DEP0054858DA - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Polymerisation von Amino-Caprolaktam - Google Patents

Description

BE 2078

PAKCöFIL Textil-Maschinenbaa AG. , Zurich (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Polymerisation \%n^^pröiaktam.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisation von Amino-Gaprolaktarn, dessen Polymerisat zur Kunststoffklasse der Superpolyamide gehört und in grossem Umfang technische Verwendung insbesondere zur Herstelluag von Fäden, Folien und anderen Gebilden findet»

Es ist bekannt und gebräuchlich, das Gaprolaktam in der Weise zu polymerisieren, dass man das geschmolzene Laktam in einzelnen Chargen unter Druck und in Gegenwart von Wasser in einem Autoklaven so hoch erhitzt, bis die Aufspaltung des Ringes einsetzt und anschliessend unter Wasseraustritt die Kondensation der als Zwischenstufe gebildeten Aminco--Gaprcnsaure erfolgt. Es ist weiterhin bekannt, diesen Vorgang in Gegenwart geringer Mengen von stabilisierend wirkenden Verbindungen a.3= Essigsaure₅ durchzuführen, welche

die eine freie Endgruppe, z.B. die basische, der gebildeten Kette besetzt und so den Polymerisationsgrad dem technischen Verwendungszweck entsprechend begrenzt.

Es wurde nun gefunden, dass Vorgänge in einem kontinuierlichen Verfahren und im wesentlichen unter Atmosphärendruck sich durchführen Iassen_s wenn man sich der Hilfe eines elektrischen hochfrequenten Wechselfeldes bedient, unter dessen Einwirkung die kinetische Energie der Moleküle erheblich gesteigert und der Ablauf der verschiedenen Reaktionen beschleunigt wird. Hierbei hat sich herausgestellt, dass auf die Gegenwart grösserer Mengen von Wasser zur Einleitung der Ringspaltung verzichtet werden kann.

Kennzeichnend für das Verfahren ist, dass geschmolzenes Laktam von oben in eine durch zwei parallele Wände gebildete enge Zelle eintritt und unter dem Einfluss des hochfrequenten Feldes den Wänden dieser Zelle entlang nach unten strömt. Hierbei setzt die Polymerisation in Verbindung mit der durch das hochfrequente Feld bewirkten starken Temperatursteigerung ein und schreitet abhängig von der Verweilzeit in der Zelle bis zu der durch den anwesenden Stabilisator bedingten Kettenlänge fort.

Die für den Verlauf der Reaktion günstigen Bedingungen werden durch Abstimmung der Wellenlänge des

os. 2 _

hochfrequenten Feldes einerseits und durch Regelung der Durchflussgeschwindigkeit durch die Zelle anderseits geschaffen.

* Um das geschilderte Verfahren durchzuführen, können verschiedene Vorrichtungen benutzt werden, wie sie z.B. in den Figo 1-4 schematisch dargestellt sind, wobei das Prinzip des Verfahrens jedoch übereinstimmend darin besteht, dass die Schmelze in dünner Schicht entlang den Wandungen zweier benachbarter Platten einer Zelle nach unten fliesst und zwar senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes, welches zwischen zwei Elektroden in gleichem Abstand von den Zellenwandungen pulsiert=

In Fig. 1 ist in der Draufsicht eine im Umfang kreisförmig begrenzte Zelle 11 dargestellt, mit einem trichterförmigen Einlauf 12 am oberen Ende und einem Auslauf in Gestalt eines Rohrstutzens 13 am unteren Ende« Gegenüber den Zellwänden stehen in geringem Abstand die beiden Elektroden 14 und 14' mit den Zuleitungen von rohrförmigen! Querschnitt 15 und 15' für das elektrische Potential. Der Zulauf des geschmolzenen Laktams geschieht durch das Rohrstück 15.

Eine Zelle von im wesentlichen quadratischen Umrissen ist in den Fig. 3 und 4 wiedergegeben. 17 ist die Zelle aus nichtleitendem Material, z.B. Porzellan, die

oben zu einer Art von Wanne 18 erweitert ist, welcher das verflüssigte Laktam aus einem Vorratsbehälter 19 durch eine Leitung 20 zufliesst und die ausserdem mit einem Ueberlaufrohr 21 versehen ist. Der Boden dieser Wanne zeigt in gleichmassiger Verteilung Bohrungen 22, durch welche das Eaktam über den ganzen Zellenquerschnitt gleichmässig verteilt wird. Unten endet die Zelle in einen Rohrstutzen 23, dessen Abfluss durch eine geeignete, an sich bekannte Vorrichtung, z.B. das gezeichnete Ventil 24 mit Spindel 25 geregelt werden kann. Gegenüber den senkrechten Wandungen der nahezu quadratischen Zelle stehen die Elektroden 26 und 26', deren Abmessungen in jeder Richtung etwa 5-10 mm die entsprechenden Abmessungen der Zelle überschreiten. Die Zuleitung der elektrischen Spannung zu den Elektroden geschieht wiederum mittels metallischen Leitern von Rohrquerschnitt 27 und 27'»

1. Beispiels In die Verteilwanne einer Vorrichtung ähnlich der in den Figuren 3 und 4 dargestellten mit einer Seitenlänge der Zelle von rund 600 mm wird je Minute 600 cm3 Laktam in geschmolzenem Zustand bei einer Temperatur von

etwa 90 eingeleitet, welchem 0,2 Molprozent Essigsäure in 5Obiger Lösung zugesetzt sind. Das elektrische Hochfrequenzwechselfeld hat eine Frequenz entsprechend 30 m Wellenlänge, ν

Das enthaltene Polymerisat zeigt bei der Prüfung eine Lösungsviskosität von 2,35 see, in Schwefelsäure.

2. Beispiel; In eine gleiche Vorrichtung, jedoch mit 800 mm Kantlänge der Zelle wird je Minute 800 cm3 Gaprolaktam in geschmolzenem Zustand bei einer Temperatur von -ea-. 90 eingeleitet, dem 0,25 Molproaente !Ja (OH) in 6Obiger Lesung zugesetzt sind» Die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes entspricht 20 m Wellenlänge. Das Polymerisat zeigt eine Lösungsviskosität von 2,40 see. in Schwefelsäure,

Claims (1)

1. Patentansprüche ι

   1. Verfahren zur Polymerisation von Amino-Oaprolaktarn, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation im
   hochfrequenten Wechselfeld erfolgt, während das geschmolzene Laktam in dünner Schicht sich senkrecht zur Feldrichtung bewegt.

   2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach
   Anspruch 1., bestehend aus einer geschlossenen Zelle aus
   nichtmetallischem Werkstoff mit einer oberen Einlauf- und unteren Auslaufoffnung, deren senkrechten Wandungen 2 metallische Elektroden in gleichem Abstand gegenüberstehen=

   3. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation in an sich bekannter Weise in Gegenwart kleiner Mengen von Verbindungen stattfindet, Vielehe geeignet sind, die Länge der gebildeten Ketten zu begrenzen.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisatoren solche Verbindungen Verwendung finden, welche bei der Reaktionstemperatur nicht flüchtig sind.

   5» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Wellenlänge des elektrischen Wechselfeldea der
   Durchsatzgeschwindigkeit der Schmelze entsprechend derart

   geregelt wird, dass diese länge mit wachsender Geschwindigkeit abnimmt»

   5, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Durchflaaageschwindigkeit der Schmelze abhängig vom gewünschten Grad der Polymerisation bzw. von der gefälschten Höhe der Viskosität des Endproduktes geregelt wird.

   7» Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Einlaufwanne für die Schmelze mit einer Anzahl Bohrungen zur gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit Uber den Zellenquerschnitt und mit einem Ueberlauf für die überschüssige Schmelze versehen ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, in

   dass die Auslauf öffnung eine an sich bekannte idenge nagelvorrichtung, z.B. ein Ventil eingebaut ist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle aus zwei im wesentlichen gleichgestalteten runden oder quadratischen Platten,· z.B. aus Porzellan besteht, welche längs ihres Umfanges nachträglich durch ein geeignetes Bindemittel, z.B. einem erhärtenden Kitt verschlossen sind.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Burchmesser bzw. die Seitenlänge der Elektrode mindestens gleich oder grösser als der Durchmesser bzw. die Seitenlänge der Zelle ist.