Brevet FR2001831A1 — publié le 19691003

La présente invention concerne des polyamides ayant de meilleures propriétés, et un procédé permettant de fabriquer ces polyamides. Suivant l'invention, la Demanderesse fournit un procédé de fabrication de polyamides qui consiste à polymériser un acide monoaminomonocarboxylique ou son lactame présentant au moins deux atome de carbone entre les groupes amine et acide carboxylique ou des proportions sensiblement équimoléculaires d'une diamine qui contient au moins deux atomes de carbone entre les groupes amine de carbone et un acide dicarboxilique qui contient au moins deux atomes entre les çroupes acide carboxyli-le, en présence de 0,025 C-- 1,0 molaire, sur la base du poids moléculaire des motifs récurrents de la chaîne de polyamide, d'un halogénure minerai t de 0,003 0,1% molaire, sur la base du poids moîcculaire des motifs récur- rents de la chaîne de polyamide, d'wn sel de cuivre d'un acide phosphinique de formule dans laquelle r est un nombre entier compris entre 1 et 3, et R1 est un radical organique mono-, di- ou tri-valent suivant la valeur de n. Lesdits radicaux organiques représentés par R1, qui sont fixés sur l'atome de phosphore par l'intermédiare d'un atome de carbone dudit radical sont de préférence des radicaux aliphati- ques, cycloaliphatiques ou aromatiques oo-, di- ou tri-valents (le terme "aromatique" comprend des composés contenant des groupes alkyle ou alcényle) , ou de tels radicaux dans lesquels un atome de carbone est remplacé par un hétéro-atome, en particulier l'atome d'azote. les radicaux aliphatiques sont-de préférence des ra- dicaux alcane ou alcane mono, di- ou tri-valent-s contenant jusqu'à 12 atomes de carbone, par exemple les radicaux vinyle, rzéthyle, éthyle, propyle, butyle, hexyle, octyle décile, dodécyle, éthy- lène, triméthylène, propylène, tétraméthylène, hexaméthylène et penta-1:3:5-triyle. Lesdits radicaux cycloaliphatiques sont de préférence dés radicaux cyclohexyle et C-méthylcyclohexyle mono valents. D'autres radicaux renresntes par F. sont de radicaux araîkyle et aralcényle, en particulier des radicaux aryl monocyclique(alkyle ou alcényle inférieur) comme les radicaux benzyle, bêta-phényl-éthyle et bêta-phénylvinyle.Les radicaux aromatiques sont de préférence des radicaux benzenc ou naphtalène mono, di- ou tri-valents, comme les radicaux phényle, tolyle , 1ou 2-naphtyle, 1:4-naphtalène, 1:3- ou 1:4-phénylène et naphtalène1:5:8-triyle. Gos radicaux aromatiques peuvent contenir en outre d'autres substituents comme des atomes de cilore. Comme exemples de ces radicaux dans lesquels un des atomes do carbone est remplacé par un atone d'azote, on peut citer les radicaux de noyaux hetérocycliques azots pentagonaux ou hexagonaux comme le radical pipéridine, et des radicaux alcane dans lesquels l'un des atomos de carbone est remplacé par un atome d'azote comme les radicaux alkyl-NH-alkylène, par exemple le radical bêta-(éthylamine)éthyle. On peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention dans les conditions normalement utilisées pour la polymérisation. d'un acide monoaminomonocarboxylique polymérisable, ou un de ses lactames, ou pour la polymérisation d'un mélange d'une diamine et d'un acide dicarboxylique, ou pour la polymérisation d'un mélange d'un acide monoaminomonocarboxylique polymcrisable, d'une diamine et d'un acide dicarboxilique, ledit halogénure minéral et le sel de cuivre de l'acide phosphinique étant joutés à n'importe quel stade du processus de polymérisation. Gependant, il est préférable d'ajouter l'halogénure minerai et le sel de cuivre de l'acide phosphinique au cours des stades initiaux de la polymérisation, et surtout, au stade d'introduction des réactifs dans le rccipient de polymérisation. Lorsqu'on part d'une proportion équimoléculaire d'une diamine et d'un acide dicarboxylique, on peut utiliser les composés ocus la forme d'un sel de chacun d'eux; ainsi , par exemple, on peut charger l'adipate d'hexaméthylène-diammonium dans le récipient de polymérisation au lieu d'un mélange de proportions equimolécu- laires d'acide adipique et d'hexaméthylènediamine. Cependant, cs selo se dissocient en composants séparés avant que la polyméorisa- tion se produise. On met de préférence en oeuvre le procédé de l'invention j une température comprise entre 200 et -4000C jusqu'a ce qu'on obtienne -le degré voulu de polimérisation. On peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention soit par un procédé par charres ou discontinu, soit par un procédé continu comme celui décrit. dans les brevets britanniques N 886 635, N 924 630 et 10 964 22. Corme exemples particuliers de sels de cuivre d'acides phosphiniques auxquels on peut avoir rc-cours, on peut citer les sels de cuivre de l'acide méthylphosphinique, de l'acide éthylphosphonique, de l'acide n-propylphosphinique, de l'acide cyclohexylphosphinique, de 1 acide phénylpLosphiniQue, de l'acide bêta-phenyléthylphosphonique, de l'acide p-tolylphosphinique, de l'acide p-chlorophénylphosphonique, de l'acide 1:4-butane-diphosphinique, de l'acide 1:5-pentane-diphosphinique, de l'acide 1:4-cyclohexane-diphosphonique, de l'acide p-benzène-diphosphinique, de l'acide p-xylène-diphosphinique, de l'acide 1:3:5-pentane-triphosphinique, et de l'acide naphtalène-3:6:8-triphosphinique.Si on le désire, on peut former in situ le sel de cuivre de l'acide phosphinique en ajoutant au mélange de polymérisation des proportions équimoléculaires d'un sel métallique soluble dans l'eau d'un acide phosphinique, en particulier un sel de métal alcalin d'un acide phosphlnique, et d'un sel de cuivre soluble dans l'eau comme le sulfate de cuivre ou l'acétate de cuivre. Lorsque le sel de cuivre doit être formé in situ, l'halogénure minéral ne doit alors pa3 etre ajouté- tant que la formation du sel de cuivre n'est pas terminée. Cependant, il est préférable que le sel de cuivre de l'acide phosphinique oit un sel d cuivre d'un acide phosphinique de formule : dans laquelle R est un radical organique monovalent, de préférence un radical alkyle, cycloalkyle, araîkyle o aryle , et surtout un radical alkyle inférieur, cyclohexyle, aryl, monocyclique (alkyle inférieur) ou aryle monocyclique. En outre, il est préférable d'utiliser de 0,0" à 0,1 molaire du sel de cuivre de l'acide phosphinique. Tout au long de la présente demande, l'expression "alkyle inférieur" est utilisée pour désigner les radicaux alkyle conte nant 1 4 atomes de carbone. Les halogénures minéraux sont de préférence des halogénures minéraux solubles dans l'eau, en particulier des halogénures de métaux alcalins, et surtout des iodures de métaux alcalins. Comme exemples de ces halogénures, on peut citer le chlorure de sodium, le bromure de potassiun, l'nodule de sodium, l'iodure de potassium et l'iodure de lithium. Comme exemples desdits acides monoaminomonocarboxyliques polymérisables, ou de leurs lactames, on peut citer l'acide epsilon-aminocaproïque, le caprolactame, l'acide 9-aminononanoïque, l'acide 11-aminoundecanoïque, l'acide 17-aminoheptadécanoïque, le dodécanolactame, le ccpryllactame et lténantholaetâre. Comme exemples dedites diarines, on peut citer la m- ou la p-xylylénediamine, mais de préférence les diamines de formule générale H2N(CH2)mNH2 dans laquelle m est un nombre entier valant de 2 à 12, comme la triméthylènediamino, la tétraméthylènediamine, la pentaméthylènediamine, l'octaméthylènediamine, et surtout l'hexaméthylènediamine. Comme exemples desdits acides dicarboxyliques, on peut citer l'acide téréphtalique et l'acide isophtalique, et de préférence les acides dicarboxyliques de formule HCOOC.Y.COOH, dans laquelle Y est un radical aliphatique divalent contenant au moins 2 atomes de carbone, et comme exemples de ces acides, on peut citer l'aci- de sébacique, l'acide octadécanediolque, l'acide subérique, l'acide azelalque, l'acide undécanediolque, l'acide Ulutarique, l'acide pimélique, et surtout l'acide adipique. Si on -le désire, on peut ajouter au début, pendant ou i. la fin du procédé de polymérisation de la présente invention d'autres ingrédients qui sont couramment ajoutés au cours de la formation des polyamides, par exer-ple des avents de délustrage comme le bioxyde de titane , des charmes comme de la poudre de verre, de l'amiante, ou du mica, des stabilisants @ l'égard de la lumière comme les sels de manganèse, des régulateurs du poids moléculaire comme l'acide acétique et des composés utilisés pour améliorer l'affinité des poly3.mides pour des colorants acides comme le N::@@- bis(gamma-aminopropyl)-pipérazine et la N-(bêta-aminoéthyl)pipera zjae. Les polyamides obtenus par le procédé de la. présente invention présentent une excellente stabilisité à la chaleur, et à cet egard ils sont supérieurs aux; polyamides qui ont été obtenus en polymé- risant des composants de formation de polyamides en présence d'halogénures minéraux et d'autres composés du cuivre comme l'acétate de cuivre ou le borate de cuivre. Si on le désire, on peut transformer en fibres les polyamides obtenus par le procédé de l'invention par n1 importe leque1. des procédés classiques de production de fibres à partir de poly- mères, par exemple par filage à l'état fondu, et on peut ensuite utiliser les fibres résultantes d'une façon classicyue. Etant donné que les polyamides de l'invention présentent une excellent stabilité à la chaleur (maintien de la résistance mécanique à la chaleur) et une excellente ténacité, les fibres de ces polyamides sont particuliererent intéressantes pour des câblés pour pneum2tiques. Les polyamides corprennent des groupes récurrents -NHCO séparés les uns des autres par une chaîne d'au moins 2 atomes de carbone et contiennent un halogénure minéral et un sel de cuivre d'un acide phosphinique, comme défini plus haut. Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif, rais non liritatif de l'inventin, les parties et les pourcentages étant exprimés en poids. L'expression "viscosité relative" est définie comme étant le rapport de la viscosité dynamique d'une solution à 8,4% du polyamide dans de 1V acide formique à 90% à la viscosité dynamique de l'acide formique à 90%, les deux viscosités étant déterminées à 25 C. Exemple 1 On chare dans un autoclave en acier inoxydable 4192 parties d'adipate d'hexaméthylènediammonium, 1,19 partie du sel de cuivre d'acide phényl-phosphinique, 7, tarties d'iodure de potassium 4,8 parties d'acide acétique, 7,8 parties d'une solution aqueuse à 59,5% d'hexaméthylènediamine et 2800 parties d'eau. On ferme l'autoclave, on évacue l'air au moyen d'azote exempt d'oxygène, -et on commence le chauffage. Au bout d'une heure environ, la tempe- rature atteint 215 C. et la pression est de 17,5 bars environ. On poursouit ensuite le chauffage jusqu'à ce qu'on obtienne une tem perature de 235 C tandis que l'on maintient la pression - une valeur de 17,5 bars environ en libérant la vapeur d'eau de l'au- toclavo. On abaisse ensuite lentement la pression régnant dans l'autoclave Jusqu' la pression atmosphérique, tout en portant la température à 2730C. Au bout de 35 minutes à cette température, on retire le polymère de l'autoclave sous la forme d'un ruban, on le refroidit, le fragmente et le sèche. Le polymère résultant présente une viscosité relative de 31,3. On file 1V état fondu les copeaux de polymère, d'une façon classique, en utilisant une filière contenant 9 trous ayant cha- cun un diamètre de 0,23 mm, le fil résultant étant étiré de 4 fois sa longueur, t tordu pour obtenir un fil d'environ 100 deniers. On détermine d'une façon classique l'indice de ténacité de ce fil, après qu'il ait été chauffé pendant 30 minutes à 2250C, et on constate qu'il est de 66,, alors que l'indice de ténacité de fibres obtenues de façon analogue à partir d'un polyamide préparé comme décrit ci-dessus mais sans utiliser l'iodure de potassiur ni le sel de cuivre de l'acide phényl-phosphiniques dan: l'autoclave, n'est que de 55,5. La ténacité est définie comme étant TE où T est la ténacité 2 en grammes par dernier, et E est le pourcentage d'allongement jusqu'à la rupture , comme indiqué à la page 408 de "Handbook of Textile Testing and Quality Control" de Grover et Hamby, publié en 1960. Exemple 2 On charge dans un autoclave en acier inoxydable, 5240 parties d'adipate d'hexaméthylène-diammonium, 2500 parties d'eau, 1475 parties du sel de cuivre de l'acide phénylpIosphinique, et 3,54 partles d'iodure de potassium, et on effectue ensuite la polymé- risation dans les conditions de l'exemple 1, excepté que le stade final n'est effectué que pendant 10 minutes (et non 35 minutes) à 273 C. On retire ensuite le polymère de l'autoclave, sous pression d'azote, sous la forme d'un ruban que l'on refroidit dans l'eau, on fragmente et on sèche finalement. Le polymère résultant présente une viscosité relative de 48,7. On file ensuite à l'état fondu les copeaux de polymère comme décrit dans l'exemple 1 > on plie ensemble auatre brins du fil résultant et les étire et les tond pour obtenir un fil d'environ 180 deniers Le fil présente un indice de ténacité de 64,2. On chauffe ce fil pendant 30 minutes c 2250 C, et on détermine ensuite la charge de rupture ainsi que la charge de rupture du fil n'ayant pas été chauffé. Le pourcentage de maintien de la charte dc rupture (maintien de la résistance mécanique à la chaleur) est de 95. Un fil préparé d'un façon analogue as partir d'un polymère obtenu comme décrit ci-dessus, excepté qu'on a remplacé la 1,475 partie du sel de cuivre de l'acide phénylphosphinique par 0,852 partie d'acétate cuprique (de façon que chaque polymère contienne la même quantité de cuivre en tant que Cu++), présente un pourcentage de maintien de la charge de rupture de 79 seulement. L'indice de tenacite de ce fil est de 44,7. On prépare un fil d'une façon analogue a partir d'un goly- mère obtenu comme décrit ci-dessus, excepte qu'on a remplace la 1,475 partie du sel de cuivre de l'acide phénylphosphinique par un mélange des sels de cuivre et sodique de l'acide phénylphosphinique obtenu en partant de 0,852 partie d'acétate cuprique et 7,23 parties du sol sodique de l'acide phénylphosphinique.(Dans chaque cas, le polymère contient la même quantité de cuivre en tant que Cu++). L'indice de ténacité du fil est de 64,2 et le pourcentage de maintien de la charge de rupture est de 82. R X V E N D I C A T I O fi S 1 - Procédé de fabrication de polyamides, caractérisé en ce qu'il consisté @ polymériser un acide monoaminomonocarboxylique ou son lactame présentant au moins deux atomes de caroone entre les groupes amine et acide carboxylique, ou des proportions sensiblement équimoléculaires d'une diamine qui contient au moins deux atomes de carbone entre les troupes amine et un acide dicar Boxylique qui contient au moins deux atomes de carbone entre les groupes acide carboxylique, en présence de 0,025 à 1,0% molaire, sur la base du poids moléculaire des motif récurrents de la chaî- ne- de polyamide, dVun halogénure minéral et de 0,003 à 0,1% molaire, sur 1 base du noîds moleculaire des motifs récurrents de la chaîne de polyamide,d'un sel de cuivre d'un acide phosphini- que de formule dans laquelle n est un nombre entier valant 1 i 3, et R est un radical organique mono-, di- ou tri-valent suivant la valeur de n. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le sel de cuivre est un sel de cuivre d'un acide phosphinique de formule: dans laquelle R est un radical organique monovalent. 3- - Procédé selon la revendication 2, dans lequel R est un radical alkyle, cycloalkyle, aralkyle ou aryle. 4 - Procédé selon l une ou l'autre des revendications 1 3, dans lequel on utilise t 3 é 0,1% molaire du sel de cuivre de l'acide phosphiniqe. 5 - Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 - 4, dans lequel la diamine est l'hexaméthylènediamine. 6 - Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 - 5, dans lequel l'acide dicarboxylique est l'acide adipique. 7 - Procédé selon l'une ou l'autre des revendications a : dans lequel l'halogénure minéral est un halogénure de métal alcalin. - - Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'halogé- nure de metal alcalin est l'iodure d'un métal alcalin. 9 - Polyamides, caractérisés en ce qu'ils comprennent de groupes -NHCO récurrents séparés les uns autres par une chaîne d'qu moins deux atomes de carbone, et qui contiennent 0,025 à 1,0% molaire, sur la base du poids moléculaire des motifs récurrents de la chaîne de polyamide, d'un halogénure minéral, et 0,003 à 0,1% molaire, sur la base du poids moléculaire des motifs récurrents de la chaîne de polyamide, d'un sel de cuivre d'un acide phosphinique corme défini dans la revendication 1. 10 - Poly-hexaméthylèneadipamide, caractérisé en ce qu'il contient 0,025 à 1,0% molaire, sur la base du poids moléculaire des motifs récurrents de la chaîne de polyamide, d'un halogénure minéral, et 0,003 à 0,1% molaire, sur la base du poids moléculaire des motifs récurrents de la chaîne de -olyamide, d'un sl de cuivre d'un acide phosphinique comme défini dans la revendication 1.