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Verfahren zum Extrahieren von Polyamiden Für die Verarbeitung von
Polyamiden sind das klassische Rostspinnverfahren und das Direktspinnverfahren bekannt.
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Beim Rostspinnverfahren werden in einer Polymerisationsanlage Polyamidschnitzel
hergestellt, die anschließend mit Wasser bei etwa 1000 C extrahiert und danach getrocknet
werden müssen. Die extrahierten Schnitzel werden auf einem Rost aufgeschmolzen,
und die Schmelze wird zu Fäden verformt.
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Beim Direktspinnverfahren wird das schmelzflüssige Polyamid direkt
aus dem Polymerisationsapparat über Verteilerleitungen dem Spinnkopf zugeführt und
versponnen. Wird beim Direktspinnverfahren ohne Zusatzeinrichtung gearbeitet, so
sind im Endprodukt die niedermolekularen Anteile entsprechend dem chemischen Gleichgewicht
enthalten.
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Zur Senkung des Extraktgehaltes beim Direktspinnen sind folgende
Methoden bekannt: a) Vakuumstufe: Hier werden die monomeren Bestandteile durch Evakuierung
aus der Schmelze entfernt, z. B. mittels Dünnschichtverdampfer. b) Dampfspinnverfahren:
Es beruht darauf, daß durch die polymere Schmelze ein kräftiger Strom überhitzten
Wasserdampfes geblasen wird. Dieses Durchblasen hat zur Folge, daß die monomeren
Bestandteile mit dem Wasserdampl mitgerissen und auf diese Weise aus der Schmelze
entfernt werden.
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Diese bekannten Verfahren bei der Herstellung und Verarbeitung von
Polyamiden haben jedoch einige Mängel. Beim Rostspinnverfahren ist zur Senkung des
Extraktgehaltes ein großer apparativer Aufwand, verbunden mit hohem Energieverbrauch,
erforderlich. Des weiteren besteht die Gefahr der Qualitätsminderung, da bei der
Herstellung und Verspinnung der Polyamidschnitzel diese mit Luft in Berührung kommen
und dadurch schwer geschädigt werden können.
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Direktgesponnenes Material hat den Nachteil des höheren Extraktgehaltes.
Die Verwendung der Vakuumstufe zur Senkung des Extraktgehaltes erfordert einen großen
apparativen Aufwand und hohe Energiemengen. Durch eine Dampfbehandlung der Polyamidschmelze
werden zwar das Caprolaktam und ein Teil der Dimeren, jedoch nicht die höhermolekularen
Anteile des Extrakts entfernt.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Extrahieren von
Polyamiden mittels Wassers unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid
im geschmolzenen Zustand als eutektisches flüssiges Gemisch mittels Wassers bzw.
Lösungsmittels oberhalb des Siedepunktes des Wassers bzw. Lösungsmittels, und zwar
des Siedepunktes bei Normaldruck, und unterhalb des Schmelzpunktes des Polyamids
extrahiert wird.
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Die Extraktion der niedermolekularen Anteile erfolgt im Autoklav
bzw. Druckrohr. Bei der Extraktion von Polycaprolaktam mit Wasser werden vorteilhaft
Temperaturen von 160 bis 1800 C und Drücke von etwa 10 atü angewandt. Außer Wasser
kommen Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol-Wasser oder Keton-Wasser oder Ketone, in
Betracht.
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Für die Extraktion der Polyamidschmelze mit Wasser genügt ein einfaches
Rühren des flüssigen Gemisches bei 160 bis 1800 C, um die Extraktion zu beschleunigen
und genügend intensiv zu gestalten.
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Vorteilhaft ist eine Arbeitsweise, bei der die zu extrahierende Polyamidschmelze
in Form von Fäden oder dünnen Schichten in das im Extraktionsgefäß befindliche heiße
Wasser bzw. Lösungsmittel gebracht wird.
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Eine andere Ausführungsform der Extraktion besteht darin, daß die
zu extrahierende Polyamidschmelze in dünner Schicht über Leitbleche, Siebeinsätze
oder andere Vorrichtungen durch das im Druckgefäß befindliche heiße Wasser bzw.
Lösungsmittel geführt wird.
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Die Extraktion kann auch in der Art durchgeführt werden, daß die
in bekannter Weise im Autoklav oder VK-Rohr hergestellte Polyamidschmelze mittels
einer Pumpe oder eines Pumpensystems in ein langes, Wasser enthaltendes Gefäß gefördert
wird, das auf einer Temperatur von etwa 1700 C und einem Druck von etwa 10 atü gehalten
wird. Die niedermolekularen Anteile reichern sich im Wasser an, das verflüssigte
extrahierte Polyamid setzt sich am Boden des Rohres ab und wird nach Verlassen des
Gefäßes entweder versponnen oder aus dem Gemisch abgeschieden und in bekannter Weise
zum Erstarren
gebracht, wieder aufgeschmolzen und verformt. Das
Verfahren läßt sich leicht kontinuierlich gestalten.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zur Weiterverarbeitung der extrahierten
Schmelze besteht darin, daß aus der erhaltenen Schmelze in einem beheizten Zwischengefäß
nach einem für die Polymerisation üblichen Verfahren das Wasser durch Entgasen entfernt
und die erhaltene Polyamidschmelze alsdann verformt wird. Die Entfernung des Wassers
kann dadurch begünstigt werden, daß ein inertes Gas oder Wasserdampf durchgeleitet
werden.
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Die Schmelze wird zum Zweck der Entwässerung z. B. in einen auf 2500
C beheizten, mit einer Schleuse versehenen Kessel geleitet. Das in der Schmelze
befindliche Wasser entweicht über die Wasserschleuse ins Freie, und die wasserfreie
Schmelze wird nach der Entgasung in üblicher Weise versponnen. An Stelle eines Kessels
kann für die Entgasung z. B. auch ein ein- oder mehrstufiges Rohr verwendet werden.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Extraktion gelingt es, Polyamide,
die einen Extraktgehalt von beispielsweise 100/o aufweisen, auf jeden gewünschten
Extraktgehalt bis zu 1 °/o und darunter zu bringen.
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Es ist zwar bekannt, festes Polyamidgranulat mittels Wassers auch
unter Druck zu extrahieren. Die Behandlung kann jedoch nur bei solchen Temperaturen
erfolgen, bei den die stückigen Polyamide nicht zusammenbacken. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren handelt es sich dagegen um eine Flüssig-Flüssig-Extraktion, wodurch der
Umweg über festes Granulat bzw. Schnitzel wegfällt. Es ist somit möglich, im direkten
Verfahren die Polyamidschmelze zu Fäden mit sehr geringem Gehalt an niedermolekularen
Verbindungen zu verarbeiten.
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Beispiel Die im VK-Rohr in üblicher Weise hergestellte Caprolaktamschmelze
mit etwa 10% wasserlöslichen
Anteilen wird mittels Pumpen aus dem VK-Rohr direkt
in ein mit dem VK-Rohr verbundenes und unterhalb des Spinntopfes befindliches langes
Druckrohr, das zwei Drittel mit Wasser von 1700 C bei etwa 10 atü Druck gefüllt
ist, gesponnen. Die Fäden durchlaufen das Wasser von 1700 C im Rohr und sammeln
sich unten als Sumpf an. Beim Durchlaufen des heißen Wassers von 1700 C geht der
Extraktgehalt von 10% auf 0,5 O/o zurück.
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Die Schmelze des Polyamid-Wasser-Gemisches wird aus dem Sumpf mittels
Pumpen in einen auf 2500 C beheizten Kessel, der unter Normaldruck und Stickstoflatmosphäre
steht, geleitet. In dem Kessel tritt eine Entgasung dadurch ein, daß das in der
Schmelze befindliche Wasser über eine Wasserschleuse ins Freie entweicht. Vom Entgasungskessel
wird die wasserfreie Schmelze nach etwa 15 Minuten Entgasung kontinuierlich den
Spinnstellen zugefördert. Die Fäden weisen einen Extrakt von unter 3 bis 40/0 wasserlöslichen
Anteilen auf.
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Das oberhalb des Sumpfes stehende extrakthaltige Wasser wird im Gegenstromprinzip
kontinuierlich durch vorgeheiztes frisches Wasser ersetzt.