Polycaprolactam

Strukturformel
Allgemeines
Name	Polycaprolactam
Andere Namen	Perlon Polyamid-6 PA6 NYLON-6 (INCI)
CAS-Nummer	25038-54-4
Monomer	Caprolactam
Summenformel der Wiederholeinheit	C6H11NO
Molare Masse der Wiederholeinheit	113,16 g·mol−1
PubChem	32775
Art des Polymers	Polyamid
Eigenschaften
Aggregatzustand	fest
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar
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 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:

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. 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.

Anionische Kettenpolymerisation: Diese Polymerisation verläuft vergleichsweise kompliziert. 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.

Polykondensation: Die Synthese von Polyamid 6 ist auch über eine Polykondensation von ε-Aminocapronsäure möglich:

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.

Verwendung

Polycaprolactam findet als Kunstfaser unter dem Namen Perlon Verwendung. 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.

In der Dünnschicht- und Säulenchromatographie wird es als Trägermaterial (stationäre Phase) verwendet.

Einzelnachweise

1. ↑ Eintrag zu NYLON-6 in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 28. Dezember 2020.
2. ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
3. ↑ 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.‌
4. ↑ Helmut Ritter: Makromoleküle I: Von einfachen Chemierohstoffen zu Hochleistungspolymeren. Springer-Verlag, 2018, ISBN 978-3-662-55956-7, S. 6. 
5. ↑ 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).‌
6. ↑ Bernd Tieke, Makromolekulare Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 117.
7. 1 2 Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure, 3. Auflage, Carl Hanser, München, 2011, S. 363.
8. ↑ Bernd Tieke, Makromolekulare Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 112f.
9. ↑ H. Domininghaus et al.: Kunststoffe: Eigenschaften und Anwendungen. Springer Berlin Heidelberg, 2008, ISBN 978-3-540-72400-1, S. 389 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
10. ↑ ”Polyamide Fiber Physical and Chemical Properties of Nylon 6”, textilefashionstudy.com, retrieved May 9, 2016.
11. ↑ Karl-Heinz Lautenschläger, Werner Schröter: Taschenbuch der Chemie, Harri Deutsch Verlag, 2007, ISBN 978-3-817-11761-1.
12. ↑ EUROPA Tabellenbuch Metall.
13. ↑ Reinhard Matissek, Gabriele Steiner, Markus Fischer: Lebensmittelanalytik. 4. Auflage. Springer, Berlin 2010, ISBN 978-3-540-92205-6.