JP3088488B2 - 制御されたアミノ末端基含量を有するポリカプロラクタムの連続的製造法 - Google Patents

制御されたアミノ末端基含量を有するポリカプロラクタムの連続的製造法

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    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
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    • C08G69/08Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】繊維の目的のためのポリカプロラ
クタムは通例、連鎖調整剤、例えば酢酸、プロピオン酸
または安息香酸の共用下、カプロラクタムの重合によっ
て製造され、ポリアミドの分子量を望ましい値に制限
し、かつポリアミド溶融液の粘度の安定を加工の際に保
証する。その上連鎖調整剤は、ポリアミドの末端基含
量、特にアミノ末端基の含有量を望ましい値に調整す
る。一定不変のアミノ末端基含量は、ポリアミドから繊
維を製造する際、一定の均一の着色を保証しようとする
ために必要とされる。
【0002】
【従来の技術】米国特許第3386967号明細書の記
載から、カプロラクタムを多工程法でジカルボン酸、例
えばアジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、ドデカンジ
酸または、芳香族ジカルボン酸、例えばテレフタル酸
0.1〜0.7モル%を添加しながら、平均分子量2
5,000〜40,000のポリカプロラクタンの維持
の下で重合することは、公知である。しかし、この方法
は、米国特許第3839530号明細書の記載から、溶
融紡糸の際に不都合な結節形成を示すポリカプロラクタ
ンを得るという欠点を有する。従って、最後に挙げた米
国特許明細書の記載に相応して、ジカルボン酸エステル
は連鎖調整剤として使用される。しかし、ジカルボン酸
エステルは揮発しやすく、従って連鎖調整剤の一定含量
を、正確に維持するのが困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ポリアミド6を大工業
的規模で製造する際に最も重要な要件は、製造方法の経
済性と得られた生成物が欠点なく加工できるということ
である。
【0004】本発明の一つの課題は、生成物の性質が不
都合にも変化することなく空時収量をカプロラクタムの
重合に際して、連続的方法で増大させることである。空
時収量は所定の重合装置において、生成物の通過量およ
び抽出含量で表わされる。この場合、抽出含量は、変換
率に対する一つの尺度である。
【0005】若干の使用分野のため、即ち差動染色法
(Differential−dyeing−Verf
ahren)により、別の型の生成物と一緒になって着
色される型の生成物のため、さらに例えば、カーペット
の分野で使用される繊維の場合に切望されるような減少
された汚染可能性を有する型の生成物のためには、減少
されたアミノ末端基含量を有するポリカプロラクタムが
望ましい。実際、アミノ末端基含量を常法で、連鎖調整
剤として使用されるモノカルボン酸の濃度を高めること
によって減少させることは、原則的に可能であるが、し
かし、この結果、通常、達成可能分子量および/または
空時収量の好ましからざる減少をまねく。本発明のもう
一つの課題は、分子量および/または空時収量の減少を
生じることなく、減少されたアミノ末端基含量を有する
ポリカプロラクタムを製造することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記の課題は、カプロラ
クタムを開始剤としての水の存在下で、ジカルボン酸を
共用しながら、240〜290℃の温度で重合すること
により、制御されたアミノ末端基含量を有するポリカプ
ロラクタムを製造する方法において解決され、この場合
この方法は、カプロラクタムを1つの工程で、カプロラ
クタムに対して水0.3〜5重量%およびテレフタル酸
および/またはイソフタル酸0.1〜0.6重量%を添
加しながら、重合帯域上の蒸気相中で測定した全重合時
間に亘って単一の圧力1.0〜1.9バールの下で0.
1〜0.5重量%の含水量の維持下にアミノ末端基およ
びカルボキシル末端基の値の合計115〜150ミリ当
量/kgとなるまで重合させ、この場合アミノ末端基
は、それぞれ抽出されたポリカプロラクタムについて測
定された25ミリ当量/kgを下廻らないものとするこ
とによって特徴付けられる。
【0007】この新規方法は高い空時収量を伴なって進
行し、繊維の目的に適した均一のアミノ末端基含量およ
び分子量を有するポリアミドの製造を可能にするという
利点を持つ。更にこの新規方法は、こうして製造された
ポリカプロラクタムが、フィラメントの製造に際し、圧
縮および他の障害をまねくかもしれないような支障ある
ゲル分を含有しないという利点を持つ。
【0008】カプロラクタムの重合は、唯1つの工程で
特に垂直に立つ重合帯域中で実施される。適した装置
は、例えば西ドイツ国特許出願公開第2448100号
明細書、同第1495198号明細書および欧州特許第
20946号明細書に記載されている。重合は、それぞ
れカプロラクタムに対して、開始剤としての水0.3〜
5重量%、殊に0.5〜3重量%およびテレフタル酸お
よび/またはイソフタル酸0.1〜0.6重量%、殊に
0.2〜0.5重量%の添加の下で実施される。好まし
くは、前述の出発物質の混合物は重合帯域の頭部に供給
され、この場合には、重合する溶融液を用いての緊密で
十分な混合が配慮されている。
【0009】本発明の本質的特徴は、重合が重合帯域上
の蒸気相中で測定した単一圧力1.0〜1.9バール、
殊に1.0〜1.7バールの下で溶融液中の水0.1〜
0.5重量%、殊に0.1〜0.4重量%の維持下に実
施されることである。上方で反応帯域中に導入された過
剰量の水が、使用された圧力に依存し、前述の含水量を
保持するために連続的に留去されることは自明のことで
ある。
【0010】重合は240〜290℃の温度で実施され
る。重合時間は通例8〜12時間である。アミノ末端基
およびカルボキシル末端基の合計が、115〜150ミ
リ当量/kgになるまで重合され、この場合、アミノ末
端基の値は25ミリ当量/kgを下廻らないものとす
る。有利にアミノ末端基は30〜60ミリ当量/kgと
なる。ポリカプロラクタムは有利に下端で、重合帯域か
ら取り出される。
【0011】アミノ基含量およびカルボキシル基含量
は、抽出されたポリカプロラクタムにつき測定される。
分析的抽出は、以下の如くに実施される:ポリカプロラ
クタム100重量部は、100℃の完全脱塩水400重
量部を用いて、32時間で抽出され、かつ脱水後、温和
に、即ち、後縮合なしに、100℃の温度で20分間真
空中において乾燥される。
【0012】末端基含量の測定は、酸定量滴定として実
施される。アミノ基は溶剤としてのフェノール/メタノ
ール70:30(重量部)中で過塩素酸を用いて滴定さ
れる。カルボキシル末端基は溶剤としてのベンジンアル
コール中で苛性カリ液を用いて滴定される。ポリカプロ
ラクタムの相対粘度RVは、96重量%の硫酸の中の1
重量%の溶剤中で、25℃で測定される。以下の例中、
パーセント値は、使用されたカプロラクタムに対する重
量パーセントとしての量表示である。
【0013】本発明による方法は、以下に数例を挙げ具
体的に示す。
【0014】以下、A :アミノ末端基含量 C :カルボキシル末端基含量 RV:相対粘度を表わす。
【0015】
【実施例】例1 重合反応器として、欧州特許第20946号明細書に記
載の機械的に混合される第1の反応帯域を有するVK−
管を使用した。VK−管は、充填容量340lを有し、
この場合この管を熱媒油を用いて加熱した。
【0016】水0.5重量%および連鎖調整剤としての
テレフタル酸0.24重量%を含有する溶融したカプロ
ラクタムを、VK−管に0.5バールの過圧で第1の反
応帯域中で連続的に撹拌しながら供給した(表1参
照)。通過量は38kg/hである。第1反応帯域の温
度は270℃である。次の反応帯域中で発生する重合熱
を内側にある熱交換器を用いて適切に冷却することによ
り導出した。最後の反応帯域の温度は265℃であっ
た。生成物は抽出含量11.0%を有していた。抽出
後、相対粘度RVは、2.51であり、アミノ末端基含
量Aは46ミリ当量/kgであり、かつA+Cの合計は
123ミリ当量/kgであった。後縮合と関連する作業
による乾燥後、RV:2.72;A:37ミリ当量/k
gおよびA+C:106ミリ当量/kgであった。
【0017】生成物を溶融紡糸装置上で紡糸し、かつ別
個の工程で、44f9dtexの繊度に伸張した。紡糸
速度は、900m/秒であった。この紡糸の際のボビン
収率は100%であった。3.38:1の伸張比の場
合、伸張収率は96%であった。糸の強度は、破断時の
伸び36%の際に5.42cN/dtexであった。こ
れは、糸の長さ1km当りの厚部(Dickstell
e)1.10および糸の長さ100km当りの整経欠陥
(Schaerfehler)0.053が見い出され
た。
【0018】比較例A 公知技術水準に従った比較試験を連鎖調整剤としてのプ
ロピオン酸0.15重量%を用いて実施した(表1参
照)。例1と比較可能な抽出含量の値および相対粘度の
値を達成するため、通過量を26kg/hに削減し、か
つ第1の反応帯域の温度を280℃に高めねばならなか
った。その他の点では、例1と同じように試験を実施し
た。生成物は抽出含量11.8%を有していた。抽出
後、RV:2.53であった。作業による乾燥後、R
V:2.72およびA:37ミリ当量/kgであった。
紡糸の際のボビン収率、伸張比および伸張収率は、例1
中の場合と同じ値を有していた。糸の強度は、伸び率3
5%の際に5.23cN/dtexで、本発明による例
1の場合よりも若干不利であった。厚部の数値は、1.
06/kmで、例1の場合と同じ水準であった。整経欠
陥の数値は、0.067/100kmで例1に比べて高
められていた。
【0019】例1および比較例Aにより、連鎖調整剤と
してのテレフタル酸を用いた重合における通過量を本発
明による1工程法で公知技術の水準に比べて46%だけ
高めることができ、一方アミノ末端基含量、ひいては陰
イオン染料を用いた着色可能性は、同じままであり、更
に糸の加工状態および機械的性質は劣化せず、反対に若
干改善されたことが示される。
【0020】例2 カプロラクタムを連鎖調整剤としてのイソフタル酸0.
24重量%を用いて例1と同様に重合した(表1参
照)。第1の反応帯域の温度を272℃に調節した。例
1の残りの試験条件を維持した。生成物の抽出含量は、
12.0%であった。抽出後、RV:2.56;A:4
6ミリ当量/kgおよびA+C:119ミリ当量/kg
となった。作業による乾燥の後、RV:2.69;A:
39ミリ当量/kgおよびA+C:107ミリ当量/k
gとなった。
【0021】例1と同様に紡糸することにより、100
%のボビン収率が得られた。比較可能な破断時の伸びを
達成するために、伸張比を3.47:1に高めた。伸張
収率は100%であり、糸の強度は35%の伸張の際に
5.49cN/dtexであった。厚部(0.79/k
m)および整経欠陥(0.040/100km)の数値
は、例1および比較例Aの場合よりもなお一層有利であ
った。
【0022】比較例B カプロラクタムを連鎖調整剤としてのアジピン酸0.2
1重量%を用いて、例1と同じように重合した(表1参
照)。モル%で計算した場合、調整剤の濃度は例1の場
合と同じであった。抽出物含量およびRVの比較可能な
値の達成のため、通過量を、33kg/hに削減しなけ
ればならなかった。末端基含量は例1の末端基含量に相
当する。
【0023】この比較例により、ここで使用した脂肪族
ジカルボン酸が本発明による連鎖調整剤と比較して、カ
プロラクタム−重合を著しくは加速しないことを示す。
空時収量は、例1の場合よりも13%だけ減少した。
【0024】比較例C カプロラクタムを連鎖調整剤としての安息香酸0.25
重量%を用いて、例1と同じように重合した(表2参
照)。抽出含量およびRVの比較可能な値の達成のた
め、通過量は28kg/hに減少されねばならず、第1
の反応帯域の温度は、279℃に高められなければなら
なかった。その他の点においては試験を例1と同じよう
に実施した。アミノ末端基含量は、例1の場合と同一水
準であった。
【0025】この比較例により、RV、抽出含量および
アミノ末端基含量の望ましい値は、連鎖調整剤としての
安息香酸を用いて、本発明による1工程法で、空時収量
の著しい損失をもってのみ、達成することができたこと
を示す。
【0026】比較例D カプロラクタムを連鎖調整剤としての安息香酸0.09
重量%を用いて、例1と同じように重合した(表2参
照)。RVおよび抽出含量の比較可能な値の達成のた
め、通過量を36kg/hに調節し、第1の反応帯域の
温度を268℃に調節した。その他の点においては、試
験を例1および比較例Cの場合と同じように実施した。
アミノ末端基含量は抽出後57ミリ当量/kgとなり、
かつ作業による乾燥後に49ミリ当量/kgとなった。
【0027】この比較例により、RVおよび抽出含量の
望ましい値は、連鎖調整剤としての安息香酸を用いて、
本発明による例1と比較して、確かにほとんど空時収量
の損失なしに達成することができるが、しかし、アミノ
末端基含量の低水準ひいては汚れの付着し易さの低水準
は維持することができなかったことを示す。
【0028】例3 カプロラクタムを連鎖調整剤としてのテレフタル酸を用
いて、例1と同じように重合した(表1参照)。通過量
を33kg/hに調節し、かつ第1の反応帯域の温度を
278℃に調節した。例1の残りの試験条件を保持し
た。生成物は抽出含量11.3%を有していた。抽出
後、RV:2.35、A:34ミリ当量/kgおよびA
+Cの合計:130ミリ当量/kgであった。作業によ
る乾燥後、RV:2.69、A:15ミリ当量/kgお
よびA+Cの合計:96ミリ当量/kgであった。
【0029】例1と同様紡糸は、ボビン収率100%で
あった。例1と比較可能な破断時の伸びの達成のため、
伸張率を3.66に高めた。伸張率は100%であり、
糸の強度は、破断時の伸び34%で5.56cN/dt
exであった。厚部の数値は0.56/kmである。
【0030】更に生成物を1工程の紡糸−延伸−テック
スチャード−プロセス(Spinn−Streck−T
exturier−Prozess)において加工し、
繊度1300f68dtexのカーペット用糸に変え
た。きわめて良好な進行状態にあって、3.1cN/d
texの糸の強度および45%の破断時の伸びが達成さ
れた。試験染料としてオルトランブルーGを用いての着
色により、一様にして、理論通りに深い色合いが得られ
た。
【0031】即ち、連鎖調整剤としてのテレフタル酸を
用いた場合には、きわめて低いアミノ基含量を有し、し
たがってまた、適度に低い汚れ易さ、更に顕著な加工し
易さ、およびきわめて良好な繊維の性質を有する生成物
が製造され得る。
【0032】例4 カプロラクタムを、連鎖調整剤としてのテレフタル酸
0.50%を用いて、10%の二酸化チタン水性懸濁液
0.27%を添加しながら、例1と同様に重合した。通
過量35kg/hでの生成物は、抽出含量10.8%を
有していた。抽出後、RV:2.32、A:37ミリ当
量/kgおよびA+Cの合計134ミリ当量/kgであ
った。作業による乾燥後、RV:2.36;A:33ミ
リ当量/kgおよびA+Cの合計:127ミリ当量/k
gであった。二酸化チタンの含有量は、0.03%であ
った。
【0033】生成物を高速紡糸法によって加工した。紡
糸速度は、4250m/秒に調節した。先に配向し、取
得したヤーンを別個の作業工程中において、伸張比1.
33:1の際、繊度44f13dtexに延伸した。延
伸の際、100kg当り1.1の欠陥を見い出した。糸
の強度は破断時の伸び35%で4.95cN/dtex
であった。
【0034】厚部は見い出されなかった。
【0035】公知技術水準により、プロピオン酸を用い
て連鎖調整された、同じ相対粘度および同じ二酸化チタ
ン−含量の生成物を比較のため加工した。延伸の際、1
00kg当り0.7の欠陥が見い出された。強度は、破
断時の伸び35%の際4.98cN/dtexであっ
た。厚部の数値は、13/100kmであった。例が示
すように、本発明による生成物は高速紡糸法において
も、公知技術水準の比較生成物と同様、良好に加工され
得る。
【0036】例5 重合反応器として、VK−管を使用し、但し、第1の反
応帯域では機械的に混合しなかった。反応器は、充填容
量290lを有し、かつ熱媒油を用いて加熱した。過剰
の水を除去するために、1時間当り窒素2lを最後の反
応帯域中に導入した。
【0037】水1.4重量%および連鎖調整剤としての
テレフタル酸0.40重量%を含有する溶融したカプロ
ラクタムをVK−管に、0.53バールの過圧で第1の
反応帯域中において撹拌せずに連続的に供給した。通過
量は、33.3kg/hであった。第1の反応帯域中
で、発生する重合熱を内側にある熱交換器を用いて冷却
することによって導出した。第3の反応帯域の温度は2
65℃であった。生成物は、抽出含量11.3%を有し
ていた。抽出後、RV:2.40;A:37およびA+
Cの合計130であった。作業による乾燥後、RV:
2.68;A:23ミリ当量/kgおよびA+C:10
2ミリ当量/kgであった。
【0038】生成物を例3と同様に紡糸−延伸−テック
スチャリング(Spinn−Streck−Textu
rierung)によって、良好な成果をもって、繊度
1300f68dtexのカーペット用ヤーンに加工し
た。
【0039】 表1 例 1 2 3 比較例 − A − B − 連鎖調整剤* TPS PS IPS ADS TPS 濃度 重量% 0.24 0.15 0.24 0.21 0.50 通過量 kg/h 38.1 26.1 38.2 33.1 33.3 温度 ℃ 第1の反応帯域 270 280 272 270 278 最後の反応帯域 265 265 265 265 265 抽出物含量 重量% 11.0 11.8 12.0 11.3 11.3 抽出後の生成物 相対粘度 2.51 2.53 2.56 2.55 2.35 末端基含量 ミリ当量/kg アミノ (A) 46 43 46 46 34 カルボキシル(C) 77 57 73 74 96 合計 A+C 123 100 119 120 130 乾燥後の生成物 相対粘度 2.72 2.72 2.69 2.70 2.69 末端基含量 /kg アミノ (A) 37 37 39 40 15 カルボキシル(C) 69 53 68 68 81 合計 A+C 106 90 107 108 96 紡糸後の生成物 ボビン収率 % 100 100 100 100 100 伸張比 3.38 3.38 3.47 3.38 3.66 伸張率 % 96 96 100 100 100 糸の強度 cN/dtex 5.42 5.23 5.49 5.21 5.56 破断時の伸び % 36 35 35 35 34 厚部(Dickstelle) 1km当り 1.10 1.06 0.79 1.26 0.56 整経欠陥(Schaerfehler) 100kg当り 0.053 0.067 0.040 <0.01 未出 * TPS=テレフタル酸 IPS=イソフタル酸 ADS=アジピン酸 PS =プロピオン酸 表2 例 1** 比較例 − C D 連鎖調整剤* TPS BZS BZS 濃度 重量% 0.24 0.25 0.09 通過量 kg/h 38.1 28.3 36.1 温度 ℃ 第1の反応帯域 270 279 268 最後の反応帯域 265 265 265 抽出物含量 重量% 11.0 11.9 11.5 抽出後の生成物 相対粘度 2.51 2.53 2.53 末端基含量 ミリ当量/kg アミノ (A) 46 44 57 カルボキシル(C) 77 59 62 合計 A+C 123 103 119 乾燥後の生成物 相対粘度 2.72 2.70 2.72 末端基含量 ミリ当量/kg アミノ (A) 37 37 49 カルボキシル(C) 69 54 55 合計 A+C 106 91 104 * TPS=テレフタル酸 BZS=安息香酸 ** データは表1から転用した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 69/16 - 69/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カプロラクタムを開始剤としての水の存
    在下、および連鎖調整剤としてのジカルボン酸の共用下
    で、240〜290℃の温度で重合することによる、制
    御されたアミノ末端基含量を有するポリカプロラクタム
    の連続的製造法において、カプロラクタムを1つの工程
    で、カプロラクタムに対して水0.3〜5重量%および
    テレフタル酸および/またはイソフタル酸0.1〜0.
    6重量%を添加しながら、重合帯域の蒸気相中で測定し
    た全重合時間にわたって単一の圧力1.0〜1.9バー
    ルの下で0.1〜0.5重量%の含水量の維持下にアミ
    ノ末端基およびカルボキシル末端基の値の合計115〜
    150ミリ当量/kgとなるまで重合させ、この場合、
    それぞれ抽出されたポリカプロラクタムについて測定さ
    れたアミノ末端基の値は25ミリ当量/kgを下廻らな
    いものとすることを特徴とする制御されたアミノ末端基
    含量を有するポリカプロラクタムの連続的製造法。
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