DE1645443A1 - Ionogene Polymerisation von Lactamen - Google Patents
Ionogene Polymerisation von LactamenInfo
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Description
Kennzeichen 1685 β 1 RA ζ/ Ä ^
Lr.F.Zwn,-;- - Dr. E A:.s , .ζ,
Dr. P. Koirivgsberger
Dipi. s iv_/s. R, Holzhauer
--: -'anwäiie
München 2, z.-rf-uhaujstraije 4/li!
STAMICARBON N.V., HEERLEN (die Niederlande) Ionogene Polymerisation von Lactamen
Die Erfindung betrifft die ionogene Polymerisation von Lactamen.
Bekanntlich kann die ionogene Polymerisation von Lactamen, welche gewöhnlich mit einer Alkalimetallverbindung als Katalysator durchgeführt
wird, durch Zusatz eines Promotors beträchtlich beschleunigt werden. Dabei können als Promotor Stickstoffverbindungen, wie Isocyanate, Carbodiimide,
Cyanamide und im allgemeinen Verbindungen mit einem an Carbonyl-, Thiocarbonyl-,
Sulfonyl- oder Nitrosogruppen gebundenen, tertiären Stickstoffatom Anwendung finden. Durch den Zusatz dieser Promotoren kann die Polymerisation in kurzer
Zeit durchgeführt werden bei Temperaturen, die unter dem Schmelzpunkt des Polymeren liegen, so dass aus Lactamen, deren Molekül mindestens 6 Kohlenstoffatome
im Ring enthält, ein festes Produkt erhalten werden kann, das die Form des Reaktionsraums, in dem die Polymerisation stattgefunden hat,
angenommen hat.
Es wurde nunmehr gefunden, dass gute Ergebnisse erzielt werden in einem Polymerisationsvorgang, in dem ein Lactam oder ein Gemisch aus Lactamen
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in Anwesenheit eines Promotors einer ionogenen, katalytischen Polymerisation
unterzogen wird, wenn als Promotor eine Verbindung mit einer Struktur angewandt wird, in der die Atomgruppierung R-C=C-X-R' vorkommt. (Hierin bezeichnen R und
R' dieselben oder unterschiedliche Kohlenwasserstoffgruppen, während X einen
Sauerstoff oder ein Schwefelatom darstellt,) Beispiele geeigneter Promotoren gemäss der Erfindung sind: l.Octyloxy,l.butyn, l.Äthoxy.l.heptyn, Pentoxy-äthyn,
Phenoxy-äthyn, Naphthoxy-äthyn, Isopropoxy-äthyn, l.Butoxy.l,butyn,
l.Methoxy.l.butyn, l.Methoxy.l.propyn, Methoxy-äthyn, Methylthio-äthyn,
l.Pentylthio.l.butyn, l.Äthylthio.l.propyn, l.Propylthio.l.pentyn.
fe Im allgemeinen erweisen sich sowohl die Ätherverbindungen wie auch
die Schwefelverbindungen mit der genannten Struktur als promotor anwendbar.
Bei der ionogenen katalytischen Polymerisation von Lactamen wird die Promotor zusammen mit einem Katalysator angewandt. Bekannte Katalysatoren
für diese Polymerisation sind z.B.:
Lactammetal!verbindungen, welche ein an das Stickstoffatom gebundenes Metallatom
enthalten, wie Natriumcaprolactam, und Stoffe, aus denen durch Reaktion mit einem Lactam solche Lactammetallverbindungen entstehen, z.B. Triisopropylaluminium,
Diäthylzink und Alkalimetallalkyle, ferner Alkalimetalle, Erdalkalimetalle
und alkalisch reagierende Verbindungen dieser Metalle, wie Hydride,
Oxyde, Hydroxyde und Carbonate, sowie Grignardverbindungen, wie Alkylmagnesiumbromid
und Arylmagnesiumbromid.
Die anzuwendende Katalysatormenge kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Gewöhnlich werden 0,1-3 Mol.%, bezogen auf die zu polymerisierende
Menge des Monomeren, angewandt, aber es kann auch mit grösseren Mengen von z.Ö. 5 - 10 Mol.% gearbeitet werden.
Auch die anzuwendende Promotormenge kann variiert werden. Finden grosse
Mengen, z.B. mehr als 10 Mol.%, Anwendung, so wird ein niedrigerer Polymerisation?
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grad erreicht als bei Anwendung geringer Mengen. Gewöhnlich werden 0,05 - 2 Mol.%
Promotor, bezogen auf das Lactam, gebraucht.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich das
Lactam auf einfache Weise mit dem Katalysator und dem Promotor mischen. Vorzugsweise
wird das Lactam geschmolzen, der Katalysator in der Schmelze verteilt und das Gemisch auf die Polymerisationstemperatur erhitzt, worauf der Promotor
zugesetzt wird.
Die Temperatur, bei der die Polymerisation durchgeführt wird, kann
innerhalb des für die ionogene Polymerisation von Lactamen üblichen Temperaturbereiches
von 90 - 250 C liegen. Vorzugsweise wird eine Anfangstemperatur von 90 - 150 C angewandt, während wegen der exothermen Polymerisationsreaktion die
Temperatur während der Reaktion ansteigen kann, aber meistens unterhalb 200 - 215 C bleibt. Bei diesen Temperaturen ist die Polymerisation gewöhnlich
in weniger als einer Stunde, oft in weniger als einer halben Stunde, beendet.
Bei Anwendung einer Temperatur, welche zwischen dem Schmelzpunkt des
Monomeren Lactam und dem des zu gewinnenden Polymeren liegt, werden bei der Polymerisation fest, makromolekulare Endprodukte erhalten und zwar als Formgegenstände,
deren Abmessungen denen des Reaktionsraums, in dem die Polymerisation durchgeführt wurde, entsprechen.
Bei der Polymerisation kann von einem omega-Lactam, wie Butyrolactam,
Caprolactam, Onantolactam, Caprylolactam, Decyllactam, Undecyllactam oder Laurinolactam
ausgegangen werden, es können aber auch Gemische von zwei, drei oder mehr Lactamen polymerisiert werden. Beim Polymerisieren von Gemischen werden
Copolyamide erhalten, z.B. Önantolactam-Caprolactam-Laurinolactam-Copolyamid,
Laurinolactam-Onantolactam-Copolyamid, Undecyllactam-Caprolactam-Copolyamid, Caprolactam-Caprylolactam-Laurinolactam-Copolyamid, Laurinolactam-Caprolactam-Copolyamid,
Butyrolactam-Caprolactam-Copolyamid. Die Struktur und die Eigenschaften
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der Copolyamide können durch die Zusammensetzung des Gemisches von Monomeren,
von denen ausgegangen wird, beeinflusst werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann ferner dienen zur Herstellung
gefärbter Produkte. Dazu können ein oder mehr Stoffe, welche das Äussere und/
oder die Eigenschaften des Polymerisationsproduktes beeinflussen, auf einfache
Weise mit dem Ausgangsstoff gemischt werden. So können z.B. Farbstoffe und/oder allerhand Füllstoffe, wie Holzmehl, Carborund, Russ, Schieferpulver, Feinkohle
und Koksgrus in der Lactamschmelze verteilt werden. Natürlich und/oder synthetische Fasern, Garne und/oder daraus hergestellte Gewebe können gleichfalls
in der Lactamschmelze verarbeitet werden. Ferner können der Lactamschmelze makromolekulare Produkte, z.B. Polystyrol, Polyformaldehyd, Polypropylen,
Polyäthylen und Polyamid, sowie Polykondensationsprodukte von Aldehyden mit Phenol, Melamin und/oder Harnstoff zugesetzt werden, wodurch makromoleculare
Produkte mit besonderen Eigenschaften erhalten werden können.
Beispiele 1-10
Die Polymerisation erfolgt in einem Glaszylinder (Durchmesser 2,5 cm),
in dem Stäbe angefertigt werden. Der Zylinder ist in einem Ölbad angebracht,
dessen Temperatur geregelt wird.
Bei diesen Versuchen wird ein geschmolzenes Gemisch aus 30 g e-Caprolactam und 0,6 g Kaliumcaprolactam in den Zylinder gebracht, während
mit Hilfe eines EinfUhrungsröhrchens ein Stickstoffstrom durch die Flüssigkeit geleitet wird.
Anschliessend wird der Promotor zugesetzt; nach 30 Sekunden wird der
Stickstoffstrom eingestellt und das Einführungsröhrchen entfernt. Nach beendeter
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Polymerisation wird der gebildete Stab aus dem Zylinder herausgenommen.
In der Tabelle sind die Promotormenge (Mol.%), die Temperatur des
Ölbades und die Polymerisationszeit zusammengetragen.
Nr. Promotor
1 l.Octyloxy.l.butyn
2 l.Octyloxy.lobutyn
3 l,Äthoxy.l.heptyn
4 l.Äthoxy.l.heptyn
5 1.Äthoxy.l„heptyn
6 Pentoxyäthyn
7 Pentoxyäthyn
8 Phenoxyäthyn
9 l.Propylthio.l.pentyn l.Methoxy.l.hexyn
Prom. Temp. Zeit
Mol.%
Min.
0,6 | 150 | 9 |
0,6 | 120 | 20 |
0,6 | 150 | 9 |
0,6 | 120 | 10 |
0,6 | 90 | 20 |
0,6 | 150 | 11 |
0,6 | 120 | 9 |
0,6 | 150 | 35 |
0,6 | 150 | 200 |
0,6 | 150 | 6 |
Claims (3)
1. Verfahren zur Polymerisation von Lactamen, nach dem ein Lactam oder
ein Gemisch aus Lactamen in Anwesenheit eines Promotors einer ionegenen katalytischen Polymerisation unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
als Promotor eine Verbindung mit einer Struktur angewandt wird, in der die
Atomgruppierung R-CzrOX-R' vorkommt (hierin bezeichnen R und R1 dieselben
odei unterschiedliche Kohlenwasserstoffgruppen, während X ein Sauerstoff-
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- 6 und/oder Schwefelatom darstellt).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation
erfolgt bei Temperaturen, welche zwischen dem Schmelzpunkt des Lactams oder des Gemisches von Lactamen und dem des Polymerisationsproduktes liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr
Stoffe, welche das Äussere und/oder die Eigenschaften des Polymerisationsproduktes beeinflussen, mit dem. Ausgangsstoff gemischt werden.
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