一种连续化尼龙聚合工艺的制作方法

文档序号:23261327发布日期:2020-12-11 18:50阅读:227来源:国知局

本发明涉及工程塑料技术领域,具体涉及一种连续化尼龙聚合工艺。



背景技术:

尼龙在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等性能和成本方面的综合优势,被广泛应用于电子电气、机械、纤维、汽车等各个领域。由于各个行业对轻量化、环保的追求,以塑代钢、以塑代木已经成为设计选材方面的大趋势。尼龙作为当今塑料工业领域中增长最快的部分之一,生产工艺的改进一直是研究的热点。

目前最常用的尼龙聚合工艺包括尼龙盐工艺和熔融聚合工艺两种。尼龙盐工艺一般首先在水或者强极性有机溶剂中制备尼龙盐,然后在一定温度下熔融缩聚得到最终的聚酰胺。例如直到2018年发表的专利cn109180931a中还是通过首先在水溶液中成盐,然后熔融缩聚的方法来制备聚酰胺1313。熔融缩聚的初期,还会加入大量水作为分散剂来保证最终产品质量的稳定,该工艺存在以下问题:

1)需要经过反应釜制备尼龙盐的步骤,过程繁琐,难以实现连续化生产。

2)需要消耗大量的水作为分散体系,造成浪费。

3)加入的水会在缩聚过程中汽化后挥发掉,会消耗大量的能源。

熔融聚合工艺虽然不需要加入水作溶剂,但仍存在以下问题:

1)通常在反应釜中进行,难以实现连续化生产。

2)熔融聚合需要在二元酸熔融的状态下加入二元胺,工艺过程要先将二元酸熔融,再进行聚合反应,反应效率低。

3)为了避免二元胺和二元酸结合过程中剧烈放热导致的沸点较低的二元胺的大量损失,通常使用沸点较高的二元胺。

4)为了避免加料过程二元酸和二元胺结合时大量集中放热,使得温度过高导致分解,需要缓慢的加入二元胺,这个加入过程就可能长达数小时,这样极大地限制了熔融聚合工艺生产尼龙的生产效率。



技术实现要素:

针对现有尼龙盐工艺能耗大和效率低的技术问题,本发明提供了一种连续化尼龙聚合工艺,即在原料体系中加入一定量的聚酰胺树脂作为分散介质,使得各个组分能够均匀稳定的分散到体系中,然后在螺杆挤出装置中完成原料的混合,利用螺杆挤出装置散热和混合效率高的优势,能够解决熔融聚合生产效率的瓶颈,并可以实现生产工艺的完全连续化,是一种高效、绿色环保的尼龙聚合工艺。

为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案是:

一种连续化尼龙聚合工艺,聚合原料按质量计,包括聚合单体二元酸和/或二元酸酯5-60份、二元胺3-50份和反应性分散介质聚酰胺10-90份;通过重量计量或者体积计量的方式将原料连续加入螺杆挤出装置,使得聚合单体在熔融的分散介质中反应混合均匀,然后进入后续聚合装置中继续聚合至尼龙树脂达到所需分子量。

最常用的螺杆挤出装置为同向双螺杆挤出装置,其他具有类似分散功能的螺杆挤出装置都可以应用于本发明。

本发明的聚酰胺原料作为反应性分散介质,需要在熔融的单体酸和胺相遇反应前熔融,从而作为分散介质,因此优选在物料熔融前从螺杆挤出装置的前端加入。

在原料中必须加入一定量的聚酰胺树脂,作为一种反应性的分散体系能够将二元酸和/或二元酸酯和二元胺均匀稳定的分散于体系之中,避免加入大量的水,省去了水溶液中制备尼龙盐的制备步骤。另外由于聚酰胺树脂的加入,分散体系具有了一定的熔点和粘度,能够适应螺杆挤出设备的应用,从而使得物料混合分散过程可以在螺杆挤出设备中进行,充分发挥螺杆挤出设备传热和分散效率高的优势。而且聚酰胺作为反应性分散体系,同样作为原料参与反应,留在最后的产物中,成为产品的一部分,与聚合单体共同决定了最终产品的性能。聚酰胺原料最终成为产品的一部分,因此省去了使用小分子溶剂需要最终除去溶剂、处理溶剂的步骤,使得工艺对环境更加友好。

另外,因为螺杆设备良好的密封性能和耐压性能,可以保证即使体系内温度超过了二元胺原料的沸点的情况下依然可以密封混合良好,且二元胺几乎没有损失。并且螺杆挤出装置散热效率突出,能够快速分散二元胺和二元酸结合时产生的热量,不会导致体系内局部温度失控,导致物料分解,颜色变深。这样所有原料都可以快速连续的加入体系中。几点因素集合起来,形成一套高效环保的聚合工艺。通过本发明实现的连续化尼龙的生产,能够极大的提高尼龙的生产效率,降低成本。

本发明的路线不需要专门提前制备尼龙盐,而是利用熔融的聚酰胺作为溶剂,使得分散后二元酸和二元胺在聚酰胺分散体系中直接发生成盐和聚合反应,因此很方便通过几种二元酸或者二元胺混和后投料的方式来制备共聚尼龙,从而在更大的范围内调整产品的性能。甚至可以在单体中加入部分的多元酸或者多元胺,使得产品具有一定的交联度,从而提高产品的耐温性能。

由于聚酰胺作为原料的使用,结合螺杆挤出设备良好的密封性能,使得熔融混合过程能够在螺杆挤出设备中非常容易的连续实现,体系沸点较二元酸更低,挥发性更强的二元酸酯也可以替代全部或者部分的二元酸作为原料,反应速度较二元酸更快,此时缩聚所脱除的小分子将含有醇。醇相对于水来说是更容易脱出的分子,使得聚合反应更容易进行,后续收集和处理掉醇即可。

优选地,先将二元酸和聚酰胺投入螺杆挤出装置,使二元酸分散到熔融的聚酰胺中,发生反应形成降解后的聚酰胺和二元酸的混合物,再将二元胺加入螺杆挤出装置中。

二元酸是最常用的制备聚酰胺的初始原料,相对二元胺来说,熔点通常更高,是更难以分散的固体,也更不容易挥发,提前加入也不会影响物料的配比。可以首先将二元酸和聚酰胺分散体系加入到螺杆挤出装置中,使二元酸分散到熔融的聚酰胺中,发生反应形成降解后的尼龙和二元酸的混合物,再将二元胺加入螺杆挤出装置中。

进一步优选地,二元胺熔化为液态或者溶解在溶剂中以液态形式加入螺杆挤出装置。这样更容易保证螺杆的密封性能,防止挥发性原料的损失。

为了实现连续化生产,本发明利用重量计量设备或者连续体积计量设备保证各组分加入的稳定性和连续性。部分或者全部的原料可以按照比例混合好后再计量加入。

所述的重量计量包括使用失重计量装置、液体泵计量装置,体积计量包括使用螺杆计量装置、液体泵计量装置。

本发明所述后续聚合装置为螺杆挤出装置、管式反应装置和釜式反应装置中的至少一种。各种原料在螺杆挤出装置中混合分散均匀后,可以直接在后面更长的螺杆挤出装置中继续聚合并脱除挥发的小分子,直至分子量达到目标出料。但是为了能够达到足够大的分子量,需要足够的反应时间,从而需要螺杆挤出装置具有特别长的长径比,通常需要多级螺杆挤出装置串联实现,增加了固定投资,设备占地也会加大。可以通过串联其他聚合装置来减小设备的体积。管道式反应器、反应釜式聚合装置均可用于本发明中。

优选地,原料连续加入螺杆挤出装置后,后续聚合装置为依次连接的平推流反应器和螺杆挤出装置。平推流反应器是一类连续化聚合的反应器,可以是管道式,也可以是反应釜、塔的形式,主要保证物料进出都是连续流动的,理想状态下没有返流,所有物料在其中的停留时间相等。平推流反应器可以控制物料聚合的时间,从而得到不同分子量的聚合物。物料在通过连续平推流反应器后,经过另外一套螺杆装置,在这里使得物料进一步均化,并脱除小分子挥发物。螺杆挤出装置可以实现连续进料和出料,因后续的聚合装置也优选物料连续流动出料的聚合装置,实现连续化生产最为有利。

本发明螺杆挤出装置将各物料混合分散均匀,各种原料的加入方式非常灵活,可以在机头同时加入进料段,也可以把部分的原料在挤出设备的中段通过侧喂料或者液体泵入的方式加入,甚至同一种原料也可在不同位置分批加入从而进一步使得混合更加均匀。

为了保证聚酰胺和单体反应的速率和分散的效果,螺杆挤出设备各段温度需要有不同的设定,进料段的温度不可过高,须能够保证固体原料顺利的输送,熔融段温度要保证原料聚酰胺熔融以充分分散聚合单体,温度要高于聚酰胺的熔点,即使原料聚酰胺熔点较低,此段的最高温度也不宜低于200℃,以保证充分的混合效果。螺杆挤出装置中的最高温度不低于250℃,保证原料能在熔融状态下更好的反应和混合,提高聚合的效率。

本发明所述二元胺与二元酸和/或二元酸酯的摩尔比例为0.4-2.5:1。为了得到分子量足够大的最终聚合物,需要保证最终聚合体系中氨基和羧酸基官能团比例的相对平衡。本发明的原料聚酰胺可以使用分子量较低的酰胺寡聚物作为聚酰胺原料,在寡聚物原料中的氨基和羧基的含量比例范围可以较大,因此需要根据寡聚物原料中的氨基和羧基的比例调整酸和胺原料的比例,使得最终的整个体系中酸和胺的比例平衡,得到高分子量的产物。因此,在本发明中,三种主要原料中酸与胺的比例可以在0.4-2.5:1之间调整,从而使得本发明原料的来源更加广泛,非常初级的酰胺寡聚物,甚至只包含一个重复单元的寡聚酰胺也可以作为原料聚酰胺来使用。此类酰胺寡聚物的端基可以以氨基为主,可以以羧基为主,也可以氨基和羧基比例相当,甚至可以是含有未聚合完的羧酸或者胺类单体的初级聚合物。此时,可以通过对寡聚物的胺值和酸值进行测定,从而确定原料中另外添加胺和酸的比例。整个体系中二元胺或者二元酸过量的时候,使用本发明的方法也可以制备各种不同分子量的氨基或者羧基封端的聚酰胺。低分子量的聚酰胺可以作为聚氨酯、环氧树脂配方中的重要组成成分。

本发明所述二元酸原料中含有芳香族二元酸,且芳香族二元酸摩尔比占二元酸原料的至少20%,相比传统方法更具优势。

芳香族二元酸是常见的用于耐高温聚酰胺材料的聚合单体,但是因为分子结构的特殊性,其溶解性和熔融的性能均远比脂肪族二元酸差,因此含有芳香族二元酸的尼龙的制备也比脂肪族尼龙困难。由于本发明的方法充分利用了聚酰胺作为分散体系的分散优势,又能够利用螺杆挤出设备混合效率高的优势,即使在高比例的芳香族二元酸不能完全溶解在聚酰胺中的情况下,芳香族酸也成为非常细小的颗粒均匀分布在体系中,加入二元胺后经过螺纹原件的分散依然可以形成完全均匀的体系,这样能够很好的解决芳香族二元酸聚合所面临的一系列问题,特别适合于含有芳香族二元酸的半芳香尼龙的制备,尤其制备芳香族原料比例较高的产品时相对于其他方法具有突出的优势。

本发明所述尼龙树脂产品的熔点高于250℃。高熔点聚酰胺的生产需要更高的温度保证物料的流动性,但是高温物料容易氧化,特别是对于间歇性的反应装置,由于高温下物料停留时间的不一致,更容易使得停留时间长的物料发生氧化,影响产品性能。本发明的连续化生产工艺适合熔点超过250℃的聚酰胺的生产。尤其是熔点高于290℃的耐高温聚酰胺生产时使用本发明的工艺更具有突出的优势,此种情况下,芳香族二元酸摩尔比占二元酸原料的摩尔比至少20%。

本发明所述聚酰胺占聚合原料的质量比例大于10%。

反应性分散体系聚酰胺的加入对实现螺杆中反应非常关键,因为聚酰胺的引入除了作为分散体系之外,更由于其具有一定的分子量,从而可以使得原料分散后的体系具有一定的粘度,从而更加适应螺杆挤出设备的应用。聚酰胺的比例不应少于10%,否则难以适应螺杆挤出设备的应用。

本发明加入的单体聚酰胺原料与尼龙产品相同,则得到的是均聚物产品,若单体聚酰胺原料与尼龙产品不相同,则得到的是共聚物产品,可根据需要调整聚酰胺原料的比例,但至少应在10%以上。如果聚合单体本身熔化后粘度较小,而反应所需温度又相对较高,则原料中聚酰胺的比例优选大于30%。

由于聚合反应是一个脱水的反应,因此原料中含有部分水不会导致这个方法完全失效,但是原料中水分越低,更容易对各组分的量实现精确控制,也能够减少能源的消耗。本发明聚合原料中的水分含量不超过5%。此处为质量比例,避免水分的引入。

本发明将原料匀速投入螺杆挤出装置,保证熔融聚合反应和送料的连续稳定进行。

本发明物料从进料到出料在聚合装置中的平均停留时间为10-120min。

本发明聚合单体中己二酸和己二胺占所有单体的摩尔比例大于80%。

本发明聚合单体中己二酸和戊二胺占所有单体的摩尔比例大于80%。

pa66和pa56是目前应用最为广泛的缩聚酰胺,都可以使用本发明的方法进行生产,可以在聚合单体中加入不超过20%的其他单体来调节聚合物的性能,满足更为广泛的应用需求。

本发明的有益效果在于:

1、本发明的尼龙聚合工艺以聚酰胺为反应性分散介质,与二元酸或酯和二元胺单体在螺杆挤出设备中熔融聚合反应,原料连续不间断地进入螺杆挤出设备中,在物料传输的流动过程中完成聚合反应,实现了进料、反应和出料的连续性,克服了传统反应釜工艺的间歇性生产缺点,并且省去了水溶液中制备尼龙盐的步骤,避免了尼龙盐制备过程中废液的产生,是一种绿色环保的尼龙合成方法。具备生产效率高、能耗低、节能、环保的特点,易于在实际生产中大规模推广应用。

2、本发明的连续化尼龙聚合工艺避免了分批次生产造成的产品质量不稳定的问题,且不受水溶液中尼龙盐制备过程中温度、ph值等因素的影响,得到的尼龙产品具有均匀性好、质量稳定的特点。

3、本发明在螺杆挤出设备中进行物料混合分散,因为螺杆挤出装置密闭性能好,且散热迅速,适应各种沸点的二元胺,且物料加入效率高,克服了常规熔融尼龙聚合只适用于沸点较高的二元胺,且加入效率低的问题。

4、本发明的聚酰胺原料来源广泛,可以是市场上购得的成品的聚酰胺,也可以是聚酰胺的预聚体寡聚物,可以很方便的通过混合不同的酸或者胺的方式制备共聚酰胺,从而更大范围内调整产品的性能。

5、由于聚酰胺树脂的加入,分散体系具有了一定的熔点和粘度,能够适应螺杆挤出设备的应用,从而使得物料混合分散过程可以在螺杆挤出设备中进行,充分发挥螺杆挤出设备传热和分散效率高的优势,实现连续生产,极大的提高生产效率。

6、本发明设备采用螺杆-平推流反应器-螺杆的生产设备,真正实现了进料、反应和出料的连续性,并且避免了螺杆挤出设备占地空间的问题。

7、芳香族二元酸的溶解性和熔融的性能均远比脂肪族二元酸差,因此含有芳香族二元酸的尼龙的制备也比脂肪族尼龙困难。由于本发明的方法充分利用了聚酰胺作为分散体系的分散优势,又能够利用螺杆挤出设备混合效率高的优势,特别适合于含有芳香族二元酸的半芳香高温尼龙的制备。

8、由于通常二元酸具有更高的熔点,更难于分散,因此优选首先让二元酸分散到聚酰胺中,先和聚酰胺反应,然后加入二元胺,保证了聚酰胺和单体反应的速率和分散的效果。将二元酸和聚酰胺在高温下反应,通过化学键或者物理分散的方式将二元酸均匀分散到聚合物中形成中间体,然后与二元胺缩聚,从而在合成过程中不需要在水或者醇溶液中制备尼龙盐,大大简化了聚合过程,并且避免了尼龙盐制备过程中废液的产生。产生的副产物理论上只有缩聚过程中生成的水,是一种绿色环保的耐高温聚合物合成方法。

9、因为螺杆挤出装置密闭性能好,且散热迅速,因此沸点较二元酸更低的二元酸酯也能够用本发明的方法通过熔融聚合制备尼龙,并且因为使用二元酸酯作为原料时,脱除的小分子醇相比水更容易在脱挥时脱出,聚合效率较二元酸作为原料时更高。

具体实施方式

为了更加清楚、详细地说明本发明的目的技术方案,下面通过相关实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为具体说明本发明的实施方法,并不限定本发明的保护范围。

实施例1

一种连续化尼龙聚合工艺,聚合原料按质量计,包括聚合单体二元酸60份、二元胺40份和反应性分散介质聚酰胺10份;通过重量计量或者体积计量的方式将原料连续加入螺杆挤出装置,使得聚合单体在熔融的分散介质中反应混合均匀,然后进入后续聚合装置中继续聚合至尼龙树脂达到所需分子量。

所述反应性分散介质聚酰胺在物料熔融前从螺杆挤出装置的前端加入。

实施例2

一种连续化尼龙聚合工艺,聚合原料按质量计,包括聚合单体二元酸20份、二元胺50份和反应性分散介质聚酰胺90份;通过重量计量或者体积计量的方式将原料连续加入螺杆挤出装置,使得聚合单体在熔融的分散介质中反应混合均匀,然后进入后续聚合装置中继续聚合至尼龙树脂达到所需分子量。

先将二元酸和聚酰胺投入螺杆挤出装置,使二元酸分散到熔融的聚酰胺中,发生反应形成降解后的聚酰胺和二元酸的混合物,再将二元胺加入螺杆挤出装置中。

所述后续聚合装置为螺杆挤出装置,后续的螺杆挤出装置分为继续反应的聚合段和挤出造粒的挤出段。

实施例3

一种连续化尼龙聚合工艺,聚合原料按质量计,包括聚合单体二元酸和二元酸酯共10份、二元胺3份和反应性分散介质聚酰胺12份;通过重量计量或者体积计量的方式将原料连续加入螺杆挤出装置,使得聚合单体在熔融的分散介质中反应混合均匀,然后进入后续聚合装置中继续聚合至尼龙树脂达到所需分子量。

先将二元酸和聚酰胺投入螺杆挤出装置,使二元酸分散到熔融的聚酰胺中,发生反应形成降解后的聚酰胺和二元酸的混合物,再将二元胺加入螺杆挤出装置中。

原料连续加入螺杆挤出装置后,再依次连续经管式反应装置和螺杆挤出装置挤出造粒。

所述二元酸原料中含有芳香族二元酸,且芳香族二元酸摩尔比占二元酸原料的50%。

原料中的水分含量不超过5%。

螺杆挤出装置中的最高温度不低于250℃。

实施例4

一种连续化尼龙聚合工艺,聚合原料按质量计,包括聚合单体二元酸5份、二元胺12.5份和反应性分散介质聚酰胺13份;通过重量计量或者体积计量的方式将原料连续加入螺杆挤出装置,使得聚合单体在熔融的分散介质中反应混合均匀,然后进入后续聚合装置中继续聚合至尼龙树脂达到所需分子量。

所述后续聚合装置为依次连接的釜式反应装置和螺杆挤出装置。物料从螺杆挤出装置直接进入釜式反应装置聚合反应,省去了常规的二元酸熔融和加胺升温步骤,提高了效率。

所述二元酸原料中含有芳香族二元酸,且芳香族二元酸摩尔比占二元酸原料的20%。

先将二元酸/二元酸酯和聚酰胺从进料段投入螺杆挤出装置,使二元酸/二元酸酯分散到熔融的聚酰胺中,发生反应形成降解后的尼龙和二元酸的混合物,再将二元胺从聚合段加入螺杆挤出装置。

原料中的水分含量不超过5%。

所述尼龙树脂产品的熔点高于250℃。

实施例5

一种连续化尼龙聚合工艺,聚合原料按质量计,包括聚合单体二元酸酯10份、二元胺20份和反应性分散介质聚酰胺20份;通过重量计量或者体积计量的方式将原料连续加入螺杆挤出装置,使得聚合单体在熔融的分散介质中反应混合均匀,然后进入后续聚合装置中继续聚合至尼龙树脂达到所需分子量。

所述后续聚合装置为依次连接的管道式反应装置和螺杆挤出装置。

所述二元酸原料中含有芳香族二元酸,且芳香族二元酸摩尔比占二元酸原料的20%。

先将二元酸和聚酰胺从进料段投入螺杆挤出装置,使二元酸分散到熔融的聚酰胺中,发生反应形成降解后的尼龙和二元酸的混合物。

原料中的水分含量不超过5%。

螺杆挤出装置中的最高温度不低于250℃。

所述二元胺与二元酸和/或二元酸酯的摩尔比在0.4-2.5:1之间。

所述二元酸原料中含有芳香族二元酸,且芳香族二元酸摩尔比占二元酸原料的摩尔比至少20%。

所述尼龙树脂产品的熔点高于290℃。

所述聚酰胺占聚合原料的质量比例大于10%。

物料从进料到出料在聚合装置中的平均停留时间为10-120min。

实施例6

按照18:22的重量比混合对苯二甲酸和pa66树脂和占总重量0.5%的抗氧剂、0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入同向双螺杆挤出机,物料熔化后在第五节螺筒连续加入己二胺,控制加入的己二胺的加入量,使得己二胺和对苯二甲酸的摩尔比为1.02:1。控制后续聚合阶段的温度在250-320℃之间,螺杆总长度和直径为192:1,为三级串联。螺杆挤出机的后端设有三个排气孔,后两个排气孔抽真空。机头温度设定为310℃,连续挤出造粒,得到pa6t树脂,熔点为313℃,相对粘度1.7,物料在聚合装置中的平均停留时间约12分钟。

实施例7

按照18:22:12.8的重量比混合对苯二甲酸、pa66树脂、己二胺和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入同向双螺杆挤出机。靠近螺杆前端的温度为150-260℃,熔融分散段温度为250-310℃,物料混合均匀后的后续聚合温度为250-320℃,螺杆总长度和直径为192:1,设有三个排气孔,后两个排气空抽真空。机头温度设定为310℃,连续挤出造粒,得到pa6t树脂,熔点为312℃,相对粘度1.5,物料在聚合装置中的平均停留时间约12分钟。

本实施例在螺杆前端加入己二胺,由于二胺容易挥发损失,将得到的尼龙产品与实施例6相比的己二胺比例降低,实施例6产品料条光滑均匀,口模出料不断条,而本实施例产品较实施例6更难以拉条切粒。

实施例8

按照17.2:16.6:6的重量比混合固体的癸二胺、苯二甲酸和pa10t树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端投入单螺杆挤出机.设置螺杆温度,螺杆的进料段温度为100-220℃,熔融分散段温度250-310℃,熔融混合均匀后物料通过三通阀门链接轮流进入两个反应釜中,在310℃条件下反应45分钟,-0.04mpa真空下再反应半小时,螺杆挤出造粒,得到pa10t树脂,熔点为308℃,相对粘度2.4。两个反应釜轮流接收混合的原料,分别聚合后,轮流出料,实现连续生产。

实施例9

按照14.6:10的重量比混合己二酸和pa66树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入同向双螺杆挤出机,设置螺杆温度,螺杆的进料段温度为150-220℃,熔融分散段温度220-280℃,物料熔化后从熔融分散段连续加入己二胺,通过失重控制加入的己二胺,使得己二胺和己二酸的重量比例为11.8:14.6。从熔融分散段加入己二胺后设置螺杆聚合段温度为220-280℃,螺杆总长度和直径为192:1,设有三个排气孔,后两个排气空抽真空。机头温度设定为260℃,连续挤出造粒,得到pa66树脂,熔点为265℃,相对粘度1.8,物料在聚合装置中的平均停留时间约25分钟。

实施例10

按照14.6:10的重量比混合己二酸和pa66树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入长径比为42:1的同向双螺杆挤出机,设置螺杆温度,螺杆的进料段温度为150-220℃,熔融分散段温度220-280℃,物料熔化后从熔融分散段连续加入己二胺,通过失重控制加入的己二胺,使得己二胺和己二酸的重量比例为11.8:14.6。物料混合均匀后通过熔体泵送入有效体积为30升的装有搅拌装置的平推流管式反应器,设定温度为260-280℃,出管道后进入长径比为32:1的同向双螺杆挤出机,设定温度为260-280℃,设置有三个排气孔,后两个排气空抽真空,机头温度设定为260℃,连续挤出造粒,得到pa66树脂,熔点为265℃,相对粘度2.2,物料在聚合装置中的平均停留时间约30分钟。

实施例11

按照14.6:10的重量比混合己二酸和pa66树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入长径比为42:1的同向双螺杆挤出机,设置螺杆温度,进料段温度为150-220℃,熔融分散段温度220-280℃,物料熔化后从熔融分散段连续加入己二胺,通过失重控制加入的己二胺,使得己二胺和己二酸的重量比例为11.8:14.6。物料混合均匀后通过熔体泵送入有效体积为30升的装有搅拌装置的平推流管式反应器,设定温度为260-280℃,出管道后进入长径比为32:1的同向双螺杆挤出机,设定温度为260-280℃,设置有三个排气孔,后两个排气空抽真空。机头温度设定为260℃,连续挤出造粒,得到pa66树脂,熔点为265℃,相对粘度2.8,物料在聚合装置中的平均停留时间约40分钟,较实施例10的停留时间更长,得到的产物粘度不同。

实施例12

按照14.6:10的重量比混合己二酸、pa56树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入同向双螺杆挤出机,设置螺杆进料段温度为150-220℃,熔融分散段温度250-280℃,物料熔化后从熔融分散段连续加入戊二胺,通过失重控制加入的戊二胺,使得戊二胺和对己甲酸的重量比例为10.5:14.6。从熔融分散段加入戊二胺后设置螺杆聚合段温度为220-275℃,螺杆总长度和直径为192:1,设有三个排气孔,后两个排气孔抽真空。机头温度设定为250℃,连续挤出造粒,得到pa56树脂,熔点为252℃,相对粘度1.7,物料在聚合装置中的平均停留时间约25分钟。

实施例13

按照17.2:19.4:6的重量比混合对癸二胺、癸二酸和pa1010树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入同向双螺杆挤出机.设置螺杆温度,进料段温度为100-180℃,熔融分散段温度180-220℃,螺杆总长度和直径为42:1,混合均匀后物料进入有效体积为30升的平推流管式反应器,设定温度为200-220℃,出管道后进入长径比为32:1的同向双螺杆挤出机,设定温度200-270℃,机头温度设定为200℃,得到pa1010树脂,熔点为208℃,相对粘度2.4,物料在聚合装置中的平均停留时间约115分钟。

实施例14

由实验室制备的一种pa66预聚体,端基分析羧基含量0.004mol/g,即是一种羧基端基的寡聚聚酰胺。

按照7:25的重量比混合对己二元酸和上述的寡聚pa66树脂,通过失重计量设备从前端送入同向双螺杆挤出机,物料熔化后从熔融分散段连续加入液态的己二胺,控制加入的己二胺,使得己二胺和己二酸的重量比例为9:7.设置螺杆温度,进料段温度为100-210℃,熔融分散段温度220-280℃,螺杆长径比为42,然后连续将混合均匀的物料送入有效体积为30升的平推流管道式反应器继续聚合,设定温度为220-280℃,然后通过长径比为32的同向双螺杆挤出机挤出造粒,整套设备设有3个排气孔,后两个排气孔抽真空,得到pa66树脂,熔点为265摄氏度,相对粘度2.6,物料在聚合装置中的平均停留时间大约35分钟。

本实施例中,因为pa66预聚体本身端基以羧基为主,因此原料中二元酸比例相应降低,二元酸和二元胺的摩尔比为:0.67:1。保持25份预聚体用量不变,降低己二酸至3.5份,则己二胺用量需为6份,此时己二酸和己二胺摩尔比大约为0.5:1。如果聚合原料中己二酸比例进一步降低,则二酸和胺的摩尔比例将进一步降低。如果选择端基以氨基为主的预聚体,则二元酸和二元胺的摩尔比将反过来,酸超过胺。

实施例15

按照19.4:6的重量比混合对苯二甲酸二甲酯和pa10t树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,通过失重计量设备从进料段投入单螺杆挤出机.设置螺杆温度,进料段温度为100-220℃,熔融分散段温度250-310℃,待物料熔融混合均匀后加入熔化后的癸二胺,控制癸二胺加入量,使得癸二胺和对苯二甲酸二甲酯的重量比为17:19,熔融混合均匀后物料通过熔体泵进入有效体积为50升的带有搅拌装置的平推流反应器中,设定温度为280-320℃,然后通过螺杆挤出造粒,得到pa10t树脂,熔点为308℃,相对粘度2.2,物料在聚合装置中的平均停留时间约25分钟。

实施例16

按照17.2:18:6的重量比混合对癸二元胺,对苯二甲酸/对苯二甲酸二甲酯和pa10t树脂和占总重量0.5%的抗氧剂,0.2%的催化剂,其中对苯二甲酸和对苯二甲酸二甲酯摩尔比为1:1,通过失重计量设备从进料段投入单螺杆挤出机.设置螺杆温度,螺杆的进料段温度为100-220℃,熔融分散段温度250-310℃,聚合段280-320℃,通过三通阀门链接轮流进入两个反应釜中,在310℃条件下反应15分钟,-0.04mpa真空下再反应15分钟,螺杆挤出造粒,得到pa10t树脂,熔点为308℃,相对粘度2.4。两个反应釜轮流接收混合的原料,分别聚合后,轮流出料,实现连续生产。

实施例8、16用对苯二甲酸二甲酯取代对苯二甲酸反应,和实施例8相比,较短的反应时间即可达到同样的粘度,反应速度更快,反应生成的甲醇收集处理。

实施例17

按照18:22的重量比混合对苯二甲酸和pa66树脂和占总重量0.5%的抗氧剂、0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入长径比为42的同向双螺杆挤出机。设置螺杆温度,进料段温度为150-220℃,熔融分散段温度200-310℃,物料熔化后从熔融分散段连续加入己二胺,通过失重控制加入的己二胺,使得己二胺和对苯二甲酸的摩尔比例为1.01:1。物料混合均匀后通过熔体泵送入有效体积为30升的装有搅拌装置的平推流管式反应器,设定温度为280-320℃,出管道后进入长径比为32:1的同向双螺杆挤出机,设定温度为280-320℃,设置有三个排气孔,后两个排气空抽真空。机头温度设定为310℃,连续挤出造粒,得到pa6t/66树脂,熔点为316℃,相对粘度2.8,物料在聚合装置中的平均停留时间约25分钟。

实施例18

按照18:12的重量比混合对苯二甲酸和pa6树脂和占总重量0.5%的抗氧剂、0.2%的催化剂,通过失重计量设备从前端送入长径比为42的同向双螺杆挤出机。设置螺杆温度,进料段温度为150-220℃,熔融分散段温度200-310℃,物料熔化后从熔融分散段连续加入己二胺,通过失重控制加入的己二胺,使得己二胺和对苯二甲酸的摩尔比例为1.01:1。物料混合均匀后通过熔体泵送入有效体积为30升的装有搅拌装置的平推流管式反应器,设定温度为280-305℃出管道后进入长径比为32:1的同向双螺杆挤出机,设定温度为280-305℃,设置有三个排气孔,后两个排气空抽真空。机头温度设定为310℃,连续挤出造粒,得到pa6t/6树脂,熔点为290℃,相对粘度2.6,物料在聚合装置中的平均停留时间约25分钟。

实施例19

按照18:12的重量比混合单体二酸和pa6t/66树脂和占总重量0.5%的抗氧剂、0.2%的催化剂。其中单体二酸含有摩尔比8:2的己二酸和对苯二甲酸。通过失重计量设备从前端送入长径比为42的同向双螺杆挤出机。设置螺杆温度,进料段温度为150-260℃,熔融分散段温度200-310℃,物料熔化后从熔融分散段连续加入己二胺,通过失重控制加入的己二胺,使得己二胺和对苯二甲酸的摩尔比例为1.01:1。物料混合均匀后通过熔体泵送入有效体积为30升的装有搅拌装置的平推流管式反应器,设定温度为280-320℃,出管道后进入长径比为32:1的同向双螺杆挤出机,设定温度为280-320℃,设置有三个排气孔,后两个排气空抽真空。机头温度设定为310℃,连续挤出造粒,得到pa6t/66树脂,熔点为298℃,相对粘度2.7,物料在聚合装置中的平均停留时间约25分钟。

本方法制得的尼龙成品均匀性好,可使用常规的熔体输送和口模出料,料条光滑均匀,不断条,切粒后例子饱满混匀,且连续生产的产品性能稳定,产品合格率高。

本发明的制备方法可以根据需要加入聚酰胺合成的常规抗氧剂、催化剂、增韧剂、分子量调节剂和润滑剂等某种或某几种助剂,也可以不加助剂直接完成聚合反应。本制备方法适用于各种聚酰胺树脂的合成,而不限于实施例中列举的种类,应用范围广。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

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