PL102448B1 - A method of preparing the reactive mixture at the polymerization of lactams - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sporzadzania przeznaczonej do odlewania w formach, polimeryzujacej mieszaniny laktamów.

Proces sporzadzania mieszaniny reaktywnej laktamów, takich jak 6-kaprolaktam, 8-kaprylolaktam, czy 12-laurynolaktam polega najczesciej na wymieszaniu polowy ilosci stopionego monomeru z podwójna iloscia inicjatora, natomiast drugiej jego czesci z podwójna iloscia aktywatora i po zmieszaniu obh mieszanin w mieszalniku, zalaniu nimi form. W celu otrzymania inicjatora procesu polimeryzacji-soli laktamu, stosowano metale alkaliczne i ich zwiazki takie, jak wodorotlenki, weglany i pochodne organiczne. Sposób ten pozwalal na przetrzymywanie takich mieszanin w temperaturze 80-160°C bez niebezpieczenstwa ich spolimeryzowania w urzadzeniach takich, jak zbiorniki, rurociagi, itp.

W ostatnim czasie zastosowano bardziej energicznie dzialajace inicjatory w postaci zwiazków takich, jak wodorki metaloorganiczne, np. wodorek bis-2-metoksy-etoksy glinowo sodowy, lub inne takie, jak tetralaktamat i izopropylolaktamat, które w wyniku reakcji z laktamem tworza mieszanine reaktywna polimeryzujaca z duza szybkoscia. Z tymi intensywnie dzialajacymi inicjatorami reakcja polimeryzacji zachodzi juz przed wprowadze¬ niem aktywatora, z tym ze przebieg jej bez aktywatora jest niekorzystny.

Przy polimeryzacji anionowej laktamów do polilaktamów, przy której stosuje sie energicznie dzialajace inicjatory i aktywatory polimeryzacji, natrafiono na duze trudnosci przy uzyskiwaniu jednorodnych mieszanin reagentów ogrzanych do temperatury, w której przebiega polimeryzacja. Powszechnie przyjmuje sie, ze dla uzyskania lanych polimerów o duzym ciezarze czasteczkowym i jednorodnych wlasciwosciach przed rozpocze¬ ciem reakcji polimeryzacji wymagana jest jednorodnosc reagujacej mieszaniny. Jednakze w przypadku szybkiej polimeryzacji anionowej laktamów do polilaktamów, przebiegajacej zazwyczaj w podwyzszonej temperaturze, proces polimeryzacji zostaje zainicjowany niemal natychmiast po zetknieciu sie ze soba podstawowych skladników to jest laktamu, inicjatora i aktywatora polimeryzacji. Na przyklad w wielu wypadkach polimeryza¬ cja i zestalenie przebiegaja w czasie krótszym niz 5 minut od wzajemnego zmieszania skladników. W niektórych wypadkach dzieki obecnosci energicznie dzialajacego aktywatora, polimeryzacja przebiega w ciagu kilku do2 102 448 kilkudziesieciu sekund. Z tego powodu przyjeto za pewnik, ze skladniki mieszaniny reakcyjnej musza bezwzglednie byc dokladnie ze soba zmieszane przed wprowadzeniem mieszaniny do formy. Aby ulatwic takie zmieszanie, sporzadza sie najpierw odrebnie dwie mieszaniny, a mianowicie mieszanine polowy porcji stopionego laktamu i calej dawki inicjatora oraz mieszanine drugiej polowy porcji stopionego laktamu i calej dawki aktywatora. Te dwie jednorodne mieszaniny miesza sie szybko ze soba bezposrednio przed Wprowadzeniem do formy.

Uzycie mieszalników przed forma nastrecza jednak trudnosci z uwagi na predkosc polimeryzowania mieszaniny.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki Pólnocnej nr 3494999 znany jest sposób odlewania mieszanin monomerów laktamów, w którym zmieszanie skladników mieszaniny uzyskuje sie w nastepujacy sposób: sporzadza sie mieszanine stopionego monomeryczhego laktamu i inicjatora oraz druga mieszanine stopionego monomerycznego laktamu i aktywatora. Obydwie mieszaniny wtlacza sie do oddzielnych rurociagów, których wyloty ustawione sa prostopadle do siebie. Strumien mieszaniny laktamu i inicjatora wprowadza sie poprzecznie do strumienia mieszaniny laktamu i aktywatora, który ma predkosc 2,5 do 3 razy mniejsza od strumienia pierwszego. Powstala w ten sposób jednorodna mieszanine polimeryzujaca wprowadza sie do wneki formy. Rozwiazanie takie wymaga stosowania dwóch oddzielnych mieszalników do sporzadzania dwu wstepnych mieszanin, a ponadto dosc dokladnego uregulowania predkosci mieszajacych sie strumieni.

Obecnie okazalo sie, ze prawidlowo polimeryzujace mieszaniny laktamu, inicjatora i aktywatora uzyskuje sie, jezeli wedlug wynalazku aktywator wprowadzi sie bezposrednio do strumienia mieszaniny calej porcji laktamu i inicjatora zalewajacej forme odlewnicza. Nieoczekiwanie okazalo sie przy tym, ze mimo niezmieszania aktywatora z czescia laktamu i dodawaniu go wprost do mieszaniny inicjatora i calej porqi laktamu zalewajacej forme, uzyskuje sie stopien zmieszania wystarczajacy dla calkowicie prawidlowej polimeryzacji. Dodanie aktywatora do strumienia mieszaniny laktamu i inicjatora nastepuje bezposrednio przed forma, albo tez juz w samej formie.

Uzyskany wedlug wynalazku efekt prawidlowej polimeryzacji jest z tego wzgledu nieoczekiwany, ze jak powszechnie wiadomo trudno jest szybko uzyskac pelne zmieszanie dwóch skladników, z których jeden wystepuje w ilosci znacznie mniejszej od drugiego.

Mozna wiec przyjac, ze w sposobie wedlug wynalazku, mimo niezupelnie dokladnego zmieszania aktywatora z pozostalymi reagentami, uzyskuje sie calkowicie prawidlowy przebieg polimeryzacji.

Przyklad I. W metalowym zbiorniku stopiono 15 kg 6-kaprolaktamu krystalicznego produkcji Zakladów Azotowych w Tarnowie i po podgrzaniu do temperatury 90±5°C wprowadzono 0,3% mol. tetralaktamatu. Po dokladnym wymieszaniu temperature stopu podniesiono do 165°C i przelano go strumieniem z rury teflonowej o srednicy wewnetrznej 20 mm do formy cylindrycznej o temperaturze 170±15°C. W trakcie zalewania na strumien soli sodowej kaprolaktamu, bezposrednio przed forma, podawano w sposób ciagly za pomoca wkraplacza laboratoryjnego 0,175% mol. 2,4-toluilenodwuizocyjanianu jako aktywatora. Po uplywie 12 minut zakonczyl sie proces polimeryzagi, a po dalszych 20 minutach odformowano ksztaltke z poliamidu 6, która dalej chlodzono z szybkoscia 0,5°C/min. Otrzymany w ten sposób poliamid 6 charakteryzowal sie jednorodnym przereagowaniem w calej objetosci, a jego wlasnosci fizykomechaniczne byly identyczne jak próbki porównawczej poliamidu otrzymanego z reaktywnej mieszaniny przygotowanej w znany sposób w dwóch zbiornikach. W jednym zbiorniku przygotowano 7,5 kg soli sodowej kaprolaktamu z dodatkiem 0,6% mol. tetralaktamatu, w drugim 7,5 kg kaprolaktamu z dodatkiem 0,350% mol. 2,4-toluilenodwuizocyjanianu jako aktywatora. Zawartosc obydwu zbiorników zmieszano.

Przyklad II. W metalowym zbiorniku stopiono 3 kg 8-kaprylolaktamu firmy Bayer i wolno dosypy¬ wano 27 kg 6,- kaprolaktamu produkcji Zakladów Azotowych w Tarnowie. Temperature stopu podniesiono do 100±5°C i dodano 0,25% mol. wodorku bis-dwa-metoksy-etoksy glinowo sodowego jako inicjatora i po wymieszaniu podgrzano do temperatury 170°C. Tak przygotowany reaktywny stop przelano rura teflonowa do prostopadlosciennej formy o temperaturze 175±15°C. W czasie zalewania na lustro cieczy w formie podawano w czterech porcjach 0,25% mol. N-acetylokaprolaktamu jako aktywatora. Po wypelnieniu formy calosc wymiesza¬ no mechanicznie lagodnym ruchem w czasie 5 sekund. Po uplywie 60 minut odformowano spolimeryzowana i wykrystalizowana ksztaltke kopoliamidu 6/8 i chlodzono dalej z predkoscia 0,5°C/min. Otrzymany odlew posiadal w calej objetosci jednorodne wlasnosci równe kopoliamidowi otrzymanemu metoda tradycyjna.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. .1. Sposób sporzadzania mieszaniny reaktywnej przy polimeryzacji laktamów, w którym stopiony monomer miesza sie z inicjatorem i aktywatorem, znamienny tym, ze aktywator wprowadza sie bezposrednio do strumienia mieszaniny laktamu i inicjatora zalewajacego forme odlewnicza.102 448 3

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze aktywator dozowany jest do strumienia mieszaniny laktamu i inicjatora bezposrednio przed forma.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze aktywator dozowany jest do strumienia mieszaniny laktamu i inicjatora w samej formie.