一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法技术

本发明专利技术涉及尼龙材料领域，公开了一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法，包括：1）配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物；2）开环：将所述混合物加热进行开环反应；3）预缩聚：对开环所获产物进行加热，进行预缩聚反应和脱挥；4）终缩聚：将预缩聚所得产物加热，进行终缩聚反应和脱挥；5）纺前脱挥：通过薄膜蒸发器对终缩聚所得产物进行纺前脱挥；6）纺丝：纺前脱挥后产物直接输送至纺丝线进行纺丝，获得尼龙6纤维。本发明专利技术方法能够实现尼龙熔体聚合后的直纺，且能够有效控制尼龙熔体中的热水可萃取物和环状二聚体的含量。

【技术实现步骤摘要】
一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法
本专利技术涉及尼龙材料领域，尤其涉及一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法。
技术介绍
尼龙纤维（PA纤维，锦纶）由于其具有优异的物理机械性能和纺织加工性能，自问世以后，其产量在相当长的一段时间内位居合成纤维家族的第一位，但由于价格与生产成本的限制以及聚酯纤维的快速发展，现为第二大产量的合成纤维，2018年我国锦纶产量超过了330万吨。尼龙6纤维具有聚酯纤维无法比拟的优良物理性能，如尼龙6纤维的断裂强度较高，耐磨性居纺织通用纤维之冠，吸湿性好，弹性回复率和耐疲劳性能优良，染色性好。尼龙6纤维除了服装业用和装饰用外，在其他产业中也有广阔的应用，如其在轮胎帘子布、汽车用纺织品、过滤材料、BCF地毯膨体纱上都开发了新产品。虽然PA6纤维近年来得到快速的发展，但同样也存在着PA6生产装置、工艺、产品、应用同质化严重等问题，急需开发PA6聚合、纺丝及功能化产品高效制备技术。目前，在PA6纤维生产过程中，纤维的张力大，气泡或杂质的存在会引起单丝断裂，因此PA6纺丝对熔体要求较高，熔体中热水可萃取物含量需低于2wt%。而己内酰胺水解聚合的转化率一般在90%左右，意味着聚合物中残余有10%左右的己内酰胺单体和低聚物(也称热水可萃取物，其中单体约占75%，低聚物约占25%)，这些熔体中的杂质对纺丝造成了极大的影响，因此，在PA6纺丝前，需要对切片进行萃取处理，根据FZ/T51004-2011，PA6切片热水可萃取物含量应小于0.5wt%(优等品)。现在工业上普遍采用热水连续萃取工艺，萃取掉PA6切片中的单体和低聚物，使切片中可萃取物含量低于0.5wt%，满足高速纺丝的要求。但在萃取、干燥再熔融过程中需要消耗大量的水和能源，据统计，在PA6切片生产过程中，萃取、干燥过程的能耗占PA6切片生产过程能耗的15-20%，大幅提高了PA6纤维的生产成本。为了避免这些弊端，PA6纺丝技术在未来将往直接纺丝方向推进，熔体直纺相较于切片法纺丝还可大大简化生产流程，单位产量基建投资少，有利于进一步降低纤维生产成本。因此通过开发新聚合工艺，降低已内酰胺水解聚合过程中所产生的低聚物含量，实现尼龙6熔体直纺成为了产业发展的趋势。目前降低己内酰胺水解聚合过程中低聚物含量的主要方法是对聚合温度的控制，因为己内酰胺聚合是一个随着温度变化而变化的平衡关系，随着温度的升高，更有利于低聚物生成，尤其是环状低聚物，因此可以通过控制聚合温度来有效控制低聚物含量，即低温聚合。要想确保聚合过程处于液态进行，聚合温度需至少大于尼龙6熔点以下10℃，此时的聚合温度仍不能将低聚物控制在可熔体直纺的范围，而且低温聚合还有另外一个缺点，即反应速度较慢，所获的聚合物数均分子量偏低；而在更低温度下聚合的过程实际上是分为两部分，一部分是熔融聚合过程，一部分是固相聚合过程，固相聚合的过程是为了获得足够数均分子量的聚合物用以产品的开发，但是目前还没有找到能将低温下形成的固态聚合物变成适合纺丝的有效方法，如果由低温聚合物纺制纤维，则必须先将聚合物熔融，然而，这时由于存在化学反应平衡，又形成低分子化合物，这样一来，与正常的聚合法相比较就没有什么优点了。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术基于己内酰胺热力学原理以及动力学强化过程，提供了一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法。本专利技术方法能够实现尼龙熔体聚合后的直纺，无需先制成切片，且能够有效控制尼龙熔体中的热水可萃取物和环状二聚体的含量。其中，本专利技术中所谓气相抽提、液相萃取是指使尼龙6中的低聚物以气态的形式从体系中脱除，即气相抽提，而此时尼龙6的状态为熔融状态，即液相萃取。本专利技术的具体技术方案为：一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法，包括以下步骤：1）配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物。2）开环：将所述混合物加热进行开环反应。3）预缩聚：对开环所获产物进行加热，进行预缩聚反应和脱挥。4）终缩聚：将预缩聚所得产物加热，进行终缩聚反应和脱挥。5）纺前脱挥：通过薄膜蒸发器对终缩聚所得产物进行纺前脱挥。6）纺丝：纺前脱挥后产物直接输送至纺丝线进行纺丝，获得尼龙6纤维。本专利技术方法的流程具体为：先通过配料釜配制原料，配制好的原料输送至开环釜，经开环反应后获得尼龙6预聚物，所获预聚物输送至预缩聚釜，使尼龙6预聚物的数均分子量进一步增长，所获熔体被输送至终缩聚釜中进一步进行缩聚反应，在预缩聚和终缩聚过程中聚合物呈现液态，低聚物（热水可萃取物）从熔体中形成气相脱除（即脱挥），实现尼龙6的液相萃取，使所获尼龙6熔体热水可萃取物含量≤1.5wt%，其中环状二聚体含量≤0.3wt%；然后，所获熔体被输送至纺丝组件，纺丝组件前，熔体经过薄膜蒸发器，使熔体中的热水可萃取物含量进一步降低（此步脱挥主要是针对输送过程中新生成的热水可萃取物）；尼龙6熔体最终经纺丝组件，直接熔融纺丝成形。本专利技术工艺简单，在提高己内酰胺的利用率的同时，还降低了能耗，所获熔体可直接熔融纺丝，也可直接制成塑料制品，易于实现大容量规模化生产，可应用在服用纤维、工业用丝、汽车等领域。本专利技术的优势在于：将聚合过程分解成多步，具有极高的工艺调控柔性，可根据每一步反应原理及特点，对聚合工艺进行调整。例如可在开环阶段，降低反应温度，可预先调控环状二聚体含量；在预缩聚过程中采用降低真空度，减缓脱挥速度的方法预先将大部分挥份脱除，同时给予较长反应时间让分子链充分进行链交换，再通过高真空终缩聚进一步强化脱挥效果，可避免大量挥份脱除时产生大量熔体气泡所引起的粘壁现象以及数均分子量分布宽的问题。通过工艺的针对性调整，实现降低熔体热水可萃取物含量的同时，保证了熔体的质量。此外，本专利技术结合己内酰胺缩聚反应放热、数均分子量增长的特点，将部分缩聚反应放在终缩聚釜中进行，也就是终缩聚釜中起到的作用不仅仅是液相萃取的作用，同时还可以进一步提高尼龙6数均分子量，这样设计的好处在于在数均分子量比较低的时候，熔体粘度较小，更有利于传质过程；在液相脱挥过程中，数均分子量不可避免地会增长，将部分缩聚反应放在终缩聚中可以避免尼龙6数均分子量过大，造成加工困难；另一方面，缩聚反应为放热反应，本专利技术的设计可以将缩聚反应热利用起来，避免气相抽提过程中气相的形成带走大量热量而导致熔体问题明显下降的问题，也可降低热媒温度与熔体温度之间的差异，提高了熔体的品质。作为优选，步骤1）中：相对于己内酰胺，水的添加量为1-5wt%，封端剂的添加量为0.1-0.5wt%，催化剂的添加量为0.01-1wt%。作为优选，步骤1）中：所述封端剂为HOOC(CH2)nCOOH、对苯二甲酸、邻苯二甲酸中的一种或多种；其中n为2-10。作为优选，步骤1）中：所述催化剂为尼龙66盐、NH2(CH2)XCOOH中的一种或多种；其中，X为4-10。作为优选，步骤1）中：混合温度为80-140℃，混合时进行搅拌10-60min，转速为60-240r/min。作为优选，步骤2）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法，其特征在于包括以下步骤：/n1）配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物；/n2）开环：将所述混合物加热进行开环反应；/n3）预缩聚：对开环所获产物进行加热，进行预缩聚反应和脱挥；/n4）终缩聚：将预缩聚所得产物加热，进行终缩聚反应和脱挥；/n5）纺前脱挥：通过薄膜蒸发器对终缩聚所得产物进行纺前脱挥；/n6）纺丝：纺前脱挥后产物直接输送至纺丝线进行纺丝，获得尼龙6纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种包含气相抽提、液相萃取的尼龙熔体直纺方法，其特征在于包括以下步骤：
1）配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物；
2）开环：将所述混合物加热进行开环反应；
3）预缩聚：对开环所获产物进行加热，进行预缩聚反应和脱挥；
4）终缩聚：将预缩聚所得产物加热，进行终缩聚反应和脱挥；
5）纺前脱挥：通过薄膜蒸发器对终缩聚所得产物进行纺前脱挥；
6）纺丝：纺前脱挥后产物直接输送至纺丝线进行纺丝，获得尼龙6纤维。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5）中，纺前脱挥温度保持在250～270℃，脱挥持续5~15s；过程压力在100pa以下。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中：
相对于己内酰胺，水的添加量为1-5wt%，封端剂的添加量为0.1-0.5wt%，催化剂的添加量为0.01-1wt%；和/或
所述封端剂为HOOC(CH2)nCOOH、对苯二甲酸、邻苯二甲酸中的一种或多种；其中n为2-10；和/或
所述催化剂为尼龙66盐、NH2(CH2)XCOOH中的一种或多种；其中，X为4-10；和/或
混合温度为80-140℃，混合时进行搅拌10-60min，转速为60-240r/min。


4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤2）中，开环温度为210-260℃，反应压力控制在0.1-2MPa；当满足以下条件时，终止反应：所获预聚体的数均分子量为3000-10000，热水可萃取物含量≤12wt%，其中环状二聚体含量≤0.6wt%。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3）中，预缩聚反应压力为-0.1~0.02MPa，反应温度为230～260℃；当满足以下条件时，终止反应：所获产物的数均分子量为7000-16000，热水可萃取物含量≤12wt%，其中环状二聚体含量≤0.6wt%。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4）中，终缩聚反应的绝对压力为100-2000Pa，反应温度为240～270℃；当满足以下条件时，终止反应：所获产物的数均分子量为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王松林，徐锦龙，汤廉，黄家鹏，何宁艳，王华平，王朝生，
申请(专利权)人：浙江恒澜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33