DE2755188C3 - Polypyrrolidongemisch und dessen Verwendung zum Schmelzspinnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Polypyrrolidongemisch, das gekennzeichnet ist durch einen Hauptanteil aus festem Poly-2-pyrrolidon und 0,1 bis 1 Gew.-% eines Alkylepoxids mit weniger als etwa 60 Kohlenstoffatomen, bezogen auf das Poly-2-pyrrolidon, sowie die Verwendung dieses Gemischs zum Schmelzspinnen.

Durch den Zusatz des Alkylepoxids wird erfindungsgemäß die Wärmebeständigkeit von Poly-2-pyrrolidon bei Schmelzspinntemperaturen verbessert.

Poly-2-pyrrolidon wird in der Textilindustrie als vorteilhafte Synthetikfaser verwendet. Das als Schmelze verspinnbare weiße Polymerisat in fester Form wird hergestellt durch eine alkalisch katalysierte Polymerisation von 2-Pyrrolidon in Gegenwart von Kohlendioxid (siehe US-PS 37 21 652).

Das auf diese Art und Weise gewonnene Polypyrrolidon wird durch Verspinnen aus Mehrlochspinndüsen zu Fäden schmelzgesponnen. Bei diesem Schmelzspinnen wird die Polymermischung in geschmolzenem Zustand bei einer Temperatur extrudiert, die im allgemeinen über etwa 270° C liegt. Der Extrudiervorgang muß sorgfältig ausgeführt werden, da das Polymerisat dazu neigt, durch Wärme abgebaut zu werden und sich zu einem Monomer zurückzubilden. Ein derartiger Abbau führt zu einem Extrudat, das Schaum oder Blasen aufweist. Bei dem Versuch, die Extrudierung bei wesentlich niedrigeren Temperaturen unter Vermeidung der Wärmezersetzung durchzuführen, ergeben sich Fasern von geringerer Reißfestigkeit. Demzufolge kann man bei effektivem Schmelzspinnen von Polypyrrolidon entweder danach trachten, die Wärmebeständigkeit des Polymers zu steigern oder die Extrudierbarkeit der Polymermasse zu verbessern.

In dem erfindungigemäßen Polypyrrolidongemisch wird die Wärmebeständigkeit von Poly-2-pyrrolidon bei Schmelztemperaturen wesentlich durch die Beigabe eines Alkylepoxids mit weniger als etwa 60 Kohlenstoffatomen verbessert. Vorzugsweise werden Alkylepoxide der folgenden allgemeinen Formel verwendet:

RCH

CHR'

(D

worin R Wasserstoff, eine Alkylgruppe oder eine Epoxyalkylgruppe und R' eine Alkyl-, Polyalkylenoxide Epoxyalkyl-, Epoxypolyalkylenoxid-, Alkylester-, Epoxyalkylester-, Hydroxyalkyl- oder Hydroxyalkylestergruppe ist

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Polypyrrolidongemisches wird eine brauchbare Synthetikfaser bei einer Schmelztemperatur im Bereich von etwa 260 bis 280⁰C, vorzugsweise unter 275° C, und besser noch unter etwa 270° C, schmelzgesponnen.

ίο Die im erfindungsgemäßen Polypyrrolidongemisch enthaltenen Alkylepoxide sind Alkylverbindungen, die als funktioneile Gruppen im Sinne der Erfindung einen oder mehrere Oxiran- oder Oxetanringe enthalten, und weisen vorzugsweise die vorstehende allgemeine Formel I auf.

In der Formel I sind die »Alkylgruppen« der Alkylsubstituenten R und R' und in den Epoxyalkyl- und Alkylestergruppen usw. niedere oder höhere Alkylgruppen mit weniger als 60 Kohlenstoffatomen und umfassen alle geometrischen und Substitutionsisomere in der Gruppe der 60 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkylgruppen wie Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, t-Butyl-, Hexyl-, Nonyl-, Dodecyl-, Pentadecyl-, Octadecyl-, Eicosyl-, Pentacosyl- und Triacontylgruppen.

Wenn R' eine Alkylgruppe ist, sind die Alkylepoxide Epoxialkane, wie Epoxioctadecan und Epoxipentacosan, vorzugsweise 1,2-Epoxialkane, wie sie durch Epoxidation von «-Olefinen gewonnen werden. Die »Polyalkylenoxidgruppe« des Polyalkylenoxidsubstituenten und der Epoxipolyalkylenoxidgruppe ist vorzugsweise eine Polyäthylen- oder Polypropylenoxidgruppe mit weniger als etwa 60 Kohlenstoffatomen. Die Epoxipolyalkylenoxidgruppe ist ein Polyalkylenoxidsubstituent mit endständiger Epoxidgruppe. In diesem Falle wird das bevorzugte Alkylepoxid im allgemeinen als »Polyalkylenglycoldiepoxid« oder »Polyglycoldiepoxid« bezeichnet Die »Epoxialkylgruppe« des Epoxialkylsubstituenten und der Epoxialkylestergruppe enthält die obenerwähnte Alkylgruppe, weist aber wenigstens einen Oxiranring auf. Die »Epoxialkylgruppe« kann einen kleinen, aber ins Gewicht fallenden, auf unvollständige Epoxidation der olefinischen Vorstufe zurückgehenden, unepoxidierten, nicht aromatischen ungesättigten Anteil enthalten. Dieser ungesättigte Anteil ist unwichtig. Die »Alkylestergruppe« des Alkylestersubstituenten, der Epoxyalkylester- und der Hydroxyalkylestergruppe können ein Mono-, Di- oder Polyesterrest sein, so daß das erfindungsgemäß eingesetzte Alkylepoxid ein epoxidierter Mono-, Dioder Polyester ist. Vorzugsweise ist er ein Mono-, Dioder Triester. Die Alkylestergruppe hat weniger als etwa 60 Kohlenstoffatome. Zum Beispiel umfassen derartige Ester Epoximethyloleat, Epoxihexyllinoleat und Epoxiölsäuremono-, -di- oder -triglyzeride; aber auch glycididartige Ester wie die Ester von Glycidol, sowie Hydroxyester, wie Epoxyricinoleat oder gemischte Ester epoxidierter Fettsäuren einschließlich der Glyceride, wie cpoxidiertes Sojabohnenöl, epoxidiertes Leinöl und epoxidiertes Sonnenblumenöl. Epoxidierte Ester der Ci6-C2o-Fettsäuren und Ci — Qo-Alkanole stellen eine bevorzugte Klasse der Alkylepoxide dar. Als Fettsäuren enthalten sie zweckmäßig ölsäure und/oder Linolsäure. In den in der Natur vorkommenden Glyceriden treten auch geringere Mengen gesättigter Fettsäureglyceride, wie Stearate und Palmitate auf, sie dürften jedoch für die Erfindung weder einen materiellen Vorteil noch einen Nachteil darstellen.

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Die »HydroxyalkyJgruppen« einschließlich der Tabelle I Epoxyhyaroxyalkylsubstituenten enthalten weniger als etwa 60 Kohlenstoffatome und umfassen vorzugsweise Mono-, Di- und Trihydroxyalkyl- oder Epoxyalkylgruppen.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Alkylepoxide weisen normalerweise einen Oxiransauerstoffgehalt von etwa 2 bis 5 bis zu etwa 10 bis 15 Gewichtsprozent auf. Derartige Alkylepoxide sind bekannte Verbindungen oder lassen sich nach bekannten Verfahren synthetisch herstellen.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des PoIypyrrolidongemisches wird das Schmelzspinnen von festem Poly-2-pyrrolidon durch die Beimengung eines wärmestabilisierenden oder den Extrusionsvorgang unterstfitzenden Anteils des Alkylepoxids verbessert Die Beimengungen des Alkylepoxids stellen gegenüber dem Polypyrrolidon nur einen geringfügigen Anteil dar, der bei 0,1 bis 1 Gewichtsprozent liegt Das Schmelzspinnen kann verbessert werden, indem entweder die Schmelzspinntemperatur durch Beimengen des Alkylepoxids herabgesetzt wird oder indem die Geschwindigkeit der Monomerbildung bei der Schmelztemperatur herabgesetzt wird, wobei Fasern mit vorteilhafter Reißfestigkeit geschaffen werden. Die durch die Erfindung geschaffene Verbesserung besteht im kontinuierlichen Verspinnen der faserigen Poly-2-pyrrolidonmasse bei Schmelztemperaturen im Bereich von 260 bis 280° C und vorzugsweise unter etwa 270 bis 275° C ohne Bruch, Abtropfen, Schaum- oder Blasenbildung unter Verwendung der üblichen Textilspinnanlagen.

Das erfindungsgemäß eingesetzte feste Poly-2-pyrrolidon ist ein Polypyrrolidon mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Gewichtsmittel) über etwa 5000 und vorzugsweise über etwa 50000. Das Alkylepoxid wird normalerweise dem festen Polypyrrolidon beigemengt, indem vor dem Extrudieren KUgelchen aus dem Polymeren mit dem Alkylepoxid überzogen werden oder indem das Polypyrrolidonharz mit beigemengtem Alkylepoxid pelletisiert wird. Selbstverständlich können auch andere zweckmäßige Verfahren hierfür verwendet werden.

Die Wärmebeständigkeit wird unter anderem durch Messen des Gewichtsverlustes des Polypyrrolidonpolymeren bei 269°C während einer Zeitspanne von 5 Minuten ermittelt, und zwar bei vorhandenem oder nicht vorhandenem Alkylepoxid. Das bei dieser Wärmebehandlung gebildete Monomer wird durch Extraktion mit Wasser vollständig entfernt. Der Gewichtsunterschied zwischen dem Ausgangspolymer und dem wärmebehandelten trockenen extrahierten Polymer stellt den Gewichtsverlust dar. Das erfindungsgemäß eingesetzte Alkylepoxid ergibt eine durchschnittliche Verringerung des Gewichtsverlustes von mehr als etwa 10 Gewichtsprozent in diesem Test, was der nachstehenden Tabelle I zu entnehmen ist, die die durchschnittlichen Werte mehrerer Probeläufe einigei Beispiele wiedergibt.

Bei	Beimengung	Konz.	Verringerung
spiel			des Ge
Nr.			wichtsver
		Gew.-%	lustes in %

epoxidiertes Sojabohnenöl epoxidiertes Sojabohnenöl epoxidiertes Sojabohnenöl epoxidiertes Sojabohnenöl epoxidiertes Sojabohnenöl epoxidiertes Sojabohnenöl epoxidiertes Leinsamenöl epoxidiertes Leinsamenöl epoxidiertes Leinsamenöl epoxidiertes Octyltallat epoxidiertes Octylstearat epoxidierter Monoester epoxidierter Monoester 1,2-Epoxyoctadecan 1,2-Epoxyoctadecan epoxidiertes Polyalkylenoxid

epoxidiertes Polyalkylenoxid

epoxidiertes Polyalkylenoxid

0,3	22
0,5	20
1,0	20
2,0	21
3,0	16
5,0	10
0,5	15
1,0	26
3,0	(Zunahme)
3,0	8
3,0	(Zunahme)
0,5	24
1,0	12
0,5	24
1,0	25
0,3	10
1,0	25
3,0	28

Aromatische Epoxide und nicht epoxidierte Verbindungen, die im übrigen den Verbindungen der Tabelle I entsprechen, zeigen im allgemeinen keine Verringerung des Gewichtsverlustes oder sogar eine Zunahme des Gewichtsverlustes beim Wärmebeständigkeitstest Entsprechende Vergleichsversuche wurden in der nachstehenden Tabelle II zusammengestellt

Tabelle II

Bei	Beimengung	Konz.	Verringerung
spiel			des Ge
Nr.			wichtsver
		Gew.-%	lustes in %

1	Diglycidyläther von Bis phenol A	1,0	(Zunahme)
2	Diglycidyläther von Phe nol formaldehyd	1,0	(Zunahme)
3	Phenylglycidyläther	1,0	(Zunahme)
4	Polyäthylenglycol (MW etwa 550)	1,0	(Zunahme)
5	Polyäthylenglykol (MW etwa 3350)	1,0	(Zunahme)
6	Polypropylenglykol	1,0	0
7	Methoxypolyäthylen- glykol	1,0	0

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Polypyrrolidongemisch, gekennzeichnet durch einen Haupteateii aus festem Poly-2-pyrrolidon und 0,1 bis 1 Gew.-% eines Alkylepoxids mit weniger als etwa 60 Kohlenstoffatomen, bezogen auf das Poly-2-pyrrolidon.

2. Verwendung des Polypyrrolidongemisches nach Anspruch 1 zum Schmelzspinnen.