[发明专利]用于制备聚酰胺的方法

说明书

相关申请

本申请权利要求通过引用以其整体结合在此的2011年12月5日提交的临时申请号61/566,886的权益。

发明领域

本文的公开涉及一种用于制备聚酰胺的方法，其具有更低的能量需求、更低的热降解以及更高的组成灵活性的益处。更具体地，这些公开涉及将二羧酸与二胺混合并分级并且最终制备高分子量聚酰胺的方法。此外，这些公开涉及适合用于储存和随后在晚些时候的聚酰胺化的二胺和二酸共混物的固体中间体产物的制备。

发明背景

使用尼龙盐水溶液具有多个缺点。第一个是需要稳定化盐溶液的温度和压力随浓度指数地增加。减少水的量因此建立成本上和管理更高温度和压力储存方法的稳定性上的折衷。另一个缺点是与处理大量的水相关的成本。储存容器必须更大并且随着水的量增加反应器批次生产不得不更小。酰胺化自身是吸热的，因为能量被吸收以移除反应中产生的水，并且加入水以建立初始盐溶液仅增加潜在的能量需求。在储存过程中将溶液保持在高温并且浓度也增加热降解的风险。最终，所使用的二胺频繁地具有在移除水的过程中使得部分二胺损失蒸发的蒸气压。工人寻求通过采用在聚酰胺化之前或过程中的平衡阶段之前有意地不平衡的混合物的性质减轻这些缺点。

通过引用以其整体结合在此的美国专利号4,131,712的公开教导了脂族二胺和脂族二酸的熔点展现出化学计量平衡处的峰并且对于一些共混物存在低共融点。基于该性质，公开了采用两个不平衡的流的方法。制备富二酸的混合物，其中全部二酸与全部二胺的摩尔比为约1.5∶1至9∶1。还制备了富二胺的混合物，其中全部二胺与全部二酸的摩尔比大于1.5∶1并且也可以是纯二胺。之后将熔融的二富胺的进料在良好的搅拌下加入至熔融的富二酸的混合物。增加温度以蒸馏出水并且驱动聚酰胺化，同时也防止结晶，并且该方法可以最终得到平衡的聚合物，其中全部二酸与全部二胺的摩尔比在0.95至1.05的范围内。依赖于起始原材料的水分，该方法可以描述为很大程度上无水的并且因此避免之前描述的一些缺点。然而，该方法不解决二胺挥发性的问题。为了防止凝固，在富二胺的混合物的进料过程中通过该方法增加温度，并且当达到或超过二胺的沸点时，这导致增加地快速二胺气化。因此需要解决将最终的摩尔平衡控制在目标范围内的所产生的困难的方法。

通过引用以其整体结合在此的美国专利号4,438,257的公开教导了无水聚酰胺化方法，其中将二胺加入至熔融的二酸，同时将温度在两个步骤中升高。该方法以两种方式控制二胺损失。首先指出，二胺组分必须为至少70摩尔％的间苯二甲胺。间苯二甲胺在265℃在大气条件下沸腾，然而六亚甲基二胺在205℃沸腾，并且该区别在该方法下导致更低的二胺损失。第二个缓解措施是使用部分冷凝器将回收的二胺再循环至反应器，同时允许水的移除。将组合物限制至更高沸点二胺如间苯二甲胺使得该方法当与便宜得多但是更加挥发性的二胺比较时是不经济的。同样不经济的是将冷凝器构造为足够大以满足对于基于更高量的更加挥发性的二胺如六亚甲基二胺的系统所需的回流体积。当温度在合成过程中升高时，液相中游离二胺的停留时间变得越来越短并且这导致不利的用于完成聚酰胺化的长循环时间。这种方法的改进详细描述在通过引用以它们的整体结合的美国专利号：6,489,435B2；6,559,273B2；6,657,037B2和7,138,482B2发现的公开内容中。然而，贯穿这些参考文件，对使用高沸点二胺并使用二胺回流塔的局限仍存在。因此需要避免这些多种缺点并基于经济的组合和方法提供平衡的聚酰胺的方法。

通过引用以其整体结合的美国专利号5,674,974教导了将二胺蒸气完全并且迅速地吸收在高度富酸的并且在相对更低的温度的混合物中。其之后公开了连续对流聚酰胺化反应器系统，其要求保护通过采用该性质最小化二胺损失。熔融的己二酸或熔融的富酸的进料被进料至蒸馏塔的顶部级中。将六亚甲基二胺作为蒸气进料至塔的底部级中。当二胺上升穿过塔时，它由每个更高级越来越多地吸收。归因于产生最富酸的顶端级的系统的对流流动，每个更高级是更富酸的，并且其被描述为洗净余下的二胺蒸气，以使得少于100ppm的二胺从该过程逃逸。所公开的方法是大大无水的并且也避免水的昂贵的移除。近红外被公开为控制富酸的进料制备槽和聚酰胺化反应器两者的平衡的主要技术。该方法需要用于富酸的进料制备和反应器两者的整体设备的构建。因此需要这样的方法，其需要较低的资本投资同时获得避免溶剂化水的益处。