专利名称：聚酰胺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚酰胺的制备方法。该方法包括在以1mol聚酰胺的酰胺基团为基准计2.3～10mmol的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的链调节剂存在的条件下聚合起始单体。
此外本发明涉及一种可用本发明的方法获得的，特别是用本发明方法获得的聚酰胺；还涉及一种聚酰胺，它包含一种通过酰胺基团键合到聚合物链上的以1mol聚酰胺的酰胺基团为基准计其量在2.3～10mmol的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的化合物。本发明还涉及含有这种聚酰胺的，特别是由这种聚酰胺组成的纤丝、纤维、片材或铸件。
聚酰胺是工业上重要的热塑性聚合物，它们通常是在熔融状态下加工的，例如用挤出或注射成型制备纤丝、纤维、片材或铸件。
为了完全适合在熔融状态加工，聚合物必须具有较高的熔体稳定性。通常根据标准DIN EN ISO 1133以熔体的粘度变化确定由熔融态热应力导致的聚合物的变化。这种熔体粘度的变化不仅可以表明聚合物的降解，也可以表明后缩合作用。
另外，在熔点以下，由这些聚合物制得的纤丝、纤维、薄膜和片材应当具有较高的耐热应力的性能。这种性能通常通过标准DIN EN ISO 179所规定的缺口冲击强度来确定。
就熔体粘度变化以及在这些聚酰胺产品熔点以下的热应力而言，为了稳定聚酰胺，通常在起始单体聚合前或聚合中加入链调节剂，例如丙酸，并且本领域需要进一步提高这种稳定性。
本发明的目的在于提供具有改进了的熔体粘度和改进了的经热处理后冲击韧性的聚酰胺，以及制备这种聚酰胺的方法。
我们发现可以通过开篇段落中描述的聚酰胺、生成这些聚酰胺的工艺以及含有这种聚酰胺，特别是由这种聚酰胺组成的纤丝、纤维、片材和铸件来实现以上目的。
这里提到的聚酰胺可以理解为合成的长链聚酰胺的均聚物、共聚物、共混物以及接枝链，其中这种合成的长链聚酰胺以含有重复的酰胺基团作为聚合物主链的基本成分。这些聚酰胺的实例有尼龙-6(聚己内酰胺)，尼龙-6，6(聚己二酰己二胺)，尼龙-4，6(聚己二酰丁二胺)，尼龙-6，10(聚癸二酰己二胺)，尼龙-7(聚庚内酰胺)，尼龙-11(聚十一内酰胺)，尼龙-12(聚十二内酰胺)。除通常被称作尼龙的聚酰胺外，聚酰胺还包括芳族聚酰胺(芳香族聚酰胺)，例如聚间苯二甲酰间苯二胺(NOMEX纤维，US-A-3,287,324)，或者聚对苯二甲酰对苯二胺(KEVLAR纤维，US-A-3,671,542)。
原则上聚酰胺可以通过两种方法制备。
在由二元羧酸和二元胺的聚合，以及由氨基酸或它们的衍生物，例如氨基腈、氨基酰胺、氨基羧酸酯或者氨基羧酸盐的聚合中氨基端基与羧基端基相互反应生成酰胺基团和水。随后可从聚合物中除去水。在酰胺聚合反应时，起始单体或齐聚物的氨基端基和酰胺端基互相反应生成酰胺基团和氨。随后可从聚合物中除去氨。这种聚合反应通常被称作缩聚反应。
由内酰胺作为起始单体或起始齐聚物的聚合反应通常被称作加聚反应。
起始单体可以从以下几类化合物中选取，包括内酰胺、ω-氨基羧酸、ω-氨基甲酰胺、ω-氨基羧酸盐、ω-氨基羧酸酯、二元胺和二元羧酸的、二元羧酸/二元胺盐的等当量混合物，或者它们的混合物。
可用的单体包括碳原子数为C2-C20，最好是C2-C18的芳化脂肪族的，或者最好是脂肪族的内酰胺的单体或者齐聚物，例如庚内酰胺、十一内酰胺、十二内酰胺或者己内酰胺，特别是己内酰胺，碳原子数为C2-C20，最好是C3-C18的氨基羧酸的单体或者齐聚物，例如6-氨基己酸或11-氨基十一酸，和它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，以及它们的盐，诸如碱金属盐，如锂盐、钠盐、钾盐，碳原子数为C2-C20的氨基酸酰胺的单体或者齐聚物，例如6-氨基己酰胺或者11-氨基十一酰胺，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，酯类，碳原子数为C2-C20的，最好是C3-C18的氨基羧酸的C1-C4烷基酯，例如甲酯、正丙酯、异丙酯、正丁酯、异丁酯或者仲丁酯，如6-氨基己酸酯，例如6-氨基己酸甲酯，或者11-氨基十一酸酯，例如11-氨基十一酸甲酯，碳原子数为C2-C20，最好是C2-C12的烷基二胺，例如丁二胺，或者最好是己二胺，和碳原子数为C2-C20，最好是C2-C14的脂肪族二元羧酸，例如癸二酸、十二烷二酸或己二酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C2-C20，最好是C2-C12的烷基二胺，例如丁二胺，或者最好是己二胺，和碳原子数为C8-C20，最好是C8-C12的芳香族二元羧酸或它们的衍生物，比如它们的氯化物，例如萘-2，6-二甲酸，最好是间苯二甲酸或对苯二甲酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C2-C20，最好是C2-C12的烷基二胺，例如丁二胺，或者最好是己二胺，和碳原子数为C9-C20，最好是C9-C18的芳化脂肪族二元羧酸或它们的衍生物，比如它们的氯化物，例如邻位、间位或对位的苯二乙酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C6-C20，最好是C6-C10的芳香族二元胺，例如间位或对位的苯二胺，和碳原子数为C2-C20，最好是C2-C14的脂肪族二元羧酸，例如癸二酸、十二烷二酸或己二酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C6-C20，最好是C6-C10的芳香族二元胺，例如间位或对位的苯二胺，和碳原子数为C8-C20，最好是C8-C12的芳香族二元羧酸或它们的衍生物，比如它们的氯化物，例如萘-2，6-二甲酸，最好为间苯二甲酸或对苯二甲酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C6-C20，最好是C6-C10的芳香族二元胺，例如间位或对位的苯二胺，和碳原子数为C9-C20，最好是C9-C18的芳化脂肪族二元羧酸或它们的衍生物，比如它们的氯化物，例如邻位、间位或对位的苯二乙酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C7-C20，最好是C8-C18的芳化脂肪族二元胺，例如间位或对位的苯二甲胺，和碳原子数为C2-C20，最好是C2-C14的脂肪族二元羧酸，例如癸二酸、十二烷二酸或己二酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C7-C20，最好是C8-C18的芳化脂肪族二元胺，例如间位或对位的苯二甲胺，和碳原子数为C6-C20，最好是C6-C10的芳香二元羧酸或它们的衍生物，比如它们的氯化物，例如萘-2，6-二甲酸，最好为间苯二甲酸或对苯二甲酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，碳原子数为C7-C20，最好是C8-C18的芳化脂肪族二元胺，例如间位或对位的苯二甲胺，和碳原子数为C9-C20，最好是C9-C18的芳化脂肪族二元羧酸或它们的衍生物，比如它们的氯化物，例如邻位、间位或对位的苯二乙酸，的单体或齐聚物，以及它们的二聚体、三聚体、四聚体、五聚体或者六聚体，可用单体还包括这些起始单体或起始齐聚物的均聚物、共聚物、混合物以及它们的接枝链。
对那些通过聚合可以生成以下聚酰胺的单体或齐聚物是最可取的。这些聚酰胺有尼龙-6、尼龙-6，6、尼龙-4，6、尼龙-6，10、尼龙-7、尼龙-11，或尼龙-12，或者芳族聚酰胺，聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对苯二胺，特别是合成尼龙6或尼龙66的单体或齐聚物，如己内酰胺、己二酸和己二胺。
内酰胺可以按常规方法由环状酮与羟胺反应生成对应的肟，再经贝克曼重排制得，或者由对应的氨基腈在聚合反应前或聚合反应中水解环化而制得，特别是在催化剂，如二氧化钛存在下反应。
ω-氨基羧酸、ω-氨基甲酰胺、ω-氨基羧酸盐和ω-氨基羧酸酯的制备方法其本身是已知的。例如它们可以在聚合反应前或聚合反应中由对应的氨基腈制得。
二元羧酸的制备方法其本身是已知的。例如它们可以聚合反应前或聚合反应中由对应的二元腈制得。
二元胺可以用常规方法制备，比如对相应的二元腈进行加氢而制备。
按照本发明，起始单体的聚合在含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的链调节剂存在的条件下完成。
使用这些化合物的混合物是可以的。
在一个优选实施方案中，可以生成酰胺基团的官能团为胺基。
使用芳香族的、芳脂肪族的、最好是脂肪族的氨基腈是有利的，特别是含有2～20个、最好2～12个碳原子的脂肪族的α-、ω-氨基腈。碳链骨架与本发明中聚酰胺的起始单体对应的氨基腈尤其可取。最好是用于制备尼龙6或尼龙66，特别是用于制备尼龙6的6-氨基己腈。
这些氨基腈可以用常规方法制备，如由相应的二元腈部分水解来制备。
在一个优选实施方案中，可以生成酰胺基团的官能团为酸基团。
使用芳香族的，芳脂肪族的，最好是脂肪族的氰基羧酸是有利的，特别是含有2～20个，最好2～12个碳原子的脂肪族的α-、ω-氰基羧酸。碳链骨架与本发明中聚酰胺的起始单体对应的氰基羧酸最为可取。最好是用于制备尼龙6或尼龙66，特别是用于制备尼龙66的6-次氮基己二酸。
这些氰基羧酸可以用常规方法制备，如由相应二元腈部分水解制得。
按照本发明，以1mol的聚酰胺中酰胺基团为基准，在至少2.3mmol的，最好至少2.4mmol，特别是2.8mmol，尤其最好是3mmol的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的链调节剂中进行起始单体的聚合反应。
按照本发明，以1mol的聚酰胺中酰胺基团为基准，在最多10mmol的，最好最多6mmol、特别是最多4mmol的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的链调节剂中进行起始单体的聚合反应。
当使用的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的化合物的量较少时，聚酰胺不够稳定。当使用的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的化合物的量较大时，聚合度不够。
含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团并能按照本发明用来作为链调节剂的化合物可以结合常规链调节剂使用，例如一元羧酸，最好是碳原子数为C1-C10的链烷一元羧酸，诸如乙酸或者丙酸，最好是碳原子数为C5-C8的环烷一元羧酸，诸如环戊烷甲酸、环己烷甲酸，最好是苯基一元羧酸和萘基一元羧酸，诸如苯甲酸，萘甲酸，又例如二元羧酸，最好是碳原子数为C2-C10的链烷二元羧酸，诸如己二酸、壬二酸、癸二酸或癸烷二羧酸，最好是C5-C8的环烷二元羧酸，诸如1，4-环己二酸，最好是苯二羧酸和萘二羧酸，诸如间苯二甲酸、对苯二甲酸、2，6-萘二甲酸，又例如一元胺，最好是碳原子数为C1-C10的链烷一元胺，最好是碳原子数为C5-C8的环烷基一元胺，诸如环戊基胺、环己基胺、4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶，又例如苯一元胺和萘一元胺，诸如苯胺、萘胺，又例如二元胺，最好是碳原子数为C2-C10的链烷二元胺，诸如己二胺，最好是C5-C8的环烷二元胺，诸如1，4-环己二胺，最好是苯基二元胺、萘二元胺和苯二甲胺，诸如邻苯二甲胺、间苯二甲胺、对苯二甲胺，或者它们的混合物。
本发明所使用的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的化合物和常规链调节剂的总量应当最好不超过本发明规定使用的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的化合物的最大量，因为如果不这样，得到的聚合度就不够。
在另一个优选实施方案中，本发明中的聚合反应或缩聚反应是在至少一种颜料中进行的。优选颜料为二氧化钛，最好是以锐钛矿形态存在的二氧化钛，或者本质上为无机或有机的着色化合物。以100份重量的聚酰胺为基准，这些颜料优选加入量在0～5重量份，尤其是0.02～2重量份。这些颜料可以和起始原料一起或分开加入反应器中。
本发明中的聚酰胺可以用其本身已知的制备聚酰胺的方法制备。例如以己内酰胺为原料的聚酰胺可以在含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的化合物存在下通过连续反应或间歇反应制备，其介绍可见于德国专利DE-A 14 95 198，DE-A 25 58 480，DE-A 44 13 177，PolymerizationProcess，Interscience，New York，1977，p.424-467和Handbuch derTechniSchen Polymerchemie，VCH Verlagsgesellschaft，Weinheim，1993，p.546-554。以己二酸/己二胺为原料制备的聚酰胺可以用常规的间歇反应实现，如Polymerisation Process，Interscience，New York，1977，第424-467页，尤其是第444-446页介绍的，或者用连续反应实现，例如欧洲专利EP 129 196中介绍的，可以以分开加入或与所有或部分起始原料一起加入的方式向反应器中加入含有一个氰基和一个能够形成酰胺基团的官能团的化合物。
本发明的聚酰胺可以用来生产纤丝、纤维、片材或铸件。
以纤丝和纤维为例，优选那些以尼龙6或尼龙66，特别是尼龙6为原料的并由高速纺丝(牵引速率大于4000m/min)获得的纤丝和纤维。
在制成片材或三维物件以前，本发明的聚酰胺可以与常用添加剂，例如阻燃剂、玻璃纤维，用常规方法如挤出法进行混合。
实施例本发明的实施例1在压力反应釜中，在氮气保护下加热3000g(26.5mol)的己内酰胺、450g完全去离子的水和7.3g(65mmol)的6-氨基己腈，至内部温度达到270℃，之后立即通大气1小时，再缩合15分钟，排出反应物。
将排出的聚酰胺进行造粒，用沸水萃取以除去己内酰胺和齐聚物，随后在真空干燥室内干燥。干燥的萃取后的粒料在固态160℃陈化25小时。
之后，在96％的硫酸中测定该聚酰胺的相对溶液粘度。为此，每100ml的溶液称量1g的聚合物并用乌贝路德(Ubbelohde，乌氏)粘度计测定相对纯溶剂的流动时间。用红外光谱证实氰基完全结合。
相对溶液粘度RV(1.0g/dl)为2.73。
对比实施例1除了用4.8g(65mmol)的丙酸代替7.3g的6-氨基己腈外，其他重复发明实施例1。
相对溶液粘度RV(1.0g/dl)为2.71。
实施例2根据国际标准ISO 1133测定按照发明实施例1制备的聚酰胺和按照对比实施例1制备的聚酰胺的流动特性。
为此，在加热圆筒内使熔融聚合物恒定在275℃，时间分别为4，8，12，16，20min，随后在5kg的压力下将其通过模具压到筒外。
按照发明实施例1，测定用这种方法获得的挤出料的相对溶液粘度。
图1显示了此结果。
从图1中清楚地看到对比实施例1的溶液粘度呈现一个显著变化，而发明实施例1的溶液粘度实际上保持恒定。
溶液粘度的改变说明在被挤出圆筒以前熔体就降解了或者其分子量增加了。挤出的挤出料的溶液粘度越高，那么分子量增加就越大。这对加工性能有负面影响。
实施例3把30％的玻璃纤维分别加入按照发明实施例1和对比实施例1制备的聚合物中，将它们置于140℃的完全循环的烘箱中经历热老化。经过老化后，根据国际标准ISO 179/1eU(在23℃测试)测定摆锤冲击强度(Charpyimpact strength)。图2中显示了这个结果。
从图2中清楚地看到，按照对比实施例1制备的聚合物呈现了一个比按照发明实施例1获得的聚合物更大的摆锤冲击强度的变化。
而且，按照对方实施例1制备的聚合物具有比发明实施例1获得的聚合物更低的摆锤冲击强度。
权利要求
1.一种制备聚酰胺的方法，该方法包括在以1mol聚酰胺的酰胺基团为基准的2.3～10mmol的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的链调节剂存在的条件下聚合起始单体
2.根据权利要求1的方法，其中所述的链调节剂是氨基腈。
3.根据权利要求1的方法，其中所述的链调节剂是氰基羧酸。
4.一种根据权利要求1至3中任一项所述的方法可得到的或得到的聚酰胺。
5.一种聚酰胺，该聚酰胺含有一种通过酰胺基团化学键接到该聚合物链上的化合物，其中该化合物含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团，以1mol聚酰胺的酰胺基团为基准，该化合物的含量为2.3～10mol。
6.含有权利要求4或5所述的聚酰胺，或者由权利要求4或5所述的聚酰胺所组成的纤丝、纤维、片材或铸件。
全文摘要
本发明涉及一种制备聚酰胺的方法。该方法包括在以1mol聚酰胺的酰胺基团为基准的2.3～10mmol的含有一个氰基和一个能够形成酰胺基的官能团的链调节剂存在的条件下聚合起始单体。
文档编号C08G69/28GK1476458SQ01819434
公开日2004年2月18日 申请日期2001年11月22日 优先权日2000年11月23日
发明者H·温特林, M·菲舍尔, H 温特林, 岫 申请人:巴斯福股份公司