СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАМИДА-6
METHOD OF PRODUCING POLYAMIDE-6

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу получения полиамида-6 эмульсионной полимеризацией.
Уровень техники
Производство волокнообразующего полиамида-6 осуществляется (Кларе, Г. Синтетические полиамидные волокна / Г.Кларе, Э.Фрицше, Ф.Гребе; под ред. З.А.Роговина М.: Мир. - 1966 - с. 683) в настоящее время с помощью поликонденсации капролактама в расплаве в аппаратах идеального вытеснения.
Получение полиамида-6 включает в себя следующие операции.
Капролактам из баков хранения (где хранится под азотной подушкой при температуре Т=95°С) насосом через свечевой фильтр подается либо в бак-мешалку, либо в промежуточный бак. Туда же загружается инициатор (1-3,5%), регулятор молекулярной массы (0,5%), свето- и термостабилизаторы. Время перемешивания около сорока минут. Перемешивание осуществляется в среде инертного газа, в качестве которого используется азот с содержанием кислорода не более 0,0005%.
После этого реакционная смесь через фильтр подается в горизонтальный бак, который предназначен для смешения партий реакционной смеси и ее гомогенизации. В горизонтальный бак также подается азот. Из горизонтального бака реакционная смесь подается погружными насосами в дозирующее устройство аппаратов непрерывной полимеризации.
Затем реакционная смесь отправляется в аппарат непрерывной полимеризации.
Далее реакционная масса поступает на стадию полиамидирования. В зависимости от ассортимента получаемого полиамида-6 используют различные схемы полунепрерывных технологических схем.
По полунепрерывной технологической схеме расплав полимера из аппарата непрерывной полимеризации поступает на блок напорного высокого давления и подается на литьевую головку, где продавливается через фильеру, образуя струи расплава, которые поступают в ванну с умягченной водой, где охлаждаются и застывают. Температура воды, подаваемой в ванну, 20-25°С, отводимой - 25-35°С.
Застывшая жилка подается в рубильный станок, где рубится на гранулы, смываемые водой в двухсекционный бункер. Бункер заполняется одновременно и гранулами, и водой. После этого гранулы массонасосом подаются в экстрактор для удаления низкомолекулярных соединений путем многократной экстракции гранул горячей водой. Температура воды не ниже 110°С. Время экстракции 4-5 часов.
После экстракции гранулы содержат большое количество воды, которую удаляют сушкой нагретым азотом при температуре 120-140°С. Сушку производят до остаточного содержания влаги в гранулах не более 0,05%. Продолжительность сушки составляет 10-14 часов.
После экстракции и сушки гранулы имеют относительную вязкость 2,6-3,0, низкомолекулярных соединений 0,5-1,5%.
Однако этот способ характеризуется очень высокими ресурсо- и энергозатратами.
Известен способ получения полиамида-6 (патент РФ 2393176; опубликован 27.06.2010), являющийся наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков.
Способ включает следующие операции:
1. Приготовление реакционной массы. В реактор загружают мономер, инициатор, которым является вода, и полиэтилсилоксановую жидкость.
2. Нагрев реакционной массы до 90-100°С. Он продолжается до тех пор, пока не прогреется весь объем реакционной массы.
3. Предварительная выдержка при температуре 90-100°С в течение 3-4-х часов для того, чтобы в реакционной массе образовалось необходимое количество концевых групп. Это время называется индукционным периодом.
4. Последующий нагрев реакционной массы до 210-215°С и включение перемешивающего устройства.
5. Основная выдержка при температуре 210-215°С в течение 18-22 часов при перемешивании.
6. Охлаждение при перемешивании.
7. Коагуляция полимера с образованием гранул.
8. Отделение гранул полимера от полиэтилсилоксановой жидкости в центрифуге.
Однако способ имеет следующие недостатки:
- Невысокое качество полиамида-6 из-за невозможности гарантированного его получения с волокнообразующими свойствами. Это объясняется тем, что из-за гидрофобности полиэтилсилоксановой жидкости при нагреве вода испаряется, находится в газовой фазе и не работает как инициатор. Так степень полимеризации полиамида не превышает 50;
- Значительные энергозатраты из-за большой длительности стадий, связанных с теплоподводом (21-26 часов).
Сущность изобретения
Изобретательской задачей является поиск способа получения полиамида-6 эмульсионной полимеризацией капролактама, включающего приготовление реакционной массы из капролактама, воды в качестве инициатора и полиэтилсилоксановой жидкости, ее нагрев, предварительную выдержку, основную выдержку при 210-215°С, охлаждение и отделение образовавшихся гранул, который позволил бы повысить качество целевого продукта и снизить энергозатраты.
Поставленная задача решена способом получения полиамида-6 эмульсионной полимеризацией капролактама, включающим приготовление реакционной массы из капролактама, воды в качестве инициатора и полиэтилсилоксановой жидкости, ее нагрев предварительную выдержку, основную выдержку при 210-215°С, охлаждение и отделение образовавшихся гранул, в котором реакционную массу готовят сначала из капролактама и воды, нагревают ее до 210-215°С, предварительную выдержку осуществляют при 210-215°С в течение 6-7 часов, а полиэтилсилоксановую жидкость, предварительно нагретую до 210-215°С, вводят в реакционную массу перед основной выдержкой, которую осуществляют в течение 5-15 часов.
Изобретение позволяет получить следующие преимущества:
- повышение качества полиамида-6 за счет гарантированного получения полимера с волокнообразующими свойствами, степенью полимеризации 85-185;
- снижение энергозатрат за счет уменьшения общей длительности стадий, связанных с теплоподводом до 11-22 часов.
К тому же изобретение позволяет получить еще и следующее преимущество:
- так как уменьшается время взаимодействия капролактама и полиэтилсилоксановой жидкости, то он в меньшей степени накапливается в ней, что повышает эффективность дальнейшей регенерации полиэтилсилоксановой жидкости для возвращения ее в цикл.
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения
Для реализации способа используют:
- в качестве мономера - капролактам - ГОСТ 7850-86;
- в качестве иммерсионной жидкости - полиэтилсилоксановую жидкость ГОСТ 13004-77;
- воду дистиллированную ТТ 46-05-2003.
Способ осуществляют путем последовательного проведения следующих стадий:
1. Приготовление реакционной массы. В автоклав, снабженный перемешивающим устройством, загружают капролактам и воду, взятую в количестве 12-13 мас.% от массы капролактама.
2. Нагрев массы до 210-215°С до прогрева всей массы.
3. Предварительная выдержка массы при температуре 210-215°С в течение 6-7 часов.
4. Загрузка полиэтилсилоксановой жидкости при модуле 1:4, которая предварительно нагрета до 210-215°С, и включение перемешивания.
5. Основная выдержка. Ее осуществляют при продолжающемся перемешивании в течение 5-15 часов.
6. Охлаждение реакционной массы при перемешивании.
7. Коагуляция полимера с образованием гранул.
8. Отделение гранул полимера от полиэтилсилоксановой жидкости, например, центрифугой.
отн
О волокнообразующей способности полученного полиамида-6 судили по степени полимеризации форполимера, рассчитываемой по известной формуле (Р=100(η-1)) с использованием значения относительной вязкости, определяемой в соответствии с ГОСТ 18249-72.
Свойства полиамида-6, полученного при различных режимах заявленного способа, приведены в таблице.
Свойства полиамида-6, полученного при различных режимах заявленного способа
№ п/п
t, °C реакционной массы
Выдержка
Степень полимеризации
предварительная, ч
основная, ч
1
210
6
5
68
2
215
7
5
68
3
210
6
10
81
4
215
7
10
85
5
210
6
15
183
6
215
7
15
181
7
210
6
15
185
8
215
7
15
182