DE3428404A1 - Verfahren zur herstellung von blockpolyetheresteramiden - Google Patents

Verfahren zur herstellung von blockpolyetheresteramiden

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DE3428404A1 DE19843428404 DE3428404A DE3428404A1 DE 3428404 A1 DE3428404 A1 DE 3428404A1 DE 19843428404 DE19843428404 DE 19843428404 DE 3428404 A DE3428404 A DE 3428404A DE 3428404 A1 DE3428404 A1 DE 3428404A1
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    • 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
    • C08G69/44Polyester-amides

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Description

-A-Verfahren zur Herstellung von Blockpolyetheresteramiden
Thermoplastische Blockpolyetheresteramide haben aufgrund ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und Verarbeitbarkeit eine ständig steigende Bedeutung zur Herstellung von Spritz- und rotationsgegossenen Teilen, extrudierten Artikeln sowie Fasern und Folien erlangt.
Zur Herstellung dieser Blockpolyetheresteramide - auch Polyetheresteramide oder Polyetheresteramid-Blockcopolymere genannt - durch Polykondensation von Polyamidoligomeren mit Carboxylendgruppen und Polyether werden zahlreiche Verfahren beschrieben. Sehr gute Ergebnisse, d.h. hohe Viskositäten in relativ kurzen Polykondensationszeiten, werden vor allem dann erreicht, wenn die Polykondensation der Blockpolyesteramide in Gegenwart von Veresterungs-Katalysatoren im Hochvakuum erfolgt. Verfahren, denen diese Arbeitsweise zugrunde liegt, sind Gegenstand der DE-OS 25 23 991 und der DE-OS 28 37 687.
Als Veresterungs-Katalysatoren werden dort Titan-, Zirkonium- und Hafniumtetraalkoxide und darauf basierende Komplexverbindungen verwendet. Trotz teilweise sehr guter katalytischer Wirksamkeit haben all diese Verbindungen den Nachteil, dass sie bei der Polykondensation von Blockpolyetheresteramiden sehr oft schwerlösliche, deutlich sichtbare, feste Partikel in der Polymerschmelze hinterlassen. Derartige in den Blockpolyetheresteramiden eingeschlossene Rückstände verschlechtern die mechanischen Eigenschaften dieser Polymeren und beeinträchtigen ihr Aussehen. Vor allem, die Festigkeit von daraus hergestellten Gegenständen mit geringer Dicke oder kleinem Querschnitt - z.B. von Rohren, Folien oder Fasern und Monofilen - wird durch diese Feststoffe örtlich herabgesetzt.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein Verfahren zur Herstellung von Blockpolyetheresteramiden bereitzustellen, das solche Veresterungs-Katalysatoren beinhaltet, die bei der Herstellung dieser Polymeren den oben beschriebenen Nachteil schlechter oder verminderter Löslichkeit der bereits bekannten Veresterungs-Katalysatoren in der Polymerschmelze nicht mehr zeigen und darüber hinaus ausreichend hohe katalytische Aktivität besitzen, um kurze Polykondensationszeiten zu gewährleisten.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Blockpolyetheresteramide durch Polykondensation von
a) Carboxylendgruppen tragenden, linearen Polyamiden mit einem Molekulargewicht von 700-15 000
mit .
b) etwa äguimolaren Mengen<x j to - Dihydroxypolyethem mit einem Molekulargewicht von 400-4000
in Gegenwart von 0,01 - 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten a) und b), organischen oder anorgani· sehen Zinn (II)-Verbindungen als Veresterungs-Katalysatoren unter Normaldruck oder bis auf Hochvakuum vermindertem Druck und bei Temperaturen von 21O-28O°C erhalten werden, wobei
I. die Carboxylendgruppen tragenden Polyamide durch Reaktion der Monomeren von PA-6, -11, -12, -6,6, -6,9, -6,10, -6,12 oder -6,13 oder Mischungen aus diesen Monomeren und einer aliphatischen, linearen oder verzweigten Dicarbonsäure, die 4-13 Kohlenstoffatome enthält oder einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen, erhalten werden,
II. als cCjio - Dihydroxypolyether Polyetherdiole oder Copolyetherdiole mit einem Molekulargewicht von 500-3000 verwendet werden, deren Sauerstoffatome durch lineare
Ketten mit 2-4 Kohlenstoffatomen oder verzweigte Ketten mit mindestens 2 Kettenkohlenstoffatomen voneinander getrennt sind und
III. solche anorganischen oder organischen Zinn (II)-Verbindungen als Veresterungs-Katalysatoren verwendet werden, welche ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Chalkogeniden, Halogeniden, Salzen anorganischer Säuren und.Komplexverbindungen oder aus der Gruppe der Salze mono- öder mehrfunktioneller, aliphatischer oder cycloaliphatischer oder aromatischer Carbonsäuren oder der Carboxylendgruppen tragenden Polyamide.
Die Carboxylendgruppen tragenden Polyamide werden nach Verfahren hergestellt, die dem jeweiligen Polyamid angepasst und dem Fachmann wohlbekannt sind. Der definierte Molekulargewichtsbereich dieser Polyamide umfasst Polyamidketten mit bis zu 130 Monomereinheiten an der oberen und 2-3 Monomereinheiten an der unteren Grenze.
Ein übliches Verfahren zur Herstellung der Polyamide ist die Polykondensation der entsprechenden Monomeren und Dicarbonsäuren bei Normaldruck oder - im Fall von Caprolactam und insbesondere Laurinlactam - die hydrolytische Polymerisation in Gegenwart einer Dicarbonsäure bei Temperaturen von 2OO-32O°C und einem Druck von 2-30 bar.
Die Polykondensation der Blockpolyetheresteramide kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, die sich in der Reihenfolge •der Zugabe der übrigen Komponenten unterscheiden.
Im Fall,· dass anorganische Sn (II)-Verbindungen oder Sn *(II)-Salze der Carboxylendgruppen tragenden Polyamide als Veresterungs-Katalysatoren zur Verwendung kommen, werden diese Katalysatoren vorteilhaft noch vor der Zugabe der oi,W -Dihydroxypolyether in der Schmelze der Polyamide gelöst. Werden organische Sn (II)-Verbindungen - z.B. Sb (II)-dibenzoat, -distearat oder Sn (II)-dodecanoat - verwendet, so besteht
~7' " 342840A
die Möglichkeit, diese Katalysatoren vor, nach oder zusammen mit den.ok, Co -Dihydroxypolyethern den Polyamiden zuzusetzen. Die organischen Sn (II)-Katalysatoren können problemlos auch nach Ingangsetzen der Polykondensation zugegeben werden, wenn sich das z.B. aufgrund irgendwelcher Störungen im Reaktionsverlauf als notwendig erweisen sollte.
Die Bildung der Blockpolyesteramide durch Polykondensation erfolgt aufgrund der ausgezeichneten Löslichkeit und katalytischen Wirksamkeit der erfindungsg.emäss verwendeten Sn (II)-Veresterungs-Katalysatoren sehr schnell. Bereits bei Normaldruck wird ein hoher Polymerisationsgrad erreicht, der durch Reduzieren des Druckes bis etwa 0,1 mbar auf die jeweils angestrebten Werte gesteigert werden kann. Die PoIykondensations-Teraperatur beträgt 21O-28O°C, vorzugsweise 23O-27O°C. Die Polykondensationszeiten sind vergleichbar denen, die mit den wirksamsten Veresterungs-Katalysatoren bekannter Herstellungsverfahren für Blockpolyetheresteramide erreicht werden.
Es ist auch möglich, die Polykondensation der Blockpolyetheresteramide unter Normaldruck durchzuführen und höhere Viskositäten durch eine anschliessende Festphasenkondensation bei Temperaturen wenig unterhalb der Kristallit-Schmelztemperatur der Polyamidblöcke unter Hochvakuum zu erzeugen. Die Festphasennachkondensation läuft bekanntlich umso schneller ab, je höher die Reaktionstemperatur bzw. die Schmelztemperatur der Blockpolyetheresteramide liegt. Durch geeignete Wahl der Komponenten a) und b) können die Voraussetzungen dafür geschaffen werden.
Gegenüber den katalysiert hergestellten Blockpolyetheresteramiden des Standes der Technik besitzen die nach dem erfindungsgemässen Verfahren zugänglichen Blockpolyetheresteramide den Vorteil, dass sie keinerlei schwerlösliche, aus den jeweiligen Katalysatoren stammende feste Rückstände enthalten. Das Aussehen und die mechanische Festigkeit daraus hergestellter Gegenstände wird in keiner Weise beeinträchtigt .
Selbstverständlich können Blockpolyetheresteramide, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurden, auch die üblichen Additive wie Antioxidantien, Licht- und Hitzestabilisatoren, Flammschutzmittel, Farbstoffe oder Weichmacher enthalten, welche gegebenenfalls bereits vor oder während der Polykondensation zugegeben werden können.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die angegebenen Lösungsviskositäten wurden an 0,5-%igen Lösungen der Blockpolyetheresteramide in m-Kresol bei 25°C nach DIN 53 727 gemessen ,
Beispiel 1
278,8 g eines Carboxylendgruppen tragenden Polyamid-12 mit einem mittleren Molekulargewicht von 923, das aus Laurinlactam oder ω- Aminolaurinsäure und Dodecandisäure nach einem der bekannten Verfahren hergestellt wurde, werden in einem 1-Liter-Autoklaven bei 250 C unter Inertgasatmosphäre (N2) und ständigem Rühren mit 0,22 g Zinn (Il)-oxid versetzt. Das Oxid löst sich innerhalb von etwa 3 Minuten in der Polymerschmelze vollständig auf. Die schwarzen SnO-Kristalle sind danach nicht mehr sichtbar.
Nach der Auflösung des SnO in der Polyamidschmelze werden 297,8 g Polytetrahydrofuran mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 990 zugegeben. Die daraufhin gebildete Mischung wird 30 Minuten bei 25O°C unter Inertgas (N2) gerührt. Währenddessen setzt die Polykondensation ein und ca. 9g Reaktionswasser destillieren ab. Anschliessend wird der Innendruck des Autoklaven jeweils bei 250 C zunächst für 60 Minuten auf (15 Torr) und dann zur Vervollständigung der Polykondensation für HO Minuten auf 0,13 hP<a reduziert. Danach wird der Autoklav mit N2 begast und das gebildete Blockpolyetheresteramid als Strang abgepresst und granuliert.
Das Granulat zeigt keinerlei Einschlüsse fester Partikel. Seine relative Viskosität beträgt 1,84 7. Die Carboxylzahl beträgt 46 mAe/kg.
Beispiel 2
Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 in der Art und Menge des verwendeten Katalysators sowie der Dauer der Polykondensationsphase im Hochvakuum.
- ■ * — 1 fr— v - » -
Anstelle von 0,22 g SnO werden 0,6 g Zinn (II)-dibenzoat als Katalysator eingesetzt. Dieser Katalysator wurde durch Reaktion von SnO und geringfügig uber-stochj.ometrisch.en Mengen Bezoesäure erhalten.
Bei einer Polykondensationsdauer von 30 Minuten im Hoch- O1 13 WPa
vakuum (0,1 Torr) wird ein Blockpolyetheresteramid erhalten, das völlig frei von eingeschlossenen festen Teilchen ist. Seine relative Viskosität beträgt 1,739, seine Carboxylzahl 59 m Ae/kg.
Beispiel 3
170,5 g eines Carboxylendgruppen tragenden Polyamid-11 mit einem mittleren Molekulargewicht von 1300, das nach einem der bekannten Verfahren aus o-Aminoundecansäure und Azelainsäure hergestellt wurde, werden in einem 1-Liter-Autoklaven bei 260 C unter Inertgasatmosphäre (N2) unter Rühren mit 0,13 g Zinn (II)-oxid versetzt. Nach Auflösen des SnO in der Polyamidschmelze werden 130 g Polytetrahydrofuran mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 990 zugegeben. Die Mischung wird 30 Minuten bei 25O°C unter Inertgas (N2) gerührt, wobei die Polykondensation einsetzt und ca. 4 g Reaktionswasser abdestilliert. Der Innendruck des Autoklaven wird dann bei jeweils 26O°C
IQ UP«
zunächst für 20 Minuten auf (15 TorrJund schliesslich für 40 Minuten auf (0,3 Torr)reduziert. Der Autoklav wird anschliessend mit N3 belüftet und das gebildete Blockpolyetheresteramid als Strang abgepresst und granuliert.
Das Granulat ist völlig frei von eingeschlossenen festen Partikeln. Seine relative Viskosität beträgt 1,752; seine Carboxylzahl 4 7 mAe/kg.
Beispiel 4
214,5 g eines Carboxylendgruppen tragenden Polyamid-6 mit einem mittleren Molekulargewicht von 2160, das aus
Caprolactam und Adipinsäure auf bekannte Weise dargestellt wurde, werden in einem 1-Liter-Autoklaven bei 26O°C unter Stickstoff und unter Rühren mit 59,5 g cO, 6ώ - Dihydroxypolyethylenoxid mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 600 sowie 0,3 g Zinn (II)-dibenzoat vermischt.
Nach Homogenisierung der Mischung und vollständiger Auflösung des Veresterungs-Katalysators sowie Abdestillieren von ca. 2,5 g Reaktionswasser wird der Innendruck des Autoklaven für 50 Minuten bei 260 C zunächst auf(15 Torr) und dann bei der gleichen Temperatur für 45 Minuten auf 1,0 h?« r ^
(0,8 Torr) reduziert. Anschliessend wird das entstandene Blockpolyetheresteramid nach der üblichen Methode abgepresst und granuliert.
Das Granulat weist keine eingeschlossenen Feststoffpartikel auf. Seine relative Viskosität beträgt 1,787; seine Carboxylzahl 24 niAe/kg.
Vergleichs-Beispiel A ( zu vergleichen mit Beispielen
1 und 2 )
Das gleiche Blockpolyetheresteramid wie im Beispiel 1 und 2 wird bei gleichen Ausgangsmaterial-Mengen a) und b) unter Verwendung von 0,6 g Zr (003117)4 ( Zirkoniumtetraprcpylat)als Vesterungs-Katalysator hergestellt. Der Katalysator wird aber erst nach der Zugabe des Polytetrahydrofurans zum Carboxylendgruppen tragenden Polyamid zugesetzt.
Die Polykondensation wird bei 2O5°C durchgeführt, wobei 30 Minuten bei Normaldruck und unter Ν-,-Inertgas,
IO UPa 2 0,13 fiPci
60 Minuten bei (15 Torr) und 30 Minuten bei (0,1 Torr) gearbeitet wird. Das gebildete Blockpolyetheresteramid wird anschliessend auf die angegebene Weise granuliert.
Das Granulat zeigt deutlich sichtbare Einschlüsse eines weissen Feststoffes. Seine Viskosität beträgt 1,725 bei einer Carboxylzahl von 49 niAe/kg.
Vergleichs-Beispiel B ( zu vergleichen mit Beispielen 1
und 2 )
Das Blockpolyetheresteramid der vorangegangenen Beispiele wird unter Verwendung von Ti(OC4H )4 (Titantetrabutylat) als Veresterungs-Katalysator und ausgehend von den gleichen Mengen der Komponenten a) und b) hergestellt.
Die Polykondensations-Bedingungen und die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten a) und b) und des Katalysators entsprechen dem. Vergleichs-Beispiel A.
0,J3
Die Polykondensations-Dauer im Hochvakuum ( 0,1 Torr ) beträgt jedoch 190 Minuten.
Das erhaltene Blockpolyetheresteramid weist wie das Produkt von Vergleichs-Beispiel A einen eingeschlossenen weissen Feststoff auf. Seine relative Viskosität beträgt 1,6 72, seine Carboxylzahl 60 inAe/kg.
Vergleichs-Beispiel C ( zu vergleichen mit Beispiel 3 )
Das Blockpolyetheresteramid des Beispiels 3 wird unter Verwendung von 0,13 g Zirkoniumtetrapropylat als Veresterungs-Katalysator hergestellt. Die Reaktions-Bedingungen entsprechen ansonsten denen von Beispiel 3.
Man erhält ein Blockpolyetheresteramid, das deutlich sichtbare Einschlüsse eines weissen Feststoffes enthält. Die relative Viskosität dieses Polymeren is"t 1,667 bei einer Carboxylzahl von 51 inAe/kg.
Das Granulat weist keine eingeschlossenen Feststoffpartikel auf. Seine relative Viskosität beträgt 1,787; seine Carboxylzahl 24 mAe/kg.
Vergleichs-Beis.pi.el D ( zu vergleichen mit Beispiel 4 )
Das Blockpolyetheresteramid des Beispiels 4 wird auf die gleiche Weise, aber unter Verwendung von 0,3 g Zirkoniumtetrapropylat als Veresterungs-Katalysator hergestellt.
Es wird ein Blockpolyetheresteramid erhalten, das sichtbare Einschlüsse eines weissen Farbstoffes enthält.· Die relative Viskosität dieses Polymeren beträgt 1,722 ; seine Carboxylzahl ist 33 mAe/kg.

Claims (1)

  1. European Patent Attorneys
    Dr. Müller-Bor* und Partner · POB 26 02 47 · D-8000 München 26
    Deutsche Patentanwäl
    Dr. W. Müller-Bore ί
    Dr. Paul Deufel
    Dipl.-Chem., Dipl.-Wirtsch.-Ing
    Dr. Alfred Sdiön
    Dipl.-Chem.
    Werner Hertel
    Dipl.-Phys. Dietrich Lewald
    Dipl.-Ing.
    Dr.-Ing. Dieter Otto
    Dipl.-Ing.
    Brit. Chartered Patent Age
    B. David P. Wetters
    M. A. (Oxon) Ch. Chem. M. R. S
    J 1858
    Ems-Inventa AG
    Selnaustrasse 16
    CH-803 9 Zürich / Schweiz
    Verfahren zur Herstellung von Blockpolyetheresteramiden
    Patentansprüche
    1. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Blockpolyetheresteramide durch Polykondensation von
    a) Carboxylendgruppen tragenden, linearen Polyamiden mit einem Molekulargewicht von 700-15 000 mit
    b) etwa äquimolaren Mengen
    oC, W - Dihydroxypolyethern mit einem Molekulargewicht von 400 - 4000
    D-8000 München 2
    POB 26 02 47
    Kabel:
    Telefon Telecopier Infotec 6400.· B Telex
    nooiMHM.? η ir —- in «al 22 pe 43 5-Z428
    in Gegenwart von Ο,Όΐ - 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten a) und b) organischen oder anorganischen Zinn (II)-Verbindungen als Veresterungs-Katalysatoren unter Normaldruck oder bis auf Hochvakuum - vermindertem Druck und bei Temperaturen von 210-28O0C.
    2. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Blockpolyetheresteramide gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Carboxylendgruppen tragenden Polyamide durch Reaktion der Monomeren von PA-6, PA-Il, PA-12, PA-6,6, PA-6,9, PA-6,10, PA-6,12 oder PA-6,13 oder Mischungen aus diesen Monomeren und einer aliphatischen, linearen oder verzweigten Dicarbonsäure, die 4-13 Kohlen-
    stoffatome enthält oder einer aromatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäure mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen/ erhalten werden.
    2Q 3- Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Blockpolyetheresteramide gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als cC, w - Dihydroxypolyether Polyetherdiole oder Copolyetherdiole mit einem Molekulargewicht von 500 - 3000 verwendet werden, deren Sauerstoffatome durch lineare Ketten mit 2-4 Kohlenstoffatomen oder verzweigte Ketten mit mindestens 2 Kettenkohlenstoffatomen voneinander getrennt sind.
    4. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Blockpolyetheresteramide gemäss Patentansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als Veresterungs-Katalysatoren anorganische Zinn (II)-Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chalkcgeiiden, Halogeniden, Salzen.
    anorganischer Säuren und Komplexverbindungen, verwendet
    werden.
    -3-
    5. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Blockpolyetheresteramide gemäss Patentansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als Veresterungs-Katalysatoren
    organische Zinn (II)-Verbindungen aus der Gruppe der 5 Zinn (II)-Salze mono- oder mehrfunktioneller, aliphatischer oder cycloaliphatischer oder aromatischer Carbonsäuren verwendet werden.
    6. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Blockpoly-
    etheresteramide gemäss Patentansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als Veresterungs-Katalysatoren die Zinn (II)-Salze der Carboxylendgruppen tragenden Polyamide verwendet werden.
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