DE2236975C3 - Process for the production of polyamides by polymerizing lactams - Google Patents
Process for the production of polyamides by polymerizing lactamsInfo
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Description
O = CO = C
C=XC = X
R-C N-R1 RC NR 1
R CR C
itit
verwendet, in welcher R ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, R1 entweder R oder ein Aryl- oder ein Methoxyarylrest und X ein Sauerstoffatom oder Schwefelatom ist.is used in which R is an alkyl radical having 1 to 18 carbon atoms, R 1 is either R or an aryl or methoxyaryl radical and X is an oxygen atom or sulfur atom.
Die anionische Polymerisation von Lactamen, z. B. i-Caprolactam, wird durch starke Basen, wie Alkalimctallsalze des entsprechenden Lactams, katalysiert. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist jedoch nur bei verhältnismäßig hohen Temperaturen von etwa 250 C genügend hoch, so daß der Schmelzpunkt des gebildeten Polyamids überschritten wird.The anionic polymerization of lactams, e.g. B. i-caprolactam, is made by strong bases such as alkali metal salts of the corresponding lactam. However, the speed of reaction is only proportionate high temperatures of about 250 C high enough so that the melting point of the formed Polyamide is exceeded.
Die Polymerisationsgeschwindigkeit kann durch Zusatz von Co-Katalysatoren. wie Diacylaminen. 3-KetoacyIamiden oder Isocyanaten, die eine acylierendc oder carbamoylierende Aktivität besitzen, wesentlich erhöht werden, so daß die Polymerisation unterhalb des Schmelzpunktes des entstehenden Polyamids durchgeführt werden kann. Auf diese Weise lassen sich große Gießkörper durch Polymerisation in einer Form herstellen, wobei keine durch Erstarren der Schmelze hervorgerufenen Blasen und Hohlräume • uftreten.The rate of polymerization can be increased by adding cocatalysts. like diacylamines. 3-KetoacyIamiden or isocyanates, which have an acylating c or have carbamoylating activity, be increased significantly, so that the polymerization below the melting point of the resulting polyamide can be carried out. In this way, large castings can be polymerized in a shape without any bubbles or voids caused by the solidification of the melt • step on.
Diese Co-Katalysatoren besitzen jedoch auch gewisse Nachteile. Die eine Imidgruppe enthaltenden Verbindungen sind gegen Basen empfindlich, so daß Nebenreaktionen auftreten, durch welche der Co-Katalysy tor verbraucht wird. Das Polymer-Monomer-Cileichgewicht kann daher nur innerhalb von ziemlich engen Grenzen der Reaktionsbedingungen erreich! ho werdenHowever, these cocatalysts also have certain disadvantages. Those containing an imide group Compounds are sensitive to bases, so that side reactions occur through which the co-catalysis tor is consumed. The polymer-monomer weight can therefore only be achieved within fairly narrow limits of the reaction conditions! ho will
Dieser Nachteil kann teilweise durch Anwenduni; eines mehr als zwei Komponenten umfassenden Katalysators, z. B. nach der CS-PS 1 3S 160. beseitigt werden: solche Systeme sind jedoch ziemlich kompliziert. Aklivatoren wie .^-Oxocarbonsäureamide (s. CS-PS 1 43 675) zeigen eine längere Wirkung: ihre cokalaU-tische Aktivität ist jedoch sehr hoch, so daß die Polymerisationsgeschwindigkeii ähnlich wie bei den Isocyanaten - bereits bei 150 C beträchtlich ist Dadurch wird die i.ur Füllung von Formen zur Verfügung stehende Zeit beschränkt, und die F.inhaltun» eines adiabatischen Verlaufes der Polymer isation ist schwierig, insbesondere wenn schnell pohmerisicrende Lactame, wie Capryllactam oder Laurinlactam. polymerisiert werden. Die zur Herstellung von zähen GieÜ-körpern häufig benutzten Polyisocyanate haben den , beträchtlichen Nachteil, krebserregende Higenschafien zu besitzen.This disadvantage can partly be attributed to applicants; a catalyst comprising more than two components, z. B. after the CS-PS 1 3S 160. be eliminated: such systems are quite complicated. Activators such as. ^ - oxocarboxamides (see CS-PS 1 43 675) have a longer effect: their cokalaU tables However, the activity is very high, so that the polymerization rate similar to the Isocyanates - is already considerable at 150 C This limits the time available for filling molds, and the contents an adiabatic course of the polymerization is difficult, especially if pohmerisicrende quickly Lactams such as caprylic lactam or laurolactam. polymerized will. For the production of tough cast iron bodies Frequently used polyisocyanates have the considerable disadvantage of carcinogenic properties to own.
Ferner sind aus den DT-OS 15 95 61 7 und 19 50 >9o Verfahren zur anionischen Polymerisation \<>n Lactamen mit mehr als 6 Ringgliedern in Gegenwart üblicher alkalischer Katalysatoren und Co-Katalvsatoren bekannt, nämlich isocyanursäure-Verbindungen bzw. eines Gemisches aus Polycarbodiimiden und beispielsweise Acetylcaprolactam oder 2,3-Dioxo-2.3. 5,6,7,8-hexahydrooxazolo-(3,2-alpha)-azepin. niese bekannten Verfahren befriedigen jedoch nicht hinsichilich der Ausbeute bzw. der Aktivität der Co-Kaiahsatoren. Furthermore, from DT-OS 15 95 61 7 and 19 50> 9o Process for the anionic polymerization of lactams with more than 6 ring members in the presence common alkaline catalysts and co-catalysts known, namely isocyanuric acid compounds or a mixture of polycarbodiimides and, for example, acetylcaprolactam or 2,3-dioxo-2.3. 5,6,7,8-hexahydrooxazolo- (3,2-alpha) -azepine. sneezes known However, processes are not satisfactory in terms of the yield or the activity of the co-catalysts.
In der US-PS 34 10 833 wird ein Verfahren zur Polymerisation von Lactamen mit 7 bis 13 Ringgliedern in Gegenwart eines alkalischen Katalysators beschrieben, wobei als Co-Katalysator ein Reaktionsprodukt von Oxalylchlorid mit einem Lactam \erwendet wird. Die anfallenden Polyamide sind jedoch gefärbt und vernetzt, demgemäß unlöslich und unschmelzbar und lassen sich nicht nach üblichen Methoden weiterverarbeiten.In US-PS 34 10 833 a process for the polymerization of lactams with 7 to 13 ring members is in the presence of an alkaline catalyst, a reaction product of oxalyl chloride with a lactam being used as a co-catalyst will. The polyamides obtained are colored and crosslinked, however, and are accordingly insoluble and infusible and cannot be further processed using conventional methods.
Die geschilderten Nachteile werden nun erlinduiiiisgemäß durch ein Verfahren überwunden, bei dem Polyamide durch Polymerisation von Lactamen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen im Ring in Gegenwart \on basischen Katalysatoren und in Gegenwart \on Co-Kalalysatoren. welche sechsgliedrige heterocyclische N-substituierle Ringe enthalten, hergestellt weiden. wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist. daß man als Co-Katalysatoren Verbindungen der allgemeinen FormelThe disadvantages outlined will now be explained in accordance with the present invention overcome by a process in which Polyamides by polymerization of lactams with 3 to 12 carbon atoms in the ring in the presence of basic catalysts and in the presence of Co-catalysts. which contain six-membered heterocyclic N-substituted rings. this method being characterized. that as cocatalysts compounds of the general formula
R RR R
R-C
RRc
R.
C — X
N-R,C - X
NO,
ij
Oij
O
verwendet, in welcher R ein Alkylrest mit I bis i S Kohlenstoffatomen. R1 entweder R oder ein Aryl- oder ein Methoxyarylrcsi und X ein Sauerstoffatom oder Schwefelatom ist.used, in which R is an alkyl radical with I to i S carbon atoms. R 1 is either R or an aryl or a methoxyaryl and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
Die Polymerisation mit den erhndungsgemäß verwendeten Co-Katalysaioren verläuft langsamer als mit Imiden. Isocyanaten oder 3-Oxamidcn (vgl. CS-PS 43 675). Dadurch wird die Topfdauer, das ist die Zeit zwischen dem Iniliieren des Monomeren und der l-.rliäruing der Masse, bis zu der die Füllung der Form stattgefunden haben muß. verlängert und die Herstellung von hochwertigen Abgüssen bzw. Gießkörperti erleichtert. Fin weiterer Vorteil liegt darin, daß die kanzerogenen Polyisocyanate, die bislang /umThe polymerization with the co-catalysts used according to the invention proceeds more slowly than with imides. Isocyanates or 3-oxamides (cf. CS-PS 43 675). This will reduce the pot life, that is the Time between the iniling of the monomer and the l-.rliäruing of the mass, up to the filling of the mold must have taken place. extended and the production of high-quality castings or cast bodies facilitated. Another advantage is that the carcinogenic polyisocyanates that have previously been used
Erreichen von hohen Polymerisationsgraden und hoher Zähigkeit verwendet werden mußten, durch unschädliche Substanzen ersetzt werden können.Achieving high degrees of polymerization and high toughness had to be used by harmless substances can be replaced.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch keineswegs auf die Herstellung von hochmolekularen Polyamiden beschränkt. Der Polymerisationsgrad und daher auch die Viskosität der Schmelze läßt sich in bekannter Weise durch Zusatz von Carbonsäureamiden oder Sulfonamiden kontrollieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch zu anderen Zwecken als nur zur Herstellung von großen Gießkörpern anwendbar, z. B. zum kontinuierlichen Strangpressen von Stamien. Rohren oder Profilen nach der CS-PS 97 332.However, the inventive method is by no means limited to the production of high molecular weight polyamides. The degree of polymerization and therefore the viscosity of the melt can also be adjusted in a known manner by adding carboxamides or sulfonamides control. The method according to the invention is therefore also suitable for other purposes as only applicable for the production of large castings, z. B. for continuous extrusion of stems. Pipes or profiles according to CS-PS 97 332.
Da die erfindungsgemäß verwendeten Co-Kalalysatoren eine verhältnismäßig lange Lebensdauer in der polymerisierenden Mischung besitzen, kann man dieselben auch für zweistufige Polymerisationen anwenden, wobei die Polymerisate bereits bei niedrigeren Konversionsstufen geformt werden, worauf die Polymerisation in dem Formling vollendet wird (vgl. hierzu die CS-PS 1 13 971).Since the Co-Kalalysatoren used according to the invention one can have a relatively long life in the polymerizing mixture also apply for two-stage polymerizations, the polymers already at lower Conversion stages are formed, whereupon the polymerization in the molding is completed (see the CS-PS 1 13 971).
Die erfindungsgemäß verwendeten Co-Katalysatoren sind für die meisten Verfahren der anionischen Polymerisation von Lactamen geeignet. Diese Vielseitigkeit ist für die industrielle Praxis von großer Bedeutung.The cocatalysts used according to the invention are anionic for most processes Suitable for the polymerization of lactams. This versatility is of great importance for industrial practice Importance.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in nachstehenden Beispielen näher erläutert. Sämtliche Teile und Prozentsätze sind als Gewichtsteile gemeint, falls anderes nicht angegeben ist.The process according to the invention is explained in more detail in the examples below. All parts and percentages are meant as parts by weight unless otherwise specified.
Polymerisat enthielt 91% Polycapronamid mit einer Viskositätszahl von 2.14.The polymer contained 91% polycapronamide with a viscosity number of 2.14.
Analoge Ergebnisse wie in den Beispielen 1. 2 und 3 wurden erzielt, wenn als Co-Katalysatoren 1-Phenyl-, l-(p-Methoxy)- oder l-(p-Tolyl)-3,3,5.5-tetramethyl-2,4,6-piperidintrion unter denselben Bedingungen verwendet wurden.Results similar to those in Examples 1, 2 and 3 were obtained when 1-phenyl-, 1- (p-methoxy) - or 1- (p-tolyl) -3,3,5,5-tetramethyl-2 , 4,6-piperidintrione were used under the same conditions.
Eine Mischung aus 25% y-Methylcaprolactam und 75% Caprolactam wurde bei 175'1C in Gegenwart von 0,3 Molprozent Natrium, 0,3 Molprozent 1-Dodecyl-3,3,5,5-tetramethyl-2,4,6-piperidintnon und 0.1 Molprozent l,3,5,5-Tetramethyl-2,4,6-piperidintrion polymerisiert. Nach 60 Minuten enthielt das Polymerisat eine beinahe theoretische Gleichgewichtsmenge an Mischpolyamid.A mixture of 25% γ-methylcaprolactam and 75% caprolactam was at 175 ' 1 C in the presence of 0.3 mol percent sodium, 0.3 mol percent 1-dodecyl-3,3,5,5-tetramethyl-2,4,6 -piperidintnon and 0.1 mol percent l, 3,5,5-tetramethyl-2,4,6-piperidintrione polymerized. After 60 minutes the polymer contained an almost theoretical equilibrium amount of mixed polyamide.
0,29 Molprozent Natriumhydrid und 0.3 Molprozent 1 -Octadeeyl^^S^-tetramethyl^Ao-piperidintrion wurden in einer Mischung von geschmolzenem Caprolcctam (75%) und Laurinlactam (25%) gelöst. Nach 60 Minuten bei 160 C wurde ein sehr helles Polymerisat erhalten, das eine beinahe theoretische Menge an Polymeren! enthielt.0.29 mole percent sodium hydride and 0.3 mole percent 1-octadeeyl ^^ S ^ -tetramethyl ^ Ao-piperidintrione were melted in a mixture of Caprolactam (75%) and laurolactam (25%) dissolved. After 60 minutes at 160 ° C. it became very light Obtained polymer containing an almost theoretical amount of polymer! contained.
Beispiel 8 0.3 Molprozent Natriumsalz des Caprolactams undExample 8 0.3 mole percent sodium salt of caprolactam and
0.3 Molprozent Caprolactam-Natriumsalz wurden bei 100 C in geschmolzenem Caprolactam gelöst, worauf 0,2 Molprozent l-Äthyl-3,3.5.5-tetrainelhyl- js 2.4.6-piperidintrion zugesetzt wurden. Die Lösung wurde 30 Minuten bei 175"C gehalten. Die Schmelze erstarrte binnen etwa 5 Minuten. Das Polymerisat enthielt 97% sehr helles Polycapronamid mit einer Viskositätszahl von 5,77 (in Kresol), entsprechend einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 1068.0.3 mol percent of caprolactam sodium salt was dissolved in molten caprolactam at 100 C, whereupon 0.2 mole percent l-ethyl-3,3.5,5-tetrainelhyl- js 2.4.6-piperidintrione were added. The solution was held at 175 ° C. for 30 minutes. The melt froze in about 5 minutes. The polymer contained 97% very light-colored polycapronamide with a Viscosity number of 5.77 (in cresol), corresponding to an average degree of polymerization of 1068.
Die im Beispiel 1 beschriebene Umsetzung wurde mit 0,324 Molprozent Lactam-Natriumsalz und 0,322 Molprozent desselben Co-Katalysators wiederholt. Das Gemisch wurde erst 5 Minuten auf 210' C erhitzt und dann 25 Minuten bei 175" C gehalten. Das Polymerisat enthielt dann 95,6% eines fast weißen Polyamids mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 872.The reaction described in Example 1 was carried out with 0.324 mol percent lactam sodium salt and 0.322 mole percent of the same co-catalyst repeated. The mixture was only at 210 ° C. for 5 minutes heated and then kept at 175 ° C. for 25 minutes. The polymer then contained 95.6% of an almost white one Polyamide with an average degree of polymerisation of 872.
Eine Polymerisationsmischung mit 0.29 Molprozent Natrium und 0,304 Molprozcnt des im Beispiel ! angegebenen Co-Katalysators wurde bei 152 C polymerisiert. Binnen 16 bis 17 Minuten war das Gemisch erstarrt, und nach 60 Minuten bei derselben Temperatur enthielt es 97,5% eines sehr hellen Polycapmnamids mit einer Viskositätszahl von 6,03.A polymerization mixture with 0.29 mol percent sodium and 0.304 mol percent of that in the example! specified co-catalyst was polymerized at 152 ° C. The mixture had solidified within 16 to 17 minutes, and after 60 minutes at the same temperature it contained 97.5% of a very light-colored Polycapmnamids with a viscosity number of 6.03.
Eine Lösung von 0,305 Molprozent Natrium und 0,9 Molprozent des im Beispiel 1 angegebenen Co-Katalysators in geschmolzenem Caprolactam wurde 30 Minuten bei 210 C gehalten. Das so erhalteneA solution of 0.305 mole percent sodium and 0.9 mole percent of the cocatalyst given in Example 1 in molten caprolactam was held at 210 ° C. for 30 minutes. The thus obtained
0.3 Molprozent Natriumsa p0.3 mole percent sodium sa p
0.3 Molprozent des im Beispiel 1 angegebenen Co-Katalysators wurden in geschmolzenem Caprolactam gelöst. Die Mischung wurde 120 Minuten lang auf 160 bis 163 C erwärmt. Das Polymerisat enthielt eine last theoretische Gleiehgewichtsmenge an PoK-0.3 mol percent of the cocatalyst given in Example 1 was in molten caprolactam solved. The mixture was heated to 160-163 ° C for 120 minutes. The polymer contained a load theoretical equilibrium weight at PoK-
amid.amide.
Ein ähnliches Ergebnis wurde mit Laurinlactam erhalten, wenn dieselbe Menge an l-Äthyl-3.3,5.5-tetramethyl-2.4.6-piperidintrion oder l-Äthyl-SJ.S.S-tetramethyl-2-thio-4,6-piperidindion unter gleichen Bedingungen angewandt wurde.A similar result was obtained with laurolactam when the same amount of l-ethyl-3.3,5.5-tetramethyl-2.4.6-piperidintrione or 1-ethyl-SJ.S.S-tetramethyl-2-thio-4,6-piperidinedione was applied under the same conditions.
1 Molprozent Pyrrolidon-Natriumsalz (hergestellt aus Pyrrolidon und Natriumhydrid) und 1 Molprozent 1 J.S-Triäthyl-S^-dimethyl^^.ö-piperidintrion wurden bei 80"C in Pyrrolidon gelöst. Nach 24 Stunden bei 30 C wurden etwa 15% Polypyrrolidon erhalten, wogegen ohne Co-Katalysator praktisch keine Polymerisation stattfand (die Konversion vv;u niedriger als 1%).1 mole percent pyrrolidone sodium salt (made from pyrrolidone and sodium hydride) and 1 mole percent 1 J.S-Triäthyl-S ^ -dimethyl ^^. Ö-piperidintrione were dissolved in pyrrolidone at 80 "C. After 24 hours At 30 ° C., about 15% polypyrrolidone was obtained, whereas without a cocatalyst, practically none Polymerization took place (the conversion vv; u lower than 1%).
0.5 Molprozent 1.3,3,5.5-Pcntamethyl-2,4.6-piperidintrion und 0.5 Molprozent Butyllithium wurden in einer 5%igcn Lösung von Trimcthylenpropiolactam in wasserfreiem Dimethylsulfoxid gelöst. Nach 30 Minuten bei 30 C wurde das Polyamid mit Diäthyläther gefällt und mit einer beinahe theoretischen Ausheute isoliert.0.5 mole percent 1,3,3,5,5-pintamethyl-2,4,6-piperidinetrione and 0.5 mole percent butyllithium were in a 5% solution of trimethylene propiolactam dissolved in anhydrous dimethyl sulfoxide. After 30 minutes at 30 ° C., the polyamide was treated with diethyl ether like and isolated with an almost theoretical appearance.
VergleichsversucheComparative experiments
I. Caprolaclam wurde 10 Minuten lang bei 175 C in Gegenwart von 0,4 Molprozent Natriumcaprolactamat und 0,134 Molprozent 1.3,5-Triälhyl-s-triazin-2.4.6-trion (DT-OS 15 95 617) bzw. 1-Äthyl-3.3.5.5-lctramelhyl-2,4,6-pipcridintrion als Co-Kataly-I. Caprolaclam was for 10 minutes at 175 ° C in the presence of 0.4 mole percent sodium caprolactamate and 0.134 mole percent 1,3,5-triethyl-s-triazine-2.4.6-trione (DT-OS 15 95 617) or 1-ethyl-3.3.5.5-lctramelhyl-2,4,6-pipcridintrione as a co-catalyst
sator polymerisiert. Die Ausbeulen an Polyamid sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.polymerized. The buckling of the polyamide is shown in the following table.
Cii-KataNsalorCii catalog
1.3.:-Triäthyl-s-triazin-2,4.6-trion
(DT-OS 15 95 617)1.3.:- Triethyl-s-triazine-2,4.6-trione
(DT-OS 15 95 617)
l-Äthyl-3,3,5.5-tetramethyl-2.4.6-piperidintrion (erfindungsgemäß)l-ethyl-3,3,5.5-tetramethyl-2.4.6-piperidintrione (according to the invention)
I'> >h LiI '>> h Li
pro/cnl ιpro / cnl ι
1.01.0
46.946.9
11. Es wurde die Topfzeit eines 0.3% Natriumcaprolactam und 0,3% Co-Katalysaior enthaltenden PoIymerisalionsgcmisches ermittelt, wobei einmal 1-Athyl-3.3.5,5-tetramethyl-2,4,6-piperidinlrion und das andere Mal ein Gemisch (70: 30) aus Acetylcaprolactam und Poly-ldimethylpheiiyO-carbodiimid als Co-Katalysator verwendet wurde. Die Ergebnisse sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.11. The pot life of a polymerisation mixture containing 0.3% sodium caprolactam and 0.3% co-catalyst was determined determined, once 1-ethyl-3.3.5,5-tetramethyl-2,4,6-piperidinlrion and the other time a mixture (70:30) of acetylcaprolactam and poly-ldimethylpheiiyO-carbodiimide as co-catalyst has been used. The results are shown in the table below.
trion (erfindungsgemäß)trion (according to the invention)
Gemisch (70 : 30) von Acetylcaprolaciam 25
-r Poly-(dimethylphenyl)-carbodiimid
ίο (DT-OS 19 50 590)Mixture (70:30) of acetylcaprolaciam 25
-r poly (dimethylphenyl) carbodiimide
ίο (DT-OS 19 50 590)
Diese zeigen, daß die Polymerisation von C'aprolactam in Gegenwart des erfindungsgemaß \er\\endeten Co-Katafysators schneller verlauft als eine ent-These show that the polymerization of C'aprolactam in the presence of the invention \ he \\ ended Co-catalytic converter runs faster than a
IS sprechende Polymerisation in Gegenwart eines Gemisches der wirksamsten Co-Katalysatoren der DT-OS 19 50 590. Dabei weist der erfindungsgemaß verwendete Co-Katalysator gerade eine solche Wirksamkeit auf. daß in der Praxis beim Polymerisationsgießen ein optimaler Wert erzielt wird. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren keine weiteren Komponenten zugegeben werden müssen, ist dieses Verfahren gegenüber der Lehre der DT-OS 19 50 590 auch einfacher.IS speaking polymerization in the presence of a mixture of the most effective co-catalysts of DT-OS 19 50 590. The one used according to the invention has Co-catalyst is just as effective. that in practice in polymerization casting an optimal value is achieved. Since no further components are added in the process according to the invention this procedure is also easier compared to the teaching of DT-OS 19 50 590.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (4)
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CS547871 | 1971-07-27 | ||
CS548171 | 1971-07-27 | ||
CS547871A CS156173B1 (en) | 1971-07-27 | 1971-07-27 |
Publications (3)
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