DE1645285C3 - Verfahren zur kontinuierlichen Poly mensation von epsilon Caprolactam - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisation von f-Caprolactam in Gegenwart von Natrium als Katalysator und Toluoldiisocyanat als Aktivator in einem Polymerisationsrohr.

Nach bekannten Verfahren drückt man mit einer Dosierpumpe das mit Aktivator und Katalysator vermischte r-Caprolactam durch ein Rohr, das auf die Polymerisationstemperatur erwärmt ist.

Die in einem solchen Verfahren auftretenden Hauptschwierigkeiten liegen darin, daß man die Polymerisation in dem Rohr bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Polyamids durchführen muß, um einen annehmbaren Monomcrengehalt zu erhalten. In diesem Fall bleibt die zu poly-

merisierende Mischimg, die in flüssigem Zustand in das Polymerisationsrohr eingeführt wird, im Mittelteil des Rohres flüssig, nimmt jedoch in der Nähe der Rohrwandungen eine feste und in dem dazwischen liegenden Teil eine pastenförmige Konsistenz in dem

*5 Maße an, wie sie beim Polymerisieren durch das Rohr wandert.

Die feste Phase haftet so stark an den Rohrwandungen, daß die flüssige und die breiförmige Phase trotz des durch die Dosierpumpe erzeugten Druckes das feste Polymere von den Wandungen nicht abzulösen vermögen.

Aufgabe der Erfinfidung ist es, bei der kontinuierlichen Polymerisation von --Caprolactam in einem Polymerisationsrohr diesen Nachteil zu vermeiden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man in regelmäßigen Abstünden an der Beschickungsölfnung des Polymerisationsrohrs Polycaprolaetamseheiben etwa vom Innendurchmesser des Polymerisationsrohrs einführt und mit der jeweils anschließend eingeführten PoK-merisationsmischung durch das Polymerisationsrohr drückt, wobei die Häufigkeit der Einführung der Polycaprolaetamseheiben in Abhängigkeit von der Zufuhrmenge der zu polymerisierenden Mischung. dem Durchmesser und der Länge des Polymerisationsmhr^ so bestimmt ist. daß jede Polycaprolactamscheibe bei einer Polymerisationstemperatur von etwa 150 C etwa 10 Minuten in der l'olymerisations-

.10 zone verbleibt.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise wirkt jede Scheibe in dem Rohr als eine An Kolben, indem sie gleichzeitig die !Hissige, die breiförmige und die feste Phase der Mischung im Verlauf der PoIymerisation weiterdrückt, die sich oberhalb von ihr befindet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Vorrichtung durchgeführt, die ein Scheibenmagazin (11), eine Zentriervorrichtung (17), Mittel (28) zur Zuführung der zu polymerisierenden Mischung unter Druck in das Polymerisationsrohr (10), Mittel für Entnahme der Polycaprolaetamseheiben nacheinander aus dem Magazin (11) und ihren Transport zur Zentriervorrichtung (17) und Mittel für die Abnahme der Polycaprolaclamschcibcn (12, 12a, 12b) von der Zentriervorrichtung (17) und ihre Einführung an der Beschickungsöffnung des Polymerisationsrohrs (10) enthält, wobei das Scheibenmagazin (11), die Zentriervorrichtung (17) und das Polymerisationsrohr

(10) in gleichen Abstünden in eine Bohrung (la) münden, in der ein Rohrkolben (2) abwechselnd zwischen zwei E'.ndstellungcn beweglich ist, dieser Rohrkolben (2) einerseits eine Schulter (3) zum Ergreifen einer Polycaprolactamscheibe (12, 12a, 12b) nach der anderen und ihren Transport zur Zentriervorrichtung (17) und andererseits ein Mittelstück (2b) mit einer Axialbohrung (2 c) und einer Vertiefung (2 rf) zur Aufnahme einer Polycaprolactamscheibe nach

der anderen an der Zentriervorrichtung (17) und ihrer Einführung an der Basis des Polymerisationsrohrs (10) besitzt und wobei der Abstand zwischen dem Scheibenmagazin (11), der Zentriervorrichtung (17) und dem Polymerisationsrohr (10) bzw. der Abstand zwischen der Schulter (3) und dem Mittelstück; (2/>) des Rohrkolbens (2) gleich dem Hub dieses Rohrkolbens (2) ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung verwendete Vorrichtung sind im nachstehenden an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert und dargestellt.

Fig. 1 und 2 zeigen im senkrechten Schnitt eine Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei verschiedenen Arbeitsteilungen und

Fig. 3 ist eine schematisehe Darstellung einer An- !.isio zur kontinuierlichen Polymerisation \on ,-Ca- ; !olactam unter Verwendung der in den F i g. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung. ^

Nach der Darstellung der Fig. I und 2 besitzt die serwendete Vorrichtung im wesentlichen einen Korper 1. der mit einer allgemein zylindrischen Bohrung Iu versehen ist. In dieser Bohrung 1 <; kann sich ein Rohrkolben 2 bewegen. Dieser Rohrkolben 2 besteht aus drei Teilen: einem Hndstück l'i, in das eine Schulter 3 eingesetzt ist. ein Mittelstück 2/). das den Sitz bildet und mit einer Axialbohning 2c versehen ist, welche ihrerseits in eine Vertiefung Id übergeht und schließlich einem lindstück 2c. das uan/. außen einen Flansch 2/, einen Packungsr'mu 4 von U-förmigeni Querschnitt mit eingesetztem Spannring 5 und eine Kappe 6 trägt. Diese drei den Rohrkolben bildenden !"eise sind miteinander durch einen Stift 7 verbunden, wobei Packungen 8 von U-iörmigem QuerdiuiK und Spannringe 9 zwischeimesehaltet sind.

Die Kolbenbewcgung ist einerseits durch einen Anschlag In in der Bohrung la und andererseits durch einen Vorsprung 2j,> am freien F.nde des Kolbens 2 begrenzt.

Seitliehe öffnungen lc. I₁/ und Ic sind in derselben radialen Ebene in dem Korper vorgesehen. Sie liegen um eine Entfernung auseinander, die gleich dem Hub des Kolbens 2 ist. Gegenüber den ölfnungen Ic und \ d sind in dem Korper 1 ölfmmgcn 1/ und 1 g vorgesehen.

Auf der öffnung Ic ist ein Polymerisationsrohr 10 aufgeschweißt: über der öffnung Ic ist ein Magazin 11 mit einem Stapel von Scheiben 12 angeordnet, die in das Polymerisationsrohr einzuführen sind; ferner ist ein Magazinkolben 13 mit einer Druckfeder 14. einem Gegenring 15 und einem Deckel 16 vorgesciien, um konstant den Stapel von Scheiben 12 gegen ilen Kolben 2 zu drücken; über der öffnung 1 i/ schließlich ist eine Zentriervorrichtung 17 angeordnet, die einen Zentrierkolbcn 18, eine Spannfeder 19, einen Gegenring 20 und einen Verschluß 21 aufweist. Die Auf- und Niederbewegung des Zentrierkolbens 18 wird durch ein System aus einem Schwinghebel 22 und einer Schwingstange bewirkt. Der Schwinghebel 22 sitzt drehbar auf einem Schwenkzapfen 24, der am Magazin 11 befestigt ist, und in gleicher Weise auf einem Zapfen 25, der am äußeren Ende der Stange des Kolbens 18 .».»festigt ist. Die Schwingstange 23 ist mit einem ihrer Enden auf einem Gclcnkzapfen 26, der auf dem Schwinghebel 22 vorgesehen ist, und mit ihrem anderen Ende, das mit einem Langloch versehen ist, auf einem Zapfen 27 gelenkig befestigt. Dieser Zapfen 27 sitzt seinerseits an dem Rohrkolben 2 und bewegt sich bei der Verschiebung des Rohrkolbens 2 in einer öffnung im Körper 1. Ferner ist auf der öffnung!/, die auf das Poly.nerisationsrohr 10 zeigt, eine Zufuhrleitung 28 für die zu polj mcrisicrende Mischung vorgesehen, während auf die öffnung 1 .i? eine Leitung 29 aufgeschweißt ist, welche den Überschuß, gegebenenfalls mit Hilfe einer

ίο Pumpe, nach außen abführt.

Die verwendete Vorrichtung ist ferner einerseits mit einem Wassermantel 30, der etwa auf SO C gehalten wird und den Mittelteil des Körpers I umschließt, und andererseits mit einem Dampfmantel 31 versehen, der etwa auf 15()^;C gehalten wird und die Polymerisationszone des Rohres 10 umgibt.

Im Betrieb kann der Rohrkolben 2 automatisch, beispielsweise durch ein pneumatisches Antriebsorgan, betätigt und abwechselnd in zwei Endstellungen bewegt werden.

In der ersten Stellung (Rückauflage), die in Fig. I dargestellt ist. ist die Schulter 3 ganz nach hinten geschoben. Die unterste Seheibe 12α des Stapels fällt in die Gleitführung 1/1, die zu die em Zweck in dem Teil der Bohrung 1 α vorgesehen ist, welcher zwischen dem Magazin 11 und der Zentriereinrichtung 17 liegt. Das Mittelstück lh liegt in Höhe der Zentriervorrichtung 17. und der ZeiHrierkolben 18 ist in gesenkter Stellung, um die Scheibe 12h in der Vertiefung Id des Mittelstückes lh zu zentrieren. Der Rest der zu polymerisierenden Mischung wird über die Leitung 29, die nach außen führt, gegebenenfalls mit Hilfe einer Pumpe, abgezogen. Die Zufuhr der zu poly-

λ5 merisierenden Mischung durch die Leitung 28 ist unterbrochen.

In der zweiten Stellung (Vorschublage) des Rohrkolbens 2. die in F i g. 2 dargestellt ist, ist die Scheibe Ma ties Stapels, die von der Schulter 3 mitgenommen und in der Gleitführung 1/1 verschoben worden ist. in die Höhe der Zentriervorrichtung 17 geführt worden. Der Zentricrkolben 18 ist durch das Antriebssystem von Schwinghebel 22 und Schwingstange 23, welche ihrerseits auf dem Rohrkolben 2 in 27 gelenkig befestigt ist, angehoben worden. Das Mittelstück 2/' mit der zentrierten Scheibe 12h befindet sich in Höhe des Polymerisationsrohres 10. und die von Leitung 28 herangeführte Polymerisationsmischung steigt durch die Bohrung Ic des Mittcl-

5;- Stückes 2/) hoch, führt die Scheibe 12h in das PoIymerisatio'isrohr und schient sie durch dieses Rohr hindurch, ebenso wie die Püssit'e. die- breiförmige und die feste Phase der Mischung, die sich im Verlauf der Polymerisation oberhalb dieser Scheibe befinden. Lie Zahl der Kolbenhübe pro Zeiteinheit und dementsprechend die Häufigkeit der Einführung von Seheibe 12 wird bestimmt in Abhängigkeit von der Zufuhrmenge der zu polymerisierenden Mischung, dem Durchmesser des Polymerisationsrohres 10 und der Längp. des Polymerisationsrohres, derart, daß jede Scheibe bei einer Polymerisationstemperatur von etwa 150° C etwa 10 Minuten in der Polymcrisationszonc verweilt.

In Fig. 3 ist als Beispiel eine Anlage zur kontinuierlichen Polymerisation von f-Caprolactam unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung schcrrsatisch dargestellt. Diese Anlage umfaßt zwei Paare von Tanks 32, 33, von denen der eine den Polymeri-

sationskalalysator (Natrium) und der andere die Mischung von f-Caproiactam und Aktivator (Toluoldiisoeyanat) enthalt. Jedes Tankpaar versorgt eine Dosierpumpe 34; die Mischung, die von der einen oder der anderen Dosierpumpe geliefert wird, wird in einen Mischer 35 und dann in eine Sammelleitung 36 geschickt. Diese verteilt die Mischung auf eine Reihe der beschriebenen Vorrichtungen 37 mit jeweils einem Polymerisationsrohr und einer automatischen Sclicibcncinführung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentar.spüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisation von i-Caprolactam in Gegenwart von Natrium als Katalysator und Toluoldiisocyanat als Aktivator in einem Polymerisationsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß man in regelmäßigen Abständen an der Beschickungsölfnung des Polymerisationsrohrs Polycaprolactamscheiben etwa vom Innendurchmesser des Polymerisationsrohrs einführt und mit der jeweils anschließend eingeführten Polymerisationsmischung durch das Polymerisationsrohr drückt, wobei die Häufigkeit der Einführung der PoIycaprolaeui;v;scheiben in Abhängigkeit von der Zuführmenge der zu polymerisierenden Mischung, dem Durchmesser und der Länge des Polymerisationsrohrs so bestimmt ist, daß jede Polycaprolactamscheibe bei einer Polymerisationstemperatur von etwa 150 C etwa 10 Minuten in der Polymerisationszone verbleiut.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Vorrichtung durchgeführt wird, die ein Scheibenmagazin (11), eine Zentriervoi richtung (17), Mittel (28) zur Zuführung der zu polymerisierenden Mischung unter Druck in das Polymerisatioiisrohr (10), Mittel für Entnahme der Polyeaprolac imscheiben nacheinander aus dem Magazin (11) und ihren Transport .'iir ZcniriemirrichHing (17) und Mittel für die Abnahme der Polycaprolaetamseheiben (12, 12(i. 12/)) von der Zentriervorrichtung (17) und ihre Einführung an der Beschickungsöffnung des Polymerisationsrohrs (10) enthält, wobei das Scheibenmagazin (II), die Zentriervorrichtung (17) und das Polymerisationsrohr (10) in gleichen Abständen in eine Bohrung (1«) münden, in der ein Rohrkolben (2) abwechselnd zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, dieser Rohrkolben (2) einerseits eine Schulter (3) zum Ergreifen einer Polycaprolactamscheibc (12, 12o, 12/)) nach der anderen und ihren Transport zur Zentriervorrichtung (17) und andererseits ein Mittelstück (2b) mit einer Axialbohrung (2c) in :' einer Vertiefuni; (Id) zur Aufnahme einer Polycaprolactamscheibe nach der anderen an der Zentriervorrichtung (17) und ihrer Einführung an der Basis des Polymerisationsrohrs (10) besitzt und wobei der Abstand zwischen dem Scheibenmagazin (11), der Zentriervorrichtung (17) und dem Polymerisationsrohr (10) bzw. der Abstand zwischen der Schulter (3) und dem Mittelstück (2/») des Rohrkolbens (2) gleich dem Hub dieses Rohrkolbens (2) ist.