Способы полимеризации капролактама. Механизм полимеризации ε-капролактама

Аннотация

Содержание

Введение

Поликапроамид благодаря ценному комплексу потребительских свойств — прочности,  эластичности,  устойчивости   к истиранию — находит широкое применение в промышленности. Основная часть поликапроамида,  получаемого промышленным   способом,  исполь­зуется   при   производстве  полиамидных  волокон,   находящих  все более широкое применение в технике и быту.

    Поликапроамид легко перерабатывается в пластические массы различными методами:  литьем, прессованием, вальцеванием, экс­трузией.

    В последнее время значительно расширилось применение поли­капроамида для изготовления деталей машин: подшипников, ше­стерен, втулок и т. д. Подшипники из капроамида отличаются низ­ким, коэффициентом трения, могут работать без смазки, отличаются большой долговечностью.

    Все это обусловливает необходимость увеличения объема выпуска поликапроамида и улучшения его качества. В связи с этим для повышения эффективности производства поликапроамида особое внимание должно уделяться освоению новой техники и повы­шению  производительности действующего  оборудования.   В  этой области в последние годы достигнуты значительные успехи: созда­но более производительное оборудование для расплавления и по­лимеризации капролактама, удаления   низкомолекулярных соеди­нений из поликапроамида, сушки гранулята; разработаны модифи­цированные конструкции полимеризационных  аппаратов,  предложены новые методы расчетов процессов и оборудования.

В настоящий момент наблюдаются перспективы развития производства поликапроамида в связи с поставками в КНДР. Применением его в автомобильной промышленности,  создании корпусов бытовой техники.

Аналитический обзор литературы и выбор способа производства.

СПОСОБЫ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ КАПРОЛАКТАМА

   Полимеризация капролактама является основным промышленным способом получения поликапроамида. Однако в отсутствие ката­лизаторов или активаторов, ускоряющих процесс полимеризации, эта реакция не идет.

Веществами, ускоряющими процесс полимеризации, являются: вода, соли аминов, окси- и аминокислоты, минеральные кислоты, щелочные металлы, их соли и гидраты окисей, а также многие другие вещества, способствующие раскрытию циклической моле­кулы капролактама                       

    В присутствии определенных веществ (например, воды) рас­крытие, цикла капролактама происходит за счет гидролиза его с образованием ε-аминокапроновой кислоты. В случае использования других веществ разрыв амидной связи в цикле происходит за счет; взаимодействия капролактама с добавленным веществом. Понятно, что химизм процесса различен при осуществлении реакции с помощью катализаторов разных типов. В связи с этим (методы по­лимеризации капролактама можно классифицировать следующим образом:

1.  Гидролитическая полимеризация (реакция в присутствии воды).

2.  Катионная полимеризация (реакция в присутствии безвод­ных минеральных кислот, аминов, гидрохлоридов аминов, солей кислого характера).

3.  Анионная полимеризация (реакция в присутствии щелочных металлов, их гидратов окисей, солей), осуществляемая в отсутствие воды.

    Наибольшее промышленное распространение получила гидролитическая полимеризация капролактама.. Это обусловлено тем, что применяемый активатор (вода) дешев, хорошо растворяется в капролактаме, не изменяется с повышением температуры и т. д. Особенностью гидролитической полимеризации капролактама яв­ляется наличие индукционного периода реакции, обусловленного временем, необходимым для накопления в системе продуктов гид­ролиза, которые резко ускоряют процесс полимеризации, что же касается органических и минеральных кислот, то в их присутствии индукционный период отсутствует и реакция полимеризации про­текает быстрее. Процесс гидролитической полимеризации капро­лактама является равновесным. С увеличением количества взятого. активатора(молекулярная масса получаемого поликапроамида уменьшается, однако скорость достижения предельно возможной величины молекулярной массы в этих условиях соответственно уве­личивается. Экспериментально показано, что если активатор вво­дить в реакционную смесь по частям, то конечная молекулярная масса полученного поликапроамида определяется суммарным ко­личеством активатора.

   Катионная полимеризация капролактама была открыта сравни­тельно недавно — в 1959г. Она протекает несколько медленнее, чем гидролитическая или анионная полимеризация.

Для катионной полимеризации* характерно, что довольно высо­кая в начале процесса скорость реакции затем быстро падает. Процесс резко, ускоряется при использовании сокатализаторов — воды или других веществ, способных в ходе полимеризации выделять воду. В присутствии воды катализаторы не инактивируются. Метод катионной полимеризации капролактама в промышленных условиях в настоящее время не используется, в основном из-за того, что он мало изучен.