Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАМИДА-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°C) 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°C, отводимой - 25-35°C.

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°C. Время экстракции 4-5 часов.

После экстракции гранулы содержат большое количество воды, которую удаляют сушкой нагретым азотом при температуре 120-140°C. 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°C. Он продолжается до тех пор, пока не прогреется весь объем реакционной массы;

3. Предварительная выдержка при температуре 90-100°C 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°C и включение перемешивающего устройства.

5. Основная выдержка при температуре 210-215°C 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 длительного индукционного периода - 3-4 часа.

Сущность изобретения

Изобретательской задачей является поиск способа получения полиамида-6 эмульсионной полимеризацией капролактама, включающего приготовление реакционной массы из капролактама, инициатора и полиэтилсилоксановой жидкости, ее нагрев, предварительную выдержку, основную выдержку, 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, инициатора и полиэтилсилоксановой жидкости, ее нагрев, предварительную выдержку, основную выдержку, охлаждение и отделение образовавшихся гранул, в котором в качестве инициатора используют 1,6-гексаметилендиамин в количестве 2-4% от массы исходного капролактама, реакционную массу нагревают до 210-215°C, а предварительную выдержку проводят в течение 1-1,5 ч.

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:

- повышение качества полиамида-6 за счет гарантированного получения полимера с волокнообразующими свойствами, степенью полимеризации 75-90;

- снижение энергозатрат из-за уменьшения индукционного периода на 50-60% (до 1-1,5 час).

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;

- 1,6-гексаметилендиамин (Соль АГ) - ТУ-6-03-418-80.

Способ осуществляют путем последовательного проведения следующих стадий:

1. Приготовление реакционной массы. В реактор загружают капролактам, 2-4% от взятого капролактама 1,6-гексаметилендиамина (Соль АГ) и полиэтилсилоксановую жидкость при модуле 1:4;

2. Нагрев реакционной массы до 210-215°C. Он продолжается до тех пор, пока не прогреется весь объем реакционной массы;

3. Предварительная выдержка при температуре 210-215°C в течение 1-1,5 часов для того, чтобы в реакционной массе образовалось необходимое количество концевых групп. Это время называется индукционным периодом;

4. Основная выдержка при температуре 210-215°C при перемешивании в течение 20-22 часов;

5. Охлаждение при перемешивании;

6. Коагуляция полимера с образованием гранул;

7. Отделение гранул полимера от полиэтилсилоксановой жидкости в центрифуге.

О волокнообразующей способности полученного полиамида-6 судили по степени полимеризации форполимера, рассчитываемой по известной формуле (Р=100(η_отн-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.