Die Polyamide

433 Pages·1954·12.891 MB·German

by  Heinrich Hopff, Alfred Müller, Friedrich Wenger (auth.)

DIE POLYAMIDE
DIE POLYAMIDE
VON
HEINRICH HOPFF
ALFRED MOLLER FRIEDRICH WENGER
MIT 80 ABBILDUNGEN
SPRIN GER-VE RLAG
BERLIN . GOTTINGEN· HEIDELBERG
1954
ISBN 978-3-642-49184-9 ISBN 978-3-642-49183-2 (eBook)
DDI 10.1007/ 978-3-642-49183-2
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COPYRIGHT 1954 BY SPRINGER·VERLAG OHG. IN BERLIN, GÖTTINGEN AND HEIDELBERG
Softcover reprim of the hamcover 1 sr edition 1954
Herrn Prof. Dr. phil., DrAng. e. h., Dr. rer. nato h. c.
Hermann Staudinger
dem Schöpfer d.er Makromolekularen Chemie
in Verehrung gewidmet
Vorwort.
Seit den grundlegenden Arbeiten von W. H. CAROTHERS über die
Polyamide hat dieses Gebiet einen einzigartigen Aufschwung genommen.
Die Produktion an Polyamiden, deren bekannteste Vertreter Nylon
und Perlon! sind, nähert sich gegenwärtig der 100000-Jahrestonnen
Grenze. Über die Polyamide sind zahlreiche Veröffentlichungen er
schienen, die in der Literatur zerstreut sind; vor allem ist die Zahl der
Patente auf dem Polyamidgebiet sehr stark angewachsen.
Eine zusammenfassende Darstellung des Gebietes der Polyamide
erschien daher sehr wünschenswert. Die Verfasser haben es unternom
men, die bisher erschienenen Arbeiten, soweit dies ermöglicht werden
konnte, zu sichten und das gesamte Gebiet der Polyamide zusammen
fassend darzustellen. Dabei wurde der Stoff in 3 Teile gegliedert:
1. Chemie der Polyamide.
2. Polyamide als Kunststoff-Rohstoffe.
3. Polyamide als textile Rohstoffe.
Jeder Teil kann als ein für sich abgeschlossenes Ganzes betrachtet
werden. Gewisse Überschneidungen ließen sich jedoch nicht ganz ver
meiden, so daß mitunter einzelne Punkte in verschiedenen Abschnitten
unter verschiedenen Gesichtspunkten behandelt werden.
Die Literatur wurde bis zum Jahre 1950, teilweise auch darüber
hinaus, berücksichtigt. Wenn wir auch glauben, daß die für den Leser
wichtigsten Literaturstellen angeführt sind, so können doch die Lite
raturangaben im Hinblick auf die nicht immer leicht gewesene Beschaf
fungsmöglichkeit in den Nachkriegsjahren und gewisse hierdurch be
dingte Lücken keinen Anspruch auf Vollständigkeit erheben. Besonders
gilt dies für die Patentliteratur, da vor allem die ausländischen Patente
nicht vollständig zugänglich waren. Das jedem Abschnitt angefügte
Patentregister umfaßt daher entweder nur die in Deutschland einge
reichten Patente und Patentanmeldungen oder nur solche In- und Aus
landspatente, deren Beschaffung möglich war. Da die Patentnummer
oder das Aktenzeichen dem Leser nur wenig nützt, wurde jeweils der
wichtigste Patentanspruch aufgenommen oder der wesentliche Inhalt
des Patentes stichwortartig kurz zusammengefaßt. Es sei noch ver
merkt, daß von zahlreichen der angeführten Patente gleichlautende
1 Die Namen der angeführten verschiedenen Handelsprodukte sind in der Regel
gesetzlich geschützte Warenzeichen der Herstellerfirmen.
VIII Vorwort.
Patente in einer Reihe anderer Länder existieren, deren vollständige
Aufzählung jedoch zu weit geführt hätte.
Die Verfasser hoffen, durch diesen ersten Versuch einer Gesamt
darstellung des Polyamidgebietes den interessierten Lesern eine einiger
maßen vollständige Übersicht vermittelt zu haben. Für Hinweise auf
eventuell bestehende VerbesserungsWÜllsche wären wir dankbar.
Abschließend möchten wir nicht versäumen, unseren Mitarbeitern,
die uns bei der Ausarbeitung dieses Buches in mancherlei Hinsicht
unterstützt haben, unseren Dank auszusprechen.
Ludwigshafen a. Rh. und Zürich, Die Verfasser.
Januar 1954
Inhaltsverzeichnis.
Erster Teil.
Chemie der Polyamide.
Von Dr. H. HOPFF
Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule, Zürich.
Seite
Einleitung. . . . . . 1
Die Polyamide. . . . 3
I. Einheitliche Polyamide 5
A. Polyamide vom Aminocarbonsäuretypus . . . • . . . 5
1. Darstellung der Polyamide aus Aminocarbonsäuren 5
2. Der Bau der Polyamide aus e-Aminocapronsäure. . .. 7
3. Löslichkeit der Polyamide in Abhängigkeit vom Polymerisations-
grad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4. Abhängigkeit der Festigkeitseigenschaften der Polyamide vom
Polymerisationsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5. Abhängigkeit des Schmelzpunktes von Polyaminocapronsäure vom
Polymerisationsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6. Polykondensation der e-Aminocapronsäure . . . . . . . 15
7. Bildung von Polyaminocapronsäure aus e-Caprolactam. . 16
a) Die Aufbaureaktion. . . . . . . . . . . . . . . . 17
b) Das Gleichgewichtspolymerisat . . . . . . . . . . . 19
8. Die technische Herstellung von Poly-e-Aminocapronsäure . 23
9. Abbau der Polyaminocapronsäuren mit p-Chlorbenzoosäure . 26
10. Thermischer Abbau der Polyaminocapronsäuren . . . . . . 27
a) Verhalten der Polyaminocapronsäure gegen Wasser. . .. 27
b) Einwirkung von überhitztem Wasserdampf auf Polyamino-
capronsäure . . . . . . . . . . . . . . . . 28
11. Polyamide aus höheren Aminocarbonsäuren . . . . 29
B. Polyamide vom Typus Diamine und Dicarbonsäuren 31
1. Die technische Herstellung von Nylon . . . . . . 35
2. Viscositätsmessungen an nylonartigen Polyamiden. 38
3. Polyamide aus ungesättigten Dicarbonsäuren und Diaminen 40
C. Polythioamide . . . . . 40
D. Polyurethane. . . . . . . . 41
1. Lineare Polyurethane . . 42
2. Lineare Mischpolyurethane 49
3. Vernetzte Polyurethane 50
E. Polyharnstoffe, Polyamidester und Polyguanide . 52
F. Polysulfonamide . . . . . . . . . 51
G. Polyhydrazide und Polyaminotriazole 54
II. Mischpolyamide . . . . . . . . . 56
1. Herstellung der Mischpolyamide . 56
2. Ultramid 6A . . . . . . . . . 56
3. Ultramid 1 C . . . . . . . . . 57
111. Vernetzte Polyamide . . . . . . . 58
IV. Ausgangsprodukte für die Polyamide. 60
A. Aminocarbonsäuretypus . . . . . 60
1. Darstellung von Caprolactam . . . . 60
2. Darstellung höherer Aminocarbonsäuren . 65
x Inhaltsverzeichnis.
Seite
B. Dicarbonsäure-Diamintypus . . . 65
1. Darstellung der Dicarbonsäuren 65
a) Adipinsäure. . . .. .. 65
b) Pimelinsäure . . . . . . . 67
c) Sebacinsäure . . . . . . . 68
2. Darstellung der Diamine . . . . . . 69
Darstellung von Hexamethylendiamin. 70
3. Die Herstellung der Dinitrile. . . . . 70
Herstellung von Adipinsäuredinitril. . 71
C. Polyurethane. . . . . . . . . . . • . . . • 72
1. Herstellung der Polyisocyanate (Desmodure) . 72
2. Darstellung der Polyester . . . . . . . . . 75
V. Chemische und physikalische Charakterisierung der Polyamide. 75
1. Molekulargewicht, Molekülstruktur, Orientierbarkeit. • . . 76
Über das Säure-und Alkalibindungsvermögen der Polyamide 79
2. Polyamide als Polyelektrolyte . 81
3. Analytische Bestimmungen . 83
Die Elementaranalyse 8i
VI. Patentübersicht . . . . . . . 86
Zweiter Teil.
Polyamide als Kunststoff-Rohstoffe.
Von Dr. A. MÜLLER
Chemiker der Badischen Anilin-und Soda-Fabrik, Ludwigshafen a. Rb.
Einleitung. . . . . . . . . . . 140
A. Eigenschaften der Polyamide . 143
1. Allgemeine Eigenschaften. 143
2. Mechanische Eigenschaften 146
3. Thermische Eigenschaften 153
4. Elektrische Eigenschaften. 159
5. Verhalten gegen Wasser . .. . .. . 162
6. Verhalten gegen Säuren, Alkalien, Chemikalien 168
7. Verhalten gegen Lösungsmittel . . . . . . . 176
B. Hilfsprodukte für die Verarbeitung der Polyamide . 187
1. Weichmachungsmittel 187
2. Füll-und Farbstoffe. 192
3. Vernetzungsmittel .. 193
4. Sonstige Zusatzstoffe . 195
C. Verarbeitungsmethoden . 197
1. Preßverarbeitung . . 197
2. Walzverarbeitung ..... 199
3. Verarbeitung auf der Schnecke 200
4. Spritzgußverarbeitung . . . . 203
5. Verarbeitung aus der Schmelze 210
6. Verarbeitung aus der Lösung . . . . . . 218
7. Verarbeitung mit Weichmachungsmitteln • 223
8. Spanabhebende Verarbeitung 226
9. Kleben und Schweißen. . 227
10. Reckverarbeitung ... . 230
11. Färben ........ . 234
12. Aufarbeitung von Abfällen 236
D. Anwendungsgebiete 237
E. Patentübersicht . . . . . • . 249
Inhaltsverzeichnis. XI
Dritter Teil.
Polyamide als textile Rohstoffe.
Von Dr. F. WENGER
Chemiker der Badischen Anilin-und Soda-Fabrik, Ludwigshafen a. Rh.
Seite
A. Einleitung . . . . . . . . . . . . 265
Rohstoff-Fragen auf dem Textilsektor 265
B. Herstellungstechnik . . . . . . 270
1. Fertigung von Vorprodukten. . . 271
a) Rundstäbe ........ . 271
b) Profilierte Bänder . . . . . . . . . . 271
c) Unprofilierte Bänder und Schnitzel (chips) 273
2. Vorbereitung des Rohmaterials .. . 275
3. Verspinnung von Polyamiden .. . 276
Entwicklungsverfahren . . . . . . 276
a) Verspinnung aus dem Autoklaven 276
b) Stabspinnen . . . . . 277
c) Bandspinnen . . .. ... 278
d) Tauchschmelzspinnen . . . . . . 279
Großtechnische Verfahren ..... 279
e) Rostspinnen . . . . . . . . . . . . . . . 279
f) Kontinuierliches Verfahren (VK-Verfahren) . 282
4. Der Spinnprozeß . . . . . . . . . . . . . . 285
a) Einfluß verschiedener Faktoren ................ 285
Qualitative Beschaffenheit der Schmelze S. 285. - Wärmeleit
fähigkeit 8.287. - Stabilisatoren S. 287. - Wassergehalt S. 287.
Sauerstoff S. 287.
b) Spinnaggregate ....................... 288
Rostspinnapparatur S. 288. - Spinnpumpen S. 290. - Filtration
und Düsen S. 291. - Erstarrung der Fäden S. 294. - Befeuchtung
der Fäden S. 295. - Aufspulung der Fäden S. 296.
5. Textiler Teil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
a) Endlose Fäden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
Vorzwirnung S.298. - Verstreckung (Orientierung) S.299. -
Nachzwirnen S. 305. - Umspulen, Fixieren nnd Schrumpfen S. 305.
Schlichten S. 306. - Nachbehandlung von PERLON-Fäden (Wäsche)
S. 307. - Conerei S. 307.
6. Polyamidstapelfasern . . . . . . . . . . . . . . 308
Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
a) Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Spinnprozeß S.31O. - Verstreckung S.312. Faserschnitt
S. 312. - Nachbehandlung S. 313.
b) Kräuselung . . . . . . . . . . . . . . . .. . ..... 315
Heißwasserkräuselung S. 315. - Säurekräuselung S. 315. - Me
chanische Kräuselung S. 316. - Preßkräuselung S. 316. - Zahnrad
kräuselung S. 316. - Stauchkräuselung S. 317. - Weitere Kräuse
lungsmöglichkeiten S. 317.
7. Borsten, Drähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Vorbemerkung ......................... 319
a) Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Spinnvorgang und Erstarrung der schmelzflüssigen Drähte S. 319.
Verstreckung S. 321. - Fixierung (board setting) S. 322. - Sonder
ausführungen 8. 323. - Borsten und konische Schnüre S. 324. -
Nachbehandlung und Änderung von Eigenschaften S.326. - Elek
trische Aufladung S. 327.
b) Verwendung ..... . 327
8. Aufarbeitung von Abfällen. . 329
XII Inhaltsverzeichnis.
Seite
C. Eigenschaften der Polyamide in Form des textilen Rohstoffes. 332
Vorbemerkung . . . . . . 332
1. Physikalische Daten. . . 332
a) Wasseraufnahme ... 332
b) Elektrische Aufladung 338
c) Dehnungsverhältnisse . 340
d) Zerreißfestigkeit . . . . . 350
Temperatureinfluß S. 352.
e) Scheuerfestigkeit . . . . . . . . 356
f) Beständigkeit gegen Lichteinflüsse 361
g) Spezifisches Gewicht . . . . . . 367
2. Beständigkeit gegen Mikroorganismen und Insekten. 368
3. Chemische Resistenz 368
D. Textile Verarbeitung ..... . 371
Vorbemerkung . . . . . . . . 371
1. Vorbereitung des Textilgutes . 372
2. Schlichten . 373
3. Wirkerei. . . . . 374
4. Weberei ..... 376
a) Endlose Fäden. .. 376
b) Garne aus Stapelfasern . 377
E. Untersuchungen. . . . . . . 379
F. Färben .......... . 381
a) Allgemeines . . . . . . 381
b) Vorbedingungen für den Färbeprozeß . 383
c) Saure Wollfarbstoffe 384
d) Dispersionsfarbstoffe . . . . . 385
e) Küpenfarbstoffe ....... . 386
f) Chromfarbstoffe . . . . . . . . 388
g) Substantive (Direkt-) Farbstoffe . 389
h) Naphthol- und Schwefelfarbstoffe 389
i) Vialonechtfarbstoffe . . . . 390
j) Färbung von Strümpfen .. 391
k) Färbung von Mischgespinsten 391
1) Neuere Färbetechnik . 392
m) Verschiedenes 393
G. Patentübersicht . 395
Sachverzeichnis . 417