DE1770320A1 - Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polycaproamid aus Caprolactam - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polycaproamid aus CaprolactamInfo
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Description
- Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polycaproamid aus Caprolactam Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Polcaproamid, das in bekannter Weise zur Erzeugung von santhetischen Fasern und Plasten dient, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- Nach einem bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Polycaproamid wird eine Caprolactamschmelee in Gegenwart eines das Molekulargewicht begrenzenden Stabilisators in Form einer organischen Säure bzw. eines ihrer Derivate in einer Menge von bis zu 0,6% sowie eines Aktivators polymerisiert und nach der Polymerisation aus der erhaltenen Polycaproamid-Schmelze die niedermolekularen Verbindungen im Verlauf von 1 bis 6 Stunden im Vakuum abdestilliert (vgl. Journal Chemical Engineering, 1966, Nr. 7). Von Nachteil ist bei diesen Verfahren der hohe Gehalt an niedermolekularen Verbindungen im erhaltenen Polycaproamid (3 bis 3,5 Gew.%) sowie die Ablagerung cyclischer Oligomere in der Kondensationsanlage, demzufolge die ganze Anlage unrythmisch arbeitet. Auch müssen die abdestillierten niedermolekularen Verbindungen nach ihrer Kondensation filtriert werden.
- Dir zur Durchführung des bekannten Verfahrens dienende Einrichtung enthält hintereinandergeschaltet1 je ein Druckgefäß zum Schmelzen von Caprolaktam, zum Vermischen der Schmelze mit dem Aktivator- und Stabilisatorzusatz, zur kontinuierlichen Polymerisation sowie zum Abdestillieren und zum Kondensieren der niedermolekularen Verbindungen; die sperrige Kondensationsanlage besteht aus einen Kondensator, der durch Rohrleitungen mit Grob- und Feinfiltern zur Kondensatreinigung, einem barometrischen Sammelbehälter fUr das Caprolactam und Umlaufpumpen verbunden ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polycaproamid zu entwickeln, mittels welcher der Gehalt an den niedermolekularen Verbindungen auf 1,3 bis 1,5 Gew.% gesenkt, die Ablagorung der cyclischen Caprolactamoligoiere in der Kondensationsanlage beseitigt und das Filtern der niedermolekularen Verbindungen entbehrlich gemacht wird.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man (A) die organische Säure bzw, deren Derivat dem Caprolactam in einer Menge von 0,65 bis 2 Gew.% zufügt und (B) das rohe Polymer 8 bis 16 Stunden destilliert.
- In der bevorzugten AusfUhrungsform des neuen Verfahrens werden die erfindungsgemäß erstrebten Wirkungen in der Weise verstärkt, daß man vor der Kondensation des Destillats in die sei die cyclischen Caprolaktamoligomere durch Vakuumerhitzen bei 240 bis 2800C unter Wiedergewinnung von monomerem Caprolaktam katalwtisch zerlegt.
- Zur Durchführung dieser zusätzlichen Maßnahme enthält die Anlage zwischen dem Verdampfer zum Abdestillieren der niedermolekularen Verbindungen und dem Kondensator zur katalytischen Zerlegung der cgclischen Caprolactamoligomere zum monomeren Caprolactem eine Zersetzungsvorrichtung, welche aus einem mit Katalysator gefüllten und mittels flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger geheizten zylindrischen Gefäß besteht.
- Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erindungsgeiäß angewandten Einrichtung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig. 1 die Gesamtansicht der Anlage und Fig. 2 in vergrößertem Maßstab das Zersetzungsgefäß zur katalytischen Zerlegung der cyclischen Oaprolactamoligomere im senkrechten Längsschnitt.
- Die Gesamtanlage enthält aufeinanderfolgend das Rührgefäß 1 zum Schmelzen von Caprolactam, das Rührgefäß 2 zum Vermischen der Oaprolactam-Schmelze mit den Aktivator- und Stabilisatorzusätzen, das Polymerisationsgefäß 4 zur kontinuierlichen Polymerisation des Caprolactams und den Verdampfer 6 sowie die Pumpen 3, 5 und 7 (letztere eine Zahnradpumpe), die durch Rohrleitungen mit den einzelnen Gefäßen verbunden sind und die Schneckenpumpe 8 zum Abführen des Rückstands aus dem Verdampfer 6, ferner die Zersetzungsvorrichtung 9 zur katalytischen Zerlegung der cyclischen Caprolactamolikgomere sowie den Kondensator 10 zum Niederschlagen der Diimafe der niedermolekularen Verbindungen und den barometrischen Sammelbehälter 11 fUr das abgetreante Caprolactam und Wasser.
- Die erfindungsgemä# angewandte Anlage arbeitet vorzugsweise folgendermaßen: Das Caprolactam wird in dem mit Heißwasser geheizten Bührgefäß 1 geschmolzen und die Schmelze mittels der Pumpe 3 in das Rührgefäß 2 geführt, in welchem der Schmelze als Aktivator beispielsweise destilliertes Wasser und der Stabilisator zugesetzt werden. Aus dem Rührgefä# 2 wird die Schmelze mittels der Pumpe 5 in das Polmerisationsgefäß 4 befördert, in welchem das Caprolactam bei einer Temperatur von 250 bis 2800C im Stickstoffstrom polymerisiert wird.
- Die erhaltene Polycaproamid-Schmelze wird mittels der Zahnradpumpe 7 in den Verdampfer 6 geleitet, in welchem mittels Dünnschichtverdampfung bei Temperaturen von 260 bis 29000 unter einem Restdruck von 2 bis 5 Torr die Dämpfe von Wasser, Caprolactam und cyclischen Caprolactamoligomeren entfernt werden.
- Hierdurch wird, da die Schmelze lange genug im Vakuum erhitze wird, aus dem Polyeaproamid das monomere Caprolactam vollständig entfernt. Gleichzeitig wird der Vorgang der Blockierung der endständigen Amino- und Carboxylgruppen des Caprolactams praktisch vollkommen beendet, so daß man reines Polycaproamid erhält, dessen Molekulargewicht sich im Laufe langer Zeit nicht ändert und in dem ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Polymer und dem Monomer nicht wiederhergestellt wird.
- Das gereinigte Polgcaproamid, das nur noch 1,3 bis 1,5 5 Gew.% niedermolekulare Verbindungen enthält, wird mit Hilfe der Schneckenpumpe 8 aus dem Sumpf des Verdampfers 6 abgeführt und der Verarbeitung auf Plaste oder Fasern zugeleitet.
- Die aus den Verdampfer 6 austretenden Dämpfe niedermolekularer Verbindungen, die aus etwa 97 Gew.% Caprolactam, 2 Gew.% cyclischen Oligomeren und 1 Gew.% Wasser bestehen, gelangen in die mit einem körnigen Eatalysator gefüllte Zersetzungsvorrichtung 9, worin die cyclischen Oligomere des Caprolactams in monomeres Caprolactam katalytisch zerlegt werden.
- Die aus der Vorrichtung 9 austretenden Oaprolactam- und Wasserdämpfe werden im Kondensator 10 niedergeschlagen; das Kondensat fließt in den barometrischen Sammelbehälter 11 und wird dann regeneriert.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei äußerst geringem Gehalt der Dämpfe an cyclischen Oligomeren auch ohne der Zwischenstufe zur Zerlegung der cyclischen Oligomere durchgeführt werden, indem man aus dem Verdampfer 6 die niedermolekularen Verbindungen unmittelbar dem Kondensator 10 zuführt, das erhaltene Kondensat mittels (aus der Zeichnung nicht ersichtlicher)Grob- und Feinfilter reinigt und dann in den barometrischen Sammelbehälter 11 abläßt.
- Die Zersetzungsvorrichtung 9 zur katalytischen Zerlegung von cyclischen Oligomeren besteht, wie aus Pig. 2 ersichtlich, aus den senkrechten zylindrißchen Gefäß 12, das oben und unten in je einen Kegel 13 übergeht und von eines mit den Stutzen 15 und 16 für Ein- und Austritt des fitissigen oder dampfförmigen Wärmeträgers versehenen Heizmantel 14 uinhüllt ist. Die Kegel 13 laufen in den oberen Stutzen 17 zum EinfUhren und in den unteren Stutzen 18 zum Herausnehmen des körnigen Katalysators 19 aus. Außerdem besitzt das Gefäß 12 die Stutzen 20 und 21 für den Ein- und Austritt der niedermolekularen Dämpfe. Die Vorrichtung 9 arbeitet folgendermaßen: Das Dampf-Gas-Gemisch aus Caprolactam, cyclischen Oligomeren und Wasser tritt aus dem Verdampfer 6 über den Stutzen 20 ein und durchströmt die Schicht des Katalysators 19, wo die cyclischen Oligomere in monomeres Caprolactam zerlegt werden; dessen Dämpfe treten Uber den Stutzen 21 aus. Man arbeitet in Dauerbetrieb bei einer Temperatur von 240 bis 280°C und einem Restdruck von 2 bis 5 Torr.
- Beispiel: Eine Caprolactam-Schmelze mit einem Zusatz von 496 destilliertem Wasser und 0, 7* Benzoesäure (vom Gaprolactamgewicht) wird im Stickstoffstrom bei einer Temperatur von 26000 im Laufe von 18 h polymerisiert. Das erhaltene Polycaproamid mit der relativen Viskosität (in Schwefelsäure) von 1,95 wird in den Verdampfer 6 überführt, worin das Abdestillieren der niedernolekularen Verbindungen im Laufe von 14 h bei einer Temperatur von 26500 und eines Restdruck von 2 bis 5 Torr erfolgt. Die abdestillierten niedermolekularen Verbindungen gelangen in die Vorrichtung 9 sur Zerlegung der cXclisohen Oligomere, die bei einer Temperatur von 25000 und eines Restdruck von 2 bis 5 Torr in monoseres Caprolactam umgewandelt werden. Die aus der Vorrichtung 9 austretenden Caprolactam- und Wasserdämpfe werden im Kondensator 10 niedergeschlagen und das Kondensat in den barometrischen Sammelbehälter 11 abgeleitet. Das erhaltene Polycaproamid mit der relativen Viskosität (in Schwefelsäure) von 2,6 enthält nur 1,3 bis 1,5 Gew.% niedermolekulare Verbindungen.
Claims (3)
- Patent ansprüche 1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Polycaproamid durch Polymerisation von geschmolzenem Oaprolactam unter Zusatz eines Aktivators und einer organischen Säure bzw. eines ihrer Derivate als Stabilisator sowie Abdestellieren der niedermolekularen Verbindungen aus dem erhaltenen Polymer im Vakuum und deren Kondenstation, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man (A) die organische Säure bzw. deren Derivat dem Oaprolactam in einer Menge von 0,65 bis 2 Gew.% zufügt und (B) das rohe Polymer 8 bis 16 Stunden destilliert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nan vor der Kondensation des Destillate in diesen die cyclischen Caprolactamoligomere durch Vakuumerhitzen bei 240 bis 28000 unter Wiedergewinnung von monomeres Caprolactam katalytisch zerlegt.
- 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aufeinanderfolgend aus eines Rührgefäß (1) zum Schmelzen von Caprolactam, einem Rührgefahr (2) zum Vermischen der Caprolactan-Schrelse mit den Aktivator- und dem Stabilisatorsusätzen, einem Polymerisationsgefäß (4) zur Polymerisation des Caprolactams, einem Verdampfer (6) zum Abdestillieren der niedersolekularen Verbindungen und einem Kondensator zus Niederschlagen der niedermolekularen Dämpfe, d a d u r c h g e k e n n z e i o h n e t , daß zwischen den Verdampfer (6) und dem Kondensator (10) eine Zersetaungsvorrichtung (9) zur katalytischen Zerlegung von acyclischen Oaprolactamoligomere eingeschaltet ist. L e e r s e i t e
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