DE2340261A1

DE2340261A1 - Verfahren zum entfernen von oligomeren bestandteilen aus polyamiden

Info

Publication number: DE2340261A1
Application number: DE19732340261
Authority: DE
Inventors: Hellmut Boden
Original assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Current assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Priority date: 1973-08-09
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1975-03-06

Description

Verfahren zum Entfernen von ollgomeren Bestandteilen aus Polyamiden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von oligomeren Bestandteilen, die bei der Polykondensation von Lactamen zu Polyamiden in der hochmolekularen Kondensatschmelze verbleiben.

Bei der Polykondensation von Lactamen zu Polyamiden stellt sich je nach Herstellungsverfahren am Ende der Polykondensationsreaktion ein Gleichgewicht zwisctiem dem PoIykondensat und den niedermolekularen Bestandteilen ein. Die genaue Lage des Gleichgewichts hängt von der Zahl der Kohlenstoffatome des Lactams und von der Temperatur ab. Bsi der Herstellung von Polyamid 6 aus Caprolactam unter großtechnischen Bedingungen ergeben sich beispielsweise im Gleichgewicht etwa 8 bis 10 % niedermolekulare Anteile.

Während es verhältnismäßig einfach ist, die monomeren Bestandteile durch Verdampfen unter Vakuum weltgehend aus der Schmelze zu entfernen, erfordert das Entfernen der dabei noch im Polykondensat verbleibenden oligomeren Bestandteile einen großen Aufwand.

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Es ist bekannt, die von Monomeren befreite Schmelze zu einem Zwischenprodukt in Form von Granulat zu verarbeiten, das danach einem Extraktionsprozeß unterworfen wird. In diesem Prozeß wird die Löslichkeit der Oligomeren in Wasser ausgenutzt. Das Granulat wird einige Stunden in Wasser gekocht, bis der Gehalt an Oligomeren von etwa 3 % auf etwa 0,5 % abgesunken ist. Nach dieser Extraktion muß das Granulat dann getrocknet werden. Die Resttrocknung wird unter hohem Vakuum durchgeführt und erfordert einen großen Aufwand an Einrichtungen und Energie. In der Regel muß diese Aufbereitung in mehreren Stufen durchgeführt werden. Nach der Trocknung kann das Granulat der weiteren Verarbeitung, z. B. dem Verspinnen zu Fasern, zugeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der verfahrenstechnisch umständliche und wirtschaftlich aufwendige Prozeß der Zwischenextraktion und -trocknung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus einem Reaktionsraum austretende Schmelze in eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Kneteinrichtung eingebracht, daß ihr dort Wasserdampf zugeführt und in

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die Schmelze eingemischt, daß danach die Mischung kurzfristig einem über dem-Dampfdruck des Wassers liegenden erhöhten Druck ausgesetzt und anschließend auf einen unter dem Dampfdruck des Wassers aber über dem Atmosphärendruck liegenden Wert entspannt wird und daß die sich dabei bildenden Dämpfe abgeführt werden.

Besonders wirtschaftlich ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die mit Wasserdampf vermischte Kondensatschmelze kurzfristig einem so hohen Druck ausgesetzt wird, daß sich dabei praktisch der gesamte Wasserdampf niederschlägt.

Verwendet man eine entsprechend lange Misch- und Kneteinrichtung, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßigerweise so durchführen, daß vor dem Entfernen der oligomeren Bestandteile aus der Polyamidschmelze in derselben kontinuierlichen Misch- und Kneteinrichtung die monomeren Bestandteile durch Verdampfen entfernt werden.

Werden besonders hohe Anforderungen an die Wasserfreiheit des Endprodukts gestellt, so läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren derart erweitern, daß die von den niedermolekularen Reaktionsbestandteilen befreite Polyamidschmelze in einer nachgeschalteten Entgasungstufe unter

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Vakuum von möglicherweise noch vorhandenen geringen Spuren an Wasser und rückgebildeten Monomeren befreit wird.

Sehr gut bewährt hat sich eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem als kontinuierlich arbeitende Misch- und Kneteinrichtung eine zweiwellige Schneckenniaschine mit Dichtprofil schnecken und zusätzlich auf den Schneckenwellen vorgesehenen Knetscheiben eingesetzt wird.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß das Verfahren äußerst wirtschaftlich ist und ein sehr hochwertiges Produkt ergibt. Durch die kurze Verweilzeit in der kontinuierlich arbeitenden Misch- und Kneteinrichtung ist die Gefahr von thermischen Schädigungen des Polyamids sehr gering, zum anderen erhält man ein Endprodukt sehr gleichmäßiger Qualität. In einigen Fällen kann das Polyamid gleich anschließend an die Entfernung der oligomeren Bestandteils direkt versponnen werden, so daß sich eine Zwischenlagerung in Form von Granulat ganz vermeiden läßt.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden näher beschrieben.

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Das aus einem Reaktionsraum, in dem die Polymerisation bzw. Polykondensation kontinuierlich stattfindet, in schmelzflussigem Zustand austretende Polyamid (beispielsweise Polyamid 6 bei der Polykondensation von Caprolactam) wird in zwei Verdampfungsstufen unter Vakuum von den den größeren Anteil der niedermolekularen Bestandteile ausmachenden Monomeren befreit. Das Entfernen der Monomere kann nach bekannten Verfahren erfolgen, es ist aber wirtschaftlich zweckmäßig, wenn es in derselben Schneckenmaschine durchgeführt wird, die als Misch- und Kneteinrichtung für das- erfindungsgemäße Verfahren dient.

Sehr gut bewährt haben sich hierfür zweiwellige Schneckenmaschinen des Typs ZSK. Diese Maschinen weisen auf zwei parallelen Wellen aufgestreckte Schneckenelemente auf, die mit Dichtprofil ineinandergreifen. Durch Kombination verschiedenartiger Schneckenelemente und dazwischen angeordneter Knetelemente lassen sich innerhalb des Arbeitsraums einer Schneckenmaschine verschiedene Verfahrensstufen voneinander abtrennen und gegeneinander abdichten.

So werden in zwei ersten Vakuumzonen bei etwa 1 bis 10 Torr die in der Kondensatschmelze enthaltenen monomeren Bestandteilen praktisch vollkommen entfernt. Anschließend an die Vakuumzonen gelangt die Schmelze in eine Zone

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höheren Drucks, die diese Zonen gegenüber den nachfolgenden abdichtet. Nach der Druckzone wird in die Schmelze Wasser-Sattdampf der gleichen Temperatur wie die Polyamidschmelze durch entsprechende Gehäuseöffnungen hindurch zugegeben. Der Wasserdampf wird in einer kurzen Mischzone der Schneckenmaschine in die Schmelze eingemischt und danach wird die Mischung in einer entsprechend gestalteten Sehn ecken, ζ one einem erhöhten Druck unterworfen, der über dem Sattdampfdruck bei der gegebenen Temperatur liegt. Der Wasserdampf kondensiert aus und setzt bei dieser erzwungenen Kondensation Wärme frei, die das Gemisch von Polykondensat und Wasser kräftig aufheizt. Die Temperaturerhöhung hängt natürlich von der Menge des zugegebenen Dampfes ab, die ohne Schwierigkeiten an die Erfordernisse des Verfahrens engepaßt werden kann.

Die erhöhte Temperatur wirkt nur einige Sekunden auf die Kondensatschmelze ein und kann dabei die Qualität des Endprodukts nicht mindern. Nachdem das Wasser intensiv mit der Schmelze vermischt ist, wird durch geeignet ausgestaltete Schneckenelemente der Druck in der Mischung wieder stark abgesenkt. Das Wasser entzieht der Mischung Wärme und verdampft unter Mitnahme der inzwischen in Lösung gegangenen oligomeren Bestandteile. Die Polyamidschmelze hat nach dieser plötzlichen Entspannung wieder etwa, die

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gleiche Temperatur wie vor der Druckerhöhung. Die Entspannungsverdampfung muß bei einem Druck stattfinden, der merklich über dem Atmosphärendruck liegt, um zu vermelden, daß sich dabei die verdampfenden Oligomere wieder niederschlagen und in die Schmelze gelangen. Der erforderliche Druckverlauf läßt sich durch geeignete Auswahl von Schnecken- und Knetelementen gewährleisten.

Wenn es erforderlich ist, kann die beschriebene Extraktion in der Schmelze stufenartig in mehreren in der gleichen Schneckenmaschine hintereinander angeordneten Zonen durchgeführt werden. In einer letzten Zone v/erden schließlich bei Bedarf etwa noch vorhandene Spuren von Wasser oder rückgebildeten Monomeren unter hohem Vakuum verdampft und abgeführt.

Im Anschluß an die Entfernung der niedermolekularen Anteile kann die Polyaraidschmelze direkt der weiteren Verarbeitung, beispielsweise in einer Spinndüse, zugeführt werden. Ist die direkte Welterverarbeitung nicht möglich, v/ird das Polyamid granuliert. Das erhaltene Granulat dient als Zwischenprodukt für die weitere Verarbeitung.

-Patentansprüche-

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Claims

WERNER & PFLEIt)FRE¹? Stgt.-Feuerbach,

7. August 1973 .0 Pat.-Be/ep ⁰ PE 7227

Pa tentansprüche

II.· Verfahren zum Entfernen von oligomeren Bestandteilen, die bei der Polykondensation von Lactamen zu Polyamiden in der hochmolekularen Kondensatschmelze verbleiben, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Reaktiorsraum austretende Schmelze in eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Kneteinrichtung eingebracht, daß ihr dort Wasserdampf zugeführt und in die Schmelze eingemischt, daß danach die Mischung kurzfristig einem über dem Dampfdruck des Kassers liegenden erhöhten Druck ausgesetzt und anschließend auf einen unter dem Dampfdruck des Wassers aber über dem Atmosphärendruck liegenden Wert entspannt wird und daß die sich dabei bildenden Dämpfe, abgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wasserdampf vermischte Kondensatschmelze kurzfristig einem so hohen Druck ausgesetzt wird, daß sich dabei praktisch der gesamte Wasserdampf niederschlägt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Entfernen der oligomeren Bestandteile aus der Polyamidschmelze in derselben kontinuierlichen F.isch- und Kneteinrichtung die monomeren Bestandteile durch Verdampfen entfernt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den niedermolekularen Reaktionsbestandteilen befreite Polyamidschmelze in einer nachgeschalteten Entgasungsstufe unter Vakuum von-möglicherweise noch vorhandenen geringen Spuren an Wasser und rückgebildeten Monomeren befreit wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als kontinuierlich arbeitende Misch- und Kneteinrichtung eine zweiwellige Schnecken maschine mit Dichtprofilschnecken und zusätzlich auf den Schneckenwellen vorgesehenen Knetscheiben eingesetzt wird.

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