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DE2365934A1 - Herstellung von hochmolekularen polyestern des butandiols-(1,4) - Google Patents

Herstellung von hochmolekularen polyestern des butandiols-(1,4)

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Publication number
DE2365934A1
DE2365934A1 DE2365934*A DE2365934A DE2365934A1 DE 2365934 A1 DE2365934 A1 DE 2365934A1 DE 2365934 A DE2365934 A DE 2365934A DE 2365934 A1 DE2365934 A1 DE 2365934A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polyesters
esters
dialkyl
tetrahydrofuran
butanediol
Prior art date
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Granted
Application number
DE2365934*A
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English (en)
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DE2365934C3 (de
DE2365934B2 (de
Inventor
Rudolf Dr Binsack
Ludwig Dr Bottenbruch
Alfred Dr Horbach
Herbert Dr Pelousek
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.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Priority to DE19732365934 priority Critical patent/DE2365934C3/de
Publication of DE2365934A1 publication Critical patent/DE2365934A1/de
Publication of DE2365934B2 publication Critical patent/DE2365934B2/de
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Publication of DE2365934C3 publication Critical patent/DE2365934C3/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C08G63/80Solid-state polycondensation

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

Bayer Aktiengesellschaft
Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen
509 Leverkusen. Bayerwerk
Pv/Gi 2 1. Juli 1976
Herstellung von hochmolekularen Polyestern des Butandiols-(1,4)
Die Erfindung betrifft die kontinuierliche Herstellung von hochmolekularen Polyestern bzw. Copolyestern aus Dialkylestern der Terephthalsäure oder Isophthalsäure und Butandiol-(1,4).
Polybutylenterephthalat und Polybutylenisophthalat sind an sich bekannt. Diese Polyester werden meist hergestellt, indem man Dialkylester der Terephthal- oder Isophthalsäure bei niederen Temperaturen mit Butandiol-(1,4) zu den entsprechenden Bis-co-hydroxybutylestern umestert und anschließend bei höheren Temperaturen unter Abspaltung von Butylenglykol-(l,4) in der Schmelze zum Polyester kondensiert. Oft ist es erforderlich, die erhaltenen Polyester unterhalb ihres Schmelzpunktes nachzukondensieren, um das Molekulargewicht zu erhöhen. Nur die nachkondensierten Polyester sind zur Herstellung hochwertiger Formkörper durch Spritzguß oder Extrusion geeignet.
Bei der Umesterung von Terephthalsäure bzw. Isophthalsäuredialkylestern mit Butandiol-(1,4) entsteht Tetrahydrofuran als Nebenprodukt durch cyclisierende Dehydratisierung des Butandiols. In dieser Nebenreaktion können bis zu etwa 2o %
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des eingesetzten Butandiols verlorengehen. Man hat daher vorgeschlagen^ (vgl. DT-OS 2 o45 9^ und DT-OS 2 o59 539) ; die Bildung von Tetrahydrofuran zu reduzieren durch Verwendung von weniger als 2 Mol Butandiol-(1,4) pro Mol Dicarbonsäuredialkylester und durch Herabsetzung des Drucks bei der Umesterungsreaktion.
Bei der nachfolgenden Polykondensation der Umesterungsprodukte, die im allgemeinen bei etwa 24o - 2900C unter vermindertem Druck durchgeführt wird, entsteht als Nebenprodukt ein Oligoester, der zusammen mit dem abgespaltenen Butandiol-(1,4) abdestilliert. Dieser Oligoester verstopft nach einiger Zeit den Reaktor, so daß dieser Verfahrensschritt nur mit erheblichen technischen Schwierigkeiten kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Umesterung von Terephthalsäure oder Isophthalsäuredialky!estern mit Butandiol-(1,4) unter erhöhtem Druck zu einer erheblichen Verringerung der Tetrahydrofuranbildung führt, daß das so erhaltene Umesterungsprodukt in der nachfolgenden Polykondensation Polykondensate mit höheren Molekulargewichten ergibt und daß die Menge der Oligoester herabgesetzt wird.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Kondensation von Diolen und Dicarbonsäuredialkylestern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Butandiol-(1,4)oder dessen Gemisch mit höchstens Io Molprozent eines anderen Diols mit Dialkylestern der Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure oder Mischungen dieser Ester mit höchstens Io Molprozent anderer Dicarbonsäuredialkylester kondensiert, wobei
a) 1 Mol des Dicarbonsäuredialkylesters mit 1,05 bis 1,9 Mol des Diols in Gegenwart von 0,01 bis 0,4 Gewichtsprozent eines Katalysators, bezogen auf den Dicarbonsäuredialkyl-
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ester, bei einem Druck "von 2 - Io Bar und einer Temperatur von l80' bis 2JO0C kontinuierlich umgeestert wird,
b) das Umesterungsprodukt bei 230 - 300°C bei vermindertem Druck von 0,1 bis 5 Torr in der Schmelze polykondensiert wird und
c) der so erhaltene Polyester bei einer Temperatur von
5 bis 50°C unterhalb seines Schmelzpunktes unter vermindertem Druck oder unter Inertgasatmosphäre weiterkondensiert wird bis seine Intrinsic-Viskosität im Bereich von 0,6 bis 1,9 dl/g liegt.
1
Als Ausgangsmaterial für das Verfahren verwendet man Butandiol-(l,4). Es können aber bis zu Io Molprozent davon durch andere Diole ersetzt sein. Andere Diole sind bevorzugt aliphatische Diole der Formel OH-(CHp)-OH, wobei η 2, 3 oder 5 bis Io ist, wie z. B. Hexandiol, Äthylenglykol. Ebenfalls geeignet sind Cyclohexandimethanol und Neopentylglykol.
Als zweites Ausgangsprodukt verwendet man Dialkylester der Terephthalsäure, Dialkylester der Isophthalsäure oder beliebige Mischungen dieser beiden Ester. Die Alkylgruppen enthalten im allgemeinen 1-6 Kohlenstoffatome. Bis zu 10 Molprozent dieser Ester können durch entsprechende andere Dicarbonsäuren ersetzt sein. Insbesondere kommen in Frage die C1 - Cg Dialkylester aliphatischer Dicarbonsäuren der Formel HOOC-(CHg)n-COOH, wobei η = 0 - 8, wie Oxalsäurediäthylester, Bernsteinsäuredimethylester, Adipinsäurediäthylester sowie Diester aromatischer Dicarbonsäuren z. B-. der Naphthalindicarbonsäuren, der 4,4'-Benzophenondicarbonsäure und der Diphenylsulfondicarbonsäure. Pro Mol Dicarbonsäureester verwendet man im allgemeinen 1,05 bis 1,9 Mol Diol, bevorzugt 1,1 bis 1,5 Mol.
Katalysatoren für die erste Stufe des Verfahrens, die in Mengen von 0,01 bis 0,4 Gewichtsprozent, bezogen auf die Diester, benutzt werden, sind insbesondere Titansäuretetra-
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alkylester, bevorzugt mit -1-6 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe wie ζ.·B. Titantetraisopropylat. Die erste Stufe wird bei einem überdruck von 2 - Io Bar, bevorzugt 3-6 Bar, durchgeführt. Die Reaktionstemperatur ist l8o 23o°C, bevorzugt 2oo - 22o°C.
Die Intrinsic Viskosität wird bestimmt durch Viskositätsmessungen in Tetrachloräthan/Phenol im Gewichtsverhältnis 1 : 1 als Lösungsmittel und Extrapolation auf den Grenzwert für die Konzentration O gemäß der folgenden Gleichung /PlJ = limes t spezifisch /~dl/g_7
C ^ 0 6
Weiterhin können vor, während und nach der Polykondensation Stabilisatoren zugesetzt werden. Diese Stabilisatoren sind bevorzugt organische Phosphite und Phosphate oder sterisch gehinderte Phenole, z. B. Decyl-diphenyl-phosphit, Tr-isnonylphenyl-phosphit, Phenyl-neopentyl-phosphit, Distearyldipentaerythritol-diphosphit und Triphenylphospat.
Den erfindungsgemäß hergestellten Polyestern oder Copolyester können 5 bis 8o % verstärkende Füllstoffe, bezogen auf das Gesamtgewicht von Polyester und Füllstoff, vorzugsweise Glasfasern zugefügt werden.
Ferner können die erfindungsgemäß hergestellten Polyester oder Copolyester entflammungshemmende Zusätze enthalten.
Als entflammungshemmende Zusätze können alle bekannten Flammschutzmittel vorzugsweise Kombinationen von halogenhaltigen organischen Verbindungen, z. B. halogenierte Benzole, halogenierte Diphenyläther, halogenierte Diphenyle und Polyphenyle, halogenierte Polycarbonate (bevorzugt aus
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Tetrabrombisphenol A), mit· organischen oder anorganischen Antimonverbindungen, ζ. Β. Antimontrioxid, elementarem Phosphor oder Phosphorverbindungen, verwendet werden.
Die Menge des entflammungshemmenden Zusatzes ist im allgemeinen etwa 2 bis J>o Gewichtsprozent, bezogen auf Polyester und Füllstoff, bevorzugt 5 und 15 Gewichtsprozent.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Polyester bzw. Copolyester können wegen ihres hohen Molekulargewichtes z. B. durch Spritzguß oder Extrusion zu Formkörpern mit ausgezeichneten Dauergebrauchseigenschaften verarbeitet werden.
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Beispiel
In eine kontinuierlich arbeitende Apparatur werden bei einer Vorwärmtemperatur von l6o°C pro Stunde 794 kg Dimethylterephthalat, 5o5 kg Butandiol-(1,4) (entsprechend einem Molverhältnis von 1,4 Mol Butandiol-(1,4) zu 1 Mol Dimethylterephthalat) sowie 74o g Titantetraisopropylat (entsprechend 0,093 %> bezogen auf Dimethylterephthalat), 15 prozentig gelöst in Butandiol-(l,4), eindosiert. Die Umesterungszone wird auf 21o°C geheizt. Bei einem durch ein Brüdenventil eingestellten Druck von 3 Bar wird die Umesterung solange durchgeführt, bis die Umesterung 7o % des abspaltbaren Methanols erfaßt hat, d. h. bis die stündlich abgespaltene Methanolmenge I83 kg beträgt.
Die Menge des stündlich gebildeten Tetrahydrofurans beträgt 1,76 kg, entsprechend einem Verlust von 0,4 % Butandiol-(1,4).
Anschließend wird das Umesterungsprodukt in einen Zwischenbehälter gepumpt, wo der Druck auf 15 Torr gesenkt wird. In einem nachgeschalteten Polykondensationsreaktor wird bei einer Temperatur von 2βο C und einem Druck von 2 Torr die Polykondensation bis zum Viskositätsmaximum weitergeführt. Das abgesponnene und granulierte Polybutylenterephthalat hat eine Intrinsic Viskosität von 1,018 dl/g und eine Schmelzviskosität (bei 28o°C) von 148O Poise.
Bei einer Nachkondensation bei 2oo°C unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen steigt die Intrinsic Viskosität auf 1,528 dl/g und die Schmelzviskosität (bei 28o°C) auf 6800 Poise.
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfahren zur Kondensation von Diolen und Dicarbonsäuredialkylestern, dadurch gekennzeichnet, dass" man Butandiol-(1,4) oder dessen Gemisch mit höchstens 10 Molprozent eines anderen Diols mit,Dialkylestern der Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure oder Mischungen dieser Ester mit höchstens 10 Molprozent anderer Dicarbonsäuredialkylester kondensiert, wobei
    a) 1 Mol des Dicarbonsäuredialkylesters mit 1,05 bis 1,9 Mol des Diols in Gegenwart von 0,01 bis 0,4 Gewichtsprozent eines Katalysators, bezogen auf den Dicarbonsäuredialkylester, bei einem Druck von 2-10 Bar und einer Temperatur von 180 bis 230°C kontinuierlich umgeestert wird,
    b) das Umesterungsprodukt bei 230 - 3000C bei vermindertem Druck von 0,1 bis 5 Torr in der Schmelze polykondensiert wird und
    c) der so erhaltene Polyester bei einer Temperatur von 5 bis 500C unterhalb seines Schmelzpunktes unter vermindertem Druck oder unter Inertgasatmosphäre weiterkondensiert wird bis seine Intrinsic Viskosität im Bereich von 0,6 bis 1 ,9 dl/g liegt.
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DE19732365934 1973-08-10 1973-08-10 Herstellung von hochmolekularen Polyestern Expired DE2365934C3 (de)

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