WO2014135627A1 - Production of polyamides by hydrolytic polymerization and subsequent degassing - Google Patents

Production of polyamides by hydrolytic polymerization and subsequent degassing Download PDF

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WO2014135627A1
WO2014135627A1 PCT/EP2014/054326 EP2014054326W WO2014135627A1 WO 2014135627 A1 WO2014135627 A1 WO 2014135627A1 EP 2014054326 W EP2014054326 W EP 2014054326W WO 2014135627 A1 WO2014135627 A1 WO 2014135627A1
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WO
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polyamide
reaction product
degassing device
polymerization
product obtained
Prior art date
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PCT/EP2014/054326
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German (de)
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Inventor
Silke Biedasek
Achim Stammer
Original Assignee
Basf Se
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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
    • C08G69/04Preparatory processes
    • C08G69/06Solid state polycondensation
    • 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
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    • C08G69/08Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/14Lactams
    • C08G69/16Preparatory processes

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of polyamides by hydrolytic polymerization, in which the polyamide is treated after the hydrolytic polymerization in a degassing device.
  • Polyamides are among the world's most widely produced polymers and serve in addition to the main applications of fibers, materials and films a variety of other uses.
  • the polyamide 6 (polycaprolactam) is the most widely produced polymer with a share of about 57%.
  • the classical method for the production of polyamide 6 is the hydrolytic polymerization of ⁇ -caprolactam, which is still of great industrial importance.
  • Conventional hydrolytic manufacturing processes are z. In Ullmann's Ecyclopedia of Industrial Chemistry, Online Edition 15.03.2003, Vol. 28, pp. 552-553 and Kunststoffhandbuch,% Thermoplastics: Polyamides, Carl Hanser Verlag, 1998, Kunststoff, pp. 42-47 and 65 -70 described.
  • a portion of the lactam used reacts by the action of water with ring opening to the corresponding ⁇ -aminocarboxylic acid. This then reacts with further lactam in polyaddition and condensation reactions to the corresponding polyamide.
  • ⁇ -caprolactam reacts by the action of water with ring opening to amino caproic acid and then on to polyamide 6.
  • the hydrolytic polymerization can be carried out in one or more stages. In general, the polycondensation takes place and - addition in a vertical tubular reactor (VK tube). The abbreviation "VK” stands for "simplified continuously".
  • VK tube vertical tubular reactor
  • a polyamide melt having a near-chemical composition is obtained from polyamide, lactam monomer, oligomers and water.
  • the content of oligomers and monomers may, for. B. 8 to 15 wt .-% and the viscosity number of the crude polyamide, which is directly related to the molar mass and thus the processing properties, is usually between 1 10 to 160 ml / g.
  • a lower residual monomer content in the polyamide is required, so that the crude polyamide before its further processing is generally subjected to at least partial removal of monomers and / or oligomers.
  • the extraction is usually followed by drying of the extracted polyamide.
  • polyamides with higher molecular weights are needed, which are not achieved by the hydrolytic polymerization alone.
  • To increase the molecular weight or the viscosity of the polyamide can be carried out subsequent to the extraction and drying a post-condensation, wherein the polyamide is preferably present in the solid phase (solid phase condensation).
  • the granules can be tempered at temperatures below the melting point of the polyamide, in particular, the polycondensation progresses. This leads to the structure of the molecular weight and thus to increase the viscosity number of the polyamide.
  • the viscosity number of polyamide 6 after extraction and postpolymerization is about 180 to 260 ml / g.
  • Postcondensation and drying are often carried out in one step, as described in WO 2009/153340 A1 and DE 199 57 664 A1.
  • DD 2090899 describes a process for removing low molecular weight constituents from a polyamide melt by subjecting them to extraction with monomeric caprolactam and then removing the monomer in vacuo.
  • DD 227140 describes a process for the production of polyamide having a degree of polymerization DP> 200.
  • the process is characterized by at least 5 post-polymerization nander outgoing steps.
  • the surface of the molten polyamide is adjusted to> 4 cm 2 / g of polyamide and the maximum diffusion path of the water in the melt to ⁇ 3 mm.
  • WO 03/040212 discloses a method for producing polyamide 6 by hydrolytic polymerization of ⁇ -caprolactam under the action of water. Dewatering is achieved by increasing the surface area of the melt.
  • EP 0 141 314 A2 describes a process for the preparation of dry polyamine caprolactam granules with a content of caprolactam and its oligomers of 8 to 13% by weight, wherein a caprolactam melt is poured into strands, the strands are cooled to 100 to 150 ° C. and at this temperature, until the Polyca- prolactam is largely crystallized, immediately granulated and leaves the granules in an inert gas stream with the exclusion of molecular oxygen for a period of 1 to 4 hours at a temperature of 100 to 150 ° C leaves and then cool. Degassing of the strand-shaped product at high temperatures in the melt state is not described.
  • EP 0 621 304 A1 describes flame-retardant thermoplastic molding compositions which are prepared by mixing in
  • Examples 1 and 2 a polyamide prepolymer with magnesium hydroxide and chopped glass fibers is fed into an extruder, melted, mixed and formulated. The product thus obtained is extracted with water and dried in vacuo at 80 ° C (i.e., well below the melting temperature) for 12 hours. Only then is the dried product subjected to a strand granulation.
  • EP 0 1 17 495 describes the continuous production of polylactams in which a water-containing lactam composition is heated in a prepolymerization zone under a pressure of 1 to 10 bar with simultaneous evaporation of the water to a temperature of 220 to 280 ° C, prepolymer and steam continuously separated , which passes prepolymer in a polymerization zone and further polymerized under elevated pressure at a temperature of 240 to 290 ° C.
  • this document teaches that the prepolymer is molten from the prepolymerization zone carry out and a degassing to remove water can undergo. However, it is not described that the prepolymer is present in a stranded form.
  • the prepolymer is first treated in a degassing extruder and only then poured the melt freed of water in strands and granulated.
  • the prepolymer is separated in a separator in steam and melt, only then discharged in the form of strands and solidified in a water bath.
  • the discharge in the form of strands is used according to the teaching of EP 0 1 17 495 cooling and solidifying for the following Granulations- step and not the degassing / dehydration.
  • this document thus does not teach to form a polyamide prepolymer from a hydrolytic polymerization in the molten state into strands and to degas the stranded product at high temperatures in the melt state.
  • An alternative, industrially not yet heavily used route for the production of polyamides is the polycondensation of aminonitriles, eg.
  • ACN 6-aminocapronitrile
  • this process involves nitrile hydrolysis followed by aminamidation, which are usually carried out in separate reaction steps in the presence of a heterogeneous catalyst, such as ⁇ 2.
  • a multi-step procedure has proved to be practicable since both reaction steps have different requirements with respect to water content and completeness of the reaction.
  • WO 00/47651 A1 describes a continuous process for the preparation of polyamides by reacting at least one aminocarbonitrile with water.
  • the known processes for the preparation of polyamides by hydrolytic polymerization are still in need of improvement.
  • the content of ⁇ -caprolactam at the beginning of the postpolymerization of the crude polyamide in the solid phase is well below the equilibrium value.
  • a back reaction of the polyaddition (remonomerization) take place during the final postpolymerization, so that the residual monomer content of the polyamide increases again in the last step of the preparation process.
  • the conventional processes are characterized by a comparatively long residence time in the postpolymerization, which is necessary in order to obtain a polyamide with a correspondingly high molecular weight or viscosity number. This leads to increased production costs.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an improved process for the preparation of polyamides by hydrolytic polymerization, in which the aforementioned disadvantages are avoided. In particular, it should be possible by this method to provide a product with very low residual monomer content.
  • melt polymerization may be especially a further work-up, for. B. by granulation, extraction and / or drying, connect, but in particular no further postpolymerization in the solid phase, d. H. below the melting point of the polymer.
  • polyamides having a high molecular weight and low residual monomer content can be obtained with a reduced total process time compared to conventional processes.
  • the invention therefore provides a process for the preparation of polyamides, comprising: a) providing a monomer composition comprising at least one lactam or at least one aminocarbonitrile and / or oligomers of these monomers, b) the monomer composition provided in step a) in a hydrolytic polymerization reacting at elevated temperature in the presence of water to obtain a reaction product containing polyamide, water, unreacted monomers and oligomers, c) forming the reaction product obtained in step b) into one or more strands, d) the strand-shaped product obtained in step c) Feed reaction product in a degassing and under reduced pressure and / or by contact treated with an inert gas, wherein the water contained is at least partially removed, and e) feeds the degassed reaction product obtained in step d) for post-polymerization in a reaction zone.
  • a specific embodiment relates to a process for the preparation of polyamides, comprising: a) providing a monomer composition containing at least one lactam or at least one aminocarbonitrile and / or oligomers of these monomers, b) see the provided in step a) monomer composition in a hydrolyti- see Polymerization at elevated temperature in the presence of water under
  • step C) reacting the reaction product obtained in step b) in a melted state into one or more strands, d) the extruded reaction product obtained in step c), without prior to comminuting it to polyamide particles and without subjecting it to extraction beforehand, melt-feeding it into a deaerator and melt-treating it under reduced pressure and / or by contacting it with an inert gas, at least partially removing the water contained therein, and e ) feeds the degassed reaction product obtained in step d) in a melt-like manner into a reaction zone and subjects it to post-polymerization in the melt.
  • Another object of the invention are polyamides, which are obtainable by the method described above and below. These polyamides are characterized by a very low residual monomer content, as can not be achieved by methods known from the prior art.
  • Another object of the invention is the use of polyamides, which are obtainable by the method described above and below, in particular for the production of granules, films, fibers or moldings.
  • monomer is understood as meaning a low molecular weight compound as used in the preparation of the polyamide by hydrolytic polymerization for introducing a single repeating unit.
  • lactams and aminocarboxylic acid nitriles used include, for the preparation of the polyamides optionally used comonomers such as ⁇ -aminocarboxylic acids, ⁇ -aminocarboxamides, co-Aminocarbonklaresalze, ⁇ -aminocarboxylic acid esters, diamines and dicarboxylic acids, dicarboxylic acid / diamine salts, dinitriles and mixtures thereof.
  • an oligomer is understood as meaning a compound as formed in the preparation of the polyamides by reaction of at least two of the compounds forming the individual repeat units.
  • the oligomers have a lower molecular weight than the polyamides prepared according to the invention.
  • the oligomers include cyclic and linear oligomers, especially cyclic dimer, linear dimer, trimer, tetramer, pentamer, hexamer and heptamer. Common methods for the determination of the oligomeric components of polyamides generally detect the components up to the heptamer.
  • the viscosity number is directly related to the average molar mass of the polyamide and provides information about the processability of a plastic.
  • the determination of the viscosity number can be carried out according to EN ISO 307 with an Ubbelohde viscometer.
  • a flowable reaction product is understood as meaning a mixture which is capable of flowing out of a hollow body (for example, a reaction tube arranged substantially vertically).
  • the reaction product is formed into strands and fed as a flowable strand-shaped reaction product in the degassing.
  • the reaction product obtained in step b) in a flowable state has a zero viscosity of 10 to 5 * 10 3 Pa-s at 250 ° C.
  • step a) of the process according to the invention a monomer mixture which comprises at least one lactam or at least one aminocarbonitrile and / or oligomers these monomers and optionally further components is reacted under polyamide-forming reaction conditions, wherein a polyamide is formed.
  • polyamides are understood as meaning homopolyamides, copolyamides and polymers which comprise at least one lactam or nitrile and at least one further monomer, with a content of at least 60% by weight of polyamide base units, based on the total weight of the monomer building blocks of the polyamide.
  • Homopolyamides are derived from an aminocarboxylic acid or a lactam or a diamine and a dicarboxylic acid and can be described by a single repeating unit.
  • Polyamide 6 basic building blocks may be composed, for example, of caprolactam, aminocapronitrile, aminocaproic acid or mixtures thereof.
  • homopolyamides are nylon 6 (PA 6, polycaprolactam), nylon 7 (PA 7, polyene antholactam or polyheptanamide), nylon 10 (PA 10, polydecanamide), nylon-1 1 (PA 11, polyundecanlactam) and Nylon 12 (PA 12, polydodecan lactam).
  • Copolyamides are derived from several different monomers, wherein the monomers are interconnected by an amide bond.
  • Possible Copolyamidbausteine can be derived, for example, from lactams, aminocarboxylic acids, dicarboxylic acids and diamines.
  • Preferred copolyamides are polyamides of caprolactam, hexamethylenediamine and adipic acid (PA 6/66).
  • Copolyamides may contain the polyamide units in various ratios.
  • Polyamide copolymers contain, in addition to the polyamide basic building blocks, further basic building blocks which are not connected to one another by amide bonds.
  • the proportion of comonomers in polyamide copolymers is preferably at most 40% by weight, more preferably at most 20% by weight, in particular at most 10% by weight, based on the total weight of the basic building blocks of the polyamide copolymer.
  • polyamides prepared by the process according to the invention are preferably selected from polyamide-6, polyamide-1 1, polyamide-12, and their copolyamides and polymer blends thereof. Particularly preferred are polyamide-6 and polyamide-12, particularly preferred is polyamide-6.
  • the monomer mixture provided in step a) preferably comprises at least one C5 to C12 lactam and / or an oligomer thereof.
  • the lactams are in particular selected from ⁇ -caprolactam, 2-piperidone ( ⁇ -valerolatam), 2-pyrrolidone ( ⁇ -butyrolactam), capryllactam, enanthlactam, laurolactam, mixtures thereof and oligomers thereof. of it.
  • a monomer mixture which contains ⁇ -caprolactam, 6-aminocapronitrile and / or an oligomer thereof.
  • a monomer mixture is provided which contains exclusively ⁇ -caprolactam or exclusively 6-aminocapronitrile as the monomer component.
  • step a) a monomer mixture is provided which, in addition to at least one lactam or aminocarbonitrile and / or oligomer thereof, contains at least one monomer (M) copolymerizable therewith.
  • Suitable monomers (M) are dicarboxylic acids, for example aliphatic C4-10-alpha, omega-dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and dodecanedioic acid.
  • dicarboxylic acids for example aliphatic C4-10-alpha, omega-dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and dodecanedioic acid.
  • Aromatic C8-2o-dicarboxylic acids such as terephthalic acid and isophthalic acid can also be used.
  • Diamines suitable as monomers (M) are ⁇ , ⁇ -diamines having four to ten carbon atoms, such as tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, octamethylenediamine, nonamethylenediamine and decamethylenediamine. Particularly preferred is hexamethylenediamine.
  • AH salt preference is given in particular to the salt of adipic acid and hexamethylenediamine, so-called AH salt.
  • Suitable monomers (M) are also lactones.
  • Preferred lactones are, for example, ⁇ -caprolactone and / or ⁇ -butyrolactone.
  • One or more chain regulators can be used in the preparation of the polyamides, for example aliphatic amines or diamines such as triacetonediamine or mono- or dicarboxylic acid such as propionic acid and acetic acid or aromatic carboxylic acids such as benzoic acid or terephthalic acid.
  • reaction of the monomer mixture provided in step a) in a hydrolytic polymerization in step b) can be carried out by customary methods known to the person skilled in the art. Such a method is z. In the Plastics Handbook,% Technique see thermoplastics: polyamides, Carl Hanser Verlag, 1998, Kunststoff, pp. 42-47 and 65-70. This disclosure is hereby incorporated by reference.
  • step b) for hydrolytic polymerization a lactam is subjected to a ring opening under the action of water.
  • a monomer mixture containing caprolactam is provided in step a), it is at least partially opened to the corresponding aminocaproic acid under the action of water and then reacts under condensation and polyaddition to form polyamide 6.
  • an aminocarbonitrile, especially 6-aminocapronitrile a polymerization under the action of water and optionally in the presence of a catalyst.
  • step b) The reaction in step b) is preferably carried out continuously.
  • the hydrolytic polymerization in step b) in the presence of 0.1 to 25 wt .-% of added water, more preferably from 0.5 to 20 wt .-% added water, based on the total amount of the monomers and oligomers used , Additional water formed in the condensation reaction is not included in this quantity.
  • the hydrolytic polymerization in step b) can be carried out in one or more stages (for example in two stages).
  • the initial concentration of the water is preferably 0.1 to 4 wt .-% based on the total amount of the monomers and oligomers used.
  • the VK tube is preferably a pre-press, for. B. a Druckvorreak- gate upstream.
  • the initial concentration of water is preferably from 2 to 25% by weight, more preferably from 3 to 20% by weight, based on the total amount of the monomers and oligomers used.
  • the monomer mixture prepared in step a) comprises at least one lactam and the hydrolytic polymerization in step b) is carried out in the presence of from 0.1 to 4% by weight of water, based on the total amount of lactam used.
  • the lactam is um
  • the hydrolytic polymerization in step b) can be carried out in the presence of at least one regulator, such as propionic acid. If a regulator is used in step b) and the hydrolytic polymerization is carried out in two stages using a pressure precursor, the regulator can be used in the prepress and / or in the second polymerization stage. In a specific embodiment, the hydrolytic polymerization in step b) does not take place in the presence of a regulator.
  • a regulator such as propionic acid
  • the polyamides prepared in the process according to the invention may additionally contain conventional additives such as matting agents, for. As titanium dioxide, nucleating agents, z. As magnesium silicate, stabilizers, z. As copper (L) halides and alkali halides, antioxidants, reinforcing agents, etc., contained in conventional amounts.
  • the additives are usually added before, during or after the hydrolytic polymerization (step b).
  • the additives are preferably added before the hydrolytic polymerization in step b).
  • the reaction in step b) can take place in one or more stages (for example in two stages).
  • the reaction in step b) takes place in one stage.
  • the lactam or aminocarbonitrile and optionally oligomers thereof are preferably reacted with water and, if appropriate, additives in a reactor for the reaction.
  • Suitable reactors are the customary for the preparation of polyamides, known in the art reactors.
  • the hydrolytic polymerization in step b) preferably takes place in a polymerization tube or a bundle of polymerization tubes. Specifically, at least one so-called VK tube is used for the hydrolytic polymerization in step b).
  • the abbreviation "VK” stands for "simplified continuously".
  • VK stands for "simplified continuously”.
  • the reaction in step b) is preferably carried out at least one of the stages in a VK tube.
  • the second stage preferably takes place in a VK tube.
  • the first stage can take place in a pressure pre-reactor.
  • the reaction in step b) is generally carried out in several stages, the first stage preferably taking place in a pressure pre-reactor.
  • polyamide 6 is prepared in a multi-stage process, especially a two-stage process.
  • Caprolactam, water and optionally at least one additive, such as a chain regulator, are fed to the first stage and converted to a polymer composition.
  • This polymer composition can be applied under pressure or through a melt discharge pump in be transferred to the second stage. This is preferably done via a melt distributor.
  • the hydrolytic polymerization in step b) is preferably carried out at a temperature in the range of 240 to 280 ° C.
  • the individual stages can be carried out at the same or at different temperatures and pressures.
  • the reactor can have substantially the same temperature over the entire length. Also possible is a temperature gradient in the region of at least part of the tubular reactor. It is also possible to carry out the hydrolytic polymerization in a tubular reactor having two or more than two reaction zone, which are operated at different temperatures and / or at different pressures.
  • the absolute pressure in the polymerization reactor is preferably in a range from about 2 to 10 bar, more preferably from 1, 01 to 2 bar.
  • the single-stage polymerization is carried out at ambient pressure.
  • the hydrolytic polymerization in step b) is carried out in two stages.
  • a pressure stage By pre-switching a so-called pressure stage, a process acceleration can be achieved by the rate-limiting cleavage of the lactam, especially of caprolactam, under elevated pressure under otherwise similar conditions as in the second reaction stage is performed.
  • the second stage is then preferably in a VK tube, as previously described.
  • the absolute pressure in the first stage is in a range of about 1.5 to 70 bar, more preferably in a range of 2 to 30 bar.
  • the absolute pressure in the second stage is in a range of about 0.1 to 10 bar, more preferably from 0.5 bar to 5 bar.
  • the pressure in the second stage is at ambient pressure.
  • the reaction product is discharged strand-shaped.
  • the reaction product obtained in step b) is formed into strands in a flowable state and fed into the degassing device as a flowable strand-like reaction product.
  • the reaction product obtained in step b) is in the molten state during the discharge, the strand molding and the subsequent entry into the degassing device.
  • Step c) Before being fed into the degassing device, the reaction product obtained in step b) is formed into one or more strands.
  • devices known to the person skilled in the art can be used. Suitable devices are for. As perforated plates, nozzles or nozzle plates.
  • the reaction product obtained in step b) is formed in a flowable state into strands and fed as a flowable strand-shaped reaction product in the degassing.
  • the hole diameter is preferably in a range of 0.5 mm to 20 cm, more preferably 0.5 mm to 5 cm, most preferably 1 mm to 10 mm.
  • step d) of the process according to the invention the flowable polyamide obtained in step b) is fed into a degassing device.
  • the flowable polyamide obtained in step b) is treated under reduced pressure and / or by contact with an inert gas, wherein the water contained is at least partially removed.
  • the strand-like reaction product obtained in step c) without it beforehand a comminution to polyamide particles, for. B. by granulation to be fed into the degassing in step d).
  • the strand-like reaction product obtained in step c) is preferably fed to the degassing device in step d) without being subjected to extraction beforehand.
  • the reaction mixture fed into the degassing device is guided solely by gravity through the degassing device.
  • reaction mixture fed into the degassing device is passed through the degassing device without contact with the wall of the degassing device.
  • the degassing device is flowed through with hot inert gas.
  • an inert gas for example, nitrogen, CO2, helium, neon and are Argon and mixtures thereof.
  • nitrogen is used.
  • the temperature of the inert gas flowing through the degassing device is preferably in a range of 180 to 290 ° C, preferably 240 to 280 ° C.
  • the degassing device can in principle be operated at atmospheric pressure, elevated pressure or reduced pressure.
  • the pressure in the degassing device is then preferably 1 mbar to 1, 5 bar, preferably 10 mbar to 1 bar.
  • the degassing device is operated at reduced pressure.
  • the pressure in the degassing device is preferably in a range of 10 mbar to 1 bar, more preferably 100 mbar to 800 mbar.
  • the degassing device is operated at reduced pressure and at the same time flows through with inert gas.
  • the pressure in the degassing device is preferably in a range from 10 mbar to 1 bar, more preferably 100 mbar to 800 mbar.
  • the temperature of the inert gas flowing through the degassing device is preferably in a range of 180 to 290 ° C, preferably 240 to 280 ° C.
  • degassing containers flash container
  • thin film evaporator thin film evaporator
  • spray dryer degassing columns with internals z.
  • degasser with miscible internals and other conventional degassing Preference is given to using strand degasifier.
  • strand degasser usually refers to a substantially vertical container having an inlet opening for the flowable reaction mixture at the upper end and an outlet opening at the lower end.
  • essentially perpendicular means that the strand degasser does not have to be arranged exactly perpendicular to the surface of the earth, but may deviate therefrom by up to 30 °, preferably by up to 20 °.
  • the strand degasser is preferably equipped for operation under inert gas and / or reduced pressure. Further preferably, the strand degasser is heatable, for. B. by means of superheated steam, gas burner or double jacket with heat transfer.
  • the flowable reaction mixture from step b) enters the strand degasser through a nozzle plate or perforated plate from above. One or more partial strands of the flowable reaction mixture are formed.
  • the reaction mixture is then preferably transported through the strand degasser solely by the action of gravity.
  • the degassing device preferably the strand degasser, can be arranged below that of the device for hydrolytic polymerization. The conveying process can be done by gravity. If necessary, one or more melt pumps can be used to assist the delivery process.
  • the degassing devices can usually be upstream or downstream of devices for regulating the pressure, for. B. Pressure control valves.
  • the degassing in step d) can be carried out in one stage (in a single degassing device). You can also multi-level z. B. two stages, in several degassing steps, which are arranged one behind the other and / or arranged in parallel. Preferably, the degassing is carried out in one stage.
  • the pressure in the degassing device is usually from 1 mbar to 1, 5 bar, preferably 10 mbar to 1 bar and the temperature usually at 180 to 290 ° C, preferably at 240 to 280 ° C.
  • the degassing devices can be the same or different in type and size. For example, two equal degassing devices, or two different sized degassing devices can be used.
  • two degassing devices can be operated in succession, each of the degassing device having different pressure levels.
  • two degassing devices can be operated in succession, each of the degassing device having different amounts of inert gas.
  • two degassing devices can be operated in succession, each of the degassing device having different pressure levels and different amounts of inert gas.
  • the pressure in the degassing usually at 1 mbar to 1, 5 bar, preferably 10 mbar to 1 bar and the temperature is generally at 180 to 290 ° C, preferably at 230 to 280 ° C.
  • the temperature usually differs insignificantly from the temperature in a single-stage degasification.
  • the temperature control of the polyamide in the degassing is usually carried out via heat exchangers, double jacket, tempered static mixer, internal heat exchanger or other suitable devices.
  • the setting of the degassing pressure ckes are also taken in a conventional manner, for. B. by means of pressure control valves.
  • the degassing number is preferably 0.1 to 20.
  • the water contained in the reaction mixture obtained in the hydrolytic polymerization is at least partially removed.
  • the degassed reaction mixture obtained in step c) preferably has a water content of from 0.03 to 0.15% by weight, based on the total weight.
  • reaction mixture Due to the depletion of the water, the reaction mixture is no longer in the equilibrium set after the hydrolytic polymerization, so that the polycondensation reaction can continue to progress. This can already be done under the conditions prevailing in the degassing.
  • step d in addition, monomers and / or oligomers are removed from the reaction product.
  • the components contained in the gaseous discharge from the degassing device can be condensed and at least partially recycled into the polymerization (step b)).
  • the degassed reaction product obtained in step d) can be completely or partially re-degassed in step d). Thus, further water removal of the recycled polymer product can be achieved.
  • the partial strands of the reaction product can be reunited.
  • the reaction product is fed into a reaction zone.
  • the reaction product is pumped in a flowable form into a reaction zone.
  • suitable devices known to the person skilled in the art can be used.
  • a suitable device is z. B. a melt pump.
  • step e) of the process according to the invention the degassed reaction product obtained in step d) is fed into a reaction zone for postpolymerization.
  • the resulting degassed reaction product from step d) is preferably fed into a reaction zone without first undergoing comminution to form polyamide particles.
  • the postpolymerization in step e) can be carried out in one or more stages (for example in two stages).
  • the polymer obtained or part of the polymer obtained can be recycled to the postpolymerization after step e).
  • the postpolymerization in step e) is carried out in one stage.
  • the reaction zone in which the postpolymerization takes place is preferably a reactor, more preferably a tubular reactor and in particular a tubular reactor having "plug-flow" characteristics, i. H. Approximately one plug flow is realized.
  • the tubular reactor is characterized in that the state of the reaction mixture in the reactor can vary in the direction of flow with regard to the material and physical properties (for example temperature, composition, etc.), whereas for each individual cross section perpendicular to the flow direction the state of the reaction mixture is the same. Ideally, all volume elements entering the tube will have the same residence time in the reactor. Figuratively speaking, the liquid flows through the tube as if it were a series of easily slipping through the tube.
  • the temperature in the reaction zone is preferably in a range from 200 to 270 ° C., more preferably from 220 to 260 ° C.
  • the temperature control of the polyamide in the postpolymerization in step e) is carried out for example via heat exchangers, such as double jacket, internal heat exchangers or other suitable devices.
  • the residence time in the reaction zone in step e) is preferably 30 minutes to 24 hours, more preferably 1 hour to 12 hours.
  • the residence time of the polymer in step e) is selected such that the relative viscosity of the polyamide is at least 10%, preferably at least 15%, more preferably at least 20%, based on the relative viscosity of the polyamide before step d) has increased.
  • the relative viscosity of the polyamide is usually used as a measure of the molecular weight.
  • the relative viscosity is determined according to the invention at 25 ° C. as a solution in 96% by weight H 2 SO 4 with a concentration of 1.0 g of polyamide in 100 ml of sulfuric acid. The determination of the relative viscosity follows DIN EN ISO 307.
  • the strand-like reaction product obtained in step c) is subsequently subjected to no comminution into polyamide particles (granulation) until completion of the postpolymerization in step e).
  • reaction product in steps c), d) and e) is permanently in the melted state.
  • the postpolymerization in step e) can additionally improve the properties of the polymers. This is especially true for the adjustment of the desired viscosity of the polymers for further processing.
  • the viscosity number of the polyamide obtained by the process according to the invention is preferably 185 to 260 ml / g.
  • the polyamide obtained in step e) is subjected to shaping to obtain polyamide particles, especially a granulation.
  • Granulation is particularly useful if the polyamide is to be subsequently extracted.
  • the polyamide can be cast in strands, solidified and then granulated.
  • Another method is underwater granulation, which is known in principle to a person skilled in the art.
  • the polyamide obtained in step e), optionally after a granulation, is extracted and / or dried.
  • Suitable methods and devices for extracting polyamide particles are known in principle to the person skilled in the art.
  • Extraction means that the content of monomers and optionally dimers and other oligomers in the polyamide is reduced by treatment with an extractant.
  • this can be done for example by continuous or discontinuous extraction with hot water (DE 2501348 A, DE 2732328 A) or in the superheated steam stream (EP 0284968 W1).
  • an extractant containing water or consisting of water is preferably used.
  • the extractant consists only of water.
  • the extraction medium contains water and a lactam used to prepare the polyamide.
  • polyamide 6 it is thus also possible to use caprolactam-containing water for the extraction, as described in WO 99/26996 A2.
  • the temperature of the extractant is preferably in a range of 75 to 130 ° C, more preferably 85 to 120 ° C.
  • the extraction can be continuous or discontinuous. Preferred is a continuous extraction.
  • the polyamide particles and the extractant may be passed in cocurrent or countercurrent.
  • the extraction is in countercurrent.
  • the polyamide particles are continuously borrowed in countercurrent with water at a temperature ⁇ 100 ° C and ambient pressure.
  • the temperature is then in a range of 85 to 99.9 ° C.
  • the polyamide particles are continuously in countercurrent with water at a temperature> 100 ° C and a pressure in Extracted range from 1 to 2 bar absolute.
  • the temperature is then in a range of 101 to 120 ° C.
  • At least one pulsed extraction column is used for the extraction.
  • the extracted monomers and optionally dimers and / or higher oligomers are preferably recovered from the extractant and recycled.
  • the loaded extractants contained in the extraction extraction components selected from monomers and optionally dimers and / or oligomers can be isolated and recycled in step a) or b).
  • a specific embodiment of the method according to the invention comprises the following steps:
  • the extracted polyamide is subjected to drying.
  • the drying of polyamides is known in principle to the person skilled in the art.
  • the extracted granules may be dried by contact with dry air or a dry inert gas or a mixture thereof.
  • an inert gas for.
  • nitrogen used for drying.
  • the extracted granules may also be dried by contacting them with superheated steam or a mixture thereof with a different gas, preferably an inert gas.
  • a different gas preferably an inert gas.
  • z. B. countercurrent, crossflow, plate, tumble, paddle, trickle, cone, shaft dryer, fluidized beds, etc. are used.
  • a suitable embodiment is the discontinuous drying in the tumble dryer or conical dryer under vacuum.
  • Another suitable embodiment is the continuous drying in so-called drying tubes, which are flowed through with a gas inert under the drying conditions.
  • at least one shaft dryer is used for drying.
  • the shaft dryer is flowed through by a hot, inert under the Nachpolymerisations committee gas.
  • a preferred inert gas is nitrogen.
  • the polyamide obtained after extraction and drying preferably has a content of residual monomers in the range of greater than 0 to 0.1 wt .-%.
  • the polyamide obtained after extraction and drying has a residual monomer content of less than 0.05, preferably less than 0.03 wt .-%, on.
  • the polyamide obtained after extraction and drying has a content of cyclic dimer of less than 0.1, preferably less than 0.08 wt .-%, particularly preferably less than 0.02 wt .-%, on.
  • the process according to the invention can be carried out continuously or batchwise, preferably it is carried out continuously.
  • FIG 1 shows schematically an embodiment for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 1 Inventive process for the production of polyamide 6
  • Example 1 Summary of the results of Example 1 a to 1 d and the starting sample
  • a melt of a technically available polyamide 6 intermediate which was taken from the polyamide 6 production process after melt polymerization in a VK tube, was transferred by means of a nozzle with an exit opening of 4 mm diameter into a polymer strand which was at 270 ° C falls a drop distance of 800 mm in nitrogen countercurrent and is collected in a tempered at 250 ° C vessel. In this vessel, the melt lingered under nitrogen overlay for postpolymerization. After cooling, the resulting polyamide block was first ground in a hammer mill with dry ice cooling and then by means of ultracentrifugal mill with cooling with liquid nitrogen.
  • the now present particles with diameters of 2 to 3 mm were 48 h with deionized water at 95 ° C extracted.
  • 625 g of granules were placed in a 2 L stirred tank and extracted with a water flow of 2 L / h. From the extracted material 80 g were dried at 120 ° C with a nitrogen transfer of 1 1 L / h.
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Abstract

The present invention relates to a method for producing polyamides by hydrolytic polymerization, in which the polyamide is treated in a degassing device after the hydrolytic polymerization.

Description

Herstellung von Polyamiden durch hydrolytische Polymerisation und anschließende Entgasung  Production of polyamides by hydrolytic polymerization and subsequent degassing
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyamiden durch hydrolytische Polymerisation, bei dem das Polyamid nach der hydrolytischen Polymerisation in einer Entgasungsvorrichtung behandelt wird. STAND DER TECHNIK The present invention relates to a process for the preparation of polyamides by hydrolytic polymerization, in which the polyamide is treated after the hydrolytic polymerization in a degassing device. STATE OF THE ART
Polyamide gehören zu den weltweit in großem Umfang hergestellten Polymeren und dienen neben den Hauptanwendungsbereichen Fasern, Werkstoffe und Folien einer Vielzahl weiterer Verwendungszwecke. Unter den Polyamiden ist das Polyamid 6 (Po- lycaprolactam) mit einem Anteil von etwa 57 % das am meisten hergestellte Polymer. Das klassische Verfahren zur Herstellung von Polyamid 6 ist die hydrolytische Polymerisation von ε-Caprolactam, die immer noch von sehr großer technischer Bedeutung ist. Konventionelle hydrolytische Herstellverfahren sind z. B. in Ullmann's Ecyclopedia of Industrial Chemistry, Online Ausgabe 15.03.2003, Vol. 28, S. 552-553 und Kunst- stoffhandbuch, % Technische Thermoplaste: Polyamide, Carl Hanser Verlag, 1998, München, S. 42-47 und 65-70 beschrieben. Polyamides are among the world's most widely produced polymers and serve in addition to the main applications of fibers, materials and films a variety of other uses. Among the polyamides, the polyamide 6 (polycaprolactam) is the most widely produced polymer with a share of about 57%. The classical method for the production of polyamide 6 is the hydrolytic polymerization of ε-caprolactam, which is still of great industrial importance. Conventional hydrolytic manufacturing processes are z. In Ullmann's Ecyclopedia of Industrial Chemistry, Online Edition 15.03.2003, Vol. 28, pp. 552-553 and Kunststoffhandbuch,% Thermoplastics: Polyamides, Carl Hanser Verlag, 1998, Munich, pp. 42-47 and 65 -70 described.
Im ersten Schritt der hydrolytischen Polymerisation reagiert ein Teil des eingesetzten Lactams durch Einwirkung von Wasser unter Ringöffnung zur entsprechenden ω-Aminocarbonsäure. Diese reagiert dann mit weiterem Lactam in Polyadditions- und -kondensationsreaktionen zum entsprechenden Polyamid. In einer bevorzugten Variante reagiert ε-Caprolactam durch Einwirkung von Wasser unter Ringöffnung zu Amino- capronsäure und dann weiter zu Polyamid 6. Die hydrolytische Polymerisation kann einstufig oder mehrstufig erfolgen. In der Regel erfolgt die Polykondensation und - addition in einem senkrecht stehenden Rohrreaktor (VK-Rohr). Die Abkürzung "VK" steht dabei für "vereinfacht kontinuierlich". Optional kann eine Anlage mit Vorpolymerisationsstufe bei erhöhtem Druck eingesetzt werden. Durch den Einsatz eines solchen Vorreaktors verringert sich die für die Ringöffnungsreaktion des ε-Caprolactams erforderliche Verweilzeit. Am Ende des senkrecht stehenden Rohrreaktors (VK-Rohr) wird eine Polyamidschmelze mit einer Zusammensetzung nahe dem chemischen Gleichgewicht aus Polyamid, Lactammonomer, Oligomeren und Wasser erhalten. Der Gehalt an Oligomeren und Monomeren kann z. B. 8 bis 15 Gew.-% betragen und die Viskositätszahl des rohen Polyamids, die in direkter Beziehung zur molaren Masse und somit den Verarbeitungseigenschaften steht, liegt in der Regel zwischen 1 10 bis 160 ml/g. Für viele Verwendungszwecke, z. B. zur Herstellung von Folien für Verpackungsmaterialien, ist ein geringerer Restmonomerengehalt im Polyamid erforderlich, so dass das rohe Polyamid vor seiner Weiterverarbeitung im Allgemeinen einer zumindest teilwei- sen Entfernung von Monomeren und/oder Oligomeren unterzogen wird. In the first step of the hydrolytic polymerization, a portion of the lactam used reacts by the action of water with ring opening to the corresponding ω-aminocarboxylic acid. This then reacts with further lactam in polyaddition and condensation reactions to the corresponding polyamide. In a preferred variant ε-caprolactam reacts by the action of water with ring opening to amino caproic acid and then on to polyamide 6. The hydrolytic polymerization can be carried out in one or more stages. In general, the polycondensation takes place and - addition in a vertical tubular reactor (VK tube). The abbreviation "VK" stands for "simplified continuously". Optionally, a plant with pre-polymerization at elevated pressure can be used. The use of such a prereactor reduces the residence time required for the ring-opening reaction of the ε-caprolactam. At the end of the upright tube reactor (VK tube), a polyamide melt having a near-chemical composition is obtained from polyamide, lactam monomer, oligomers and water. The content of oligomers and monomers may, for. B. 8 to 15 wt .-% and the viscosity number of the crude polyamide, which is directly related to the molar mass and thus the processing properties, is usually between 1 10 to 160 ml / g. For many uses, eg. For example, for the production of films for packaging materials, a lower residual monomer content in the polyamide is required, so that the crude polyamide before its further processing is generally subjected to at least partial removal of monomers and / or oligomers.
Zur Verringerung des Gehalts an niedermolekularen Komponenten wird aus dem Produkt der hydrolytischen Polymerisation in der Regel zunächst ein Granulat roher Polyamidteilchen erzeugt und diese anschließend mit einem Extraktionsmittel extrahiert, um verbliebene Monomere und Oligomere zu entfernen. Dies erfolgt häufig durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Extrahieren mit heißem Wasser, wie es z. B. in der DE 25 01 348 A und DE 27 32 328 A beschrieben ist. Zur Reinigung von rohem Polyamid 6 ist auch die Extraktion mit Caprolactam-haltigem Wasser (WO 99/26996 A2) oder die Behandlung im überhitzten Wasserdampfstrom (EP 0 284 986 A1 ) be- kannt. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Wirtschaftlichkeit werden die extrahierten Bestandteile, insbesondere im Fall von Polyamid 6 das Caprolactam und die cyclischen Oligomere, in das Verfahren zurückgeführt. An die Extraktion schließt sich üblicherweise eine Trocknung des extrahierten Polyamids an. Für viele Anwendungen werden zudem Polyamide mit höheren Molekulargewichten benötigt, die durch die hydrolytische Polymerisation alleine nicht erreicht werden. Zur Erhöhung des Molekulargewichts bzw. der Viskosität des Polyamids kann im An- schluss an die Extraktion und Trocknung eine Nachkondensation durchgeführt werden, wobei das Polyamid vorzugsweise in der festen Phase vorliegt (Festphasenkondensa- tion). Dazu kann das Granulat bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Polyamids getempert werden, wobei vor allem die Polykondensation fortschreitet. Dies führt zum Aufbau des Molekulargewichtes und damit zur Erhöhung der Viskositätszahl des Polyamids. In der Regel liegt die Viskositätszahl von Polyamid 6 nach der Extraktion und Nachpolymerisation bei etwa 180 bis 260 ml/g. To reduce the content of low molecular weight components of the product of the hydrolytic polymerization is usually first granules of crude polyamide particles produced and then extracted with an extractant to remove residual monomers and oligomers. This is often done by continuous or discontinuous extraction with hot water, as z. B. in DE 25 01 348 A and DE 27 32 328 A is described. For the purification of crude polyamide 6, the extraction with caprolactam-containing water (WO 99/26996 A2) or the treatment in the superheated steam stream (EP 0 284 986 A1) is also known. For reasons of environmental protection and economy, the extracted components, in particular in the case of polyamide 6, the caprolactam and the cyclic oligomers are recycled to the process. The extraction is usually followed by drying of the extracted polyamide. For many applications, polyamides with higher molecular weights are needed, which are not achieved by the hydrolytic polymerization alone. To increase the molecular weight or the viscosity of the polyamide can be carried out subsequent to the extraction and drying a post-condensation, wherein the polyamide is preferably present in the solid phase (solid phase condensation). For this purpose, the granules can be tempered at temperatures below the melting point of the polyamide, in particular, the polycondensation progresses. This leads to the structure of the molecular weight and thus to increase the viscosity number of the polyamide. As a rule, the viscosity number of polyamide 6 after extraction and postpolymerization is about 180 to 260 ml / g.
Nachkondensation und Trocknung werden dabei häufig in einem Schritt durchgeführt, wie dies in der WO 2009/153340 A1 und der DE 199 57 664 A1 beschrieben ist. Postcondensation and drying are often carried out in one step, as described in WO 2009/153340 A1 and DE 199 57 664 A1.
Die DD 2090899 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung niedermolekularer Bestand- teile aus einer Polyamidschmelze, indem man diese einer Extraktion mit monomerem Caprolactam und anschließend einer Monomerenentfernung im Vakuum unterzieht. DD 2090899 describes a process for removing low molecular weight constituents from a polyamide melt by subjecting them to extraction with monomeric caprolactam and then removing the monomer in vacuo.
Die DD 227140 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Polyamid mit einem Polymerisationsgrad DP > 200. Das Verfahren zeichnet sich durch mindestens 5 nachei- nander ablaufende Stufen aus. Zu Beginn jeder Trocknungsstufe wird die Oberfläche des schmelzflüssigen Polyamids auf > 4 cm2/g Polyamid und der maximale Diffusionsweg des Wassers in der Schmelze auf < 3 mm eingestellt. WO 03/040212 offenbart eine Methode zur Herstellung von Polyamid 6 durch hydrolytische Polymerisation von ε-Caprolactam unter Einwirkung von Wasser. Die Entwässerung wird durch die Erhöhung der Oberfläche der Schmelze erreicht. DD 227140 describes a process for the production of polyamide having a degree of polymerization DP> 200. The process is characterized by at least 5 post-polymerization nander outgoing steps. At the beginning of each drying step, the surface of the molten polyamide is adjusted to> 4 cm 2 / g of polyamide and the maximum diffusion path of the water in the melt to <3 mm. WO 03/040212 discloses a method for producing polyamide 6 by hydrolytic polymerization of ε-caprolactam under the action of water. Dewatering is achieved by increasing the surface area of the melt.
Die EP 0 141 314 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von trockenem Poly- amincaprolactamgranulat mit einem Gehalt an Caprolactam und dessen Oligomeren von 8 bis 13 Gew.-%, wobei man eine Caprolactamschmelze in Stränge gießt, die Stränge auf 100 bis 150°C abkühlt und bei dieser Temperatur belässt, bis das Polyca- prolactam weitgehend kristallisiert ist, unmittelbar anschließend granuliert und das Granulat in einem Inertgasstrom unter Ausschluss von molekularem Sauerstoff für ei- nen Zeitraum von 1 bis 4 Stunden bei einer Temperatur von 100 bis 150°C belässt und dann abkühlt. Eine Entgasung des strangförmigen Produkts bei hohen Temperaturen im Schmelzezustand ist nicht beschrieben. EP 0 141 314 A2 describes a process for the preparation of dry polyamine caprolactam granules with a content of caprolactam and its oligomers of 8 to 13% by weight, wherein a caprolactam melt is poured into strands, the strands are cooled to 100 to 150 ° C. and at this temperature, until the Polyca- prolactam is largely crystallized, immediately granulated and leaves the granules in an inert gas stream with the exclusion of molecular oxygen for a period of 1 to 4 hours at a temperature of 100 to 150 ° C leaves and then cool. Degassing of the strand-shaped product at high temperatures in the melt state is not described.
Die EP 0 621 304 A1 beschreibt flammgeschützte thermoplastische Formmassen, die durch Einmischen von EP 0 621 304 A1 describes flame-retardant thermoplastic molding compositions which are prepared by mixing in
A) 20 bis 70 Gew.-% eines Magnesiumhydroxides und  A) 20 to 70 wt .-% of a magnesium hydroxide and
B) 0 bis 70 Gew.-% üblicher Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel in eine  B) 0 to 70 wt .-% of conventional additives and processing aids in one
Schmelze von  Melt of
C) 10 bis 80 Gew.-% eines Polyamid-Präpolymeren mit einer Viskositätszahl von 40 bis 100 ml/g  C) 10 to 80 wt .-% of a polyamide prepolymer having a viscosity number of 40 to 100 ml / g
und anschließende Nachkondensation in fester Phase, erhältlich sind. In den Beispielen 1 und 2 wird ein Polyamid-Präpolymer mit Magnesiumhydroxid und Schnittglasfasern in einen Extruder eingespeist, aufgeschmolzen, gemischt und konfektioniert. Das so erhaltene Produkt wird mit Wasser extrahiert und 12 Stunden im Vakuum bei 80°C (d.h. deutlich unter der Schmelztemperatur) getrocknet. Erst dann wird das getrocknete Produkt einer Stranggranulierung unterzogen. and subsequent post-condensation in solid phase, are available. In Examples 1 and 2, a polyamide prepolymer with magnesium hydroxide and chopped glass fibers is fed into an extruder, melted, mixed and formulated. The product thus obtained is extracted with water and dried in vacuo at 80 ° C (i.e., well below the melting temperature) for 12 hours. Only then is the dried product subjected to a strand granulation.
Die EP 0 1 17 495 beschreibt die kontinuierliche Herstellung von Polylactamen, wobei man eine wasserhaltige Lactamzusammensetzung in einer Vorpolymerisationszone unter einem Druck von 1 bis 10 bar unter gleichzeitiger Verdampfung des Wassers auf eine Temperatur von 220 bis 280°C erhitzt, Präpolymeres und Dampf kontinuierlich trennt, das Präpolymere in eine Polymerisationszone leitet und unter erhöhtem Druck bei einer Temperatur von 240 bis 290°C weiterpolymerisiert. Zwar lehrt dieses Dokument, dass man das Vorpolymerisat schmelzflüssig aus der Vorpolymerisationszone austragen und einer Entgasung zur Entfernung von Wasser unterziehen kann. Es ist jedoch nicht beschrieben, dass das Vorpolymerisat dabei strangförmig vorliegt. So wird auf Seite 3, Zeilen 22 - 26 diese Dokuments konkret gelehrt, dass das Vorpolymerisat zuerst in einem Entgasungsextruder behandelt und erst dann die vom Wasser befreite Schmelze in Stränge gegossen und granuliert wird. Nach der konkreten Ausführungsform des einzigen Beispiels wird das Vorpolymerisat in einem Abscheider in Wasserdampf und Schmelze getrennt, erst dann in Form von Strängen ausgetragen und in einem Wasserbad verfestigt. Das Austragen in Form von Strängen dient nach der Lehre der EP 0 1 17 495 dem Abkühlen und Verfestigen für den folgenden Granulations- schritt und nicht der Entgasung/Entwässerung. Zusammenfassend lehrt dieses Dokument somit nicht, ein Polyamid-Präpolymer aus einer hydrolytischen Polymerisation im geschmolzenen Zustand zu Strängen zu formen und das strangförmige Produkt bei hohen Temperaturen im Schmelzezustand einer Entgasung zu unterziehen. Eine alternative, großtechnisch noch nicht stark genutzte Route zur Herstellung von Polyamiden ist die Polykondensation von Aminonitrilen, z. B. die Herstellung von Polyamid 6 aus 6-Aminocapronitril (ACN). Nach einer üblichen Vorgehensweise umfasst dieses Verfahren eine Nitrilhydrolyse und anschließende Aminamidierung, die in der Regel in separaten Reaktionsschritten in Gegenwart eines Heterogenkatalysators, wie ΤΊΟ2 durchgeführt werden. Eine mehrstufige Fahrweise hat sich als praktikabel erwiesen, da beide Reaktionsschritte unterschiedliche Erfordernisse bezüglich Wassergehalt und Vollständigkeit der Reaktion haben. Auch bei dieser Syntheseroute ist es vielfach vorteilhaft, das erhaltene Polymer einer Reinigung zur Entfernung von Monome- ren/Oligomeren zu unterziehen. EP 0 1 17 495 describes the continuous production of polylactams in which a water-containing lactam composition is heated in a prepolymerization zone under a pressure of 1 to 10 bar with simultaneous evaporation of the water to a temperature of 220 to 280 ° C, prepolymer and steam continuously separated , which passes prepolymer in a polymerization zone and further polymerized under elevated pressure at a temperature of 240 to 290 ° C. Although this document teaches that the prepolymer is molten from the prepolymerization zone carry out and a degassing to remove water can undergo. However, it is not described that the prepolymer is present in a stranded form. Thus, it is specifically taught on page 3, lines 22-26 of this document that the prepolymer is first treated in a degassing extruder and only then poured the melt freed of water in strands and granulated. According to the specific embodiment of the single example, the prepolymer is separated in a separator in steam and melt, only then discharged in the form of strands and solidified in a water bath. The discharge in the form of strands is used according to the teaching of EP 0 1 17 495 cooling and solidifying for the following Granulations- step and not the degassing / dehydration. In summary, this document thus does not teach to form a polyamide prepolymer from a hydrolytic polymerization in the molten state into strands and to degas the stranded product at high temperatures in the melt state. An alternative, industrially not yet heavily used route for the production of polyamides is the polycondensation of aminonitriles, eg. For example, the preparation of polyamide 6 from 6-aminocapronitrile (ACN). In a conventional procedure, this process involves nitrile hydrolysis followed by aminamidation, which are usually carried out in separate reaction steps in the presence of a heterogeneous catalyst, such as ΤΊΟ2. A multi-step procedure has proved to be practicable since both reaction steps have different requirements with respect to water content and completeness of the reaction. In this synthesis route, too, it is often advantageous to subject the resulting polymer to a purification to remove monomers / oligomers.
Die WO 00/47651 A1 beschreibt ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Polyamiden durch Umsetzung mindestens eines Aminocarbonsäurenitrils mit Wasser. WO 00/47651 A1 describes a continuous process for the preparation of polyamides by reacting at least one aminocarbonitrile with water.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Polyamiden durch hydrolytische Poly- merisation sind noch verbesserungswürdig. So liegt der Gehalt an ε-Caprolactam zu Beginn der Nachpolymerisation des rohen Polyamids in der festen Phase weit unterhalb des Gleichgewichtwerts. Somit kann während der abschließenden Nachpolymerisation eine Rückreaktion der Polyaddition (Remonomerisierung) stattfinden, so dass sich der Restmonomerengehalt des Polyamids im letzten Schritt des Herstellungsver- fahrens wieder erhöht. Außerdem zeichnen sich die konventionellen Verfahren durch eine vergleichsweise lange Verweilzeit in der Nachpolymerisation aus, die erforderlich ist, um ein Polyamid mit entsprechend hohem Molekulargewicht bzw. Viskositätszahl zu erhalten. Dies führt zu erhöhten Produktionskosten. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyamiden durch hydrolytische Polymerisation bereitzustellen, bei dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll es nach diesem Verfahren möglich sein, ein Produkt mit sehr geringem Restmonomerengehalt zur Verfügung zu stellen. The known processes for the preparation of polyamides by hydrolytic polymerization are still in need of improvement. Thus, the content of ε-caprolactam at the beginning of the postpolymerization of the crude polyamide in the solid phase is well below the equilibrium value. Thus, a back reaction of the polyaddition (remonomerization) take place during the final postpolymerization, so that the residual monomer content of the polyamide increases again in the last step of the preparation process. In addition, the conventional processes are characterized by a comparatively long residence time in the postpolymerization, which is necessary in order to obtain a polyamide with a correspondingly high molecular weight or viscosity number. This leads to increased production costs. The present invention is therefore based on the object to provide an improved process for the preparation of polyamides by hydrolytic polymerization, in which the aforementioned disadvantages are avoided. In particular, it should be possible by this method to provide a product with very low residual monomer content.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe gelöst wird, wenn man das bei der hydrolytischen Polymerisation erhaltene Reaktionsgemisch, das Polyamid, Wasser, nicht umgesetzte Monomere und Oligomere enthält, anstatt es einer Extraktion zu unterziehen, direkt strangförmig in eine Entgasungsvorrichtung einspeist, wobei das enthaltene Wasser zumindest teilweise entfernt wird, und das Gemisch anschließend einer Nachpolymerisation in der Schmelze in einer Reaktionszone unterzieht. An diese spezielle Form der Schmelzepolymerisation kann sich speziell noch eine weitere Aufarbeitung, z. B. durch Granulierung, Extraktion und/oder Trocknung, anschließen, insbesondere jedoch keine weitere Nachpolymerisation in der Festphase, d. h. unterhalb des Schmelzpunktes des Polymers. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Polyamide mit hohem Molekulargewicht und geringem Restmono- mergehalt bei gegenüber konventionellen Verfahren verringerter Gesamtverfahrensdauer erzielt werden. Surprisingly, it has now been found that this object is achieved if the reaction mixture obtained in the hydrolytic polymerization, the polyamide, water, unreacted monomers and oligomers, instead of subjecting it to extraction, feeds directly strand into a degassing device, wherein the contained Water is at least partially removed, and then subjecting the mixture to a post-polymerization in the melt in a reaction zone. At this particular form of melt polymerization may be especially a further work-up, for. B. by granulation, extraction and / or drying, connect, but in particular no further postpolymerization in the solid phase, d. H. below the melting point of the polymer. According to the process of the invention, polyamides having a high molecular weight and low residual monomer content can be obtained with a reduced total process time compared to conventional processes.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, bei dem man a) eine Monomerzusammensetzung bereitstellt, die wenigstens ein Lactam oder wenigstens ein Aminocarbonsäurenitril und/oder Oligomere dieser Monomere enthält, b) die in Schritt a) bereitgestellte Monomerzusammensetzung in einer hydrolytischen Polymerisation bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasser unter Erhalt eines Reaktionsprodukts umsetzt, das Polyamid, Wasser, nicht umgesetzte Monomere und Oligomere enthält, c) das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt zu einem oder mehreren Strängen formt, d) das in Schritt c) erhaltenen strangförmige Reaktionsprodukt in eine Entgasungsvorrichtung einspeist und unter vermindertem Druck und/oder durch in Kontakt bringen mit einem Inertgas behandelt, wobei das enthaltene Wasser zumindest teilweise entfernt wird, und e) das in Schritt d) erhaltene entgaste Reaktionsprodukt zur Nachpolymerisation in eine Reaktionszone einspeist. The invention therefore provides a process for the preparation of polyamides, comprising: a) providing a monomer composition comprising at least one lactam or at least one aminocarbonitrile and / or oligomers of these monomers, b) the monomer composition provided in step a) in a hydrolytic polymerization reacting at elevated temperature in the presence of water to obtain a reaction product containing polyamide, water, unreacted monomers and oligomers, c) forming the reaction product obtained in step b) into one or more strands, d) the strand-shaped product obtained in step c) Feed reaction product in a degassing and under reduced pressure and / or by contact treated with an inert gas, wherein the water contained is at least partially removed, and e) feeds the degassed reaction product obtained in step d) for post-polymerization in a reaction zone.
Eine spezielle Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, bei dem man a) eine Monomerzusammensetzung bereitstellt, die wenigstens ein Lactam oder wenigstens ein Aminocarbonsäurenitril und/oder Oligomere dieser Monomere enthält, b) die in Schritt a) bereitgestellte Monomerzusammensetzung in einer hydrolyti- sehen Polymerisation bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasser unterA specific embodiment relates to a process for the preparation of polyamides, comprising: a) providing a monomer composition containing at least one lactam or at least one aminocarbonitrile and / or oligomers of these monomers, b) see the provided in step a) monomer composition in a hydrolyti- see Polymerization at elevated temperature in the presence of water under
Erhalt eines Reaktionsprodukts umsetzt, das Polyamid, Wasser, nicht umgesetzte Monomere und Oligomere enthält, c) das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt in schmelzförmigem Zustand zu ei- nem oder mehreren Strängen formt, d) das in Schritt c) erhaltene strangförmige Reaktionsprodukt, ohne es vorher einer Zerkleinerung zu Polyamidteilchen und ohne es vorher einer Extraktion zu unterziehen, schmelzförmig in eine Entgasungsvorrichtung einspeist und in der Schmelze unter vermindertem Druck und/oder durch in Kontakt bringen mit einem Inertgas behandelt, wobei das enthaltene Wasser zumindest teilweise entfernt wird, und e) das in Schritt d) erhaltene entgaste Reaktionsprodukt schmelzförmig in eine Re- aktionszone einspeist und einer Nachpolymerisation in der Schmelze unterzieht. C) reacting the reaction product obtained in step b) in a melted state into one or more strands, d) the extruded reaction product obtained in step c), without prior to comminuting it to polyamide particles and without subjecting it to extraction beforehand, melt-feeding it into a deaerator and melt-treating it under reduced pressure and / or by contacting it with an inert gas, at least partially removing the water contained therein, and e ) feeds the degassed reaction product obtained in step d) in a melt-like manner into a reaction zone and subjects it to post-polymerization in the melt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Polyamide, die durch das zuvor und im Folgenden beschriebene Verfahren erhältlich sind. Diese Polyamide zeichnen sich durch einen sehr geringen Restmonomerengehalt aus, wie mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht erzielt werden kann. Another object of the invention are polyamides, which are obtainable by the method described above and below. These polyamides are characterized by a very low residual monomer content, as can not be achieved by methods known from the prior art.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Polyamiden, die durch das zuvor und im folgenden beschriebene Verfahren erhältlich sind, insbesondere zur Herstellung von Granulaten, Folien, Fasern oder Formkörpern. DETALIERTE BESCHREIBUNG DER ERINDUNG Another object of the invention is the use of polyamides, which are obtainable by the method described above and below, in particular for the production of granules, films, fibers or moldings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Monomer eine niedermolekulare Verbindung verstanden, wie sie bei der Herstellung des Polyamids durch hydrolytische Polymerisation zur Einführung einer einzelnen Wiederholungseinheit eingesetzt wird. Dazu zählen die eingesetzten Lactame und Aminocarbonsäurenitrile. Dazu zählen auch zur Herstellung der Polyamide gegebenenfalls eingesetzte Comonomere, wie ω-Aminocarbonsäuren, ω-Aminocarbonsäureamide, co-Aminocarbonsäuresalze, ω-Aminocarbonsäureestern, Diamine und Dicarbonsäuren, Dicarbonsäure-/Diamin- salze, Dinitrile und Mischungen davon. In the context of the present invention, monomer is understood as meaning a low molecular weight compound as used in the preparation of the polyamide by hydrolytic polymerization for introducing a single repeating unit. These include the lactams and aminocarboxylic acid nitriles used. These include, for the preparation of the polyamides optionally used comonomers such as ω-aminocarboxylic acids, ω-aminocarboxamides, co-Aminocarbonsäuresalze, ω-aminocarboxylic acid esters, diamines and dicarboxylic acids, dicarboxylic acid / diamine salts, dinitriles and mixtures thereof.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Oligomer eine Verbindung verstanden, wie sie bei der Herstellung der Polyamide durch Reaktion von wenigstens zwei der die einzelnen Wiederholungseinheiten bildenden Verbindungen gebildet werden. Dabei weisen die Oligomere ein geringeres Molekulargewicht auf als die erfindungsgemäß hergestellten Polyamide. Zu den Oligomeren zählen cyclische und lineare Oligomere, speziell cyclisches Dimer, lineares Dimer, Trimer, Tetramer, Pentamer, Hexamer und Heptamer. Gängige Verfahren zur Bestimmung der oligomeren Kompo- nenten von Polyamiden erfassen im Allgemeinen die Komponenten bis zum Heptamer. In the context of the present invention, an oligomer is understood as meaning a compound as formed in the preparation of the polyamides by reaction of at least two of the compounds forming the individual repeat units. In this case, the oligomers have a lower molecular weight than the polyamides prepared according to the invention. The oligomers include cyclic and linear oligomers, especially cyclic dimer, linear dimer, trimer, tetramer, pentamer, hexamer and heptamer. Common methods for the determination of the oligomeric components of polyamides generally detect the components up to the heptamer.
Die Viskositätszahl (Staudinger-Funktion, bezeichnet mit VZ, VN oder J) ist definiert als VZ = 1 / c x (η - ns) / r\s. Die Viskositätszahl steht in direkter Beziehung zur mittleren molaren Masse des Polyamids und gibt Auskunft über die Verarbeitbarkeit eines Kunststoffes. Die Bestimmung der Viskositätszahl kann nach EN ISO 307 mit einem Ubbelohde-Viskosimeter erfolgen. The viscosity number (Staudinger function, denoted by VZ, VN or J) is defined as VZ = 1 / cx (η - n s ) / r \ s. The viscosity number is directly related to the average molar mass of the polyamide and provides information about the processability of a plastic. The determination of the viscosity number can be carried out according to EN ISO 307 with an Ubbelohde viscometer.
Unter einem fließfähigen Reaktionsprodukt wird im Rahmen der Erfindung ein Gemisch verstanden, das befähigt ist, aus einem Hohlkörper (z. B. einem im Wesentlichen senk- recht angeordneten Reaktionsrohr) auszufließen. Bevorzugt wird das Reaktionsprodukt zu Strängen geformt und als fließfähiges strangförmiges Reaktionsprodukt in die Entgasungsvorrichtung eingespeist. Bevorzugt weist das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt in fließfähigem Zustand eine Nullviskosität von 10 bis 5*103 Pa-s bei 250 °C auf. In the context of the invention, a flowable reaction product is understood as meaning a mixture which is capable of flowing out of a hollow body (for example, a reaction tube arranged substantially vertically). Preferably, the reaction product is formed into strands and fed as a flowable strand-shaped reaction product in the degassing. Preferably, the reaction product obtained in step b) in a flowable state has a zero viscosity of 10 to 5 * 10 3 Pa-s at 250 ° C.
Schritt a) Step a)
In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Monomergemisch, das wenigstens ein Lactam oder wenigstens ein Aminocarbonsäurenitril und/oder Oligomere dieser Monomere und gegebenenfalls weitere Komponenten enthält unter polyamidbildenden Reaktionsbedingungen umgesetzt, wobei ein Polyamid gebildet wird. In step a) of the process according to the invention, a monomer mixture which comprises at least one lactam or at least one aminocarbonitrile and / or oligomers these monomers and optionally further components is reacted under polyamide-forming reaction conditions, wherein a polyamide is formed.
Erfindungsgemäß werden unter Polyamiden Homopolyamide, Copolyamide und Poly- mere, die wenigstens ein Lactam oder Nitril und wenigstens ein weiteres Monomer enthalten, mit einem Gehalt von mindestens 60 Gew.-% Polyamidgrundbausteinen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomergrundbausteine des Polyamids, verstanden. Homopolyamide leiten sich von einer Aminocarbonsäure oder einem Lactam bzw. einem Diamin und einer Dicarbonsäure ab und lassen sich durch eine einzelne Wiederholungseinheit beschreiben. Polyamid 6-Grundbausteine können beispielsweise aus Caprolactam, Aminocapronitril, Aminocapronsäure oder Gemischen davon aufgebaut sein. Beispiele für Homopolyamide sind Nylon-6 (PA 6, Polycaprolactam), Nylon-7 (PA 7, Polyenantholactam oder Polyheptanamid), Nylon-10 (PA 10, Polydecanamid), Ny- lon-1 1 (PA 1 1 , Polyundecanlactam) und Nylon-12 (PA 12, Polydodecanlactam). According to the invention, polyamides are understood as meaning homopolyamides, copolyamides and polymers which comprise at least one lactam or nitrile and at least one further monomer, with a content of at least 60% by weight of polyamide base units, based on the total weight of the monomer building blocks of the polyamide. Homopolyamides are derived from an aminocarboxylic acid or a lactam or a diamine and a dicarboxylic acid and can be described by a single repeating unit. Polyamide 6 basic building blocks may be composed, for example, of caprolactam, aminocapronitrile, aminocaproic acid or mixtures thereof. Examples of homopolyamides are nylon 6 (PA 6, polycaprolactam), nylon 7 (PA 7, polyene antholactam or polyheptanamide), nylon 10 (PA 10, polydecanamide), nylon-1 1 (PA 11, polyundecanlactam) and Nylon 12 (PA 12, polydodecan lactam).
Copolyamide leiten sich von mehreren unterschiedlichen Monomeren ab, wobei die Monomere untereinander jeweils durch eine Amidbindung miteinander verbunden sind. Mögliche Copolyamidbausteine können sich beispielsweise von Lactamen, Aminocar- bonsäuren, Dicarbonsäuren und Diaminen ableiten. Bevorzugte Copolyamide sind Polyamide aus Caprolactam, Hexamethylendiamin und Adipinsäure (PA 6/66). Copolyamide können die Polyamidbausteine in verschiedenen Verhältnissen enthalten. Polyamidcopolymere enthalten neben den Polyamidgrundbausteinen weitere Grundbausteine, die nicht durch Amidbindungen miteinander verbunden sind. Der Anteil an Comonomeren in Polyamidcopolymeren beträgt vorzugsweise höchstens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 20 Gew.-%, insbesondere höchstens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Grundbausteine des Polyamidcopolymers. Copolyamides are derived from several different monomers, wherein the monomers are interconnected by an amide bond. Possible Copolyamidbausteine can be derived, for example, from lactams, aminocarboxylic acids, dicarboxylic acids and diamines. Preferred copolyamides are polyamides of caprolactam, hexamethylenediamine and adipic acid (PA 6/66). Copolyamides may contain the polyamide units in various ratios. Polyamide copolymers contain, in addition to the polyamide basic building blocks, further basic building blocks which are not connected to one another by amide bonds. The proportion of comonomers in polyamide copolymers is preferably at most 40% by weight, more preferably at most 20% by weight, in particular at most 10% by weight, based on the total weight of the basic building blocks of the polyamide copolymer.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyamide sind vorzugsweise ausgewählt sind unter Polyamid-6, Polyamid-1 1 , Polyamid-12, und deren Copo- lyamiden und Polymerblends davon. Besonders bevorzugt sind Polyamid-6 und Polyamid-12, insbesondere bevorzugt ist Polyamid-6. The polyamides prepared by the process according to the invention are preferably selected from polyamide-6, polyamide-1 1, polyamide-12, and their copolyamides and polymer blends thereof. Particularly preferred are polyamide-6 and polyamide-12, particularly preferred is polyamide-6.
Das in Schritt a) bereitgestellte Monomergemisch enthält vorzugsweise wenigstens ein C5- bis Ci2-Lactam und/oder ein Oligomer davon. Die Lactame sind insbesondere ausgewählt unter ε-Caprolactam, 2-Piperidon (δ-Valerolatam), 2-Pyrrolidon (γ-Butyro- lactam), Capryllactam, Önanthlactam, Lauryllactam, deren Mischungen und Oligome- ren davon. Besonders bevorzugt wird in Schritt a) ein Monomergemisch bereitgestellt, das ε-Caprolactam, 6-Aminocapronitril und/oder ein Oligomer davon enthält. Insbesondere wird in Schritt a) ein Monomergemisch bereitgestellt, das ausschließlich ε-Caprolactam oder ausschließlich 6-Aminocapronitril als Monomerkomponente ent- hält. The monomer mixture provided in step a) preferably comprises at least one C5 to C12 lactam and / or an oligomer thereof. The lactams are in particular selected from ε-caprolactam, 2-piperidone (δ-valerolatam), 2-pyrrolidone (γ-butyrolactam), capryllactam, enanthlactam, laurolactam, mixtures thereof and oligomers thereof. of it. Particularly preferably, in step a) a monomer mixture is provided which contains ε-caprolactam, 6-aminocapronitrile and / or an oligomer thereof. In particular, in step a) a monomer mixture is provided which contains exclusively ε-caprolactam or exclusively 6-aminocapronitrile as the monomer component.
Weiterhin ist es auch möglich, dass in Schritt a) ein Monomergemisch bereitgestellt wird, das zusätzlich zu wenigstens einem Lactam oder Aminocarbonsäurenitril und/oder Oligomer davon wenigstens ein damit copolymensierbares Monomer (M) ent- hält. Furthermore, it is also possible that in step a) a monomer mixture is provided which, in addition to at least one lactam or aminocarbonitrile and / or oligomer thereof, contains at least one monomer (M) copolymerizable therewith.
Geeignete Monomere (M) sind Dicarbonsäuren, beispielsweise aliphatische C4-10- alpha, omega-Dicarbonsäuren wie Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Acelainsäure, Sebacinsäure und Dodecandisäure. Auch aromati- sehe C8-2o-Dicarbonsäuren wie Terephthalsäure und Isophthalsäure können eingesetzt werden. Suitable monomers (M) are dicarboxylic acids, for example aliphatic C4-10-alpha, omega-dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and dodecanedioic acid. Aromatic C8-2o-dicarboxylic acids such as terephthalic acid and isophthalic acid can also be used.
Als Monomere (M) geeignete Diamine können α,ω-Diamine mit vier bis zehn Kohlenstoffatomen, wie Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Heptamethylendiamin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin und Decamethylen- diamin eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist Hexamethylendiamin. Diamines suitable as monomers (M) are α, ω-diamines having four to ten carbon atoms, such as tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, octamethylenediamine, nonamethylenediamine and decamethylenediamine. Particularly preferred is hexamethylenediamine.
Unter den als Monomere (M) geeigneten Salzen der genannten Dicarbonsäuren und Diaminen ist insbesondere das Salz aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin, so genanntes AH-Salz, bevorzugt. Among the salts of said dicarboxylic acids and diamines which are suitable as monomers (M), preference is given in particular to the salt of adipic acid and hexamethylenediamine, so-called AH salt.
Geeignete Monomer (M) sind auch Lactone. Bevorzugte Lactone sind beispielsweise ε- Caprolacton und/oder γ-Butyrolacton. Bei der Herstellung der Polyamide können ein oder mehrere Kettenregler eigesetzt werden, beispielsweise aliphatische Amine oder Diamine wie Triacetondiamin bzw. Mono- oder Dicarbonsäure wie Propionsäure und Essigsäure oder aromatische Carbonsäuren wie Benzoesäure oder Terephthalsäure. Suitable monomers (M) are also lactones. Preferred lactones are, for example, ε-caprolactone and / or γ-butyrolactone. One or more chain regulators can be used in the preparation of the polyamides, for example aliphatic amines or diamines such as triacetonediamine or mono- or dicarboxylic acid such as propionic acid and acetic acid or aromatic carboxylic acids such as benzoic acid or terephthalic acid.
Schritt b) Step b)
Die Umsetzung des in Schritt a) bereitgestellten Monomergemischs in einer hydrolytischen Polymerisation in Schritt b) kann nach üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Ein solches Verfahren wird z. B. im Kunststoff Handbuch, % Techni- sehe Thermoplaste: Polyamide, Carl Hanser Verlag, 1998, München, S. 42-47 und 65- 70 beschrieben. Auf diese Offenbarung wird hier in vollem Umfang Bezug genommen. The reaction of the monomer mixture provided in step a) in a hydrolytic polymerization in step b) can be carried out by customary methods known to the person skilled in the art. Such a method is z. In the Plastics Handbook,% Technique see thermoplastics: polyamides, Carl Hanser Verlag, 1998, Munich, pp. 42-47 and 65-70. This disclosure is hereby incorporated by reference.
Bevorzugt wird in Schritt b) zur hydrolytischen Polymerisation ein Lactam einer Rin- göffnung unter Einwirkung von Wasser unterzogen. Dabei wird z. B. das Lactam zumindest teilweise zur korrespondierenden Aminocarbonsäure gespalten, die dann im Folgeschritt durch Polyaddition und Polykondensation weiter polymerisiert. Wird nach einer bevorzugten Ausführungsform in Schritt a) ein Monomergemisch bereitgestellt, das Caprolactam enthält, so wird dieses unter der Einwirkung von Wasser zumindest teilweise zur korrespondierenden Aminocapronsäure geöffnet und reagiert anschließend unter Kondensation und Polyaddition zum Polyamid 6. In einer alternativen Ausführung wird in Schritt b) ein Aminocarbonsäurenitril, speziell 6-Aminocapronsäurenitril, einer Polymerisation unter Einwirkung von Wasser und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators unterzogen. Preferably, in step b) for hydrolytic polymerization, a lactam is subjected to a ring opening under the action of water. This z. B. the lactam cleaved at least partially to the corresponding aminocarboxylic acid, which then further polymerized in the subsequent step by polyaddition and polycondensation. If, in a preferred embodiment, a monomer mixture containing caprolactam is provided in step a), it is at least partially opened to the corresponding aminocaproic acid under the action of water and then reacts under condensation and polyaddition to form polyamide 6. In an alternative embodiment, in step b ) an aminocarbonitrile, especially 6-aminocapronitrile, a polymerization under the action of water and optionally in the presence of a catalyst.
Die Umsetzung in Schritt b) erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. The reaction in step b) is preferably carried out continuously.
Bevorzugt erfolgt die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) in Gegenwart von 0,1 bis 25 Gew.-% zugesetztem Wasser, besonders bevorzugt von 0,5 bis 20 Gew.-% zu- gesetztem Wasser, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomere und Oligomere. Zusätzliches, bei der Kondensationsreaktion gebildetes Wasser ist bei dieser Mengenangabe nicht berücksichtigt. Preferably, the hydrolytic polymerization in step b) in the presence of 0.1 to 25 wt .-% of added water, more preferably from 0.5 to 20 wt .-% added water, based on the total amount of the monomers and oligomers used , Additional water formed in the condensation reaction is not included in this quantity.
Die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) kann einstufig oder mehrstufig (z. B. zweistufig) erfolgen. Wenn die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) einstufig durchgeführten wird, dann beträgt die Anfangskonzentration des Wassers vorzugsweise 0,1 bis 4 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomere und Oligomere. Wenn die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) zweistufig durchgeführten wird, dann ist dem VK-Rohr bevorzugt eine Druckvorstufe, z. B. ein Druckvorreak- tor, vorgeschaltet. In der Druckvorstufe beträgt die Anfangskonzentration des Wassers bevorzugt 2 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 20 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomere und Oligomere. The hydrolytic polymerization in step b) can be carried out in one or more stages (for example in two stages). When the hydrolytic polymerization in step b) is carried out in one stage, the initial concentration of the water is preferably 0.1 to 4 wt .-% based on the total amount of the monomers and oligomers used. If the hydrolytic polymerization is carried out in two stages in step b), then the VK tube is preferably a pre-press, for. B. a Druckvorreak- gate upstream. In the prepress stage, the initial concentration of water is preferably from 2 to 25% by weight, more preferably from 3 to 20% by weight, based on the total amount of the monomers and oligomers used.
In einer speziellen Ausführung besteht das in Schritt a) bereitgestellte Monomerge- misch aus wenigstens einen Lactam und erfolgt die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) in Gegenwart von 0,1 bis 4 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Gesamtmenge des eingesetzten Lactams. Speziell handelt es sich bei dem Lactam um In a specific embodiment, the monomer mixture prepared in step a) comprises at least one lactam and the hydrolytic polymerization in step b) is carried out in the presence of from 0.1 to 4% by weight of water, based on the total amount of lactam used. Specifically, the lactam is um
ε-Caprolactam. Die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) kann in Gegenwart wenigstens eines Reglers, wie Propionsäure, erfolgen. Wird in Schritt b) ein Regler eingesetzt und die hydrolytische Polymerisation zweistufig unter Einsatz einer Druckvorstufe durchgeführt, so kann der Regler in der Druckvorstufe und/oder in der zweiten Polymerisationsstufe eingesetzt werden. In einer speziellen Ausführung erfolgt die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) nicht in Gegenwart eines Reglers. ε-caprolactam. The hydrolytic polymerization in step b) can be carried out in the presence of at least one regulator, such as propionic acid. If a regulator is used in step b) and the hydrolytic polymerization is carried out in two stages using a pressure precursor, the regulator can be used in the prepress and / or in the second polymerization stage. In a specific embodiment, the hydrolytic polymerization in step b) does not take place in the presence of a regulator.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyamide können zusätzlich übliche Additive wie Mattierungsmittel, z. B. Titandioxid, Keimbildner, z. B. Magnesi- umsilicat, Stabilisatoren, z. B. Kupfer(l)halogenide und Alkalihalogenide, Antioxidantien, Verstärkungsmittel, etc., in üblichen Mengen enthalten. Die Additive werden in der Regel vor, während oder nach der hydrolytischen Polymerisation (Schritt b) zugesetzt. Bevorzugt werden die Additive vor der hydrolytischen Polymerisation in Schritt b) zugesetzt. The polyamides prepared in the process according to the invention may additionally contain conventional additives such as matting agents, for. As titanium dioxide, nucleating agents, z. As magnesium silicate, stabilizers, z. As copper (L) halides and alkali halides, antioxidants, reinforcing agents, etc., contained in conventional amounts. The additives are usually added before, during or after the hydrolytic polymerization (step b). The additives are preferably added before the hydrolytic polymerization in step b).
Die Umsetzung in Schritt b) kann einstufig oder mehrstufig (z. B. zweistufig) erfolgen. In einer ersten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung in Schritt b) einstufig. Dabei wird vorzugsweise das Lactam oder Aminocarbonsäurenitril und gegebenenfalls Oli- gomere davon mit Wasser und gegebenenfalls Additiven in einem Reaktor zur Reakti- on gebracht. The reaction in step b) can take place in one or more stages (for example in two stages). In a first embodiment, the reaction in step b) takes place in one stage. In this case, the lactam or aminocarbonitrile and optionally oligomers thereof are preferably reacted with water and, if appropriate, additives in a reactor for the reaction.
Geeignete Reaktoren sind die zur Herstellung von Polyamiden üblichen, dem Fachmann bekannten Reaktoren. Bevorzugt erfolgt die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) in einem Polymerisationsrohr oder einem Bündel von Polymerisationsrohren. Speziell wird für die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) wenigstens ein sogenanntes VK-Rohr eingesetzt. Die Abkürzung "VK" steht dabei für "vereinfacht kontinuierlich". Bei einer mehrstufigen Ausführung der Umsetzung in Schritt b) erfolgt bevorzugt wenigstens eine der Stufen in einem VK-Rohr. Bei einer zweistufigen Ausführung der Umsetzung in Schritt b) erfolgt bevorzugt die zweite Stufe in einem VK-Rohr. Bei einer zweistufigen Ausführung der Umsetzung in Schritt b) kann die erste Stufe in einem Druckvorreaktor erfolgen. Beim Einsatz eines Aminocarbonsäurenitrils erfolgt die Umsetzung in Schritt b) in der Regel mehrstufig, wobei die erste Stufe bevorzugt in einem Druckvorreaktor erfolgt. In einer geeigneten Ausführungsform wird Polyamid 6 in einem mehrstufigen Verfahren, speziell einem zweistufigen Verfahren, hergestellt. Caprolactam, Wasser und gegebenenfalls wenigstens ein Additiv, wie beispielsweise ein Kettenregler, werden der ersten Stufe zugeführt und zu einer Polymerzusammensetzung umgesetzt. Diese Polymerzusammensetzung kann unter Druck oder durch eine Schmelzeaustragspumpe in die zweite Stufe überführt werden. Vorzugsweise erfolgt dies über einen Schmelzeverteiler. Suitable reactors are the customary for the preparation of polyamides, known in the art reactors. The hydrolytic polymerization in step b) preferably takes place in a polymerization tube or a bundle of polymerization tubes. Specifically, at least one so-called VK tube is used for the hydrolytic polymerization in step b). The abbreviation "VK" stands for "simplified continuously". In a multi-stage embodiment of the reaction in step b) is preferably carried out at least one of the stages in a VK tube. In a two-stage embodiment of the reaction in step b), the second stage preferably takes place in a VK tube. In a two-stage embodiment of the reaction in step b), the first stage can take place in a pressure pre-reactor. When using an aminocarbonitrile, the reaction in step b) is generally carried out in several stages, the first stage preferably taking place in a pressure pre-reactor. In a suitable embodiment, polyamide 6 is prepared in a multi-stage process, especially a two-stage process. Caprolactam, water and optionally at least one additive, such as a chain regulator, are fed to the first stage and converted to a polymer composition. This polymer composition can be applied under pressure or through a melt discharge pump in be transferred to the second stage. This is preferably done via a melt distributor.
Die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 240 bis 280 °C. Bei einer mehrstufigen Ausführung der hydrolytischen Polymerisation in Schritt b) können die einzelnen Stufen bei der gleichen oder bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken erfolgen. Bei Durchführung einer Polymerisationsstufe in einem Rohrreaktor, speziell einem VK-Rohr, kann der Reaktor über die gesamte Länge im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen. Möglich ist auch ein Temperaturgradient im Bereich wenigstens eines Teils des Rohrreaktors. Möglich ist auch die Durchführung der hydrolytischen Polymerisation in einem Rohrreaktor, der zwei oder mehr als zwei Reaktionszone aufweist, die bei unterschiedlicher Temperatur und/oder bei unterschiedlichem Druck betrieben werden. Wenn die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) einstufig erfolgt, so liegt der absolute Druck im Polymerisationsreaktor bevorzugt in einem Bereich von etwa 2 bis 10 bar, besonders bevorzugt von 1 ,01 bar bis 2 bar. Besonders bevorzugt wird die einstufige Polymerisation bei Umgebungsdruck durchgeführt. The hydrolytic polymerization in step b) is preferably carried out at a temperature in the range of 240 to 280 ° C. In a multi-stage embodiment of the hydrolytic polymerization in step b), the individual stages can be carried out at the same or at different temperatures and pressures. When carrying out a polymerization step in a tube reactor, especially a VK tube, the reactor can have substantially the same temperature over the entire length. Also possible is a temperature gradient in the region of at least part of the tubular reactor. It is also possible to carry out the hydrolytic polymerization in a tubular reactor having two or more than two reaction zone, which are operated at different temperatures and / or at different pressures. If the hydrolytic polymerization in step b) takes place in one stage, the absolute pressure in the polymerization reactor is preferably in a range from about 2 to 10 bar, more preferably from 1, 01 to 2 bar. Particularly preferably, the single-stage polymerization is carried out at ambient pressure.
In einer bevorzugten Ausführung wird die hydrolytische Polymerisation in Schritt b) zweistufig durchgeführt. Durch das Vorschalten einer sogenannten Druckstufe läßt sich eine Verfahrensbeschleunigung erreichen, indem die geschwindigkeitsbestimmende Spaltung des Lactams, speziell von Caprolactam, unter erhöhtem Druck unter ansonsten ähnlichen Bedingungen wie in der zweiten Reaktionsstufe durchgeführt wird. Die zweite Stufe erfolgt dann vorzugsweise in einem VK-Rohr, wie zuvor beschrieben. Bevorzugt liegt der absolute Druck in der ersten Stufe in einem Bereich von etwa 1 ,5 bis 70 bar, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 30 bar. Bevorzugt liegt der absolute Druck in der zweiten Stufe in einem Bereich von etwa 0,1 bis 10 bar, besonders bevorzugt von 0,5 bar bis zu 5 bar. Insbesondere liegt der Druck in der zweiten Stufe bei Umgebungsdruck. In a preferred embodiment, the hydrolytic polymerization in step b) is carried out in two stages. By pre-switching a so-called pressure stage, a process acceleration can be achieved by the rate-limiting cleavage of the lactam, especially of caprolactam, under elevated pressure under otherwise similar conditions as in the second reaction stage is performed. The second stage is then preferably in a VK tube, as previously described. Preferably, the absolute pressure in the first stage is in a range of about 1.5 to 70 bar, more preferably in a range of 2 to 30 bar. Preferably, the absolute pressure in the second stage is in a range of about 0.1 to 10 bar, more preferably from 0.5 bar to 5 bar. In particular, the pressure in the second stage is at ambient pressure.
Am Austritt des VK-Rohrs wird das Reaktionsprodukt strangförmig ausgetragen. Bevorzugt wird das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt in fließfähigem Zustand zu Strängen geformt und als fließfähiges strangförmiges Reaktionsprodukt in die Entga- sungsvorrichtung eingespeist. Insbesondere befindet sich das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt beim Austrag, beim Strangformen und dem anschließenden Eintritt in die Entgasungsvorrichtung in geschmolzenem Zustand. At the outlet of the VK tube, the reaction product is discharged strand-shaped. Preferably, the reaction product obtained in step b) is formed into strands in a flowable state and fed into the degassing device as a flowable strand-like reaction product. In particular, the reaction product obtained in step b) is in the molten state during the discharge, the strand molding and the subsequent entry into the degassing device.
Schritt c) Vor der Einspeisung in die Entgasungsvorrichtung wird das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt zu einem oder mehreren Strängen geformt. Dazu können dem Fachmann bekannte Vorrichtungen verwendet werden. Geeignete Vorrichtungen sind z. B. Lochplatten, Düsen oder Düsenplatten. Step c) Before being fed into the degassing device, the reaction product obtained in step b) is formed into one or more strands. For this purpose, devices known to the person skilled in the art can be used. Suitable devices are for. As perforated plates, nozzles or nozzle plates.
Bevorzugt wird das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt in fließfähigem Zustand zu Strängen geformt und als fließfähiges strangförmiges Reaktionsprodukt in die Entgasungsvorrichtung einspeist. Preferably, the reaction product obtained in step b) is formed in a flowable state into strands and fed as a flowable strand-shaped reaction product in the degassing.
Der Lochdurchmesser liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 mm bis 20 cm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 5 cm, ganz besonders bevorzugt 1 mm bis 10 mm. The hole diameter is preferably in a range of 0.5 mm to 20 cm, more preferably 0.5 mm to 5 cm, most preferably 1 mm to 10 mm.
Schritt d) Step d)
In Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt b) erhaltene fließfähige Polyamid in eine Entgasungsvorrichtung eingespeist. Das in Schritt b) erhaltene fließfähige Polyamid wird unter vermindertem Druck und/oder durch in Kontakt bringen mit einem Inertgas behandelt, wobei das enthaltene Wasser zumindest teilweise ent- fernt wird. In step d) of the process according to the invention, the flowable polyamide obtained in step b) is fed into a degassing device. The flowable polyamide obtained in step b) is treated under reduced pressure and / or by contact with an inert gas, wherein the water contained is at least partially removed.
Bevorzugt wird das in Schritt c) erhaltene strangförmige Reaktionsprodukt ohne es vorher einer Zerkleinerung zu Polyamidteilchen, z. B. durch Granulierung, zu unterziehen in die Entgasungsvorrichtung in Schritt d) eingespeist. Preferably, the strand-like reaction product obtained in step c) without it beforehand a comminution to polyamide particles, for. B. by granulation to be fed into the degassing in step d).
Bevorzugt wird das in Schritt c) erhaltene strangförmige Reaktionsprodukt ohne es vorher einer Extraktion zu unterziehen in die Entgasungsvorrichtung in Schritt d) eingespeist. In einer speziellen Ausführungsform wird das in die Entgasungsvorrichtung eingespeiste Reaktionsgemisch allein durch die Schwerkraft durch die Entgasungsvorrichtung geführt. The strand-like reaction product obtained in step c) is preferably fed to the degassing device in step d) without being subjected to extraction beforehand. In a specific embodiment, the reaction mixture fed into the degassing device is guided solely by gravity through the degassing device.
In einer speziellen Ausführungsform wird das in die Entgasungsvorrichtung eingespeis- te Reaktionsgemisch ohne Kontakt mit der Wandung der Entgasungsvorrichtung durch die Entgasungsvorrichtung geführt. In a specific embodiment, the reaction mixture fed into the degassing device is passed through the degassing device without contact with the wall of the degassing device.
In einer bevorzugten Variante wird die Entgasungsvorrichtung mit heißem Inertgas durchströmt. Als Inertgas eignen sich beispielsweise Stickstoff, CO2, Helium, Neon und Argon sowie Mischungen davon. Bevorzugt wird Stickstoff eingesetzt. Die Temperatur des durch die Entgasungsvorrichtung strömenden Inertgases liegt vorzugsweise in einem Bereich von 180 bis 290 °C, bevorzugt 240 bis 280 °C. Die Entgasungsvorrichtung kann prinzipiell bei Normaldruck, erhöhtem Druck oder vermindertem Druck betrieben werden. Der Druck in der Entgasungsvorrichtung liegt dann vorzugsweise bei 1 mbar bis 1 ,5 bar, bevorzugt 10 mbar bis 1 bar. In einer bevorzugten Variante wird die Entgasungsvorrichtung bei reduziertem Druck betrieben. Der Druck in der Entgasungsvorrichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 mbar bis 1 bar, besonders bevorzugt 100 mbar bis 800 mbar. In a preferred variant, the degassing device is flowed through with hot inert gas. As an inert gas, for example, nitrogen, CO2, helium, neon and are Argon and mixtures thereof. Preferably, nitrogen is used. The temperature of the inert gas flowing through the degassing device is preferably in a range of 180 to 290 ° C, preferably 240 to 280 ° C. The degassing device can in principle be operated at atmospheric pressure, elevated pressure or reduced pressure. The pressure in the degassing device is then preferably 1 mbar to 1, 5 bar, preferably 10 mbar to 1 bar. In a preferred variant, the degassing device is operated at reduced pressure. The pressure in the degassing device is preferably in a range of 10 mbar to 1 bar, more preferably 100 mbar to 800 mbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Entgasungsvorrichtung bei vermindertem Druck betrieben und gleichzeitig mit Inertgas durchströmt. Der Druck in der Entgasungsvorrichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 mbar bis 1 bar, beson- ders bevorzugt 100 mbar bis 800 mbar. Die Temperatur des durch die Entgasungsvorrichtung strömenden Inertgases liegt vorzugsweise in einem Bereich von 180 bis 290 °C, bevorzugt 240 bis 280 °C. In a preferred embodiment, the degassing device is operated at reduced pressure and at the same time flows through with inert gas. The pressure in the degassing device is preferably in a range from 10 mbar to 1 bar, more preferably 100 mbar to 800 mbar. The temperature of the inert gas flowing through the degassing device is preferably in a range of 180 to 290 ° C, preferably 240 to 280 ° C.
Als Entgasungsvorrichtung eignen sich Strangentgaser, Entgasungsbehältnisse (flash- Behälter), Dünnschichtverdampfer, Sprühtrockner, Entgasungskolonnen mit Einbauten z. B. Lenkungsbleche, Entgaser mit mischbaren Einbauten und andere üblichen Entgasungsvorrichtungen. Bevorzugt verwendet man Strangentgaser. As a degassing Strangentgaser, degassing containers (flash container), thin film evaporator, spray dryer, degassing columns with internals z. As steering plates, degasser with miscible internals and other conventional degassing. Preference is given to using strand degasifier.
Der Begriff Strangentgaser bezeichnet üblicherweise ein im Wesentlichen senkrecht stehendes Behältnis mit einer Eintrittsöffnung für das fließfähige Reaktionsgemisch am oberen Ende und einer Austrittsöffnung am unteren Ende. Der Begriff im Wesentlichen senkrecht bedeutet dabei, dass der Strangentgaser nicht exakt lotrecht zur Erdoberfläche angeordnet sein muss, sondern davon um bis zu 30°, bevorzugt um bis zu 20°, abweichen kann. The term strand degasser usually refers to a substantially vertical container having an inlet opening for the flowable reaction mixture at the upper end and an outlet opening at the lower end. The term essentially perpendicular here means that the strand degasser does not have to be arranged exactly perpendicular to the surface of the earth, but may deviate therefrom by up to 30 °, preferably by up to 20 °.
Bevorzugt ist der Strangentgaser zum Betrieb unter Inertgas und/oder vermindertem Druck ausgestattet. Des Weiteren bevorzugt ist der Strangentgaser beheizbar, z. B. mittels Heißdampf, Gasbrenner oder Doppelmantel mit Wärmeträger. Bevorzugt tritt die fließfähige Reaktionsmischung aus Schritt b) durch eine Düsenplatte oder Lochplatte von oben in den Strangentgaser ein. Es entstehen ein oder mehrere Teilstränge des fließfähigen Reaktionsgemischs. Das Reaktionsgemisch wird dann bevorzugt allein durch die Wirkung der Schwerkraft durch den Strangentgaser befördert. In einer möglichen Ausführungsform kann die Entgasungsvorrichtung, bevorzugt der Strangentgaser unterhalb der der Vorrichtung zur hydrolytischen Polymerisation angeordnet sein. Der Fördervorgang kann mittels Schwerkraft erfolgen. Gegebenenfalls kann zur Unterstützung des Fördervorgangs eine oder mehrere Schmelzepumpen eingesetzt werden. The strand degasser is preferably equipped for operation under inert gas and / or reduced pressure. Further preferably, the strand degasser is heatable, for. B. by means of superheated steam, gas burner or double jacket with heat transfer. Preferably, the flowable reaction mixture from step b) enters the strand degasser through a nozzle plate or perforated plate from above. One or more partial strands of the flowable reaction mixture are formed. The reaction mixture is then preferably transported through the strand degasser solely by the action of gravity. In one possible embodiment, the degassing device, preferably the strand degasser, can be arranged below that of the device for hydrolytic polymerization. The conveying process can be done by gravity. If necessary, one or more melt pumps can be used to assist the delivery process.
Den Entgasungsvorrichtungen können üblicherweise Vorrichtungen zur Regulierung des Druckes vor- oder nachgeschaltet sein, z. B. Druckregelventile. The degassing devices can usually be upstream or downstream of devices for regulating the pressure, for. B. Pressure control valves.
Die Entgasung in Schritt d) kann einstufig (in einer einzigen Entgasungsvorrichtung) erfolgen. Sie kann auch mehrstufig z. B. zweistufig, in mehreren Entgasungsschritten, die hintereinander und/oder parallel angeordnet sind, durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Entgasung einstufig durchgeführt. The degassing in step d) can be carried out in one stage (in a single degassing device). You can also multi-level z. B. two stages, in several degassing steps, which are arranged one behind the other and / or arranged in parallel. Preferably, the degassing is carried out in one stage.
Bei einer einstufigen Entgasung liegt der Druck in der Entgasungsvorrichtung üblicherweise bei 1 mbar bis 1 ,5 bar, bevorzugt 10 mbar bis 1 bar und die Temperatur in der Regel bei 180 bis 290 °C vorzugsweise bei 240 bis 280 °C. Bei der mehrstufigen Entgasung können die Entgasungsvorrichtungen in Art und Größe gleich oder verschieden sein. Beispielsweise können zwei gleiche Entgasungsvorrichtungen, oder zwei verschieden dimensionierte Entgasungsvorrichtungen eingesetzt werden. Beispielsweise können auch zwei Entgasungsvorrichtungen hintereinander betrieben werden, wobei jede der Entgasungsvorrichtung verschiedene Druckstufen aufweist. Beispielsweise können auch zwei Entgasungsvorrichtungen hintereinander betrieben werden, wobei jede der Entgasungsvorrichtung verschiedene Inertgasmengen aufweist. Beispielsweise können auch zwei Entgasungsvorrichtungen hintereinander betrieben werden, wobei jede der Entgasungsvorrichtung verschiedene Druckstufen und verschiedene Inertgasmengen aufweist. In a single-stage degassing, the pressure in the degassing device is usually from 1 mbar to 1, 5 bar, preferably 10 mbar to 1 bar and the temperature usually at 180 to 290 ° C, preferably at 240 to 280 ° C. In the multi-stage degassing the degassing devices can be the same or different in type and size. For example, two equal degassing devices, or two different sized degassing devices can be used. For example, two degassing devices can be operated in succession, each of the degassing device having different pressure levels. For example, two degassing devices can be operated in succession, each of the degassing device having different amounts of inert gas. For example, two degassing devices can be operated in succession, each of the degassing device having different pressure levels and different amounts of inert gas.
Bei einer zweistufigen Entgasung liegt der Druck in der Entgasungsvorrichtung üblicherweise bei 1 mbar bis 1 ,5 bar, bevorzugt 10 mbar bis 1 bar und die Temperatur in der Regel bei 180 bis 290 °C vorzugsweise bei 230 bis 280 °C. Die Temperatur unterscheidet sich in der Regel unwesentlich von der Temperatur bei einer einstufigen Ent- gasung. In a two-stage degassing, the pressure in the degassing usually at 1 mbar to 1, 5 bar, preferably 10 mbar to 1 bar and the temperature is generally at 180 to 290 ° C, preferably at 230 to 280 ° C. The temperature usually differs insignificantly from the temperature in a single-stage degasification.
Die Temperierung des Polyamids bei der Entgasung erfolgt üblicherweise über Wärmeaustauscher, Doppelmantel, temperierte statische Mischer, innenliegende Wärmetauscher oder andere geeignete Vorrichtungen. Die Einstellung des Entgasungsdru- ckes nimmt man ebenfalls in an sich bekannter Weise vor, z. B. mittels Druckregelventilen. The temperature control of the polyamide in the degassing is usually carried out via heat exchangers, double jacket, tempered static mixer, internal heat exchanger or other suitable devices. The setting of the degassing pressure ckes are also taken in a conventional manner, for. B. by means of pressure control valves.
Eine geeignete Kenngröße zur Charakterisierung der Entgasungsleistung ist die Ent- gasungszahl Ez=m/(npDL), mit m: Massenstrom der Schmelze, p: Dichte der Schmelze, D: Diffusionskoeffizient, L: Stranglänge. Die Entgasungszahl beträgt vorzugsweise 0,1 bis 20. A suitable parameter for characterizing the degassing performance is the degassing number E z = m / (npDL), where m: mass flow of the melt, p: density of the melt, D: diffusion coefficient, L: strand length. The degassing number is preferably 0.1 to 20.
Bei einer mehrstufigen Entgasung beziehen sich diese Zeiten jeweils auf eine einzige Stufe. In a multi-stage degassing, these times each relate to a single stage.
Durch die Entgasung in Schritt c) wird das in dem bei der hydrolytischen Polymerisation erhaltenen Reaktionsgemisch enthaltene Wasser zumindest teilweise entfernt. Bevorzugt weist das in Schritt c) erhaltene entgaste Reaktionsgemisch einen Wassergehalt von 0,03 bis 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, auf. By degassing in step c), the water contained in the reaction mixture obtained in the hydrolytic polymerization is at least partially removed. The degassed reaction mixture obtained in step c) preferably has a water content of from 0.03 to 0.15% by weight, based on the total weight.
Durch die Abreicherung des Wassers befindet sich das Reaktionsgemisch nicht mehr in dem nach der hydrolytischen Polymerisation eingestellten Gleichgewicht, so dass die Polykondensationsrektion weiter fortschreiten kann. Dies kann bereits unter den in der Entgasungsvorrichtung herrschenden Bedingungen erfolgen. Due to the depletion of the water, the reaction mixture is no longer in the equilibrium set after the hydrolytic polymerization, so that the polycondensation reaction can continue to progress. This can already be done under the conditions prevailing in the degassing.
Es ist möglich, dass bei der Entgasung in Schritt d) zusätzlich auch Monomere und/oder Oligomeren aus dem Reaktionsprodukt entfernt werden. Die in dem gasför- migen Austrag aus der Entgasungsvorrichtung enthaltenen Komponenten können kondensiert und zumindest teilweise in die Polymerisation (Schritt b)) zurückgeführt werden. It is possible that in the degassing in step d), in addition, monomers and / or oligomers are removed from the reaction product. The components contained in the gaseous discharge from the degassing device can be condensed and at least partially recycled into the polymerization (step b)).
Das in Schritt d) erhaltene entgaste Reaktionsprodukt kann vollständig oder teilweise erneut der Entgasung in Schritt d) unterzogen werden. Damit kann eine weitere Wasserentfernung des rückgeführten Polymerprodukts erzielt werden. The degassed reaction product obtained in step d) can be completely or partially re-degassed in step d). Thus, further water removal of the recycled polymer product can be achieved.
Beim Austritt aus der Entgasungsvorrichtung können die Teilstränge des Reaktionsprodukts wieder vereinigt werden. Upon exiting the degasser, the partial strands of the reaction product can be reunited.
Nach dem Austritt des entgasten Reaktionsproduktes aus der Entgasungsvorrichtung in Schritt d) wird das Reaktionsprodukt in eine Reaktionszone eingespeist. Bevorzugt wird das Reaktionsprodukt in fließfähiger Form in eine Reaktionszone gepumpt. Dazu können dem Fachmann bekannte geeignete Vorrichtungen verwendet werden. Eine geeignete Vorrichtung ist z. B. eine Schmelzepumpe. After the degassed reaction product leaves the degassing apparatus in step d), the reaction product is fed into a reaction zone. Preferably, the reaction product is pumped in a flowable form into a reaction zone. To For example, suitable devices known to the person skilled in the art can be used. A suitable device is z. B. a melt pump.
Schritt e) Steps)
In Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt d) erhaltene entgaste Reaktionsprodukt in eine Reaktionszone zur Nachpolymerisation eingespeist. In step e) of the process according to the invention, the degassed reaction product obtained in step d) is fed into a reaction zone for postpolymerization.
Das erhaltene entgaste Reaktionsprodukt aus Schritt d) wird vorzugsweise ohne es vorher einer Zerkleinerung zu Polyamidteilchen zu unterziehen in eine Reaktionszone eingespeist. The resulting degassed reaction product from step d) is preferably fed into a reaction zone without first undergoing comminution to form polyamide particles.
Die Nachpolymerisation in Schritt e) kann einstufig oder mehrstufig (z. B. zweistufig) erfolgen. In der zweistufig durchgeführten Nachpolymerisation in Schritt e) kann im Anschluss an Schritt e) das erhaltene Polymer oder ein Teil des erhaltenen Polymers in die Nachpolymerisation zurückgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Nachpolymerisation in Schritt e) einstufig. The postpolymerization in step e) can be carried out in one or more stages (for example in two stages). In the two-stage postpolymerization in step e), the polymer obtained or part of the polymer obtained can be recycled to the postpolymerization after step e). In a preferred embodiment, the postpolymerization in step e) is carried out in one stage.
Die Reaktionszone, in der die Nachpolymerisation stattfindet, ist bevorzugt ein Reaktor, besonders bevorzugt ein Rohrreaktor und im speziellen ein Rohrreaktor der "plug-flow" Charakteristik besitzt, d. h. es wird annähernd eine Pfropfenströmung realisiert. Der Rohrreaktor ist dadurch charakterisiert, dass der Zustand der Reaktionsmischung in dem Reaktor bezüglich der stofflichen und physikalischen Eigenschaften (zum Beispiel Temperatur, Zusammensetzung etc.) in Strömungsrichtung variieren kann, für jeden einzelnen Querschnitt senkrecht zur Fließrichtung hingegen der Zustand der Reaktionsmischung gleich ist. Im Idealfall haben alle in das Rohr eintretenden Volumenelemente die gleiche Verweilzeit im Reaktor. Bildlich gesehen durchströmt die Flüssigkeit das Rohr, als handele es sich um eine Anreihung leicht durch das Rohr gleitender Pfropfen. Das bedeutet, dass eine Quervermischung senkrecht zur Strömungsrichtung, also ein Stoff- und Wärmetransport in radialer Richtung , aber praktisch keine Rück- vermischung in Strömungsrichtung, also kein signifikanter Stoff- und Wärmetransport in axialer Richtung stattfinden. Die Strömungen sind in der Regel turbulent und die laminaren Randeffekte vernachlässigbar. Dies leistet ein Rohrreaktor mit statischen Mischern. The reaction zone in which the postpolymerization takes place is preferably a reactor, more preferably a tubular reactor and in particular a tubular reactor having "plug-flow" characteristics, i. H. Approximately one plug flow is realized. The tubular reactor is characterized in that the state of the reaction mixture in the reactor can vary in the direction of flow with regard to the material and physical properties (for example temperature, composition, etc.), whereas for each individual cross section perpendicular to the flow direction the state of the reaction mixture is the same. Ideally, all volume elements entering the tube will have the same residence time in the reactor. Figuratively speaking, the liquid flows through the tube as if it were a series of easily slipping through the tube. This means that a cross-mixing perpendicular to the flow direction, ie a mass and heat transport in the radial direction, but virtually no back mixing in the flow direction, so no significant material and heat transport in the axial direction take place. The flows are usually turbulent and the laminar edge effects negligible. This is done by a tubular reactor with static mixers.
Bei der Nachpolymerisation in Schritt e) liegt die Temperatur in der Reaktionszone bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 270 °C, besonders bevorzugt von 220 bis 260 °C. Die Temperierung des Polyamids bei der Nachpolymerisation in Schritt e) erfolgt beispielsweise über Wärmeaustauscher, wie Doppelmantel, innenliegende Wärmetauscher oder andere geeignete Vorrichtungen. Die Verweilzeit in der Reaktionszone im Schritt e) beträgt bevorzugt 30 Minuten bis 24 Stunden, besonders bevorzugt 1 Stunde bis 12 Stunden. In the postpolymerization in step e), the temperature in the reaction zone is preferably in a range from 200 to 270 ° C., more preferably from 220 to 260 ° C. The temperature control of the polyamide in the postpolymerization in step e) is carried out for example via heat exchangers, such as double jacket, internal heat exchangers or other suitable devices. The residence time in the reaction zone in step e) is preferably 30 minutes to 24 hours, more preferably 1 hour to 12 hours.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verweilzeit des Polymers in Schritt e) so gewählt, dass sich die relative Viskosität des Polyamids um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 15 %, besonders bevorzugt um mindestens 20 %, bezogen auf die relative Viskosität des Polyamids vor Schritt d), erhöht hat. According to a preferred embodiment, the residence time of the polymer in step e) is selected such that the relative viscosity of the polyamide is at least 10%, preferably at least 15%, more preferably at least 20%, based on the relative viscosity of the polyamide before step d) has increased.
Die relative Viskosität des Polyamids wird üblicherweise als Maß für das Molekulargewicht herangezogen. Die relative Viskosität wird erfindungsgemäß bei 25 °C als Lö- sung in 96-gewichtsprozentiger H2SO4 mit einer Konzentration von 1 ,0 g Polyamid in 100 ml Schwefelsäure bestimmt. Die Bestimmung der relativen Viskosität folgt dabei der DIN EN ISO 307. The relative viscosity of the polyamide is usually used as a measure of the molecular weight. The relative viscosity is determined according to the invention at 25 ° C. as a solution in 96% by weight H 2 SO 4 with a concentration of 1.0 g of polyamide in 100 ml of sulfuric acid. The determination of the relative viscosity follows DIN EN ISO 307.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt c) erhaltene strangförmige Reaktionsprodukt nachfolgend bis zum Abschluss der Nachpolymerisation in Schritt e) keiner Zerkleinerung zu Polyamidteilchen (Granulierung) unterzogen. In a specific embodiment of the process according to the invention, the strand-like reaction product obtained in step c) is subsequently subjected to no comminution into polyamide particles (granulation) until completion of the postpolymerization in step e).
In einer weiteren speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens be- findet sich das Reaktionsprodukt in den Schritten c), d) und e) permanent im schmelz- förmigen Zustand. In a further specific embodiment of the process according to the invention, the reaction product in steps c), d) and e) is permanently in the melted state.
Durch die Nachpolymerisation in Schritt e) können die Eigenschaften der Polymere zusätzlich verbessert werden. Dies gilt speziell für die Einstellung der für die weitere Verarbeitung gewünschten Viskosität der Polymere. Die Viskositätszahl des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Polyamids beträgt vorzugsweise 185 bis 260 ml/g. The postpolymerization in step e) can additionally improve the properties of the polymers. This is especially true for the adjustment of the desired viscosity of the polymers for further processing. The viscosity number of the polyamide obtained by the process according to the invention is preferably 185 to 260 ml / g.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt e) erhaltene Polyamid einer Formgebung unter Erhalt von Polyamidteilchen, speziell einer Granulierung, unterzogen. In a specific embodiment of the process according to the invention, the polyamide obtained in step e) is subjected to shaping to obtain polyamide particles, especially a granulation.
Eine Granulierung ist insbesondere zweckmäßig, wenn das Polyamid anschließend extrahiert werden soll. Zum Granulieren kann das Polyamid in Stränge vergossen, ver- festigt und anschließend granuliert werden. Ein weiteres Verfahren ist die Unterwassergranulation, die dem Fachmann prinzipiell bekannt ist. Granulation is particularly useful if the polyamide is to be subsequently extracted. For granulation, the polyamide can be cast in strands, solidified and then granulated. Another method is underwater granulation, which is known in principle to a person skilled in the art.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt e) erhaltene Polyamid, gegebenenfalls im Anschluss an eine Granulierung, extrahiert und/oder getrocknet. In a specific embodiment of the process according to the invention, the polyamide obtained in step e), optionally after a granulation, is extracted and / or dried.
Geeignete Verfahren und Vorrichtungen zur Extraktion von Polyamidteilchen sind dem Fachmann prinzipiell bekannt. Suitable methods and devices for extracting polyamide particles are known in principle to the person skilled in the art.
Extraktion heißt, dass der Gehalt an Monomeren und gegebenenfalls Dimeren und weiteren Oligomeren in dem Polyamid durch Behandlung mit einem Extraktionsmittel verringert wird. Technisch kann dies beispielsweise durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Extrahieren mit heißem Wasser (DE 2501348 A, DE 2732328 A) oder im überhitzten Wasserdampfstrom (EP 0284968 W1 ) geschehen. Extraction means that the content of monomers and optionally dimers and other oligomers in the polyamide is reduced by treatment with an extractant. Technically, this can be done for example by continuous or discontinuous extraction with hot water (DE 2501348 A, DE 2732328 A) or in the superheated steam stream (EP 0284968 W1).
Bevorzugt wird zur Extraktion ein Extraktionsmittel eingesetzt, das Wasser enthält oder aus Wasser besteht. In einer bevorzugten Ausführung besteht das Extraktionsmittel nur aus Wasser. In einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält das Extraktionsmit- tel Wasser und ein zur Herstellung des Polyamids eingesetztes Lactam. Im Falle von Polyamid 6 ist es somit auch möglich, zur Extraktion caprolactamhaltiges Wasser einzusetzen, wie dies in der WO 99/26996 A2 beschrieben ist. For extraction, an extractant containing water or consisting of water is preferably used. In a preferred embodiment, the extractant consists only of water. In a further preferred embodiment, the extraction medium contains water and a lactam used to prepare the polyamide. In the case of polyamide 6, it is thus also possible to use caprolactam-containing water for the extraction, as described in WO 99/26996 A2.
Die Temperatur des Extraktionsmittels liegt vorzugsweise in einem Bereich von 75 bis 130 °C, besonders bevorzugt von 85 bis 120 °C. The temperature of the extractant is preferably in a range of 75 to 130 ° C, more preferably 85 to 120 ° C.
Die Extraktion kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Bevorzugt ist eine kontinuierliche Extraktion. Bei der Extraktion können die Polyamidteilchen und das Extraktionsmittel im Gleichstrom oder im Gegenstrom geführt werden. Bevorzugt ist die Extraktion im Gegenstrom. The extraction can be continuous or discontinuous. Preferred is a continuous extraction. During extraction, the polyamide particles and the extractant may be passed in cocurrent or countercurrent. Preferably, the extraction is in countercurrent.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform werden die Polyamidteilchen kontinuier- lieh im Gegenstrom mit Wasser bei einer Temperatur < 100 °C und Umgebungsdruck extrahiert. Bevorzugt liegt die Temperatur dann in einem Bereich von 85 bis 99,9 °C. In a first preferred embodiment, the polyamide particles are continuously borrowed in countercurrent with water at a temperature <100 ° C and ambient pressure. Preferably, the temperature is then in a range of 85 to 99.9 ° C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Polyamidteilchen kontinuierlich im Gegenstrom mit Wasser bei einer Temperatur > 100 °C und einem Druck im Bereich von 1 bis 2 bar absolut extrahiert. Bevorzugt liegt die Temperatur dann in einem Bereich von 101 bis 120 °C. In a further preferred embodiment, the polyamide particles are continuously in countercurrent with water at a temperature> 100 ° C and a pressure in Extracted range from 1 to 2 bar absolute. Preferably, the temperature is then in a range of 101 to 120 ° C.
Zur Extraktion können übliche, dem Fachmann bekannte Vorrichtungen eingesetzt werden. In einer speziellen Ausführung wird zur Extraktion wenigstens eine pulsierte Extraktionskolonne eingesetzt. For extraction, it is possible to use customary devices known to the person skilled in the art. In a specific embodiment, at least one pulsed extraction column is used for the extraction.
Aus Gründen des Umweltschutzes und der Wirtschaftlichkeit werden die extrahierten Monomere und gegebenenfalls Dimere und/oder höheren Oligomere vorzugsweise aus dem Extraktionsmittel zurückgewonnen und wieder verwertet. Die bei der Extraktion erhaltenen beladenen Extraktionsmittel enthaltenen Komponenten, ausgewählt unter Monomeren und gegebenenfalls Dimeren und/oder Oligomeren, können dazu isoliert und in Schritt a) oder b) zurückgeführt werden. Eine spezielle Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden Schritte: For reasons of environmental protection and economy, the extracted monomers and optionally dimers and / or higher oligomers are preferably recovered from the extractant and recycled. The loaded extractants contained in the extraction extraction components selected from monomers and optionally dimers and / or oligomers can be isolated and recycled in step a) or b). A specific embodiment of the method according to the invention comprises the following steps:
Trennung des erhaltenen beladenen Extraktionsmittels in eine an Monomeren und/oder Oligomeren angereicherte Fraktion und eine an Monomeren und/oder Oligomeren abgereicherte Fraktion, zumindest teilweise Einspeisung der an Monomeren und/oder Oligomeren angereicherten Fraktion in die in Schritt a) bereitgestellte Monomerzusammensetzung oder die zur hydrolytischen Polymerisation in Schritt b) eingesetzte Reaktionszo- ne, zumindest teilweise erneute Verwendung der an Monomeren und/oder Oligomeren abgereicherten Fraktion als Extraktionsmittel. Bevorzugt wird das extrahierte Polyamid einer Trocknung unterzogen. Die Trocknung von Polyamiden ist dem Fachmann prinzipiell bekannt. Beispielsweise kann das extrahierte Granulat durch in Kontakt bringen mit trockener Luft oder einem trockenen Inertgas oder einem Gemisch davon getrocknet werden. Bevorzugt wird ein Inertgas, z. B. Stickstoff, zur Trocknung eingesetzt. Das extrahierte Granulat kann auch durch in Kon- takt bringen mit überhitztem Wasserdampf oder einem Gemisch davon mit einem davon verschiedenen Gas, vorzugsweise einem Inertgas, getrocknet werden. Zur Trocknung können übliche Trockner, z. B. Gegenstrom-, Kreuzstrom-, Teller-, Taumel-, Schaufel-, Riesel-, Konus-, Schachttrockner, Wirbelbetten usw. verwendet werden. Eine geeignete Ausführung ist die diskontinuierliche Trocknung im Taumeltrockner oder Konustrockner unter Vakuum. Eine weitere geeignete Ausführung ist die kontinuierliche Trocknung in sogenannten Trockenrohren, die mit einem unter den Trocknungsbedingungen inerten Gas durchströmt werden. In einer speziellen Ausführung wird zur Trocknung wenigstens ein Schachttrockner eingesetzt. Bevorzugt wird der Schachttrockner von einem heißen, unter die Nachpolymerisationsbedingungen inerten Gas durchströmt. Ein bevorzugtes inertes Gas ist Stickstoff. Separation of the resulting loaded extractant into a fraction enriched in monomers and / or oligomers and a fraction depleted in monomers and / or oligomers, at least partially feeding the fraction enriched in monomers and / or oligomers into the monomer composition provided in step a) or hydrolytic Polymerization in step b) used reaction zones, at least partially re-use of the depleted in monomers and / or oligomers fraction as extractant. Preferably, the extracted polyamide is subjected to drying. The drying of polyamides is known in principle to the person skilled in the art. For example, the extracted granules may be dried by contact with dry air or a dry inert gas or a mixture thereof. Preference is given to an inert gas, for. As nitrogen, used for drying. The extracted granules may also be dried by contacting them with superheated steam or a mixture thereof with a different gas, preferably an inert gas. For drying conventional dryer, z. B. countercurrent, crossflow, plate, tumble, paddle, trickle, cone, shaft dryer, fluidized beds, etc. are used. A suitable embodiment is the discontinuous drying in the tumble dryer or conical dryer under vacuum. Another suitable embodiment is the continuous drying in so-called drying tubes, which are flowed through with a gas inert under the drying conditions. In a special embodiment, at least one shaft dryer is used for drying. Preferably, the shaft dryer is flowed through by a hot, inert under the Nachpolymerisationsbedingungen gas. A preferred inert gas is nitrogen.
Es ist auch möglich, das Polyamid ohne vorherige Extratraktion nur zu trocken. Das nach Extraktion und Trocknung erhaltene Polyamid weist vorzugsweise einen Gehalt an Restmonomeren im Bereich größer 0 bis 0,1 Gew.-% auf. Vorzugsweise weist das nach Extraktion und Trocknung erhaltene Polyamid einen Restmonomergehalt von weniger als 0,05, bevorzugt weniger als 0,03 Gew.-%, auf. Vorzugsweise weist das nach Extraktion und Trocknung erhaltene Polyamid einen Gehalt an cyclischem Dimer von weniger als 0,1 , bevorzugt weniger als 0,08 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,02 Gew.-%, auf. It is also possible to dry the polyamide only without prior extratraction. The polyamide obtained after extraction and drying preferably has a content of residual monomers in the range of greater than 0 to 0.1 wt .-%. Preferably, the polyamide obtained after extraction and drying has a residual monomer content of less than 0.05, preferably less than 0.03 wt .-%, on. Preferably, the polyamide obtained after extraction and drying has a content of cyclic dimer of less than 0.1, preferably less than 0.08 wt .-%, particularly preferably less than 0.02 wt .-%, on.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden, vorzugsweise wird es kontinuierlich durchgeführt. The process according to the invention can be carried out continuously or batchwise, preferably it is carried out continuously.
Das Verfahren wird nachstehend durch die Figur 1 und die Beispiele näher erläutert. The process is explained in more detail below by FIG. 1 and the examples.
Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figure 1 shows schematically an embodiment for carrying out the method according to the invention.
In der Figur 1 werden folgende Bezugszeichen verwendet: The following reference symbols are used in FIG. 1:
1 Druckvorreaktor 1 pre-press reactor
2 VK-Rohr  2 VK pipe
3 Strangentgasung 3 strand degassing
4 Polymerisation im Plug-Flow-Reaktor  4 Polymerization in the plug-flow reactor
5 Extraktion  5 extraction
6 Trocknung BEISPIELE  6 Drying EXAMPLES
Figur 1 : Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Polyamid 6 FIG. 1: Inventive process for the production of polyamide 6
Tabelle 1 : Zusammenstellung der Ergebnisse der Beispiel 1 a bis 1 d und der Ausgangsprobe Eine Schmelze eines technisch verfügbaren Polyamid 6-Zwischenprodukts, das nach der Schmelzepolymerisation in einem VK-Rohr aus dem Polyamid 6-Produktions- prozess entnommen wurde , wurde mit Hilfe einer Düse mit einer Austrittsöffnung von 4 mm Durchmesser in einen Polymerstrang überführt, der bei 270 °C eine Fallstrecke von 800 mm im Stickstoffgegenstrom durchfällt und in einem auf 250 °C temperierten Gefäß aufgefangen wird. In diesem Gefäß verweilte die Schmelze unter Stickstoff- Überlagerung zur Nachpolymerisation. Nach dem Erkalten wurde der erhaltene Polyamidblock zunächst in einer Hammermühle unter Trockeneiskühlung und anschließend mittels Ultrazentrifugalmühle unter Kühlung mit Flüssigstickstoff gemahlen. Die nun vorliegenden Partikel mit Durchmessern von 2 bis 3 mm wurden 48 h mit entionisiertem Wasser bei 95 °C extrahiert. Für die Extraktion wurden in einem 2 L Rührkessel 625 g Granulat vorgelegt und mit einem Wasserdurchlauf von 2 L/h extrahiert. Vom extrahierten Material wurden 80 g bei 120 °C mit einer Stickstoffüberleitung von 1 1 L/h getrocknet. Table 1: Summary of the results of Example 1 a to 1 d and the starting sample A melt of a technically available polyamide 6 intermediate, which was taken from the polyamide 6 production process after melt polymerization in a VK tube, was transferred by means of a nozzle with an exit opening of 4 mm diameter into a polymer strand which was at 270 ° C falls a drop distance of 800 mm in nitrogen countercurrent and is collected in a tempered at 250 ° C vessel. In this vessel, the melt lingered under nitrogen overlay for postpolymerization. After cooling, the resulting polyamide block was first ground in a hammer mill with dry ice cooling and then by means of ultracentrifugal mill with cooling with liquid nitrogen. The now present particles with diameters of 2 to 3 mm were 48 h with deionized water at 95 ° C extracted. For the extraction 625 g of granules were placed in a 2 L stirred tank and extracted with a water flow of 2 L / h. From the extracted material 80 g were dried at 120 ° C with a nitrogen transfer of 1 1 L / h.
Von den erhaltenen Proben wurde die Viskositätszahl (VZ) gemäß EN ISO 307:2007 an Lösungen des Polyamids in 96 gew.-%iger Schwefelsäure mit einer Konzentration von 1 g auf 100 ml bestimmt. Der Caprolactamgehalt wurde mittels Gaschromatogra- phie bestimmt. Of the samples obtained, the viscosity number (VZ) was determined according to EN ISO 307: 2007 on solutions of the polyamide in 96% strength by weight sulfuric acid at a concentration of 1 g per 100 ml. The caprolactam content was determined by gas chromatography.
Die Versuchsbedingungen und -ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. The experimental conditions and results are shown in Table 1.
Tabelle 1 Table 1
Beispiel Durchsatz Verweilzeit im tempeViskositätszahl Caprolactam¬ Example throughput residence time in the tempeviscosity number caprolactam
Schmelzestrang rierten Gefäß zur VZ gehalt Schmelzestrang rierten vessel to VZ salary
[g/min] Nachpolymerisation [h]  [g / min] post-polymerization [h]
Probe nach - - 134 9,92 % VK-Rohr  Sample after - - 134 9.92% VK tube
1a 2,0 6 201 0,02 % 1a 2.0 6 201 0.02%
1 b 2,0 8 211 0,02 % 1 b 2.0 8 211 0.02%

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, bei dem man eine Monomerzusammensetzung bereitstellt, die wenigstens ein Lactam oder wenigstens ein Aminocarbonsäurenitril und/oder Oligomere dieser Monomere enthält, die in Schritt a) bereitgestellte Monomerzusammensetzung in einer hydrolytischen Polymerisation bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasser unter Erhalt eines Reaktionsprodukts umsetzt, das Polyamid, Wasser, nicht umgesetzte Monomere und Oligomere enthält, das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt zu einem oder mehreren Strängen formt, das in Schritt c) erhaltene strangformige Reaktionsprodukt in eine Entgasungsvorrichtung einspeist und unter vermindertem Druck und/oder durch in Kontakt bringen mit einem Inertgas behandelt, wobei das enthaltene Wasser zumindest teilweise entfernt wird, und e) das in Schritt d) erhaltene entgaste Reaktionsprodukt zur Nachpolymerisation in eine Reaktionszone einspeist. 1 . Process for the production of polyamides, in which a monomer composition is provided which contains at least one lactam or at least one aminocarboxylic acid nitrile and/or oligomers of these monomers, the monomer composition provided in step a) in a hydrolytic polymerization at elevated temperature in the presence of water to obtain a Reaction product, which contains polyamide, water, unreacted monomers and oligomers, forms the reaction product obtained in step b) into one or more strands, feeds the strand-shaped reaction product obtained in step c) into a degassing device and under reduced pressure and / or by in Bring into contact treated with an inert gas, the water contained being at least partially removed, and e) feeding the degassed reaction product obtained in step d) into a reaction zone for post-polymerization.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die in Schritt a) bereitgestellte Monomerzusammensetzung ε-Caprolactam oder 6-Aminocapronsäurenitril und/oder Oligomere dieser Monomere enthält. Method according to claim 1, wherein the monomer composition provided in step a) contains ε-caprolactam or 6-aminocaproonitrile and / or oligomers of these monomers.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung in Schritt b) zweistufig erfolgt und zumindest in der zweiten Stufe ein im Wesentlichen senkrecht stehender Rohrreaktor eingesetzt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the reaction in step b) takes place in two stages and at least in the second stage a substantially vertical tubular reactor is used.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt in fließfähigem Zustand zu Strängen formt und als fließfähiges strangförmiges Reaktionsprodukt in die Entgasungsvorrichtung einspeist. Method according to one of the preceding claims, wherein the reaction product obtained in step b) is formed into strands in a flowable state and fed into the degassing device as a flowable strand-shaped reaction product.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt c) erhaltene strangformige Reaktionsprodukt in die Entgasungsvorrichtung in Schritt d) eingespeist wird, ohne es vorher einer Zerkleinerung zu Polyamidteilchen und ohne es vorher einer Extraktion zu unterziehen. Method according to one of the preceding claims, wherein the strand-shaped reaction product obtained in step c) is fed into the degassing device in step d) is fed in without first being crushed into polyamide particles and without first subjecting it to extraction.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des in die Entgasungsvorrichtung eingespeisten Reaktionsgemischs bei Eintritt in die Entgasungsvorrichtung 180 °C bis 290 °C, bevorzugt 240 °C bis 280 °C, beträgt. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the temperature of the reaction mixture fed into the degassing device upon entry into the degassing device is 180 ° C to 290 ° C, preferably 240 ° C to 280 ° C.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der in Schritt d) eingesetzten Entgasungsvorrichtung um einen Strangentgaser handelt. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the degassing device used in step d) is a strand degasser.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Behandlung des Reaktionsgemisches in der Entgasungsvorrichtung in Schritt d) bei einer Temperatur von 180 °C bis 290 °C erfolgt. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the treatment of the reaction mixture in the degassing device in step d) takes place at a temperature of 180 ° C to 290 ° C.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Behandlung des Reaktionsgemisches in der Entgasungsvorrichtung in Schritt d) bei einem Druck von 1 mbar bis 1 ,5 bar, bevorzugt 10 mbar bis 1 bar, erfolgt. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the treatment of the reaction mixture in the degassing device in step d) takes place at a pressure of 1 mbar to 1.5 bar, preferably 10 mbar to 1 bar.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entgasungsvor- richtung in Schritt d) mit Inertgas durchströmt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the degassing device is flowed through with inert gas in step d).
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entgasungsvorrichtung in Schritt d) bei reduziertem Druck betrieben und gleichzeitig mit Inertgas durchströmt wird. 1 1 . Method according to one of the preceding claims, wherein the degassing device in step d) is operated at reduced pressure and at the same time inert gas flows through it.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Nachpolymerisation in Schritt e) eine Schmelze des in Schritt d) erhaltenen Reaktionsprodukts eingesetzt wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein a melt of the reaction product obtained in step d) is used for the post-polymerization in step e).
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zur Nachpolymerisation in Schritt e) eingesetzte Reaktionszone einen Rohrreaktor umfasst o- der aus einem Rohrreaktor besteht, wobei bevorzugt ein Rohrreaktor eingesetzt wird, der Plug-Flow-Charakteristik hat. 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the reaction zone used for post-polymerization in step e) comprises a tubular reactor or which consists of a tubular reactor, with preference being given to using a tubular reactor which has plug-flow characteristics.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verweilzeit in der Reaktionszone im Schritt e) 30 Minuten bis 24 Stunden beträgt. 14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the residence time in the reaction zone in step e) is 30 minutes to 24 hours.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt c) erhaltene strangförmige Reaktionsprodukt nachfolgend bis zum Abschluss der Nachpolymerisation in Schritt e) keiner Zerkleinerung zu Polyamidteilchen (Granulierung) unterzogen wird. 15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the strand-shaped reaction product obtained in step c) is subsequently used until the end of the Post-polymerization in step e) is not subjected to comminution into polyamide particles (granulation).
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Reakti- onsprodukt in den Schritten c), d) und e) im schmelzförmigen Zustand befindet. 16. The method according to any one of the preceding claims, wherein the reaction product in steps c), d) and e) is in the molten state.
17. Verfahren zur Herstellung von Polyamiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man a) eine Monomerzusammensetzung bereitstellt, die wenigstens ein Lactam oder wenigstens ein Aminocarbonsäurenitril und/oder Oligomere dieser Monomere enthält, b) die in Schritt a) bereitgestellte Monomerzusammensetzung in einer hydroly- tischen Polymerisation bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasser unter Erhalt eines Reaktionsprodukts umsetzt, das Polyamid, Wasser, nicht umgesetzte Monomere und Oligomere enthält, c) das in Schritt b) erhaltene Reaktionsprodukt in schmelzförmigem Zustand zu einem oder mehreren Strängen formt, d) das in Schritt c) erhaltene strangförmige Reaktionsprodukt, ohne es vorher einer Zerkleinerung zu Polyamidteilchen und ohne es vorher einer Extraktion zu unterziehen, schmelzförmig in eine Entgasungsvorrichtung einspeist und in der Schmelze unter vermindertem Druck und/oder durch in Kontakt bringen mit einem Inertgas behandelt, wobei das enthaltene Wasser zumindest teilweise entfernt wird, und e) das in Schritt d) erhaltene entgaste Reaktionsprodukt schmelzförmig in ei- ne Reaktionszone einspeist und einer Nachpolymerisation in der Schmelze unterzieht. 17. A process for producing polyamides according to one of the preceding claims, in which a) a monomer composition is provided which contains at least one lactam or at least one aminocarboxylic acid nitrile and/or oligomers of these monomers, b) the monomer composition provided in step a) in a hydrolytic - table polymerization at elevated temperature in the presence of water to obtain a reaction product which contains polyamide, water, unreacted monomers and oligomers, c) the reaction product obtained in step b) is formed in the melted state into one or more strands, d) that The strand-shaped reaction product obtained in step c), without first being crushed into polyamide particles and without first being subjected to extraction, is fed in melt form into a degassing device and treated in the melt under reduced pressure and/or by bringing it into contact with an inert gas, whereby the water contained is at least partially removed, and e) the degassed reaction product obtained in step d) is fed in melt form into a reaction zone and subjected to post-polymerization in the melt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem zusätzlichen Schritt f) das aus Schritt e) erhaltene Polyamid einer Formgebung unter Erhalt von Polyamidteilchen, speziell einer Granulierung, unterzogen wird. 18. The method according to any one of the preceding claims, wherein in an additional step f) the polyamide obtained from step e) is subjected to shaping to obtain polyamide particles, especially granulation.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt e) oder Schritt f) erhaltene Polyamid in einem zusätzlichen Schritt g) einer Behandlung mit wenigstens einem Extraktionsmittel unterzogen wird. 19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the polyamide obtained in step e) or step f) is subjected to a treatment with at least one extractant in an additional step g).
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) aus dem Polyamid isolierte Monomere und gegebenenfalls Oligomere in Schritt a) o- der b) rückgeführt werden. 20. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step d) monomers isolated from the polyamide and optionally oligomers are recycled in step a) or b).
21 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird. 21. Method according to one of the preceding claims, wherein the method is carried out continuously.
22. Polyamide, erhältlich durch ein Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 21 definiert. 22. Polyamides obtainable by a process as defined in any one of claims 1 to 21.
23. Verwendung eines Polyamids, erhältlich durch ein Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 21 definiert, zur Herstellung von Granulaten, Folien, Fasern oder Formkörpern. 23. Use of a polyamide, obtainable by a process as defined in one of claims 1 to 21, for the production of granules, films, fibers or shaped bodies.
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