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DE1720762A1 - Verfahren zum Herstellen von Polyaethylenterephthalat - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Polyaethylenterephthalat

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Publication number
DE1720762A1
DE1720762A1 DE19671720762 DE1720762A DE1720762A1 DE 1720762 A1 DE1720762 A1 DE 1720762A1 DE 19671720762 DE19671720762 DE 19671720762 DE 1720762 A DE1720762 A DE 1720762A DE 1720762 A1 DE1720762 A1 DE 1720762A1
Authority
DE
Germany
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salt
polyester prepolymer
polyester
acetate
polycondensation
Prior art date
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Pending
Application number
DE19671720762
Other languages
English (en)
Inventor
Price John A
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FMC Corp
Original Assignee
FMC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by FMC Corp filed Critical FMC Corp
Publication of DE1720762A1 publication Critical patent/DE1720762A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/78Preparation processes
    • C08G63/82Preparation processes characterised by the catalyst used

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)

Description

DIPL. ING. AMTHOR
FBANKFURT AM MATN
β FBANKFUBT A. M. » 7 · 12 ,1967
τ™.™,* («11)65 20 23
κ 180144
• MASTKl1UaT/MAXV IS
FMC Corporation, 1617 Pennsylvania Boulevard,
Philadelphia, Pa./USA
Verfahren zum Herstellen von Polyäthylenterephtalat
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Polyäthylenterephtalat, wobei man Dimethylterephtalat mit Äthylenglykol in Anwesenheit eines Veresterungskatalysators zur Bildung eines Polyester-Vorpolymers zur Reaktion bringt und das erhaltene Polyester-Vorpolymer polykondensiert.
Es ist bekannt, daß lineare Polyester unter Anwendung eines Zweiphasenverfahrens aus Estern einer Dicarbonsäure und einem Glykol bereitet werden können. Jn der ersten Phase dieses Prozesses wird ein Ester einer Dicarbonsäure, z.B. Dimethylterephtalat, zusammen mit einem Glykol, z.B. Äthylenglykol, im Beisein eines Umesterungskatalysators einer Umesterungsreaktion unterworfen, um das entsprechende Diglykolterephtalat zu bilden. In der zweiten Phase wird das entstandene Diglykolterephtalat polykondensiert, um ein Polyesterharz zu erhalten.
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Wird Dimethylterephtalat als Dicarbonsäureester und Äthylenglykol als Glykol verwendet, so besteht das Produkt bzw. Vorpolymer der Umesterungsreaktion hauptsächlich aus bis-2-Hydroxyäthylterephtalat.
Zur Herstellung der Polyester wurden bisher zahlreiche Metalle und Metallverbindungen als Umesterungs- und Polykondensationskatalysatoren vorgeschlagen· Eine genauere Nachprüfung dieses Standes der Technik zeigt jedoch, daß es offensichtlich unmöglich schien, vorauszusagen, ob ein bestimmtes Metall bzw. Metallverbindung entweder beim Umesterungs- oder bein Polykondensationsprozeß als Katalysator tatsächlich wirksam sein wird, bzw. welche Eigenschaften das hergestellte Harz zutreffendenfalls besitzt.
Soll den Anforderungen an ein Polyesterharz für handelsübliche Verwendung aber genügt werden, so muO es auf jeden Fall einen hohen Schmelzpunkt, niederen Carboxylgehalt, hohes Molekulargewicht (erkennbar an der grundmolaren Viskositätszahl) und gute Fa^rbe besitzen. Die Farbe des Harzes ist insbesondere dann wesentlich, wenn das Harz für Filme oder Fasern verwendet werden soll. Einige der bislang bekannten und zur Verwendung vorgeschlagenen Polymerisationskatalysatoren sind nun trotz guter Einwirkung auf die Entstehung einer Polykondensation insofern auffallend nachteilig, als sie daxu neigen, Verfärbungen der Polyesterharze hervorzurufen| so 1st Antimontrioxyd ein wohl an sich guter Polykondensationskatalysator, er führt aber leicht zu Polyesterharzen, die auffallend grün_J.ich-weiOe Färbung zeigen.
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Ein Polyesterharz-Reaktionsprodukt von milchig-weißer oder fast weißer Farbe zeigt an, daß es für Filme oder Fasern geeignet ist, die für handelsübliche Zwecke eine brauchbare Farbe bzw. gewünschte Farblosigkeit aufweisen. Brauchbare Polyesterfasern haben ie allgemeinen weißes Aussehen, während ein Film praktisch farblos ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, die Umesterungsreaktion zwischen Äthylenglykol und Dimethylterephtalat in Gegenwart eines Urnesterungskatalysators für die Bildung eines Polyester-Vorpolymers so durchzuführen, und danach das erhaltene Polyester-Vorpolymer in Gegenwart eines verbesserten Polykondensationskatalysators zu polykondensieren, um damit ein Polyesterharz zu erhalten, das eine für die Herstellung handelsüblicher Filme und Fasern geeignete Färbung zuverlässig besitzt.
Die vorliegende Erfindung schließt ein Verfahren ein für die Herstellung hochpolymerer linearer Polyester, wobei Dimethy1-terephtalat mit Äthylenglykol in Anwesenheit eines Umesterungskatalysators zur Reaktion gebracht wird zwecks Bildung eines Polyester-Vorpolymers und das erhaltene Polyester-Vorpolymer polykondensiert wird.
Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Polykondensation des Vorpolymers in Gegenwart einer zur katalytischer! Wirkung ausreichenden Menge - eines Metallsalzes der Äthylendiamintetraessigsäure erfolgt.
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Die··· Verfahren nach der Erfindung ist zwar keineswegs auf ein bestlMMtes SaIs, eine Gruppe von Salzen oder einen bestiaaten CarboxylSubstitutionsgrad beschränkt, vorzugsweise wendet «an aber Salze an, die Mit Metallen aus einer Gruppe gebildet werden, die aus Elsen oder Metallen der Gruppen I A, II B und IV * des periodischen SysteMS (Merck-Index* 6· Ausgabe» innere vordere Ufcschlagseite) besteht und bei denen Mindestens zwei der H-Atosie der Carboxylgruppen der ÄthylendiaMintetraessigs&ure-Molekttle durch besagte Metalle ersetzt sind* PolykondensatlenskatalVsatoren, die nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden k&nnen, sind u.a. beispielsweise vor alle« DilithlttSÄttaylendiaMintetra-aaetat» DinatrltuableittthylendlajBintetra«asetat, Dinatriuvsinkfttnylendiejsintetraas·tat, Mone-EieenKthylendlsjKlntetra-azetat oder Mischungen derselben. .
iSm die Polyester über die tteeeterungsreaktion zu erhalten» wendet «an lsi allgemeinen ein Molverhftltnis Olykol ι Dialkylterephtaiat, also beispielsweise Xthylenglykol χ DleethyI-terephtaiat zwischen 111 «md etwa 15 t 1 an, vorsugsweis«» aber zwischen etwa 1,2 * 1 bis etwa 2,6 t 1· Im allgeüeinen erfolgt die ÜMesterung bei atMdsph&rlscheM Druck in Inerter GaeatMOsphKre, s.B· «utter Stickstoff und anfangs *>·*■ etwa 125°C bis etwa 2Jo0C, vorzugsweise Jedoch «wischen etwa * und 2oo°C bei Gegenwart sines msesterungskatalysators. in ersten Keaktionsphase entwickelt sich Methylalkohol« den Man
laufend abdlstilliert» Much einer Reaktionszeit von etwa ein bis zwei Stunden srhftht Man die Temperatur 4ma Reaktionege-Misches eine bis drei Stunden lang von etwa 22obC^auf etwa
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3oo C, um die Reaktion zum Ziel zu bringen, d.h. das gewünschte Polyester-Vorpolymer zu bilden und überschüssiges Glykol abzudestillieren.
Zur Katalysierung der vorgenannten Umesterung kann jeder beliebige und bekannte Umesterungs- oder Esterumwandlungskatalysator, z.B. Lithiumhydrid oder Zinkazetat verwendet werden. Im allgemeinen beträgt die Konzentration des verwendeten Umesterungskatalysators von etwa o,ol% bis etwa o,2$ des Gewichts des in der ursprünglichen Reaktionsaischung verwendeten Dialkylterephtalates.
Die Polykondensierung gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt durch Beigabe eines entsprechenden Metallsalzes der Äthylendiamintetraessigäsure, wie vorstehend definiert, in ein Polyester- Vorpolymer oder ein bis-2-Hydroxyäthylterephtalat, wenn man Polyäthylenterephtalat herstellt durch Erhitzen der Mischung unter vermindertem Druck zwischen etwa 0,05 und 2obus Quecksilbersäule, wobei die Mischung unter Rühren zwei bis k Stunden lang rauf einer Temperatur von etwa 26o°C bis etwa 325°C gehalten wird. Bei Durchführung der vorliegenden Erfindung wendet man die diesbezüglichen Polykondensationskatalysatoren in Mengen von etwa o,ol o,2$ des Gewichts des zu polykondensierenden Polyester-Vorpolymers an. Vie sich gezeigt hat, liegen üblicherweise die Mengen an Katalysator zwischen vorzugsweise o,o2 und 0,15t in den meisten Fällen. Man kann zwar auch höhere oder geringere Konzentrationen der erwähnten Polykondensationskatalysatoren ebenfalls bei der hier behandelten Polykondeneationsreaktion anwenden, sind jedoch die Konzentrationen geringer als die oben angegebenen, so sinkt der Wirkungsgrad im allgemeinen ab, während bei Verwendung höherer
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Konzentrationen normalerweise keine weitere Verbesserung des vorliegenden Verfahrens oder des gewünschten Produktes erzielt wird.
Die nachstehenden Beispiele verschiedener bevorzugter AusfUhrungsweisen seien zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung angeführt» Falls nicht anders angegeben, handelt es sich bei Mengenangaben um Gewichtsteile.
BEISPIEL I
Mit einer aus 600 Gramm Dirnethylterephtalat, 396 ml Äthylenglykol und ο,24 Gramm Lithiumhydrid bestehende Mischung wurde in ein mit Stickstoffzuleitung, Heiz- und Rührvorrichtung ausgestattetes Reaktionsgefäß beschickt. Die Reaktionemischung wurde bei atmosphärischem Druck bei 1980C unter einer Stickstof fdecke gerührt und erhitzt. Die Reaktionsmischung wurde ca. zwei Stunden lang auf etwa 198°C gehalten; während dieser Zeitspanne wurde der anfallende Methylalkohol abdestilliert. Danach ließ man die Temperatur der Reaktionsmischung etwa eine Stunde lang auf 23o°C ansteigen, um verbliebenen angefallenen Methylalkohol Und Äthylenglykol abzudestillieren und ein Polyester-Vorpolymer zu bilden. Das Vorpolymerisat ließ man in einer Stickstoffatmosphäre abkühlen·
BEISPIEL II
5o Gramm des Vorpolymerisates aus Beispiel I wurden mit o,o2 Gramm Dilithiumäthylendiamintetra-azetat gemischt und in ein Reaktionsgefäßt gefüllt. Das Reaktionsprodukt wurde unter
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Rühren bei verminderte« Druck von etwa o,o5 bis etwa ο,οlmm Quecksilbersäule etwa drei Stunden lang auf etwa drei Stunden lang auf etwa 28o°C erhitzt, um die Polykondensation des Polyester-Vorpolymere zu erhalten und die Bildung eines Polyesterharzes herbeizuführen. Das so erhaltene Harz besaß eine innere Viskosität (intrinsic viscosity) von ο,58, einen Carboxylgehaltwert von 9i3 (Äquivalent pro Million Gram Harz/kg) und einen Schmelzpunkt von etwa 262°C. Das Polyesterharzprodukt war milchigweiß gefärbt.
BEISPIEL III
5o Gras« des Vorpolymerisates aus Beispiel I wurden Mit o,o2 Gras» Dinatriumbleiäthylendiamintetra-azeta gemischt und in ein Reaktionsgefäß gefüllt. Das Reaktionsprodukt wurde unter Rühren bei verhindertem Druck von etwa o,o5 bis etwa o,öl am Quecksilbersäule etwa drei Stunden lang *uf etwa 28o°C erhitzt, um die Polykondensation des Polyester-Vorpolymere und die Bildung eines Polyesterharzes zu bewirken. Das so erhaltene Polyesterharz besäe eine innere Viskosität von ο,62, einen Carboxylgehaltwert von lo,2 (äquivalent pro Million Gramm Harz/kg) und einen Schmelzpunkt von etwa 26l C. Das Polyesterharzprodukt war milchig-weiß gefärbt.
BEISPIEL IV
5o Gramm des Vorpolymerisates aus Beispiel I wurden mit
gemischt o,o2 Gramm Dinatriumzinkäthylendiamintetra-azetat/und in ein
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Reaktionsgefäß gefüllt. Das Reaktionsprodukt wurde unter Rühren bei vermindertem Druck von etwa o,o5 bis etwa O1OImIB Quecksilbersäule etwa drei Stunden lang auf etwa 28o C erhitzt, u» die Polykondensation des Polyester-Vorpolymers und die Bildung eines Polyesterharzes zu bewirken. Das so erhaltene Polyesterharz besaß eine innere Viskosität von ο,58, einen Carboxylgehaltwert von lo,9 (Äquivalent pro Million Gramm Harz/kg) und einen. Schmelzpunkt von etwa 265 C. Das Harzprodukt war milchig-weiß gefärbt.
BEISPIEL V
5o Gramm des Vorpolymerisates aus Beispiel I wurden
gemischt mit o,o2 Gramm Mono-Eisenäthylendiamintetra-azetat/und in ein Reaktionsgefäß gefüllt. Das Reaktionsprodukt wurde unter Rühren etwa drei Stunden lang unter vermindertem Druck von etwa o,o5 bis etwa 0,0lmm Quecksilbersäule auf etwa 28o°C erhitzt, um die Polykondensation des Polyester-Vorpolymers und die Bildung eines Polyesterharzes zu bewirken. Das so erhaltene Polyesterprodukt besaß eine innere Viskosität von 0,60, einen Carboxylgehal twert von 11,U (Äquivalent pro Million Gramm Harz/kg) und einen Schmelzpunkt von etwa 2630C; das erhaltene Harz war milchig-weiß gefärbt.
Die jeweilige innere Viskosität der Polyesterharze aus den vorstehenden Beispielen wurde bei 3o°C in einer Lösung gemessen, die aus 60 Gewichtsprozent Phenol und ko Gewichtsprozent Tetrachloräthan bestand.
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Die Carboxylgehaltwerte der Harze aus den vorstehenden Beispielen beruhen auf Äquivalent pro Million Gramm Harz, nach herkömmlichen Laborverfahren bestimmt.
Die in den vorstehenden Beispiele erhaltenen Harze
hatten ausreichend hohe Molekulargewichte, niedere Carboxylgehaltwerte, hohe Schmelzpunkte und besonders gute Farbe, wodurch angezeigt ist, daß derartige Harzprodukte zur Herstellung von Filmen, Fasermaterial und Fasern
verwendbar sind, die für handelsübliche Zwecke annehmbare Eigenschaften besitzen.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I 7 2 U / D
    1. Verfahren zum Herstellen von Polyäthylenterephtalat, wobei man Dimethylterephtalat mit Äthylenglykol in Anwesenheit eines Veresterungskatalysators zur Bildung eines Polyester-Vorpolymers zur Reaktion bringt und das erhaltene Polyester-Vorpolymer polykondensiert, dadurch gekennzeichnet., daß die Polykondensation des Polyester-Vorpolymers mit einem Metallsalz der Äthylendiamintetraessigsäure durchgeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge ken η -zeichnet , daß die Salzmenge etwa o,ol bis etwa o,2, bezogen auf das*Gewicht des Polyester-Vorpolymers beträgt.
    3· Verfahren nach Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Salz mit Metallen gebildet, aus der Gruppe besteht, die sich aus Eisen und Metallen der Gruppen I A, II B, IV A des periodischen Systems zusammensetzt.
    k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das SaIs Oilithiumäthylendlamintetraazetat ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß das Salz Dinatriumbleiäthylendiamintetra-azetat ist.
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    6, Verfahren nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet , daß das Salz Dinatriumzinkäthylendiamintetra-azetat ist.
    7. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Salz Mono-Eisenäthylendianintetra-azetat ist.
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DE19671720762 1967-02-28 1967-12-09 Verfahren zum Herstellen von Polyaethylenterephthalat Pending DE1720762A1 (de)

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US2917414A (en) * 1955-11-21 1959-12-15 Dow Corning Electrical conductors coated with titanate-modified alkyd resins
US2922771A (en) * 1956-03-30 1960-01-26 Myron A Coler Composition of matter comprising polystyrene and carboxyalkylated polyamines
NL244779A (de) * 1958-10-30

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FR1550810A (de) 1968-12-20
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