JPH0379629A - ポリパラフェニレンテレフタルアミドの連続重合法 - Google Patents

ポリパラフェニレンテレフタルアミドの連続重合法

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JPH0379629A
JPH0379629A JP21506389A JP21506389A JPH0379629A JP H0379629 A JPH0379629 A JP H0379629A JP 21506389 A JP21506389 A JP 21506389A JP 21506389 A JP21506389 A JP 21506389A JP H0379629 A JPH0379629 A JP H0379629A
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Atsushi Ishida
石田 篤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの新規
な、かつ、工業的規模で実施しろる画期的な連続重合法
に関するものである。
〔従来の技術〕
ポリパラフェニレンテレフタルアミドは、優れた耐熱性
、耐薬品性及び機械的性質を有し、繊維、フィルム、フ
ィブリッドとして非常に有用であり、近年特に注目され
ている高分子の一つである。
ポリパラフェニレンテレフタルアミドは、主に芳香族シ
ア主ンと芳香族ジカルボン酸クロライドとを原料として
、無機塩を含有する溶剤中にて低温溶液重合法等により
製造されている。
このような低温溶液重合法において、パラ系の芳香族ボ
リアミドの場合、低粘度のモノマー液から重合が進行す
るにつれて重合系の粘度が急上昇し、ついには流動性を
失なって固体状になるが、この状態でのポリマー重合度
は未だ実用的な水準でなく、さらに固体状反応物を混練
して微粉体状となして有用な重合度のポリマーを得る必
要がある。
このように、急激な相変化を示し、かつ各々の相、また
は状態に適した有効な攪拌、混練効果を付与することを
要求される重合系に対して、各々の相、または状態に要
求される機能に対応した装置を組合せることが出来る連
続重合が、回分重合に比べて有利かつ合理的であること
、また回分式重合に較べて生産されるポリマーの重合度
の分布が小さく、その成形品のより良い機械的性質が期
待されること、さらに回分式に重合する場合より大幅に
省力化できる可能性が大きいことなどからバラ系芳香族
ポリアミドの連続重合法の開発が熱望されてきた。
バラ系芳香族ポリアミドを連続重合させる場合において
、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸クロライドとは
、相当厳密なモル比管理をして供給しないと、望ましい
重合度のポリマーを安定して得る事が困難であること、
重合初期の低粘度液状態のとき、重合系全体のマクロ混
合とともに、極めて有効な、ミクロ混合を数秒以下の時
間内に施して、重合系内の全ての場所でのミクロな両モ
ノマーのモル比を出来る丈、1に近づけること、更に連
続重合の場合、できるだけこのような急速混合機能以外
に、初期混合を行なう場所において、スケールを付着生
成させずに重合反応系の全量を次工程に送り込む機能が
要求される。
このような問題点をかかえているバラ系芳香族ポリアミ
ドの連続重合法に関して、特開昭51−142100号
公報には、プレポリマー、すなわち、 Nll□→)↑Nuco(C決cONII%NFl z
をつくり、これと芳香族ジカルボンクロライドとを連続
反応させることが提案されているが、プレポリマーの調
整及び管理が非常に難かしいこと又、工業的に有効な濃
度迄プレポリマー濃度を高めようとした場合、該プレポ
リマーの沈澱やプレポリマー溶液の固化が生じる為、連
続的な供給が不可能となる問題がある。
一方、米国特許第3849074号および同第3850
888号によると重合開始時の雨上ツマー液の混合を、
両モノマー液を噴射用ノズルより噴出し、衝突せしめる
事によって行ない、スケールの生成を中空状プランジャ
ーで掃除する構造の混合機、及びこの混合機を用いたポ
リパラフェニレンテレフタルアミドの連続重合が提案さ
れている。ところが、この装置及び方法では、工業的に
有利なモノマ濃度での供給において極めて頻繁なスケー
ル除去操作が必要であると同時に、スケール除去操作を
行なった後、芳香族ジカルボン酸クロライドの供給ノズ
ルの閉塞が、たびたび生じ、その為安定して高品質の重
合物を得ることが出来なくなり、運転を中止しなければ
ならない事、長時間に及ぶ安定した連続運転は不可能と
いう問題があった。特開平1−69630号公報にて芳
香族ジアミン溶液の重合装置人口での供給温度を、芳香
族ジカルボン酸クロライドの融点以上として供給する事
が提案され供給ノズル部の閉塞はほぼ解決されるに至っ
たものの無機塩を含有する溶剤系の組合せに於いて無水
塩化カルシウムとNMPの組合せ下では問題な〈実施出
来るが無水LiCJ!とNMPの組合せ下に於いては、
工業的に生産性の高いモノマー濃度での連続重合が不可
能という問題があった。
前記の塩化カルシウムを用いる方法において、高重合度
のポリパラフェニレンテレフタルアミドを得るためには
、無機塩の塩化カルシウムを高濃度にすることが不可欠
である。しかしなから、この難溶である塩化カルシウム
を高濃度にすると、塩化カルシウムの溶は残りが生じた
り、溶解するまでに長時間を要する為、送液配管中で溶
は残り物が沈澱したり、フィルターの目詰りを起こした
りし重合度に斑が生じてしまう等、ハンドリング上の問
題、品質上の問題等多々あった。
このため、塩化カルシウムの代りに溶解性のすぐれた塩
化リチウムを使用する事が考えられるが、前記したよう
な理由で工業的に効率良く高い重合度が得られなかった
という事情があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、塩化リチウムを含有するN−メチル−
2−ピロリドン溶液を用いたポリパラフェニレンテレフ
タルアミドの連続重合にオイテ、高モノマー濃度での重
合を可能にし、且つ高重合度のポリマーを得ることので
きる重合方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、前述の技術的現状に鑑み、ポリパラフェニ
レンテレフタルアミドの無水LtCEとNMPとの組合
せから成る溶剤系に於ける連続重合に関して、工業的に
生産性の高いモノマー濃度で安定した連続重合を行なう
為の研究を進めて来たが、実質的に反応が開始される混
合機より反応経過時間5分以内の領域に滞留する反応系
の温度を25°C以下に保つ事によってモノマー濃度を
高める事が可能である事、且つ望ましい高重合度のポリ
パラフェニレンテレフタルアミドを極めて安定に得る事
が可能である事をつきとめ、更に鋭意検討を続は本発明
を完成させたものである。
すなわち本発明は、テレフタル酸ジクロライド(以下T
POと称す)の融液と、無水塩化リチウム(以下LiC
ff1と称す)を溶かしたN−メチル−2−ピロリドン
(以下NMPと称す)に、バラフェニレンシアミン(以
下PDAと称す)を実質的に完全溶解せしめた溶液とを
、TPCとPDAとのモル比が実質的に等しくなる様に
各々連続定量供給機を介し混合機へ連続供給し、次いで
重合機へ導き反応を完結させるポリパラフェニレンテレ
フタルアミドの連続重合に於いて、実質的に反応が開始
される混合機から反応経過時間5分以内の領域に滞留す
る反応系の温度を25°C以下に保つ事を特徴とするポ
リパラフェニレンテレフタルア旦ドの連続重合法である
本発明の方法で連続重合を実施する場合、まずPDA溶
液とTPC融液とを各々別個に調整する必要がある。ま
ずPDA溶液は、NMPにLi Cj!を所定量添加溶
解しその後PDAを所定量添加溶解して調整する。
本発明で用いられるNMPの純度は、99.9%以上の
ものである必要がある。好ましくは、99.99%以上
である。NMPの不純物が多くなると重合反応を妨げる
原因となる為、高重合度のポリマーを得ることができな
い。又、NMPの水分は、100G19a以下にする必
要がある。これは、上述と同じく、重合反応を妨げる原
因となったり、得られるポリマーの重合度に斑を生じた
りするからである。
該N M Pの溶解力を増加させるために用いるLiC
fの純度としては、99.0%以上のものである必要が
ある。好ましくは、99.5%以上である。
LiCj!の純度が99.0%以下であると、溶剤であ
るNMPの溶解力が不十分であったり、重合反応におい
てLi Cj!中の不純物が重合反応を妨げる原因とな
ったりする為に、高重合度のポリマーが得られない。ま
た、LiCl1は、塩化カルシウムに比較して、NMP
には溶解性が良いことから比較的大きな粒状であっても
特に支障はないが、溶解時間の短縮の意味から5メツシ
ユの篩を通過する程度の大きさが好ましい。
NMPlfに添加すPDAのモル数をモノマー濃度と称
しMCと略記する。一方NMP1ffiに添加するLi
 C1のモル数を塩化リチウム濃度と称しLi Cと略
記すると、本発明における添加量としては、MC0,3
〜0.4 moff / l 、  Li C0,37
5〜0.45 no 1 / lの範囲内で任意の組合
せが選択出来る。特にMC/LiCをほぼ1にすること
が最も好ましい、又、MCにおいては、本発明の特徴を
損なわない限りにおいて、つまり実質的に反応が開始さ
れる混合機から反応経過時間5分以内の領域に滞留する
反応系の温度を25°C以下に保つ事が可能な範囲であ
れば、更に高める事が可能であるが、PDA溶液供給温
度、反応熱、混合機及び重合機に於ける除熱量のバラン
スより本発明の特徴を満足出来る上限は、M CO,4
5rsol/1である。
この様にして調整されたPDA溶液は、その安定性より
一り℃〜io’cで貯蔵するのが好ましい。
TPCの融液は、85〜110’Cで溶融させ、元来の
化学活性を損なわない様できるだけ丈融点に近い温度で
しかもNtシール雰囲気で取扱うのが好ましい。
前述の様に調整されたPDA溶液及びTPC融液は、各
々連続定量供給機を介し混合機へ連続的に供給される。
ここにいう連続定量供給機とは、連続的に液体を精度よ
く定量しつつ混合機に供給しうるa器またはシステムの
ことであり、汎用の工業用定量輸送機、たとえば、プラ
ンジャー式ダイアフラム式などの定量ポンプ、スクリュ
ーフィーダー、定ヘッド圧供給システムなどを利用する
ことができる。
なお、いわゆる定量ポンプを使用する場合、ポンプの脈
流を防止または減少させる意味から、脈流吸収器を使用
したり、いわゆる無脈動型のものを用いるのは好ましい
実施態様の1つである。
供給に際してはPDAとTPCとのモル比が実質的に等
しくなる様に混合機へ供給されなければならない。この
事は、高重合度のポリマーを得る為に必要である。供給
に際して必要な要件としてPDA溶液の供給温度である
。該供給温度は一5〜10°Cの範囲にある事が好適で
ある。即ち該供給温度を一5°C以下にするとしばしば
LiCfの析出が生じ、供給配管を詰らせる事が発生す
る為に、PDA溶液の安定供給が出来なくなるからであ
り、該供給温度を10℃以上とする事は、本発明の特徴
を損なう為、低重合度のポリマーしか得られない事につ
ながる。
ここに言う混合機とは、PDA熔液とTPC融液とを、
連続的に接触させ、分散及び混合を行なう為のものであ
り、あとに設置される重合機の直近に密接して取付られ
る。
混合機の機能としては、加熱又は冷却の為のジャケット
を有している事、PDA溶液とTPC融液を供給するに
当りPDA溶液の供給線速度を1とした場合、TPO融
液の供給線速度が、3〜15と出来る事が好ましい、更
に注入混合された後の混合液の滞留時間は短かい方が好
ましく通常は3秒以下、好ましくは1秒以下に設定され
る。
以上混合機の機能を述べたが、これらの要件はスケーリ
ングを起こさせない為の必須要件であり、両モノマー液
を長時間安定して連続供給する為に不可欠な機能である
混合機としてこの外に、特開昭53−138498号公
報に開示されている様な、S−1ミキサー、デイスパー
ミル、パイプラインホモ逅キサー等の高速攪拌により高
剪断力を付与する様な構造のものは、装置が複雑になる
ぽかりでなくかえってスケーリングを生じ易くする為、
混合機として選択すべきではない。
本発明を実施するに当っては、該混合機のジャケットに
は、冷媒を通す必要がある。即ちPDA溶液とTPC融
液が接触し混合が始まる瞬間より重合反応が開始され、
その為に生じる反応熱、副生ずる塩酸の希釈熱、他の発
熱作用により反応系の温度が上昇する。これにより重合
機での反応速度が加速され重合反応中にポリマーの析出
が生じ高重合度のポリマーを得る事が出来ない。冷媒の
温度としては、−40°C−O″Cに選ばれ、使用する
冷媒としてはブラインが好ましく用いられる。
混合機より排出される反応物の温度は、2o″C以下、
好ましくは15°C以下とする事が必要でありMC及び
供給速度により冷媒温度を選択し必要な除熱を行なわな
ければならない。
混合機より排出された混合液中の両液の分散状態は、反
応を完結させるには不充分な状L!t(いわゆるマクロ
的混合状態)である、この混合物の分散状態を更に高め
ξクロ的分散状態とし反応を促進させ引き続き混練作用
を付与し、粉体状または粒体状の固形物になる迄攪拌混
練して重合度を高める必要がある。
このような攪拌作用と混練作用を与えうる重合機として
は、セルフクリーニング機能と連続プラグフロー機能を
有する単軸または2軸のスクリュー押出機、連続式のニ
ーダ−ミキサー等が挙げられるが、中でも好ましく用い
られるのは、米国特許第3195868号、同第319
8491号、同第3618902号などに示された、い
わゆる全表面更新型連続2軸ニーダ−である。
全表面更新型連続2軸ニーダ−は、へレンズ型またはお
むすび型などの突出部をもったパドルが平行な2軸にと
りつけられ、一方の軸のパドルの突出部でシリンダーお
よび他方の軸の相対するパドルの表面をかきとりながら
、両軸とも同一方向に回転する構造のもので、反応物を
混練するに必要な剪断力は、パドル間およびパドルとシ
リンダ−間で発生させ、一方、反応物の輸送力は、いわ
ゆるスクリューユニットの導入、傾斜したパドルの採用
、隣接するパドル間の位相の選択などで発生させること
ができ、回転方向とこれらの組合せで送り出し、力と捩
り力とを自由に生み出すことができる。
重合機内における混練は、反応物の重合度を所望の大き
さにまで引上げて重合反応を完結させるのが目的であり
、有用なモノマー濃度における溶液重合の場合、これは
反応物を粉体状または粒体状の固形物になるまで混練す
ることと一致する。
本発期に於ける重合機は、反応の進行方向を横断する様
に複数に分割されたジャケットを備える事が必要である
。又、構造として、重合機の混練部の直経をD、長さを
Lとした時L/D≧7、好ましくはL/D≧10である
事が好ましい、この事は、本発明の特徴である反応が開
始される混合機から反応経過時間5分以内の領域に滞留
する反応系の温度を25°C以下に保ち、しかも高重合
度のポリマーを得る為の必須要件である。従って入口付
近のジャケットには、前述の混合機と同様−40〜O℃
の冷媒を流す事が好ましく続く混練ゾーンに於いては反
応系温度が50〜100°Cとなる様にジャケット冷媒
温度を任意に選択する事が出来る。
反応を完結させるに必要な重合機内の平均滞留時間とし
ては、10〜80分が必要であり好ましくは20〜60
分である。その為に重合機は通常1段で行なわれるもの
の必要に応じて直列に2段以上に構成する事も適宜行な
われて良い。
このようにして製造された粉体状または粒体状の固形重
合物は、そのまま、またはさらに粉砕をうけつつ、ある
いは−旦チツブ状に成形された後、水やアルカリ水溶液
、アセトン、メタノール、クロロホルム等で洗浄され、
次いで乾燥を受けてポリマーとして単離される0重合物
をチップ状に成形するのは、洗浄および乾燥を工業的規
模で実施する上で好ましい方法であるが、本発明の連続
重合法を採用すれば、重合機の出口に成形用ブレーカ−
を取付けるのみで、比較的簡単にチップ状に成形できる
利点がある。
本発明に於けるポリマーの重合度は、少なくとも5.0
以上、好ましくは6.0以上の対数粘度を有する必要が
ある。対数粘度が5.0未満では、Ia雄やフィルム等
に成形した場合、希望する機械的強度を得ることができ
ない。
重合反応終了後の粉体状または、粒体状の重合反応物は
、そのまま水やアルカリ水溶液、アセトン、メタノール
、クロロホルム等で洗浄され、次いで乾燥を受けてポリ
マーとして単離される。得られたポリマーは、これを硫
酸に再溶解して調整したドープから、湿式または、いわ
ゆる乾式ジェッBff式などの成形方法で、繊維やフィ
ルム、フィブリッドなどに成形することができる。
これらの成形品は、産業資材用、衣料用を問わず幅広く
利用され、例えば、タイヤ、ベルト、エアーバック等の
ゴムの補強材、樹脂の補強材などの分野や耐熱層、耐熱
フィルム、耐熱紙、中空糸などとして用いられて、その
高強力、高ヤング率、耐熱性、難燃性などの特徴が十二
分に発揮される。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を示すが、実施例中に示す重合
度の目安としての対数粘度(ηjnh)は、98゜5重
量%の濃硫酸に濃度C−0,2g7dlでポリマーを溶
かした溶液を、35°Cにて常法により測定したもので
ある。
対!粘度(η1nh)=  1nηrel実施例1 乾燥した内容積約500fのステンレス製攪拌槽に、蒸
留精製したN−メチル−2−ピロリドンを300kg精
秤して入れ、次に攪拌下に、粉末状の無水塩化リチウム
を4.96 kgを精秤して添加し、室温下に溶解した
。2時間を経過した後、粉末状のパラフェニレンジアミ
ンを9.46 kg精秤して添加した。添加後約1.5
時間攪拌した6次に攪拌槽内の液温か約5℃となる様ジ
ャケットに一5°Cのブラインを流し冷却した。
一方、ジャケットに、0.5 kg/cJGの水蒸気を
通す事の出来る内容積約100iのステンレス製タンク
に、約25kgのテレフタル酸ジクロライドの塊を入れ
て、水蒸気を通し溶融させた。融液温度をコントロール
する為、攪拌機を運転しスチーム流量を調節しほぼ85
±1°Cの範囲に保った。
該ジアミン溶液及びテレフタル酸ジクロライドの連続定
量供給器としてプランジャー式3連型無脈動定量ポンプ
(メーカー保障精度±0.1%)を、それぞれに用いた
。重合装置としては、覗窓により内部状況が視察出来、
しかもジャケットに−IO°Cにコントロールされたブ
ラインを流した混合機とクリモトコンテイニアスニーダ
ー5型(L/D=10)(栗本鉄工所製)を重合機とし
て設置した。パラフェニレンジアミン溶液の供給ライン
は2重管として外套には一5°Cのブラインを流した。
これにより実質的な反応開始温度が決定される。
即ち反応開始温度は一5°Cである。一方テレフタル酸
ジクロライドの送液配管は、テフロンコーテングを内面
に施し、外表面はジャケット構造いわゆる2重管とした
該パラフェニレンジアミン溶液と該テレフタル酸ジクロ
ライドの送液に当り、定量ポンプの吐出量を、前者は、
346.6 cc/rain 、吐出線速8.8m/m
in 、後者は15.8 cc/mtn  (吐出線速
8.94m/sjn )に設定した。この条件でフィー
ドした時、コンテイニアスニーダー内での滞留時間が、
約30分となる様に、パドル配列を準備し、かつ、均等
4分割したジャ・ケラトには、入口部より順に=20°
C1−30“C,10“C15°Cに 設定したブライ
ン及び冷却水を流した。即ち本発明を達成する為には、
機内入口付近は充分な除熱を行ない反応系の過度な温度
上昇を抑制し混練ゾーンに於いては、発生する混練熱を
必要最少限に除去する事が必要だからである。
混合機での滞留量は、約5ccで滞留時間は、約1.2
秒である。又、該ニーグーの回転数を1100rpとし
た。この様に条件を設定して運転を開始したところ、コ
ンテイニアスニーダーの出口から最初は粘稠な液体が溜
出してきたが、やがて粘度が増しはじめ、−旦何も出な
くなった。約3分後にほとんど流動性のないゲル状物が
吐出されはじめ、次第にわ)体状のものに変り、はぼ安
定した状態となった。吐出物は約65℃で吐出された。
混合機においては、パラフェニレンシア4ン溶液中ヘテ
レフタル酸ジクロライドの融液が連続的に注入され分散
混合がスムーズに行なわれている事、又スケールの生成
も見られない事が覗窓より観察された。
この様な状態は、約8時間の運転においても変わる事は
なかった。
ニーグーよりの吐出物を状態が安定した後30分毎にサ
ンプリングし、家庭用ミキサー中でわ)砕しつつ水洗し
て、乾燥して得られたポリマー、すなわち、ポリバラフ
ヱニレンテレフタルアミドのy+inhは、順に7.5
1 、7.47 、7.50 、7.50 。
7.52 、7.49.7.51であり極めて安定した
ポリマーが得られた。
又、この時重合機入口での反応系の温度は17°C1−
30″C冷却ゾーンでの反応系の温度は12°Cであっ
た。
実施例2 パラフェニレンジアミン重量を9.46 kg、無水塩
化リチウム3.72 kg、パラフェニレンジアミン溶
液の吐出量設定を519.9 cc/rain(吐出線
速8.8ai/5in)、テレフタル酸ジクロライドの
融液の吐出量を24 cc/n+iriにした以外は実
施例1と全く同様の条件、装置で運転を行なった。
運転を開始して約20分後に、粘稠液と粉体状の物の混
合物が出て来たが、その後は粉体状物が連続的に排出さ
れて来た。粉体は若干湿った感じではあったがそのまま
約3時間運転し、その間30分毎にサンプリングを行な
った。
次いで、テレフタル酸クロライドの溶融液の吐出量設定
を23.08 cc/mtnとしたところ、しばらくし
てゲル状物に変わり安定した、この条件で約3時間の運
転を行ない40分毎にサンプリングを行なった0以上、
採取したサンプルを、実施例1と同様の方法で処理し、
ηinhを測定した。
その結果、テレフタル酸ジクロライドの第1設定におい
ては、7) inh 5.61 、5.63 、5.3
5 、5.465.69となり微調整した後の第2設定
においては、6.70 、6.87 、6.65 、6
.60であり第1設定では、モルバランスのズレ大きか
った事、第2段設定では、滞留時間不足の為に重合度が
上がりきれなかったものと判断された。
比較例 実施例1の重合機のジャケット温度を入門部より一10
°C1−20℃、10″C55”Cとした以外は全く同
様の条件、装置で運転した。
その結果、重合物は完全に失透した粘稠ドープのまま推
移した。この時重合機人口での反応系の温度17°C1
−20°C冷却ゾーンでの反応系温度35°Cであった
〔発明の効果] 本発明の方法によれば、Li(/!を含有したNMPの
溶液でポリパラフェニレンテレフタルアミドの連続重合
が高モノマー濃度で可能であり、しかも高重合度のポリ
マーを得る事ができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、テレフタル酸ジクロライドの融液と、無水塩化リチ
    ウムを溶かしたN−メチル−2−ピロリドンに、パラフ
    ェニレンジアミンを実質的に完全溶解せしめた溶液とを
    、テレフタル酸ジクロライドとパラフェニレンジアミン
    とのモル比が実質的に等しくなる様に各々連続定量供給
    機を介し混合機へ連続供給し、次いで重合機へ導き反応
    を完結させるポリパラフェニレンテレフタルアミドの連
    続重合に於いて、実質的に反応が開始される混合機から
    反応経過時間5分以内の領域に滞留する反応系の温度を
    25℃以下に保つ事を特徴とするポリパラフェニレンテ
    レフタルアミドの連続重合法。
JP21506389A 1989-08-23 1989-08-23 ポリパラフェニレンテレフタルアミドの連続重合法 Pending JPH0379629A (ja)

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