CH658063A5

CH658063A5 - Verfahren zur herstellung von hydrolysestabilen blockpolyetheresteramiden.

Info

Publication number: CH658063A5
Application number: CH4254/83A
Authority: CH
Inventors: Hanns-Joerg Dr Liedloff
Original assignee: Inventa Ag
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1986-10-15
Also published as: JPS6071633A; DE3428405C2; GB2144440B; DE3428405A1; JPH0516453B2; FR2550212B1; GB2144440A; US4727133A; GB8419800D0; FR2550212A1

Description

658 063

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung hydrolysestabiler thermoplastischer Blockpolyetheresteramide durch Polikondensation von a) Carboxylendgruppen tragenden, Homo- oder Copoly-amiden mit einem Molekulargewicht von 700-15 000 mit b) a,cü-Dihydroxyhomo- oder Copolyethern mit einem Molekulargewicht von 400-4000 und c) linearen oder verzweigten, aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diolen mit 2-8 Kohlenstoffatomen in einer Menge von 3-30 Mol. %, bezogen auf die Summe der Molmengen der Komponenten a) und b) in Gegenwart von Veresterungs-Katalysatoren höchstens bei Normaldruck bei Temperaturen von 210-280 °C, wobei das Verhältnis der Molmenge der Komponente a) zur Summe der Molmengen der Komponenten b) und c)

Ma

Mb + Mc erreichen zu können, muss die Menge anmonocarbonsaurem Polyamid entsprechend klein gehalten werden. Dann wird die Hydrolysebeständigkeit der Blockpolyetheresteramide nur wenig verbessert.

5 Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von hydrolysestabilen Blockpolyetheresteramiden ohne die oben beschriebenen Nachteile besteht darin, dass man a) Carboxylendgruppen tragende, Homo- oder Copoly-amide mit einem Molekulargewicht von 700-15 000 mit io b) a,eo-Dihydroxyhomo- oder Copolyethern mit einem Molekulargewicht von 400-4000 und c) linearen oder verzweigten, aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diolen mit 2-8 Kohlenstoffatomen in einer Menge von 3-30-Mol.-%, bezogen auf die Summe der Mol-15 mengen der Komponenten a) und b), in Gegenwart von Veresterungs-Katalysatoren höchstens bei Normaldruck bei Temperaturen von 210-280 °C polykondensiert, wobei das Verhältnis der Molmenge der Komponente a) zur Summe der Molmengen der Komponenten b) und c)

20

0,81 bis 0,985 beträgt.

2. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein 1,5 bis lOfacher Uberschuss der Diole verwendet wird, der während der Polykondensation aus dem Reaktionsgemisch durch Abdestillieren wiedergewonnen wird.

3. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Carboxylendgruppen tragenden Polyamide durch Reaktion der Monomeren von PA-6, -11, -12, -6.6, -6.9, -6.10, -6.12 oder -6.13 oder Mischungen aus diesen Monomeren und einer aliphatischen, linearen oder verzweigten Dicarbonsäure, die 4 bis 13 Kohlenstoffatome enthält oder einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen erhältlich sind.

4. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als a.ca-Dihydroxypolyether Polyetherdiole oder Copolyetherdiole mit einem Molekulargewicht von 500-3000 verwendet werden, deren Sauerstoffatome durch lineare Ketten mit 2-4 Kohlenstoffatomen oder verzweigten Ketten mit mindestens 2 Kettenkohlenstoffatomen voneinander getrennt sind.

Ma

Mh + Mc

Thermoplastische Blockpolyetheresteramide eignen sich aufgrund ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften hervorragend zur Herstellung von spritzgegossenen Teilen, extrudierten Artikeln aller Art sowie Fasern und Monofilen.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Blockpolyetheresteramide werden allerdings durch ihre im Vergleich z.B. mit Polyamiden schlechte Hydrolysestabilität stark eingeschränkt. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, diesen Mangel der Blockpolyetheresteramide zu beheben. In der FR-OS 2.378.058 z.B. wird die Hydrolysestabilität von Blockpolyetheresteramiden durch die teilweise Verwendung von mono-carbonsauren Polyamidblöcken verbessert, wobei das andere Kettenende dieser Blöcke durch Kohlenwasserstofïreste terminiert ist. In den Blockpolyetheresteramiden wird auf diese Weise eine Verminderung der Carboxylendgruppen bewirkt, die bekanntlich den hydrolytischen Abbau von Esterbindungen katalysieren.

Allerdings hat die in der FR-OS 2.378.058 beschriebene Methode den Nachteil, dass die verwendeten Polyamide mit einem Kohlenwasserstoffrest als Endgruppe, der z.B. durch Stearinsäure eingeführt wird, das Kettenlängenwachstum im Verlauf der Polykondensation begrenzen. Die Viskosität so hergestellter Blockpolyetheresteramide kann auch durch Festphasen-Nachkondensation nicht mehr beliebig gesteigert werden. Um trotzdem noch ausreichende Molekulargewichte

0,81 bis 0,985 beträgt und die Diole c) in 1,5 bis lOfachem 25 Überschuss verwendet werden, der während der Polykondensation aus dem Reaktionsgemisch durch Abdestillieren wiedergewonnen wird.

Als Carboxylendgruppen tragende, Homo- oder Copoly-amide werden diejenigen verwendet, die aus den Monomeren 30 von PA-6, -11, -12, -6.6, -6.9, -6.10, -6.12 oder-6.13 oder Mischungen aus diesen Monomeren und einer aliphatischen, linearen oder verzweigten Dicarbonsäure mit 4-13 Kohlenstoffatomen erhalten werden oder einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure mit mindestens 8 Kohlen-35 Stoffatomen.

Als a,ü)-Dihydroxyhomo- oder Copolyether b) kommen Polyetherdiole oder Copolyetherdiole mit einem Molekulargewicht von 500-3000 zur Verwendung, deren Sauerstoffatome durch lineare Ketten mit 2-4 Kohlenstoffatomen oder 40 verzweigte Ketten mit mindestens 2 Kettenkohlenstoffatomen voneinander getrennt sind.

Die Polykondensation zur Bildung der erflndungsgemäs-sen Blockpolyetheresteramide wird in Gegenwart von Veresterungs-Katalysatoren durchgeführt. Vorzugsweise werden 45 Titan-Katalysatoren wie Tetraalkyltitanate, z.B. Tetrabutyl-titanat, Zirkon- oder Hafnium-Katalysatoren wie Zirkonte-trabutylat oder Zirkontetraisopropylat bzw. Hafniumtetraalkoxide, Zinn (IV)-Katalysatoren wie Dibutylzinnoxid, Butyl-zinnoxidhydroxid oder Dibutylzinndilaurat, Zinn (II)-Kata-50 lysatoren wie Zinn (II)-oxid, Zinnchlorid, Zinn (II)-Salze organischer Säuren, z.B. Zinndibenzoat, Zinndistearat, Zinn-oxalat oder das Zinn (II)-Salz eines Carboxylendgruppen tragenden Polyamids verwendet.

Die Menge des verwendeten Katalysators beträgt, bezo-55 gen auf das Gesamtgewicht der übrigen Komponenten, 0,01-1 Gew.-%, vorzugsweise aber 0,3-0,5 Gew.-%. Für den Fall, dass die Sn (II)-Salze der Carboxylendgruppen tragenden Polyamide als Katalysatoren eingesetzt werden, wird nur der Anteil des Zinns als Katalysator gerechnet. Eine wichtige 60 Rolle bei der Auswahl des Katalysators spielt seine Löslichkeit in der Polyamid- bzw. Polymerschmelze. Sehr gut löslich sind die Salze des Sn (II), während Tetraalkyltitanate und -zirkonate sowie Butylzinnoxidhydroxid feste Rückstände in den Polymeren hinterlassen. Besonders einfach gestaltet sich 65 die Herstellung der erfindungsgemässen Blockpolyetheresteramide beim Einsatz der Sn (Il)-Salze Carboxylendgruppen tragender Polyamide als Katalysatoren. Ihre Herstellung erfolgt durch Zugabe einfacher anorganischer Sn (Il)-Verbin-

düngen, z.B. SnO, SnC03, zur Schmelze der Carboxylendgruppen tragenden Homo- oder Copolyamide la) noch bevor die übrigen Komponenten, das Polyetherdiol und das Diol, hinzugefügt werden.

Die Herstellung der Carboxylendgruppen tragenden Ho-mo- oder Copolyamide geschieht nach Methoden, die dem jeweiligen Polyamid angepasst und Stand der Technik sind. Es kann sich dabei einerseits um Polyamide mit bis zu 130 Monomereinheiten handeln, andererseits sind am unteren Ende des definierten Bereiches Oligoamide mit nur 2-3 Monomereinheiten möglich.

Bei der Herstellung der Carboxylendgruppen tragenden Homo- oder Copolyamide besteht auch die Möglichkeit, dass man von einem längerkettigen Polyamid ausgeht und dieses unter geeigneten Bedingungen mit Dicarbonsäure in kürzere, carboxylendgruppengeregelte Polyamidketten spaltet.

Normalerweise werden die Polyamide durch Polykondensation der entsprechenden Monomeren und Dicarbonsäuren bei Normaldruck oder - im Fall von Caprolactam und Lau-rinlactam - durch hydrolytische Polymerisation in Gegenwart einer Dicarbonsäure hergestellt, wobei bei Temperaturen von 200-320 °C und einem Druck von 2-30 bar gearbeitet wird.

Sobald nach einer ausreichend langen Entgasungsphase das Kondensationswasser bzw. die zusätzlich zugesetzte Wassermenge aus der Polyamidschmelze entfernt wurden, erfolgt gegebenenfalls nach Absenken der Temperatur die Zugabe der übrigen zur Herstellung der erfindungsgemässen Blockpolyetheresteramide benötigten Komponenten und daran anschliessend die Polykondensation. Die Zugabe der Diole kann auch einige Zeit nach der Zugabe der Polyetherdiole oder portionsweise erfolgen, wobei ein Teil zusammen mit den Polyetherdiolen und der Rest später zugegeben wird.

Die Bildung der Blockpolyetheresteramide setzt häufig bereits bei Normaldruck ein und wird durch allmähliches Reduzieren des Druckes bis etwa 0,1 mbar zu Ende geführt. Die Polykondensations-Temperatur beträgt 210-280 °C, vorzugsweise 230-270 °C.

Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Blockpolyetheresteramide weisen eine höhere Hydrolysestabilität auf als vergleichbare Produkte, die nach Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurden. Insbesondere können auch relativ weiche Blockpolyetheresteramide mit einem Polyetheranteil von mehr als 40 Gew.-% und einer entsprechend hohen Anzahl hydrolyseempfindlicher Estergruppen in der Polymerkette mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens wirksam gegen hydrolytischen Abbau geschützt werden. Ihre Hydrolysegeschwindigkeit ist unter verschärften Bedingungen (in siedendem Wasser, siehe Beispiele) nur etwa halb so gross und ihre Lebensdauer damit etwa doppelt so lang wie die vergleichbarer Produkte des Standes der Technik. Mit «vergleichbare Produkte» soll zum Ausdruck gebracht werden, dass den bekannten, für die Spritzguss- und Extrusionsverarbeitung geeigneten Blockpolyetheresteramiden des Standes der Technik eine kurzkettige Diolkompo-nente fehlt. Neben der erwähnten FR-OS 2.378.058 werden Verfahren, ausgehend von Carboxylendgruppen tragenden Polyamiden und Polyetherdiolen, in der DE-OS 25 23 991, der DE-OS 28 37 687, der DE-PS 29 32 334 beschrieben.

Selbstverständlich können die erfindungsgemässen Blockpolyetheresteramide auch die üblichen Additive wie Antioxidantien, Licht- und Hitzestabilisatoren, Flammschutzmittel, Farbstoffe oder Weichmacher enthalten, die, falls sie keine Störungen verursachen, auch vor oder während der Polykondensation zugegeben werden können.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die angegebenen Lösungsviskositäten wurden an 0,5%igen Lösun658 063

gen der Blockpolyetheresteramide in m-Kresol bei 25 °C nach DIN 53 727 gemessen.

Zur Beurteilung der Hydrolysestabilität der Blockpolyetheresteramide in den Vergleichs-Beispielen und Beispielen wird die Abnahme ihrer Lösungsviskosität (als Mass für das Molekulargewicht) während der Lagerung in siedendem Wasser von 100 °C ermittelt.

Beispiel 1

278,8 g eines Carboxylendgruppen tragenden Poly-amids-12 mit einem mittleren Molekulargewicht von 923, das aus Laurinlactam oder ra-Aminolaurinsäure und Dodeeandi-säure nach einem der bekannten Polymerisations- bzw. Poly-kondensations-Verfahren erhalten wurde, werden in einen 1-Liter-Autoklaven bei 250 °C unter Inertgasatmosphäre (N2) und ständigem Rühren mit 0,22 g Zinn (II)-oxid versetzt. Sobald sich der Katalysator nach kurzer Zeit (ca. 3 Min.) in der Polyamidschmelze gelöst hat, was leicht am völligen Verschwinden der schwarzen SnO-Partikel festgestellt werden kann, werden 294,8 g Polytetrahydrofurandiol mit einem mittleren Molekulargewicht von 990 sowie 40 g Butan-1,4-diol hinzugefügt.

Die daraufhin gebildete Mischung wird zunächst 20 Minuten bei 250 °C unter Inertgasatmosphäre (N2) gerührt, wobei ein Teil des überschüssigen Butan-1,4-diols und des Reaktionswassers abdestilliert.

Anschliessend wird der Druck im Reaktor reduziert und die Polykondensation bei 250 °C unter einem Druck von 15 Torr und kräftigem Rühren 1 Stunde lang fortgesetzt. Nachdem im Verlauf dieser Zeit annähernd die Gesamtmenge des Reaktionswassers und des überschüssigen Butan-1,4-diols aus der Polymerschmelze entfernt wurde, wird die Polykondensation schliesslich durch nochmaliges Reduzieren des Druckes auf 0,5 Torr innerhalb weiterer 60 Minuten bei 250 °C zu Ende geführt.

Das erhaltene Produkt wird dann in Form eines Stranges abgezogen und granuliert. Seine relative Viskosität beträgt 1,764. Die Bestimmung der COOH-Endgruppen ergibt einen Wert von 5 m/Ae/kg, die der OH-Endgruppen 66 m/Ae/kg.

Aus der Mol-Zahl des eingesetzten Carboxylendgruppen geregelten Polyamid-12 und des Polytetrahydrofurandiols sowie den Ergebnissen der Endgruppenbestimmung ergibt sich für ,, , ein Wert von 0,89. Bei der Lagerung seines Mb + Mc

Granulates in siedendem Wasser zeigt dieses Produkt folgende Abnahme seiner relativen Viskosität mit der Zeit:

Zeit (h) r)rcl

(0,5% m-Kresol)

0 1,764

6 1,752

24 1,708

72 1,635

168 1,493

Vergleichs-Beispiel 1

278,8 g des Carboxylendgruppen tragenden Polyamid-12 des Beispiels 1 werden nach Zusatz von 0,22 Zinn (II)-oxid mit 297,8 g Polytetrahydrofuran mit einem durchschnitt: liehen Molekulargewicht von 990 polykondensiert. Dabei werden mit Ausnahme der Polykondensationsphase im Hochvakuum (0,5 Torr) die Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck, Zeiten, N2) des Beispiels 1 eingehalten. Die Po-lykondensationszeit im Hochvakuum (0,5 Torr) beträgt 40 Minuten.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

6S8 063

Das Produkt besitzt eine relative Viskosität von 1,78. COOH-Endgruppen: 36 mAe/kg OH-Endgruppen: 32 mAe/kg.

Bei hydrolytischer Schädigung in siedendem Wasser zeigt dieses Produkt eine schnellere Abnahme der relativen Viskosität als das Polymere des Beispiels 1 :

Zeit (h)

0 7

24 72 168

Irei

(0,5% m-Kresol)

1,78

1,675

1,611

1,527

1,331

Beispiele 2-4 / Vergleichs-Beispiele 2-4

Anhand von Beispielen und Vergleichs-Beispielen wird gezeigt, dass die hohe Hydrolysestabilität der erfindungsgemässen Blockpolyetheresteramide weitgehend unabhängig ist 5 von der Art des verwendeten Veresterungs-Katalysators. Die Beispiele 2-4 unterscheiden sich von Beispiel 1 durch den Veresterungs-Katalysator und die Polykondensationszeit im Hochvakuum, d.h. bei 0,5 Torr. Entsprechendes gilt auch für die Vergleichs-Beispiele 2-4 bezüglich Vergleichs-Beispiel 1. Folgende Veresterungs-Katalysatoren wurden eingesetzt: A: Zinn (Il)-benzoat; Sn (OOC-C6H5)2 B: Titantetrabutylat; Ti (OC4H9)4 C: Zirkoniumtetrapropylat; Zr (OC3H7)4.

Die Ergebnisse dieser Beispiele und Vergleichs-Beispiele 15 sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt. In der Tabelle sind die einzelnen Katalysatoren durch die entsprechenden Buchstaben gekennzeichnet.

10

Blockpolyether-

Komponenten1^ (g)

Katalysator

Polykondensationsbedingungen esteramid

Typ

Menge i. Hochvakuum2)

(g)

T

P

Zeit

(°C)

(Torr)

(Min)

Beispiel 2

wie in Bsp. 1

A

0,6

250

0,5

120

Vgl.-Bsp. 2

wie in Vgl.-Bsp. 1

A

0,6

250

0,5

30

Beispiel 3

wie in Bsp. 1

B3>

0,6

250

0,5

230

Vgl.-Bsp. 3

wie in Vgl.-Bsp. 1

B3)

0,6

250

0,5

240

Beispiel 4

wie in Bsp. I

C3>

0,6

250

0,5

200

Vgl.-Bsp. 4

wie in Vgl.-Bsp. 1

C3>

0,6

250

0,3

30

Blockpolyether

Analysen t|rel

4)Endgrupp.

Ma

Hydrolyse in sied. Wasser T|reI (0,5%) m-Kresol esteramid

(0,5%)

(uAe/g)

Mb

~t~ iVlç

nach:

m-Kresol

COOH

OH

6

24

72

168

h h

Beispiel 2

1,682

3

92

0,86

1,707

1,715

1,664

1,516

Vgl.-Bsp. 2

1,739

47

38

-

1,641

1,562

1,460

1,315

Beispiel 3

1,690

3

90

0,87

1,690

1,667

1,638

1,574

Vgl.-Bsp. 3

1,711

45

53

-

1,741

1,705

1,575

1,363

Beispiel 4

1,716

7

83

0,88

1,693

1,658

1,633

1,485

Vgl.-Bsp. 4

1,749

41

44

-

1,662

1,570

1,452

1,328

•' bezieht sich auf die Co-Komponenten a) Carboxylendgruppen tragendes Polyamid) b) (a,ra-Dihydroxypolyether) und c) (Diol)

2) Im übrigen wurde wie bei Beispiel 1 bzw. Vergl.-Beispiel 1 verfahren.

3) Der Katalysator wurde in diesem Fall der Mischung aus a), b) und c) bzw. a) und b) zugesetzt.

4) Die NH2-Endgruppenkonzentration ist in allen Fällen zu gering, um durch Titration noch erfasst werden zu können.

C