184153. lajstromszámú szabadalom • Eljárás poliamid termékek folyamatos előállítására
1 184 153 2 A találmány tárgya eljárás poliamicl-6-termékek és -féltermékek, például körkeresztmetszetű rudak, idomtestek, csövek cs fóliák előállítására e-kaprolaktám folyamatos gyors polimerizációjával. A találmány szerint előállított termékek fizikai és kémiai jellemzői nagymértékben állandóak, és a termékek különösen szívósak. A poliamid-termékek és -féltermékek szakaszos előállításának régóta ismert módszere az, hogy a formába töltött laktámot a képződő poliamid olvadáspontja alatti hőmérsékleten gyors polimerizációnak vetik alá. Ebben az esetben a lúgos katalizátort — például nátrium-kaprolaktámot — tartalmazó poliamidhoz kokatalizátort, például acetil-laktámot vagy egy izocianátot adnak, majd az elegyet 130—180°C-ra melegítik, amikor az elegyből néhány perc alatt szilárd polimer massza alakul ki. A felhasznált elegy nátrium-tartalma körülbelül 0,1%; az elegyhez körülbelül 1% acetil-laktámot adnak. A szakemberek már régóta törekednek arra, hogy ezt az eljárást folyamatossá tegyék, és a polimerizációt összekapcsolják a termék megformálásával. Az erre a célra eddig javasolt műszaki megoldások a következő csoportokba sorolhatók: a) Extruderben végzett polimerizáció folyékony komponensek beadagolásával (97 332. sz. csehszlovákiai szabadalmi leírás, 25 391. sz. Német Demokratikus Köztársaság-beli szabadalmi leírás, 1 495 658., 1 944 417. és 1 815 416. sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli közrebocsátási irat, 923 137., 904 229. és 944 307. sz. nagybritanniai szabadalmi leírás, 380 952. sz. svájci szabadalmi leírás). b) Extruderben végzett polimerizáció szilárd komponensek beadagolásával (81 960. sz. Német Demokratikus Köztársaság-beli szabadalmi leírás, 1 495 133. sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli közrebocsátási irat). c) Mozgó részt nem tartalmazó reaktorban végzett polimerizáció a reakcióelegy külső (reaktor előtti) felmelegítésével (68 075. sz. Német Demokratikus Köztársaság-beli szabadalmi leírás, 1 559 287. sz. francia szabadalmi leírás, 1 720 629. sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli közrebocsátási irat, 3 525 719. sz. Amerikai Egyesült Allamok-beli szabadalmi leírás). d) Mozgó részt nem tartalmazó reaktorban végzett polimerizáció, ahol a reakcióelegyet magában a reaktorban melegítik fel (50 002. és 25 391. sz. Német Demokratikus Köztársaság-beli szabadalmi leírás, 97 332. sz. csehszlovákiai szabadalmi leírás, 380 952. sz. svájci szabadalmi leírás, 904 229. és 923 137. sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás). . e) Reaktorként fogaskerék-szivattyút alkalmazó eljárás (919 246. sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás)' Az extrudert alkalmazó eljárások közös hátránya, hogy költséges berendezést igényelnek. Különösen érvényes ez a kétcsigás extrudert alkalmazó módszerekre. További hátrányt jelent, hogy a termelékenység viszonylag csekély, és a reakció beindításához a lehető legkisebb térben igen nagy energia befektetésére van szükség. A folyékony komponensek beadagolásával végzett extrúziós eljárások esetén problémát jelent a szükséges extrúziós nyomás fenntartása, mert a beömlő kamrában a laktám-ömledék még túl hígan folyó anyagként van jelen. További nehézségek származnak a csigaszerkezet eltömődéséből. Ha az. extrúziós eljárásokhoz szilárd kiindulási anyagokat használnak fel, a szilárd reakcióelegy előállításakor, szállításakor és tárolásakor további technológiai műveletekre van szükség, ami rontja az eljárás gazdaságosságát. Fogaskerék-szivattyúk felhasználásával a fent felsorolt nehézségek nagy része kiküszöbölhető. Fogaskerékszivattyúkkal azonban csak viszonylag kis termelékenység érhető el, és az eljárás végrehajtásához a legreakcióképesebb ismert kokatalizátorokra — köztük az egészségügyi szempontokból nem ártalmatlan izocianátokra - van szükség. Ha a reakció beindulása késlekedik, a termelés azonnal leáll, mert a laktám-ömledék a fogaskerék-szivattyú üzemelése szempontjából nem elég viszkózus. Az adott esetben keverőelemekkel is ellátott csőreaktorok egyszerűek és nem túl költségesek. A korábban említett reaktor-típusokhoz hasonlóan azonban, itt is fennáll az a veszély, hogy a polimerizáciőképes elegyet szállító csővezetékek rövidebb-hosszabb idő elteltével polimerre! tömődnek el. Ezen nem változtat az sem, ha a komponenseket külön-külön melegítik fel, mert például a nátrium-laktám-tartalmú laktámot szállító csővezetékekben magasabb hőmérsékleteken idővel szintén polimer képződik. Annak érdekében, hogy a képződő poliamid-termékek megfelelő mechanikai szilárdsággal rendelkezzenek, és különösen ütésszerű igénybevételek hatására ne törjenek merev testként, körülbelül r}rei = 3,5 nagyságrendű relatív oldatviszkozitást kell elérni. Ennek biztosítására többfunkciós kokatálizátorok, így diacillaktámok és poliizocianátok alkalmazását javasolták. Ezek a vegyületek azonban csak költséges eljárásokkal állíthatók elő, vagy egészségügyi szempontokból nem veszélytelenek. További hátrányt jelent, hogy az említett kokatalizátorok jelenlétében a reakció igen gyorsan megy végbe, ami fokozza a fent felsorolt nehézségeket. A találmány értelmében olyan új eljárást alkalmazunk e-kaprolaktám folyamatos gyors polimerizáiására és a polimerizátum folyamatos feldolgozására késztermékké és féltermékekké (például körkeresztmetszetű rudakká, idomtestekké, csövekké és fóliákká), amellyel kiküszöbölhetők a fent felsorolt nehézségek. Célul tűztük ki, hogy az e-kaprolaktám ismert gyors polimerizációját - amelynek során katalizátorként nátrium-e-kaprolaktámot, legfontosabb kokatalizátorként pedig acetil-e-kaprolaktámot használnak fel - úgy módosítsuk, hogy az eljárás könnyen előállítható, egészségügyileg veszélytelen kokatalizátorokat igényeljen, és az extrahált poliamid relatív oldatviszkozuása (a TGL 20 055. sz. szabvány szerint meghatározva) legalább %ei = 3,8 legyen. További célunk, hogy olyan reakcióelegyeket alakítsunk ki, amelyekből 100°C-nál alacsonyabb hőmérsékleten még hosszú idő alatt sem képződik szilárd polimer. A laktám nátrium-laktám katalizátor és acetil-laktám kokatalizátor jelenlétében, az 50 002. sz. Német Demokratikus Köztársaság-beli szabadalmi leírásban ismertetett, adott esetben sztatikus keverőelemekkel ellátott csőreaktorban, a képződő poliamid olvadáspontja fölötti hőmérsékleten végrehajtott folyamatos polimerizációját és a polimer késztermékekké és féltermékekké (például csövekké, körkeresztmetszetű rudakká, fóliákká, szálakká stb.) alakítását a találmány értelmében a következő körülmények között végezzük: — a polimerizálandó elegy nátrium-tartalmát 0,03% és 0,045% közötti, előnyösen 0,034% és 0,037% közötti értékre állítjuk be, — a felhasznált, nátrium-laktámot tartalmazó lak-6 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
