专利名称：：连续进行活化的阴离子型内酰胺聚合的方法
技术领域：
：本发明涉及一种连续进行活化的阴离子型内酰胺聚合的方法。按照相关的现有技术，聚内酰胺或聚酰胺主要是根据所谓的水解聚合方法于约200-320℃由内酰胺熔体来制备，其中为了体内酰胺开环，通常在加水条件下引入压力相。该反应进行缓慢，将反应产物(优先为粒状)在后续步骤中，例如用注塑或挤出方法加工成型为日用品。例如可形成金属内酰胺盐的强碱也可促进内酰胺转化为聚酰胺。相应的聚合反应进行缓慢并且会被活化的阴离子型内酰胺聚合所取代，后者的反应迅速和聚合温度会下降到聚合物熔点以下。在该方法中，催化剂和活化剂要分开加入到内酰胺熔体中。通常催化剂为固体，例如是碱金属或碱土金属内酰胺盐。许多所谓的活化助催化剂如碳化二亚胺和封闭的异氰酸酯也是固体。游离异氰酸酯(多为液体)的缺点是其毒性大。阴离子型内酰胺聚合和活化的阴离子型内酰胺聚合例如描述于慕尼黑汉塞尔出版社(C.HanserVerlag)的塑料手册第VI卷中。为了制备所谓的铸件或大体积的半成品，如型材，通常优选按所谓的双罐工艺进行此活化的阴离子型内酰胺聚合。在此，制备体积相同的含有催化剂或者助催化剂的内酰胺熔体，合在一起并充分混合。从而开始聚合，然后例如用所谓的单体浇铸工艺直接将熔体加工成成品。此时必须注意—内酰胺熔体不含水和氧，—混合与加工步骤在惰性气体下进行，—很迅速地加工活化的熔体，因为其只有有限的加工时间。为了使碱性的催化剂(例如内酰胺镁或钠)易于快速和均匀地分散于内酰胺熔体中，开发了所谓的液相催化剂体系。在德国专利DE-2230732C3中碰到的难题是加入固体形式的催化剂，例如金属内酰胺盐会造成内酰胺熔体中含有活化剂。若不能保证催化剂溶解和均匀分散，则会产生不均匀的聚合物而出现不可被接受的不均匀性。在德国专利DE-A-1495123中为了解决问题，提出了一种碱金属内酰胺盐于内酰胺中的在90℃为液体的溶液，其中还含有0.3％-5.0％重量的一种难挥发性胺。在美国专利US-PS3575938中介绍了一种金属内酰胺于N-二取代的羧酰胺中，特别是于N-甲基吡咯烷酮中的催化剂溶液。将该催化剂溶液较好地加入并分散于活化的内酰胺熔体中也能制得矿物质填充产品。按照已引用的德国专利DE2230732C3，须加入高级醇以阻止会破坏该方法的结痂，这种结痂是由碱金属内酰胺盐于2-吡咯烷酮中的催化剂溶液立刻表现出的。在欧洲专利EP0438762B1中描述了在低温下仍有很高贮存稳定性的催化剂溶液，该溶液可迅速转化并形成较低萃取物残余含量的聚酰胺。它由内酰胺2-吡咯烷酮和其它添加剂如特定的乙二醇、烃和选择性的胺所组成，这些添加物影响聚合物的性能。但是在引用的现有技术中，为了进行活化的碱性内酰胺聚合，必须分开地使用活化剂和催化剂溶液。一个优选的操作方式是，首先制备活化剂和必要时其它添加剂在无水内酰胺熔体中的均匀内酰胺熔体，在另一加工步骤中，将优选溶于内酰胺中的催化剂加入并均匀分散于熔体中。在此，对溶液中无水和无氧有很高的要求反应容器中的混合和加工必须在干燥惰性气体中进行。因为在各种情况下的操作中除了催化剂外活化促进剂也需要足够短的反应时间，必须按照精确设计的操作方式进行加工。因此，在已知方法中通常制备体积相等的溶有催化剂或者溶有活化剂的熔体，在加工步骤前混合并从而使熔体活化，即开始促进的聚合步骤。该方法的缺点是必须在两个容器中制备两种不同的熔体，其中含催化剂的熔体在不存在活化剂时仅有有限的使用时间。合在一起后，仅剩下有限的空着的时间用于加工，在加工中熔体的粘度足够地低，以至于不可能再进行活化的熔体的中间贮存并必须例如在浇铸过程中直接成型。在另一种方法中，将每一个装有含催化剂或者含活化剂的熔体的容器倒空，在混合步骤中连续混合它们并随后将活化的熔体直接进行加工。在此，熔体有限制的贮存能力问题仍未改变。在按照现有技术例如按美国专利US3575938的进一步方法中，将活化剂和选择性的干燥添加物如纤维混入内酰胺熔体中并在下面步骤中添加催化剂溶液，经充分混合使分散均匀。如果能用催化剂溶液进行操作，则这种添加和分散很容易。但该方法需多步进行。因此，本发明目的是通过一种采用合适的催化剂体系的连续方法克服现有技术的缺点，从而简化阴离子型内酰胺聚合，并使工业上易于利用。该目的可通过本发明所述的连续进行活化的内酰胺聚合方法，包括下列步骤—将内酰胺以及用于阴离子型内酰胺聚合的催化剂和活化剂在无水条件下输送到可加热的连续操作的混合和输送装置；—将内酰胺加热到加工温度，连续混合熔体至少部分聚合；—在模具中成型或将熔体作为股料排出，冷却并造粒，通过连续计量加入同时含有活化剂和催化剂的液相体系，将活化剂和催化剂吸收到无水内酰胺熔体中的连续进行活化的阴离子型内酰胺聚合的方法，以及按照本发明所述的连续方法制成的聚内酰胺来达到。尤其可通过这样一种方法达到，即该方法可在使用一种贮存稳定的、在室温下呈液态并同时含有用于阴离子型内酰胺聚合的活化剂和催化剂的体系下连续进行，上述体系使得不再需要分开使用活化剂或者催化剂的溶液，并从而保证了活化的碱性内酰胺聚合具有大大扩展的用途，配方和成型加工步骤。在此特别有利的是，除了活化剂/催化剂液相体系外，仅需提供内酰胺或其贮存稳定的纯熔体，直接在加工成型前通过仅仅连续加入这样一种液相体系，就可使熔体不仅催化而且活化。本发明的方法可用于所有内酰胺、优选用于己内酰胺和庚内酰胺和特别用于月桂内酰胺。引入机械能时可使液相体系快速和均匀地分散于内酰胺熔体中并均匀和很快地引发聚合。这对月桂内酰胺特别是一个大大的优点，因为其熔点高达接近160℃，作为熔体它必须贮存于至少160℃的范围内并且在催化剂存在时大大约束了其在此温度下的贮存能力。因此，对于本发明的方法，一个单个的容器对不含催化剂或活化剂的熔融纯内酰胺就够了，它在惰性气体下贮存稳定性很好。令人惊奇的是，本发明的连续方法通过使用上述液相体系同样适用于聚合的聚内酰胺熔体的连续成型，特别是聚己内酰胺和聚庚内酰胺和尤其聚月桂内酰胺及它们的混合物，由于有很高的加工聚合速度，成型变得可能。在本发明方法中加入到无水内酰胺熔体中的液相体系主要由以下组成a)20-80计重份量a1)至少一种N-取代的羧酰胺化合物和/或a2)至少一种N，N’-二取代的脲化合物作为基本组份和溶剂，两者也可含有一由其取代基形成的杂环，b)5-30计重份量至少一种碱金属或碱土金属内酰胺盐作为催化剂，c)5-30计重份量至少一种使阴离子型内酰胺聚合活化的化合物，其中a)、b)和c)相加为100计重份量，以及附加选择性的由d)影响加工和/或应用的添加剂和附加物，对聚合无影响或以希望有的可预见的方式的影响并与组份a)、b)和c)相容。N，N’-二取代的脲化合物a2)是已知的，例如见于CAS80-73-9和CAS7226-23-5和BASF公司出版物(Firmenschrift)″BASF中间产品-Zwischenprodukte1993″。N-取代的羧酰胺化合物a1)和碱金属和碱土金属内酰胺盐b)见于美国专利US-PS3575938。优选的活化化合物c)是封闭的，特别是用内酰胺封闭的异氰酸酯、碳化二亚胺、酰化的内酰胺、以及噁唑啉和噁唑啉衍生物，特别是脂肪烷基噁唑啉和其与异氰酸酯的转化产物。这样的产物见于颜料和染(FarbenundLacke)，1993/11，S.911-915页。在本发明方法中，从储料容器中连续提取无水的纯内酰胺，其未完全熔融或作为熔体，并输送到一个连续操作的带有多个加工区的输送装置或熔体混合装置中，优选是一个有同步运行螺杆的双螺杆挤出机。从而，或者连续混合和输送内酰胺熔体或者是首先连续熔融，混合并输送。在此，有利的是将液相体系以恒定的用量0.5-15计重份量添加到100份内酰胺中，使熔体充分彻底混合。将后续加工区的温度优选提升到200-320℃，尤其是240-290℃，使聚合加速，以便在例如100-200秒内排出。在一个优选的实施形式中，聚合方法中有一个排气步骤，其中熔体中的挥发组份，挥发的反应副产物和未反应的内酰胺能在大气压下或选择性的减压下或真空下被除去。在最后的加工步骤中，聚合的熔体从装置中，优选从挤出机中经一个单孔或多孔喷嘴出来，然后生成的聚合物绳料至少在其熔点以下冷却及作为单丝抽出，并在粉碎后例如优选呈圆柱形颗粒后，送到后面的进一步加工中，例如注塑或挤出。在一个主要的方法变型中，将聚合的熔体直接用成型模具排出并按照现有技术中的已知方法特别整理成单丝、管材或型材，直接进行应用。在另一个改进方法变型中，向起先粘度还足够低并且为稀薄液体的刚活化过的熔体中另外加入影响加工和/或应用的添加剂，当然，可以将这些添加剂混入已输送的内酰胺或在后面的加工步骤中，直接或作为主批料混入熔体流中。优选用作添加剂和添加物d)的有现有技术中已知的加工助剂、增塑剂、光和热稳定剂、抗氧化剂、特定的阻燃化合物、光反射屏、颜料、染料、示踪剂和香料。在本发明的方法中产生着含有催化剂的活化熔体流，其使液相体系的用量、所用温度和在挤出机中的停留时间得以匹配选择，从而使熔体至少大体上被聚合，以便将其直接送入一个成型模具中，并在必要时可完全聚合，选择性地中间连接加工步骤以加入体系的其它组份或对熔体排气。本发明方法的优点如下—活化的阴离子型内酰胺聚合可经济和重复地进行，—它可优选在一双螺杆挤出机中连续进行；—使用同时含有活化剂和催化剂的液相体系，可生产出有恒定质量的均匀聚内酰胺；—内酰胺反应进行迅速和均匀并在100-200秒后就可大体结束；—该方法可直接经连续成型加工而完善；—该聚合方法比水解聚合要求低得多的工业费用；—聚合物的内负荷很小。本发明方法可以多种方式扩展和使用。为了得到恒定的好的聚合性能，有利的是在惰性气体和隔绝潮气下操作。对于内酰胺和添加剂与辅助流产物的引入特别应注意上述情况，但也适用于排气罩和排料区。以优选的方式在合适的双螺杆挤出机中，例如标作ZSK-机器的型号(Werner和Pfleiderer公司，斯图加特市(D))，实施例其它的加工任务。优选的改进方法是，例如在本发明的快速进行的聚合过程之后将添加物加入熔体中并分散或必要时与熔体反应。因此，通过合适的输送经过-运送的和产生压力的、特别是双螺杆的辅助挤出机将用作为抗冲改性剂或聚合增塑剂的外界聚合物、或者防火剂、矿物质、纤维如玻璃纤维、碳纤维和芳族聚酰胺纤维连续加入到新制成的聚合物熔体流。具有特定功能例如具有稳定化作用的其它添加剂和添加物选自醇类、酚类，特别是空间位阻酚类、脂肪胺和芳香胺、硅烷、标志剂、络合剂、抗静电剂、羧酰胺和羧酸酯以及表面活性剂。它们可以作为液相体系的组份与增塑剂一起或单独地添加到熔体流中或加入到内酰胺起始产物中。在另一个优选的实施改进形式中，进行进一步的加工步骤，例如仅在其熔点以下和有利地在干燥惰性气体中进行热后处理。按照现有技术，从而能够改善聚合物的最终性能，特别是减少内酰胺残余含量。对于PA6，用于后处理的温度最高为220℃，对于PA12最高170℃。在进一步的改进方法变型中，在所谓的单螺杆挤出机中进行加工以仅仅用于聚合和必要时用对聚合无影响的增塑剂进行改性。对此，优选使用装有合适区段的所谓多区段螺杆或例如FirmaMaillefer，Ecublens(CH)的所谓的栅栏型螺杆。使用单螺杆挤出机时有利的是同时使用泵，优选齿轮泵，以计量和强制输送内酰胺熔体。然后，在进入挤出机之前，选择性地与增塑剂和其它添加剂一起，将液相体系连续计量加入。本发明还包括按此方法制备的聚内酰胺模体。下面举例对本发明方法进行解释，但本发明范围不以任何方式受限制。实施例为了制备液相体系，迫切需要在保护气体操作。在一装有内置温度计的容器中加入组份a)并加热到60至最高80℃。然后搅拌下加入组份c)并混合均匀。形成透明溶液后控制温度不超过90℃，加入组份b)和必要时加入添加剂d)。所得溶液在室温呈液体和贮存稳定。在干燥空气中也不会结渣堵塞。表1液相体系实施例1至3组份</tables>DMPUN，N’-二甲基亚丙基脲；NaCL己内酰胺钠；BiS-Ox蓖麻基双噁唑啉CL-MDI己内酰胺封闭的亚甲基异氰酸联苯酯；CD双(2，6-二异丙苯基)碳化二亚胺；NMPN-甲基-2-吡咯烷酮；CL己内酰胺实施例4-6为了使用液相体系以引发阴离子型内酰胺聚合，按下列步骤进行处理。在一装有内置温度计的容器内，加入内酰胺熔体，在170℃和搅拌下加入液相体系，从而引发聚合。然后除去搅拌器，在170℃使熔体聚合1小时。表2内酰胺聚合实施例4-6组份tu熔体变得不可搅拌的时间。实施例7-21按与实施例1-3相同的方法，制备其它的液相体系，其组成列于表3。表4中列出了进行液相体系的活化阴离子型内酰胺聚合的数据和其结果。操作方法与试验4-6相同。熔体变得不可搅拌后在给定的聚合温度继续聚合60分钟，然后测聚合物的溶液粘度和熔点。所有聚合物的残余萃取物明显低于1％重量。不同的时间tu对比表明聚合速度可通过液相体系的组成来影响，从而控制聚合反应。表3液体系统CL己内酰胺；LL月桂内酰胺；NMPN-甲基-2-吡咯熔酮；NOPN-辛基-2-吡咯熔酮StabaxolP(R)；DOS癸二酸二辛酯Edenol888(R)；PA酚类抗氧化剂，Irganox1135(R)；*)组份d)还另外包括约70％计重份量的组份b)(内酰胺含量的)DMPUN，N’-二甲基亚丙基脲；DMIN，N’-二甲基亚己基脲；TBH四丁基脲；TEH四乙脲；TMH四甲脲；Na-CL己内酰胺钠，约30％重量比的内酰胺钠含量；Na-LL在月桂内酰胺中的月桂内酰胺钠，约30％重量比的月桂内酰胺含量；CD双-(2，6-二异丙基苯)碳化二亚胺；CL-MDI己内酰胺一封闭的亚甲基二异氰酸酯；BiS-Ox蓖麻基双噁唑啉；Rc-Ox蓖麻基噁唑啉；DCC两个环己基碳化二亚胺；表4实施例7-21的液相体系在内酰胺聚合的应用</tables>T聚合温度；tu熔体变得不可搅拌的时间；Smp℃聚合物的DSC熔点聚合物的相对溶液粘度0.5％的在m-甲氧甲酚中粘度太高实际中不可测。实施例21用液相体系21，使内酰胺转化高于99％重量，得出总聚合时间对聚合温度T的依赖关系。表5</tables>在另一实验中，将矿物质、颜料、抗变形剂和稳定剂加入内酰胺12熔体中，加入3％重量的实施例21的液相体系使之聚合。加入Mg(OH)2，Ca(OH)2、高岭土、微粒滑石和CaCO3作为很好预干燥的、磨细的无机物质，在220℃聚合20分钟。所得聚合物的相对粘度为2.0-2.5。使用抗氧剂，例如Ciba-Geigy的Irganox245，Irgafos168，Tinuvin770时表明，这样的稳定剂的浓度不要超过0.5％重量，只要有空间上未被屏蔽住的活性氢原子就行。使用消泡剂和模分离剂时，其用量有利的是明显低于1％重量。0.05％重量抗变形剂(Fa.Brüggemamn，Heilbronn(D)的BrüggolenP-12)对于模制件的极好的抗变形就足够了。双螺杆挤出机上的连续试验上述试验已经表明，通过改变液相体系的组成和所用温度，可大大影响聚合过程。对于内酰胺12，提高温度可大大加速其聚合，而未引起残余内酰胺含量(如内酰胺6中的情况下已知的)升高。为了描述本发明方法的特定能力，在此在同步的双螺杆挤出机上(1/d为32的ZSK30(FirmaWernerundPfleiderer，StuttgartD))进行连续的聚合过程。使用列于表6中的液相体系。表6在此，组份(a)、(b)和(c)相应于表3中已知的产物。E.W.3005表示EdenolW3005并且是FirmaHenkelAG，Duseldorf，D的低增塑剂。由试验22、23、24得到的稳定的液相体系能够极好地引发内酰胺12的聚合，此外，试验24的组份(d)用于起增塑作用，该体系可这样组成，即必须以高含量加入。当进行连续的挤出机聚合时，内酰胺在挤出机的加料段进行熔融，然后将液相体系以给定的重量含量连续地在充分混合下加入到内酰胺熔体中。表7中列出了这些试验的数据。表71)萃取物含量还包括试验24的增塑剂这里涉及一些所进行的试验的几个例举试验参数和结果。在所有情况下均得了均匀的可很好造粒的挤出股料。使用干燥矿物质和碎玻璃以及各种有改进可能性的双螺杆挤出机的试验表明，首先进行的内酰胺聚合随后可连续地用多种加工步骤来补充，例如矿物质和玻璃增强的、染色的、稳定的、抗燃的和抗冲击处理和这些操作的结合。由连续聚合过程得到的颗粒还可再进行熔融并例如在注塑方法中进一步加工。但是由于该操作是连续进行，也可以将挤出机的出口直接与成型模具相连并例如直接制成玻璃增强的型材或软管，它们还可以再次热处理，但也可以二次模塑。权利要求1.连续进行活化的内酰胺聚合方法，包括下列步骤—将内酰胺以及用于阴离子型内酰胺聚合的催化剂和活化剂在无水条件下输送到可加热的连续操作的混合和输送装置；—将内酰胺加热到加工温度，连续混合熔体至少部分聚合；—在模具中成型或将熔体作为股料排出，冷却并造粒，其特征在于通过连续计量加入同时含有活化剂和催化剂的液相体系，将活化剂和催化剂吸收到无水内酰胺熔体中。2.按照权利要求1所述的连续方法，其特征在于，使用的内酰胺选自己内酰胺、庚内酰胺、月桂内酰胺及其混合物。3.按照权利要求1或2所述的连续方法，其特征在于使用的液相体系主要由以下组成a)20-80计重份量；a1)至少一种N-二取代的羧酰胺化合物和/或a2)至少一种N，N’-二取代的脲化合物作为基本组份和溶剂，两者也可含有一由其取代基形成的杂环；b)5-30计重份量至少一种碱金属或碱土金属内酰胺盐作为催化剂；c)5-30计重份量至少一种使碱性内酰胺聚合活化的化合物，其中a)、b)、c)相加为100计重份量，以及选择性的；d)影响加工和/或应用的添加剂和添加物。4.按照权利要求1至3中之一所述的连续方法，其特征在于将0.5-15计重份量液相体系混入到的计重份量内酰胺熔体中。5.按照权利要求1至4中之一所述的连续方法，其特征在于将现有技术中的选自影响加工和应用的添加物的添加剂加入到粘度还很低的熔体中。6.按照权利要求1至5中之一所述的连续方法，其特征在于用作混合装置和输送装置的是带有同步螺杆的双螺杆挤出机或者共捏合机或者装有输送泵的单螺杆挤出机。7.按照权利要求1至6中之一所述的连续方法，其特征在于通过匹配选择液相体系的用量、温度和存留时间使熔体流至少部分聚合并随后送去成型，其中选择性插入中间步骤以加入添加物和添加剂和/或进行排气。8.按照权利要求1至7中之一所述的连续方法，其特征在于挤出机中的内酰胺熔体至少部分聚合并在成型时或者在后续步骤中在聚内酰胺熔点以下完全聚合。9.按照权利要求1至8中之一所述的连续方法，其特征在于熔体温度升高到聚合物熔点以上的200-320℃范围。10.按照权利要求1至9中之一所述的连续方法，其特征在于排气在大气压下或减压下进行。11.按照权利要求1至10中之一所述的连续方法，其特征在于加工成型为单丝、管材、片材或型材。12.按照权利要求1至11中之一所述的连续方法，其特征在于热后处理优选在惰性气体下在聚内酰胺熔点以下的温度进行。13.按照权利要求1所述的连续方法，其特征在于，后处理为液体萃取。14.按照权利要求1至13之一所述的连续方法制成聚酰胺模制体。全文摘要提出一种连续进行活化的阴离子型内酰胺聚合的方法，其中使用了同时会有用于内酰胺聚合的活化剂和阴离子型催化剂液相体系。文档编号C08G69/20GK1161976SQ9710039公开日1997年10月15日申请日期1997年1月27日优先权日1996年1月25日发明者爱德华·施密德,罗曼·埃德申请人:埃姆斯·英芬塔股份有限公司