DE844349C - Verfahren zur Herstellung von Polyamiden aus Lactamen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Polyamiden aus Lactamen

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DE844349C
DE844349C DEJ794A DEJ0000794A DE844349C DE 844349 C DE844349 C DE 844349C DE J794 A DEJ794 A DE J794A DE J0000794 A DEJ0000794 A DE J0000794A DE 844349 C DE844349 C DE 844349C
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DE
Germany
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polyamides
polymerization
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lactam
heated
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DEJ794A
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Rudolf Dr Gabler
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/08Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/14Lactams

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polyamides (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Polyamiden aus Lactamen Die Polyamide gehören zu den wertvollsten Kunststoffen für die Herstellung von Überzügen und geformten Gebilden alter Art. Die daraus hergestellten Erzeugnisse zeichnen sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus. Die bisher bekannten Polyamide lassen jedoch hinsichtlich ihrer Wärmebeständigkeit für viele Verwendungszwecke noch zu wünschen übrig. Ebenso hat ihre Fähigkeit zur hygroskopischen Wasseraufnahme noch nicht die für manche Verwendungszwecke erforderlichen Größen erreicht.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Polyamids, das sich in den genannten Eigenschaften wesentlich günstiger als die bisher bekannten Polyamide verhält. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein bicyclisches Lactam, das im Molekül einen Ring mit mindestens vier Ringgliedern enthält,, bis zur Polymerisation erhitzt wird. Zweckmäßig wird das Reaktionsgemisch so lange auf Polymerisationstemperatur gehalten, bis keine flüchtigen Bestandteile mehr entweichen.
  • In einer weiteren Entwicklung des Verfahrens wird ein Polyamid in der Weise hergestellt, daß ein bicyclisches Lactam, das im Molekül einen Ring mit mindestens vier Ringgliedern enthält, gemeinsam mit einem weiteren zur Polyamidbildung befähigten Körper bis zur Polymerisation erhitzt wird.
  • Als bicyclische Lactame können in dem gekennzeichneten Verfahren die Körper verwendet werden, die sich von den bicyclischen Ketonen von der Art des Norcamphers und dessen Ringhomologen ableiten. Diese Ketone sind durch die Diensynthesen (vgl. A 1 d e r und Mitarbeiter, Liebigs An; nalen der Chemie, Bd. 543, S. t ; Bd. 514, S. 13; Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, Bd. 7 t, S. 2404) bequem zugänglich geworden. Die Darstellung der Lactame erfolgt über die Oxime, und man erhält beispielsweise die bicyclischen Lactame X-O,S,N;Y-CH3-,CQHb@,C,H6- -OCHS, -O C2 H, u. dgl. ; Z = C H3-, C$ H6-, C, H6- u. dgl.
  • Formel (t) ist Endoäthylencaprolactam, Formel (2) ist Endomethylencaprolactam, Formeln (3) und (4) sind substituierte bicyclische Laetame.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens wird das 1)icyclische Lactam bis zur Polymerisation erhitzt, die zwischen 18o° und 300°, vorzugsweise bei 26o bis 28o°, stattfindet.
  • Die Polymerisation vollzieht sich dabei im Schmelzfluß des Lactams. Vorzugsweise findet die Reaktion in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators statt. Hierfür kommen die üblichen Katalysatoren, wie Säuren, Basen oder Salze, in Frage. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens findet die Polymerisation in Gegenwart von Wasser unter Druck statt.
  • Schließlich kann die Polymerisation auch in Gegenwart eines Lösungsmittels erfolgen, das -im Verlauf der Reaktion, entweder vor einer letzten Polymerisationsphase oder nach Erreichung des gewünschten Polymerisationsgrades, abdestilliert wird.
  • Als Lösungsmittel kommen beispielsweise in Frage: Phenol, Kresole oder Nylenole.
  • Je nachdem, ob Polyamide niedrigen, mittleren oder hohen Molekulargewichts dargestellt werden sollen, wird die Reaktionszeit kürzer oder länger gehalten.
  • Die durch alleinige Polymerisation eines bicyclischen Lactams erhaltenen Polyamide sind fast durchweg unschmelzbar oder weisen Schmelzpunkte auf, die weit über 3oo liegen. Sie können ohne jede Zersetzungserscheinung auf ,loo- und höher erhitzt werden und verhalten sich thermisch derart indifferent, wie es bei organischen Stoffen im allgemeinen äußerst selten ist und bei Polyamiden bis jetzt durchaus unbekannt war. Die neuen Polyamide sind. in den üblichen Lösungsmitteln unlöslich. Sie lösen sich nur in besonderen Polvamidlösungsmitteln, z. B. Ameisensäure. Phenol, Formamid, Dimethylformamid u. dgl.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, durch gleichzeitige Polymerisation mehrerer bicyclischer Lactame nach dem Verfahren zu Mischpolyamiden zu kommen, wenn Polyamide verschiedener Eigenschaften gewünscht werden.
  • Die Polymerisation der bicyclischen Lactame ist technologisch besonders interessant, weil die Reaktion praktisch vollständig im Sinne der Kettenbildung verläuft. Es bleiben keine monomeren Bestandteile im Reaktionsgemisch zurück, wie es teilweise beim Caprolactam der Fall ist. Dieses günstige Verhalten der bicyclischen Lactame war durchaus überraschend. .
  • Die nach dem neuen Verfahren dargestellten Polyamide bestehen aus Kettenmolekülen der allgemeinen Formeln (1) oder (11), wobei also die Gruppierung - CH2 # C O # N H jedesmal durch einen aliphatischen Ring von 5,6 oder auch mehr Ringgliedern unterbrochen ist, oder sie können substituiert sein wie in der allgemeinen Formel (11) Selbstverständlich können sowohl das Atom X wie auch der Substituent Y an anderer Stelle des Ringes sitzen.
  • Polyamide von interessanten technologischen Eigenschaften werden nach einer weiteren Ausbildungsform des Verfahrens dadurch erhalten, daß ein bicyclisches Lactam, das im Molekül einen Ring mit mindestens vier Ringgliedern enthält, gemeinsam mit mindestens eitlem weiteren zur Polvamidbildung befähigten Körper Iris zur Polymerisation erhitzt wird. Auch hei dieser Arbeitsweise zur Herstellung hochmolekularer Polymerisate ist es erforderlich, das Reaktionsgemisch so lange auf Polymerisationstemperatur zu halten, bis keine flüchtigen Bestandteile mehr entweichen. Als weitere zur Polymerisation befähigte Körper können bei diesem Verfahren alle Stoffe verwendet werden, die bisher zur Darstellung von Polyamiden vorgeschlagen wurden. In erster Linie sind hier zu nennen: Aminocapronsäure, Caprolactam und Hexamethylendiamtnoniumadipat (sog. 6-6-Salz). Ebenso kommen alxr auch andere endständige Aminocarbonsäuren sowie die Salze aus höher molekularen Diaminen und Dicarbonsäuren oder auch Gemische aus Diaminen und Dicarbonsäuren in Frage.
  • Bei dieser Weiterentwicklung des Verfahrens werden Mischpolyamide erhalten, in denen die Kettenglieder der allgemeinen Formeln (1) und (I I ) mit den bekannten Kettengliedern abwechseln, die bei der Polymerisation von Aminocarbonsäuren, Caprolactam oder Diaminen und Dicarbonsäuren erhalten werden. Auf Grund des Einbaues der aus den bicyclischen Lactamen gebildeten Kettenglieder zeigen auch diese Mischpolyamide gegenüber den bisher bekannten Polyamiden wesentlich verbesserte Eigenschaften, die sich insbesondere in einer Erhöhung des Schmelzpunktes und der hygroskopischen Wasseraufnahme ausdrücken. So besitzt ein Mischpolyamid, das aus Caprolactam mit einem Zusatz von 3o0o eines bicyclischen Lactams polymerisiert wird, einen um 2o höheren Schmelzpunkt und eine tim 5ooo höhere hvgroskopische Wasseraufnahme als das Polyamid aus reinem Caprolactam. Als sehr vorteilhaft haben sich u. a. erwiesen die Polymerisate aus gleichen Teilen Caprolactam und einem bicyclischen Lactam, von 3o Teilen eines bicvclischen Lactams und 7 o Teilen Hexamethylendiaminadipat und 3o Teilen Endoäthylencaprolactam mit 7 o Teilen eines anderen zur Polyamidbildung befähigten Körpers.
  • Die neuen Polyamide und Mischpolyamide zeigen dasselbe Kennzeichen der hohen Verstreckbarkeit wie die bekannten Polyamide. Auch sie erhalten, wenn sie in Draht- oder Fadenform gebracht werden, erst durch einen Reckprozeß bei Raumtemperatur die optimalen Festigkeits- und Elastizitätswerte. Der Grad der Verstreckbarkeit ist bei den reinen Polyamiden aus bicyclischen Lactamen noch höher als bei den bisher bekannten vollsynthetischen linearen Hochpolymeren. Das Verfahren führt zu Kunststoffen, die für alle Verarbeitungsarten infolge ihrer verbesserten Eigenschaften besonders gut geeignet sind.
  • Das neue Verfahren kann in weitem Umfang variiert werden. In den nachstehenden Beispielen werden einige Ausführungsformen beschrieben. Beispiel t i oo g Endoätltylencaprolactam werden mit t o g Wasser 2 Stunden in Autoklaven auf 26o bis 265' erhitzt und dann unter allmählicher Druckentspannung weitere 8 Stunden auf 253° gehalten. -Man erhält ein leicht gelbstichiges, bröckeliges Polymerisat, das sich leicht zu einem Pulver verreiben. läl.#t. Das neue Polyamid ist unschmelzhar und kann auf 4oo° erhitzt werden, ohne Zersetzungs; erscheinungen zu zeigen.
  • Beispiel 2 709 Caprolactam und 3o g Endoäthylencaprolactam werden mit iog Wasser und o, i o'0 Essigsäure als Stabilisator unter den Bedingungen gemäß Beispiel i behandelt. Man erhält ein fadcnzichendes Polymerisat vom Schmelzpunkt 23.1" und der hygr_tskopischen Wasseraufnahme von 6,701,0 bei 20' und 650;b relativer Luftfeuchtigkeit. Beispiel 3 Die Lösungen von 3o Teilen Endomethylencaprolactam in 7 o Teilen Xylenol und von 7o Teileis Hexamethylendiaminadipat in i 3o Teilen Xylenol werden vermischt und während 12 Stunden in einem Druckgefäß auf 28o bis 300` erhitzt. Anschließend wird das Lösungsmittel bei Atmosphärendruck abdestilliert und das zurückbleibende Polvmerisat weitere .1 bis 6 Stunden im Vakuum auf 29o bis 3oo` erhitzt. Man erhält das Mischpolymerisat aus Poly-endomethylencaprolactam und Polyltexamethylendiaminadipat als gelbliches Harz vom Schmelzpunkt 28o bis 285`, das sich in bekannter Weise zti Fasern, Filmen oder Borsten verarbeiten läßt.

Claims (1)

  1. PATrNTÄNSPIIÜCltE: i. Verfahren zur Herstellung von Polyamiden aus Lactamen, dadurch gekennzeichnet, daß ein bicyclisches Lactam, das im '.Molekül einen Ring mit mindestens vier Ringgliedern hesitzt, z. B. ein Eitdoäthylenlactam, allein oder gemeinsam mit mindestens einer anderen zur Polvamidbildung befähigten Verbindung und vorzugsweise einem Polymerisationskatalysator bis zur Polymerisation erhitzt wird. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch so lange auf Polymerisationstemperatur erhitzt wird, bis keine flüchtigen Bestandteile mehr entweichen, 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in Gegenwart von Wasser unter Druck durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in Gegenwart eines Lösungsmittels, z. B. Phenol, durchgeführt wird, welches im Verlauf der Reaktion abdestilliert. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bicvclisches Lactam mit dem Salz eines Diamins einer endständigen zweibasischen Säure mit mindestens ¢ Kohlestoffatomen zwischen den Carboxylgruppen, z. B. Hexamethylenadipat, polymerisiert wird. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getnisch eines bicyclischen Lactams mit Caprolactam umgesetzt wird.
DEJ794A 1949-08-20 1950-04-25 Verfahren zur Herstellung von Polyamiden aus Lactamen Expired DE844349C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2894025A (en) * 1955-09-07 1959-07-07 Du Pont Gamma-(3-aminocyclohexyl)butyric acid and esters
DE1061072B (de) * 1956-04-20 1959-07-09 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Polyamiden
DE1068465B (de) * 1959-11-05 Badische Aniilin- S. Soda-Fabrik Aktiengesellschaft, Ludwigshafen/Rhein Verfahren zur Herstellung von PoIyamliden
DE1100951B (de) * 1955-01-25 1961-03-02 Nat Distillers Chem Corp Verfahren zur Herstellung hochschmelzender linearer Polyamide

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DE1061072B (de) * 1956-04-20 1959-07-09 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Polyamiden

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CH270546A (de) 1950-09-15

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