DE1595681A1 - Verfahren zur Herstellung von hochschmelzenden Polyamiden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von hochschmelzenden PolyamidenInfo
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Description
P 15 95 681.7 Anlage zu unserer Einlage vom 7.3.1969
LEVEHKUSlN-fcytnmk
FatfBt-Abttlua« Sdt/GW
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung äthergruppenhaltiger
aromatischer Polyamide mit hohem Schmelzpunkt,
Die Herstellung aliphatischer Polyamide durch ionische oder thermische Polymerisation von Lactamen wie Pyrrolidon oder Caprolactam
sowie durch Kondensation von aliphatischen Diaminen mit aliphatischen Dicarbonsäuren ist bekannt. Die auf diesen Wegen
herstellbaren hochmolekularen Polyamide sind schmelzbar und lassen sich aus der Schmelze zu Filmen, Fäden oder Fasern und Formkörpern
verarbeiten.
Derartige aliphatische Polyamide schmelzen im allgemeinen unter 250° C und besitzen außerdem eine mäßige thermische Beständigkeit.
Um zu Produkten mit verbesserter Taermostabilität und höherem Schmelzpunkt zu gelangen, hat man versucht, aromatische Polyamide
herzustellen. Wegen der hohen Schmelzpunkte oder Unschmelzbarkeit solcher aromatischer Polyamide ist ihre Herstellung durch normale
Polykondensation nicht möglich. Zu ihrer Synthese muß man sich daher entweder der Grenzflächenkondensation oder der Kondensation
in Lösungsmitteln bedienen, wobei aromatische Diamine mit aromatischen Dicarbonsäurechloriden zur Umsetzung gebracht werden.
Um ein genügend hohes Molekulargewicht zu erreichen, ist es in vielen Fällen nötig, tertiäre aliphatische Amine oder lösliche
anorganische Basen, wie z.B. Lithiumhydroxyd, als Säureacceptoren
zu benützen. Die Verarbeitung der so hergestellten aromatischen Polyamide bereitet vielfach Schwierigkeiten, da sie sich nur in
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i-iCUa \J,t*J.'.ZZ~'<
\Art.7fciAt:s.i:,»;.. . U-jÄi\üeruiiflSfl»i. v.*.S.
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siedenden polaren Lösungsmitteln wie N-alkylierte Pyrrolidone,
N-Dlalkylacetamld oder Tetramethylensulfon in solchen Konzentrationen
lösen, daß die Viskosität der Lösung die Herstellung von Filmen oder Fasern erlaubt. In fast allen Fällen ist zusätzlich
noch die Anwesenheit eines Löslichkeitsvermittlers, wie z.B. Lithiumchlorid oder Calciumchlorid, erforderlich, um eine für die
Verarbeitung ausreichende Konzentration des Polymeren im Lösungs- '
mittel zu gewährleisten. Häufig muß auch löslichen Polymeren ein LösungsVermittler zugegeben werden, um ein irreversibles Gelieren
der Lösung zu verhindern. Es ist verständlich, daß die Eigenschaften
der aus solchen Lösungen erhältlichen Polyamidfasern und -folien durch die Anwesenheit der anorganischen Bestandteile negativ beeinflußt
werden. Durch Auswaschen mit Wasser lassen sich die Salze zwar entfernen, doch läßt sich eine gewisse Porosität des Materials
nicht verhindern. Bei der Verwendung von Dimethylformamid, das wegen seines niederen Siedepunktes als Lösungsmittel für den
Trockenspinnprozeß besonders bevorzugt wird, läßt sich die Verwendung
von Lösungsvermittlern nicht umgehen.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polyamiden
mit hohem Schmelzpunkt und einer wesentlich verbesserten Löslichkeit in polaren organischen Lösungsmitteln, insbesondere in
Dimethylformamid, gefunden, wenn man aromatische Dicarbonsäurehalogenide
der allgemeinen Formel XCO-Ar-CO-X, wobei X Halogen und Ar ein bivalenter aromatisehe? Rest ist, der aus einem oder
mehreren kondensierten oder - gegebenenfalls über Brückenatome verbundenen aromatischen Kernen besteht, mit Diaminen der allge-Formel
NHp-Ar2-O-Ar1-O-Ar2-NH, worin Ar, ein bivalenter, aromatischer
Rest ist, der aus einem oder mehreren kondensierten oder
- gegebenenfalls über Brückenatome - verknüpften aromatischen
Ringen besteht, und Arg ein bivalenter aromatischer Rest ist, an
dem die Aminogruppe und der Äthersauerstöff m-: oder p-ständig
sind, verwendet. Die erhaltenen neuen Polyamide weisen die
Struktureinheit -CO-Ar-CO-NH-Ar2-O-Ar1-O-Ar2-NH- auf, worin Ar2 ein
bivalenter aromatischer Rest 1st, an dem Stickstoff und Sauerstoff
nicht orthoständig sind.
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Als Dicarbonsäurehalogenide, die für die Herstellung der neuen
Polymeren in Frage kommen, seien z.B. genannt: Naphthalindicarbonsäurechlorid-1,5,
DiphenyldiearbonsäurechlQrid-4,41, Diphenylsulfondicarbonsäurechlorid-4,41,
Diphenylatherdicarbonsäurechlorid-4,'4'
und insbesondere Isophthalsäure- und Terephtal· säuredichlorid.'
In den Diaminen der allgemeinen Formel
kann ' -
= H, Alkyl-, Alkoxylrest, Halogen,
X= 1-4)
(Z =-CHo->
-C-, -0-, -S-, -SO0-, -CO-) sein.
CH
Derartige Amine sind beispielsweise l,5-Di-(p-aminophenoxy)-naphthalin,
2,6-Di-(p-aminophenoxy)-naphthalin, 4,.4''-Di-(p-aminophenoxy)-diphenyl,
4,4'-Di-(p-aminophenoxy)-diphenylmethan,
4,4' -Di-ip-aminophenoxyjTdiphenylpropan^^, 4,4' Di-(p-aminophenoxy)-diphenyläther,
4,4'-Di-(p-aminophenoxy)-diphenylsulfid,
4,4'— Di-(p-aminophenoxy)- diphenylsulfon, 4,4'-Di-(2-chlor-4-aminophenoxy)-diphenylpropan-2,2
oder 1,4-(2-chlor-4-aminophenoxy)· benzol. · -
Le A 10
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BAD ORIGlMAL
Die Diamine können nach bekannten Verfahren beispielsweise durch
Umsetzung der entsprechenden Nitrochlorbenzole mit den Di-Alkalisalzen
von Disphenolen und anschließender Hydrierung der entstandenen Di-Nitroverbindungen hergestellt werden.
Als polare Lösungsmittel für die Kondensation der Dicarbonsäurechloride
mit den Diaminen haben sich besonders N-alkylierte Pyrrolidone
wie N-Methylpyrrolidon und Ν,Ν1-dlalkylsubstituierte Carbonsäureamide
von der Essigsäure an aufwärts, wie z.B. N,N-Dimethylacetamid,
besonders bewährt» Ein besonderer Vorteil 1st hierbei, daß keine Säureacceptoren verwendet werden müssen,
während bei der Verwendung anderer polarer Lösungsmittel, wie z.B. Tetramethylensulfon, die Anwesenheit von Säureacceptoren wie
tertiäre Amine oder Lithiumhydroxyd zum Erreichen hoher Molgewichte nötig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung
der neuen Polyamide geht man so vor, daß man das einzusetztende Diamin in dem gewählten N-substltuierten Säureamid
auflöst und das Dicarbonsäurehalogenid gelöst oder in fester Form in bevorzugt äquivalenten Mengen auf einmal oder in kleinen
Portionen unter Kühlen zusetzt.
Selbstverständlich führen auch andere Arbeitsweisen, wie z.B.' das
umgekehrte Verfahren, zu den gleichen Produkten mit hohen Molgewichten und guter Verarbeitbarkeit. Die Reaktionstemperatur kann
dabei zwischen -30 und +100 C liegen, wobei bevorzugt zwischen
-10 und +300C gearbeitet wird. Nach einer gewissen Zeit hat sich
das Polymere unter ,Halogenwasserstoffabspaltung gebildet. Der Feststoffgehalt der Polymerlösungen kann dabei zwischen 5 und
40 % liegen, bevorzugt wird ein Feststoffgehalt von 15 -,25 %·
Das Polymere wird anschließend durch Zusatz von Wasser oder organischen Lösungsmitteln ausgefällt, wobei sich eine Verdünnung
auf unter 15 % Feststoffgehalt als besonders günstig erwiesen
hat, da dann ein feinkörniges Material erhalten wirdj das sich
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BAD ORIGINAL
,rascher wieder lösen läßt.
Mach dem Trocknen der ausgefällten Polymeren erhält man hochmolekulare
aromatische Polyamide, die sich hervorragend in Konzentration bis 40 %in Dimethylformamid lösen und deren inhärente Viskositäten
oberhalb 0,7 liegen. Aus diesen Lösungen lassen sich na3h bekannten Verfahren Fäden, Fasern und Folien mit guten
mechanischen Eigenschaften und guter Thermostabilität herstellen,
Die halogenwasserstoffhaltige Lösung des Polymeren kann auch sofort zu Fäden oder Folien weiterverarbeitet werden.
In 150 Teilen trockenem N-Methylpyrrolidon werden 36,8 Teile
4,4' -Di-(p-aminophenoxy)-diphenyl gelöst und auf 00C abgekühlt.
Bei 0 C werden nunmehr unter Rühren 20,3 Teile Isophthalsäuredichlorid
in kleinen Portionen eingetragen. Nach beendeter Zugabe
wird noch eine halbe Stunde bei 0 C angerührt und dann das Kühlbad entfernt. Man rührt noch weitere 4 Stunden, wobei die
viskose Lösung langsam auf Raumtemperatur kommt. Anschließend
wird mit 200 Teilen Dimethylformamid verdünnt und das Polymere durch Eingießen in kräftig turbiniertes Wasser gefällt. Nach
Absaugen wäscht man das Polymere zweimal mit heißem Wasser und
trocknet bei 120 C im Vakuum. Das erhaltene farblose Polyamid
hat einen Schmelzpunkt über 360 C und eine inhärente Viskosität
von 1,18 (in den Beispielen 1-8 gemessen in einer 0,5 Gew.-^igen
Lösung in N-Methylpyrrolidon bei 25°C).
in 265 Teilen absolutem Dirnethylacetamid werden 36*8 Teile 4,4'-Di-(p-amino-phenoxy)-diphenyl
gelöst und nach Kühlen, auf 5°C unter Rühren 3^*3 Teile Diphenylsulfon-di-carbonsäurechlorid-4,4'
langsam eingetragen. Man entfernt das Kühlbad und rührt
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5 Stunden bei Raumtemperatur nach. Die resultierende viskose Polymerlösung wird mit 100 Teilen Dimethylformamid verdünnt und
wie in Beispiel 1 angegeben aufgearbeitet. Man erhält ein farbloses
Polyamid mit^ . , = 1,24 und einem Schmelzpunkt von über
82,0 Teile 4,4'-Di-(p-aminophenoxy)-diphenylpropan-2,2 werden in
330 Teilen absolutierten N-Methylpyrrolidon gelöst und die Lösung
auf -100C gekühlt. In die gekühlte Lösung werden unter Rühren
40,6 Teile Isophthalsäuredichlorid gegeben und 1 Stunde bei -100C
sowie 3 Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt. Nach Verdünnen mit 200 Teilen Dimethylformamid wird das Polymere durch Einrühren
in eine Mischung aus 4 Teilen Wasser und 1 Teil Äthanol
ausgefällt und mit heißem Wasser gewaschen. Das erhaltene farblose Polymere wird bei 1200C im Vakuum getrocknet und besitzt
einen Schmelzpunkt von 30O0C bei einer inhärenten Viskosität
von 1,12.
Arbeitet man wie in Beispiel 3 angegeben und gibt das Isophthalsäuredichlorid
in 200 Teilen absolutem N-Methyl-pyrrolidon gelöst
zu, so ist das Polymere nach Beendigung der Reaktion ohne weitere Verdünnung mit Dimethylformamid mit der Wasser/Alkohol-Mischung
fällbar. Das erhaltene Produkt ist mit dem gemäß Beisiel 3 hergestellten Polyamid praktisch identisch.
Führt man die im Beispiel 3 angegebene Umsetzung unter Verwendung
von 40,6 Teilen Terephthalsäuredichlorid statt Isophthal-
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säuredichlorid, völlig analog durch, so resultiert ein farbloses
Polymerisat mit)}, . = 1,06 und einem Zersetzungspunkt von J55O°C,
Eine Lösung von 43,2 Teilen 4,4'-Di-Cp-aminophenoxyJ-diphenylsulfon
in 170 Teilen trockenem N-Methylpyrrolidon wird auf O0C,gekühlt
und unter Kühlung und Rühren bei dieser Temperatur 20,3 Teile Isophthalsäuredichlorid eingebracht. Das Kühlbad wird-nach
10 Minuten entfernt und 4 Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt. Nach Verdünnen mit 100 Teilen Dimethylformamid wird durch
Ausrühren in Wasser das Polymere ausgefällt, abgesaugt und mit heißem Wasser nachgewaschen. Nach Trocknung bei 1200C im Vakuum,
hat das farblose Polyamid einen Schmelzpunkt von 310°C und eine
inhärente Viskosität von 1,01,
86,4 Teile des Amins aus Beispiel 6 werden in 450 Teilen trockenem
Dimethylacetamid gelöst und auf 0°C abgekühlt. In die gut gerührte
Lösung trägt man bei dieser Temperatur 4O,6 Teile Terephtaloylchlorid
ein und rührt bei O0C nach, bis alles Säure-Chlorid
gelöst ist. Man entfernt das Kühlbad und rührt 4 Stunden bei Raumtemperatur nach und fallt dann das Polymere durch Ausrühren
in Wasser. Man trocknet im Vakuum bei 120°C und erhält
ein schwach gelbstichiges Polyamid mit einer inhärenten Viskosität
von 1,12 und einem Schmelzpunkt über
In 550. Teilen Dime thy lace tamid werden 96,0 Teile 4,4!-Di-(paminophenaxy)-diphenyläther
gelöst und auf -100C abgekühlt.
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Unter gutem Rühren gibt man bei dieser Temperatur 50,7 Teile
Isophthalsäuredichlorid zu und rührt nach Entfernung des Kühlbades 4 Stunden bei Raumtemperatur nach. Anschließend werden
300 Teile Dimethylformamid zugesetzt und durch Ausrühren in
Methanol/Wasser 2:5 das Polymere ausgefällt. Das bei 1200C im
Vakuum getrocknete leicht bräunliche Polyamid hat einen Schmelzpunkt von 3300C und eine inhärente Viskosität von 1,07.
In 432 Teilen trockenem Dirnethylacetamid werden 95,8 Teile
4,4'-Di(2-Chlor-4-aminophenoxy)diphenylpropan-2,2 gelöst und
bei -100C unter Rühren mit 40,6 Teilen Terephthalylchlorid
versetzt. Nach einer Stunde bei O0C rührt man 3 Stunden bei
200C. Eine in Wasser gefällte Probe des Polymeren, die 5 Stunden
bei 1000C getrocknet wurde, weist eine inhärente Viskosität
von 0,91 auf (10 g/l in Dirnethylacetamid bei 25°C). .
In 350 Teilen trockenem Dirnethylacetamid werden 72,2 Teile
1,4-Di-(2-Ghlor-4-aminophenoxy)-benzol bei -100C mit 40,6
Teilen Terephthalsauredichlorid versetzt. Man rührt zunächst 1 Stunde bei 0 C, dann 3 Stunden bei 2O0C. Eine in Wasser gefällte
Probe des Polymeren hat nach fünfstündigem Trocknen bei 1000C eine inhärente Viskosität von 1,32 (10 g/l in
Dirnethylacetamid bei 250C).
In 130 Teilen trockenem N-Methylpyrrolidon werden 29,2 T4ile
1,4-Di-(4-aminophenoxy)-benzol gelöst und auf O0C gekühlt.
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Bei dieser Temperatur werden unter kräftigem Rühren 20,3 Teile
Isophthalsäuredichlorid in kleinen Portionen eingetragen. Nach
beendeter Zugabe rührt man noch 3 Stunden nach, wobei man auf
Raumtemperatur kommen läßt. Nach Verdünnen mit Dimethylformamid
wird das Polymere durch Äusrühren in Wasser gefällt und bei
1200C im Vakuum getrocknet. Das resultierende Polyamid schmilzt
bis 36O0C nicht und hat eine inhärente Viskosität von 1,62, gemessen
in 0,5 Gew.-^iger Lösung in N-Methylpyrrolidon bei 250C.
Seispiel 12 ^
46,7 Teile 3~Chior-4,4l-Di-(p-aminophenoxy)-diphenylsulfon werden
in 180 Teilen trockenem N-Methylpyrrolidon gelöst und auf O0C
abgekühlt. Bei dieser Temperatur werden unter Rühren 20,3 Teile
Isophthalylöhlorid portionsweise zugesetzt. Dann wird noch kurze
Zeit bei 0°C gerührt und anschließend weitere 5 Stunden bei Zimmertemperatur, Die viskose Lösung wird mit 200 Teilen Dimethylformamid verdünnt und wie im Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet.
Das* farblose Polyamid hat eine Schmelztemperatur von
über 36O0C und eine inhärente Viskosität von 1,17 (0,5 Gew.-#ige
Lösung in N-Methylpyrrolidon bei 250C).
Eine Lösung von 100,2 Teilen 3,3l-Dichlor-4,4t-Di-(p-amlnophenoxy)-diphenylsulfon
in 450 Teilen trockenem Dimethylacetamid
wird auf O0C gekühlt. Unter Rühren werden bei dieser Temperatur
40,6 Teile Isophthalylchlorid in kleinen Portionen eingetragen.
Nach 30 Minuten wird das Kühlbad entfernt und die viskose Lösung
4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird mit 350 Teilen
Dimethylformamid verdünnt und aufgearbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben.
Das schwach gelb gefärbte Polyamid schmilzt oberhalb
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330 c und hat eine inhärente Viskosität von 1,06 (gemessen in
einer 0,5 Gew.-^igen Lösung in N-Methylpyrrolidon bei 25°C).
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Claims (2)
- Patentansprüche:1, Verfahren zur Herstellung von aromatischen·Polyamiden durch Umsetzung von aromatischen Dicarbonsäurehalogeniden der allgemeinen Formel X - OC -Ar - CO - X, worin Ar ein bivalenter aromatischer Rest und X ein Halogenatom bedeutet, mit aromatischen Diaminen in polaren organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen unterhalb 1000C, dadurch gekennzeich η e t, daß mam als aromatische Diamine Verbindungen der allgemeinen FormelH2N - Ar2 - 0 - Ar1 - 0 - Arg - NHg, \worin Ar, ein bivalenter aromatischer Rest ist, der aus einem oder mehreren kondensierten oder - gegebenenfalls über Brückenatome - verknüpften aromatischen Ringen besteht, und Arp ein bivalenter aromatischer Rest ist, an dem die Aminogruppe und der Äthersauerstoff m- oder p-ständig sind, verwendet.
- 2. Aromatische Polyamide mit der wiederkehrenden Struktureinheit-HN- Ar2 --O- Ar1 - 0 - Ar2 - NH- CO - Ar - CO -worin Ar ein bivalenter aromatischer Rest der FormelnLe A 10 2J>k- 11 -0.9884/1624BAD ORiGlNALJUo2 -f\f\ ο1 ein gegebenenfalls halogensubstituierter bivalenter aromatischer Rest der Formeln/Λ -/Vz-^Tlworin Z für -0-, -S-, -SO0-, -CO-, -CH0-,steht,H-,oderundein bivalenter aromatischer Rest der FormelnoderLe A 10- 12 90988-4/1624worin R Alkyl, Alkoxy oder Halogen urid χ eine Zahl von 1 bisbedeutet,ist, wobei die Polyamide einen Schmelzpunkt oberhalb etwa JJOO0C1 η i?und eine inhärente Viskos! tat*>inh, gemessen aneiner Lösung von 0,5 g Polymeren in 100 ml n-Methylpyrrolidon bei 25°C von oberhalb etwa 1,0 aufweisen.LeAlO 234-- 13 90988^/162^BAD ORIGINAL·
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Also Published As
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