尼龙66合成工艺学

尼龙66生产工艺 1 目录 一尼龙66简介二尼龙66发展史及现状三尼龙66反应原理四尼龙66盐水溶液缩聚工艺路线的选择五尼龙66的工艺流程六尼龙66应用 2 一 尼龙66简介 中文别名 锦纶66短纤维 尼龙 66 尼龙66树脂 聚酰胺 66 聚己二酰己二胺 锦纶 66 尼龙66疲劳强度和钢性较高 耐热性较好 摩擦系数低 耐磨性好 但吸湿性大 尺寸稳定性不够 通常应用于中等载荷 使用温度 100 120度无润滑或少润滑条件下工作的耐磨受力传动零件 尼龙66为聚己二酰己二胺 工业简称PA66 常制成圆柱状粒料 作塑料用的聚酰胺分子量一般为1 5万 2万 各种聚酰胺的共同特点是耐燃 抗张强度高 达104千帕 耐磨 电绝缘性好 3 目录 一尼龙66简介二尼龙66发展史及现状三尼龙66反应原理四尼龙66盐水溶液缩聚工艺路线的选择五尼龙66的工艺流程六尼龙66应用 4 二 尼龙66发展史及现状 1930年 卡罗瑟斯用乙二醇和癸二酸缩合制取聚酯1935年初 卡罗瑟斯用戊二胺和癸二酸合成聚酰胺 即聚酰胺510 还不适宜于商品生产 紧接着 卡罗瑟斯又选择了己二胺和己二酸进行缩聚反应 终于在1935年2月28日合成出聚酰胺66 5 1938年7月 首次生产出聚酰胺纤维 同月用聚酰胺66作牙刷毛的牙刷开始投放市场 10月27日 杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维正式诞生了 并将聚酰胺66这种合成纤维命名为尼龙 nylon 1939年10月24日 杜邦在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动 被视为珍奇之物争相抢购 混乱的局面迫使治安机关出动警察来维持秩序 6 第二次世界大战爆发直到1945年 尼龙工业被转向军工产品 最初十年间产量增加25倍 1964年占合成纤维的一半以上 至今聚酰胺纤维的产量虽说总产量已不如聚酯纤维多 但仍是三大合成纤维之一 7 三 尼龙66生产现状 8 9 10 2002年 2007年 我国尼龙产量的年均增长率达到13 3 尼龙66盐表观消费量年均增长率为6 8 2006年尼龙66切片表观消费量达到24万t 其中进口约12万t 2007年进口约20万t 11 在今后一段时期 尼龙66的市场需求则和其产能呈现出快速发展的良好势头 我国是一个人口大国 随着生活水平的不断提高 合成纤维的需求量将不断增加 12 目录 一尼龙66简介二尼龙66发展史及现状三尼龙66反应原理四尼龙66盐水溶液缩聚工艺路线的选择五尼龙66的工艺流程六尼龙66应用 13 三 尼龙66反应原理 从上述反应式可以看出 随着生成水的脱出 同时生成酰胺键 形成了线型高分子 反应特点 体系内水的扩散速度决定反应速度 如何在短时间内高效率地把水排出体系外 并得到生成物 是尼龙66制备工艺的关键所在 在尼龙66的缩聚反应生成的聚合物中 低分子化合物不多 约在1 以下 所以 一般不需要萃取 尼龙66是由己二胺和己二酸进行缩聚制得的 在工业生产中 为了保证己二胺和己二酸等物质的量比进行缩聚反应 一般制成尼龙66盐后再进行缩聚反应 反应式如下 14 尼龙66盐水溶液缩聚时的反应热 15 目录 一尼龙66简介二尼龙66发展史及现状三尼龙66反应原理四尼龙66盐水溶液缩聚工艺路线的选择五尼龙66的工艺流程六尼龙66应用 16 四 尼龙66盐水溶液缩聚工艺路线的选择 1 aAa bBba AB nb型反应中 若要获得高分子量产物 反应是两种单体必须是等摩尔量的 若利用己二酸和己二胺生成的尼龙 66盐作为缩聚的原料 则可满足此要求 2 工业生产条件下 尼龙 66盐先在加压的水溶液中反应 可防止己二胺挥发而损失 不影响但体量等摩尔比 待缩聚进行了一段时间生成酰胺键的齐聚物后 再行升温及真空脱水进行后缩聚 已获得高分子量产物 现今尼龙 66的生产 皆采用尼龙 66盐在水溶液中进行缩聚的工艺路线 原因有如下两个 17 目录 一尼龙66简介二尼龙66发展史及现状三尼龙66反应原理四尼龙66盐水溶液缩聚工艺路线的选择五尼龙66工艺流程六尼龙66应用 18 五 尼龙66工艺流程 间歇缩聚法工艺成熟设备简单可小批量生产反应时间4 6小时 连续缩聚法操作简单产品质量好成本较低反应时间2小时左右 目前工业生产的方法有间歇缩聚法和连续缩聚法两种 两者特点如下 19 1 连续缩聚生产工艺 反应温度 尼龙66盐的缩聚反应实际是在熔融状态下进行 因此反应的初始温度至少比尼龙66盐的熔点高10 宜控制在214 左右 反应过程中为了提高分子活化能 加快反应速度 温度逐渐升高到后期的280 左右 即高于聚合物熔点15 左右 b 反应压力 单体己二胺的沸点较低 196 为防止己二胺的挥发 反应初期压力选择1 72MPa左右 随着反应的进行 单体初步缩聚成预聚体后 除去反应体系中的水 进一步提高聚合物的相对分子质量 所以反应中后期降至常压乃至负压进行缩聚 20 连续缩聚工艺流程图 21 连续聚合工艺是先将盐储槽内质量分数为50 的尼龙66盐液分批送入计量槽 并在计量槽中根据生产的产品情况加入不同的添加剂 经过搅拌混合的尼龙66盐液靠自重分批流入第二中间槽 再由盐供给泵通过盐过滤器 盐预热器连续地供给浓缩槽 通过蛇管间接加热 除去部分水分 把盐液质量分数提高到70 反应器供给泵将浓缩后的盐液送出 经第一 第二盐预热器进入反应器 在1 72MPa的压力下初步缩聚出反应器的预聚物 用输送泵连续送至闪蒸器 在闪蒸器内物料的压力逐步降至常压 以使聚合物中水分迅速分离出来 22 根据不同产品的需要 可在闪蒸器供给泵与闪蒸器之间的物料管中 用注入泵将二氧化钛悬浮液分散到预聚物中 出闪蒸器的预聚物靠自重连续进入前聚合器中 在常压下 残存的水分进一步被分离 从而使聚合物的相对粘度提高 出前聚合器的聚合物 用供给泵送到后聚合器 聚合物中残存的水分和进一步缩聚生成的水分 在真空条件下被除去 从而使聚合物的粘度和相对分子质量被调整到产品所需要的范围内 而后直接纺丝或做成切片 23 间歇缩聚的主要设备是高压釜 2 间歇聚合工艺流程 24 通常把尼龙66盐配成50 60 的水溶液 浓度高 反应速度快 但浓度太高在输送或贮存过程中会结晶 把配好66盐水溶液加人反应釜 同时 还要加人分子量调节剂 一般为乙酸 也可为己二酸 用量根据所需尼龙66分子量大小而定 釜内温度一般控制在230 左右 压力1 7 1 8MPa 保压时间2h左右进行预缩聚使生成低分子量的聚合体 保压时间不能太长 否则 会出现脱羟现象 然后 逐步泄压 排出水蒸气 随着水分不断排出 温度逐步提高 压力逐步下降 从1 8MPa下降到一定压力时 抽真空使压力达到0 1MPa左右 保持45min 温度控制在280 以下 防止热降解 排出水分进行最后缩聚 缩聚反应完成后 将物料压出 铸带 切粒 干燥 得到尼龙66树脂 25 目录 一尼龙66简介二尼龙66发展史及现状三尼龙66反应原理四尼龙66盐水溶液缩聚工艺路线的选择五尼龙66的工艺流程六尼龙66应用 26 六尼龙66的应用 尼龙66主要用于汽车 机械工业 电子电器 精密仪器等领域 从最终用途看 汽车行业消耗的尼龙66占第一位 电子电器占第二位 88 注射12 挤出 吹塑等 27 1 汽车工业由于尼龙66优良的耐热性 耐化学药品性 强度大和加工方便等 因而在汽车工业得到了大量应用 目前几乎已能用于汽车的所有部位 如发动机部位 电器部位和车体部位 28 2 电子电器工业PA66可生产电子电器绝缘件 精密电子仪器部件 电工照明器具和电子电器的零部件等 可用于制作电饭锅 电动吸尘器 高频电子食品加热器等 PA66具有优良的耐焊锡性 广泛用作接线盒 开关和电阻器等的生产 阻燃级PA66可用于彩电导线夹 固定夹和聚焦旋钮 29 3 机械设备列车客车的门把手 货车的制动器接合盘等可用PA66制作 其它如绝缘垫圈 挡板座 船舶上的涡轮 螺旋桨轴 螺旋推进器 滑动轴承等也可以用PA66制作 高抗冲击性尼龙66还可制作管钳 塑料模具 无线电控制车身等 未增强级尼龙66通常用于制造低蠕变 无腐蚀的螺母 螺栓 螺钉 喷嘴等 增强级尼龙66用于生产链条 传送带 扇叶 齿轮 叶轮和脚手架固定脚扣等 30 4 其他行业利用PA66耐蠕变特性和耐溶剂性 可以制造一系列的日用品 如以非增韧的尼龙66注塑成的气体打火机和气雾剂喷嘴 太阳镜片 梳子 纽扣等 增韧的尼龙66用于制造冰鞋 滑雪板零件 网球拍线套 帆板连接器等耐寒耐磨产品 玻纤增强增韧尼龙66用于自行车轮