DE2549119A1

DE2549119A1 - Verfahren und vorrichtung zur anionischen polymerisation von laktamen

Info

Publication number: DE2549119A1
Application number: DE19752549119
Authority: DE
Inventors: Michel Biensan; Philippe Potin
Original assignee: ATO Chimie SA
Current assignee: ATO Chimie SA
Priority date: 1974-11-12
Filing date: 1975-11-03
Publication date: 1976-05-20
Also published as: FR2291232A1; GB1490386A; JPS5230895A; US4067861A; FR2291232B1; CS193057B2; NL7513205A

Description

Anmelder: ATO CHIMIE

TOUR D»AQUITAINE

92Ο8Ο COURBEVOIe(FRANCE)

Verfahren und Vorrichtung zur anionischen Polymerisation

von Laktamen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur anionischen Polymerisation von Laktamen in einer Strangpressmaschine, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei bekannten Verfahren zur anionischen Polymerisation von Laktamen in einer Strangpressmaschine wird die zu polymerisierende Mischung, die beispielsweise aus Laktam-12, einem Katalysator und einem Aktivierungsmittel (Aktivator) besteht, in die Strangpressmaschine eingebracht, dort in einer Rührzone gerührt, sodann auf die Polymerisationstemperatur erhitzt und schliesslich vermittels einer Extrusionsdüse extrudiert.

Es ist bekannt, dass bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens es sehr schwierig ist, ein Enprodukt zu erzielen, welches die gewünschte Homogenität in der Zeit aufweist, d. h. die verschiedenen Parameter, welche die Extrusions-Durchsatzmenge bestimmen, gleichbleibend zu halten.

In der Tat wirkt sich selbst eine geringfügige Selwanking der Extrusions-Durchsat zmenge sofort auf das Temperaturprofil aus und ruft somit eine erhebliche Schwankung im Ablauf des Polymerisationsvorganges, sowie folglich eine Schwankung der Auslassmenge und der Güte des Endproduktes hervor.

Zum Beispiel hat eine Schwankung der Durchsatzmenge von 2% eine Verminderung der Polymerisationsgeschwindigkeit von 10 bis 15/ί zur Folge und bewirkt somit eine erhebliche Schwankung der Güte des Endproduktes.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die oben angeführten Nachteile vermieden werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung sollen es gestatten, ein granuliertes Produkt oder, wenn gewünscht, unmittelbar Halbfertig-Produkte, wie Fäden, Hüllen oder Profilstücke herzustellen, was durch die erfindungsgemäss erzielte genaue Regelung der Durchsatzmenge ermöglicht wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur anionischen Polymerisation von Laktamen in einer Strangpressmaschine wird eine wenigstens ein Laktam, wenigstens einen Katalysator und wenigstens eine Aktivierungssubstanz enthaltende Mischung in die Strangpressmaschine eingebracht und innerhalb des Strangpressmaschinenkorpers polymerisiert, wonach die hierdurch erzielte polymerisierte Substanz vermittels des Strangpresswerkzeuges der Maschine extrudiert wird. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzmenge der polymerisierten Substanz zwischen dem Auslass des Strangpressmaschinenkorpers und dem Strangpresswerkzeug reguliert wird.

In der Praxis wurde festgestellt, dass diese Regulierung der Durchsatzmenge es ermöglicht, die Arbeitsweise der Strangpressmaschine erheblich zu verbessern und insbesondere die Bedienung der Strangpresseinrichtung zu vereinfachen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, bei der Polymerisation von Laktamen eingesetzt zu werden, die wenigstens sechs Kbhlenstoffatome besitzen, und vorzugsweise von Laktamen, die sechs bis zwölf Kohlenstoffatome besitzen; das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Polymerisation von Caprolaktam, Oenantholaktam und Dodecalaktam; diese Laktame können entweder jeweils einzeln oder in Kombination verwendet werden.

Die Katalysatoren .und Aktivierungssubstanzen, die dem Laktam zwecks Herstellung des Reaktionsgemisches beigemischt werden, können herkömmlicherweise bei der anionischen Polymerisation verwendete, an sich bekannte Katalysatoren und Aktivierungssubstanzen sein. Was die Katalysatoren anbetrifft, so kommen Alkalimetalle wie Natrium und Kalium, sowie Hydride oder Hydroxyde von

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Alkalimetallen in Frage. Als Aktivierungssubstanzen können organische Isozyanate, Harnstoff, Amide und saure Chloride verwendet werden.

Die Polymerisationstemperaturen entsprechen wesentlich den bei den "bekannten Verfahren verwendeten. Diese Temperaturen liegen zwischen dem Schmelzpunkt des Polylactams bzw. Copolylaktams und derjenigen Temperatur, von welcher ab ein Zerfall des betreffenden Polymers stattfindet. Diese letztere Temperatur liegt in den meisten Fällen bei etwa 300⁰C.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemässen Verfahrens weist eine.. Strangpressmaschine auf, in welcher die Polymerisation des Laktams durchgeführt wird, sowie ein Strangpresswerkzeug zum Extrudieren der polymerisieren Substanz. Diese erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Fördermittel aufweist, die zwischen dem Auslass des Strangpressmaschinenkörpers und dem Strangpresswerkzeug angeordnet und derart ausgestaltet sind, dass sie die aus dem Strangpressmaschinenkörper austretende polymerisierte Substanz empfangen und dieselbe mit einer konstanten Durchsatzmenge zum Strangpresswerkzeug fördern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in beiliegender Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben, ohne jedoch auf dieses Beipsiel beschränkt zu sein.

Wie aus der Zeichnung erhellt, weist die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Strangpresse bzw. Mischmaschine 1, deren Körper 2 in der Zeichnung dargestellt istjfcuf .Diese Strangpressmaschine besitzt eine Schnecke 3 und eine volumetrische Pumpe 6, durch die ein Strangpresswerkzeug 7 gespeist wird. Die Pumpe 6 ist vermittels eines Verbindungsstückes 5 an den Auslass des Strangpressmaschinenkörpers 2 angeschlossen.

In die Strangpressmaschine 1 wird in herkömmlicher Weise eine wesentlich aus einem Laktam, einem Katalysator und einer Aktivierungssubstanz bestehende Mischung eingebracht. Diese Mischung wird auf die Polymerisationstemperätur erhitzt, und die somit erzielte polymerisierte Substanz, die den Auslass U

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des Strangpressmaschinenkörpers erreicht, wird von. der Pumpe 6 aufgenommen ' und vermittels des Strangpresswerkzeuges 7 in Form eines Stranges oder eines Profilstückes 8 extrudiert.

Die Pumpe 6 kann eine Zahnradpumpe sein und ist mit Mitteln zur Regulierung ihrer Geschwindigkeit, d. h. ihrer Durchsatzmenge verbunden; diese Regulierungsmittel können aus einer sog. "Moto-Variat or- Gruppe" bestehen (in der Zeichnung nicht dargestellt).

Diese Pumpe ist derart angeordnet, dass sie eine konstante Durchsatzmenge polymerisierter Substanz durch das Strangpresswerkzeug fördert. Der die Pumpe antreibende Motor muss eine genügend hohe Leistung besitzen, um jeglichen Einfluss etwaiger Schwankungen der Viskosität der polymerisierten Substanz auf die Durchsatzmenge wesentlich zu unterbinden.

Durch die Anordnung des Mittels zur Regulierung der Durchsatzmenge, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel der in der Zeichnung schematisch angedeuteten Pumpe, wird es ferner ermöglicht, den Druck stromaufwärts des Strangpresswerkzeuges wesentlich zu erhöhen. Daher, und in Anbetracht der erzielten konstanten Durchsatzmenge, wird es möglich, unmittelbar Profilstücke zu extrudieren, was nicht möglich ist, wenn eine einfache Polymerisations-Strangpressmaschine verwendet wird.

Das Anlaufen und die Regulierung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind im Vergleich mit herkömmlichen Vorrichtungen bedeutend erleichtert. Die Drehgeschwindigkeit der Schnecke hat praktisch keinerlei Einfluss auf die Extrusions-Durehsatzmenge. Polglich kann die Drehgeschwindigkeit innerhalb weiter Grenzen erhöht werden, um eine bessere Homogenität des erzielten Endproduktes zu gewährleisten, insbesondere wenn es erwünscht ist, Füllstoffe oder Weichmacher beizumischen.

BEISPIEL:

Eine der dargestellten Vorrichtung entsprechende Vorrichtung wurde zwecks Durchführung eines Versuches verwendet; bei diesem Versuch enthielt die zu polymerisierende Mischung Laktam-12, sowie 0,65 mol.-Ji Natriumhydrid und

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0,65 mol.-# Aktivierungssubstanz. Die Pumpe wurde derart angetrieben, dass eine normale Durchsatzmenge von ca. 35 kg/Std. erzielt wurde; die Polymerisierungstemperatur war ca. 25O⁰C.

Eine Pumpe vom Typ TAVANNES MACHINES CO. mit einer Durchsatzmenge von 20 ml/Umdr. wurde benutzt; diese Pumpe wurde vermittels einer sog. "Moto-Variator-Gruppe" reguliert.

Der Versuch wurde 2U Stunden lang durchgeführt, und zwar mit auf einanderfolgen Chargen von je 200 kg; lediglich während einer anfänglichen Zeitspanne von ca. 1/2 Stunde wurde ein Produkt erzielt, das den offiziellen Normen nicht genügte. Während der restlichen Dauer des Versuches wurde die Regulierung der Pumpe nicht verändert; der Druck stromaufwärts von der Pumpe

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betrug wenigstens 50 kg/cm .

Die mittlere inherente Viskosität betrug 1,1*5 mit einer Toleranz der Grössenordnung 0,02 beim Versuch mit Verwendung der Pumpe, wohingegen diese Viskosität beim Versuch ohne Verwendung der Pumpe zwischen 1,k0 und 1,55 schwankte. Ferner betrug der Monomer-Gehalt des Polydodecalaktams (durch Sublimation bei 230⁰C in einem Vakuum von 1 Torr bestimmt) beim Versuch mit Verwendung der Pumpe 0,20 mit einer Toleranz der Grössenordnung 0,08, während beim Versuch ohne Pumpe dieser Monomergehalt zwischen 0,1 und 0,7 schwankte.

Das Fliessvermögen des Polydodecalaktams war beim Versuch mit Verwendung der Pumpe 2 150 mit einer Toleranz der Grössenordnung 275» wohingegen das FIiessvermögen beim Versuch ohne Pumpe zwischen 87O und 2800 schwankte. Das Fliessvermögen ist definiert durch das Gewicht von Produkt, in mg/min., welches bei einer Temperatur von 2^0°C unter der Einwirkung eines Druckes

von 2 kg/cm durcl
von 3 mm fliesst.

von 2 kg/cm durch ein Strangpresswerkzeug mit einem Öffnungsdurchmesser

Die Schwankungen der Durchsatzmenge waren beim Versuch mit Verwendung der Pumpe besonders gering; der Durchschnittswert betrug 3^,7 kg/St, mit einer Toleranz der Grössenordnung 0,8$, wohingegen beim Versuch ohne Pumpe die Toleranz ca. 2,5$ betrug.

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Es wurde festgestellt, dass die Qualität des in der erfindungsgemässen Vorrichtung hergestellten Polymers praktisch vom Anfang des Betriebes der Vorrichtung an gut war,wenn es sich um die Herstellung von granuliertem Polymer handelte, und dass die erzielte Qualität etwa eine halbe Stunde nach Inbetriebsetzung der Vorrichtung gut war, wenn es sich um die Herstellung von Profilstücken handelte.

Insbesondere gestattet die Gleichmässigkeit der Durchsatzmengen die Erzielung von Produkten mit reproduktiblen Eigenschaften.

Die erfindungsgemäss durchgeführte anionische Polymerisation von Laktamen gestattet es einerseits, eine völlig stabile Durchsatzmenge am Einlass des Strangpresswerkzeuges und somit eine hervorragende Homogenität des extrudierten Endproduktes zu erzielen, und andererseits notwendigenfalls den Druck stromaufwärts des Strangpresswerkzeuges oder die Umwälzung (Rühren) des Reaktionsgemisches zu verstärken durch entsprechende Regulierung der Schnecke bzw. Schnecken der Misch-Strangpressmaschine, ohne dass hierdurch die Durchsatzmengen des extrudierten Produktes erhöht werden, wodurch die Homogenität und folglich die mechanischen Eigenschaften des Produktes noch verbessert werden.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt; hingegen kann der Fachmann zahlreiche Abänderungen vornehmen, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.,- Verfahren zur anionischen Polymerisation von Laktamen in einer Strangpressmaschine, bei dem in die Strangpressmaschine ein aus wenigstens einem Laktam, wenigstens einem Katalysator und wenigstens einem Aktivierungsmittel "bestehendes Gemisch eingebracht, im Körper der Strangpressmaschine polymerisiert und vermittels eines Strangpresswerkzeuges extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzmenge der polymerisieren Substanz zwischen dem Auslass des Strangpressmaschinenkörpers und dem Strangpresswerkzeug reguliert wird,

2. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laktam wenigstens sechs, vorzugsweise sechs bis zwölf Kohlenstoffatome besitzt.

3. - Verfahren zur anionischen Polymerisation von Laktamen, mit einer Strangpressmaschine, in welcher die Polymerisation durchgeführt wird, sowie mit einem Strangpresswerkzeug zum Extrudieren der polymerisierten Substanz, dadurch.. gekennzeichnet, dass zwischen dem Auslass des Körpers der Strangpressmaschine und dem Strangpresswerkzeug Fördermittel angeordnet sind, welche die aus dem Strangpressmaschinenkörper austretende polymerisierte Substanz aufnehmen und dieselbe mit konstanter Durchsatzmenge dem Strangpresswerkzeug zuführen.

k. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermittel aus einer mit Geschwindigkeitsregulierungsmitteln zusammenwirkenden volumetrischen Pumpe, insbesondere aus einer mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Zahnradpumpe bestehen.

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