Entwicklung eines reaktiven Extrusionsprozesses zur ...

26 4 Reaktive Extrusion zur kontinuierlichen Herstellung von Polymeren
auch technisch interessant. [Dom08] Schlack gelang 1938 erstmals die hydrolytische
Polymerisation von ε-Caprolactam zu Polyamid-6 (PA-6) [BB98, Fou95].
Die industrielle Synthese von PA-6 lässt sich durch zwei Herstellverfahren realisieren:
die hydrolytische und die anionische Kettenpolymerisation. Während die hydrolytische
Polymerisation eine Reaktionszeit von bis zu 12 h bei 260-280 °C [Kai07, BB98] er-
fordert, ermöglicht die anionische Ringöffnungspolymerisation von ε-Caprolactam eine
in wenigen Minuten stattfindende exotherme Reaktion, die auch zu deutlich höheren
Polymerisationsgraden führt. [Gre96, Kai07, BB98] Diese kurze Reaktionszeit der anio-
nischen Polymerisation ermöglicht die Synthese in Schneckenreaktoren, welche daher aus
ökonomischer Sicht von Bedeutung ist und großtechnisch zu den Standardverfahren zur
Herstellung von Polyamid-6 zählt. [Xan92, BB98] Untersucht wurde sie beispielsweise
von Bartilla in seiner Dissertation 1987 [Bar87] mit dem Thema „Polymerisation auf
einem gleichlaufenden Doppelschneckenextruder am Beispiel des Polycaprolactams“.
Die anionische Polymerisation erfolgt in Anwesenheit eines Initiators, i. d. R. Natri-
umcaprolactamat, welches durch die Reaktion von ε-Caprolactam mit Natriumhydrid
gewonnen wird. [Gre96, Xan92, BB98, Cow97, DCR09, Bar87] Bei der Ringöffnungspoly-
merisation (s. Abb. 4.2-4.4) führt der Angriff eines Lactamatanions (aktives Monomer) an
die Carbonylgruppe des ε-Caprolactam zur Ringspaltung (s. Abb. 4.3). Mit der Bildung
eines N-Caproylcaprolactam-Anions entsteht eine Spezies, die ebenfalls an ε-Caprolactam
angreifen kann und eine fortschreitende Polymerisationsreaktion gewährleistet (s. Abb.
4.4). [Gre96, Xan92, BB98, Cow97, DCR09, Bar87] Durch Zusatz von Aktivatoren kann
die Aktivierungsenergie herabgesetzt werden, so dass die Reaktion bei niedrigeren Tem-
peraturen zwischen 100 und 150 °C durchgeführt werden kann [Gre96, BB98].
Abbildung 4.2: Initiierungsreaktion zur Herstellung von Natriumcaprolactamat
Durch die anionische Polymerisation von ε-Caprolactam lassen sich, in Abhängigkeit von
der Extrudergröße, Polyamide und Polyamidblockcopolymere kontinuierlich herstellen.