FR2828199A1 - Polyester a faible iv et faible taux d'acetaldehyde, preformes et contenants creux obtenus a partir de ce polymere - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne les résines polyesters, plus particulièrement les résines polyéthylènetéréphtalates utilisées dans la fabrication des contenants creux, tels que les bouteilles pour l'emballage de matières liquides, notamment les boissons gazeuses, les eaux naturelles ou minérales. L'invention conceme un polyester comprenant au moins 92, 5 % en nombre d'unités récurrentes dérivées d'acide téréphtalique de diols aliphatiques présentant une viscosité intrinsèque comprise entre 0, 45 dl/g et 0, 70 dl/ g, et une teneur en acétaldéhyde inférieure à 3 ppm, de préférence inférieure à 1, 5 ppm. L'invention concerne également un procédé permettant d'obtenir des granulés de polyester à faible taux d'acétaldéhyde avec une viscosité intrinsèque comprise dans le domaine indiqué ci-dessus. Ces polyesters sont utilisés notamment pour la fabrication de contenants creux tels que bouteilles et plus particulièrement pour les bouteilles devant contenir des denrées alimentaires sensibles à l'acétaldéhyde.
Description
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DESCRIPTION
La présente invention concerne les résines polyesters, plus particulièrement les résines polyéthylènetéréphtalates utilisées dans la fabrication des contenants creux, tels que les bouteilles pour l'emballage de matières liquides, notamment les boissons gazeuses, eaux naturelles ou minérales.
La présente invention concerne les résines polyesters, plus particulièrement les résines polyéthylènetéréphtalates utilisées dans la fabrication des contenants creux, tels que les bouteilles pour l'emballage de matières liquides, notamment les boissons gazeuses, eaux naturelles ou minérales.
Depuis quelques dizaines d'années, le polyester, plus particulièrement le polyéthylènetéréphtalate, plus connu sous l'abréviation PET, trouve une application de plus en plus importante dans le domaine de la fabrication des contenants creux et plus particulièrement des bouteilles.
Parmi les contraintes imposées au PET pour son utilisation dans ce domaine, la transparence des contenants obtenus est une des plus importantes. Il a été proposé depuis de nombreuses années et notamment par le brevet européen 41035, des copolymères comprenant majoritairement des unités récurrentes de téréphtalate d'éthylène glycol, mais également d'autres unités récurrentes dérivées de la présence de monomères différents de l'acide téréphtalique et de l'éthylène glycol. Ces monomères sont appelés retardateurs de cristallisation et sont présents dans le polyester à des concentrations variables, par exemple comprises entre 3,5 % et 7,5 % de la totalité des monomères diacides.
L'autre contrainte que le polyester doit respecter est la teneur en acétaldéhyde dans les parois du contenant. En effet, l'acétaldéhyde est un produit résultant de la dégradation du polyester qui se forme à température élevée au cours de la fabrication du polyester et du procédé de fabrication des bouteilles, notamment pendant l'étape d'injection des préformes. De nombreux brevets ont décrit différents procédés pour obtenir soit un polyester à faible teneur en acétaldéhyde soit des procédés pour limiter la formation de celui-ci lors des procédés de mise en forme.
Une des techniques utilisées industriellement et notamment décrite dans le brevet européen 41035 consiste à réaliser une polycondensation du polyester en milieu fondu jusqu'à un degré de polymérisation limité pour éviter la formation de grandes quantités de produits de dégradation généralement générateurs d'acétaldéhyde quand le polyester est chauffé à des températures par exemple supérieures à 200 C. Le polyester ainsi obtenu est soumis à une nouvelle polymérisation en phase solide, appelée généralement post-condensation en phase solide, réalisée à une température plus faible de l'ordre de 200 à 220 C généralement sous atmosphère d'azote. Au cours de cette opération, le polyester est polycondensé à un degré de polycondensation ou une viscosité intrinsèque suffisamment élevés pour obtenir les propriétés mécaniques désirées et surtout
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l'acétaldéhyde formé au cours de la polycondensation en milieu fondu ainsi que les produits de dégradation sont éliminés dans leur grande majorité.
Par ce procédé, il est possible d'obtenir des résines polyesters contenant moins de
2 ppm, voire moins de 1 ppm d'acétaldéhyde.
2 ppm, voire moins de 1 ppm d'acétaldéhyde.
Toutefois, cette étape de polycondensation en phase solide requiert des équipements spéciaux et est consommatrice d'énergie. En outre, l'utilisation de résines polyesters de viscosité intrinsèque élevée, donc de fluidité en milieu fondu faible pénalise les cycles d'injection (durée entre le début de l'injection et l'éjection de la pièce du moule). Toutefois, il est apparu difficile de proposer une résine polyester respectant les critères sur l'acétaldéhyde, sans mettre en oeuvre une étape de polycondensation en phase solide et donc, d'utiliser un polyester de faible degré de polymérisation avec une teneur en acétaldéhyde faible et également une vitesse de formation d'acétaldéhyde pendant l'étape d'injection aussi faible que possible pour permettre l'obtention de préformes et de bouteilles respectant les spécifications en matière de teneur en acétaldéhyde.
Un des principaux buts de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une résine polyester de faible degré de polycondensation et faible teneur en acétaldéhyde permettant d'obtenir des bouteilles convenables notamment pour l'emballage des denrées liquides alimentaires telles que des boissons gazeuses, des eaux naturelles ou minérales gazeuses ou non.
A cet effet, l'invention propose un polyester comprenant au moins 92,5 % en nombre d'unités récurrentes dérivées d'acide téréphtalique de diols aliphatiques caractérisé en ce qu'il présente une viscosité intrinsèque comprise entre 0,45 dllg et 0,70 dllg, et une teneur en acétaldéhyde inférieure à 3 ppm, de préférence inférieure à 1,5 ppm.
Ce polymère est avantageusement cristallisé pour éviter que le polyester soit pégueux ou collant à une température inférieure à 2000C environ. Ainsi, le polyester peut être traité pour obtenir un taux de cristallisation avantageusement supérieur à 15 %.
Avantageusement, la viscosité intrinsèque du polymère est comprise entre 0,45 dl/g et 0,65 dl/g.
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Par viscosité intrinsèque (VI), on entend la viscosité d'une solution de polymère à concentration nulle. Cette valeur est calculée selon la formule (1) ci-dessous à partir de la détermination d'un indice de viscosité (IV) en dllg mesuré sur une solution de polymère à 0,5 g de polymère/100 ml d'un solvant constitué d'orthodichlorobenzène et de phénol (50/50 en poids) à 25 C, selon la norme ISO 1628/5 du 15 juin 1986. Pour les polyesters de l'invention, la viscosité intrinsèque (VI) en dl/g est calculée par la formule 1 suivante :
Avantageusement, le polyester est obtenu à partir d'acide téréphtalique, ses esters ou un mélange de ceux-ci et de diols aliphatiques comme l'éthylène glycol, le 1,3- propandiol ou le 1, 4-butandiol.
Les monomères préférés sont l'acide téréphtalique et l'éthylène glycol conduisant au polyéthylènetéréphtalate plus connu sous l'abréviation PET comme indiqué ci-dessus.
Dans le présent document le terme PET couvre aussi bien un homopolymère obtenu uniquement à partir de monomères acides téréphtaliques ou ses esters comme le diméthyltéréphtalate et éthylène glycol que des copolymères comprenant au moins 92,5 % en nombre d'unités récurrentes d'éthylènetéréphtalate.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le polyester comprend au moins un retardateur de cristallisation permettant, notamment au cours du refroidissement de l'article moulé ou injecté tel qu'une préforme, de ralentir ou retarder la cristallisation du polyester pour ainsi obtenir une cristallisation en cristaux de taille très petite en évitant la cristallisation sphérolitique et de pouvoir fabriquer un article transparent, dont les parois ne présentent pas de voile ou"haze", avec des propriétés mécaniques acceptables.
Ces agents retardateurs de cristallisation sont des composés difonctionnels tels que des diacides et/ou diols ajoutés au mélange de monomères avant ou au cours de la polymérisation du polyester.
Comme agent retardateur de cristallisation, on peut citer à titre d'exemples de diacides, l'acide isophtalique, l'acide naphtalènedicarboxylique, l'acide cyclohexane dicarboxylique, l'acide cyclohexane diacétique, l'acide succinique, l'acide glutarique, l'acide adipique, l'acide azélaïque, l'acide sébacique et à titre d'exemples de diols, on peut citer les diols aliphatiques comprenant de 3 à 20 atomes de carbone, les diols cycloaliphatiques de 6 à 20 atomes de carbone, les diols aromatiques comprenant de 6 à 14 atomes de carbone et leurs mélanges comme le di-éthylène glycol, le tri-éthylène glycol, les isomères du 1, 4-cyclohexane di-méthanol, le 1,3-propane diol, le 1,4-butane
diol, le 1, 5-pentane diol, le (2, 4) -3 méthylpentanediol, le (1, 4) -2 méthylpentanediol, le (1, 3)-2, 2, 4-triméthylpentanediol, le (1, 3) -2-éthylhexanediol, le (1, 3)-2, 2diéthylpropanediol, le 1, 3-hexanediol, le 1, 4-di (hydroxyéthoxy) benzène, le 2, 2-bis (4hydroxycyclohexyl) propane, le 2, 4-dihydroxy-1, 1, 3, 3-tétraméthylcyclobutane, le 2, 2-
diol, le 1, 5-pentane diol, le (2, 4) -3 méthylpentanediol, le (1, 4) -2 méthylpentanediol, le (1, 3)-2, 2, 4-triméthylpentanediol, le (1, 3) -2-éthylhexanediol, le (1, 3)-2, 2diéthylpropanediol, le 1, 3-hexanediol, le 1, 4-di (hydroxyéthoxy) benzène, le 2, 2-bis (4hydroxycyclohexyl) propane, le 2, 4-dihydroxy-1, 1, 3, 3-tétraméthylcyclobutane, le 2, 2-
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bis (3-hydroxyéthoxyphényl) propane, le 2,2-bis (4-hydroxypropoxyphényl) propane et leurs mélanges.
Le diéthylène glycol est souvent présent dans les polyesters de manière inhérente car il se forme pendant la synthèse par condensation de deux molécules d'éthylène glycol. Selon la concentration désirée en unités récurrentes comprenant un reste de diéthylène glycol (DEG) dans le polyester final, soit du diéthylène glycol est ajouté aux mélanges de monomères, soit les conditions de synthèse du polyester sont contrôlées pour limiter la formation de diéthylène glycol.
Avantageusement, la concentration molaire en diéthylène glycol dans le polyester par rapport aux nombres de moles de monomères diacides est inférieure à 3,5 %, de préférence inférieure à 2 % molaire.
Concernant les autres retardateurs de cristallisation, la concentration molaire par rapport au nombre de moles de la totalité des diacides dans le mélange de monomères et donc dans le polyester obtenu est avantageusement inférieure à 7,5 %, avec comme condition que la teneur en DEG doit être déduite de cette valeur s'il est présent. En d'autres termes, la concentration molaire totale en retardateur de cristallisation doit être inférieure à 7,5 % comme cela est indiqué dans le brevet européen n 41035.
Bien entendu, le polyester peut comprendre un mélange d'agents retardateurs de cristallisation de type acide et/ou diol.
Si les procédés d'injection de préformes et de soufflage des contenants creux permettent de contrôler notamment les vitesses de refroidissement pour éviter la cristallisation sphérolitique de la résine ou dans le cas où les bouteilles à produire ne seraient pas translucides telles que les bouteilles de lait par exemple, la concentration totale en retardateur de cristallisation peut être très faible, par exemple de l'ordre de 1 %, voire nulle à l'exception du DEG formé au cours de la synthèse du polyester.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le polyester de l'invention comprend avantageusement moins de 4 % d'acide isophtalique et moins de 3,5 % de diéthylène glycol, teneur exprimée en % de moles de retardateur de cristallisation par rapport au nombre de moles de la totalité des monomères diacides.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un polyester conforme à l'invention. Ce procédé comprend une première étape consistant à fabriquer un polyester par un procédé de polymérisation en milieu fondu pour obtenir une résine présentant une viscosité intrinsèque comprise avantageusement entre 0,45 et 0,8 dl/g et préférentiellement entre 0,45 et 0,75 dl/g.
Dans une seconde étape, le polyester est mis sous forme de granulés, par tout procédé adapté et connu dans le domaine technique de fabrication des polymères. Ces granulés sont soumis à une étape de cristallisation permettant d'éviter que les granulés s'agglomèrent entre eux quand ils sont portés à une température inférieure à 200 C, par
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exemple entre 130 C et 200 C. En d'autres termes, l'étape de cristallisation doit permettre de former au moins une peau ou une surface extérieure suffisamment cristallisée pour éviter toute pégosité quand les granulés seront portés à une température de l'ordre de 200 C. Cette étape peut être réalisée par un maintien des granulés à une température comprise entre 120 C et 170 C ou par un traitement de ceux-ci par de l'eau chaude, par exemple par de l'eau bouillante, à une température comprise entre 80 C et 100 C ou tout autre moyen adapté pour obtenir le résultat ci-dessus.
Dans une troisième étape, les granulés de polyester sont soumis à un traitement thermique par un maintien à une température comprise entre 130 C et 200 C, avantageusement entre 150 C et 180 C pour abaisser la concentration en acétaldéhyde à une valeur inférieure à 3 ppm et obtenir un polyester présentant une viscosité intrinsèque inférieure à 0,70 dl/g.
Selon une caractéristique de l'invention, le traitement thermique est réalisé en présence d'un gaz, de préférence par un balayage d'un gaz à travers la masse de granulés, ledit gaz présentant un point de rosée supérieur à-60 C, avantageusement compris entre-60 C et 20 C, et dans un mode de réalisation préféré, compris entre- 10 Cet20 C.
Le balayage du gaz est réalisé soit au travers d'un lit fixe des granulés, soit au travers d'un lit fluidisé des granulés, le gaz de balayage étant avantageusement le gaz de fluidification des granulés.
Avantageusement, quand le polyester à traiter présente une viscosité intrinsèque comprise entre 0,7 et 0,8 dl/g, le gaz de balayage présente un point de rosée compris entre-10 C et 20 C (bornes incluses). Dans ce mode de réalisation, le procédé de traitement de l'invention peut comprendre deux étapes successives consistant en une première étape de traitement par un gaz à fort taux d'humidité, même de la vapeur d'eau pour provoquer une diminution rapide de la viscosité intrinsèque, suivi d'un balayage avec un gaz sec pour éliminer l'acétaldéhyde tout en limitant la variation de la viscosité intrinsèque.
Le gaz convenable pour l'invention est avantageusement de l'air, de l'azote, du gaz carbonique ou tout autre gaz non dégradant pour le polyester.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le polyester obtenu par polycondensation en milieu fondu présente une viscosité intrinsèque faible, par exemple comprise entre 0,45 et 0,65 dl/g, le traitement thermique peut être réalisé avec un gaz présentant un point de rosée bas, par exemple compris entre-60 C et 0 C. Au cours de ce traitement, la viscosité intrinsèque (VI) peut augmenter légèrement mais rester avantageusement à une valeur inférieure à 0,70 dl/g de préférence inférieure à 0,65 dl/g.
Avantageusement, ce traitement thermique est réalisé à une température comprise entre 130 C et 200 C pendant une durée de quelques heures à plusieurs dizaines
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d'heures. La durée du traitement est déterminée pour obtenir la teneur en acétaldéhyde et la viscosité intrinsèque désirées.
Comme indiqué précédemment, le polyester traité est obtenu par des procédés de polycondensation en phase fondue, généralement en phase fondue sous pression réduite, tels que décrits dans la littérature depuis plus de cinquante ans.
Un tel procédé comprend une première étape d'estérification ou de transestérification en présence ou absence de catalyseur. L'hydrolysat ou l'estérifiat obtenu est ensuite polycondensé sous pression réduite en présence de catalyseurs tels que des composés d'antimoine, de titane ou de germanium, par exemple. Dans cette étape, de l'alcool ou de l'eau est éliminé pour permettre un avancement de la réaction de polycondensation.
Selon l'invention, cette polycondensation est arrêtée quand le degré de polycondensation ou la viscosité intrinsèque a atteint la valeur désirée, inférieur à 0,8 di/g, de préférence inférieure à 0,75 dl/g.
Le polyester obtenu est coulé dans des filières permettant d'obtenir des joncs qui sont ensuite transformés en granulés par coupe. Toutefois, pour permettre la formation de ces joncs, le polyester doit avantageusement avoir une viscosité intrinsèque suffisante, par exemple supérieure à 0,45 dl/g.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, pour limiter l'évolution du degré de polycondensation lors du traitement thermique pour abaisser la teneur en acétaldéhyde, le polyester peut comprendre un monomère monofonctionnel, de préférence un monoacide. La teneur molaire en monomère monofonctionnel est comprise entre 0,5% en mole et 3% par rapport au total des monomères diacides. Ainsi, les monoacides convenables pour l'invention sont par exemple l'acide benzoïque, l'acide naphtalénique, les acides aliphatiques présentant un point d'ébullition compatible avec le procédé de synthèse du polyester c'est-à-dire, avantageusement, au moins supérieur à celui de l'éthylène glycol ou leurs esters ou des alcools comme le cyclohexanol ou des alcools aliphatiques également présentant avantageusement un point d'ébullition supérieur à celui de l'éthylène glycol.
Les granulés à faible taux d'acétaldéhyde obtenus selon le procédé de l'invention et présentant une teneur en acétaldéhyde et une viscosité intrinsèque conforme à l'invention sont préférentiellement utilisés comme matières premières pour la fabrication de contenants creux, tels que bouteilles.
Il peut être ajouté aux polyesters de l'invention soit à l'étape de polymérisation soit dans le polyester fondu avant injection, différents additifs tels qu'azurants, colorants ou autres additifs stabilisants lumière, chaleur ou des antioxydants, par exemple.
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Ces granulés sont avantageusement séchés pour obtenir une teneur en humidité inférieure à 50 ppm, de préférence inférieure à 20 ppm. Cette étape de séchage n'est pas obligatoire si la teneur en humidité du polyester est suffisamment faible.
Les granulés sont ensuite introduits dans des procédés d'injection-soufflage pour la fabrication de contenants creux tels que des bouteilles. Ces procédés décrits dans de nombreuses publications et utilisés industriellement, à grande échelle, comprennent une première étape d'injection pour la fabrication de préformes. Dans une seconde étape, les préformes refroidies ou non sont réchauffées pour être soufflées à la forme des bouteilles désirées, avec éventuellement un bi étirage.
Les préformes sont obtenues, par exemple, par fusion de la résine dans une presse d'injection à simple ou double vis, permettant également d'obtenir une plastification du polyester et de l'alimenter sous pression dans un distributeur muni de busettes et obturateurs chauffés, par exemple à une température comprise entre 260"C et 285 C.
La résine est injectée dans au moins un moule de la préforme muni de moyens de refroidissement adaptés pour contrôler la vitesse de refroidissement de celle-ci et éviter ainsi une cristallisation sphérolitique permettant d'obtenir, de préférence si ce résultat est souhaité, une préforme ne présentant pas de voile dans les parois ou des parois opaques.
Après refroidissement, la préforme est éjectée et refroidie à température ambiante ou introduite directement, sans refroidissement dans une installation de soufflage comme décrite ci-dessous.
Dans ce procédé de fabrication des préformes, le polyester est fondu à une température de l'ordre de 280 C, par exemple comprise entre 270 et 285 C, puis injecté dans des moules. La température d'injection la plus basse possible sera utilisée pour limiter la formation d'acétaldéhyde, notamment pour diminuer la vitesse de formation d'acétaldéhyde.
Le procédé de fabrication de la préforme utilise de préférence, une pression d'injection de la résine fondue dans le ou les moules comprise entre 2,5. 107 Pa (250 bars) et 5. 107 Pa (500 bars) pour une température comprise entre 2600C et 270 C. Ce domaine de pression est plus faible que celui utilisé pour les résines polyester présentant une viscosité intrinsèque plus élevée, à savoir supérieure à 0,70 dl/g.
En outre, il est avantageux que les moules soient refroidis à une température comprise entre 0 C et 10 C. Ce refroidissement est obtenu en utilisant tout fluide de refroidissement convenable comme, par exemple, l'eau glycolée.
Avantageusement, le cycle d'injection et refroidissement est de l'ordre de 10 secondes à 20 secondes.
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Le polyester formant la paroi de la préforme obtenue selon ce procédé présente une viscosité intrinsèque comprise entre 0,45 dl/g et 0,70 dl/g, avantageusement entre
0, 45 dl/g et 0,65 dl/g.
0, 45 dl/g et 0,65 dl/g.
La teneur en acétaldéhyde dans la préforme est inférieure à 10 ppm, de préférence inférieure à 6 ppm.
Les préformes ainsi obtenues sont généralement utilisées dans des procédés de soufflage pour la fabrication de bouteilles. Ces procédés de soufflage sont également répandus et décrits dans de nombreuses publications.
Ils consistent généralement à introduire la préforme dans une installation de soufflage, avec ou sans sur-étirage comportant des moyens de chauffage.
La préforme est chauffée au moins au-dessus de la Tg (température de transition vitreuse) du polymère puis pré-soufflée par injection d'un gaz sous pression à une première pression pendant une première période.
Une seconde injection d'un gaz à une seconde pression permet d'obtenir la forme finale de la bouteille avant son éjection après refroidissement.
De manière avantageuse, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 80 C et 100 C. Ce chauffage est réalisé par tout moyen adapté, par exemple par des infrarouges dirigés vers la surface extérieure de la préforme.
Avantageusement, le présoufflage de la préforme a lieu à une première pression comprise entre 4. 105 Pa et 10. 105 Pa (4 bars et 10 bars) pendant une période comprise entre 0,15 et 0,6 seconde.
Le second soufflage est réalisé sous une seconde pression comprise entre 3. 106 Pa et 4. 106 Pa (30 et 40 bars) pendant une seconde période comprise entre 0,3 et 2 secondes.
De manière connue, une tige d'étirage peut également être introduite dans la préforme pendant les opérations de pré-soufflage et/ou de soufflage pour étirer partiellement la préforme.
L'utilisation d'un polyester selon l'invention permet d'obtenir des bouteilles ou contenants creux présentant une faible teneur en acétaldéhyde. Ainsi, un objet de l'invention réside dans des bouteilles dont le polyester formant les parois a une viscosité intrinsèque comprise entre 0,45 et 0,70 dl/g et une teneur en acétaldéhyde inférieure à 6 ppm.
En outre, cette matière permet la fabrication de bouteilles de contenance identique, avec des propriétés mécaniques au moins équivalentes à celles obtenues avec un polyester de viscosité intrinsèque plus élevée
L'invention a également pour objet les contenants creux tels que bouteilles, obtenues avec un polyester conforme à l'invention et selon les procédés d'injectionsoufflage décrits dans la présente demande. Toutefois, des contenants creux obtenus
L'invention a également pour objet les contenants creux tels que bouteilles, obtenues avec un polyester conforme à l'invention et selon les procédés d'injectionsoufflage décrits dans la présente demande. Toutefois, des contenants creux obtenus
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par mise en forme d'un polyester conforme à l'invention, cette mise en forme étant réalisée par d'autres procédés que ceux décrits dans la présente demande, font également partie de la présente invention.
Les bouteilles de l'invention sont utilisées pour l'emballage de tout produit liquide, plus particulièrement pour l'emballage des denrées alimentaires liquides comme les boissons sucrées gazeuses ou non, connues sous l'appellation générale "Soda", les différentes eaux naturelles, de source ou minérales, gazeuses ou non.
D'autres avantages détaillés de l'invention apparaîtront au vu des exemples donnés ci-dessous uniquement à titre indicatif.
Dans les exemples ci-dessous, la détermination de la concentration en acétaldéhyde est réalisée selon le protocole d'analyse suivant : - un échantillon de granulés (environ 4 g) est broyé dans un broyeur cryogénique sous azote liquide pour obtenir une poudre passant à travers un tamis de maille 800 um (exemple : broyage dans un broyeur cryogénique de marque Spex 6700 avec fonctionnement pendant 2 min avec le variateur de fréquence placé en position minimale et 5 min avec le variateur de fréquence placé en position maximale) et présentant avantageusement une coupe granulométrique comprise entre 200 um et 400 um (te broyage doit être réalisé dans des conditions non dégradantes pour le polymère).
- 500 mg pesés environ exactement de cette poudre sont disposés dans un tube"headspace"fermé.
- ce tube"head-space"est disposé dans un analyseur par chromatographie en phase vapeur ("head-space" : Perkin Elmer HS 40 et chromatographe : VARIAN 3500 avec une colonne PORAPLOTQ et un gaz vecteur constitué par de l'hélium à un débit de 5 ml/min) et une température variant de 60 C à 230 C (avec une vitesse de montée de +10 C/min).
- le tube head-space est maintenu pendant 90 minutes à 145 C.
L'étalonnage du chromatographe est réalisé avec des solutions d'acétaldéhyde dans le diméthylacétamide.
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Exemple 1
Un copolyester contenant 2,3 % en mole d'acide isophtalique par rapport à la totalité des monomères diacides, comme agent retardateur de cristallisation avec comme autres monomères de l'acide téréphtalique et de l'éthylène glycol a été réalisé dans une installation de polycondensation comprenant un réacteur de 7, 51, en présence de
250 ppm exprimée en antimoine, d'oxyde d'antimoine comme catalyseur.
Un copolyester contenant 2,3 % en mole d'acide isophtalique par rapport à la totalité des monomères diacides, comme agent retardateur de cristallisation avec comme autres monomères de l'acide téréphtalique et de l'éthylène glycol a été réalisé dans une installation de polycondensation comprenant un réacteur de 7, 51, en présence de
250 ppm exprimée en antimoine, d'oxyde d'antimoine comme catalyseur.
La polycondensation est arrêtée quand la viscosité intrinsèque du polyester est de
0,48 dl/g et contient 3,4% en mole de DEG par rapport au nombre de moles de monomères diacides.
0,48 dl/g et contient 3,4% en mole de DEG par rapport au nombre de moles de monomères diacides.
Le polymère est mis en forme de granulés par extrusion sous forme de joncs qui sont coupés pour donner des granulés de masse moyenne 13mg par granulé.
La teneur en acétaldéhyde résiduel dans les granulés amorphes déterminée selon la méthode ci-dessus est de 140 ppm.
Les granulés sont soumis à une cristallisation en étuve pendant 30 minutes à 1600C puis disposés dans une colonne. Un flux d'air sec (point de rosée inférieure à- 60 C) est envoyé à travers la colonne selon un débit de 0,39 Nm/h pendant 8 heures, la température des granulés étant maintenue à 180 C.
Après une durée de traitement de 8 heures, le polyester a une viscosité intrinsèque de 0,56 dltg et une teneur en acétaldéhyde de 0,75 ppm. Ce polyester est appelé Polyester A.
Exemples 2 à 5 Un polyester comprenant 2,3 % molaire d'acide isophtalique a été fabriqué selon un mode opératoire identique à celui de l'exemple 1. Toutefois, la polycondensation a été arrêtée quand la viscosité intrinsèque est égale à 0,64 dl/g.
Les granulés amorphes présentent une teneur en acetaldehyde égale à 45 ppm et 3,4 % molaire de DEG.
Les granulés ont été soumis à une cristallisation par maintien pendant 30 minutes dans une étuve à 160 C.
Les granulés ont été soumis à des traitements pour éliminer l'acétaldéhyde avec des gaz différents et des températures différentes selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 1.
Les conditions de traitement et les teneurs en acétaldéhyde et viscosité intrinsèque sont rassemblées dans le tableau 1 ci-dessous :
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Tableau 1
<tb>
<tb> Ex <SEP> Gaz <SEP> Température <SEP> Durée <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> Polymère
<tb> (h) <SEP> AA <SEP> (ppm) <SEP> dl/g
<tb> 2 <SEP> (1) <SEP> Airsec <SEP> 183 C <SEP> 10,30 <SEP> 0,8 <SEP> 0,60 <SEP> B
<tb> 3 <SEP> Air <SEP> (température <SEP> 1850C <SEP> 8 <SEP> 1,3 <SEP> 0,63 <SEP> C
<tb> de <SEP> rosée <SEP> :-10 C)
<tb> 4 <SEP> Air <SEP> (température <SEP> 185 C <SEP> 8 <SEP> 1,5 <SEP> 0,60 <SEP> D
<tb> de <SEP> rosée <SEP> : <SEP> +18 C)
<tb> 5 <SEP> Air <SEP> (température <SEP> 200 C <SEP> 8 <SEP> 1,6 <SEP> 0,56 <SEP> E
<tb> de <SEP> rosée <SEP> : <SEP> +18 C)
<tb>
(1) un pré-traitement avec de la vapeur d'eau à la place de l'air a été effectué en début de procédé pendant 1/2 heure
Les polymères B à E obtenus dans ces exemples ont une coloration améliorée.
<tb> Ex <SEP> Gaz <SEP> Température <SEP> Durée <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> Polymère
<tb> (h) <SEP> AA <SEP> (ppm) <SEP> dl/g
<tb> 2 <SEP> (1) <SEP> Airsec <SEP> 183 C <SEP> 10,30 <SEP> 0,8 <SEP> 0,60 <SEP> B
<tb> 3 <SEP> Air <SEP> (température <SEP> 1850C <SEP> 8 <SEP> 1,3 <SEP> 0,63 <SEP> C
<tb> de <SEP> rosée <SEP> :-10 C)
<tb> 4 <SEP> Air <SEP> (température <SEP> 185 C <SEP> 8 <SEP> 1,5 <SEP> 0,60 <SEP> D
<tb> de <SEP> rosée <SEP> : <SEP> +18 C)
<tb> 5 <SEP> Air <SEP> (température <SEP> 200 C <SEP> 8 <SEP> 1,6 <SEP> 0,56 <SEP> E
<tb> de <SEP> rosée <SEP> : <SEP> +18 C)
<tb>
(1) un pré-traitement avec de la vapeur d'eau à la place de l'air a été effectué en début de procédé pendant 1/2 heure
Les polymères B à E obtenus dans ces exemples ont une coloration améliorée.
Cette amélioration se traduit par une diminution de l'indice de jaune. La présence d'humidité permet de limiter la dégradation de l'indice de jaune du polyester.
Exemple 6 :
Un homopolyester a été fabriqué en ajoutant 2,6 % molaire d'acide benzoïque par rapport à l'acide téréphtalique selon le mode opératoire décrit à l'exemple 1.
Un homopolyester a été fabriqué en ajoutant 2,6 % molaire d'acide benzoïque par rapport à l'acide téréphtalique selon le mode opératoire décrit à l'exemple 1.
La polycondensation a été arrêtée quand la viscosité intrinsèque est égale à 0,47 dl/g.
Après granulation, le polymère obtenu contient 70 ppm d'acétaldéhyde et 3,5% molaire en DEG.
Après cristallisation et traitement par de l'air sec (température de rosée - 600C) à 1800C pendant 8 heures selon le mode opératoire de l'exemple 1, les granulés présentent une viscosité intrinsèque de 0,53 dl/g et une teneur en acétaldéhyde de 1,6 ppm.
Ce polymère sera appelé le polymère F.
Exemples 7 à 9 Certains polyesters obtenus selon les exemples ci-dessus ont été utilisés pour la fabrication de bouteilles selon le procédé décrit ci-dessous :
<Desc/Clms Page number 12>
Les granulés de polyester sont fondus dans une monovis sans fin dont la température de fourreau est de 285 C. Le polyester fondu est alimenté dans un appareil d'injection de préformes commercialisé sous l'appellation"Presse HUSKY 48 empreintes XL 300"avec une température d'injection comprise entre 2620C et 2660C et une pression de 450 bars.
Le refroidissement des préformes est réalisé par circulation d'eau d'une température de 8, 5 C. Le temps de cycle global pour l'injection est de 15, 7 s.
Après refroidissement des préformes, elles sont alimentées dans une installation de soufflage pour la fabrication de bouteilles de contenance 0, 51 présentant un col de forme référencée par l'appellation normalisée 28 PCO et un fond de forme pétaloïde à 5 pétales. Cette installation est commercialisée sous l'appellation"SIDEL SBO 1 F2 Lab".
Les préformes sont chauffées à une température indiquée dans le tableau ci-dessous. Le présoufflage est réalisé pendant 0,19 s sous une pression de soufflage de 8, 5 bars. Le soufflage est conduit pendant 1,78 s sous une pression de soufflage de 38 bars. La vitesse de la canne d'étirage est de 1,2 m/s.
Les caractéristiques des bouteilles obtenues et du procédé de soufflage sont indiquées
dans le tableau ci-dessous pour chaque polyester utilisé.
dans le tableau ci-dessous pour chaque polyester utilisé.
Tableau Il
<tb>
<tb> Exemple <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9
<tb> Polyester <SEP> A <SEP> B <SEP> F
<tb> Température <SEP> de <SEP> préforme <SEP> 87 C <SEP> 96 C <SEP> 89 C
<tb> Pression <SEP> d'éclatement <SEP> 13, <SEP> 84 <SEP> bars <SEP> 15,68 <SEP> bars <SEP> 13,84 <SEP> bars
<tb> Taux <SEP> d'étirage <SEP> planaire <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 9
<tb> Densité <SEP> Epaule <SEP> 1,363 <SEP> 1,3625 <SEP> 1,364
<tb> (g/cm3) <SEP> Milieu <SEP> 1,3615 <SEP> 1,3632 <SEP> 1,363
<tb> Fond <SEP> 1,3612 <SEP> 1,3643 <SEP> 1,3622
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> acétaldéhyde <SEP> 2, <SEP> 85 <SEP> ppm <SEP> 3, <SEP> 05 <SEP> ppm <SEP> 3,00 <SEP> ppm
<tb>
La viscosité du polyester formant les parois de la bouteille est de l'ordre de celle des polyesters utilisés.
<tb> Exemple <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9
<tb> Polyester <SEP> A <SEP> B <SEP> F
<tb> Température <SEP> de <SEP> préforme <SEP> 87 C <SEP> 96 C <SEP> 89 C
<tb> Pression <SEP> d'éclatement <SEP> 13, <SEP> 84 <SEP> bars <SEP> 15,68 <SEP> bars <SEP> 13,84 <SEP> bars
<tb> Taux <SEP> d'étirage <SEP> planaire <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 11, <SEP> 9
<tb> Densité <SEP> Epaule <SEP> 1,363 <SEP> 1,3625 <SEP> 1,364
<tb> (g/cm3) <SEP> Milieu <SEP> 1,3615 <SEP> 1,3632 <SEP> 1,363
<tb> Fond <SEP> 1,3612 <SEP> 1,3643 <SEP> 1,3622
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> acétaldéhyde <SEP> 2, <SEP> 85 <SEP> ppm <SEP> 3, <SEP> 05 <SEP> ppm <SEP> 3,00 <SEP> ppm
<tb>
La viscosité du polyester formant les parois de la bouteille est de l'ordre de celle des polyesters utilisés.
Claims (27)
1. Polyester comprenant au moins 92,5 % en nombre d'unités dérivées d'un acide téréphtalique et d'éthylène glycol, caractérisé en ce qu'il présente une viscosité intrinsèque comprise entre 0,45 dllg et 0,70 dl/g, une teneur en acétaldéhyde inférieure à
3 ppm.
2. Polyester selon la revendication 1, caractérisé en ce que la viscosité intrinsèque du polymère est comprise entre 0,45 dllg et 0,65 dl/g.
3. Polyester selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en acétaldéhyde est inférieure à 1,5 ppm.
4. Polyester selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient au plus 7,5 % en mole d'au moins un composé retardateur de cristallisation par rapport au nombre total de mole de diacides.
5. Polyester selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de 0,5 % à 3 % par rapport au nombre de moles de diacide d'un composé monofonctionnel.
6. Polyester selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé monofonctionnel est choisi dans le groupe des acides monocarboxyliques comprenant l'acide benzoïque, l'acide naphtalénique, les acides aliphatiques ou leurs esters ou le groupe des alcools comprenant le cyclohexanol ou des alcools aliphatiques.
7. Polyester selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le retardateur de cristallisation est un composé diacide et/ou un composé diol.
8. Polyester selon la revendication 7, caractérisé en ce que le retardateur de cristallisation diacide est choisi dans le groupe comprenant l'acide isophtalique, l'acide
naphtalènedicarboxylique, l'acide cyclohexane dicarboxylique, l'acide cyclohexane diacétique, l'acide succinique, l'acide glutarique, l'acide adipique, l'acide azétaïque, l'acide sébacique.
<Desc/Clms Page number 14>
9. Polyester selon la revendication 7, caractérisé en ce que le retardateur de cristallisation diol est choisi dans le groupe comprenant le diéthylène glycol, le triéthylène glycol, les isomères du 1, 4-cyclohexane di-méthanol, le 1,3-propane diol, le 1,4-butane
diol, le 1, 5-pentane diol, le (2, 4) -3 méthylpentanediol, le (1, 4) -2 méthylpentanediol, le (1, 3)-2, 2, 4-triméthylpentanediol, le (1, 3) -2-éthylhexanediol, le (1, 3)-2, 2diéthylpropanediol, le 1, 3-hexanediol, le 1,4-di (hydroxyéthoxy) benzène, le 2, 2-bis (4- hydroxycyclohexyl) propane, le 2,4-dihydroxy-1, 1,3, 3-tétraméthylcyclobutane, le 2,2bis (3-hydroxyéthoxyphényl) propane, le 2,2-bis (4-hydroxypropoxyphényl) propane et leurs mélanges.
10. Procédé de fabrication d'un polyester selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une polymérisation en milieu fondu d'un polyester présentant une viscosité intrinsèque (VI) inférieure à 0,80 dl/g, à former des granulés dudit polyester, à faire cristalliser lesdits granulés, à traiter thermiquement lesdits granulés par un chauffage à une température comprise entre 130 C et 200 C pour abaisser la concentration en acétaldéhyde à une valeur inférieure à 3 ppm et à obtenir une viscosité intrinsèque VI du polyester inférieure à 0,70 dl/g.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé par balayage à travers la masse de granulés avec un gaz présentant une température de rosée supérieure à-60 C.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la température de rosée du
gaz est comprise entre-10 C et 200C (bornes incluses).
13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le gaz est choisi dans le groupe comprenant l'air, l'azote et le gaz carbonique.
14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la cristallisation du polyester est réalisée par chauffage à une température comprise entre 120 Cet170 C.
15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la cristallisation du polyester est réalisée par traitement des granulés avec de l'eau à une température comprise entre 800C et 100 C.
<Desc/Clms Page number 15>
16. Procédé selon l'une des revendications 10 à 15 caractérisé en ce que le polyester obtenu par polycondensation en phase fondue a une viscosité intrinsèque VI comprise entre 0,45 et 0,75 dl/g.
17. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16 caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé en utilisant un lit fixe de granulés de polyester traversé par un gaz de balayage.
18. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé avec utilisation d'un lit fluidisé de granulés de polyester, le gaz de balayage réalisant la fluidisation des granulés.
19. Procédé de fabrication de préformes à partir d'un polyester selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il consiste à : - injecter le polyester fondu dans au moins un moule de la préforme à obtenir, - refroidir la préforme rapidement pour éviter toute cristallisation sphérolitique.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le polyester est séché préalablement à l'injection pour abaisser la teneur en eau à une valeur inférieure à 50 ppm.
21. Procédé selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que le polyester fondu est injecté dans au moins une busette et au moins un obturateur chauffés, avant alimentation dans les moules, lesdits busettes et obturateurs étant chauffés à une température comprise entre 260 C et 285 C.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que la pression d'injection de la résine fondue dans le ou les moules est comprise entre 2,5. 107 Pa (250 bars) et 5. 107 Pa (500 bars) pour une température comprise entre 2600C et 270 C.
23. Procédé selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que le ou les moules sont refroidis à une température comprise entre 0 C et 10 C.
24. Préformes obtenues par le procédé selon l'une des revendications 19 à 23, caractérisées en ce que la viscosité intrinsèque du polyester est comprise entre 0,45 dl/g et 0,70 dl/g.
<Desc/Clms Page number 16>
25. Préforme selon la revendication 24, caractérisée en ce que la teneur en acétaldéhyde est inférieure à 6 ppm.
26. Contenants creux, tels que bouteilles, obtenus par soufflage des préformes selon l'une des revendications 24 ou 25.
27. Contenants creux ou bouteilles caractérisés en ce que le polyester formant la paroi du contenant a une viscosité intrinsèque compris entre 0,45 et 0,65 dl/g et que la teneur en acétaldéhyde dans le polyester est inférieure à 6 ppm.
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| FR0110279A FR2828199A1 (fr) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | Polyester a faible iv et faible taux d'acetaldehyde, preformes et contenants creux obtenus a partir de ce polymere |
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| ARP020102899A AR034951A1 (es) | 2001-07-31 | 2002-07-31 | Poliesteres de reducida vi, y de reducido tenor de acetaldehido, preformados, y contenedores obtenidos con un polimero de este tipo |
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