《相分離耦合法製備PPTA新工藝及其基礎問題研究》是依託清華大學，由張濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：相分離耦合法製備PPTA新工藝及其基礎問題研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張濤
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於對位芳綸具有十分優異的物理機械性能、熱氧穩定性、阻燃性及優良的電性能，當今世界對芳綸的需求量越來越大。其市場需求旺盛，又具有高附加值，其經濟效益不用多言，因此幾十年來世界各國從來沒有停止過對它的研究投入。就我國目前對位芳綸的生產情況而言,在很大程度上還依賴進口,而隨著我國國防軍工和國民經濟的發展,對高性能芳綸需求量愈來愈大,國際價格卻不斷上漲,關鍵時刻某些國家還會以戰略為由對其進行封鎖。因此我們必須努力突破芳綸纖維工業化過程中尚存在的技術問題,使我國的高性能芳綸纖維早日實現工業化。.本課題擬從制約芳綸工業化過程中的聚合傳熱及聚合過程中粘度變高兩個關鍵的耦合問題入手，通過引入相分離及相變原位移熱手段降低粘度方法，來解決PPTA聚合過程中的傳熱和粘度迅速升高問題，從而使過程的工程放大變得簡單，並使聚合分子量控制均勻。所研製的具有自主智慧財產權的高性能纖維對於提升我國綜合競爭力具有重要意義。
結題摘要
聚對苯二甲醯對苯二胺（簡稱PPTA）是一種著名的芳香族聚醯胺剛性鏈高分子化合物，由該剛性鏈聚合物通過液晶紡絲法成型的PPTA纖維具有超高拉伸強度和拉伸模量、耐高溫及阻燃等優異特性。PPTA纖維作為先進複合材料的增強纖維具有巨大的套用前景，但PPTA聚合過程中單體活性較高，而聚合反應的活化能又較低，聚合可在瞬間完成，同時放出大量的熱量，並且隨著聚合物凝膠的析出，體系變得非常粘稠，使得聚合過程中的傳熱、流動、傳質變得非常困難，極易造成部分單體的氧化，從而不利於高分子量聚合物的製備。聚合過程中這種過程強耦合現象是常見的，但由於PPTA聚合過程的活化能低、反應熱大、溶液粘度高等特點，使得這種耦合成為聚合工藝工程放大中最為突出的問題之一。因此，如何從反應工程角度尋求解耦的方法成為高質量PPTA聚合物製備的關鍵問題。本論文圍繞高性能、工程套用和理論研究三個方面，通過對PPTA聚合過程中耦合的分析，提出利用直接相變移熱技術解決聚合過程中的強放熱移出問題，並就移熱介質的引入對聚合反應過程及產物的影響進行了系統和深入的研究。 1、以對苯二胺（PPD）和對苯二甲醯氯（TPC）為聚合單體，N-甲基吡咯烷酮-氯化鈣（NMP-CaCl2）為溶劑，合成了較高分子量的PPTA聚合體，並獲得了較優的聚合反應條件：單體摩爾濃度為0.30~0.50 mol/L；對苯二甲醯氯和對苯二胺的摩爾配比為1.006~1.012；起始反應溫度為-10~0 °C；酸吸收劑的添加濃度為0.7 mol/L左右較為適宜；另外，發現溶劑體系中增溶劑（CaCl2）添加量對PPTA的比濃對數粘度值有著重要影響，但溶劑體系中CaCl2含量超過7 wt%以後，在溶劑冷卻過程中會有部分CaCl2析出。 2、研究了PPTA聚合過程中移熱介質的加入對產物化學結構、聚集態結構、液晶形態、熱穩定性以及聚合物表面性質的影響。結果表明，液氮的加入並沒有對PPTA的化學結構、液晶形態、熱穩定性產生明顯影響；PPTA薄膜對水的浸潤性能得到明顯改善，接觸角減小；適量液氮的加入略微增加了聚合物的結晶度，使其晶體結構更為完善。 3、通過實驗室小試、140L和300L反應釜的連續聚合放大實驗及中試聚合放大實驗，初步確定了適用於PPTA工業化生產的聚合反應器、攪拌器、工藝條件、工藝流程、聚合物水洗方案、溶劑回收篩選方案和原材料的質檢方案。
