Proceso para la obtención del monómero del nylon 6 usando materiales mesoporosos de acidez intermedia

ELIANA G. VASCHETTO; EDGAR SANCHEZ FABA; GABRIEL FERRERO; HERRERO EDUARDO R.; CASUSCELLI SANDRA G.; EIMER GRISELDA A.

Buenos Aires

Congreso; CAIQ 2015 - VIII CONGRESO ARGENTINO DE INGENIERÍA QUÍMICA; 2015

Es conocido que el polímero nylon 6 es el material de partida para una gran variedad de fibras sintéticas y plásticos. Su monómero, la e-Caprolactama (e-C), es uno de los 50 productos químicos más importantes a nivel mundial con una producción estimada de 4.4 millones de toneladas anuales [1]. La ruta de síntesis clásica para su producción involucra el reordenamiento de la ciclohexanona oxima (CHO) catalizado por ácido sulfúrico fumante en fase líquida. Aunque este proceso homogéneo es altamente selectivo resulta ecológica y económicamente cuestionable, debido al uso de un ácido concentrado altamente corrosivo y contaminante. Además, durante la neutralización del ácido se genera gran cantidad de sulfato de amonio como subproducto (4.5 toneladas por cada tonelada de producto) el cual tiene bajo costo. Con el fin de desarrollar un proceso más eficiente, económico y ambientalmente compatible, varios grupos de investigación han procurado llevar a cabo el reordenamiento en fase vapor empleando catalizadores sólidos. Sumitomo Chemical Co. Ltd. ha combinado un proceso de amoximación y subsiguiente reordenamiento en fase vapor a partir de la ciclohexanona usando una zeolita MFI con alto contenido de silica como catalizador [2-5]. Dicho proceso fue industrializado en el 2003. Aunque el proceso en fase vapor permite solucionar los inconvenientes que presenta la reacción en fase líquida, introduce otros problemas tales como la rápida desactivación del catalizador por formación de coque y la baja selectividad a producto deseado. En este sentido, varios autores han estudiado cómo la temperatura y la polaridad del solvente utilizado afectan la conversión y selectividad a productos de reacción [6-10].En este trabajo, se estudió la reacción de reordenamiento de Beckmann de CHO a e-C utilizando un catalizador mesoporoso Al-MCM-41 [11-13], en un reactor de flujo a presión atmosférica. Se analizaron diferentes condiciones de reacción como: temperaturas= 300-380 °C, W/F = 1-60 gh/mol y naturaleza de los disolventes empleados en la alimentación. La e-C fue el producto principal en todo el conjunto de condiciones de reacción, aunque a temperaturas superiores a 360 °C se favorece su descomposición. Se propone un mecanismo de reacción para explicar los resultados obtenidos a 360 °C. Asimismo, se verificaron la estabilidad y la posibilidad de reciclaje del catalizador; el material se utilizó durante 3600 min, luego fue recuperado y reutilizado por tres ciclos sin cambios significativos en la actividad catalítica y rendimiento a e-C.Por otra parte, una modificación en las condiciones operativas, que consistió en realizar un pretratamiento al catalizador con 1-hexanol, permitió mejorar el rendimiento a e-C mediante el bloqueo de los silanoles terminales, responsables de la formación de subproductos. Por lo tanto, el mejor rendimiento catalítico se observó bajo las siguientes condiciones dereacción: pretratamiento del catalizador con 1-hexanol durante 3h, temperatura de reacción350 °C, W/F = 40 gh/mol y 1-hexanol como solvente. Esto nos permitió lograr unaconversión de CHO muy alta (95%) con una selectividad a e-C de alrededor del 100%, loque mejora los resultados reportados en bibliografía. Un incremento en el rendimiento delproducto deseado mediante un proceso económico, más eficiente y ambientalmentecompatible resulta muy atractivo en virtud de la gran demanda mundial de este importanteintermediario para la fabricación de fibras sintéticas y plásticos, el cual a su vez no seproduce en nuestro país.