Polycaprolactam (Polyamid 6, Kurzzeichen PA6, bekannte Handelsmarke Perlon) ist ein Polymer aus der Gruppe der Polyamide. Polycaprolactam wurde erstmals 1938 von Paul Schlack (I.G. Farben) synthetisiert, um die Eigenschaften von Nylon 6,6 zu reproduzieren, ohne das geltende Produktionspatent zu verletzen. Das Syntheseverfahren wurde im Jahr 1938 patentiert, aber zunächst geheim gehalten.
Herstellung Polyamid 6 entsteht durch ringöffnende Polymerisation von ε-Caprolactam.
Hydrolytische Kettenpolymerisation: Für die Startreaktion wird ε-Aminocapronsäure benötigt. Sie wird durch hydrolytische Ringöffnung aus ε-Caprolactam gewonnen. Dazu werden geringe Mengen an Wasser zugesetzt:
rahmenlos|hochkant=2.0|zentriert|Ringöffnung des Caprolactams durch Wasser
ε-Aminocapronsäure reagiert zusammen mit ε-Caprolactam unter Ausbildung von Amidbindungen zum Polycaprolactam:
rahmenlos|hochkant=2.4|zentriert|Polymerisationsreaktion zu Polycaprolactam
Die Kettenpolymerisation erfolgt unter Ringöffnung an die Amino-Endgruppe der wachsenden Kette.Bernd Tieke, Makromolekulare Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 117. In kontinuierlichen (VK-Rohr-Verfahren) oder diskontinuierlichen Verfahren erfolgt die Reaktion im Bereich von 260 bis 280 °C (VK-Rohr-Verfahren: 240 °C). Die Reaktionszeit beträgt 8 bis 10 Stunden. Verbleibende Monomere werden aus der Schmelze des Produkts im Vakuum entgast oder aus dem Granulat mit Wasser extrahiert.Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 3. Auflage, Carl Hanser, München, 2011, S. 363.
Anionische Kettenpolymerisation: Diese Polymerisation verläuft vergleichsweise kompliziert.Bernd Tieke, Makromolekulare Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 112f. Zur Initiierung wird ε-Caprolactam mit Alkoholaten, primären oder sekundären Aminen in ein Anion überführt.
rahmenlos|hochkant=2.4|zentriert
Es entsteht nach Addition von Caprolactam ein N-acyliertes Caprolactam, das eigentliche aktive Kettenende der Kettenwachstumsreaktion. Die Wachstumsreaktion erfolgt nach:
rahmenlos|hochkant=2.6|zentriert
Die langsam verlaufende Bildung von aktiven Kettenenden kann mit Carbonsäurechloriden, Anhydriden oder Isocyanaten beschleunigt werden:
rahmenlos|hochkant=2.0|zentriert
Unter Stickstoffatmosphäre erfolgt die exotherme Kettenpolymerisation bei 120 bis 150 °C innerhalb weniger Minuten.
Polykondensation: Die Synthese von Polyamid 6 ist auch über eine Polykondensation von ε-Aminocapronsäure möglich:
rahmenlos|hochkant=2.4|zentriert
Eigenschaften Nylon 6 ist hygroskopisch und hat eine Wasseraufnahme von 9,5 %, was erhebliche Auswirkungen auf seine Eigenschaften mit steigender Luftfeuchtigkeit hat: Der Elastizitätsmodul und die Streckgrenze nehmen deutlich ab, während die Duktilität zunimmt. Die Sauerstoffdurchlässigkeit einer 20 µm dicken Folie bei einer Temperatur von 20 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 65 % rH beträgt 35 cm³/m² d bar.
Als Kunstfaser ist Nylon 6 in der Regel weiß, kann jedoch vor der Herstellung in einem Färbebad eingefärbt werden, um verschiedene Farbtöne zu erzielen. Seine Reißfestigkeit beträgt 6–8,5 gf/D bei einer Dichte von 1,14 g/cm³. Sein Schmelzpunkt liegt bei 215 °C, und es ist im Durchschnitt bis zu einer Temperatur von 150 °C hitzebeständig.”Polyamide Fiber Physical and Chemical Properties of Nylon 6”, textilefashionstudy.com, retrieved May 9, 2016.
Verwendung Polycaprolactam findet als Kunstfaser unter dem Namen Perlon Verwendung.Karl-Heinz Lautenschläger, Werner Schröter: Taschenbuch der Chemie, Harri Deutsch Verlag, 2007, ISBN 978-3-817-11761-1. Viele gegossene (PA6G) und extrudierte (PA6E) Bauteile werden aus Polycaprolactam hergestellt. Der Kunststoff wird auf Grund der Zähigkeit und Verschleißfestigkeit im Maschinenbau für gering belastete Zahnräder und Schrauben sowie wegen der guten Gleiteigenschaften für hoch belastete Gleitlager und -platten verwendet.EUROPA Tabellenbuch Metall.
In der Dünnschicht- und Säulenchromatographie wird es als Trägermaterial (stationäre Phase) verwendet.
Einzelnachweise
Kategorie:Polyamid Kategorie:Alkansäureamid Kategorie:Chemiefaser