DE929151C - Process for the production of high polymer linear polyamides - Google Patents

Description

Durch Erhitzen von Diaminen und Dicarbonsäuren erhält man, wie bekannt, Kondensationsprodukte, die je nach der Beschaffenheit der Ausgangsstoffe hinsichtlich chemischer Struktur, Reinheitsgrad und Mischungsverhältnis einen sehr verschieden hohen Polymerisationsgrad erreichen können. Als besonders geeignete Komponenten sind aliphatische Dicarbonsäuren mit mehr als drei C-Atomen zwischen den Carboxylgruppen in Kombination mit ω, ω'-Diaminen mit mehr als drei C-Atomen zwischen den Aminogruppen erkannt worden. Aromatische Dicarbonsäuren dagegen sind bisher nur vereinzelt herangezogen worden, z. B. hat man schon Diphensäure für sich allein mit Diaminen zu einem einheitlichen Polymeren kondensiert. Diese Produkte sind aber ohne praktischen Wert.By heating diamines and dicarboxylic acids, as is known, condensation products are obtained which, depending on the nature of the starting materials in terms of chemical structure, degree of purity and mixing ratio, can achieve very different degrees of polymerization. Aliphatic dicarboxylic acids with more than three carbon atoms between the carboxyl groups in combination with ω, ω'-diamines with more than three carbon atoms between the amino groups have been recognized as particularly suitable components. Aromatic dicarboxylic acids, on the other hand, have only been used sporadically so far, e.g. B. one has already condensed diphenic acid alone with diamines to form a uniform polymer. However, these products are of no practical value.

Nunmehr wurde gefunden, daß man wertvolle hochmolekulare, zu Filmen oder Fäden aus Schmelze oder Lösung verarbeitbare Polyamide erhält, wenn man p-Dicarbonsäuren der aromatischen Reihe, die anelierte Benzolringe nicht enthalten, oder deren beim Erhitzen mit Aminen amidbildende Derivate, zusammen mit ungefähr äquivalenten Mengen einer aliphatischen oder alicyclischen Diaminoverbindung bzw. eines in der Hitze mit Dicarbonsäuren polyamidbildenden Derivates einer solchen, z. B. einer Formylverbindung, neben anderen in der Hitze polyamidbildenden Stoffen, z. B. Salzen aus ali-It has now been found that valuable high molecular weight films or threads can be made from melt or solution-processable polyamides are obtained if one p-dicarboxylic acids of the aromatic series, the does not contain fused benzene rings or their derivatives which form amide when heated with amines, along with approximately equivalent amounts of an aliphatic or alicyclic diamino compound or one in the heat with dicarboxylic acids polyamide-forming derivative of such, z. B. one Formyl compound, in addition to other polyamide-forming substances in the heat, e.g. B. Salts from ali-

phatischen Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure, und Diaminen, wie Hexamethylendiamin oder i, 4-D1-aminocyclohexan, bzw. mit Aminocarbonsäuren oder in der Hitze unter Polyamidbildung reagierenden Derivaten von solchen, wie Estern oder Lactamen, erhitzt. Besonders wertvolle Komponenten sind Aminocarbonsäuren mit verhältnismäßig niedrigem Molekulargewicht, insbesondere Aminocapronsäure bzw. deren Lactame, wie ε-Caprolactam, f-Önanthsäurelactam. phatic dicarboxylic acids, such as adipic acid, and diamines, such as hexamethylenediamine or i, 4-D1-aminocyclohexane, or derivatives of such as esters or lactams which react with aminocarboxylic acids or in the heat to form polyamides. Particularly valuable components are aminocarboxylic acids with a relatively low molecular weight, in particular aminocaproic acid or their lactams, such as ε-caprolactam, f-enanthic acid lactam.

Auch bifunktionelle Komponenten, welche schon bei der Reaktionstemperatur beständige Amidgruppen in der Kette enthalten, z. B. die Verbindung der Formel HOOC-(C H₂) ₅—NH-CO ■—(CH₂)₄—COOH, können in dem Reaktionsgemisch zugegen sein, wobei aber die aromatische p-Dicarbonsäure nicht oder höchstens zürn Teil in diese Amide eingebaut sein soll.Also bifunctional components which already contain stable amide groups in the chain at the reaction temperature, e.g. B. the compound of the formula HOOC- (CH ₂ ) ₅ —NH — CO ■ - (CH ₂ ) ₄ —COOH, may be present in the reaction mixture, but the aromatic p-dicarboxylic acid is not incorporated into these amides, or at most in part should be.

Aromatische p-Dicarbonsäuren, die für das Verfahren in Betracht kommen, sind in größerer Zahl bekannt. Erwähnt seien beispielsweise Terephthalsäure und Derivate derselben mit an der Polyamidbildung nicht teilnehmenden Substituenten, z. B. Halogenterephthalsäuren, Diphenyl-4, 4'-dicarbonsäure, Diphenyloxyd-4, 4'-dicarbonsäure, Diphenylmethan-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylsulfon-4,4'-dicarbonsäure, und Derivate dieser letzteren Säuren. Besonders wertvoll ist die leicht zugängliche Terephthalsäure.Aromatic p-dicarboxylic acids which are suitable for the process are in large number known. Mention may be made, for example, of terephthalic acid and derivatives thereof which are involved in polyamide formation non-participating substituents, e.g. B. halogen terephthalic acids, diphenyl-4, 4'-dicarboxylic acid, Diphenyloxyd-4,4'-dicarboxylic acid, diphenylmethane-4,4'-dicarboxylic acid, Diphenylsulfone-4,4'-dicarboxylic acid, and derivatives of these latter acids. The easily accessible one is particularly valuable Terephthalic acid.

Zur Kondensation kann man die Gemische der Komponenten ohne weiteres erhitzen, bis der gewünschte Polymerisationsgrad erreicht ist. In vielen Fällen ist es jedoch zweckmäßiger, die Reaktion in Gegenwart von Lösungs- oder Verdünnungsmitteln durchzuführen oder wenigstens einzuleiten. Als hochsiedende Lösungsmittel, die im Reaktionsgemisch verbleiben können, kommen Phenole, z. B. m-Kresol, in Betracht. Leichtflüchtige Verdünnungsmittel, die in zweiter Stufe der Reaktion wieder entfernt werden müssen, sind Wasser, Alkohole oder Gemische von Alkoholen und Wasser. Die Menge dieser Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel kann in weiten Grenzen schwanken. Weiter kann man reaktionsbeschleunigende und lenkende Stoffe zusetzen, z. B. geringe Mengen von Säuren oder von säurebildenden Stoffen, z. B. Salzsäure, Toluolsulfonsäure, Zinkchlorid, Ammoniumchlorid, halogenwasserstoffsaure Salze von Aminen und Aminocarbonsäuren, ferner alkalische Stoffe, wie Magnesiumoxyd oder Kaliumhydroxyd. Auch Stoffe, die einseitige Reaktionen mit Endgruppen eingehen und auf diese Weise durch Abbruch der Kettenreaktion den Kondensationsgrad bestimmen, z. B. Monocarbonsäuren, wie Essigsäure, Benzoesäure oder Stearinsäure, sowie Basen, wie Cyclohexylamin, Octadocylamin, as.-Dimethyl-i, 3-propylendiamin der FormelFor condensation, the mixtures of the components can easily be heated until the desired Degree of polymerization is reached. In many cases, however, it is more convenient to start the reaction to be carried out or at least initiated in the presence of solvents or diluents. High-boiling solvents that can remain in the reaction mixture are phenols, e.g. B. m-cresol, into consideration. Highly volatile diluents used in the second stage of the reaction that have to be removed again are water, alcohols or mixtures of alcohols and water. The amount of these solvents or diluents can vary within wide limits. Further you can add reaction accelerating and directing substances such. B. small amounts of acids or of acid-forming substances, e.g. B. hydrochloric acid, toluenesulfonic acid, zinc chloride, ammonium chloride, Hydrogen halide salts of amines and aminocarboxylic acids, as well as alkaline substances, such as Magnesium Oxide or Potassium Hydroxide. Also substances that enter into one-sided reactions with end groups and in this way determine the degree of condensation by terminating the chain reaction, e.g. B. Monocarboxylic acids such as acetic acid, benzoic acid or stearic acid, and bases such as cyclohexylamine, Octadocylamine, as-dimethyl-1,3-propylenediamine the formula

CH_S CH _S

CH-CH-

;n-(ch₂)₃-nh₂ ; n- (ch ₂ ) ₃ -nh ₂

oder 6-Aminohexanol-i und über das Äquivalentverhältnis hinausgehende Mengen bifunktioneller Stoffe, wie Hexamethylendiamin oder Sebacinsäure, können zugesetzt werden.or 6-aminohexanol-i and via the equivalent ratio excess amounts of bifunctional substances, such as hexamethylenediamine or sebacic acid, can be added.

Das Reaktionsgemisch kann aus drei oder mehreren Komponenten bestehen, z.B. aus einem Gemisch von Adipinsäure, Hexamethylendiamin, Terephthalsäure und Octamethylendiamin, oder aus einem Gemisch von ε-Caprolactam, adipinsaurem Hexamethylendiamin und terephthalsaurem Hexamethylendiamin. The reaction mixture can consist of three or more components, for example a mixture of adipic acid, hexamethylenediamine, terephthalic acid and octamethylenediamine, or from one Mixture of ε-caprolactam, adipic acid hexamethylenediamine and terephthalic acid hexamethylenediamine.

Neben Komponenten mit ausschließlich amidbildenden Endgruppen können auch als passive Esterkomponenten reagierende Stoffe, wie Glykole, Oxycarbonsäuren oder Aminoalkohole, zugegen sein, ferner Komponenten, die sowohl Carboxylgruppen wie Aminogruppen und Hydroxylgruppen gegenüber umsetzungsfähig sind, wie Polymethylenbiscarbamidsäurediarylester oder die entsprechenden zweiwertigen Isocyanate.In addition to components with exclusively amide-forming end groups, they can also be used as passive Substances that react with ester components, such as glycols, oxycarboxylic acids or amino alcohols, may be present, also components that oppose both carboxyl groups such as amino groups and hydroxyl groups are reactive, such as polymethylene biscarbamic acid diaryl ester or the corresponding divalent isocyanates.

Die Verfahrensprodukte, die in bezug auf ihre physikalischen Eigenschaften, wie Härte, Schmelzpunkt, Wasserempflindlichkeit (Wasserlängung) oder Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln, durch die Wahl der Komponenten und die Mengenverhältnisse der Komponenten weitgehend abgestimmt werden können, zeichnen sich besonders durch gutes Filmbildungsvermögen aus, lassen sich aber auch nach den üblichen Methoden auf Fäden oder Borsten verarbeiten. Sie können ferner in Blockform mit spanabgebenden Werkzeugen bearbeitet und' schließlich auch nach dem Spritzgußverfahren, zum Teil auch durch Pressen verformt werden. Sofern der Gehalt an aromatischen p-Dicarbonsäuren einen gewissen, experimentell zu ermittelnden Maximalwert nicht überschritten 'hat, lassen sich die Gebilde durch nachträgliches Recken unterhalb des Schmelzpunktes verfestigen. The process products, which in terms of their physical properties, such as hardness, melting point, Water sensitivity (water elongation) or solubility in organic solvents, largely coordinated by the choice of components and the proportions of the components can be, are particularly characterized by good film-forming ability, can but also use the usual methods on threads or bristles. You can also use Block shape machined with cutting tools and finally also after the injection molding process, can also be partially deformed by pressing. Unless the content of aromatic p-dicarboxylic acids did not exceed a certain maximum value to be determined experimentally ', the structures can be relieved by subsequent Solidify stretching below the melting point.

Als Lösungsmittel kommen in Betracht: Phenole, Ameisensäure, heiße Essigsäure und Schwefelsäure, in einzelnen Fällen auch Alkohol, Chlorhydrine, Gemische aus Alkoholen und aliphatischen Halogen-Wasserstoffen, z. B. Methylenchlorid.Possible solvents are: phenols, formic acid, hot acetic acid and sulfuric acid, in individual cases also alcohol, chlorohydrins, mixtures of alcohols and aliphatic halogen-hydrogen, z. B. methylene chloride.

Der Anteil, bis zu welchem die p-Dicarbonsäuren der aromatischen Reihe in den Verfahrens'produkten enthalten sein können, ehe Härte oder Schmelzpunkt zu sehr ansteigen, ist abhängig von der chemischen Natur, insbesondere vom Schmelzpunkt der Polyamide, die für sich allein aus den anderen meist in Überschuß vorhandenen Komponenten entstehen würden. Verwendet man beispielsweise als aliphatische polyamidbildende Komponente adipinsaures Hexamethylendiamin, dessen Kondensationsprodukt bei 264⁰ schmilzt, so lassen sich unter Erhaltung der Spinnbarkeit etwa 30 bis 40%' terephthalsaures Hexamethylendiamin mit einarbeiten. Verwendet man an Stelle von Hexamethylendiamin octamethylendiamin unter gleichen Voraussetzungen, so ist eine Erhöhung des aromatischen Anteils möglich. Mit Aminocarbonsäuren ist die Verträglichkeit noch wesentlich besser. Kondensiert man z. B. ε-Caprolactam mit therephthalsaurem Hexamethylendiamin, so erhält manThe proportion up to which the p-dicarboxylic acids of the aromatic series can be contained in the process products before the hardness or melting point rise too much depends on the chemical nature, in particular on the melting point of the polyamides, which are made up of the others would arise mostly in excess components. If, for example, as adipinsaures aliphatic polyamide-forming component hexamethylenediamine, its condensation product melts at 264 ^0, the spinnability can be about 30 to 40% 'terephthalsaures hexamethylenediamine with incorporated with preservation. If octamethylenediamine is used instead of hexamethylenediamine under the same conditions, an increase in the aromatic content is possible. With aminocarboxylic acids, the compatibility is even better. If one condenses z. B. ε-caprolactam with throphthalic acid hexamethylenediamine, so one obtains

selbst bei nur 30°/o Caprolactam im Endprodukt noch wertvolle Polyamide.even with only 30% caprolactam in the end product still valuable polyamides.

Die Beeinflussung des Schmelzpunktes der Polyamide durch das Mischungsverhältnis ist beispielsweise aus folgenden Tabellen ersichtlich:The influence of the mixing ratio on the melting point of the polyamides is, for example can be seen from the following tables:

Tabelle ITable I. SchmelzpunktMelting point SchmelzpunktMelting point ⁰C ⁰ C ⁰C ⁰ C Mischpolymere aus ε-CaprolactamMixed polymers made from ε-caprolactam 213213 264264 und terephthalsaurem Hexamethylendiaminand hexamethylenediamine terephthalic acid 189 bis 190189 to 190 249249 Gehalt an ε-Caprolactam im EndproduktContent of ε-caprolactam in the end product 180180 261261 ⁰Zo ⁰ Zo 178178 304304 ΙΟΟ,ΟΙΟΟ, Ο 170170 ο,ο,οο, ο, ο 220 bis 222220 to 222 8o,o8o, o 77,777.7 248248 70,070.0 305305 50,050.0 310 bis 312310 to 312 45.045.0 {Substanz{Substance 40,040.0 inhomogen)inhomogeneous) 30,030.0 25,025.0 Mischpolymere aus adipinsauremCopolymers of adipic acid und terephthalsaurem Hexamethylendiaminand hexamethylenediamine terephthalic acid Gehalt an kondensiertem Hexamethylen-
diaminadipat im EndproduktContent of condensed hexamethylene
diamine adipate in the end product Tabelle IITable II ⁰O ⁰ O 100100 8080 7070 5050

Es ist bekannt (vgl. die USA.-Patentschrift 2149273), harzartige Mischpolyamide unter Anwendung einer aromatischen o-Dicarbonsäure herzustellen. Gegenüber den aus o- und m-Dicarbonsäuren hergestellten Produkten besitzen aber die Derivate der p-Verbindungen den Vorteil des kristallinen Charakters. Die Polyamide aus m- und o-Dicarbonsäuren sind ausgesprochene Thermoplaste. It is known (see US Pat. No. 2149273) to use resinous copolyamides to produce an aromatic o-dicarboxylic acid. Compared to those from o- and m-dicarboxylic acids but the derivatives of the p-compounds have the advantage of the products manufactured crystalline character. The polyamides made from m- and o-dicarboxylic acids are distinct thermoplastics.

Beispiel 1example 1

Ein Gemisch aus 10 Teilen ε-Caprolactam, ] 6,9 Teilen terephthalsaurem Hexamethylendiamin (2 Mol Kristallwasser) und 12,5 Teilen Wasser wird in einem Autoklav nach vorausgehendem Evakuieren zur Beseitigung des Sauerstoffes auf 250⁰ erhitzt und 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten. Dann läßt man den Druck vorsichtig ab und beendet die Kondensation durch 5 stündiges Erhitzen auf 270 bis 275⁰. Das nach dem Erkalten als Block aus dem Autoklav genommene Kondensationsprodukt ist ein harter, mit dem Fingernagel nicht ritzbarer elfenbeinfarbiger Körper. Es schmilzt bei 248⁰ und läßt sich aus der Schmelze zu Fäden und Folien verarbeiten. In heißem Alkohol ist das Polyamid nicht löslich.A mixture of 10 parts of ε-caprolactam] 6.9 parts terephthalsaurem hexamethylenediamine (2 mol crystal water), and 12.5 parts of water is heated in an autoclave according to the preceding evacuating to remove the oxygen to 250 ⁰ and maintained for 1 hour at this temperature. Then you can print carefully and ends the condensation by 5 hours of heating at 270 to 275 ^0th The condensation product removed from the autoclave as a block after cooling is a hard ivory-colored body that cannot be scratched with a fingernail. It melts at 248 ⁰ and can be processed from the melt into filaments and films. The polyamide is not soluble in hot alcohol.

Verwendet man 7,5 Teile Lactam und 19,8 Teile des kristallwasserhaltigen Salzes, so erhält man ein härteres und spröderes Produkt vom Schmelzpunkt 305°. Dementsprechend muß die Temperatur bei der Reaktion gegen Ende bis auf 310⁰ gesteigert werden. Bei diesem Mischungsverhältnis ist es vorteilhaft, das terephthalsäure Hexamethylendiamin durch terephthalsaures Octamethylendiamin oder Decamethylendiamin zu ersetzen.If 7.5 parts of lactam and 19.8 parts of the salt containing water of crystallization are used, a harder and more brittle product with a melting point of 305 ° is obtained. Accordingly, the temperature in the reaction towards the end of up to 310 ⁰ must be increased. With this mixing ratio it is advantageous to replace the terephthalic acid hexamethylenediamine with terephthalic acid octamethylenediamine or decamethylenediamine.

Beispiel 2Example 2

17,5 Teile ε-Caprolactam und 8,46 Teile terephthalsaures Hexamethylendiamin wurden im sauerstofffreien Autoklav 2 Stunden auf i8o°, dann je ι Stunde auf 210, 225 und 250⁰ erhitzt, worauf der gebildete Überdruck abgeblasen wurde. Es wurde dann die Kondensation durch weiteres 5 stündiges Erhitzen auf 250⁰ unter Stickstoff von Atmosphärendruck beendigt. Das als Block entnommene Polyamid vom Schmelzpunkt 170 bis 171 ° ist an glatten Oberflächen hochglänzend und durchscheinend; mit dem Fingernagel ist es eben noch ritzbar. Die Schmelze läßt sich zu kalt reckbaren Fäden ausziehen und gibt geschmeidige Folien. Das Polyamid ist nicht nur in den üblichen Lösungsmitteln, wie konzentrierter Schwefelsäure, Ameisensäure, Phenol, sondern auch in heißem Methanol löslich.17.5 parts of ε-caprolactam, and 8.46 parts of hexamethylene diamine were terephthalsaures in the oxygen-free autoclave for 2 hours at i8o °, then heated depending ι hour at 210, 225 and 250 ^0, was blown off whereupon the formed pressure. The condensation was then terminated by heating for a further 5 hours at 250 ^° under nitrogen at atmospheric pressure. The polyamide taken as a block with a melting point of 170 to 171 ° is glossy and translucent on smooth surfaces; it can just be scratched with a fingernail. The melt can be drawn out into cold-stretchable threads and makes flexible films. The polyamide is not only soluble in the usual solvents such as concentrated sulfuric acid, formic acid, phenol, but also in hot methanol.

Beispiel 3Example 3

20 Teile adipinsaures Hexamethylendiamin, 5,64 Teile terephthalsaures Hexamethylendiamin (mit 2 Mol Kristallwasser) und 12,5 Teile Wasser werden im Autoklav 1 Stunde auf 250⁰, dann 3 Stunden auf 270 bis 275 ° erhitzt. Nach Abblasen des Überdrucks beendigt man die Kondensation durch weiteres ostündiges Erhitzen auf 270⁰. Das beim Abkühlen als homogener Block erstarrende, klingend harte Polyamid war leicht grau verfärbt und noch durchscheinend. Es schmolz bei 249⁰. Die Schmelze läßt sich auf feste verzugsfähige Fäden verspinnen. In kochendem Alkohol ist der Kunststoff nicht löslich.20 parts adipinsaures hexamethylenediamine, 5.64 parts terephthalsaures hexamethylenediamine (with 2 moles of crystal water), and 12.5 parts water are heated in an autoclave for 1 hour at 250 ^0, then for 3 hours at 270 up to 275 °. After blowing off the excess pressure to quit the condensation by further heating at 270 ostündiges ^0th The hard sounding polyamide, which solidified as a homogeneous block on cooling, was slightly gray in color and was still translucent. It melted at 249 ⁰ . The melt can be spun onto solid, warpable threads. The plastic is not soluble in boiling alcohol.

Verwendet man 17,5 Teile adipinsaures Hexamethylendiamin und 8,46 Teile terephthalsaures Hexamethylendiamin, so schmilzt das Polyamid bei 261⁰. Auch dieses läßt sich aus der Schmelze zu festen, elastischen, kalt reckbaren Fäden verspinnen. Produkte mit niedrigerem Schmelzpunkt erhält man, wenn man Salze mit verschiedenen Diaminen, z. B. Hexamethylendiamin und Decamethylendiamin, verwendet.Using 17.5 parts adipinsaures hexamethylene diamine and 8.46 parts terephthalsaures hexamethylene diamine, melts the polyamide at 261 ^0th This, too, can be spun from the melt into firm, elastic, cold-stretchable threads. Products with a lower melting point are obtained by using salts with various diamines, e.g. B. hexamethylenediamine and decamethylenediamine are used.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH:PATENT CLAIM: Verfahren zur Herstellung von hochpolymeren linearen Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus einer aromatischen p-Dicarbonsäure ohne anellierten Benzol-Process for the production of high polymer linear polyamides, characterized in, that a mixture of an aromatic p-dicarboxylic acid without fused benzene kern oder einem beim Erhitzen mit Aminen amidbildenden Derivat einer solchen, einer etwa äquivalenten Menge eines aliphatischen oder alicyclischen Diamins bzw. eines in der Hitze mit Dicarbonsäuren polyamidbildenden Derivates eines solchen und anderem polyamidbildendem Ausgangsmaterial, wie Aminocarbonsäuren, Lactamen oder Gemischen aus Diaminen und Dicarbonsäuren, unter polyamidbildenden Bedingungen kondensiert wird.nucleus or a derivative of such an amide-forming amide when heated with amines, for example equivalent amount of an aliphatic or alicyclic diamine or one in the heat with dicarboxylic acids polyamide-forming derivative of such and other polyamide-forming Starting material such as aminocarboxylic acids, lactams or mixtures of diamines and dicarboxylic acids, including polyamide-forming ones Conditions is condensed. ι 509516 6.55ι 509516 6.55