Технологический регламент производства гранулята поликапроамида ПА6, страница 4

4 Описание технологического процесса и схемы

4.1 Технологический процесс полиамидирования

Сущность процесса полиамидирования заключается в образовании поликапроамида (ПКА) из капролактама путем проведения реакций, протекающих по механизму полиамидирования и поликонденсации под действием температуры, давления и в присутствии активатора. В начальной стадии процесса протекает реакция гидролиза - взаимодействие капролактама с водой (активатор) при высокой температуре, в результате за счет разрыва связи C - N образуется аминокапроновая кислота.

СН₂ ─ СН₂ ─ СО

Н₂С                                               +  H₂O  ↔  HOOC ─ (CH₂) ₅ ─ NH₂                             (1)

СН₂ ─ СН₂ ─ NH                           аминокапроновая кислота

Аминокапроновая кислота реагирует с молекулой капролактама с образованием димера.

СН₂ ─ СН₂ ─ СО

Н₂С                                                  + HOOC ─ (CH₂) ₅ ─ NH₂   ↔                                   (2)

СН₂ ─ СН₂ ─ NH

↔   НООС ─ (CH₂)₅ ─ NHCO ─ (CH₂) ₅ ─ NH₂

димер

Молекулы димера в свою очередь реагируют с молекулами капролактама – получается цепная молекула, состоящая из трех звеньев – тример. При присоединении еще одной молекулы капролактама образуется молекула тетрамера – цепь, состоящая из четырех звеньев. Рост цепей полимера протекает вплоть до получения продукта со степенью полиамидирования, определяемой условиями реакции. Процесс присоединения молекул капролактама к функциональным концевым группам   ─ NH2 и   ─ СООН растущих полимерных цепей (2 и 3) носит название полиприсоединения. Так как общее число функциональных групп в начале процесса увеличивается, то суммарная скорость превращения капролактама в полимерные цепи возрастает.

СН₂ ─ СН₂ ─ СО

Н₂С                                                  +    HOOC ─ (CH₂) ₅ ─ NH ──   ↔                                                                                                              (3)

СН₂ ─ СН₂ ─ NH

↔   HOOC ─ (CH₂)₅ ─ NHCO ─ (CH₂) ₅ ─ NH ──

Параллельно протекает реакция поликонденсации (4), в ходе которой макромолекулы взаимодействуют с образованием молекул с суммарным числом звеньев и отщеплением молекулы активатора (воды):

 ──NH ─ (CH₂)₅ ─ COOH + H₂N─(CH₂)₅ ─ CO──  ↔

↔  ── NH–(CH₂)₅ ─ CO ─ NH ─ (CH₂)₅ ─ CO ── + H₂O                                    (4)

Реакция полиприсоединения (3) протекает преимущественно на начальных этапах процесса полиамидирования, реакция поликонденсации (4) становится преобладающей на более поздних этапах.

Реакции (3 и 4) являются обратимыми, с возрастанием количества образовавшихся макромолекул возрастает и количество обратных превращений. Через некоторое время скорости прямых и обратных реакций уравняются – наступят два независимых равновесия:

- равновесие реакций поликонденсации и гидролиза амидной связи (4) в макромолекуле полиамида, так называемое амидное равновесие, которое определяет величину молекулярной массы, однородность молекулярно-массового распределения и зависит от количества воды. Удаление воды при поликонденсации (4) сдвигает равновесие в сторону образования дополнительных амидных связей и способствует повышению молекулярной массы ПКА;

- равновесие между мономером и полимером так называемое термическое равновесие, которое определяет выход полимера. С повышением температуры равновесие смещается в сторону образования большого количества мономера и циклизации коротких, с числом звеньев от 2 до 9, молекул (так называемых олигомеров).

При получении поликапроамида для регулирования степени полиамидирования и стабилизации молекулярной массы используются регуляторы роста цепей макромолекул. Воздействие регуляторов молекулярной массы на степень полиамидирования зависит от их концентрации в зоне реакции.

Добавка бензойной кислоты в качестве регулятора молекулярной массы в капролактам при приготовлении реакционной смеси позволяет ограничить неконтролируемый рост цепей и гарантировать получение ПКА с постоянной вязкостью: