Polycaprolactam
| Strukturformel | |||
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| Strukturformelelement aus Polycaprolactam | |||
| Allgemeines | |||
| Name | Polycaprolactam | ||
| Andere Namen |
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| CAS-Nummer | Vorlage:CASRN | ||
| Monomer | Caprolactam | ||
| Summenformel der Wiederholeinheit | C6H11NO | ||
| Molare Masse der Wiederholeinheit | 113,16 g·mol−1 | ||
| PubChem | 32775 | ||
| Art des Polymers | |||
| Eigenschaften | |||
| Aggregatzustand |
fest | ||
| Sicherheitshinweise | |||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||
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<ref>Patent US2071253A: Linear condensation polymers. Angemeldet am 2. Januar 1935, veröffentlicht am 16. Februar 1937, Anmelder: E. I. du Pont de Nemours & Company, Erfinder: Wallace H. Carothers.</ref> zu verletzen.<ref>Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Literatur“ ist nicht vorhanden.</ref> Das Syntheseverfahren wurde im Jahr 1938 patentiert,<ref>Patent DE748253C: Verfahren zur Herstellung verformbarer hochmolekularer Polyamide. Angemeldet am 10. Juni 1938, veröffentlicht am 30. Oktober 1944, Anmelder: Angabe unterbleibt (VO. vom 15.1.44 - RGBL II S.5).</ref> aber zunächst geheim gehalten.
Herstellung[Bearbeiten]
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:
ε-Aminocapronsäure reagiert zusammen mit ε-Caprolactam unter Ausbildung von Amidbindungen zum Polycaprolactam:
Die Kettenpolymerisation erfolgt unter Ringöffnung an die Amino-Endgruppe der wachsenden Kette.<ref name="MakroChem">Bernd Tieke, Makromolekulare Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 117.</ref> 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.<ref name="KunstChemIng">Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 3. Auflage, Carl Hanser, München, 2011, S. 363.</ref>
Anionische Kettenpolymerisation: Diese Polymerisation verläuft vergleichsweise kompliziert.<ref>Bernd Tieke, Makromolekulare Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 112f.</ref> Zur Initiierung wird ε-Caprolactam mit Alkoholaten, primären oder sekundären Aminen in ein Anion überführt.
Es entsteht nach Addition von Caprolactam ein N-acyliertes Caprolactam, das eigentliche aktive Kettenende der Kettenwachstumsreaktion. Die Wachstumsreaktion erfolgt nach:
Die langsam verlaufende Bildung von aktiven Kettenenden kann mit Carbonsäurechloriden, Anhydriden oder Isocyanaten beschleunigt werden:
Unter Stickstoffatmosphäre erfolgt die exotherme Kettenpolymerisation bei 120 bis 150 °C innerhalb weniger Minuten.<ref name="KunstChemIng"/>
Polykondensation: Die Synthese von Polyamid 6 ist auch über eine Polykondensation von ε-Aminocapronsäure möglich:
Eigenschaften[Bearbeiten]
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.<ref name="H. Domininghaus et al.">Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Literatur“ ist nicht vorhanden.</ref>
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.<ref>”Polyamide Fiber Physical and Chemical Properties of Nylon 6”, textilefashionstudy.com, retrieved May 9, 2016.</ref>
Verwendung[Bearbeiten]
Polycaprolactam findet als Kunstfaser unter dem Namen Perlon Verwendung.<ref>Karl-Heinz Lautenschläger, Werner Schröter: Taschenbuch der Chemie, Harri Deutsch Verlag, 2007, ISBN 978-3-817-11761-1.</ref> 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.<ref>EUROPA Tabellenbuch Metall.</ref>
In der Dünnschicht- und Säulenchromatographie wird es als Trägermaterial (stationäre Phase) verwendet.<ref>Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Literatur“ ist nicht vorhanden.</ref>
Einzelnachweise[Bearbeiten]
<references />