高分子化学逐步聚合方法和重要的线型缩聚物尼龙6的生产工艺.pptVIP

南京科技职业学院：张裕玲 职业教育高分子材料加工技术专业教学资源库 　　锦纶纤维是以聚酰胺基础制得的纤维，是三大合成纤维之一，聚酰胺又是制造薄膜及工程塑料的原料，是由饱和的二元酸与二元胺通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。 常见的这类缩聚物有聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-11、聚酰胺-12、聚酰胺-610、聚酰胺612、聚酰胺-1010等，其中以聚酰胺-6和聚酰胺-66的产量最大，约占聚酰胺产量的90%。共同特点，就是其大分子的各个链节间都是以酰胺基“－CONH－”相联，所以把这类缩聚物通称为聚酰胺或尼龙。　　 　　　聚酰胺-6（尼龙-6）的生产 　　聚酰胺-6纤维的商品名称是锦纶、尼龙-6、卡普隆等，是由已内酰胺或ω-氨基已酸经缩聚反应而制得的一种合成纤维。 　　 　　　　　　1、主要原料-已内酰胺 　　已内酰胺在室温下为白色结晶体，熔点为68～70℃，沸点为292.5℃。手触有润滑感。工业品有微弱的叔胺气味。易溶于水、乙醇、乙醚、氯仿和苯等。 　　在水存在下，加热开环聚合为聚已内酰胺，主要用于加工成聚已内酰胺纤维。 　　　　　　1、主要原料-已内酰胺 　　已内酰胺的主要来源，以苯酚为原料，经环已醇、环已酮而得；以环已烷为原料，用光亚硝化法合成；以甲苯原料，用尼斯亚法合成；不可以糠醛或乙炔为原料。 　　2．原理 　　　已内酰胺在高温下，微量水存在时的聚合反应如下： 　　该反应为可逆逐步缩聚反应，反应的转化率一般为85%～90%。未反应的单体在高聚物成粒后用水萃取除去。 　　 nNH（CH2）5C＝O －NH（CH2）5CO n 微量H2O 　　2．原理 　　 　　　该反应的温度一般控制在250～260℃，并且为防止产物氧化而在惰性气体保护下进行。其引发剂的用量为已内酰胺的0.5%～5%，用量多少对产物的相对分子质量有影响。在反应过程中为了控制产物的最终相对分子质量而需要加入单体量的0.07%～0.14%的乙酸或0.2%～0.3%的已二酸为相对分子质量调节剂，纺丝用的聚酰胺-6的相对分子质量为15000～23000。 nNH（CH2）5C＝O －NH（CH2）5CO n 微量H2O 　　3．聚酰胺-6的生产工艺 　　工业上以水为引发剂，以已内酰胺为单体的连续聚合，可以采用常压法、高压法、常减压并用法、固相缩聚法。 　　（1）常压法　 主要用于生产相对粘度较低（ηr＝2.2～2.7，相对分子质量为13000～14000）的聚酰-6树脂，所用的反应器为直形VK管和U形VK管。其工艺为：直形VK管高为9m左右，以联苯-联苯醚为载热体，采用分段加热的方式进行加热变。 一段温度为230～240℃； 第二段温度为（265±2）℃； 第三段温度为（240±2）℃。 　　（1）常压法　 投料前用氮气置换反应器中的空气后，再将熔融的（90～100℃）的已内酰胺经过滤后，用齿轮泵送入熔体贮罐，并将引发剂和相对分子质量调节剂送入助剂计量槽，然后按比例将物料从VK管顶部加入，使其慢慢从管内多孔挡板间曲折流下。 　　 　　（1）常压法　 单体在第一段被引发剂开环并初步聚合；经过第二段和第三段完成平衡聚合反应。反应过程中产生的水份不断从反应器顶部排出。单体物料在管内的平均停留时间约20h。聚合后熔融的产物用齿轮泵从直形VK管底部送出，可以直接纺丝、也可以铸带切片。 　　 　　（1）常压法　 　　U形VK管是两根并列的双层夹套直管，下端连通，并通过旋塞控制两管之间物料的通过速度，熔融的已内酰胺和助剂通过助剂计量槽进入第一管，经过第一段（220±1）℃和第二段（260±1）℃聚合反应，经旋塞进入第二管，保持保持（260±1）℃下反应。 　　（1）常压法　 第二管内有内管，熔融的聚合物溢流通过内管形成膜层以保证充分混合，质量均匀和较好地排除水汽和气泡。聚合时间根据树脂的用途来确定，单丝用树脂为35h左右，帘子线用树脂为40～70h。聚合好的熔体用齿轮泵送出，可直接纺丝，也可以铸带切片。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 已内酰胺 纺丝或铸带 去纺丝 引发剂与调节剂　 已内酰胺 助剂 　　(2)高压法　 高压法是在250～260℃，0.98MPa条件下，采用直管形反应器，助剂用0.13%的水和0.05%的已二酸，制备较高粘度（ηr＝3.5左右，对分子质量为18000～22000）的树脂，聚合时间70h左右。聚合后的熔体用齿轮泵送出，可直接纺丝，也可以铸带切片。 　　 　　　　（3）常减压并用法　 该法中所用的反应器是两直形管，第一管分三段加热使单体聚合，聚合后的熔体用齿轮泵送入第二管的顶部以薄膜的形式通过真空度为26.7～40kPa区域，蒸出单体和水份，其中所含的5