JP2004204026A - Continuous production process of copolyamide - Google Patents

Continuous production process of copolyamide Download PDF

Info

Publication number
JP2004204026A
JP2004204026A JP2002374206A JP2002374206A JP2004204026A JP 2004204026 A JP2004204026 A JP 2004204026A JP 2002374206 A JP2002374206 A JP 2002374206A JP 2002374206 A JP2002374206 A JP 2002374206A JP 2004204026 A JP2004204026 A JP 2004204026A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dicarboxylic acid
polymerization
polyamide
diamine
acid
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.)
Pending
Application number
JP2002374206A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Maruyama
岳 丸山
Kaoru Ogawa
薫 小川
Shoji Koketsu
将司 纐纈
Yasuto Tsujii
康人 辻井
Kenta Suzuki
健太 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyobo Co Ltd filed Critical Toyobo Co Ltd
Priority to JP2002374206A priority Critical patent/JP2004204026A/en
Publication of JP2004204026A publication Critical patent/JP2004204026A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a continuous manufacturing process by which a copolyamide having stable properties is efficiently manufactured with minimal contamination. <P>SOLUTION: The continuous manufacturing process of a copolyamide comprises (1) a process 11 by which a slurry in which an aromatic dicarboxylic acid is dispersed in a molten aliphatic dicarboxylic acid is obtained, (2) an initial polymerization process 11 by which a polyamide prepolymer with a relative viscosity of 1.4-2.7 is obtained by conducting polycondensation reaction by adding a diamine containing xylylenediamine as the major ingredient to the dicarboxylic acid slurry and by increasing the degree of polymerization while removing water at a temperature not lower than the melting point of the ultimately obtained copolyamide in a water-removable batch type reaction apparatus, (3) a final polymerization process by which a copolyamide with a relative viscosity of 1.6-4.0 is obtained by introducing the prepolymer into a water-removable, self-cleaning and continuous type horizontal twin screw reactor 41 and by increasing the degree of polymerization at a temperature not lower the melting point of the ultimately obtained copolyamide. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キシリレンジアミンを主成分として含むジアミンと、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を含むジカルボン酸とから主として構成される共重合ポリアミドの連続製造方法に関する。この共重合ポリアミドは、ガスバリア性、燃料バリア性、耐溶剤性に優れ、ガソリンタンク材、飲料用ボトルをはじめとする中空成形容器、フィルム、シートなどの成形体の素材として好適に用いられる。
【0002】
【従来の技術】
ポリアミド樹脂は物理的、機械的性質に優れていることから、フィルム、シート、包装袋、エンジニアリングプラスチック、繊維などの用途に広く使用されている。
【0003】
従来は、これらの用途にナイロン6やナイロン66などの脂肪族ポリアミドが主として使用されてきた。ところが、脂肪族ポリアミドは、概して、吸水・吸湿時と乾燥時との間の寸法変化が大きく、また、脂肪族ゆえに弾性率が小さく軟らかすぎるといった欠点があり、更に高性能のポリアミド樹脂が求められている。かかる背景のもとに、従来の脂肪族ポリアミドにTPA(テレフタル酸)やIPA(イソフタル酸)などの芳香族ジカルボン酸を共重合することにより、ポリアミド樹脂の高性能化が達成されている。例えば、特開昭59−155426号や特開昭62−156130号公報では、TPAあるいはIPAを共重合したポリアミド樹脂が開示されている。
【0004】
例えば、特開平8−259691号公報には、メタキシリレンジアミン35〜70モル%とパラキシリレンジアミン30〜65モル%からなる混合ジアミンと、アジピン酸40〜80モル%とテレフタル酸20〜60モル%からなる混合ジカルボン酸とを直接重合させる共重合ポリアミドの製造方法が開示されている。この方法では、アジピン酸とテレフタル酸とを、アジピン酸の融点以上の温度且つポリアミドの融点より30℃低い温度よりも低い温度で流動状態として、ジアミンを滴下する。しかしながら、テレフタル酸は融点が高く分解点に近いため、溶融アジピン酸には溶解せず、20〜60モル%という量のテレフタル酸を用いたのでは、均質な流動状態は得られない。そのため、テレフタル酸の良好な反応性が得られず、所望のアジピン酸/テレフタル酸の共重合比の均質なポリアミドは得られない。また、20〜60モル%のテレフタル酸が導入されたポリアミドは溶融時の粘度が非常に高くなり、通常使用される成形時温度では流動性が著しく低下し、成形品の生産性が悪いという問題がある。
【0005】
ポリアミド樹脂の製造原料として、実質的に融点を持たないか、又は300℃以上の融点を持つジカルボン酸成分(例えばフタル酸)を共重合する場合、ジアミン酸成分とジカルボン酸成分とからナイロン塩水溶液を一旦形成し、このナイロン塩水溶液を用いて重合を行うことが一般的である。このナイロン塩水溶液を用いたときのポリアミド樹脂の製造プロセスは、回分式とすることもできるし、連続式とすることもできる。
【0006】
例えば、回分式の場合では、1つの回分式重合槽中で、ナイロン塩水溶液を加圧下加熱し、ジアミン成分の留出を抑えながら均一相で重合を進める。そして、ジアミン成分を固定化した後、系内の水蒸気を徐々に放圧し、最終的に常圧もしくは減圧として、重合を完結させる。連続式の場合では、上記工程をそれぞれ担う2基以上の連続式重合装置を順次使用し、ナイロン塩水溶液を連続的に重合装置に供給し、重縮合が完結したポリアミド樹脂を連続的に排出する(例えば、特公昭33−15700号公報、特公昭43−22874号公報)。しかしながら、これらの製造方法では溶媒である水の除去に多くの時間と多量の熱量を要し、工業的観点から経済的な方法ではない。また、水を多量に用いるために、反応容器の容量当たりの生産効率も悪い。
【0007】
また、一般的に、芳香環のポリアミド骨格への導入は高融点化、高溶融粘度化をもたらしポリアミド製造時の温度条件等がより過酷なものとなることから、熱分解反応による劣化やゲル化物の生成や熱劣化が一層促進されることになる。その結果、ゲル化物が重合反応器内に堆積しクリーニング頻度が多くなったり、また、ゲル化物が樹脂中に混入したり、熱劣化による物性低下をきたし高品質のポリアミド樹脂を得ることができない。そのため、高温度条件下で長時間滞留することを回避して、ポリアミドを製造する必要がある。
【0008】
さらに、特開2002−212284号公報、特開2002−220462号公報、特開2002−220463号公報、特開2002−220464号公報、特開2002−220465号公報、及び特開2002−220466号公報には、キシリレンジアミンを含むポリアミドの連続製造方法に関し、横型の二軸攪拌混合機を用いる方法が開示されている。横型の二軸攪拌混合機は表面更新性に優れることから、反応装置として有利である。しかしながら、上記公報の実施例において使用されている二軸攪拌混合機は、L/Dが25のものであり、通常の横型反応装置と比べ極端に長い特殊仕様のため、装置の製造に高度な技術が要求され、費用がかかる欠点がある。この点で、実際の工業的使用を考慮すると不利である。
【0009】
【特許文献1】
特開昭59−155426号公報
【特許文献2】
特開昭62−156130号公報
【特許文献3】
特開平8−259691号公報
【特許文献4】
特公昭33−15700号公報
【特許文献5】
特公昭43−22874号公報
【特許文献6】
特開2002−212284号公報
【特許文献7】
特開2002−220462号公報
【特許文献8】
特開2002−220463号公報
【特許文献9】
特開2002−220464号公報
【特許文献10】
特開2002−220465号公報
【特許文献11】
特開2002−220466号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、キシリレンジアミンを主成分として含むジアミンと、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を含むジカルボン酸とから主として構成される共重合ポリアミドの連続製造方法であって、コンタミネーションが少なく安定した物性を有する共重合ポリアミドが生産効率よく得られる連続製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、キシリレンジアミンを主成分として含むジアミンと、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を含むジカルボン酸とから共重合ポリアミドを連続製造する方法であって、
(1) 溶融状態の炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸中に芳香族ジカルボン酸が分散されたスラリーを得るスラリー調製工程と、
(2) 水の分離除去可能な回分式反応装置を用い、
ジカルボン酸のスラリーにキシリレンジアミンを主成分として含むジアミンを添加して、ジアミンとジカルボン酸のモル比を所定値として重縮合反応を行い、最終的に得られる共重合ポリアミドの融点以上の温度で水を分離除去しつつ重合度を高め、相対粘度が1.4〜2.7のポリアミドプレポリマーを得る初期重合工程と、
(3) ポリアミドプレポリマーを水の分離除去の可能なセルフクリーニング方式の連続式横型二軸反応装置に導入し、最終的に得られる共重合ポリアミドの融点以上の温度でさらに重合度を高め、相対粘度[RV]が1.6〜4.0の共重合ポリアミドを得る後期重合工程とを含む、共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0012】
本発明は、(2) 初期重合工程において、回分式反応装置を複数個用いる、前記の共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0013】
本発明は、(3) 後期重合工程における平均滞留時間は1〜30分である、前記の共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0014】
本発明は、(3) 後期重合工程において、不活性ガスをパージすること、反応装置の真空度を調整すること、酸無水物化合物を添加すること、又はそれらの併用によって、ポリアミドの相対粘度[RV]を制御する、前記の共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0015】
本発明は、ジアミンは、ジアミンを基準としてキシリレンジアミンを70〜100モル%含む、前記の共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0016】
本発明は、キシリレンジアミンは、キシリレンジアミンを基準として80〜100モル%のメタキシリレンジアミンを含む、前記の共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0017】
本発明は、ジカルボン酸は、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を、芳香族ジカルボン酸/脂肪族ジカルボン酸のモル比で1/99以上20/80未満の割合で含む、前記の共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0018】
本発明は、ジアミンがメタキシリレンジアミンであり、芳香族ジカルボン酸がフタル酸であり、脂肪族ジカルボン酸がアジピン酸である、前記の共重合ポリアミドの連続製造方法である。
【0019】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の連続製造方法で製造される共重合ポリアミドについて説明する。共重合ポリアミドは、キシリレンジアミンを主成分として含むジアミンと、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を含むジカルボン酸とから主として構成される。
【0020】
ジカルボン酸成分としての炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸としては、溶融状態が得られるものであればよく、アジピン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、セバシン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、ウンデカン酸、ウンデカジオン酸、ドデカジオン酸、ダイマー酸等が挙げられる。これらのうちの1種又は2種以上の脂肪族ジカルボン酸成分を用いることができる。また、脂環式ジカルボン酸も、溶融状態が得られるものであれば用いることができる。
【0021】
芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、キシリレンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸類等が挙げられる。これらのうちの1種又は2種以上の芳香族ジカルボン酸成分を用いることができる。
【0022】
本発明において、芳香族ジカルボン酸と炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸のモル比を、芳香族ジカルボン酸/脂肪族ジカルボン酸のモル比で表して、1/99以上20/80未満とすることが好ましい。この範囲のモル比によって、例えばガスバリア性、燃料バリア性、耐溶剤性について良好な性能を有する共重合ポリアミドが得られる。また、製造時においても、後述するスラリー調製工程において、溶融状態の脂肪族ジカルボン酸中に芳香族ジカルボン酸が均一に分散されたスラリーが得られ、その結果、好ましい重縮合反応が行われる。芳香族ジカルボン酸が上記範囲よりも少ないと、芳香族ジカルボン酸添加の効果が少なく、良好な物性の共重合ポリアミドが得られにくい。一方、芳香族ジカルボン酸が上記範囲よりも多いと、得られる共重合ポリアミドの溶融時の粘度が非常に高くなり、通常使用される成形時温度では流動性が著しく低下し、生産性が悪くなってしまう。また、製造時においても、スラリー調製工程において、不溶状態の芳香族ジカルボン酸が多くなり過ぎ均一分散されたスラリーが得られにくく、良好な重縮合反応が行われない。より好ましいモル比は、共重合ポリアミドの目的にもよるが特に燃料バリア性を考慮すると、芳香族ジカルボン酸/脂肪族ジカルボン酸=3/97以上20/80未満であり、さらに好ましいモル比は、5/95以上20/80未満である。
【0023】
ジアミン成分には、キシリレンジアミンが主成分として含まれる。キシリレンジアミンとしては、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン等が挙げられる。本発明において、キシリレンジアミンは、ジアミンを基準として70〜100モル%含まれることが好ましい。さらに、キシリレンジアミンを基準として80〜100モル%のメタキシリレンジアミンが含まれることが好ましい。このような割合のキシリレンジアミン、特にメタキシリレンジアミンが含まれることによって、酸素バリア性に優れ、吸水率が小さい共重合ポリアミドが得られる。
【0024】
上記キシリレンジアミン以外のジアミン成分として、エチレンジアミン、1−メチルエチルジアミン、1,3−プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミン類、シクロヘキサンジアミン、ビス−(4,4−アミノヘキシル)メタン、パラキシリレンジアミン等の脂環式ジアミン類、パラ−ビス−(2−アミノエチル)ベンゼンのような芳香族ジアミン類が挙げられる。これらのうちの1種又は2種以上のジアミン成分を任意の割合で適宜用いることができる。
【0025】
本発明の共重合ポリアミド製造において、ポリアミドに要求される性能の点から必要に応じて前記したジアミン、ジカルボン酸以外のポリアミド形成能のある原料を共重合することも可能である。ε−カプロラクタムやラウロラクタム等のラクタム類、アミノカプロン酸、アミノウンデカン酸等のアミノカルボン酸類、パラ−アミノメチル安息香酸のような芳香族アミノカルボン酸等も共重合成分として使用できる。とりわけ、ε−カプロラクタムの使用が望ましい。
【0026】
これら共重合体の例としては、ポリメタキシリレンアジパミド、ポリメタキシリレンセバカミド、ポリメタキシリレンスペラミド等のような単独重合体、及びメタキシリレンジアミン/アジピン酸/イソフタル酸共重合体、メタキシリレン/パラキシリレンアジパミド共重合体、メタキシリレン/パラキシリレンピペラミド共重合体、メタキシリレン/パラキシリレンアゼラミド共重合体等が挙げられる。
【0027】
共重合ポリアミド樹脂の相対粘度[RV]は、得られる成形体の物理的、機械的性質、並びに操業安定性の点からも、1.6〜4.0の範囲とする。[RV]が1.6未満の場合、得られる成形体が機械的性質に劣るだけでなく、ベントアップを生じたり、ポリマーのストランド取り出しが難しくなり、チップ化時に割れが発生するなど操業面における影響が大きくなる傾向がある。逆に、[RV]が4.0を超える場合、溶融粘度が高くなり、成形条件がより過酷なものとなることから、安定した品質の成形品が得られにくくなる傾向があり、また、それに要する労力に見合うだけの製品物性が期待できない。また、4.0を超える高い[RV]化を達成するためには、不活性ガスのパージ量を増やしたり、高真空度の適用が必要となり、コストアップやベントアップなど操業不安定を招き好ましくない。より望ましい[RV]は1.9〜3.8である。
【0028】
共重合ポリアミド樹脂のコンタミネーション(異物)は少なければ少ないほど良い。コンタミネーションが多いと、後工程の操業性を低下させたり、品質が低下する。
【0029】
次に、本発明の共重合ポリアミドの連続製造方法について、図1を参照しつつ説明する。図1は、本発明の共重合ポリアミドの連続製造方法の概略工程を示すフロー図である。図1の例において、共重合ポリアミドの連続製造方法は、回分式重合槽(11)で行われるジカルボン酸スラリー調製工程及び初期重合工程、及びセルフクリーニング方式の連続式横型二軸反応装置(41)で行われる後期重合工程を含む。
【0030】
(ジカルボン酸スラリー調製工程)
この工程において、炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸をその融点以上に加熱して溶融し、溶融状態の脂肪族ジカルボン酸中に芳香族ジカルボン酸が分散されたスラリーを得る。脂肪族ジカルボン酸を溶融し、溶融状態の脂肪族ジカルボン酸中に芳香族ジカルボン酸を添加することが、より均質なスラリーが得られるため好ましい。
【0031】
ジカルボン酸スラリー調製工程は、図1に例示されるように溶融槽を兼ねた回分式重合槽(11)中に脂肪族ジカルボン酸を仕込み溶融させ、その中に芳香族ジカルボン酸を添加してもよい。又は図示しない専用の溶融槽中に脂肪族ジカルボン酸を仕込み溶融させ、溶融させた脂肪族ジカルボン酸を溶融槽から回分式重合槽(11)に移送し、その中に芳香族ジカルボン酸を添加してもよい。又は図示しない専用の溶融槽中に脂肪族ジカルボン酸を仕込み溶融させ、その中に芳香族ジカルボン酸を添加してスラリーとして、そのスラリーを初期重合工程の回分式重合槽(11)に移送してもよい。
【0032】
脂肪族ジカルボン酸の溶融温度はその融点以上かつ融点+50℃(融点よりも50℃高い温度)以下が適当である。溶融温度を必要以上に高温にすることは、脂肪族ジカルボン酸の熱分解や劣化を誘発し好ましくない。逆に低温すぎると、不均一溶融となり好ましくない。望ましい溶融温度は、融点+5℃以上融点+25℃以下である。
【0033】
溶融状態の脂肪族ジカルボン酸中に、所定量の芳香族ジカルボン酸を添加して、所定の芳香族ジカルボン酸/脂肪族ジカルボン酸モル比とされたジカルボン酸のスラリーを得る。この際にも、上記溶融温度を維持するとよい。
【0034】
また、脂肪族ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸の熱酸化分解や熱分解を抑制するために、溶融時の溶融槽又は重合槽(11)内を不活性ガス雰囲気下、例えば、窒素ガス雰囲気下におくことが好ましい。この際、0.05〜0.8MPa、望ましくは0.1〜0.6MPaの加圧下の不活性ガス雰囲気下におくことが、外気の混入を防ぐ意味で好ましい。
【0035】
脂肪族ジカルボン酸溶融時やスラリー調製時の雰囲気酸素濃度は得られるポリアミドの色調に大きく影響する。特に、メタキシリレンジアミンを原料とするポリアミドについては、この傾向が著しい。脂肪族ジカルボン酸溶融時の雰囲気酸素濃度は10ppm以下であれば問題ないが、酸素濃度が10ppm以上となると、得られるポリアミドの黄色味が強くなり製品の品位が悪くなる傾向がある。一方、酸素濃度の下限は特に定められないが、例えば、0.05ppm以上である。ポリアミドの製造において、酸素濃度が0.05ppm未満であることは何ら問題はないが、0.05ppm未満を達成するためには酸素の除去工程が必要以上に煩雑となるだけで、色調をはじめその他の物性にほとんど影響は見られない。望ましい酸素濃度の範囲は0.05ppm以上9ppm以下であり、更に望ましくは0.05ppm以上8ppm以下である。
【0036】
本発明において、予め酸素を除去し酸素濃度10ppm以下とした溶融槽又は重合槽(11)に脂肪族ジカルボン酸原料を供給するか、又は脂肪族ジカルボン酸原料を溶融槽又は重合槽(11)に投入した後に酸素を除去し溶融槽又は重合槽内の雰囲気を酸素濃度10ppm以下とするか、又は両者を併用するとよい。このことは、設備的あるいは操業面から選択すればよい。また、溶融槽を用いて溶融する場合には、重合槽(11)内の雰囲気を酸素濃度10ppm以下とすることも好ましい。
【0037】
酸素の除去方法としては、真空置換法、加圧置換法あるいはその併用がある。置換に適用する真空度あるいは加圧度及び置換回数は所望する酸素濃度達成に最も効率のよい条件を選べばよい。
【0038】
ジカルボン酸溶融工程において、ポリアミドの分解抑制の目的や重合触媒としてアルカリ金属化合物やリン化合物を溶融槽又は重合槽(11)に添加することも可能である。
【0039】
用いられるアルカリ金属化合物は、リチウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物などであるが、ナトリウム化合物が最も好ましい。また、リン化合物としては、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ピロリン酸、メタリン酸、ポリリン酸及びそれらの塩が用いられる。
【0040】
(初期重合工程)
初期重合工程は、図1の例において、回分式重合槽(11)において、スラリー状態のジカルボン酸に溶融状態のジアミンを連続的又は間欠的に添加し、水を分離除去しつつ重合度を高める工程である。
【0041】
重合槽(11)には、ジアミンの添加装置(12)、水の分離除去装置(13)、窒素ガス導入管(14)等が備えられている。
【0042】
重合槽(11)中のスラリー状態のジカルボン酸に、添加装置(12)からジアミンを添加する。ジアミンの添加は、連続的又は間欠的に行ってよく、ジアミンとジカルボン酸のモル比が所定値となるように行う。添加の際、ジカルボン酸は、実質的にアミド化反応が進行する温度である160℃以上の温度とされていることが望ましく、かつ中間体として生成するオリゴマー及び/又は低分子量ポリアミドが溶融状態となって反応系全体が均一な流動状態を保持しうる温度とされていることが望ましい。スラリー調製工程において、均質なジカルボン酸スラリーが得られており、脂肪族ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸双方についてアミド化反応が良好に進行する。
【0043】
ジアミン添加の間に反応混合物の温度を逐次昇温させ、最終的に得られる共重合ポリアミドの融点(Tm)以上の所定の重縮合反応温度とする。昇温速度はアミド化反応熱、縮合水の蒸発潜熱、供給熱等に依存するため、ジアミン成分の添加速度を適宜調整する。初期重合工程における重縮合反応温度は、例えば、内温は最終的に得られる共重合ポリアミドの融点(Tm)以上Tm+35℃以下であり、好ましくはTm+15℃以下であり、さらに好ましくはTm+5℃以下である。反応温度が上記範囲から外れると到達重合度が低すぎたり、熱劣化や生産性の低下をきたすなど好ましくない。ジアミンの添加中、圧力は特に限定されないが、ジアミン成分を固定化する上で常圧以上の圧力が望ましい。
【0044】
ジアミンの添加終了後、重合槽内を常圧以上で、所定時間、例えば5分以上、好ましくは10分以上保持することが望ましい。ジアミンの添加初期には、ジアミンに対しカルボキシル基が相当過剰に存在し、ジアミンの反応速度つまり固定化速度は極めて速い。しかし、添加終了時にはカルボキシル基が相当量消費されており、添加初期と比較しジアミン成分の固定化速度は極めて遅くなる。また、重合度の増加により、反応混合物の攪拌効率が低下しジアミンの固定化に一層不利となる。ジアミンの添加を終了した後に、常圧以上で所定時間保持することで、ジアミンが固定化され、仕込みのモルバランスが精度良くポリアミドのモルバランスに反映される。重合により生成する縮合水は、分離除去装置(13)により反応系外に留去される。
【0045】
初期重合工程において、上記重合反応によって重合度を高め、相対粘度が1.4〜2.7のポリアミドプレポリマーとする。プレポリマーの相対粘度が1.4未満では、後期重合工程において所望の相対粘度[RV]のポリアミドを得るためには、長い滞留時間が必要となってしまい、ポリアミドの熱劣化や着色を引起し、また、後期重合工程の装置の大型化が必要となり経済性に劣る。一方、プレポリマーの相対粘度が2.7を越えると、初期重合工程で極めて長い滞留時間を要し、更に粘度が高く均一な攪拌混合が不十分となるため、ゲル・フィッシュアイ等の生成原因となる。初期重合工程で得られるプレポリマーの相対粘度は、下限について1.45以上が好ましく、上限について2.3以下が好ましく、2.1以下がより好ましい。
【0046】
本発明において、初期重合工程において、回分式重合槽(11)を複数個、例えば2個並列に用いること(図1の例)が好ましい。一方の回分式重合槽(11)で得られたポリアミドプレポリマーをギヤポンプ(18)により後期重合工程へ連続的に移送している間に、他方の回分式重合槽(11)でポリアミドプレポリマーを調製する。一方の重合槽(11)からのプレポリマーの連続的移送が終了すると、プレポリマーの連続的移送を三方バルブ(19)の開閉切替えによって他方の重合槽(11)に切り換える。このようにすると、1つの回分式重合槽(11)を用いた場合のプレポリマー量を超えた連続製造方法が達成される。
【0047】
このように複数の回分式重合槽(11)を用いてプレポリマーの移送を重合槽(11)間で切り換える場合において、重合槽(11)間でのポリアミドプレポリマーの重合度(相対粘度)には差が生じないようにしておく必要がある。そのためには、図1に例示のように、重合槽(11)の下流側に溶融保持層(15)を配設し、重合槽(11)で得られたポリアミドプレポリマーを溶融保持層(15)に移し一定条件で保持することが好ましい。溶融保持層(15)には、水の分離除去装置(16)、水蒸気導入管(17)等が備えられている。重合槽(11)からポリアミドプレポリマーを溶融保持層(15)に移し、保持層(15)内において、気相部を水蒸気で所定圧力に保つことにより、その重合度の変化を抑制できる。保圧に用いる水蒸気はアミド化平衡反応を利用し、重合反応の進行を抑制するものであり、水蒸気圧が低すぎると重合が進み重合度が増加するが、逆に水蒸気圧が高すぎると解重合が進み重合度が低下する。
【0048】
重合度が変化しない適切な水蒸気圧は、モノマー構成比、ジアミンとジカルボン酸のモルバランス、重合度、平衡定数、温度等に依存するが、実験的試行により適宜決定することができる。例えば、モルバランスが1.000±0.01であるプレポリマーを溶融保持層(15)内で温度250〜260℃で、圧力0.25〜0.35MPaの条件下で保持すると、重合度で100以下に維持することができる。
【0049】
水蒸気で保圧しているときの重合度変化の指標として、ポリアミドプレポリマーの相対粘度の変化を±0.2以内に抑えることが好ましい。相対粘度の変化が±0.2を越えると、最終的に得られる製品の重合度(相対粘度)が大きく変動し好ましくない。後期重合工程の反応条件(温度、圧力、滞留時間)を調整することでプレポリマーの重合度の変動を吸収することも可能であるが、連続製造の観点から製造中での反応条件の変更は現実的ではない。
【0050】
上記の保持層(15)と同様の機能を重合槽(11)に持たせれば、重合槽(11)の下流側に溶融保持層(15)を配設しなくてもよい。この場合には、重合槽(11)で得られたポリアミドプレポリマーを直接的に後期重合工程へ連続的に移送する。
【0051】
(後期重合工程)
後期重合工程では、初期重合工程からのポリアミドプレポリマーを水の分離除去の可能な連続式反応装置に導入し、最終的に得られる共重合ポリアミドの融点以上の温度でさらに重合度を高め、所望の相対粘度[RV]とされた共重合ポリアミドを得る。
【0052】
後期重合工程での連続式反応装置として、セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置(41)を用いる。
【0053】
後期重合工程での連続式反応装置としては、二軸押出機の使用も考えられる。二軸押出機は、その反応効率も良く、ある程度のセルフクリーニング機能を有する。しかしながら、二軸押出機は、装置内全体を真空下とすることができないだけでなく、低溶融粘度物ではベントアップを起こしやすい。また、高剪断力のため温度制御が困難で、しかも滞留時間の自由度に制約があるなどの問題点がある。さらに滞留時間を長くするためには、装置が大型化し、設備費用も高価になるなどの不利がある。
【0054】
そこで、本発明においては、連続式反応装置として、セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置(41)を用いる。例えば、三菱重工製のSCRを用いることが好ましい。セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置(41)では、翼(ロータ)がネジレを持って僅かな隙間をおいて重ねられた状態で2本の平行な駆動軸を構成し、2本の平行な駆動軸は同方向に回転される。翼と翼とのクリアランスは、狭くなるほど翼同士のクリーニング効果が大きくなるので好ましい。セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置における翼と翼とのクリアランスは装置の大きさにより変化するが、反応装置の内容積が0.15m3 程度の場合、翼と翼とのクリアランスは望ましくは50mm以下、さらに望ましくは20mm以下、極めて望ましくは10mm以下である。
【0055】
セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置は、一般的な横型二軸反応機と比べて、翼と内壁とのクリアランスが小さいので、駆動軸の回転に伴い内壁のクリーニング効果がもたらされる。翼と内壁とのクリアランスは装置の大きさにより変化するが、反応装置の内容積が0.15m3 程度の場合、翼と内壁とのクリアランスは望ましくは15mm以下、さらに望ましくは10mm以下、極めて望ましくは5mm以下である。
【0056】
翼と内壁とのクリアランスが小さいという点は二軸押出機でも同じである。しかしながら、翼同士間にかなりの隙間があり且つ駆動軸が逆方向に回転する二軸押出機と比べ、 SCRでは翼同士間には僅かな隙間しかなく且つ平行な2本の駆動軸が同方向に回転するので、さらに翼同士のクリーニング効果が大きくなる。セルフクリーニング効果により、スケール付着の低減、コンタミネーションの減少による品質向上をもたらすので、反応中に熱劣化の起こり易いポリアミドの製造に好適に使用される。さらに、二軸押出機と異なり装置内全体を真空下におくことが可能であることから低溶融粘度物に対しても真空が適用できること、また、剪断力による発熱が小さく、滞留時間も比較的長く、粘度変動、流量変動に対する適用力が高く、しかも、生産可能粘度幅が大きいという利点がある。更に、設備的には、二軸押出機に比べ、コンパクト化が可能で、しかもコスト的に安価であるという有利性を有する。
【0057】
後期重合工程の反応条件は、共重合ポリアミドの種類や所望する相対粘度[RV]によって異なるが、樹脂温度は共重合ポリアミドの融点(Tm)以上Tm+80℃以下、望ましくは融点以上Tm+70℃以下である。樹脂温度がTm+80℃以上となると、ポリアミドの劣化が加速されやすく、物性低下や着色の原因となる。逆に、Tm以下では、ポリアミドが固化し、反応装置の損傷を招く危険性がある。
【0058】
連続式反応装置における平均滞留時間は、共重合ポリアミドの種類、所望する相対粘度[RV]、真空度、後述する酸無水物化合物の添加、後述する不活性ガスのパージ等によっても異なるが、1〜30分であることが好ましい。平均滞留時間が1分未満では、1.6〜4.0の範囲の[RV]を有する共重合ポリアミドが得られにくく、逆に、平均滞留時間が30分を超えると、ポリマーの連続式反応装置への供給量を小さくすることが必要となり、生産性の著しい低下をきたす。望ましい平均滞留時間は1.5〜25分、さらに望ましくは2〜20分である。
【0059】
反応装置SCRのスクリュー回転数(rpm)は、二軸押出機の場合と異なり重合反応や平均滞留時間に与える影響は小さく、適宜選択すれば良いが、一般的には20rpm〜150rpmが適用される。
【0060】
後期重合工程における重要な機能として相対粘度[RV]の制御がある。
[RV]の制御方法としては▲1▼不活性ガスのパージ、▲2▼真空度、▲3▼不活性ガスのパージと真空度の併用がある。以下に各法について説明する。
【0061】
不活性ガスパージは重合反応を促進する一方で、パージ量を調整することで[RV]の制御ができる。不活性ガスパージは、不活性ガスパージ口(42)から行う。不活性ガスのパージ量は所望する[RV]、温度などの重合条件によって異なるが、その量はポリマー1kgあたり0.005〜10Lが望ましい。パージ量が10L/kgを超えると、重合反応の促進作用より使用する不活性ガス量が過剰となり、コストアップ要因となる。より望ましいパージ量は0.005〜9.5L/kg、更に望ましくは0.01〜9L/kgである。また、不活性ガスパージを行わずとも所望のRVが得られる場合は、パージを行わないこと(すなわち、パージ量:10L/kg)も可能である。不活性ガスとしては、ポリアミド生成反応に対して不活性であれば種類を問わないが、窒素ガスが安全面、コスト面で有利である。
【0062】
また、真空度によっても重合反応を促進し、反応速度が制御できる。真空口(43)を通じて行う。ポリアミドの生成反応はカルボン酸とアミンの縮合反応であり、生成する水を除去することで、重合反応は促進される。後期重合工程で適用する真空度は、所望する[RV]、重合条件によって異なるが、150〜1200hPaである。150hPa未満となると、後期重合工程において、ポリマーがベントアップしたり、配管を詰まらせたり、安定した操業性が期待できない。逆に、1200hPaを超えると、真空度の効果はあまりなく、所望する[RV]への到達速度が遅くなり生産性が低下し、場合によっては、所望する[RV]に到達しない場合もある。望ましい真空度は200〜1100hPa、さらに望ましくは250〜1050hPaである。
【0063】
アジピン酸/フタル酸/メタキシリレンジアミンを主原料とするポリアミドにおいて望ましい[RV]の制御方法は、不活性ガスパージと真空度の併用である。この方法の利点は、不活性ガス、又は真空度単独では達し得なかった高[RV]のポリアミドの製造が容易なこと、また、[RV]の制御が一定真空度下では不活性ガスのパージ量の調整で可能となり、あるいは逆に不活性ガス量一定下では真空度の調整で可能となり、[RV]制御がより柔軟に行える利点がある。
【0064】
望ましい条件は、不活性ガスパージ量が0.005〜9.5L/kg、真空度は200〜1150hPa、更に望ましくは0.01〜9L/kg、250〜1100hPaである。不活性ガスパージ量が0.005L/kg未満であるか、又は真空度が1150hPaを超えると、重合速度が遅くなる。逆に、不活性ガスパージ量が9.5L/kgを超えるか、又は真空度が200hPa未満となると、不活性ガスの使用量が増加してコストアップ要因となり、また、重合速度が遅くなって生産性が低下するなどの不利を生じる。
【0065】
一方、重合反応を抑制したい場合には、酸無水物化合物の添加によって重合反応を制御できる。添加口(44)を通じて行う。酸無水物化合物の添加により、ポリマーの末端アミノ基が封鎖されるので、重合反応を抑制できると考えられる。使用できる酸無水物化合物としては、ヘキサヒドロ無水フタル酸(HOPA)、無水フタル酸、無水トリメット酸、無水ピロメリット酸、無水コハク酸などが挙げられ、ポリアミドの色調の点からHOPAの使用が望ましい。酸無水化合物の添加量は、所望する[RV]によって特に限定されるものではないが、通常はポリマー1kgあたり150meq/kg以下が望ましい。添加量が150meq/kgを超えると、重合速度が遅くなったり、ベントアップ要因となり操業安定性が悪くなる。また、未反応の酸無水物化合物がポリマー中に残留しポリアミドの品質低下の原因になる。
【0066】
[RV]の制御方法は前記の方法に限定されるものではなく、アルカリ金属化合物の添加や、従来公知の各種の手段を実施可能である。
【0067】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例において用いたポリアミド樹脂の特性値の評価方法は以下の通りである。
【0068】
(1)相対粘度[RV]
ポリアミド樹脂0.25gを96%硫酸25mlに溶解し、オストワルド粘度管にて測定した。
【0069】
[実施例1]
この例では、初期重合の反応容器(11)を2個並列に配置し、反応容器(11)からのポリアミドプレポリマーを三方バルブ(19)の切替えによって、後期重合のSCR反応装置に交互に供給した。溶融保持層(15)は配設しなかった。
【0070】
攪拌機、窒素ガス導入管、減圧調節弁、1.3MPaのスチーム導入管及びジアミンの滴下槽を備えたジャケット付き20Lのステンレス反応容器(11)にアジピン酸3.40kgを仕込み、窒素置換し、更に少量の窒素を流通させながら攪拌下加熱し、170℃に昇温し、アジピン酸を溶融させた。次いで、溶融したアジピン酸を攪拌しながら、テレフタル酸0.68kgを添加し、スラリー状態とした。次いで、滴下槽(12)からメタキシリレンジアミン3.74kgを常圧下連続的に3時間かけて滴下した。この間内温を250℃まで連続的に昇温した。メタキシリレンジアミンとともに留出する水は反応系外に除去した。
【0071】
メタキシリレンジアミンの滴下終了後、常圧下に0.2℃/分の昇温速度で昇温しながら20分間攪拌し、メタキシリレンジアミンの固定化を促し、初期重合を行った。その後、1.3MPaのスチームを反応器に導入し、圧力調整弁で気相部を0.3MPaに調節した。0.3MPaに到達後、10分経過した時点からポリアミドの排出を開始しポリアミドプレポリマーを得た。得られたポリアミドプレポリマーのRVは1.85であった。このとき攪拌は継続し、気相部の圧力を0.3MPaに維持して、更に内温を255℃±1℃に維持した。
【0072】
前記プレポリマーを、反応温度255℃、真空度1013hPa、窒素ガスパージ量1.13L/kg、スクリュー回転数50rpmの条件に設定されたSCR(41)へと供給した。SCR(41)へのプレポリマーの供給は、2つの反応容器(11)から交互に行った。SCR(41)において、10分間の平均滞留時間を経過した後、ポリアミドをストランドとして連続的に排出し、水冷、造粒して、共重合ポリアミド樹脂チップを連続的に得た。得られた共重合ポリアミド樹脂のRVは2.25であった。
【0073】
[実施例2]
実施例1と同じ反応装置を用いた。
攪拌機、窒素ガス導入管、減圧調節弁、1.3MPaのスチーム導入管及びジアミンの滴下槽を備えたジャケット付き20Lのステンレス反応容器(11)にアジピン酸3.80kgを仕込み、窒素置換し、更に少量の窒素を流通させながら攪拌下加熱し、170℃に昇温し、アジピン酸を溶融させた。次いで、溶融したアジピン酸を攪拌しながら、テレフタル酸0.23kgを添加し、スラリー状態とした。次いで、滴下槽(12)からメタキシリレンジアミン3.73kgを常圧下連続的に3時間かけて滴下した。この間内温を250℃まで連続的に昇温した。メタキシリレンジアミンとともに留出する水は反応系外に除去した。
【0074】
その後の工程については実施例1と同様に行った。得られたポリアミドプレポリマーのRVは1.76であり、得られた共重合ポリアミド樹脂のRVは2.15であった。
【0075】
[比較例1]
実施例1と同じ反応装置を用いたが、塩形成法により製造を行った。
攪拌機、窒素ガス導入管、減圧調節弁、1.3MPaのスチーム導入管及びジアミンの滴下槽を備えたジャケット付き20Lのステンレス反応容器(11)に水4.66kgを仕込み、次いで、メタキシリレンジアミン1.52kg、アジピン酸1.38kg、テレフタル酸0.28kgをそれぞれ仕込み、内温を135℃まで昇温し、完全溶解した塩水溶液を調合した。次いで、密封状態で加熱し、攪拌しつつ190℃まで昇温し、この時の内圧は1.0MPaであり、昇温時間は1時間要した。次いで、前記温度を保ちつつ、5時間アミド化反応を進行させ、水を除去した。その後、放圧を開始し、0.3MPa到達後10分間攪拌し、初期重合を行い、ポリアミドプレポリマーを得た。得られたポリアミドプレポリマーのRVは1.90であった。このとき攪拌は継続し、気相部の圧力を0.3MPaに維持して、更に内温を255℃±1℃に維持した。
【0076】
前記プレポリマーを、反応温度255℃、真空度1013hPa、窒素ガスパージ量1.13L/kg、スクリュー回転数50rpmの条件に設定されたSCR(41)へと供給した。SCR(41)へのプレポリマーの供給は、2つの反応容器(11)から交互に行った。SCR(41)において、10分間の平均滞留時間を経過した後、ポリアミドをストランドとして連続的に排出し、水冷、造粒して、共重合ポリアミド樹脂チップを得た。得られた共重合ポリアミド樹脂のRVは2.31であった。
【0077】
【表1】

Figure 2004204026
【0078】
実施例及び比較例で得られた共重合ポリアミド及びポリアミドプレポリマーの特性を表1に示す。いずれの実施例1〜2においても、操作は良好であり、優れた物性値を有する共重合ポリアミドが得られた。
【0079】
表1において、重合時間(hr)は重合反応開始からチップ化されるまでの時間を意味し、比較例1における塩調合に要した時間は含まない。
【0080】
また、反応容器の容量当たりの生産効率の指標として、次式による効率(%)を表1に示す。
効率(%)=(取出ポリマー重量/仕込原料の総重量)×100
ここで、仕込原料の総重量には、比較例1において用いられた水は含まれる。
【0081】
比較例1では、塩形成に用いた水を反応系外へ除去するために、多大なエネルギーと時間を要した。また、反応容器の容量当たりの生産効率に劣ることも明らかである。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、キシリレンジアミンを主成分として含むジアミンと、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を含むジカルボン酸とから主として構成される共重合ポリアミドを、品質良好に生産効率良く連続製造することができる。この共重合ポリアミドは、ガスバリア性、燃料バリア性、耐溶剤性に優れ、ガソリンタンク材、飲料用ボトルをはじめとする中空成形容器、フィルム、シートなどの成形体の素材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の共重合ポリアミドの連続製造方法の概略工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
(11):ジカルボン酸スラリー調製槽及び初期重合用回分式重合槽
(12):ジアミン添加装置
(41):後期重合用セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置
(15):溶融保持槽
(19):三方バルブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for continuously producing a copolyamide mainly comprising a diamine containing xylylenediamine as a main component and a dicarboxylic acid containing an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms. This copolymerized polyamide has excellent gas barrier properties, fuel barrier properties, and solvent resistance, and is suitably used as a material for molded articles such as gasoline tank materials, beverage bottles, hollow molded containers, films, sheets, and the like.
[0002]
[Prior art]
Polyamide resins are widely used in applications such as films, sheets, packaging bags, engineering plastics, and fibers because of their excellent physical and mechanical properties.
[0003]
Conventionally, aliphatic polyamides such as nylon 6 and nylon 66 have been mainly used for these applications. However, aliphatic polyamides generally have the disadvantage that the dimensional change between water absorption / moisture absorption and drying is large, and the elastic modulus is too small and soft because of aliphaticity. ing. Against this background, high performance polyamide resins have been achieved by copolymerizing aromatic dicarboxylic acids such as TPA (terephthalic acid) and IPA (isophthalic acid) with conventional aliphatic polyamides. For example, JP-A-59-155426 and JP-A-62-156130 disclose a polyamide resin obtained by copolymerizing TPA or IPA.
[0004]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-259691 discloses a mixed diamine comprising 35 to 70 mol% of metaxylylenediamine and 30 to 65 mol% of paraxylylenediamine, 40 to 80 mol% of adipic acid and 20 to 60 of terephthalic acid. A method for producing a copolymerized polyamide by directly polymerizing a mixed dicarboxylic acid consisting of mol% is disclosed. In this method, adipic acid and terephthalic acid are made to flow at a temperature higher than the melting point of adipic acid and lower than a temperature lower by 30 ° C. than the melting point of polyamide, and the diamine is added dropwise. However, since terephthalic acid has a high melting point and is close to the decomposition point, it does not dissolve in molten adipic acid, and a uniform flow state cannot be obtained if terephthalic acid is used in an amount of 20 to 60 mol%. Therefore, good reactivity of terephthalic acid cannot be obtained, and a polyamide having a desired adipic acid / terephthalic acid copolymerization ratio cannot be obtained. Further, the polyamide into which 20 to 60 mol% of terephthalic acid has been introduced has a problem that the viscosity at the time of melting becomes very high, the fluidity is remarkably reduced at a usual molding temperature, and the productivity of molded articles is poor. There is.
[0005]
When a dicarboxylic acid component (for example, phthalic acid) having substantially no melting point or a melting point of 300 ° C. or more is copolymerized as a raw material for producing a polyamide resin, an aqueous solution of a nylon salt is prepared from a diamine acid component and a dicarboxylic acid component. Is generally formed, and polymerization is performed using the aqueous solution of nylon salt. The process for producing a polyamide resin using this aqueous solution of a nylon salt may be a batch type or a continuous type.
[0006]
For example, in the case of a batch type, a nylon salt aqueous solution is heated under pressure in one batch type polymerization tank, and polymerization is promoted in a uniform phase while distilling out a diamine component is suppressed. After the diamine component is immobilized, the pressure of the steam in the system is gradually released, and finally the pressure is reduced to normal pressure or reduced pressure to complete the polymerization. In the case of the continuous type, two or more continuous type polymerization apparatuses each of which carries out the above steps are sequentially used, the nylon salt aqueous solution is continuously supplied to the polymerization apparatus, and the polyamide resin after the polycondensation is continuously discharged. (For example, JP-B-33-15700, JP-B-43-22874). However, these production methods require much time and a large amount of heat to remove water as a solvent, and are not economical from an industrial viewpoint. Further, since a large amount of water is used, the production efficiency per capacity of the reaction vessel is low.
[0007]
In general, the introduction of an aromatic ring into a polyamide skeleton results in a higher melting point and a higher melt viscosity, resulting in more severe temperature conditions and the like during polyamide production. And thermal degradation are further promoted. As a result, a gelled substance accumulates in the polymerization reactor to increase the frequency of cleaning, or the gelled substance is mixed into the resin, and physical properties are reduced due to thermal deterioration, so that a high-quality polyamide resin cannot be obtained. Therefore, it is necessary to produce a polyamide while avoiding a long residence under high temperature conditions.
[0008]
Furthermore, JP-A-2002-212284, JP-A-2002-220462, JP-A-2002-220463, JP-A-2002-220465, JP-A-2002-220465, and JP-A-2002-220466. Discloses a method for continuously producing a polyamide containing xylylenediamine using a horizontal twin-screw mixer. A horizontal twin-screw mixer is advantageous as a reactor because it has excellent surface renewability. However, the twin-screw agitating mixer used in the examples of the above publication has an L / D of 25, and is a special specification that is extremely long compared to a normal horizontal reactor, so that it is an advanced method for manufacturing the apparatus. It has the disadvantage of requiring technology and being expensive. This is disadvantageous in view of actual industrial use.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-59-155426
[Patent Document 2]
JP-A-62-156130
[Patent Document 3]
JP-A-8-259691
[Patent Document 4]
JP-B-33-15700
[Patent Document 5]
JP-B-43-22874
[Patent Document 6]
JP 2002-212284 A
[Patent Document 7]
JP 2002-220462 A
[Patent Document 8]
JP-A-2002-220463
[Patent Document 9]
JP-A-2002-22064
[Patent Document 10]
JP 2002-220465 A
[Patent Document 11]
JP 2002-220466 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is a continuous production method of a copolyamide mainly composed of a diamine containing xylylenediamine as a main component and a dicarboxylic acid containing an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms. In view of the above, it is an object of the present invention to provide a continuous production method in which a copolyamide having little contamination and stable physical properties can be obtained with high production efficiency.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method for continuously producing a copolymerized polyamide from a diamine containing xylylenediamine as a main component and a dicarboxylic acid containing an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms,
(1) a slurry preparation step of obtaining a slurry in which an aromatic dicarboxylic acid is dispersed in a molten aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms,
(2) Using a batch reactor capable of separating and removing water,
A diamine containing xylylenediamine as a main component is added to the dicarboxylic acid slurry, and a polycondensation reaction is performed with the molar ratio of the diamine and the dicarboxylic acid being a predetermined value. An initial polymerization step of increasing the degree of polymerization while separating and removing water to obtain a polyamide prepolymer having a relative viscosity of 1.4 to 2.7;
(3) The polyamide prepolymer is introduced into a continuous horizontal twin-screw reactor of a self-cleaning type capable of separating and removing water, and the degree of polymerization is further increased at a temperature equal to or higher than the melting point of the finally obtained copolymerized polyamide. A continuous polymerization step of obtaining a copolymerized polyamide having a viscosity [RV] of 1.6 to 4.0.
[0012]
The present invention is (2) the method for continuously producing a copolymerized polyamide as described above, wherein a plurality of batch-type reactors are used in the initial polymerization step.
[0013]
The present invention is (3) the method for continuously producing a copolymerized polyamide as described above, wherein the average residence time in the late polymerization step is 1 to 30 minutes.
[0014]
The present invention provides (3) purging an inert gas, adjusting the degree of vacuum of a reactor, adding an acid anhydride compound, or using a combination thereof in the latter polymerization step to thereby increase the relative viscosity of the polyamide [ RV] is continuously produced.
[0015]
The present invention is the above-mentioned continuous production method of a copolymerized polyamide, wherein the diamine contains 70 to 100 mol% of xylylenediamine based on the diamine.
[0016]
The present invention is the above method for continuously producing a copolymerized polyamide, wherein the xylylenediamine contains 80 to 100 mol% of metaxylylenediamine based on xylylenediamine.
[0017]
In the present invention, the dicarboxylic acid contains an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms in a molar ratio of aromatic dicarboxylic acid / aliphatic dicarboxylic acid of 1/99 or more and less than 20/80. And a method for continuously producing the above-mentioned copolymerized polyamide.
[0018]
The present invention is the above method for continuously producing a copolymerized polyamide, wherein the diamine is meta-xylylenediamine, the aromatic dicarboxylic acid is phthalic acid, and the aliphatic dicarboxylic acid is adipic acid.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the copolymerized polyamide produced by the continuous production method of the present invention will be described. The copolymerized polyamide is mainly composed of a diamine containing xylylenediamine as a main component and a dicarboxylic acid containing an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms.
[0020]
The aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms as the dicarboxylic acid component may be any as long as it can obtain a molten state, and may be adipic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, sebacic acid, pimelic acid, speric acid, Azelaic acid, undecanoic acid, undecadionic acid, dodecadionic acid, dimer acid and the like can be mentioned. One or more of these aliphatic dicarboxylic acid components can be used. In addition, an alicyclic dicarboxylic acid can also be used as long as a molten state can be obtained.
[0021]
Examples of the aromatic dicarboxylic acid include terephthalic acid, isophthalic acid, orthophthalic acid, xylylenedicarboxylic acid, and naphthalenedicarboxylic acids. One or more of these aromatic dicarboxylic acid components can be used.
[0022]
In the present invention, the molar ratio of the aromatic dicarboxylic acid to the aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms is represented by the molar ratio of aromatic dicarboxylic acid / aliphatic dicarboxylic acid, and is not less than 1/99 and less than 20/80. Is preferred. With the molar ratio in this range, for example, a copolymerized polyamide having good performance in gas barrier properties, fuel barrier properties, and solvent resistance can be obtained. Also, at the time of production, a slurry in which an aromatic dicarboxylic acid is uniformly dispersed in a molten aliphatic dicarboxylic acid is obtained in a slurry preparation step described later, and as a result, a preferable polycondensation reaction is performed. If the amount of the aromatic dicarboxylic acid is less than the above range, the effect of adding the aromatic dicarboxylic acid is small, and it is difficult to obtain a copolymer polyamide having good physical properties. On the other hand, when the amount of the aromatic dicarboxylic acid is larger than the above range, the viscosity of the obtained copolymerized polyamide at the time of melting becomes extremely high, and the fluidity is significantly reduced at a molding temperature usually used, resulting in poor productivity. Would. In addition, even during the production, in the slurry preparation step, the amount of the insoluble aromatic dicarboxylic acid becomes too large to obtain a uniformly dispersed slurry, and a favorable polycondensation reaction is not performed. A more preferred molar ratio depends on the purpose of the copolymerized polyamide, but in particular, considering fuel barrier properties, the aromatic dicarboxylic acid / aliphatic dicarboxylic acid is 3/97 or more and less than 20/80. 5/95 or more and less than 20/80.
[0023]
The diamine component contains xylylenediamine as a main component. Examples of xylylenediamine include meta-xylylenediamine, para-xylylenediamine and the like. In the present invention, xylylenediamine is preferably contained in an amount of 70 to 100 mol% based on the diamine. Further, it is preferable to contain 80 to 100 mol% of metaxylylenediamine based on xylylenediamine. By containing xylylenediamine, particularly meta-xylylenediamine in such a ratio, a copolymerized polyamide having excellent oxygen barrier properties and low water absorption can be obtained.
[0024]
Diamine components other than the above xylylenediamine include ethylene diamine, 1-methylethyl diamine, 1,3-propylene diamine, tetramethylene diamine, pentamethylene diamine, hexamethylene diamine, heptamethylene diamine, octamethylene diamine, nonamethylene diamine, deca Aliphatic diamines such as methylenediamine, undecamethylenediamine, dodecamethylenediamine, alicyclic diamines such as cyclohexanediamine, bis- (4,4-aminohexyl) methane, paraxylylenediamine, para-bis- ( Aromatic diamines such as 2-aminoethyl) benzene are exemplified. One or two or more of these diamine components can be appropriately used in an arbitrary ratio.
[0025]
In the production of the copolymerized polyamide of the present invention, a raw material capable of forming a polyamide other than the above-mentioned diamines and dicarboxylic acids can be copolymerized as necessary in view of the performance required for the polyamide. Lactams such as ε-caprolactam and laurolactam, aminocarboxylic acids such as aminocaproic acid and aminoundecanoic acid, and aromatic aminocarboxylic acids such as para-aminomethylbenzoic acid can also be used as the copolymerization component. In particular, use of ε-caprolactam is desirable.
[0026]
Examples of these copolymers include homopolymers such as polymetaxylylene adipamide, polymetaxylylene sebacamide, polymetaxylylene speramide, and the like, and metaxylylenediamine / adipic / isophthalic acid copolymer And a meta-xylylene / para-xylylene adipamide copolymer, a meta-xylylene / para-xylylene piperamide copolymer, and a meta-xylylene / para-xylylene azeramide copolymer.
[0027]
The relative viscosity [RV] of the copolymerized polyamide resin is in the range of 1.6 to 4.0 also from the viewpoint of physical and mechanical properties of the obtained molded article and operation stability. When the [RV] is less than 1.6, the obtained molded product is not only inferior in mechanical properties, but also becomes bent up, it is difficult to take out the strand of the polymer, and cracks occur at the time of chipping. The effect tends to be greater. Conversely, when [RV] is more than 4.0, the melt viscosity becomes high and the molding conditions become more severe, so that it becomes difficult to obtain a molded product of stable quality. It is not possible to expect the physical properties of the product to match the required labor. Further, in order to achieve a high [RV] exceeding 4.0, it is necessary to increase the amount of inert gas purge or to apply a high degree of vacuum, which leads to instability of operation such as cost increase and vent up, which is preferable. Absent. More desirable [RV] is 1.9 to 3.8.
[0028]
The smaller the contamination (foreign matter) of the copolymerized polyamide resin, the better. When there is much contamination, the operability of the post-process is reduced or the quality is reduced.
[0029]
Next, a method for continuously producing a copolyamide of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart showing a schematic process of a continuous production method of a copolyamide of the present invention. In the example of FIG. 1, the continuous production method of the copolyamide comprises a dicarboxylic acid slurry preparation step and an initial polymerization step carried out in a batch polymerization tank (11), and a self-cleaning continuous horizontal biaxial reactor (41). In the latter stage of the polymerization.
[0030]
(Dicarboxylic acid slurry preparation step)
In this step, the aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms is heated and melted at a temperature equal to or higher than its melting point to obtain a slurry in which the aromatic dicarboxylic acid is dispersed in the molten aliphatic dicarboxylic acid. It is preferable to melt the aliphatic dicarboxylic acid and to add the aromatic dicarboxylic acid to the molten aliphatic dicarboxylic acid because a more homogeneous slurry can be obtained.
[0031]
In the dicarboxylic acid slurry preparation step, an aliphatic dicarboxylic acid is charged and melted in a batch polymerization tank (11) also serving as a melting tank as illustrated in FIG. 1, and an aromatic dicarboxylic acid is added thereto. Good. Alternatively, the aliphatic dicarboxylic acid is charged and melted in a dedicated melting tank (not shown), and the molten aliphatic dicarboxylic acid is transferred from the melting tank to the batch polymerization tank (11), and the aromatic dicarboxylic acid is added therein. You may. Alternatively, an aliphatic dicarboxylic acid is charged and melted in a dedicated melting tank (not shown), and an aromatic dicarboxylic acid is added therein as a slurry, and the slurry is transferred to the batch polymerization tank (11) in the initial polymerization step. Is also good.
[0032]
The melting temperature of the aliphatic dicarboxylic acid is suitably not less than its melting point and not more than the melting point + 50 ° C. (temperature higher than the melting point by 50 ° C.). Setting the melting temperature to an unnecessarily high temperature is not preferable because it induces thermal decomposition and deterioration of the aliphatic dicarboxylic acid. Conversely, if the temperature is too low, it is not preferable because the melt becomes uneven. A desirable melting temperature is not less than the melting point + 5 ° C and not more than the melting point + 25 ° C.
[0033]
A predetermined amount of aromatic dicarboxylic acid is added to the molten aliphatic dicarboxylic acid to obtain a dicarboxylic acid slurry having a predetermined aromatic dicarboxylic acid / aliphatic dicarboxylic acid molar ratio. At this time, the above-mentioned melting temperature may be maintained.
[0034]
Further, in order to suppress the thermal oxidative decomposition and thermal decomposition of aliphatic dicarboxylic acid and aromatic dicarboxylic acid, the inside of the melting tank or the polymerization tank (11) during melting under an inert gas atmosphere, for example, under a nitrogen gas atmosphere. Preferably. At this time, it is preferable to place it in an inert gas atmosphere under a pressure of 0.05 to 0.8 MPa, preferably 0.1 to 0.6 MPa, from the viewpoint of preventing the outside air from being mixed.
[0035]
The atmospheric oxygen concentration at the time of melting the aliphatic dicarboxylic acid or preparing the slurry greatly affects the color tone of the obtained polyamide. In particular, this tendency is remarkable for polyamides using meta-xylylenediamine as a raw material. There is no problem if the oxygen concentration in the atmosphere at the time of melting the aliphatic dicarboxylic acid is 10 ppm or less, but when the oxygen concentration is 10 ppm or more, the obtained polyamide tends to have a strong yellow tint and degrade the quality of the product. On the other hand, the lower limit of the oxygen concentration is not particularly defined, but is, for example, 0.05 ppm or more. In the production of polyamide, there is no problem that the oxygen concentration is less than 0.05 ppm, but in order to achieve less than 0.05 ppm, the oxygen removal step becomes unnecessarily complicated, and the color tone and other There is almost no effect on the physical properties of the material. A desirable range of the oxygen concentration is 0.05 ppm or more and 9 ppm or less, and more preferably 0.05 ppm or more and 8 ppm or less.
[0036]
In the present invention, the aliphatic dicarboxylic acid raw material is supplied to the melting tank or the polymerization tank (11) in which oxygen has been removed in advance and the oxygen concentration is 10 ppm or less, or the aliphatic dicarboxylic acid raw material is supplied to the melting tank or the polymerization tank (11). After the introduction, oxygen is removed and the atmosphere in the melting tank or the polymerization tank is set to an oxygen concentration of 10 ppm or less, or both may be used in combination. This may be selected in terms of facilities or operation. When melting is performed using a melting tank, the atmosphere in the polymerization tank (11) is also preferably set to an oxygen concentration of 10 ppm or less.
[0037]
As a method for removing oxygen, there are a vacuum substitution method, a pressure substitution method, and a combination thereof. The degree of vacuum or the degree of pressurization applied to the substitution and the number of substitutions may be selected under conditions that are most efficient for achieving the desired oxygen concentration.
[0038]
In the dicarboxylic acid melting step, it is also possible to add an alkali metal compound or a phosphorus compound to the melting tank or the polymerization tank (11) as a polymerization catalyst for the purpose of suppressing the decomposition of the polyamide.
[0039]
The alkali metal compound used is a lithium compound, a sodium compound, a potassium compound or the like, and a sodium compound is most preferred. Further, as the phosphorus compound, phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, pyrophosphoric acid, metaphosphoric acid, polyphosphoric acid and salts thereof are used.
[0040]
(Initial polymerization step)
In the initial polymerization step, in the example of FIG. 1, in a batch polymerization tank (11), a diamine in a molten state is continuously or intermittently added to dicarboxylic acid in a slurry state to increase the degree of polymerization while separating and removing water. It is a process.
[0041]
The polymerization tank (11) is provided with a diamine addition device (12), a water separation and removal device (13), a nitrogen gas introduction pipe (14), and the like.
[0042]
Diamine is added to the dicarboxylic acid in a slurry state in the polymerization tank (11) from the addition device (12). The addition of the diamine may be performed continuously or intermittently, and is performed so that the molar ratio between the diamine and the dicarboxylic acid becomes a predetermined value. At the time of addition, the dicarboxylic acid is desirably at a temperature of 160 ° C. or higher, which is a temperature at which the amidation reaction substantially proceeds, and the oligomer and / or low-molecular-weight polyamide produced as an intermediate is in a molten state. It is desirable that the temperature be maintained at a temperature at which the entire reaction system can maintain a uniform fluidized state. In the slurry preparation step, a homogeneous dicarboxylic acid slurry is obtained, and the amidation reaction proceeds favorably for both the aliphatic dicarboxylic acid and the aromatic dicarboxylic acid.
[0043]
During the addition of the diamine, the temperature of the reaction mixture is gradually raised to a predetermined polycondensation reaction temperature not lower than the melting point (Tm) of the finally obtained copolymerized polyamide. Since the rate of temperature rise depends on the heat of amidation reaction, the latent heat of evaporation of condensed water, the heat of supply, and the like, the rate of addition of the diamine component is appropriately adjusted. The polycondensation reaction temperature in the initial polymerization step is, for example, the internal temperature is not less than the melting point (Tm) of the finally obtained copolymerized polyamide and not more than Tm + 35 ° C, preferably not more than Tm + 15 ° C, more preferably not more than Tm + 5 ° C. is there. If the reaction temperature is out of the above range, the ultimate degree of polymerization is undesirably low, or thermal degradation or productivity decreases. During the addition of the diamine, the pressure is not particularly limited, but a pressure equal to or higher than normal pressure is desirable for fixing the diamine component.
[0044]
After completion of the addition of the diamine, it is desirable to maintain the inside of the polymerization tank at a normal pressure or higher for a predetermined time, for example, 5 minutes or longer, preferably 10 minutes or longer. At the initial stage of the addition of the diamine, the carboxyl group is present in a considerable excess with respect to the diamine, and the reaction rate of the diamine, that is, the immobilization rate is extremely high. However, at the end of the addition, a considerable amount of the carboxyl group has been consumed, and the immobilization speed of the diamine component becomes extremely slow as compared with the initial stage of the addition. In addition, the increase in the degree of polymerization lowers the stirring efficiency of the reaction mixture, which is more disadvantageous for immobilizing the diamine. After the addition of the diamine is completed, the diamine is fixed by maintaining the pressure at normal pressure or higher for a predetermined time, and the molar balance of the preparation is accurately reflected on the molar balance of the polyamide. The condensed water generated by the polymerization is distilled out of the reaction system by the separation and removal device (13).
[0045]
In the initial polymerization step, the degree of polymerization is increased by the above polymerization reaction to obtain a polyamide prepolymer having a relative viscosity of 1.4 to 2.7. If the relative viscosity of the prepolymer is less than 1.4, a long residence time is required in order to obtain a polyamide having a desired relative viscosity [RV] in the latter polymerization step, which causes thermal degradation and coloring of the polyamide. In addition, it is necessary to increase the size of the equipment in the latter polymerization step, which is inferior in economy. On the other hand, if the relative viscosity of the prepolymer exceeds 2.7, an extremely long residence time is required in the initial polymerization step, and furthermore, the viscosity is high and uniform stirring and mixing are insufficient. It becomes. The lower limit of the relative viscosity of the prepolymer obtained in the initial polymerization step is preferably 1.45 or more, and the upper limit is preferably 2.3 or less, more preferably 2.1 or less.
[0046]
In the present invention, in the initial polymerization step, it is preferable to use a plurality of, for example, two batch polymerization tanks (11) in parallel (the example in FIG. 1). While continuously transferring the polyamide prepolymer obtained in one batch polymerization tank (11) to the late polymerization step by a gear pump (18), the polyamide prepolymer was transferred in the other batch polymerization tank (11). Prepare. When the continuous transfer of the prepolymer from one polymerization tank (11) is completed, the continuous transfer of the prepolymer is switched to the other polymerization tank (11) by opening and closing the three-way valve (19). In this way, a continuous production method that exceeds the amount of the prepolymer when one batch polymerization tank (11) is used is achieved.
[0047]
When the transfer of the prepolymer is switched between the polymerization tanks (11) using a plurality of batch polymerization tanks (11) in this manner, the degree of polymerization (relative viscosity) of the polyamide prepolymer between the polymerization tanks (11) is reduced. Need to make no difference. To this end, as shown in FIG. 1, a melt holding layer (15) is provided downstream of the polymerization tank (11), and the polyamide prepolymer obtained in the polymerization tank (11) is mixed with the melt holding layer (15). ), And is preferably maintained under certain conditions. The melt holding layer (15) is provided with a water separation / removal device (16), a steam introduction pipe (17), and the like. By transferring the polyamide prepolymer from the polymerization tank (11) to the melt holding layer (15) and maintaining the gas phase in the holding layer (15) at a predetermined pressure with steam, a change in the degree of polymerization can be suppressed. The water vapor used for holding pressure suppresses the progress of the polymerization reaction by utilizing the amidation equilibrium reaction. If the water vapor pressure is too low, the polymerization proceeds and the degree of polymerization increases. The polymerization proceeds and the degree of polymerization decreases.
[0048]
An appropriate water vapor pressure at which the degree of polymerization does not change depends on the monomer composition ratio, the molar balance between diamine and dicarboxylic acid, the degree of polymerization, the equilibrium constant, the temperature, and the like, but can be appropriately determined by experimental trial. For example, when a prepolymer having a molar balance of 1.000 ± 0.01 is held in the melt holding layer (15) at a temperature of 250 to 260 ° C. and a pressure of 0.25 to 0.35 MPa, the degree of polymerization becomes It can be kept below 100.
[0049]
As an index of a change in the degree of polymerization when the pressure is maintained with steam, it is preferable to suppress the change in the relative viscosity of the polyamide prepolymer to within ± 0.2. If the change in the relative viscosity exceeds ± 0.2, the degree of polymerization (relative viscosity) of the finally obtained product is greatly changed, which is not preferable. By adjusting the reaction conditions (temperature, pressure, residence time) in the late polymerization step, it is also possible to absorb fluctuations in the degree of polymerization of the prepolymer, but from the viewpoint of continuous production, it is not possible to change the reaction conditions during production. Not realistic.
[0050]
If the same function as the above-mentioned holding layer (15) is provided in the polymerization tank (11), the melt holding layer (15) may not be provided downstream of the polymerization tank (11). In this case, the polyamide prepolymer obtained in the polymerization tank (11) is directly and continuously transferred to a late polymerization step.
[0051]
(Late polymerization step)
In the late polymerization step, the polyamide prepolymer from the initial polymerization step is introduced into a continuous reaction apparatus capable of separating and removing water, and the degree of polymerization is further increased at a temperature equal to or higher than the melting point of the finally obtained copolymerized polyamide. To obtain a copolymerized polyamide having a relative viscosity [RV] of
[0052]
As a continuous reaction device in the latter polymerization step, a self-cleaning horizontal twin-screw reaction device (41) is used.
[0053]
A twin-screw extruder may be used as a continuous reaction device in the latter polymerization step. The twin-screw extruder has good reaction efficiency and has a certain degree of self-cleaning function. However, in the twin-screw extruder, not only the entire inside of the apparatus cannot be kept under vacuum, but also a low melt viscosity material is liable to cause vent up. In addition, there is a problem that temperature control is difficult due to high shearing force, and the degree of freedom of residence time is limited. In order to further increase the residence time, there are disadvantages such as an increase in the size of the apparatus and an increase in equipment costs.
[0054]
Therefore, in the present invention, a self-cleaning horizontal twin-screw reactor (41) is used as the continuous reactor. For example, it is preferable to use SCR manufactured by Mitsubishi Heavy Industries. In the self-cleaning type horizontal twin-screw reaction device (41), two parallel drive shafts are formed in a state where the blades (rotors) are superposed with a slight gap with a twist, and two parallel drive shafts are formed. The drive shaft is rotated in the same direction. The smaller the clearance between the wings, the greater the cleaning effect between the wings. In a self-cleaning type horizontal twin-screw reactor, the clearance between the blades changes depending on the size of the device, but the inner volume of the reactor is 0.15 m. Three In this case, the clearance between the wings is preferably less than 50 mm, more preferably less than 20 mm, very preferably less than 10 mm.
[0055]
The self-cleaning type horizontal twin-screw reactor has a smaller clearance between the blades and the inner wall as compared with a general horizontal twin-screw reactor, so that the rotation of the drive shaft provides an inner wall cleaning effect. Although the clearance between the wing and the inner wall varies depending on the size of the device, the inner volume of the reactor is 0.15 m. Three In this case, the clearance between the wing and the inner wall is preferably less than 15 mm, more preferably less than 10 mm, very preferably less than 5 mm.
[0056]
The fact that the clearance between the wing and the inner wall is small is the same for a twin-screw extruder. However, compared to a twin-screw extruder where there is a considerable gap between the blades and the drive shaft rotates in the opposite direction, the SCR has only a small gap between the blades and the two parallel drive shafts are in the same direction. , The cleaning effect between the blades is further increased. The self-cleaning effect brings about a reduction in scale adhesion and an improvement in quality due to a reduction in contamination. Furthermore, unlike a twin-screw extruder, it is possible to apply vacuum to low melt viscosity materials because the entire device can be kept under vacuum. It has the advantage of being long, having high applicability to viscosity fluctuations and flow rate fluctuations, and having a large producible viscosity range. Further, in terms of equipment, there is an advantage that the size can be reduced and the cost is low as compared with the twin-screw extruder.
[0057]
The reaction conditions in the latter polymerization step vary depending on the type of the copolymerized polyamide and the desired relative viscosity [RV], but the resin temperature is from the melting point (Tm) to Tm + 80 ° C of the copolymerized polyamide, preferably from the melting point to Tm + 70 ° C or less. . When the resin temperature is Tm + 80 ° C. or higher, the deterioration of the polyamide is easily accelerated, which causes deterioration in physical properties and coloring. Conversely, below Tm, there is a danger that the polyamide solidifies and damages the reactor.
[0058]
The average residence time in the continuous reactor varies depending on the type of the copolymerized polyamide, the desired relative viscosity [RV], the degree of vacuum, the addition of an acid anhydride compound described below, the purge of an inert gas described later, and the like. It is preferably for about 30 minutes. If the average residence time is less than 1 minute, it is difficult to obtain a copolymerized polyamide having an [RV] in the range of 1.6 to 4.0. Conversely, if the average residence time exceeds 30 minutes, continuous polymerization of the polymer will occur. It is necessary to reduce the amount of supply to the apparatus, resulting in a significant decrease in productivity. A desirable average residence time is 1.5 to 25 minutes, more preferably 2 to 20 minutes.
[0059]
Unlike the twin screw extruder, the screw rotation speed (rpm) of the reactor SCR has a small effect on the polymerization reaction and the average residence time, and may be appropriately selected, but generally 20 rpm to 150 rpm is applied. .
[0060]
An important function in the late polymerization step is control of the relative viscosity [RV].
Control methods for [RV] include (1) purge of inert gas, (2) vacuum degree, and (3) combination of inert gas purge and vacuum degree. Hereinafter, each method will be described.
[0061]
While the inert gas purge promotes the polymerization reaction, [RV] can be controlled by adjusting the purge amount. The inert gas purge is performed from the inert gas purge port (42). The amount of inert gas purge varies depending on desired polymerization conditions such as [RV] and temperature, but the amount is preferably 0.005 to 10 L per kg of polymer. If the purge amount exceeds 10 L / kg, the amount of inert gas used becomes excessive due to the action of accelerating the polymerization reaction, which causes a cost increase. A more desirable purge amount is 0.005 to 9.5 L / kg, and still more preferably 0.01 to 9 L / kg. Further, when a desired RV can be obtained without performing the inert gas purge, the purge may not be performed (that is, the purge amount: 10 L / kg). Any inert gas may be used as long as it is inert to the polyamide production reaction, but nitrogen gas is advantageous in terms of safety and cost.
[0062]
The polymerization reaction can be promoted by controlling the degree of vacuum, and the reaction rate can be controlled. This is performed through the vacuum port (43). The polyamide formation reaction is a condensation reaction between a carboxylic acid and an amine, and the polymerization reaction is promoted by removing generated water. The degree of vacuum applied in the latter polymerization step varies depending on the desired [RV] and polymerization conditions, but is 150 to 1200 hPa. When the pressure is less than 150 hPa, in the latter polymerization step, the polymer vents up, clogs the piping, and cannot expect stable operability. On the other hand, when the pressure exceeds 1200 hPa, the effect of the degree of vacuum is not so great, the speed of reaching the desired [RV] is slowed, and the productivity is reduced. In some cases, the desired [RV] is not reached. Desirable degree of vacuum is 200-1100 hPa, and more desirably 250-1050 hPa.
[0063]
A desirable control method of [RV] for a polyamide containing adipic acid / phthalic acid / meta-xylylenediamine as a main raw material is a combination of inert gas purging and vacuum. The advantage of this method is that it is easy to produce an inert gas or a polyamide having a high [RV] which cannot be achieved by a vacuum degree alone. It becomes possible by adjusting the amount, or conversely, by adjusting the degree of vacuum when the amount of inert gas is constant, there is an advantage that [RV] control can be performed more flexibly.
[0064]
Desirable conditions are an inert gas purge amount of 0.005 to 9.5 L / kg and a degree of vacuum of 200 to 1150 hPa, more preferably 0.01 to 9 L / kg and 250 to 1100 hPa. If the purge amount of the inert gas is less than 0.005 L / kg, or if the degree of vacuum exceeds 1150 hPa, the polymerization rate becomes slow. Conversely, if the inert gas purge amount exceeds 9.5 L / kg or if the degree of vacuum is less than 200 hPa, the amount of inert gas used increases, resulting in a cost increase factor. Disadvantages such as a decrease in performance.
[0065]
On the other hand, when it is desired to suppress the polymerization reaction, the polymerization reaction can be controlled by adding an acid anhydride compound. This is performed through the addition port (44). It is considered that the addition of the acid anhydride compound blocks the terminal amino group of the polymer, so that the polymerization reaction can be suppressed. Examples of the acid anhydride compound that can be used include hexahydrophthalic anhydride (HOPA), phthalic anhydride, trimetic anhydride, pyromellitic anhydride, succinic anhydride, and the like. The use of HOPA is desirable from the viewpoint of the color tone of the polyamide. The amount of the acid anhydride compound to be added is not particularly limited depending on the desired [RV], but usually is preferably 150 meq / kg or less per 1 kg of the polymer. When the addition amount exceeds 150 meq / kg, the polymerization rate becomes slow or a vent-up factor is caused, resulting in poor operation stability. In addition, unreacted acid anhydride compounds remain in the polymer and cause deterioration of polyamide quality.
[0066]
The control method of [RV] is not limited to the above method, and addition of an alkali metal compound and various conventionally known means can be performed.
[0067]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the evaluation method of the characteristic value of the polyamide resin used in the Example is as follows.
[0068]
(1) Relative viscosity [RV]
0.25 g of a polyamide resin was dissolved in 25 ml of 96% sulfuric acid, and measured with an Ostwald viscometer.
[0069]
[Example 1]
In this example, two reactors (11) for the initial polymerization are arranged in parallel, and the polyamide prepolymer from the reactor (11) is alternately supplied to the SCR reactor for the late polymerization by switching the three-way valve (19). did. No melt retention layer (15) was provided.
[0070]
3.40 kg of adipic acid was charged into a 20-liter stainless steel reaction vessel (11) equipped with a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe, a pressure reduction control valve, a 1.3 MPa steam introduction pipe, and a diamine dropping tank, and was purged with nitrogen. The mixture was heated under stirring while flowing a small amount of nitrogen, and the temperature was raised to 170 ° C. to melt adipic acid. Then, while stirring the molten adipic acid, 0.68 kg of terephthalic acid was added to form a slurry. Next, 3.74 kg of meta-xylylenediamine was continuously dropped from the dropping tank (12) under normal pressure over 3 hours. During this time, the internal temperature was continuously raised to 250 ° C. Water distilled off together with meta-xylylenediamine was removed from the reaction system.
[0071]
After completion of the dropping of meta-xylylenediamine, the mixture was stirred for 20 minutes while increasing the temperature at a rate of 0.2 ° C./min under normal pressure to promote immobilization of meta-xylylenediamine and perform initial polymerization. Thereafter, steam of 1.3 MPa was introduced into the reactor, and the pressure in the gas phase was adjusted to 0.3 MPa by a pressure control valve. After a lapse of 10 minutes after the pressure reached 0.3 MPa, the discharge of the polyamide was started to obtain a polyamide prepolymer. The RV of the obtained polyamide prepolymer was 1.85. At this time, the stirring was continued, the pressure in the gas phase was maintained at 0.3 MPa, and the internal temperature was further maintained at 255 ° C. ± 1 ° C.
[0072]
The prepolymer was supplied to an SCR (41) set at a reaction temperature of 255 ° C., a degree of vacuum of 1013 hPa, a nitrogen gas purge amount of 1.13 L / kg, and a screw rotation speed of 50 rpm. The supply of the prepolymer to the SCR (41) was performed alternately from the two reaction vessels (11). After elapse of an average residence time of 10 minutes in the SCR (41), the polyamide was continuously discharged as strands, cooled with water, and granulated to continuously obtain copolymerized polyamide resin chips. The RV of the obtained copolymerized polyamide resin was 2.25.
[0073]
[Example 2]
The same reaction apparatus as in Example 1 was used.
3.80 kg of adipic acid was charged into a 20-liter stainless steel reaction vessel (11) equipped with a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe, a pressure reducing valve, a 1.3 MPa steam introduction pipe, and a diamine dropping tank, and the atmosphere was replaced with nitrogen. The mixture was heated under stirring while flowing a small amount of nitrogen, and the temperature was raised to 170 ° C. to melt adipic acid. Then, while stirring the molten adipic acid, 0.23 kg of terephthalic acid was added to form a slurry. Next, 3.73 kg of meta-xylylenediamine was continuously dropped from the dropping tank (12) under normal pressure over 3 hours. During this time, the internal temperature was continuously raised to 250 ° C. Water distilled off together with meta-xylylenediamine was removed from the reaction system.
[0074]
Subsequent steps were performed in the same manner as in Example 1. The RV of the obtained polyamide prepolymer was 1.76, and the RV of the obtained copolyamide resin was 2.15.
[0075]
[Comparative Example 1]
The same reactor as in Example 1 was used, but the production was carried out by a salt forming method.
4.66 kg of water was charged into a jacketed 20 L stainless steel reaction vessel (11) equipped with a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe, a pressure reducing valve, a 1.3 MPa steam introduction pipe and a diamine dropping tank, and then meta-xylylenediamine 1.52 kg, 1.38 kg of adipic acid and 0.28 kg of terephthalic acid were respectively charged, and the internal temperature was raised to 135 ° C. to prepare a completely dissolved salt aqueous solution. Next, the mixture was heated in a sealed state, and the temperature was raised to 190 ° C. with stirring. At this time, the internal pressure was 1.0 MPa, and the temperature raising time required 1 hour. Next, the amidation reaction was allowed to proceed for 5 hours while maintaining the above temperature to remove water. Thereafter, pressure release was started, and the mixture was stirred for 10 minutes after the pressure reached 0.3 MPa to perform initial polymerization to obtain a polyamide prepolymer. The RV of the obtained polyamide prepolymer was 1.90. At this time, the stirring was continued, the pressure in the gas phase was maintained at 0.3 MPa, and the internal temperature was further maintained at 255 ° C. ± 1 ° C.
[0076]
The prepolymer was supplied to an SCR (41) set at a reaction temperature of 255 ° C., a degree of vacuum of 1013 hPa, a nitrogen gas purge amount of 1.13 L / kg, and a screw rotation speed of 50 rpm. The supply of the prepolymer to the SCR (41) was performed alternately from the two reaction vessels (11). After elapse of an average residence time of 10 minutes in the SCR (41), the polyamide was continuously discharged as strands, cooled with water, and granulated to obtain copolymerized polyamide resin chips. The RV of the obtained copolymerized polyamide resin was 2.31.
[0077]
[Table 1]
Figure 2004204026
[0078]
Table 1 shows the properties of the copolymerized polyamide and the polyamide prepolymer obtained in Examples and Comparative Examples. In each of Examples 1 and 2, the operation was good, and a copolymerized polyamide having excellent physical property values was obtained.
[0079]
In Table 1, the polymerization time (hr) means the time from the start of the polymerization reaction to chipping, and does not include the time required for salt preparation in Comparative Example 1.
[0080]
Table 1 shows the efficiency (%) according to the following equation as an index of the production efficiency per capacity of the reaction vessel.
Efficiency (%) = (weight of polymer removed / total weight of raw material) × 100
Here, the total weight of the raw materials includes water used in Comparative Example 1.
[0081]
In Comparative Example 1, a large amount of energy and time were required to remove water used for salt formation to the outside of the reaction system. It is also clear that the production efficiency per capacity of the reaction vessel is poor.
[0082]
【The invention's effect】
According to the present invention, a copolyamide mainly composed of a diamine containing xylylenediamine as a main component and a dicarboxylic acid containing an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms, in good quality. Continuous production can be performed with good production efficiency. This copolymerized polyamide has excellent gas barrier properties, fuel barrier properties, and solvent resistance, and is suitably used as a material for molded articles such as gasoline tank materials, beverage bottles, hollow molded containers, films, sheets, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a schematic process of a continuous production method of a copolyamide of the present invention.
[Explanation of symbols]
(11): Dicarboxylic acid slurry preparation tank and batch polymerization tank for initial polymerization
(12): Diamine addition equipment
(41): Self-cleaning horizontal twin-screw reactor for late polymerization
(15): Melt holding tank
(19): Three-way valve

Claims (7)

キシリレンジアミンを主成分として含むジアミンと、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を含むジカルボン酸とから共重合ポリアミドを連続製造する方法であって、
(1) 溶融状態の炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸中に芳香族ジカルボン酸が分散されたスラリーを得るスラリー調製工程と、
(2) 水の分離除去可能な回分式反応装置を用い、
ジカルボン酸のスラリーにキシリレンジアミンを主成分として含むジアミンを添加して、ジアミンとジカルボン酸のモル比を所定値として重縮合反応を行い、最終的に得られる共重合ポリアミドの融点以上の温度で水を分離除去しつつ重合度を高め、相対粘度が1.4〜2.7のポリアミドプレポリマーを得る初期重合工程と、
(3) ポリアミドプレポリマーを水の分離除去の可能なセルフクリーニング方式の連続式横型二軸反応装置に導入し、最終的に得られる共重合ポリアミドの融点以上の温度でさらに重合度を高め、相対粘度[RV]が1.6〜4.0の共重合ポリアミドを得る後期重合工程とを含む、共重合ポリアミドの連続製造方法。
A method for continuously producing a copolyamide from a diamine containing xylylenediamine as a main component and a dicarboxylic acid containing an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms,
(1) a slurry preparation step of obtaining a slurry in which an aromatic dicarboxylic acid is dispersed in a molten aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms,
(2) Using a batch reactor capable of separating and removing water,
A diamine containing xylylenediamine as a main component is added to the dicarboxylic acid slurry, and a polycondensation reaction is performed with the molar ratio of the diamine and the dicarboxylic acid being a predetermined value. An initial polymerization step of increasing the degree of polymerization while separating and removing water to obtain a polyamide prepolymer having a relative viscosity of 1.4 to 2.7;
(3) The polyamide prepolymer is introduced into a continuous horizontal twin-screw reactor of a self-cleaning type capable of separating and removing water, and the degree of polymerization is further increased at a temperature equal to or higher than the melting point of the finally obtained copolymerized polyamide. A continuous polymerization step of obtaining a copolymerized polyamide having a viscosity [RV] of 1.6 to 4.0.
(2) 初期重合工程において、回分式反応装置を複数個用いる、請求項1に記載の共重合ポリアミドの連続製造方法。(2) The method for continuously producing a copolymerized polyamide according to claim 1, wherein a plurality of batch type reactors are used in the initial polymerization step. (3) 後期重合工程における平均滞留時間は1〜30分である、請求項1又は2に記載の共重合ポリアミドの連続製造方法。(3) The method for continuously producing a copolyamide according to claim 1 or 2, wherein the average residence time in the latter polymerization step is 1 to 30 minutes. (3) 後期重合工程において、不活性ガスをパージすること、反応装置の真空度を調整すること、酸無水物化合物を添加すること、又はそれらの併用によって、ポリアミドの相対粘度[RV]を制御する、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の共重合ポリアミドの連続製造方法。(3) The relative viscosity [RV] of the polyamide is controlled by purging the inert gas, adjusting the degree of vacuum of the reactor, adding an acid anhydride compound, or a combination thereof in the latter polymerization step. A method for continuously producing the copolymerized polyamide according to any one of claims 1 to 3. ジアミンは、ジアミンを基準としてキシリレンジアミンを70〜100モル%含む、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の共重合ポリアミドの連続製造方法。The method for continuously producing a copolyamide according to any one of claims 1 to 4, wherein the diamine contains 70 to 100 mol% of xylylenediamine based on the diamine. キシリレンジアミンは、キシリレンジアミンを基準として80〜100モル%のメタキシリレンジアミンを含む、請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の共重合ポリアミドの連続製造方法。The method for continuously producing a copolymerized polyamide according to any one of claims 1 to 5, wherein the xylylenediamine contains 80 to 100 mol% of metaxylylenediamine based on xylylenediamine. ジカルボン酸は、芳香族ジカルボン酸及び炭素数6〜12の脂肪族ジカルボン酸を、芳香族ジカルボン酸/脂肪族ジカルボン酸のモル比で1/99以上20/80未満の割合で含む、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載の共重合ポリアミドの連続製造方法。The dicarboxylic acid contains an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid having 6 to 12 carbon atoms in a molar ratio of aromatic dicarboxylic acid / aliphatic dicarboxylic acid of 1/99 or more and less than 20/80. 7. A continuous production method of the copolymerized polyamide according to any one of the above-mentioned items.
JP2002374206A 2002-12-25 2002-12-25 Continuous production process of copolyamide Pending JP2004204026A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002374206A JP2004204026A (en) 2002-12-25 2002-12-25 Continuous production process of copolyamide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002374206A JP2004204026A (en) 2002-12-25 2002-12-25 Continuous production process of copolyamide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004204026A true JP2004204026A (en) 2004-07-22

Family

ID=32812290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002374206A Pending JP2004204026A (en) 2002-12-25 2002-12-25 Continuous production process of copolyamide

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004204026A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007063467A (en) * 2005-09-01 2007-03-15 Toyobo Co Ltd Polyester composition and polyester wrapping material composed thereof
JP2009102450A (en) * 2007-10-19 2009-05-14 Toray Ind Inc Method of manufacturing polyamide
JP2010053359A (en) * 2008-07-31 2010-03-11 Toray Ind Inc Method and apparatus for consecutively producing polyamide prepolymer and polyamide
JP2016141698A (en) * 2015-01-30 2016-08-08 東レ株式会社 Method for producing dehydration polycondensation polymer
CN114364715A (en) * 2019-09-12 2022-04-15 宇部兴产株式会社 Method for producing copolyamide
CN115806667A (en) * 2021-09-13 2023-03-17 成都肆零壹科技有限公司 Continuous polymerization process of semi-aromatic nylon

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007063467A (en) * 2005-09-01 2007-03-15 Toyobo Co Ltd Polyester composition and polyester wrapping material composed thereof
JP2009102450A (en) * 2007-10-19 2009-05-14 Toray Ind Inc Method of manufacturing polyamide
JP2010053359A (en) * 2008-07-31 2010-03-11 Toray Ind Inc Method and apparatus for consecutively producing polyamide prepolymer and polyamide
JP2016141698A (en) * 2015-01-30 2016-08-08 東レ株式会社 Method for producing dehydration polycondensation polymer
CN114364715A (en) * 2019-09-12 2022-04-15 宇部兴产株式会社 Method for producing copolyamide
CN115806667A (en) * 2021-09-13 2023-03-17 成都肆零壹科技有限公司 Continuous polymerization process of semi-aromatic nylon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6156869A (en) Method for producing polyamides
JP5402729B2 (en) Continuous production method of polyamide
KR101699558B1 (en) Batch process for preparing polyamides
US9359477B2 (en) Production method for polyamide
KR20160020485A (en) Method for continuously producing polyamide oligomers and for producing semicrystalline or amorphous polyamides that can be thermoplastically processed
JP2009114429A (en) Continuous production method of polyamide
KR100799037B1 (en) Process for production of polyamide
JP4151354B2 (en) Continuous production method of polyamide
CN114891205A (en) Preparation method of p-xylylene diamine polyamide and copolymer material thereof
JP2004204026A (en) Continuous production process of copolyamide
US20010012883A1 (en) Process for producing polyamide
JP5819404B2 (en) Process for producing polyamide
JP2004204027A (en) Continuous production process of polyamide
EP1479712B1 (en) Production method of polyamide
JP2009203422A (en) Continuously production method for polyamide
US4864009A (en) Molding composition consisting of aliphatic/aromatic copolyamide
JP4192541B2 (en) Polyamide production method and polyamide
WO2020122170A1 (en) Semi-aromatic polyamide resin and method for manufacturing same
JP3395389B2 (en) Method for producing polyamide
JP2004204025A (en) Manufacturing process of copolyamide
JP4964399B2 (en) Polyamide resin
JP2000044677A (en) Production of polyamide by solid phase polymerization
JP2003212992A (en) Postpolymerization method of polyamide resin
JPH0912711A (en) Production of polyamide
JP2003002967A (en) Method for producing polyamide resin

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051202

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080811

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081021

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081217

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090203