PL165663B1 - Sposób prowadzenia anionowej polimeryzacji kaprolaktamu podczas wytwarzania odlewów poliamidowych w formach metodą odlewania swobodnego - Google Patents

Abstract

Sposób prowadzenia anionowej polimeryzacji kaprolaktamu podczas wytwarzania odlewów poliamidowych w formach metodą odlewania swobodnego, w którym do stopionego monomeru wprowadza się inicjator, a następnie aktywator, po czym uzyskaną mieszaninę reakcyjną przelewa się do formy, nagrzanej do odpowiedniej temperatury, ogrzewanej w czasie procesu, po czym po spolimeryzowaniu i skrystalizowaniu zawartości formy odlew schładza się, zaś uzyskany wyrób odformowuje się, znamienny tym, że w czasie procesu polimeryzacji w ogrzewanej formie kontroluje się temperaturę polimeru w odległości kilku milimetrów, korzystnie 5 mm, od ścianki formy i wyłącza się ogrzewanie formy w momencie, gdy temperatura mieszaniny reakcyjnej mierzona w wyżej określonej odległości od ścianki formy osiągnie przedział od 150°C do 160°C, korzystnie przedział od 155°C do 160°C.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia anionowej polimeryzacji kaprolaktamu podczas wytwarzania odlewów poliamidowych w formach metodą odlewania swobodnego.

Znane są sposoby prowadzenia anionowej polimeryzacji kaprolaktamu podczas wytwarzania odlewów poliamidowych w formach metodą odlewania swobodnego polegające na stopieniu monomeru, wprowadzeniu odpowiedniego inicjatora, następnie wprowadzeniu odpowiedniego aktywatora i przelaniu mieszaniny reakcyjnej do formy nagrzanej do odpowiedniej temperatury i ogrzewanej w czasie trwania polimeryzacji. W tym momencie rozpoczyna się samoistny egzotermiczny proces polimeryzacji. Po spolimeryzowaniu i skrystalizowaniu się zawartości formy, odlew schładza się, aż do momentu wystąpienia wyraźnego skurczu, wyłączając ogrzewania formy, a następnie uzyskany wyrób odformowuje się.

Najczęściej inicjator dozowany jest do stopionego monomeru o temperaturze 100°C 110°C, a jego stężenie wynosi od 0,2 do 0,7 mol. Aktywator najczęściej dozowany jest w temperaturze od 130°C do 140°C, a jego stężenie wynosi najczęściej od 0,2 do 0,7% mol, w zależności od jego funkcjonalności. Temperatura formy, w której przeprowadza się polimeryzację najczęściej zawiera się w granicach od 150°C do 180°C.

Wiadomo jest, że w anionowej polimeryzacji kaprolaktamu oprócz doboru właściwego układu katalizującego, istotną rolę odgrywają warunki prowadzenia procesu, szczególnie zaś zakres stężeń i przebieg czasowy temperatury procesu. Gwałtowny przebieg polimeryzacji w formie prowadzonej opisanym sposobem powoduje powstawanie znacznych naprężeń w odlewie oraz dużych jam usadowych. Odlewy są przegrzane z uwagi na nierównomierny przebieg procesu polimeryzacji w formie związany również z nierównomiernym rozkładem temperatury procesu.

W sposobie prowadzenia anionowej polimeryzacji kaprolaktamu podczas wytwarzania odlewów poliamidowych w formach metodą odlewania swobodnego według wynalazku, w którym do stopionego monomeru wprowadza się inicjator, a następnie aktywator, po czym uzyskaną mieszaninę reakcyjną przelewa się do formy, nagrzanej do odpowiedniej temperatury, ogrzewanej w czasie procesu, następnie po spolimeryzowaniu i skrystalizowaniu zawartości formy odlew schładza się, zaś uzyskany wyrób odformowuje się, istota rozwiązania polega na tym, że w czasie procesu polimeryzacji w ogrzewanej formie kontroluje się temperaturę polimeru w odległości kilku milimetrów, korzystnie 5 mm, od ścianki formy i wyłącza się ogrzewanie formy w momencie, gdy temperatura mieszaniny reakcyjnej, mierzona w wyżej określonej

165 663 odległości od ścianki formy, osiągnie przedział od 150°C do 160^oC, korzystnie przedział od 155°C do 160°C.

Sposób według wynalazku zapewnia bardziej równomierny łagodny przebieg polimeryzacji w całej masie mieszaniny reakcyjnej zawartej w formie. Podobna równomierność zachodzi również w czasie krystalizacji polimeru. Dzięki temu zmniejszanie się objętości odlewu wskutek krystalizacji polimeru zachodzi jednocześnie w całej formie w przybliżeniu równomiernie, co zmniejsza do minimum napężenia wewnętrzne oraz wydatnie zmniejsza powstawanie jamy usadowej. Przy prawidłowo prowadzonym procesie polimeryzacji kaprolaktamu sposobem według wynalazku nie obserwuje się praktycznie występowaniajamy usadowej, a tylko niewielkie wgłębienie.

Nieoczekiwanie okazało się, że znaczna różnica temperatur między mieszaniną reakcyjną a ściankami zapełnionej nią formy powoduje gwałtowny przebieg polimeryzacji w kierunku od ścianek formy do wnętrza odlewu. Po pewnym czasie indukcji, zależnym od warunków procesu takich jak czystość monomeru, stężenie układu katalizującego, powoduje to gwałtowny wzrost lepkości mieszaniny reakcyjnej, który w pierwszej kolejności następuje przy ściankach formy, a następnie w jej wnętrzu. Stwierdzono, że to gwałtowne wyraźne zwiększenie się lepkości mieszaniny reakcyjnej następuje w określonym zakresie temperatur, powodując niekorzystny w skutkach efekt przegrzewania się odlewów przy ściankach formy. Wyłączenie ogrzewania formy w odpowiednim momencie zapobiega temu przegrzewaniu odlewów, a jednocześnie powoduje bardziej równomierny przebieg procesu polimeryzacji i krystalizacji polimeru w formie. Po wyłączeniu ogrzewania formy dalszy wzrost temperatury mieszaniny reakcyjnej, niezbędny dla właściwego przebiegu procesu polimeryzacji i krystalizacji jest rezultatem wydzielającego się ciepła wskutek egzotermicznej polimeryzacji monomeru oraz egzotermicznej krystalizacji polimeru. Stosowanie sposobu według wynalazku wymaga precyzyjnej reakcji obsługi na osiągnięcie przez mieszaninę reakcyjną określonego istotą przedziału temperatur wyznaczającego moment wyłączenia ogrzewania formy z uwagi na gwałtowny przebieg i krótki okres czasu trwania procesu.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony na przedstawionym poniżej przykładzie realizacji sposobu według wynalazku.

Przykład. W ogrzanym reaktorze stopiono 1 kg kaprolaktamu. Po jego stopieniu podniesiono temperaturę do 110°C /383 K/ i wprowadzono inicjator reakcji di-/2-metoksyetoksy/dikaprolaktamoglinian sodowy /nazwa handlowa Dilaktamat/ w ilości 13 ml /0,3% mol./. Mieszaninę reakcyjną dokładnie wymieszano i podniesiono temperaturę do 130°C /403K7. W tej temperaturze wprowadzono 1,9 ml /0,15% mol./ 2,4-diizocyjanianu tolilenu /TDI jako aktywatora i ponownie dokładnie wymieszano. Tak przygotowaną mieszaninę reakcyjną przelano do formy nagrzanej do temperatury 170°C /443K/. Od tego momentu rozpoczął się samoistny, egzotermiczny proces polimeryzacji. Obserwując polimeryzację w formie zwracano szczególną uwagę na temperaturę mieszaniny reakcyjnej i związaną z nią lepkość polimeru, kontrolując temperaturę mieszaniny w odległości 5 mm od ścianki formy. W momencie, gdy temperatura mieszaniny reakcyjnej mierzona w odległości 5 mm od ścianek formy osiągnęła poziom 155°C wyłączono ogrzewanie formy. Po przekroczeniu tej temperatury nastąpił wyraźny wzrost lepkości mieszaniny reakcyjnej /konsystencja lepkiego miodu/. Dalszy wzrost temperatury mieszaniny reakcyjnej, niezbędny dla właściwego przebiegu procesu był rezultatem wydzielającego się ciepła egzotermicznej polimeryzacji monomeru oraz egzotermicznej krystalizacji polimeru. Po zakończeniu procesu odlew schłodzono i odformowano.

Wynikiem takiego postępowania był łagodniejszy przebieg polimeryzacji, bardziej równomierny w całej masie. Nie wystąpił przy tym efekt przegrzewania odlewów przy ściankach formy. Również krystalizacja polimeru w takich warunkach zachodziła bardziej równomiernie, w przybliżeniu w całej masie jednocześnie. Wskutek powyższego zmniejszenie objętości odlewu spowodowane krystalizacją polimeru zachodziło jednocześnie ze wszystkich stron, co zminimalizowało naprężenia wewnętrzne. Przy prawidłowo prowadzonym procesie polimeryzacji nie zaobserwowano praktycznie jamy usadowej, a tylko niewielkie wgłębienie.

165 663

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób prowadzenia anionowej polimeryzacji kaprolaktamu podczas wytwarzania odlewów poliamidowych w formach metodą odlewania swobodnego, w którym do stopionego monomeru wprowadza się inicjator, a następnie aktywator, po czym uzyskaną mieszaninę reakcyjną przelewa się do formy, nagrzanej do odpowiedniej temperatury, ogrzewanej w czasie procesu, po czym po spolimeryzowaniu i skrystalizowaniu zawartości formy odlew schładza się, zaś uzyskany wyrób odformowuje się, znamienny tym, że w czasie procesu polimeryzacji w ogrzewanej formie kontroluje się temperaturę polimeru w odległości kilku milimetrów, korzystnie 5 mm, od ścianki formy i wyłącza się ogrzewanie formy w momencie, gdy temperatura mieszaniny reakcyjnej mierzona w wyżej określonej odległości od ścianki formy osiągnie przedział od 150°C do 160°C, korzystnie przedział od 155°C do 160°C.