NL8401843A

NL8401843A - Werkwijze voor het bereiden van een polyamide.

Info

Publication number: NL8401843A
Application number: NL8401843A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1984-06-09
Filing date: 1984-06-09
Publication date: 1986-01-02
Also published as: JPS614728A; US4614792A; KR870001409B1; EP0168854A1; KR860000327A

Description

^ - ΐ MH/WP/ag STAMICARBON B.V. (Licensing subsidiary of DSM)

Uitvinders: Jozef J.M· Bongers te Stein

Albert A. van Geenen te Brunssum -1- PN 3557

WERKWIJZE VOOR HET BEREIDEN VAN EEN POLYAMIDE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van een polyamide door anionisch gekatalyseerde polymerisatie van lactam in aanwezigheid van een basische metaalkatalysator en een activator.

5 Uit het Amerikaanse octrooischrift 3.304.291 is een derge lijke werkwijze bekend· Volgens deze werkwijze kan men lactamen poly-meriseren met behulp van een alkali- of aardalkali metaal katalysator en een andere verbinding die de basisch gekatalyseerde polymerisatie van lactam activeert. Volgens dit Amerikaanse octrooischrift zijn met 10 name geschikt als activator de derivaten van ureum, thio-ureum en guanidine. Een voorbeeld van een dergelijke verbinding is het lactam geblokkeerd 1,6-hexamethyleendiisocyanaat.

In de niet-voorgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage nr.

8302928 is een werkwijze beschreven voor het polymeriseren van lactam 15 in aanwezigheid van een basische metaalkatalysator en een polymere activator die verkregen kan zijn door een hoog moleculair polyol te reageren met een lactam geblokkeerd diisocyanaat. Volgens deze aanvrage verkrijgt men produkten die een goede slagvastheid bezitten.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.862.262 is de bereiding 20 van nylon blockcopolymeren beschreven in aanwezigheid van een metaalverbinding en een condensatieprodukt van een acyl-bis-lactam, en een polyol.

Het Britse octrooischrift 1.067.153 beschrijft de toepassing van het reactieprodukt van polypropyleen glycol, en 2,4-tolueendiiso-25 cyanaat als versneller voor de anionisch gekatalyseerde polymerisatie van lactam.

8401843 1 > *? -2-

Uit onderzoekingen van Aanvraagster is gebleken, dat bij de toepassing van de anionisch gekatalyseerde polymerisatie van lactam in Reaction-Injection-Molding techniek en met name, bij de toepassing van een aardalkali metaal initiator in combinatie met een activator op 5 basis van een isocyanaat, weliswaar produkten met een goede slagvast-heid verkregen kunnen worden, maar dat de reactiesnelheid te wensen overlaat·

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een katalysator-activator systeem waarmee lactamen snel gepolymeriseerd 10 kunnen worden tot goed slagvaste produkten.

Volgens de uitvinding wordt een werkwijze voor het bereiden van een polyamide door anionisch gekatalyseerde polymerisatie van lactam in aanwezigheid van een basische metaal katalysator en een activator gekenmerkt, doordat de polymerisatie uitgevoerd in aanwezigheid 15 van een laag moleculaire esterverbinding.

Verrassenderwijs is gebleken dat bij toepassing van een esterverbinding als co-activator of cokatalysator in de polymerisatie « de snelheid van polymerisatie aanzienlijk toeneemt, zonder dat dit ten koste gaat van de mechanische eigenschappen van het eindprodukt. Dit 20 is met name van belang bij zogenaamde RIM-Nylon, waarbij lactam in de matrijs gepolymeriseerd wordt tot het eindprodukt.

In dit verband wordt opgemerkt dat het uit de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7507298 bekend is de lactam polymerisatie uit te voeren in aanwezigheid van een veresterde polyolver-25 binding. Hierbij functioneert de veresterde polyol als activator, terwijl bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding naast de esterverbinding een activator aanwezig moet zijn. Zoals uit enkele vergelijkende voorbeelden zal blijken treedt het effect volgens de uitvinding niet op indien een esterverbinding zonder aparte activator 30 toegepast wordt.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgevoerd bij de gebruikelijke temperaturen voor de anionische lactampolymerisatie, namelijk tussen ongeveer 90 en ongeveer 300°C, meer in het bijzonder tussen 120 en 180°C. De druk waarbij de polymerisatie plaatsvindt is 35 niet van kritisch belang, de polymerisatie moet in ieder geval uitge- 8401843 ^ * -3- voerd bij een druk waarbij de reactiecomponenten vloeibaar zijn. Gebruikelijke drukken kunnen tussen 1 en 50 bar liggen. Aangezien een van de voordelen van RIM-Nylon ten opzichte van RIM-Polyurethaan ligt in verhoudingsgewijs lage drukken die toegepast kunnen worden, zal men 5 veelal niet hoger gaan dan 10 tot 15 bar.

De werkwijze volgens de uitvinding is toepasbaar voor de polymerisatie van alle bekende lactarnen. Dit kunnen de bijvoorbeeld 2-pyrrolidon, 2-piperidon, caprolactam of laurinolactam, danwel mengsel van twee of meer lactamen zijn. Bij voorkeur past men capro-10 lactam toe aangezien dit een polyamide met superieure fysische eigenschappen levert. Bovendien is de reactiesnelheid van caprolactam hoog.

Bij voorkeur past men een reactiesysteem toe dat leidt tot de vorming van Nylon-6-homopolymeren, Nylon-6-randomcopolymeren of Nylon-6-blockpolymeren.

15 Zoals al eerder aangegeven vindt de lactam polymerisatie plaats in de aanwezigheid van een anionische polymerisatie katalysator en een activator. De anionische polymerisatie katalysator kan ieder van de bekende katalysatoren zijn zoals natriumlactamaat, kalium-lactamaat of een van de verbindingingen zoals bromomagnesiumlactamaat.

20 Mengsels van katalysatoren kunnen ook gebruikt worden.

Er zijn talloze activatoren bruikbaar voor de polymerisatie van lactaa volgens de onderhavige uitvinding de activator, of promotor zoals die soms ook wel genoemd wordt, kan bij voorkeur gekozen worden uit de groep van lactam getermineerde isocyanaten (waarmee ook de 25 groep van lactam getermineerde polyurethanen omvat wordt), en acyl-lactam verbindingen. Een aantal van deze verbindingen is op zichzelf bekend en onder meer beschreven in het de inleiding genoemde Amerikaanse octrooischrift 3.304.291, of in de ter inzage gelegde Europese octrooischriften 67.693, 67.694, of 67.695. In de niet-voorgepubli-30 ceerde Nederlandse octrooiaanvrage nr. 8302929 is een werkwijze beschreven voor het bereiden van een lactam getermineerde polymere isocyanaat activator.

Voor de toepassing in RIM-Nylon technieken wordt de voorkeur gegeven aan een hoog moleculaire activator. Deze activator is in het 35 algemeen een reactieprodukt van een organische hydroxyverbinding, 3*01 343

' *· 'Q

-4- zoals een polyfunctionele hydroxy verbinding (polyol) met tenminste 2 hydroxylgroepen per molecuul en een verbinding die activator groepen levert. In het algemeen kunnen de bekende polyolen gebruikt worden.

Met voordeel kan de polyol, een polyetherpolyol, polyesterpolyol poly-5 butadieenpolyol, een siloxaan bevattend polyol en/of een zogenaamd 'polymeer' polyol zijn. De 'polymere polyolen 'zoals hierin gedefinieerd omvatten entpolymeren verkregen door een of meer ethenisch onverzadigde polymeren op een polyether polyol te enten evenals de polyureum dispersies in polyolen. Deze polyureum dispersies kunnen 10 verkregen worden door een diamine of hydrazine tezamen met een stoechiometrische hoeveelheid diisocyanaat op te lossen in een polyol en de verkregen oplossing te laten reageren teneinde een polyureum verbinding gedispergeerd in het polyol te verkrijgen.

De polyolen die hierboven beschreven zijn hebben hoofd-15 zakelijk een hoog molecuul gewicht. Bij voorkeur bedraagt het equiva-lentgewicht van deze polyolen tenminste 300, meer in het bijzonder ligt dit gewicht tussen 1000 en 2500. Binnen deze grenzen worden optimale eigenschappen van het eindprodukt verkregen, namelijk een hoge slagvastheid in combinatie met een hoge buigmodulus.

20 In dit verband wordt opgemerkt dat het molecuulgewicht, of equivalentgewicht, zoals in deze context gebruikt, betrekking heeft op het aantal gemiddelde gewicht. De term equivalent gewicht van een polyol heeft betrekking op het aantal gemiddelde gewicht van een polyol per hydroxylgroep, d.w.z. het molecuulgewicht gedeeld door de 25 functionaliteit.

Zoals hierboven aangegeven laat men het polyol reageren met een verbinding die activator groepen levert, bij voorkeur met een lactam getermineerd diisocyanaat, hetgeen de lactam getermineerde polyurethaan mee omvat. Het lactam getermineerde diisocyanaat kan 30 verkregen worden door lactam te laten reageren met een diisocyanaat, bijvoorbeeld hexamethyleendiisocyanaat, isoforondiisocyanaat, tolueen-diisocyanaat, methyleen-bis(fenyl-isocyanaat), MDI en gehydrogeneerd MDI of gemodificeerd MDI, zoals het met carbodiimide gemodificeerd MDI (Isonate-143 L, Upjohn Company, of Mondur PF, Mobay Chemical Company), 35 en met diol verlengde prepolymeren van MDI. Andere geschikte diiso- 8401843 -5- o & cyanaten zijn XDI, H6XDI en gehydrogeneerd TDI.

Er is ook voorgesteld de polyol te laten reageren met een diisocyanaat in dusdanige hoeveelheden, dat het polyol aan iedere hydroxylgroep gekoppeld is aan een diisocyanaat, en het verkregen 5 polyurethaan te laten reageren met een lactam.

De bij de werkwijze volgens de uitvinding toe te passen laag moleculaire esterverbindingen zijn de diverse mono- of diesters van organische carbonzuren met organische alcoholen. Een randvoorwaarde bij de keus van de ester is, dat deze moet oplossen in het te poly-10 meriseren lactam. In aanmerking komen de diverse alifatische, aromatische en gemengde esters, die een kookpunt hebben dat ligt boven de polymerisatie temperatuur bij de heersende druk tijdens de polymerisatie. Voorbeelden van geschikte esters zijn bijvoorbeeld dimethyltere-ftalaat, methylacetaat, amylacetaat, ethylpropionaat, ethylbutyraat en 15 vele andere. Het is van belang dat de ester niet al te zuur is, omdat deze dan kan interfereren met het polymerisatie mechanisme.

De onderhavige uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden.

Voorbeeld I

20 In een reageerbuis werd 1,77 g caprolactam geblokkeerd hexa methyleendiisocyanaat (79 gew.% in caprolactam), 1,38 g amylacetaat en 16,8 g caprolactam afgewogen. In een andere reageerbuis werd 7,45 lac-tammagnesiumbromide (1 molair in caprolactam) en 14 g caprolactam afgewogen. De inhoud van beide buizen werd onder roeren op 105°C 25 gebracht en vervolgens bij elkaar gegoten en gemengd. De totaalsa-menstelling van het mengsel was 3,54 mmol caprolactam geblokkeerd hexamethyleendiisocyanaat, 10,6 mmol amylacetaat, 7,42 mmol lactam-magnesiumbromide en 327 mmol caprolactam. Bij 130°C was na 5 minuten en 50 seconden een van de wand loskrimpend vast polyamide gevormd.

30 Voorbeeld II

Analoog aan voorbeeld I werd met 3,54 mmol caprolactam geblokkeerd hexamethyleendiisocyanaat, 10,5 mmol dimethyltereftalaat, 3,60 mmol lactammagnesiumbromide en 327 mmol caprolactam bij 130°C een 8*01843 * -3 -6- loskrimptijd van 6 minuten en 45 seconden gemeten.

Voorbeeld III

Analoog aan voorbeeld I werd met 3,54 mmol caprolactam geblokkeerde hexamethyleendiisocyanaat, 10,5 mmol dimethyladipaat, 5 7,42 mmol lactammagnesiumbromide en 327 mmol caprolactam bij 130°C een loskrimptijd van 6 minuten en 25 seconden gemeten.

Voorbeeld IV (vergelijkingsvoorbeeld zonder ester)

Analoog aan voorbeeld X werd met 3,54 mmol caprolactam geblokkeerd hexamethyleendiisocyanaat, 3,60 mmol lactam-10 magnesiumbromide en 327 mmol caprolactam bij 130°C na 20 minuten een van de wand loskrimpend polymeer verkregen.

Voorbeeld V (vergelijkingsvoorbeeld zonder versneller)

Analoog aan voorbeeld I werd met 10,6 mmol amylacetaat, 7,42 mmol lactammagnesiumbromide en 3,27 mmol caprolactam bij 130°C een 15 loskrimptijd van 27 minuten gemeten.

Zoals uit de voorbeelden en vergelijkingsvoorbeelden, met name voorbeeld V blijkt, is de aanwezigheid van zowel een esterver-binding als een activator, bijvoorbeeld caprolactam geblokkeerd hexamethyleendiisocyanaat noodzakelijk.

20 In de figuur is in de vorm van een grafiek de polymerisa- tietijd als functie van de hoeveelheid ester aangegeven voor de werkwijze zoals in Voorbeeld II beschreven is. Op de verticale as is de tijd vanaf het mengen van de diverse componenten totdat het polyamide van de wand van de matrijs loslaat, weergegeven, terwijl op de hori-25 zontale as de hoeveelheid dimethyltereftalaat (mol % t.o.v.

caprolactam) aangegeven is. De lijnen A, B en C hebben betrekking op verschillende gehaltes aan katalysator, namelijk respectievelijk 3, 2 en 1 Mol.% lactammagnesiumbromide. Lijn D is vergelijkbaar met lijn C, echter zonder activator.

8401843

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van een polyamide door anionisch gekatalyseerde polymerisatie van lactam in aanwezigheid van een basische metaalkatalysator en een activator, met het kenmerk, dat de polymerisatie uitgevoerd wordt in aanwezigheid van een laag 5 moleculaire esterverbinding.

2* Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men als katalysator een aardalkalimetaalverbinding toepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat men als katalysator een magnesiumverbinding toepast.

4. Werkwijze volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men als activator een lactam getermineerd isocyanaat toepast.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat men als lactam getermineerd isocyanaat het reactieproduct van een polyol en een lactam getermineerd diisocyanaat toepast.

6. Werkwijze volgens één der* conclusies 1-5, met het kenmerk, dat men als ester dimethyltereftalaat toepast.

7. Werkwijze volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men als lactam caprolactam toepast.

8. Werkwijze in hoofdzaak zoals beschreven en toegelicht aan de hand 20 van de voorbeelden.

9. Polyamide verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 1-8.

10« Voorwerp geheel of gedeeltelijk vervaardigd uit een polyamide volgens conclusie 9. 8401843