WO2002042357A2 - Polyamid - Google Patents

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WO2002042357A2
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Helmut Winterling
Michael Fischer
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    • C08G69/28—Preparatory processes

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of polyamides, characterized in that the polymerization of starting monomers in the presence of 2.3 to 10 mmol, based on 1 mol of carboxamide group of the polyamide, a compound which has a nitrile group and one to form one
  • Carboxamide group has functional group capable of performing as a chain regulator.
  • polyamide obtainable by this process, in particular obtained, furthermore polyamide containing a compound chemically bonded to the polymer chain via a carboxamide group and having a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group, in an amount in the range from 2.3 to 10 mmol, based on 1 mol of carboxamide groups of the polyamide, and also threads, fibers, flat structures and moldings containing such a polyamide, in particular consisting of such a polyamide.
  • Polyamides are technically important thermoplastic polymers, which are usually processed in the molten state, for example by extrusion or injection molding, to form threads, fibers, sheets and moldings.
  • This processing in the molten state requires that the polymer have a high melt stability. Changes in the polymer due to the thermal load in the molten state are usually determined as a change in the viscosity of the melt in accordance with the DIN EN ISO 1133 standard. Such changes in the viscosity of the melt can be both an expression of a degradation of the polymer and a post-condensation.
  • the threads, fibers, foils and fabrics obtainable from such polymers should have a high stability against thermal loads below the melting point.
  • the notched impact strength after hot storage in accordance with the DIN EN ISO 179 standard is used as the measurement variable for this purpose.
  • the object of the present invention was to provide polyamides with improved melt stability and improved impact strength after heat treatment, and a method for producing such polyamides.
  • the polyamides defined at the outset processes for producing such polyamides, and also threads, fibers,. Sheets and moldings containing such a polyamide, in particular consisting of such a polyamide found.
  • Polyamides are understood to mean homopolymers, copolymers, mixtures and grafts of synthetic long-chain polyamides which, as an essential component, have recurring amide groups in the main polymer chain.
  • polyamides are nylon 6 (polycaprolactam), nylon 6,6 (polyhexamethylene adipamide), nylon 4,6 (polytetramethylene adipamide), nylon 6,10 (polyhexamethylene sebacamide), nylon 7 (polyenantholactam), nylon 11 (poly lyundecanolactam), nylon 12 (polydodecanolactam). These polyamides are known to have the generic name of nylon.
  • Polyamides also include those known as aramids (aromatic polyamides see) such as poly-metaphenylene isophthalamide (NOMEX ®, US-A-3 287.324) or poly-para-phenyleneterephthalamide (KEVLAR ®, US-A-3,671,542).
  • aramids aromatic polyamides see
  • poly-metaphenylene isophthalamide NOMEX ®, US-A-3 287.324
  • KEVLAR ® poly-para-phenyleneterephthalamide
  • polyamides can be produced by two processes.
  • the amino and carboxyl end groups react with one another to form an amide group and water.
  • the water can then or simultaneously be removed from the polymer mass.
  • the amino and amide end groups of the starting monomers or starting oligomers react with one another to form an amide group and ammonia.
  • the ammonia can subsequently or simultaneously be removed from the polymer mass.
  • This polymerization reaction is usually referred to as polycondensation.
  • the polymerization from lactams as starting monomers or starting oligomers is usually referred to as polyaddition.
  • compounds can be selected from the group consisting of lactams, omega-aminocarboxylic acids, omega-aminocarboxamides, omega-aminocarboxylic acid salts, omega-aminocarboxylic acid esters, equimolar mixtures of diamines and dicarboxylic acids, dicarboxylic acid / diamine salts or mixtures thereof Monomers are used.
  • Monomers or oligomers of C 2 - to C o - amino acid amides such as 6-aminocaproic acid amide, 11-aminoundecanoic acid amide and their dimers, trimers, tetramers, pentamers or hexamers,
  • Esters preferably C 1 -C 4 alkyl esters, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl ester, from C 2 to C o -, preferably C 3 - to Ci ⁇ ⁇ aminocarboxylic acids, such as 6-aminocaproic acid esters, for example methyl 6-aminocaproate, 11-aminoundecanoic acid esters, for example methyl 11-aminoundecanoate,
  • C 3 - to C 2 o ⁇ > preferably C ⁇ - to -C-aromatic dicarboxylic acid or its derivatives, for example chlorides, such as 2, 6-naphthalenedicarboxylic acid, preferably isophthalic acid or terephthalic acid,
  • C 9 to C 0 preferably C 9 to Cie arylaliphatic dicarboxylic acid or its derivatives, for example chlorides, such as o-, m- or p-phenylenediacetic acid,
  • Cs - to C 2 o ⁇ preferably CQ - to -C 2 - aromatic dicarboxylic acid or its derivatives, for example chlorides, such as 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, preferably isophthalic acid or terephthalic acid,
  • C 9 - to C o - preferably C 9 - to -C 8 - arylaliphatic see dicarboxylic acid or its derivatives, for example chlorides, such as o-, m- or p-phenylenediacetic acid, as well as their dimers, trimers, tetramers, pentamers or hexamers,
  • Cio - aromatic dicarboxylic acid or derivatives thereof for example chlorides, such as 2, 6-naphthalenedicarboxylic acid, preferably isophthalic acid or terephthalic acid,
  • C 9 - to C o ⁇ preferably C 9 - to Ci ⁇ - arylaliphatic dicarboxylic acid or its derivatives, for example chlorides, such as o-, m- or p-phenylenediacetic acid,
  • starting monomers or starting oligomers which, in the polymerization, give the polyamides nylon 6, nylon 6,6, nylon 4,6, nylon 6,10, nylon 7, nylon 11, nylon 12 and the aramids poly-metaphenylene Isophthalamide or poly-paraphenylene terephthalamide, in particular to nylon 6 and nylon 66, such as caprolactam, adipic acid and hexamethylene diamine.
  • Lactams can be obtained by reacting a cyclic ketone with hydroxylamine to the corresponding oxime and subsequent Beckmann rearrangement or from the corresponding aminonitriles by hydrolytic cyclization before or during the polymerization, in particular in the presence of catalysts such as titanium dioxide, in a manner known per se be preserved.
  • the production of omega-aminocarboxylic acids, omega-aminocarboxamides, omega-aminocarboxylic acid salts, omega-aminocarboxylic acid - esters is known per se. They can be obtained, for example, from the corresponding aminonitriles 5 before or during the polymerization.
  • dicarboxylic acids are known per se. They can be obtained, for example, from the corresponding dinitriles before or during the polymerization.
  • Diamines can be prepared in a manner known per se, such as by hydrogenation of the corresponding dinitriles.
  • the polymerization of starting monomers 15 is carried out in the presence of a compound which has a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group, as a chain regulator.
  • an amine group is suitable as the functional group capable of forming a carboxamide group.
  • Aromatic, arylaliphatic, preferably aliphatic aminonitriles, in particular aliphatic alpha, omega-aminonitriles, having 2 to 20, preferably 2 to 12, carbon atoms can advantageously be used.
  • aliphatic aminonitriles in particular aliphatic alpha, omega-aminonitriles, having 2 to 20, preferably 2 to 12, carbon atoms
  • polyamide according to the invention corresponds to polyamide according to the invention, preferably in the case of 6-aminocapronitrile starting monomers already mentioned for the production of nylon 6 or nylon 66, in particular nylon 6.
  • Such aminonitriles can be prepared in a manner known per se, such as by partial hydrogenation of the corresponding dinitriles.
  • a 40 acid group is suitable as the functional group capable of forming a carboxamide group.
  • Aromatic, arylaliphatic, preferably aliphatic nitrilocarboxylic acids, in particular aliphatic alpha, omega-nitrilocarboxylic acids having 2 to 20, preferably 2 to 45, 12 carbon atoms can advantageously be used.
  • Those nitrilocarboxylic acids whose carbon skeleton corresponds to a starting monomer of the polyamide according to the invention are particularly preferred in the case of the starting monomers 6-nitriloadipic acid already mentioned for the production of nylon 6 or nylon 66, in particular nylon 66.
  • nitrilocarboxylic acids can be prepared in a manner known per se, such as by partial hydrolysis of the corresponding dinitriles.
  • the polymerization of starting monomers is carried out in the presence of at least 2.3 mmol, preferably at least 2.4 mmol, in particular at least 2.8 mmol, particularly preferably at least 3 mmol, based on 1 mol of carboxamide group of the polyamide, a compound which has a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group, as chain regulator.
  • the polymerization of starting monomers is carried out in the presence of at most 10 mmol, preferably at most 6 mmol, in particular at most 4 mmol, based on 1 mol of the carboxamide group of the polyamide, a compound which has a nitrile group and one which is capable of forming a carboxamide group functional group, as a chain regulator.
  • the compound having a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group is used in smaller amounts, sufficient stabilization of the polyamide is not observed. If the compound which has a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group is used in larger amounts, a sufficient degree of polymerization is not achieved.
  • the compound used according to the invention as a chain regulator which has a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group, can be used in combination with chain regulators known per se, for example monocarboxylic acids, preferably Ci-C rj-alkane monocarboxylic acids, such as acetic acid or propionic acid, preferably Cs-Cs -Cycloalkane monocarboxylic acids, such as cyclopentane carboxylic acid, cyclohexane carboxylic acid, preferably benzene and naphthathaline monocarboxylic acids, such as benzoic acid, naphthalene carboxylic acid, for example dicarboxylic acids, preferably C 2 -C o-alkane dicarboxylic acids, such as adipic acid, azelaic acid, sebacic acid or decane dicarboxylic acid, preferably cycloic acid carbonic acid, preferably cyclic acid, 1, -
  • the sum of the present invention 'used compound having a nitrile group and a group capable of forming a carboxamide functional group, and the known chain regulator should advantageously for the inventively used compound having a nitrile group and a group capable of forming a carboxamide functional group does not exceed the maximum amount defined according to the present invention, since otherwise a sufficient degree of polymerization is not achieved.
  • the polymerization or polycondensation is carried out by the process according to the invention in the presence of at least one pigment.
  • Preferred pigments are titanium dioxide, with titanium dioxide preferably being in the anatase modification, or coloring compounds of an inorganic or organic nature.
  • the pigments are preferably added in an amount of 0 to 5 parts by weight, in particular 0.02 to 2 parts by weight, based in each case on 100 parts by weight of polyamide.
  • the pigments can be fed to the reactor with the starting materials or separately.
  • the polyamides according to the invention can be prepared in a manner known per se for polyamides.
  • the preparation of a caprolactam-based polyamide in the presence of a compound which has a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group can be carried out in accordance with DE-A 14 95 198, DE-A 25 58 480, DE-A 44 13 177, Polymerization Processes, InterScience, New York, 1977, pp. 424-467 and Handbuch der Technische Polymerchemie, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1993, pp. 546-554.
  • the preparation of a polyamide based on adipic acid / hexamethylene diamine in the presence of a compound which has a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group can be carried out, for example, in a batch process known per se, as described, for example, in Polymerization Processes, Interscience, New York, 1977, pages 424-467, in particular pages 444-446, or in a continuous process, for example according to EP 129 196.
  • a compound having a nitrile group and a functional group capable of forming a carboxamide group can be added to the reactor separately or as a mixture with all or part of the starting monomers.
  • Threads, fibers, fabrics or moldings can be produced from the polyamides according to the invention.
  • additives such as flame retardants, glass fibers
  • glass fibers can be admixed with the polyamide according to the invention in a manner known per se, such as by extrusion.
  • the extended polyamide was granulated, extracted with boiling water to remove caprolactam and oligomers, then dried in a vacuum drying cabinet.
  • the dried extracted granules were annealed in the solid phase at 160 ° C for 25 h.
  • the relative solution viscosity of the polyamide was then measured in 96% sulfuric acid. 1 g of polymer was weighed into 100 ml of solution and the throughput time measured in an Ubbelohde viscometer against the pure solvent. The complete incorporation of the nitrile groups was checked by IR spectroscopy.
  • the relative solution viscosity RV (1.0 g / dl) was 2.71.
  • Example 1 The polymers produced according to Example 1 and Comparative Example 1 were tested for their flow behavior according to ISO 1133.
  • molten polymer was held for 4, 8, 12, 16, 20 minutes in a heated cylinder at a temperature of 275 ° C. and then pressed through a nozzle into the free space under a weight of 5 kg.
  • a change in the solution viscosity means that a degradation or molecular weight build-up has occurred in the melt before being pressed out of the cylinder.
  • the polymer produced according to Comparative Example 1 has a lower Charpy impact strength than that obtained according to Example 1.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymerisation von Startmonomeren in der Gegenwart von 2,3 bis 10 mmol, bezogen auf 1 mol Carboxamid-Gruppe des Polyamids, einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, als Kettenregler durchführt.

Description

Polyamid
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisation von Startmonomeren in der Gegenwart von 2,3 bis 10 mmol , bezogen auf 1 mol Carboxamid-Gruppe des Polyamids, einer Ver- bindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer
Carboxamidgruppe fähige funktioneile Gruppe aufweist, als Kettenregler durchführt.
Ferner, betrifft sie ein nach diesem Verfahren erhältliches, ins- besondere erhaltenes Polyamid, weiterhin Polyamid, enthaltend eine über eine Carboxamidgruppe chemisch an die Polymerkette gebundene Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktioneile Gruppe aufweist, in einer Menge im Bereich von 2,3 bis 10 mmol, bezogen auf 1 mol Carboxamid-Gruppen des Polyamids, sowie Fäden, Fasern, Flächen- gebilde und Formkörper enthaltend ein solches Polyamid, insbesondere bestehend aus einem solchen Polyamid.
Polyamide stellen technisch bedeutsame thermoplastische Polymere dar, die üblicherweise in geschmolzenem Zustand, beispielsweise durch Extrusion oder Spritzguß, zu Fäden, Fasern, Flächengebilden und Formkörpern verarbeitet werden.
Bei dieser Verarbeitung im geschmolzenen Zustand ist es erforder- lieh, daß das Polymer eine hohe Schmelzstabilität aufweist. Veränderungen des Polymers infolge der thermischen Belastung im geschmolzenen Zustand werden üblicherweise als Viskositätsänderung der Schmelze gemäß der Norm DIN EN ISO 1133 bestimmt. Solche Viskositätsänderungen der Schmelze können sowohl Ausdruck einer De- gradation des Polymers, wie auch einer Nachkondensation sein.
Zudem sollten die aus solchen Polymeren erhältlichen Fäden, Fasern, Folien und Flächengebilde eine hohe Stabilität gegenüber thermischen Belastungen unterhalb des Schmelzpunktes aufweisen. Als Meßgröße wird hierzu in üblicher Weise die Kerbschlagzähigkeit nach Warmlagerung gemäß der Norm DIN EN ISO 179 herangezogen.
Zur Stabilisierung des Polyamids hinsichtlich einer Viskositäts- änderung der Schmelze, wie auch hinsichtlich einer thermischen Belastung unterhalb des Schmelzpunktes von aus solchen Polyamiden hergestellten Produkten werden üblicherweise vor oder während der Polymerisation aus den Startmonomeren Kettenregler, beispielsweise Propionsäure, zugegeben, wobei eine weitere Verbesserung dieser Stabilisierung wünschenswert ist.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Polyamide mit verbesserter Schmelzstabilität und verbesserter Schlagzähigkeit nach Warmbehandlung sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Polyamide, zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wurden die eingangs definierten Polyamide, Verfahren zur Herstellung solcher Polyamide, sowie Fäden, Fasern,. Flächen- gebilde und Formkörper enthaltend ein solches Polyamid, insbesondere bestehend aus einem solchen Polyamid gefunden.
Unter Polyamiden werden Homopolymere, Copolymere, Mischungen und Pfropfungen von synthetischen langkettigen Polyamiden verstanden, die als wesentlichen Bestandteil wiederkehrend Amid-Gruppen in der Polymer-Hauptkette aufweisen. Beispiele solcher Polyamide sind Nylon 6 .(Polycaprolactam) , Nylon 6,6 (Polyhexamethylenadipa- mid) , Nylon 4,6 (Polyteträmethylenadipamid) , Nylon 6,10 (Polyhe- xamethylensebacamid) , Nylon 7 (Polyenantholactam) , Nylon 11 (Po- lyundecanolactam) , Nylon 12 (Polydodecanolactam) . Diese Polyamide tragen bekanntermaßen den generischen Namen Nylon. Unter Polyamiden werden auch die sogenannten Aramide verstanden (aromati- sehe Polyamide) , wie Poly-metaphenylen-isophthalamid (NOMEX ® , US-A-3, 287,324) oder Poly-paraphenylen-terephthalamid (KEVLAR ® , US-A-3,671,542) .
Die Herstellung von Polyamiden kann prinzipiell nach zwei Verfah- ren erfolgen.
Bei der Polymerisation aus Dicarbonsäuren und Diaminen, wie auch bei der Polymerisation aus Aminosäuren oder deren Derivaten, wie Aminocarbonsäurenitrilen, Aminocarbonsäureamiden, Aminocarbonsäu- reestern oder Aminocarbonsäuresalzen, reagieren die Amino- und Carboxyl-Endgruppen miteinander unter Bildung einer Amid-Gruppe und Wasser. Das Wasser kann anschließend oder gleichzeitig von der Polymermasse entfernt werden. Bei der Polymerisation aus Carbonsäureamiden reagieren die Amino- und Amid-Endgruppen der Ausgangsmonomere oder Ausgangsoligomere miteinander unter Bildung einer Amid-Gruppe und Ammoniak. Der Ammoniak kann anschließend oder gleichzeitig von der Polymermasse entfernt werden. Diese Polymerisationsreaktion bezeichnet man üblicherweise als Polykon- densation. Die Polymerisation aus Lactamen als Ausgangsmonomeren oder Aus- gangsoligomeren bezeichnet man üblicherweise als Polyaddition.
Als Sta monomere können Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lactamen, omega-Aminocarbonsäuren, omega-Aminocar- bonsäureamiden, omega-Aminocarbonsäuresalze, omega-Aminocarbon- säureester, äquimolaren Mischungen aus Diaminen und Dicarbon- säuren, Dicarbonsäure/Diamin-Salzen oder Gemischen solcher Monomere eingesetzt werden.
Als Startmonomere kommen
Monomere oder Oligomere eines C - bis C 0 - vorzugsweise C2 - bis Ci8 - arylaliphatischen oder vorzugsweise aliphatischen Lactams , wie Enantholactam, Undecanolactam, Dodecanolactam oder Capro- lactam, insbesondere Caprolactam,
Monomere oder Oligomere von C2 - bis C2o ~. vorzugsweise C3 - bis Ciβ - Aminocarbonsäuren, wie 6-Aminocapronsäure, 11-Aminoundecan- säure, sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere, sowie deren Salze, wie Alkalisalze, beispielsweise Lithium-, Natrium-, Kalium-Salze,
Monomere oder Oligomere von C2 - bis C o - Aminosäureamiden, wie 6-Aminocapronsäureamid, 11-Aminoundecansäureamid sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Ester, vorzugsweise Cι-C4-Alkylester, wie Methyl-, Ethyl-, n-Pro- pyl-, i-Propyl-, n-Butyl-, i-Butyl-, s-Butyl-ester, von C2 - bis C o -, vorzugsweise C3 - bis Ciβ ~ Aminocarbonsäuren, wie 6-Amino- capronsäureester, beispielsweise 6-Aminocapronsäuremethylester , 11-Aminoundecansäureester, beispielsweise 11-Aminoundecansäureme- thylester,
Monomere oder Oligomere eines C2 - bis C2o -, vorzugsweise C - bis C12 - Alkyldiamins, wie Tetramethylendiamin oder vorzugsweise Hexamethy1endiamin,
mit einer C2 - bis C2o ~» vorzugsweise C2 - bis C14 - aliphatischen Dicarbonsäure, wie Sebacinsäure, Decandicarbonsäure oder Adipin- säure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere, Monomere oder Oligomere eines C2 - bis C2rj -, vorzugsweise C2 - bis C12 - Alkyldiamins, wie Tetramethylendiamin oder vorzugsweise Hexamethy1endiamin,
mit einer C3 - bis C2o ~ > vorzugsweise CΘ - bis Cι - aromatischen Dicarbonsäure oder deren Derivate , beispielsweise Chloride, wie 2, 6-Naphthalindicarbonsäure, vorzugsweise Isophthalsäure oder Terephthalsäure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Monomere oder Oligomere eines C2 - bis C2o -. vorzugsweise C2 - bis Cα2 - Alkyldiamins, wie Tetramethylendiamin oder vorzugsweise Hexamethy1endiamin,
mit einer C9 - bis C 0 -, vorzugsweise C9 - bis Cie - arylaliphati- schen Dicarbonsäure oder deren Derivate, beispielsweise Chloride, wie o-, m- oder p-Phenylendiessigsäure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Monomere oder Oligomere eines C6 - bis C2o _ vorzugsweise C6 - bis Cio - aromatischen Diamins, wie m- oder p-Phenylendiamin,
mit einer C2 - bis C2o -. vorzugsweise C2 - bis C14 - aliphatischen Dicarbonsäure, wie Sebacinsäure, Decandicarbonsäure oder Adipin- säure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Monomere oder Oligomere eines C6 - bis C2o _ vorzugsweise Cξ - bis C.0 ~ aromatischen Diamins, wie m- oder p-Phenylendiamin,
mit einer Cs - bis C2o ~. vorzugsweise CQ - bis Cι2 - aromatischen Dicarbonsäure oder deren Derivate , beispielsweise Chloride, wie 2, 6-Naphthalindicarbonsäure, vorzugsweise Isophthalsäure oder Terephthalsäure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Monomere oder Oligomere eines C6 - bis C2o - vorzugsweise C6 - bis Cio ~ aromatischen Diamins, wie m- oder p-Phenylendiamin,
mit einer C9 - bis C o -, vorzugsweise C9 - bis Cι8 - arylaliphati- sehen Dicarbonsäure oder deren Derivate, beispielsweise Chloride, wie o-, m- oder p-Phenylendiessigsäure, sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Monomere oder Oligomere eines C - bis C2o -. vorzugsweise CQ - bis Ciβ - arylaliphatischen Diamins, wie m- oder p-Xylylendiamin,
mit einer C2 - bis C2o -. vorzugsweise C2 - bis Cι4 - aliphatischen Dicarbonsäure, wie Sebacinsäure, Decandicarbonsäure oder Adipin- säure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Monomere oder Oligomere eines C - bis C2o -. vorzugsweise Cs - bis Cia - arylaliphatischen Diamins, wie m-,oder p-Xylylendiamin,
mit einer &$ - bis C2o ~ < vorzugsweise C6 - bis Cio - aromatischen Dicarbonsäure oder deren Derivate , beispielsweise Chloride, wie 2, 6-Naphthalindicarbonsäure, vorzugsweise Isophthalsäure oder Terephthalsäure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
Monomere oder Oligomere eines C - bis C2o -. vorzugsweise Ca - bis Ciβ - arylaliphatischen Diamins, wie m- oder p-Xylylendiamin,
mit einer C9 - bis C o ~. vorzugsweise C9 - bis Ciβ - arylaliphatischen Dicarbonsäure oder deren Derivate, beispielsweise Chloride, wie o-, m- oder p-Phenylendiessigsäure,
sowie deren Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere oder Hexamere,
sowie Homopolymere, Copolymere, Mischungen und Pfropfungen solcher Ausgangsmonomere oder Ausgangsoligomere in Betracht.
Bevorzugt sind dabei solche Ausgangsmonomere oder Ausgangsoligo- mere, die bei der Polymerisation zu den Polyamiden Nylon 6, Nylon 6,6, Nylon 4,6, Nylon 6,10, Nylon 7, Nylon 11, Nylon 12 und den Aramiden Poly-metaphenylen-isophthalamid oder Poly-paraphenylen- terephthalamid, insbesondere zu Nylon 6 und Nylon 66, führen, wie Caprolactam, Adipinsäure und Hexame hylendiamin.
Lactame können durch Umsetzung eines cyclischen Ketons mit Hydroxylamin zu dem entsprechenden Oxim und anschließende Beck- mann-Umlagerung erhalten werden oder aus den entsprechenden Aminonitrilen durch hydrolytische Cyclisierung vor oder während der Polymerisation, insbesondere in Gegenwart von Katalysatoren, wie Titandioxid, in an sich bekannter Weise erhalten werden. Die Herstellung von omega-Aminocarbonsäuren, omega-Aminocarbon- säureamiden, omega-Aminocarbonsäuresalze, omega-Aminocarbonsäu - reester ist an sich bekannt. Sie können beispielsweise aus den entsprechenden Aminonitrilen vor oder während der Polymerisation 5 erhalten werden.
Die Herstellung von Dicarbonsäuren ist an sich bekannt. Sie können beispielsweise aus den entsprechenden Dinitrilen vor oder während der Polymerisation erhalten werden.
10
Die Herstellung von Diaminen kann in an sich bekannter Weise, wie durch Hydrierung der entsprechenden Dinitrile, erfolgen.
Erfindungsgemäß führt man die Polymerisation von Startmonomeren 15 in der Gegenwart einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktioneile Gruppe aufweist, als Kettenregler durch.
Es können auch Gemische solcher Verbindungen eingesetzt werden. 20
In einer bevorzugten Ausführungsform kommt als zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe eine Amingruppe in Betracht.
25 Vorteilhaft können aromatische, arylaliphatische, vorzugsweise aliphatische Aminonitrile, insbesondere aliphatische alpha,omega- Aminonitrile, mit 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 12 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind solche Aminonitrile, deren Kohlenstoffgerüst einem Startmonomer des
30 erfindungsgemäßen Polyamids entspricht, vorzugsweise im Falle von zur Herstellung von Nylon 6 oder Nylon 66, insbesondere Nylon 6, bereits genannten Startmonomeren 6-Aminocapronitril .
Die Herstellung solcher Aminonitrile kann in an sich bekannter 35 Weise erfolgen, wie durch partielle Hydrierung der entsprechenden Dinitrile.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommt als zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe eine 40 Säuregruppe in Betracht.
Vorteilhaft können aromatische, arylaliphatische, vorzugsweise aliphatische Nitrilocarbonsäuren, insbesondere aliphatische alpha,omega-Nitrilocarbonsäuren, mit 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 45 12 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind solche Nitrilocarbonsäuren, deren Kohlenstoffgerüst einem Startmonomer des erfindungsgemäßen Polyamids entspricht, vorzugsweise im Falle von zur Herstellung von Nylon 6 oder Nylon 66 , insbesondere Nylon 66, bereits genannten Startmonomeren 6-Nitriloa- dipinsäure.
Die Herstellung solcher Nitrilocarbonsäuren kann in an sich bekannter Weise erfolgen, wie durch partielle Hydrolyse der entsprechenden Dinitrile.
Erfindungsgemäß führt man die Polymerisation von Startmonomeren in der Gegenwart von mindestens 2,3 mmol, vorzugsweise mindestens 2,4 mmol, insbesondere mindestens 2,8 mmol, besonders bevorzugt mindestens 3 mmol, bezogen auf 1 mol Carboxamid-Gruppe des Polyamids, einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe auf - weist, als Kettenregler durch.
Erfindungsgemäß führt man die Polymerisation von Startmonomeren in der Gegenwart von höchstens 10 mmol, vorzugsweise höchstens 6 mmol, insbesondere höchstens 4 mmol, bezogen auf 1 mol Carboxa- mid-Gruppe des Polyamids, einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, als Kettenregler durch.
Setzt man die Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, in geringeren Mengen ein, so ist keine ausreichende Stabilisierung des Polyamids zu beobachten. Setzt man die Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, in größeren Mengen ein, so wird kein ausreichender Grad an Polymerisatio erreicht.
Die erfindungsgemäß als Kettenregler eingesetzte Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, kann in Kombination mit an sich bekannten Kettenreglern, beispielsweise Monocarbonsäuren, vorzugsweise Ci-C rj-Alkanmonocarbonsäuren, wie Essigsäure oder Propionsäure, vorzugsweise Cs-Cs-Cycloalkanmonocarbonsäuren, wie Cyclopentancarbonsäure, Cyclohexancarbonsäure, vorzugsweise Benzol- und Naphtathalinmonocarbonsäuren, wie Benzoesäure, Naphthalincarbonsäure, beispielsweise Dicarbonsäuren, vorzugsweise C2-C o-Alkandicarbonsäuren, wie Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure oder Decandicarbonsäure, vorzugsweise Cs-Cs-Cyclo- alkandicarbonεäuren, wie 1, -Cyclohexancarbonsäure, vorzugsweise Benzol- und Naphtathalindicarbonsäuren, wie Isophthalsäure, Terephthalsäure, 2, 6-Naphthalindicarbonsäure, beispielsweise Monoamine, vorzugsweise Ci-Cirj-Alkanmonoamine, vorzugsweise C5-c8-Cycloalkanmonoamine, wie Cyclopentanamin, Cyclohexanamin, 4-Amino-2, 2, 6, 6-Tetramethylpiperidin, beispielsweise Benzol- und Naphtathalinmonoamin, wie Anilin, Naphthalinamin, beispielsweise Diamine, vorzugsweise C2-Cι0-Alkandiamine, wie Hexa ethylendiamin, vorzugsweise Cs-Cs-Cycloalkandiamine, wie 1, 4-Cyclohexandiamin, vorzugsweise Benzol-, Naphtathalin- und Xylylidendiamine, wie o-Xylylydendiamin, m-Xylylydendiamin, p-Xylylidendiamin, oder Gemische solcher an sich bekannter Kettenregler eingesetzt werden.
Die Summe aus der erfindungsgemäß 'eingesetzten Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, und dem an sich bekannten Kettenregler sollte vorteilhaft die für die erfindungsgemäß eingesetzte Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, gemäß vorliegender Erfindung definierte Höchstmenge nicht übersteigen, da ansonsten kein ausreichender Grad an Polymerisation erreicht wird.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird die Polymeri- sation bzw. Polykondensation nach dem -erfindungsgemäßen Verfahren in Gegenwart mindestens eines Pigments durchgeführt. Bevorzugte Pigmente sind Titandioxid, wobei Titandioxid vorzugsweise in der Anatas-Modifikation vorliegt, oder f rbgebende Verbindungen anorganischer oder organischer Natur. Die Pigmente werden Vorzugs- weise in einer Menge von 0 bis 5 Gewichtsteile, insbesondere 0,02 bis 2 Gewichtsteile,, jeweils bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyamid, zugegeben. Die Pigmente können dem Reaktor mit den Ausgangsstoffen oder getrennt ■ davon zugeführt werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamide kann in einer Weise ausgeführt werden, wie sie zur Polyamiden an sich bekannt ist. So kann beispielsweise die Herstellung eines auf Caprolactam basierenden Polyamids in Gegenwart einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, gemäß den in DE-A 14 95 198, DE-A 25 58 480, DE-A 44 13 177, Polymerization Processes, Inter- science, New York, 1977, S. 424-467 und Handbuch der Technischen Polymerchemie, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1993, S. 546-554 beschriebenen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Verfahren erfolgen. Die Herstellung eines auf Adipinsäure/Hexame- thylendiamin basierenden Polyamids in Gegenwart einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, kann beispielsweise in einem an sich bekannten diskontinuierlichen Verfahren, wie es beispielsweise in Polymerisation Processes, Interscience, New York, 1977, Seite 424-467, insbesondere Seite 444-446, beschrieben ist, oder in einem kontinuierlichen Verfahren, beispielsweise gemäß EP 129 196, erfolgen. Die Zugabe einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, in den Reaktor kann getrennt oder im Gemisch mit den gesamten oder einem Teil der Startmonomeren erfolgen.
Aus den erfindungsgemäßen Polyamiden können Fäden, Fasern, Flächengebilde oder Formkörper hergestellt werden.
Im Falle von Fäden und Fasern sind dabei solche bevorzugt, die auf Nylon 6 oder Nylon 66, insbesondere Nylon 6, basieren und die durch Sehne11spinnen, also durch Abzugsgeschwindigkeiten von mehr als 4000 m/min erhalten wurden.
Vor der Herstellung von Flächengebilden oder Formkörpern können dem erfindungsgemäßen Polyamid an sich übliche Zusatzstoffe, wie Flammschutzmittel, Glasfasern, in an sich bekannter Weise, wie durch Extrusion, beigemischt werden.
Beispiele
Beispiel 1:
In einem Autoklaven wurden 3000 g (26,5 mol) Caprolactam, 450 g vollentsalztem Wasser und 7,3 g (65 mmol) 6-Aminocapronitril unter Stickstoff-Atmosphäre auf eine Innentemperatur von 270°C aufgeheizt, direkt im Anschluss innerhalb einer Stunde auf Normaldruck entspannt und 15 min nachkondensiert und ausgefahren.
Das ausgefahrene Polyamid wurde granuliert, mit kochendem Wasser zur Entfernung von Caprolactam und Oligomeren extrahiert, anschließend im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Das getrocknete extrahierte Granulat wurde in der festen Phase bei 160°C über 25 h getempert.
Im Anschluss wurde die relative Lösungsviskosität des Polyamids in 96%-Schwefelsäure gemessen. Hierbei wurde 1 g Polymer auf 100 ml Lösung eingewogen und die Durchlaufzeit in einem Ubbeloh- de-Viskosimeter gegen das reine Lösungsmittel gemessen. Der voll- ständige Einbau der Nitrilgruppen wurde IR-spektroskopisch überprüft.
Die relative Lösungsviskosität RV(1,0 g/dl) betrug 2,73. Vergleichsbeispiel 1
Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren mit der Ausnahme, daß anstelle von 7,3 g 6-Aminocapronitril 4,8 g (65 mmol) Propionsäure eingesetzt wurden.
Die relative Lösungsviskosität RV(1,0 g/dl) betrug 2,71.
Beispiel 2
Die gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Polymere wurden gemäß ISO 1133 hinsichtlich ihres Fließverhaltens untersucht .
Hierzu wurde geschmolzenes Polymer für 4, 8, 12, 16, 20 min in einem beheizten Zylinders bei einer Temperatur von 275°C gehalten und anschließend unter einer Gewichtskraft von 5 kg durch eine Düse in den freien Raum gedrückt.
Von den hierbei erhaltenen Strängen wurde die relative Lösungs- viskosität gemäß Beispiel 1 bestimmt. Abbildung 1 zeigt das Ergebnis .
Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, daß das Polymer gemäß Vergleichsbeispiel 1 eine starke Änderung der Lösungsviskosität aufweist, während die Lösungsviskosität des Polymers gemäß Beispiel 1 praktisch konstant bleibt.
Eine Änderung der Lösungsviskosität bedeutet, daß eine Degrada- tionen bzw. ein Molekulargewichtsaufbau in der Schmelze vor dem Herausdrücken aus dem Zylinder eingetreten ist. Je höher die Lösungsviskosität des extrudierten Stranges ist, desto stärker war der Molekulargewichtsaufbau. Dies wirkt sich negativ auf die Verarbeitungseigenschaften aus.
Beispiel 3
In die gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Polymere wurden 30% Glasfasern eingearbeitet und die Polymere einer Wärmelagerung im Umluftofen bei 140°C unterzogen. Im Anschluss an die Lagerung wurde nach der PrüfVorschrift ISO 179/leU (Messung bei 23°C) die Charpy-Schlagzähigkeit gemessen. Das Ergebnis ist in Abbildung 2 dargestellt. Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, daß das gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Polymer eine größere Änderung der Charpy-Schlagzä- higkeit aufweist als das gemäß Beispiel 1 erhaltene.
Zudem weist das gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Polymer eine geringere Charpy-Schlagzähigkeit auf als das gemäß Beispiel 1 erhaltene.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Polyamiden, dadurch gekenn- zeichnet, daß man die Polymerisation von Startmonomeren in der Gegenwart von 2,3 bis 10 mmol, bezogen auf 1 mol Carboxamid-Gruppe des Polyamids, einer Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, als Kettenregler durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man als Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, ein Aminonitril einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man als Verbindung, die eine Nitrilgruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, eine Nitrilocarbonsäure einsetzt..
4. Polyamid, erhältlich, insbesondere erhalten, nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3.
5. Polyamid, enthaltend eine über eine Carboxamidgruppe chemisch an die Polymerkette gebundene Verbindung, die eine Nitril- gruppe und eine zur Bildung einer Carboxamidgruppe fähige funktionelle Gruppe aufweist, in einer Menge im Bereich von 2,3 bis 10 mol, bezogen auf 1 mol Carboxa id-Gruppen des Polyamids .
6. Fäden, Fasern, Flächengebilde und Formkörper enthaltend, insbesondere bestehend aus,' Polyamid gemäß Anspruch 4 oder 5.
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