Капролактам в производстве полиамидов¶

Капролактам — лактам ε-аминокапроновой кислоты, циклический амид с семичленным кольцом (формула C₆H₁₁NO). Применяется главным образом как мономер для получения полиамида-6 (поликапроамида, найлона-6), одного из крупнотоннажных синтетических полимеров. При нормальных условиях представляет собой белые кристаллы с температурой плавления около 69–70 °C, хорошо растворимые в воде и полярных органических растворителях.

¶Свойства и строение

Молекула капролактама содержит амидную группу —NH—CO—, замкнутую в кольцо из шести атомов углерода и одного атома азота. Амидная связь полярна и способна к разрыву при нагревании в присутствии катализаторов или инициаторов, что лежит в основе полимеризации. Вещество гигроскопично, при хранении поглощает влагу, что требует герметичной упаковки. Технический продукт выпускают в виде кристаллического порошка, чешуек или расплава.

¶Получение

Промышленный синтез капролактама базируется преимущественно на бензоле и феноле. Основные стадии:

1. Гидрирование бензола или фенола до циклогексана либо циклогексанола.
2. Окисление циклогексана до циклогексанона и циклогексанола (смесь «КА-масло»).
3. Превращение циклогексанона в циклогексаноноксим через реакцию с гидроксиламином.
4. Бекмановская перегруппировка оксима под действием серной или олеума с образованием капролактама.
5. Нейтрализация, экстракция и ректификация для получения волокнообразующего (полимеризационного) сорта чистотой выше 99,9 %.

Существуют и альтернативные маршруты — например, из толуола через бензойную кислоту или фотохимическое нитрозирование циклогексана.

¶Полимеризация

Капролактам полимеризуют двумя способами:

• Гидролитическая полимеризация — нагревание расплава при 240–270 °C в присутствии воды и регуляторов молекулярной массы (уксусная или адипиновая кислота). Вода раскрывает лактамное кольцо, запуская цепной рост.
• Анионная (быстрая) полимеризация — в присутствии щелочных катализаторов и активаторов; протекает при 140–180 °C за минуты и используется для литья крупногабаритных изделий.

Продукт — полиамид-6 с молекулярной массой от десятков до сотен тысяч. Из расплава формуют волокна, плёнки и гранулы.

¶Применение полиамида-6

Поликапроамид перерабатывают в:

Волокно из полиамида-6 отличается высокой прочностью, износостойкостью и эластичностью, но уступает полиэфирным волокнам по светостойкости и влагостойкости.

¶Мировой рынок

Капролактам — биржевой товар с устойчивым спросом, определяемым прежде всего текстильной отраслью. Крупнейшие производители расположены в Китае, Западной Европе и США; значительные мощности сосредоточены также в России и Японии. Цены зависят от стоимости бензола и загрузки мощностей по производству полиамидных волокон.

¶Безопасность и экология

Капролактам токсичен при вдыхании паров и попадании на кожу, вызывает раздражение слизистых. Производство связано с образованием сульфата аммония как побочного продукта бекмановской перегруппировки, что стимулировало разработку безсульфатных технологий. Сточные воды и выбросы требуют очистки; вещество нормируется в воздухе рабочей зоны.