[发明专利]聚已酰胺的连续脱单体和后缩合工艺

说明书

本发明涉及聚己酰胺的连续脱单体和后缩合作用的工艺。

聚己酰胺是ε-己内酰胺聚合生成的一种聚合物熔体。所得的聚合物熔体可直接加工成成形物品，如各种纤维或薄片。

聚己酰胺聚合时，在加热和在一个或多个工艺步骤中加水或使用其他催化剂的条件下，液态ε-己内酰胺转化成一种聚合物。该聚合物仍含有约10%的单体和齐聚物，即约60-70%单体和30-40%齐聚物（二聚物、三聚物和更高的齐聚物）。在以后使用该聚合物时，例如在用于纺织纤维时，这些单体以及齐聚物对后续工艺及最终的使用不利。因此它们必须被除掉。和其它聚合物比较，聚己酰胺的聚合是一个简单工艺（例如在一个一步VK管工艺中），但是它必须由多个工艺步骤来完成，其中包括除去单体和齐聚物，即所谓残余的可提取物的步骤。多年来，已使用过各种各样工艺，在这些工艺中，聚合物最初被加工成为粒子或薄片，然后在水下提取，致使聚合物中残余的可提取物降到1%以下。接着，聚合物粒子被干燥，同时为了下一步处理，它在挤压机中被再熔化。其它工艺都是已知的，其中脱单体作用在熔液中发生，或者由使用氮或蒸汽之类惰性吸附性气体对低分子量部分进行蒸馏，或者用常用的真空蒸馏方法进行。

在这种情况下，这种预聚合物在与约10%或更高的低分子量部分达到平衡前被送至下一工艺步骤。在该步骤中，低分子量部分被除去，然后才有可能进行熔融态的后聚合/后缩合作用。

然而，所有已知的工艺都有一个共同的缺点：必须在一系列下述步骤中使用几种装置：脱单体、均化、充分混合和在恒定温度下保持一定的停留时间来调节达到的平衡，可能还有后聚合作用。事实上，这些装置是为了实施这些工艺步骤的，但没有一个装置能适合所有这些必要的步骤。

德国专利文件DE-PS1218110叙述了一种在两个真空处理步骤中减少残余的可提取物（单体和齐聚物）的工艺。在这两个处理步骤中，聚合物发生后缩合，也就是在第一次聚合之后在三个不同装置中实施三个工艺步骤。后聚合作用可以在一个薄膜蒸发器的泵中进行。然而，由于在槽和出口间没有强制输送装置，各个聚合物部分在槽表面和出口间，各处停留时间是非常不同的。

美国专利文件3，578，640叙述了一种工艺，在此工艺中，在一个预聚合反应器和一个加聚反应器中生成的聚合物被送进一个真空蒸发器，然后藉助一个螺旋装置通过最后的反应器。在这工艺中人们也必须在两个装置中完成脱单体和后缩合。这个最后反应器同时用来均化熔体。在德国专利公开文件OS-1570570中谈到一个类似工艺。然而，使用一种所谓“螺旋杆蒸发器”还从来未成为现实，这也许有下述缺点：由于借助于平稳操作螺旋的必要运输装置，停留时间就会非常短，尽管这些时间对于某些脱单体作用也许足够了;并且如果其中从出口排出的熔体少于在螺旋装置中输出时，逆流会变得不可控制。这样，停留时间就会不一致。另外，这个发明也没有提到熔体同时出现的后聚合作用。

本发明的目的是仅仅在一个工艺阶段中实施脱单体作用（清除ε-己内酰胺单体和齐聚体）和熔体后聚合作用的反应步骤。根据本发明，脱单体作用和后聚合作用是在一个部分地充填了这种聚合物熔体的真空反应器中同时完成的。反应器设计成一个有水平轴的圆柱体。它有一个与水平轴同心安装，并可绕反应器轴运动的笼形式转筒。在这反应器周围，环形部件和/或多孔板和/或辐轮被固定住。上述部件可部分地浸入熔体中。

在水平反应器中应维持一定的熔体水平。该反应器中的环形部件浸入熔体中完成下述步骤：通过反应器纵向输送熔体，生成新的表面，混合，固此使熔体均化。这种容器已由涉及聚脂生产的反应器的德国专利2100615和2114080公开。

环形笼罐应该没有使聚合物可以沉积并维持不同停留时间的中心轴，仅仅是其环形部件浸入熔体中。这些部件可以设计成圆盘、多孔圆盘、筛形盘或辐盘。在开始的低粘度部分中，它们可以装上叶片杆。这些部件将熔体输送到反应器顶部，熔体由于其重量的关系，会以薄膜形式由顶部再掉下来。熔体平面的表面本来较小，但由于薄膜在环形部件处形成，极大的新表面就稳定而持续不断地生成。这些环形盘被熔体平面下的剪贴力稳定地冲刷，因而将不会出现不可控的、不同的或变化的停留时间。在环形部件浸入熔体的同时，熔体得到混合。将环形部件作一定偏斜，就会得到给定的或固定的通过整个装置的传输速度。这一传输速度在操作期间，可通过调整转筒速度，在一定范围内得到改变。在反应器的底部固定一些导流坝，以防止由于旋转部件的作用，使熔体直接沿着底部流动而不升到熔体平面之上的现象发生。