CN1290277A - 固有光稳定和热稳定的聚酰胺及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备固有光和热稳定的聚酸胺的方法,包括将形成聚酰胺的单体在以下化合物存在下进行聚合:(a)有效量的至少一种式(Ⅰ)表示的4－羧基－2,2,6,6－四甲基哌啶化合物,其中R1为氢、苄基或C1－C20烷基,R2－R5各为氢或相同或不同的C1－C6烷基,X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基,或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基,m为0或1,－C(O)－R6为能与胺一起形成酰胺键的基团,并且n等于1、2或3;和(b)有效量的至少一种由式(Ⅱ)表示的4－氨基－2,2,6,6－四甲基哌啶化合物,其中R7为氢、苄基或C1－C20烷基。所述固有光和热稳定的聚酰胺包括化学键合到主链聚合物链上的至少一种式(Ⅰ)表示的哌啶化合物的至少一个基团和化学键合到主链聚合物链上的至少一种式(Ⅱ)的4－氨基－2,2,6,6－四甲基哌啶化合物的至少一个基团。所述固有光和热稳定的聚酰胺可用于制成制品,诸如象纤维、地毯、纱丝和织物。
Description
说明
本发明涉及聚酰胺。更具体地说，本发明涉及固有光和热稳定的聚酰胺及其制备方法。本发明也涉及用这种聚酰胺制备的制品。
当聚酰胺暴露于光和／或热下时易于降解。例如，聚酰胺的氨基端基(即酸性染料的原染位(primary dye site))在聚酰胺的熔体挤出时和在聚酰胺纤维或其它聚酰胺制品暴露于光和／或热时被还原。此外，已经用某些类型的染料染色的聚酰胺纤维诸如象地毯和织物在暴露于光和／或热下时脱色和褪色。
此外，聚酰胺诸如象尼龙6和尼龙6／6的耐热性不足以应付某些用途。例如，在含聚酰胺地毯、纱线和织物纤维的染色期间和在某些热定形处理和最终用途中发生可产生问题的化学变化如氧化／热损伤。这些问题可涉及长纤维和常产纤维。
已经有人使用稳定剂用于改善聚酰胺的耐热性。稳定剂可在聚合之前、期间或之后加入，甚至可迟至加工阶段加入。常规已知的稳定剂与聚合物掺和而并不与聚合物链结合；因此，在聚酰胺加工或使用期间稳定剂易于从聚合物逸出、蒸发或被洗掉。这意味着稳定化活性以不希望有的方式降低，并且杂质被释放到环境(例如空气、染浴等)中。
某些铜稳定剂也在挤出时或在染浴中加入，用于最大限度地降低聚酰胺暴露于光和／或热时的降解。但这种措施费用高、干扰加工并带来环境问题。
授权给BASF Corporation的美国专利申请系列09／044031号涉及一种通过将包括在至少一种位阻哌啶化合物的存在下聚合的酰胺单体的聚酰胺熔融并将所述熔融聚酰胺用着色剂着色来制备稳定溶液-染色的纤维的方法。
授权给BASF Corporation的美国专利申请系列08／804312号公开了一种制备光化学稳定的染色尼龙组合物的方法，包括将在水和位阻哌啶衍生物的存在下水解聚合的聚(ε-己内酰胺)的成形制品提供到染浴中，并在染浴中用一种或多种金属配位或非金属配位酸性染料染色所述成形制品。
一个PCT申请即国际申请PCT／EP95／01349描述了包含至少一种三丙酮二胺化合物的固有稳定聚酰胺，所述三丙酮二胺化合物由下式表示：
其中R为氢、具有1-20个碳原子的烃基或苄基。所述三丙酮二胺化合物具有一个在聚合时与聚酰胺分子的羧基端基反应的伯氨基(-NH2)，因此赋予聚合物光和热稳定性。聚酰胺的可用的羧基端基决定了可加入的一种或多种三丙酮二胺化合物的量。
在Poly．Deg．and Stab．21，251-262(1988)中的一篇论文描述了如何通过加入2，2，6，6-四甲基哌啶-4-醇(TMP)改善聚酰胺6／6的光稳定性。在水蒸气气氛下在275℃的熔体态的含TMP聚酰胺6／6的再缩合中，该论文的作者声称TMP与聚酰胺的羧基端基反应。
尽管已知现有的稳定剂相当令人满意，但仍存在一些问题有待解决或改善。
现已发现对光和热固有稳定的聚酰胺可通过在以下化合物存在下使形成聚酰胺的单体聚合来提供：(a)至少一种由式(Ⅰ)表示的哌啶化合物：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，-C(O)-R6为能与胺一起形成酰胺键的基团，并且n等于1、2或3；和(b)至少一种由式(Ⅱ)表示的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物：
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基。
因此，本发明的一个实施方案目的在于一种固有光和热稳定的聚酰胺，其包括主链聚合物链、至少一个由式(Ⅲ)表示的哌啶基：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，并且n等于1、2或3；和至少一个由式(Ⅳ)表示的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基：
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基，其中所述一个或多个式(Ⅲ)的哌啶基和所述一个或多个式(Ⅳ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基被活性键合到主链聚合物链上。在本发明中，一个或多个式(Ⅲ)的哌啶基和一个或多个式(Ⅳ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基往主链聚合物链的化学键合，为聚酰胺提供固有或内在的光和热稳定性。
在第二种实施方案中，本发明目的在于制备一种固有光和热稳定的聚合物的方法，所述聚合物包括至个一种式(Ⅲ)的哌啶基：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，并且n等于1、2或3；和至少一个由式(Ⅳ)表示的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基：
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基，其中式(Ⅲ)和(Ⅳ)的基团化学键合到主链聚合物链上，所述方法包括将形成聚酰胺的单体在以下化合物的存在下聚合：有效量的至少一种式(Ⅰ)的哌啶化合物：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，-C(O)-R6为能与胺一起形成酰胺键的基团，并且n等于1、2或3；和有效量的至少一种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物：
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基。
在再一种实施方案中，本发明的目标在于由本发明的固有光和热稳定的聚酰胺制成的聚酰胺纤维。
因此，本发明的一个主要目标是提供一种光和热稳定的聚酰胺，其中所述稳定化组分被化学键合到聚酰胺上。
本发明的另一个目标是提供制备光和热稳定的聚酰胺的方法，其中所述稳定化组分被化学键合到聚酰胺上。
本发明的再一个目标是提供由光和热稳定的聚酰胺制成的聚酰胺纤维，其中所述稳定化组分被化学键合到聚酰胺上。
从下面本发明优选实施方案的详细说明，特别是结合附图来看时，本发明的种种上述和其它目标、作用、特征和优点将变得更一目了然。
图1是一个说明在耐气候试验机中暴露700小时后洗净的针织管的泛黄的图。
图2是说明在耐气候试验机中暴露后溶液染色纱线的强度保持百分率的图。
为了便于本发明原理的理解，下面将进行本发明具体实施方案的说明，并且使用特定的语言描述这些情况。然而应理解其并不意味着通过这种特定语言的使用而存在对本发明范围的限定，并且所设想的本发明原理的改变、修改、等价物和进一步的应用均可由本发明涉及领域的技术人员通常可想出的那样设计出来。
此中相应于本发明的聚酰胺所用的术语“固有光和热稳定的”是指在聚酰胺内部建立起了光和热稳定性。换句话说，使聚酰胺光和热稳定的组分被化学键合到聚酰胺的主链聚合物链上而不是只与聚酰胺物理掺和。
此中相应于本发明的聚酰胺所用的短语“被终止和稳定的两种端基”是指式(Ⅲ)的哌啶基和式(Ⅳ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基团化学键合到固有光和热稳定的聚合物的主链聚合物链上时出现的结果。
在一种实施方案中，本发明是一种固有光和热稳定的聚酰胺，它包括至少一个由式(Ⅲ)表示的哌啶基：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基，优选C2-C4烷基，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，并且n等于1、2或3；和至少一个由式(Ⅳ)表示的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基：
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基(优选为C1-C18烷基并更优选C2-C4烷基)，其中所述至少一个式(Ⅲ)的哌啶基和所述至少一个式(Ⅳ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基基团化学键合到固有光和热稳定的聚酰胺的主链聚合物链上。
本发明的固有光和热稳定的聚酰胺通过将形成聚酰胺的单体在以下化合物存在下进行聚合过程：(a)有效量的至少一种由式(Ⅰ)表示的哌啶化合物：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基(优选C2-C4烷基)，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，-C(O)-R6为能与胺一起形成酰胺键的基团，并且n等于1、2或3；和(b)有效量的至少一种由式(Ⅱ)表示的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物：
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基，优选R7为C1-C18烷基并更优选为C2-C4烷基。
在式(Ⅰ)中，-C(O)-R6代表可与一种胺一起形成酰胺键的基团，诸如象羧酸、烷基酯、芳基酯、酰胺和酸酐。因此，R6可选自羟基；-OR8(其中R8为C1-C30烷基或C6-C20芳基)；-NHR9(其中R9为氢、C1-C30烷基或C6-C30芳基)；-NR10R11(其中R10和R11各为相同或不同的C1-C30烷基或C6-C20芳基)；和-OCOR12(其中R12为C1-C30烷基或C6-C20芳基)；最优选R6为羟基。
就酸酐(即当R6为-OCOR12时)来说，它可以是对称酸酐(即R12和式(Ⅰ)的哌啶化合物相同)或者是不对称酸酐(即R12和式(Ⅰ)的哌啶化合物不同)。一种优选的酸酐是式(Ⅵ)表示的4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶酸酐：
正如上面所指出的，X为具有约1到约30个碳原子的烷基或者为具有约6到约20个碳原子的芳基。或者，X也可以是具有C1-C30烷基骨架的取代烷基，骨架中一个或多个氢原子被二烷基胺、烷氧基、氯或氟取代。或者，X也可以是具有C6-C24芳基骨架的取代芳基，骨架中一个或多个氢原子被二烷基胺、烷氧基、氯、氟或C1-C30烷基所取代。优选X选自C1-C4烷基、亚甲基、亚乙基和(如果n为2)-CH。
优选的式(Ⅰ)的哌啶化合物是4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶(也称为“羧基-TAD”)。
除了加入有效量的一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物和有效量的一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物外，形成本发明的聚酰胺的聚合过程优选按照常规的方法来进行，诸如象按照其全文通过引用并入本文的Matthies的美国专利第5149758号中所述的方法来进行。至少一种式(Ⅰ)哌啶化合物的有效量是足以与一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物一起赋予所得到的聚酰胺固有光和热稳定性的量。优选所述一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物的有效量为基于所用的形成聚酰胺的单体重量的约0．01-0．70％(重量)，并更优选约0．08-0．50％(重量)。至少一种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物的有效量是足以与一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物一起赋予所得到的聚酰胺固有光和热稳定性的量。优选所述一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物的有效量为基于所用的形成聚酰胺的单体重量的约0．01-0．70％(重量)，并更优选约0．08-0．50％(重量)。
所述一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物可加入到形成聚酰胺的化合物中或加入到聚合反应混合物中。这样，所述一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物和形成聚酰胺的单体可分开或者作为混合物加入到进行聚合的反应器中。
所述一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物通过其羧基与形成聚酰胺的单体或与得到的聚酰胺的胺基反应，而使所述一个或多个式(Ⅲ)的哌啶基化学键合到聚酰胺的主链聚合物链上。式(Ⅲ)的哌啶基往聚酰胺的主链聚合物链的化学键合，为聚酰胺提供固有光和热稳定性。
通过一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物的伯氨基与形成聚酰胺的单体本身或与得到的聚酰胺的羧基反应，一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物也化学键合到本发明的聚酰胺的主链聚合物链的末端。
因此，所得到的聚酰胺将包括一个或多个式(Ⅲ)的哌啶基：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基(优选C2-C4烷基)，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1并且n等于1、2或3；和一个或多个式(Ⅳ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基：
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基。优选R7为C1-C18烷基并更优选为C2-C4烷基。
在形成聚酰胺的单体的聚合中，一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物的存在，进一步增强了本发明的聚酰胺的光和热稳定性。因为有空间位阻，相信一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物的仲氨基并不与形成聚酰胺的单体或得到的聚酰胺反应。这样，一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物也可起链调节剂的作用。
一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物可加入到形成聚酰胺的单体中或者加入到聚合反应混合物中。优选以各自相应于聚酰胺中一摩尔的酰胺基约0．03-0．80％(摩尔)、更优选约0．06-0．40％(摩尔)的量加入一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物。
任何适用形成聚酰胺的单体均可用于形成本发明的固有光和热稳定的聚酰胺。这种适用形成聚酰胺的单体的例子有二胺化合物、二羧酸、己内酰胺单体和其混合物。
按照本发明方法的一种实施方案，所述形成聚酰胺的单体包括至少一种二胺化合物和至少一种二羧酸。优选的二胺化合物是六亚甲基二胺和四亚甲基二胺。优选的二羧酸包括己二酸、癸二酸和对苯二甲酸。其中以己二酸和对苯二甲酸最为优选。或者，所述形成聚酰胺的单体可包括二羧酸二胺盐。
按照本发明的方法的另一种实施方案，所述形成聚酰胺的单体由聚合形成尼龙6的己内酰胺单体组成。
在本发明的优选实施方案中，本发明的固有光和热稳定的聚酰胺是尼龙6、尼龙6／6、尼龙4／6、尼龙6／10，或者芳族尼龙正如象均通过引用并入本文的美国专利第3287324号(Sweeny)和第3671542号(Kwoleck)中公开的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚对苯二甲酰对苯二胺。
在本发明方法的一种更优选实施方案中，一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物和一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物与有效量的至少一种常规的链调节剂混合。所述链调节剂的羧基在聚酰胺链的氨基端基处反应，而胺链调节剂的氨基在聚酰胺链的羧基端基处反应。这样，所述链调节剂起到了分子量控制剂的作用。
具体的链调节剂或链调节剂的组合物和其量根据最终聚酰胺产物的所需氨基端基含量和根据最终聚酰胺产物的所需熔体稳定性来选择。最终聚酰胺产物的所需氨基端基含量将取决于用这种聚酰胺产物制备的纱线或纤维的所需染色性。最终聚酰胺产物的所需熔体稳定性将取决于聚酰胺的加工、特别是聚酰胺的纺丝的实际需要。
适合用于本发明的链调节剂包括例如单羧酸、二羧酸、胺、二胺和其混合物。适用的单羧酸的非限定性实例包括乙酸、丙酸和苯甲酸。适用的二羧酸的非限定性实例包括C4-C10链烷二羧酸、特别是己二酸、壬二酸、癸二酸、癸烷二羧酸和十二烷二羧酸；C5-C8环烷二羧酸，特别是环己烷-1，4-二羧酸；和苯型二羧酸(benzoicdicarboxylic acid)，特别是间苯二甲酸、对苯二甲酸和萘-2，6-二羧酸。适用的胺的非限定性实例包括己胺、环己胺、辛胺、苄胺和2-苯基乙胺。适用的二胺的非限定性实例包括C2-C18链烷二胺，特别是四亚甲基二胺、六亚甲基二胺和十二烷二胺；C5-C8环烷二胺；和C6-C24芳基二胺，特别是对苯二胺、间苯二胺、间二甲苯二胺和对二甲苯二胺。相应于一摩尔的聚酰胺中的酰胺基来说，所述链调节剂各优选使用约0．06-0．60％(摩尔)、更优选约0．10-0．50％(摩尔)的量。
用于本发明的链调节剂优选为一种或多种二羧酸或一种或多种二胺。所述二羧酸或二胺链调节剂可与用作形成聚酰胺的化合物的二羧酸或二胺相同或不同。
在本发明的另一种实施方案中，在一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物和一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物的存在下使形成聚酰胺的单体聚合的方法也在一种或多种颜料的存在下进行。适合用作本发明的颜料包括例如二氧化钛和有机或无机性质的载色(color-bearing)化合物。所述颜料优选以每100重量份聚酰胺产物约0到约5重量份、更优选约0．02到约2重量份的量加入到形成聚酰胺的单体或加入到聚合混合物中。
最优选本发明的方法包括将形成聚酰胺的单体在一种或多种式(Ⅰ)的哌啶化合物、一种或多种式(Ⅱ)的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物和一种或多种链调节剂和／或颜料的存在下聚合。
本发明还涉及用所述固有光和热稳定的聚酰胺制备的制品和涉及制备这种制品的方法。这类制品的非限定性实例包括纤维、纱线、地毯、纺织品等。纤维可通过将本发明的固有光和热稳定的聚酰胺进行任何常规的形成纤维的处理来制备，诸如象通过公开于其整体通过引用并入本文的美国专利第4983448号(Karageorgiou)和第5487860号(Kent等人)的方法制备。优选所述形成纤维的处理包括以至少约4000m／min的引出速度将所述固有光和热稳定的聚酰胺快速纺丝。
同样，可通过将本发明的固有光和热稳定的聚酰胺进行任何常规的制成织物的方法来制备织物，诸如象通过其全部通过引用并入本文的Speich的美国专利第4918947号中公开的方法来制备织物。
用本发明的固有光和热稳定的聚酰胺制成的制品，可用常规用来染色尼龙的染料诸如象金属配位和非金属配位的酸性染料来染色。可使用染色尼龙的常规染浴条件。下面所列的常规条件用于举例说明而并非是对条件的限定。染浴按待染色制品重量约20倍的量来准备。加入加工助剂(processing chemicals)，所述加工助剂包括防止在硬水中金属离子沉积或配合的螯合剂、匀染剂和在金属配位酸性染料情况下用于缓慢降低染浴pH的酸给体。然后加入染料并调节染浴pH。将溶液以约每分钟约0．5到约3．0℃的速率加热到一般约95到约110℃的所需温度，并在该温度保持约30到60分钟。将染浴冷却或放空，将制品用干净水彻底漂洗。然后将染色的制品在回转干燥炉或烘箱诸如Tenter烘箱中干燥或者通过加热罐(heater can)干燥。然后可将染色制品任选地热变定以改善尺寸稳定性。
或者，可将用本发明的固有光和热稳定的聚酰胺制成的纤维在制成制品前进行溶液染色。可使用常规的溶液染色尼龙的条件。下面所列的通用条件是举例说明所用的条件而非限定条件。将本发明的聚酰胺熔融并用选自颜料、染料、具有颜料和染料之间性质的着色化合物和其混合物的着色剂染色。然后将着色的聚酰胺按照诸如象Karageorgiou的美国专利第4983448号、Kent等人的美国专利第5487860号和Speich的美国专利第4918947号中公开的常规方法纺制成纤维或织物。
本发明将进一步借助于下面的具体实施例来说明。这些实施例只用于说明而并不意味着限定本发明的范围。在实施例中所用的下列术语和测试方法具有下面的定义：重量百分比[％(重量)]：
在进料中某组分的重量百分比。相对粘度(RV)：
相对粘度比较聚合物的甲酸溶液的粘度甲酸本身的粘度(ASTMD789)。这里报告的试验结果在25℃下使用0．20g尼龙6溶解于20cc甲酸中获得。测色
测色使用产生1976CIE LAB(D6500照明剂，10级观测仪)值的Applied Color systems(“ACS”)分光光度计进行。总色差(或ΔE，其中ΔE越高表示变色越大)计算相应于未暴露的对照来进行。CIE LAB测量和总色差(ΔE)的计算的详细情况可参见染料科学文献诸如象Billmeyer和M．Saltzman的Principles of Color Technology(第二版)。端基含量：
氨基端基含量通过将约2．0g尼龙6溶解于约60cc苯酚-甲醇混合物(68∶32)中来测定。将这种溶液通过电位滴定法用约0．20当量HCl在约25℃下滴定，其中终点通过急剧的电位升高来确定。
羧基端基含量通过在180℃将约0．30g尼龙6溶解于约40cc苄醇混合物中来测定。将这种溶液通过电位滴定法用约0．03当量叔丁基氢氧化铵在约80-100℃下滴定，其中终点通过急剧的电位升高来确定。
实施例1(对照Ⅰ)不含稳定剂的聚合物
在尼龙6聚合物(RV2．4)的聚合中，将4kg己内酰胺、400g水、6．0g(0．15％(重量))丙酸装入到一个11升的压热器中。将混合物在1小时内加热到约260℃，同时将压力提高到约60psi(3102mm Hg)。将该混合物在约60psi(3102mm Hg)保持约30分钟后，将压力缓慢释放。为了加速聚合，将系统在最后15分钟内置于300毫巴(mbar)真空下。然后将聚合物在正压氮气下挤出并切成小片。将小片用6升热水(约100℃)洗涤6次并在氮气下干燥。将聚合物在160℃下后缩合而使粘度提高到2．7。测得其氨基端基含量为约33meq／kg，羧基端基含量为约50meq／kg。
实施例2(对照Ⅱ)含TAD稳定剂的聚合物
在尼龙6聚合物(RV2．4)的聚合中，将4kg己内酰胺、400g水、2．8g(0．57％(重量))对苯二甲酸、10．8g(0．27％(重量))4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶装入到一个11升的压热器中。将混合物在1小时内加热到约260℃，同时将压力提高到约60psi(3102mm Hg)。将该混合物在约60psi(3102mm Hg)保持约30分钟后，将压力缓慢释放。为了加速聚合，将系统在最后15分钟内置于300mbar真空下。然后将聚合物在正压氮气下挤出并切成小片。将小片用6升热水(约100℃)洗涤6次并在氮气下干燥。将聚合物在160℃下后缩合而使粘度提高到2．4。测得其氨基端基含量为约35meq／kg，羧基端基含量为约71meq／kg。
实施例3含TAD和羧基-TAD稳定剂的聚合物
在尼龙6聚合物(RV2．4)的聚合中，将4kg己内酰胺、400g水、22．8g(0．57％(重量))对苯二甲酸、10．8g(0．27％(重量))4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶和12．8g(0．32％(重量))4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶装入到一个11升的压热器中。将混合物在1小时内加热到约260℃，同时将压力提高到约60psi(3102mm Hg)。将该混合物在约60psi(3102mm Hg)保持约30分钟后，将压力缓慢释放。为了加速聚合，将系统在最后15分钟内置于300mbar真空下。然后将聚合物在正压氮气下挤出并切成小片。将小片用6升热水(约100℃)洗涤6次并在氮气下干燥。将聚合物在160℃下后缩合而使粘度提高到2．4。测得其氨基端基含量为约36meq／kg，羧基端基含量为约89meq／kg。
实施例4含TAD和羧基-TAD稳定剂的聚合物
在尼龙6聚合物(RV2．4)的聚合中，将75kg己内酰胺、1800g水、412．5g(0．55％(重量))对苯二甲酸、202．5g(0．27％(重量))4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶和75g(0．10％(重量))4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶装入到一个250升的压热器中。将混合物在1小时内加热到约270℃，同时将压力提高到约60psi(3102mm Hg)。将该混合物在约60psi(3102mm Hg)保持约30分钟后，将压力缓慢释放。为了加速聚合，将系统置于500mm Hg真空下不到5分钟。然后将聚合物在正压氮气下挤出并切成小片。将小片用热水(约90℃)洗涤并在转鼓干燥器中干燥。测得其氨基端基含量为约41meq／kg，羧基端基含量为约78meq／kg。
实施例5含TAD和羧基-TAD稳定剂与二氧化钛的聚合物
在尼龙6聚合物(RV2．4)的聚合中，将74kg己内酰胺、1800g水、412．5g(0．55％(重量))对苯二甲酸、202．5g(0．27％(重量))4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶、75g(0．10％(重量))4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶和750g(0．30％(重量))含约30％二氧化钛的尼龙6母炼胶装入到一个250升的压热器中。将混合物在1小时内加热到约270℃，同时将压力提高到约60psi(3102mm Hg)。将该混合物在约60psi(3102mm Hg)保持约30分钟后，将压力缓慢释放。为了加速聚合，将系统置于500mm Hg真空下不到5分钟。然后将聚合物在正压氮气下挤出并切成小片。将小片用热水(约90℃)洗涤并在转鼓干燥器中干燥。测得其氨基端基含量为约41meq／kg，羧基端基含量为约78meq／kg。
实施例6含TAD和羧基-TAD稳定剂的聚合物
在尼龙-6聚合物(RV2．7)的聚合中，将75kg己内酰胺、1800g水、225g(0．30％(重量))对苯二甲酸、112．5g(0．15％(重量))4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶和75g(0．10％(重量))4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶装入到一个250升的压热器中。将混合物在1小时内加热到约270℃，同时将压力提高到约60psi(3102mm Hg)。将该混合物在约60psi(3102mm Hg)保持约30分钟后，将压力缓慢释放。为了加速聚合，将系统置于500mm Hg真空下30分钟。然后将聚合物在正压氮气下挤出并切成小片。将小片用热水(约90℃)洗涤并在转鼓干燥器中干燥。测得其氨基端基含量为约41meq／kg，羧基端基含量为约65meq／kg。
实施例7有光40旦／12长丝纱的纺丝
将得到的实施例1到3的尼龙6聚合物各自在265-275℃下挤出。将挤出的长丝冷却并通过15℃的骤冷空气流固化。将长丝在骤冷室下用纺丝油剂润滑并喷气交缠以提高长丝抱合力。将纱线以大于约1300m／min的速度在络筒机上卷绕。将纱线在卷绕前拉伸，拉伸比为约3．0到约3．3。
实施例8洗净的针织管的泛黄
将用实施例1到3的聚合物制成的纱线(在实施例7中制备)织成管。将这三种针织的管在20∶1洗浴中洗涤，所述洗浴含为织物重量(下文称为“owf”)1．0％(owf)的Kierlon NB-OL(一种阴离子洗涤剂，可购自新泽西州Mount Olive的BASF Corporation)和1．0％(owf)的焦磷酸四钠以除去纺丝油剂，然后将针织管漂洗和干燥。然后将这三种针织管按照GM SAE J1885试验方法中规定的条件，以100小时(141kJ)增量在Atlas Ci65 Xenon-Arc耐气候试验仪中暴露700小时(987kJ)。在每次增量暴露时在ACS分光光度计上测量暴露的管的泛黄情况。Δb*值是泛黄的度量。Δb*值越高表明样品泛黄越重。在图1中所绘出的这些暴露的结果显示了，用0．15％(重量)丙酸(对照Ⅰ)和0．57％(重量)对苯二甲酸／0．27％(重量)4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶(对照Ⅱ)纺制的管，比用0．57％(重量)对苯二甲酸／0．27％(重量)4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶／0．32％(重量)4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶(本发明)纺制的管明显黄得多。实施例9纱线的热老化
将另一批按照实施例8制备的针织管在170℃的强制空气加热炉中暴露约23分钟，以测定不同纱线之间暴露于这种极端条件下的相对泛黄程度。在这种热暴露后，在ACS分光光度计上测定样品的泛黄并测定其与未暴露的对照的色差。这些Δb*值列于下面表1中(表1中的每个Δb*值是每种条件下两个样品以及每个样品两个读数的平均值)。表1的结果显示了，用0．57％(重量)对苯二甲酸／0．27％(重量)4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶／0．32％(重量)4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶(本发明)纺制的管比用其它聚合物(对照Ⅰ和对照Ⅱ)纺制的管泛黄要轻。表1洗净的／针织纱线的热老化(泛黄)
实施例10强度保持率
将另外三批按照实施例8制备的针织管分别在绿、灰和深酒红(burgundy)的典型机动车车顶衬里色调(automotive headliner shade)的相同染浴中染色。所述染色按30∶1染液比使用下面物质来进行：0．5％(owf)Supralev AC(一种可购自佐治亚洲Lawrenceville的Rhone-Poulenc，Inc．的染色助剂和匀染剂)、1．0％(owf)Sandogen NH(一种可购自北卡罗来纳州Charlotte的Clariant Corporation的匀染剂)和0．5％(owf)Amquest LDS(一种可购自佐治亚洲Dalton的AmericanEmulsions Company的染料增溶剂)。用乙酸将染浴的pH调节到6．5，并以每分钟1℃的速率加热到95℃。在染浴中在95℃染色约45分钟后，将染浴冷却，并将染色的样品漂洗和干燥。使用下面的染料配制染料色调：Intralan Yellow GRL 200percent、Intralan BordeauxRLB 200percent、和Intralan Bordeaux EL 200percent、IraglanYellow 2GL 250percent、Irgalan Yellow 3RL、Irgalan Yellow GRL200percent、Irgalan Black RBL 200percent、Irgalan Blue 3GL 200percent、Irgalan Red Brown RL 200percent和Irgalan Grey GL 200percent(所有均可购自北卡罗来纳州High Point的Ciba SpecialtyChemicals Corporation)和可购自Clariant Corporation的LanasynYellow LNW。
染色后，按照GM SAE J1885试验方法规定的条件，通过在AtlasCi65 Xenon-Arc耐气候试验仪中暴露112．8、225．6、300．8和488．8kJ，来测定样品的机动车染料耐光牢度。在暴露前和每次增加暴露后，测定从针织管脱散的纱线的强度以及原染色、未暴露样品的强度保持率。这些结果列于表2。这些结果表明了，对于每种染色色调来说，用0．57％(重量)对苯二甲酸／0．27％(重量)4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶／0．32％(重量)4-羧基-2，2，6，6-四甲基哌啶(本发明)的样品比对照[用0．15％(重量)丙酸和0．57％(重量)对苯二甲酸／0．27％(重量)4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶]的样品具有更低的强度降低。
尽管已结合目前被认为最实用和最优选的实施方案对本发明进行了说明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施方案，相反，本发明包括在所附权利要求书的精神和范围内包括的各种修改和等价的设计方案。
Claims (33)
1．一种制备固有光和热稳定的聚酰胺的方法，包括将一种或多种形成聚酰胺的单体在以下化合物存在下进行聚合过程：(a)有效量的至少一种式(Ⅰ)表示的哌啶化合物：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，-C(O)-R6为能与胺一起形成酰胺键的基团，并且n等于1、2或3；和(b)有效量的至少一种由式(Ⅱ)表示的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶化合物：其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基。
2．权利要求1的方法，其中R1和R7为氢，R2-R5各为甲基，R6为羟基，m为0并且n为1。
3．权利要求1的方法，其中R1和R7为氢，R2-R5各为甲基，R6为羟基，m为1、n为1，并且X选自C1-C4烷基、亚甲基和亚乙基。
4．权利要求3的方法，其中X为CH2。
5．权利要求1的方法，其中所述形成聚酰胺的单体包括己内酰胺单体。
6．权利要求1的方法，其中所述形成聚酰胺的单体包括至少一种二胺化合物和至少一种二羧酸。
7．权利要求6的方法，其中所述至少一种二胺化合物选自六亚甲基二胺和四亚甲基二胺，而所述至少一种二羧酸选自己二酸、癸二酸和对苯二甲酸。
8．权利要求1的方法，其中所述形成聚酰胺的单体包括二羧酸二胺盐。
9．权利要求1的方法，其中所述聚合方法还在至少一种式(Ⅰ)和(Ⅱ)表示的化合物以外的链调节化合物的存在下进行。
10．权利要求9的方法，其中所述至少一种链调节化合物选自一元羧酸、二羧酸、胺、二胺和其混合物。
11．权利要求10的方法，其中所述至少一种链调节化合物包括一种或多种二羧酸。
12．权利要求11的方法，其中所述一种或多种二羧酸选自C4-C10链烷二羧酸、C5-C8环烷二羧酸、苯型二羧酸和其混合物。
13．权利要求12的方法，其中所述一种或多种二羧酸选自己二酸、对苯二甲酸、癸二酸、癸烷二羧酸、间苯二甲酸和其混合物。
14．权利要求10的方法，其中所述至少一种链调节化合物包括一种或多种二胺。
15．权利要求14的方法，其中所述一种或多种二胺选自C2-C18链烷二胺、C5-C8环烷二胺、C6-C24芳基二胺和其混合物。
16．权利要求1的方法，其中所述聚合方法还在至少一种颜料的存在下进行。
17．权利要求1的方法，其中所述固有光和热稳定的聚酰胺选自尼龙6、尼龙6／6、尼龙4／6、尼龙6／10和选自聚间苯二甲酰间苯二胺和聚对苯二甲酰对苯二胺的芳族尼龙。
18．一种固有光和热稳定的聚酰胺，包括：
(a)一个具有两个链端的主链聚合物链；
(b)至少一个化学键合到所述固有光和热稳定的聚酰胺的主链聚合物链一端上的哌啶基，所述至少一个哌啶基由式(Ⅲ)表示：
其中R1为氢、苄基或C1-C20烷基，R2-R5各为氢或相同或不同的C1-C6烷基，X具有n个自由价键合位置并为具有约1到约30个碳原子的烷基或取代烷基，或者为具有约6到约20个碳原子的芳基或取代芳基，m为0或1，n等于1、2或3；和
(c)至少一个化学键合到所述固有光和热稳定的聚酰胺的主链聚合物链另一端上的4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基，所述至少一个4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶基由式(Ⅳ)表示
其中R7为氢、苄基或C1-C20烷基。
19．权利要求18的聚酰胺，其中R1和R7为氢，R2-R5各为甲基，R6为羟基，m为0并且n为1。
20．权利要求18的聚酰胺，其中R1和R7为氢，R2-R5各为甲基，R6为羟基，m为1，X为CH2，并且n为1。
21．权利要求18的聚酰胺，还包括式(Ⅲ)和(Ⅳ)表示的化合物以外的至少一种链调节化合物的至少一个基团，所述至少一个基团化学键合到所述主链聚合物链上。
22．权利要求21的聚酰胺，其中所述至少一种链调节化合物选自一元羧酸、二羧酸、胺、二胺和其混合物。
23．权利要求22的聚酰胺，其中所述至少一种链调节化合物包括一种或多种二羧酸。
24．权利要求23的聚酰胺，其中所述一种或多种二羧酸选自C4-C10链烷二羧酸、C5-C8环烷二羧酸、苯型二羧酸和其混合物。
25．权利要求24的聚酰胺，其中所述一种或多种二羧酸选自己二酸、对苯二甲酸、癸二酸、癸烷二羧酸、间苯二甲酸和其混合物。
26．权利要求22的聚酰胺，其中所述至少一种链调节化合物包括一种或多种二胺。
27．权利要求26的聚酰胺，其中所述二胺选自C2-C18链烷二胺、C5-C8环烷二胺、C6-C24芳基二胺和其混合物。
28．权利要求18的聚酰胺，在所述聚合聚酰胺中还包括至少一种颜料。
29．权利要求18的聚酰胺，其中所述固有光和热稳定的聚酰胺选自尼龙6、尼龙6／6、尼龙4／6、尼龙6／10和选自聚间苯二甲酰间苯二胺和聚对苯二甲酰对苯二胺的芳族尼龙。
30．一种包括权利要求18的固有光和热稳定的聚酰胺的制品。
31．权利要求30的制品，其中所述制品选自纤维、纱丝、地毯和织物。
32．权利要求31的制品，其中所述制品是一种着色纤维。
33．权利要求31的制品，其中所述制品是一种染色纤维。
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