DE908069C

DE908069C - Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Herstellung von hochpolymeren Stoffen, insbesondere Polyamiden

Info

Publication number: DE908069C
Application number: DEN4456A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Alwin Schrenk
Original assignee: Onderzoekings Instituut Research
Current assignee: Onderzoekings Instituut Research
Priority date: 1950-12-27
Filing date: 1951-09-23
Publication date: 1954-04-01
Also published as: CH299718A; FR1043430A; GB705029A; US2735839A; NL74985C; BE505947A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 1. APRIL 1954

X 4456 IFc/39 c

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fortlaufenden Herstellung von hochpolymeren Stoffen, insbesondere Polyamiden, wobei man niedrig molekulare Verbindungen, insbesondere ε-Caprolactam, unter Erhitzung in horizontaler Richtung strömen läßt. Aus diesen hochpolymeren Stoffen lassen sich Erzeugnisse, wie Fäden, Fasern, ßändchen, Filme, Stäbe, herstellen.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind bekannt, und hierbei fließt das zu polymerisierende Material durch eine lange horizontale Rinne.

Erfindungsgemäß hat es sich nun als möglich ergeben, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung wesentlich zu verbessern, so daß eine wirtschaftliche und uniforme Produktion mit Hilfe einer ziemlich einfachen Vorrichtung erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in einem offenen, horizontalen Kanal stattfindet, welcher in einem Gefäß eingebaut ist und dessen aufeinanderfolgende Teile durch gemeinsame Wände getrennt sind, und daß die horizontale Strömung beendet wird, wenn die Gas- und Dampfentwicklung nahezu oder völlig aufgehört hat, worauf das Material in vertikaler Richtung aus dem Reaktionsgefäß abgelassen wird, derart, daß die Masse während der vertikalen Abfuhr auf eine andere Temperatur

als während der Polymerisation gebracht werden kann.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem offenen, horizontalen Kanal besteht, der in einem Gefäß eingebaut ist und dessen aufeinanderfolgende Teile durch gemeinsame Wände getrennt sind, aus einem λ-ertikalen Rohr am Ende dieses Kanals, welches zur Abfuhr der polymerisieren Masse dient, und aus einzelnen Erhitzungsvorrichtungen für den Polymerisationskanal und das Ablaßrohr.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfiiidungsgemäßen Vorrichtung ist der Polymerisationskanal durch ein einziges zu einer Spirale gebogenes Blech gebildet, wobei der Boden des Gefäßes als Kanalboden ausgebildet ist und eine Auffangrinne unterhalb der Abfuhr der Gase und Dämpfe vorgesehen ist zwecks Führung von rückfließender Flüssigkeit zum Außenumfang der Spirale.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich noch weiter verbessern, indem im Polymerisationskanal Hindernisse quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind zwecks Ausgleich der schichtweisen Strömungsunterschiede.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Katalysatoren und bzw. oder Stabilisatoren wohl oder nicht zur Anwendung kommen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß eine große Kanallänge auf einer kleinen Bodenfläche und somit in einem entsprechend verhältnismäßig kleinen Raum untergebracht werden kann. Das Rohr am Kanalende kann als ein kurzes oder langes vertikales Rohr ausgebildet sein. In einem solchen Rohr steht die Reaktionsmasse unter Hydrostatdruck, der von der Höhe der Reaktionsmasse abhängig ist. Dieser Druck kann zur Weiterleitung der Reaktionsmasse verwendet werden, und er kann zu gleicher Zeit für die Lieferung des Vordrucks für eine am unteren Teil des Rohres angeschlossene Transportoder Dosierpumpe zwecks Zuleitung der flüssigen Masse an eine an und für sich bekannte Spinnvorrichtung dienen.

Zur Erörterung der Erfindung folgt nachstehend an Hand der Zeichnung die Beschreibung einer Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. ι zeigt schematisch einen vertikalen Querschnitt und

Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung, wobei in Fig. 2 'der Deckel des Gefäßes entfernt ist.

In der Fig. ι besteht das Umhüllungsgefäß aus einem Kessel ι und einem Deckel 2, welch letzterer mit einer Ablaßöffnung 3 für Gase und Dämpfe und einem Schauglas 4 versehen ist. Der topf artige Kessel weist eine Zuleitung 5, einen Erwärmungsmantel 6 mit Zuleitungen 7 und Ableitungen 8 für die Erwärmungsflüssigkeit sowie eine Bodenabflußöffnung 9 für das polymerisierte Produkt auf. An die Abflußöffnung 9 ist ein nach unten verlaufendes Temperiergefäß in Form eines äußerlich mit Erwärmungsflüssigkeit erhitzbaren Rohres 10 angeschlossen. Der Deckel 2 besitzt eine Öffnung 11, durch welche die Vorrichtung mit einem inerten Gas, ζ. Β. Stickstoff, gefüllt werden kann. Im Kessel 1 ist ein spiralförmiger, gebogener Metallstreifen 12, der den Polymerisationskanal bildet, am Boden 13 befestigt. Die oberen Spiralränder 14 werden durch Abstandhalter 15 an der richtigen Stelle gehalten.

An einzelnen Stellen im durch den Streifen 12 gebildeten Kanal sind Trennungswände 16 vorgesehen, von denen eine in der Fig. 1 schraffiert veranschaulicht ist und welche sich bis auf einigen Abstand des Bodens 13 zwecks Bildung von Hindernissen in der Strömung erstrecken. Die Flüssigkeitsoberfläche im Kanal ist mit 17 bezeichnet, und zum Messen der Höhe des Flüssigkeitsniveaus ist ein Visierstab (Eichstab) 18 vorhanden.

Unter der Ablaßöffnung 3 für die Gase ist eine Sammelrinne 19 vorgesehen zwecks Führung der Kondensflüssigkeit in den Kanalzutritt und zwecks Verhinderung, daß diese Flüssigkeit ins Homogenisiergefäß 10 gelangt. Auf diese Weise kann dauernd direkt und indirekt eingelassenes Wasser wieder entfernt werden, ohne daß man zu gleicher Zeit erhebliche, mit dem Wasser verdampfte Msngen Ausgangsmaterial, ζ. Β. Lactam, verliert. go

Die Abführung des fertigen und homogenen polymerisierten Produktes erfolgt mit Hilfe einer nicht dargestellten Zahnradpumpe, welche eine konstante Menge pro Zeiteinheit aus dem röhrenartiigen Temperiergefäß abführt.

Infolge der Homogenität des Endproduktes läßt sich dieses sofort in einer Vorrichtung zum Verspinnen zu Fäden und Fasern oder in einer Vorrichtung zum Bilden von Stäben oder Gebilden, z. B. im Spritzgußverfahren, verarbeiten. Das polymeriisierte Produkt kann in der Abführvorrichtung auf die für die Verarbeitung günstigste Temperatur gebracht werden, welche sich von der Polymerisationstemperatur unterscheidet, und der für die Zuführung an die Pumpe erforderliche Hydrostatdruck wird durch die Abflußvorrichtung geliefert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es also, eine oder mehrere Einrichtungen zur Herstellung von Fäden, Fasern, Stäben usw. direkt an diese anzuschließen. no

Zwecks näherer Erörterung folgt hierunter ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel

In einem auf die oben beschriebene Weise in einem Kessel angeordneten spiralförmigen Kanal wurden pro Zeiteinheit 10 kg f-Caprolactam der allgemeinen Formel

XO

NH

vermischt mit o,i°/o Phosphorsäure und 5% Wasser als Katalysator, zugeführt. Der Kanal hatte eine Länge von 20 m, eine Höhe von 40 cm

und eine Breite von 6 cm. Die Zufuhr und gleichfalls die Abfuhr wurden derart geregelt, daß die Reaktionsmasse während wenigstens 24 Stunden im Kanal bei ungefähr 260⁰ und während etwa 6 Stunden im Temperiergefäß bei ungefähr 240⁰ verblieb.

Der Gasauslaß des Kessels war mit einer Rektifiziersäule versehen, welche auf 98⁰ gehalten wurde. Der sich entwickelnde Wasserdampf und ein Teil des verdampften Monomeren entwichen durch diesen Auslaß, wobei dauernd ein Teil des Wasserdampfes mit einem großen Teil des verdampften Monomeren kondensierte und zum Zutritt des Polymerisationskanals zurücklief. Pro Stunde wurden aus dem Gefäß 10 kg Polymerisat mit einer inneren Viskosität von 1,3 abgeführt.

Sollte die Gefahr bestehen, daß Teile einer Vorrichtung durch die Reaktionsprodukte oder das Endprodukt angegriffen werden, so ist es emp-

ao fehlenswert, wenigstens diese Teile aus einem beständigen Material und vorzugsweise aus rostfreiem Stahl herzustellen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur fortlaufenden Herstellung von hochpolymeren Stoffen, insbesondere Polyamiden, wobei man niedrig molekulare Verbindungen, z. B. ε-Caprolactam, unter Erhitzung in horizontaler Richtung strömen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in einem offenen, horizontalen Kanal stattfindet, welcher in einem Gefäß eingebaut ist und dessen aufeinanderfolgende Teile durch gemeinsame Wände getrennt sind, daß die horizontale Strömung beendet wird, wenn die Gas- und Dampfentwicklung nahezu oder völlig · aufgehört hat, worauf das Material in vertikaler Richtung aus dem Reaktionsgefäß abgelassen wird, derart, daß die Polymerisationsmasse während der vertikalen Abfuhr auf eine andere Temperatur als während der Polymerisation gebracht werden kann.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem offenen, horizontalen. Kanal besteht, der in einem Gefäß eingebaut ist und dessen aufeinanderfolgende Teile durch gemeinsame Wände getrennt sind, aus einem vertikalen Rohr am Ende dieses Kanals, welches zur Abfuhr des polymerisierten Produktes dient, und aus einzelnen Erhitzungsvorrichtungen für den Polymerisationskanal und das Ablaßrohr.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationskanal durch ein einziges zu einer Spirale gebogenes Blech gebildet ist, wobei der Boden des Gefäßes als Kanalboden dient, und daß eine Auffangrinne unterhalb der Abfuhr der Gase und Dämpfe vorgesehen ist zur Führung von rückfließender Flüssigkeit zum Außenumfang der Spirale.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Polymerisations- 6g kanal Hindernisse quer zur Strömungsrichtung zwecks Ausgleich von schichtweisen Strömungsunterschieden angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 5882 3.