Brevet FR2126168A1 — publié le 19721006

La présente invention est relative à un procédé et appareillage pour la réalisation en continu d'une polymérisation anio-nique de lactames, plus particulièrement de laurine-lactame, avec utilisation de catalyseurs, tels que des compositions lactame-5 métal alcalin ou alcalino-terreux et d'activeurs, tels que des lactames acylés ou des compositions susceptibles d'être acylées et pouvant être mélangées avec le lactame en fusion en présence d'azote. La polymérisation anionique de lactames en vue de la pré-10 paration d'éléments en polyamide est presque exclusivement limitée aujourd'hui à la transformation du capro-lactame, dans laquelle on travaille de préférence, si ce n'est pas exclusivement, avec des moules. Dans le lactame anhydre en fusion, contenant une petite quantité du produit de conversion du lactame, ainsi qu'une combi-15 naison de métaux alcalins ou alcalino-terreux réagissant de manière alcaline, on provoque la polymérisation grâce à un dérivé acide, puis on réalise la coulée dans des moules appropriés à des températures comprises entre le point de fusion du lactame et celui du polyamide. Les éléments ainsi formés seront très résistants vis-à-20 vis des sollicitations mécaniques et auront une structure régulière et finement granulée, ce qui autoriserait à donner aux produits une viscosité et une résistance aux chocs plus grandes si l'on effectue la polymérisation sous des températures situées au-dessus du point de fusion du lactame monomère et si on laisse ensuite mon-25 ter la température de réaction, durant un très court moment, jusqu'à un maximum d'environ 40°C au-delà du point de ramollissement du polyamide. La préparation d'éléments en polyamide à partir de capro-lactame qui, selon les données de la littérature présente un point 30 de fusion de 70°C et provoque une chaleur de réaction d'environ 32 kcal/kg et pour lesquels on recommande des températures de polymérisation comprises entre 120 et 170°C, requiert un conditionnement précis et plus particulièrement un refroidissement soigneusement contrôlé, afin d'éviter le fendillement des éléments très durs 35 et fragiles du fait des tensions internes. Par suite du comportement hygroscopique du capro-lactame, des limites très étroites sont fixées quant à l'utilisation de tels procédés de préparation. Comparativement au capro-lactame, le laurine-lactame, pour lequel, selon les données de la littérature, le point de fu-40 sion se situe à environ 150°C, la chaleur de réaction approximati 71 36753 2126168 vement à 7 kcal/kg et la température de polymérisation comprise entre 160 et 200°C environ, permet, par polymérisation, d'obtenir une matière très visqueuse ne présentant aucune propriété hygros-copique et ne nécessitant aucun conditionnement en vue de sa pré-5 paration. C'est la raison pour laquelle on recherche, depuis longtemps, une polymérisation anionique de laurine-lactame pouvant ê-tre réalisée en continu et qui permettrait d'exploiter industriellement ces propriétés avantageuses de cette matière de départ. La réalisation en continu d'une polymérisation anionique 10 de laurine-lactame s'effectue selon la présente invention en ce sens que l'on mélange activement et parallèlement une première quantité de lactame en fusion avec un catalyseur et une seconde quantité de lactame en fusion avec un activeur, chaque fois en 1' absence d'oxygène et avec aménagé en continu d'azote dans les deux 15 courants, ceux-ci étant ensuite séparés et dosés puis, via un serpentin à siphon se trouvant sous la même température que les fusions, envoyés vers un dispositif mélangeur dans lequel débouchent les deux serpentins. On obtient ainsi une fusion liquide et poly-mêrisée pouvant aisément être coulée en éléments possédant toutes 20 les propriétés avantageuses du laurine-lactame. On obtient ici des valeurs optimales lorsque les deux quantités activement mélangées au catalyseur ou à 1'activeur sont homogénéisées avant leur introduction dans les serpentins et lorsque, conformément à une autre caractéristique de l'invention, ces deux quantités sont, peu 25 de temps avant leur combinaison, réalisée dans le dispositif de mélange, passées dans une zone à température considérablement moins élevée, pouvant être considérée comme zone de choc. Du point de vue du procédé, on peut encore considérer comme avantageux de ralentir la vitesse d'écoulement des quantités activement mélangées 30 au catalyseur ou à 1'activeur lors de leur passage dans les serpentins et avant leur combinaison dans le dispositif mélangeur ; ceci principalement dans le but d'obtenir une fusion uniformément poly-mêrisée et exempte de toute inclusion. Le procédé selon la présente invention pour la réalisa-35 tion en continu d'une polymérisation anionique de laurine-lactame est facilement contrôlable selon l'installation. La présente invention propose également un appareillage se composant en ordre principal de deux premiers réservoirs pour la préparation des deux quantités de fusion de lactame, chacun de"ces réservoirs étant ac-40 couplé à un second réservoir destiné à contenir un catalyseur ou 71 36753 3 2126168 un activeur et réunis via des serpentins à siphons menant à un dispositif Mélangeur par l'entremise" de pompes à liquide synchronisées, tous ces réservoirs étant étanches à l'air et pouvant, tout corire les poepcs et les serpentins, être chauffes, sont .chacun 5 pourvus Je- systè ■: J ' ;-na.:e et de décharge d'azote et contiennent chacun un cigit-.tcur. Chacun des réservoirs doit de préférence ê-tre équipé d'une vanne de sécurité afin d'éviter plus particulièrement que la quantité de fusion amenée et déchargée en continu de chacun des réservoirs puisse y être ajoutée. Un système de chauf-10 fage commun peut être prévu pour l'ensemble formé par les réservoirs, les pompes et les serpentins. On considère comme^particulièrement avantageux que les deux systèmes de serpentins soient agencés dans une enceinte commune traversée par un circuit d'huile de chauffage chauffant également les réservoirs et les pompes. 15 Les extrémités des deux serpentins seront exposées à un courant d'air froid à l'endroit où elles débouchent dans le dispositif mélangeur et à l'extérieur de leur enceinte commune, afin de définir la zone de choc ci-avant mentionnée. Cet appareillage conforme à l'invention pour la réalisa-20 tion en continu d'une polymérisation anionique de laurine-lactame sera décrit ci-après plus en détail en référence au mode de réalisation présenté dans les dessins, dans lesquels l'appareillage est représenté vu de l'avant et en vue latérale en coupe partielle. L'appareillage se compose de quatre réservoirs dans.cha-25 cun desquels est agencé un agitateur. Les agitateurs des deux premiers réservoirs qui servent à la préparation d'une fusion de lactame sont entraînés par un moteur 7, par exemple par l'entremise d'entraînements par chaîne 8 et 9 travaillant de préférence en synchronisme. Les agitateurs 6 des deux réservoirs inférieurs 3 et 4, 30 dont le réservoir 3 contient, par exemple, un catalyseur et le réservoir 4 un activeur, sont également entraînés via des systèmes à chaîne 11 et 12 par un moteur "10. Les réservoirs faisant partie des groupes 1 et 3 et 2 et 4 sent chaque fois raccordés les uns aux autres par des tubes de raccordement 13 ou 14 dans lesquels 35 sont agencés les dispositifs d'arrêt 15 et. 16. Le tube de décharge 17 du réservoir 3 est, comme le tube de décharge 18 du réservoir 4, raccordé à une pompe 19 ou 20, selon le cas. Ces pompes 19 et 20 doivent fonctionner en synchronisme parfait, afin d'envoyer des quantités identiques dans une unité 40 de temps à partir des réservoirs 3 et 4 vers les serpentins 21 ou 71 36753 4 2126168 22 qui y sont raccordés. Les deux pompes 19 et 20 assurent l'homogénéisation des quantités de fusion de lactame qui, provenant des réservoirs 1 et 2, sont activement mélangées au catalyseur ou à 1'activeur dans les réservoirs 3 et 4, grâce à l'agitateur 6. 5 Les serpentins 21 et 22 qui sont raccordés par une extrémité à ces pompes et par l'autre à un dispositif mélangeur 23 veillent au maintien de cette homogénéisation des quantités de fusion de lactame activement mélangées soit aù catalyseur, soit à 1'activeur, jusqu'à leur combinaison dans le dispositif mélangeur 23, raison 10 pour laquelle un coude 24 est prévu avant la sortie du serpentin, afin de réduire la vitesse d'écoulement des quantités partielles. Le dispositif mélangeur 23 se compose- d'un entonnoir se terminant par un tube 25 dans lequel est agencée une vis hélicoïdale 29 entraînée par un moteur 26, un dispositif démultiplicateur 27 et un 15 entraînement par courroie 28. Chacun des réservoirs 1, 2,3 ou 4, qui tous peuvent ê-tre alimentés à partir d'un niveau de charge 30 via des tubes d'alimentation 31, est étanche à l'air. En outre, tous les réservoirs sont chauffables grâce à une circulation d'huile commune dont les 20 canalisations sont désignées par la notation de référence 32. Ces canalisations 32 alimentent non seulement la double enveloppe des réservoirs individuels mais également les deux pompes 19 et 20, ainsi qu'une enceinte 33 dans laquelle sont agencés les deux serpentins 21 et 22, de manière à assurer que tous les éléments en 25 contact avec des fusions de lactame se situent sous la même température de 150 à 180°C. Chacun des réservoirs individuels 1, 2, 3 et 4 est en outre raccordé à un réseau d'alimentation en azote, amené à partir d'une bonbonne 34 par un système de canalisations 35, cette amenée d'azote étant réglée de manière que cet azote ne 30 puisse se mélanger avec lès fusions présentes dans les réservoirs. Tous les réservoirs sont pourvus d'une soupape de sécurité 36 qui empêche une trop forte pression dans les réservoirs, pression qui pourrait occasionner l'entrée de l'azote dans les fusions présentes. Un dispositif de contrôle désigné dans son ensemble par 35 la notation de référence 37 contrôle plus spécialement la température des différents éléments de l'installation, de même que le synchronisme des deux pompes. On prépare tout d'abord les fusions de lactames dans les deux premiers réservoirs 1 et 2, qui sont ensuite envoyées par l'ouverture des dispositifs d'arrêt 15 et 16 40 aux deux autres réservoirs 3 et 4, afin d'y être activement mélan 71 36753 2126168 gées au catalyseur et à 1'activeur. Les fusions de lactame sont ensuite envoyées en continu, par les pompes synchronisées T9 et 20 qui assurent en même temps l'homogénéisation, vers les serpentins 21 et 22 dans lesquels leur vitesse d'écoulement est réduite par 5 les coudes 24 peu avant la sortie. Avant d'être introduites dans le dispositif mélangeur 23 en vue de leur combinaison avec le catalyseur ou 1'activeur, les quantités partielles de fusion de lactame sont encore passées au travers d'une zone de choc 38 située dans chacun des serpentins, c'est-à-dire dans une zone dans la-10 quelle les fusions de lactame sont soumises à une température considérablement inférieure à la précédente, tandis que les extrémités des deux serpentins 21 et 22 sont soumises à un courant d'air froid avant leur débouché dans le dispositif mélangeur 23 et à 1' extérieur de leur enceinte commune 33, entre deux plaques 39 et 40 15 espacées l'une de l'autre. La plaque 39 forme en même temps la paroi inférieure de l'enceinte 33, tandis que la plaque 40 sert à la fixation du dispositif mélangeur 23, y compris celle de l'entraînement de la vis hélicoïdale. Les courants de fusion de lactame s' écoulant en continu hors des serpentins 21 et 22 vers le disposi-20 tif mélangeur 23 sont donc tout d'abord combinés dans ce dispositif mélangeur puis, via le tube de décharge 25 de ce dernier, s'écoulent sous forme de polymère propre au moulage d'éléments en polyamide . Il est évident que l'appareillage ci-devant décrit peut 25 subir des modifications constructives pour autant que l'on ne s'écarte pas du principe de base de l'invention selon lequel des quantités partielles de fusion de lactame sont activement mélangées soit avec un catalyseur, soit avec un activeur, avant leur combinaison dans un dispositif mélangeur à cet effet, chaque fois grâce 30 à un système à serpentin à siphon, dans lequel ces matières sont passées, ces serpentins se trouvant dans les mêmes conditions de température que les réservoirs dans lesquels les fusions ont été préparées et mélangées séparément avec le catalyseur et l'activeur. 71 36753 2126168 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la réalisation en continu d'une polymérisation anionique de lactames, plus particulièrement de laurine-lac-tame, avec utilisation de catalyseurs, tels que des compositions lactame-métal alcalin ou alcalino-terreux et d'activeurs, tels que 5 des lactames acylés ou des compositions susceptibles d'être acylées et pouvant être mélangées avec le lactame en fusion en présence d' azote, caractérisé en ce que l'on mélange activement et parallèlement une première quantité de lactame en fusion avec un catalyseur et une seconde quantité de lactame en fusion avec un activeur, cha-10 que fois en l'absence d'oxygène et avec aménagé en continu d'azote dans les deux courants, ceux-ci étant ensuite séparés et dosés puis, via un serpentin à siphon se trouvant sous la même température que les fusions, envoyés vers un dispositif mélangeur dans lequel débouchent les deux serpentins. 15 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux quantités activement mélangées au catalyseur ou à 1'activeur sont homogénéisées avant leur introduction dans les serpentins. 3.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux quantités activement mélangées au catalyseur ou à 20 1'activeur sont homogénéisées avant leur introduction dans les serpentins et, peu de temps avant leur combinaison, réalisée dans le dispositif de mélange, passées dans une zone à température considérablement moins élevée. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 25 caractérisé en ce qu'on ralentit la vitesse d'écoulement des quantités activement mélangées au catalyseur ou à 1'activeur lors de leur passage dans les serpentins et avant leur combinaison dans le dispositif mélangeur. 5.- Appareillage pour la réalisation du procédé selon les re-30 vendications 1 â 4, considérées dans leur ensemble, caractérisé en ce qu'il se compose de deux premiers réservoirs pour la préparation des deux quantités de fusion de lactame, chacun de ces réservoirs étant accouplé à un second réservoir destiné à contenir un catalyseur ou un activeur et réuni via des serpentins à siphons menant à 35 un dispositif mélangeur par l'entremise de, pompes à liquide synchronisées, tous ces réservoirs étant étanches â l'air et pouvant, tout comme les pompes et les serpentins, être chauffés, sont chacun pourvus de système d'amenage et de décharge d'azote et contiennent chacun un agitateur. 71 36753 7 2126168 6.- Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des réservoirs est de préférence équipé d'une soupape de sécurité. 7.- Appareillage selon les revendications 5 ou 6, caractéri-5 sé en ce qu'il comporte un système de chauffage commun pour l'ensemble formé par les réservoirs, les pompes, ainsi que les serpentins . 8.- Appareillage selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les deux systèmes de serpentins sont 10 agencés dans une enceinte commune, traversée par un circuit d'huile de chauffage, chauffant également les réservoirs, aiiisi que, les pompes. 9.- Appareillage selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les extrémités, des deux serpentins 15 sont exposées à un courant d'air froid à l'endroit où elles débouchent dans le dispositif mélangeur, à l'extérieur de leur enceinte commune.