EP0000492A1 - Transparente Polyamide und deren Verwendung zur Herstellung von Formkörpern - Google Patents
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- C08G69/265—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids from at least two different diamines or at least two different dicarboxylic acids
Definitions
- the present invention relates to transparent, thermoplastically deformable copolyamides with high heat resistance.
- the invention relates to polyamides which are prepared by polycondensation of bis- (4-aminocyclohexyl) methane and optionally smaller amounts of aliphatic and / or further cycloaliphatic diamines as the diamine component with azelaic acid and isophthalic acid or adipic acid as the dicarboxylic acid component using customary procedures.
- polyamides based on bis- (4-aminocyclohexyl) propane and adipic acid described in DOS 1,595,354 have less tendency to crystallize, but the thermoplastic processing of these polyamides is considerably more difficult owing to their high softening points.
- Lower melting polyamides made from bis- (4-aminocyclohexyl) methane and aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid (US Pat. No. 2,585,163) are either not transparent or tend to recrystallize and thus cloud.
- DOS 1 933 395 describes transparent polyamides which must contain bis- (4-aminocyclohexyl) methane and hexamethylenediamine as diamine components and isophthalic acid and terephthalic acid as dicarboxylic acids in narrowly defined mixing ratios.
- a particular disadvantage of these polyamides is that the proportion of bis (4-aminocyclohexyl) methane, which has a strongly improving influence on the heat resistance of the polyamide, is only a maximum of 50 mol%, i.e. may amount to a maximum of approx. 65% by weight. Products with a higher content of bis- (4-aminocyclohexyl) methane have too high a melt viscosity, so that they can no longer be deformed by the injection molding processes customary in practice.
- DOS 2 125 906 describes copolyamides of bis (4-aminocyclohexyl) methane and 3-ethyl-1,10-decanedicarboxylic acid.
- the transparent products are easy to process, but due to the long and branched C-chain of the dicarboxylic acid they have an unsatisfactory heat resistance at only 130 ° C.
- the essential 3-ethyl-1,10-decanedicarboxylic acid is difficult to access.
- the previously proposed transparent polyamides therefore have disadvantages with regard to chemical resistance, softening temperature and melt formability.
- copolyamides of bis- (4-aminocyclohexyl) methane and optionally smaller amounts of an aliphatic or another cycloaliphatic diamine and a mixture of azelaic acid and isophthalic acid or of azelaic acid and adipic acid do not have the disadvantages mentioned, if the Isophthalic acid or adipic acid content is selected within defined limits.
- the products can surprisingly be processed without difficulty into thermoplastic molded articles with high heat resistance, good toughness level and good resistance to solvents.
- copolyamides which are obtained as the sole diamine component by polycondensation of 85 to 70 mol% azelaic acid and 15 to 30 mol% isophthalic acid or adipic acid and an equivalent amount of bis- (4-amino-cyclohexyl) methane.
- the bis (4-aminocyclohexyl) methane is a stereo isomer mixture consisting predominantly of trans, trans, cis-trans and to a small extent of cis, cis isomers.
- the copolyamides are produced by the processes customary for the production of polyamides from diamines and dicarboxylic acids.
- the mixture of the starting components can be heated to temperatures between 190 and 2300C and pre-condensed in this temperature range. After this precondensation has ended, polycondensation is carried out at temperatures between 240 and 300.degree.
- Condensation can be carried out under vacuum towards the end of the polymerization, but this is in no way necessary.
- the precondensation can be carried out with or without the addition of water; it can be carried out at atmospheric pressure or in closed autoclaves under the vapor pressure of the water.
- the loss of diamine occurring during the polycondensation is preferably compensated for by using an appropriate excess of bis- (4-aminocyclohexyl) methane.
- the molecular weight of the polyamides can be regulated in a known manner by monocarboxylic acids or amines.
- the relative viscosity of the copolyamides according to the invention should be at least 2.2, preferably between 2.4 and 3.5, measured on a 1% strength solution of the polyamide in m-cresol at 25 ° C. in an Ubbelohde viscometer.
- Polyamides according to the invention can also be added various additives, which are used for conventional polyamides, e.g. Flame retardants, heat and UV stabilizers, antioxidants and pigments, the addition being carried out during any desired stage before or after the polymerization in accordance with known approaches.
- additives e.g. Flame retardants, heat and UV stabilizers, antioxidants and pigments, the addition being carried out during any desired stage before or after the polymerization in accordance with known approaches.
- the polyamides according to the invention have excellent transparency, chemical resistance, heat stability and melt formability and are used as a molding composition for the production of various shaped and press-molded articles, e.g. Films, films, plates, tubes, bars and containers of various types are valuable.
- the mixture is heated to about 200 ° C. under an N 2 atmosphere, the agitator being switched on at 100 ° C., and the reaction mixture is kept under autogenous pressure for 4 hours. The pressure is then slowly released, heated to 270 ° C. and polycondensed for a further 7 h at 270 ° C.
- the resulting almost colorless polyamide ( ⁇ rel 2.7) is spun through a water bath, granulated and dried.
- composition of the starting monomers and some properties of the polyamides obtained are summarized in Tab. 1, the amounts of the starting materials being given in mol%.
- Example 1 As described in Example 1, 3.76 kg (20 mol) of azelaic acid, 0.73 kg (5 mol) of adipic acid, 4.72 kg (22.5 mol) of bis- (4-aminocyclohexyl) methane and 0, 29 kg (2.5 mol) of hexamethylenediamine a polyamide.
- the slightly yellowish polyamide had a rel. Viscosity of 3.0, heat resistance of 145 ° C, impact strength of 82.4 kJ / m 2 (8 samples not broken) and notched impact strength of 4.8 k J / m 2 .
- the starting monomers were weighed in defined ratios (mol ratios see Table 2), the The reaction mixture is slowly heated to 200 ° C. under a nitrogen atmosphere and with stirring. In the further course, the mixture was heated to 270 ° C. and polycondensed for a further 6 hours at 270 ° C.
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Abstract
Description
- Vorliegende Erfindung betrifft transparente, thermoplastisch verformbare Copolyamide mit hoher Wärmeformbeständigkeit.
- Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Polyamide, die durch Polykondensation von Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan und gegebenenfalls geringeren Mengen aliphatischer und/oder weiterer cycloaliphatischer Diamine als Diaminkomponente mit Azelainsäure sowie Isophthalsäure oder Adipinsäure als Dicarbonsäurekomponente unter Verwendung üblicher Verfahrensweisen hergestellt werden.
- Für viele Einsatzgebiete ist die von den üblichen Polyamiden wie 6-Polyamid oder 6,6-Polyamid bekannte günstige Eigenschaftskombination gegenüber anderen thermoplastisch verarbeitbaren Materialien von großem Vorteil. Wegen der Teilkristallinität dieser Polyamid-Typen, die einen großen Teil der besonders guten Eigenschaften verursacht, sind jedoch Formteile aus diesen Polyamiden immer opak und daher in allen Fällen, in denen transparente Formteile gefordert werden, nicht verwendbar.
- Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Polyamide herzusteilen, die neben ihrem amorphen Charakter und der hiermit verbundenen Transparenz auch noch die günstigen Eigenschaften von Polyamid-6 oder -6,6 aufweisen.
- Einer dieser Versuche ist der Einsatz von Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan bei der Herstellung von Polyamiden. So sind transparente Polyamide aus dem genannten Amin und aromatische Dicarbonsäuren wie Isophthalsäure (US-P 2 696 482) oder Terephthalsäure (US-P 2 516 585) bekannt. Diese Produkte -sind jedoch wegen ihrer hohen Schmelzviskosität thermoplastisch nur schwierig verarbeitbar.
- Es wurde auch versucht, transparente Polyamide aus Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan und weiteren polyamidbildenden Komponenten wie Adipinsäure, Hexamethylendiamin und ε - Caprolactam herzustellen. Diese Polyamide sind jedoch äußerst unbeständig gegen Lösungsmittel und bilden unter Eintrübung Sphärolithe.
- Die in der DOS 1 595 354 beschriebenen Polyamide auf Basis von Bis-(4-aminocyclohexyl)-propan und Adipinsäure neigen zwar weniger zur Kristallisation, die thermoplastische Verarbeitung dieser Polyamide ist jedoch infolge ihrer 'hohen Erweichungspunkte erheblich erschwert.
- Niedriger schmelzende Polyamide aus Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan und aliphatischen Dicarbonsäuren wie Adipinsäure (US-P 2 585 163) sind entweder nicht transparent oder neigen zur Nachkristallisation und damit zur Eintrübung.
- In der DOS 1 933 395 werden transparente Polyamide beschrieben, die Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan und Hexamethylendiamin als Diaminkomponenten und Isophthalsäure und Terephthalsäure als Dicarbonsäuren in eng definierten Mischungs-verhältnissen enthalten müssen.
- Ein besonderer Nachteil dieser Polyamideist, daß der Anteil des Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan, das einen stark verbessernden Einfluß auf die Wärmeformbeständigkeit des Polyamids hat, nur maximal 50 Mol-%, d.h. maximal ca. 65 Gew.-% betragen darf. Produkte mit höherem Gehalt an Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan haben eine zu hohe Schmelzviskosität, so daß sie nach den in der Praxis üblichen Spritzgußverfahren nicht mehr verformt werden können.
- Der zwingend vorgeschriebene hohe Anteil an Hexamethylendiamin hat zur Folge, daß die Produkte eine unbefriedigende Wärmeformbeständigkeit zeigen.
- In der DOS 2 125 906 sind Copolyamide aus Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan und 3-Äthyl-1,10-decandicarbonsäure beschrieben. Die transparenten Produkte sind zwar gut verarbeitbar, haben jedoch infolge der langen und verzweigten C-Kette der Dicarbonsäure mit nur 130°C eine unbefriedigende Wärmeformbeständigkeit. Darüber hinaus ist die unbedingt erforderliche 3-Äthyl-1,10-decandicarbonsäure nur schwer zugänglich.
- Schließlich sind aus der DOS 2 642 244 transparente Polyamide aus Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan, Isophthalsäure und z. B. Salzen aus aliphatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Diaminen, bei denen je Amidgruppe die durchschnittliche Zahl der Methylengruppen mindestens 9 betragen muß, bekannt. Diese Polyamide zeigen aber offenbar wegen der langkettigen Anteile eine unzureichende Beständigkeit der Transparenz im kochenden Wasser und eine nicht ausreichende Wärmeformbeständigkeit.
- Die bisher vorgeschlagenen transparenten Polyamide zeigen daher Nachteile bezüglich chemischer Beständigkeit, Erweichungstemperatur und Schmelzformbarkeit.
- Überraschend wurde nun gefunden, daß Copolyamide aus Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan und gegebenenfalls kleineren Mengen eines aliphatischen oder eines weiteren cycloaliphatischen Diamins sowie einem, Gemisch aus Azelainsäure und Isophthalsäure bzw. aus Azelainsäure und Adipinsäure die genannten Nachteile nicht aufweisen, wenn der Isophthalsäure- bzw. Adipinsäure-Anteil in definierten Grenzen gewählt wird.
- Die Produkte lassen sich trotz des sehr hohen Anteils an Bis-(4-aminocyclchexyl)-methan überraschenderweise ohne Schwierigkeiten zu thermoplastischen Formkörpern mit hoher Wärmeformbeständigkeit, gutem Zähigkeitsniveau und guter Beständigkeit gegen Lösungsmittel verarbeiten.
- Gegenstand der Erfindung sind somit transparente, thermoplastisch verformbare Copolyamide mit einer relativen Viskosität von mindestens 2,2 (gemessen in 1 %iger Lösung des Polyamids in m - Kresol bei 25°C), erhalten durch Polykondensation von
- 1. 70 bis 100 Mol-%, vorzugsweise 80 bis 100 Mol-%, Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan;
- 2. O bis 30 Mol-%, vorzugsweise 0 bis 20 Mol-%, Hexamethylendiamin und/oder eines von Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan unterschiedlichen cycloaliphatischen Diamins mit C8-C15, wobei das molare Verhältnis aller cycloaliphatischen Diamine aus 1. und 2. zu Hexamethylendiamin mindestens 4:1, vorzugsweise mindestens 5:1, betragen soll, und die Summe aus 1) und 2) immer 100 Mol.-% ergeben muß, und
- 3. äquivalenten Mengen eines Dicarbonsäuregemisches, bestehend aus:
- a) 50 bis 90 Mol-%, vorzugsweise 70 bis 85 Mol.-%, Azelainsäure und 10 bis 50 Mol.-%, vorzugsweise 30 bis 15 Mol.-% Isophthalsäure oder
- b) 60 bis 90 Mol-%, vorzugsweise 70 bis 85 Mol-%, Azelainsäure und 10 bis 40 Mol.-%, vorzugsweise 15 bis 30 Mol.-%, Adipinsäure, wobei die Komponenten a) hzw. die Komponenten b) jeweils 100 Mol.-% ergeben.
- Besonders bevorzugt sind Copolyamide, die durch Polvkon- densation von 85 bis 70 Mol-% Azelainsäure und 15 bis 30 Mol-% Isophthalsäure oder Adipinsäure und einer äquivalenten Menge Bis-(4-amino-cyclohexyl)-methan als alleinige Diaminkomponente erhalten werden.
Das Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan ist ein Stereo-Isomerengemisch, bestehend überwiegend aus trans, trans-, cis-trans- und zu einem geringen Anteil an cis, cis-Isomeren. Für die Kondensation wird das bei der Hydrierung anfallende Stereo-Iso- merengemisch von Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan mit einem Schmelzpunkt oberhalb 300 C eingesetzt. - Die Herstellung der Copolyamide erfolgt nach den für die Herstellung von Polyamiden aus Diaminen und Dicarbonsäuren üblichen Verfahren. Man kann das Gemisch der Ausgangskomponenten auf Temperaturen zwischen 190 und 2300C erhitzen und in diesem Temperaturbereich vorkondensieren. Nach Beendigung dieser Vorkondensation wird bei Temperaturen zwischen 240 und 300°C zu Ende polykondensiert.
- Gegen Ende der Polymerisation kann unter Vakuum kondensiert werden, dies ist jedoch keinesfalls erforderlich.
- Die Vorkondensation kann mit oder ohne Zusatz von Wasser erfolgen;sie kann bei Atmosphärendruck oder in geschlossenen Autoklaven unter dem Dampfdruck des Wassers durchgeführt werden.
- Vorzugsweise wird in Gegenwart von 10 bis 20 Gew.-% Wasser bei geschlossenem Autoklaven vorkondensiert. Die Polykondensation ausgehend von den Salzen der Monomeren durchzuführen, ist, besonders wenn die Vorkondensation in Gegenwart von Wasser stattfindet, nicht erforderlich.
- Der während der Polykondensation auftretende Verlust an Diamin wird vorzugsweise durch Einsatz eines entsprechenden überschusses an Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan kompensiert.
- Das Molekulargewicht der Polyamide kann in bekannter Weise durch Monocarbonsäuren oder Amine geregelt werden.
- Die relative Viskosität der erfindungsgemäßen Copolyamide sollte minde stens 2.2 liegen, vorzugsweise zwischen 2,4 und 3,5, gemessen an einer 1 %igen Lösung des Polyamids in m-Kresol bei 25°C in einem Ubbelohde-Viskosimeter.
- Polyamiden gemäß der Erfindung können auch verschiedene Zusätze, die für übliche Polyamide angewendet werden, zugegeben werden, z.B. Flammschutzmittel, Hitze- und UV-Stabilisatoren, Antioxydantien und Pigmente, wobei die Zugabe während irgendeiner gewünschten Stufe vor oder nach der Polymerisation in Übereinstimmung mit bekannten Ansätzen erfolgt.
- Die Polyamide gemäß der Erfindung besitzen eine ausgezeichnete Transparenz, chemische Beständigkeit, Hitzestabilität und Schmelzformbarkeit und sind als Formmasse für die Herstellung von verschiedenen geformten und preßgeformten Gegenständen, z.B. Folien, Filmen, Platten, Rohren, Stangen und Behältern verschiedener Art wertvoll.
- Man füllt 3,76 kg (20 Mol) Azelainsäure, 0,83 kg (5 Mol) Isophthalsäure und 5,25 kg (25 Mol) Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan zusammen mit 2 1 Wasser in den Autoklaven. Zur Molgewichtsstabilisierung werden 40 g Benzoesäure und zum Ausgleich während der Polykondensation auftretender Diaminverluste 50 g Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan hinzugefügt.
- Man heizt unter N2-Atmosphäre auf ca. 200°C auf, wobei bei 100°C das Rührwerk eingeschaltet wird und hält das Reaktionsgemisch 4 h unter Eigendruck. Dann wird langsam entspannt, auf 270°C erhitzt und noch 7 h bei 270°C polykondensiert.
- Das entstandene fast farblose Polyamid (η rel 2,7) wird durch ein Wasserbad abgesponnen, granuliert und getrocknet.
- An Normkleinstäben wird gemäß DIN 53 460 eine Wärmeformbeständigkeit nach Vicat (Methode B) von 176 °C, nach DIN 53 453 eine Kerbschlagzähigkeit von 5,9 kJ/m2, eine Biegefestigkeit von 110 MPa (DIN 53 452) gemessen. Die Prüfung auf Schlagzähigkeit (DIN 53 453) ergab bei 10 Proben keinen Bruch.
- Die Versuche wurden entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise und in gleicher Größenordnung durchgeführt.
- Die Zusammensetzung der Ausgangsmonomeren sowie einige Eigenschaften der erhaltenen Polyamide sind in Tab. 1 zusammengefaßt, wobei die Mengen der Ausgangsstoffe in Mol-% angegeben sind.
- Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde ein transparentes Copolyamid aus 1,69 kg (9 Mol) Azelainsäure, 1,49 kg (9 Mol) Isophthalsäure und 3,82 kg (18 Mol + 40 g Überschuß) Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan hergestellt.
-
- Wie in Beispiel 1 beschrieben, wird aus 3,76 kg (20 Mol) Azelainsäure, 0,73 kg (5 Mol) Adipinsäure, 4,72 kg (22,5 Mol) Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan und 0,29 kg (2,5 Mol) Hexamethylendiamin ein Polyamid hergestellt.
- Das schwach gelbstichige Polyamid hatte ein rel. Viskosität von 3,0, eine Wärmeformbeständigkeit von 145°C, eine Schlagzähigkeit von 82,4 kJ/m2 (8 Proben nicht gebrochen) und eine Kerbschlagzähigkeit von 4,8 kJ/m 2.
- Diese Versuche wurden im 100 g-Maßstab durchgeführt.
- Die Ausgangsmonomeren wurden in definierten Verhältnissen (Molverhältnisse siehe Tabelle 2) eingewogen, das Reaktionsgemisch unter Stickstoffatmosphäre und Rühren langsam auf 200°C erhitzt. Im weiteren Verlauf wurde auf 270°C erhitzt und noch 6 Stunden bei 270°C polykondensiert.
- Wie aus den in Tabelle 2 angegebenen Bemerkungen zu den Versuchsergebnissen hervorgeht, konnte wegen zu hoher Festpunkte von niedermolekularen Anteilen in einigen Fällen die Polykondensation nicht zu Ende durchgeführt werden.
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