JP4151354B2 - Continuous production method of polyamide - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、品質の良好なポリアミドの連続製造方法に関する。本発明の連続製造方法は、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。とりわけ、メタキシリレンジアミンをジアミン成分とするポリアミドは優れた酸素バリヤー性を有するフィルム、シート、包装袋、ボトルなどに使用することができる。また、該ポリアミドは、例えばポリエチレンテレフタレートなどの酸素バリヤー性の小さい他のポリマーにブレンドすることにより、他のポリマーの酸素バリヤー性の改良にも使用できる。
【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号公報や特開昭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】
一方、近年の環境衛生に対する関心の高まりから、食品、飲料品、医薬品、化粧品などの用途において、酸素による食味や風味、効能の変化を抑制して長期の保存安定性を得ることを目的とした酸素バリヤー性素材が開発されている。酸素バリヤー性素材としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデンなどが挙げられる。
【0010】
ところが、これらの素材は、優れた酸素バリヤー性を有するにもかかわらず、食品衛生上の問題、燃焼時の有害ガスの問題、あるいは、他の素材、例えばポリエチレンテレフタレート等に対する相性の問題などのために、その用途が限定されるという欠点を有する。
【0011】
このような背景のもと、メタキシリレンジアミン(MXD)をジアミン成分とするポリアミド、例えば、アジピン酸(ADA)とのポリアミドであるポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)は優れた酸素バリヤー性を有する素材として注目されている。
【0012】
しかしながら、メタキシリレンジアミンを原料とするポリアミドは、熱劣化や着色の起こりやすいポリマーであることが知られている。その理由としては、メタキシリレンジアミンが有するメチレン基部位が、酸素や熱によって容易にラジカルを生成するためと考えられているが、今だ解明されていない。そこで、メタキシリレンジアミン(MXD)をジアミン成分とするポリアミドを、熱劣化や着色を起こすことなく、製造できる方法の開発が望まれる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、品質の良好なポリアミド、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、酸素バリヤー性に優れ、色調が良好であり且つ吸水率の小さいメタキシリレンジアミンをジアミン成分とするポリアミドの連続製造方法を提供することにある。
【0014】
【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) ジアミンとジカルボン酸とをそれぞれ個別に溶融するか、又は、水中でアミンとカルボン酸との塩を生成させる原料調合工程と、
(2) 調合された原料を管状反応装置に連続的に導入し通過させアミド化を行い、アミド化生成物と縮合水とを含む反応混合物を得るアミド化工程と、
(3) 前記反応混合物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水を分離除去しつつ重合度を高め、ポリアミドプレポリマーを得る初期重合工程と、
(4) 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、1.6〜4.0の範囲の相対粘度[RV]とされたポリアミドを得る後期重合工程とを含み、
前記アミド化工程の前に、アルカリ金属化合物及びリン化合物を、アルカリ金属とリンのモル比(アルカリ金属/リン)が1.2以上3.5以下となるように添加する、ポリアミドの連続製造方法である。
【0015】
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。
【0016】
本発明は、(4) 後期重合工程における連続式反応装置は、横型反応装置である、前記のポリアミドの連続製造方法である。本発明は、(4) 後期重合工程における連続式反応装置は、セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置である、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0017】
本発明は、(4) 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。
【0019】
本発明は、(4) 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、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。
【0020】
本発明は、(1) 原料調合工程において、原料調合時の酸素濃度が10ppm以下である、前記ののポリアミドの連続製造方法である。
【0021】
さらに、本発明は、(2) アミド化工程における管状反応装置は、管の内径をD(mm)、管の長さをL(mm)としたとき、L/Dが50以上のものである、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0022】
本発明は、(2) アミド化工程における平均滞留時間は10〜120分である、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0023】
本発明は、(2) アミド化工程におけるせん断速度(γ)が0.1(1/sec)以上、せん断応力(τ)が1.5×10-5Pa以上である、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0024】
本発明は、(2) アミド化工程において、反応混合物の相対粘度[RV]を0.05〜0.6高くする、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0025】
本発明は、(3) 初期重合工程における平均滞留時間は10〜150分である、前記のポリアミドの連続製造方法である。
【0026】
【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、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。
【0027】
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。しかしながら、テレフタル酸や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って吸水性をさらに改善することも可能である。
【0028】
芳香族ジカルボン酸を共重合する場合には、テレフタル酸の場合、ジカルボン酸成分を基準として5〜50モル%が望ましく、5〜40モル%がさらに望ましい。また、イソフタル酸の場合、ジカルボン酸成分を基準として15〜50モル%が望ましく、20〜40モル%がさらに望ましい。
【0029】
芳香族ジカルボン酸の共重合量を前記の範囲内とすることにより、十分な吸水性改善効果が期待できる。前記範囲を超える共重合量では、高融点化、高溶融粘度化により重合条件がより過酷となり、熱分解による物性低下や色調悪化の原因となりやすい。
【0030】
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(HMDA)、ジカルボン酸成分としてのアジピン酸(ADA)、イソフタル酸(IPA)、テレフタル酸(TPA)、及びラクタム成分としてのε−カプロラクタム(CLM)の中から任意に選ばれた成分の組み合わせから構成されるポリアミドが挙げられる。とりわけ、ADA−MXD、ADA−IPA−MXD、ADA−TPA−MXD、ADA−TPA−MXD−HDM、ADA−IPA−MXD−HMD、TPA−MXD−CLMの各組み合わせから構成されるポリアミドが好ましい。
【0031】
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、ラクタム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。
【0032】
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。
【0033】
ジカルボン酸成分としては、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、パラキシリレンジカルボン酸、メタキシリレンジカルボン酸、フタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸などが挙げられる。
【0034】
上記ジアミン、ジカルボン酸成分以外にも、ラウロラクタム、アミノカプロン酸、アミノウンデカン酸などのラクタム、アミノカルボン酸も共重合成分として使用可能である。
【0035】
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。
【0036】
ポリアミド樹脂の色調[Co−b]の値は小さいほど黄味が少なく、色調が良好であることを意味する。[Co−b]は一般的には−3〜3の範囲にあれば、製品として問題ない。[Co−b]が−3未満であることは、それを達成するために要した労力に比べて、得られた色調の差は視認できる範囲外でありあまり意味がない。逆に、[Co−b]が3を超える場合は、黄味が増し、製品となってもその色調の悪化は明らかに視認できるようになる。望ましい[Co−b]は−2.5〜2.8の範囲である。
【0037】
ポリアミド樹脂の吸水率は、乾燥時と吸湿時との間の成形体の寸法変化の度合を示す指標である。吸水率が高いと寸法変化が大きくなることから、吸水率は小さいほど望ましい。吸水率は、7%以下が望ましく、6.7%以下がさらに望ましい。吸水率は低いほど寸法安定性に優れるので、吸水率の下限は特に定められないが、ポリアミド固有の性質上、吸水率3.5%以下のポリアミドを得ることは技術的に難しい。
【0038】
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において、ポリアミドの連続製造方法は、原料調合工程(1) とアミド化工程(2) と初期重合工程(3) と後期重合工程(4) とを含む。
【0039】
原料調合工程
原料調合工程には、ジアミンとジカルボン酸とをそれぞれ個別に溶融し、溶融した各モノマーをアミド化工程へ直接供給する方法と、水中でアミンとカルボン酸との塩を形成させ、塩の水溶液をアミド化工程へ供給する方法とがある。
【0040】
1.溶融モノマーの直接供給法
原料調合設備は、ジカルボン酸の溶融槽(11)、その溶融液体の貯蔵槽(12)及び供給ポンプ(15)、及びジアミンの溶融槽(13)、その溶融液体の貯蔵槽(14)及び供給ポンプ(16)とから主としてなる。図1には、この場合が例示されている。
【0041】
ジカルボン酸の溶融温度及び貯蔵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。溶融温度及び貯蔵温度を必要以上に高温にすることは、原料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、アミド化工程への原料供給精度が悪くなりやはり好ましくない。望ましい溶融温度及び貯蔵温度は、融点+5℃以上融点+25℃以下である。ジアミンについても同様であり、ジアミンの溶融温度及び貯蔵温度はその融点以上かつ融点+50℃以下が適当であり、融点+5℃以上融点+25℃以下が望ましい。
【0042】
ジカルボン酸及びジアミンのいずれについても、熱酸化分解や熱分解を抑制するために原料調合時の溶融槽及び貯蔵槽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。
【0043】
原料調合工程において、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及びリン化合物を、アルカリ金属とリンのモル比(アルカリ金属/リン)が1.2以上3.5以下となるように、ジカルボン酸の溶融槽又はジアミンの溶融槽に添加する。通常は、ジカルボン酸の溶融槽に添加するとよい。
【0044】
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。また、アルカリ金属化合物とリン化合物の2種類両方を必ず用いなければならないのではなく、アルカリ金属/リンのモル比が上記範囲内となるならば、アルカリ金属のリン酸塩のような化合物1種類のみを用いても良い。
【0045】
アルカリ金属/リンのモル比が3.5を超えると、アミド化反応が遅くなり生産性が悪化する。逆に、モル比が1.2より小さくなると、反応速度は高まるが、アミド化反応以外の副反応が多くなりポリアミドの品質が悪化するため好ましくない。望ましいアルカリ金属/リンのモル比は1.3以上3.4以下、さらに望ましくは1.4以上3.3以下である。また、用いるリン化合物の量は、製品ポリアミドに対して10〜600ppm(重量)の範囲が好ましく、20〜400ppm(重量)の範囲がより好ましい。用いるアルカリ金属化合物の量は、このようなリン化合物量の場合に、上記モル比を満たすように選択される。
【0046】
このように調合されたジカルボン酸とジアミンとは、それぞれの原料供給ポンプによって個別にアミド化工程へと供給され、アミド化工程の入口で混合される。この時、両原料のアミド化工程への供給精度が重要であり、原料供給ポンプの精度が2%以内にあることが肝要であり、更に望ましくは1.5%以内である。供給精度が前記の範囲外では、ポリアミドの重合反応が大きく影響されアミド化工程以降の反応制御が難しくなり、ベントアップやコンデンサー詰まりなど操業性への悪影響も大となる。また、場合によっては、所望する重合度に達しないこともある。原料供給ポンプとしては、プランジャーポンプの使用が望ましい。
【0047】
2.塩形成方法
塩形成方法は、テレフタル酸やイソフタル酸など融点を持たないジカルボン酸を原料とするポリアミドの製造に有利である。原料調合設備は、塩形成槽、得られた塩の水溶液の貯蔵槽及び供給ポンプから主としてなる。
【0048】
塩形成槽は、ポリアミド原料のジカルボン酸、ジアミン、ラクタム、アミノカルボン酸などを水中で均一混合してアミノカルボン酸塩溶液とする設備である。この塩形成工程において、アミノ基とカルボキシル基のモル比は所望する製品物性に応じて任意に調節可能である。しかし、アミノ基/カルボキシル基=1(モル比)より大きくずれると、所望する[RV]のポリアミドが得られないだけでなく、例えば、後期重合工程において、ポリマーのベントアップを招くなど設備的トラブルの原因となり好ましくない。
【0049】
この原料調合時に、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及びリン化合物を、アルカリ金属とリンのモル比(アルカリ金属/リン)が1.2以上3.5以下となるように、塩形成槽に添加する。用いられるアルカリ金属化合物やリン化合物の種類や量、アルカリ金属/リンの好ましいモル比などは、溶融モノマーの直接供給法において述べたとおりである。
【0050】
塩形成工程で生成するアミノカルボン酸塩の塩濃度は、ポリアミドの種類によって異なり特に限定はされないが、一般的には30〜90重量%とすることが望ましい。塩濃度が90重量%を超える場合、温度のわずかな変動で塩が析出して配管を詰まらせることがあり、また、塩の溶解度を高くする必要から、設備的には高温、高耐圧仕様となることからコスト的に不利となる。一方、塩濃度を30重量%未満とする場合、初期重合工程以降における水の蒸発量が多くなりエネルギー的に不利となるだけでなく、生産性低下によるコストアップ要因となる。望ましい塩濃度は35〜85重量%である。
【0051】
塩形成工程における条件は、ポリアミドの種類や塩濃度によって異なるが、一般的には、温度は60〜180℃、圧力は0〜1MPaの範囲である。温度が180℃を超える場合、又は圧力が1MPaを超える場合は、設備が高温高耐圧仕様となるため、設備費が増加し不利となる。逆に、温度が60℃未満の場合、又は圧力が0MPa未満の場合には、塩の析出による配管の詰まりなどトラブル要因となるだけでなく、塩濃度を高くすることが難しくなり、生産性の低下をきたす。望ましい条件は、温度が70〜170℃、圧力が0.05〜0.8MPa、更に望ましくは75〜1 65℃、0.1〜0.6MPaである。
【0052】
塩水溶液の貯蔵槽は、基本的には塩の析出がなければ問題はなく、塩形成工程の条件がそのまま適用できる。
【0053】
このように調製された塩水溶液は、供給ポンプによってアミド化工程へ連続供給される。ここで使用される供給ポンプは定量性に優れたものでなければならない。供給量の変動はアミド化工程の工程変動となり、結果として、相対粘度[RV]の偏差の大きい、品質の不安定なポリアミドが得られることになる。この意味から、供給ポンプとしては定量性に優れたプランジャーポンプの使用が推奨される。
【0054】
3.原料調合時の酸素濃度
原料調合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。原料調合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。
【0055】
本発明において、予め酸素を除去し酸素濃度10ppm以下とした調合槽(溶融槽又は原料塩形成槽)に原料を供給するか、又は原料を調合槽(溶融槽又は原料塩形成槽)に投入した後に酸素を除去し調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、貯蔵槽内の雰囲気を酸素濃度10ppm以下とすることも好ましい。
【0056】
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。
【0057】
アミド化工程
アミド化工程では、原料調合工程で調合された原料を管状反応装置(21)に連続的に導入し通過させ重縮合アミド化を行い、低重合度のアミド化生成物と縮合水とを含む反応混合物を得る。管状反応装置(21)内では、水の分離除去は行われない。
【0058】
原料調合工程が溶融モノマーの直接供給法の場合には、溶融ジカルボン酸と溶融ジアミンとが、それぞれの原料供給ポンプ(15)(16)によって個別に供給され、管状反応装置(21)の入口(22)で混合される。
【0059】
管状反応装置(21)は、管の内径をD(mm)、管の長さをL(mm)としたとき、L/Dが50以上のものであることが好ましい。管状反応装置には、その構造上液面制御が不要であること、プラグフロー性が高いこと、耐圧性が優れること及び設備費が安価であること等のメリットがある。L/Dが50未満の場合、Lが小さいと、反応混合物流れの滞留時間が短くなり、相対粘度[RV]の上昇度合いが小さく、一方、Dが大きいと、プラグフロー性が小さくなり、滞留時間分布ができてしまい、所望する機能を果たさなくなる。L/Dの上限については特に定められないが、滞留時間や相対粘度[RV]の上昇度合いを考慮すると、3000程度である。L/Dは、下限については60以上がより好ましく、80以上がさらに好ましく、上限については2000以下がより好ましく、1000以下がさらに好ましい。また、Lは、下限については3m以上が好ましく、5m以上がより好ましく、上限については50m以下が好ましく、30m以下がより好ましい。
【0060】
管状反応装置(21)における反応条件は、ポリアミドの構造や目的とする重合度によって異なるが、例えば、内温は110〜310℃であり、内圧は0〜5MPaであり、反応混合物の管内平均滞留時間は10〜120分である。アミド化生成物の重合度は、内温、内圧及び平均滞留時間によって制御できる。
【0061】
平均滞留時間が10分より短い場合、低重合度のアミド化生成物の重合度が低くなり、その結果、後工程において飛沫同伴、ベントアップ等を起こし操業不安定となりやすい。一方、平均滞留時間が120分より長い場合、アミド化が平衡に達し[RV]の上昇が頭打ちとなる一方で熱劣化が進行するため好ましくない。望ましい平均滞留時間は12〜110分、さらに望ましくは15〜100分である。平均滞留時間の制御は、管状反応装置の管の内径D、管の長さLの調整、あるいは原料供給量を変化させることで可能である。
【0062】
アミド化工程での重縮合反応により、管状反応装置(21)の入口(22)と出口(23)とで、反応混合物の相対粘度[RV]が0.05〜0.6上昇するようにすることが好ましい。[RV]の上昇を0.05より小さくした場合、滞留時間が短い場合と同様にアミド化生成物の重合度が低いため、後工程において飛沫同伴、ベントアップ等を起こし操業不安定となりやすい。一方、[RV]の上昇を0.6より大きくする場合、共存する縮合水(塩形成法の場合には、塩形成に用いた水と縮合水)の影響により熱劣化が進行しやすい。また粘度の上がりすぎた反応混合物は配管閉塞の原因となるので、操業に悪影響を及ぼすことがある。アミド化工程における望ましい[RV]の上昇範囲は0.15〜0.5、さらに望ましくは0.2〜0.4である。
【0063】
アミド化工程におけるプラグフロー性を保証するためには、せん断速度(γ)が0.1(1/sec)以上であり、せん断応力(τ)が1.5×10-5Pa以上であることが好ましい。せん断速度とせん断応力のうちいずれか一方でも前記の値を下回ると、反応混合物の滞留時間分布の幅が広がってしまい、ポリアミドが着色したり工程変動を生ずることがある。望ましいせん断速度(γ)は0.3以上、せん断応力(τ)は2.0×10-5Pa以上である。これらの上限は特に定められないが、通常、せん断速度(γ)100(1/sec)以下であり、せん断応力(τ)が3×10-2Pa以下である。
【0064】
初期重合工程
初期重合工程では、アミド化工程からの低重合度のアミド化生成物と縮合水とを含む反応混合物を、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水を分離除去しつつ重合度を高め、ポリアミドプレポリマーを得る。
【0065】
初期重合工程では、縦型攪拌槽や遠心薄膜式蒸発機などの設備が適用できるが、反応条件の制御が簡便な縦型攪拌槽(31)を好ましく用いることができる。縦型攪拌槽(31)は、アミド化工程出口(23)からの反応混合物を連続的に受入れ、水の分離除去装置(32)を備え、その底部(33)からポリアミドプレポリマーを連続的に排出するように構成されている。
【0066】
初期重合工程における反応条件は、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+90℃以下であり、内圧は0〜5MPaであり、平均滞留時間は10〜150分である。望ましい反応条件は、内温はポリアミドの融点(Tm)以上Tm+80℃以下であり、内圧は0〜4MPaであり、平均滞留時間は15〜140分であり、さらに望ましい反応条件は、内温はポリアミドの融点(Tm)以上Tm+70℃以下であり、内圧は0〜3.5MPaであり、平均滞留時間は20〜130分である。反応条件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。ポリアミドプレポリマーの重合度は、内温、内圧及び平均滞留時間によって制御できる。
【0067】
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、1.6〜4.0の範囲の所望の相対粘度[RV]とされたポリアミドを得る。
【0068】
後期重合工程での連続式反応装置としては、一軸押出機や二軸押出機を使用することができる。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ことから、一般的に推奨される。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。
【0069】
そこで、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)、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。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。この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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
【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。
【0080】
[パラメータの測定]
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。
【0081】
2.色調[Co−b]
ポリアミド樹脂のチップ10gをセルに均一充填し、日本電色工業(株)製のカラーメーターモデル1001DPにて測定した。
【0082】
[実施例1]
溶融槽(11)に25kgの粉末状アジピン酸(ADA)、13.7gの酢酸ナトリウム、及び28.4gのホスフィン酸ナトリウム一水和物を供給し、溶融槽(13)にメタキシリレンジアミン(MXD)18kgを供給した。続いて、溶融槽(11)及び溶融槽(13)それぞれについて、40hPaの真空度を5分間保持した後、窒素ガスで常圧とした。同操作を3回繰り返した後、0.2MPaの窒素圧で、ADAは180℃に、MXDは60℃に加熱し、それぞれ溶融液体とした。引き続き、ADAを貯蔵槽(12)に、MXDを貯蔵槽(14)に移送した。
【0083】
ADA、MXDの各溶融原料を、プランジャーポンプ(15)(16)にて、それぞれ4.75kg/hr、4.42kg/hrでアミド化工程管状反応装置(L/D=780)(21)へ定量供給した。アミド化工程における反応条件は、入口(22)での内温180℃、出口(23)での内温255℃、内圧0.7MPa、平均滞留時間30分であった。
【0084】
アミド化工程を経た反応混合物を、内温255℃、内圧0.7MPa、30rpmの攪拌下の条件に設定された初期重合工程の縦型攪拌槽(31)へと供給し、同条件下で50分間滞留させ、同時に縮合水を留去した。引き続き、初期重合工程を経た反応物を、反応温度255℃、真空度1013hPa、窒素ガスパージ量0.3L/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、10分間の平均滞留時間で、[RV]が2.07、[Co−b]が0.4のポリアミド樹脂を得た。
【0085】
[実施例2]
酢酸ナトリウムの添加量をNa/Pモル比=1.75となるように変更した以外は、実施例1と同様に行った。[RV]が2.00、[Co−b]が0.5のポリアミド樹脂を得た。
【0086】
[比較例1]
酢酸ナトリウムの添加量をNa/Pモル比=4となるように変更した以外は、実施例1と同様に行った。[RV]が1.64、[Co−b]が0.7のポリアミド樹脂を得た。Na/Pモル比が高すぎたことによって反応速度が遅くなり、[RV]が実施例1と比べ小さくなった。
【0087】
[比較例2]
溶融槽(11)に25kgの粉末状アジピン酸(ADA)、及び28.4gのホスフィン酸ナトリウム一水和物を供給し、溶融槽(13)にメタキシリレンジアミン(MXD)18kgを供給した。続いて、溶融槽(11)及び溶融槽(13)それぞれについて、40hPaの真空度を5分間保持した後、窒素ガスで常圧とした。同操作を3回繰り返した後、0.2MPaの窒素圧で、ADAは180℃に、MXDは60℃に加熱し、それぞれ溶融液体とした。引き続き、ADAを貯蔵槽(12)に、MXDを貯蔵槽(14)に移送した。
【0088】
ADA、MXDの各溶融原料を、プランジャーポンプ(15)(16)にて、それぞれ4.75kg/hr、4.42kg/hrでアミド化工程管状反応装置(L/D=780)(21)へ定量供給した。アミド化工程における反応条件は、入口(22)での内温180℃、出口(23)での内温255℃、内圧0.7MPa、平均滞留時間30分であった。
【0089】
アミド化工程を経た反応混合物を、内温255℃、内圧0.7MPa、30rpmの攪拌下の条件に設定された初期重合工程の縦型攪拌槽(31)へと供給し、同条件下で50分間滞留させ、同時に縮合水を留去した。引き続き、初期重合工程を経た反応物を、反応温度255℃、真空度1013hPa、窒素ガスパージ量0.3L/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、10分間の平均滞留時間でポリマーを得た。しかし、得られたポリマーはゲル化が激しくチップ化することができなかった。また、[RV]測定のため硫酸に溶解した際、不溶物が析出した。
【0090】
以上のポリアミドの製造条件及び得られたポリアミドの特性を表1に示す。いずれの実施例においても、操作は良好であり、優れた物性値を有するポリアミドが得られた。
【0091】
【表1】

Figure 0004151354
【0092】
【発明の効果】
本発明によれば、品質の良好なポリアミド、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、酸素バリヤー性に優れ、色調が良好であり且つ吸水率の小さいメタキシリレンジアミンをジアミン成分とするポリアミドが連続的に製造される。このメタキシリレンジアミンを成分として含むポリアミドは、ポリエチレンテレフタレートなどの異種ポリマーの改質にも使用できる。
【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】
(1) :原料調合工程
(2) :アミド化工程
(21):管状反応装置
(3) :初期重合工程
(4) :後期重合工程
(41):セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a continuous process for producing a polyamide of good quality. The continuous production method of the present invention can be applied to both aliphatic polyamides and aromatic-containing polyamides, but is preferably applicable to aromatic-containing polyamides that are more difficult to produce.
[0002]
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. In particular, polyamides containing metaxylylenediamine as a diamine component can be used for films, sheets, packaging bags, bottles and the like having excellent oxygen barrier properties. The polyamide can also be used to improve the oxygen barrier properties of other polymers by blending with other polymers with low oxygen barrier properties, such as polyethylene terephthalate.
[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 a large dimensional change between water absorption / moisture absorption and drying, and also have the disadvantages that they are too soft because of their aliphatic properties, and there is a need for higher performance polyamide resins. ing. Against this background, high performance of polyamide resins has been achieved by copolymerizing aromatic dicarboxylic acids such as TPA (terephthalic acid) and IPA (isophthalic acid) with conventional aliphatic polyamides. For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 59-155426 and 62-156130 disclose polyamide resins copolymerized with TPA or IPA.
[0005]
However, in general, introduction of an aromatic ring into a polyamide skeleton leads to higher melting point and higher melt viscosity, and the temperature conditions during polyamide production become more severe. Generation and thermal degradation are further promoted. As a result, the gelled product is deposited in the polymerization reactor and the cleaning frequency is increased, or the gelled product is mixed into the resin, or the physical properties are deteriorated 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 manufacturing 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, for the purpose of avoiding prolonged residence at high temperatures, The initial condensate is taken out as a prepolymer and subjected to solid phase polymerization at a temperature below the melting point of the polymer to suppress thermal decomposition / deterioration. However, these are all batch-type production methods, which are not preferable in terms of production efficiency, and are likely to cause quality differences between batches.
[0007]
In JP 2001-200052 A, 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 the amidation reaction, Thus, there is disclosed a continuous process for producing a polyamide comprising a step of increasing the degree of polymerization of the polyamide while separating and removing the condensed water produced 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]
Japanese Patent Publication No. 2002-516366 discloses a continuous production method of nylon 66. According to the publication, an equimolar amount of molten dicarboxylic acid and molten diamine are mixed to form a molten reaction mixture, and the reaction mixture is passed through a reaction apparatus (static in-line mixer) that does not vent the polyamide and condensed water. Forming a first product stream containing, supplying the first product stream to an aerated tank reactor, removing condensed water and forming a second product stream containing 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 polyamide production is used as an aerated reactor, the corresponding range of viscosity that can be produced. Is narrow.
[0009]
On the other hand, due to the recent increase in interest in environmental sanitation, the aim was to obtain long-term storage stability by suppressing changes in taste, flavor, and efficacy due to oxygen in applications such as food, beverages, pharmaceuticals, and cosmetics. Oxygen barrier materials have been developed. Examples of the oxygen barrier material include polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and polyvinylidene chloride.
[0010]
However, these materials have excellent oxygen barrier properties, but have problems with food hygiene, harmful gases during combustion, or compatibility with other materials such as polyethylene terephthalate. Furthermore, it has a drawback that its application is limited.
[0011]
Against this background, polyamides having metaxylylenediamine (MXD) as a diamine component, for example, polymetaxylylene adipamide (MXD6), which is a polyamide with adipic acid (ADA), has excellent oxygen barrier properties. Has attracted attention as a material.
[0012]
However, it is known that a polyamide using metaxylylenediamine as a raw material is a polymer that easily undergoes thermal deterioration and coloring. The reason for this is thought to be that the methylene group part of metaxylylenediamine readily generates radicals by oxygen or heat, but it has not been elucidated yet. Therefore, development of a method capable of producing a polyamide having metaxylylenediamine (MXD) as a diamine component without causing thermal deterioration or coloring is desired.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a continuous process for producing polyamides of good quality, especially aromatic-containing polyamides. In particular, the object of the present invention is suitable for films, sheets, packaging bags, bottles, etc. in applications such as foods, beverages, pharmaceuticals, and cosmetics, and has excellent oxygen barrier properties, good color tone, and low water absorption. An object of the present invention is to provide a continuous production method of polyamide using metaxylylenediamine as a diamine component.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a continuous process for producing a polyamide mainly comprising a diamine component unit and a dicarboxylic acid component unit,
(1) A raw material preparation step in which diamine and dicarboxylic acid are individually melted or a salt of amine and carboxylic acid is produced in water,
(2) an amidation step in which the prepared raw material is continuously introduced into and passed through a tubular reactor for amidation to obtain a reaction mixture containing an amidation product and condensed water;
(3) The reaction mixture is introduced into a continuous reactor capable of separating and removing water, and the degree of polymerization is increased while separating and removing water at a temperature equal to or higher than the melting point of the finally obtained polyamide to obtain a polyamide prepolymer. An initial polymerization step;
(4) The polyamide prepolymer is introduced into a continuous reactor capable of separating and removing water, and the degree of polymerization is further increased at a temperature above the melting point of the finally obtained polyamide, In the range of 1.6-4.0 A late polymerization step for obtaining a polyamide having a relative viscosity [RV],
Prior to the amidation step, an alkali metal compound and a phosphorus compound are added so that the molar ratio of alkali metal to phosphorus (alkali metal / phosphorus) is 1.2 or more and 3.5 or less. It is.
[0015]
The present invention is the above continuous process for producing a polyamide, wherein the polyamide contains metaxylylenediamine (MXD) as a diamine component, and metaxylylenediamine (MXD) is at least 70 mol% based on the diamine component. .
[0016]
The present invention is (4) the continuous production method of polyamide, wherein the continuous reaction apparatus in the late polymerization step is a horizontal reaction apparatus. The present invention is (4) the continuous production method of polyamide, wherein the continuous reaction apparatus in the late polymerization step is a self-cleaning horizontal biaxial reaction apparatus.
[0017]
The present invention is the above continuous production method of polyamide, wherein the average residence time in the late polymerization step (4) is 1 to 30 minutes.
[0019]
The present invention provides (4) the polyamide described above, wherein the relative viscosity [RV] of the polyamide is controlled by purging the inert gas, adjusting the degree of vacuum of the reactor, or a combination thereof in the late polymerization step This is a continuous production method.
[0020]
The present invention is the above-described continuous production method of polyamide, wherein (1) in the raw material preparation step, the oxygen concentration at the time of raw material preparation is 10 ppm or less.
[0021]
Further, the present invention provides the tubular reactor in the (2) amidation step, wherein L / D is 50 or more, where the inner diameter of the tube is D (mm) and the length of the tube is L (mm). The continuous production method of the polyamide.
[0022]
The present invention is the above continuous production method of polyamide, wherein the average residence time in the (2) amidation step is 10 to 120 minutes.
[0023]
In the present invention, (2) the shear rate (γ) in the amidation step is 0.1 (1 / sec) or more, and the shear stress (τ) is 1.5 × 10 -Five It is a continuous production method of the above-mentioned polyamide which is Pa or more.
[0024]
The present invention is the method for continuously producing a polyamide described above, wherein (2) in the amidation step, the relative viscosity [RV] of the reaction mixture is increased by 0.05 to 0.6.
[0025]
The present invention is the above continuous production method of polyamide, wherein the average residence time in the initial polymerization step (3) is 10 to 150 minutes.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF 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 both aliphatic polyamides and aromatic-containing polyamides, but can be preferably applied to polyamides containing 70 mol% or more of metaxylylenediamine (MXD) as an amine component.
[0027]
It is important from the viewpoint of oxygen barrier properties and water absorption that the polyamide contains at least 70 mol% of metaxylylenediamine based on the diamine component. The smaller the amount of metaxylylenediamine, the more advantageous in terms of thermal deterioration and color tone, but 70 mol% or more is necessary from the viewpoint of oxygen barrier properties, and preferably 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 compared to aliphatic polyamides such as nylon 6 and nylon 66. However, it is also possible to further improve water absorption by copolymerizing aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid and isophthalic acid.
[0028]
In the case of copolymerizing an aromatic dicarboxylic acid, in the case of terephthalic acid, the amount is preferably 5 to 50 mol%, more preferably 5 to 40 mol% based on the dicarboxylic acid component. In the case of isophthalic acid, it is preferably 15 to 50 mol%, more preferably 20 to 40 mol% based on the dicarboxylic acid component.
[0029]
By setting the copolymerization amount of the aromatic dicarboxylic acid within the above range, a sufficient effect of improving water absorption can be expected. When the copolymerization amount exceeds the above range, the polymerization conditions become more severe due to the higher melting point and the higher melt viscosity, and this tends to cause deterioration in physical properties and color tone due to thermal decomposition.
[0030]
Desirable polyamides include hexamethylenediamine (HMDA) as another diamine component and adipic acid (ADA) as a dicarboxylic acid component, provided that the diamine component contains 70% by mole or more of metaxylylenediamine (MXD). , A polyamide composed of a combination of components arbitrarily selected from isophthalic acid (IPA), terephthalic acid (TPA), and ε-caprolactam (CLM) as a lactam component. In particular, polyamides composed of combinations of ADA-MXD, ADA-IPA-MXD, ADA-TPA-MXD, ADA-TPA-MXD-HDM, ADA-IPA-MXD-HMD, and TPA-MXD-CLM are preferable.
[0031]
In the production of the polyamide of the present invention, it is also possible to copolymerize raw materials capable of forming a polyamide other than the diamines, dicarboxylic acids and lactams as necessary from the viewpoint of performance required for the polyamide.
[0032]
Examples of the diamine component include ethylenediamine, 1-methylethyldiamine, 1,3-propylenediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, heptamethylenediamine, octamethylenediamine, nonamethylenediamine, decamethylenediamine, undecamethylenediamine, dodeca Aliphatic diamines such as methylenediamine are exemplified, and other examples include cyclohexanediamine, bis- (4,4′-aminohexyl) methane, and paraxylylenediamine.
[0033]
Dicarboxylic acid components include malonic acid, succinic acid, glutaric acid, sebacic acid, pimelic acid, speric acid, azelaic acid, undecanoic acid, undecadioic acid, dodecadioic acid, dimer acid and other aliphatic dicarboxylic acids, 1,4-cyclohexane Examples thereof include dicarboxylic acid, paraxylylene dicarboxylic acid, metaxylylene dicarboxylic acid, phthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4′-diphenyldicarboxylic acid and the like.
[0034]
In addition to the diamine and dicarboxylic acid components, lactams such as laurolactam, aminocaproic acid, and aminoundecanoic acid, and aminocarboxylic acids can also be used as the copolymerization component.
[0035]
The relative viscosity [RV] of the polyamide resin is in the range of 1.6 to 4.0 from the viewpoint of physical and mechanical properties and operational stability of the obtained molded article. And When [RV] is less than 1.6, the obtained molded product is not only inferior in mechanical properties, but also causes vent-up, makes it difficult to take out a polymer strand, and causes cracking during chip formation. The effect tends to increase. On the other hand, when [RV] exceeds 4.0, the melt viscosity becomes high and the molding conditions become more severe, so that there is a tendency that it is difficult to obtain a molded product of stable quality. Product physical properties that meet the required effort cannot be expected. In order to achieve a high [RV] exceeding 4.0, it is necessary to increase the purge amount of the inert gas or to apply a high degree of vacuum, which leads to operational instability such as cost increase and vent up. Absent. More desirable [RV] is 1.9 to 3.8.
[0036]
The smaller the value of the color tone [Co-b] of the polyamide resin, the less yellowish the color tone means. If [Co-b] is generally in the range of -3 to 3, there is no problem as a product. When [Co-b] is less than -3, the difference in color tone obtained is out of the visible range and is not meaningful compared to the labor required to achieve it. On the other hand, when [Co-b] exceeds 3, yellowishness increases, and even if it becomes a product, the deterioration of the color tone is clearly visible. Desirable [Co-b] is in the range of -2.5 to 2.8.
[0037]
The water absorption rate of the polyamide resin is an index indicating the degree of dimensional change of the molded body between the time of drying and the time of moisture absorption. Since a dimensional change will become large if a water absorption is high, it is so desirable that a water absorption is small. The water absorption is desirably 7% or less, and more desirably 6.7% or less. Since the lower the water absorption rate, the better the dimensional stability, the lower limit of the water absorption rate is not particularly defined. However, it is technically difficult to obtain a polyamide having a water absorption rate of 3.5% or less due to the inherent properties of the polyamide.
[0038]
Next, the continuous manufacturing method of the polyamide of this invention is demonstrated, referring FIG. FIG. 1 is a flowchart showing the schematic steps of the continuous production method for polyamide of the present invention. In FIG. 1, the polyamide continuous production method includes a raw material preparation step (1), an amidation step (2), an initial polymerization step (3), and a late polymerization step (4).
[0039]
Raw material preparation process
In the raw material preparation step, diamine and dicarboxylic acid are individually melted, and each molten monomer is directly supplied to the amidation step. A salt of amine and carboxylic acid is formed in water, and an aqueous salt solution is prepared. There is a method of supplying to the amidation step.
[0040]
1. Direct supply of molten monomer
The raw material preparation equipment consists of a dicarboxylic acid melting tank (11), its molten liquid storage tank (12) and supply pump (15), and a diamine melting tank (13), its molten liquid storage tank (14) and supply. It consists mainly of a pump (16). FIG. 1 illustrates this case.
[0041]
The melting temperature and storage temperature of the dicarboxylic acid are suitably not lower than the melting point and not higher than the melting point + 50 ° C. (temperature higher by 50 ° C. than the melting point). Making the melting temperature and storage temperature higher than necessary is undesirable because it induces thermal decomposition and deterioration of the raw material. On the other hand, if the temperature is too low, non-uniform melting occurs, and the raw material supply accuracy to the amidation process deteriorates, which is not preferable. Desirable melting temperature and storage temperature are melting point + 5 ° C. or higher and melting point + 25 ° C. or lower. The same applies to diamines, and the melting temperature and storage temperature of diamines are suitably higher than the melting point and lower than melting point + 50 ° C., and preferably higher than melting point + 5 ° C. and higher than melting point + 25 ° C.
[0042]
For any of the dicarboxylic acids and diamines, it is preferable to place the melting tank and the storage tank at the time of raw material preparation in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen gas atmosphere, in order to suppress thermal oxidative decomposition and thermal decomposition. At this time, it is preferable to place in an inert gas atmosphere under pressure of 0.05 to 0.8 MPa, desirably 0.1 to 0.6 MPa, in order to prevent mixing of outside air.
[0043]
In the raw material preparation step, an alkali metal and a phosphorus compound are used as a polymerization catalyst for the purpose of suppressing the decomposition of the polyamide, and the dicarboxylic acid is adjusted so that the molar ratio of alkali metal to phosphorus (alkali metal / phosphorus) is 1.2 or more and 3.5 or less. Add to the acid bath or diamine bath. Usually, it is good to add to the melting tank of dicarboxylic acid.
[0044]
The alkali metal compound used is a lithium compound, a sodium compound, a potassium compound or the like, and a sodium compound is most preferable. As the phosphorus compound, phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, pyrophosphoric acid, metaphosphoric acid, polyphosphoric acid and salts thereof are used. In addition, both the alkali metal compound and the phosphorus compound must be used. If the alkali metal / phosphorus molar ratio is within the above range, one compound such as an alkali metal phosphate is used. You may use only.
[0045]
When the alkali metal / phosphorus molar ratio exceeds 3.5, the amidation reaction is slowed and the productivity is deteriorated. Conversely, when the molar ratio is less than 1.2, the reaction rate increases, but side reactions other than the amidation reaction increase and the quality of the polyamide deteriorates. A desirable alkali metal / phosphorus molar ratio is 1.3 or more and 3.4 or less, and more desirably 1.4 or more and 3.3 or less. The amount of the phosphorus compound used is preferably in the range of 10 to 600 ppm (weight), more preferably in the range of 20 to 400 ppm (weight) with respect to the product polyamide. The amount of the alkali metal compound to be used is selected so as to satisfy the above molar ratio in the case of such a phosphorus compound amount.
[0046]
The dicarboxylic acid and the diamine thus prepared are individually supplied to the amidation step by the respective raw material supply pumps and mixed at the inlet of the amidation step. At this time, the supply accuracy of both raw materials to the amidation process is important, and it is important that the accuracy of the raw material supply pump is within 2%, and more preferably within 1.5%. If the supply accuracy is outside the above range, the polymerization reaction of the polyamide is greatly affected, making it difficult to control the reaction after the amidation step, and adverse effects on operability such as venting up and clogging of the condenser are also large. In some cases, the desired degree of polymerization may not be reached. As the material supply pump, it is desirable to use a plunger pump.
[0047]
2. Salt formation method
The salt forming method is advantageous for producing a polyamide using a dicarboxylic acid having no melting point such as terephthalic acid or isophthalic acid as a raw material. The raw material preparation equipment mainly consists of a salt formation tank, a storage tank of the obtained salt aqueous solution, and a supply pump.
[0048]
The salt formation tank is an equipment for uniformly mixing dicarboxylic acid, diamine, lactam, aminocarboxylic acid and the like, which are polyamide raw materials, in water to form an aminocarboxylate solution. In this salt formation step, the molar ratio of amino group to carboxyl group can be arbitrarily adjusted according to the desired product properties. However, if the amino group / carboxyl group is deviated more than 1 (molar ratio), the desired polyamide [RV] cannot be obtained. This is not preferable.
[0049]
At the time of preparing the raw material, an alkali metal and a phosphorus compound are used for the purpose of suppressing the decomposition of the polyamide and as a polymerization catalyst so that the molar ratio of alkali metal to phosphorus (alkali metal / phosphorus) is 1.2 or more and 3.5 or less. Add to the forming tank. The kind and amount of the alkali metal compound and phosphorus compound used, the preferred molar ratio of alkali metal / phosphorus, and the like are as described in the method for directly supplying the molten monomer.
[0050]
The salt concentration of the aminocarboxylate salt produced in the salt forming step varies depending on the type of polyamide and is not particularly limited, but it is generally preferably 30 to 90% by weight. If the salt concentration exceeds 90% by weight, the salt may precipitate due to slight fluctuations in temperature and clog the piping. Also, since the solubility of the salt needs to be increased, the equipment must be of high temperature and high pressure resistance. This is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, when the salt concentration is less than 30% by weight, not only is the amount of water evaporated after the initial polymerization step increased, which is disadvantageous in terms of energy, but also causes an increase in cost due to a decrease in productivity. A desirable salt concentration is 35 to 85% by weight.
[0051]
The conditions in the salt forming step vary depending on the type of polyamide and the salt concentration, but in general, the temperature is in the range of 60 to 180 ° C., and the pressure is in the range of 0 to 1 MPa. When the temperature exceeds 180 ° C., or when the pressure exceeds 1 MPa, the equipment has a high temperature and high pressure resistance specification, so that the equipment cost increases, which is disadvantageous. Conversely, when the temperature is less than 60 ° C. or the pressure is less than 0 MPa, it not only causes trouble such as clogging of piping due to salt precipitation, but also makes it difficult to increase the salt concentration. It will cause a decline. Desirable conditions are a temperature of 70 to 170 ° C. and a pressure of 0.05 to 0.8 MPa, more preferably 75 to 165 ° C. and 0.1 to 0.6 MPa.
[0052]
The salt solution storage tank basically has no problem unless salt is precipitated, and the conditions of the salt formation step can be applied as they are.
[0053]
The salt aqueous solution thus prepared is continuously supplied to the amidation step by a supply pump. The feed pump used here must be excellent in quantitativeness. The fluctuation in the supply amount is a process fluctuation in the amidation process, and as a result, an unstable quality polyamide having a large relative viscosity [RV] deviation is obtained. In this sense, it is recommended to use a plunger pump with excellent quantitativeness as the supply pump.
[0054]
3. Oxygen concentration during raw material preparation
The atmospheric oxygen concentration at the time of raw material preparation greatly affects the color tone of the resulting polyamide. In particular, this tendency is remarkable for polyamides using metaxylylenediamine as a raw material. There is no problem if the atmospheric oxygen concentration at the time of raw material preparation is 10 ppm or less, but when the oxygen concentration is 10 ppm or more, the yellowness of the obtained polyamide tends to be strong and the quality of the product tends to deteriorate. 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 process becomes more complicated than necessary, and the color tone and other There is almost no effect on the physical properties. A desirable oxygen concentration range is 0.05 ppm or more and 9 ppm or less, and more desirably 0.05 ppm or more and 8 ppm or less.
[0055]
In the present invention, the raw material is supplied to a mixing tank (melting tank or raw material salt forming tank) in which oxygen is previously removed and the oxygen concentration is 10 ppm or less, or the raw material is charged into the mixing tank (melting tank or raw material salt forming tank). Oxygen is removed later, the atmosphere in the mixing tank is adjusted to an oxygen concentration of 10 ppm or less, or both may be used in combination. This may be selected in terms of equipment or operation. Moreover, it is also preferable that the atmosphere in a storage tank shall be 10 ppm or less of oxygen concentration.
[0056]
As a method for removing oxygen, there are a vacuum replacement method, a pressure replacement method, or a combination thereof. The degree of vacuum or pressure applied to the substitution and the number of substitutions may be selected under the most efficient conditions for achieving the desired oxygen concentration.
[0057]
Amidation process
In the amidation step, the raw material prepared in the raw material preparation step is continuously introduced into and passed through the tubular reactor (21) to perform polycondensation amidation, and a reaction that includes an amidation product with a low polymerization degree and condensed water. A mixture is obtained. In the tubular reactor (21), water is not separated and removed.
[0058]
When the raw material preparation step is a direct supply method of molten monomer, the molten dicarboxylic acid and the molten diamine are separately supplied by respective raw material supply pumps (15) and (16), and the inlet of the tubular reactor (21) ( Mixed in 22).
[0059]
The tubular reactor (21) preferably has an L / D of 50 or more, where the inner diameter of the tube is D (mm) and the length of the tube is L (mm). The tubular reactor has advantages such as no need for liquid level control due to its structure, high plug flow properties, excellent pressure resistance, and low equipment costs. When L / D is less than 50, when L is small, the residence time of the reaction mixture flow is shortened, and the degree of increase in relative viscosity [RV] is small. On the other hand, when D is large, plug flow properties are small and the residence time is low. A time distribution is created and the desired function is not performed. The upper limit of L / D is not particularly defined, but is about 3000 in consideration of the residence time and the degree of increase in relative viscosity [RV]. L / D is more preferably 60 or more for the lower limit, further preferably 80 or more, more preferably 2000 or less for the upper limit, and further preferably 1000 or less. Further, L is preferably 3 m or more for the lower limit, more preferably 5 m or more, and preferably 50 m or less, more preferably 30 m or less for the upper limit.
[0060]
The reaction conditions in the tubular reactor (21) vary depending on the structure of the polyamide and the desired degree of polymerization. For example, the internal temperature is 110 to 310 ° C., the internal pressure is 0 to 5 MPa, and the average residence time of the reaction mixture in the tube The time is 10 to 120 minutes. The degree of polymerization of the amidation product can be controlled by the internal temperature, internal pressure and average residence time.
[0061]
When the average residence time is shorter than 10 minutes, the degree of polymerization of the amidation product having a low degree of polymerization is lowered, and as a result, entrainment, vent-up, and the like are likely to occur in the post-process, resulting in unstable operation. On the other hand, when the average residence time is longer than 120 minutes, amidation reaches equilibrium, and the rise in [RV] reaches a peak, while thermal deterioration proceeds, which is not preferable. A desirable average residence time is 12 to 110 minutes, and more desirably 15 to 100 minutes. The average residence time can be controlled by adjusting the inner diameter D of the tube of the tubular reactor, the length L of the tube, or changing the raw material supply amount.
[0062]
The relative viscosity [RV] of the reaction mixture is increased by 0.05 to 0.6 at the inlet (22) and the outlet (23) of the tubular reactor (21) by the polycondensation reaction in the amidation step. It is preferable. When the increase in [RV] is less than 0.05, the degree of polymerization of the amidation product is low, as in the case where the residence time is short, and therefore, entrainment, vent-up, and the like are likely to occur in the subsequent process, leading to unstable operation. On the other hand, when the increase in [RV] is greater than 0.6, thermal degradation tends to proceed due to the influence of coexisting condensed water (in the case of a salt forming method, water used for salt formation and condensed water). In addition, a reaction mixture having an excessively high viscosity causes piping blockage, which may adversely affect the operation. A desirable range of increase in [RV] in the amidation step is 0.15 to 0.5, and more desirably 0.2 to 0.4.
[0063]
In order to guarantee the plug flow property in the amidation step, the shear rate (γ) is 0.1 (1 / sec) or more and the shear stress (τ) is 1.5 × 10. -Five It is preferable that it is Pa or more. If either one of the shear rate and the shear stress is lower than the above value, the residence time distribution of the reaction mixture may be widened, and the polyamide may be colored or may cause process fluctuations. Desirable shear rate (γ) is 0.3 or more, and shear stress (τ) is 2.0 × 10 -Five Pa or higher. These upper limits are not particularly defined, but are usually a shear rate (γ) of 100 (1 / sec) or less and a shear stress (τ) of 3 × 10. -2 Pa or less.
[0064]
Initial polymerization process
In the initial polymerization step, the reaction mixture containing the amidation product having a low degree of polymerization from the amidation step and condensed water is introduced into a continuous reaction apparatus capable of separating and removing water, and finally the polyamide obtained. While separating and removing water at a temperature equal to or higher than the melting point, the degree of polymerization is increased to obtain a polyamide prepolymer.
[0065]
In the initial polymerization step, equipment such as a vertical stirring tank and a centrifugal thin film evaporator can be applied, but a vertical stirring tank (31) in which the reaction conditions are easily controlled can be preferably used. The vertical stirring tank (31) continuously receives the reaction mixture from the amidation process outlet (23) and is equipped with a water separation / removal device (32), and continuously removes the polyamide prepolymer from its bottom (33). It is configured to discharge.
[0066]
The reaction conditions in the initial polymerization step are, for example, that the internal temperature is not lower than the melting point (Tm) of the finally obtained polyamide and not higher than Tm + 90 ° C., the internal pressure is 0 to 5 MPa, and the average residence time is 10 to 150 minutes. Desirable reaction conditions are an internal temperature of not less than the melting point (Tm) of the polyamide and Tm + 80 ° C., an internal pressure of 0 to 4 MPa, an average residence time of 15 to 140 minutes, and a more desirable reaction condition is that the internal temperature is a polyamide. The melting point (Tm) is Tm + 70 ° C., the internal pressure is 0 to 3.5 MPa, and the average residence time is 20 to 130 minutes. If the reaction condition is out of the above range, it is not preferable that the degree of polymerization reached is too low, or that heat deterioration and productivity decrease. The degree of polymerization of the polyamide prepolymer can be controlled by the internal temperature, internal pressure and average residence time.
[0067]
Late polymerization process
In the late polymerization step, the polyamide prepolymer from the initial polymerization step is introduced into a continuous reactor capable of separating and removing water, and the degree of polymerization is further increased at a temperature above the melting point of the finally obtained polyamide. In the range of 1.6-4.0 A polyamide having the desired relative viscosity [RV] is obtained.
[0068]
As the continuous reaction apparatus in the late polymerization step, a single screw extruder or a twin screw extruder can be used. A twin screw extruder is generally recommended because of its good reaction efficiency and a certain degree of self-cleaning function. However, the twin-screw extruder can not only make the entire apparatus under vacuum, but also tends to vent up with a low melt viscosity product. 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. Furthermore, in order to increase the residence time, there are disadvantages such as an increase in the size of the apparatus and an increase in equipment costs.
[0069]
Therefore, it is preferable to use a self-cleaning horizontal biaxial reactor (41), for example, an SCR manufactured by Mitsubishi Heavy Industries, as the continuous reactor. In the self-cleaning horizontal biaxial reactor (41), the blades (rotors) are twisted and overlapped with a slight gap to form two parallel drive shafts, and the two parallel drive shafts The drive shaft is rotated in the same direction. Since the clearance between the blade and the inner wall is smaller than that of a general horizontal biaxial reactor, the cleaning effect of the inner wall is brought about as the drive shaft rotates. This is the same for the 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 slight gap between the blades and the two parallel drive shafts are in the same direction. , The cleaning effect between the blades is further increased. Since the self-cleaning effect brings about an improvement in quality due to a reduction in scale adhesion and a reduction in contamination, it is suitably used for the production of polyamides that are susceptible to thermal degradation during the reaction. Furthermore, unlike the twin-screw extruder, the entire apparatus can be kept under vacuum, so that vacuum can be applied even to low melt viscosity products, heat generation due to shearing force is small, and residence time is relatively short. It has the advantage of being long, having a high applicability to viscosity fluctuations and flow rate fluctuations, and having a large productionable viscosity range. Furthermore, in terms of equipment, it has the advantage that it can be made more compact and cheaper than the twin-screw extruder.
[0070]
The reaction conditions for the late polymerization step vary depending on the type of polyamide and the desired relative viscosity [RV], but the resin temperature is not less than the melting point (Tm) of the polyamide and not more than Tm + 80 ° C., preferably not less than the melting point and not more than Tm + 70 ° C. When the resin temperature is Tm + 80 ° C. or higher, the deterioration of the polyamide is easily accelerated, resulting in deterioration of physical properties and coloring. On the other hand, at Tm or less, there is a risk that the polyamide solidifies and causes damage to the reaction apparatus.
[0071]
The average residence time in the continuous reaction apparatus varies depending on the type of polyamide, the desired relative viscosity [RV], the degree of vacuum, the addition of an acid anhydride compound described later, the purging of an inert gas described later, and the like. Minutes are preferred. If the average residence time is less than 1 minute, it is difficult to obtain a polyamide having [RV] in the range of 1.6 to 4.0. Conversely, if the average residence time exceeds 30 minutes, the polymer is continuously reacted. Therefore, it is necessary to reduce the supply amount of the material, and the productivity is significantly reduced. A desirable average residence time is 1.5 to 25 minutes, more desirably 2 to 20 minutes.
[0072]
Unlike the twin screw extruder, the screw speed (rpm) of the reactor SCR has little influence on the polymerization reaction and the average residence time, and may be selected as appropriate, but generally 20 rpm to 150 rpm is applied. .
[0073]
Controlling the relative viscosity [RV] is an important function in the late polymerization process.
There are (1) inert gas purge, (2) vacuum degree, and (3) inert gas purge and vacuum degree as control methods of [RV]. Each method will be described below.
[0074]
While the inert gas purge accelerates the polymerization reaction, [RV] can be controlled by adjusting the purge amount. The inert gas purge is performed from an inert gas purge port (42). The purge amount of the inert gas varies depending on the desired polymerization conditions such as [RV] and temperature, but the amount is desirably 0.005 to 10 L per 1 kg of the polymer. When the purge amount exceeds 10 L / kg, the amount of inert gas used becomes excessive due to the promoting action of the polymerization reaction, which causes a cost increase. A more desirable purge amount is 0.005 to 9.5 L / kg, and further desirably 0.01 to 9 L / kg. Further, when a desired RV can be obtained without performing an inert gas purge, it is possible not to perform the purge (that is, the purge amount: 10 L / kg). The inert gas is not particularly limited as long as it is inert to the polyamide formation reaction, but nitrogen gas is advantageous in terms of safety and cost.
[0075]
Also, the polymerization reaction can be accelerated by the degree of vacuum, and the reaction rate can be controlled. Perform 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 accelerated by removing generated water. The degree of vacuum applied in the late polymerization step is 150 to 1200 hPa, although it varies depending on the desired [RV] and polymerization conditions. When the pressure is less than 150 hPa, in the latter polymerization step, the polymer is vented up, the piping is clogged, and stable operability cannot be expected. On the other hand, when it exceeds 1200 hPa, the effect of the degree of vacuum is not so much, the speed of reaching the desired [RV] is slowed down, and the productivity is lowered. In some cases, the desired [RV] may not be reached. A desirable degree of vacuum is 200 to 1100 hPa, and more desirably 250 to 1050 hPa.
[0076]
A desirable control method of [RV] in a polyamide mainly composed of ADA-MXD is a combination of an inert gas purge and a degree of vacuum. The advantage of this method is that it is easy to produce an inert gas or a high [RV] polyamide that cannot be achieved by a vacuum degree alone, and purging of the inert gas under a constant degree of vacuum control of [RV]. This is 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.
[0077]
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. When the inert gas purge amount is less than 0.005 L / kg, or when 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 the vacuum level is less than 200 hPa, the amount of inert gas used increases, resulting in a cost increase, and the polymerization rate is slowed to produce. This causes disadvantages such as decreased sex.
[0078]
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 done through the addition port (44). Since the terminal amino group of the polymer is blocked by the addition of the acid anhydride compound, it is considered 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, and HOPA is desirable from the viewpoint of the color tone of the polyamide. The amount of the acid anhydride compound added is not particularly limited depending on the desired [RV], but it is usually 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 the venting-up factor is caused, resulting in poor operation stability. Further, the unreacted acid anhydride compound remains in the polymer and causes deterioration of the quality of the polyamide.
[0079]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[0080]
[Parameter measurement]
1. Relative viscosity [RV]
0.25 g of polyamide resin was dissolved in 25 ml of 96% sulfuric acid and measured with an Ostwald viscosity tube.
[0081]
2. Color [Co-b]
10 g of polyamide resin chips were uniformly filled in the cell and measured with a color meter model 1001DP manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.
[0082]
[Example 1]
25 kg of powdered adipic acid (ADA), 13.7 g of sodium acetate, and 28.4 g of sodium phosphinate monohydrate were supplied to the melting tank (11), and metaxylylenediamine ( (MXD) 18 kg was fed. Subsequently, each of the melting tank (11) and the melting tank (13) was maintained at a vacuum degree of 40 hPa for 5 minutes and then brought to normal pressure with nitrogen gas. After the same operation was repeated three times, ADA was heated to 180 ° C. and MXD was heated to 60 ° C. at a nitrogen pressure of 0.2 MPa to obtain molten liquids. Subsequently, ADA was transferred to the storage tank (12) and MXD was transferred to the storage tank (14).
[0083]
The ADA and MXD molten raw materials are respectively fed at 4.75 kg / hr and 4.42 kg / hr with plunger pumps (15) and (16), respectively, in the amidation step tubular reactor (L / D = 780) (21) Quantitative supply to. The reaction conditions in the amidation step were an internal temperature of 180 ° C. at the inlet (22), an internal temperature of 255 ° C. at the outlet (23), an internal pressure of 0.7 MPa, and an average residence time of 30 minutes.
[0084]
The reaction mixture that had undergone the amidation step was supplied to a vertical stirring tank (31) of the initial polymerization step that was set under stirring conditions of an internal temperature of 255 ° C., an internal pressure of 0.7 MPa, and 30 rpm. It was allowed to stay for a minute, and at the same time, condensed water was distilled off. Subsequently, the reaction product after the initial polymerization step was supplied to the SCR (41) set under the conditions of a reaction temperature of 255 ° C., a vacuum of 1013 hPa, a nitrogen gas purge amount of 0.3 L / kg, and a screw rotation speed of 50 rpm, for 10 minutes. Thus, a polyamide resin having [RV] of 2.07 and [Co-b] of 0.4 was obtained.
[0085]
[Example 2]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the amount of sodium acetate added was changed so that the Na / P molar ratio was 1.75. A polyamide resin having [RV] of 2.00 and [Co-b] of 0.5 was obtained.
[0086]
[Comparative Example 1]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the amount of sodium acetate added was changed so that the Na / P molar ratio was 4. A polyamide resin having [RV] of 1.64 and [Co-b] of 0.7 was obtained. Since the Na / P molar ratio was too high, the reaction rate was decreased, and [RV] was smaller than that in Example 1.
[0087]
[Comparative Example 2]
25 kg of powdered adipic acid (ADA) and 28.4 g of sodium phosphinate monohydrate were supplied to the melting tank (11), and 18 kg of metaxylylenediamine (MXD) was supplied to the melting tank (13). Subsequently, each of the melting tank (11) and the melting tank (13) was maintained at a vacuum degree of 40 hPa for 5 minutes and then brought to normal pressure with nitrogen gas. After the same operation was repeated three times, ADA was heated to 180 ° C. and MXD was heated to 60 ° C. at a nitrogen pressure of 0.2 MPa to obtain molten liquids. Subsequently, ADA was transferred to the storage tank (12) and MXD was transferred to the storage tank (14).
[0088]
The ADA and MXD molten raw materials are respectively fed at 4.75 kg / hr and 4.42 kg / hr by a plunger pump (15) and (16), respectively, and an amidation step tubular reactor (L / D = 780) (21) Quantitative supply to. The reaction conditions in the amidation step were an internal temperature of 180 ° C. at the inlet (22), an internal temperature of 255 ° C. at the outlet (23), an internal pressure of 0.7 MPa, and an average residence time of 30 minutes.
[0089]
The reaction mixture that had undergone the amidation step was supplied to a vertical stirring tank (31) in the initial polymerization step that was set under the conditions of stirring at an internal temperature of 255 ° C., an internal pressure of 0.7 MPa, and 30 rpm. It was allowed to stay for a minute, and at the same time, condensed water was distilled off. Subsequently, the reaction product after the initial polymerization step was supplied to the SCR (41) set under the conditions of a reaction temperature of 255 ° C., a vacuum degree of 1013 hPa, a nitrogen gas purge amount of 0.3 L / kg, and a screw rotation speed of 50 rpm, for 10 minutes. A polymer was obtained with an average residence time of. However, the obtained polymer was so gelled that it could not be chipped. Moreover, when it melt | dissolved in the sulfuric acid for [RV] measurement, the insoluble matter precipitated.
[0090]
Table 1 shows the production conditions of the above polyamide and the properties of the obtained polyamide. In any of the examples, the operation was good, and a polyamide having excellent physical property values was obtained.
[0091]
[Table 1]
Figure 0004151354
[0092]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a continuous process for producing a high-quality polyamide, particularly an aromatic-containing polyamide. The method of the present invention is suitable for films, sheets, packaging bags, bottles, etc. in applications such as foods, beverages, pharmaceuticals and cosmetics, and has excellent oxygen barrier properties, good color tone and low water absorption. Polyamide having range amine as a diamine component is continuously produced. The polyamide containing metaxylylenediamine as a component can also be used to modify different polymers such as polyethylene terephthalate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow diagram showing schematic steps of a continuous production method for polyamide of the present invention.
[Explanation of symbols]
(1): Raw material preparation process
(2): Amidation process
(21): Tubular reactor
(3): Initial polymerization process
(4): Late polymerization process
(41): Self-cleaning horizontal biaxial reactor

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) ジアミンとジカルボン酸とをそれぞれ個別に溶融するか、又は、水中でアミンとカルボン酸との塩を生成させる原料調合工程と、
(2) 調合された原料を管状反応装置に連続的に導入し通過させアミド化を行い、アミド化生成物と縮合水とを含む反応混合物を得るアミド化工程と、
(3) 前記反応混合物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水を分離除去しつつ重合度を高め、ポリアミドプレポリマーを得る初期重合工程と、
(4) 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、1.6〜4.0の範囲の相対粘度[RV]とされたポリアミドを得る後期重合工程とを含み、
前記アミド化工程の前に、アルカリ金属化合物及びリン化合物を、アルカリ金属とリンのモル比(アルカリ金属/リン)が1.2以上3.5以下となるように添加する、ポリアミドの連続製造方法。
A process for continuously producing a polyamide mainly comprising a diamine component unit and a dicarboxylic acid component unit,
(1) A raw material preparation step in which diamine and dicarboxylic acid are individually melted or a salt of amine and carboxylic acid is produced in water,
(2) an amidation step in which the prepared raw material is continuously introduced into and passed through a tubular reactor for amidation to obtain a reaction mixture containing an amidation product and condensed water;
(3) The reaction mixture is introduced into a continuous reactor capable of separating and removing water, and the degree of polymerization is increased while separating and removing water at a temperature equal to or higher than the melting point of the finally obtained polyamide to obtain a polyamide prepolymer. An initial polymerization step;
(4) The polyamide prepolymer is introduced into a continuous 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, in the range of 1.6 to 4.0. A late polymerization step for obtaining a polyamide having a relative viscosity [RV],
Prior to the amidation step, an alkali metal compound and a phosphorus compound are added so that the molar ratio of alkali metal to phosphorus (alkali metal / phosphorus) is 1.2 or more and 3.5 or less. .
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に記載のポリアミドの連続製造方法。  The method for continuously producing a polyamide according to claim 1, wherein the polyamide contains metaxylylenediamine (MXD) as a diamine component, and metaxylylenediamine (MXD) is at least 70 mol% based on the diamine component. (4) 後期重合工程における連続式反応装置は、セルフクリーニング方式の横型二軸反応装置である、請求項1又は2に記載のポリアミドの連続製造方法。  (4) The continuous production method of polyamide according to claim 1 or 2, wherein the continuous reaction apparatus in the late polymerization step is a self-cleaning horizontal biaxial reaction apparatus. (4) 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1〜3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。  (4) The continuous production method of polyamide according to any one of claims 1 to 3, wherein an average residence time in the late polymerization step is 1 to 30 minutes. (4) 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、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〜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。(4) in the later polymerization stage, purging the inert gas, to adjust the degree of vacuum of the reactor, or by a combination thereof, to control the relative viscosity of the polyamide [RV], of claims 1-4 The continuous manufacturing method of the polyamide of any one of these. (1) 原料調合工程において、原料調合時の雰囲気酸素濃度が10ppm以下である、請求項1〜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。(1) The continuous production method of polyamide according to any one of claims 1 to 5 , wherein in the raw material preparation step, the atmospheric oxygen concentration at the time of raw material preparation is 10 ppm or less.
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