WO2011065346A1 - ポリアミドの製造方法 - Google Patents

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WO2011065346A1
WO2011065346A1 PCT/JP2010/070857 JP2010070857W WO2011065346A1 WO 2011065346 A1 WO2011065346 A1 WO 2011065346A1 JP 2010070857 W JP2010070857 W JP 2010070857W WO 2011065346 A1 WO2011065346 A1 WO 2011065346A1
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dicarboxylic acid
polyamide
reaction
mpag
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PCT/JP2010/070857
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菊地 稔
克巳 篠原
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三菱瓦斯化学株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/26Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/265Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids from at least two different diamines or at least two different dicarboxylic acids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08G69/26Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/28Preparatory processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L77/00Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L77/06Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a polyamide obtained by polycondensing a dicarboxylic acid component and a diamine component in the absence of a solvent. More specifically, a method for producing an efficient and homogeneous polyamide when polycondensation is carried out using a diamine component containing paraxylylenediamine and a dicarboxylic acid component using a batch reactor equipped with a condenser. About.
  • a general polyamide production method uses nylon salt or an aqueous solution thereof as a feedstock, and in a batch system, the aqueous nylon salt solution is heated under pressure in a single reaction tank, and polymerization is performed in a uniform phase while suppressing distillation of the diamine component. Then, after fixing the diamine component, the water vapor in the system is gradually released, and finally the pressure is reduced to normal pressure or reduced pressure to complete the polymerization. At this time, it is common to use an aqueous solution of about 50 wt% nylon salt as a feedstock, but a large amount of water and condensed water as a solvent must be removed.
  • Patent Document 3 discloses a polymerization method in which nylon salt and an aqueous solution of nylon salt are not used as a feedstock, and a reaction is performed by dropping a diamine component containing a small amount of water into a dicarboxylic acid component at a temperature of 220 ° C. or lower under normal pressure.
  • Patent Documents 4 and 5 disclose a method in which a diamine component is dropped into a dicarboxylic acid component under normal pressure and reacted. Although these methods are technically and economically advantageous, there are problems associated with adding the diamine component to the dicarboxylic acid component under normal pressure.
  • the dicarboxylic acid component in the molten state has sublimability, and the sublimate of the dicarboxylic acid component adheres to the ceiling of the polymerization apparatus.
  • the inner walls of various pipes connected to the upper part of the polymerization apparatus for example, the inlet for additives, the addition port for diamine components, and pipes for leading steam mainly composed of condensed water generated by the polymerization reaction from the reaction tank to the condenser.
  • a sublimate of a dicarboxylic acid component also adheres to the inner wall and the inside of the condenser. Most of the attached sublimation product of the dicarboxylic acid component is dissolved and washed by the vapor of condensed water generated during the polymerization reaction.
  • the sublimate of the dicarboxylic acid component is generated not only when the molten dicarboxylic acid component is present alone in the polymerization apparatus, but also during the addition step of the diamine component in which the dicarboxylic acid component is not sufficiently fixed.
  • the sublimate of the dicarboxylic acid component adhering to the inside of the polymerization apparatus reacts with the diamine component entrained by the condensed water vapor generated by the polycondensation reaction to produce a nylon salt or oligomer.
  • the salt composed of metaxylylenediamine and dicarboxylic acid has low solubility in water, so as the content of paraxylylenediamine in the diamine component increases, What is not dissolved increases.
  • the amidation reaction proceeds to become an oligomer, and the solubility in water decreases.
  • the pipe and the condenser that lead the vapor mainly composed of condensed water generated by the polymerization reaction from the reaction tank to the condenser are the most deposited nylon salt or oligomer in the part of the polymerization equipment. These pipes and partial condensers are blocked, and continuous batch production cannot be performed.
  • Patent Document 6 discloses a method in which a total amount of a diamine component is added to a dicarboxylic acid component in a very short time and reacted under pressure. This method involves various disadvantages because the total amount of the diamine component is added in a very short time. In this method, it is necessary to take measures for avoiding foaming, liquid level fluctuation, solidification of the polymer due to latent heat of evaporation of the water, distillation of the monomer, etc. due to the condensed water generated in a large amount in a short time.
  • a high pressure is required for the pressure, and in the process of decreasing the pressure in order to proceed with the polymerization, it takes a long time to reduce the pressure while suppressing foaming, and during that time, the polyamide is exposed to a high temperature and the polyamide molecules are oxidized. Deterioration is accelerated and yellowing is likely.
  • a large amount of condensed water generated in a short time is removed, and the temperature of the entire reaction system is maintained so that a fluid state can be maintained. There are many technical and economic issues such as the installation of heating means.
  • Patent Document 6 discloses a method for producing a polyamide obtained by polycondensation of a dicarboxylic acid component and a diamine component under pressure, with respect to the step of decreasing the pressure to proceed polymerization, after the polycondensation under pressure is completed.
  • a method for lowering is disclosed. In this method, the polyamide is exposed to a high temperature while the pressure is lowered, and the oxidative degradation of the polyamide molecules is promoted and easily yellowed. After adding the entire amount of the diamine component to the dicarboxylic acid component, the desired degree of polymerization is reached in a short time. It is desirable to make it reach.
  • Patent Document 6 does not disclose a method for reducing the pressure while avoiding monomer distillation during the polycondensation, that is, during the step of adding the diamine component to the dicarboxylic acid component.
  • Patent Document 7 discloses a method of lowering the paraxylylenediamine concentration in the diamine in the latter half of the reaction when the reaction is carried out by adding a diamine component containing metaxylylenediamine and paraxylylenediamine to adipic acid. ing.
  • this method it is necessary to prepare diamines having different compositions, so that not only the number of equipment increases, but also switching operation of diamine to be added during the reaction becomes complicated and the operation becomes complicated, so it is difficult to say that it is an efficient method. . Therefore, when polycondensation is performed using a diamine component containing paraxylylenediamine and a dicarboxylic acid component, a method for producing an efficient and homogeneous polyamide has been desired.
  • An object of the present invention is to provide a polyamide batch-wise production method in which a diamine component containing paraxylylenediamine and a dicarboxylic acid component are polycondensed using a batch reactor equipped with a condenser. It is an object to provide a method for producing a particularly advantageous polyamide.
  • the inventors of the present invention have used a batch reactor equipped with a condenser, and a dicarboxylic acid component containing a diamine component containing 20 mol% or more of xylylenediamine containing 70 mol% or more of xylylenediamine. Addition of diamine component under pressure while maintaining the whole reaction system in a flow-type production process for polyamide to be added and polycondensed, and to reduce the pressure during a specific molar ratio while continuing the addition Thus, a method for producing an economically and quality advantageous polyamide was found and the present invention was completed.
  • the present invention uses a batch reactor equipped with a condenser, and a diamine component containing 70 mol% or more of xylylenediamine containing 20 mol% or more of paraxylylenediamine and a dicarboxylic acid component are not present in the absence of a solvent.
  • the present invention relates to a method for producing a polyamide obtained by polycondensation below, which comprises the following steps (1) to (3).
  • the diamine component is continuously added to the dicarboxylic acid component until the molar ratio (B / A) of the diamine component (B) to the charged dicarboxylic acid component (A) is 0.60 while the entire system is maintained in a fluid state.
  • the step (3) of intermittent addition maintains the fluid state of the entire reaction system, and the diamine component (A) with respect to the charged dicarboxylic acid component (A) is added continuously or intermittently to the dicarboxylic acid component.
  • the method for producing a polyamide of the present invention brings about the following effects.
  • (Ii) Nylon salts and oligomers can be prevented from adhering to the reaction system, and distilling out of the diamine component can be suppressed. Therefore, it is extremely easy to control the molar balance, that is, control the degree of polymerization. Polyamide is obtained.
  • dicarboxylic acid component used in the production method of the present invention examples include aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid and dodecanedioic acid;
  • aromatic dicarboxylic acids such as acid, isophthalic acid, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, and among them, adipic acid is preferable in view of practical properties of the obtained polyamide.
  • the dicarboxylic acid component is preferably a dicarboxylic acid containing 70 mol% or more of adipic acid, more preferably a dicarboxylic acid containing 90 mol% or more.
  • the diamine component used in the production method of the present invention is a diamine containing xylylenediamine in an amount of 70 mol% or more, preferably 90 mol% or more in view of the practical physical properties of the resulting polyamide.
  • xylylenediamine contains 20 mol% or more, preferably 30 mol% or more of paraxylylenediamine in view of the crystallinity of the resulting polyamide.
  • the xylylenediamine is preferably composed of two components, metaxylylenediamine and paraxylylenediamine.
  • the amount of paraxylylenediamine in the xylylenediamine is preferably 20 to 65 mol%, more preferably 30.
  • diamine components include aliphatic groups such as tetramethylene diamine, pentamethylene diamine, hexamethylene diamine, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, and 1,10-diaminodecane.
  • Aromatic diamines such as diamine, metaphenylene diamine, and paraphenylene diamine, and alicyclic diamines such as 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, 1,4-bis (aminomethyl) cyclohexane, etc. are included in the total diamine. It can be used in the range of mol% or less.
  • the polyamide-forming component other than the diamine component and the dicarboxylic acid component is not particularly limited, but a lactam such as caprolactam, valerolactam, laurolactam, and undecalactam; an aminocarboxylic acid such as 11-aminoundecanoic acid and 12-aminododecanoic acid These may include one or two or more of these.
  • Phosphorus compounds can be added to the polyamide due to the coloring properties during melt polymerization.
  • hypophosphorous acid compounds such as hypophosphorous acid and hypophosphite
  • phosphorous acid compounds such as phosphorous acid, phosphite and phosphorous acid ester
  • phosphoric acid compounds such as phosphoric acid, phosphate and phosphoric acid ester, etc.
  • hypophosphites include potassium hypophosphite, sodium hypophosphite, calcium hypophosphite, magnesium hypophosphite, manganese hypophosphite, nickel hypophosphite, cobalt hypophosphite and the like.
  • phosphites include potassium phosphite, sodium phosphite, calcium phosphite, magnesium phosphite, manganese phosphite, nickel phosphite, cobalt phosphite and the like.
  • Phosphite esters include methyl phosphite, phosphite Examples include phosphoric acid ethyl ester, phosphorous acid isopropyl ester, phosphorous acid butyl ester, phosphorous acid hexyl ester, phosphorous acid isodecyl ester, phosphorous acid decyl ester, phosphorous acid stearyl ester, phosphorous acid phenyl ester, and the like.
  • Examples of the phosphate include potassium phosphate, sodium phosphate, calcium phosphate, magnesium phosphate, manganese phosphate, nickel phosphate, and cobalt phosphate.
  • Examples of the phosphate ester include phosphoric acid methyl ester, phosphoric acid ethyl ester, phosphoric acid isopropyl ester, and phosphoric acid butyl ester. And hexyl phosphate, isodecyl phosphate, decyl phosphate, stearyl phosphate, and phenyl phosphate. These phosphorus compounds may be used alone or in combination.
  • Examples of the method of adding these phosphorus compounds include a method of adding to a diamine component or dicarboxylic acid component which is a raw material of polyamide, a method of adding during the reaction, and the like, but the present invention is not limited thereto.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Polyamide is produced in the absence of a solvent because of its economical advantage.
  • “in the absence of a solvent” means not to exclude the presence of a small amount of solvent that does not affect the effect of the present invention as well as the absence of a solvent.
  • the batch-type reaction tank in the present invention is equipped with a pressure reducer and, if necessary, a stirrer, and has a pressure-resistant design. Moreover, in order to suppress the distillation of a diamine component and a dicarboxylic acid component, it is desirable to include a voltage divider that can control the temperature of the heat transfer surface.
  • the molar balance of charging is arbitrarily selected.
  • the method for adjusting the molar balance of charging is, for example, measuring a dicarboxylic acid component in a molten state with a melting tank and supplying it to a reaction tank, and then measuring the diamine component entering the storage tank with a mass measuring instrument.
  • the method of supplying a component to a reaction system can be illustrated.
  • a mass meter such as a load cell or a balance can be suitably used.
  • the method for producing a polyamide of the present invention includes the following steps (1) to (3).
  • Step (1) the dicarboxylic acid component is charged into the reaction vessel, and then the pressure in the reaction vessel is increased to a pressure of 0.2 MPaG or more.
  • step (1) the dicarboxylic acid component is charged into the reaction vessel, and then the pressure in the reaction vessel is increased to a pressure of 0.2 MPaG or more.
  • the dicarboxylic acid component Prior to charging the dicarboxylic acid component into the reaction vessel for the purpose of avoiding oxidative coloring of the polyamide, it is desirable to sufficiently replace the inside of the reaction vessel with an inert gas such as nitrogen in advance. Further, when the dicarboxylic acid component is melted, it is preferably carried out in an inert gas atmosphere. Even if the dicarboxylic acid component is heated above its melting point in the reaction tank to be in a molten state, it is heated in a dedicated melting tank different from the reaction tank to be in a molten state and then charged into the reaction tank in a molten state. Either method is acceptable. From the viewpoint of increasing the utilization efficiency of the reaction tank, it is preferable to use a dedicated melting tank.
  • the step of pressurizing the pressure in the reaction tank to a pressure of 0.2 MPaG or more may be completed before the addition of the diamine component to the dicarboxylic acid component in the reaction tank is started.
  • Pressurization in the reaction tank can be performed with an inert gas such as nitrogen or water vapor.
  • the pressure in the reaction vessel varies depending on the diamine component and dicarboxylic acid component to be used, it is preferable to select from the range of 0.2 to 0.4 MPaG from the above viewpoint.
  • Step (2) the pressure in the reaction vessel is maintained at 0.2 MPaG or more, preferably in the range of 0.2 to 0.4 MPaG, and the whole reaction system is maintained in a fluid state while the charged dicarboxylic acid is charged.
  • the diamine component is continuously or intermittently added to the dicarboxylic acid component until the molar ratio (B / A) of the diamine component (B) to the acid component (A) reaches 0.60.
  • the pressure of 0.2 MPaG or more is maintained. From the viewpoint of suppressing a large amount of the diamine component from being extracted to the outside of the system, the pressure within the above pressure range is used.
  • the predetermined pressure reached in step (1) may be kept constant at a pressure within the above pressure range. .
  • the pressure may be controlled to be constant.
  • Constant pressure does not need to be completely constant as long as the effect of the present invention is exhibited, and includes a thing with some variation.
  • the mole fraction of the diamine component and dicarboxylic acid component in the gas phase decreases, and the evaporation amount of the diamine component and dicarboxylic acid component decreases accordingly. Or the adhesion deposit amount of an oligomer is suppressed. Further, the gas temperature in the gas phase and the temperature of the internal reflux liquid mainly composed of the diamine component are increased, and the oligomer is melted. Therefore, the internal reflux liquid is effectively cleaned, and the amount of deposited oligomer is suppressed. In addition, when the saturated water vapor pressure increases, the dew point temperature of water increases, and the solubility of nylon salt in water increases accordingly.
  • nylon salts and oligomers adhering to the reaction system during the reaction are suppressed, and washing is effectively performed with condensed water generated by the polycondensation reaction between the diamine component and the dicarboxylic acid component, thereby suppressing adhesion.
  • washing is effectively performed with condensed water generated by the polycondensation reaction between the diamine component and the dicarboxylic acid component, thereby suppressing adhesion.
  • the dicarboxylic acid is preferably heated to a temperature of 150 ° C. or higher, which is the temperature at which the amidation reaction proceeds, and the oligomer and / or low molecular weight polyamide produced as an intermediate It is preferable that is in a molten state and the entire reaction system is maintained in a fluid state.
  • the addition is more preferably performed at a temperature usually selected from 180 to 340 ° C.
  • the rate of temperature rise depends on the heat of the amidation reaction, the latent heat of vaporization of the condensed water, the heat of supply, etc., so the addition rate of the diamine component is adjusted in a timely manner. Less than (+ 35 ° C.), more preferably less than (melting point + 15 ° C.), more desirably (melting point + 5 ° C.) or more and less than (melting point + 10 ° C.).
  • the melting point in the present invention refers to an endothermic peak temperature due to the heat of crystal fusion observed by a differential scanning calorimeter (DSC) measurement or the like, and the melting point of the reaction system can be confirmed by appropriately measuring by DSC or the like.
  • the specific operation of adding the diamine component in the present invention is to stir the dicarboxylic acid component in a molten state in the reaction vessel, continuously or intermittently add the diamine component, and preferably sequentially increase the temperature of the reaction mixture.
  • the temperature is raised to the above temperature, and the whole reaction system is maintained in a fluid state.
  • the addition rate of the diamine component in the present invention is appropriately selected so that the foaming accompanying the condensed water generated in the polycondensation reaction can be suppressed, and the time required for the addition of the diamine component. It is preferably 30 minutes or longer and within 4 hours, more preferably 60 minutes or longer and within 2 hours. When added in a very short time, it is economically advantageous, but the liquid level rises due to foaming accompanying condensed water generated in a short amount of time, and the polymer adheres to the side surface of the reaction tank or the stirring blade. These are not melted in subsequent batches, and the amount of adhesion increases with each batch and the heat history is received.
  • the addition time is generally preferably within 4 hours.
  • the total addition time may be the same as the addition time in the said continuous addition.
  • the condensed water produced as the reaction proceeds is distilled out of the reaction system through a partial condenser and further a cooler.
  • the steam side outlet temperature of the partial condenser is controlled to 155 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing the amidation reaction inside the partial condenser.
  • the steam side outlet temperature of the partial condenser is preferably controlled to 155 ° C. or lower in the reaction step after step (3) or step (3) described later, and is preferably 155 ° C. or lower and the dew point temperature of water. It is more preferable that the temperature is controlled in the range of + 5 ° C. or less.
  • a diamine component distilled out of the reaction system as a vapor together with the condensed water, a dicarboxylic acid component distilled off by evaporation, and the like are separated from water vapor by a partial condenser and returned to the reaction tank again.
  • the amidation reaction of nylon salt or oligomer that is not dissolved in the reflux liquid (condensed water or diamine component) proceeds in the partial condenser. Since it is polymerized, it becomes more difficult to dissolve in the reflux liquid.
  • the number of batches is increased, the amount of polymer inside the reducer increases, causing blockage inside the reducer and making continuous batch production difficult.
  • the steam side outlet of the condenser is used in step (2), step (3), and further in the reaction step after step (3). It is desirable to set the temperature to 155 ° C. or lower and control the temperature within the range of the dew point temperature of water to the temperature + 5 ° C. or lower.
  • the steam side outlet temperature of the partial condenser is much higher than the dew point temperature of water, the reflux liquid amount of the partial condenser is reduced, so that the cleaning effect of the nylon salt or oligomer adhering to the partial condenser cannot be expected. There is.
  • the steam side outlet temperature of the partial condenser is adjusted to 143 ° C. to 148 ° C.
  • step (3) the reaction system as a whole is maintained in a fluid state, and the diamine component (B) is added to the dicarboxylic acid component (A) while the diamine component is continuously or intermittently added to the dicarboxylic acid component. While the ratio (B / A) is 0.60 to 0.95, the pressure in the reaction vessel is decreased to less than 0.2 MPaG, preferably 0.1 MPaG or less. At this time, it is preferable to select a pressure drop rate that does not exceed the condensing capacity of the partial condenser.
  • the separation efficiency of the condensing unit is reduced, and it is difficult to avoid distilling a large amount of the diamine component out of the reaction system. Can be difficult.
  • the molar ratio (B / A) is 0.60 to 0.95.
  • the molar fraction of the component and the dicarboxylic acid component is increased, and accordingly, the evaporation amount of the diamine component and the dicarboxylic acid component is increased, and the deposition amount of the nylon salt or oligomer in the reaction system is increased.
  • the pressure drop starts when the molar ratio (B / A) is higher than 0.95, the molten polymer thickens, so the liquid level rises greatly with foaming. Polymer adheres. Since these are not melted in the next batch and remain in the reaction tank, the amount of adhesion increases each time the number of batches is increased, and a heat history is received. In addition to problems such as breakage of the stirring blade.
  • the dew point temperature of water decreases as the pressure in the system decreases, it is more preferable to control the steam side outlet temperature of the condenser to a temperature in the range of the temperature + 5 ° C. or less from the dew point temperature of water.
  • the whole reaction system is maintained in a fluid state, and is preferably maintained at a pressure at the end of the addition of the diamine component for 5 minutes or more and 3 hours or less, preferably 10 minutes or more and 1 hour or less. More preferably.
  • the reaction rate of the diamine component that is, the immobilization rate is extremely fast.
  • a considerable amount of carboxyl groups is consumed at the end of the addition, and the immobilization rate of the diamine component is extremely slow compared to the initial stage of addition.
  • the increase in the degree of polymerization lowers the stirring efficiency of the reaction mixture, which is further disadvantageous for immobilizing the diamine component.
  • the diamine component that has not been immobilized is present in the reaction mixture or in the gas phase in the reaction system, or the condensed diamine component is added to the reaction mixture again. After completing the addition of the diamine component, the diamine component is fixed by holding the pressure at the end of the addition of the diamine component for at least 5 minutes, and the molar balance of the preparation is accurately reproduced in the polyamide molar balance. Is done.
  • maintains a pressure is dependent on the condition of fixation of a diamine component, it cannot be said unconditionally. However, holding more than necessary after immobilization of the diamine component is meaningless, and may cause inconveniences such as an increase in heat history and a decrease in productivity. Accordingly, the holding time is generally preferably within 3 hours.
  • the pressure in the reaction vessel is reduced to atmospheric pressure or lower at a pressure reduction rate of 0.1 to 1.0 MPa / hour. At that time, it is preferable to lower the pressure to a reduced pressure, preferably 80 kPa or less, to distill off the water vapor present in the gas phase portion out of the reaction system, and to further increase the degree of polymerization using amidation equilibrium. During the pressure drop, the entire reaction system maintains a fluid state. In the process of lowering the pressure in the reaction vessel, a pressure reduction rate at which foaming of the produced polyamide is suppressed is selected.
  • the pressure decreasing rate is preferably in the range of 0.3 to 0.6 MPa / hour, and more preferably in the range of 0.4 to 0.5 MPa / hour.
  • the reaction vessel When the obtained polyamide is discharged from the reaction vessel after the pressure drop, the reaction vessel is usually pressurized. In this case, it is preferable to use an inert gas such as nitrogen. According to the present invention, since there is little adhesion of nylon salt or oligomer in the reaction tank after discharge, the reaction of the next batch can be continued, so that continuous batch production is possible.
  • a polyamide having a higher molecular weight can be produced by performing solid phase polymerization using the polyamide obtained by the present invention as a raw material and further proceeding with the polymerization. Further, the polyamide obtained by the present invention can be supplied to a continuous polymerization machine in a molten state, and the polymerization can be further advanced to produce a higher molecular weight polyamide.
  • the polyamide obtained by the present invention can be blended with other resins such as nylon 6, nylon 66, nylon 6,66, polyester, olefin, etc., as long as the purpose is not impaired.
  • Agents Glass flakes, talc, kaolin, mica, montmorillonite, plate-like inorganic fillers such as organic clay, impact modifiers such as various elastomers, crystal nucleating agents; fatty acid amides, fatty acid metal salts, etc.
  • Lubricants Copper compounds, organic or inorganic halogen compounds, hindered phenols, hindered amines, hydrazines, sulfur compounds, phosphorus compounds, and other antioxidants; heat stabilizers, anti-coloring agents, benzotriazoles, etc.
  • Additives such as UV absorbers, mold release agents, plasticizers, colorants, flame retardants, and compounds that provide oxygen scavenging ability
  • Anti-gelling compound and a polyamide resin containing a cobalt metal may be added an additive of an alkali compound such as for the purpose of that.
  • Terminal carboxyl group concentration Polyamide resin 0.3 to 0.5 g was precisely weighed and dissolved in 30 cc of benzyl alcohol with stirring at 160 to 180 ° C. in a nitrogen stream.
  • YI 100 (1.28X-1.06Z) / Y (5)
  • Amount of distilled xylylenediamine distilled away Using gas chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation, GC-2010), the mixed xylylenediamine concentration in the condensed water distilled out of the reaction system during production was measured. The mixed xylylenediamine distillate amount was calculated from the weight of the condensed water.
  • Adipic acid (purity: purity: precisely) in a 50 liter stainless steel reaction vessel with a jacket equipped with a partial condenser, a full condenser, a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe and a diamine dropping port through which temperature-controlled oil flows. (99.85 wt%) 15.000 kg was charged and sufficiently purged with nitrogen. A heating medium at 300 ° C. was passed through the jacket to start the temperature rise, and adipic acid was dissolved while stirring to make it flow. Meanwhile, supply of nitrogen was started in the reaction tank, and the pressure in the reaction tank was increased to 0.30 MPaG.
  • the temperature is continuously increased and the heating is adjusted so that the liquid temperature at the end of the dripping of the mixed xylylenediamine is 265 ° C., and the steam distilled is cooled. It was condensed through a vessel and removed from the reaction system. After completion of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine, the temperature rising rate was increased at 0.2 ° C./min with continued stirring, and the pressure in the reaction vessel was maintained at 0.06 MPaG for 15 minutes. Further, the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 8 minutes.
  • the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and then cut into a pellet shape to obtain a polyamide having a YI of ⁇ 6 in an amorphous state.
  • the end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.994, and the number average molecular weight was 15,500.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system it was 10 g. When the conditions inside the reactor and the inside of the condenser were observed, no deposits such as nylon salts or oligomers were observed.
  • the total process time from the start of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine to the start of the discharge of the polymer was 2 hours and 21 minutes.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, 10.998 kg of mixed xylylenediamine (purity: 99.95 wt%) was continuously added dropwise over 1 hour, and the molar ratio (B / A) reached 0.788. During this time, the pressure in the reaction vessel was controlled at 0.30 MPaG, and the steam temperature at the outlet side of the partial condenser was controlled at 144 to 147 ° C. Thereafter, 2.896 kg of mixed xylylenediamine was continuously added dropwise over 50 minutes, while the molar ratio (B / A) was 0.866 to 0.949 at a rate of 0.72 MPa / hour over 20 minutes.
  • the pressure was reduced from 0.30 MPaG to 0.06 MPaG, and the pressure was maintained at 0.06 MPaG until the end of dropping.
  • the vapor outlet temperature of the condenser was controlled at a temperature in the range from the dew point of water to the temperature + 5 ° C or lower. While the mixed xylylenediamine is continuously dripped, the temperature is continuously increased and the heating is adjusted so that the liquid temperature at the end of the dripping of the mixed xylylenediamine is 265 ° C., and the steam distilled is cooled. It was condensed through a vessel and removed from the reaction system.
  • the temperature rising rate was increased at 0.2 ° C./min with continued stirring, and the pressure in the reaction vessel was maintained at 0.06 MPaG for 15 minutes. Further, the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 8 minutes. Thereafter, the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and then cut into a pellet shape to obtain a polyamide having a YI of ⁇ 6 in an amorphous state. The end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.994, and the number average molecular weight was 15,500.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system it was 10 g.
  • the total process time from the start of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine to the start of the discharge of the polymer was 2 hours and 21 minutes.
  • Adipic acid (purity: purity: precisely) in a 50 liter stainless steel reaction vessel with a jacket equipped with a partial condenser, a full condenser, a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe and a diamine dropping port through which temperature-controlled oil flows. (99.85 wt%) 15.000 kg was charged and sufficiently purged with nitrogen. A heating medium at 300 ° C. was passed through the jacket to start the temperature rise, and adipic acid was dissolved while stirring to make it flow. Meanwhile, supply of nitrogen was started in the reaction tank, and the pressure in the reaction tank was increased to 0.30 MPaG.
  • the temperature is continuously increased and the heating is adjusted so that the liquid temperature at the end of the dripping of the mixed xylylenediamine is 265 ° C., and the steam distilled is cooled. It was condensed through a vessel and removed from the reaction system. After completion of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine, the temperature rising rate was increased at 0.2 ° C./min with continued stirring, and the pressure in the reaction vessel was maintained at 0.12 MPaG for 15 minutes. Further, the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 8 minutes.
  • the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and then cut into a pellet shape to obtain a polyamide having a YI of ⁇ 6 in an amorphous state.
  • the end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.994, and the number average molecular weight was 15,600.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system it was 11 g. When the conditions inside the reactor and the inside of the condenser were observed, no deposits such as nylon salts or oligomers were observed.
  • the total process time from the start of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine to the start of the discharge of the polymer was 2 hours and 27 minutes.
  • Example 4 In the same manner as in Example 3, 8.422 kg of mixed xylylenediamine (purity: 99.95 wt%) was continuously added dropwise over 47 minutes, and the molar ratio (B / A) reached 0.603. During this time, the pressure in the reaction vessel was controlled at 0.30 MPaG, and the outlet side steam temperature of the partial condenser was controlled at 144 to 147 ° C. Thereafter, 5.474 kg of mixed xylylenediamine was continuously added dropwise over 63 minutes, while the molar ratio (B / A) was from 0.603 to 0.945 at a rate of 0.22 MPa / hour over 55 minutes.
  • the pressure was reduced from 0.30 MPaG to 0.10 MPaG, and the pressure was maintained at 0.10 MPaG until the end of dropping.
  • the vapor outlet temperature of the condenser was controlled at a temperature in the range from the dew point of water to the temperature + 5 ° C or lower. While the mixed xylylenediamine is continuously dripped, the temperature is continuously increased and the heating is adjusted so that the liquid temperature at the end of the dripping of the mixed xylylenediamine is 265 ° C., and the steam distilled is cooled. It was condensed through a vessel and removed from the reaction system.
  • the temperature rising rate was increased at 0.2 ° C./min with continued stirring, and the pressure in the reaction vessel was maintained at 0.10 MPaG for 15 minutes. Further, the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 8 minutes. Thereafter, the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and then cut into a pellet shape to obtain a polyamide having a YI of ⁇ 6 in an amorphous state. The end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.994, and the number average molecular weight was 15,700.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system was measured and found to be 9 g. No deposits such as nylon salts or oligomers were observed.
  • the total process time from the start of the dropwise addition of mixed xylylenediamine to the start of polymer discharge was 2 hours and 25 minutes.
  • Adipic acid (purity: purity: precisely) in a 50 liter stainless steel reaction vessel with a jacket equipped with a partial condenser, a full condenser, a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe and a diamine dropping port through which temperature-controlled oil flows. (99.85 wt%) 15.000 kg was charged and sufficiently purged with nitrogen. A heating medium at 300 ° C. was passed through the jacket to start the temperature rise, and adipic acid was dissolved while stirring to make it flow. Meanwhile, supply of nitrogen was started in the reaction tank, and the pressure in the reaction tank was increased to 0.30 MPaG.
  • the temperature is continuously increased and the heating is adjusted so that the liquid temperature at the end of the dripping of the mixed xylylenediamine is 265 ° C., and the steam distilled is cooled. It was condensed through a vessel and removed from the reaction system. After completion of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine, the temperature rising rate was increased at 0.2 ° C./min with continued stirring, and the pressure in the reaction vessel was maintained at atmospheric pressure for 15 minutes. Further, the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 8 minutes.
  • the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and cut into pellets to obtain a polyamide having a YI of ⁇ 7 in an amorphous state.
  • the end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.993, and the number average molecular weight was 15,100.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system was measured and found to be 13 g. When the conditions inside the reactor and the inside of the condenser were observed, no deposits such as nylon salts or oligomers were observed.
  • the total process time from the start of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine to the start of the discharge of the polymer was 1 hour 45 minutes.
  • Adipic acid (purity: purity: precisely) in a 50 liter stainless steel reaction vessel with a jacket equipped with a partial condenser, a full condenser, a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe and a diamine dropping port through which temperature-controlled oil flows. (99.85 wt%) 15.000 kg was charged and sufficiently purged with nitrogen. A heating medium of 320 ° C. was flowed through the jacket to start the temperature rise, and adipic acid was dissolved and brought into a fluid state while stirring. Meanwhile, supply of nitrogen into the reaction vessel was started, and the pressure in the reaction vessel was increased to 0.40 MPaG.
  • the temperature is continuously raised to adjust the heating so that the liquid temperature at the end of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine is 285 ° C., and the distilled steam is cooled. It was condensed through a vessel and removed from the reaction system. After completion of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine, the temperature rising rate was increased at 0.2 ° C./min with continued stirring, and the pressure in the reaction vessel was maintained at 0.07 MPaG for 15 minutes. Further, the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 5 minutes.
  • the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and then cut into a pellet shape to obtain a polyamide in which the YI was -3.
  • the end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.994, and the number average molecular weight was 15,500.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system was measured and found to be 9 g. When the conditions inside the reactor and the inside of the condenser were observed, no deposits such as nylon salts or oligomers were observed.
  • the total process time from the start of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine to the start of the discharge of the polymer was 2 hours and 19 minutes.
  • ⁇ Comparative Example 1> Adipic acid (purity: purity: precisely) in a 50 liter stainless steel reaction vessel with a jacket equipped with a partial condenser, a full condenser, a stirrer, a nitrogen gas introduction pipe and a diamine dropping port through which temperature-controlled oil flows. (99.85 wt%) 15.000 kg was charged and sufficiently purged with nitrogen. A heating medium at 300 ° C. was passed through the jacket to start the temperature rise, and adipic acid was dissolved while stirring to make it flow. Meanwhile, supply of nitrogen was started in the reaction tank, and the pressure in the reaction tank was increased to 0.30 MPaG.
  • the temperature was continuously raised and the heating was adjusted so that the liquid temperature at the end of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine was 265 ° C.
  • the pressure in the reaction vessel was controlled at 0.30 MPaG
  • the outlet side of the condenser The steam temperature was controlled to 144 to 147 ° C., and the distilled steam was condensed through a cooler and removed out of the reaction system.
  • the temperature increase rate was increased at 0.2 ° C./min with continued stirring, and the pressure in the reaction vessel was maintained at 0.3 MPaG for 15 minutes.
  • the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 8 minutes. Thereafter, the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and then cut into a pellet shape to obtain a polyamide having a YI of ⁇ 6 in an amorphous state.
  • the end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.994, and the number average molecular weight was 15,600.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system it was 10 g.
  • the temperature is continuously increased and the heating is adjusted so that the liquid temperature at the end of the dripping of the mixed xylylenediamine is 265 ° C., and the steam distilled is cooled. It was condensed through a vessel and removed from the reaction system. After completion of the dropwise addition of the mixed xylylenediamine, the temperature rising rate was increased while continuing stirring at 0.2 ° C./min, and the pressure in the reaction vessel was maintained at 0.04 MPaG for 15 minutes. Further, the pressure was reduced to 80 kPaA at a rate of 0.6 MPa / hour and held at 80 kPaA for 8 minutes.
  • the heating was stopped, the pressure was increased with nitrogen, the strand was taken out from the nozzle at the bottom of the reaction vessel, cooled with water, and then cut into a pellet shape to obtain a polyamide having a YI of ⁇ 6 in an amorphous state.
  • the end group concentration of the obtained polyamide was quantified.
  • the molar ratio (B / A) of the polyamide was 0.990, and the number average molecular weight was 14,100.
  • the amount of mixed xylylenediamine distilled out of the reaction system it was 61 g, and the amount of the diamine component distilled out of the reaction system increased.

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Abstract

 分縮器を備えた回分式反応槽を用い、ジカルボン酸成分にパラキシリレンジアミンを20モル%以上含むキシリレンジアミンを70モル%以上含むジアミン成分を添加して重縮合させるポリアミドの回分式製造方法に関して、反応系全体が流動状態を維持しつつ加圧下でジアミン成分を添加し、添加を継続しつつ特定のモル比の間に圧力を低下させるポリアミドの製造方法であり、経済的に、且つ品質的に有利なポリアミドを提供する。

Description

ポリアミドの製造方法
 本発明はジカルボン酸成分とジアミン成分を、溶媒の非存在下に重縮合してなるポリアミドの製造方法に関する。更に詳しくは、分縮器を備えた回分式反応槽を用い、パラキシリレンジアミンを含むジアミン成分とジカルボン酸成分を用いて重縮合を行う際に、効率的、且つ均質なポリアミドを製造する方法に関する。
 一般的なポリアミドの製造方法は、ナイロン塩またはその水溶液を供給原料とし、回分式では一つの反応槽でナイロン塩水溶液を加圧下に加熱し、ジアミン成分の留出を抑えながら均一相で重合を進め、ジアミン成分を固定化した後、系内の水蒸気を徐々に放圧し、最終的に常圧もしくは減圧とし重合を完結させる。このとき、供給原料として約50wt%のナイロン塩の水溶液を用いるのが一般的であるが、溶媒である多量の水と縮合水を除去しなければならず、このとき発泡、水の蒸発潜熱によるポリマーの固化、および反応中の大きな液面変動に伴い反応槽壁面にポリアミドが付着し、熱劣化を起こす等様々な不都合を回避する為の対策が必要である。また、大量の水を除去する為に多くの熱エネルギーを必要とし、更に1回の反応で得られるポリアミド収量が少ない等、技術的にも経済的にも課題が多い。一方、ナイロン塩を供給原料とする場合(特許文献1、特許文献2)、これらの欠点はかなり改善されるが、ナイロン塩の単離、精製工程が必要であり、効率の良い方法とは言い難い。
 特許文献3には、ナイロン塩およびナイロン塩の水溶液を供給原料としない重合方法として、ジカルボン酸成分に少量の水を含んだジアミン成分を常圧下220℃以下の温度で滴下して反応を行う方法が開示されている。特許文献4、特許文献5には、ジカルボン酸成分にジアミン成分を常圧下滴下し反応させる方法が開示されている。これらの方法は技術的にも経済的にも有利であるが、ジカルボン酸成分にジアミン成分を常圧下添加することに伴う問題点がある。
 溶融状態にあるジカルボン酸成分には昇華性があり、重合装置の天井部にジカルボン酸成分の昇華物が付着する。また重合装置上部に接続された各種配管の内壁、例えば添加剤の投入口、ジアミン成分の添加口、および重合反応によって発生する縮合水を主体とする蒸気を反応槽から分縮器に導く配管の内壁、および分縮器の内部にも、ジカルボン酸成分の昇華物が付着する。付着したジカルボン酸成分の昇華物は、重合反応過程においてはその反応で発生する縮合水の蒸気によってその殆どが溶解洗浄される。ジカルボン酸成分の昇華物は、溶融ジカルボン酸成分が重合装置に単独で存在する時に発生するだけでなく、ジカルボン酸成分の固定化が不十分なジアミン成分の添加工程でも発生する。
 重合装置内に付着したジカルボン酸成分の昇華物は重縮合反応によって発生する縮合水の蒸気によって同伴されるジアミン成分と反応し、ナイロン塩もしくはオリゴマーを生成する。メタキシリレンジアミンとジカルボン酸からなる塩に比べパラキシリレンジアミンとジカルボン酸成分からなる塩は水への溶解度が低い為、ジアミン成分中のパラキシリレンジアミン含有率が増加するにつれて、縮合水で溶解されないものが増加する。バッチ数を重ねる毎にアミド化反応が進行しオリゴマーとなり、さらに水に対する溶解度は低下する。これらの付着物は長時間熱履歴を受けている為、反応中に剥落しポリマーに混入すると、フィルム、ボトル、モノフィラメント等の最終製品に成形したとき、ゲル等の品質不良を招く危険性がある。重合反応によって発生する縮合水を主体とする蒸気を反応槽から分縮器に導く配管および分縮器は重合装置の部位の中で最も多くナイロン塩もしくはオリゴマーが付着堆積する為、堆積し続けるとこれらの配管および分縮器を閉塞させ、連続した回分式生産が実施できなくなる。また、ジアミン成分とジカルボン酸成分から合成させるポリアミドにおいて、所望の重合度を達成する為にモルバランスの制御が非常に重要であるが、反応槽内の堆積量もバッチ毎に変動する為、高度なモルバランスの制御は難しくなり、ジカルボン酸成分にジアミン成分を常圧下添加する方法では均質で良好な製品を得るには多くの不都合が残されている。
 特許文献6には、ジカルボン酸成分にジアミン成分全量を非常に短い時間で添加し加圧下で反応させる方法が開示されている。この方法ではジアミン成分全量を非常に短い時間で添加する為に種々の不都合を伴う。この方法では短時間に多量に発生する縮合水に伴う発泡、液面変動、水の蒸発潜熱によるポリマーの固化、およびモノマーの留出等を回避する為の対策が必要である。特に圧力に関しては高い圧力が必要となり、重合を進めるべく圧力を低下させる工程では発泡を抑えつつ圧力を低下させる為に長時間要し、その間、ポリアミドが高温に曝されることとなりポリアミド分子の酸化劣化が促進され黄変しやすい。また、短時間に多量に発生する縮合水を除去し、反応系全体が流動状態を保持し得る温度を維持する為、短時間に多くの熱エネルギーを必要であり、生産量に対して過大な加熱手段を設置する等、技術的にも経済的にも課題が多い。
 また、特許文献6には、ジカルボン酸成分とジアミン成分を加圧下で重縮合してなるポリアミドの製造方法で、重合を進めるべく圧力を低下させる工程に関して、加圧下における重縮合が終了した後に圧力を低下させる方法が開示されている。この方法では圧力を低下させる間、ポリアミドが高温に曝されることとなりポリアミド分子の酸化劣化が促進され黄変しやすく、ジカルボン酸成分にジアミン成分を全量添加後は短時間で所望の重合度まで到達させることが望ましい。
 加圧下でのジカルボン酸成分とジアミン成分の重縮合では、発泡を抑えつつ圧力を低下させる工程に時間を要することが課題である。ジアミン成分添加終了以降の工程時間を短縮する方法として、ジアミン成分添加終了時における反応系内の圧力を下げておく方法が挙げられるが、一定の圧力下で重縮合することにより、反応系内に付着するナイロン塩ならびにオリゴマーを抑制し、ジアミン成分とジカルボン酸成分との重縮合反応により発生する縮合水によって効果的に洗浄を行い、付着を抑制する為、付着抑制効果を維持する最低圧力、もしくは反応系内の圧力を制御して重縮合する必要がある。特許文献6には、重縮合中、つまりジカルボン酸成分にジアミン成分を添加する工程中に、モノマーの留出を回避しつつ圧力を低下させる方法は開示されていない。
 特許文献7には、アジピン酸にメタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンを含有するジアミン成分を添加して反応を行うに際し、反応後半にジアミン中のパラキシリレンジアミン濃度を低下させる方法が開示されている。この方法では組成の異なるジアミンを準備する必要がある為に機器点数が増えるばかりか、反応中の添加するジアミンの切り替え操作が必要になり操作が煩雑になる為、効率の良い方法とは言い難い。
 従って、パラキシリレンジアミンを含むジアミン成分とジカルボン酸成分を使用して重縮合を行う際に、効率的、且つ均質なポリアミドを製造する方法が望まれていた。
特公昭33-15700号公報 特公昭43-22874号公報 特開昭48―12390号公報 特公平1-14925号公報 特開昭58-111829号公報 特開平6-207004号公報 特開平7-324130号公報
 本発明の目的は、分縮器を備えた回分式反応槽を用い、パラキシリレンジアミンを含むジアミン成分とジカルボン酸成分とを重縮合するポリアミドの回分式製造方法において、経済的に、且つ品質的に有利なポリアミドを製造する方法を提供することにある。
 本発明者らは、鋭意検討した結果、分縮器を備えた回分式反応槽を用い、ジカルボン酸成分にパラキシリレンジアミンを20モル%以上含むキシリレンジアミンを70モル%以上含むジアミン成分を添加して重縮合させるポリアミドの回分式製造方法に関して、反応系全体が流動状態を維持しつつ加圧下でジアミン成分を添加し、添加を継続しつつ特定のモル比の間に圧力を低下させることにより、経済的に、且つ品質的に有利なポリアミドを製造する方法を見出し、本発明を完成させた。
 即ち本発明は、分縮器を備えた回分式反応槽を用い、パラキシリレンジアミンを20モル%以上含むキシリレンジアミンを70モル%以上含むジアミン成分とジカルボン酸成分とを、溶媒の非存在下に重縮合してなるポリアミドの製造方法であって、以下の工程(1)~(3)を含むことを特徴とするポリアミドの製造方法に関する。
(1)反応槽にジカルボン酸成分を仕込み、次いで反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力まで加圧する工程
(2)反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力を維持し、且つ反応系全体が流動状態を維持しつつ、仕込みのジカルボン酸成分(A)に対するジアミン成分(B)のモル比(B/A)が0.60になるまで、ジカルボン酸成分にジアミン成分を連続的にもしくは間欠的に添加する工程
(3)反応系全体が流動状態を維持し、ジカルボン酸成分にジアミン成分を連続的にもしくは間欠的に添加しつつ、仕込みのジカルボン酸成分(A)に対するジアミン成分(B)のモル比(B/A)が0.60~0.95の間に反応槽内の圧力を、0.2MPaG未満に低下させる工程
 本発明のポリアミドの製造方法は以下の効果をもたらす。
(i)溶媒、特に水を使用しないジアミン成分とジカルボン酸成分の重縮合反応で製造される為、容積当たりのポリアミド収量が増え、反応時間の短縮ができる。
(ii)反応系内へのナイロン塩やオリゴマーの付着防止、ならびにジアミン成分の留出を抑えることができる為、高度なモルバランスの制御、つまり重合度の制御が極めて容易となり、均質で良好なポリアミドが得られる。
(iii)分縮器の閉塞、ならびに反応槽内のポリマーの堆積を抑制することができる為、連続した回分式生産が可能になる。
(iv)ポリアミドが高温に曝される時間が短縮される為、ポリアミドの黄変が減少、反応時間の短縮ができる。
(v)高度な耐圧仕様の重合装置、複雑な分縮器設計、ならびに過大な加熱手段を設置する必要がない為、製造装置を安価に建設できる。
 本発明の製造方法で用いるジカルボン酸成分としては、例えばコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸;テレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸等を挙げることができ、中でも得られるポリアミドの実用的な物性から考えて、アジピン酸が好ましい。これらは単独使用もしくは併用することができる。また、同様の観点から、ジカルボン酸成分はアジピン酸を70モル%以上含むジカルボン酸であることが好ましく、より好ましくは90モル%以上含むジカルボン酸である。
 本発明の製造方法で用いるジアミン成分は、得られるポリアミドの実用的な物性から考えて、キシリレンジアミンを70モル%以上、好ましくは90モル%以上含むジアミンである。ここで、キシリレンジアミンは、得られるポリアミドの結晶性から考えて、20モル%以上、好ましくは30モル%以上のパラキシリレンジアミンを含有する。また、キシリレンジアミンは、メタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの二成分からなることが好ましく、この場合のキシリレンジアミン中のパラキシリレンジアミンは20~65モル%が好ましく、より好ましくは30~50モル%である。更に、他のジアミン成分として、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン等の脂肪族ジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン等の芳香族ジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等の脂環族ジアミン類等を全ジアミン中に30モル%以下の範囲で使用することができる。
 ジアミン成分、ジカルボン酸成分以外のポリアミド形成成分としては、特に限定されないが、カプロラクタム、バレロラクタム、ラウロラクタム、ウンデカラクタム等のラクタム;11-アミノウンデカン酸、12-アミノドデカン酸等のアミノカルボン酸等を挙げることができ、これらの一種もしくは二種以上を含むものであってもよい。
 溶融重合中における着色の特性の為、ポリアミドに燐化合物を添加することができる。燐化合物としては、次亜燐酸、次亜燐酸塩等の次亜燐酸化合物;亜燐酸、亜燐酸塩、亜燐酸エステル等の亜燐酸化合物;燐酸、燐酸塩、燐酸エステル等の燐酸化合物等を使用できる。次亜燐酸塩としては、次亜燐酸カリウム、次亜燐酸ナトリウム、次亜燐酸カルシウム、次亜燐酸マグネシウム、次亜燐酸マンガン、次亜燐酸ニッケル、次亜燐酸コバルトなどを例示できる。亜燐酸塩としては、亜燐酸カリウム、亜燐酸ナトリウム、亜燐酸カルシウム、亜燐酸マグネシウム、亜燐酸マンガン、亜燐酸ニッケル、亜燐酸コバルトなどを例示でき、亜燐酸エステルとしては、亜燐酸メチルエステル、亜燐酸エチルエステル、亜燐酸イソプロピルエステル、亜燐酸ブチルエステル、亜燐酸ヘキシルエステル、亜燐酸イソデシルエステル、亜燐酸デシルエステル、亜燐酸ステアリルエステル、亜燐酸フェニルエステルなどが例示できる。燐酸塩としては、燐酸カリウム、燐酸ナトリウム、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸マンガン、燐酸ニッケル、燐酸コバルトなどを例示でき、燐酸エステルとしては、燐酸メチルエステル、燐酸エチルエステル、燐酸イソプロピルエステル、燐酸ブチルエステル、燐酸ヘキシルエステル、燐酸イソデシルエステル、燐酸デシルエステル、燐酸ステアリルエステル、燐酸フェニルエステルなどが例示できる。これらの燐化合物は単独、または組み合わせて用いてもよい。これらの燐化合物の添加方法は、ポリアミドの原料であるジアミン成分、もしくはジカルボン酸成分に添加する方法、反応中に添加する方法などが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
 ポリアミドの製造は、経済的に優位な点から、溶媒の非存在下で行われる。本発明において、「溶媒の非存在下」とは、溶媒が全く存在しない場合はもちろん、本発明の効果に影響を及ぼさない程度の少量の溶媒の存在をも排除する趣旨でないことを意味する。
 本発明における回分式反応槽は分縮器および必要に応じ攪拌装置を具備し、耐圧設計されたものを使用する。また、ジアミン成分およびジカルボン酸成分の留出を抑制する為に、伝熱面の温度を制御可能である分縮器が具備されていることが望ましい。
 本発明では所望のモルバランスを有するポリアミド(ジアミン成分過剰、ジカルボン酸成分過剰および等モルの場合を含む)を得る為、仕込みのモルバランスは任意に選択される。仕込みのモルバランスの調整方法は例えば溶融状態にあるジカルボン酸成分を溶融槽ごと質量計量器で計量し、反応槽に供給した後、貯槽に入ったジアミン成分を質量計量器で計量しつつ、ジアミン成分を反応系に供給する方法が例示できる。本発明においてジアミン成分およびジカルボン酸成分を計量する場合、ロードセル、天秤等の質量計量器が好適に利用可能である。
 本発明のポリアミドの製造方法は、以下の工程(1)~(3)を含む。
<工程(1)>
 工程(1)では、反応槽にジカルボン酸成分を仕込み、次いで反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力まで加圧する。反応系内を加圧することで、ジカルボン酸成分の蒸発は抑制される為、重合装置内のジカルボン酸の付着堆積量が低減し、合成中のナイロン塩もしくはオリゴマーの生成を抑制する効果を得ることができる。ポリアミドの酸化着色を避ける目的から反応槽へジカルボン酸成分を仕込むに先立ち、反応槽内を予め窒素等の不活性ガスで十分に置換することが望ましい。さらにジカルボン酸成分を溶融する場合は不活性ガスの雰囲気下で行われることが望ましい。ジカルボン酸成分は反応槽内でその融点以上に加熱されて溶融状態にしても、反応槽とは異なる専用の溶融槽で加熱されて溶融状態にした後に溶融状態で反応槽に仕込まれても、いずれの方法でも構わない。反応槽の利用効率を高める観点から、専用の溶融槽の利用が好ましい。
 反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力迄加圧する工程は、反応槽内のジカルボン酸成分へのジアミン成分の添加を開始するまでに完了していればよい。ジカルボン酸成分の蒸発を低減させる為に、反応槽にジカルボン酸成分の仕込みが終了次第、速やかに0.2MPaG以上の圧力迄加圧することが望ましい。反応槽内の加圧は窒素等の不活性ガスや水蒸気により行うことができる。反応槽内の圧力は、使用するジアミン成分およびジカルボン酸成分によって異なるが、前記観点から、0.2~0.4MPaGの範囲から選定することが好ましい。
<工程(2)>
 工程(2)では、反応槽内の圧力を0.2MPaG以上、好ましくは0.2~0.4MPaGの範囲内の圧力を維持し、且つ反応系全体が流動状態を維持しつつ、仕込みのジカルボン酸成分(A)に対するジアミン成分(B)のモル比(B/A)が0.60になるまで、ジカルボン酸成分にジアミン成分を連続的にもしくは間欠的に添加する。工程(1)で加圧した後は前記0.2MPaG以上の圧力を維持するが、系外へのジアミン成分の多量の留出を抑制する点から、上記圧力範囲内の圧力で、工程(1)で到達した所定の圧力を運転・品質上不都合がない範囲で制御することが望ましく、上記圧力範囲内の圧力で、工程(1)で到達した所定の圧力を一定に維持しても構わない。本発明においては、工程(1)で反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力迄加圧した後、後述の工程(3)で圧力を低下させるまでの間、運転・品質上不都合がない範囲で制御することが好ましく、圧力を一定に制御しても構わない。ここで「圧力を一定に」とは、本発明の効果を奏する限りにおいて、完全に一定である必要はなく、ある程度の変動を伴うものも包含する趣旨である。
 反応系内を加圧にすることにより気相部のジアミン成分やジカルボン酸成分のモル分率が下がり、これに伴いジアミン成分やジカルボン酸成分の蒸発量は減少する為、反応系内のナイロン塩もしくはオリゴマーの付着堆積量は抑制される。さらに気相部のガス温度、ならびにジアミン成分を主体とする内部還流液温度が上がり、オリゴマーが融解する為、内部還流液によって効果的に洗浄を行い、オリゴマーの付着堆積量は抑制される。加えて、飽和水蒸気圧が上昇することで水の露点温度が上がり、これに伴いナイロン塩の水への溶解度は上昇する。本発明では、反応中に反応系内に付着するナイロン塩ならびにオリゴマーを抑制し、ジアミン成分とジカルボン酸成分との重縮合反応により発生する縮合水によって効果的に洗浄を行い、付着を抑制することができる。
 ジカルボン酸成分へジアミン成分を添加する際、ジカルボン酸はアミド化反応が進行する温度である150℃以上の温度に昇温されることが好ましく、且つ中間体として生成するオリゴマーおよび/または低分子量ポリアミドが溶融状態になって反応系全体が流動状態を維持していることが好ましい。上記添加は、通常180~340℃から選択される温度にて行われることがより好ましい。
 昇温速度はアミド化反応熱,縮合水の蒸発潜熱,供給熱等に依存するため、ジアミン成分の添加速度が適時調整され、添加終了時点で反応混合物の温度はポリアミドの融点以上、且つ(融点+35℃)未満が好ましく、より好ましくは(融点+15℃)未満、更に望ましくは(融点+5℃)以上、且つ(融点+10℃)未満に調整される。本発明でいう融点とは示差走査熱量計(DSC)の測定等で観測される結晶融解熱に起因する吸熱ピーク温度を指し、反応系の融点は適宜DSC等で測定することにより確認できる。
 本発明における具体的なジアミン成分の添加操作は、反応槽中で溶融状態にあるジカルボン酸成分を撹拌し、ジアミン成分を連続的にもしくは間欠的に添加し、且つ好ましくは反応混合物の温度を逐次前記温度に昇温させ、反応系全体が流動状態を維持することによって行われる。
 ジアミン成分を連続的に添加する場合は、本発明におけるジアミン成分の添加速度は、重縮合反応で発生する縮合水に伴う発泡を抑制し得る速度が適時選定され、ジアミン成分の添加に要する時間が30分以上、且つ4時間以内であることが好ましく、より好ましくは60分以上、且つ2時間以内である。非常に短い時間で添加した場合、経済的には有利であるが、短時間に多量に発生する縮合水に伴う発泡により液面が上昇し反応槽側面や撹拌翼等にポリマーが付着する。これらは次バッチ以降で融解されず、バッチ数を重ねる毎に付着量は増加し熱履歴を受け、これらの付着堆積物が欠落した場合、ポリマーに混入すると品質不良を招くほか、撹拌翼を破損する等の問題点があり好ましくない。また、ジアミン成分の添加に要する時間が非常に長い場合、熱履歴の増加および生産性の低下等の不都合を招くことがある。従って、添加時間は一般的には4時間以内が望ましい。また、ジアミン成分を間欠的に添加する場合においても、その総添加時間が、上記連続添加における添加時間と同様であるように添加することが好ましい。
 反応の進行と共に生成する縮合水は、分縮器、さらに冷却器を通して反応系外に留去される。ここで、分縮器内部でのアミド化反応を抑制する点から、分縮器の蒸気側出口温度は155℃以下に制御されていることが好ましい。分縮器の蒸気側出口温度は、後述する工程(3)や工程(3)以降の反応工程においても155℃以下に制御されていることが好ましく、155℃以下、且つ水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御されていることがより好ましい。縮合水と共に蒸気として反応系外に留出するジアミン成分、蒸発により留出するジカルボン酸成分等は、分縮器で水蒸気と分離され、反応槽に再度戻される。分縮器の蒸気側出口温度が155℃を超えて行われる連続した生産は、分縮器内部で還流液(縮合水やジアミン成分)に溶解されないナイロン塩もしくはオリゴマーのアミド化反応が進行してポリマー化する為、一層、還流液に溶解しにくくなる。バッチ数を重ねる毎に分縮器内部のポリマー量は増加し、分縮器内部の閉塞を引き起こし連続した回分式生産を困難にさせる。反応の進行と共に生成する縮合水を効率良く反応系外に留去する為には、工程(2)や工程(3)、さらに工程(3)以降の反応工程において、分縮器の蒸気側出口温度を155℃以下とし、且つ水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御することが望ましい。分縮器の蒸気側出口温度が水の露点温度より非常に高い場合には、分縮器の還流液量が減少する為、分縮器に付着したナイロン塩もしくはオリゴマーの洗浄効果が期待できないことがある。さらにジアミン成分の反応系外への大量の留出が避けがたく、モルバランスの制御が難しくなることがある。好適な分縮器の蒸気側出口温度を達成する為に分縮器の運転条件を適宜選定することが望ましい。例えば反応槽内の圧力が0.3MPaGの場合、分縮器の蒸気側出口温度は143℃~148℃に調整される。
<工程(3)>
 工程(3)では、反応系全体が流動状態を維持し、ジカルボン酸成分にジアミン成分を連続的にもしくは間欠的に添加しつつ、仕込みのジカルボン酸成分(A)に対するジアミン成分(B)のモル比(B/A)が0.60~0.95の間に反応槽内の圧力を0.2MPaG未満、好ましくは0.1MPaG以下に低下させる。その際、分縮器の凝縮能力を上回らない圧力低下速度を選択することが好ましい。分縮器の凝縮能力を上回る圧力低下速度で圧力を低下させた場合、分縮器の分離効率が低下し、ジアミン成分の反応系外への大量の留出が避けがたく、モルバランスの制御が難しくなることがある。反応槽の規模や圧力にもよるが、モル比(B/A)が0.60~0.95の間に反応槽内の圧力を低下させることが好ましい。モル比(B/A)が0.60より低いときに圧力低下を開始すると、反応系内では未反応のジアミン成分やジカルボン酸成分が多く存在し、圧力を低下することにより気相部のジアミン成分やジカルボン酸成分のモル分率が上がり、これに伴いジアミン成分やジカルボン酸成分の蒸発量は増加し、反応系内のナイロン塩もしくはオリゴマーの付着堆積量は増加する為、好ましくない。またモル比(B/A)が0.95より高いときに圧力低下を開始すると、溶融ポリマーは増粘している為に発泡に伴い液面が大きく上昇し、反応槽側面や撹拌翼等にポリマーが付着する。これらは次バッチ以降で融解されずに反応槽内に残存する為、バッチ数を重ねる毎に付着量は増加し熱履歴を受け、これらの付着堆積物が欠落した場合、ポリマーに混入すると品質不良を招くほか、撹拌翼を破損する等の問題点があり好ましくない。系内の圧力低下に伴い、水の露点温度が低下する為、分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度に制御することがより好ましい。
 本発明では、ジアミン成分を添加終了後、反応系全体が流動状態を維持しつつ、ジアミン成分の添加終了時の圧力で5分間以上3時間以下保持することが好ましく、10分間以上1時間以下保持することがより好ましい。ジアミン成分の添加初期には、ジアミン成分に対しカルボキシル基が相当過剰に存在し、ジアミン成分の反応速度つまり固定化速度は極めて速い。しかし、添加終了時にはカルボキシル基が相当量消費されており、添加初期と比較しジアミン成分の固定化速度は極めて遅くなる。また、重合度の増加により、反応混合物の撹拌効率が低下しジアミン成分の固定化に一層不利となる。固定化されなかったジアミン成分は、反応混合物中もしくは反応系内の気相部分に存在し、あるいは分縮器で凝縮されたものは、再度反応混合物に添加される。ジアミン成分の添加を終了した後に、ジアミン成分の添加終了時の圧力で少なくとも5分間以上保持することで、この様なジアミン成分は固定化され、仕込みのモルバランスが精度良くポリアミドのモルバランスに再現される。また、圧力を保持する時間の上限は、ジアミン成分の固定化の状況に依存するため一概にはいえない。しかし、ジアミン成分の固定化が終了した後の必要以上の保持は意味がなく、熱履歴の増加および生産性の低下等の不都合を招くことがある。従って、保持時間は一般的には3時間以内が望ましい。
 ジアミン成分を添加終了時の圧力を所定時間保持した後、反応槽内の圧力を0.1~1.0MPa/時の圧力低下速度で大気圧以下まで低下させる。その際、減圧状態、好ましくは80kPa以下まで低下させ、気相部分に存在する水蒸気を反応系外に留去し、アミド化平衡を利用し重合度を更に高めることが好ましい。圧力低下中は反応系全体が流動状態を維持する。反応槽内の圧力を低下させる過程で、生成したポリアミドの発泡が抑制される圧力低下速度が選択される。反応槽の規模や圧力にもよるが、0.1~1.0MPa/時の範囲で圧力を低下させることが好ましい。1.0MPa/時より速く圧力を低下させると、発泡により液面が上昇し、反応槽側面や撹拌翼等にポリマーが付着する。これらは次バッチ以降で融解されずに反応槽内に残存する為、バッチ数を重ねる毎に付着量は増加し熱履歴を受け、これらの付着堆積物が欠落した場合、ポリマーに混入すると品質不良を招くほか、撹拌翼を破損する等の問題点があり好ましくない。また、0.1MPa/時より遅く圧力を低下させると、ポリアミドの熱履歴増加に伴う黄変および生産性の低下等の不都合を招き好ましくない。上記観点から、上記圧力低下速度は、0.3~0.6MPa/時の範囲であることが好ましく、0.4~0.5MPa/時の範囲であることがより好ましい。
 前記圧力低下後、得られたポリアミドを反応槽から排出する際には通常、反応槽を加圧して行う。この場合、窒素等の不活性ガスを用いることが好ましい。本発明によれば、排出後の反応槽内にはナイロン塩やオリゴマーの付着が少ないため、引き続き次バッチの反応ができるので、連続した回分式生産が可能である。本発明によって得られたポリアミドを原料に用いて固相重合を行い、さらに重合を進めて、より高分子量のポリアミドを製造することができる。また、本発明によって得られたポリアミドを溶融状態で連続式重合機に供給して、重合をさらに進めて、より高分子量のポリアミドを製造することができる。
本発明によって得られたポリアミドには、目的を損なわない範囲で、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6,66、ポリエステル、オレフィン等の他樹脂をブレンドでき、また、ガラス繊維、炭素繊維などの無機充填剤;ガラスフレーク、タルク、カオリン、マイカ、モンモリロナイト、有機化クレイなどの板状無機充填剤、各種エラストマー類などの耐衝撃性改質材、結晶核剤;脂肪酸アミド系、脂肪酸金属塩系化合物等の滑剤;銅化合物、有機もしくは無機ハロゲン系化合物、ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、ヒドラジン系、硫黄系化合物、リン系化合物等の酸化防止剤;熱安定剤、着色防止剤、ベンゾトリアゾール系等の紫外線吸収剤、離型剤、可塑剤、着色剤、難燃剤などの添加剤、酸素捕捉能を付与する化合物であるコバルト金属を含む化合物やポリアミド樹脂のゲル化防止を目的としたアルカリ化合物等の添加剤を添加することができる。
 以下に実施例および比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例および比較例によって何ら限定されるものではない。なお、各分析方法は以下の通りである。
(1)末端アミノ基濃度
ポリアミド樹脂0.3~0.5gを精秤し、フェノール/エタノール=4/1容量溶液30ccに20~30℃で攪拌溶解した。完全に溶解した後、撹拌しつつN/100塩酸水溶液で中和滴定して求めた。
(2)末端カルボキシル基濃度
ポリアミド樹脂0.3~0.5gを精秤し、ベンジルアルコール30ccに窒素気流下160~180℃で攪拌溶解した。完全に溶解した後、窒素気流下80℃以下まで冷却し、撹拌しつつメタノールを10cc加え、N/100水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定して求めた。
(3)数平均分子量
末端アミノ基および末端カルボキシル基の滴定定量値から次式により求めた。
数平均分子量=2 /(〔NH2〕+〔COOH〕)
(〔NH2〕は末端アミノ基濃度(μeq/g)、〔COOH〕は末端カルボキシル基濃度(μeq/g)を表す。)
(4)黄色度(YI)
色差計(日本電色工業(株)製、Σ80型)を用い、試料の反射によるXYZ表色系の三刺激値X、Y、ZをJIS-K7103に従い測定し、次式から求めた。
YI=100(1.28X-1.06Z)/Y
(5)混合キシリレンジアミン留去量
 ガスクロマトグラフィー(島津製作所(株)製、GC-2010)を用い、製造中に反応系外に留去した縮合水中の混合キシリレンジアミン濃度を測定し、縮合水の重量より混合キシリレンジアミン留出量を算出した。
<実施例1>
 温度調整されたオイルが流通する分縮器、全縮器、撹拌機、窒素ガス導入管およびジアミンの滴下口を備えたジャケット付き50リットルのステンレス製の反応槽に精秤したアジピン酸(純度:99.85wt%)15.000kgを仕込み、十分窒素置換した。300℃の熱媒をジャケットに流して昇温を開始し、撹拌しつつアジピン酸を溶解させ流動状態にした。その間、反応槽内に窒素の供給を開始し、反応槽内の圧力を0.30MPaGまで加圧した。190℃まで加熱したところで、溶融したアジピン酸を撹拌しながら、メタキシリレンジアミン70モル%とパラキシリレンジアミン30モル%含有する混合キシリレンジアミン(純度:99.95wt%)10.998kgを1時間かけて連続的に滴下し、モル比(B/A)は0.788に到達した。この間、反応槽の圧力を0.30MPaGで制御し、分縮器の出口側蒸気温度を144~147℃に制御した。その後、混合キシリレンジアミン2.896kgを50分間かけて連続的に滴下しつつ、モル比(B/A)が0.829~0.911の間に20分間かけて0.72MPa/時の速度で圧力を0.30MPaGから0.06MPaGへ低下させ、滴下終了まで圧力を0.06MPaGで保持した。圧力低下に伴い分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御した。混合キシリレンジアミンを連続的に滴下している間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が265℃になるように加熱を調節し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を0.06MPaGで保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで8分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-6の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.994、数平均分子量は15,500であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、10gであった。反応槽内および分縮器内部の状況を観察したところ、ナイロン塩もしくはオリゴマー等の付着物は認められなかった。混合キシリレンジアミンの滴下を開始してからポリマーの排出開始前までの全工程時間は2時間21分であった。
<実施例2>
 実施例1と同様に混合キシリレンジアミン(純度:99.95wt%)10.998kgを1時間かけて連続的に滴下し、モル比(B/A)は0.788に到達した。この間、反応槽の圧力を0.30MPaGで制御し、分縮器の出口側蒸気温度を144~147℃に制御した。その後、混合キシリレンジアミン2.896kgを50分間かけて連続的に滴下しつつ、モル比(B/A)が0.866~0.949の間に20分間かけて0.72MPa/時の速度で圧力を0.30MPaGから0.06MPaGへ低下させ、滴下終了まで圧力を0.06MPaGで保持した。圧力低下に伴い分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御した。混合キシリレンジアミンを連続的に滴下している間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が265℃になるように加熱を調節し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を0.06MPaGで保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで8分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-6の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.994、数平均分子量は15,500であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、10gであった。反応槽内および分縮器内部の状況を観察したところ、ナイロン塩もしくはオリゴマー等の付着物は認められなかった。混合キシリレンジアミンの滴下を開始してからポリマーの排出開始前までの全工程時間は2時間21分であった。
<実施例3>
 温度調整されたオイルが流通する分縮器、全縮器、撹拌機、窒素ガス導入管およびジアミンの滴下口を備えたジャケット付き50リットルのステンレス製の反応槽に精秤したアジピン酸(純度:99.85wt%)15.000kgを仕込み、十分窒素置換した。300℃の熱媒をジャケットに流して昇温を開始し、撹拌しつつアジピン酸を溶解させ流動状態にした。その間、反応槽内に窒素の供給を開始し、反応槽内の圧力を0.30MPaGまで加圧した。190℃まで加熱したところで、溶融したアジピン酸を撹拌しながら、メタキシリレンジアミン70モル%とパラキシリレンジアミン30モル%含有する混合キシリレンジアミン(純度:99.95wt%)8.422kgを47分間かけて連続的に滴下し、モル比(B/A)は0.603に到達した。この間、反応槽の圧力を0.30MPaGで制御し、分縮器の出口側蒸気温度を144~147℃に制御した。その後、混合キシリレンジアミン5.474kgを63分間かけて連続的に滴下しつつ、モル比(B/A)が0.603~0.728の間に20分間かけて0.54MPa/時の速度で圧力を0.30MPaGから0.12MPaGへ低下させ、滴下終了まで圧力を0.12MPaGで保持した。圧力低下に伴い分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御した。混合キシリレンジアミンを連続的に滴下している間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が265℃になるように加熱を調節し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を0.12MPaGで保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで8分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-6の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.994、数平均分子量は15,600であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、11gであった。反応槽内および分縮器内部の状況を観察したところ、ナイロン塩もしくはオリゴマー等の付着物は認められなかった。混合キシリレンジアミンの滴下を開始してからポリマーの排出開始前までの全工程時間は2時間27分であった。
<実施例4>
 実施例3と同様に混合キシリレンジアミン(純度:99.95wt%)8.422kgを47分間かけて連続的に滴下し、モル比(B/A)は0.603に到達した。この間、この間、反応槽の圧力を0.30MPaGで制御し、分縮器の出口側蒸気温度を144~147℃に制御した。その後、混合キシリレンジアミン5.474kgを63分間かけて連続的に滴下しつつ、モル比(B/A)が0.603~0.945の間に55分間かけて0.22MPa/時の速度で圧力を0.30MPaGから0.10MPaGへ低下させ、滴下終了まで圧力を0.10MPaGで保持した。圧力低下に伴い分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御した。混合キシリレンジアミンを連続的に滴下している間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が265℃になるように加熱を調節し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を0.10MPaGで保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで8分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-6の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.994、数平均分子量は15,700であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、9gであった。ナイロン塩もしくはオリゴマー等の付着物は認められなかった。混合キシリレンジアミンの滴下を開始してからポリマーの排出開始前までの全工程時間は2時間25分であった。
<実施例5>
 温度調整されたオイルが流通する分縮器、全縮器、撹拌機、窒素ガス導入管およびジアミンの滴下口を備えたジャケット付き50リットルのステンレス製の反応槽に精秤したアジピン酸(純度:99.85wt%)15.000kgを仕込み、十分窒素置換した。300℃の熱媒をジャケットに流して昇温を開始し、撹拌しつつアジピン酸を溶解させ流動状態にした。その間、反応槽内に窒素の供給を開始し、反応槽内の圧力を0.30MPaGまで加圧した。190℃まで加熱したところで、溶融したアジピン酸を撹拌しながら、メタキシリレンジアミン70モル%とパラキシリレンジアミン30モル%含有する混合キシリレンジアミン(純度:99.95wt%)10.998kgを30分間かけて連続的に滴下し、モル比(B/A)は0.788に到達した。この間、反応槽の圧力を0.30MPaGで制御し、分縮器の出口側蒸気温度を144~147℃に制御した。その後、混合キシリレンジアミン2.896kgを50分間かけて連続的に滴下しつつ、モル比(B/A)が0.788~0.949の間に39分間かけて0.46MPa/時の速度で圧力を0.30MPaGから大気圧へ低下させ、滴下終了まで圧力を大気圧で保持した。圧力低下に伴い分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御した。混合キシリレンジアミンを連続的に滴下している間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が265℃になるように加熱を調節し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を大気圧で保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで8分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-7の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.993、数平均分子量は15,100であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、13gであった。反応槽内および分縮器内部の状況を観察したところ、ナイロン塩もしくはオリゴマー等の付着物は認められなかった。混合キシリレンジアミンの滴下を開始してからポリマーの排出開始前までの全工程時間は1時間45分であった。
<実施例6>
 温度調整されたオイルが流通する分縮器、全縮器、撹拌機、窒素ガス導入管およびジアミンの滴下口を備えたジャケット付き50リットルのステンレス製の反応槽に精秤したアジピン酸(純度:99.85wt%)15.000kgを仕込み、十分窒素置換した。320℃の熱媒をジャケットに流して昇温を開始し、撹拌しつつアジピン酸を溶解させ流動状態にした。その間、反応槽内に窒素の供給を開始し、反応槽内の圧力を0.40MPaGまで加圧した。190℃まで加熱したところで、溶融したアジピン酸を撹拌しながら、メタキシリレンジアミン50モル%とパラキシリレンジアミン50モル%含有する混合キシリレンジアミン(純度:99.95wt%)10.998kgを1時間かけて連続的に滴下し、モル比(B/A)は0.788に到達した。この間、反応槽の圧力を0.40MPaGで制御し、分縮器の出口側蒸気温度を151~155℃に制御した。その後、混合キシリレンジアミン2.896kgを50分間かけて連続的に滴下しつつ、モル比(B/A)が0.788~0.949の間に39分間かけて0.51MPa/時の速度で圧力を0.40MPaGから0.07MPaGへ低下させ、滴下終了まで圧力を0.07MPaGで保持した。圧力低下に伴い分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御した。混合キシリレンジアミンを連続的に滴下している間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が285℃になるように加熱を調節し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を0.07MPaGで保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで5分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-3の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.994、数平均分子量は15,500であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、9gであった。反応槽内および分縮器内部の状況を観察したところ、ナイロン塩もしくはオリゴマー等の付着物は認められなかった。混合キシリレンジアミンの滴下を開始してからポリマーの排出開始前までの全工程時間は2時間19分であった。
<比較例1>
 温度調整されたオイルが流通する分縮器、全縮器、撹拌機、窒素ガス導入管およびジアミンの滴下口を備えたジャケット付き50リットルのステンレス製の反応槽に精秤したアジピン酸(純度:99.85wt%)15.000kgを仕込み、十分窒素置換した。300℃の熱媒をジャケットに流して昇温を開始し、撹拌しつつアジピン酸を溶解させ流動状態にした。その間、反応槽内に窒素の供給を開始し、反応槽内の圧力を0.30MPaGまで加圧した。190℃まで加熱したところで、溶融したアジピン酸を撹拌しながら、メタキシリレンジアミン70モル%とパラキシリレンジアミン30モル%含有する混合キシリレンジアミン(純度:99.95wt%)13.896kgを110分間かけて滴下した。この間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が265℃になるように加熱を調節し、反応槽の圧力を0.30MPaGで制御し、分縮器の出口側蒸気温度を144~147℃に制御し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を0.3MPaGで保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで8分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-6の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.994、数平均分子量は15,600であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、10gであった。反応槽内および分縮器内部の状況を観察したところ、ナイロン塩もしくはオリゴマー等の付着物は認められなかった。混合キシリレンジアミンの滴下を開始してからポリマーの排出開始前までの全工程時間は2時間45分であった。
<比較例2>
 実施例1と同様な条件で混合キシリレンジアミンを滴下しつつ、モル比(B/A)が0.328~0.949の間に74分間かけて0.21MPa/時の速度で圧力を0.30MPaGから0.04MPaGへ低下させ、滴下終了まで圧力を0.04MPaGで保持した。圧力低下に伴い分縮器の蒸気側出口温度を水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度で制御した。混合キシリレンジアミンを連続的に滴下している間、連続的に昇温して混合キシリレンジアミンの滴下終了時の液温が265℃になるように加熱を調節し、留出する蒸気は冷却器を通して凝縮させ、反応系外に除いた。混合キシリレンジアミンの滴下終了後、引き続き撹拌しながら0.2℃/分の昇温速度を昇温し、15分間反応槽の圧力を0.04MPaGで保持した。更に80kPaAまで0.6MPa/時の速度で圧力を低下させ、80kPaAで8分間保持した。その後、加熱を中止し、窒素で加圧して反応槽下部のノズルからストランドとして取り出し、水冷した後ペレット形状に切断し、YIが-6の非晶状態にあるポリアミドを得た。得られたポリアミドの末端基濃度の定量を行った。結果、ポリアミドのモル比(B/A)は0.990、数平均分子量は14,100であった。反応系外に留去した混合キシリレンジアミン量を測定した結果、61gであり、反応系外へのジアミン成分の留去量は多くなった。反応槽内および分縮器内部の状況を観察したところ、反応槽の気相部へのナイロン塩もしくはオリゴマーが多量付着し、分縮器内部で白色固形物が認められた。

Claims (7)

  1.  分縮器を備えた回分式反応槽を用い、パラキシリレンジアミンを20モル%以上含むキシリレンジアミンを70モル%以上含むジアミン成分とジカルボン酸成分とを、溶媒の非存在下に重縮合してなるポリアミドの製造方法であって、以下の工程(1)~(3)を含むことを特徴とするポリアミドの製造方法。
    (1)反応槽にジカルボン酸成分を仕込み、次いで反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力まで加圧する工程
    (2)反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力を維持し、且つ反応系全体が流動状態を維持しつつ、仕込みのジカルボン酸成分(A)に対するジアミン成分(B)のモル比(B/A)が0.60になるまで、ジカルボン酸成分にジアミン成分を連続的にもしくは間欠的に添加する工程
    (3)反応系全体が流動状態を維持し、ジカルボン酸成分にジアミン成分を連続的にもしくは間欠的に添加しつつ、仕込みのジカルボン酸成分(A)に対するジアミン成分(B)のモル比(B/A)が0.60~0.95の間に反応槽内の圧力を、0.2MPaG未満に低下させる工程
  2.  工程(2)および工程(3)における分縮器の蒸気側出口温度を155℃以下、且つ水の露点温度から該温度+5℃以下の範囲の温度に制御する請求項1に記載のポリアミドの製造方法。
  3.  工程(2)における反応槽内の圧力を0.2~0.4MPaGの範囲に制御する請求項1に記載のポリアミドの製造方法。
  4.  工程(3)における反応槽内の圧力を0.1MPaG以下まで低下させる請求項1に記載のポリアミドの製造方法。
  5.  工程(1)における反応槽内の圧力を0.2MPaG以上の圧力迄加圧してから、工程(3)で圧力を低下させるまでの間、圧力を一定に制御する請求項1に記載のポリアミドの製造方法。
  6.  ジカルボン酸成分が70モル%以上のアジピン酸を含有する請求項1に記載のポリアミドの製造方法。
  7.  キシリレンジアミンがメタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの二成分からなる請求項1に記載のポリアミドの製造方法。
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