POLYAMIDY (NYLONY)

Doc.ing.Jaromír LEDERER, CSc.

Typy polyamidů

(-NH-CO-) •AB typ

Ty jsou vyráběny polymerací laktamů nebo ω-aminokyselin, kde A označuje aminovou skupinu a B karboxylovou skupinu a obě jsou částí stejné monomerní molekuly.

•AA-BB typ

Polyamidy typu AA-BB jsou vyráběny polymerací diaminu, označeným jako AA, a dikarboxylové kyseliny, označené jako BB.

VZNIK • Polykondenzací dikarboxylových kyselin a

diaminů • Polykondenzací 6-aminokarboxylových kyselin • Polymerací cyklických laktamů • Polykondenzací dichloridů aromatických kyselin s

aromatickými diaminy (aromatické amidy –kevlar)

HLAVNÍ MONOMERY

Bod tání 69 °C

(6) ω -KAPROLAKTAM

HOOC-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH KYSELINA ADIPOVÁ HOOC-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-NH2 ω -AMINOKAPRONOVÁ HOOC-(CH2)8-COOH KYSELINA SEBAKOVÁ H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-NH2 HEXAMETHYLENDIAMIN

Základní reakce polyamidů typu AB

Základní reakce polyamidů typu AA-BB

Chemismus vzniku nylonů

Vliv teploty na rovnovážný obsah monomeru v polymeru

Chemismus polymerace laktamu

1A) Hydrolysis of the lactam by water to yield the amino acid 2B) Condensation 3C) Lactam addition to the amine end of the growing chain :

Teplotní průběh při typické výrobě nylonu 6

a) Teplota v reakční fázi ; b) Teplota nádoby To = počáteční teplota polymerizace (tavenina) ; Tp = konečná teplota polymerizace ; Tk = maximální teplota ; Tm = vstupní teplota nádoby

Vliv teploty na hustotu polymeru

Density of caprolactam monomer and polymer as a function of temperature

Autoklávový cyklus při výrobě nylonu 66

A typical autoclave cycle useful for batch preparation of nylon 66

Výroba PA 66

• Kontinuální • Vsádková

Vsádková výroba PA 66

• Příprava soli smíšením diaminu a dikarboxylové kyseliny (AH-sůl)

• Zahřátí soli v autoklávu na 230°C – 1 hod • Odpouštění páry a vyhřátí na 280 °C • Snížení tlaku k oddestilování páry • Vytlačování polymeru z autoklávu dusíkem • Sekání a sušení polymeru

Kontinuální polymerizer PA66

a) reaktor ; b) odtah vody ; c) čerpadlo ; d) finišer ; e) doreaktor

Kontinuální výroba nylonu 6 (BASF)

a) Zásobník ; b) VK - reaktor ; c) Pourer ; d) Pelletizer ; e) vodní lázeň ; f) extraktor ; g) sušič

Kontinuální výroba nylonu 6 (Allied Chemical)

a) Pump ; b) Stirrer ; c) Holding tank ; d) Filter ; e) Flowmeter ; f) Preheater ; g) Hydrolyzer ; h) Metering pump ; i) Polyaddition reactor ; j) Vent ; k) Vacuum flasher ; l) Finisher ; m) Spinning heads

Vodíkové můstky v PA6

Použití nylonu

Hlavní použití polyamidů

Používané výroby a techniky při výrobě polyamidů

Polyamid 6

Polyamid 6 je nejvíce používaným polyamidem díky dobré dostupnosti suroviny (kaprolaktamu), široké škále aplikací a jednoduché a ekonomické uskutečnitelnosti výroby, převodu a recyklace polyamidu 6. Kaprolaktamový kruh se otevírá za přítomnosti vody (hydrolýza), lineární molekuly se spojí dohromady (polyadice) za tvorby makromolekulárního řetězce, jehož délka je určena přítomností terminátoru polymerace (např. kyselina octová).

Blokové schéma kontinuálního procesu výroby PA 6

15 – 20 hod. T = cca 300 °C

Diskontinuální polymerace PA 6

Suroviny (kaprolaktam, demineralizovaná voda, atd.) jsou smíchány v homogenizátoru. Smíchaná vsádka je převedena do autoklávu, kde tlak a teplota (250-270oC) jsou regulovány tak, aby se získal polymer s požadovanými specifikacemi. Když produkt dosáhne požadovaných specifikací, reakce je zastavena, do reaktoru je zaveden dusík a polymer je přepraven do nádrže extrudéru. Roztavený polymer je vytlačován ve formě vláken skrz zvlákňující trysku, chlazen ve vodní lázni a krájen na třísky.

Blokové schéma kontinuálního procesu výroby PA 6

Polyamid 66

Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný reakcí 1,6-hexamethylendiaminu s 1,6-hexandikarboxylovou kyselinou (kyselina adipová), také zvanou AH sůl, sůl 66 nebo nylonová sůl.

Výroba PA 66

Obecně může být PA 66 vyráběn dvěmi různými procesy: •Kontinuální polymerací •Diskontinuální polymerací K získání polymeru s vysokou molekulovou hmotností je vyžadován další krok: •Následná polymerace v pevné fázi

Kontinuální polymerace PA 66

Nylonová sůl je čerpána ze skladovací nádrže při koncentraci 52% a teplotě 65oC na první krok – koncentrování, kde je zahřátím roztoku na 110oC odpařena voda, čímž vzroste koncentrace soli na 72 %. Vodní pára, opouštějící koncentrátor je kondenzována, a zkondenzovaná voda je sbírána do nádrže. Roztok soli je potom čerpán skrz sérii předehřívačů, které zvyšují teplotu roztoku na 212oC před vstupem do polymeračního reaktoru. Tento proces probíhá v potrubí, pracujícím při tlaku 18 barů, které je rozděleno do různých zón (obvykle tří), ohřívaných na různou teplotu od 212 do 250oC.

Blokové schéma procesu zahušťování sole při výrobě PA 66

(LC = kontrola hladiny, PC = kontrola tlaku, TC = kontrola teploty)

Blokové schéma procesu kontinuálního procesu výroby PA 66

(LC = kontrola hladiny, PC = kontrola tlaku, TC = kontrola teploty, TI =tepelná izolace)

Blokové schéma vsádkového procesu výroby PA 66

Blokové schéma zvlákňovacího procesu textilních přízí