Procedimiento para preparar fibras meta-aramídicas.

Un procedimiento para preparar fibras meta-aramídicas, que comprende las etapas de:

i) polimerizar m-fenilendiamina con cloruro de isoftaloilo en un disolvente orgánico amídico polar a una temperatura reducida para producir una disolución de polímero de poliisoftaloilo metafenilendiamina y cloruro de hidrógeno;

ii) neutralizar cloruro de hidrógeno producido en la etapa i) con un agente neutralizante en una extrusora de dos tornillos para producir un dopante de hilatura de poliisoftaloilo metafenilendiamina;

iii) extrudir el dopante de hilatura obtenido en la etapa ii) a través de la extrusora de dos tornillos, hilando el dopante de hilatura extrudido a través de una hilera hasta el interior de un baño de precipitación para precipitar filamentos hilados que son fibras primarias meta-aramídicas; y

iv) lavar las fibras primarias meta-aramídicas obtenidas en la etapa iii) al menos una vez, secar y estirar las fibras para obtener las fibras meta-aramídicas acabadas,

caracterizado porque en la etapa ii), se añade el agente neutralizante en una cantidad desde un 5% hasta un 50% de una relación equimolar de la reacción de neutralización, de forma que el dopante de hilatura resultante de poliisoftaloilo metafenilendiamina contiene sales producidas por la reacción de neutralización y una parte de cloruro de hidrógeno no neutralizado.

Procedimiento para preparar fibras meta-aramídicas.

Campo de la invención La presente invención versa, en general, acerca del campo técnico de la producción de fibras sintéticas. Más en particular, la invención versa acerca de un procedimiento para preparar fibras meta-aramídicas, que tiene las ventajas de una línea de producción corta, una mayor eficacia de producción y costes reducidos de producción.

Antecedentes de la invención Las fibras de poliamida aromática, conocidas como fibras aramídicas, son fibras sintéticas obtenidas mediante policondensación e hilatura de compuestos aromáticos como materias primas. Normalmente, las fibras aramídicas incluyen fibras de politereftaloilo p-fenilendiamina y fibras de poliisoftaloilo metafenilendiamina. Las fibras de poliisoftaloilo metafenilendiamina exhiben una estabilidad térmica excelente y persistente, una excepcional capacidad ignífuga ante las llamas y propiedades destacadas de aislamiento eléctrico, dado que tienen una estructura conjugada formada por un anillo de metabenceno y un enlace amídico en la cadena principal de la molécula, y tienen una interacción de enlace de hidrógeno entre las moléculas. Por lo tanto, las fibras de poliisoftaloilo metafenilendiamina tienen una amplia gama de aplicaciones en prendas de vestir especializadas de protección, en materiales de filtración a alta temperatura y de materiales alveolares ignífugos.

En la actualidad, un enfoque para preparar las fibras de poliisoftaloilo metafenilendiamina es un procedimiento de polimerización interfacial que tiene como resultado un polímero en polvo, se disuelve el polímero en polvo con un cosolvente en un disolvente amídico, y luego es hilado. Por ejemplo, se documenta este enfoque en la patente US nº US 3.640.970. Sin embargo, este enfoque opera intermitentemente y es difícil de obtener una disolución estable.

Otro enfoque para preparar las fibras de poliisoftaloilo metafenilendiamina es un procedimiento de polimerización de disoluciones a baja temperatura, en el que se prepara el poliisoftaloilo metafenilendiamina mediante una reacción de polimerización en un disolvente amídico a una temperatura reducida, con un subproducto de cloruro de hidrógeno que es neutralizado en la disolución para producir sales, siendo utilizada directamente la disolución polimérica que contiene las sales para una hilatura en seco. Se encuentra este enfoque en la patente US nº 3.063.966. Debido a la producción de un contenido elevado de sales, una hilatura en húmedo daría lugar a fibras con propiedades mecánicas reducidas y, por lo tanto, no es aplicable para este enfoque.

Además, se han realizado intentos por utilizar distintos tipos de agentes neutralizantes para neutralizar el subproducto de polimerización, cloruro de hidrógeno, por ejemplo en la solicitud de patente china nº CN1341169A. Esta solicitud enseña un agente neutralizante al que se puede hacer reaccionar con cloruro de hidrógeno para producir una sal insoluble en un disolvente que puede ser eliminada mediante filtración. Con este procedimiento, se puede obtener una disolución polimérica con un bajo contenido de sales. Sin embargo, el polímero tiene una viscosidad relativamente elevada, por lo tanto es difícil para la operación de filtración. Además, la filtración estaría acompañada con la pérdida de bastante disolución polimérica, y los procedimientos de producción de este procedimiento son complicados.

La solicitud de patente china nº CN101285214A da a conocer un procedimiento para preparar fibras aramídicas 1313 mediante hilatura en húmedo, que comprende prepolimerizar m-fenilendiamina (MPD) con cloruro de isoftaloilo (IPC) para producir un prepolímero que es filtrado y extrudido a través de una extrusora de dos tornillos; neutralizando completamente el cloruro de hidrógeno producido por la prepolimerización utilizando hidróxido de calcio para obtener un dopante de hilatura; e hilando en húmedo el dopante de hilatura para producir las fibras acabadas.

Otra patente china nº CN100455706C da a conocer un procedimiento para producir un dopante de hilatura de poliisoftaloilo metafenilendiamina, que comprende polimerizar m-fenilendiamina con cloruro de isoftaloilo en un disolvente orgánico amídico polar a una temperatura reducida, y neutralizar cloruro de hidrógeno producido por la polimerización utilizando compuestos metálicos alcalino térreos para producir cloruros metálicos alcalino térreos que son solubles en el sistema de reacción.

Las presentes tecnologías que incluyen los enfoques y los procedimientos expuestos anteriormente tienen una característica común de que se requiere que el subproducto como resultado de la reacción de neutralización, cloruro de hidrógeno, sea eliminado completamente por medio de una reacción de neutralización completa. Esto puede evitar la degradación del dopante de hilatura que contiene ácido clorhídrico antes de que sea suministrado a la estación de hilatura, pero se incluiría un gran número de sales producidas por la reacción de neutralización en el dopante de hilatura. Es bien conocido en la técnica que la inclusión de las sales puede tener un gran impacto sobre las propiedades de las fibras acabadas, por ejemplo con un resultado de un aislamiento eléctrico deficiente y una mayor escala de grises de las fibras. Como consecuencia, se necesita un lavado minucioso de las fibras para eliminar las sales. Sin embargo, un lavado reiterado de las fibras no solo consume una gran cantidad de agua y desperdicia recursos valiosos, sino que también prolonga el procedimiento de producción, y más importantemente, la eliminación de sales mediante el lavado de las fibras no es muy eficaz.

La invención está desarrollada para abordar el anterior problema técnico proporcionando un procedimiento para preparar fibras meta-aramídicas que es eficaz para reducir el tiempo de producción y reducir significativamente los costes de producción. Según el procedimiento de la invención, el dopante de hilatura contiene una pequeña cantidad de sales que pueden ser eliminadas fácilmente mediante las operaciones de lavado. Por lo tanto, se reducen tanto el coste de materias primas como del consumo energético necesario para preparar las fibras.

Sumario de la invención Un objeto de la invención es proporcionar un procedimiento para preparar fibras meta-aramídicas que es eficaz para reducir el tiempo de producción, aumentar la eficacia de producción y reducir los costes de producción.

Se logra este objeto y estas ventajas de la invención proporcionando un procedimiento para preparar fibras metaaramídicas utilizando m-fenilendiamina y cloruro de isoftaloilo como materias primas mediante polimerización, neutralización e hilatura. El procedimiento comprende las etapas de:

i) polimerizar m-fenilendiamina con cloruro de isoftaloilo en un disolvente orgánico amídico polar a una temperatura reducida para producir una disolución de polímero de poliisoftaloilo metafenilendiamina y cloruro de hidrógeno;

ii) neutralizar el cloruro de hidrógeno producido en la etapa i) con un agente neutralizante en una extrusora de dos tornillos para producir un dopante de hilatura de poliisoftaloilo metafenilendiamina;

iii) extrudir el dopante de hilatura obtenido en la etapa ii) a través de la extrusora de dos tornillos, hilando el dopante de hilatura extrudido a través de una hilera hasta el interior de un baño de precipitación para precipitar filamentos hilados que son fibras primarias meta-aramídicas; y iv) lavar las fibras primarias meta-aramídicas obtenidas en la etapa iii) al menos una vez, secando y estirando las fibras para obtener las fibras meta-aramídicas acabadas, en el que en la etapa ii) , se añade el agente neutralizante en una cantidad desde un 5% hasta un 50% de una relación equimolar de la reacción de neutralización, de forma que el dopante de hilatura resultante de poliisoftaloilo metafenilendiamina contiene sales producidas por la reacción de neutralización y una parte de cloruro de hidrógeno no neutralizado.

En una realización preferente de la invención, se selecciona el disolvente orgánico amídico polar entre acetamida de N, N-dimetilo o pirrolidinona de N-metilo, y se selecciona el agente neutralizante entre hidróxido de calcio u óxido de calcio. En la etapa ii) , se añade hidróxido de calcio u óxido de calcio desde un 5% hasta un 50%, preferentemente desde un 25% hasta un 35%, de una relación equimolar de la realización de neutralización.

En la etapa ii) , se puede ajustar o variar la cantidad de adición del agente neutralizante junto con un caudal de la disolución de polímero de poliisoftaloilo metafenilendiamina, para garantizar la adición del agente neutralizante... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar fibras meta-aramídicas, que comprende las etapas de:

i) polimerizar m-fenilendiamina con cloruro de isoftaloilo en un disolvente orgánico amídico polar a una temperatura reducida para producir una disolución de polímero de poliisoftaloilo metafenilendiamina y cloruro de hidrógeno;

ii) neutralizar cloruro de hidrógeno producido en la etapa i) con un agente neutralizante en una extrusora de dos tornillos para producir un dopante de hilatura de poliisoftaloilo metafenilendiamina;

iii) extrudir el dopante de hilatura obtenido en la etapa ii) a través de la extrusora de dos tornillos, hilando el dopante de hilatura extrudido a través de una hilera hasta el interior de un baño de precipitación para precipitar filamentos hilados que son fibras primarias meta-aramídicas; y iv) lavar las fibras primarias meta-aramídicas obtenidas en la etapa iii) al menos una vez, secar y estirar las fibras para obtener las fibras meta-aramídicas acabadas, caracterizado porque en la etapa ii) , se añade el agente neutralizante en una cantidad desde un 5% hasta un 50% de una relación equimolar de la reacción de neutralización, de forma que el dopante de hilatura resultante de poliisoftaloilo metafenilendiamina contiene sales producidas por la reacción de neutralización y una parte de cloruro de hidrógeno no neutralizado.

2. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque el disolvente orgánico amídico polar está seleccionado entre acetamida de N, N-dimetilo o pirrolidinona de N-metilo, y el agente neutralizante está seleccionado entre hidróxido de calcio u óxido de calcio.

3. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque se añade el agente neutralizante con un 25% hasta un 35% de la relación equimolar de la reacción de neutralización.

4. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en la etapa ii) , se ajusta la cantidad de adición del agente neutralizante junto con un caudal de la disolución de polímero de poliisoftaloilo metafenilendiamina, para garantizar la adición del agente neutralizante con una proporción predeterminada.

5. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en la etapa ii) , el dopante de hilatura obtenido después de la reacción de neutralización contiene, en peso, poliisoftaloilo metafenilendiamina que varía desde 16, 56% hasta 19, 37%, cloruro de hidrógeno desde 2, 54% hasta 5, 81%, cloruro de calcio desde 0, 39% hasta 4, 52%, agua desde 0, 13% hasta 1, 47%, siendo el resto acetamida de N, N-dimetilo o pirrolidinona de Nmetilo.

6. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el dopante de hilatura obtenido en la etapa ii) tiene una temperatura en un intervalo desde 20º C hasta 80º C.

7. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 6, caracterizado porque la temperatura del dopante de hilatura se encuentra entre 40º C y50º C.

8. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la extrusora de dos tornillos está seguida directamente por una bomba de dosificación, y está conectada a la misma, a través de la cual se dosifica el dopante de hilatura que contiene el cloruro de hidrógeno no neutralizado y las sales producidas por la reacción de neutralización y luego son suministrados al interior de la hilera para que sea extrudido al baño de precipitación, y porque la extrusora de dos tornillos tiene una configuración de camisa de dos etapas, en el que se introduce agua a temperatura ambiente en una etapa frontal de la camisa para que se intercambie con el calor generado por la reacción de neutralización, y se introduce agua a temperatura constante en una etapa trasera de la camisa para garantizar la temperatura del dopante de hilatura.

9. Un procedimiento según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el baño de precipitación contiene, en peso, acetamida de N, N-dimetilo desde un 30% hasta un 70%, cloruro de calcio desde un 10% hasta un 20%, y siendo el resto agua, y porque el baño de precipitación tiene una temperatura en un intervalo desde 0º C hasta 10º C.