DE1595678A1 - Verfahren zur Herstellung gut loeslicher aromatischer Polyamide - Google Patents

Verfahren zur Herstellung gut loeslicher aromatischer Polyamide

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DE1595678A1 DE19661595678 DE1595678A DE1595678A1 DE 1595678 A1 DE1595678 A1 DE 1595678A1 DE 19661595678 DE19661595678 DE 19661595678 DE 1595678 A DE1595678 A DE 1595678A DE 1595678 A1 DE1595678 A1 DE 1595678A1
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aromatic
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Dr Ferdinand Bodesheim
Dr Guenter Nischk
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Bayer AG
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Bayer AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/26Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/32Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids from aromatic diamines and aromatic dicarboxylic acids with both amino and carboxylic groups aromatically bound

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Description

  • Verfahren zur Herstellupg gut löslicher aromatischer Polyamide Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochschmelzenden aromatischen Polyamiden mit verbesserter Löslichkeit.
  • Die Herstellung von hochmolekularen Polyamiden durch thermische oder ionische Polymerisation von Lactamen. in Gegenwart von Initiatoren oder durch Kondensation von Diammoniumsalzen von Dicarbonsäure ist bekannt. Diese beiden Verfahren sind nur in der aliphatischen Reihe durchfühbar und ergeben Polyamide mit Schmelzpunkten bis etwa 250 0C. Derartige Produkte können aus der Schmelze zu geformten Artikeln verarbeitet werden, ihre Beständigkeit gegen Temperatureinflüsse ist jedoch nicht befriedigend.
  • Um zu Polyamiden mit verbesserter Temperaturstabilität zu gelangen, hat man versucht, aromatische Polyamide herzustellein. Diese sind jedoch wegen ihrer hohen Schmelz punkte oder zum Teil sogar Unschmelzbarkeit nicht nach den oben geschilderten Verfahren zügsnglich. Zu ihrer Herstellung bedient man sich im wesentlichen zweier Verfahren, und zwar einerseits der Grenzflächenkondensation und andererseits der Kondensation in Lösungsmitteln. In beiden Fällen werden aromatische Diamine mit aromatischen Dicarbonsäurehalogeniden umgesetzt. Dabei wird bei der Kondensation Halogenwasserstoff frei. FUr das Erreichen hoher Molekulargewichte ist es erforderlich, durch Säureacceptoren den entstehenden Halogenwasserstoff zu binden.
  • Die auf diesem Wege zugänglichen aromatischen Polyamide sind fast alle nur mäßig in polaren Lösungsmitteln löslich und speziell in Dimethylformamid, dae wegen seines niedrigen Siedepunktes für die Verarbeitung besonders günstig ist, weitgehend unlöslich. Druch zugabe von löslichkeitsvermittelnden anorganischen Salzen, wie beispielsweise Lithiumchlorid, kann man die Löslichkeit der Polyamide soweit steigern, daß die Viskositäten der erhaltenen Polymerlösungen für die Verarbeitun£ zu Fasern oder Folien ausreichen. Es ist jedoch offensichtlich, daß neben der wirtschaftlichen Belastung die Anteesenheit der anorganischen Salze bzw die durch das Auswaschen der Salze entstehen2s Porosität die bigenschaften der aus solchen Lösungen hergestellten Produkte negativ beeinflußt.
  • Es wurde nun gefunden, daß man zu rein aromatischer Polyamiden mit hohem Schmelzpunkt und wesentlich verbesserter Löslichkeit gelangt, wenn man aromatische N,N'-Dialkyl-N,N'-di-(aminoaryl)-carbonsäureamide in Lösung mit aromatischen Dicarbonsäurehalogeniden zu teilweise N-alkylsubstituierten POlyamiden umsetzt. Bevorzugte N,N'-Dialkyl-N,N'-di-(aminoaryl)-carbonsäureamide haben die allgemeine Formel wobei Ar, und Ar2 einen bivalenten aromatischen Rest und R einen Alkylrest bedeuten, in polaren Lösungsmitteln mit Dicarbonsäurehalogeniden der allgemeinen Konfiguration HalCO-X-COHal, wobei hal = Halogen und X ein bivalenter aromatischer Rest ist, der aus einem oder mehreren kondensierten oder - gegebenenfalls über Brückenatomen - verbundenen aromatischen System besteht, umsetzt. Die erhal tenen Polyamide besitzen die allgemine Struktureinheit wobei R9 r1, t -und die oben angegebene Bedeutung besitzen.
  • Als Dicarbonsäruchalogenide der allgemeinen formel HalCO-X-COHal, X und Hal mit den vorstehend angegebenen Bedueutungen, die sich für die Herstellung der neuen Polymern eingen, seien beispielsweise genannt: Naphthalindicarbonsäuredichlorid-1,5, Diphenyldicarbonsäuredichlorid-4,4', Diphenylsulfondicarbonsäuredi chlorid-4,4', Diphenylätherdicarbonsäuredcichlorid-4,4' und insbesondere Isoph thalsäuredichlorid und Tereph thalsäured ichlorid.
  • Als aromatische Diamine, die ft'r die Herstellung der neuen aromatischen Polyamide mit besserer Löslichkeit verwendet werden, sin beispielsweise diejenigen der allgemeinen formel brauchbar, wobei R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstaffatomen bedeutet. wobei Z = -0-, SO2, -CO- bedeutet wobei Y =CH2-, -CO, -S-, -SO2-, -O-, -N=N- bedeutet.
  • Ar1 und Ar2 sind dabei unabhängig und können gleich oder voneinander verschieden sein. Ein Syntheseweg für die Diamine ist beispielsweise die Umsetzung von aromatischen Dicarbonsäurehalogeniden mit Aromaten, die eine Nitrogruppe und eine Alkyl aminogruppe besitzen unter nachfolgender Reduktion gemäß nach- -stehender Formelgleichung : wobei Hal = Halogen ist und R, Ar1 und Ar2 die bereits genannten Bedeutungen besitzen. Als Diamine im angegebenen Sinn gelten beispielsweise die Reduktionsprodukte der Dinitroverbindungen, die gemäß obiger Gleichung aus Isophthalsäuredichlorid, Terephthalsäuredichlorid, Naphthalindicarbonsäuredichlorid-1,5, Benzophenondicarb bonsäuredichlorid-4,4', Diphenylsulfondi car bonsäuredi chlorid-4,4', Diphenylätherdicarbonsäurechlorid-4,4', Diphenyldicarbonsäuredichlorid-4,4' und N-Methyl-4-nitroanilin, N-Äthyl-4-nitroanilin, N-Isopropyl-4-nitroanilin, N-Methyl-3-nitroanilin, N-Äthyl-3-nitroanilin, N-Methyl-5-nitronaphthylamin-1, 4-Methylamino-4'-nitrodiphenylsulfon, 4-Methylamino-4'-nitro-benzophenon zugänglich sind und der allgemeinen Formel entsprechen.
  • Die Kondensation der neuen Diamine mit den Dicarbonsäurehalogeniden wird in polaren: Lösungsmitteln bei Temperaturen zwischen -30 und +100 0C durchgeführt, wobei der Temperaturbereich zwischen -10 und +30 0C bevorzugt wird. Als Lösungsmittel haben sich dabei N-N-dialkylsubstituierte Carbonsäureamide von der Essigsäure an aufwärts besonders bewährt.
  • Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon werden bevorzugt serwendet.
  • Bei der Durchführung der Kondensation in anderen polaren Lösungsmitteln, wie beispielsweise Tetramethylensulfon, ist im Gegensatz zu den als bevorzugt genannten Lösungsmitteln die Anwesenheit eines Säureacceptors, wie beispielsweise Li thiumhydroxyd oder tertiäre Amine, erforderlich. Für das Erreichen hoher Molgewichte ist es empfehlenswert, daß verwendete Lösungsmittel vor der Verwendung zu trocknen.
  • Zur Herstellung der neuen Polymeren kann man 80 vorgehen, den man das Diamin im gewählten Lösungsmittel löst oder aufschlämmt und dann das Dicarbonsäurehalogenid vorzugsweise in äquivalenten Nengen fest oder in elöster Form dem Ansatz auf einmal oder in mehreren Portionen unter Kühlung zugibt.
  • Unter Abspaltung von Halogenwasserstoff läuft die Polykondensation ab, wobei gegebenenfalls nunmehr der Säureacceptor zugesetzt wird und ist nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne beendet, wobei sich das gewünschte hochmolekulare Produkt gebildet hat. Der Polymerengehalt der erhaltenen Lösungen kann zwischen 5 und 35 Gew.-% liegen, wobei der Bereich zwischen 15 und 25 % bevorzugt wird. Anschließend wird das Polymere durch Ansrühren in einem Fällmittel, beispielsweise Wasser, Alkohole usw., isoliert und getrocknet Um bei der Fällung ein besonders feines und leicht lösliches Produkt zu erhalten, ist es vorteilhaft, vor dem Ausrühren die Konzentration der Polymerlösung durch Zusatz von Lösungsmitteln auf unter 15 % zu senken. Die nach dem Trocknen erhaltenen farblosen Polyamide besitzen inhärente Viskositäten Uber 0,7 und sehr gute Löslichkeit. Sie lassen sich beispielsweise aus Dimethylformamid nach bekannten Verfahren zu Fäden, Fasern und folien mit guten Eigenschaften und hoher Tempera turbeständigkeit verarbeiten. Die inhärente Viskosität wurde als 0,5 %ige Lösung in N-Me thylpyrrolidon bei 25 °C gemeesen.
  • B e i s p i e l 1 In 300 Teilen absolutiertem N-Methylptyrrolidon werden 74,8 Teile N,N'=Dimethyl-N,N'-di-(4-aminophenyl)-isophthalamid aufgelöst und die Lösung auf -5 0C gekühlt. zu dieser Reaktionsmischung gibt man nun unter Rühren 40,6 Teile Inophthaloylchlorid in kleineren Portionen, wobei man durch Kühlen dafür sorgt, daß die Temperatur der Lösung während der Reaktion 0 °C nicht überschreitet. Nach beendeter Zugabe entfernt man das Kühlbad und rührt 4 Stunden, wobei sich die Polymerlösung auf Raumtemperatur erwärmt. Dann verdünnt man mit 300 Teilen Dimethylformamid und fällt das Polyamid durch Rühren in Wasser/Methanol i : 1, wäscht mit heißem Wasser nach und trocknet bei 120 °C im Vakuum. Das erhaltene Polymerisat schmilzt bei 310 °C und hat eine inhärente Viskosität von 0,82.
  • B e i s p i e l 2 In 300 Teilen trockenem N,N'-dimethylacetamid löst man 37,4 Teile N,N'-Dimethyl-N,N'-di-(4-aminophenyl)-isophthalamid und gibt unter Kühlen auf 5 0C und Rühren eine Lösung von 20,3 Teilen. Terephthaloylchlorid in 300 Teilen N,N-Dimethylacetamid langsam zu. Die viskose Lösung läßt man auf Raumtemperatur kommen und rührt noch 4 Stunden. Das Polymere wird dann durch Ausrühren in Wasser gefällt und nach Waschen mit heißem Wasser im Vakuum bei 140 °C getrocknet. Das farblose.
  • Polyamidpulver schmilzt über 350 oC und hat eine inhärente Viskosität von 1,00.
  • B e i s p i e l 3 14,96 teile N,N'-dimethyl-N,N'-di-(4-aminophenyl)-isophthalamid werden in 105 Teilen trockenem N-Methylpyrrolidon gelöst und mit 13,72 Teilen Diphenylsulfondicarbonsäuredi chlorid-4,4' unter Rühren und Kühlen auf 5 0C umgesetzt. Nach 4-stündigem Rühren bei Raumtemperatur wird die Lösung mit 100 Teilen Dimethylformamid versetzt, durch Rühren in Methanol gefällt und getrocknet. Das entstandene Polyamid schmilzt über 350 0C und hat eine inhärente Viskosität von 0,98.
  • B e i s p i e l 4 Man kühlt eine Lösung von 20, 1 Teilen N,N'-Diothyl-N,N'-di-(4-aminophenyl)-isophthalamid in 160 Teilen N-Methylpyrrolidon auf 0 °C ab und trägt unter Rühren bei dieser Temperatur 10,15 Teile Terephthaloylchlorid ein. Man entfernt die Kühlung, rührt 2 Stunden bei Raumtemperatur und fällt dann durch Rühren in Wasser/Aceton 2 : 1 das Polymere aus. Das entstandene Polyamid schmilzt bei 330 °C und hat eine inhärente Viskosität von 0,85.
  • B e i s p i e l 5 Unter Rühren und Kühlen auf 5 °C werden in eine Lösung von 187,7 Teilen, N,N'-Dimethyl-N,N'-di-(3-aminophenyl)-isophthalamid in 75 Teilen N,N-Dimethylactamid 10,15 Teile Terephthaloylchlorid, in 100 Teilen N,-Dimethylacetamid gelöst, langsam zugetropft. Nach beendeter Zugabe rührt man 3 Stunden bei Raumtemperatur und fällt das Polymere durch Rühren in Wasser.
  • Das getrocknete Polykondensat schmilzt bei 325 5C und hat eine inhärente Viskosität von 0,92.
  • Beisliiel 6 20, 10 Teile N,N'-Diäthyl-N,N'-di-(4-aminophenykl)-terephthalamid werden in 80 Teilen N-Methylpyrrolidon unter Rühren bei 5 °C mit 10,15 Teilen Isophthaloylchlorid umgesetzt. Nach 5-stündigem Rühren bei Raumtemperatur wird das Polymere nach Verdünnen mit 60 Teilen Dimethylformamid mit Wasser ausgefällt und getrocknet. Das erhaltene Produkt hat eine inhärente Viskosität von 1,12 und schmilzt bei 345 00.
  • Beispiel 7 In eine gerührte Lösung von 37, 4 Teilen N,N'-Dimethyl-N,N'-di-(3-aminophenyl)-terephthalamid in 150 Teilen N-Methylpyrrolidon werden bei 5 0C 20,3 Teile Terephthaloylchlorid in Portionen eingetragen. Anschließend wird bei Raumtemperatur 3 Stunden gerührt und dann das Polymere nach Verdünnen mit 150 Teilen Dimethylformamid mit Wasser ausgefällt. Das getrocknete Produkt schmilzt über 350 °C und hat eine inhärente Vickosität von 1,40.
  • Beispiel 8 Arbeitet man wie in Beispiel 7 angegeben und verwendet 20,3 Teile Isophthaloylchlorid statt Terephthaloylchlorid, so hat das erhaltene Polyamid eine inhärente Viskosität von 0,94 und schmilzt bei 335 00.
  • Beispiel 9 Wie in Beispiel 4 angegeben, werden 21,20 Teile N,N'-Dimethyl-N, N'-di-(4-tminophenyl)-naphthalindicarbonsEurediamia-1, 5 mit 10,16 Teilen Terephthaloylchlorid in 180 Teilen N-Methylpyrrolidon umgesetzt und aufgearbeitet. Das erhaltene Polyamid schmilzt über 350 °C und hat eine inhärente Viskosität von 0,73.
  • B e i s p i e l 10 In einem gekühlten Kolben werden 5,65 Teile N,N'-dimethyl-N,N'-di-(4-aminophenyl)-diphenyläther-dicarbonsäurediamid-4, mit 2,23 Teilen Terephthaloylchlori('& vereinigt und unter kräftigem Rühren mit 50 Teilen N-Methylpyrrolideon von -15 °C versetzt. Man rührt 2 Stunden und fällt das Polymere mit Methanol/Wasser 1 : 1. Das getrocknete Polyamid schmilzt über 350 °C und hat eine inhärente Viskosität von 0,77.
  • B e i s p i e l 11 Unter Kühlen auf 0 °C und Rühren werden in 60 Teilen N,N'-Dimethylacetamid, 8,5 Teile N,N'-Dimethyl-N,N'-di-(4(4'-aminodiphenylsufonyl))-terephthalamid mit 2,64 Teilen Terephthaloylchlorid vereinigt. Nach 2-stndigem Rühren bei Raumtemperatur wird das Polymere mit Methanol aus der viskosen Lösung ausgefällt, mit heißem Wasser gewaschen und getrocknet. Die inhärente Viskosität des erhaltenen Polyamids ist 0,72 und der Schmelzpunkt liegt über 350 °C.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von gut löslichen hochschmelzenden aromatischen Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, daß man aromatische N,N'-Dialkyl-N,N'-di-(aminoaryl)-carbonsäureamide in Lösung mit aromatischen I)lcarbonsäu'rehalogeniden zu N-alkylsubstituierten Polyamiden - gegebenenfalls in Gegenwart eines Säureacceptors - umsatzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel N-Methylpyrrolidon verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das als Lösungsmittel N,N-Dimethylacetamid verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen zwischen - 30 ° und + 100 0C durchgeführt wird.
  5. 5. Hochschmelzende, gut lösliche aromatische Polyamide mit der allgemeinen Struktureinheit wobei R ein niederer Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, mit - CO -, - O -, - SO2 - und mit Y = - CH2 -, - CO -, - S -, - SO2 -, - O -, - N = N -bedeutet und X ein bivalenter aromatischer Rest sit, der aus einem oder mehreren kondensierten oder - gegebenenfalls huber Brückenatome - verbundenen aromatischen Ringen besteht.
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