CN108291024A - 改进的聚合物制备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有改进的颜色和特性的聚合物的制备。更具体来说，本公开涉及通过在聚合物挤出步骤期间引入聚醚胺添加剂来制备聚酰胺。所述挤出的聚合物在外观方面是优越的并且在后续加工成纱线中是可纺的。

Description

改进的聚合物制备
技术领域
公开了一种用于制备具有改进的颜色和特性的聚合物的方法。更具体来说，本公开涉及通过在聚合物挤出步骤期间引入聚醚胺添加剂来制备聚酰胺。由此形成的挤出的聚合物在后续加工成纱线中是可纺的。
背景技术
多年来，已经有许多方法将聚醚链段并入到聚酰胺中，目的在于改进由这样的聚酰胺制成的纱线的特性。用于服装应用的尼龙纱中所期望的亲水特性常常是经由并入氧化乙烯(-OCH2CH2-)重复单元来赋予。
聚酰胺合成可以按单独的分批运行、一系列连续的分批运行或连续地进行。高压釜常常用于分批加工。连续聚合可以在各种装置中进行，包括管式反应器、连续搅拌反应器以及螺杆挤出机。
美国专利5,635,589公开了一种使用用于搅拌的反向旋转多孔滚筒以及低压和高速的惰性气体吹扫以提高转化率来制备缩合聚合物的方法。
美国专利6,254,374公开了一种沟槽式进料挤出机，其具有填塞进料器以用于将进料加入到螺杆挤出机的入口喉以加工适用于制备膜的聚合物。
美国专利8,859,816公开了一种用于制备聚酰胺的方法，其中惰性气体平行于液体反应物相的流动而流动。
美国公开申请2015/019569公开了一种用于制备聚酰胺的方法，所述方法具有多个用于惰性气体的加入点和以负压为特征的吸取点。
国际申请公开号WO2014/057363A1教导了一种用于将亲水性官能团引入到聚酰胺中的方法，所述方法是通过在聚合过程的大部分期间反应性并入亲水性添加剂，如最多15重量％的亲水性聚醚二胺来实现的。这样的添加剂的实例包括RE-2000聚醚胺单体和ED-20013。按比例放大测试已经揭示，在某些工艺条件下，初始聚合循环可能因增加的蒸汽释放而触发起泡。因此，将期望提供其中可以管理过量的泡/沫的商业上可接受的方法。
将所期望的官能团并入聚酰胺共聚物中的一种方法是在第一个循环(被称为盐阶段)时添加单体，在聚合过程开始时连同大部分的其它添加剂一起添加。聚合过程然后在多个循环中继续，其中仔细调节压力和温度条件以有效去除水(作为蒸汽)，同时保持系统处于流体状态。当在聚合开始时将聚醚二胺添加到反应混合物中时，在某些工艺条件下观测到过度的起泡。
PCT/US2015/047742公开了引入这样的添加剂的另一种方法是在其中水含量显著低的后续聚合循环中延迟添加。这种方法在一定程度上缓解了起泡的问题，但是添加剂的适当混合和并入常常面临着聚合物熔体的粘度增加。
国际申请公开号WO2015/001515公开了一种用于从已经被聚醚胺改性的聚酰胺制备纱线的方法。
因此期望一种商业方法来引入功能性添加剂，同时缓和起泡和处理高熔体粘度方案的问题。将期望所述方法将所述添加剂并入到成品聚合物组合物中，特别是适用于后续加工成纱线的可纺聚酰胺组合物中。
发明内容
公开了一种用于制备聚酰胺的方法，所述方法包括：
将第一二酸和二胺供给到螺杆挤出机的第一进料喉中，所述螺杆挤出机包括位于所述第一进料喉下游的第一熔体区和第一熔体输送区；
使所述二酸和所述二胺至少部分聚合以形成第一聚酰胺；
将聚醚胺添加剂和任选的第二二酸供给到所述螺杆挤出机的位于所述第一熔体输送区下游的第二进料喉中；
在第二熔体区和第二熔体输送区中使聚醚胺添加剂和所述第二二酸(如果添加的话)与所述第一聚酰胺结合；以及
在所述第二熔体输送区下游从所述螺杆挤出机回收第二聚酰胺，其中：
使用ASTM D789方法，所述第二聚酰胺的RV是约20至约60；氨基端基(AEG)含量是约15mpmg至130mpmg，或
所述第二聚酰胺的每单位重量的回潮率大于所述第一聚酰胺的每单位重量的回潮率。
所述聚醚胺添加剂的热稳定性可以小于所述第一聚酰胺的热稳定性。所述第二聚酰胺的回潮率可以大于所述第一聚酰胺的回潮率。举例来说，所述第二聚酰胺的回潮率可以在约6重量％至约30重量％的范围内，例如在约10重量％至约15重量％的范围内。
所述方法可以包括注入一种或多种添加剂。所述添加剂可以在所述第一进料喉、所述第二进料喉中的一个或多个处或在所述第一进料喉或所述第二进料喉下游的一个或多个添加剂注入点处被注入。至少一种这样的添加剂可以是催化剂，并且可以任选地与所述聚醚胺一起添加。所述催化剂也可以单独添加。
所述催化剂可以选自由以下各项组成的组：磷酸、亚磷酸、连二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、其盐、以及其混合物。
所述催化剂也可以选自由以下各项组成的组：水合次磷酸钠(SHP)、次磷酸锰、苯基次膦酸钠、苯基膦酸钠、苯基次膦酸钾、苯基膦酸钾、双苯基次膦酸六亚甲基二铵、甲苯基次膦酸钾、以及其混合物。
所述添加剂可以包含抗氧化剂或热稳定剂。举例来说，所述添加剂可以包含二羧酸，如己二酸。
所公开的方法的进料可以包含如上文所述的二酸和二胺，或可以包含至少部分聚合的聚酰胺。因此，所公开的方法可以包括一种用于制备聚酰胺的方法，所述方法包括：
将第一聚酰胺供给到螺杆挤出机的第一进料喉中，所述螺杆挤出机包括位于所述第一进料喉下游的第一熔体区和第一熔体输送区；
将聚醚胺添加剂供给到所述螺杆挤出机的位于所述第一熔体输送区下游的第二进料喉中；
在第二熔体区和第二熔体输送区中使所述聚醚胺添加剂(并且任选地还包含第二二酸)与所述第一聚酰胺结合；以及
在所述第二熔体输送区下游从所述螺杆挤出机回收第二聚酰胺，其中：
使用ASTM D789方法，所述第二聚酰胺的RV是约20至约60；氨基端基(AEG)含量是约15mpmg至130mpmg，或
所述第二聚酰胺的每单位重量的回潮率大于所述第一聚酰胺的每单位重量的回潮率。
与在使用常规的分批高压釜或连续工艺方法制备时由相似的进料组合物产生的聚酰胺相比，所述第二聚酰胺可以是不太黄的。
所公开的方法可以在任何合适的挤出机，例如螺杆挤出机中进行，所述挤出机包括：
机筒中的挤出机螺杆，所述机筒在第一末端处具有第一进料喉以用于加入原料以接触所述挤出机螺杆；
在所述机筒中顺序位于所述第一进料喉下游的第一熔体区；
在所述机筒中顺序位于所述第一进料喉下游的第一熔体输送区；
位于所述第一熔体输送区下游的用于将进料加入到所述螺杆挤出机中的第二进料喉；以及
在所述机筒中顺序位于所述第二进料喉下游的第二熔体区；
在所述机筒中顺序位于所述第二熔体区下游的第二熔体输送区；以及
位于所述第二熔体输送区下游的用于从所述机筒中挤出聚酰胺的装料板。
具体实施方式
本公开涉及具有改进的颜色和特性的聚合物的制备。更具体来说，本公开涉及通过在聚合物挤出步骤期间引入聚醚胺添加剂来制备聚酰胺。所挤出的聚合物适用于制备纤维，所述纤维随后可以被纺成纱线。
所公开的方法提供了功能添加剂，例如具有亲水性官能团的添加剂的有效添加，并且适当地在聚合物挤出阶段中进行。所述方法在聚合物组合物中提供包括氧化乙烯(-OCH2CH2-)重复单元的聚酰胺。已经发现，在挤出阶段期间添加聚醚胺，如RE-2000胺会产生具有优越的外观特性和同样可接受的回潮特性的挤出聚合物。
为了了解所公开的方法的优势，值得参考典型的商业聚酰胺聚合方法，这通常分多个阶段进行。在蒸发阶段中[在通常在单独的容器中完成的商业分批设备(本领域公知的蒸发器)上]，通过在适度的压力下蒸发溶液的大部分水来使盐溶液的盐浓度从约50重量％增加到约80重量％-85重量％。
一般来说，缩聚可以涉及各种连续加热循环。这些循环已经描述于《尼龙塑料手册(Nylon Plastic Handbook)》；Melvin I Kohan编著；翰思出版社(Hanser)；1995；ISBN 1-56990-189-9中，其中图2.5示出了典型的PA-66分批聚合方法以及压力、熔体温度、脱水％(以及通过推断所得出的剩余水％)的细节。这些循环可以单独地包括加热温度分布和压力分布。一般来说，意图是经由用于足够熔体的温度和用于足够溶解性的水含量的组合来保持系统处于流体状态。连续加热循环可以包括：第一加热循环(C1)，其具有在130psia至300psia的压力下在20分钟至40分钟的时间内从170℃至215℃开始并且在190℃至230℃结束的温度；第二加热循环(C2)，其具有在130psia至300psia的压力下在20分钟至45分钟的时间内从190℃至230℃开始并且在240℃至260℃结束的温度；第三加热循环(C3)，其具有在300psia至大气压的压力下在15分钟至45分钟的时间内从240℃至260℃开始并且在250℃至320℃结束的温度；以及第四加热循环(C4)，其具有在大气压至约200毫巴绝对真空的压力下在15分钟至80分钟的时间内从250℃至320℃开始并且在250℃至320℃结束的温度。在循环5阶段(C5)中，将容器密封，引入氮气的轻微压力并且使内容物准备好从高压釜容器中排出。1巴压力等于0.987个大气压。1个大气压等于14.7Psi压力。单位毫巴(mbar)意指毫巴(millibar)或10-3巴。单位Psia或psia意指Psi绝对值。单位Psig或psig意指Psi表压。压力单位“Psi”或“psi”是磅力/平方英寸。
聚合物排出阶段在循环5阶段之后发生。将聚合物经由合适的浇注出口从高压釜中排出，然后通常将排出的聚合物花边在水中冷却，然后通过切割器将冷却的花边切碎成聚合物粒料。粒料便于本地或远距离运输，重新熔融并且在熔体加工装置，如挤出机中进一步加工。或者，可以将来自高压釜的排出物直接供给到另一个熔体加工装置，如挤出机中。这些阶段和它们的原因都是本领域公知的。
本发明的申请人已经出人意料地发现，挤出阶段(在它的高剪切湍流和熔体流动条件下)对于将添加剂并入到聚合物组合物中是惊人有效的。虽然理论机制尚未完全了解，但是对挤出机机筒内的聚合物熔体所施加的挤出条件对于并入添加剂，同时避免起泡问题或高粘度物料中的混合困难来说似乎是有效的。在挤出阶段中相对短的停留时间对于使高温暴露引起的添加剂的任何化学降解减到最低限度可能是有益的。
所公开的方法可以产生具有约25至约60的甲酸法RV，例如约30至约55的甲酸法RV的聚酰胺组合物。
所公开的方法的聚酰胺组合物非常适用于制备亲水性聚酰胺组合物。因而，本公开在本文大体上还涉及改进的合成聚酰胺(尼龙)聚合物组合物。一般来说，所公开的方法的聚酰胺组合物包含尼龙和聚醚胺。如本文所用的术语“组合物”指的是不是纱线或纤维或不是含有这样的纱线或纤维的纺织品或织物或服装的组合物。然而，这样的组合物适用于制备纱线或纤维以及含有这样的纱线或纤维的纺织品或织物或服装。
一般来说，这样的聚酰胺组合物包含尼龙和聚醚胺并且可以具有在约10％至约30％的范围内的回潮率(如本文所述来测量)。这样的回潮率可以允许本发明的聚酰胺组合物在后续加工期间改进的加工性。举例来说，当被纺成纱线时，所述聚酰胺组合物可以具有20％至90％的断裂伸长率。所述聚酰胺组合物可以是酸(阴离子)或碱(阳离子)可染色的聚合物，如本文所述。在一个实施方案中，至少85％的聚合物主链(在酰胺单元之间)可以包含脂族基团。本文所论述的尼龙可以是聚己二酰己二胺(尼龙6，6)、聚己内酰胺(尼龙6)、或这些中的任一种的共聚物。在一个实施方案中，尼龙可以是尼龙6，6。一般来说，尼龙可以约50重量％至95重量％的范围内的量存在于所述聚酰胺组合物中。
合适的聚醚胺包括聚醚二胺，例如具有至少1500的重均分子量和比聚醚二胺的理想化AHEW高不到10％的胺氢当量(AHEW，定义于下文中)的聚醚胺。
合适的聚醚胺可以通过使具有约1500的分子量的聚乙二醇与通常三个至十个环氧丙烷分子反应以确保伯端羟基向仲羟基末端的高统计转化率来制备。随后将仲羟基末端转化成胺基。羟基向胺基的不完全转化产生含有残余羟基端基的聚醚二胺产物，这样的羟基在聚酰胺聚合过程期间不能形成酰胺基，从而限制了聚合的速率和程度，并且因此是不期望的。这样的不完全转化反映在聚醚二胺的胺氢当量(AHEW)值高于理想化值。RE-2000胺的技术数据表描述了所述聚醚二胺是具有2000的近似数均分子量的聚醚二胺，因此它具有每当量500g的理想化AHEW，所述数据表还报告了实际的AHEW是每当量505g。为了比较.ED-2003胺的技术数据表描述了所述聚醚二胺是具有2000的近似分子量的聚醚二胺；因此，它也具有每当量500g的理想化AHEW，所述数据表还报告了实际的AHEW是每当量575g。
术语胺氢当量(AHEW)被定义为聚醚胺的分子量除以每个分子的活性胺氢的数量。为了说明，具有2000的数均分子量并且其中聚醚的所有末端都是胺末端，因此每个分子贡献4.0个活性胺氢的理想化聚醚二胺将具有每当量500g的AHEW。为了比较，如果10％的末端实际上是羟基而不是胺，则每个分子将只有3.6个活性胺氢并且所述聚醚胺将具有每当量556g的AHEW。给定聚醚胺的每个分子的活性胺氢的数量以及因此AHEW可以根据本领域已知的和常规的技术来计算，然而，它优选地通过使用ISO 9702中所述的程序测定胺基氮含量来计算。
由所公开的方法制备的聚酰胺组合物一般包含具有比聚醚胺的理想化AHEW高不到10％的AHEW的聚醚胺。所述聚醚胺优选地是聚醚二胺。在一个实施方案中，所述聚醚胺可以是烷基聚醚胺。在一个方面，所述聚醚胺可以包括脂族基团。在再另一个方面，所述聚醚胺可以是RE-2000胺(亨斯迈国际有限责任公司(Huntsman InternationalLLC))。在一个实施方案中，所述聚醚胺是聚醚二胺并且可以具有以下结构：
合适的聚醚胺包括α，ω-二氨基聚氧化烯-氧化烯醚共聚物，例如α，ω-二氨基聚氧化乙烯-氧化四亚甲基醚共聚物，如美国专利申请号20120065362A1中所公开。
所述聚醚胺可以任选地是疏水性聚醚胺，如α，ω-二氨基聚四亚甲基二醇/聚丙二醇共聚物，其一个商业实例是聚醚胺RT 1000(亨斯迈国际有限责任公司)。
在另一个实施方案中，所述聚醚胺可以是疏水性聚醚胺，如α，ω-二氨基聚丙二醇。在一个方面，所述聚醚胺可以是RP-2009(亨斯迈国际有限责任公司)。在另一个方面，所述聚醚胺可以是RP-2005(亨斯迈国际有限责任公司)。
在另一个实施方案中，所述聚醚胺可以包含仲胺官能团。在一个方面，所述聚醚胺可以是HT-1700(亨斯迈国际有限责任公司)。
如本文所述，聚醚二胺可以用于尼龙单体的聚合中以形成聚酰胺，所述聚酰胺可以被纺成表现出良好的亲水特性的尼龙纱。这样的特性可以赋予在由这些纱线制成的服装商品中非常期望的触觉美感和穿着舒适感。
此外，聚醚胺可以存在于所述聚酰胺中并且可以具有各种分子量，这取决于所得的聚合物的所期望的特性，包括如本文所述的加工性。在一个实施方案中，所述聚醚胺可以具有至少500的分子量。在其它方面，所述聚醚胺可以具有至少2500或甚至至少5000的分子量。此外，所述聚醚胺可以所述聚酰胺的约1重量％至约20重量％的范围内的量存在。在一个方面，所述聚醚胺可以约2重量％至约15重量％，优选地约3重量％至约15重量％的范围内的量存在。在另一个优选的实施方案中，所述聚醚胺以约4重量％至约15重量％的量存在。
此外，本发明的聚酰胺还可以包含催化剂。在一个实施方案中，所述催化剂可以按重量计10ppm至10,000ppm范围内的量存在于所述聚酰胺中。在另一个方面，所述催化剂可以按重量计10ppm至1,000ppm范围内的量存在。所述催化剂可以包括但不限于磷酸、亚磷酸、连二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、其盐、以及其混合物。在一个实施方案中，所述催化剂可以是水合次磷酸钠(SHP)、次磷酸锰、苯基次膦酸钠、苯基膦酸钠、苯基次膦酸钾、苯基膦酸钾、双苯基次膦酸六亚甲基二铵、甲苯基次膦酸钾、或其混合物。
在一个实施方案中，所述催化剂存在于其中添加所述聚醚胺的尼龙中。在另一个实施方案中，所述催化剂存在于添加到尼龙中的聚醚胺中。
根据本公开的聚酰胺和聚酰胺组合物可以包含其它添加剂包装，如抗氧化剂、消泡剂、增链剂、链终止剂、热稳定剂、光学增亮剂、消光剂、抗微生物剂、润滑剂、腐蚀抑制剂、着色剂、染料等。用于这样的添加剂包装中的化学品和化合物是商业上公知的并且在聚合物工业中广泛实际应用。
本文所述的聚酰胺组合物还可以包含二酸。在一个实施方案中，所述二酸可以是含有6个至12个碳原子的脂族二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、以及其混合物。在另一个实施方案中，所述二酸可以是己二酸。所述二酸可以一定量存在于所述聚合物中以提供聚醚胺的酸基与胺基的基本上等摩尔的比例。在一个实施方案中，所述二酸存在并且是其中添加所述聚醚胺的尼龙的一部分。在另一个实施方案中，所述二酸存在并且可以是添加到尼龙中的聚醚胺的一部分。在另一个实施方案中，二酸存在并且与添加到尼龙中的聚醚胺形成盐。
如果所述聚酰胺由二酸产生，那么所述二酸可以选自由以下各项组成的组：草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、顺丁烯二酸、戊烯二酸、创伤酸、以及粘康酸、1，2-环己烷二甲酸或1，3-环己烷二甲酸、1，2-苯二乙酸或1，3-苯二乙酸、1，2-环己烷二乙酸或1，3-环己烷二乙酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、4，4′-氧代双苯甲酸、4，4-二苯甲酮二甲酸、2，6-萘二甲酸、对叔丁基间苯二甲酸以及2，5-呋喃二甲酸、以及其混合物，并且其中所述二胺选自由以下各项组成的组：乙醇二胺、三亚甲基二胺、腐胺、尸胺、六亚甲基二胺、2-甲基五亚甲基二胺、七亚甲基二胺、2-甲基六亚甲基二胺、3-甲基六亚甲基二胺、2，2-二甲基五亚甲基二胺、八亚甲基二胺、2，5-二甲基六亚甲基二胺、九亚甲基二胺、2，2，4-三甲基六亚甲基二胺和2，4，4-三甲基六亚甲基二胺、十亚甲基二胺、5-甲基壬烷二胺、异氟尔酮二胺、十一亚甲基二胺、十二亚甲基二胺、2，2，7，7-四甲基八亚甲基二胺、双(对氨基环己基)甲烷、双(氨甲基)降冰片烷、任选地被一个或多个C1至C4烷基取代的C2-C16脂族二胺、脂族聚醚二胺以及呋喃二胺，如2，5-双(氨甲基)呋喃、以及其混合物。
本公开的聚酰胺组合物在被纺成纱线时是特别有用的。在一个实施方案中，聚醚胺可以提供给聚酰胺组合物，并且因此，当形成织物时是纱线本身固有的，而不是涂覆在织物上。在一个实施方案中，纱线表现出改进的亲水特性，如通过各种水芯吸测试和回潮率测试所测量。
在一些实施方案中，由使用本公开的方法制备的聚酰胺组合物纺制的非服装纺织纱线是适用于和限于制造除服装织物的服装纺织品以外的织物的纺织品的纺织纱线。在其它实施方案中，由使用本公开的方法制备的聚酰胺组合物纺制的非服装纺织纱线仅用于制造除服装纺织品或服装织物以外的纺织品或织物。
由本文所述的聚酰胺制成的纱线可以是呈低取向纱线(LOY)、部分取向纱线(POY)或全拉伸纱线(FDY)形式的复丝纺织纱线。所述纱线可以是由部分取向纱线制成的变形纱线。此外，所述纱线可以是基本上连续的，即由一根或多根连续长丝形成。在其它实施方案中，连续长丝可以被切割成短纤维并且后者可以通过纺丝工艺转变成连续线，从而产生由更短纤维制成或包含更短纤维的连续制品。这样的纱线可以用于制备织物，所述织物进而可以用于制作服装。
在一个实施方案中，用于纺制纱线的设备和方法公开于美国专利号6,855,425中，并且类似的技术同样可以在本文制备和描述的聚酰胺的背景下进行。
在某些实施方案中，所述聚酰胺纱线在使用阴离子染料或阳离子染料的情况下具有不同的染色特征。这些染色特征可能由不同的胺端基数量所引起。氨基端基(AEG)的浓度影响聚酰胺被阴离子染料染色的深度。作为另外一种选择或除此之外，聚酰胺可以含有阴离子端基，如磺酸根端基或羧酸根端基，这些端基使得所述聚酰胺是阳离子可染色的。AEG值是以每一百万克聚合物存在多少摩尔的氨基末端(mpmg)为单位测量的。一百万克等于一吨。
在某些实施方案中，将聚酰胺纱线用包含乙烯基磺酰基和/或β-硫酸根合乙磺酰基的纤维活性染料染色。这样的纤维活性染料是从美国专利号5,810,890中获知的。
在某些实施方案中，将聚酰胺纱线用包含氮杂环基团的卤素衍生物，如三嗪、嘧啶以及喹喔啉的纤维活性染料染色。这样的纤维活性染料描述于例如美国专利号6,869,453中。
在其它实施方案中，长丝包含六亚甲基二胺的胺组分。在其它实施方案中，所述长丝包含胺组分，所述胺组分是以二胺的总重量计，六亚甲基二胺与至少20重量％的甲基五亚甲基二胺的混合物。在另外的其它实施方案中，所述聚酰胺可以包含尼龙6。
在一些实施方案中，可以将聚合物组合物直接供应到被设计和操作以处理聚合物熔体的聚合物挤出设备中。
在一些实施方案中，所述聚合物挤出设备可以包括由刚性机筒壁限制的内部流动腔。所述内部流动腔可以具有纵横比，被定义为轴向上的长度与直径的比率[L/D]，该纵横比在约20至70，优选地约30至65，并且更优选地约35至60的范围内。内部流动腔直径[D]可以在约16mm至400mm，优选地约18mm至120mm，并且更优选地约40mm至120mm的范围内。
在一些实施方案中，聚合物挤出设备可以包括机械螺杆。在另一个实施方案中，所述聚合物挤出设备可以包括一对输送螺杆，它们沿同一方向轴向同步旋转或沿相反方向反向旋转，由此聚合物物质受到向前的剪切推力，同时由于螺旋螺杆的作用而得到混合。此外，螺杆本身的构造可以使用前向输送元件、反向输送元件、捏合块、混合元件以及其它设计来改变以实现本领域公知的特定混合特征。
在一些实施方案中，所述挤出设备可以包括多个平行的轴向螺杆(卫星螺杆)。在一个实施方案中，所述挤出机是Gneuss MRS型挤出机(格诺斯有限公司(GneussKunststofftechnik GmbH))。
在一些实施方案中，所述聚合物挤出方法可以在线性挤出机中进行。在其它实施方案中，所述聚合物挤出方法可以在环形挤出机中进行。根据使用哪种挤出机设计，输送螺杆可以彼此相邻定位于同一条线中以用于线性挤出或它们在环形挤出的情况下可以圆形方式布置。这样的设计和其它变化是聚合物工业中已知的。
在一些实施方案中，输送螺杆的旋转速度一般可以在约5rpm至1500rpm，优选地约150rpm至约1200rpm的非限制性范围内。术语“rpm”被定义为每分钟的角旋转(或转动)，并且举例来说，10rpm的值意指螺杆在1分钟内围绕它的线性轴旋转(或转动)十次。一般应当了解的是，旋转速度将取决于挤出机的类型并且对于挤出机中存在的所有组成螺杆将是相同的。
在一些实施方案中，维持挤出设备中的轴向温度分布以促进聚合物物料的向前移动。在其它实施方案中，挤出设备中的轴向温度分布可以保持恒定。沿着挤出机机筒的单个熔融区中的温度可以在180℃至340℃，优选地约240℃至300℃的范围内。一般应当了解的是，这样的轴向温度分布可以通过对挤出机机筒使用外部夹套来获得。供给或去除能量的手段是本领域已知的，例如蒸汽伴热或电热等。
在一些实施方案中，聚合物物料在聚合物挤出机的流动腔内部运动时驻留的时间可以在约0.5分钟至约30.0分钟的范围内，优选地在约0.5分钟至约10.0分钟的范围内，并且更优选地在约0.6分钟至约5.0分钟的范围内。
典型的生产通量可以取决于所使用的聚合物挤出设备的类型和尺寸。应当了解的是，本领域技术人员将已经针对所期望的生产通量适当地设计和按比例放大挤出设备。
在一些实施方案中，聚合物挤出设备可以允许去除在挤出过程期间形成的副产物，如由于缩聚反应形成的那些。这样的副产物可以包括水(作为蒸汽)或在挤出条件下存在的其它挥发物。在其它实施方案中，所述聚合物挤出设备可以由用于排出在挤出过程期间形成的一种或多种副产物的至少一个装置接合。这样的装置可以被称为脱气装置并且可以经由剪切螺杆组件之间的流动管线连接。这样的装置可以由处于环境压力或20毫巴至900毫巴范围内，并且优选地150毫巴至600毫巴范围内的亚环境压力(或真空)下的出口组成。
在一些实施方案中，所述聚合物挤出设备可以允许在挤出过程期间在流动腔中引入化学添加剂，包括合适的催化剂和其它添加剂包装。在其它实施方案中，聚合物挤出设备可以由用于在挤出过程期间在流动腔中引入化学添加剂的至少一个装置接合。这样的装置可以被称为添加装置或注入装置并且可以经由剪切螺杆组件之间的流动管线连接。
在一个实施方案中，添加装置或注入装置可以包括化学添加剂制备/储存区段、气动或机械运动区段、流量检测和控制区段、以及与聚合物挤出设备的内部流动腔交接的分配区段。关于添加剂可以什么形式被引入没有限制；液体形式对于更好的可运输性、流量控制、分散以及混合来说一般是优选的。此外，在非限制性情况下，添加剂可以被维持在升高的温度并且以它的熔融状态被引入。在液体添加剂的情况下，添加装置或注入装置可以被称为液体注入[LI]系统。
本领域技术人员将了解以下事实，即在使用与聚合物挤出装置的内部流动腔交接的添加装置的情况下，在挤出装置的喉部处任何化学品的添加可以是任选的。
在一些实施方案中，聚合物挤出设备可以包括用于引入干的惰性气体介质，如氮气或氩气的一个或多个入口。所述惰性气体介质可以帮助去除任何挥发物(例如蒸汽)。在一些实施方案中，出口可以在入口的下游。在一些实施方案中，出口可以在入口的上游。
在一个实施方案中，在聚合物挤出设备的出口处，可以实施工业骤冷系统，之后是制粒或聚合物线条切割系统。应当了解的是，骤冷系统和制粒/切割系统的速度应当与聚合物挤出设备的生产速率相匹配。
以下实施例说明了本公开和它的使用能力。本公开能够具有其它和不同的实施方案，并且它的多个细节能够在各种明显的方面进行修改而不脱离本公开的精神和范围。因此，这些实施例在性质上被认为是说明性的而非限制性的。已经努力确保数字(例如量、温度等)的准确度，但应当考虑到一些误差和偏差。除非另外指示，否则份数是重量份数，温度是以℃为单位的，并且压力是以大气压为单位的。标准温度和压力被定义为25℃和1个大气压。
用于实施例中的测试方法
聚合物胺末端可以通过用标准化的高氯酸溶液对在过滤去除不溶物之后溶解在溶液中的称重的聚合物样品进行定向滴定来测量。
确定聚合物的回潮率的一种方法是通过以下方法测量。将聚合物的样品(100g)在80℃下在真空下干燥18小时。该干燥的聚合物样品的初始湿度水平优选地使用Aquatrac(PET版(4位数)；Brabender Messtechnik公司)在160℃设置下对约1.9g聚合物测量。使用这种方法测量的少于0.5重量％的湿度水平被认为表示所述聚合物已经被充分干燥。
然后在环境温度(20℃)下在没有任何搅拌的情况下将干燥的样品浸泡在脱矿质水(500g)中。在48小时之后，取出样品(约10g)并且用吸收性薄纸拍干。将样品的一部分(约5g；湿样品的重量)准确地称取到箔碟中并且在烘箱中在80℃下在真空下放置18小时。将该碟取出并且放置在干燥器中以冷却，然后重新称重(在干燥后剩下的重量)。之后每隔一段时间(例如72小时、144小时、190小时以及220小时)重复该程序直到220小时。通过以下计算来确定吸湿率：
聚合物的回潮率被定义为在220小时之后或直到样品已经达到吸湿平衡(这被定义为在24小时的时间段内重量变化不超过1％)为止(以较早者为准)的吸湿率。因此，如果吸湿平衡到220小时之时没有达到，那么回潮率是在220小时的吸湿率。当在220小时之前达到吸湿平衡时，回潮率是在平衡状态下进行的前两次连续测量的吸湿率的平均值(均值)。通过该测试，没有改性的尼龙66薄片将具有约8.5重量％的回潮率。
替代测试是将尼龙薄片纺成纱线并且通过浸泡在水中的类似的方法确定平衡吸湿率。另一种替代方法是将尼龙薄片纺成纱线并且使所述纱线暴露于相对湿度[RH％]受控的气氛，例如在23℃下50％RH并且确定平衡吸湿率。这些测试的目的是要说明与没有所述聚醚胺的组合物相比，含有亲水性聚醚胺的组合物的回潮率的改进。
使用CIE Lab技术进行颜色测量。使用Konica Minolta色度计CR-410仪器测量颜色。将D65照明体与CIE 1931 0°标准观察器一起使用。使用CIELAB色标报告结果，其中L*是亮度的量度(100的L*＝白色；0.0的L*＝黑色)，a*是红色(+)或绿色(-)的量度并且b*是黄色(+)或蓝色(-)的量度。术语“YI”是通过ASTM E313方法测量的黄度指数颜色值。
用于实施例中的测试设备
双螺杆挤出机[Coperion ZSK 18 MEGAlab]包括两个输送螺杆，它们具有18mm的直径，56L/D[即L/D比率是56]，以300RPM的速度同步旋转转动，向机筒内部的加热的物料提供高剪切前进动力。Coperion双螺杆混配机ZSK 18 MEGAlab的加工区段被设置以适合各种工艺需求并且允许进行多种多样的工艺，例如反应聚合和混配工艺。使用计量进料器将聚合物和添加剂连续地供给到双螺杆的第一机筒区段中。通过机筒的增塑区段中的捏合元件将沿着螺杆输送的产物熔融和混合。聚合物然后向前行进到其中可以添加液体的注入口，然后行进到脱气区上并且从那里行进到压力积聚区，其中它然后经由3mm孔作为花边离开模具。将浇注的花边供给到水浴中以冷却并且使得它能够经由制粒机切割成碎片。
双螺杆挤出机[TSE]包括几个连续区域；即用于供给材料、输送和混合材料、向前物料移动的喉部区域；用于聚合物构建的缩聚区域，之后是从挤出机筛网中输送出来并且使聚合物花边骤冷并且将其切割成粒料。穿过挤出机机筒的轴向温度分布被维持在其中缩聚反应最有效的范围内。
液体注入[LI]系统被集成到挤出机中以用于供给液体添加剂。挤出机机筒的LI系统连接点大致位于它的长度的中间段中。LI系统被封闭在柜内，在所述柜的内部，温度被控制以保持添加剂处于可流动的状态并且防止由于凝固引起的管线堵塞。LI系统被校准以递送对应于聚合物制品中的目标添加剂浓度的所期望的进料流速。
实施例
如本文所用的术语“N66”指的是通过六亚甲基二胺(HMD)和己二酸的缩聚所合成的聚合物。所述聚合物也被称为聚酰胺66(或PA66)、尼龙66、尼龙6-6、尼龙6/6或尼龙6，6。
如本文所用的RE-2000胺是亨斯迈国际有限责任公司的商业产品。它是具有2000的近似分子量的水溶性脂族聚醚二胺。
如本文所用的水合次磷酸钠(CAS号123333-67-5；SHP；98％)是从VWR国际公司获得的。
如本文所用的苯基次膦酸钾(CAS号16263-37-9；K-BZPA；99.7％)是从巴斯夫中间体公司(BASF Intermediates)获得的。
比较实施例A
该比较实施例说明了当将RE-2000胺与尼龙盐一起添加时，在标准高压釜聚合过程期间会发生不可接受的起泡。
为了方便处理蜡质固体，将RE-2000胺熔融并且用水稀释以得到室温可倾倒的80％混合物。
盐溶液制备：向20L玻璃容器(填充以氮气并且用氮气吹扫)中添加升温到35℃的4888g水。添加己二酸(32g，0.22mol)(经过计算以平衡来自RE-2000的胺末端)并且搅拌混合物直到溶解为止。添加上述80重量％的RE-2000水溶液(547g，0.22molRE-2000，基于2000的数均分子量)，继而添加尼龙66盐(4534g，17.3mol)，搅拌混合物直到所有固体已经溶解为止，以产生约50重量％的溶液。获取混合物的样品并且稀释到9.5重量％并且测定它的pH值是8.3。将少量的己二酸添加到50重量％溶液中直到达到8.1的样品pH值为止。
在转化成聚合物时，所述聚合物将含有并入的约10重量％的RE2000(这不包括用于平衡的己二酸)。
在15L电加热的高压釜中进行聚合过程，所述高压釜配备有搅拌器、压力传感器以及压力控制阀，经由所述压力控制阀，挥发物可以被排出，冷凝并且收集在收集罐中，通过测力传感器连续地针对物料增加对所述收集罐进行称重。所述容器还配备有热电偶，所述热电偶被放置以使得可以测定液相温度和蒸气相温度。蒸气相热电偶之一被方便地放置以使得它在液面水平上方，其中它将通常读取比液体更冷的温度，但是如果泡沫产生并且上升并且覆盖蒸气热电偶，则所测量的温度将升高到接近液体的值。
聚合过程：向15L高压釜中添加如上所制备的9775g盐溶液以及水合次磷酸钠的催化剂(1.21g，11.4mmol，相当于成品聚合物中的约85ppm P)和1.41g消泡剂AF 1316(来自ACC Silicones公司，具有10％活性成分，成品聚合物中的约33ppm)。
蒸发阶段：将高压釜密封并且用氮气(以100psia)加压/吹扫三次。将内容物以200rpm搅拌，同时开始加热并且使内容物的温度升高并且产生蒸汽压。当自生压力已经达到170psia时，将搅拌降低到约70rpm并且经由控制阀排出蒸汽以将压力维持在170psia或低于170psia，在这个阶段，内容物的温度是约189℃。这个阶段的目的是将盐溶液的浓度增加到约80重量％-85重量％。
循环1阶段：当在收集罐中已经收集到4.1kg的冷凝物时，这花费了约30分钟，在结束时液体温度是约200℃，关闭排气阀并且允许自生压力升高(搅拌器增加到80rpm)。液体温度在约18分钟内升高到约219℃直到压力达到265psia为止。蒸气温度是约211℃。
循环2阶段：在约39分钟内将控制阀保持在265psia的压力，同时液体温度逐渐升高直到它已经达到243℃为止，并且蒸气温度是约217℃。
循环3阶段：然后允许压力在约30分钟内下降到大气压(约15psia)，同时以55rpm搅拌，在此期间，液体温度升高到约267℃，并且蒸气温度是约247℃。
循环4阶段：在大气压下13分钟之后，施加真空斜坡以在15分钟内将压力从大气压降低到约350毫巴，意图是在全真空下再保持20分钟。然而，压力仅在5分钟内从15psia下降到约11.7psia(约800毫巴)，之后压力开始再次升高。蒸气温度从约250℃急剧升高到约267℃(仅比液体温度(277℃)低10℃)，这被认为指示了起泡事件。最终，高压釜中的压力到循环4结束之时达到约25psia。
循环5阶段：关闭真空系统的阀门并且向容器施加氮气压力(30psia)并且浇注聚合物。所述聚合物具有27.3的RV和71.2mpmg的AEG。
随后对真空管线的检查确认了所述管线已经被聚合物堵塞，这在起泡事件期间会发生。
实施例1
将具有34.8的RV和56的AEG的N66聚合物供给到上述双螺杆挤出机中。将螺杆速度维持在300RPM。在建立挤出机的稳定的温度分布和操作时，从挤出机中排出熔融N66的透明花边。在这些条件下继续进行，经由LI连接口将熔融的RE-2000聚醚胺(55℃-67℃热柜)引入到挤出机机筒中。将LI系统校准以使得基于总组合物，递送的进料速率将产生并入到聚合物中的约8重量％的聚醚胺(RE-2000)。
挤出的聚合物在外观上是视觉上不透明的。将聚合物在挤出机的模头处作为花边挤出并且在水浴中骤冷以凝固，之后供给到切割器中以产生约3.0mm×1.6mm尺寸的细粒料。在挤出机的排气口或挤出机的模头处没有观测到显著的起泡。所述聚合物具有30.8的RV、115.8mpmg的AEG、颜色：L*82.9、a*-1.46、b*13.8、以及29.7的YI。
实施例2
将约5.0kg/hr的N66熔体供给到双螺杆挤出机进料区1中，如上文所述。在约283℃下并且在约9巴的表压下供应N66熔体。以℃为单位的机筒温度分布维持如下：
区域 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
设定点 260 260 260 260 260 260 260 265 265 265 265 270 275
实际 260 260 260 260 258 256 257 263 266 269 270 272 274
将约400g的RE-2000胺和约29.2g的己二酸一起熔融并且添加约100ml的水以帮助己二酸与RE-2000胺反应以形成盐。将该混合物保持在热烘箱[在70℃-101℃温度范围内操作]中以蒸发掉水过夜。还将约1.21g的次磷酸钠(SHP)作为催化剂添加到该熔融的混合物中以在一起引入时帮助RE-2000-己二酸盐与熔融的尼龙反应。催化剂保持悬浮在熔融的混合物中。
在建立挤出机条件并且获得起始熔融N66的透明花边时，使用被维持在55℃-67℃热柜中的LI系统将上述含有RE-2000的熔融混合物引入到挤出机中。将LI系统校准以基于总组合物，在成品聚合物中得到约8重量％的聚醚胺浓度。
将聚合物作为花边挤出并且在水浴中骤冷以凝固，之后以57RPM速度供给到切割器中以产生约3.0mm×1.6mm尺寸的细粒料。没有观测到起泡。所述聚合物具有25.6的RV、89.0mpmg的AEG、颜色：L*84.6、a*-1.94、b*12.7、以及28.2的YI。
实施例3
重复实施例2，不同的是使用苯基次膦酸钾作为催化剂以在一起引入到挤出机中时帮助RE-2000-己二酸盐与熔融的尼龙反应。所述聚合物具有颜色：L*88.2、a*-1.29、b*5.36、以及17.45的YI。
b*和YI颜色值的比较清楚证实产品的外观在黄度降低方面的改进。
虽然已经具体地描述了本公开的说明性实施方案，但是应当了解的是，各种其它改动将是本领域技术人员显而易见的并且可以容易地由本领域技术人员作出而不脱离本公开的精神和范围。因此，不希望的是，本发明的权利要求书的范围限于本文所阐述的实施例和说明，而是权利要求书被视为涵盖了本公开中所存在的所有可取得专利的新颖性特征，包括将由本公开所属领域的技术人员认为是其等同方案的所有特征。

Claims (22)

1.一种用于制备聚酰胺的方法，所述方法包括：
a)将二酸和二胺供给到螺杆挤出机的第一进料喉中，所述螺杆挤出机包括位于所述第一进料喉下游的第一熔体区和第一熔体输送区；
b)使所述二酸和所述二胺至少部分聚合以形成第一聚酰胺；
c)将聚醚胺添加剂供给到所述螺杆挤出机的位于所述第一熔体输送区下游的第二进料喉中；
d)在第二熔体区和第二熔体输送区中使所述聚醚胺添加剂与所述第一聚酰胺结合；以及
e)在所述第二熔体输送区下游从所述螺杆挤出机回收第二聚酰胺，其中：
i)使用ASTM D789方法，所述第二聚酰胺的RV是约20至约60；或
ii)氨基端基(AEG)含量是约15mpmg至130mpmg。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将第二二酸供给到步骤(c)中以及在步骤(d)中将所述第二二酸并入到所述第一聚酰胺中。
3.如权利要求1或2所述的用于制备聚酰胺的方法，其中所述聚醚胺添加剂的热稳定性小于所述第一聚酰胺的热稳定性。
4.如权利要求1或2所述的用于制备聚酰胺的方法，其中所述第二聚酰胺的回潮率大于所述第一聚酰胺的回潮率。
5.如权利要求1或2所述的用于制备聚酰胺的方法，其中所述第二聚酰胺的回潮率是≥6重量％至≤30重量％。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第二聚酰胺的回潮率是≥10重量％至≤15重量％。
7.如权利要求1或2所述的用于制备聚酰胺的方法，其中所述聚醚胺含有一种或多种添加剂。
8.如权利要求1或2所述的用于制备聚酰胺的方法，其中添加剂是催化剂。
9.如权利要求1或2所述的用于制备聚酰胺的方法，其中所述催化剂选自由以下各项组成的组：磷酸、亚磷酸、连二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、其盐、以及其混合物。
10.如权利要求1或2所述的用于制备聚酰胺的方法，其中所述催化剂选自由以下各项组成的组：水合次磷酸钠(SHP)、次磷酸锰、苯基次膦酸钠、苯基膦酸钠、苯基次膦酸钾、苯基膦酸钾、双苯基次膦酸六亚甲基二铵、甲苯基次膦酸钾、以及其混合物。
11.如权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括将抗氧化剂或热稳定剂添加到所述第一聚酰胺或所述第二聚酰胺中。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述添加剂包含二羧酸。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述二羧酸是己二酸。
14.一种用于制备聚酰胺的方法，所述方法包括：
a)将第一聚酰胺供给到螺杆挤出机的第一进料喉中，所述螺杆挤出机包括位于所述第一进料喉下游的第一熔体区和第一熔体输送区；
b)将聚醚胺添加剂供给到所述螺杆挤出机的位于所述第一熔体输送区下游的第二进料喉中；
c)在第二熔体区和第二熔体输送区中使所述聚醚胺添加剂与所述第一聚酰胺结合；以及
d)在所述第二熔体输送区下游从所述螺杆挤出机回收第二聚酰胺，其中：
i)使用ASTM D789，所述第二聚酰胺的RV是≥20至≤60；以及
ii)氨基端基(AEG)含量是约15mpmg至130mpmg，或
iii)所述第二聚酰胺的每单位重量的回潮率大于所述第一聚酰胺的每单位重量的回潮率。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述聚醚胺添加剂的热稳定性小于所述第一聚酰胺的热稳定性。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述第二聚酰胺的回潮率是≥6重量％至≤30重量％。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第二聚酰胺的回潮率是≥10重量％至≤15重量％。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述聚醚胺包含一种或多种添加剂。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述添加剂是催化剂。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述催化剂选自由以下各项组成的组：磷酸、亚磷酸、连二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、其盐、以及其混合物。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述催化剂选自由以下各项组成的组：水合次磷酸钠(SHP)、次磷酸锰、苯基次膦酸钠、苯基膦酸钠、苯基次膦酸钾、苯基膦酸钾、双苯基次膦酸六亚甲基二铵、甲苯基次膦酸钾、以及其混合物。
22.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括将抗氧化剂或热稳定剂添加到所述第一聚酰胺或所述第二聚酰胺中。
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