DE1062932B - Verfahren zur Herstellung von zu Faeden verspinnbaren Linearpolymeren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von zu Faeden verspinnbaren LinearpolymerenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung linearer Polymerer, die verkettete Amid- und
Estergruppen enthalten.
Es ist bereits bekannt, lineare Polymere, die Amid- und Estergruppen enthalten, herzustellen, jedoch waren
die entstehenden Produkte zur Herstellung von Fäden und Fasern nicht völlig befriedigend. Im allgemeinen
wurden diese bekannten Polymeren aus Mischungen von Produkten hergestellt, die Amino-, Oxy- und Säuregruppen
enthalten. Entsprechend den Reaktionsbedingungen reagiert die Säuregruppe in nicht vorherbestimmbarer
Art entweder mit der Amino- oder der Oxygruppe oder mit beiden Gruppen. Hierdurch wird
ein Polymeres oder ein Gemisch von Polymeren erhalten, die zufällige Struktur und Kettenlänge besitzen. Diese
Schwierigkeiten werden durch das vorliegende Verfahren behoben, durch welches Polymere erhalten werden, die
regelmäßig wiederkehrende Serien von Amid- und Estergruppen besitzen. Die Amidgruppen werden durch
Amidodiole eingeführt, während die Estergruppen von Dicarbonsäuren eingeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von zu Fäden verspinnbaren Linearpolymeren durch Kondensation
einer Dicarbonsäure der Formel
HOOC —R —COOH,
worin R einen zweiwertigen gesättigten Kohlenwasserstoffrest mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen darstellt,
mit einem amidgruppenhaltigen Diol bei erhöhter Temperatur in inerter Atmosphäre und anschließende Polykondensation
des entstandenen Kondensates durch Erhitzen auf erhöhte Temperaturen bei vermindertem Druck
ist nun dadurch gekennzeichnet, daß ein amidgruppenhaltiges Diol der Formel
HO-R1-(CONHR2)^-NHCOR3-Oh
verwendet wird, worin R2 ein zweiwertiger gesättigter
Kohlenwasserstoffrest mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen ist, η für O oder 1 steht, wobei für η = O R3 ein
zweiwertiger gesättigter Kohlenwasserstoffrest von mindestens 4 Kohlenstoffatomen und R1 ein zweiwertiger gesättigter
Kohlenwasserstoffrest mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen ist und wobei für η = 1 R1 und R3 beide für
gleiche zweiwertige gesättigte Kohlenwasserstoffreste mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen stehen.
Verfahren zur Herstellung von zu Fäden verspinnbaren Linearpolynieren
Anmelder:
Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr. W. Schalk und Dipl.-Ing. P. Wirth,
Patentanwälte,
Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39
Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. April 1954
V. St. v. Amerika vom 23. April 1954
Julian Keith Rose, South Charleston, W. Va.,
und Helmut William Schulz, Charleston, W. Va.
und Helmut William Schulz, Charleston, W. Va.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
Die erste Stufe des Verfahrens besteht in der Umsetzung des Diols mit der Dicarbonsäure in einer inerten
Atmosphäre, zweckmäßig bei Temperaturen zwischen 100 und 300° C und einem Druck von 30 mm Hg-Säule bis
atmosphärischem Druck. Die zweite Stufe besteht vorzugsweise in der Aufrechterhaltung der Temperatur auf
100 bis 300° C und der Beendigung der Kondensation bei einem Druck von weniger als 3 mm Hg-Säule absolut.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polymeren besitzen folgende Struktur:
[-CORCOOR1- (C0NHRa)„ — NHCOR3-O-],,
worin R, R1, R2, R3 und η wie oben definiert sind und χ
die Zahl der wiederkehrenden Einheiten darstellt und genügend groß sein soll, um Polymere mit einer reduzierten
Viskosität von 0,4 bis 0,9 zu ergeben. Als reduzierte Viskosität Ir (s. auch R. Hill: »Fibres from Synthetic
Polymers«, New York, 1953, S. 210 bis 212) wird folgender Wert bezeichnet:
Ir =
Durchgangszeit der Lösung — Durchgangszeit des reinen Lösungsmittels
Durchgangszeit des reinen Lösungsmittels
Konzentration der Lösung in g Polymerisat pro 100 ecm Lösungsmittel
Konzentration der Lösung in g Polymerisat pro 100 ecm Lösungsmittel
Die bevorzugten Diole leiten sich im Falle der Monoamidodiole
(obige Formel: η = 0) aus der Reaktion eines
co-oxyprimären Amins mit einem ω-Lacton ab; im Falle
der Diamidodiole (obige Formel: η = 1) aus der Reaktion
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eines diprimären Diamins mit einem ω-Lacton. Die bevorzugten
«-Lactone besitzen die Formel
O = C-A
in welcher A ein gesättigter zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest
ist, der wenigstens eine Länge von 4 Kohlenstoffatomen besitzt und welcher in den Monoamidodiolen als
R3 und in den Diamidodiolen als R1 und R3 erscheint.
Der Rest R1 soll, wenn « = O ist, bzw. die Reste R1 und
R3 sollen, wenn η — 1 ist, nicht kürzer als eine Kohlenstoffkette
von 4 Kohlenstoffatomen sein. Bei kürzeren Resten und bei energischen Reaktionsbedingungen bei
der Kondensation sind die Diole nicht mehr genügend stabil. Wenn z. B. versucht wurde, das N,N'-Di-(4-oxybutyryl)-hexamethylendiamin
(R1 und R3 besitzen hierbei eine Kohlenstoffkette von 3 Kohlenstoffatomen) mit Adipinsäure
in Gegenwart von zusätzlichem Butyrolacton umzusetzen, wurde so viel Lacton wiedergewonnen, daß
zu ersehen war, daß 86 % des im eingesetzten Diamidodiol enthaltenen Lactons in freies Butyrolacton übergeführt
worden waren. Andererseits ist das Verhalten von Diolen, die sich vom <5-Valerolacton ableiten, völlig verschieden.
Eine geringe der Reaktionsmischung zugesetzte Menge an freiem Valerolacton unterdrückt die Neigung zur Bildung
von (5-Valerolacton aus den Diolen. Daher sind Diole, bei
denen R1 gleich oder größer als 4 Kohlenstoffatome ist (falls » = 0 ist) bzw. R1 und R3 gleich oder größer als
4 Kohlenstoffatome sind (wenn η = 1 ist), für die polyesterbildende
Reaktion brauchbar, während diejenigen mit kürzeren Kettenlangen ungeeignet sind.
Geeignete co-oxyprimäre Amine und diprimäre Diamine
zur Herstellung der Diole sind solche, in welchen die funktioneüen Gruppen durch einen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest
verbunden sind, der frei von olefinischen und acetylenischen ungesättigten Bindungen ist und der
eine Länge von wenigstens 2 Kohlenstoffatomen besitzt. In der Diolformel erscheint diese zweiwertige Kette bei
den Monoamidodiolen als R1 und bei den Diamidodiolen als R2.
Als Beispiele der vielen für den erfindungsgemäßen ίο Zweck geeigneten Diole seien genannt:
Monoamidodiole (n = O)
N-Oxyäthyl-6-oxycapronamid
HO —(CH2)2 —NHCO —(CH2)5 —OH,
HO —(CH2)2 —NHCO —(CH2)5 —OH,
N-3-Oxypropyl-5-oxyvaleriansäureamid
HO —(CH2)3 —NHCO —(CH2)4 —OH,
N-4-Oxybutyl-5-oxy-3-methylvaleriansäureamid
ao HO-(CH2)4-NHCO-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-OH,
HO —(CH2)3 —NHCO —(CH2)4 —OH,
N-4-Oxybutyl-5-oxy-3-methylvaleriansäureamid
ao HO-(CH2)4-NHCO-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-OH,
N-8-Oxyoctyl-lO-oxydecansäureamid
HO —(CH2)8 —NHCO —(CH2)9 —OH,
HO —(CH2)8 —NHCO —(CH2)9 —OH,
N-lO-Oxydecyl-5-oxyvaleriansäureamid
HO —(CH2)10 —NHCO —(CH2)4 —OH,
HO —(CH2)10 —NHCO —(CH2)4 —OH,
N-p-Oxyxylyl-6-oxycapronamid
HO — CH2- (C6H5)- CH2-NHCO —(CH2)5—OH.
HO — CH2- (C6H5)- CH2-NHCO —(CH2)5—OH.
Diese Monoamidodiole sind nur sechs der vierundzwanzig möglichen Diole, die sich von den in den obigen
Beispielen genannten ω-oxyprimären Aminen und ω-Lactonen
ableiten lassen.
Diamidodiole (n = 1): N,N'-Di-(5-oxyvaleryl)-äthylendiamid
HO — (CH2)4 — CONH — (CH2)2 — NHCO — (CH2)4 — OH,
N,N'-Di-(5-oxy-3-methylvaleryl)-hexamethylendiamid HO — CH2 — CH2 — CH(CH3) — CH2 — CONH — (CH2)e — NHCO — CH2 — CH(CH3) — CH2 — CH2 — OH,
N,N'-Di-(6-oxycaproyl)-octamethylendiamid HO — (CH2)5 — CONH — (CH2)8 — NHCO —(CH2)B — OH,
N,N'-Di-(5-oxyvaleryl)-decamethylendiamid HO —(CH2)4 — CONH — (CH2)10 — NHCO — (CH2)4 — OH,
N,N'-Di-(5-oxyvaleryl)-p-phenylendiamid HO — (CHa)4 — CONH -^/ V- NHCO — (CH2)4— OH,
N,N'-Di-(10-oxydecanoyl)-p,p'-diphenylendiamid HO — (CH2)9 — CONH —/ N-/ V-NHCO — (CH2)9 — OH,
N,N'-Di-(6-oxycaproyl)-2,6-naphthylendiamid
HO —(CH2)6 —CONH-
NHCO —(CH2)B —OH.
Dies sind nur sieben Beispiele der achtundzwanzig möglichen Diamidodiole, die sich durch geeignete Kombination
der in den Beispielen genannten Reaktionsteilnehmer erhalten lassen.
Die geeigneten Dicarbonsäuren entsprechen der Formel HOOCRCOOH, in der R ein gesättigter zweiwertiger
Kohlenwasserstoffrest mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen ist, der also frei von olefinisch und acetylenisch
ungesättigten Bindungen ist. Als Beispiele solcher Dicarbonsäuren seien genannt: Alkylendicarbonsäuren,
wie Bernsteinsäure, Adipinsäure und Sebacinsäure; Arylendicarbonsäuren, wie Terephthalsäure, p,p'-Diphenyldicarbonsäure
und ρ,ρ'-Diphenylmethandicarbonsäuren.
Der Reaktionsmischung kann ein Katalysator, wie Heptafluorbuttersäure, zugesetzt werden. Es können auch
kleine Mengen des verwendeten co-Lactons zugesetzt werden, um eine Spaltung der Amidbindungen des Diols
zu unterdrücken. Ein solches Lacton reagiert in der Kondensationsreaktion nicht. Es wird zu Beginn zugefügt
und in der zweiten Verfahrensstufe, während des Erhitzens unter vermindertem Druck, entfernt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polymeren, die Ester- und Amidgruppen in regelmäßig wiederkehrenden
Claims (2)
- 5 6Struktureinheiten enthalten, bilden Fäden, Fasern und rischem Druck und dann 9 Stunden bei 200° C und einemFilme. Druck von 1 mm Hg-Säule umgesetzt. Das erhalteneAus der deutschen Patentschrift 869 867 sind Polymere bildete aus der Schmelze Fäden.Kondensationsprodukte aus Oxy-alkoxyessigsäuren mit .Aminen bekannt, die sich von den hierin beanspruchten 5 -Beispiel 5Verbindungen dadurch unterscheiden, daß sie in jeder Dieses Beispiel veranschaulicht, daß geringe Mengen wiederkehrenden Einheit Ätherbrücken enthalten. Diese des für die Herstellung der Amidodiole verwendeten bekannten Verbindungen sind auf Grund der zahlreichen Lactons zugefügt werden können, ohne daß eine Reaktion Ätherbrücken leichter in Wasser und sauerstoffhaltigen mit der Kondensationsmischung eintritt,
organischen Lösungsmitteln löslich als die erfindungs- io 0,10 Mol Adipinsäure und 0,10 Mol N,N'-Di-(6-oxygemäß hergestellten Produkte, was bei Produkten, die valeryl)-hexamethylendiamin wurden in Gegenwart von zu Fäden versponnen werden sollen, als nachteilig an- 2 Gewichtsprozent (bezogen auf die Beschickung) Pergesehen werden muß. fluoroctansäure als Katalysator in einer sauerstofffreien. Stickstoffatmosphäre 161Z2 Stunden bei 200° C umgesetzt.eisPie 15 Die Reaktion wurde dann durch 5stündiges Erhitzen auf0,226 Mol Terephthalsäure und 0,232 Mol N,N'-Di- 200° C bei einem Druck von 1 mm Hg-Säule zu Ende(6-oxycaproyl) -hexamethylendiamin und 2 Gewichtspro- geführt. Um die Spaltung des Diamidodiols zu verhindern,zent (bezogen auf die Beschickung) Heptafluorbuttersäure wurden der ersten Reaktionsstufe 0,05 Mol <5-Valerolactonals Katalysator wurden in einer sauerstofffreien Stick- zugesetzt und dieses dann durch Verflüchtigen beimStoffatmosphäre 19 Stunden bei 260° C und atmosphä- 20 Erhitzen unter vermindertem Druck entfernt. Es wurderischem Druck und dann 9 Stunden bei 260° C und einem ein Polymeres mit heller Farbe erhalten, welches einenDruck von 1 mm Hg-Säule umgesetzt. Das erhaltene Schmelzpunkt von 140° C und eine reduzierte ViskositätPolymere schmolz bei 230° C und besaß in m-Cresol eine von 0,46 besaß. Dieses konnte aus dem geschmolzenenreduzierte Viskosität von 0,5. Aus einer Schmelze her- Zustand zu Fäden versponnen werden, welche leicht kaltgestellte Fasern konnten kalt gestreckt werden. Das 25 gestreckt werden konnten. Der auf Grund der Zahl vonPolymere war zäh und konnte in elastische Stäbe ge- Amidbindungen bestimmte theoretische Stickstoffgehaltgössen werden. dieses Polymeren betrug 6,21 °/0. Die StickstoffanalyseBeispiel 2 ^es Potyraeren ergab 6,31 % Stickstoff, woraus ersichtlichist, daß der Überschuß an Valerolacton nicht reagierte.Dieses Beispiel zeigt, daß die Kondensation nicht von 30 .einem Katalysator abhängig ist. Beispiel 60,226 Mol Terephthalsäure und 0,232 Mol N,N'-Di- Dieses Beispiel zeigt die Verwendung eines Mono-(6-oxycaproyl)-hexamethylendiamin wurden in einer amidodiols.sauerstofffreien Stickstoffatmosphäre 22 Stunden bei 0,30 Mol Adipinsäure und 0,306 Mol N-Oxyäthyl-260° C und atmosphärischem Druck und dann 5,5 Stunden 35 6-oxycapronamid wurden in einer sauerstofffreien Stick-bei260° CundeinemDruckvonlmmHg-Säuleumgesetzt, Stoffatmosphäre bei atmosphärischem Druck 18 Stundenohne daß ein Katalysator verwendet wurde. Aus einer bei 100° C und 23 Stunden bei 300° C und dann bei einemSchmelze dieses Polymeren konnten Fäden gezogen Druck von 1 mm Hg-Säule 5,5 Stunden bei 200° C um-werden. gesetzt. Als Katalysator wurden 2 GewichtsprozentBeispiel 3 4° (bezogen auf die Beschickung) Heptafluorbuttersäureverwendet. Das erhaltene Polymere wurde dann in einerEs wurden Adipinsäure und N,N'-Di-(6-oxycaproyl)- molekularen Destillationseinrichtung bei einem Druck vonhexamethylendiamin in einer sauerstofffreien Stickstoff- weniger als 1 mm Hg-Säule weitere 42 Stunden auf 225atmosphäre in Gegenwart von 2 Gewichtsprozent (be- bis 250° C erhitzt, wobei ein Endprodukt erhalten wurde,zogen auf die Beschickung) Heptafluorbuttersäure 45 welches bei Zimmertemperatur deutlich kautschuk-9 Stunden bei Temperaturen von 125 bis 200° C und ähnlich und elastisch und bei Temperaturen bis zu 200° Ceinem Druck von 30 mm Hg-Säule und dann 81Z2 Stunden sehr viskos war. Das Polymere besaß eine reduziertebei 225° C und einem Druck von 3 mm Hg-Säule um- Viskosität von 0,9 und lieferte durchsichtige Filme,
gesetzt. Es wurde ein zähes Polymeres erhalten, das einenSchmelzpunkt von 133° C und eine verminderte Viskosi- 50 Patentansprüche:tat von 0,4 besaß. Das Polymere wurde dann in einer 1. Verfahren zur Herstellung von zu Fäden verspinn-Molekulardestillationsvorrichtung 19 Stunden bei einem baren Linearpolymeren durch Kondensation einerDruck von weniger als 1 mm Hg-Säule auf 200° C erhitzt. Dicarbonsäure der FormelDas so erhaltene Polymere besaß eine reduzierte Vis- xxr>/->/- τ> rr\r\is
kositat von 0,94 und einen Schmelzpunkt von 140 C. 55Das Polymere wurde in flüssigem Zustand in Stäbe von worin R einen zweiwertigen gesättigten Kohlenwasser-etwa I1Z4 cm Durchmesser gegossen und dann durch eine Stoffrest mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen darstellt,einfache Düse eines Durchmessers von 0,34 mm gepreßt. mit einem amidgruppenhaltigen Diol bei erhöhterDie so erhaltenen Fäden konnten 470 % kalt gestreckt Temperatur in inerter Atmosphäre und anschließendewerden und besaßen nach dem Kaltstrecken eine Zug- 60 Polykondensation des entstandenen Kondensatesfestigkeit von 1,7 g je Denier, bei einer äußersten Dehnung durch Erhitzen auf erhöhte Temperaturen bei ver-von 5230Zo un(i einem Elastizitätsmodul von 3,2 g je mindertem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß einDenier. amidgruppenhaltiges Diol der FormelBeispiel 4 HO-R1-(CONHR2)^-NHCOR3-Oh0,192 Mol Adipinsäure und 0,200 Mol N,N'-Di-(6-oxy- verwendet wird, worin R2 ein zweiwertiger gesättigter caproyl)-äthylendiamin und 2 Gewichtsprozent (bezogen Kohlenwasserstoffrest mit wenigstens 2 Kohlenstoffauf die Beschickung) Heptafluorbuttersäure als Kata- atomen ist, η für 0 oder 1 steht, wobei für ^ = 0 R3 lysator wurden in einer Stickstoffatmosphäre 24 Stunden ein zweiwertiger gesättigter Kohlenwasserstoffrest bei einer Temperatur von 110 bis 120° C und atmosphä- 70 von mindestens 4 Kohlenstoffatomen und R1 ein7 8zweiwertiger gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurchwenigstens 2 Kohlenstoffatomen ist und wobei für gekennzeichnet, daß die erste Verfahrensstufe inB = IR1 und R3 beide für gleiche zweiwertige ge- 9 bis 24 Stunden durchgeführt wird,sättigte Kohlenwasserstoffreste mit wenigstens 4 Koh- 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurchlenstoffatomen stehen. 5 gekennzeichnet, daß die zweite Verfahrensstufe in - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 5 bis 42 Stunden durchgeführt wird.zeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart einesKatalysators, vorzugsweise Heptafluorbuttersäure, In Betracht gezogene Druckschriften:vorgenommen wird. Deutsche Patentschrift Nr. 869 867.©■ 909 580/436 7.59
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