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Polyamidfasern

Technische Synthese von Perlon

Die einfachsten möglichen Ausgangsprodukte für Polyamide vom Typ AB wären die Aminosäuren. Da sie aufgrund ihrer Resonanzstabilisierung wenig reaktiv sind, müsste man sie für die Polykondensationsreaktion relativ stark erhitzen. Dabei würde allerdings die Entstehung von Nebenprodukten begünstigt. Das Gleiche gilt auch beim Einsatz von Säurechloriden. Daher geht man bei der Synthese von Polyamiden des Perlontyps vorzugsweise von Lactamen aus. Im Falle von Perlon ist dies das ε-Caprolactam.

Hydrolytische Lactampolymerisation

Die größte technische Bedeutung hat die hydrolytische Lactampolymerisation. Sie wird in der Technik meist kontinuierlich durchgeführt. Eine Suspension von ε-Caprolactam in Wasser (ca. 0,3 bis 10 Massenprozent Wasser) wird mit Essigsäure als Molmassenregulator auf Temperaturen von 240 bis 300 °C, also oberhalb des Schmelzpunkts von Polyamid 6 (220 °C), erhitzt. Ein kleiner Teil der Lactammoleküle öffnet sich dabei zur ε-Aminocapronsäure. Diese initiiert die Polykondensation. Darüber hinaus werden auch ungeöffnete Lactammoleküle durch Polyaddition in die Kette eingebaut. Sie lagern sich an der Aminoendgruppe an. Das Monomer wird dabei nicht vollständig umgesetzt. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein. Neben den Polymeren bilden sich auch cyclische Oligomere aus zwei bis sechs Monomereinheiten. Bei 250 °C beträgt ihr Anteil etwa 3 Massenprozent. Diese niedermolekularen Bestandteile müssen anschließend durch Extraktion mit Wasser entfernt werden.

Abb.1
Hydrolytische Ringöffnungspolykondensation von ε-Caprolactam zur Produktion von Perlon

Das PA-6-Granulat wird bei 260 bis 270 °C geschmolzen und bei 250 °C durch Spinndüsen gepresst. In meterhohen Spinnschächten erstarren die Fäden und werden beim Aufwickeln auf das vier- bis fünffache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt. Zur Herstellung von Spinnfasern werden sie zerschnitten und gekräuselt.

Alkalische Schnellpolymerisation

Ein anderer technisch bedeutender Syntheseweg ist die so genannte alkalische Schnellpolymerisation von ε-Caprolactam. Dabei wird wasserfreies Lactam nach Zugabe von Natrium, NaOH, KOH, Alkalialkoholaten oder metallorganischen Verbindungen umgesetzt. Diese Reaktion läuft normalerweise bei Temperaturen oberhalb von 200 °C in Minuten ab, kann aber durch Zugabe von Cokatalysatoren wie N-Acyllactamen schon bei 120 °C initiiert werden. Dabei bildet sich durch Protonenabstraktion ein Lactam-Anion, welches das N-substituierte Lactam (den Cokatalysator) angreift. Dabei öffnet sich der Ring und das Lactam-Anion zieht ein Proton ab. Durch Protonenaustausch mit einem weiteren Monomer wird ein Lactam-Anion regeneriert. Es handelt sich hierbei um eine anionische Polymerisation, die lebenden Charakter aufweist. Wegen der im Vergleich zur hydrolytischen Polykondensation geringen Reaktionstemperatur findet sich nur wenig Restmonomer (etwa 2 %). Dieses muss nicht mehr abgetrennt werden. In der Technik wird die Reaktion zur direkten Herstellung großer Werkstücke (z.B. Behälter) in der Form benutzt ("Gusspolyamid").

Abb.2
Anionische Polymerisation von ε-Caprolactam ("alkalische Schnellpolymerisation")
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