Производство и свойства полифениленизофталамида

Лекция 26. Полидодеканамид (полиамид 12, ПА-12), сырье полимеризация. Полифенленизофаламид(фенилон), сырье, поликон-денсация. Структура, свойства, применение и переработка полиамидов

Полидодеканамид (ПА-12, найлон 12) в промышленности получают как гидролитической полимеризацией w-додекалактама в присутствии воды и кислоты (например, адипиновой или фосфорной) по схеме, близкой к схеме получения полиамида ПА-66, так и анионной полимеризацией по схеме, принятой для полиамида ПА-6.

Технологический процесс производства полиамида ПА-12 периодическим спосо­бом состоит из стадий полимеризации сододекалактама, выгрузки, измельчения, сушки и упаковки полимера. w-Додекалактам сначала нагревают до 180 °С для плавления и смешения с адипиновой кислотой, а затем фильтруют и загружают в реактор.

В реактор добавляют водный раствор фосфорной кислоты, нагревают реакцион­ную смесь до 280°С и при давлении 0,5-0,6 МПа проводят полимеризацию в течение 8-10 ч, а затем постепенно в течение 6 ч снижают давление до атмосферного. При этом летучие продукты (вода) охлаждаются в холодильнике, соединенном с реакто­ром, и выводятся в приемник. По окончании процесса полимер под давлением сжато­го азота выгружают из реактора в виде жгутов, которые после охлаждения в ванне с водой дробят в резательном станке. Крошка полимера после сушки в сушилке при 80°С и остаточном давлении 0,013 МПа до влажности 0,1 % поступает па упаковку.

Образующийся полиамид ПА-12 содержит 1-1,5 % низкомолекулярных соединений, то есть значительно меньше, чем полиамид П-6 (10-12 %). Низкомолекулярные соединения снижают физико-механические свойства ПА, но в случае полиамида ПА-12 не требуется их удаление.

Анионную полимеризацию w-додекалактама, как и капролактама, проводят в при­сутствии каталитических систем, содержащих катализатор (щелочные металлы, их окислы, гидраты окислов и соли) и активатор, который значительно ускоряет процесс и способствует проведению полимеризации при более низких температурах, даже ниже температуры плавления образующегося полимера. В таких условиях образуется полимер с равномерно развитой сферолитиой структурой и с повышенными физико-механическими свойствами. Кроме того, полимер содержит меньше различных дефектов (пор, раковин, трещин).

Метод анионной полимеризации позволяет путем полимеризации w-додекалактама в формах получать готовые изделия любых размеров, нуждающиеся только в ме­ханической обработке (заготовки для шестерен и втулок, подшипников, цилиндров и т. п.). Формы нагревают в термошкафах.

Полифениленизофталамид (фенилон) относится к группе ароматических ПА, отличающихся высокой теплостойкостью и хорошими физико-механическими свойствами.

Сырье.

м -Фенилендиамин: H₂NC₆H₄NH₂ кристаллические вещество (Т_пл=63°С) хорошо растворимые в воде, спиртах, ароматических и хлорированных углеводородах.

Дихлорангидрид изофталевой кислоты: ClOCC₆H₄COCl твердое вещество (Т_пл=43-44°С).

Получают фенилон из дихлорангидрида изофталевой кислоты и м -фенилендиамина в эмульсии или в растворе:

Техиологический процесс производства полифениленизофталамида в эмульсии методом неравновесной поликонденсации включает следующие основные стадии: растворение компонентов, образование полимера, промывка и сушка полимера. Этот процесс подобен процессу получения полиарилатов межфазной поликонденсацией.

Раствор дихлорангидрида изофталевой кислоты в тетрагидрофуране смешивают с водно-щелочным раствором м -фениленднамина при температуре 5-10 °С и интен­сивном перемешивании. Выделяющийся при полнконденсации хлористый водород связывается растворенной содой (или щелочью), а полимер выпадает из раствора в виде порошка. Порошок отфильтровывают, многократно промывают горячей водой и сушат в вакууме при 100-110 °С в течение 2-3 ч.

Структура и свойвтва ПА определяются химическим строением макромолекул. Большинство алифатических ПА кристаллизуются (40-70%), образуя рогообразные белые, твердые продукты и только некоторые сополимеры аморфные вещества. Макромолекулы ПА в кристалле имеют конфигурацию плоского зигзага и связаны между собой водородными связями >С=О···НN<, которые обуславливают высокие температуру плавления кристаллов (180-280°С) и водопоглощение.

Узкий интервал температуры плавления свидетельствует о малой полидисперсности макромолекул. С уменьшением числа метиленовых групп в звеньях макромолекул (увеличением числа NН-СО групп, а следовательно и водородных связей между отдельными макромолекулами в единице объема) повышается Т_пл, увеличивается жесткость и твердость ПА.

Для ароматических ПА характерно звисимость свойств, Т_пл и степени кристалличности от соседних с группой NН-СО заместителей.

Производство модифицированных полиамидов (полиамиды 54, 548, 54/10)

Все полиамиды являются кристаллическими полимерами, обладающими малой растворимостью и прозрачностью, высокими температурами плавления и недоста­точно хорошими технологическими свойствами. В целях изменения физико-меха­нических свойств, а также улучшения растворимости и прозрачности в промышленности получают смешанные ПА путем совместной поликонденсации различных компонентов, например, соли АГ и капролактама (при их соотношении 93:7,85:15, 80: 20, 50: 50), соли АГ, соли СГ и капролактама и др.

Технологический процесс производства смешанных ПА состоит из тех же стадий, что и процесс производства полигексаметиленадипамида.

Степень кристалличности модифицированных полиамидов меньше, чем гомополимеров, они плавятся при более низких температурах и растворяются в метиловом, этиловом и других спиртах. Растворы таких полиамидов применяют для производ­ства полиамидных пленок, получения лаков, покрытий и клеев для склеивания поли­амидных изделий и материалов на их основе.

Дата добавления: 2014-01-07