专利名称：生产加工稳定的聚酰胺的方法
生产加工稳定的聚酰胺的方法本发明涉及一种生产在加工过程中具有增加稳定性的聚酰胺的方法。W0-A-02/4561 (US-B-6, 268, 468)描述了一种处理以固体状态存在的聚酰胺的方法，其中用由氮气或氩气构成的惰性载气处理聚酰胺且该载气包含气态酸或气态酸酐或胺。EP-A-1333049公开了在额外的下游加工步骤中在熔体中选定的内酯或酸酐对干燥且脱单体的尼龙-6的稳定化。所述方法尚不令人满意。因此，本发明的目的是消除上述缺点。因此，已经发现一种用于生产在加工过程中稳定的聚酰胺的新型且改进方法，其包括在固相后缩合工艺过程中用包含载气(惰性气体)、水和酸或酸酐或内酯或这些的混合物或氨或胺或这些的混合物的气体在130-200° C的温度和0.01-10巴的压力下处理聚酰胺。本发明方法可以按如下进行:在聚酰胺的固相后缩合过程中，聚酰胺可以用包含载气(惰性气体)、水和如下组分的气体处理:
a)酸或酸酐或内酯或这些的混合物，或者b)氨或胺或这些的混合物，或者可以依次用a)和b)或者b)和a)在130_200° C，优选140-180° C，特别优选150-175° C的温度和0.01-10巴，优选0.1-5巴，特别优选大气压力下处理。处理时间可以在宽范围内变化，但通常为1-100小时，优选2-60小时，特别优选10-50小时，尤其是15-40小时。所用气体通常可以通过如下措施得到:在固相后缩合设备中将蒸汽挥发性组分a)或b)与水和惰性气体的混合物直接计量加入载气流中，或者使用25kHz-3MHz，优选200kHz-3MHz，特别优选400kHz-3MHz范围内的超声波以雾化非蒸汽挥发性组分a)或b)与水和惰性气体的混合物，或者加热到100-300° C，优选180-250° C，特别优选200-240° C，尤其是210-230° C的温度并任选使用超声波来雾化。该气体例如可以直接或者借助惰性气体载气流在各个位置供入固相后缩合设备中。在一个优选的实施方案中，可以将它在后缩合设备上端(缩合设备顶部以下长度的约1/3)引入。同样可以将气流分成两个单独的进料或者将所有气体在固相后缩合设备的下端供入。在一个特别优选的实施方案中，在后缩合设备上端加入添加剂/载气气流以及与之相关地该气体越过聚酰胺，优选通过聚酰胺的情况下，例如可以并流操作。所用添加剂在引入后缩合设备中之前可以溶解于水中并且此时浓度通常为0.001-10重量％，优选0.01-5重量％，特别优选0.02-1重量％。然后可以将该溶液与载气混合，并在使用蒸汽挥发性添加剂时加热至100-300° C，优选180-250° C，特别优选200-240° C，尤其是210-230° C的温度，然后也任选供入后缩合设备中。若使用非蒸汽挥发性添加剂，则同样可以生产水溶液并且可以将其在室温下雾化，此时程序可以类似于用于蒸汽挥发性添加剂的程序。
可以将水:a.加入由惰性气体和酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者氨或胺或这些的混合物构成的混合物中，或者b.加入惰性气体中，或者c.以含水酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者含水氨或胺或这些的混合物的形式加入。在作为聚酰胺生产方法的一部分的固相缩合工艺(描述于下面的D中)的情况下，存在的材料通常是堆密度为500-900kg/m3，优选600-800kg/m3，特别优选700-800kg/m3以及直径为优选1.5_3mm,特别优选2_2.5mm的颗粒。用于固相缩合方法的聚酰胺可以按如下生产:A)溶体聚合(也见 R.Vieweg ;A.Miiller ;Kunststoff_Handbuch[塑料手册],第VI卷，Polyamide [聚酰胺];C.Hanser Verlagl966,第190页及随后各页)液体己内酰胺可以使用少量水作为反应引发剂在一步法或两步法中在240-270° C的温度下作为熔体缩聚。该方法例如使用PC管，在其端部可以将熔体冷却并造粒。B)热水提取(也见 R.Vieweg ;A.Miiller ;Kunststoff_Handbuch[塑料手册],第VI 卷，Polyamide [聚酸胺]；C.Hanser Verlagl966,第 193 页 + 参考文献)此时由聚酰胺除去残留单体和低聚物可以通过用热水提取，例如逆流提取而实现。在提取之后仍潮湿的聚酰胺颗粒此时可以进行下列方法之一。C)干燥(也见 R.Vieweg ;A.Miiller ;Kunststoff_Handbuch [塑料手册]，第 VI 卷，Polyamide [聚酸胺]；C.Hanser Verlagl966,第 194 页 + 参考文献)该方法的第三步可以跟在热水提取工艺之后，并且包括干燥提取后的颗粒，使残留水分浓度由约10重量％降至1-2重量％。D)固相后缩合工艺(类似参考文献)在提取和预干燥之后，可以在密闭体系中在排除大气氧下将颗粒在固态下热调节。排除大气氧的常规方法是产生惰性气体气氛。该处理工艺的最终产物是即可加工的聚酰胺，其具有合适的粘度水平和大大降低的残留水分浓度。干燥工艺(C)和固相后缩合工艺⑶也可以合并在单一步骤中，其中例如在用于该目的的管中通常可以在该管可用长度的上部1/3进行干燥工艺且可以在排除氧气下在该管可用长度的下部2/3进行缩聚工艺。对于实现在加工过程中的提高稳定性所述的添加剂的加入在本发明中在固相后缩合工艺D)过程中或者在合并的干燥/后缩合管中在气体形式的载体料流内或以雾化蒸汽/添加剂混合物形式进行。聚酰胺是在聚合物主链中具有酰胺基团(-C0-NH-)的长链合成聚合物。这些聚酰胺的实例是经由内酰胺或二羧酸和二胺的聚合得到的均聚聚酰胺以及衍生于二胺、二羧酸和内酰胺的混合物的共聚产物。合适聚酰胺的实例是尼龙-6、尼龙6，6、尼龙-6/6，6、尼龙_6，9、尼龙_6，10、尼龙-6，T、尼龙-6，1/6，T、尼龙-6，12、尼龙-11、尼龙-12、尼龙-4,6、尼龙-MXD6，以及这些的共聚物和混合物，优选尼龙_6、尼龙-6，6和尼龙-6/6，6，特别优选尼龙-6。热气通常基于所用聚酰胺包含载气以及0.001-20重量％， 优选0.1-15重量％，特别优选1-10重量％水和0.001-10重量％，优选0.01-5重量％，特别优选0.02-1重量％酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者氨或胺或这些的混合物。合适的载气是任何在加工条件下呈惰性的气体,实例是氦气、氖气、氩气、氪气和氮气，优选氮气或氩气，特别优选氮气。合适的酸是无机或有机酸。合适的无机酸是磷的含氧酸，例如磷酸、膦酸、次膦酸，还有膦酸酯，即包含膦酸的有机磷化合物，例如2-氨基乙基膦酸(AEPN)、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸(HEDP)、氨基三(亚甲基膦酸)(ATMP)、乙二胺四(亚甲基膦酸)(EDTMP)、四亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)(TDTMP)、六亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)(HDTMP)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)(DTPMP)、2_羧乙基膦酸(CEPA)，优选磷酸、膦酸和二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)(DTPMP)，特别优选磷酸。合适的有机酸是通式R1-COOH的短链和长链以及支化的脂族或芳族单羧酸，其中R1为氢，C1-Cltl烷基，优选C1-C8烷基，特别优选C1-C4烷基，如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基，尤其是乙基或正丙基，以及苯基，实例是甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸和新戊酸，优选乙酸和丙酸，特别优选丙酸。合适的酸酐是通式R1-C=O-O-O=C-R2的非环状酸酐，其中R1和R2相同或不同且为C1-Cltl烷基，优选C1-C8烷基，特别优选C1-C4烷基，如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基，尤其是甲基或乙基，还有通式-R3-C=O-O-O=C-的环状酸酐，其中-R3-为具有2-6个碳原子，优选2-4个碳原子，特别优选2-3个碳原子的亚烷基结构部分，具有2-6个碳原子，优选2-4个碳原子，特别优选2个碳原子的亚链烯基，具有2-6个碳原子，优选2-4个碳原子，特别优选2个碳原子的亚炔基，例如乙酸酐、琥珀酸酐、戊二酸酐、马来酸酐、邻苯二甲酸酐，优选琥珀酸酐、戊二酸酐和马来酸酐，特别优选琥珀酸酐和戊二酸酐。 合适的内酯是、-、δ-和ε -内酉旨,例如丁内酉旨、戍内酯和己内酉旨,优选丁内酯和己内酯，特别优选己内酯。合适的胺是伯胺R1-NH2,仲胺R1R2-NH,叔胺R1R2R3-N和季胺R1R2R3R4-N+(X—)，其中R1 > R2> R3> R4相互独立地为C1-C2tl烷基，优选C1-C8烷基，特别优选C1-C4烷基，例如甲基、乙基、正丙基和异丙基，C3-C2tl环烷基，优选C3-C8环烷基，例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基，特别优选环戊基、环己基、环庚基和环辛基，芳基，如苯基、1-萘基和2-萘基，C7-C20烷芳基，优选C7-C12烷基苯基，例如苄基和苯基乙基，C8-C20烷芳基烷基，优选C7-C16烷基苯基烷基，例如2-甲基苄基和2-甲基苯基乙基，以及X为卤素，如氟、氯、溴或碘，优选氯或溴，特别优选氯，并且特别优选C7-C12烷基苯基烷基，例如2-甲基苄基，C1-C2q胺，优选C1-C8K，例如甲胺、二甲胺、乙胺、正丙胺、2-丙基胺、正丁胺、伯丁胺、仲丁胺、叔丁胺、正戍胺、2_戍基胺、3-戍基胺、正己胺、2-己基胺、3-己基胺、正庚胺、2-庚基胺、3-庚基胺、4_庚基胺、正辛胺、2-辛基胺、3-辛基胺、环丙基胺、环丁基胺、环戍基胺、环己基胺、环庚基胺、环辛基胺、1，1，3，3-四甲基丁胺、N-乙基甲基胺、二甲胺、二乙胺、二正丙胺、二异丙胺、二正丁胺、二仲丁胺、二正戊胺、N-甲基丙胺、N-乙基丙胺，特别优选甲胺、二甲胺和环己胺，以及C2-C2tl 二胺，优选C2-C8 二胺，例如1，2- 二氨基丙烷、I, 3- 二氨基丙烷、1，2- 二氨基丁烷、1，3- 二氨基丁烷和1，4- 二氨基丁烷，特别优选C2-C6 二胺。
特别优选氨。使用酸或酸酐或内酯或这些的混合物可以降低端氨基数目。使用氨或胺或这些的混合物可以降低端羧基的数目。以此方式生产的高粘度聚酰胺通常证明在通过狭缝或环形模头熔体挤出以得到扁平箔或吹制箔或通过小直径环形模头以得到单丝而加工的过程中特别稳定。本发明中的加工通常降低具有非等摩尔比的存在端基(端氨基和端羧基)的聚酰胺的量并且在挤出工艺过程中或在熔融工艺过程中降低再单体化(remonomerization)率以及与此相关的粘度降低，尤其对于高粘度聚酰胺品级，并且还降低最终产品如箔、单丝、纤维或地毯中的再生单体含量。此外，端氨基的数目降低证明对于溶液染色纤维是有利的，从而使例如由其生产的地毯的易受沾污性显著降低。本发明在固相后缩合 工艺过程中处理聚酰胺的方法通常对颗粒在后缩合阶段中所需停留时间具有非常小的不利影响或者没有不利影响。相反，惊人的是实际上通常观察到该方法更快。在本发明中生产的聚酰胺可以用于生产非常宽的范围的产品。这些产品的非限制性实例是箔、单丝、纤维、纱线、纺织品片材等。由聚酰胺如尼龙-6和尼龙6/6，6制成的柔性包装用箔可以通过熔体挤出以扁平箔(经由狭缝模头)形式或以吹制箔(经由环形模头)形式生产；此时高剪切力作用于聚酰胺熔体，这取决于该体系的尺寸和物料通过量。主要使用的高粘度(RV为3.3-5.0)使得该熔体显著更易发生单体和聚合物之间平衡的逆转以及更易发生热降解。在两种情况下，形成单体ε -氨基己内酰胺，其或者作为气体逸入环境中或者冷凝而在该体系的冷却部件上得到沉积物。尽管使用高级吸除体系，尤其在扁平箔体系中出现模头沉积物或冷却辊沉积物，并且在一定操作时间之后这些沉积物导致在所得箔上污染并导致因清洁而停工。这些因清洁而停工中断了箔制造并且导致并不令人满意的最终产品产量。此外，高粘度聚酰胺的热降解导致平均链长降低并且这可以通过相对粘度测量表明。所述方法在更剧烈的加工条件，例如更高加工温度下恶化，从而限制用于生产例如箔的体系的物料通过量。当使用在本发明中生产的聚酰胺时，可以降低导致缩短的聚合物链和更低粘度的热降解程度，并且可以降低恢复成单体的程度，这也可以降低与此相关的因清洁而停工的次数，并且因此可以改进产率。在本发明上下文中，术语在加工过程中稳定是指在以熔体加工以得到例如箔、单丝、纤维或其他产品的过程中显著更牢固的行为，其中该行为的特征在于降低的粘度退化，还有更少的己内酰胺单体的恢复和释放，甚至在较剧烈的加工条件下。试验部分/实施例实施例1(在没有添加剂下氮气水分浓度对固相缩聚工艺的影响)固相缩聚反应器由长度为IOOOmm和内径为IOOmm的双壁圆柱形钢制容器和具有恒温器的夹套构成。该管设置在与水冷却管连接的圆锥体之上。冷却管将颗粒导向紧临出料螺杆输送器的螺杆之上的位置。在该反应器之上，该设置具有带两个球阀的空气闭锁，颗粒通过其引入。该反应器具有各种气体入口。主气体入口位于该管底部(在圆锥体中)。气体入口具有用于气体体积的流量计，还有3个将入口气体加热至所需温度的热交换器。在热交换器之前借助引入所需量的HPLC泵将添加剂(水和封端剂)引入气流中。引入的气体通过多孔管分布在颗粒内。所用聚合物颗粒包含特性粘度为152ml/g的预提取PA6颗粒。将材料加入反应器中以达到所需填充水平并记录该量(6kg)。开始供应气体(具有各种水浓度的氮气)。一旦达到反应温度，加入350g颗粒并以2小时的间隔排出以在管中实现27小时的平均停留时间。在运行4天后，取样并分析。表I对于用具有各种水分浓度的氮气处理显不固相后缩合工艺在165° C和173° C下27小时之后的特性粘度。表I
权利要求
1.一种生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，包括在固相后缩合工艺过程中用包含载气(惰性气体)、水和酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者氨或胺或这些的混合物的气体在130-200° C的温度和0.01-10巴的压力下处理所述聚酰胺。
2.根据权利要求1的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中基于所述聚酰胺，酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者氨或胺或这些的混合物的用量为0.001-10重量％。
3.根据权利要求1或2的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中将水: a.加入由惰性气体和酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者氨或胺或这些的混合物构成的混合物中，或者 b.加入所述惰性气体中，或者 c.以含水酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者含水氨或胺或这些的混合物的形式加入。
4.根据权利要求1-3中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中将蒸汽挥发性酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者氨或胺或这些的混合物直接用惰性气体/水混合物加热并送入后缩合设备中。
5.根据权利要求1-3中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中借助在25kHz-3MHz范围内的超声波雾化器将非蒸汽挥发性酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者胺或这些的混合物以非常细的液滴形式分布在水中并将该混合物送入所述惰性气体中，然后也送入固相后缩合设备中。
6.根据权利要 求1-5中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中气体包含0.001-20重量％水。
7.根据权利要求1-6中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中所用惰性气体包括氮气或氩气。
8.根据权利要求1-7中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中所用酸包括甲酸、乙酸、丙酸或其混合物。
9.根据权利要求1-7中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中所用酸包括磷酸或由磷酸和甲酸或丙酸构成的混合物。
10.根据权利要求1-7中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中所用酸包括二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)(DTPMP)或由DTPMP与磷酸和/或甲酸或丙酸构成的混合物。
11.根据权利要求1-7中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中所用酸酐包括琥珀酸酐、戊二酸酐、马来酸酐或邻苯二甲酸酐。
12.根据权利要求1-7中任一项的生产在加工过程中稳定的聚酰胺的方法，其中所用内酯包括丁内酯、戊内酯或己内酯。
13.用于包含聚酰胺或由聚酰胺构成的粒料和颗粒的根据权利要求1-12中任一项的聚酰胺在生产箔、单丝或纤维中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种生产加工稳定的聚酰胺的方法，其中在固相后缩合过程中用包含载气(惰性气体)、水和酸或酸酐或内酯或这些的混合物或者氨或胺或这些的混合物的气体在130-200°C的温度和0.01-10巴的压力下处理聚酰胺。
文档编号C08G69/46GK103080189SQ201180042995
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月10日
发明者R-E·格鲁茨奈尔, S·N·基拉潘戴尔拉马莫尔蒂, F-A·埃尔-图法伊利, A·格斯特劳尔, A·施塔默 申请人:巴斯夫欧洲公司