脫氣。
一般的擠壓機(jī)有若干功能，也就是捏合，混合，熔融，脫氣，和壓力構(gòu)成。已發(fā)現(xiàn)在至少兩個(gè)分離區(qū)域，熔融區(qū)域和壓力構(gòu)成區(qū)域之間劃分這些功能不僅提高了方法的生產(chǎn)能力和控制作用，而且提高了紡絲溶液的均勻性，紗的質(zhì)量，和鉤接強(qiáng)力和簾線強(qiáng)力(loop and cord strength)。
另外，按照本發(fā)明的方法提供生產(chǎn)的紡絲溶液具有的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺濃度比用擠壓機(jī)的方法更高是可能的。有較高濃度的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺的紡絲溶液會(huì)得到改進(jìn)的物理性質(zhì)(較高的模量和強(qiáng)度)的絲。所以，由于能夠使用較高濃度的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺，按照本發(fā)明的方法則提供更多物理性質(zhì)(對(duì)那些已經(jīng)提到的)的改進(jìn)。
用做熔融區(qū)域最適合的設(shè)備是＂混合捏和機(jī)＂。混合捏和機(jī)尤其可見(jiàn)于CH 673 617，CH 661 450，EP 422 454，和EP 451 747。優(yōu)選使用如EP 451 747所描述的最適合用于連續(xù)操作的混合捏和機(jī)。這樣的混合捏和機(jī)(由LIST可得到)具有比較好的柱塞流特性的優(yōu)點(diǎn)，即低停留時(shí)間分布。按照本發(fā)明的方法在混合捏和機(jī)中的停留時(shí)間可從15分鐘到數(shù)小時(shí)，優(yōu)選停留時(shí)間超過(guò)30分鐘?；旌夏蠛蜋C(jī)通常在充填量范圍為25-70％情況下使用。
諸如用于按照本發(fā)明方法優(yōu)選使用的混合捏和機(jī)包括一個(gè)空心的，并裝有若干捏和槳或捏和葉片的旋轉(zhuǎn)軸。軸被設(shè)在任選在內(nèi)側(cè)具有若干捏和鉤(hooks)的圓筒形容器內(nèi)。槳片和鉤以沒(méi)有，或最低可能數(shù)量的死容積的方式相互相對(duì)排列并防止軸或圓筒形容器形成包殼。此外，加熱介質(zhì)(例如水)流過(guò)軸以及任擇地流過(guò)在其上的槳片或葉片。圓筒形容器也能被加熱。
不容質(zhì)疑，以一定的速度輸送聚合物溶液持續(xù)通過(guò)混合捏和機(jī)。這一過(guò)程通過(guò)沿著單一的螺旋線安裝幾個(gè)槳片或葉片是能夠?qū)崿F(xiàn)的。那么，聚合物溶液的輸送將受到槳片相互相對(duì)安裝位置的影響。這樣的輸送也可通過(guò)沿他們各自的螺旋線在旋轉(zhuǎn)軸上安裝槳片或葉片來(lái)完成。漿片或葉片(或這些部分，諸如刮削設(shè)備)沿旋轉(zhuǎn)軸的縱軸向以一定角度固定并各自完成聚合物溶液的輸送。
大多數(shù)的偏心線是＂正向的＂。這意味著傳輸方向上的輸送被促進(jìn)了。然而，也可能有一條或多條＂負(fù)向的＂偏心線(促進(jìn)了與輸送方向相反向的輸送)?？墒褂眠@些＂負(fù)向的＂偏心線用于，例如，按需要調(diào)整停留時(shí)間分布和充填量分布。
當(dāng)在真空條件下，發(fā)生捏和混合時(shí)，紡絲溶液的脫氣非常完全。為了不干擾真空裝置，混合捏和機(jī)能從兩個(gè)真空料倉(cāng)被交替地供料，真空料倉(cāng)與混合捏和機(jī)的加料器入口靠轉(zhuǎn)動(dòng)連接。另外，用能讓定量的聚合物溶液周期地通過(guò)的真空鎖給混合捏和機(jī)供料。
聚合物溶液離開(kāi)熔融區(qū)域后進(jìn)入壓力構(gòu)成區(qū)域。盡管適用于壓力構(gòu)成區(qū)域中的泵有很寬的選擇范圍，但優(yōu)選使用所謂＂增壓泵＂，因?yàn)檫@種泵可在低吸入壓力下使用并且提供高壓力構(gòu)成。
由于大部分適合在壓力構(gòu)成區(qū)域使用的泵需要一定的初壓(大約2或6bar)，按照規(guī)定需要在聚合物溶液到達(dá)泵之前在聚合物溶液中增壓，特別是在真空下脫氣的情況下。例如，為了壓力構(gòu)成可使用＂凸輪泵＂。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用混合捏和機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸尾部的出料螺桿可以很容易地提高聚合物溶液的壓力。用這樣的出料螺桿，聚合物溶液的壓力可被充分提高，因此避免了需要在傳動(dòng)裝置上連接附加泵。
冷卻的混合攪拌機(jī)末端部分對(duì)壓力構(gòu)成也有有益的影響。
為了增加一定程度其中有出料螺桿的混合捏和機(jī)部分的充填量，可在出料螺桿上游安裝導(dǎo)流板。
此外，為了使得聚合物溶液在出料螺桿尾部逆向流動(dòng)，在出料螺桿尾部裝有粘性密封裝置。這一方面，保證了裝有出料螺桿的混合捏和機(jī)保持足夠的供料，另一方面，避免了旋轉(zhuǎn)軸和圓筒形容器之間密封套的超負(fù)荷或過(guò)分損害。
參照示意圖對(duì)本發(fā)明的方法予以說(shuō)明。圖中表示諸如優(yōu)選使用的連續(xù)柱塞流混合混合捏和機(jī)在機(jī)器方向上的截面圖。沒(méi)有表示出的細(xì)節(jié)參照前面提到的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)No.451747。
混合捏和機(jī)由裝有固定輸送槳(1)，捏和槳(2)，捏和鉤(3)，入口(4)，出料螺桿(5)，和導(dǎo)流板(6)的圓筒形容器構(gòu)成。經(jīng)過(guò)入口(4)的沙狀聚合物溶液在室溫下向混合捏和機(jī)交替供料。在不同的位置用溫度點(diǎn)測(cè)頭測(cè)量溫度。
在裝有捏和槳(2)，捏和鉤(3)和一個(gè)產(chǎn)生真空的通道(7)的熔融區(qū)域，聚合物溶液在大約80-95℃時(shí)熔融并被捏和。
然后聚合物溶液經(jīng)由出料螺桿(3)出料。聚合物溶液被送進(jìn)增壓泵(8)，其壓力被提高到足夠使紡絲溶液通過(guò)紡絲泵。
紡絲溶液然后流經(jīng)一個(gè)中央過(guò)濾器到紡絲噴嘴，其中如US 3,414,645和US 4,016,236所描述的那樣，進(jìn)行常規(guī)氣隙紡絲加工方法。
按照本發(fā)明的方法有多方面的優(yōu)點(diǎn)。例如，還能毫無(wú)問(wèn)題地處理一種非常粗的或含有大量不均一甚至不溶解物質(zhì)的溶液。此外，同現(xiàn)有方法相比，有一個(gè)主要的改進(jìn)在于紡絲溶液在微觀規(guī)模上的均一性。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，由于實(shí)際需要考慮的只是所需溶液的熔融熱，按照本發(fā)明的方法增加生產(chǎn)能力是較容易的。
換句話說(shuō)，混合捏和機(jī)可加入比最終的紡絲溶液有著更高聚合物濃度的聚合物溶液供料。那么，當(dāng)使用擠壓機(jī)時(shí)，在較后的階段往混合捏和機(jī)中加入硫酸或發(fā)煙硫酸以調(diào)節(jié)紡絲溶液濃度是可能的。這提高了方法的控制能力并防止聚合物濃度變化太大時(shí)生產(chǎn)過(guò)程不得不停車(chē)。
進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)按照本發(fā)明的方法改進(jìn)了紡出絲的質(zhì)量。另外顯著的結(jié)果發(fā)現(xiàn)改進(jìn)了坯簾線(greige cord)強(qiáng)力和鉤接強(qiáng)力。
注意到WO94/06530依次地非常具體地描述了通過(guò)薄膜蒸發(fā)器制造一種非常特殊的纖維素溶液的方法。WO94/06530即不涉及到沙狀的芳族聚酰胺溶液，也沒(méi)提出有關(guān)用擠壓機(jī)處理所說(shuō)的沙狀溶液的問(wèn)題。
進(jìn)一步注意到US 3，873，072描述的一種用于捏和一種臘狀的物質(zhì)到熔融的聚合物的設(shè)備。在提到的設(shè)備里面蠟和聚合物被捏和，蠟被均勻地，細(xì)分散到聚合物中成為一種分離的截然不同的相。蠟微粒尺寸和分布限于一個(gè)具體的范圍，為的是保證克服靜電聚集的最佳條件。US 3，873，072沒(méi)有提到或建議當(dāng)被連接一個(gè)分離的壓力構(gòu)成設(shè)備時(shí)，用于混合和捏和的設(shè)備能有助于用來(lái)解決用冷凍方法制備沙狀的芳族聚酰胺溶液工藝過(guò)程中與擠壓機(jī)的使用相關(guān)的問(wèn)題。
本發(fā)明將參考下列非限制性的實(shí)施例進(jìn)一步舉例說(shuō)明實(shí)施例所使用的混合捏和機(jī)是一種帶有四個(gè)部分和一個(gè)混合軸的LIST DTB-60。在第一和第二部分之間裝有一個(gè)封閉的導(dǎo)流板以減少混合捏和機(jī)的總工作容積。在第二和第三部分之間和第三和第四部分之間，分別裝有一個(gè)截面積為混合捏和機(jī)截面積11％和42％的導(dǎo)流板。在第四部分，混合軸裝有一個(gè)出料螺桿。
第二部分的內(nèi)側(cè)(熔融區(qū)域)溫度為88 ℃，第三部分(脫氣區(qū)域)和第四部分的壁的溫度為85℃?；旌陷S保持90℃和每分鐘40圈的轉(zhuǎn)速?；旌夏蠛蜋C(jī)保持30mbar的真空，充填量定在50％±5。
含有80.5wt.％硫酸和19.5wt.％聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺的固體聚合物溶液經(jīng)由一個(gè)真空鎖以40kg/h的供料能力輸入混合捏合機(jī)的第二部分。聚合物溶液的停留時(shí)間大約90分鐘。
熔融的紡絲溶液經(jīng)由一個(gè)增壓泵(TransmarkTM)和一個(gè)輸送泵(Slack &ParrTM)用40kg/h的通過(guò)速度被送入紡絲噴嘴并用常規(guī)的氣隙紡絲方法紡成長(zhǎng)絲紗。
由混合捏和機(jī)和擠壓工藝過(guò)程得到的長(zhǎng)絲具有下列性質(zhì)(按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)D885M-95測(cè)試)混合捏和機(jī) 擠壓機(jī)紗的線密度(dtex)1715 1726絲數(shù) (-)1000 1000斷裂力 (N) 356 345斷裂伸長(zhǎng)率 (％)3.55 3.50鉤接斷裂強(qiáng)力(N) 314 290鉤接斷裂效率(％) 44 42簾線強(qiáng)力(N) 597 566簾線效率(％) 84 82用混合捏和機(jī)便于增加或改變生產(chǎn)能力。進(jìn)一步的實(shí)施例顯示按照本發(fā)明的方法制造的纖維的物理性質(zhì)優(yōu)于那些用擠壓機(jī)制備紡絲溶液制成的纖維。
當(dāng)離開(kāi)混合捏和機(jī)的聚合物溶液和離開(kāi)擠壓機(jī)的聚合物溶液在兩張玻璃板之間各自被拉伸時(shí)，肉眼可清楚地看見(jiàn)二者的不同點(diǎn)。用混合捏和機(jī)得到的溶液更加均勻，脫氣更完全并含有較少的固體微粒。
權(quán)利要求
1.一種用全部或大部分為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺的聚酰胺制造纖維的方法，在該方法中通過(guò)用冷卻含量至少為98wt％的濃硫酸至低于其凝固點(diǎn)，接著將這樣的冷卻硫酸同聚酰胺結(jié)合并混合以形成含有基于混合物的重量計(jì)，至少15％的比濃對(duì)數(shù)粘度至少2.5的聚酰胺的固體混合物，然后加熱所得到的固體混合物并在一定壓力下，通過(guò)紡絲噴嘴用氣隙紡絲方法紡絲制備紡絲物質(zhì)，其特征在于固體混合物的加熱和加壓是在聚合物溶液連續(xù)通過(guò)至少一個(gè)熔融區(qū)域和一個(gè)壓力構(gòu)成區(qū)域的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的，聚合物溶液至少在熔融區(qū)域被捏和及混合。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于聚合物溶液在熔融區(qū)域借助于真空脫氣。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于熔融區(qū)域包括裝有若干捏和槳或捏和葉片的旋轉(zhuǎn)軸的混合捏和機(jī)，該軸安裝在圓筒形容器內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于出料螺桿裝配在旋轉(zhuǎn)軸的尾部。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于只在出料螺桿上游安裝至少一個(gè)導(dǎo)流板。
6.按照前面的任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于在壓力構(gòu)成區(qū)域的紡絲溶液借助于增壓泵通過(guò)紡絲噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)現(xiàn)有的用于紡絲的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺經(jīng)由氣隙紡絲方法的改進(jìn)。該方法包括用冷凍法混合聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺和濃硫酸,加熱固體混合物,和使得到的溶液在一定壓力下通過(guò)紡絲噴嘴。本發(fā)明包括用混合捏和機(jī)將固體混合物轉(zhuǎn)變成紡絲溶液。
文檔編號(hào)D01F6/60GK1183074SQ96193662
公開(kāi)日1998年5月27日 申請(qǐng)日期1996年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月2日
發(fā)明者W·M·羅洛夫斯, A·H·M·斯派克, J·G·瓦林加 申請(qǐng)人:阿克佐諾貝爾公司