DE1950195B2 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von spinnloesungen des polyacrylnitrils - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von spinnloesungen des polyacrylnitrilsInfo
- Publication number
- DE1950195B2 DE1950195B2 DE19691950195 DE1950195A DE1950195B2 DE 1950195 B2 DE1950195 B2 DE 1950195B2 DE 19691950195 DE19691950195 DE 19691950195 DE 1950195 A DE1950195 A DE 1950195A DE 1950195 B2 DE1950195 B2 DE 1950195B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- weight
- reaction medium
- acid
- acrylonitrile
- polymerization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F20/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
- C08F20/42—Nitriles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/36—Polymerisation in solid state
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F20/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
- C08F20/42—Nitriles
- C08F20/44—Acrylonitrile
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F6/18—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated nitriles, e.g. polyacrylonitrile, polyvinylidene cyanide
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/28—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F6/38—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds comprising unsaturated nitriles as the major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Description
Wegen der großen technischen Wichtigkeit von Po- t,o
lyacrylfasein auf dem Textilgebiet sind bereits eine große Anzahl von Verfahren für die Herstellung von
Spinnlösungen vorgeschlagen worden.
Bei den frühesten Verfahren, von welchen einige immernoch in großem Umfang technisch angewendet b5
werden, wird das Polyacrylnitril durch Polymerisation von Acrylnitril in wäßriger Suspension in Gegenwart
von Redoxkatalysatoren hergestellt. Das so erhaltene Polyacrylnitril wird abgetrennt und dann in einem geeigneten
Lösungsmittel gelöst, um eine Spinnlösung von Polyacrylnitril zu erhalten.
Ein anderes neueres technisches Verfahren besteht darin, unmittelbar die Polymerisation von Acrylnitril
in Anwesenheit des Lösungsmittels, welches für das Verspinnen gebraucht wird, zu bewirken, was eine
klare Vereinfachung und Ersparung im 3etrieb, verglichen mit Polymerisationsverfahren in wäßriger Lösung,
dargestellt.
Die nach dieser neueren Technik arbeitenden Verfahren haben einen oder mehrere der folgenden
Punkte gemeinsam:
a) Das Acrylnitril wird mit Verbindungen copolymerisiert, welche äthylenisch ungesättigt sind,
z. B. Acryl- und/oder Methacrylsäureestern, Vinylacetat oder Styrol und auch mit anderen Comonomeren
zur Verbesserung der färberischen Eigenschaften der Faser, welche für saure Farbstoffe
(beispielsweise Vinylpyridin) oder für basische Farbstoffe (beispielsweise Styrolsulfonsäure,
Allyl- oder Methallylsulfonsäure) aufnahmefähig ist.
b) Die Copolymerisation wird in Gegenwart von Lösungsmitteln bewirkt, von welchen die wichtigsten
konzentrierte wäßrige Lösungen von Zinkchlorid oder Natriumrhodanid, oder organische
Lösungsmittel wie Dimethylsulfoxyd, Dimethylacetamid oder Dimethylformamid sind.
c) Die Mischpolymerisation wird in Gegenwart von freie Radikale bildenden Katalysatoren (Azoverbindungen,
organische oder anorganische Peroxide, Persulfate, Wasserstoffperoxid) oder vom anionischen Typ (Organo-Metallderivate
von Alkalimetallen, Natriumcyanid, Phosphinen) bewirkt.
d) Das Molekulargewicht des Polyacrylnitrile kann durch Kettenregler, wie Äthyl-, t-Butyl- oder
Dodecylmerkaptane, Thioharnstoff, Dixanthogenate-disulfid oder Thioglykolsäure geregelt
werden.
e) Die Temperatur der Polymerisationsreaktion liegt innerhalb des Bereichs von -80 bis
+ 150° C oder noch höher.
In Abhängigkeit von dem Monomeren/Lösungsmittel-Verhältnis in dem Reaktionsmedium wird die
folgende Unterscheidung gemacht:
- Polymerisation in Lösung, wen die Menge an Lösungsmittel ausreichend ist, umd as während der
Polymerisation gebildete Polyacrylnitril zu lösen;
- Polymerisation in Suspension, wenn diese Menge an Lösungsmittel unzureichend ist.
Wenn beispielsweise Dimethylformamid als Lösungsmittel verwendet wird, wird die Polymerisation
in Lösung bewirkt, wenn das Acrylnitril/Dimethylformamid-Verhältnis
niedriger als 0,76 (in Mol) oder niedriger als 0,55 (gewichtsmäßig) ist; in Suspension
wird gearbeitet, wenn dieses Verhältnis höher als diese zwei Werte ist.
Polymerisation in Lösung hat den Nachteil, daß die Viskosität mit dem Molekulargewicht und mit der
Konzentration des Polyacrylnitrile rasch ansteigt. Aus diesem Grund hört die Polymerisation in Lösung im
allgemeinen auf, wenn die Konzentration an Polyacrylnitril höchstens 25 Gew.% erreicht. Ein anderer
Nachteil infolge der niedrigen Konzentration an Monomeren ist die niedrige Reaktionsgeschwindigkeit,
welche eine Polymerisationszeit von 25-50 Stunden
(deutsche Patentschriften 1052687 und 1163027) benötigt.
Andererseits ist bei der Suspensionspolymerisation, worin die Reaktion in Gegenwart einer großen Menge
an Monomeren ausgeführt wird, die Polymerisationsgeschwindigkeit viel höher und schwankt zwischen
wenigen Minuten bis wenigen Stunden.
Jedoch ist die Gelierungsgefahr des Polymerisationsmediums groß. Das Medium kann sogar bei einer
so niedrigen Polymerisatkonzentration von 6% (US-Patentschrift 2528710) gelieren.
Wenn jedoch gewisse Maßnahmen getroffen werden, ist es möglich, die Polymerisation fortzusetzen,
bis etwa 20 Gew.% an Polyacrylnitril erhalten sind (US-Patentschrift 2528710, Britische Patentschrift
1095749, Holländische Patentanmeldung 6506295 und Belgische Patentschrift 666121;.
Polymerisation in Suspension ist somit vom technischen Standpunkt aus vorteilhafter als Polymerisation
in Lösung, weil die Leistung an Polymerisat pro Stunde und pro Volumeneinheit der Apparatur viel
größer ist. Nichtsdestoweniger besteht ein Nachteil darin, daß es nicht möglich ist, eine Konzentration
von etwa 20 Gew.% an Polymerisat in dem Reaktionsmedium wegen der übermäßigen Zunahme der
Viskosität zu überschreiten. Versuche wurden unternommen, diesen Nachteil durch verschiedene Mittel
zu überwinden. So ist aus der belgischen Patentschrift 572665 bekannt, dem Lösungsmittel 4-20% Wasser
zuzusetzen, um den Prozentsatz der Umwandlung von Acrylnitril in Polyacrylnitril zu erhöhen und eine ausreichend
niedrige Viskosität beizubehalten, um die Handhabung des erhaltenen Reaktionsmediums zu
ermöglichen. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß es anschließend notwendig ist, das ganze
zugesetzte Wasser wieder zu beseitigen, was erhebliche Probleme in bezug auf die Destillation mit sich
bringt. Es ist auch bereits bekannt, die Polymerisation in zwei Stufen zu bewirken, zuerst eine Polymerisation
in Suspension, bis etwa 20% Polymerisat erhalten sind, und dann Polymerisation in Lösung durch Zufügen
einer zusätzlichen Menge an Lösungsmittel (britische Patentschrift 1095749 und holländische Patentanmeldung
6506370). Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es zwei verschiedene
Reaktoren erfordert, so daß es schwierig ist, die beiden Reaktionen zu synchronisieren und cüe Gefahr
einer breiteren Verteilung der Molekulargewichte in dem erhaltenen Polymerisat vorhanden ist.
Vom technischen Standpunkt würde es daher vorteilhaft sein, ein Verfahren zum Polymerisieren von
Acrylnitril in Suspension zu finden, welches dessen Vorteil einer hohen Polymerisationsgeschwindigkeit
beibehält und einen beträchtlich größeren Umwandlungsgrad von Acrylnitril in Polyacrylnitril als 20
Gew.% ermöglichen würde. Hierdurch würde die stündliche Leistung der Anlage verbessert. Es würde
auch leicht auszuführen sein, d. h. ohne die zuvor erwähnten Hilfsmittel gebrauchen zu müssen, welche,
obwohl sie den Umwandlungsgrad vergrößern, andererseits andere technische Probleme mit sich bringen,
welche schwierig zu lösen sind.
Es wurde nun gefunden, daß es durch Beachten gewisser Arbeitsbedingungen möglich ist, die Konzentration
an Polyacrylnitril in dem Polymerisationsmedium auf Werte zu bringen, welche höher als 25%
sind und sogar 40% erreichen und überschreiten können unter Erhaltung eines Reaktionsmediums, dessen
Viskosität ausreichend niedrig verbleibt, um leichte Handhabung zu ermöglichen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Spinnlösungen des Polyacrylnitrils
in einem Dialkylamid durch Suspensionspolymerisation in einer Stufe von monomerem
Acrylnitril, gegebenenfalls zusammen mit 0 bis 10 Gew.% Vinylacetat, Styrol oder einem Alkylester der
Acryl- oder Methacrylsäure und 0 bis 5 Gewichtsprozent Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure,
p-Styrolsulfonsäure, Vinylphenylätherp-sulfonsäure,
N-phenlymaleinsäuremonoamid-psulfonsäure, N-phenyl-maleinimid-p-sulfonsäure
oder einem Alkali-, Ammonium- oder Aminsalz dieser Säuren, in Gegenwart von Polymerisationskatalysatoren
in einem Mischreaktor bei Temperaturen des Reaktionsmediums zwischen 40 und 70° C und bei
Verweilzeiten des Reaktionsmediums in dem Mischreaktor von wenigen Minuten bis zu einigen Stunden,
wobei ein Teil des Reaktionsmediums in stetiger Weise abgezogen und eine geeignete Menge an Dialkylamid
zugesetzt wird, so daß nach der Beseitigung von monomerem Acrylnitril eine Spinnlösung von Polyacrylnitril
erhalten wird.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Konzentration von mindestens 25 Gewichtsprozent an polymerem Acrylnitril ständig
in dein Reaktionsmedium aufrechterhalten wird,
indem darin ein Gewichtsverhältnis zwischen monomerem Acrylnitril und Dialkylamid von
mindestens 1,63 gewichtsmäßig durch stetiges Zusetzen einer Mischung, welche mindestens 32
Gewichtsprozent monomeres Acrylnitril und höchstens 28 Gewichtsprozent Dialkylamid enthält,
aufrechterhalten wird;
b) 0,01 bis 2 Gewichtsprozent des Reaktionsmediums an Polymerisationskatalysator aus einem
oxydierenden Agens (1) und Äthylmerkaptan, tert.-Butylmerkaptan, Dodecylmerkaptan,
Thioharnstoff, Dixanthogenatdisulfid oder Thioglykolsäure als reduzierendem Agens (2) in
einem Molverhältnis (1) : (2) von 5,0 bis 0,05 eingesetzt wird.
Unter Polyacrylnitril wird ein Homopolymerisat von Acrylnitril oder auch ein Copolymerisat mit einem
gewichtsmäßigen Gehalt von mindestens 85% Acrylnitril, von 0 bis 10% eines äthylonisch ungesättigten
Comonomeren verstanden, nämlich Vinylacetat oder Styrol, vorzugsweise ein Alkylester der Acryl- oder
Methacrylsäure, z. B. Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, Hexyl- oder 2-ÄthyIhexyl-acrylat
oder -methacrylat.
Das weitere äthylenisch ungesättigte Comonomere, welches die färberischen Eigenschaften verbessert und
in einer Menge von 0-5 Gew.%, bezogen auf die gesamte Menge an Copolymerisat verwendet wird, ist
Vinylsulfonsäure, /\llylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure,
p-Styrolsulfonsäure, Vinylphenyläther-p-sulfonsäure,
N-phenylmaleinsäure-monoamid-p-sulfonsäure
oder N-phenylmalein-imid-p-sulfonsäure oder
Alkali-, Ammonium- oder Aminsalze dieser Säuren.
Unter Dialkylamid wird Dimethylformamid oder Dimethylacetamid verstanden.
Zwecks Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wesentlich, daß das Acrylnitril/Dialkylamid-Gewichtsverhältnis
in dem Reaktionsmedium mindestens 1,63% ist. Wenn dieses Verhältnis niedriger als dieser kritische Wert ist, wird es unmöglich,
in dem Reaktionsmedium eine Konzentration an Feststoffen größer als 20 Gew.% ohne die Viskosität
zu gleicher Zeit übermäßig zu erhöhen, aufrechtzuhalten. Die obere Grenze des Verhältnisses wird nur
durch die Mindestmenge an notwendigem Dialkylamid bestimmt, um den Katalysator in Lösung zu halten.
Unter Bedinungen der Praxis ist diese Mindestmenge 5 Gew.%, d. i. ein Acrylnitril/Dialkylamid-Verhältnis
von etwa 15 in dem Reaktionsmedium (unter Berücksichtigung des in diesem Medium enthaltenen
Polyacrylnitrile).
Um das Acrylnitril/Dialkylamid-Verhältnis höher als 1,63 zu halten, wird eine Mischung, enthaltend
mindestens 72 Gew.% monomeres Acrylnitril und höchstens 28 Gew.% Dialkylamid, kontinuierlich zu
dem Reaktionsmedium zugesetzt; diese Mischung enthält höchstens 95 % Acrylnitril und mindestens 5 %
Dialkylamid. An Stelle des Zusatzes von Acrylnitril und Dialkylamid in der Form einer Mhchung können
diese zwei Substanzen auch zum Reaktionsmedium in dem eben angegebenen Verhältnis getrennt zugesetzt
werden.
Der Katalysator umfaßt ein oxydierendes Agens (1), welches vorzugsweise anorganisch ist. Grundsätzlich
kann das oxydierende Agens auch organischer Stoff, z. B. eine Peroxyverbindung, z. B. Benzoylperoxyd,
eine Huydroperoxyverbindung, z. B. Cumolhydroperoxyd, sein. Aus wirtschaftlichen Gründen werden
aber anorganische oxydierende Agentien vorgezogen, z. B. Wasserstoffperoxyd, Natriumperborat,
Natriumperchloiat und insbesondere Ammoniumpersulfat.
Die anorganischen reduzierenden Agentien, weiche üblicherweise in Redoxsystemen in wäßriger
Suspension angewendet werden, können nicht in einem Reaktionsmedium benutzt werden, welches
aus Acrylnitril und Dialkylamid besteht, weil sie darin nicht löslich sind. Aus diesem Grund ist gemäß der
Erfindung als reduzierendes Agens (2) ein Äthylmerkaptan,
t-Butylmerkaptan, Dodecylmerkaptan oder Thioharnstoff, Dixanthogenatdisulfid, Thioglykolsäure.
Die Merkaptane werden bevorzugt, weil sie leicht nach Abtrennung der Monomeren aus dem Abfluß
aus dem Mischreaktor wiedergewinnbar sind, und sie werden zu dem letzteren zu gleicher Zeit wie diese
Monomeren zurückgeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt das oxydierendes Agens/reduzierendes
Agens-Molverhältnis in dem Katalysator von 5,0 bis 0,05, vorzugsweise von 1,0 bis 0,2. Weiter
liegt die Menge an Katalysator (oxydierendes Agens + reduzierendes Agens) im Verhältnis zu dem Reaktionsmedium
zwischen 0,01 und 2 Gew.%.
Die Temperatur des Reaktionsmediums während des erfindungsgemäßen Polymerisationsverfahrens
wird zwischen 40 und 70° C gehalten. Wenn die Temperatur niedriger als 40° C ist, wird die Polymerisationsgeschwindigkeit
sehr gering, und die Verweilzeiten in dem Mischreaktor sind entsprechend verlängert.
Andererseits, wenn die Temperatur höher als 70° C wird, kommt die letztere zu nahe an die Ubergangstemperatur
zweiter Ordnung (welche zwischen 80 und 100° C liegt), die scheinbare Löslichkeit des
Polymeren nimmt zu und Quellen des Polymerisats durch das Lösungsmittel und gleichzeitig eine beträchtliche
Zunahme der Viskosität wird beobachtet.
Wenn die anderen Bedingungen unverändert bleiben, ist die Verweilzeit des Reaktionsmediums in dem
Mischreaktor abhängig von dem Gehalt an Dialkylamid in dem Reaktionsmedium und der gewünschten
Polymerisatkonzentration. Mit einer Erhöhung des Dialkylamidgehalts wird die Verweilzeit zunehmen,
und j? höher die gewünschte Konzentration an Poiy-
~> merisat, um so länger wird die Verweilzeit sein. Um 30% Polymerisat in dem Reaktionsmedium, das 5%
Dialkylamid enthält, zu erhalten, ist eine Verweilzeit von 15 bis 30 Minuten erforderlich. Um 40% Polymerisat
in einem Reaktionsmedium, das 20% Dialkyl-
i<> amid enthält, zu erhalten, ist eine Verweilzeit von 90
bis 120 Minuten erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise in einer Anlage ausgeführt, welche umfaßt
ein Reaktionsgefäß, ausgerüstet mit Heiz- und Kühlmitteln, einem mechanischen Rührwerk, Vorratsbehälter
mit Meßpumpen für kontinuierliches oder diskontinuierliches Einführen der Bestandteile des
Reaktionsmediums, wahlweise eine Leitung zum Einführen
eines inerten Gases, z. B. Stickstoff, und einem Mittel für kontinuierliches Entfernen, z. B. eine
Pumpe, um ein im wesentlichen konstantes Volumen an Reaktionsmediuni aufrechtzuerhalten. Der Abfluß
des Reaktors wird zu einem Verdünnungsbehälter übergeführt, um darin eine zusätzliche Menge an
Dialkylamid aufzunehmen und so eine Lösung mit einem Gehalt von 15/20 Gew.% an Feststoffen zu erhalten.
Diese Lösung wird in kontinuierlicher Weise zu einem Rektifizierer gespeist, in welchen Dialkylamiddampf
eingeführt wird. Dieser nimmt in der Form
jo eines Destillats die Monomeren, welche nicht polymerisiert haben, zusammen mit dem größeren Anteil
des reduzierenden Agens und Dialkylamids mit. Dieses Destillat wird zu dem Reaktor nach der Korrektur
seiner Konzentration an Monomeren und an reduzie-
Jj rendem Agens durch Zusatz frischen Materials zurückgeführt,
während der aus dieser Rektifikation abgezogene Rückstand aus einer 15- bis 20gew.%igen
Polyacrylnitril-Lösung besteht. Sie wird in einen Konzentrator übergeführt, beispielsweise einen Fallfilmeindampfer,
um die Konzentration an Polyacrylnitril auf die Spinnkonzentration zu bringen, welche im allgemeinen
23-27 Gew.% an Polyacrylnitril ist. Weil in der Regel der Rektifikator und der Konzentrator
unter verringertem Druck arbeiten, wird vollkommene Entgasung der Spinnlösung gleichzeitig bewerkstelligt,
so daß diese Lösung unmittelbar zu den Spinndüsen oder zu einem Lagerbehälter vor diesen
letzteren übergeführt werden kann. Die so erhaltene
• Spinnlösung hat ein Monomerengehalt von weniger als 0,1 Gew.%.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dahei möglich, den Polyacrylnitrilgehalt des Reaktionsmediums
praktisch zu verdoppeln, während das letztere eine ausreichend niedrige Viskosität besitzt,
um leicht gehandhabt zu werden, bis es in eine spinnfähige Lösung übergeführt ist. Im Gegensatz zu den
bisherigen Verfahren wird diese Zunahme des PoIyacryinitrilgehalts
in dem Reaktionsmedium in einfacher Weise oder ohne Zusatz eines Verdünnungsmit-
bo tels, wie Wasser, zwecks Erniedrigung der Viskosität
erhalten. (Dieses Verdünnungsmittel muß ja anschließend vollständig und unter großen Unkosten
beseitigt werden.)
Die folgenden Beispiele werden zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben. In diesen
Beispielen ist das Molekulargewicht der Polymeren aus der Intrinsic-Viskosität in Lösung in Dimethylformamid
bei 25° C gemäß der Gleichung:
hUg= 0,00283 M
bestimmt worden.
bestimmt worden.
Ein 2-Liter-Glasreaktor, versehen mit einem Doppelmantel
für thermostatische Kontrolle, einem Käfig-Rührwerk, einem Thermometer, einem Niveauanzeiger
und Einlaß- und Auslaßanschlüssen für einen Stickstoffstrom, wird kontinuierlich mit der hier beschriebenen
Mischung gespeist. Die gebildete Polymerisatsuspension wird abgezogen in einem solchen
Verhältnis, daß das Volumen der stationären Phase konstant mit 1,4 1 verbleibt. Die Temperatur im Innern
des Reaktors wird auf 60° C gehalten.
Die Speisung wird mittels dreier Meßpumpen bewirkt, welche stündlich einführen:
a) eine Mischung aus 661 g Acrylnitril, 36 g Methylacrylat und 3,23 g p-Dodecanthiol;
b) eine Mischung aus 129 g Dimethylformamid und 0,912 g Ammoniumpersulfat;
c) eine Mischung aus 5,3 g Natriummethallylsulfonat in etwa 10 ml Wasser.
Die Verweilzeit oder in anderen Worten die Zeit für die Erneuerung der Inhalte des Reaktors ist gleich
84 Minuten. Nach vier Zyklen von 84 Minuten ist das Gleichgewicht erreicht, und die stationäre Phase enthält
32 Gew.% an Polymerisat. Das Monomeren/Lösungsmittel-Verhältnis in der stationären Phase ist
3,5, und die Umwandlung, bezogen auf das Monomere, ist 38%. Das Polymere hat ein Molekulargewicht
von 51000, und es enthält 100 Milliäquivalente von NaSOj-Gruppen pro kg Polymerisat.
Am Auslaß des Reaktors wird die Suspension mit Dimethylformamid verdünnt, um den Gehalt an Feststoffen
auf 15 und 20% zu erniedrigen, und wird in einen der oberen Böden einer Abtreibekolonne unter
Vakuum eingeführt. Dampfförmiges Dimethylformamid wird in einen der unteren Böden eingeführt, und
die Monomeren, welche nicht reagiert haben, werden in einem Kondensator wiedergewonnen. Das Polymere
wird gelöst, wenn es durch die Kolonne geht, und von dem untersten Boden in Form eines Sirups
mit einem Gehalt von 15-20% an Polymerisat und weniger als 1% restlichen Monomeren abgezogen.
Der Sirup wird auf zwischen 23 und 30% an Feststoffen mittels Durchlaufen durch einen Dünnschichtverdampfer
konzentriert, um die erforderliche Viskosität für das Verspinnen zu erhalten. Die wiedergewonnenen
Monomeren werden zu dem Reaktor zurückgeleitet.
Wie in Beispiel 1 wird ein Reaktor mit einer Mischung aus 661 g Acrylnitril, 36 gMethylacrylat, 129g
Dimethylformamid, 5,3 g Natriummethallylsulfonat, 0,684 g Ammoniumpersulfat und 2 g Dodecanthiol
pro Stunde gespeist. Die Verweilzeit ist 120 Minuten, und das Volumen des Reaktors ist 2 1. 41 % Polymerisat
wird in der abgezogenen Suspension erhalten, so daß die stationäre Phase ein Monomeren/Lösungsmittel-Verhältnis
gleich 2,7 enthält. Das Molekulargewicht des Polymeren ist 81 000 und der Gehalt an
NaSOj-Gruppen ist 82 Milliäquivalente pro kg. Die Ausbeute, bezogen auf die Monomeren, ist 49%. Dieses
Beispiel zeigt, daß der Polymcrisatgehalt gegenüber den bisherigen Verfahren praktisch verdoppelt
werden kann. Überdies stellt dieser Polymerisatgchalt von 41% nicht die oberste Grenze dar.
Das Verfahren wird wie in Beispiel 2 durchgeführt aber die Verweilzeit wird auf 60 Minuten verringert
r> so daß nur ein stationäres Volumen von 1 1 vorhanden
ist und die stationäre Phase 25% an Polymerisat enthält. Das Polymerisat hat ein Molekulargewicht von
53 000 und enthält 106 Milliäquivalente an NaSO1 pre
kg Harz. Die stationäre Phase hat ein Monomeren/ ι» Lösungsmitttel-Verhältnis von 3,7. Die Ausbeute,
bezogen auf das Monomere, ist 30%. Dieses Beispiel zeigt, daß durch Verringern der Verweilzeit der Polymerisatgehalt
des Reaktionsmediums automatisch verringert wird.
Beispiel 4 (Vgl.)
Der Reaktor wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 gespeist, jedoch unter Auslassung
des Dodecanthiols. Nach 55 Minuten wird der Reak- -0 tor durch die Gelierung des Inhalts verstopft. Der Polymerisatgehalt
ist jedoch weniger als 10%. Das Polymere hat ein Molekulargewicht von 141300.
Beispiel 5 (Vgl.)
Bei diesem Beispiel wird das kritische Mindestverhältnis Acrylnitril/Lösungsmittel von mindestens 1,63
nicht beachtet, und der Reaktor wird mit einer Mischung mit einem Gehalt von 50 Gew.% Acrylnitril
3% Methylacrylat, 47% Dimethylformamid und etwa 0,14% Ammoniumpersulfat gespeist. Der Inhalt des
Reaktors erstarrt, wenn die Menge an Polymerisat 9 % ist. Das Polymere hat ein Molekulargewicht von ungefähr
50000.
Beispiel 6 (Vgl.)
In diesem Beispiel wird die Polymerisation mit einem höheren Monomeren/Lösungsmittel-Verhältnis
als 1,63 gemäß der Erfindung begonnen, aber da die Polymerisation fortschreitet, verringert sich dieses
Verhältnis, bis es unter 1,63 fällt, wobei es Gelierung veranlaßt.
Der Reaktor wird mit einer Mischung aus 565,5 g Acrylnitril, 28,4 g Methylacrylat, 250 g Dimethylformamid,
2,84 g Natriummethallylsulfonat, 0,684 g
4") Ammoniumpersulfat und l,78gLaurylmerkaptan pre
Stunde, gespeist. Das stationäre Volumen wird auf 1 ] und die Temperatur auf 60° C gehalten. Die Polymerisation
beginnt normal, aber der Inhalt des Reaktors beginnt viskos zu werden von dem Zeitpunkt an, wenn
16% Polymerisat vorhanden ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Monomeren/Dimethylformamid-Verhältnis
gleich 1,85. Kurz darauf, da die Konzentration an Polymerisat immer noch zunimmt, nähert sich das Monomcren/Dirnethylformamid-Verhältnis
1,63, und der Reaktor wird blockiert. Das Polymer enthält 112
Milliäquivalente NaSO1 pro kg Harz.
Dieses Beispiel beschreibt die Polymerisation und anschließende Gewinnung von Polyacrylnitrilfasern,
Ein 5-1-Reaktor, erwärmt auf 55 bis 60° C, wird
mit einer Mischung aus 2644 g Acrylnitril, 144 j
Methacrylat, 516 g Dimethylformamid, 23,2 g Ammoniummethallylsulfonat,
3,65 g Ammoniumpersulfat und 7,92 g t-Butylmerkaptan pro Stunde gespeist.
Die Polymerisatsuspension wird aus dem Reaktor in einem solchen Verhältnis abgezogen, um eine Veiwcilzeit
von 75 Minuten aufrechtzuerhalten. Der Po-
lymerisatgehalt in dem Reaktor steigt auf 31,7%. Das Molekulargewicht ist etwa 65000 und der Gehalt an
NH4SO3 ist etwa 100 Milliäquivalente pro kg Harz.
Die Monomeren werden in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wiedergewonnen, und der Sirup wird auf
eine geeignete Viskosität in einem Dünnschichtverdampfer konzentriert. Spinnen führt zur Bildung von
weißen Fasern, welche leicht gefärbt werden durch basische Farbstoffe, und welche die folgenden Eigenschaften
besitzen: Titer: 2,8 dtex vor und 3,9 dtex nach der Entspannung. Zugfestigkeit: 29,7 g/tex vor
und 27 g/tex nach der Entspannung. Zugdehnung: 27% vor und 31% nach der Entspannung. Schiingenfestigkeit:
8,4 g/tex vor und 11 g/tex nach der Entspannung. Schiingendehnung: 4% vor und 8% nach
der Entspannung.
Beispiel 8 (Vgl.)
Dieses Beispiel zeigt den Einfluß der Temperatur.
Polymerisation, ausgeführt unter den Bedingungen des Beispiels 3, aber bei 70° C an Stelle von 60° C
und unter Verwendung der halben Menge an Katalysator, führt zu einer Vergrößerung der Viskosität,
wenn der Polymerisatgehalt in dem Reaktor 10% erreichte. Gleichzeitig war die Reaktion sehr heftig und
schwierig zu beherrschen. Die Polymerisation mußte abgebrochen werden bei einem Polymerisatgehalt von
12% in der stationären Phase.
Beispiel 9 (Vgl.)
Dieses Beispiel zeigt, daß die Reaktion oberhalb einer gewissen Temperatur nicht länger kontrollierbar
Wiederholung des Beispiels 8 bei 80° C mit einem Viertel der Menge an Katalysator führte gleichfalls
zu Schwierigkeiten. Die Reaktion wurde abgebrochen, bevor 10% Polymeres in der stationären Phase
erhalten wurden.
Dieses Beispiel zeigt, daß es möglich ist, bei einer niedrigen Temperatur, aber mit größerem Verbrauch
an Katalysator zu arbeiten.
Beispiel 2 wurde bei 50° C mit dreifacher Menge an Persulfat wiederholt. Die Reaktion verläuft normal
und dauert 12 Stunden. Die stationäre Phase enthält '" 31 Gew.% Polymerisat. Das Polymere enthält 110
Milliäquivalente an NaSOyGruppen pro kg und hat ein Molekulargewicht von 70000.
In diesem Beispiel wird Methylmethacrylat als Comonomeres
verwendet.
Ein Reaktor, erwärmt auf 60° C, wird mit einer Mischung aus 677 g Acrylnitril, 16,7 g Methylmethacrylat,
129 g Dimethylformamid, 5,3 g Natriummethallylsulfonat in 10 g Wasser, 0,912 g Ammoniumpersulfat
und 3,23 g p-Dodecylmerkaptan pro Stunde gespeist. Die Verweilzeit ist 96 Minuten. Die 8 Stunden
später abgezogene Suspension enthält 36,2 % Po-
JO lymerisat. Das Polymere hat ein Molekulargewicht
von 45000 und enthält 115 Milliäquivalente an NaSOj-Gruppen pro kg Copolymerisat.
Claims (3)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Spinnlösungen des Polyacrylnitrile in einem ">
Dialkylamid durch Suspensionspolymerisation in einer Stufe von monomerem Acrylnitril, gegebenenfalls
zusammen mit 0 bis 10 Gewichtsprozent Vinylacetat, Styrol oder einem Alkylester der
Acryl- oder Methacrylsäure und 0 bis 5 Gewichts- i" prozent Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure,
p-Styrolsulfonsäure, Vinylphenyläther-p-sulfonsäure,
N-phenyl-maleinsäuremonoamid-p-sulfonsäure,
N-phenyl-maleinimid-p-sulfonsäure oder einem Alkali-, Ammo- ι
> nium- oder Aminsalz dieser Säuren, in Gegenwart von Polymerisationskatalysatoren in einem
Mischreaktor bei Temperaturen des Reaktionsmediums zwischen 40 und 70° C und bei Verweilzeiten
des Reaktionsmediums in dem Mischreak- ■?<> tor von wenigen Minuten bis zu einigen Stunden,
wobei ein Teil des Reaktionsmediums in stetiger Weise abgezogen und eine geeignete Menge an
Dialkylamid zugesetzt wird, so daß nach der Beseitigung von monomerem Acrylnitril eine Spinn- >~>
lösung von Polyacrylnitril erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß
a) eine Konzentration von mindestens 25 Gewichtsprozent an polymerem Acrylnitril
ständig in dem Reaktionsmedium aufrecht- jo erhalten wird, indem darin ein Gewichtsverhältnis
zwischen monomerem Acrylnitril und Dia'kylamid von mindestens 1,63 gewichtsmäßig
durch stetiges Zusetzen einer Mischung, welche mindestens 32 Gewichtspro- i>
zent Dialkylamid enthält, aufrechterhalten wird;
b) 0,01 bis 2 Gewichtsprozent des Reaktionsmediums an Polymerisationskatalysator aus
einem oxydierenden Agens (1) und Äthylmerkaptan, tert.-Butylmerkaptan, Diodecylmerkaptan,
Thioharnstoff, Dixanthogenatdisulfid oder Thioglykolsäure als reduzierendem Agens (2) in einem Molverhältnis
(1) : (2) von 5,0 bis 0,05 eingesetzt wird. 4>
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dialkylamid Dimethylformamid
oder Dimethylacetamid ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das >
<> oxydierende Agens/reduzierende Agens-Molverhältnis in dem Katalysator vDn 1,0 bis 0,2 ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB4746468 | 1968-10-07 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1950195A1 DE1950195A1 (de) | 1970-04-16 |
DE1950195B2 true DE1950195B2 (de) | 1978-02-09 |
DE1950195C3 DE1950195C3 (de) | 1978-09-21 |
Family
ID=10445067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1950195A Expired DE1950195C3 (de) | 1968-10-07 | 1969-10-04 | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Spinnlösungen des Polyacrylnitrile |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE739665A (de) |
DE (1) | DE1950195C3 (de) |
ES (1) | ES371868A1 (de) |
FR (1) | FR1604309A (de) |
GB (1) | GB1234588A (de) |
IL (1) | IL33120A (de) |
NL (1) | NL6914529A (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL181914C (nl) * | 1977-07-05 | 1900-01-01 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | Inrichting voor het vervaardigen van getrokken voorwerpen. |
JP3289627B2 (ja) * | 1996-12-26 | 2002-06-10 | 住友化学工業株式会社 | メチルメタクリレート系重合体の製造法 |
-
1968
- 1968-10-07 GB GB4746468A patent/GB1234588A/en not_active Expired
- 1968-12-24 FR FR1604309D patent/FR1604309A/fr not_active Expired
-
1969
- 1969-09-24 NL NL6914529A patent/NL6914529A/xx unknown
- 1969-09-25 ES ES371868A patent/ES371868A1/es not_active Expired
- 1969-10-01 BE BE739665D patent/BE739665A/xx unknown
- 1969-10-04 DE DE1950195A patent/DE1950195C3/de not_active Expired
- 1969-10-06 IL IL33120A patent/IL33120A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1234588A (de) | 1971-06-03 |
BE739665A (de) | 1970-03-16 |
DE1950195A1 (de) | 1970-04-16 |
NL6914529A (de) | 1970-04-09 |
DE1950195C3 (de) | 1978-09-21 |
IL33120A0 (en) | 1969-12-31 |
ES371868A1 (es) | 1972-03-16 |
IL33120A (en) | 1973-04-30 |
FR1604309A (de) | 1971-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2757329C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Polymerisaten der Acrylsäure oder Methacrylsäure | |
DE1002128B (de) | Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisation von Acrylnitril, gewuenschtenfalls zusammen mit anderen mischpolymerisierbaren Monoolefinen | |
DE1250127B (de) | Verfahren zur Herstellung von Acrylnitrilmischpolymensaten | |
DE1201061B (de) | Verfahren zur Herstellung verspinnbarer Loesungen faserbildender Acrylnitrilpolymerisate | |
DE2141060A1 (de) | N-vinylpyrrolidoncopolymerisatloesungen | |
DE2244946A1 (de) | Verfahren zur redox-initiierten niederdruckcopolymerisation von aethylen mit einem anderen vinylmonomeren in waessriger loesung | |
DE1950195C3 (de) | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Spinnlösungen des Polyacrylnitrile | |
DE959059C (de) | Verfahren zur Herstellung von faser- oder filmbildenden Acrylsaeurenitrilmischpolymerisaten | |
DE69603003T2 (de) | Suspensionsverfahren zur Herstellung von Acrylpolymeren | |
DE2361743C2 (de) | Styrol-Acrylnitrilcopolymerisate hoher Wärmeformbeständigkeit | |
DE928369C (de) | Verfahren zur Herstellung von Polymerisaten | |
DE2633592C2 (de) | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Acrylnitril-Vinylchlorid- Copolymerisaten | |
DE932161C (de) | Verfahren zur Herstellung von ternaeren Mischpolymerisaten auf Acrylsaeurenitrilbasis, die 1-Vinylimidazole enthalten | |
DE2432412A1 (de) | Verfahren zur herstellung von acrylnitril-polymerisaten | |
DE1098203B (de) | Verfahren zur Herstellung von Mischpolymerisaten des Vinylchlorids oder Vinylidenchlorids | |
DE1645278A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Spinnloesungen aus Polyacrylnitril bzw. aus Mischpolymeren mit hohem Acrylnitrilgehalt | |
DE1595698B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Sulfonsäureamidgruppen enthaltenden Acrylnitrilmischpolymeren | |
DE947113C (de) | Verfahren fuer die Polymerisierung organischer monomerer polymerisierbarer Substanzen in Loesung | |
DE1093990B (de) | Polymerisationsverfahren | |
DE2009137B2 (de) | Verfahren zur Polymerisation von Vinylchlorid | |
AT266296B (de) | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung verspinnbarer Lösungen des Polyacrylnitrils und seiner Copolymeren | |
DE2104287C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Copolymerisaten von Acrylnitril | |
DE2063328C3 (de) | Acrylnitril-Copolymerisate und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE1301078B (de) | Verfahren zur Herstellung von verspinnbaren Loesungen des Polyacrylnitrils | |
AT316865B (de) | Verfahren zur Herstellung von Acrylonitrilpolymeren |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |