УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОФИЛАМЕНТНОЙ ШОВНОЙ НИТИ

Техническое решение относится к области производства монофиламентных биоразлагаемых шовных нитей. Конкретно заявляемая полезная модель относится устройствам, в которых монофиламентную шовную нить получают экструзионным формованием из расплава биоразлагаемого сополимера гликолида и лактида, получаемого сополимеризацией соответствующих мономеров непосредственно в экструдере.
Известно устройство (Polymer Engineering and Science, July 1999, vol.39, no. 7 S.JACOBSEN, PH.DEGEE, H.G.FRITZ, PH.DUBOIS, and R.JEROME) для осуществления непрерывного способа получения полилактида полимеризацией лактида непосредственно в экструдере. В другой работе тех же авторов (Industrial Crops and Products, 11, (2000), 265-275) отмечается, что указанное устройство может быть использовано для получения подобных полимеров и сополимеров со сравнимыми мономерами, которые включают в себя не только лактоны, как ε-капролактон, но и дилактоны, как гликолид.
Известное устройство состоит из двухшнекового экструдера с диаметром шнеков 25 мм и отношением L/D равным 48. Шнеки наборные и состоят из последовательно расположенных участков с различным шагом. Предусмотрены участки перемешивания. Экструдер разбит на три функциональные зоны с регулируемыми температурами.
Устройство работает следующим образом. Смесь лактида, каталитической системы и стабилизатора с использованием гравиметрической дозирующей системы загружают в начало шнека. Дополнительные добавки, стабилизирующие системы, красители или пластификаторы могут быть добавлены на любой стадии процесса, по желанию. Экструдер разделен на три зоны. Первая зона, состоящая из 3 цилиндрических элементов, используется для плавления лактида и нагрева смеси до 180°C. В указанной первой зоне полимеризация практически не протекает. Вторая зона состоит из 4,5 цилиндрических элементов и разделена на три функциональных сегмента, имеющих одинаковое строение. Каждый из сегментов состоит из растирающих элементов, используемых для диспергирующего перемешивания смеси и приложения механической энергии к расплаву, за которыми следуют смешивающие элементы, которые обеспечивают распределительное смешение. Только такая комбинация элементов обеспечивает эффективное перемешивание реагентов за короткое время. Система заканчивается третьей зоной, состоящей из 2,5 цилиндрических элементов. В начале этой зоны может находиться система откачки, предназначенная для удаления низкомолекулярных продуктов, например, остаточного мономера или продуктов побочных реакций. Остальная часть этой зоны используется для создания давления, необходимого для преодоления сопротивления выдавливанию полимера. Варьирование условий проведения реакции полимеризации в экструдере позволяет получать полимеры с разными свойствами, обеспечивающими их разнообразное применение, в частности, для изготовления шовных нитей. В данном случае шовная нить может выдавливаться непосредственно из формующей головки экструдера.
С целью остановки (прекращения) полимеризации за счет дезактивации катализатора, когда достигается конверсия мономера близкая к равновесию, т.е. на наиболее выгодной стадии процесса с максимумом превращения мономера в полимер, и блокирования концевой гидроксильной группы сополимера, которое ингибирует концевую деструкцию полимера, полученный сополимер может быть подвергнут ацилированию. Обычно, ацилирование сополимера проводится с помощью ледяной уксусной кислоты или (лучше) уксусного ангидрида в соответствии со следующей реакцией:
2
п
3
3
3
2
п
3
HO(-CH-C-O-)OH+CHC-O-C-CH→CHC-O(-CH-C-O-)OH+CHCOH
Количество ацилирующего агента определяется количеством введенного катализатора полимеризации, молекулярной массой полученного сополимера и концентрацией концевых гидроксильных групп соответственно. Специальный катализатор ацилирования не вводится, его роль могут выполнять остатки катализатора полимеризации. Однако, эквимольное концевым функциональным группам количество ацилирующего агента обычно не применяется из-за относительно большого времени необходимого для полноты реакции. При применении избытка ацилирующего агента необходима его отмывка из отформованных нитей. Обычно, ацилирование сополимера проводится по окончании полимеризации, как отдельная стадия, с использованием специальной ванны.
Недостаток описанного устройства связан с необходимостью использования отдельной ванны для проведения реакции ацилирования полученного полимера, которая, по существу, является дополнительной стадией в технологической цепочке получения шовного материала.
Технической задачей полезной модели является создание экономичного и в аппаратурном оформлении более простого, чем прототип, устройства для осуществления способа получения монофиламентной шовной нити из биоразлагаемого сополимера гликолида и лактида, получаемого полимеризацией в экструдере, путем совмещения процессов сополимеризации мономеров и ацилирования полимера в одном технологическом цикле без использования отдельной ванны для ацилирования полимера или полученной шовной нити.
Поставленная задача достигается за счет передачи функций упомянутой ванны узлу ацилирования, являющемуся конструкционным элементом экструдера и состоящему из резервуара для ацилирующего агента, контура первичного разбавления, трех дозирующих вентилей и циркуляционного насоса.
Сущность изобретения состоит в том, что, в отличие от используемого в известном уровне техники раздельного осуществления процесса полимеризации в экструдере и реакции ацилирования полученного полимера, авторами предложено оригинальное аппаратурное решение совместного осуществления реакции полимеризации и реакции ацилирования без использования отдельной ванны, за счет введения в экструдер узла ацилирования, состоящего из резервуара для ацилирующего агента, контура первичного разбавления, трех дозирующих вентилей и циркуляционного насоса.
Заявляемое устройство (Фиг.1) представляет собой двухшнековый экструдер, состоящий из двигателя 1, редуктора 2, корпуса 3, формующей головки 4 и узла ацилирования 12. На фигурах 2а и 2б представлены схема наборных шнеков и схема функциональных зон экструдера синтеза сополимера гликолида и лактида. Экструдер содержит семь функциональных зон, представленных на фиг.2б:  I - питания, с температурой 25°C, II - смешения, с температурой 90°C, III - олигомеризации, с температурой 180°C, IV - полимеризации, с температурой 180-200°C, V - вакуумирования, с температурой 200°C, VI - ацилирования и гомогенизации, с температурой 220°C, VII - формующей головки, с температурой 220°C и давлением Р=30-40 бар. Схема узла ацилирования представлена на фиг.3.
кип.
кип.
Устройство работает следующим образом. Мономеры лактида и гликолида, взятые в требуемом соотношении, смешивают с раствором катализатора в гексане, после чего растворитель удаляют. После высушивания от остатка растворителя, внесенного с катализатором, мономер перемешивается для усреднения катализатора. В качестве катализатора используется октаноат олова, дозируемый в соответствии с остаточной концентрацией молочной кислоты. Реакционная масса в виде порошка засыпается непрерывно в питающую воронку экструдера; для предотвращения попадания влаги в мономер процесс подпитки осуществляется в потоке осушенного азота. В качестве экструдера используется двухшнековый экструдер фирмы «Haake», в котором осуществляется регулировка в семи температурных зонах (см. фиг.2).. Скорость вращения шнеков 50-200 об/мин. Производительность экструдера от 0,25 до 1 кг/час. В первой зоне питания мономера температура поддерживается несколько ниже температуры плавления мономера. Во второй зоне происходит смешение и плавление мономеров. В третьей зоне начинается процесс полимеризации приводящий к образованию олигомеров. В четвертой зоне температурный режим подбирается оптимальным для завершения процесса полимеризации (180-200°C). В пятой зоне температура сохраняется на уровне 200°C и в ней осуществляется удаление остаточного количества мономеров и низкокипящих побочных продуктов. Шестая зона служит для осуществления гомогенизации полученного сополимера и его ацилирования. Так как температура расплава в зоне ацилирования близка к 200°C, необходимо использовать высококипящий ацилирующий агент. В частности, в качестве ацилирующего агента могут быть использованы малеиновый ангидрид (Т=202°C) или янтарный ангидрид (Т=261°C). Узел ацилирования работает следующим образом. Из зоны ацилирования через дозирующий вентиль 1 отбирают часть расплава сополимера и при помощи циркуляционного насоса 2 обеспечивают его циркуляцию по контуру первичного разбавления 6. Из резервуара для ацилирующего агента 4 через дозирующий вентиль 3 в контур первичного разбавления подают ацилирующий агент в таком количестве, что происходит его разбавление в 10-100 раз. Часть сополимера, содержащего ацилирующий агент, циркулирующего по контуру первичного разбавления, через дозирующий вентиль 5 возвращают в зону ацилирования экструдера, что позволяет разбавить ацилирующий агент еще в 10-100 раз и создать желаемую концентрацию ацилирующего агента в сополимере. Таким образом, предлагаемый узел ацилирования обеспечивает двухступенчатое разбавление ацилирующего агента и позволяет осуществить воспроизводимое количественное введение сверхмалых количеств ацилирующего агента в расплав сополимера. В зоне формующей головки температура снижается для предотвращения деструкции полученного полимера, но остается достаточной для того, чтобы сформовать изделие. Далее следует традиционная технология или непосредственного формования изделий из экструдера (нити, пленки, нетканые материалы, монолитные изделия), или грануляция для последующей переработки полимера.