NL7807379A

NL7807379A - Increased density poly:pyrrolidone prodn. - by compression at defined temp. preserving molecular wt. and allowing melt spinning

Info

Publication number: NL7807379A
Application number: NL7807379A
Authority: NL
Original assignee: Chevron Res
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1980-01-09

Abstract

The water content of finely powdered polypyrrolidone is reduced, and the bulk density increased, by compressing material with a water content of 5-60, pref. 10-30, wt. % at between 50 degrees C and its m.pt. pref. 100-200 degrees C, to 3.515-21.1kg/cm2. This gives a solid with a dry (i.e. 1 wt. % water) bulk density of 0.3-0.8, pref. 0.48-0.8g/cm3. The compression is pref. effected by extrusion through a pulveriser to give a ground or granulated product. The process enables polypyrrolidone to be melt spun to fibres, pref. after the water content has been reduced to 0.5-1 wt. %. Ordinarily, because of its low density, this cannot be done unless, e.g., the polypyrrolidone has first been melt extruded to form granules, but this, unlike the new process, causes a loss in mole wt.

Description

VV

** N.O. 26.321».** N.O. 26,321 ».

CHEVRON RESEARCH COMPANY, te San Francisco, California,CHEVRON RESEARCH COMPANY, of San Francisco, California,

Ver.St.v.Amerika.United States America.

Werkwijze voor het verminderen van het watergehalte en het ver-beteren van het stortgewicht van fi.lnverpoederd polypyrrolidon.A method of reducing the water content and improving the bulk density of film-powdered polypyrrolidone.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verlagen van het watergehalte en het verbeteren van het stortgewicht van fijnverpoerderd polypyrrolidon voor het vergemakkelijken van de smeltextrueie ervan.The invention relates to a method for reducing the water content and improving the bulk density of finely pulverized polypyrrolidone to facilitate its melt extrusion.

Het is bekend, dat de polymerisatie in de massa van 2-pyrro- 5 lidon met als katalysator een alkali en koolstofdioxide met omzettingen van 30 - 2*0 gew.# of meer een harde massa levert, die na fijnhakken, wassen en drogen geschikt is voor het uit de smelt verspinnen tot vezels of andere verwerkingmethoden (Amerikaans octrooischrift 3.721.652). De continue polymerisatie in de massa 10 van 2-pyrrolidon onder roeren levert echter een fijn-verdeeld product, dat wordt gewassen met water voor het verwijderen van zowel onomgezet monomeer als de alkalische katalysator. Het poly-pyrrolidonproduct is dan in de vorm van een nat peeder, dat ongeveer 50 gew.# water bevat, betrokken op het polypyrrolidon. Dit 15 poeder wordt gewoon gedroogd, maar het heeft een te laag stortgewicht voor economische commerciële toepassing, bijvoorbeeld is het moeilijk het te gebruiken in een extrusie-inrichting voor het uit de smelt-spinnen tot elementairdraden. Daarom wordt het droge poeder in de smelt geëxtrudeerd voor het vormen van dichte korrels, 20 die geschikt zijn voor het toevoeren in extrusie-apparaten voor smeltspinwerkwijzen. Bij de werkwijze voor het in de smelt extru-deren van het polypyrrolidon onder vorming van dichte korrels wordt het gemiddelde molecuulgewicht naar het gewicht verlaagd van een hoge aanvangswaarde van ongeveer 200.000 of meer tot een 25 waarde van 35*000 - 100.000 of minder, wegens de welbekende neiging van nylon-i* te ontleden in het monomeer ervan bij smelten.It is known that the polymerization in the mass of 2-pyrrolidone with the catalyst as an alkali and carbon dioxide in conversions of 30 - 2 * 0 wt.% Or more yields a hard mass which, after mincing, washing and drying, is suitable is for melt spinning into fibers or other processing methods (U.S. Patent 3,721,652). The continuous polymerization in the mass of 2-pyrrolidone with stirring, however, yields a finely divided product which is washed with water to remove both unreacted monomer and the alkaline catalyst. The poly-pyrrolidone product is then in the form of a wet powder containing about 50 weight percent water based on the polypyrrolidone. This powder is simply dried, but it has too low bulk density for economic commercial use, for example it is difficult to use in an extruder for melt spinning into filaments. Therefore, the dry powder is melt extruded to form dense granules suitable for feeding into melt spinning extruders. In the process of melt-extruding the polypyrrolidone to form dense grains, the average molecular weight by weight is reduced from a high initial value of about 200,000 or more to a value of 35,000-100,000 or less because of the well-known tendency of nylon i * to decompose into its monomer upon melting.

Volgens het Amerikaanse octrooischrift 3*812*.792 wordt als oplos 780 73 79 S 2 middel een mengsel van alcohol en water gebruikt bij verhoogde temperatuur voor het oplossen van een polypyrrolidonsamenstelling voor extrusie· Het Amerikaanse octrooischrift 3·686ο066 beschrijft het vormen van vaste nylon-4-voorwerpen uit in water gezwollen polypyrrolidon dat 100 gew.3» of meer water bevat, betrokken op 5 het gewicht van polypyrrolidonf door toepassing van warmte en druk op de gezwollen massa· Het Amerikaanse octrooischrift 3«32lf.Oé1 beschrijft de toepassing van verhoogde temperaturen en drukken voor het oplossen van polypyrrolidon in water voor het droog verspinnen· Het is een doel van de onderhavige uitvinding midde- 10 len te verschaffen voor het verhogen van het stortgewicht van polypyrrolidon zonder het molecuulgewicht ervan in aanzienlijke mate te verlagen·According to U.S. Pat. No. 3 * 812 *. 792, as the solvent 780 73 79 S 2 agent, a mixture of alcohol and water is used at elevated temperature to dissolve a polypyrrolidone composition for extrusion. U.S. Patent 3,686ο066 describes the formation of solid nylon -4 articles of water-swollen polypyrrolidone containing 100% by weight or more of water, based on the weight of polypyrrolidone by applying heat and pressure to the swollen mass. U.S. Pat. No. 3,332f. elevated temperatures and pressures for dissolving polypyrrolidone in water for dry spinning. It is an object of the present invention to provide means for increasing the bulk density of polypyrrolidone without substantially reducing its molecular weight ·

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het verlagen van het watergehalte en het verbeteren 15 van het stortgewicht van fijnverpoederd polypyrrolidon ten einde de smeltextrusie ervan te vergemakkelijken· welke werkwijze is gekenmerkt· doordat men poedervormige polypyrrolidon· dat een watergehalte van ongeveer 5 - ¢0 gew.$ bezit· samenperst bij een temperatuur van ten minste ongeveer 50°C· maar beneden het smeltpunt 20 van polypyrrolidon en een druk van ongeveer 545-2070 kPa, waarbij een vast polypyrrolidonproduct met een droog stortgewicht in het gebied van ongeveer 0,3 - 0,8 g/cm^ wordt verkregen.According to the present invention there is provided a method for reducing the water content and improving the bulk density of finely powdered polypyrrolidone in order to facilitate its melt extrusion, which method is characterized by using powdered polypyrrolidone having a water content of about 5 - ¢ 0 wt.% Compressed at a temperature of at least about 50 ° C but below the melting point of polypyrrolidone and a pressure of about 545-2070 kPa, a solid polypyrrolidone product having a dry bulk weight in the range of about 0. 3 - 0.8 g / cm 2 is obtained.

Se uitvinding verschaft eveneens een werkwijze voor het uit de smelt spinnen van polypyrrolidon, die is gekenmerkt, doordat 25 men het polypyrrolidonproduct, verkregen volgens de bovengenoemde werkwijze, droogt voor het verlagen van het watergehalte ervan tot ongeveer 0,5 - 1 gew·#, betrokken op het gewicht van het polypyrrolidon· het gedroogde polypyrrolidon toevoert aan een smelt-spin-extrusie-inrichting en het polypyrrolidon uit de smelt extru- 30 deert tot elementairdraden·The invention also provides a process for melt spinning polypyrrolidone, characterized in that the polypyrrolidone product obtained by the above method is dried to reduce its water content to about 0.5-1 wt%, based on the weight of the polypyrrolidone · feeds the dried polypyrrolidone to a melt-spinning extruder and extrudes the polypyrrolidone from the melt into filaments ·

Se continue polymerisatie van 2-pyrrolidon onder roeren levert bij normale omzettingen een mengsel van fijnverdeeld polymeer en niet omgezet monomeer· Vanneer het mengsel wordt gewassen en gedroogd is het product een droog poeder, dat niet geschikt is 35 voor het verder verwerken wegens het lage stortgewicht ervan en 780 73 79 » ψ 3 Κ daarmee gepaard gaande moeilijkheden bij het hanteren en het toevoeren in een extrusie-inrichting. Volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding wordt het fijne materiaal gewassen met water en gedroogd, waarbij het watergehalte van het poedervormige product wordt verlaagd tot ongeveer 5 - 60 gew·# water, betrokken 5 op het gewicht van het polypyrrolidon, bij voorkeur ongeveer 10 - IfO gew.# en met de meeste voorkeur 10 - 30 gew.# water· Dit vocht bevattende poeder wordt vervolgens onderworpen aan samen— persen onder een voldoende druk en bij een geschikte temperatuur voor het verkrijgen van vast polypyrrolidon met een geschikt stort- 10 gewicht voor het toevoeren aan een extrusie-inrichting in een smelt-spinwerkwijze·The continuous polymerization of 2-pyrrolidone with stirring at normal conversions yields a mixture of finely divided polymer and unreacted monomer. When the mixture is washed and dried, the product is a dry powder which is unsuitable for further processing due to its low bulk density. and 780 73 79 »ψ 3 Κ associated difficulties in handling and feeding into an extruder. According to the method of the present invention, the fine material is washed with water and dried, reducing the water content of the powdered product to about 5 - 60 wt% water, based on the weight of the polypyrrolidone, preferably about 10 - IfO wt. # And most preferably 10 - 30 wt. # Water. This moisture-containing powder is then subjected to compression under a sufficient pressure and temperature to obtain solid polypyrrolidone of suitable bulk density. for feeding to an extruder in a melt-spinning process

De maximum temperatuur van het polypyrrolidon tijdens het samenpersen is altijd duidelijk beneden het smeltpunt ervan; daarom heeft niet snel afbraak van het polymeer tot monomeer 15 plaats. Het monomeergehalte van het gedroogde product volgens deze werkwijze is gewoonlijk minder dan ongeveer 0,2 gew·#, dat aanzienlijk beter is, dan wat verkrijgbaar is met de smelt-extrusie-werkwijze tot het vormen van korrels uit het poeder zonder verdere behandeling. De temperatuur, die wordt gekozen voor het poly- 20 pyrrolidon tijdens het samenpersen, is omgekeerd evenredig met het watergehalte ervan. Bij de lagere toegepaste watergehaltes van ongeveer 10¾ verdienen hogere temperaturen van ongeveer 150°C of hoger de voorkeur0 Bij hogere toegepaste watergehaltes van ongeveer 40¾ kunnen temperaturen van 100°C of minder worden toege- 25 past, dat wil zeggen van bijvoorbeeld 50°C. In het algemeen verdienen maximum temperaturen van ongeveer 75 - 225°C, bij voorkeur ongeveer 100 - 200°C, en drukken van 345- 2070 kPa de voorkeur voor het verdichten onder samenpersen van polypyrrolidon volgens deze werkwijze. Het vochtgehalte van het samengeperste polymeer 30 ligt in het algemeen in het gebied van 5-40 gew«£, betrokken op het polypyrrolidon. Dit vocht wordt verwijderd door drogen bij temperaturen van ongeveer 100 - 150°C en eventueel onder verminderde druk van ongeveer 1 - 5 mm kwik.The maximum temperature of the polypyrrolidone during compression is always well below its melting point; therefore, degradation of the polymer to monomer 15 does not occur quickly. The monomer content of the dried product by this method is usually less than about 0.2% by weight, which is considerably better than what is available with the melt extrusion process to form granules from the powder without further treatment. The temperature selected for the polypyrrolidone during compression is inversely proportional to its water content. At the lower water contents of about 10¾ applied, higher temperatures of about 150 ° C or higher are preferred. At higher water contents of about 40¾, temperatures of 100 ° C or less may be used, that is, for example, of 50 ° C. Generally, maximum temperatures of about 75-225 ° C, preferably about 100-200 ° C, and pressures of 345-2070 kPa are preferred for compaction by polypyrrolidone compression by this method. The moisture content of the compressed polymer 30 is generally in the range of 5-40% by weight, based on the polypyrrolidone. This moisture is removed by drying at temperatures of about 100-150 ° C and optionally under reduced pressure of about 1-5 mm of mercury.

Het polypyrrolidonpoeder, dat het uitgangsmateriaal voor 35 de onderhavige werkwijze vormt, kan elk deeitjesvormig product 780 73 79 * 4 λ van de polymerisatie of copolymerisatie van 2-pyrrolidon zijn.The polypyrrolidone powder, which is the starting material for the present process, can be any particulate product 780 73 79 * 4 λ from the polymerization or copolymerization of 2-pyrrolidone.

Bij vookeur heeft 90 gew·# van de deeltjes een grootte van meer dan 0,07 no en minder dan ongeveer 6 mm, bij voorkeur 0,4-2 mm.Preferably, 90 wt% of the particles have a size of more than 0.07 µm and less than about 6 mm, preferably 0.4-2 mm.

Het product volgens deze werkwijze is gekenmerkt als een vast polypyrrolidon met een droog stortgewicht, geschikt voor smelt- 5 * spinnen, dat wil zeggen een stortgewicht van 0,3 - 0,8 g/cm , bij voorkeur 0,if8 - 0,8 g/cm^ en met de meeste voorkeur ongeveer 0,64 g/cm^· "Droog stortgewicht" heeft betrekking op het abrt-gewicht van het vaste polypyrrolidon met een watergehalte vanminder dan ongeveer 1 gew·^· Het product wordt verkregen als korrels 10 of grof gemalen materiaal uit een maalinrichting voor het vormen van korrels, of als vellen of foelies uit een molen met twee walsen, waarbij het elke vorm of dikte heeft, die geschikt is voor het laten verkleinen, drogen en verwerken. Het vochtgehalte van het droge samengeperste polypyrrolidon zal gewoonlijk minder zijn 15 dan ongeveer 1 gew.#, bij voorkeur minder dan ongeveer 0,5 gew.#. Samengestelde producten, bruikbaar voor het later verwerken, kunnen worden verschaft door het toevoegen van materialen, zoals andere polyamiden, bijvoorbeeld nylon-ó, pigmenten, witmakende middelen, bijvoorbeeld titaandioxide, anti-oxydantia, U.V-stabiliseer- 20 middelen.» thermische stabiliseermiddelen, zoals de epoxiden enz. aan het vochtige poeder vóór het samenpersen·The product according to this method is characterized as a solid polypyrrolidone with a dry bulk density suitable for melt spinning, i.e. a bulk density of 0.3 - 0.8 g / cm, preferably 0, if 8 - 0.8 g / cm ^ and most preferably about 0.64 g / cm ^ "Dry bulk weight" refers to the abrt weight of the solid polypyrrolidone having a water content of less than about 1 wt ^ · The product is obtained as granules Or coarsely milled material from a grinding mill to form granules, or as sheets or films from a twin-roll mill, having any shape or thickness suitable for grinding, drying and processing. The moisture content of the dry compressed polypyrrolidone will usually be less than about 1% by weight, preferably less than about 0.5% by weight. Composite products useful for later processing can be provided by adding materials such as other polyamides, for example, nylon, pigments, whiteners, for example, titanium dioxide, antioxidants, UV stabilizers. » thermal stabilizers, such as epoxides, etc., to the moist powder before compression

Zoals reeds beschreven heeft het grof gemalen product volgens de onderhavige werkwijze een verbeterd stortgewicht, wat het uit de smelt-spinnen in een extrusie-apparaat vergemakkelijkt. 25As already described, the coarsely ground product of the present process has an improved bulk density, which facilitates melt-spinning in an extruder. 25

Deze verbetering vergemakkelijkt natuurlijk ook het smeltextruderen in het algemeen, afgezien van het deeltjesvormige extrusieproduct.Of course, this improvement also facilitates melt extrusion in general, apart from the particulate extrusion product.

De onderhavige uitvinding vergemakkelijkt dus ook het uit de smelt-extruderen van foelies, vellen, gevormde voortbrengselen of, indien gewenst, zelfs gevormde korrels met verschillende afmetingen. ^Thus, the present invention also facilitates melt-extruding films, sheets, molded articles or, if desired, even shaped granules of various sizes. ^

Het grof gemalen product heeft de algemene hanteereigenschappen, in vergelijking met het uitgangspoly-2-pyrrolidonpoeder, aanzienlijk verbeterd.The coarsely ground product has significantly improved the general handling properties compared to the starting poly-2-pyrrolidone powder.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de vol- 35 gende voorbeelden.The invention is further elucidated by means of the following examples.

780 73 7 9780 73 7 9

Claims

1. A method for reducing the water content and improving the bulk density of finely powdered polypyrrolidone in order to facilitate its melt extrusion, characterized in that the powdered polypyrrolidone having a water content of about 5-60% by weight is compressed at a temperature of at least about 50 ° C, but below the melting point of the polypyrrolidone and under a pressure of about 35 780 73 79% 3k5 - 2070 kPa, whereby a solid polypyrrolidone product is obtained with a dry bulk density in the range from about 0.3 - 0.8 g / cm 2.

The method according to claim 1, characterized in that the powder has a water content of about 10 - 1 * 0 3 wt.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the powder has a water content of about 10 - 30 w / w and the pyrrolidone has a dry bulk density of about 0.1 * 8 - 0.8 g / cm · 10 2 *. Process according to claims 1 to 3, characterized in that the polypyrrolidone powder is compressed at a temperature of about 73-275 ° C

Method according to claim 1 *, characterized in that the powder has a water content of about 10 - 15% by weight and is compressed at 100 - 200 ° C.

A method according to any of the preceding claims, characterized in that the polypyrrolidone powder has a particle size of about 0.07-6 mm.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the polypyrrolidone powder is compressed by extrusion through a mill with a nozzle to obtain a coarsely ground product ·

Process for melt-spinning polypyrrolidone, characterized in that the polypyrrolidone product obtained by using the method according to one or more of the preceding claims is dried to reduce its water content to approximately 0.5-1 wt% based on the weight of polypyrrolidone *, the dry polypyrrolidone is fed to a melt-spinning extruder and the polypyrrolidone 30 is spun from the melt into filaments

9 · Solid polypyrrolidone product obtained using the method according to claims 1-7 · 10th Molded product from polypyrrolidone »obtained using the method according to one or more of claims 35 1-7» 8 * - 780 73 7 9