POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf ·...
Transcript of POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf ·...
![Page 1: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/1.jpg)
POLYAMIDY (NYLONY)
Doc.ing.Jaromír LEDERER, CSc.
![Page 2: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/2.jpg)
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.
![Page 3: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/3.jpg)
VZNIK • Polykondenzací dikarboxylových kyselin a
diaminů • Polykondenzací 6-aminokarboxylových kyselin • Polymerací cyklických laktamů • Polykondenzací dichloridů aromatických kyselin s
aromatickými diaminy (aromatické amidy –kevlar)
![Page 4: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/5.jpg)
Základní reakce polyamidů typu AB
![Page 6: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/6.jpg)
Základní reakce polyamidů typu AA-BB
![Page 7: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/7.jpg)
Chemismus vzniku nylonů
![Page 8: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/8.jpg)
Vliv teploty na rovnovážný obsah monomeru v polymeru
![Page 9: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/9.jpg)
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 :
![Page 10: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/11.jpg)
Vliv teploty na hustotu polymeru
Density of caprolactam monomer and polymer as a function of temperature
![Page 12: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/12.jpg)
Autoklávový cyklus při výrobě nylonu 66
A typical autoclave cycle useful for batch preparation of nylon 66
![Page 13: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/13.jpg)
Výroba PA 66
• Kontinuální • Vsádková
![Page 14: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/15.jpg)
Kontinuální polymerizer PA66
a) reaktor ; b) odtah vody ; c) čerpadlo ; d) finišer ; e) doreaktor
![Page 16: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/16.jpg)
Kontinuální výroba nylonu 6 (BASF)
a) Zásobník ; b) VK - reaktor ; c) Pourer ; d) Pelletizer ; e) vodní lázeň ; f) extraktor ; g) sušič
![Page 17: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/18.jpg)
Vodíkové můstky v PA6
![Page 19: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/19.jpg)
Použití nylonu
![Page 20: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/20.jpg)
Hlavní použití polyamidů
![Page 21: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/21.jpg)
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).
![Page 22: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/22.jpg)
Blokové schéma kontinuálního procesu výroby PA 6
15 – 20 hod. T = cca 300 °C
![Page 23: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/23.jpg)
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.
![Page 24: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/24.jpg)
Blokové schéma kontinuálního procesu výroby PA 6
![Page 25: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/25.jpg)
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.
![Page 26: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/27.jpg)
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.
![Page 28: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/28.jpg)
Blokové schéma procesu zahušťování sole při výrobě PA 66
(LC = kontrola hladiny, PC = kontrola tlaku, TC = kontrola teploty)
![Page 29: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/29.jpg)
Blokové schéma procesu kontinuálního procesu výroby PA 66
(LC = kontrola hladiny, PC = kontrola tlaku, TC = kontrola teploty, TI =tepelná izolace)
![Page 30: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/30.jpg)
Blokové schéma vsádkového procesu výroby PA 66
![Page 31: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/31.jpg)
Blokové schéma zvlákňovacího procesu textilních přízí
![Page 32: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/33.jpg)
![Page 34: POLYAMIDY (NYLONY) - chemistry.ujep.czchemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.pdf · Hlavní surovinou pro výrobu polyamidu 66 je vodný roztok organické soli, získaný](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020204/5a788e727f8b9a7b698cba58/html5/thumbnails/34.jpg)