JP2004204027A - Continuous production process of polyamide - Google Patents

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polyamide
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Yasuto Tsujii
康人 辻井
Kaoru Ogawa
薫 小川
Takeshi Maruyama
岳 丸山
Shoji Koketsu
将司 纐纈
Kenta Suzuki
健太 鈴木
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Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a continuous production process of a polyamide by which the polyamide with a minimal contamination is efficiently produced while hardly causing gelation. <P>SOLUTION: This continuous production process of the polyamide comprises (1) a process 11 to melt a dicarboxylic acid, (2) an initial polymerization process by which a polyamide prepolymer with a relative viscosity of 1.4-2.7 is obtained by conducting polycondensation reaction by adding a molten diamine 12 at a specific molar ratio of the diamine to the dicarboxylic acid and by increasing the degree of polymerization while removing water at a temperature not lower than the melting point of the ultimately obtained polyamide in a water-removable batch type reaction apparatus 11, (3) a final polymerization process by which the polyamide with a desired relative viscosity [RV] is obtained by introducing the polyamide prepolymer into a water-removable, self-cleaning and continuous type vertical biaxial reaction apparatus 41 and by increasing the degree of polymerization at a temperature not lower than the melting point of the ultimately obtained polyamide. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は品質が良好で、生産効率の改善されたポリアミドの連続製造方法に関する。より詳しくは本発明は、溶融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するか、又は、溶融状態のジアミンに、溶融状態のジカルボン酸を連続的又は間欠的に添加して直接重合反応させるポリアミドの連続製造方法に関する。本発明のポリアミドの連続製造方法は、脂肪族ポリアミド、芳香族含有ポリアミドのいずれにも適用できるが、製造条件のより難しい芳香族含有ポリアミドに好ましく適用できる。
【0002】
芳香環を有するポリアミドは、機械的強度及び寸法安定性に優れ、フィルム、シート、包装袋、ボトル、エンジニアリングプラスチック、繊維などに好ましく使用することができる。
【0003】
【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。
【0004】
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。
【0005】
ところが、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。
【0006】
この主たる原因は、ポリアミド樹脂が高温度条件下で長時間滞留することにあり、これを回避すべく種々の製造方法が提案されている。例えば、特開昭60−206828号公報、特開平2−187427号公報、特開平8−170895号公報に開示されている製造方法によれば、高温下での長時間滞留を避ける目的で、一旦初期縮合物をプレポリマーとして取り出し、それをポリマーの融点以下の温度で固相重合することによって熱分解・劣化を抑制している。しかしながら、これらはいずれもバッチ式製造法であり、製造効率上好ましくなく、また、バッチ間での品質の差も生じやすい。
【0007】
特開2001−200052号公報には、キシリレンジアミンを含むジアミンとジカルボン酸とから成るスラリーをベントのない二軸押出機に連続的に供給し、加熱してアミド化反応を進める工程と、続いて、ベントのある1軸押出機中で、アミド化反応で生成する縮合水を分離除去しつつ、ポリアミドの重合度を高める工程とを含む、ポリアミドの連続式製造法が開示されている。しかしながら、実施例によると、得られるポリアミドの分子量は3000〜5000程度と小さい。
【0008】
特表2002−516366号公報には、ナイロン66の連続式製造法が開示されている。同号公報によれば、融解したジカルボン酸と融解したジアミンとを等モル量混合し融解した反応混合物を生成させ、反応混合物を通気しない反応装置(静的インライン混合機)に流しポリアミド及び縮合水を含む第1の生成物流を形成し、第1の生成物流を通気されたタンク型反応容器に供給し、縮合水を除去しポリアミドを含む第2の生成物流を形成することが記載されている。しかしながら、同号公報の製造法によって得られるポリアミドは比較的低分子量であり、また、通気された反応器として従来よりポリアミド製造で用いられている反応槽を用いる場合、製造可能な粘度の対応範囲が狭い。
【0009】
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。
【0010】
【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】
特開昭60−206828号公報
【特許文献4】
特開平2−187427号
【特許文献5】
特開平8−170895号
【特許文献6】
特開2001−200052号公報
【特許文献7】
特表2002−516366号公報
【特許文献8】
特開2002−212284号公報
【特許文献9】
特開2002−220462号公報
【特許文献10】
特開2002−220463号公報
【特許文献11】
特開2002−220464号公報
【特許文献12】
特開2002−220465号公報
【特許文献13】
特開2002−220466号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、生産効率に優れ、ゲル化が起こりにくく且つコンタミネーション(黒色異物)の少ないポリアミドが得られるポリアミドの連続製造方法、とりわけ芳香族含有ポリアミドの連続製造方法を提供することにある。特に、本発明の目的は、食品、飲料品、医薬品、化粧品などの用途における、フィルム、シート、包装袋、ボトル等に好適な、強度に優れ、色調が良好であり且つ吸水率の小さいポリアミドの連続製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ジアミン成分単位とジカルボン酸成分単位とを主として含むポリアミドの連続製造方法であって、
(1) ジカルボン酸を溶融するジカルボン酸溶融工程と、
(2) 水の分離除去可能な回分式反応装置を用い、
溶融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するか、又は、溶融状態のジアミンに、溶融状態のジカルボン酸を連続的又は間欠的に添加して、
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]のポリアミドを得る後期重合工程とを含む、ポリアミドの連続製造方法である。
【0013】
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) 後期重合工程における平均滞留時間は1〜30分である、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0015】
本発明は、(3) 後期重合工程で得られるポリアミドの相対粘度[RV]は1.6〜4.0の範囲である、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0016】
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、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0017】
本発明は、ポリアミドは、ジアミン成分としてメタキシリレンジアミン(MXD)を含み、且つジアミン成分を基準としてメタキシリレンジアミン(MXD)は少なくとも70モル%である、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0018】
【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ポリアミドについて説明する。
本発明の連続製造方法は、ナイロン66等の脂肪族ポリアミド、芳香族含有ポリアミドのいずれにも適用できるが、アミン成分として70モル%以上のメタキシリレンジアミン(MXD)を含むポリアミドに好ましく適用できる。
【0019】
ポリアミドは、ジアミン成分を基準としてメタキシリレンジアミンを70モル%以上含むことが、酸素バリヤー性及び吸水性の点で重要である。メタキシリレンジアミンの量が少ないほど、熱劣化や色調の点では有利となるが、酸素バリヤー性の点からは70モル%以上が必要で、望ましくは75モル%以上である。一方、吸水性の点からは、MXD自体が芳香環を有することから、ナイロン6やナイロン66などの脂肪族ポリアミドと比べて吸水率は小さく有利である。
【0020】
望ましいポリアミドとしては、ジアミン成分として70モル%以上のメタキシリレンジアミン(MXD)を含むことを条件に、その他のジアミン成分としてのヘキサメチレンジアミン(HMD)、ジカルボン酸成分としてのアジピン酸(ADA)から構成されるポリアミドが挙げられる。
【0021】
ジアミン成分としては、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(HMD)、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が挙げられ、その他にも、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などが挙げられる。これらのうちの1種又は2種以上のジアミン成分を用いることができる。
【0022】
ジカルボン酸成分としては、溶融状態が得られるものであればよく、アジピン酸(ADA)、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、ダイマー酸などの脂肪族ジカルボン酸類、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、4,4−ジフェニルジカルボン酸などが挙げられる。これらのうちの1種又は2種以上のジカルボン酸成分を用いることができる。
【0023】
本発明の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。例えば、カプロラクタム、バレロラクタム、ラウロラクタム、ウンデカラクタム、アミノカプロン酸、アミノウンデカン酸などのラクタム、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸等のアミノカルボン酸も共重合成分として使用可能である。
【0024】
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の範囲にあることが望ましい。[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。
【0025】
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。
【0026】
次に、本発明の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、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溶融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。
【0027】
(ジカルボン酸溶融工程)
ジカルボン酸溶融工程は、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)中にジカルボン酸を仕込み溶融させてもよく、又は図示しない専用の溶融槽中にジカルボン酸を仕込み溶融させ、溶融させたジカルボン酸を溶融槽から回分式重合槽(11)に移送してもよい。
【0028】
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、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。
【0029】
また、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。
【0030】
ジカルボン酸溶融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。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。
【0031】
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)にジカルボン酸原料を供給するか、又は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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
(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、溶融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。あるいは、回分式重合槽において、溶融状態のジアミンに溶融状態のジカルボン酸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ってもよい。ジアミンは通常、常温で液体であるものが多く、図1に示される形態がとられることが多い。
【0036】
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。
【0037】
重合槽(11)中の溶融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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
(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]とされたポリアミドを得る。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
後期重合工程の反応条件は、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。
【0053】
連続式反応装置における平均滞留時間は、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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
ADA−MXD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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
[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。
【0062】
【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。
【0063】
(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。
【0064】
(2)コンタミネーション
チップ状のポリアミド樹脂500gを白板の上に重なりが無いように並べて置き、チップ中の黒色の異物の有無を目視により観察し、全チップの個数に対する、黒色異物が内部に存在するチップの個数の比率を求めた。下記基準で判定した。
○:少ない
×:多い
【0065】
(3)ゲル化発生までの熱処理時間
得られたポリアミド樹脂のゲル化の起こりにくさの指標として、次に述べる操作により、ゲル化発生までの熱処理時間(Hr)を求めた。このゲル化発生までの熱処理時間(Hr)が長いほど、ゲル化しにくく、また不溶、不融性の異物によるコンタミネーションが少ないことを意味する。
【0066】
内容量約20mlの枝付き試験管に、100℃で24時間減圧乾燥したポリアミド樹脂試料3gを入れ、減圧窒素置換を3回行い、その後、試験管中に30ml/分の窒素ガスを流しながら、260℃恒温のオイルバス中に浸漬し加熱処理を行った。加熱処理の開始から所定時間(x時間)経過したところで、加熱処理された樹脂試料をサンプリングし、その試料0.25gを、96%硫酸25ml中に溶解し、室温下16時間放置した時、不溶物が発生しているか否かを目視で観察した。この観察を種々の所定時間(x時間)について行った。不溶物が発生した試料が加熱処理されていた時間(x時間)の内の最短の時間をゲル化発生までの熱処理時間(Hr)とした。
【0067】
[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。
【0068】
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(ADA)4kg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、滴下槽(12)からメタキシリレンジアミン(MXD)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。
【0069】
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。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。
【0070】
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、造粒してポリアミド樹脂チップを得た。
【0071】
[実施例2]
実施例1と同じ反応装置を用いた。ステンレス反応容器(11)にアジピン酸(ADA)4kg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、滴下槽(12)からヘキサメチレンジアミン(HMD)3.1kgを常圧下連続的に3時間かけて滴下した。この間内温を255℃まで連続的に昇温した。ヘキサメチ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。
【0072】
ヘキサメチ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、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。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270℃±1℃に維持した。
【0073】
前記プレポリマーを、反応温度270℃、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、造粒してポリアミド樹脂チップを得た。
【0074】
[比較例1]
後期重合反応装置として、実施例1のSCR反応装置に代えて、ジャケット付き20Lステンレス反応容器を用いた。
【0075】
ポリアミドプレポリマーを得るまでの溶融及び初期重合工程は、実施例1と同様にして行った。初期重合工程で得られたポリアミドプレポリマーを、ジャケット付き20Lステンレス反応容器に供給した。ステンレス反応容器へのプレポリマーの供給は、2つの初期重合反応容器(11)から交互に行った。後期重合反応温度は255℃、真空度800hPa、攪拌下さらに重合反応を進め、20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、造粒してポリアミド樹脂チップを得た。
【0076】
【表1】

Figure 2004204027
【0077】
実施例及び比較例で得られた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、コンタミネーションが非常に抑制され、ゲル化発生までの熱処理時間も長い優れたポリアミドが得られた。
【0078】
比較例1のポリアミド樹脂中には、実施例1のポリアミド樹脂に比べ、より多くのコンタミネーションが見られ、また、ゲル化発生までの熱処理時間も短かった。
【0079】
【発明の効果】
本発明によれば、生産効率に優れ、ゲル化が起こりにくく且つコンタミネーション(黒色異物)の少ないポリアミドが得られるポリアミドの連続製造方法、とりわけ芳香族含有ポリアミドの連続製造方法が提供される。本発明の方法では、食品、飲料品、医薬品、化粧品などの用途における、フィルム、シート、包装袋、ボトル等に好適な、強度に優れ、色調が良好であり且つ吸水率の小さい芳香族含有ポリアミドが連続的に製造される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の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):ジカルボン酸溶融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 continuous method for producing polyamide with good quality and improved production efficiency. More specifically, the present invention relates to a method in which a diamine in a molten state is continuously or intermittently added to a dicarboxylic acid in a molten state, or a dicarboxylic acid in a molten state is continuously or intermittently added to a diamine in a molten state. And a method for continuously producing a polyamide by direct polymerization reaction. The continuous polyamide production method of the present invention can be applied to both aliphatic polyamides and aromatic-containing polyamides, but can be preferably applied to aromatic-containing polyamides whose production conditions are more difficult.
[0002]
A polyamide having an aromatic ring is excellent in mechanical strength and dimensional stability, and can be preferably used for films, sheets, packaging bags, bottles, engineering plastics, fibers and the like.
[0003]
[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.
[0004]
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.
[0005]
However, generally, the introduction of an aromatic ring into the polyamide skeleton increases the melting point and the melt viscosity, and the temperature conditions during polyamide production become more severe. 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.
[0006]
The main cause is that the polyamide resin stays for a long time under high temperature conditions, and various production methods have been proposed to avoid this. For example, according to the production methods disclosed in JP-A-60-206828, JP-A-2-187427, and JP-A-8-170895, once, for the purpose of avoiding long-term stagnation at high temperatures, The initial condensate is taken out as a prepolymer, which is subjected to solid-state polymerization at a temperature lower than the melting point of the polymer to suppress thermal decomposition and deterioration. However, these are all batch-type production methods, which are not preferable in terms of production efficiency, and are likely to cause a difference in quality between batches.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-200502 discloses a process in which a slurry comprising a diamine containing xylylenediamine and a dicarboxylic acid is continuously supplied to a twin-screw extruder without a vent and heated to advance an amidation reaction. And a step of increasing the degree of polymerization of the polyamide while separating and removing condensed water generated by the amidation reaction in a vented single-screw extruder. However, according to the examples, the molecular weight of the obtained polyamide is as small as about 3000 to 5000.
[0008]
JP-T-2002-516366 discloses a continuous production method of nylon 66. According to the publication, an equimolar amount of a melted dicarboxylic acid and a melted diamine are mixed to form a melted reaction mixture, and the reaction mixture is passed through a reactor (static in-line mixer) that does not ventilate the polyamide and condensed water. To form a first product stream comprising: supplying a first product stream to a vented tank reactor to remove condensed water to form a second product stream comprising polyamide. . However, the polyamide obtained by the production method of the same publication has a relatively low molecular weight, and when a reaction vessel conventionally used in the production of polyamide is used as an aerated reactor, the corresponding range of the viscosity that can be produced is used. Is narrow.
[0009]
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.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-59-155426 [Patent Document 2]
JP-A-62-156130 [Patent Document 3]
JP-A-60-206828 [Patent Document 4]
JP-A-2-187427 [Patent Document 5]
JP-A-8-170895 [Patent Document 6]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-200052 [Patent Document 7]
JP-T-2002-516366 [Patent Document 8]
JP 2002-212284 A [Patent Document 9]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-220462 [Patent Document 10]
JP 2002-220463 A [Patent Document 11]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-220564 [Patent Document 12]
JP 2002-220465 A [Patent Document 13]
JP, 2002-220466, A
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a continuous method for producing a polyamide, which is excellent in production efficiency, is less likely to cause gelation and has less contamination (black foreign matter), and particularly a continuous method for producing an aromatic-containing polyamide. . In particular, the object of the present invention is to provide a film, sheet, packaging bag, bottle, etc., in applications such as foods, beverages, pharmaceuticals, cosmetics, etc., which has excellent strength, good color tone, and low water absorption. It is to provide a continuous manufacturing method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a continuous method for producing a polyamide mainly comprising a diamine component unit and a dicarboxylic acid component unit,
(1) a dicarboxylic acid melting step of melting a dicarboxylic acid,
(2) Using a batch reactor capable of separating and removing water,
To the dicarboxylic acid in the molten state, the diamine in the molten state is added continuously or intermittently, or to the diamine in the molten state, the dicarboxylic acid in the molten state is added continuously or intermittently,
A polycondensation reaction is carried out with the molar ratio of diamine and dicarboxylic acid being a predetermined value, and the degree of polymerization is increased while separating and removing water at a temperature not lower than the melting point of the finally obtained polyamide, and the relative viscosity is 1.4 to 2.7. An initial polymerization step of obtaining a polyamide prepolymer of
(3) The polyamide prepolymer is introduced into a self-cleaning continuous horizontal twin-screw reactor 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 polyamide to obtain a desired relative degree. And a late polymerization step for obtaining a polyamide having a viscosity [RV].
[0013]
The present invention is (2) the method for continuous production of polyamide described above, wherein a plurality of batch reactors are used in the initial polymerization step.
[0014]
The present invention is (3) the above continuous method for producing a polyamide, wherein the average residence time in the late polymerization step is 1 to 30 minutes.
[0015]
The present invention is (3) the continuous method for producing a polyamide, wherein the relative viscosity [RV] of the polyamide obtained in the latter polymerization step is in the range of 1.6 to 4.0.
[0016]
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 controlled.
[0017]
The present invention is the continuous method for producing a polyamide as described above, wherein the polyamide contains metaxylylenediamine (MXD) as a diamine component, and the metaxylylenediamine (MXD) is at least 70 mol% based on the diamine component. .
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the polyamide produced by the continuous production method of the present invention will be described.
The continuous production method of the present invention can be applied to any of an aliphatic polyamide such as nylon 66 and an aromatic-containing polyamide, but can be preferably applied to a polyamide containing 70 mol% or more of metaxylylenediamine (MXD) as an amine component. .
[0019]
It is important that the polyamide contains 70 mol% or more of metaxylylenediamine based on the diamine component in terms of oxygen barrier properties and water absorption. The smaller the amount of meta-xylylenediamine, the more advantageous in terms of thermal deterioration and color tone, but from the viewpoint of oxygen barrier properties, 70 mol% or more is required, and desirably 75 mol% or more. On the other hand, from the viewpoint of water absorption, since MXD itself has an aromatic ring, the water absorption is small and advantageous as compared with aliphatic polyamides such as nylon 6 and nylon 66.
[0020]
Desirable polyamides include hexamethylenediamine (HMD) as another diamine component and adipic acid (ADA) as a dicarboxylic acid component, provided that at least 70 mol% of metaxylylenediamine (MXD) is contained as a diamine component. And polyamides composed of
[0021]
As the diamine component, ethylenediamine, 1-methylethyldiamine, 1,3-propylenediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine (HMD), heptamethylenediamine, octamethylenediamine, nonamethylenediamine, decamethylenediamine , Undecamethylenediamine, dodecamethylenediamine, and other aliphatic diamines, and in addition, cyclohexanediamine, bis- (4,4-aminohexyl) methane, paraxylylenediamine, and the like. One or more of these diamine components can be used.
[0022]
Any dicarboxylic acid component may be used as long as a molten state can be obtained, and adipic acid (ADA), malonic acid, succinic acid, glutaric acid, sebacic acid, pimelic acid, speric acid, azelaic acid, undecanoic acid, undecadioic acid, Examples thereof include aliphatic dicarboxylic acids such as dodecadionic acid and dimer acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, and 4,4-diphenyldicarboxylic acid. One or more of these dicarboxylic acid components can be used.
[0023]
In the production of the 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. For example, lactams such as caprolactam, valerolactam, laurolactam, undecalactam, aminocaproic acid and aminoundecanoic acid, and aminocarboxylic acids such as 11-aminoundecanoic acid and 12-aminododecanoic acid can also be used as the copolymerization component.
[0024]
The relative viscosity [RV] of the polyamide resin is desirably in the range of 1.6 to 4.0 from the viewpoints 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.
[0025]
The less contamination (foreign matter) of the polyamide resin, the better. When there is much contamination, the operability of the post-process is reduced or the quality is reduced.
[0026]
Next, the continuous production method of the polyamide 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 polyamide of the present invention. In the example of FIG. 1, the continuous production method of the polyamide is performed in a dicarboxylic acid melting step and an initial polymerization step performed in a batch polymerization tank (11), and a self-cleaning continuous horizontal biaxial reactor (41). Including a late polymerization step.
[0027]
(Dicarboxylic acid melting step)
In the dicarboxylic acid melting step, the dicarboxylic acid may be charged and melted in a batch polymerization tank (11) also serving as a melting tank as illustrated in FIG. 1, or the dicarboxylic acid may be charged in a dedicated melting tank (not shown). The charged and melted dicarboxylic acid may be transferred from the melting tank to the batch polymerization tank (11).
[0028]
The melting temperature of the dicarboxylic acid is suitably not less than its melting point and not more than the melting point + 50 ° C. (a temperature 50 ° C. higher than the melting point). Making the melting temperature higher than necessary undesirably induces thermal decomposition and deterioration of the 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.
[0029]
Further, in order to suppress the thermal oxidative decomposition or thermal decomposition of dicarboxylic acid, it is preferable to place the inside of the melting tank or the polymerization tank (11) during melting under an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen gas atmosphere. 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.
[0030]
The atmospheric oxygen concentration at the time of melting the dicarboxylic acid 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 of the dicarboxylic acid is 10 ppm or less. However, when the oxygen concentration is 10 ppm or more, the obtained polyamide tends to have a strong yellow tint and deteriorate 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.
[0031]
In the present invention, the 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 dicarboxylic acid raw material is supplied to the melting tank or the polymerization tank (11), and then the oxygen is added. Is removed and the atmosphere in the melting 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.
[0032]
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.
[0033]
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.
[0034]
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.
[0035]
(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 a dicarboxylic acid in a molten state to increase the degree of polymerization while separating and removing water. It is a process. Alternatively, in a batch polymerization tank, a step of adding a dicarboxylic acid in a molten state to a diamine in a molten state continuously or intermittently to increase the degree of polymerization while separating and removing water may be employed. Diamines are usually liquid at room temperature, and often take the form shown in FIG.
[0036]
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.
[0037]
The diamine is added to the molten dicarboxylic acid 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.
[0038]
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 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 internal temperature of the polycondensation reaction temperature in the initial polymerization step is, for example, not less than the melting point (Tm) of the finally obtained polyamide and not more than Tm + 35 ° C., preferably not more than Tm + 15 ° C., and more preferably not more than Tm + 5 ° C. 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.
[0039]
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).
[0040]
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.
[0041]
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.
[0042]
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.
[0043]
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.
[0044]
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.
[0045]
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.
[0046]
(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 polyamide to obtain a desired relative degree. A polyamide having a viscosity [RV] is obtained.
[0047]
As a continuous reaction device in the latter polymerization step, a self-cleaning horizontal twin-screw reaction device (41) is used.
[0048]
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.
[0049]
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 horizontal biaxial reactor, the clearance between the blades varies depending on the size of the device. When the inner volume of the reactor is about 0.15 m 3 , the clearance between the blades is preferably 50 mm. Hereinafter, it is more desirably 20 mm or less, and most desirably 10 mm or less.
[0050]
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 apparatus, when the inner volume of the reactor is about 0.15 m 3 , the clearance between the wing and the inner wall is preferably 15 mm or less, more preferably 10 mm or less, and most preferably. Is 5 mm or less.
[0051]
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.
[0052]
The reaction conditions in the latter polymerization step differ depending on the type of polyamide and the desired relative viscosity [RV], but the resin temperature is from the melting point (Tm) of the polyamide to Tm + 80 ° C, preferably from the melting point to Tm + 70 ° C. 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.
[0053]
The average residence time in the continuous reactor varies depending on the type of polyamide, desired relative viscosity [RV], degree of vacuum, addition of an acid anhydride compound described below, purging of an inert gas described later, and the like. Minutes. If the average residence time is less than 1 minute, it is difficult to obtain a polyamide having an [RV] in the range of 1.6 to 4.0. , It is necessary to reduce the supply amount, which causes a significant decrease in productivity. A desirable average residence time is 1.5 to 25 minutes, more preferably 2 to 20 minutes.
[0054]
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. .
[0055]
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.
[0056]
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.
[0057]
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.
[0058]
A desirable control method of [RV] in polyamide using ADA-MXD 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.
[0059]
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.
[0060]
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.
[0061]
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.
[0062]
【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.
[0063]
(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.
[0064]
(2) Contamination chip-shaped polyamide resin (500 g) was placed on a white plate so as not to overlap, and the presence or absence of black foreign matter in the chips was visually observed. The ratio of the number of chips to be performed was determined. It was determined based on the following criteria.
:: small ×: large
(3) Heat treatment time until gelation occurred As an index of the difficulty of gelation of the obtained polyamide resin, the heat treatment time (Hr) until gelation occurred was determined by the following operation. The longer the heat treatment time (Hr) until the gelation occurs, the less the gelation occurs, and the less the contamination by insoluble and infusible foreign matter.
[0066]
A polyamide resin sample (3 g) dried under reduced pressure at 100 ° C. for 24 hours was placed in a test tube with a branch having an internal volume of about 20 ml, and vacuum nitrogen replacement was performed three times. Then, while flowing nitrogen gas at 30 ml / min into the test tube, It was immersed in an oil bath at a constant temperature of 260 ° C. to perform heat treatment. At a lapse of a predetermined time (x hours) from the start of the heat treatment, a sample of the heat-treated resin was sampled, and 0.25 g of the sample was dissolved in 25 ml of 96% sulfuric acid. Whether or not an object was generated was visually observed. This observation was performed for various predetermined times (x hours). The shortest time of the heat treatment time (x hours) of the sample in which the insoluble matter was generated was defined as the heat treatment time (Hr) until gelation occurred.
[0067]
[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.
[0068]
4 kg of adipic acid (ADA) 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 purged with nitrogen. Further, the mixture was heated with stirring while flowing a small amount of nitrogen, and the temperature was raised to 170 ° C. to melt adipic acid. Then, 3.73 kg of meta-xylylenediamine (MXD) was continuously dropped from the dropping tank (12) under normal pressure over 3 hours while stirring the molten adipic acid. 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.
[0069]
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. 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.
[0070]
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, water-cooled and granulated to obtain polyamide resin chips.
[0071]
[Example 2]
The same reaction apparatus as in Example 1 was used. A stainless steel reaction vessel (11) was charged with 4 kg of adipic acid (ADA), purged with nitrogen, and further heated with stirring while flowing a small amount of nitrogen, and heated to 170 ° C. to melt adipic acid. Next, 3.1 kg of hexamethylenediamine (HMD) was dropped from the dropping tank (12) continuously at normal pressure over 3 hours while stirring the molten adipic acid. During this time, the internal temperature was continuously raised to 255 ° C. Water distilled off together with hexamethylenediamine was removed from the reaction system.
[0072]
After the completion of the dropping of hexamethylenediamine, the mixture was stirred for 20 minutes while raising the temperature at a rate of 0.2 ° C./min under normal pressure to 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. At this time, stirring was continued, the pressure in the gas phase was maintained at 0.3 MPa, and the internal temperature was further maintained at 270 ° C. ± 1 ° C.
[0073]
The prepolymer was supplied to the SCR (41) set at a reaction temperature of 270 ° 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, water-cooled and granulated to obtain polyamide resin chips.
[0074]
[Comparative Example 1]
As the late polymerization reactor, a 20 L stainless steel reactor equipped with a jacket was used instead of the SCR reactor of Example 1.
[0075]
Melting and initial polymerization steps until a polyamide prepolymer was obtained were performed in the same manner as in Example 1. The polyamide prepolymer obtained in the initial polymerization step was supplied to a jacketed 20 L stainless steel reaction vessel. The supply of the prepolymer to the stainless steel reaction vessel was performed alternately from the two prepolymerization reaction vessels (11). The late-stage polymerization reaction temperature is 255 ° C., the degree of vacuum is 800 hPa, the polymerization reaction is further advanced under stirring, and after elapse of an average residence time of 20 minutes, the polyamide is continuously discharged as strands, cooled with water, granulated, and subjected to polyamide resin chips. Got.
[0076]
[Table 1]
Figure 2004204027
[0077]
Table 1 shows the properties of the polyamide and the polyamide prepolymer obtained in Examples and Comparative Examples. In each of Examples 1 and 2, the operation was good, contamination was extremely suppressed, and an excellent polyamide having a long heat treatment time until gelation occurred was obtained.
[0078]
In the polyamide resin of Comparative Example 1, more contamination was observed than in the polyamide resin of Example 1, and the heat treatment time until gelation occurred was also shorter.
[0079]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the continuous production method of the polyamide which is excellent in production efficiency, hardly causes gelation, and has few contaminations (black foreign substances) is obtained, especially the continuous production method of the aromatic-containing polyamide is provided. In the method of the present invention, an aromatic-containing polyamide having excellent strength, good color tone, and low water absorption, suitable for films, sheets, packaging bags, bottles, etc. in applications such as foods, beverages, pharmaceuticals, and cosmetics. Are manufactured continuously.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a schematic process of a continuous production method of a polyamide of the present invention.
[Explanation of symbols]
(11): Dicarboxylic acid melting 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 (6)

ジアミン成分単位とジカルボン酸成分単位とを主として含むポリアミドの連続製造方法であって、
(1) ジカルボン酸を溶融するジカルボン酸溶融工程と、
(2) 水の分離除去可能な回分式反応装置を用い、
溶融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するか、又は、溶融状態のジアミンに、溶融状態のジカルボン酸を連続的又は間欠的に添加して、
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]のポリアミドを得る後期重合工程とを含む、ポリアミドの連続製造方法。
A continuous method for producing a polyamide mainly containing a diamine component unit and a dicarboxylic acid component unit,
(1) a dicarboxylic acid melting step of melting a dicarboxylic acid,
(2) Using a batch reactor capable of separating and removing water,
To the dicarboxylic acid in the molten state, the diamine in the molten state is added continuously or intermittently, or to the diamine in the molten state, the dicarboxylic acid in the molten state is added continuously or intermittently,
A polycondensation reaction is carried out with the molar ratio of diamine and dicarboxylic acid being a predetermined value, and the degree of polymerization is increased while separating and removing water at a temperature not lower than the melting point of the finally obtained polyamide, and the relative viscosity is 1.4 to 2.7. An initial polymerization step of obtaining a polyamide prepolymer of
(3) The polyamide prepolymer is introduced into a self-cleaning continuous horizontal twin-screw reactor 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 polyamide to obtain a desired relative degree. A continuous polymerization step of obtaining a polyamide having a viscosity [RV].
(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に記載のポリアミドの連続製造方法。(2) The continuous production method of 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に記載のポリアミドの連続製造方法。(3) The continuous production method of polyamide according to claim 1 or 2, wherein the average residence time in the latter polymerization step is 1 to 30 minutes. (3) 後期重合工程で得られるポリアミドの相対粘度[RV]は1.6〜4.0の範囲である、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載のポリアミドの連続製造方法。(3) The continuous method for producing a polyamide according to any one of claims 1 to 3, wherein the relative viscosity [RV] of the polyamide obtained in the latter polymerization step is in the range of 1.6 to 4.0. (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1〜4のうちのいずれか1項に記載のポリアミドの連続製造方法。(3) Controlling the relative viscosity [RV] of the polyamide 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. The continuous production method of the polyamide according to any one of claims 1 to 4. ポリアミドは、ジアミン成分としてメタキシリレンジアミン(MXD)を含み、且つジアミン成分を基準としてメタキシリレンジアミン(MXD)は少なくとも70モル%である、請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載のポリアミドの連続製造方法。The polyamide according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyamide comprises metaxylylenediamine (MXD) as a diamine component, and the metaxylylenediamine (MXD) is at least 70 mol% based on the diamine component. A continuous method for producing the above-mentioned polyamide.
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