SE436363B - Forfarande for smeltblandning av poly(4,7-dioxadekametylenadipamid) och polykaprolaktam till bildning av en segmentsampolymer - Google Patents

Description

15 20 25 35 HO ~_....,_._i..... _. _ 7?133i2-2 tidigare påförd ytbehandling, i kokande vatten. Under denna ur- tvättning i kokande vatten, också känd såsom rengöring, tenderar polymerisatfibrerna att smälta samman. Denna smältning gör det stickade tyget styvt, vilket är obehagligt för bäraren.

Nämnda problem med fibrernas smältning kan övervinnas genom änd- ringar i förfarandet för att smältblanda N-50203-6//6 och N-6 för att bilda ett segmentpolymerisat. Denna ändring ligger i upptäckten att smältblandningsförfarandet skall fortgå till dess att polymeren uppvisar vissa fraktionsfällningsegensknper i myrsyra. Denna känne- tecknande egenskap är att maximimängden av segmentpolymerisat, ut- vunnet ur en vattenbaserad myrsyralösning innehållande löst segment- polymerisat, skall överstiga ca 90 viktprocent eller närmare bestämtl ca 90,6 viktprocent. När det utvunna segmentpolymerisatet besitter egenskapen att överskrida nämnda mängd av ca 90,6 viktprocent via fraktionell fällning, medför en därav beredd fiber icke ett smält- ningsproblem samtidigt som fibern bibehåller sina övriga önskvärda egenskaper såsom draghållfasthet och fuktabsorption.

I ett smältblandningsförfarande blandas två olika polyamider med varandra och uppvärmes till ett temperaturintervall liggande mellan en temperatur högre än deras smältpunkter men lägre än deras sönderdelningstemperaturer. Den tidsperiod, under vilken blandningen hålles inom nämnda temperaturintervall, uppvisar en uttalad verkan på den resulternade strukturen. När blandningsförfarandet begynner vid förhöjd temperatur är massan en fysikalisk blandning av två olika föreningar. Men allteftersom värmning och omröring fortskrider, omvandlas blandningen till en sampolymer, som karakteriseras såsom ett "segment"-polymerisat. Om emellertid uppvärmningen och omröringen fortgår, så minskar längden av "segmenten" och sekvenser av'slump- ~ mässiga“ polymerisat uppträder. Om uppvärmning och omröring fortgår under tillräcklig tidsperiod, försvinner de flesta "segmenten" och huvudsakligen "slumpmässíga" sekvenser bildas, som visas av de fysi- kaliska egenskapernas försämring inkluderande smältpunkten. Använd- ning av en högre temperatur inom det nämnda temperaturintervallet minskar den tid, som kräves för att uppnå önskad grad av inre amid- byte jämfört med den tid som kräves vid lägre temperatur. För när- varande finns icke någon känd direkt väg för att bestämma kedjese- kvensen i en dylik polymer. Men indirekta sätt finns, och dessa är kända för fackmannen på området. Kontrollerad sönderdelning av ett dylikt polymerisat ger samtliga identifierbara komponenter, som bildar polymerisatet, men indikerar icke sekvenserna. 7713312-2 LM Ett av utgångsmaterialen är N-30203-6. Det kan framställas en- ligt följande schema: ._ ß... ' r n IEI I? g N=c-c-cnz + Ho(c¿2)2oH-¿)aa -E-ä-o-(cH2)2-o-š;É-ce. (1) (I) (II) (III) (III) + 4:1 --) NH (cr: ) -O-(CH ) -O-(CH ) NH (2) 2 2 2 3 2 2 2 3 2 (IV) IV - - - -- + ~ - - - . + - E - -Q + HOS (CH2)4 (E OH V Éïä (CH2)3 O (CH2)2 O (CH2)3NH3 O? (C~I2)4 S O (3) o o o o (v) (VI) VI -a2o> ' 4%-(CHZ)3-o-(cH2)2-o-(cH2)3-É-c-(cH2)4-tf (4) A o o (VII) Nämnda reaktion l hänvisas ofta till såsom cyanoetylering; den sker mellan akrylnitril I och etylenglykol II och resulterar i l,2- bis (/3-cyanoetoxietan) IIT. Reaktionen 2 är hydrering av föreningen III till diaminen (dvs. Ä,5-dioxadekametylendiamin) IV. Diaminen IV bringas att reagera med adimpinsyra V för att bilda saltet VI i reak- tion 3. Därefter uppvärmes saltet VI och vid vattenborttagande bildas polymeren VII.

Det andra utgångsmaterialet är N-6. Det är kommersiellt till- gängligt och metoder för framställning av detta är välkända och be- skrivna i otaliga publikationer.

Vid smältblandning av korrekt torkad N-30205-6 och N-6 uppvisar resulterande segmentpolymerisat, N-30203-6//6, följande strukturformel: :I ' I ° ° :I ~CH2) 3-0- (C112) 2-0- (CI-Iz) 3-N-C~ (CI-IB ) 4~C N- (CHZ) s-E O _ ""*y ' 2 10 15 20 25 30 35 H0 .,_____. ___.-. ._ , 7713312-2 vari Y = U-200, z = U-200 och polymerisatets molekylvikt ligger i intervallet ca 5 000 - 100 000, Nämnda N-30203-6//6 kan innehålla så få som U repeterande en- heter. Nämnda y och z kan sålunda båda ha värdet M. Data rapporte- rade i ovan angivna amerikanska patentansökan 557 717/12 mars 1975 .visar att nylon-6 med fyra repeterande enheter uppvisar en beräknad smältpunkt, som icke betydligt avviker från smältpunkten för dess polymer med tämligen hög molekylvikt. Liknande data visar att N-30203-6 med fyra repeterande enheter uppvisar en smältpunkt, som icke avsevärt skiljer sig från smältpunkten för dess polymer med tämligen hög molekylvikt. Varje fyra repeterande enhetssegment kan sålunda, när det föreligger i ett segmentpolymerisat, bibehålla sina egna speciella egenskaper utan att väsentligt försämra egenskaperna för det andra repeterande enhetssegmentet. I syfte att nedbringa förluster av egenskaper till ett minimum är de föredragna minimi- värdena för y och z lika med 8, och speciellt lika med 10. Föredragna maximivärden för y och z är 175 respektive 185, och mer föredragna värden är 150 och 160 men också värden av 200 är användbara.

Det resulterande segmentpolymerisatet kan även innehålla en antíoxidant som till exempel l,5,5-trimetyl-2,6-tris-(5,5-ditertiär- butyl-Ä-hydroxibensyl)bensen. Ringa mängder av antioxidant, till exempel 0,5 viktprocent, är tillfredsställande, men till och med så små mängder som 0,01 viktprocent kan användas och så stora mängder som 2,0 viktprocent är också tillfredsställande. Andra antioxidan- ter än den angivna kan användas. Antioxidanten blandas vanligen med de två polymererna innan smältblandningen sker. tillsatser till polyamider, som till exempel matteringsmedel och/eller ljusstabiliseringsmedel, kan även tillsättas. I I Det sätt, som användes för att bestämma kontinuiteten eller A diskontinuiteten hos smältblandningsförfarandet, innefattar karak- terisering av polymeren medelst fraktionell fällning av segmentpoly- merisatet i myrsyra. Den amerikanska patentskriften 3 393 252 be- skriver hur man nyttjar skillnaderna i löslighet i myrsyra för att Vid fraktionell fällning löses ett Andra vanliga identifiera olika polyamider. prov av segmentpolymerisatet helt i 90% myrsyra. När koncentrationen av myrsyra utspädes genom tillsats av destillerat vatten, fälles allt större mängd segmentpolymerisat ut. Vid viss lägre koncentration _av syra minskar mängden av ytterligare utfällt segmentpolymerisat allteftersom utspädningen av syran ökar ytterligare. Vid en ännu lägre koncentration närmar sig mängden utfällt segmentpolymerisat noll. Denna nära nollutfällning sker trots att viss mängd segment- 10 15 20 25 BO 35 HO 7713312-2 polymerisat kvarstår i lösning i den utspädda myrsyran. Det synes som om, beräknat på.använd analysteknik, mängden utfällande segment- polymerisat i själva verket är lika med noll vid en lägre syrakon- centration. Med andra ord är den lika med maximimängden löst poly- mer, som kan utvinnas ur syralösningen trots ytterligare utspädning.

Experimentella detaljer hos detta sätt förklaras i utföringsexemplen.

Enligt en utföringsform av förfarandet för smältblandning av nämnda N-50205-6//6 och N-6 låter man smältblandningsförfarandet fort- gå till dess att segmentpolymerisatet kännetecknas av att maximi- mängden segmentpolymerisat utvunnet ur en vattenbaserad myrsyralös- ning överstiger ca 90,6 viktprocent. Enligt en annan utföringsform av föreliggande förfarande får smältblandningsförfarandet fortgå till dess att segmentpolymerisatet kännetecknas av att myrsyrakon- centrationen är lägre än ca 50,7% vid 50% utvinnning av segmentpoly- merisatet löst i en vattenbaserad myrsyralösning innehållande det lösta segmentpolymerisatet. Enligt en föredragen utföringsform låter man smältblandningsförfarandet fortgå till dess att segmentpolymeri- satet kännetecknas av att ur en vattenbaserad myrsyralösning utvunnet segmentpolymerisat överstiger ca 90,6 viktprocent och att dessutom myrsyrakcncentrationen är lägre än ca 50,7% vid 50% utvinning av segmentpolymerisatet löst i en vattenbaserad myrsyralösning inne- hållande det lösta segmentpolymerisatet.

Följande utföringsexempel beskriver hur segmentpolymerisatet beredes enligt föreliggande förfarande. Resultat från jämförande prov med polyamidsegmentpolymerisat berett enligt ett annat förfaran- de gives även.

EXEMPEL l Framställning av 1,2-bis(,ß-cyanoetoxietan)(NC-(CH?),0-(CH2)2O-(CH2)2- 4631713; i i En glasreaktor med dubbelvägg (för Vattenkylning) och volym 5 liter utrustad med bottentapp och avstängningskran satsades med 930 g (15 moler) etylenglykol och ü5,6 g U0% vattenbaserad lösning av KOH.

Ungefär 1620 g (30,6 moler) exryinitril (NEc-cH=cH2> tillsattes sedan droppvis under omröring med sådan hastighet, att temperaturen hölls När tillsatsen var avslutad, omrördes blandningen lägre än 5500. ytterligare en timme och fick stå över natten. Blandningen neutra- liserades därefter till pH 7 genom tillsats av 6M HC1. Efter tvätt- ning tre gånger, med mättad NaCl-lösning avskildes produkten från det vattenbaserade skiktet, torkades över CaCl2 samt fördes genom en pelare av Al202 för att tillförsäkra om att alla alkaliska material l0 l5 20 25 30 35 H0 'en destiilationsenhet med ett 3-fots löpband. 771zz12-2 avlägsnats. Det erhållna utbytet var 90% av det teoretiska.

EXEMPELc 2 Framställning av H,7-dioxadekametylendiamin (NH2 (CH2)3-O-(CH2)2-O-(CH2)3~NH2) En hydreringsreaktor med volym 800 ml satsades med l50 g 1,2-bis (få-cyanoetoxietan), 230 ml dioxan samt ca 50 g Raney Co. Efter utblåsníng av luften, komprimerades reaktorinnehållet med väte upp till ett tryck av lH0 kg/cm? samt uppvärmdes till 11000. Alltefter- som vätet förbrukades tillsattes ytterligare väte, till dess att Efter kylning frigjordes trycket och katalysatorn filtrerades. Nämnda díoxan avlägsnades medelst atmos- Den återstående blandningen destíllerades med Diaminen destillerade trycket förblev konstant. färisk destillation. vid 123-l2H°C och 3,75 mm Hg. Ungefär 98 g 99,95% rent material erhölls. Materialet hänvisas till såsom diamin_}020§¿mm________ EXEMPEL 3 Framställning och polymerisation av poly (U,7- dioxadekametylenadipamid)(30205-6).

Till en lösning av 41,50 g adipinsyra löst i en blandning av 250 ml isopropanol och 50 ml etanol sattes under omröring 50 g diamin 30205 löst i 200 ml isopropanol. En exoterm reaktion förlöpte. Vid kylning utkristalliserade ett polymersalt ur lösningen. Saltet sam- lades på en Büchnertratt och omkristalliserades sedan ur en bland- ning av H00 ml etanol samt 300 ml isopropanollösning. Produkten, torkad i vakuum över natten vid 6000, uppvisade en smältpunkt av 12800 och pH-värdet för en 1% lösning var 6,9 och 85 g salt (92% av det teoretiska utbytet) erhölls. > Ungefär H0 g av polymersaltet satsades till ett tjockväggigt polymerrör "D" av glas. Därefter sammanpressades rörets hals för tillslutning och blåstes rent på luft genom evakuering och kvävgas- fyllning 5 gånger. Slutligen uppvärmdes röret i ett aluminiumblock i 2 timmar vid 200g$è Efter kylning bröts rörets spets av, och åter- stående parti böjdeszšinkeln H50 genom uppvärmning och kopplades sedan till ett samlingsrör samt blåstes rent på luft med cykler av kvävgas-vakuum. Rören uppvärmdes vid 22200 under kväve vid atmos- färstryck i 6 timmar med användning av ångbad av metylsalicylat. Vid kylning bröts rören sönder och polymerpronpen krossades till stycken av storlek ca 0,3 cm.

EXEMPEL. M Polymersmältblandning Två olika sätt användes för att smältblanda polyamiderna. Fyra 10 15 20 30 35 ÄO 7713312-2 av proven, dvs. numren l - 4, bereddes genom att man satsade de torkade polymererna, dvs. N 30203-6 och N-6 till en strängsprut- maskin. I denna maskin smältes polymeren och fördes till en statisk blandare, där segmentpolymerisatet bildades som ett resultat av Följande tabell visar uppehâllstiden i blandaren och använd temperatur. De två andra proven, dvs. nummer 5 och 6, bereddes genom att man satsade lämpliga mängder torkad polymer 30203-6 och nylon-6 i en behållare I öppningarna var avsedda för en spirakmrörare och ett kvävgasinlopp.' Behållaren blåstes ren på luft.

Därefter uppvärmdes den kvävgasfyllda behållaren med användning av omröring och uppvärmning vid förhöjd temperatur. med två öppningar i gummiproppen. ett lämpligt vätske-ångbad. Blandningen av de två polymererna om- rördes med spiralomröraren driven av en pneumatisk motor under Innan polymersmältan tilläts att svalna, luftes Efter stelning erforderlig tid. omröraren upp för att polymeren skulle rinna av. bröts de resulterande polymererna upp enligt båda förfaringssätten samt torkades för spinning.

EXEMPEL 5 Polymerspining och dragning Efter beskrivet smältblandningsförfarande spanns de olika N 30203~6//6 till en fiber med användning av en kolvsträngsprutappa- rat. Proven spanns genom ett spinnmunstycke med 7 öppningar med diamter 0,30 mm och längd 0,61 mm. _De torkade proven, ca 50 g, sat- sades i strängsprutmaskinen samt gavs 25 minuter för att smälta och uppnå en jämviktstemperatur, dvs. ca 25000. Därefter tvingades proven genom siktfilter, H0 mesh och 250 mesh siktar av rostfritt stål samt Proven av N-30203-6//6 smält- Garnen fördes från spinnmun- spinnmunstycket av en motordriven kolv. spanns vid lämplig matningshastighet. stycket genom styrorgan och uppsamlades på pappersspolar vid en upp- tagningshastighet av ca H2 m/min. Ett ytbehandlingsmedel för spin- ning kommersiellt tillgängligt och löst i heptan, anbringades garnet när det passerade över ett påföringsorgan. Detta påföringsorgan var en nylonfilt mättad med spinnytbehandlingsmedlet och fäst till styr- organet för garnet ca 1,2 m under spinnmunstycket. Under spinníngen var strängsprutapparatens temperatur ca 22500 och kolvens övertryck ca 28 kp/cm2.

EXEMPEL 6 Försök avseende fibersmältning De resulterande fibrerna, dvs. proven l-6, stickades sedan till rör och placerades i kokande vatten. När de stickade rören tagits IQ 15 20 25 30 35 H0 7713312-2 upp ur det kokande vattnet, repades rören upp i syfte att bestämma den relativa graden av fihersmältning, Resultaten rapporteras i tabellen. Även där graden av smältning kallas ringa, var den dock tillräckligt hög för att göra materialet olämpligt som ett kommersi- ellt tyg.

EXEMPEL 7 Karakterisering av segmentpolymerisatet Delar av proven l till 6 undersöktes med avseende på deras frak- tionella fällning i myrsyra- Sättet var allmänt det följande: l gram torrtpolymerisat, dvs; N-30203-6//6 invägdes på en tiondels milligram Provet vägande ca l gram löstes i en standardiserad myrsyra Den resulterande lösningen utspäddes med destil- när. (dvs. 90% myrsyra). lerat vatten till en given koncentration myrsyra i % exempelvis 55%.

Lösningen fick stå i rumstemperatur i 3 timmar och filterades sedan.

Den uppsamlade fällningen tvättades därefter med vatten, torkades samt vägdes för att giva den procentuella mängden utvunnet prov vid denna speciella koncentration av myrsyra. En kurva konstruerades sedan genom att man avsatte % utvunnet prov vid de olika myrsyra- koncentrationerna. Vart och ett av proven uppvisade olika löslighet Med den beskrivna kurvan beräknades koncentrationen myr- Dessa värden rapporteras _i myrsyra. syra vid 50% utvinning av löst polymer. även i tabellen.

Tabellen presenterar resultat av olika undersökta prov. taten är koncentrationen av myrsyra när 50% av löst polymer utvunnits För varje prov angives Resul- ooh maximal mängd löst polymer, som utvunnits. även blandningstiden, den temperatur vid vilken blandningen ägde rum samt graden observerad fibersmältning i det stickade tyget berett av varje polymerisat.

Som framgår av tabellen minskar graden fibersmältning när myr- syrakoncentrationen vid 50% polymerutvinning minskar, till exempel från 5H,8% till 54,3%. När myrsyrakoncentrationen minskat till 50,7% observeras icke någon fibersmältning. Den slutsatsen kan sålunda gdragas att om myrsyrans koncentration vid 50% utvinning av polymerisat är lägre än 50,7%, så föreligger icke någon fibersmältning. På lik- nande sätt kan observeras, att när väl den maximala mängden utvunnet polymerisat överstiger 90,6% kan icke ytterligare fibersmältning observeras. Det kan även fastslås, att om den maximala mängden av polymerisat utvunnet ur myrsyralösningen överstiger 90,6% så sker icke någon fibersmältning. En annan slutledning är att när båda dessa karakteristika föreligger så sker icke någon fibersmältning.

Claims (3)

7713312-2 Analoga resultat erhålles när segmentpolymerisat N-30203-6//6 beredes med andra förhållanden mellan N-30205-6 och N-6 än de ovan angivna. Éêëšëä Eliminering av fibersmältning genom reglering av löslighet i myrsyra. Prov Bland- Temperatur Grad av Koncentra- Maximal % (a) nings- oc fibersmält- tion vid 50% utvunnet tid 2 ning utvinning prov l 9 260 Hög 5Ä,8 80,ü 2 10 260 Hög 5M,6 78,8 3 26 260 Modest 52,5 8U,2 u 26 282 Ringa 514,3 90,6 5 H5 _ 282 Ingen 50,7 9H,7 6 75 282 Ingen H7,3 93,8 (a) Varje prov består av 30 viktprocent N-50203-6 och 70% N-6. PATENTKRAV

1. Förfarande för smältblandning av poly(4,7-dioxadeka- metylenadipamid) och polykaprolaktam till bildning av segment- polymerisatet N-30203-6//6, k ä n n e t e c k n a t av att man fortsätter smältblandningen till dess att maximimängden segment- polymerisat utvunnet ur en vattenbaserad myrsyralösning innehål- lande det lösta segmentpolymerisatet överstiger ca 90,6 viktpro- cent, varigenom fibrer, vilka är framställda av segmentpolymeri- satet och vilka har ett smörjande ytbehandlingsmedel, inte nämn- värt smälter samman när fibrerna rengöres för att avlägsna ytbe- handlingsmedlet.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n'a t av att man fortsätter smältblandningen till dess att myrsyrakon- centratíonen för myrsyralösningen innehållande det löste segment- polymerisatet är lägre än ca 52,5 procent vid 50 procent utvin- ning av segmentpolymerisatet.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att man genomför smältblandningen vid en temperatur av från ca zeo°c :111 ca zsz°c under en tid av från ca 26 till ca 75 minuter.