CN1259533A - 用于纺丝的聚酰胺6 的制备方法 - Google Patents

用于纺丝的聚酰胺6 的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在下述组分(Ⅱ)～(Ⅵ)的存在下,通过已内酰胺(Ⅰa)的水解聚合或通过ε－氨基己酸(Ⅰb)的缩聚反应制备聚酰胺6的方法;本发明还涉及从组分(Ⅰ)～(Ⅵ)得到的聚酰胺6,其中组分Ⅱ～Ⅵ通过酰胺键与聚合物链相连接;本发明也涉及用这些聚酰胺制备纤维,特别是长丝和人造纤维。

Description

用于纺丝的聚酰胺6的制备方法
发明背景
发明领域
本发明涉及在权利要求中公开的主题。
本发明尤其涉及聚酰胺6的制备方法，即在下述组分II～VI的存在下，通过己内酰胺(Ia)的水解聚合或通过ε-氨基己酸(Ib)的缩聚反应来制备；本发明还涉及从组分Ia/b～VI得到的聚酰胺6，其中组分II～VI通过酰胺键与聚合物链相连接；本发明也涉及这些聚酰胺制备纤维的用途，特别是制备长丝和人造纤维。
现有技术
从6-12个碳原子的内酰胺或6-12个碳原子的ω-氨基羧酸得到的脂肪族聚酰胺中，聚己内酰胺(PA6)在制备纤维并进一步加工为纺织成品物中具有巨大的经济和技术意义。尽管PA6具有很好的综合加工性质和良好的纺织性质，但近来纺丝技术的进步需要改进这些聚合物，以达到更高的纺丝速度并减少纺丝废品。
一些最终应用的特定要求已经引起了PA6热稳定性和光稳定性的同步发展。
大量专利申请解决了上述问题。例如，EP 644 959 B1涉及在聚己内酰胺基上高速纺长丝纱；这时，聚合物在至少一种二元羧酸的存在下制备，并可添加了不同的氨基官能团组分以提高对阴离子染料的染色亲和力。因此，氨基官能团组分，和二元羧酸一样，作为链转移剂。
耐候性聚酰胺及其制备方法是DE 197 22 135 A1的主题。耐候性是通过聚酰胺原料，在4-氨基-2，2，6，6，-四烷基吡啶和2，6-二烷基酚的存在下，进行缩聚反应而得到的，其中2，6-二烷基酚在OH基的4位上与二烷基酚的第二个官能团(羧基或伯氨基)发生官能化。在另一个实施方案中，DE 197 22135 A1描述了从内酰胺或ω-氨基羧酸得到聚酰胺，并且这种聚酰胺除了包括其它链转移剂外，还包括三元羧酸或四元羧酸。
FR-PS 155 350、DE-OS 22 37 849和JP 4 159 327描述了上述在OH基4位上官能化的2，6-二烷基酚作用在聚酰胺上的热稳定或光稳定效应。
在上述引用的文献中，DE 19 722 135 A1制备了聚酰胺6，该聚酰胺适用于高速纺丝，同时具有改进的热稳定性、光稳定性和耐候性，且对酸性染料具有良好的染色亲合力。
所达到的卷绕速度和纺丝速度分别为5000～6000m/min，它们与该速度范围内的良好的纺丝可靠性，大大地弥补了这些产品所用原料的高费用，并使它们的商业用途更经济。
然而，实用中设定的卷绕和纺丝速度具有上限，它们与卷装成形的均匀性相关。通常，在聚酰胺6的高速纺丝期间，必须考虑至当纺丝速度增加时，纱筒侧凸变形(r)和凹顶变形(a)也相应增加的影响。这种不希望的效果，如图1所示，影响了根据DE 19 722 135 A1得到的聚酰胺6。
卷装成形的均匀性直接影响之后所有的加工步骤。例如，良好的卷装成形可促进筒管的传送。在具有良好成形的筒管中，对于筒管的传送破坏和所导致的废品要小于那些没有良好成形的筒管。很明显，良好的卷装成形也促进了所有其它加工步骤。
Dr.F.Maag的文章“Bessere Spinnspulen mit der Stufen-prazisionswicklung[精密卷绕过程中良好的纺丝成形]”(35/87(1985年6月)发表)阐述了一种关于卷装成形问题的概述。作者通过提出一种特定的卷绕控制，从技术角度给出了一种解决有关问题的方法。关于卷装成形，随着纺丝技术的进步与产量的增加，引起改进聚合物的需要。
美国专利4,863,664公开了一种用于制备聚酰胺6和66长丝的改进的高速方法，其中卷装成形(和其它性质)的改进可通过向已经加工的聚合物中加入水、醇或羧酸而达到。当用这种方法达到所述目标时，它的缺点在于为了加入上述添加剂，需要计量和混合聚集体，这使得纺丝方法通常变得更加复杂且易产生问题。
发明概述
因此，本发明的目的在于提供用于高速纺丝或高速纺成的丝的聚酰胺6，其中所有改进了成形的筒管可以在高纺丝速度下制得，而且无需加入添加剂。
根据权利要求1所述的方法、权利要求5所述的聚酰胺6和权利要求6所述的用途可达到该目的。
发明详述
令人惊讶的是，在(Ia)的聚合反应或(Ib)的缩聚反应之前或期间，分别加入二元羧酸(II)和二烷基酚(IV)，并可能加入一元羧酸(II)和可能的其它组分(V)和(VI)，而且在聚合反应或缩聚反应期间，在至少后两种组分的一种组分的存在下，可达到本发明的目的。
组分(IV)为二烷基酚；组分(V)为具有伯氨基和叔氨基的脂肪族或环脂族二胺；组分(VI)为具有两个伯氨基和4-26个碳原子的脂肪族、环脂族或芳脂族的支链或直链二胺。
因此本发明涉及一种制备聚酰胺6的方法，该方法可通过己内酰胺(Ia)的水解聚合或通过ω-氨基己酸(Ib)的缩聚反应来进行，聚合反应或缩聚反应在下列物质存在下进行：
-0.05～0.7重量％二元羧酸(II)，
-0～0.7重量％一元羧酸(III)，
-0.05～0.7重量％二烷基酚(IV)，
-0～0.5重量％具有伯氨基和叔氨基的脂肪族或环脂族二胺(V)，
-0～0.7重量％具有两个伯氨基和4-26个碳原子的脂肪族、环脂族或芳脂族的支链或直链二胺(VI)，其中组分(Ia/b)和(II)、(III)～(VI)的总量为100重量％，并且除了组分(Ia/b)、(II)和(IV)，还至少包括组分(V)和(VI)的一种，而且组分(II)～(VI)通过酰氨键与聚合物链相连。
二烷基酚(IV)是在OH基的4位上官能化的2，6-二烷基酚，并具有下列结构：其中R1和R2可为相同或不同的1～6个碳原子的烷基，R3为氢原子或甲基，官能团A代表游离羧基或被C1-C4醇酯化的羧基或伯氨基，在氨基的情况下，x和y的组合可以为(x＝2/y＝1)；(x＝2/y＝0)；(x＝1/y＝0)和(x＝0/y＝1)，在游离的或酯化的羧基情况下，x和y还可以为0。
本发明还涉及聚酰胺6，其特征在于该聚酰胺6主要从下列物质得到：
己内酰胺(Ia)或ω-氨基己酸(Ib)，
-0.05～0.7重量％二元羧酸(II)，
-0～0.7重量％一元羧酸(III)，
-0.05～0.7重量％二烷基酚(IV)，
-0～0.5重量％具有伯氨基和叔氨基的脂肪族或环脂族二胺(V)，
-0～0.7重量％具有两个伯氨基和4-26个碳原子的脂肪族、环脂族或芳脂族的支链或直链二胺(VI)，
其中组分(Ia/b)和(II)、(III)～(VI)的总量为100重量％，并且除了组分(Ia/b)、(II)和(IV)，还至少包括组分(V)和(VI)的一种，而且组分(II)～(VI)通过酰氨键与聚合物链相连。
最后，本发明涉及用于制备纤维，尤其是制备高速纺长丝纱的聚酰胺6。
在(Ia)聚合反应或(Ib)缩聚反应期间，可以和一元羧酸(III)以及组分(V)和(VI)中的至少一种一起加入的二元羧酸(II)和二烷基酚(IV)，在卷装成形上体现的优点是新的，是现有技术所无法预测到的。
具有6-36个碳原子，直链或支链，脂肪族或环脂族，且含氮的二元羧酸可用作二元羧酸(II)，并与具有8-18个碳原子的取代或未取代，芳香二元羧酸一样成功。在两组二元羧酸中，己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、三甲基-己二酸和/或顺-或反-环己烷-1，4-二羧酸或对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘-1，6-二羧酸和二苯基-4，4-二羧酸是特别优选的。
具有2-18个碳原子的直链或支链，脂肪族或环脂族及芳香族一元羧酸可用作一元羧酸(III)。
上述提及的在OH基的4位上官能化的2，6-二烷基酚可用作二烷基酚(IV)。
具有伯氨基和叔氨基的二胺(V)特别优选为3-(二烷基氨基)-1-丙胺、2-二烷基氨基-1-乙胺、哌啶子基酰胺以及吡咯烷基酰胺和4-氨基-1，2，2，6，6-五烷基哌啶。
具有4-13个碳原子和两个伯氨基的直链或支链的脂肪族二胺、具有6-26个碳原子和两个伯氨基的环脂族二胺、具有8-26个碳原子和两个伯氨基，且伯氨基与脂肪族C原子相连的芳脂族二胺(芳香族/脂肪族)可用作二胺(VI)。
在三组二胺中，六亚甲基二胺(1，6-二氨基己烷)、1，10-二氨基癸烷、1，12-二氨基十二烷、1，4-二氨基丁烷、2，2，4-和/或2，4，4-三甲基-1，6-二氨基-己烷或顺-和/或反-1，4-二氨基环己烷，顺-和/或反-1，4-双(氨基甲基)-环己烷、3-氨基-3，5，5-三甲基环己胺、双(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷异构体和2，2-双-(4-氨基环已基)丙烷异构体和1，3-和1，4-双(氨基甲基)苯是特别优选的。
根据本发明方法得到的聚酰胺主要通过间歇式或连续式反应器中的聚合反应或缩聚反应制备。
组分(II)～(VI)可在合适的点引入到相关的制备过程中，羧酸(II、III和可能存在的IV)和胺(V、VI和可能存在的IV)可以纯的或溶解形式(溶剂∶水、己内酰胺)加入。在聚合反应或缩聚反应之前或期间，这些组分一般可以毫无困难地一起、分别或连续加入。
在聚合反应或缩聚反应之前或期间，基于二氧化钛的常规消光剂可加入到本发明得到的聚酰胺6中。
本发明的PA6可根据已知的连续或间歇方法制备。制备聚酰胺6的连续方法包括一级、二级或多级方法，以及敞开或封闭涡流反应器(垂直连续管道)。
未转化的己内酰胺和低聚物按已知的方法从聚合物中除去，即用热水萃取粒料，根据逆流原理，萃取可分为连续式或间歇式进行。萃取也可通过减压，聚合物熔体膜蒸发来进行，并带有相当明显的脱单体作用。
下述实施例用以阐明本发明。
与现有技术中所用的聚酰胺6型相比，本发明方法制备的聚酰胺6，在工业生产设备中，以连续聚合方式制备，日产量为10.8吨。聚合设备构造的核心部分称为“VK管”，其基本结构如CH-PS 3 181 68所描述的。己内酰胺(T＝85℃)和其它溶于其中的组分，包括用于调节粘度所需的水，从进料容器中泵入反应器，在反应器中发生聚合反应，该聚合反应具有一定的温度梯度并通过泵速设定产量。瑞士专利也描述了这种方法。在任何情况下，反应区最大的生产温度为278～280℃，反应器出口处的聚酰胺6熔体的温度为248～250℃。产量为430千克/小时，反应器中平均停留时间为16.5小时。
聚酰胺6熔体以带状聚合物形式从PC管中压出，经过水浴冷却，成粒。粒料随后送至连续萃取塔，在略高于100℃下，用水逆流萃取，达到较低的己内酰胺含量和低环状低聚物(二聚体和三聚体)含量。最后，萃取后的粒料干燥至残余水量约为0.03～0.08重量％，然后放入容器中。
在20℃，1.0重量％硫酸(96％)溶液中，测定萃取后并干燥过的聚酰胺的溶液粘度。
通过酸滴定测定末端基团的浓度。用0.1当量高氯酸乙醇溶液在间甲酚/异丙醇2∶1(重量份)溶剂中滴定末端氨基。用0.1当量氢氧化钾苯甲醇溶液在苯甲醇溶剂中滴定末端羧基。
在实施例中使用下列缩写：
LC-6：己内酰胺
TPA：对苯二甲酸
TAD：三丙酮二胺＝4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶
DEAPA：3-二乙基氨基-1-丙胺
DBHPP：3-(3，5-二-叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸
[C]：末端羧基浓度meq/kg
[A]：末端氨基浓度meq/kg
RV：在20℃ 1.0重量％溶液硫酸(96％)中相对溶液粘度
r：纱筒侧凸变形mm(图1)
a：纱筒凹顶变形mm(图1)
D：纱筒纵径mm(图1)
H：纱筒横径mm(图1)
S1…8：筒管1～8
原料的有关来源：
TAD：Huls AG；Marl(德国)
DEAPA：Hoechst Werk Ruhrchemie；Oberhausen(德国)
DBHPP：Ciba Geigy AG；Basel(瑞士)
1.聚合物
表1描述了本发明的聚酰胺6和用以对比的类型。向己内酰胺中的各个组分的溶液中加入足够量的水，使未萃取的粒料的相对溶液粘度为2.42～2.45用以萃取和干燥粒料。在调节溶液的水含量时，应考虑己内酰胺中的水含量。
                       表1：本发明的PA6和现有技术的产物的性质(萃取并干燥的)
    例                    原料(重量％) H2Ob)(重量％)             分析
  LC-6   TPA    DBHPP   TAD   DEAPA    RV    [A]   [C]
  对比1a)   99.32   0.42    0.07   0.07   0.12      0.26   2.45    42    73
    1   99.29   0.36    0.17    -   0.18      0.25   2.42    43    72
a)根据DE 197 22 135 A1
b)相对于有机组分的总量
2纺丝测试
用于纺丝的预干燥过的粒料通过Barmag(Remscheid/德国)制的4E4单螺杆挤出机熔化。行星齿轮泵通过装有静混合器件的熔体管道将PA6熔体(T＝262℃)送入纺丝头。根据EMS Inventa AG的H4S法进行纺丝，它使用了八个纺丝纱筒、Titer 44/13 Ydex/f/、交叉淬火空气流。成卷机速度为5400m/min。筒管横径H为130mm，出口管径为124mm。
表2列出了两种聚酰胺6的卷装成形的结果。此处可看出本发明的聚酰胺6优于现有技术的产品，特别是对于纱筒侧凸变形r。
                             表2：用本发明的PA6和现有技术的产物进行卷装成形
    例   PA6型    D                                     卷装成形
  SP1   SP2    SP3    SP4    SP5    SP6    SP7    SP8
  对比例2   对比例1   385    r    15    15     15     14     14     15     14     14
   a   2.2   2.2    2.0    2.3    2.1    2.2      2    1.8
  对比例3   对比例1   305    r     9     9     -     -     -     -      9      9
   a   1.9   1.8     -     -     -     -    1.8    1.8
    2     1   385    r    10     9     9     8     9     9      9      9
   a   2.4   2.2   2.2   2.1   2.2   2.0    2.1    2.0
    3     1   305    r     7     7     -     -     -     -      7      7
   a   1.6   1.8     -     -     -     -    1.7    1.6

Claims (7)

1.通过己内酰胺(Ia)的水解聚合或通过ε-氨基己酸(Ib)的缩聚反应制备聚酰胺6的方法，其特征在于聚合反应或缩聚反应在下列物质存在下进行：
-0.05～0.7重量％二元羧酸(II)，
-0～0.7重量％一元羧酸(III)，
-0.05～0.7重量％二烷基酚(IV)，
-0～0.5重量％具有伯氨基和叔氨基的脂肪族或环脂族二胺(V)，
-0～0.7重量％具有两个伯氨基和4-26个碳原子，脂肪族、环脂族或芳脂族的支链或直链二胺(VI)，其中组分(Ia/b)和(II)、(III)～(VI)的总量为100重量％，并且除了组分(Ia/b)、(II)和(IV)，还至少包括组分(V)和(VI)的一种，而且组分(II)～(VI)通过酰氨键与聚合物链相连。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于二烷基酚(IV)是在OH基4位上官能化的2，6-二烷基酚，并具有下列结构：
Figure A9912640200021
其中R1和R2为相同或不同的1～6个碳原子的烷基，R3为氢原子或甲基，官能团A代表游离羧基或被C1-C4醇酯化的羧基，或伯氨基，在氨基的情况下，x和y组合可以为(x＝2/y＝1)；(x＝2/y＝0)；(x＝1/y＝0)和(x＝0/y＝1)，游离的或酯化的羧基情况下，x和y还可以为0。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于R1＝R2＝C(CH3)3(叔丁基)或R1＝叔丁基和R2＝甲基。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于选自基团A＝COOH或A＝COOH3或A＝NH2，R3＝H且x＝2，y＝1的化合物用作组分(IV)。
5.聚酰胺6，其特征在于该聚酰胺6实质上从下列物质得到：
己内酰胺(Ia)或ω-氨基己酸(Ib)，
-0.05～0.7重量％二元羧酸(II)，
-0～0.7重量％一元羧酸(III)，
-0.05～0.7重量％二烷基酚(IV)，
-0～0.5重量％具有伯氨基和叔氨基的脂肪族或环脂族二胺(V)，
-0～0.7重量％具有两个伯氨基和4-26个碳原子，脂肪族、环脂族或芳脂族的支链或直链二胺(VI)，其中组分(Ia/b)和(II)、(III)～(VI)的总量为100重量％，并且除了组分(Ia/b)、(II)和(IV)，还至少包括组分(V)和(VI)的一种，而且组分(II)～(VI)通过酰氨键与聚合物链相连。
6.如权利要求1～5所述的聚酰胺6在制备纤维和织物中的用途。
7.通过使用如权利要求6的聚酰胺6获得的纤维和织物。
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