DE3534817A1 - Verfahren zur herstellung von polyamid - Google Patents
Verfahren zur herstellung von polyamidInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
linearen Polyamids, ausgehend von Omega-Aminoalkylnitrilen, wobei
der Alkylrest mindestens 4 C-Atome aufweist, und überschüssigem
Wasser, durch Umsetzung dieser Stoffe in Gegenwart solcher
katalytisch wirkenden Verbindungen, die eine Weiterverarbeitung des
erhaltenen linearen Polyamids zu Fasern oder thermoplastischen
Gegenständen nach bekannten Verfahren erlauben und nicht nachteilig
beeinflussen.
Vorrangig geht es um die wirtschaftliche Herstellung von spinnfähigem
Polycaproamid, dem sog. Nylon-6, aus ε-Aminocapronitril,
überschüssigem Wasser und einer erfindungsgemäß katalytisch
wirkenden Verbindung, die sich auf die Gesamtkinetik der Bruttoreaktion
beschleunigend, d. h. zeitverkürzend auswirkt. Hierbei soll
der bis heute noch aufwendigere Weg über das Caprolactam vermieden
werden. Überraschend konnte gefunden werden, daß die erfindungsgemäßen
Katalysatoren in direkter Synthese technisch verwertbares
Polycaproamid in wesentlich kürzerer Reaktionszeit herstellen lassen
als bisher bekannt.
Um spinnfähig zu sein, muß das Polyamid erfahrungsgemäß relativ
hochmolekular sein, d. h. im Fall des Polycaproamids eine
Intrinsic-Viskosität [η] von mindestens 0,9 aufweisen.
Es ist allgemein bekannt, daß man bei der großtechnischen Herstellung
von Caprolactam, dem üblichen Monomer für Polycaproamid,
vorzugsweise von aromatischen Basisverbindungen wie Benzol, Toluol,
Phenol, Anilin u. ä. ausgeht. Die technischen Synthesen des Caprolactams
stellen allgemein vielstufige Prozesse dar, wobei anorganische
Nebenprodukte, wie Ammonsulfat, in Mengen zwischen 2-4,5 t/t
Caprolactam bzw. letztlich pro Tonne Polycaproamid zwangsläufig
anfallen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist somit, die Polycaproamidsynthese
auf preisgünstigere aliphatische Basisverbindungen, wie
Propylen oder Butadien, zu stellen, wobei dem Zwischenprodukt
Adiponitril eine wichtige Funktion zukommt. Adiponitril kann heutzutage
ökonomisch auf elektrochemischem Wege aus Propylen bzw.
Acrylnitril sowie durch katalytische Umsetzung von Butadien mit
Cyanwasserstoff großtechnisch in hoher Reinheit hergestellt werden.
Als ergänzende Aufgabenstellung sollte eine wirtschaftliche
Polycaproamidsynthese, die ausgehend von aliphatischen Rohstoffen auf
direktem Wege zu Polycaproamid unter Vermeidung von Ammonsulfatanfall
führt, aufgefunden werden.
Vom Zwischenprodukt Adiponitril kommt man durch selektrive Hydrierung
einer Nitrilgruppe leicht zu dem erfindungsgemäß notwendigen Vorprodukt
oder Monomer, dem ε-Aminocapronitril. In der Literatur
finden sich diverse Hinweise, die diese Reaktion mit guter Ausbeute
beschreiben, u. a. US-PS 22 08 598, 27 62 835 und DE-PS 8 36 938, 8 48 654
und 9 54 416.
Diese Selektivität läßt sich durch folgende Gleichung beschreiben:
Das meist hierbei in geringen, wechselnden Mengen anfallende Nebenprodukt
Hexamethylendiamin kann als Wertstoff vielen anderen Verwendungen
zugeführt werden, wie beispielsweise die Umwandlung in
Diisocyanate, AH-Salz, Nylon-6,6, Nylon-6,10, Co-Polyamide etc.
Bis auf den Hinweis von Greenwalt (US-PS 22 45 129) gehen die bisher
publizierten Veröffentlichungen, wie z. B. die US-PS 23 01 964 und die
FR-PS 20 29 540, zunächst dahin, aus dem ε-Aminocapronitril durch
Umsetzung mit Wasser bei erhöhter Temperatur Caprolactam herzustellen.
Dieser Weg ist umständlich sowie ausbeutemindernd und daher unwirtschaftlich.
Greenwalt, der die direkte Möglichkeit der Umwandlung
von ε-Aminocapronitril mit Wasser bei erhöhter Temperatur und erhöhtem
Druck aufzeigte, benötigte Reaktionszeiten um 23 Stunden und
erreichte ein Polycaproamid mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,48,
das keinen direkten technischen Einsatz erlaubt (siehe Beispiel 1
des US-PS 22 45 129). Erst eine weitere zusätzliche mehrstündige
Behandlung unter Vakuum führte zu einem faserbildenden Polycaproamid,
entsprechend der Erfahrung, daß für den Einsatz von Polycaproamid
als Faserrohstoff nach erfolgter Extraktion und Trocknung Intrinsic-
Viskositäten [η] von mindestens 0,9 oder mehr benötigt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches
Verfahren zur direkten Herstellung linearer Polyamide aus auf rein
aliphatischem Weg erhältlichen Rohstoffen, ohne Zwangsanfall von
Ammonsulfat, aufzuzeigen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch Umsetzung
von Omega-Aminoalkylnitrilen, wobei der Alkylrest mindestens vier
C-Atome aufweist, mit überschüssigem Wasser bei erhöhter Temperatur
und höherem als atmosphärischem Druck, wobei die Umsetzung
diskontinuierlich oder kontinuierlich in Gegenwart katalytisch wirkender
Verbindungen, die im Reaktionsprodukt verbleiben oder mit Wasser
leicht ausgewaschen werden können, ausgeführt wird. Bevorzugt werden
als katalytisch wirkende Verbindungen sauerstoffhaltige Phosphorverbindungen
oder solche, die unter den Reaktionsbedingungen zu
sauerstoffhaltigen sauren Verbindungen des positiv 3- oder 5-wertigen
Phosphors hydrolisieren bzw. sich in diese umwandeln, verwendet.
Überraschend wurde gefunden, daß man erfindungsgemäß die Bruttokinetik
der verschiedenen Reaktionsfolgen bei der Umsetzung von
ε-Aminocapronitril mit Wasser in Gegenwart geeigneter Katalysatoren
so beschleunigen kann, daß in weniger als oder in etwa 10 Stunden ein
Polycaproamid anfällt, welches nach erfolgter Extraktion und
Trocknung eine Intrinsic-Viskosität [η] von mehr als 1 aufweist.
Das erhaltene Polycaproamid weist hierbei die gleichen Merkmale auf
wie ein solches, das aus Caprolactam nach bekannten und üblichen
Verfahren gewonnen wurde. Wie üblich, ist auch nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhaltenes, zu Granulat zerkleinertes Polycaproamid
den bekannten nachfolgenden Behandlungsstufen, wie
Extraktion mit Wasser und anschließende Trocknung, zu unterwerfen.
Die mehrstufige Reaktionsfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt
sich mit folgender Bruttogleichung beschreiben:
Im Endzustand befindet sich das Polycaproamid im Gleichgewicht mit
dem Monomeren Caprolactam und seinen niederen zyklischen Oligomeren,
wobei, wie zu erwarten, auch hierbei das Polymerisations-Gleichgewicht
bei 260°C nur ca. 90 Gewichtsprozent beträgt (vgl. Klare:
Synthetische Fasern aus Polyamiden; Akademie Verlag, Berlin und
Vieweg-Müller: Polyamide; Hanser-Verlag).
Als niedermolekulares Zwischenprodukt ist das ε-Aminocaproamid
denkbar, das seinerseits vorzugsweise mit freien Aminogruppen durch
Transamidierung reagiert oder teilweise mit Wasser zum Ammoniumsalz
der ε-Aminocapronsäure hydrolysiert, das unter den Reaktionsbedingungen
weitgehend dissoziiert sein sollte.
Von der ε-Aminocapronsäure ist bekannt, daß sie leicht polykondensiert
oder sich auch zu Caprolactam zyklisiert, welches in
bekannter Weise weiter reagieren kann bzw. an der Bildung des
Gleichgewichts
Polymer niedermolekulare Anteile, bestehend aus Caprolactam
und seinen zyklischen Oligomeren
teilnimmt.
Es konnte festgestellt werden, daß die Reaktionsgeschwindigkeit,
neben dem erfindungsgemäß festgestellten katalytischen Einfluß, noch
im wesentlichen von der Freisetzung und Entfernung des gebildeten
Ammoniaks abhängig ist.
Weitere Vorteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise,
daß das während der Reaktion rasch frei werdende Ammoniak als
solches, in reiner Form, anfällt. Nachfolgend kann das Ammoniak
sowohl verflüssigt oder in Wasser gelöst bzw. neutralisiert werden.
Im Gegensatz zu den bisherigen Lactam-Prozessen ist man hierbei in
der Wahl des Anions frei, was einen weiteren Vorteil für die
Verwertung des frei werdenden Ammoniaks darstellt.
Bei einem Rohstoffeinsatz von ca. 991 kg ε-Aminocapronitril pro
1000 kg Polycaproamid entstehen nur ca. 150 kg Ammoniak, das als
erlösbares Nebenprodukt die Produktionskosten senken hilft. Bei
dieser Darstellung wurde davon ausgegangen, daß die niedermolekularen,
mit Wasser extrahierbaren Anteile im Polycaproamid,
komplett, nach entsprechender Aufarbeitung oder Konzentrierung, der
erfindungsgemäß katalytisch beschleunigten Reaktion wieder zugeführt
werden und keine mechanischen Verluste auftreten.
Das eingesetzte ε-Aminocapronitril sollte möglichst rein sein, ohne
jedoch, daß eine Reinheit von 99,9% erforderlich wäre. Die maximal
zulässige Menge an Verunreinigungen hängt von deren chemischer Natur
ab und kann somit nur von Fall zu Fall angegeben werden.
Auch der Transport und die Handhabung des ε-Aminocapronitrils, das
sich durch einen geringen Dampfdruck und einen sehr niedrigen
Erstarrungspunkt von -36,5°C auszeichnet, ist einfach und kann in
einem weiten Temperaturbereich in Kesselwagen vorgenommen werden.
Durch Wegfall der sonst üblichen und noch für Caprolactam weit
verbreiteten Verpackung in 25 kg-Säcken sowie der hiermit notwendigen
Schmelzstation ergeben sich weitere Vereinfachungen des Prozesses
zur Herstellung des technisch wichtigen Polycaproamids (Nylon-6).
Als Katalysatoren haben sich überraschend vor allem sauerstoffhaltige
Verbindungen des positiv 3- und 5-wertigen Phosphors, wie
sie in den Beispielen verwendet werden, als für das erfindungsgemäße
Verfahren besonders geeignet, herausgestellt. In gleicher Weise
aktiv verhalten sich auch Ester der phosphorigen und der Phosphorsäure,
wobei kein signifikanter Unterschied zwischen den Estern mit
aromatischen oder aliphatischen Alkoholen oder Mischestern hiervon
besteht. Aufgrund dieses überraschenden Befundes ist anzunehmen, daß
vor Eintritt der katalytischen Aktivität dieser Stoffe eine Hydrolyse
bzw. Verseifung der phosphorhaltigen Ester stattfindet.
Selbst ganz oder partiell mit Alkali neutralisierte Säuren der
phosphorigen oder der Phosphorsäure entwickeln überraschend eine
etwas reduzierte, aber doch ausreichende Aktivität. Hierbei zeigte
sich auch kein wesentlich erkennbarer Unterschied zwischen den
Kationen des Lithiums, Natriums oder Kaliums.
Es überraschte weiterhin, daß die bisher benannten Verbindungen so
eine katalytische Wirkung in dem stark aminalkalischen Medium überhaupt
entfalten können, da das bisher in der Technik verwendete
Modell einer Säurekatalyse für diese Reaktionsfolge nicht herangezogen
bzw. verwendet werden kann. Ein weiteres Gegenargument einer
zu erwartenden Säurekatalyse ist, daß auch die ganz oder partiell
neutralisierten, sauerstoffhaltigen Phosphorverbindungen eine
überraschende katalytische Wirkung auf die Reaktion zeigen.
Die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens ist einfach,
unkompliziert und kann wie folgt allgemein beschrieben werden (Teile
gleich Gewichtsteile):
5 Teile ε-Aminocapronitril, 1 Teil Wasser und 0,01 Teil Katalysator werden in einem Druckgefäß zusammengegeben und autogen erhitzt, bis sich eine Massetemperatur von 245°C und ein Druck von beispielsweise 25 bar eingestellt hat. Durch laufende Entspannung über ein bei 70°C temperierten Dephlegmator wird der Druck konstant gehalten. Nach ca. 3 Stunden ist die Ammoniakentwicklung beendet und die Massetemperatur auf ca. 270°C angestiegen. Hiernach erfolgt eine erneute Zugabe von ca. 1,5 Teilen Wasser in das Druckgefäß, um restliches Ammoniak weitgehend zu entfernen. Diese Maßnahme benötigt eine weitere Zeit. Innerhalb ca. einer Stunde wird anschließend der Innendruck stufenweise entspannt, wobei überschüssiges Wasser mitentfernt wird. In dieser Phase öfters zu beobachtende Schaumbildung läßt sich mit Hilfe von Antischaummitteln auf Silicon-Basis gut beseitigen.
5 Teile ε-Aminocapronitril, 1 Teil Wasser und 0,01 Teil Katalysator werden in einem Druckgefäß zusammengegeben und autogen erhitzt, bis sich eine Massetemperatur von 245°C und ein Druck von beispielsweise 25 bar eingestellt hat. Durch laufende Entspannung über ein bei 70°C temperierten Dephlegmator wird der Druck konstant gehalten. Nach ca. 3 Stunden ist die Ammoniakentwicklung beendet und die Massetemperatur auf ca. 270°C angestiegen. Hiernach erfolgt eine erneute Zugabe von ca. 1,5 Teilen Wasser in das Druckgefäß, um restliches Ammoniak weitgehend zu entfernen. Diese Maßnahme benötigt eine weitere Zeit. Innerhalb ca. einer Stunde wird anschließend der Innendruck stufenweise entspannt, wobei überschüssiges Wasser mitentfernt wird. In dieser Phase öfters zu beobachtende Schaumbildung läßt sich mit Hilfe von Antischaummitteln auf Silicon-Basis gut beseitigen.
In einer nach der Entspannung sich anschließenden Homogenisierungsphase
kann die Polycaproamid-Schmelze durch Überleiten von Stickstoff
oder anderen inerten Gasen oder durch Herbeiführen von Unterdruck
auf gewünschte höhere Polymerisationsgrade eingestellt werden.
Die Gesamt-Reaktionszeiten liegen zwischen 7 bis 10 Stunden, letztere
für höhere Polymerisationsgrade.
Das erhaltene Polycaproamid wird zu Strängen von 1-2 mm Durchmessern,
z. B. in Kühlwannen, ausgesponnen. Nach erfolgter Granulierung
wird das Granulat einer stufenweisen Kochextraktion mit
demineralisiertem Wasser unterworfen, bei der die niedermolekularen
Anteile, bestehend aus Caprolactam und vorzugsweise zyklischen
Oligomeren, als sog. Extrakt entfernt werden. Das extrahierte Polycaproamid-
Granulat wird danach bei ca. 100°C mit einem reduzierten
Druck zwischen 1 bis 10 mbar auf einen Feuchtigkeitsgehalt von
weniger als 0,1% Wasser getrocknet. Auch eine Trocknung im Inertgasstrom
bei Temperaturen zwischen 100-150°C ist bekannterweise
im Durchgangs- oder Kreislaufverfahren gut möglich.
Für die Erreichung von technisch interessierenden Polymerisationsgraden
bzw. diesen proportionalen relativen Lösungsviskositäten
gelten folgende allgemeine Bereiche:
Ermittelt wird der erreichte Polymerisationsgrad mit Hilfe der sog.
relativen Lösungs-Viskosität, η rel., gemessen in 96%iger Schwefelsäure
als Lösungsmittel bei 25°C mittels Viskosimeter nach
Ubbelohde. Die Polyamid-Konzentration beträgt 1,0 g/100 ml Schwefelsäure.
Aus der relativen Lösungs-Viskosität läßt sich die Intrinsic-
Viskosität nach der allgemeinen hierfür gültigen Einpunktformel von
A. Matthes (Journal für Prakt. Chemie, Band 162 (1943), Seite 250 ff.)
wie folgt berechnen:
c = Konzentration in g/100 ml Lösungsmittel
Vor und/oder während der Polykondensation von ε-Aminocapronitril
kann man die für Polycaproamid üblichen Additive wie Mattierungsmittel,
vorzugsweise auf Titandioxidbasis (Anatas Typ), Wärme- und
Lichtstabilisatoren, Antischaummittel und monofunktionelle Kettenlängenstabilisatoren,
wie Essig-, Propion- oder Benzoesäure zugeben.
Letztere Additive gibt man üblicherweise in Mengen zwischen
2-20 mmol/kg Polyamid zu.
Auch monofunktionelle Alkylamine sind hierfür verwendbar. Hierdurch
wird eine Stabilisierung der Polycaproamid-Schmelze hinsichtlich der
Begrenzung des Polymerisationsgrades während der Reaktion und beim
Wiederaufschmelzen erreicht.
Wie oben beschrieben zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen
Katalysatoren die Reaktion von Omega-Aminoalkylnitrilen vom Typ
H2N-(CH2) n -C≡N, wobei n 4, mit Wasser direkt zu linearen
spinnfähigen Polyamiden so beschleunigen, daß sie Gesamt-Reaktionszeiten
von etwa oder weniger als 10 Stunden ermöglichen. Hierdurch
wird bei der Herstellung von Polycaproamid aus ε-Aminocapronitril
der Umweg über Caprolactam vermieden.
Infolge der zur Zeit noch begrenzten Zugänglichkeit anderer linearer
Omega-Aminoalkylnitrile findet das erfindungsgemäße Verfahren vorwiegend
bei der Herstellung von Polycaproamid aus ε-Aminocapronitril
Anwendung. Ohne Zweifel lassen sich aber die erfindungsgemäße
Verfahrensweise und die Katalysatoren ebenso vorteilhaft bei der
Herstellung anderer linearer Polyamide einsetzen. Auch können durch
Verwendung von Gemischen von zwei oder mehreren Omega-Aminoalkylnitrilen
Copolyamide erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand von Beispielen
näher erläutert werden, wobei die Auswahl der Beispiele
keine Begrenzung der Erfindung hinsichtlich der Katalysatoren, der
Rohstoffe und des Polymerisationsgrades darstellt.
Sehr reines ε-Aminocapronitril und demineralisiertes Wasser sowie
katalytisch wirkende Stoffe werden, wie unter Grundansatz und in der
Tabelle angegeben, gemischt und in einen Autoklav von 0,12 l Inhalt
gegeben. Nach Verschließen des Autoklavs wird mit Stickstoff durch
mehrmalige Druckerhöhung auf 6 bar und zwischenzeitlichen
Entspannungen inertisiert und mit einem Restdruck von 2,0 bar belassen.
Der Autoklav war mit einem Dephlegmator und einem sich anschließenden
absteigenden Kühler sowie Entspannungsventil, Manometer und
einem Thermofühler versehen. Der Dephlegmator wird in der Druckphase
auf 70-80°C thermostatisiert und vor der Entspannung entleert, so
daß in dieser späteren Phase keine Partialkondensation mehr stattfindet.
Lediglich bei Beispiel 8 wurde ohne Dephlegmator gearbeitet,
wodurch sich stärkere Monomerverluste ergaben. Die Beheizung des
Autoklavs erfolgt über einen stufenlos regelbaren Aluminiumblock von
hoher Temperaturkonstanz.
Die Erwärmung des obigen Reaktionsgemischs wurde so gesteuert, daß
innerhalb von 45 Minuten eine Produkttemperatur von 245°C erreicht
wurde. Der autogene Druck beträgt dann 19 bis 20 bar, der nach
kurzer Zeit weiter auf 24 bar ansteigt. Durch Regeln mit dem
Entspannungsventil wird der Druck zwischen 23 und 25 bar konstant
gehalten.
Nach weiteren 180 Minuten läßt die Gasentwicklung nach, wobei die
Innentemperatur auf ca. 270°C ansteigt. Hiernach wird der Dephlegmator
entleert. Anschließend werden innerhalb von 10 Minuten eine
weitere Wassermenge von 1,8 Teilen unter Druck mittels einer Kolbenpumpe
zudosiert, wobei die Innentemperatur kurzfristig abfällt, aber
sich nach kurzer Zeit wieder auf den obigen Wert angleicht. Dieses
zusätzliche Wasser wird unter Beibehaltung des Drucks laufend
entspannt.
Nach weiteren 40 Minuten wird die Entspannung auf atmosphärischen
Druck eingeleitet, die nach 60 Minuten beendet ist. Ein hierbei auftretender
Temperaturabfall wird korrigiert. Während der sich anschließenden,
entsprechend der Tabelle zeitlich varriierten Homogenisierungsphase
erfolgt eine Temperatureinstellung der Polycaproamidschmelze
auf 260-266°C. Hiernach erfolgt eine rasche Abkühlung
auf weniger als 100°C. Nach erfolgter Abkühlung wird der erstarrte
Polymerblock herausgenommen und auf Analysengröße zerkleinert.
Grundansatz: 30 Gewichtsteile ε-Aminocapronitril,
―≉↖≴≮≸∉⊈∉≉≴≄≉ ∻⊈⊈≉≩↕ ⇆℩ ‴ ℩⌀‴ ⊰⊈ ―≩∪≎≁∻≎⊈∻∉↛⊏ ⊰≉ ⇆ ℩⌀‴ ≇≇≱≄ ∻∉∻≄↿⊈∻∉≱≩ ⊈≴≉≸≉ ∻⊰≉≄≄≉∁ ℩ ∲ ∳⊹ ‴ ℘ ≡ ≡℩⊹ ⇆ ≃℘⊹ ≡⊹ ≡⊹ ∲∳‴ ℩⌀‴ ⊂↛ ⇆ ℩⌀‴ ℩ ∲ ∳⊹ ‴ ≃℘ ‴∳≉≴⊈≹≴≉≄ ⊏ ⇆≃℘ ‴ ∲ ‴≡≎ ≉≴≎≉≇ ≸≩≰≉≢ ⊇ ∳ ‴ ⇆∳ ‴∁ ≰≉≇ ⊇ ⊰≉≴≄≴≉≰≉≎≁≉≇ ≮≸≉≇∻∁ ↖≉≩≁≉≎ ≉≩≢≴≎≁∪≎≰⊈≰≉≇ ⊇ ≎∻≮≸⊈∉≉≸≉≎≁≉ ≱≇≹≱≎≉≎∉≉≎ ↛∪⊈∻≇≇≉≎≰≉≰≉⊰≉≎ ∪≎≁ ≰≉≇≴⊈≮≸∉⊏ ℘ ∳⊹ ‴ ≰ ε-Aminocapronitril
220 g demineralisiertes Wasser
118 g 85%iges, pastöses, durch Eindampfen erhaltenes Konzentrat aus Caprolactam und vorwiegend zyklischen Oligomeren des Caprolactams, entsprechend des Polymerisations-Gleichgewichts zusammengesetzt.
80 g Regenerat-Caprolactam, wasserfrei, das aus Polycaproamid- Faserabfällen durch Depolymerisation in bekannter Weise erhalten wurde.
0,88 g Ammoniumdihydrogenphosphat
1,09 g Benzoesäure als Kettenregler
Grundansatz: 30 Gewichtsteile ε-Aminocapronitril,
―≉↖≴≮≸∉⊈∉≉≴≄≉ ∻⊈⊈≉≩↕ ⇆℩ ‴ ℩⌀‴ ⊰⊈ ―≩∪≎≁∻≎⊈∻∉↛⊏ ⊰≉ ⇆ ℩⌀‴ ≇≇≱≄ ∻∉∻≄↿⊈∻∉≱≩ ⊈≴≉≸≉ ∻⊰≉≄≄≉∁ ℩ ∲ ∳⊹ ‴ ℘ ≡ ≡℩⊹ ⇆ ≃℘⊹ ≡⊹ ≡⊹ ∲∳‴ ℩⌀‴ ⊂↛ ⇆ ℩⌀‴ ℩ ∲ ∳⊹ ‴ ≃℘ ‴∳≉≴⊈≹≴≉≄ ⊏ ⇆≃℘ ‴ ∲ ‴≡≎ ≉≴≎≉≇ ≸≩≰≉≢ ⊇ ∳ ‴ ⇆∳ ‴∁ ≰≉≇ ⊇ ⊰≉≴≄≴≉≰≉≎≁≉≇ ≮≸≉≇∻∁ ↖≉≩≁≉≎ ≉≩≢≴≎≁∪≎≰⊈≰≉≇ ⊇ ≎∻≮≸⊈∉≉≸≉≎≁≉ ≱≇≹≱≎≉≎∉≉≎ ↛∪⊈∻≇≇≉≎≰≉≰≉⊰≉≎ ∪≎≁ ≰≉≇≴⊈≮≸∉⊏ ℘ ∳⊹ ‴ ≰ ε-Aminocapronitril
220 g demineralisiertes Wasser
118 g 85%iges, pastöses, durch Eindampfen erhaltenes Konzentrat aus Caprolactam und vorwiegend zyklischen Oligomeren des Caprolactams, entsprechend des Polymerisations-Gleichgewichts zusammengesetzt.
80 g Regenerat-Caprolactam, wasserfrei, das aus Polycaproamid- Faserabfällen durch Depolymerisation in bekannter Weise erhalten wurde.
0,88 g Ammoniumdihydrogenphosphat
1,09 g Benzoesäure als Kettenregler
Hiernach wird diese Mischung in einen 2 l-Rührautoklav (2) abgelassen.
Alle weiteren mechanischen Details der Versuchsapparatur gehen
aus dem beiliegenden Schema hervor. Der Autoklav (2) wird verschlossen
und mittels Stickstoff (12) durch dreimalige Druckerhöhung auf
7 bar mit zwischenzeitlicher Entspannung auf Atmosphärendruck inertisiert
und mit einem Restdruck von 2 bar Überdruck belassen.
Vor dem Aufheizen wird der Partial-Kondensator (5) mittels
Thermostat (7) auf 70°C temperiert.
Nach erfolgtem Start des Rührers mit 70 Upm wird das in den Autoklav
(2) abgelasseene Gemisch mittels des Hochtemperatur-Thermostats (6)
so rasch wie möglich auf 245°C erhitzt, wobei der Innendruck nach
Erreichung von 245°C in kurzer Zeit 26 bar Überdruck anzeigt. Hierfür
wird eine Zeit von ca. 50 Minuten benötigt.
Über das Entspannungsventil (11) wird der Überdruck zwischen 25,5
und 26,5 bar konstant gehalten. Die Gasuhr (10) mißt das freigesetzte
Ammoniak (13) und zeigt damit den Fortgang der Reaktion an.
Nach weiteren 190 Minuten ist die Ammoniakentwicklung bei ca. 26 bar
Überdruck beendet. Zu diesem Zeitpunkt werden mit der Gasuhr (10)
168 Nl Ammoniak gemessen.
Die Produkttemperatur wird während der 190 Minuten sukzessive auf
275°C angehoben. Am Ende dieser Druckperiode wird der Thermostat
(7) zum Dephlegmator abgeschaltet und selbiger entleert.
Zur Vervollständigung der Reaktion werden aus der Vorlage (3)
mittels einer Kolbendosierpumpe (4) 50 ml demineralisiertes Wasser
innerhalb 5 Minuten eindosiert. Der hierbei ansteigende Druck wird
mittels Entspannungsventil (11) konstant gehalten. Entweichender
Wasserdampf und weiteres Ammoniakgas werden im Kühler (8) kondensiert,
wobei sich dieses Ammoniakgas quantitativ im Kondensat löst.
Das anfallende Kondensat wird in der Vorlage (9) gesammelt. Die Gasuhr
(10) zeigt hierbei keine Gasentwicklung an.
Nach weiteren 40 Minuten wird die Entspannung eingeleitet, wofür
eine Zeit von 50 Minuten benötigt wird. Die hierbei entwickelten,
noch leicht ammoniakhaltigen Wasserdämpfe werden im Kühler (8)
kondensiert und in der Vorlage (9) gesammelt.
Die Produkttemperatur sinkt hierbei um ca. 5°C. In der hierauf
folgenden Nachkondensationsperiode wird mittels des Thermostats (6)
die Produkttemperatur auf 260°C eingeregelt. Nach 60 Minuten der
Nachkondensationsperiode werden weitere 60 Minuten lang ein Stickstoffstrom
(12) von 60 Nl/h durch den Autoklav (2) geleitet.
60 Minuten hiernach erfolgt Stillstand des Rührers. Nach einer abschließenden
30minütigen Stillstandszeit wird das Entspannungsventil
(11) geschlossen und mit Hilfe von Stickstoff ein Überdruck von
6 bar in den Autoklav (2) gepreßt. Durch Öffnen des Bodenventils
wird die erhaltene Polycaproamidschmelze (14) zu einem Strang von
ca. 1,5 mm Durchmesser ausgepreßt, der in einem gekühlten Wasserbad
verfestigt und anschließend granuliert wird.
Das anfallende Granulat, insgesamt 1.185 g, ist von hellem, opakem
Aussehen und zeigt die gleichen Merkmale wie herkömmliches Polycaproamid.
Die Gesamtreaktion beträgt 545 Minuten, d. h. ca. 9 h.
Das in der Vorlage (9) gesammelte Kondensat war von farblosem Aussehen
und wies ein Gewicht von 143,5 g auf mit einem Ammoniakgehalt
von 14,8%. An Caprolactam werden darin 3,7% analysiert.
Das erhaltene Granulat weist folgende Polymer-Kennzahlen und Zusammensetzungen
auf:
rel. Lösungsviskosität, η rel.2,53
Intrinsic-Viskosität [η]1,18Aminogruppen41 meq/kgCarboxylgruppen*63 meq/kgPrimäre Säureamidgruppen12 meq/kgCaprolactam8,2 Gew.%Dilactam0,9 Gew.%höhere zyklische Oligomere1,5 Gew.%Phosphorgehalt198 ppm
Intrinsic-Viskosität [η]1,18Aminogruppen41 meq/kgCarboxylgruppen*63 meq/kgPrimäre Säureamidgruppen12 meq/kgCaprolactam8,2 Gew.%Dilactam0,9 Gew.%höhere zyklische Oligomere1,5 Gew.%Phosphorgehalt198 ppm
*Carboxylgruppengehalt ist durch den Phosphorsäureanteil erhöht!
Obiges Granulat ergibt nach erschöpfender Kochextraktion mit
demineralisiertem Wasser und anschließender 24stündiger Trocknung
bei 105°C und einem Endvakuum von weniger als 10 mbar folgende
Polymer-Kennzahlen:
rel. Lösungsviskosität, η rel.2,72
Intrinsic-Viskosität [η]1,298Restextraktgehalt0,45 Gew.%Aminogruppen45 meq/kgCarboxylgruppen55 meq/kgPhosphorgehalt18 ppm
Intrinsic-Viskosität [η]1,298Restextraktgehalt0,45 Gew.%Aminogruppen45 meq/kgCarboxylgruppen55 meq/kgPhosphorgehalt18 ppm
Dieses Polycaproamid ist gut verspinnbar und eignet sich besonders
zur Herstellung von BCF-Garnen für die Teppichherstellung.
Selbstverständlich lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
in Gegenwart der erfindungsgemäßen Katalysatoren auch Polyamide für
nicht textile Anwendungen herstellen. Sofern diese einen geringeren
Polymerisationsgrad aufweisen, sind die erforderlichen Reaktionszeiten
entsprechend kürzer, bei höherem Polymerisationsgrad entsprechend
länger.
Claims (10)
1. Verfahren zur direkten, stufenweisen Herstellung von linearen
Polyamiden aus Omega-Aminoalkylnitrilen, wobei der Alkylrest
mindestens vier C-Atome aufweist, und überschüssigem Wasser bei
erhöhter Temperatur und höherem als atmosphärischen Druck,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung diskontinuierlich oder
kontinuierlich in Gegenwart katalytisch wirkender Verbindungen,
die im Reaktionsprodukt verbleiben oder mit Wasser leicht
ausgewaschen werden können, ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Polyamid Polycaproamid ist und aus ε-Aminocapronitril und
überschüssigem Wasser hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als katalytisch wirkende Verbindungen sauerstoffhaltige
Phosphorverbindungen verwendet werden oder solche, die unter den
Reaktionsbedingungen zu sauerstoffhaltigen sauren Verbindungen
des positiv 3- oder 5-wertigen Phosphors hydrolysieren bzw. sich
in diese umwandeln.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als katalytisch wirkende Verbindungen sauerstoffhaltige Säuren
des positiv 3- bis 5-wertigen Phosphors in Mengen zwischen 0,05
bis 225 mmol, vorzugsweise 5-60 mmol pro 10 mol ω-Aminoalkylnitril
verwendet werden, wobei diese ganz oder partiell mit
Elementen der ersten Hauptgruppe des periodischen Systems
neutralisiert sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als katalytisch wirkende Verbindungen sauerstoffhaltige
Phosphorverbindungen vom Typ der Phosphonsäuren
wobei R einen organischen Rest darstellt, in Mengen zwischen
0,05 und 225 mmol, vorzugsweise 5-60 mmol pro 10 mol ω-Aminoalkylnitril,
verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die
bei der Nachbehandlung des erhaltenen Polycaproamids anfallenden
niedermolekularen Anteile, wie Caprolactam und seine vorzugsweisen
zyklischen Oligomere, in konzentrierter Form in einer dem
Polymergleichgewicht entsprechenden Menge bei Reaktionsbeginn
zuführt.
7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
man bei der Weiterverarbeitung anfallende Polycaproamidabfälle
in üblicher Weise depolymerisiert und nach Reinigung und
Aufarbeitung des Depolymerisates zu konzentrierten Caprolactam-
Lösungen oder Caprolactam-Schmelze, diese in Mengen zwischen 1
bis 30, vorzugsweise 5-12 Gewichtsprozent, bezogen auf das
ε-Aminocapronitril zugibt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Reationen in einem Temperaturbereich
zwischen 180-320°C, vorzugsweise zwischen 220-290°C
ausführt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Reaktionen in Druckbereichen oberhalb
10 bar ausführt, das hierbei entstehende Ammoniak kontinuierlich
entweichen läßt und abschließend auf Atmosphärendruck oder einem
reduzierten Druck bis 0,25 bar abs. entspannt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß man das hierbei entstehende Ammoniak über einen
isotherm gehaltenen Dephlegmator oder eine Kolonne entweichen
läßt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853534817 DE3534817A1 (de) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Verfahren zur herstellung von polyamid |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853534817 DE3534817A1 (de) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Verfahren zur herstellung von polyamid |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE3534817C2 DE3534817C2 (de) | 1989-01-19 |
Family
ID=6282337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19853534817 Granted DE3534817A1 (de) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Verfahren zur herstellung von polyamid |
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Country | Link |
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