DE10313682A1 - Process for the production of polyamides - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, deren Oligomeren oder Gemischen davon, gegebenenfalls mit weiteren Umsetzungsprodukten, durch Umsetzung von Aminonitrilen oder Dinitrilen und Diaminen oder einem Gemisch, enthaltend Aminonitril, Dinitril und Diamin, und gegebenenfalls weiteren polyamidbildenden Monomeren und/oder Oligomeren mit Wasser in einem Reaktor (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) DOLLAR A - eine Kesselkaskade darstellt mit DOLLAR A - mindestens zwei in Reihe geschalteten Kesseln (4), wobei DOLLAR A - jeder Kessel (4) durch je einen Flüssigkeitsüberlauf (6) mit dem unmittelbar nachfolgenden Kessel (4) verbunden ist und über den Flüssigkeitsüberlauf (6) des letzten Kessels (4) ein flüssiger Produktstrom abgezogen wird, DOLLAR A - über den Gasraum (7) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in jedem Kessel (4) entstehendes Ammoniak und gegebenenfalls weitere entstehende niedermolekulare Verbindungen und Wasser abgezogen werden (2).Process for the preparation of polyamides, their oligomers or mixtures thereof, optionally with further reaction products, by reacting aminonitriles or dinitriles and diamines or a mixture comprising aminonitrile, dinitrile and diamine, and optionally further polyamide-forming monomers and / or oligomers with water in a reactor (1), characterized in that the reactor (1) DOLLAR A - a boiler cascade with DOLLAR A - at least two boilers (4) connected in series, DOLLAR A - each boiler (4) with a liquid overflow (6) each the immediately following boiler (4) is connected and a liquid product stream is withdrawn via the liquid overflow (6) of the last boiler (4), DOLLAR A - ammonia formed in the tank (4) above the liquid level in each boiler (4) and possibly further low-molecular compounds and water are removed (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, deren Oligomeren oder Gemischen davon, gegebenenfalls mit weiteren Umsetzungsprodukten, durch Umsetzung von Aminonitrilen oder von Dinitrilen und Diaminen oder einem Gemisch enthaltend Aminonitril, Dintiril und Diamin und gegebenenfalls weiteren polyamidbildenden Monomeren und/oder Oligomeren mit Wasser.The present invention relates to a process for the preparation of polyamides, their oligomers or Mixtures thereof, optionally with further reaction products, by reacting aminonitriles or dinitriles and diamines or a mixture containing aminonitrile, dintiril and diamine and optionally further polyamide-forming monomers and / or oligomers with water.
Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, deren Oligomeren oder Gemischen davon, gegebenenfalls mit weiteren Umsetzungsprodukten, durch Umsetzung von Aminonitrilen oder von Dinitrilen und Diaminen oder einem Gemisch enthaltend Aminonitril, Dinitril und Diamin und gegebenenfalls weiteren polyamidbildenden Monomeren und/oder Oligomeren mit Wasser, insbesondere solche kontinuierlichen Verfahren, sind bekannt.Process for the preparation of polyamides, their Oligomers or mixtures thereof, optionally with further reaction products, by reacting aminonitriles or dinitriles and diamines or a mixture containing aminonitrile, dinitrile and diamine and optionally further polyamide-forming monomers and / or oligomers with water, especially such continuous processes known.
So beschreibt WO 99/43732 die Durchführung solcher insbesondere kontinuierlicher Verfahren in einer Reaktivdestillationsvorrichtung, wobei im unteren Teil der Reaktivdestillationsvorrichtung Wärme eingebracht wird. Die Umsetzungsprodukte werden der Reaktivdestillationsvorrichtung im Sumpf, bei der Reaktion entstehender Ammoniak, gegebenenfalls weitere entstehende niedermolekulare Verbindungen und Wasser über Kopf entnommen. Als mögliche Reaktivdestillationskolonnen werden Bodenkolonnen, Blasenkolonnen oder Trennwandkolonnen genannt.So WO 99/43732 describes the implementation of such in particular continuous processes in a reactive distillation device, heat being introduced into the lower part of the reactive distillation device becomes. The reaction products are the reactive distillation device in the sump, ammonia formed during the reaction, optionally further emerging low molecular weight compounds and water overhead taken. As possible Reactive distillation columns become tray columns, bubble columns or called dividing wall columns.
Zur Vergleichmäßigung der Temperatur sollten
gemäß
Gemäß WO 99/43732 ist in den genannten Verfahren die Phasendurchmischung wegen des geringen Flüssigkeits-hold-ups auf den Böden begrenzt. Zur Verbesserung der Phasendurchmischung könnte der Flüssigkeits-hold-up auf den Böden vergrößert werden. Dies führt allerdings zu einem höheren gasseitigen Druckverlust über die Böden. Hierdurch entsteht eine größere Temperaturspreizung über die Böden mit der Folge von sehr unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten. Dies kann im unteren Teil des Reaktors zu Zersetzungen des Produkts führen, während im oberen Teil des Reaktors die Reaktion wegen zu niedriger Temperatur einschläft.According to WO 99/43732 is in the mentioned method the phase mixing due to the low liquid hold-up on the Soils limited. To improve the phase mixing, the liquid hold-up on the floors could be increased. this leads to however to a higher one gas-side pressure loss over the floors. This creates a greater temperature spread across the Floors with the consequence of very different reaction rates. This can cause decomposition of the product in the lower part of the reactor to lead, while in the upper part of the reactor the reaction due to too low temperature asleep.
Zudem ist es Ziel der genannten Verfahren, eine Auftrennung des Gemischs aus Wasser und Ammoniak und der polymeren Produkte durch Rektifikation in Kopf- und Sumpfprodukt vorzunehmen. Dies bedingt einen Temperaturgradienten über die Höhe der Apparatur, um den gewünschten Trenneffekt zu erzielen.In addition, the aim of the above-mentioned processes is to: Separation of the mixture of water and ammonia and the polymer Make products by rectification in the top and bottom product. This requires a temperature gradient over the height of the apparatus to the desired To achieve separation effect.
So soll gemäß WO 00/24808 im oberen Teil des beschriebenen „multistage"-Reaktors die Temperatur, und darüber der Wassergehalt, derart eingestellt werden, dass einerseits eine ausreichende Hydrolyse gewährleistet ist; andererseits soll aber eine Entgasung niedermolekularer Umsetzungsprodukte vermieden werden.According to WO 00/24808 in the upper part of the described "multistage" reactor the temperature, and above the water content can be adjusted so that on the one hand a sufficient hydrolysis guaranteed is; on the other hand, however, degassing of low molecular weight reaction products is to be avoided become.
Die Polymerisation in dem genannten „multistage"-Reaktor bringt also den Nachteil mit sich, dass die zur Einschränkung der Entgasung von niedermolekularen organischen Verbindungen im oberen Apparateteil erforderlichen niedrigen Temperaturen eine optimale Hydrolyse der Nitrilgruppen und Amidgruppen nicht in einer angemessenen Verweilzeit ermöglicht. Im unteren Teil des „multistage"-Reaktors liegt bei hohen Temperaturen ein so niedriger Wassergehalt vor, dass die Viskosität der Produktschmelze heraufgesetzt wird, so dass hohe gasseitige Strömungsverluste entstehen. Desweiteren wird bei hohen Temperaturen das Produkt geschädigt.The polymerization in the “multistage” reactor mentioned brings the disadvantage with it that to restrict the degassing of low molecular weight organic compounds required in the upper part of the apparatus Temperatures an optimal hydrolysis of the nitrile groups and amide groups not allowed in a reasonable dwell time. In the lower part of the "multistage" reactor is included high temperatures such a low water content that the viscosity of the product melt is increased so that high gas-side flow losses arise. Furthermore the product is damaged at high temperatures.
Wünschenswert ist bei diesen Verfahren eine weitere Vergleichmäßigung des Temperaturprofils über die Reaktionsstrecke und eine Verbesserung der Durchmischung der Reaktionskomponenten, die zu einer Reduzierung der durchschnittlichen Reaktionsdauer führen und so die Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Polyamiden auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise unter Vermeidung der genannten Nachteile ermöglichen.Desirable is a further equalization of the temperature profile over the Reaction path and an improvement in the mixing of the reaction components, which lead to a reduction in the average reaction time and so the implementation a process for the production of polyamides on technically simple and economical way while avoiding the disadvantages mentioned enable.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung
von Polyamiden, deren Oligomeren oder Gemischen davon, gegebenenfalls
mit weiteren Umsetzungsprodukten, durch Umsetzung von Aminonitrilen oder
Dintrilen und Diaminen oder einem Gemisch, enthaltend Aminonitril,
Dinitril und Diamin, und gegebenenfalls weiteren polyamidbildenden
Monomeren und/oder Oligomeren mit Wasser in einem Reaktor (
eine Kesselkaskade darstellt mit
mindestens
zwei in Reihe geschalteten Kesseln (
jeder
Kessel (
über
den Gasraum (
gefunden.Accordingly, a process for the preparation of polyamides, their oligomers or mixtures thereof, optionally with further reaction products, by reacting aminonitriles or dintriles and diamines or a mixture containing aminonitrile, dinitrile and diamine, and optionally further polyamide-forming monomers and / or oligomers with water in a reactor (
represents a cascade with
at least two boilers connected in series (
each boiler (
over the gas space (
found.
Das Verfahren kann vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden.The process can preferably be continuous carried out become.
Das Verfahren kann über Reaktor
(
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
als Kessel (
Das Leitblech kann in einer bevorzugten Ausführungsform als zylindermantelförmiges Einsteckrohr ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the guide plate can as a cylindrical jacket Insert tube be formed.
Das mindestens eine Leitblech ist vom Flüssigkeitsspiegel sowie vom Boden des Kessels vorteilhaft beabstandet, bevorzugt dergestalt, daß im wesentlichen keine Drosselung der Flüssigkeitsströmung durch das Leitblech erfolgt. Die Abstände des Leitblechs oder der Leitbleche zur Flüssigkeitsoberfläche sowie auch zum Boden des Kessel sind somit bevorzugt in der Weise festzulegen, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit bei der Umlenkung durch das Leitblech nicht oder nur geringfügig verändert.That is at least one baffle from the liquid level and advantageously spaced from the bottom of the boiler, preferably in such a way that in essentially no throttling of the liquid flow through the baffle is done. The distances the baffle or the baffles to the liquid surface and The bottom of the boiler should therefore preferably be fixed in such a way that itself the flow rate the liquid not or only slightly changed when deflected by the guide plate.
Bezüglich der Gesamthöhe des Leitblechs gibt es grundsätzlich keine Einschränkungen. Diese kann insbesondere in Abhängigkeit von der gewünschten Verweilzeit pro Kessel, unter gleichzeitiger Berücksichtigung einer ausreichenden Durchmischung, entsprechend dimensioniert werden.Regarding the total height of the baffle it basically no restrictions. This can depend in particular of the desired Dwell time per boiler, while taking sufficient time into account Mixing can be dimensioned accordingly.
Mindestens einer, wie einzelne oder
alle, der Kessel (
In einer vorteilhaften Ausführungsform
kann mindestens einer, wie einzelne oder alle, der Kessel (
Die Einleitung eines Stromes (
Die Zuführung eines oder mehrerer flüssiger, flüssig/fester,
gasförmig/flüssiger oder
gasförmig/flüssig/fester
Eduktströme
kann in einen oder mehrerer Kessel (
Weiterhin kann man in einen oder
mehreren der Kessel im mittleren oder hinteren Bereich von Reaktor
(
Der Reaktor (
Die Zahl der Kessel kann vorteilhaft höchstens 10, bevorzugt höchstens 7, insbesondere höchstens 5 betragen.The number of boilers can be advantageous at the most 10, preferably at most 7, in particular at most 5.
Die Zahl der Kessel kann vorteilhaft mindestens 2, insbesondere mindestens 3 betragen.The number of boilers can be advantageous be at least 2, in particular at least 3.
Die Geometrie der Kessel (
Aus den Kesseln (
Erfindungsgemäß wird über den Flüssigkeitsüberlauf (
In einer bevorzugten Ausführungsform
kann man einen Teil des dem letzten Kessel des Reaktors (
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
kann man einen Teil oder die Gesamtheit des dem letzten Kessel des
Reaktors (
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
kann man aus mindestens einer der im letzten Kessel des Reaktors
(
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
kann man aus mindestens einer der im letzten Kessel des Reaktors
(
Der in diesen bevorzugten Ausführungsformen
eingesetzte Wärmetauscher
kann sich in dem Reaktor (
In einer bevorzugten Ausführungsform kann in einer oder mehreren, bevorzugt in allen Kesseln des Reaktors ein Feststoffkatalysator eingebracht sein, insbesondere als Feststoffschüttung oder in Form von mit Katalysator beschichteten geordneten Packungen, beispielsweise Monolithen.In a preferred embodiment can in one or more, preferably in all vessels of the reactor a solid catalyst can be introduced, in particular as a solid bed or in the form of ordered packings coated with catalyst, for example monoliths.
Weiter bevorzugt kann in einer oder mehreren, bevorzugt in allen Kesseln ein Ionenaustauscherharz eingebracht sein.More preferably, one or more than one, preferably in all boilers, an ion exchange resin is introduced his.
Der Reaktor hat somit den Vorteil, daß er für gas/flüssig- oder gas/flüssig/fest-Reaktionen eine sehr gute Phasendurchmischung und somit einen hohen Umsatzgrad sowie nach erfolgter Durchmischung und Reaktion eine weitgehende Auftrennung von gasförmiger und flüssiger Phase gewährleistet.The reactor therefore has the advantage that he for gas / liquid or gas / liquid / solid reactions a very good phase mixing and thus a high degree of turnover as well after thorough mixing and reaction, an extensive separation of gaseous and more fluid Phase guaranteed.
In einer möglichen Fahrweise werden zum Beispiel
Aminonitril oder Dinitril und Diamin oder ein Gemisch, enthaltend
Aminonitril, Dinitril und Diamin, und Wasser in einen oder mehrere
der vorderen Kessel, wie dem ersten Kessel, von Reaktor (
In einer weiteren möglichen
Fahrweise werden zum Beispiel Nitrilgruppen-haltige Verbindungen,
insbesondere Aminonitril oder Dinitril oder ein Gemisch, enthaltend
Aminonitril und Dinitril, und Wasser in einen oder mehrere der vorderen
Kessel, wie dem ersten Kessel, von Reaktor (
Durch diese integrierte Prozeßführung mit kontinuierlicher Produktabtrennung wird ein idealer, paralleler Wärme- und Stoffaustausch mit hohem exergetischem Wirkungsgrad realisiert, der zudem durch ein schnelles Aufheizen der Edukte und ihre gleichmäßige Vermischung gekennzeichnet ist.Through this integrated process control with continuous Product separation becomes an ideal, parallel heat and material exchange with high exergetic efficiency, which is also achieved through a rapid heating of the starting materials and their uniform mixing characterized is.
Für
das vorliegende Reaktionssystem gewährleistet die Gegenstromführung von
Präpolymer und
dem Reaktionsprodukt Ammoniak, kombiniert mit der kontinuierlichen
Ammoniakabtrennung über die
Kessel von Reaktor (
Es wurde gefunden, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren höhere Umsätze zum Wertprodukt als ohne kontinuierliche Ammoniakabtrennung über die Kessel erreicht werden, wodurch die Reaktionszeit verkürzt und die Bildung unerwünschter Nebenkomponenten reduziert wird.It was found that by the inventive method higher revenues to the product of value than without continuous ammonia removal via the Boilers can be reached, which shortens the response time and the formation of undesirable Minor components is reduced.
Zur Unterstützung der Umsetzung können beliebige
Katalysatoren eingesetzt werden, die die Hydrolyse und/oder Kondensation
beschleunigen. Bevorzugt sind solche Katalysatoren, die entweder
in fester Form eingebracht und folglich leicht vom Wertprodukt abgetrennt
werden können
oder aber als Beschichtung auf Reaktorteilen, wie einer Wandbeschichtung
eines oder mehrerer oder aller der Kessel (
Gegenstand der Erfindung ist ein, vorzugsweise kontinuierliches, Verfahren zur hydrolytischen Umsetzung von Aminonitrilen oder Dinitrilen und Diaminen oder einem Gemisch, enthaltend Aminonitril, Dinitril und Diamin, zu Polyamid und/oder dessen Vor produkten und gegebenenfalls weiteren polyamidbildenden Mono- und Oligomeren zu Polyamid.The invention relates to a preferably continuous, process for hydrolytic conversion aminonitriles or dinitriles and diamines or a mixture, containing aminonitrile, dinitrile and diamine, to polyamide and / or Its pre-products and any other polyamide-forming products Mono- and oligomers to polyamide.
Vorzugsweise wird Aminonitril oder
Dinitril und Diamin oder ein Gemisch, enthaltend Aminonitril, Dinitril
und Diamin, in einen oder mehrere der vorderen Kessel, insbesondere
den ersten Kessel, von Reaktor (
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
kann man zum Beispiel Nitrilgruppenhaltige Verbindungen, insbesondere
Aminonitril oder Dinitril oder ein Gemisch, enthaltend Aminonitril
und Dinitril, in einen oder mehrere der vorderen Kessel, insbesondere
den ersten Kessel, von Reaktor (
Gewünschtenfalls können die Edukte vorgewärmt werden.If desired, the Educts preheated become.
Es wurde gefunden, daß auch das Einbringen von Katalysatorpellets in den Apparat zu einer Vergleichmäßigung der Gas- und Flüssigkeitsströmung in den Kesseln führt.It was found that that too Introducing catalyst pellets into the apparatus to even out the Gas and liquid flow in leads the cauldrons.
Die Ammoniakreduktion in der Schmelze kann durch Strippen mit Inertgasen (wie Stickstoff) oder Wasserdampf zusätzlich unterstützt werden.The ammonia reduction in the melt can by stripping with inert gases (such as nitrogen) or water vapor additionally supports become.
Als Aminonitril können prinzipiell alle Aminonitrile, das heißt Verbindungen, die sowohl mindestens eine Amino- als auch mindestens eine Nitrilgruppe aufweisen, eingesetzt werden. Unter diesen sind ω-Aminonitrile bevorzugt, wobei unter letzteren insbesondere ω-Aminoalkylnitrile mit 4 bis 12 C-Atomen, weiter bevorzugt 4 bis 9 C-Atomen im Alkylenrest, oder ein Aminoalkylarylnitril mit 8 bis 13 C-Atomen eingesetzt werden, wobei dort solche bevorzugt werden, die zwischen der aromatischen Einheit und der Amino- und Nitrilgruppe einen Alkyl-Spacer mit mindestens einem C-Atom aufweisen. Unter den Aminoalkylarylnitrilen sind insbesondere solche bevorzugt, die die Amino- und Nitrilgruppe in 1,4-Stellung zueinander aufweisen.In principle, all aminonitriles, this means Compounds that have both at least one amino and at least one have a nitrile group, are used. Among them are ω-aminonitriles preferred, with the latter in particular ω-aminoalkyl nitriles with 4 to 12 carbon atoms, more preferably 4 to 9 carbon atoms in the alkylene radical, or an aminoalkylaryl nitrile with 8 to 13 carbon atoms can be used, preference is given to those between the aromatic Unit and the amino and nitrile group an alkyl spacer with at least have a carbon atom. Among the aminoalkylaryl nitriles are in particular preferred those that the amino and Have nitrile group in the 1,4 position to each other.
Als ω-Aminoalkylnitril setzt man weiter bevorzugt lineare ω-Aminoalkylnitrile ein, wobei der Alkylenrest (-CH2-) vorzugsweise 4 bis 12 C-Atome, weiter bevorzugt von 4 bis 9 C-Atome enthält, wie 6-Amino-1-cyanopentan (6-Aminocapronitril), 7-Amino-1-cyanohexan, 8-Amino-1-cyanoheptan, 9-Amino-1-cyanooctan, 10-Amino-1-cyanononan, besonders bevorzugt 6-Aminocapronitril.Linear ω-aminoalkyl nitriles are more preferably used as the ω-aminoalkyl nitrile, the alkylene radical (-CH 2 -) preferably containing 4 to 12 carbon atoms, more preferably 4 to 9 carbon atoms, such as 6-amino-1-cyanopentane (6-aminocapronitrile), 7-amino-1-cyanohexane, 8-amino-1-cyanoheptane, 9-amino-1-cyanooctane, 10-amino-1-cyanononane, particularly preferably 6-aminocapronitrile.
6-Aminocapronitril erhält man üblicherweise durch
Hydrierung von Adipodinitril nach bekannten Verfahren, beispielsweise
beschrieben in
Selbstverständlich können auch Gemische mehrerer Aminonitrile oder Gemische eines Aminonitrils mit weiteren Comonomeren, zum Beispiel Caprolactam oder das untenstehend näher definierte Gemisch, eingesetzt werden.Of course, mixtures of several can Aminonitriles or mixtures of an aminonitrile with other comonomers, for example caprolactam or the mixture defined in more detail below become.
Als Dinitril können prinzipiell alle Dinitrile, das heißt Verbindungen, die mindestens zwei Nitrilgruppen aufweisen, eingesetzt werden. Unter diesen sind α,ω-Dinitrile bevorzugt, wobei unter letzteren insbesondere α,ω-Dinitrile mit 4 bis 12 C-Atomen, weiter bevorzugt 4 bis 9 C-Atomen im Alkylenrest, oder ein Cyanoalkylarylnitril mit 7 bis 12 C-Atomen eingesetzt werden, wobei dort solche bevorzugt werden, die zwischen der aromatischen Einheit und den beiden Nitrilgruppe einen Alkyl-Spacer mit mindestens einem C-Atom aufweisen. Unter den Cyanoalkylarylnitrilen sind insbesondere solche bevorzugt, die die beiden Nitrilgruppen in 1,4-Stellung zueinander aufweisen.In principle, all dinitriles, this means Compounds which have at least two nitrile groups are used become. Among them are α, ω-dinitriles preferred, with the latter in particular α, ω-dinitriles having 4 to 12 carbon atoms, more preferably 4 to 9 carbon atoms in the alkylene radical, or a cyanoalkylaryl nitrile with 7 to 12 carbon atoms are used, where there are preferred those between the aromatic unit and the two nitrile groups an alkyl spacer have at least one carbon atom. Among the cyanoalkylaryl nitriles those which have the two nitrile groups are particularly preferred have in the 1,4 position to each other.
Als α,ω-Alkylendinitril setzt man weiter bevorzugt lineare α,ω-Alkylendinitrile ein, wobei der Alkylenrest (-CH2-) vorzugsweise 3 bis 11 C-Atome, weiter bevorzugt von 3 bis 8 C-Atome enthält, wie 1,4-Dicyanbutan (Adipodinitril), 1,5-Dicyanpentan, 1,6-Dicyanhexan, 1,7-Dicyanheptan, 1,8-Dicyanooctan, 1,9-Dicyannonan, 1,10-Dicyandecan, besonders bevorzugt Adipodinitril.The α, ω-alkylenedinitrile used is more preferably linear α, ω-alkylenedinitrile, the alkylene radical (-CH 2 -) preferably containing 3 to 11 carbon atoms, more preferably 3 to 8 carbon atoms, such as 1.4 -Dicyanbutane (adipodinitrile), 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanhexane, 1,7-dicyanheptane, 1,8-dicyanooctane, 1,9-dicyannonane, 1,10-dicyandecane, particularly preferably adipodinitrile.
Als Diamin können prinzipiell alle Diamine, das heißt Verbindungen, die mindestens zwei Aminogruppe aufweisen, eingesetzt werden. Unter diesen sind α,ω-Diamine bevorzugt, wobei unter letzteren insbesondere α,ω-Diamine mit 4 bis 14 C-Atomen, weiter bevorzugt 4 bis 10 C-Atomen im Alkylenrest, oder ein Aminoalkylarylamin mit 7 bis 12 C-Atomen eingesetzt werden, wobei dort solche bevorzugt werden, die zwischen der aromatischen Einheit und den beiden Nitrilgruppe einen Alkyl-Spacer mit mindestens einem C-Atom aufweisen. Unter den Aminoalkylarylaminen sind insbesondere solche bevorzugt, die die beiden Aminogruppen in 1,4-Stellung zueinander aufweisen.In principle, all diamines, that is called Compounds that have at least two amino group used become. Among them are α, ω-diamines preferred, with the latter in particular α, ω-diamines having 4 to 14 C atoms, further preferably 4 to 10 carbon atoms in the alkylene radical, or an aminoalkylarylamine can be used with 7 to 12 carbon atoms, preference being given to those there be that between the aromatic unit and the two nitrile group have an alkyl spacer with at least one carbon atom. Under the aminoalkylarylamines are particularly preferred those which have two amino groups in the 1,4-position to each other.
Als α,ω-Alkylendiamin setzt man weiter bevorzugt lineare α,ω-Alkylendiamine ein, wobei der Alkylenrest (-CH2-) vorzugsweise 3 bis 12 C-Atome, weiter bevorzugt von 3 bis 8 C-Atome enthält, wie 1,4-Diaminobutan, 1,5-Diaminopentan, 1,6-Diaminohexan (Hexamethylendiamin), 1,7-Diaminoheptan, 1,8-Diaminooctan, 1,9-Diaminononan, 1,10-Diaminodecan, besonders bevorzugt Hexamethylendiamin.As α, ω-alkylenediamine one continues to be preferably linear α, ω-alkylenediamines, the alkylene radical (-CH 2 -) preferably containing 3 to 12 C atoms, more preferably 3 to 8 C atoms, such as 1,4-diaminobutane, 1,5-diaminopentane, 1,6-diaminohexane (hexamethylenediamine), 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,10-diaminodecane, particularly preferably hexamethylenediamine.
Gewünschtenfalls kann man auch Diamine, Dinitrile und Aminonitrile, die sich von verzweigten Alkylen- oder Arylen- oder Alkylarylenen ableiten, verwenden, wie 2-Methylglutarodinitril oder 2-Methyl-1,5-diaminopentan.If you want, you can also Diamines, dinitriles and aminonitriles, which are branched alkylene or derived from arylene or alkylarylenes, such as 2-methylglutarodinitrile or 2-methyl-1,5-diaminopentane.
Setzt man bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Polyamiden Dinitrile und Diamine oder ein Gemisch, enthaltend Dinitril, Diamin und Aminonitril, ein, so hat sich ein molares Verhältnis der in den Einsatzstoffen vorhandenen, zur Polyamidbildung fähigen Nitrilgruppen zu den in den Einsatzstoffen vorhandenen, zur Polyamidbildung fähigen Aminogruppen im Bereich von 0,9 bis 1,1, vorzugsweise 0,95 bis 1,05, insbesondere 0,99 bis 1,01, besonders bevorzugt von 1, als vorteilhaft erwiesen.Is used in the production according to the invention of polyamides containing dinitriles and diamines or a mixture Dinitrile, diamine and aminonitrile, so has a molar ratio of Nitrile groups present in the feedstocks capable of forming polyamides to the amino groups present in the feedstocks capable of forming polyamides in the range of 0.9 to 1.1, preferably 0.95 to 1.05, in particular 0.99 to 1.01, particularly preferably of 1, has proven to be advantageous.
Als weitere polyamidbildende Monomere kann man beispielsweise Dicarbonsäuren, wie Alkandicarbonsäuren mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure oder Sebazinsäure sowie Terephthalsäure, Isophthalsäure und Cyclohexandicarbonsäure, oder Aminosäuren, wie Alkan-Aminosäuren mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere α, ω-C5-C12-Aminosäuren einsetzen.Other polyamide-forming monomers which can be used are, for example, dicarboxylic acids, such as alkanedicarboxylic acids having 6 to 12 carbon atoms, in particular 6 to 10 carbon atoms, such as adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid or sebacic acid and terephthalic acid, isophthalic acid and cyclohexanedicarboxylic acid, or amino acids, such as alkane-amino acids with 5 to 12 amino acids Use 12 carbon atoms, especially α, ω-C 5 -C 12 amino acids.
Als α,ω-C5-C12-Aminosäure kann man 5-Aminopentansäure, 6-Aminohexansäure, 7-Aminoheptansäure, 8-Aminooctansäure, 9-Aminononansäure, 10-Aminodecansäure, 11-Aminoundecansäure und 12-Aminododecansäure, bevorzugt 6-Aminohexansäure, oder deren inneren Amide, sogenannte Lactame, insbesondere Caprolactam, einsetzen.As α, ω-C 5 -C 12 amino acid there can be 5-aminopentanoic acid, 6-aminohexanoic acid, 7-aminoheptanoic acid, 8-aminooctanoic acid, 9-aminononanoic acid, 10-aminodecanoic acid, 11-aminoundecanoic acid and 12-aminododecanoic acid, preferably 6-aminohexanoic acid , or their internal amides, so-called lactams, in particular caprolactam.
Als Ausgangsstoffe im erfindungsgemäßen Verfahren
eignen sich ferner Gemische mit Aminocarbonsäureverbindungen der allgemeinen
Formel I
In der R1 für -OH, -OC1–12-Alkyl oder -NR2R3 unabhängig voneinander Wasserstoff, C1 12-Alkyl und C5_8-Cycloalkyl, und m für 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 stehen.In the R 1 for -OH, -OC 1-12 alkyl or -NR 2 R 3 independently of one another hydrogen, C 1 12 alkyl and C 5 _ 8 cycloalkyl, and m for 3, 4, 5, 6, 7 , 8, 9, 10, 11 or 12.
Besonders bevorzugte Aminocarbonsäureverbindungen sind solche, in denen R1 OH, -O-C1–4Alkyl wie -O-Methyl, -O-Ethyl, -O-n-Propyl, -O-i-Propyl, -O-n-Butyl, -O-sek.-Butyl, -O-ter.-Butyl und -NR2R3 wie -NH2, -NHMe, -NHEt, -NMe2 und -NEt2 bedeuten, und m für 5 steht.Particularly preferred aminocarboxylic acid compounds are those in which R 1 OH, -OC 1-4 alkyl such as -O-methyl, -O-ethyl, -On-propyl, -Oi-propyl, -On-butyl, -O-sec.- Butyl, -O-ter.-butyl and -NR 2 R 3 as -NH 2 , -NHMe, -NHEt, -NMe 2 and -NEt 2 mean, and m is 5.
Ganz besonders bevorzugt sind 6-Amninocapronsäure, 6-Aminocapronsäuremethylester, 6--Aminocapronsäureethylester, 6-Aminocapronsäuremethylamid, 6-Aminocapronsäuredimethylamid, 6-Aminocapronsäureethylamid, 6-Aminocapronsäurediethylamid und 6-Aminocapronsäureamid.6-Aminocaproic acid, 6-aminocaproic acid methyl ester, 6-aminocaproic acid ethyl ester are very particularly preferred, 6-Aminocapronsäuremethylamid, 6-aminocaproic acid dimethylamide, 6-aminocaproic acid ethyl amide, 6-Aminocapronsäurediethylamid and 6-aminocaproic acid amide.
Die Ausgangsverbindungen sind im
Handel erhältlich
oder beispielsweise gemäß
Es können auch beliebige Mischungen der genannten Verbindungen, Aminocarbonsäureverbindungen, Lactame, Diamine und Disäuren oder deren Salze eingesetzt werden.Any mixes can also be used of the compounds mentioned, aminocarboxylic acid compounds, lactams, diamines and diacids or their salts are used.
Vorzugsweise werden als polyamidbildende Monomere Aminonitrile oder Dinitrile und Diamine oder Gemische, enthaltend Aminonitril, Dinitril und Diamin, zusammen mit Wasser, besonders bevorzugt in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1 : 1 bis 1 20 eingesetzt, bezogen auf den Gesamtprozeß. Besonders bevorzugt ist dabei Aminocapronitril, bei einem molaren ACN : Wasser-Verhältnis im Gesamtprozeß von 1 : 1 bis 1 : 10. Weiterhin besonders bevorzugt ist dabei ein Gemisch aus Adipodinitril und Hexamethylendiamin, bei einem molaren Verhältnis der Summe aus Adipodinitril und Hexamethylendiamin : Wasser im Gesamtprozeß von 1 : 1 bis 1 : 10. Weiterhin besonders bevorzugt ist dabei ein Gemisch aus Adipodinitril, Hexamethylendiamin und Aminocapronitril, bei einem molaren Verhältnis der Summe aus Adipodinitril, Hexamethylendiamin und Aminocapronitril : Wasser im Gesamtprozeß von 1 : 1 bis 1 : 10.Are preferred as polyamide-forming monomers Containing amino nitriles or dinitriles and diamines or mixtures Aminonitrile, dinitrile and diamine, together with water, especially preferably in a molar ratio used in the range of 1: 1 to 1 20, based on the overall process. Especially aminocapronitrile is preferred, with a molar ACN: water ratio in Overall process of 1: 1 to 1:10. A mixture is furthermore particularly preferred from adiponitrile and hexamethylenediamine, at a molar ratio of Sum of adiponitrile and hexamethylenediamine: water in the overall process of 1 : 1 to 1: 10. Furthermore, a mixture of is particularly preferred Adiponitrile, hexamethylenediamine and aminocapronitrile, in one molar ratio the sum of adiponitrile, hexamethylenediamine and aminocapronitrile : Water in the overall process of 1: 1 to 1:10.
Es können auch Gemische aus polyamidbildenden Monomeren und Oligomeren eingesetzt werden.Mixtures of polyamide-forming can also be used Monomers and oligomers are used.
Vorzugsweise werden als polyamidbildende Monomere neben Aminocapronitril gewünschtenfalls Caprolactam und/oder Hexamethylendiammoniumadipat („AH-Salz") verwendet.Are preferred as polyamide-forming monomers in addition to aminocapronitrile, if desired, caprolactam and / or hexamethylene diammonium adipate ("AH salt") is used.
Vorzugsweise werden als polyamidbildende Monomere neben Adipodinitril und Hexamethylendiamin gewünschtenfalls Caprolactam und/oder Hexamethylendiammoniumadipat („AH-Salz") verwendet.Are preferred as polyamide-forming monomers in addition to adiponitrile and hexamethylenediamine, if desired, caprolactam and / or Hexamethylene diammonium adipate ("AH salt") is used.
Als Katalysatoren kommen allgemein neben vielfach in der Literatur beschriebenen Säurekatalysatoren wie Phosphorsäure etc. besonders heterogene Katalysatoren in Frage. Bevorzugt werden Brönsted-saure Katalysatoren eingesetzt, ausgewählt aus einem Beta-Zeolith-, Schichtsilicat- oder einem Festbettkatalysator, der im wesentlichen aus TiO2 mit 70 bis 100% Anatas und 0 bis 30% Rutil besteht, in dem bis zu 40 % des TiO2 durch Wolframoxid ersetzt werden können.In addition to acid catalysts such as phosphoric acid, etc., which are often described in the literature, particularly heterogeneous catalysts are suitable as catalysts. Bronsted acid catalysts are preferably used, selected from a beta-zeolite, layered silicate or a fixed bed catalyst which essentially consists of TiO 2 with 70 to 100% anatase and 0 to 30% rutile, in which up to 40% of the TiO 2 can be replaced by tungsten oxide.
Beispielsweise können entsprechende TiO2-Modifikationen, wie FINNTi S150 (Firma Kemira Pigments Oy, Finnland), Verwendung finden.For example, corresponding TiO 2 modifications, such as FINNTi S150 (Kemira Pigments Oy, Finland), can be used.
Die heterogenen Katalysatoren können beispielsweise als Suspension, auf Füllkörper gesintert oder als gegebenenfalls beschichtete Katalysatorpackung oder -schüttung oder -einbauten in den Apparat eingebracht werden. Sie können auch als Wandbelegung oder -beschüttung im Apparat vorliegen, so daß eine Abtrennung von Reaktionsgemisch einfach erfolgt.The heterogeneous catalysts can be introduced into the apparatus, for example, as a suspension, sintered onto packing or as an optionally coated catalyst packing or bed or internals. They can also be present as wall coverings or fillings in the apparatus, so that the reaction mixture can be separated off easily he follows.
Die Wasserkonzentration in der Mehrzahl der
Kessel von Reaktor (
Die Temperatur für die Umsetzung sollte in den
Kesseln von Reaktor (
Die zweiphasige Fahrweise erlaubt eine Absenkung des zur Reaktion notwendigen Druckniveaus, da gasförmige Bestandteile nicht – wie bei einer einphasigen Fahrweise – in der Flüssigphase gehalten werden müssen. Es stellt sich vorzugsweise lediglich der Eigendruck des Systems in Abhängigkeit von der Temperatur ein. Dieser beträgt etwa 10 bis 60 bar. Der apparative Aufwand wird durch die Integration von verfahrenstechnischen Operationen wie Wärme- und Stoffaustausch in ein und demselben Apparat reduziert.The two-phase driving style allowed a lowering of the pressure level required for the reaction, since gaseous components not how with a single-phase driving style - must be kept in the liquid phase. It only the intrinsic pressure of the system preferably sets in dependence from the temperature. This is about 10 to 60 bar. The Equipment expenditure is due to the integration of process engineering Operations such as thermal and mass transfer in one and the same apparatus is reduced.
Mit zunehmender Zahl der Kessel (
Das erhaltene Wertprodukt hat in
Abhängigkeit
von der Verweilzeit in Reaktor (
Vorteilhaft kann das Produkt zur Erhöhung des Molekulargewichts einer Polykondensation unterzogen werden. Eine solche Polykondensation kann nach an sich für die Herstellung und Nachbehandlung von Polyamiden bekannten Verfahren, wie in einem vollkontinuierlichen Strömungsrohr („VK-Rohr"), durchgeführt werden.The product can be used to advantage Increase of Molecular weight to be subjected to polycondensation. A Such polycondensation can in itself be used for the production and after-treatment processes known from polyamides, such as in a fully continuous process Flow pipe ("VK pipe") are carried out.
Man kann das erhaltene Polyamid z.
B. nach an sich bekannten Methoden, wie beispielsweise in der
In einer bevorzugten Ausführungsform
kann man den Gehalt an cyclischem Dimer im erfindungsgemäß erhaltenen
Polyamid-6 weiter reduzieren, indem man das Polyamid zuerst mit
einer wäßrigen Lösung von
Caprolactam und anschließend
mit Wasser extrahiert und/oder der Gasphasenextraktion (beispielsweise
beschrieben in der
Das nach der Extraktion erhaltene Polyamid kann man im allgemeinen anschließend in an sich bekannter Weise trocknen.The one obtained after the extraction In general, polyamide can then be prepared in a manner known per se dry.
Vorteilhaft kann dies unter Mitverwendung von Inertgasen, wie Stickstoff oder überhitztem Wasserdampf, als Wärmeträger beispielsweise im Gegenstrom erfolgen. Hierbei kann die gewünschte Viskosität, bestimmt in 1 gew.-%-iger Lösung in 96%-iger Schwefelsäure bei 25°C, durch Tempern bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 190°C, eingestellt werden.This can be advantageous when using Inert gases, such as nitrogen or superheated Water vapor, for example as a heat transfer medium take place in countercurrent. The desired viscosity can be determined in 1% by weight solution in 96% sulfuric acid at 25 ° C, by tempering at elevated Temperature, preferably in the range of 150 ° C to 190 ° C, are set.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch kontinuierliche Reaktionsführung, reduzierte Energie- und Einsatzstoffkosten und, da Standard-Apparaturen verwendet werden können, einen vergleichsweise geringen apparativen Aufwand aus.The method according to the invention stands out through continuous reaction management, reduced energy and raw material costs and, because standard equipment can be used a comparatively low expenditure on equipment.
Das Verfahren kann also gegenüber bekannten Verfahren kostengünstiger arbeiten und ein höherwertigeres Produkt liefern.The method can therefore be compared to known ones Process cheaper work and a higher quality Deliver product.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert:The invention is illustrated below of examples closer explains:
Beispiel 1example 1
In einem Reaktor (
Dieser Eingangsstrom hat einen Durchsatz von 20.4 kg/h und eine Temperatur von 250°C.This input stream has a throughput of 20.4 kg / h and a temperature of 250 ° C.
Im unteren Bereich des letzten Kessels werden 14.5 kg/h Wasserdampf mit einer Temperatur von 250°C eingespeist.In the lower area of the last boiler 14.5 kg / h of water vapor are fed in at a temperature of 250 ° C.
Der Druck im Reaktor wird geregelt und beträgt 18,25 bar Überdruck. Die Flüssigphase eines Kessels fließt zum nachfolgenden Kessel, die Gasphase aus einem Kessel wird in die Flüssigphase des jeweils vorgeschalteten Kessels zurückgeführt.The pressure in the reactor is regulated and amounts to 18.25 bar overpressure. The liquid phase of a boiler flows to the next boiler, the gas phase from one boiler is in the liquid phase of the upstream boiler.
Der Temperaturverlauf im Reaktor entwickelt sich adiabatisch, wobei das mathematische Modell folgenden Temperaturverlauf berechnet: erster Kessel 257.5°C, zweiter Kessel 257.3°C, dritter Kessel 257.0°C, vierter Kessel 256.3°C und fünfter Kessel 254°C.The temperature curve in the reactor develops adiabatically, with the mathematical model following Temperature curve calculated: first boiler 257.5 ° C, second boiler 257.3 ° C, third Boiler 257.0 ° C, fourth boiler 256.3 ° C and fifth Boiler 254 ° C.
Die Gesamtverweilzeit im Reaktor beträgt 1.6 h.The total residence time in the reactor is 1.6 H.
Die Berechnungsergebnisse liefern einen Gasstrom aus dem Kopf des ersten Kessels des Reaktors mit einem Durchsatz von 14.5 kg/h. Der Gasstrom beinhaltet 1.8 Gew.-% NH3, 0.0015 Gew.-% ACN, 1.2 Gew.-% Caprolactam und ca. 97 Gew.-% Wasser.The calculation results provide a gas flow from the top of the first boiler of the reactor with a throughput of 14.5 kg / h. The gas stream contains 1.8% by weight of NH 3 , 0.0015% by weight of ACN, 1.2% by weight of caprolactam and approximately 97% by weight of water.
Das mathematische Modell ergibt einen Nylon 6-Produktstrom von 20.4 kg/h mit 6.7 Gew.-% Wasser. Die Endgruppen ergeben sich wie folgt: 245 mmol/kg Amino-, 236 mmol/kg Carboxyl-, 3 mmol/kg Amid- und 6 mmol/kg Nitril-Endgruppen. In dem Produkt beträgt die durchschnittliche Zahl der Monomereinheiten pro Molekül 23.9.The mathematical model yields one Nylon 6 product flow of 20.4 kg / h with 6.7 wt .-% water. The end groups result as follows: 245 mmol / kg amino, 236 mmol / kg carboxyl, 3 mmol / kg amide and 6 mmol / kg nitrile end groups. In the product is the average number of monomer units per molecule 23.9.
Damit wird ein Wertprodukt mit vergleichbarer
Qualität
wie in Beispiel 1 von
Beispiel 2Example 2
Aus einer Mischung von 6-Aminocapronitril und Wasser wird bei einem Druck von 80 bar und einer Temperatur von 250°C in einem Rohr-Reaktor ein Präpolymer hergestellt. Die Verweilzeit wird so ausgewählt, dass das Präpolymer 975 mmol/kg Amino-, 547 mmol/kg Carboxyl-, 423 mmol/kg Amid- und 5 mmol/kg Nitril-Endgruppen beinhaltet.From a mixture of 6-aminocapronitrile and Water is at a pressure of 80 bar and a temperature of 250 ° C in a prepolymer in a tubular reactor manufactured. The residence time is selected so that the prepolymer 975 mmol / kg amino, 547 mmol / kg carboxyl, 423 mmol / kg amide and 5 mmol / kg nitrile end groups included.
In einem Reaktor (
Dieser Eingangsstrom hat einen Durchsatz von 37.7 kg/h und eine Temperatur von 235°C.This input stream has a throughput of 37.7 kg / h and a temperature of 235 ° C.
Der Druck im Reaktor wird geregelt und beträgt 28 bar Überdruck.The pressure in the reactor is regulated and amounts to 28 bar overpressure.
Die Flüssigphase eines Kessels fließt zum nachfolgenden Kessel, die Gasphase aus einem Kessel wird in die Flüssigphase des jeweils vorgeschalteten Kessels zurückgeführt.The liquid phase of a boiler flows to the next one Boiler, the gas phase from a boiler turns into the liquid phase of the upstream boiler.
Die Temperatur im letzten Kessel wird geregelt und beträgt 275°C.The temperature in the last boiler is regulated and amounts 275 ° C.
Der Temperaturverlauf im Reaktor entwickelt sich adiabatisch, wobei das mathematische Modell folgenden Temperaturverlauf berechnet: erster Kessel 238.2°C, zweiter Kessel 239.9°C, dritter Kessel 240.7°C und vierter Kessel 241.5°C.The temperature curve in the reactor develops adiabatically, with the mathematical model following Temperature curve calculated: first boiler 238.2 ° C, second boiler 239.9 ° C, third Boiler 240.7 ° C and fourth boiler 241.5 ° C.
Die Gesamtverweilzeit im Reaktor beträgt 1.53 h.The total residence time in the reactor is 1.53 H.
Die Berechnungsergebnisse liefern einen Gasstrom aus dem Kopf des Reaktors mit einem Durchsatz von 6.3 kg/h. Der Gasstrom beinhaltet 7.5 Gew.-% NH3, 0.000086 Gew.-% ACN, 0.077 Gew.-% Caprolactam und ca. 92.4 Gew.-% Wasser.The calculation results provide a gas flow from the top of the reactor with a throughput of 6.3 kg / h. The gas stream contains 7.5% by weight of NH 3 , 0.000086% by weight of ACN, 0.077% by weight of caprolactam and approx. 92.4% by weight of water.
Das mathematische Modell ergibt einen Nylon 6-Produktstrom von 31.4 kg/h mit 8.9 Gew.-% Wasser. Die Endgruppen ergeben sich wie folgt: 317.8 mmol/kg Amino-, 311.7 mmol/kg Carboxyl-, 5.6 mmol/kg Amid- und 0.5 mmol/kg Nitril-Endgruppen. In dem Produkt beträgt die durchschnittliche Zahl der Monomereinheiten pro Molekül 23.3.The mathematical model yields one Nylon 6 product flow of 31.4 kg / h with 8.9% water by weight. The end groups result as follows: 317.8 mmol / kg amino, 311.7 mmol / kg carboxyl, 5.6 mmol / kg amide and 0.5 mmol / kg nitrile end groups. In the product is the average number of monomer units per molecule 23.3.
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