JPH01306416A - 芳香族ポリアミドの製造方法 - Google Patents

芳香族ポリアミドの製造方法

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JPH01306416A
JPH01306416A JP63136687A JP13668788A JPH01306416A JP H01306416 A JPH01306416 A JP H01306416A JP 63136687 A JP63136687 A JP 63136687A JP 13668788 A JP13668788 A JP 13668788A JP H01306416 A JPH01306416 A JP H01306416A
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JP
Japan
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aromatic
catalyst
diisocyanate
polymerization
dicarboxylic acid
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JP63136687A
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English (en)
Inventor
Tadashi Kobayashi
忠 小林
Seiji Obuchi
省二 大淵
Mitsuo Wada
和田 三男
Hiroshi Takayanagi
高柳 弘
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は芳香族ジイソシアネートと芳香族ジカルボン酸
より芳香族ポリアミドを製造する方法に関する。
さらに詳しくは、特定の触媒を用いて着色の少ないしか
も高重合度を有する芳香族ポリアミドを得る方法に関す
る。
〔従来の技術〕
芳香族ジイソシアネートと芳香族ジカルボン酸とを反応
させて芳香族ポリアミドを製造できることはよく知られ
ているが、一般には繊維、フィルム、成形品等の形態に
加工して充分な物性を発揮しうるような高分子量の重合
体を得るのが困難であり、そのために接着剤、フェス等
の使用がほとんどであった。また反応に使用するジイソ
シアネートが反応時、とくに高温下各種の副反応を生じ
、その為にしばしば反応中にゲル化したり、また副反応
物が重合体中に混入するために重合体の耐熱性や諸物性
を低下させる等の問題があった。この為、上記反応系に
は各種の触媒が開発されている。
例えば(1)金属アルコキシド、金属フェノキシトを使
用する方法: U S P、 4,001,186.4
,061,62及び4,061,623 、(2)ラク
タメートを使用する方法: U S P、 4,021
,412 、4,094,864及び4,094,86
6 、(3)環状ホスホラスオキシドを使用する方法:
U S P 、 4,156.065更に(4〕多価カ
ルボン酸のアルカリ金属塩を使用する方法:特開昭57
−151615、(5)アルカリ金属炭酸塩または炭酸
水素塩を使用する方法:特開昭58−18629、(6
)アルカリ金属水酸化物を使用する方法:特開昭58−
67723、(7)アルカリ金属弗化物を使用する方法
等があげられる。上記の触媒を使用し、溶液重合により
重合体を製造するのが一般的である。溶媒として、ジメ
チルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル
−2−ピロリドン、T−ブチロラクトン、ヘキサメチル
燐酸トリアミドのような鎖状もしくは環状のアミド類ま
たはホスホリルアミド類等が使用されている。さらに、
特開昭61−190517 、特開昭61−20421
8等に開示されているように、アルカリ金属塩を触媒と
して用いて溶媒にN、 N’−ジメチルアルキレンウレ
ア化合物を用いる溶液重合法も公知である。
該公報には、N、 N’−ジメチルアルキレンウレアは
、公知の種々の溶媒の中でも比較的高沸点溶媒であり、
高温で反応させることが出来て、しかも着色のほとんど
ないポリアミドが得られることが開示されている。
しかし、上記重合法においても種々の用途、例えば強度
の大きい繊維として使用出来るようなより高重合度のポ
リマーを安定して得るにはまだ不満足であり、用途面で
の制約を受けていた。さらに実質的に同一重合度の重合
体を再現性よく得ることが難しいという問題もあった。
〔発明が解決しようとする課題〕
芳香族ジイソシアネートと芳香族ジカルボン酸とを触媒
の存在下、脱炭酸ガス反応により芳香族ポリアミドを得
るに際し、溶媒としてN、N’−ジメチルアルキレンウ
レアを用い反応を行えば、より着色が少ないポリアミド
が得られることは本発明者らにも確認できる。
また、検討の過程で芳香族ジイソシアネ−1・と芳香族
ジカルボン酸との反応において、水分量の多い触媒を用
いると重合度が上がらないことも判った。
例えば、触媒が弗化カリウムの場合、市販の粉末状弗化
カリウム(無水)には0.3χ程度の水分が含有されて
おり、これを用いて重合を行うと低分子量のポリマーし
か得られなかった。
ジイソシアネートとジカルボン酸の反応において、水が
存在すると、たしかに重合度が下がるが、弗化カリウム
に含有する0、3χの水分は本発明の実施例で計算する
と、重合系に対しては、3 ppIII以下の影響しか
なく、a ppta以下の水の増加は重合に関して無視
できる程度の量である。
したがって触媒は、触媒が含有する水分により失活する
ことが明らかであり、重合結果がばらつくのはこの触媒
の水分含有量の度合に原因があることが判った。
そこで触媒から水分を除去して、いかに活性を維持させ
たまま重合反応を行うかが課題となる。
すなわち、高重合度の重合反応を行い所望の物性の芳香
族ポリアミドを得るためには、使用する触媒中の水分を
除去することが重要であることを見出し、本発明に達し
たものである。
〔課題を解決する手段〕
本発明の目的は、芳香族ジイソシアネートと芳香族ジカ
ルボン酸より芳香族ポリアミドを製造する方法において
水分含量の少ない触媒を用いることにより、着色の少な
い、しかもより高い重合度を有する、特に繊維に適した
芳香族ポリアミドを提供するものであり、本発明者らは
上記課題点を踏まえ鋭意検討した結果、この課題を解決
出来た。
即ち本発明は、芳香族ジイソシアネートと芳香族ジカル
ボン酸を触媒の存在下N、N′−ジメチルアルキレンウ
レア溶媒中で加熱重合させ、芳香族ポリアミドを製造す
る方法において、水分含量0.1%以下のアルカリ金属
塩を触媒として使用することを特徴とする芳香族ポリア
ミドの製造方法である。
本発明方法において、触媒の脱水はマイクロ波加熱又は
真空加熱で行われる。マイクロ波加熱装置は工業用専用
機を使用するが、触媒の処理量が少量であれば、市販の
家庭用電子レンジで充分使用出来る。
マイクロ波加熱処理時間は、マイクロ波の容量と、触媒
の処理量とで適宜増減出来るが、例えば家庭用の電子レ
ンジを用いて弗化カリウム粉末数gを処理する場合は5
〜30分、好ましくは10〜20分である。
真空加熱は市販の装置を使用し行うことが出来る。
真空加熱処理時間は、触媒の処理量と温度、真空度によ
り適宜増減出来るが、例えば弗化カリウム粉末数gを乾
燥する場合は150°C/3mdgの条件下5〜10時
間処理すれば充分である。
加熱処理中は水分の発散を良くするために触媒は広口の
容器に入れる。
マイクロ波加熱処理する場合の容量の材質はマイクロ波
に感応しない耐熱性のものならいずれも使用出来るが、
処理後に密閉出来る構造になったものが好ましく、摺合
わせのフタ付で広口のガラスフラスコ等が使用出来る。
加熱処理後は、すみやかに密閉し、重合反応系へ添加す
るまでそのまま保存する。このようにしてマイクロ波加
熱、真空加熱処理したアルカリ金属塩中の水分は、無水
かあるいは痕跡程度である。
本発明の方法において使用する触媒はアルカリ金属塩で
あればいずれでも使用出来、特に弗化カリウムの使用が
好ましい。触媒は粉末化して使用することが望ましく、
1〜100μの微粒子になっている弗化カリウムが特に
良好な結果を与える。
本発明方法において使用する溶媒としては、N。
N゛−ジメチルエチレンウレア(以下DMIと略す) 
、N、N’−ジメチルプロピレンウレア、N、 N’−
ジメチルブチレンウレアなどが挙げられるが、特にDM
Iが好ましい。
本発明方法において、モノマーとして使用する芳香族ジ
イソシアネートは、ジイソシアネート以外にカルボン酸
に対し活性な置換基を持たない芳香族化合物であればい
づれでも使用でき、芳香族ジイソシアネートとしては、
例えばフェニレン−1,2−ジイソシアネート、フェニ
レン−1,4−ジイソシアネート、トリレン−2,4−
ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネー
トなどが挙げられる。特に、トリレン−2,4−ジイソ
シアネートを使用した場合はより高重合度のポリマーが
得られるので好ましい。
また一方のモノマーである芳香族ジカルボン酸は必ずし
も無水にしたものを原料とする必要はなく、またジカル
ボン酸以外にイソシアネートに対し活性な置換基を持た
ない芳香族化合物であればいづれでも使用でき、芳香族
ジカルボン酸としては例えばテレフタル酸、イソフタル
酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸などが挙げられ
るが、ジイソシアネートにトリレン−2,4−ジイソシ
アネートを選択した場合はテレフタル酸を使用すればよ
り高重合度のポリマーが得られるので、テレフタル酸は
特に好ましいジカルボン酸である。
芳香族ジイソシアネートの芳香族ジカルボン酸に対する
モル比は0.70〜1.30の範囲で使用できるが、特
に0.95〜1.10の範囲で実質的に当量付近である
ことが好ましい。
本発明の実施において好ましい態様は、芳香族ジカルボ
ン酸を、DMIM溶媒にあらかじめ添加して仕込んでお
き、これを加熱下不活性ガスでバブリングした後に、マ
イクロ波加熱処理または真空加熱処理した触媒を添加し
、芳香族ジイソシアネートを滴下しながら重合反応を行
う方法がよい。
溶媒の使用量は、モノマー全使用量に対し3〜50重量
倍が好ましく、反応条件により任意に調整できる。
また溶媒中へ吹込まれる不活性ガスは、モノマーや溶媒
に不活性なガスならば何等制限されず、例えば、窒素、
アルゴン、キセノン等と一種以上が使用できる。特に脱
水を効果的に行え、安価である点からも窒素の使用が好
ましく、これにより水分や低沸点不純物は容易に除去で
きる。
市販のDMr[の水分含有量は通常100〜300pp
m含有されているが、加熱された芳香族ジカルボン酸を
溶解した仕込み溶液を加熱下不活性ガスでバブリングさ
せるだけで水分は20ppff1以下となる。
不活性ガスを通ずる際の加熱温度は、100’C以上が
よく、DMIの場合は沸点より若干低い200〜210
°Cがよい。
本発明の重合反応温度は100″C以上、溶媒の沸点以
下が好ましく、100°C以下では反応が遅く、高分子
量のポリマーが得られない。特に好ましい温度は150
〜200’Cであり、溶液重合を行う。
反応時間は好ましくは30分〜5時間でよく、副生ずる
二酸化炭素の発生が実質的に認められなくなった時点で
終了すればよい。
このようにして本発明により得られる芳香族ポリアミド
は、紡糸することにより、強度の高い繊維が得られるの
で、種々の繊維製品の製造に適する。また、そのまま、
あるいは他の樹脂と併用してフィルム、シート、紙状製
品の製造等、各種の用途にも利用出来る。
〔実施例〕
以下に実施例を示すが、実施例及び比較例において使用
したDMI類中の不純物含有量および得られたポリマー
の物性値は以下の方法により測定した。
ヱkj已−剋1脂 0.4χ−KOH−DPG (シフ゛ロピレングリコー
ル)?容液200gに使用する吸着剤2gを加え、95
°Cにて30分間撹拌した後ガラス濾過器にて濾過する
。冷却後そのa液40gをとり、精製水100Iniを
加え、pl(を測定し、0.05N−HCI溶液にてp
H7,8まで滴定する。
同様にブランク試験を行う。
吸着能計算式 %式%) S、・ブランク採取量(g) X+=ブランクのIICj2消費−敗 S2・濾液採取量(&) X之・試料溶液のHCI消費城数 セ    ζ j   NMF 高速液体クロマトグラフィーを用いて分析測定した。
分析条件: カラム; YMCPack A−31200S (山村
化学研究所製) 温 麿;室温 流速;0.8 ml/min 移動相;アセトニトリル3χ、水溶液リン酸緩衝液pH
・2.23 検出器:Uv検出器(205nm) アセトアミドはRT(保持時間) =4.2m1n、 
NMFはR’T (保持時間) =4.5m1nのとこ
ろでピークが検出され、それぞれ検量線を作成し、絶対
量を算出した。検出下限界はlQppmである。
#飲及ズー←1匪U 対数粘度(η1nh)は、 t0=粘度計中の溶媒の流下時間 t =開−粘度計中の同一溶媒のポリマー希薄溶媒の流
下時間 C−溶媒100m1中のポリマー固形分のグラム数で表
した濃度 であり、重合液のポリマー固形分をモノマー、溶媒仕込
み量より算出し、N−メチルピロリドンで0.1gポリ
マー固形分/100dの濃度となるよう稀釈し、温度3
0″Cで測定した。
なお、溶媒および溶液の水分測定は、カールフィッシャ
水分計(京都電子製MK−210.電量滴定方式)を用
いて室温にて測定した。
触媒中の水分は、水分気化装置(京都電子装入D P−
351)を用いて気化させ、上記水分計で測定した。
王者υとLl 重合液をジメチルホルムアミドで稀釈し、OPCを用い
て、分子量分布曲線のピークを測定し、ポリスチレン 
スタンダードによって平均分子量を得た。
旦潴農 通常のB型粘度計を用い、重合度を23°Cの恒温室に
て一晩保管した後、測定した。
実施例1 攪拌機、温度計を備えた21の反応容器中へ市販のDM
 rl、5 kg (アセトアミド150ppm、 N
MF60ρp渭含有)を装入し、5illb−A j!
 zOs系吸着剤(富山製薬製 トミックスA D70
0; A l tos 13χ、5i(h 69χ、ア
ルカリ吸着能3.38mEq/g)を45g(DMIの
3重量%)を添加し、80°Cに保温しながら1時間か
きまぜた。冷却後、減圧濾過して吸着剤を除去した結果
1.45kgの精製DMIが得られた。不純物を測定し
たところ、アセトアミド、NMFも検出されなかった(
10ppm以下)。
次に、攪拌機、温度計、コンデンサー、滴下ロート、窒
素導入管を備えた1Nの反応器中に上記で得られたD 
M 1800g、テレフタル酸33.2g (0,20
モル)を窒素雰囲気中で装入後、攪拌しながら窒素ガス
を通じ200’Cに加熱した。さらに、窒素バブリング
続けながら1時間加熱し、DMIを80g留出させた。
反応器中の溶液の水分は20ppm以下であった。
次いで家庭用電子レンジ(松下電器製 NE−M325
出力500W) テ弗化カリウム2g(水分0.3X含
存 森田化学製りロキャッ)F)を20分間加熱処理し
た弗化カリウム粉末120+ng (水分1100pp
テレフタル酸に対し1.0モルχ)を窒素雰囲気中で反
応系に添加し、撹拌しながら200℃に昇温した。
反応器中のDMI溶液に窒素を通じなから200°Cに
維持して、窒素雰囲気下にトリレン−2,4−ジイソシ
アネート34.8g(0,20モル)を滴下ロートによ
り1.5時間に渡って連続的に滴下させた。
滴下終了後30分間200℃で維持した後室温まで冷却
し、淡黄色のポリアミド重合液を得た。
B粘度は6エボイズ、対数粘度は77 inh =2.
02、平均分子125.0万であった。
この重合液を通常の湿式紡糸装置を用いて50’CでD
MI水溶液へ押出し、糸切れを起こすことなく紡糸出来
、乾燥延伸後2デニールの糸を得た。
強度は原糸1本当り6g/デニールあった。
実施例2 弗化カリウム粉末の脱水を電子レンジで10分間加熱処
理(触媒中の水分、150ppm )する以外は、実施
例1と同様に実施し、ポリアミド重合液を得た。
B粘度44ボイズ、対数粘度ηfnh =1.88、平
均分子量24,3万であった。
この重合液を通常の湿式紡糸装置を用いて50°CでD
MI水溶液へ押出し、糸切れを起こすことなく紡糸出来
、乾燥延伸後2デニールの糸を得た。
強度は原糸1本当り6g/デニールあった。
実施例3 実施例1に用いた弗化カリウム粉末(水分0.3%品)
を市販の真空加熱乾燥器(ヤマト科学製、真空定温乾燥
器 DP−41型)を用い150″C/3mfflHg
の条件で10時間処理した触媒(触媒中の水分900p
pm )を用い実施例1と同様に重合反応し、ポリアミ
ド重合液を得た。 B粘度38ボイズ、対数粘度ηin
h =1.84、平均分子量24,0万であった。
この重合液を通常の湿式紡糸装置を用いて50°CでD
M!水溶液へ押出し、糸切れを起こすことなく紡糸出来
、乾燥延伸後2デニールの糸を得た。
強度は原糸1本当り6g/デニールあった。
比較例1 実施例1に用いた弗化カリウム粉末(水分0.3%品)
を実施例1のような前処理することなくそのまま用いる
以外は実施例1と同様に重合した結果、淡黄色の重合液
を得たが、B粘度は0.45ボイズと低く、対数粘度も
ηfnh =0.5 、平均分子量4.8万でしかなっ
った。
この重合液を通常の湿式紡糸装置を用いて50°CでD
MI水溶液へ押出し紡糸したが、糸切れを起こして紡糸
出来なかった。
〔発明の効果〕
本発明は、実施例、比較例に示されるように芳香族ジイ
ソシアネートと芳香族ジカルボン酸とのN、N“−ジメ
チルアルキレンウレア溶媒中での重合反応において、ジ
イソシアネートを導入して反応させる前、マイクロ波加
熱処理した触媒を使用し重合することにより、特に繊維
に適した高重合度の芳香族ポリアミドが得られる。
特許出願人 三井東圧化学株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、芳香族ジイソシアネートと芳香族ジカルボン酸を触
    媒の存在下N,N′−ジメチルアルキレンウレア溶媒中
    で加熱重合させ芳香族ポリアミドを製造する方法におい
    て、水分含量0.1%以下のアルカリ金属塩を触媒とし
    て使用することを特徴とする芳香族ポリアミドの製造方
    法。 2、アルカリ金属塩が弗化カリウムである請求項1記載
    の製造方法。 3、溶媒のN,N′−ジメチルアルキレンウレアが、N
    ,N′−ジメチルエチレンウレアである請求項1記載の
    製造方法。 4、芳香族ジイソシアネートが、トリレン−2,4−ジ
    イソシアネートであり、芳香族ジカルボン酸が、テレフ
    タル酸である請求項1記載の製造方法。
JP63136687A 1988-06-03 1988-06-03 芳香族ポリアミドの製造方法 Pending JPH01306416A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06136117A (ja) * 1992-10-26 1994-05-17 Mitsui Toatsu Chem Inc ポリアミド樹脂及びその製造方法
JP2015500898A (ja) * 2011-11-29 2015-01-08 バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツングBayer Intellectual Property GmbH ポリイソシアネートの製造方法およびその使用

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JPH06136117A (ja) * 1992-10-26 1994-05-17 Mitsui Toatsu Chem Inc ポリアミド樹脂及びその製造方法
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