Введение к работе
Актуальность темы. С середины 40-х годов ХХ века до настоящего времени одним из основных материалов для производства химических нитей и волокон в мире является полиамид-6 (ПА-6), полученный по методу высокотемпературной гидролитической полимеризации капролактама (КЛ).
Одним из существенных недостатков современного высокотемпературного жидкофазного синтеза является то, что полученный расплав полимера содержит до 10-12% масс. низкомолекулярных соединений (НМС), состоящих из мономера, высококипящих и высокоплавких олигомеров (ОЛ) капролактама. Это приводит к неизбежности введения в технологическую схему производства ПА-6 энерго- и материалоемких стадий экстракции НМС умягченной, деаэрированной горячей водой из гранул полимера, сушки демономеризованных гранул ПА-6 и концентрирование экстракционных растворов методом ступенчатого упаривания.
В связи с этим весьма актуальна разработка альтернативных технологических решений по подготовке полимера к процессам переработки с целью получения гранулята ПА-6 с требуемыми физико-химическими показателями.
Для создания рационального технологического процесса получения гранулята ПА-6, готового к процессам переработки, весьма актуален поиск принципиально новых технических и технологических решений. Одним из них является разработка процесса, позволяющего проводить одновременно процессы сушки и демономеризации гранул ПА-6 в потоке инертного газа (азота) или в вакууме с получением сублимированного мономера, возвращаемого в производственный цикл.
К числу принципиальных преимуществ совмещенной сушки-демономеризации гранулята ПА-6 следует отнести отказ от использования значительного количества горячей умягченной и деаэрированной воды на экстракцию равновесного гранулята ПА-6 (2 т воды на 1 т гранулята) и исключение из технологической схемы стадии регенерации экстракционных вод методом упаривания.
Степень разработанности темы. Большое количество существующих методов удаления НМС из гранулята ПА-6 с последующей его сушкой требует применение продолжительных энерго- и материалоемких технологических процессов. Одним из альтернативных процессов получения готового гранулята ПА-6 является проведение процесса его совмещенной сушки-демономеризации.
Цель работы. Разработка процесса совмещенной сушки-демономеризации гранулята ПА-6 в потоке инертного газа (азота) и в вакууме.
Задачи работы.
1. Определение температурных параметров испарения капролактама и его
олигомеров из гранулята ПА-6.
2. Исследование влияния различных параметров (температура, скорость подачи
азота, масса гранулята) на процесс совмещенной сушки-демономеризации гранулята ПА-
6 в потоке инертного газа.
3. Исследование влияния температуры на процесс совмещенной сушки-
демономеризации гранулята ПА-6 в вакууме.
4. Исследование зависимости свойств ПА-6 после повторного плавления от свойств
демономеризованного и высушенного гранулята.
Научная новизна.
1. Определен температурный интервал проведения процесса совмещенной сушки-
демономеризации.
2. Изучен процесс испарения капролактама из гранулятов ПА-6 различного
ассортимента при различных параметрах проведения процесса совмещенной сушки-
демономеризации. Показано, что вне зависимости от состава гранулята ПА-6 процесс его
совмещенной сушки-демономеризации идет идентично.
-
Установлено, что в процессе совмещенной сушки-демономеризации гранулята ПА-6 происходит дополиамидирование (дополиконденсация и дополимеризация) олигомеров, приводящее к повышению выхода целевого продукта и повышению молекулярной массы полимера.
-
Доказано, что в процессе совмещенной сушки-демономеризации происходит увеличение степени кристалличности полимера.
Практическая значимость работы.
Впервые разработаны рациональные технологические параметры процесса совмещенной сушки-демономеризации гранулята полиамида-6.
Разработаны принципиальные блок-схемы получения готового гранулята ПА-6, позволяющие исключить из существующего технологического процесса энерго- и материалоемкие стадии экстракции НМС из гранулята ПА-6 и регенерацию экстракционных вод методом упаривания, значительно уменьшить расходные нормы тепло- и электроэнергии и природных ресурсов.
Разработана технологическая схема процессов совмещенной сушки-
демономеризации гранулята ПА-6 и регенерации паров капролактама и воды с возвращением их в производственный цикл.
Разработанный процесс совмещенной сушки-демономеризации позволяет получить сублимированный капролактам, возвращаемый в производственный цикл.
Показано, что свойства полимера после совмещенной сушки-демономеризации и повторного плавления гранулята ПА-6 соответствуют современным требованиям к грануляту, предназначенного для переработки в изделия технического и текстильного назначения.
Положения, выносимые на защиту:
Определенный температурный интервал проведения процесса совмещенной сушки-демономеризации, в котором одновременно с удалением капролактама из гранулята ПА-6 не происходит испарения олигомеров из полимера.
Аппаратурно-технологическое оформление процесса совмещенной сушки-демономеризации.
Параметры процесса совмещенной сушки-демономеризации гранулята полиамида-6, как способа выделения капролактама из гранул полимера.
Процесс получения и свойства высушенного и демономеризованного ПА-6, готового к переработке.
Свойства полимера после повторного плавления, соответствующие современным требованиям для производства изделий технического и текстильного назначения.
Математическое описание проведения процесса совмещенной сушки-
демономеризации.
Достоверность результатов работы подтверждается применением комплекса современных физико-химических независимых и взаимодополняющих методов: термогравиметрии (ТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), сублимации, экстракции, вискозиметрии.
Публикации. По материалам работы опубликовано 4 статьи в журналах, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, 8 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях, а также получен 1 патент РФ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Международная научная конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2016» (Москва, 2016), VI Всероссийская научная конференция (с международным участием) «Физикохимия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2016), 12-ая Санкт-Петербургская конференция молодых учёных с международным участием "Современные проблемы науки о полимерах" (Санкт-Петербург, 2017), Международная научная конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2017» (Москва, 2017), Школа-конференция «Фундаментальные науки – специалисту нового века» (Иваново-2017), Третий междисциплинарный молодежный научный форум с международным участием «Новые материалы» (Москва, 2017), Школа-конференция «Фундаментальные науки – специалисту нового века» (Иваново-2018), XXI Всероссийская конференция молодых ученых-химиков (с международным участием) (Нижний Новгород, 2018)
Личный вклад автора. Заключается в изучении и анализе источников литературы, разработке и подборе оптимальных условий проведения эксперимента, проведении экспериментальных исследований, анализе и интерпретации полученных результатов, формулировке выводов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы.