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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING POLYAMIDES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/155281
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing polyamides based on dicarboxylic acids and diamines, comprising the following steps: 1) preparing an aqueous monomer mixture of dicarboxylic acids and diamines, the molar ratio of dicarboxylic acids to diamines being adjusted such that a molar deficit of dicarboxylic acids or diamines of 1 to 10 mol %, relative to the other component, is present at the end of step 3), 2) transferring the aqueous mixture from step 1) into a continuously operated vaporization reactor, in which diamines and dicarboxylic acids are converted at a temperature in the range from 100 to 370 °C and a pressure in the range from 1 to 50 bar, 3) transferring the mixture from step 2) into a precipitator operated at a temperature in the range from 100 to 370 °C under separation of gaseous components, 4) transferring the mixture from step 3), together with diamine or dicarboxylic acid at a quantity suitable to make up for the molar deficit, into an extruder operating at a temperature in the range from 150 to 400°C for a dwell period in the range from 10 seconds to 30 minutes, while removing gaseous components through degassing openings.

Inventors:
DESBOIS PHILIPPE (DE)
STAWITZKI HAGEN (DE)
NEUHAUS RALF (DE)
WEIS HANS-JOACHIM (DE)
WEICHMANN JUERGEN (DE)
FERNANDEZ RODILES RAQUEL (DE)
VOGEL GUNTER (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/057360
Publication Date:
December 24, 2008
Filing Date:
June 12, 2008
Export Citation:
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Assignee:
BASF SE (DE)
DESBOIS PHILIPPE (DE)
STAWITZKI HAGEN (DE)
NEUHAUS RALF (DE)
WEIS HANS-JOACHIM (DE)
WEICHMANN JUERGEN (DE)
FERNANDEZ RODILES RAQUEL (DE)
VOGEL GUNTER (DE)
International Classes:
C08G69/26; C08G69/28; C08L77/06
Foreign References:
US5728800A1998-03-17
US5079307A1992-01-07
US4963646A1990-10-16
EP0129105A11984-12-27
DE1720349A11971-06-09
DE19514145A11996-10-17
EP0667367A21995-08-16
Other References:
MARTIN E. ROGERS AND TIMOTHY E. LONG: "Synthetic Methods in Step-Growth Polymers - 3. Polyamides", 29 July 2003, JOHN WILEY & SONS, ISBN: 0-471-38769-X, XP002487964
Attorney, Agent or Firm:
ISENBRUCK, Günter (Theodor-Heuss-Anlage 12, Mannheim, DE)
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Claims:

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Polyamids auf Basis von Dicarbonsäuren und Diaminen mit folgenden Stufen:

1 ) Bereitstellen eines wässrigen Monomerengemisches aus Dicarbonsäuren und Diaminen, wobei das molare Verhältnis von Dicarbonsäuren zu Diaminen so eingestellt wird, dass am Ausgang von Stufe 3) ein molarer Unterschuss an Dicarbonsäuren oder Diaminen von 1 bis

10 mol-%, bezogen auf die jeweils andere Komponente, vorliegt,

2) überführen des wässrigen Gemisches aus Stufe 1 ) in einen kontinuierlich betriebenen Verdampferreaktor, in dem Diamine und Dicar- bonsäuren bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 370 0 C und einem Druck im Bereich von 1 bis 50 bar umgesetzt werden,

3) überführen des Gemisches aus Stufe 2) in einen Abscheider, der bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 370 0 C betrieben wird, unter Abtrennung von gasförmigen Komponenten,

4) überführen des Gemisches aus Stufe 3) zusammen mit Diamin oder Dicarbonsäure in einer zum Ausgleich des molaren Unterschusses geeigneten Menge in einen Extruder, der bei einer Temperatur im Be- reich von 150 bis 400°C betrieben wird, für eine Verweilzeit im Bereich von 10 Sekunden bis 30 Minuten, unter Entfernung von gasförmigen Komponenten durch Entgasungsöffnungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Extrusion eine Festphasen-Nachkondensation und ein Granulierungsschritt anschließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe 3) Wasserdampf und flüchtige Dicarbonsäuren oder Diamine abgetrennt werden, die nachfolgend durch Destillation aufgetrennt werden, wobei ein an Dicarbon- säure oder Diamin angereichertes wässriges Kondensat in eine oder beide der

Stufen 1 ) und 2) zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampferreaktor ein senkrecht stehender, von oben nach unten durchströmter Rohrreaktor ist.

B07/0057EP IB/SF/gün

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomerengemisch in Stufe 1 ) aus einem Dicarbonsäurengemisch aus 60 bis 88 Gew.-% Terephthalsäure und 12 bis 40 Gew.-% Isophthalsäure, in dem auch bis zu 20 Gew.-% des Dicarbonsäuregemisches durch andere Dicarbonsäuren ersetzt sein können, und Hexamethylendiamin besteht, das bis zu 20 Gew.-% durch andere C 2 - 3 o-Diamine ersetzt sein kann.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Monomerenge- misch äquimolare Mengen an Dicarbonsäuren und Diaminen vorliegen, im Abscheider in Stufe 3) 0,5 bis 15 Gew.-% des in Stufe 1 ) eingesetzten Hexamethy- lendiamins gasförmig abgetrennt werden und in Stufe 4) so viel Hexamethylendiamin zugesetzt wird, so dass am Ende des Extruders im erhaltenen Polyamid der Gehalt an Amino-Endgruppen 70 bis 220 mmol/kg beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe 4) so viel Diamin zudosiert wird, dass sich der Amino-Endgruppengehalt um mindestens 20 mmol/kg erhöht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern, Füllstoffe, Farbstoffe, Hilfsstoffe oder deren Gemische direkt im Extruder zur Compoundierung zugeführt werden.

Description:

Verfahren zur Herstellung von Polyamiden

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyamids auf Basis von Di- carbonsäuren und Diaminen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Verfahren zur Herstellung von teilaromatischen teilkristallinen Polyamiden.

Die Herstellung von insbesondere Polyamiden mit hoher Viskositätszahl erfordert typi- scherweise die Anwendung hoher Umsetzungstemperaturen. Diese wiederum führen zum erhöhten Ablauf von Nebenreaktionen. Die hohe Viskosität führt zudem zu einer verstärkten Belagsbildung im Reaktor und im schlimmsten Fall zu einer Verstopfung des Reaktors. Ausfallzeiten und eine aufwändige Reaktorreinigung sind die Folgen.

Die EP-A-O 129 105 betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Polyamiden, bei dem man in einer Verdampferzone eine wässrige Lösung von Salzen aus Dicarbonsäuren und Diaminen unter erhöhtem Druck unter gleichzeitiger Verdampfung von Wasser und Bildung eines Präpolymeren erhitzt. Präpolymere und Dampf werden kontinuierlich getrennt, wobei die Dämpfe rektifiziert und mitgeführte Diamine zurück- geleitet werden. Das Präpolymere wird in eine Polykondensationszone geleitet.

Zur Erhöhung des Molekulargewichts kann gemäß DE-A-1 720 349 Polyamid 6,6 in einem mit Entgasungsöffnungen versehenen selbstreinigenden scharf abkämmenden Schneckenreaktor weiter kondensiert werden.

Gemäß DE-A-195 14 145 ist zudem die Herstellung eines Polymeren auf der Basis einer Dicarbonsäure und eines Diamins durch Polykondensation in einem Reaktor möglich. Dabei wird eine feste Mischung der Monomere zunächst in einem gegenläufigen Doppelschneckenextruder und sodann in einem gleichläufigen Doppelschnecken- extruder umgesetzt.

Teilaromatische teilkristalline thermoplastische Polyamide werden üblicherweise in einem Batch-Prozess hergestellt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der EP- A-O 667 367 beschrieben.

Die vorstehenden Verfahren sind teilweise sehr aufwändig, beispielsweise beim Einsatz zweier Extruder, oder erlauben bei der Herstellung teilaromatischer teilkristalliner Polyamide nicht in geeigneter Weise die Steuerung der Viskositätszahl derart, dass eine Temperaturerhöhung und Nebenreaktionen sowie Belagsbildungen verhindert werden könnten.

Typischerweise führt eine Druckerhöhung bei der Polykondensation zu einer Erniedrigung der Viskositätszahl. Für hochviskose Polyamide lässt sich der Druck jedoch häufig nicht so stark steigern, dass die Viskositätszahl des Polyamids wie gewünscht ver- mindert werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Polyamiden auf Basis von Dicarbonsäuren und Diaminen, das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und insbesondere die Herstellung von teilaromatischen teilkristallinen Polyamiden mit hoher Viskositätszahl erlaubt, ohne dass es zu nennenswerten Belagsbildungen im Reaktor oder zu Nebenreaktionen kommt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Polyamids auf Basis von Dicarbonsäuren und Diaminen mit folgenden Stufen:

1 ) Bereitstellen eines wässrigen Monomerengemisches aus Dicarbonsäuren und Diaminen, wobei das molare Verhältnis von Dicarbonsäuren zu Diaminen so eingestellt wird, dass am Ausgang von Stufe 3) ein molarer Unterschuss an Dicarbonsäuren oder Diaminen von 1 bis

10 mol-%, bezogen auf die jeweils andere Komponente, vorliegt,

2) überführen des wässrigen Gemisches aus Stufe 1 ) in einen kontinuierlich betriebenen Verdampferreaktor, in dem Diamine und Dicarbon- säuren bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 370 0 C und einem

Druck im Bereich von 1 bis 50 bar umgesetzt werden,

3) überführen des Gemisches aus Stufe 2) in einen Abscheider, der bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 370 0 C betrieben wird, unter Abtrennung von gasförmigen Komponenten,

4) überführen des Gemisches aus Stufe 3) zusammen mit Diamin oder Dicarbonsäure in einer zum Ausgleich des molaren Unterschusses geeigneten Menge in einen Extruder, der bei einer Temperatur im Be- reich von 150 bis 400 0 C betrieben wird, für eine Verweilzeit im Bereich von 10 Sekunden bis 30 Minuten, unter Entfernung von gasförmigen Komponenten durch Entgasungsöffnungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Verminderung der Viskosität des Polya- mids vor der Festphasenpolykondensation und erlaubt eine Verminderung der Verweilzeit bei hoher Temperatur, wodurch weniger Nebenreaktionen wie Triaminbildung auf-

treten und damit die Qualität des Produktes verbessert wird. Es wurde erfindungsgemäß gefunden, dass eine Verfahrensweise, bei der zunächst Dicarbonsäure oder Dia- min im Unterschuss vorliegt und dieser Unterschuss erst beim Eintrag in einen Extruder zur Nachkondensation ausgeglichen wird, die Herstellung von insbesondere teil- aromatischen teilkristallinen Polyamiden mit hoher Viskositätszahl erlaubt. Das Verfahren ist vorteilhaft zur Herstellung aller hochmolekularer Polyamide, weist jedoch insbesondere Vorteile auf, wenn das Monomerengemisch in Stufe 1 ) aus einem Dicarbon- säurengemisch aus 60 bis 88 Gew.-% Terephthalsäure und 12 bis 40 Gew.-% I- sophthalsäure, in dem auch bis zu 20 Gew.-% des Dicarbonsäuregemisches durch andere Dicarbonsäuren ersetzt sein können, und Hexamethylendiamin besteht, das bis zu 20 Gew.-% durch andere C 2 - 3 o-Diamine ersetzt sein kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Sequenz Verdampferreaktor-Abscheider- Extruder auf, wobei in den Verdampferreaktor ein wässriges Monomerengemisch aus Dicarbonsäuren und Diaminen geführt wird. Dabei wird das molare Verhältnis von Dicarbonsäuren zu Diaminen so eingestellt, dass am Ausgang der nachfolgenden Abscheiderstufe ein molarer Unterschuss an Dicarbonsäuren oder Diaminen von 1 bis 10 mol-%, bezogen auf die jeweils andere Komponente, vorliegt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem bereits beim Bereitstellen des wässrigen Monomerengemi- sches ein molarer Unterschuss an Dicarbonsäure oder Diamin vorgesehen ist. Sofern jedoch nach dem Verdampferreaktor ein Teil der Dicarbonsäuren oder Diamine durch Verdampfung aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird, kann auch mit äquimolaren Mengen an Dicarbonsäuren und Diaminen im Verdampferreaktor gestartet werden, da nach dem Abscheider ein Unterschuss an Dicarbonsäuren oder Diaminen vorliegt. Das Monomerenverhältnis in Stufe 1 ) wird so gewählt, dass am Ausgang von Stufe 3 ein molarer Unterschuss an Dicarbonsäuren oder Diaminen von 1 bis 10 mol-%, bezogen auf die jeweils andere Komponente, vorliegt. Beispielsweise können bei 100 mol-% Dicarbonsäuren entsprechend 90 bis 99 mol-% Diamine am Ende von Stufe 3 vorliegen. Die konkret im wässrigen Monomerengemisch einzustellende Stöchiometrie hängt von der Art der Monomeren ab und kann durch einfache Analytik des aus dem Abscheider in Stufe 3) erhaltenen Gemisches bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise das am Ende von Stufe 3) erhaltene Polyamid oder Polyamid-Oligomere bezüglich der Carboxyl-Endgruppen und Amino-Endgruppen analysiert werden.

Beim Einsatz des vorstehend genannten bevorzugten Monomerengemisches wird typischerweise Hexamethylendiamin nach dem Verdampferreaktor zum Teil gasförmig ausgetragen. Es ist nun möglich, beispielsweise mit äquimolaren Mengen an Hexamethylendiamin und Dicarbonsäuren zu starten, wodurch am Ende des Abscheiders ein Unterschuss an Hexamethylendiamin im (Prä)polymer vorliegt. Es ist jedoch auch möglich, mit einem molaren überschuss an Hexamethylendiamin gegenüber Te-

rephthalsäure und Isophthalsäure in Stufe 1 ) zu starten, so dass am Ende von Stufe 3) ein Unterschuss an Therephthalsäure/Isophthalsäure vorliegt. In diesem Fall wird dann Terephthalsäure/Isophthalsäure in dem Extruder in Stufe 4) zudosiert.

Typischerweise wird in Stufe 1 ) eine wässrige Salzlösung der Ausgangsmonomeren eingesetzt, da Diamine und Dicarbonsäuren Salze bilden.

Das Monomerengemisch besteht vorzugsweise aus 50 mol-% Dicarbonsäurengemisch und 50 mol-% Diamin oder Diamingemisch. Das Dicarbonsäuregemisch besteht aus 60 bis 88 Gew.-% Terephthalsäure und 12 bis 40 Gew.-% Isophthalsäure. Vorzugsweise liegen 64 bis 80 Gew.-%, insbesondere 64 bis 76 Gew.-% Terephthalsäure vor und entsprechen vorzugsweise 20 bis 36 Gew.-% und insbesondere 24 bis 36 Gew.-% Isphthalsäure. Ferner können auch bis zu 20 Gew.-% des Dicarbonsäuregemisches durch andere Dicarbonsäuren ersetzt sein. Bevorzugt sind dies 0 bis 10 Gew.-%, ins- besondere 0 bis 5 Gew.-%. Sofern ein Teil des Dicarbonsäuregemisches durch andere Dicarbonsäuren ersetzt ist, liegt die Untergrenze der anderen Komponente vorzugsweise bei 0,5 Gew.-%, insbesondere bei 1 Gew.-%. Andere geeignete Dicarbonsäuren sind beispielsweise Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Acelainsäure und Sebacin- säure sowie 7-Sulfoisophthalsäure.

Als Diaminkomponente wird Hexamethylendiamin eingesetzt, das bis zu 20 Gew.-% durch andere C 2-3 o-Diamine ersetzt sein kann. Bevorzugt sind 0 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0 bis 5 Gew.-% des Hexamethylendiamins durch andere C 2 -3o-Diamine ersetzt. Sofern andere C 2 -3o-Diamine vorliegen, beträgt ihre Mindestmenge vorzugsweise 0,5 Gew.-%, insbesondere mindestens 1 Gew.-%. Geeignete weitere Diamine sind beispielsweise Tetramethylendiamin, Octamethylendiamin, Decamethylendiamin und Dodecamethylendiamin sowie m-Xylylendiamin, Bis-(4-aminophenyl)methan, Bis-(4- aminophenyl)propan-2,2 und Bis-(4-aminocyclohexyl)methan oder Mischungen davon.

Als zusätzliches Diamin wird vorzugsweise Bis(4-aminocyclohexyl)methan eingesetzt, das unter der Bezeichnung Dicycan von der BASF AG erhältlich ist.

Vorzugsweise werden neben Terephthalsäure, Isophthalsäure und Hexamethylendiamin keine anderen Dicarbonsäuren oder Diamine eingesetzt.

In Stufe 2) wird das wässrige Gemisch aus Stufe 1 ) in einen kontinuierlich betriebenen Verdampferreaktor überführt, in dem Diamine und Dicarbonsäuren bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 370 0 C, vorzugsweise 200 bis 340 0 C, und einem Druck im Bereich von 1 bis 50 bar, vorzugsweise 5 bis 30 bar, umgesetzt werden. Der Verdamp- ferreaktor kann dabei in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein. Es kann sich

beispielsweise um Rohrbündelreaktoren handeln, wie sie in der EP-A-O 129 195 beschrieben sind. Vorzugsweise handelt es sich um einen senkrecht stehenden, von o- ben nach unten durchströmten Rohrreaktor.

Die Verweilzeit in Stufe 2) beträgt vorzugsweise 0,2 bis 10 Minuten, besonders bevorzugt 1 bis 5 Minuten.

An den Verdampferreaktor schließt sich ein Abscheider an, der bei einer Temperatur von 100 bis 370 0 C, vorzugsweise 200 bis 340 0 C betrieben wird. Der Druck im Ab- scheider beträgt vorzugsweise 1 bis 50 bar, besonders bevorzugt 5 bis 30 bar. Die Verweilzeit in Stufe 3) beträgt vorzugsweise 1 bis 45 Minuten, besonders bevorzugt 2 bis 15 Minuten. Im Abscheider werden gasförmige Komponenten, insbesondere Wasser und flüchtige Monomere, abgetrennt. Beispielsweise werden beim Einsatz des vorstehend beschriebenen bevorzugten Monomerengemisches etwa 1 bis 10% des ur- sprünglich eingesetzten Diamins Hexamethylendiamin zusammen mit Wasserdampf abgetrennt. Dieses gasförmige Gemisch kann sodann einer Destillation bzw. Rektifikation unterzogen werden, wobei Wasserdampf über Kopf abgezogen wird und ein Dia- min/Wasser-Gemisch im Sumpf erhalten wird. Dieses Gemisch kann in die Stufen 1 ) oder 2) oder in beide Stufen zurückgeführt werden. Allgemein werden in Stufe 3) Was- serdampf und flüchtige Dicarbonsäuren oder Diamine abgetrennt, die nachfolgend durch Destillation aufgetrennt werden, wobei ein an Dicarbonsäuren oder Diaminen angereichertes wässriges Kondensat in eine oder beide der Stufen 1 ) und 2) zurückgeführt wird.

Durch den Anteil der mit der Verdampfung ausgeschleusten Diamine, die in das Verfahren zurückgeführt werden, kann ebenfalls der Unterschuss an Diaminen eingestellt werden.

An den Abscheider der Stufe 3) schließt sich ein Extruder in Stufe 4) an, in den das Gemisch aus Stufe 3) zusammen mit Diamin oder Dicarbonsäure in einer zum Ausgleich des molaren Unterschusses geeigneten Menge geführt wird. Der Extruder wird bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 400 0 C, vorzugsweise 200 bis 370 0 C betrieben und auf eine Verweilzeit im Bereich von 10 Sekunden bis 30 Minuten, vorzugsweise 2 Sekunden bis 2 Minuten eingestellt. Im Extruder werden ebenfalls gasförmige Komponenten durch Entgasungsöffnungen entfernt.

Geeignete Extruder mit Entgasungsstufen sind dem Fachmann bekannt. Es können dabei erfindungsgemäß bevorzugt Doppelschneckenextruder eingesetzt werden, bei denen es sich um gleichläufige oder gegenläufige Doppelschneckenextruder handeln

kann. Für eine Beschreibung der Extruder kann auf EP-A-O 129 195 und DE-A-195 14 145 verwiesen werden.

In Stufe 4 werden Diamin oder Dicarbonsäure zudosiert, je nachdem ob nach Stufe 3) ein Unterschuss an Diamin oder Dicarbonsäure vorliegt. Die zum Ausgleich des molaren Unterschusses geeignete Menge kann durch einfache Versuche ermittelt werden, wobei im nach dem Extruder erhaltenen Polyamid der Carboxylendgruppengehalt und Amino-Endgruppengehalt bestimmt werden kann. Sofern zunächst mit einem Unterschuss an Diaminen gearbeitet wird, wird in Stufe 4) vorzugsweise so viel Diamin zu- dosiert, dass sich der Amino-Endgruppengehalt um mindestens 20 mmol/kg erhöht. Der Amino-Endgruppengehalt am Ende von Stufe 4) beträgt vorzugsweise 30 bis 250 mmol/kg, besonders bevorzugt 50 bis 100 mmol/kg oder 70 bis 220 mmol/kg. Auch ein Zufügen in anderen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist möglich.

An die Extrusion können sich zudem eine Festphasen-Nachkondensation und ein Gra- nulierungsschritt anschließen.

Die nach Stufe 4) erhaltenen Polyamide weisen vorzugsweise eine Viskositätszahl im Bereich von 20 bis 200, besonders bevorzugt von 40 bis 80 auf, insbesondere beim Einsatz des vorstehend beschriebenen bevorzugten Monomerengemisches. Beim Einsatz von Hexamethylendiamin kann in Stufe 4) auch ein anderes Diamin zudosiert werden, beispielsweise Dicycan. Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, an unterschiedlichen Stellen des Verfahrens weitere Additive zuzugeben, wie Oxazoline, hyperverzweigte Polymere mit Amino- oder Carboxylgruppen und andere Additive. Die Additive können beispielsweise vor oder nach einer Austragspumpe im Anschluss an den Verdampferreaktor, als Coldfeed oder Hotfeed im Abscheider zugeführt werden.

Bevorzugte, erfindungsgemäß erhältliche Polyamide besitzen eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 110 bis 150 0 C und einen Schmelzpunkt im Bereich von 280 bis 320 0 C. Sie weisen vorzugsweise eine Kristallinität von mehr als 20% auf und sind daher nicht transparent.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.

Beispiele

Die Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von hochtemperaturbeständigen Polyamiden aus Diaminen (Hexamethylendiamin, HMD) und Dicarbonsäuren besteht aus den folgenden Funktionsgruppen:

Ansatzbereitung Dosierung und Aufheizung Vorkondensation Nachkondensation HMD-Rektifikation Entgasung und Granulierung

Verfahrensbeschreibung:

Aus den Diaminen, Dicarbonsäuren, Regler und Wasser wird in der Ansatzbereitung im Rührkessel die Reaktionslösung hergestellt und in den Vorlagenbehälter überführt. Aus der Vorlage wird mittels Zulaufpumpe über den Aufheizer die Reaktionslösung in den Kopf des senkrecht stehenden Verdampferreaktors dosiert. In dem mit Füllkörpern ge- füllten und mit öl beheizten Apparat reagieren unter Druck und Temperatur die Monomere unter Wasserabspaltung (Polykondensation) zum niedermolekularen Vorprodukt. Das austretende Gemisch aus Vorprodukt, dampfförmigem Lösungs- und Reaktionswasser sowie Teil des unumgesetzten HMD wird in den sich anschließenden Abscheider geleitet. Dort trennt sich die Polymerschmelze von den dampfförmigen Anteilen. Die abgeführten Brüdenströme werden zur Rektifizierkolonne geführt und mit kaltem Wasser beregnet. Dadurch werden die verdampften Monomere und die mitgerissenen Polymerteilchen vom Wasserdampf getrennt. Das HMD, das in Form wässriger Lösung im Sumpf anfällt, wird umgepumpt und nach Abtrennung der inzwischen verfestigten Polymerteilchen über Filter zur Reaktionslösung vor dem Verdampferreaktor zurückge- pumpt. Die Polymerschmelze aus dem Abscheider wird vor der nachfolgenden Zahnradpumpe mit Amin angereichert. über die Pumpe wird die Schmelze zum Extruder dosiert, und das restliche Wasser wird ausgegast. In Strängen ausgetragenes Polymer wird mit Wasser gekühlt und granuliert.

Ansatzbereitung

Sämtliche Komponenten des Ansatzes (ca. 360 kg) werden im Rührkessel bei 95°C gelöst. Nach 60 min Lösezeit wird eine Probe zur pH-Bestimmung entnommen. Der pH-Wert wird durch Zugabe von HMD oder einem Trephthalsäure/Isophthalsäure- Gemisch auf einen pH-Wert von 6,95-7,05 eingestellt, um die Stöchiometrie des Ansatzes einzustellen. Anschließend wird die benötigte Reglermenge zugegeben.

Ist der Ansatz wie beschrieben hergestellt, kann er über eine Pendelleitung zum Vorlagekessel überführt werden.

Dosierung und Aufheizung

Vorkondensation

Aus dem Vorlagebehälter wird die Ansatzlösung über eine Feedpumpe, temperiert bei 95°C, zum Verdampferreaktor gepumpt. Gleichzeitig wird er noch von der Rückführpumpe mit oligomerhaltigem Wasser beschickt.

In diesem mit öl (Lauda Thermostat W 3151 ) beheiztem Reaktor reagieren die Monomere unter Wasserabspaltung zu niedermolekularem d. h. kurzkettigem Polyamid. Gleichzeitig verdampft nahezu das gesamte Lösungs- und Reaktionswasser.

Der Verdampferreaktor besteht aus 2 Rohren mit einem Durchmesser von 33,6 mm und 1000 mm Länge, sowie aus 2 Rohren mit einem Durchmesser von 53 mm und 1000 mm Länge die alternierend angeordnet sind. Die Füllung besteht aus 6mm- Raschigringen mit Mittelsteg. Daraus ergibt sich ein Schüttvolumen von 6,3 I bei einem Hohlraum von 1 ,1 I.

Der Rohrreaktor ist mit einem Sicherheitsventil eintrittsseitig abgesichert.

Nachkondensation

Der nachgeschaltete Abscheider dient zur Phasentrennung der Mischung aus Präpo- lymer und Wasserdampf, das über ein Einlaufrohr in den Apparat einströmt. Der Abscheider hat eine Baulänge von 1200 mm und einen Innendurchmesser von 102 mm, wobei die letzten 5 cm konisch zulaufen. Das Einlaufrohr ist seitlich exzentrisch angeordnet. Mit Hilfe dieses nach unten geöffneten 8mm-Rohres wird das Phasengemisch in der Hälfte des Abscheiders nahe der Wandung eingetragen.

Um das Präpolymer schmelzflüssig zu halten wird der Abscheider mit Heißöl über einen Doppelmantel temperiert. Die Brüden verlassen den Apparat über die Brüdenleitung im Deckel in Richtung Kolonne der HMD-Rektifikation.

Da dieses System unter Druck (16 bar) steht, bleibt ein geringer Wasseranteil in der Polyamidschmelze gelöst.

Dieser Wasseranteil begrenzt den Molekulargewichtsaufbau und führt zu einer Schmelzpunktdepression.

Die Polyamidschmelze wird über eine Austragspumpe dem Entgasungsextruder zugeführt.

HMD-Rückführung

Die Brüden werden in eine unbeheizte Rektifizierkolonne eingeleitet. Dort werden sie im Gegenstrom mit Wasser gewaschen. Dabei werden wasserlösliche Oligomere mit dem Waschwasser aus der Kolonne ausgetragen. Die Steuerung des Druckes in der Kolonne erfolgt über ein dampfbeheiztes Regelventil am Kopf der Kolonne. Diese be- steht aus einem 1200 mm langen Rohr mit einem Innendurchmesser von 81 mm und einem Kopf- und Bodenteil. Im unteren Teil des Rohres befinden sich 1 ,87 I 10mm- Pallringe. Auf dieser Schüttung endet ein 180° gebogenes Rohr (Krückstock) als Zulauf des umgewälzten Sumpfes. Der Rest des Rohres ist gefüllt mit 4,85 I 10mm- Raschigringe ohne Steg. Die Füllkörper sind durch 2 Netze zwischen den Flanschen fixiert. Durch die Kopfhaube wird die Kolonne beregnet. Unterhalb der Kolonne befindet sich eine Standmessung über Differenzdruck. In der Kolonne werden die organischen Anteile aus den Brüden mittels Beregnung herausgewaschen. Aus dem Umwälzkreis des Kolonnensumpfes (ca. 150 l/h) wird der niedergeschlagene Anteil in den Produktstrom vor dem Verdampferreaktor zurückgeführt. Die Rückführmenge beträgt etwa 1 l/h. Der Kopfstrom der Kolonne wird abgeführt. Dieser Kopfstrom (ca. 15 kg/h) enthält das gesamte Wasser und einen geringen Anteil HMD (0,3-0,5%). Das HMD muss, da es der Reaktion entzogen wird, als Verlust berücksichtigt werden.

Entgasung und Granulierung

Eine Austragspumpe (Zahnradpumpe) regelt den konstanten Produktstrom zum Extruder. Beim Extruder handelt es sich um einen ZDSK 30. Die Abdichtung der Schnecke nach hinten erfolgt mittels einer Coldfeed-Dosierung von 0,2 kg Granulat. Auf dem Extruder wird das in der Polymerschmelze enthaltene Wasser über eine Vorwärts- und eine Rückwärtsentgasung entfernt. Die Polymerschmelze wird mit einer Düsenplatte von 3 mm als Strang ausgetragen und im Wasserbad abgekühlt und anschließend mit einer Einzugsgranulierung granuliert. Das erhaltene Granulat wird ungetrocknet gesammelt.

Parameter:

Zu 170,8 kg Wasser wurden 91 ,5 kg Hexamethylendiamin-Lösung (69,47%-ig in Wasser, BASF) x 4 kg Dicycan (BASF) oder Metaxylendiamin (MXD) x 5 kg Terephthalsäu- re, x 6 kg Isophthalsäure (Lonza) in einem Einsatzbehälter bei 90 0 C vermischt.

22,2 kg/h Salzlösung wurde in dem Anlage 39 bei x 8 0 C Außentemperatur (Verdampfer) und x 9 0 C Außentemperatur (Abscheider) und 17 bar gepumpt. Die Kolonne wurde mit einer 1 kg/h Beregnung und x 12 kg/h Umwälzung betrieben, x 13 mol-% HMD/HMD Anfang wurde rezikliert). X 14 Gewicht % / Monomeren Kopplungsmittel wurden zugegeben (Position 1-2-3-4). X 15 HMD Verlust in mol % / HMD Anfang

Die Polymerschmelze wurde bei 310 0 C extrudiert und granuliert und dann bei x 17 Stunden bei 200 0 C getempert.

X 18: VZ vor Temperung, x 19: AEG vor Temperung

X 20: VZ nach 20 Stunden Temperung

X21 : AEG nach 20 Stunden Temperung

Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.