DE1815192C3 - Process for the production of polyxylylene adipamide threads - Google Patents
Process for the production of polyxylylene adipamide threadsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyxylylenadipinamidfäden durch Schmelzspinnen eines Kondensationspolymerisats aus Adipinsäure und m-Xylylendiamin oder m-/p-Xylylendiamin mit einem p-Xylylendiamingehalt in der Diaminmischung von weniger als 30 Molprozent bei Spinntemperaturen unter 290° C, Abkühlen der frisch gesponnenen Fäden und Verstrecken der Fäden auf mehr als das Dreifache ihrer Länge bei 70 bis 90° C, während der Wassergehalt der Fäden geringer als 4 0Zo gehalten wird.The invention relates to a process for the production of polyxylylene adipamide threads by melt spinning a condensation polymer of adipic acid and m-xylylenediamine or m- / p-xylylenediamine with a p-xylylenediamine content in the diamine mixture of less than 30 mol percent at spinning temperatures below 290 ° C, cooling the freshly spun filaments and drawing the filaments to more than three times their length at 70 to 90 ° C while the water content of the filaments is maintained less than 4 0 Zo.
Die vorstehend beschriebenen Polyxylylenadipinamide sind bereits bekannt, desgleichen ist es bekannt, aus diesen Fasern, die als »MXD-6«-Fasern bezeichnet werden, herzustellen (vgl. die US-PS 29 87 506, 29 97 463 und 32 00 183). Da diese Polymeren jedoch eine relativ geringe thermische Stabilität besitzen und schwierig zu handhaben sind, konnten sie nicht in zufriedenstellender Weise zur technischen Herstellung von MXD-6-Fasern eingesetzt werden.The polyxylylene adipamides described above are already known, and it is also known from these fibers, which are referred to as "MXD-6" fibers, to produce (see. US Pat 29 87 506, 29 97 463 and 32 00 183). Since these polymers, however, have a relatively low thermal stability and are difficult to use, they have not been able to use them in a satisfactory manner industrial production of MXD-6 fibers are used.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von PoIyxylylenadipinamidfasern durch Schmelzspinnen, bei dessen Durchführung keine thermische Zersetzung des geschmolzenen Materials erfolgt, Fäden mit einem hohen Weißgrad sowie mit einer hohen mechanischen Festigkeit erhalten werden.The object of the invention is therefore to create a process for the production of polyxylylene adipamide fibers by melt spinning, during which no thermal decomposition of the molten material occurs, threads with a high degree of whiteness as well as a high mechanical strength can be obtained.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs 'geschilderten Gattung dadurch gelöst, daß die Schmelze eine nichtflüchtige Hydroxylverbindung in einer Menge von 0,05 bis 0,7 Mol pro kg Polymerisat und/oder Wasser enthält, daß -die Spinntemperatur T folgende Gleichung erfüllt:In a process of the type described at the outset, this object is achieved in that the melt contains a non-volatile hydroxyl compound in an amount of 0.05 to 0.7 mol per kg of polymer and / or water, that the spinning temperature T satisfies the following equation:
265265
< 290,<290,
0)0)
5555
wobei X den Gehalt von p-Xylylendiamin in der Diamir.mischung in Molprozent bedeutet, und daß die frisch gesponnenen Fäden mittels eines Kühlgases abgekühlt werden, das mit einer Strömungsgeschwindigkeit von weniger als 1 m/s strömt.where X denotes the content of p-xylylenediamine in the diamire mixture in mol percent, and that the freshly spun threads are cooled by means of a cooling gas which flows at a flow rate of less than 1 m / s.
Durch die Einhaltung der geschilderten drei Parameter, und zwar Zusatz einer nichtflüchtigen Hydroxylverbindung in der angegebenen Menge und, oder Wasser, Einstellung der Spinntemperatur sowie Abkühlen der frisch gesponnenen Fäden mittels eines Kühlgases unter den angegebenen Bedingungen, werden beim Schmelzspinnen von Polyxylylenadipinamiden der angegebenen Art, das beispielsweise aus den genannten US-PS bekannt ist, feste Fäden mit einem hohen Weißgrad erhalten. Die Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Fäden beträgt mehr als 5 g/den. Die erhaltenen Fäden sind bei der Einhaltung der genannten Bedingungen vollständig gleichmäßig.By adhering to the three parameters described, namely the addition of a non-volatile hydroxyl compound in the specified amount and, or water, setting the spinning temperature as well Cooling the freshly spun threads by means of a cooling gas under the specified conditions in the melt spinning of polyxylylene adipamides of the specified type, for example from the said US-PS is known to obtain strong threads with a high degree of whiteness. The strength of the threads produced according to the invention are more than 5 g / den. The threads obtained are in compliance of the mentioned conditions completely evenly.
Vorzugsweise wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein hochreines Polymerisat eingesetzt. Beispielsweise wird ein Polymerisat verwendet, das den folgenden Bedingungen genügt:A highly pure polymer is preferably used to carry out the process according to the invention used. For example, a polymer is used that meets the following conditions:
1,70 ^ r,nl ^ 1.70 ^ r, nl ^
1,11 - 1,052 r
1 - 0,984 r 1.11 - 1.052 r
1 - 0.984 r
wobei i]rcl eine relative Viskosität bedeutet, welche bei 25° C unter Verwendung einer Lösung von 1 g des Polymerisats, aufgelöst in 100 ml einer 96%>igen Schwefelsäure, ist, und r das Verhältnis der Molzahl der Polyamidsalzbestandteile, wie sie bei der Herstellung des Polymeren verwendet werden, zu der Summe der Molzahl der genannten Polyamidsalzbestandteile und der Viskositätsstabilisatoren istwhere i] rcl denotes a relative viscosity which at 25 ° C. using a solution of 1 g of the polymer dissolved in 100 ml of 96% strength sulfuric acid, and r is the ratio of the number of moles of the polyamide salt constituents as used in the Preparation of the polymer used, to the sum of the number of moles of the polyamide salt constituents mentioned and the viscosity stabilizers
Molzahl der PolyamidsalzbestandteileNumber of moles of polyamide salt components
Molzahl der Polyamidsalzbestandteile -I- Molzahl der ViskositätsstabilisatorenNumber of moles of polyamide salt constituents -I- number of moles of viscosity stabilizers
)■) ■
1,11 1.11 - - 1,052 r\ 1 - 0,984 r 1.052 r \ 1 - 0.984 r ))
an, daß bei Annäherung der Größe »r« an 1 (wo kein Stabilisator verwendet wurde) ηη1 in einem weiteren Bereich gewählt werden kann. Falls r = 1 ist, sind die gewünschten Polymerisate solche mit ηΓ(!ι ~ 1.7 bis 3,6. Wird andererseits r kleiner, dann wird d>.r Bereich für »?rf(, welches zur Gewinnung von bevorzugten Polymeren gewählt werden kann, enger, und falls r nicht größer als 0,95 ist, kann die linke Seite, t]rcl = 1,7 der Formel (2) nicht befriedigt werden.indicates that when the quantity »r« approaches 1 (where no stabilizer was used) η η1 can be chosen in a wider range. If r = 1, the desired polymers are those with η Γ (! Ι ~ 1.7 to 3.6. If, on the other hand, r becomes smaller, then the d> .r range for »? Rf ( , which is selected for obtaining preferred polymers can, narrower, and if r is not larger than 0.95, the left side, t] rcl = 1.7 of the formula (2) cannot be satisfied.
13 15 19213 15 192
Weiterhin wurde die Beziehung zwischen relativer Viskosität (>/„;) und der Menge der Endgruppen der >MXD-6«-Polymeren untersucht und gefunden, daß, wenn das Ausmaß der Polymerisationsreaktion im wesentlichen bei 0,988 ± 0,03 gehalten wird, ein Polymerisat erhalten werden kann, welches die Gleichung (2) befriedigt.Furthermore, the relationship between relative viscosity (> / „;) and the amount of end groups of the > MXD-6 «polymers investigated and found that if the extent of the polymerization reaction in the is kept substantially at 0.988 ± 0.03, a polymer can be obtained which has the equation (2) satisfied.
Ferner wurde festgestellt, daß zur Gewinnung eines befriedigenden Polymeren durch Einstellung ^dieser j;rc; oder des Reaktionsausmaßes ein Verfahren, in welchem die Kondensationspolymeri&ation durch Erhitzen der Reaktionsmischung unter hohem Vakuum (wie für gewöhnlich bei der Polymerisation von Polyamiden, Polyester usw. verwendet) durchgeführt wird, vermieden werden muß. Beispielsweise kann die gewünschte Einstellung nicht mit den konventionellen Verfahren zur Herstellung von »MXD-6«-Polymeren, wie in den Ausführungsbeispielen der US-PS 27 66 221 und 29 97 463 beschrieben, bewirkt werden. It has also been found that to obtain a satisfactory polymer by adjusting ^ these j; rc; or the extent of the reaction, a method in which condensation polymerization is carried out by heating the reaction mixture under high vacuum (as usually used in the polymerization of polyamides, polyesters, etc.) must be avoided. For example, the desired setting cannot be brought about with the conventional processes for the production of “MXD-6” polymers, as described in the exemplary embodiments of US Pat. No. 2,766,221 and 2,997,463.
Es wurde festgestellt, daß die gewünschte Einstellung in einem Verfahren bewirkt werden kann, in welchem die Polykondensationsreaktion in Anwesenheit von Dampf oder Wasserdampf in Kontakt mit dem geschmolzenen Polymeren durchgeführt wird. In diesem Fall kann atmosphärischer Druck oder ein Druck leicht ober- oder unterhalb atmosphärischem Druck vorliegen. Hierdurch kann das Ausmaß der Polykondensationsreaktion beinahe theoretisch aus der Wassergleichgewichtskurve zwischen der Dampfphase und dem geschmolzenen Polymeren in der Reaktionsapparatur und aus der Kinetik der Polykondensationsgeschwindigkeit bei reversibler Reaktion (G. V. Schulz: Z. Physik Chem., A 182, 127, 1938) eingestellt werden.It has been found that the desired adjustment can be effected in a process in which the polycondensation reaction in the presence of steam or water vapor in contact with the molten polymer is carried out. In this case, atmospheric pressure or a Pressure is slightly above or below atmospheric pressure. This can reduce the extent of Polycondensation reaction almost theoretically from the water equilibrium curve between the vapor phase and the molten polymer in the reaction apparatus and from the kinetics of the rate of polycondensation with reversible reaction (G. V. Schulz: Z. Physik Chem., A 182, 127, 1938) can be set.
Eine wäßrige Lösung von adipinsaurem Xylylendiaminsalz wurde in einen Autoklav eingeführt. Das Wasser wurde allmählich entfernt, während der innere Druck unterhalb 4 bis 10.kg/cm2 bei 120 bis 180° C gehalten wurde. Nach Abschluß des Druckanstieges wurde der Autoklav verschlossen und die Temperatur auf 260 bis 280° C erhöht, und die Reaktion wurde bei einem Innendruck von 20 bis 0 kg/cm2 abgeschlossen. Das Molekulargewicht des entstandenen »MXD-6«-Polymeren (ηΤ(1 = 1,70) war ungefähr 10000. Dies ist ein Polymerisat des geringsten Molekulargewichtes, welches zufriedenstellend zu Fäden gemäß der Erfindung versponnen werden kann.An aqueous solution of xylylene adipate was placed in an autoclave. The water was gradually removed while the internal pressure was kept below 4 to 10 kg / cm 2 at 120 to 180 ° C. After the pressure increase was completed, the autoclave was closed and the temperature was increased to 260 to 280 ° C, and the reaction was completed at an internal pressure of 20 to 0 kg / cm 2 . The molecular weight of the resulting "MXD-6" polymer (η Τ (1 = 1.70) was approximately 10,000. This is a polymer of the lowest molecular weight which can be satisfactorily spun into threads according to the invention.
Um die Werte von r und 7jrPl einzustellen (d. h. im wesentlichen das Ausmaß der Reaktion) ist es unabhängig vom absoluten Wert von ηη.{ besonders wichtig, eine wesentliche Gleichgewichtsmenge Wasser in dem geschmolzenen Polymeren zu halten.In order to adjust the values of r and 7j rPl (ie essentially the extent of the reaction) it is independent of the absolute value of η η . { especially important to maintain a substantial equilibrium amount of water in the molten polymer.
Wenn die Poiymerisationsreaktion fortgeführt wird, bis. das Ausmaß der Reaktion höher als 0,992 wird, würden Nebenreaktionen komplizierten Charakters im geschmolzenen Polymeren auftreten, welche Gelbildung und/oder Verfärbung des Polymeren verursachen. Solche Nebenreaktionen stehen ebenfalls mit der Schmelzviskosität des geschmolzenen Primären in Verbindung.When the polymerization reaction continues will happen until. the magnitude of the reaction becomes higher than 0.992, side reactions would be complicated in character occur in the molten polymer, causing gelation and / or discoloration of the polymer cause. Such side reactions are also related to the melt viscosity of the molten one Primary in connection.
Vorzugsweise werden der Polymerisatschmelze unterphosphorige Säure oder Metallsalze der unterphosphorigen Säure in einer Menge von 10 bis 1000 ppm zur Verbesserung das Weißgrades zugesetzt. Von den Metallsalzen seien die Natrium-, Kalium-. Kalzium-, Zink-, Aluminium-, Mangan- oder Kobaltsalze erwähnt. Die zugesetzte Menge von 10 bis !000 ppm wird als unterphosphorige Säure berechnet. Die Zugabe erfolgt vorzugsweise vor oder während der Polykondensationsstufe, um Verfärbungen des Polymerisats während der Reaktion zu vermeiden und eine gleichmäßige Verteilung sicherzustellen. Es ist jedoch auch möglich, die genannten Verbindungen während des Schmelzens und dem Verspinnen zuzusetzen.Hypophosphorous acid or metal salts of the hypophosphorous acid are preferably used in the polymer melt Acid added in an amount of 10 to 1000 ppm to improve the whiteness. Of the metal salts are sodium and potassium. Calcium, zinc, aluminum, or manganese Cobalt salts mentioned. The amount of 10 to 1,000 ppm added is calculated as hypophosphorous acid. The addition is preferably carried out before or during the polycondensation stage in order to avoid discoloration to avoid the polymer during the reaction and to ensure uniform distribution. However, it is also possible to use the compounds mentioned during the melting and the To add spinning.
ίο Von den erfindungsgemäß einsetzbaren nichtflüchtigen Hydroxylverbindungen seien aliphatische Alkohole, beispielsweise Propyl-, Butyl- oder Octylalkohol, Äthylenglykol, Glyzerin, Pentaerythrit, Neopentylglykol, Pyrogallol oder Cyclohexylalkohol, Saccharide, beispielsweise Glukose oder Cellobiose, oder Mischungen davon erwähnt. Der Zusatz dieser Verbindungen erfolgt in einer Menge von 0,05 bis 0,7 Mol/kg des Polymerisats, da bei einer Verwendung in einer Menge außerhalb dieses Bereiches eine Gelbildung auftreten kann.ίο Of the non-volatile that can be used according to the invention Hydroxyl compounds are aliphatic alcohols, for example propyl, butyl or octyl alcohol, Ethylene glycol, glycerine, pentaerythritol, neopentyl glycol, Pyrogallol or cyclohexyl alcohol, saccharides, for example glucose or cellobiose, or mixtures thereof are mentioned. These compounds are added in an amount of from 0.05 to 0.7 mol / kg of the polymer, since when used in an amount outside this range a Gel formation can occur.
Der Wassergehalt kann beispielsweise beim Verspinnen eines Polymeren mit einer relativen Viskosität ηΓίΙ von ungefähr 2,0 bei 275° C 0,14 Mol/kg des Polymeren betragen.The water content can for example be 0.14 mol / kg of the polymer when spinning a polymer with a relative viscosity η ΓίΙ of approximately 2.0 at 275 ° C.
Die nichtvers-treokten Fäden werden nach dem Verspinnen und Abkühlen auf die 3- bis 5fache Länge bei 70 bis 90° C verstreckt, während der Wassergehalt unter 4°/o gehalten wird, vorzugsweise bei ungefähr 3 0Zo. Falls gewünscht, können die verstreckten Fäden in konventioneller Weise fixiert werden. Wenn der Wassergehalt in den Fäden 4 % übersteigt, treten oft unerwünschte Überstreckphänomene auf. Wenn die Feuchtigkeit weiter zunimmt, kristallisiert der Faden und wird schwierig zu verstrecken. DieAfter spinning and cooling, the non-entangled threads are drawn to 3 to 5 times their length at 70 to 90 ° C., while the water content is kept below 4%, preferably at about 3 0 zo. If desired, the drawn threads can be set in a conventional manner. If the water content in the threads exceeds 4%, undesirable over-stretching phenomena often occur. If the humidity continues to increase, the thread will crystallize and become difficult to draw. the
3S Verstreckung und die Wärmenxierung können auf die übliche Weise durchgeführt werden (beispielsweise wie in der US-PS 32 00 183).3S stretching and heat fixation can be applied to carried out in the usual manner (for example, as in US Pat. No. 3,200,183).
Die Qualität des Polymerisates und die Güte des Schmelispinnens können durch die Zahl der Knoten in den verstreckten Fäden und auch durch die Verstreckbarkeit bewertet werden. Den wichtigsten Faktor bilde* die Absolutmenge an in den Fäden enthaltenem, abgebautem Polymeren. Dies kann auch durch die Menge an unlöslichem Polymeren beurteilt wer-The quality of the polymer and the quality of the melt spinning can be determined by the number of knots in the drawn threads and also by the drawability. The most important factor form * the absolute amount of degraded polymer contained in the threads. This can also be done by assess the amount of insoluble polymer
<5 den, wenn der Faden in Ameisensäure aufgelöst wird. Die relative Messung kann durch Messung der Huoreszenzintensität der Polymerisat-Lösung (in Ameisensäure) durchgeführt werden.<5 den when the thread is dissolved in formic acid. The relative measurement can be made by measuring the fluorescence intensity of the polymer solution (in formic acid) be performed.
Der in Ameisensäure unlösliche Anteil ist ein GeI-The part which is insoluble in formic acid is a gel
jo Polymerisat, welches erzeugt wird, wenn eine Sekundär- oder Nebenreaktion in einem gewissen Ausmaß aufgetreten ist. Sogar bei in Ameisensäure löslichen Polymeren tritt Fluoreszenz auch auf, wenn eine Nebenreaktion stattgefunden hat. Es wird angenom-jo polymer, which is produced when a secondary or side reaction has occurred to some extent. Even those soluble in formic acid In polymers, fluorescence will also occur if a side reaction has taken place. It is assumed
;>5 men, daß die Fluoreszenz durch die Anwesenheit von durch die Nebenreaktion gebildeter heterogener Doppelbindungen verursacht wird. Es wurde gefunden, daß der durch Addition von untetphosphoriger Säure zur Polymerisatschmelze hergestellte Faden nicht nur ausgezeichnet hinsichtlich des Weißgrades ist, sondern auch eine geringe Fluoreszenzintensität im Vergleich zu Polymeren ohne den genannten Zusatz aufweist. Daher wird angenommen, daß dieser Zusatz auch eine positive Wirkung zur Verhinderung des Auftretens von Sekundärreaktionen aufweist.;> 5 men that the fluorescence is due to the presence of heterogeneous double bonds formed by the side reaction caused. It has been found that the by addition of sub-phosphoric acid thread produced for polymer melt is not only excellent in terms of whiteness, but also has a low fluorescence intensity compared to polymers without the additive mentioned. Therefore, it is believed that this additive also has a beneficial effect in preventing the Has the occurrence of secondary reactions.
Die in den verstreckten Fäden beobachteten Knoten stellen einen lokalen, dicken Teil mit einem ungefähr 1,5- bis 2fachen Durchmesser gegenüber demThe knots observed in the drawn threads represent a local, thick part with an approximate 1.5 to 2 times the diameter compared to the
18 15 1S218 15 1S2
normalen Teil der Fäden dar und besitzen eine Länge von weniger als einige mm. Es ist bekannt, daß solche Knoten in Polyamidfäden und anderen synthetischen Fäden auftreten, juloch in einer Größenordnung von nur 0 bis 5 Knoten pro 10° m. Im Falle eines Polyxylylenadipinamids besteht jedoch eine starke Neigung, daß Geibildung während ues Schmelzspinnen auftritt, so daß es üblich war, das konventionelle »MXD-6<--Fäden Knoten in einer Größenordnung von einigen Hundert oder einigen Tausend Knoten pro 10nm besitzen. Um die Knotenbildung zu verhindern, ist die Anwesenheit und die Menge der Hydroxylverbindung im geschmolzenen Zustand sehr wichtig. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, »MXD-o«-Fäden mit einer Knotenzahl unter 15 pro 10fi m herzustellen.normal part of the threads and are less than a few mm in length. It is known that such knots occur in polyamide threads and other synthetic threads, but on the order of only 0 to 5 knots per 10 degrees. However, in the case of a polyxylylene adipamide, there is a strong tendency for gelation to occur during melt-spinning, so it is was common to the conventional "MXD-6 <- threads nodes in the order of a few hundred or a few thousand nodes per 10 n are m. In order to prevent the formation of knots, the presence and amount of the hydroxyl compound in the molten state is very important. In the novel process it is possible, "MXD-o" filaments with a number of nodes below 15 per 10 m fi manufacture.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP8173567 | 1967-12-19 |
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