DE102009060851A1

DE102009060851A1 - Esterherstellung mit Nachbehandlung

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Publication number: DE102009060851A1
Application number: DE102009060851A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 27616 Daute; Wilhelm 27612 Reiners; Martin Dr. 27616 Schäfer; Udo 27612 Frerichs; Hinrich Dr. 21769 Hildebrandt; Joern 27570 Ellerbrake
Original assignee: Emery Oleochemicals GmbH
Current assignee: Emery Oleochemicals GmbH
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-07
Also published as: DE10805696T1; US20130039872A1; WO2011079953A2; WO2011079953A3; EP2519495A2; ES2404184T1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Esters in einem Reaktor, eine Vorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung, beinhaltend den erfindungsgemäß hergestellten Ester, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, beinhaltend den erfindungsgemäßen Ester oder die erfindungsgemäße thermoplastische Zusammensetzung, ein Verfahren zur Herstellung eines Packgutes, ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens teilweise beschichteten Gegenstands, sowie Verwendungen der erfindungsgemäßen Ester als Additiv in verschiedenen Zusammensetzungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Esters in einem Reaktor, eine Vorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung, beinhaltend den erfindungsgemäß hergestellten Ester, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, beinhaltend den erfindungsgemäßen Ester oder die erfindungsgemäße thermoplastische Zusammensetzung, ein Verfahren zur Herstellung eines Packgutes, ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens teilweise beschichteten Gegenstands, sowie Verwendungen der erfindungsgemäßen Ester als Additiv in verschiedenen Zusammensetzungen.
Ester, insbesondere solche auf Basis von aliphatischen Carbonsäuren und Alkoholen werden in einer Vielzahl von Anwendungen erfolgreich eingesetzt. In dem Bewusstsein, dass Rohstoffe aus fossilen Lagerstätten knapper werden, wird nach neuen Rohstoffquellen gesucht. Besonders vielversprechend erscheinen Öle aus tierischen oder pflanzlichen, nachwachsenden Rohstoffen, die z. B. durch Ozonolyse, zu Fettsäuren aufgeschlossen, und in weiteren Schritten umfunktionalisiert oder derivatisiert werden.
Die Esterdarstellung ist eine industriell wichtige Derivatisierung, zu der verschiedene Verfahren bekannt sind. Diese können auf unterschiedliche Weise kategorisiert werden. Eine Möglichkeit ist die Einteilung in Niedrigtemperatur- und Hochtemperaturverfahren. Dabei gilt allgemein, dass Niedrigtemperaturverfahren oftmals schonender sind, d. h. weniger Nebenreaktionen, Zerfalls- oder Oxidationsprodukte erzeugen, und dass Hochtemperaturverfahren durch höhere Reaktionsgeschwindigkeiten geprägt sind.
In klassischen Niedrigtemperaturverfahren werden in aller Regel Protonsäuren oder Sulfonsäurederivate als Katalysatoren zugesetzt. Insbesondere bei den Protonsäuren, wie Schwefelsäure oder Phosphorsäure, werden zu einem erheblichen Teil Nebenprodukte, insbesondere ungesättigte Verbindungen, gebildet. Die dabei entstehenden ungesättigten Stoffe sind in aller Regel farbig, oder bilden mit Luftsauerstoff in kurzer Zeit farbige Verbindungen. Dies wird als Minderung der Produktqualität des hergestellten Esters wahrgenommen. Außerdem bewirken die ungesättigten Anteile oft eine Verschlechterung der Haltbarkeit und Belastbarkeit von Produkten, denen diese Ester als Additiv zugesetzt sind. Die Aggressivität der Säurekatalysatoren bei erhöhter Temperatur belastet die Produktionsanlagen zusätzlich. Eine meist geringe Reaktionsgeschwindigkeit wird als weiterer Nachteil der Niedrigtemperaturverfahren empfunden.
Bei den Hochtemperaturverfahren werden üblicherweise Organometallkomplexe der Übergangsmetalle Ti, Zr, Al, Sn als Katalysatoren eingesetzt. Aufgrund der hohen Reaktionstemperatur bilden sich jedoch noch mehr farbige Nebenprodukte, so dass aufwendige Aufarbeitungs- und/oder Reinigungsverfahren erforderlich werden. Zudem ist die Entfernung des Katalysators aus dem Endprodukt aufwendig.
Die EP 0 342 357 A2 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung von Veresterungen. Dabei werden in einer Produktionsanlage bei 200 bis 250°C Ester aus Alkoholen und Fettsäuren hergestellt, wobei die Reaktionsmischung kontinuierlich bei kurzer Kontaktzeit über eine besonders heiße Reaktionszone geführt und bei Reaktionszeiten von bis zu 20 Stunden hergestellt werden.
In Hinblick auf industrielle Veresterungsreaktionen besteht in verschiedenerlei Hinsicht Verbesserungsbedarf, um die Anforderungen und Wünsche des Marktes zu erfüllen. Die bekannten Verfahren weisen mindestens einen, in der Regel mehrere der nachfolgend skizzierten Nachteile auf:

– Farbigkeit bzw. unzureichende Farblosigkeit der Produkte,
– Unerwünschte Nebenprodukte,
– Unzurreichende Haltbarkeit
– geringe Effizienz, hoher Energieverbrauch, hohe Produktionskosten,
– niedrige Ausbeute,
– Verunreinigungen, insbesondere Schwermetallspuren,
– lange Reaktionszeiten.

Daher besteht das Bedürfnis nach Verbesserung der bekannten Verfahren und gegebenenfalls der Schaffung neuer Verfahren, um Ester in verbesserter Qualität bereitstellen zu können.
Außerdem besteht der Wunsch nach effizienteren Produktionsverfahren bzw. Vorrichtungen, die einen geringeren Energie- und Ressourcenverbrauch bei hohen Umsätzen, Ausbeuten und Selektivitäten aufweisen und Nachbehandlungsschritte überflüssig machen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zumindest teilweise überwinden.
Insbesondere lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einer Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe von Ester verschiedene Nebenprodukte, die Anteil an der Erhöhung der Farbtönung der Ester haben, reduziert werden können, und so kostspielige und zeitaufwendige Aufreinigungsschritte reduziert oder gar vermieden werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag darin, Additive für die Herstellung von thermoplastischen Zusammensetzungen bereit zu stellen, die neben ihrer Umweltverträglichkeit geeignet sind, die Eigenschaften der thermoplastischen Zusammensetzung in gewünschter Weise zu modifizieren und gleichzeitig thermoplastische Zusammensetzungen zu erhalten, die hohen Ansprüchen, wie in der Lebensmittelindustrie oder der Medizintechnik, genügen.
Einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der vorstehend genannten Aufgaben leisten die Gegenstände der kategoriebildenden Ansprüche, wobei die davon abhängigen Unteransprüche weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen darstellen.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Esters, mindestens basierend auf

a. mindestens einer Alkoholkomponente,
b. mindestens einer Carbonsäurekomponente, sowie
c. gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen,

i. Bereitstellen der Verfahrenskomponenten,
ii. Umsetzen der Verfahrenskomponenten unter Erhalt eines Ester A,
iii. Nachbehandeln des Ester A,

aa. mindestens einer Aktivkomponente, die als teilchenförmiger Feststoff in den Ester A eingebracht wird, sowie
bb. gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen
cc. zu einem Gemisch vereint wird, bevor
dd. dieses Gemisch in eine feste und eine flüssige Phase geteilt wird, wobei der Ester als flüssige Phase erhalten wird.

Als Alkoholkomponente zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist prinzipiell jede dem Fachmann bekannte und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet erscheinende Alkoholkomponente mit ein oder mehreren Hydroxygruppen geeignet. Der Begriff „Alkoholkomponente”, wie er hier verwendet wird, umfasst den Alkohol in seiner protonierten Form, den Alkohol in seiner deprotonierten Form, insbesondere Salze des Alkohols, als auch Mischungen des Alkohols in seiner protonierten Form und seiner deprotonierten Form oder Mischungen des Alkohols in seiner protonierten Form, seiner deprotonierten Form und eines oder mehrerer Salze des Alkohols.
Als Alkoholkomponente mit einer oder mehreren Hydroxygruppen werden vorzugsweise Alkohole mit einer Anzahl an Hydroxygruppen in einem Bereich von 1 bis 9, besonders bevorzugt 3 bis 8 und am meisten bevorzugt 3 bis 6 eingesetzt. Die Anzahl an Kohlenstoffatomen im Alkohol mit einer oder mehreren Hydroxygruppen liegt vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 30, besonders bevorzugt 3 bis 18, weiterhin bevorzugt 3 bis 10 und am meisten bevorzugt 3, 4, 6 oder 8.
Als Alkoholkomponente kann auch ein Alkohol in technischer Qualität eingesetzt werden. „Technische Qualität” bedeutet im Zusammenhang mit einem chemischen Stoff oder einer chemischen Zusammensetzung, dass der chemische Stoff oder die chemische Zusammensetzung geringe Mengen an Verunreinigungen aufweist. Insbesondere kann der chemische Stoff oder die chemische Zusammensetzung in einem Bereich von 5 bis 20 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-%, mehr bevorzugt von 5 bis 10 Gew.-% Verunreinigungen, bezogen auf die Gesamtmenge des chemischen Stoffs oder der chemischen Zusammensetzung, aufweisen. Besonders bevorzugt weist der chemische Stoff oder die chemische Zusammensetzung von 1,5 bis 5 Gew.-% Verunreinigungen auf. Unter Verunreinigungen werden alle Anteile verstanden, die von dem chemischen Stoff oder der chemischen Zusammensetzung verschieden sind. Beispielsweise kann Ethanol in technischer Qualität von 5 bis 8 Gew.-% Verunreinigungen aufweisen. Dieses Beispiel ist nicht auf alle Alkohole verallgemeinerbar, vielmehr ist der Anteil an Verunreinigungen in Bezug auf die Einordnung als „Technische Qualität” stoff- oder zusammensetzungsabhängig, oder auch vom Herstellungsverfahren abhängig. Dem Fachmann ist diese Einordnung in Abhängigkeit vom Stoff und dem Herstellungsverfahren geläufig.
Es ist ebenfalls denkbar, dass als Alkoholkomponente nicht ein einzelner Alkohol oder ein einzelner Alkohol technischer Qualität, sondern eine Mischung mehrerer Alkohole im Sinne der vorstehend genannten chemischen Zusammensetzung eingesetzt wird. Beispielweise können mehrere Formen des Alkohols entsprechend dem oben Gesagten als Mischung eingesetzt werden. Bevorzugt werden mehrere Alkohole, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale, wie unterschiedliche Anzahl an Kohlenstoffatomen, unterschiedliche Anzahl an Hydroxygruppen oder unterschiedliche Struktur, oder Alkohole, die sich gleichzeitig in zwei oder mehr der vorgenannten Merkmale unterscheiden, eingesetzt, wie sie beispielsweise aus großtechnischen Prozessen als technische Qualitäten erhalten werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eignen sich als Alkoholkomponente einwertige, zweiwertige, dreiwertige, vierwertige oder fünfwertige Alkohole, oder eine Mischung aus zwei oder mehr davon.
In diesem Zusammenhang geeignete Alkoholkomponenten basieren beispielsweise auf folgenden einwertigen Alkoholen: 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2,2-Dimethyl-1-propanol, 2-Methyl-1-propanol, 2,2-Dimethyl-1-propanol, 2-Methyl-2-propanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol, 2-Methyl-2-butanol, 3-Methyl-2-butanol, 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, Cyclopentanol, Cyclopentenol, Glycidol, Tetrahydrofurylalkohol, Tetrahydro-2H-pyran-4-ol, 2-Methyl-3-buten-2-ol, 3-Methyl-2-buten-2-ol, 3-Methyl-3-buten-2-ol, 1-Cyclopropyl-ethanol, 1-Penten-3-ol, 3-Penten-2-ol, 4-Penten-1-ol, 4-Penten-2-ol, 3-Pentin-1-ol, 4-Pentin-1-ol, Propargylalkohol, Allylalkohol, Hydroxyaceton, 2-Methyl-3-butin-2-ol, 1-Hexanol, 2-Hexanol, 3-Hexanol, i-Hexanol, 4-Methyl-2-pentanol, 4-Methyl-3-pentanol, 3-Methyl-1-pentanol, 3-Methyl-2-pentanol, Cyclohexanol, 1-Heptanol, 2-Heptanol, 3-Heptanol, 4-Heptanol, i-Heptanol, 5-Methyl-2-hexanol, 5-Methyl-3-hexanol, 5-Methyl-4-hexanol, 4-Methyl-1-hexanol, 4-Methyl-2-hexanol, 4-Methyl-3-hexanol, 3-Methyl-1-hexanol, 3-Methyl-2-hexanol, 1-Octanol, 2-Octanol, 3-Octanol, 4-Octanol, i-Octanol, 2-Ethylhexanol, 1-Nonanol, 2-Nonanol, 3-Nonanol, 4-Nonanol, 5-Nonanol, i-Nonanol, 1-Decanol, 2-Decanol, 3-Decanol, 4-Decanol, 5-Decanol, 1-Undecanol, 2-Undecanol, i-Undecanol, 1-Dodecanol, 2-Dodecanol, i-Dodecanol, 1-Tridecanol, 2-Tridecanol, i-Tridecanol, Tetradecanol, Hexadecanol, Guerbetalkohol, Heptadecanol, 1-Octadecanol, Oleylalkohol, Eicosanol, Behenylalkohol, oder zwei oder mehr davon.
Als Alkoholkomponente auf Basis zweiwertiger Alkohole eignen sich 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, Dihydroxyaceton, 2-Methyl-1,3-propandiol, 2-Butin-1,4-diol, 3-Buten-1,2-diol, 2,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,2-Butandiol, 2-Buten-1,4-diol, 1,2-Cyclopentandiol, 3-Methyl-1,3-butandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 4-Cyclopenten-1,3-diol, 1,2-Cyclopentandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,2-Pentandiol, 2,4-Pentandiol, 1,5-Pentandiol, 4-Cyclopenten-1,3-diol, 2-Methylen-1,3-propandiol, 2,3-Dihydroxy-1,4-dioxan, 1,6-Hexandiol, 2,5-Hexandiol, 3,4-Hexandiol, 1,2-Hexandiol, 1,2-Cyclohexandiol, 1,3-Cyclohexandiol, 1,2-Heptandiol, 1,7-Heptandiol, 2,6-Heptandiol, 3,4-Heptandiol, 1,2-Cycloheptandiol, 1,3-Cycloheptandiol, 1,4-Cycloheptandiol, 1,2-Octandiol, 1,8-Octandiol, 2,7-Octandiol, 4,5-Octandiol, 1,2-Cyclooctandiol, 1,3-Cyclooctandiol, 1,4-Cyclooctandiol, 1,5-Cyclooctandiol, 1,2-Nonandiol, 1,9-Nonandiol, 2-Methyl-1,9-octandiol, 2,2-Dimethyl-1,9-octandiol, oder zwei oder mehr davon.
Als Alkoholkomponente auf Basis dreiwertiger Alkohole eignen sich Glycerin, 1,2,4-Butantriol, Erythrose, Threose, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 2-Hydroxymethyl-1,3-propandiol oder zwei oder mehr davon.
Als Alkoholkomponente auf Basis vierwertiger Alkohole eignen sich Erythrit, Threit, Pentaerythrit, Arabinose, Ribose, Xylose, Ribulose, Xylulose, Lyxose, Ascorbinsäure, Gluconsäure-γ-lacton, oder zwei oder mehr davon.
Als Alkoholkomponente auf Basis fünfwertiger und höherer Alkohole eignen sich Arabit, Adonit, Xylitol und Dipentaerythrit.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Alkoholkomponente ausgewählt aus Glycerin, Glycerindimer, Glycerintrimer, Glycerintetramer, Oligoglycerine, Pentaerythrit, Pentaerythritdimer, Pentaerythrittrimer, Trimethylolpropan, Bistrimethylolpropan, Pentaerythrit, Pentaerythritdimer, n-Butanol, i-Butanol, n-Propanol, i-Propanol, 2,2-Dimethylpropanol, 2-Ethylhexanol, n-Octanol, i-Tridecanol, Cetylalkohol, Stearylalkohol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Butylglykol, Dibutylglykol, Tributylglykol, Polyethylenglykol oder zwei oder mehr davon.
In diesem Zusammenhang weiterhin geeignet sind Umsetzungsprodukte dieser Alkoholkomponenten mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid, wobei an mindestens einer, bevorzugt zwei oder mehreren, besonders bevorzugt allen Hydroxygruppen der Alkoholkomponente, jeweils unabhängig zwischen 2 und 30 Einheiten, besonders bevorzugt 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Einheiten, Ethylenoxid und/oder Propylenoxid umgesetzt wurden. Außerdem ist der Einsatz von Di-, Tri- oder Tetrabutylglykol vorstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Alkoholkomponente weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, an stickstoffhaltigen Verbindungen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Alkoholkomponente auf, wobei stickstoffhaltige Verbindungen sowohl stickstoffhaltige Alkoholkomponenten, als auch andere stickstoffhaltige organische Verbindungen sind. Weiterhin bevorzugt weist die Alkoholkomponente nicht Stickstoffatome (N) auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Alkoholkomponente weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, an aromatischen Zyklusverbindungen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Alkoholkomponente auf, wobei aromatische Zyklusverbindungen sowohl aromatische Zyklen aufweisende Alkohole, als auch andere aromatische Zyklusverbindungen sind. Weiterhin bevorzugt weist die Alkoholkomponente nicht aromatische Zyklusverbindungen auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, weist die Alkoholkomponente als Nichtmetallatome nur Nichtmetallatome ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Stickstoff (N) oder Wasserstoff (H), oder mehrere davon, vorzugsweise bestehend aus Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H), auf.
Als Carbonsäurekomponente zur Herstellung des Esters können prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Carbonsäuren eingesetzt werden. Der Begriff „Carbonsäurekomponente”, wie er hierin verwendet wird, umfasst die Carbonsäure in ihrer protonierten Form, die Carbonsäure in ihrer deprotonierten Form, und auch Salze der Carbonsäure, als auch Mischungen von mindestens zwei der vorstehenden, oder der Carbonsäure in ihrer protonierten Form, ihrer deprotonierten Form und mindestens eines oder mehrerer Salze der Carbonsäure.
Weiterhin umfasst der Begriff „Carbonsäurekomponente” grundsätzlich alle Verbindungen, die mindestens eine Carbonsäuregruppe aufweisen. Dieser Begriff umfasst auch Verbindungen, die neben der mindestens einen Carbonsäuregruppe andere funktionelle Gruppen, wie Ethergruppen, aufweisen.
Weiterhin umfasst der Begriff Carbonsäurekomponente die Säurehalogenide, insbesondere Chloride der Carbonsäure, sowie die Säureanhydride der Carbonsäure. Diese Carbonsäurekomponenten weisen vorzugsweise eine im Vergleich zur Carbonsäure gesteigerte Reaktivität der Carbonsäuregruppe auf, so dass bei einer Umsetzung mit einem Alkohol die Esterbildung begünstigt wird.
Bevorzugt werden als Carbonsäurekomponente Carbonsäureester eingesetzt, welche insbesondere bevorzugt auf pflanzlichen oder tierischen Ölen oder Fetten basieren, wobei insbesondere der Einsatz von Talg, wie etwa Rindertalg, Nierentalg oder Rindernierenfett, von Schmalz, von Fischöl, von Klauenöl, von Samenöl, wie etwa Arganöl, Aprikosenkernöl (Marillenkernöl), Baumwollsamenöl, Borretschöl (Boretschsamenöl), Distelöl, Erdnuss-öl, Haselnussöl, Hanföl, Hagebuttenkernöl, Holundersamenöl, Jojobaöl, Johannis-samenöl, Kokosöl/Kokosfett, Kukuiöl, Kiwisamenöl, Kürbiskernöl, Leinöl, Lein-dotteröl, Macadamiaöl, Mandelöl, Mohnöl, Nachtkerzenöl, Palmöl, Palmkernöl, Pfirsichkernöl, Rapsöl, Reisöl, Rizinusöl, Sanddornkernöl, Senföl (Schwarzkümmelöl, Sesamöl, Sheaöl/Sheabutter, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Walnussöl, Traubenkernöl, Weizenkeimöl oder Zedernöl, von Fruchtfleischfetten, wie etwa Olivenöl, Palmöl, Avokadoöl oder Sandornöl oder aber von Keimölen, wie etwa Rapskeimöl, Weizenkeimöl, Maiskeimöl, Reiskeimöl, Reisschalenöl, Sojakeimöl oder Sonnen-blumenkeimöl, oder einer Mischung aus zwei oder mehr davon, besonders bevorzugt ist. Am meisten bevorzugt ist der Einsatz von Talg, von Rapsöl sowie von Kokos-, Kanola-, Palm-, Soja- oder Sonnenblumenöl.
Sind Carbonsäureester ausgewählt, ist das Verfahren zur Herstellung eines Esters eine Umesterung.
Ferner kann als Carbonsäurekomponente auch eine Carbonsäure in technischer Qualität eingesetzt werden.
Es ist ebenfalls denkbar, dass als Carbonsäurekomponente nicht eine einzelne Carbonsäure oder eine einzelne Carbonsäure in technischer Qualität, sondern eine Mischung mehrerer Carbonsäuren eingesetzt wird. Beispielweise können mehrere Formen der Carbonsäure entsprechend dem oben Gesagten als Mischung eingesetzt werden. Bevorzugt werden mehrere Carbonsäuren gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmal, eine unterschiedliche Anzahl an Kohlenstoffatomen, eine unterschiedliche Anzahl an Carboxygruppen oder eine unterschiedliche Struktur, oder Carbonsäuren, die sich gleichzeitig in mehreren der vorgenannten Merkmale unterscheiden, eingesetzt, wie sie beispielsweise aus großtechnischen Prozessen als technische Qualitäten erhalten werden können. Dem Fachmann ist die stoffabhängige Menge an Verunreinigungen in der technischen Qualität geläufig.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der Einsatz von Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren.
Als Carbonsäurekomponenten kommen insbesondere gesättigte oder ungesättigte Carbonsäuren, Säurechloride der Carbonsäuren sowie Säureanhydride der Carbonsäuren mit einer Anzahl an Kohlenstoffatomen in einem Bereich von 6 bis 26, besonders bevorzugt in einem Bereich von 8 bis 24, noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 22, darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 12 bis 20 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 14 bis 18 in Frage. Weiterhin weisen die Carbonsäurekomponenten bevorzugt von 8 bis 12 C-Atome auf.
In diesem Zusammenhang geeignete Carbonsäurekomponenten sind beispielsweise abgeleitet von folgenden Monocarbonsäuren: Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Önanthsäure, Caprylsäure (Octansäure), i-Octansäure, Pelargonsäure (Nonansäure), Caprinsäure (Decansäure), Laurinsäure (Dodecansäure), Myristinsäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure oder auch ungesättigte Carbonsäuren wie z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, 3-Butensäure, 4-Pentensäure, 5-Hexensäure, 6-Heptensäure, 7-Octensäure, 8-Nonensäure, 9-Decensäure, Undecenylsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Vaccensäure, Icosensäure, Ricinolsäure, 12-Hydroxystearinsäure, Cetoleinsäure, Erucasäure, sowie mehrfach ungesättigte Carbonsäuren, beispielsweise Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure, Timnodonsäure, Clupanodonsäure oder Cervonsäure.
Als Carbonsäurekomponenten auf Basis von Dicarbonsäuren eignen sich beispielsweise Malonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Weinsäure, Äpfelsäure, α-Ketoglutarsäure, Oxalessigsäure, o-Phthalsäure, m-Phthalsäure oder p-Phthalsäure. Beispiele für eine geeignete Tricarbonsäure sind Trimellitinsäure oder Zitronensäure. Denkbar ist ferner der Einsatz einer Mischung aus mindestens zwei der vorstehend genannten Carbonsäurekomponenten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Carbonsäurekomponente ausgewählt aus Octansäure, i-Octansäure, Nonansäure, i-Nonansäure, 9-Decensäure, Decansäure, i-Decansäure, Sebacinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Azelainsäure, HOOC-C₃₆H₇₂-COOH, Phthalsäureanhydrid.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Carbonsäurekomponente genau eine Carboxygruppe auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Carbonsäurekomponente weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, an stickstoffhaltigen Verbindungen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Carbonsäurekomponente auf, wobei stickstoffhaltige Verbindungen sowohl stickstoffhaltige Carbonsäuren, als auch andere stickstoffhaltige organische Verbindungen sind. Weiterhin bevorzugt weist die Carbonsäurekomponente nicht Stickstoffatome (N) auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Carbonsäurekomponente weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, an aromatischen Zyklusverbindungen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Carbonsäurekomponente auf, wobei aromatische Zyklusverbindungen sowohl aromatische Zyklen aufweisende Carbonsäuren, als auch andere aromatische Zyklusverbindungen sind. Weiterhin bevorzugt weist die Carbonsäurekomponente nicht aromatische Zyklusverbindungen auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, weist die Carbonsäurekomponente als Nichtmetallatome nur Nichtmetallatome ausgewählt aus der Gruppe Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Stickstoff (N) oder Wasserstoff (H), vorzugsweise Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O) oder Wasserstoff (H), oder mehrere davon, auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Carbonsäurekomponente weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, an hydroxygruppenhaltigen Verbindungen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Carbonsäurekomponente auf, wobei hydroxygruppenhaltige Verbindungen sowohl Hydroxycarbonsäuren, als auch andere hydroxygruppenhaltige organische Verbindungen sind. Weiterhin bevorzugt weist die Carbonsäurekomponente nicht Hydroxygruppen auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Carbonsäurekomponente eine Mischung aus Adipinsäure, oder einem Adipinsäurederivat, als Dicarbonsäure, und mindestens einer Monocarbonsäure.
Als Ölsäure kann „reine” wie „technische Ölsäure” eingesetzt werden. Unter einer reinen Ölsäure wird eine Zusammensetzung verstanden, die mehr als 98 Gew.-% Ölsäure enthält. Unter einer „technischen Ölsäure” versteht man eine Zusammensetzung, die zu 98 Gew.-% oder weniger Ölsäure enthält. Eine solche technische Ölsäure enthält z. B. in einem Bereich von 60 bis 75 Gew.-% Ölsäure, von 5 bis 20 Gew.-% Linolsäure und von 0 bis 5 Gew.-% Stearinsäure, in Bezug auf das Gesamtgewicht der technischen Ölsäure, wobei die Summe der Gewichtsprozente 100 ergibt. Eine geeignete, technische Ölsäure wird z. B. von Cognis Oleochemicals GmbH, Deutschland, unter der Bezeichnung „Edenor TiO5” vertrieben. Eine solche, bevorzugt einsetzbare technische Ölsäure kann aus tierischen Fetten, beispielsweise Rindertalg, gewonnen werden. Ebenso kann man eine technische Ölsäure mit einem höheren Gehalt an Ölsäure einsetzen, z. B. mit 80 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 85 bis 95 Gew.-% und weiterhin bevorzugt 90 bis 95 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Ganz besonders bevorzugt ist eine technische Ölsäure mit 96 bis 98 Gew.-% Ölsäure, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Bevorzugt ist weiterhin eine andere technische Ölsäure mit ca. 80 bis 90 Gew.-% Ölsäure, 2 bis 10 Gew.-% Linolsäure, 2 bis 6 Gew.-% Stearinsäure und 2 bis 6 Gew.-% Palmitinsäure, in Bezug auf das Gesamtgewicht der anderen technischen Ölsäure, wobei die Summe der Gewichtsprozente 100 ergibt. Eine solche andere technische Ölsäure wird z. B. als „high oleic” Sonnenblumenöl oder HO-Sonnenblumenöl vertrieben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist Pentaerythritdioleat aus Ölsäure als Carbonsäurekomponente und Pentaerythrit als Alkoholkomponente herstellbar. Hierbei können neben reinem Pentaerythrit und reiner Ölsäure auch deren technische Qualitäten als Edukte eingesetzt werden. Beim Einsatz von technischen Qualitäten wird meist ein Produkt erhalten, das mindestens 40, bevorzugt mindestens 50, besonders bevorzugt mindestens 60, und darüber hinaus bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf dieses Produkt, Pentaerythritdioleat enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist Sebacinsäuredi(n-butyl)ester aus Sebacinsäure als Carbonsäurekomponente und n-Butanol als Alkoholkomponente herstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist Stearinsäureisobutylester aus Stearinsäure als Carbonsäurekomponente und 2-Butanol als Alkoholkomponente herstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist Stearinsäurebutylester aus Stearinsäure als Carbonsäurekomponente und 1-Butanol als Alkoholkomponente herstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Palmölkomplexester aus einer Mischung aus Adipinsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure als Carbonsäurekomponente und Pentaerythrit als Alkoholkomponente herstellbar. Bevorzugt kann man eine Mischung aus 10 bis 30 Gew.-% Adipinsäure, 30 bis 45 Gew.-% Palmitinsäure und 40 bis 50 Gew.-% Stearinsäure einsetzen, bezogen auf die Carbonsäurekomponente, wobei die Summe der Gewichtsprozente 100 ergibt. Hieraus ergibt sich, daß ein Komplexester im Sinne dieser Erfindung eine Mischung aus zwei oder mehr einzelnen Ester ist, die obgleich allgemein in Reinform vorliegen, gelegentlich in geringen Mengen von Ester verschiedene Verunreinigungen aufweisen können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist Trimethylol-iso-nonanat aus i-Nonansäure als Carbonsäurekomponente und Trimethylolpropan als Alkoholkomponente herstellbar. Anstelle von i-Nonansäure ist auch ein C_8/10-Carbonsäureschnitt, erhältlich bei der Fettsäureherstellung aus pflanzlichen oder tierischen Fetten, einsetzbar, in dem der Anteil an C₈- bzw. C₁₀-Carbonsäure jeweils unabhängig in einem Bereich von 40–50 Gew.-% beträgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Komplexester I aus 30 bis 70 Gew.-% i-Nonansäure, 10 bis 40 Gew.-% eines C_8/10-Carbonsäureschnitts und 2 bis 30 Gew.-% Dimersäure (Mischung isomerer Dimere aus C₁₈-Fettsäuren, Pripol^TM 1022, Uniqema, Gouda, Niederlande) als Carbonsäurekomponente sowie 10–30 Gew.-% Pentaerythritdimer als Alkoholkomponente einsetzbar, wobei die Summe der Gewichtsprozente 100 ergibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Sebacinsäuredioctylester aus Sebacinsäure als Carbonsäurekomponente und 2-Ethylhexanol als Alkoholkomponente herstellbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Esters aus einer Carbonsäurekomponente und einer Alkoholkomponente kann in Gegenwart weiterer Zusatzstoffe erfolgen, beispielsweise ein oder mehrerer Katalysatoren, Stabilisatoren, Antioxidantien, Viskositätsreglern und Gemischen daraus.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt. Prinzipiell ist hier jede dem Fachmann bekannte und zur Katalyse der erfindungsgemäßen Veresterungen geeignet erscheinende Verbindung als Katalysator geeignet.
Bevorzugt wird der Katalysator, oder eine Katalysatormischung, in einem Bereich von 0,0001 bis 5 Gew.-%, bevorzugt von 0,0005 bis 4 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,001 bis 3,5 Gew.-%, zudem bevorzugt von 0,004 bis 3,0 Gew.-%, jeweils in Bezug auf die Gesamtmenge der Verfahrenskomponenten a. und b., eingesetzt. Besonders bevorzugt liegt die zugegebene Katalysatormenge in einem Bereich von 0,006 bis 2,5 Gew.-%, von 0,008 bis 2,2 Gew.-%, von 0,01 bis 2,0 Gew.-%, von 0,03 bis 1,8 Gew.-%, von 0,05 bis 1,6 Gew.-% oder von 0,08 bis 1,3 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Verfahrenskomponenten a. und b.. Noch mehr bevorzugt ist ein Bereich von 0,1 bis 1,2 Gew.-%, von 0,2 bis 1,1 Gew.-%, von 0,3 bis 1,0 Gew.-% oder von 0,4 bis 0,9 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Verfahrenskomponenten a. und b.. Genauso bevorzugt ist ein Gewichtsanteil von 0,5 bis 0,8 Gew.-% sowie von 0,6 bis 0,7 Gew.-% an Katalysator, oder Katalysatormischung, in Bezug auf die Gesamtmenge der Verfahrenskomponenten a. und b..
Ist der Katalysator bei Raumtemperatur ein Feststoff, liegt der Katalysator bevorzugt in Form von Teilchen, beispielsweise gemahlen vor. Hierbei ist eine Teilchengröße in einem Bereich von 10 μm bis 2 mm, insbesondere 20 bis 500 μm bevorzugt. Entsprechend dem zuvor Gesagten weisen vorzugsweise mindestens 40 Gew.-%, insbesondere mindestens 45 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, und am meisten bevorzugt in einem Bereich von mindestens 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% der Partikel, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, eine Teilchengröße in den zuvor bezeichneten Bereichen auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, oder mindestens 90 Gew.-%, bis zu 95 Gew.-%, oder 98 Gew.-% des Katalysators, bezogen auf die Gesamtmenge an Katalysator, im Reaktor vor. Mit dem zuvor Gesagten entspricht es einer besonders bevorzugten Ausführungsform, wenn der Katalysator nicht als Festbettkatalysator ausgestaltet, oder nicht in eine Polymermatrix eingebunden, oder nicht in einem Zeolith absorbiert, oder nicht auf eine Trägerfläche aufgetragen ist.
Als Katalysator kann vorteilhafterweise mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Protonendonator oder Elektronendonator, oder beides eingesetzt werden.
Als Katalysator aus der Gruppe der Protonendonatoren eignen sich beispielsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure, aliphatische oder aromatische Sulfonsäuren, wie Methansulfonsäuren oder Benzolsulfonsäuren wie o- oder m-Toluolsulfonsäure, besonders bevorzugt p-Toluolsulfonsäure oder Methansulfonsäure. Ebenso ist vorstellbar, fluorierte aliphatische oder aromatische Sulfonsäuren, besonders bevorzugt Trifluormethansulfonsäure, einzusetzen.
Als Katalysatoren aus der Gruppe der Elektronendonatoren eignen sich vorzugsweise Metalle, Metallverbindungen, oder reduzierende Säuren. Als Metalle eignen sich insbesondere Zinn, Titan, Zirkonium, die bevorzugt als feinverteilte Metallpulver eingesetzt werden. Als Metallverbindungen eignen sich die Salze, Oxide oder löslichen organischen Verbindungen der zuvor beschriebenen Metalle, oder einer Mischung aus mindestens zwei davon. Die Metallverbindungen sind im Gegensatz zu den Protonendonatoren Hochtemperaturkatalysatoren, die ihre volle Aktivität in der Regel erst bei Temperaturen oberhalb 180°C erreichen. Sie sind erfindungsgemäß bevorzugt, weil im Vergleich zur Katalyse mit Protonendonatoren weniger Nebenprodukte, wie beispielsweise Olefine, gebildet werden. Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Katalysatoren sind a) eine oder mehrere zweiwertige Zinnverbindungen, oder b) ein oder mehrere Zinnverbindungen und elementares Zinn, die sich mit den Edukten zu zweiwertigen Zinnverbindungen umsetzen können. Beispielsweise kann als Katalysator Zinn, Zinn(II)chlorid, Zinn(II)sulfat, Zinn(II)alkoholate, oder Zinn(II)salze von organischen Säuren, insbesondere von Mono- und Dicarbonsäuren, z. B. Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat, oder einer Mischung aus mindestens zwei davon, eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Zinnkatalysatoren sind Zinn(II)oxalat und Zinn(II)octoat.
Als Katalysatoren der Gruppe der reduzierenden Säuren eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden reduzierenden Säuren. Besonders bevorzugt sind unterphosphorige Säure, schweflige Säure, Oxalsäure, Ascorbinsäure, oder zwei oder mehr davon.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Katalysator eine Mischung eingesetzt, die mindestens zwei, insbesondere mindestens drei Katalysatoren aus einer oder mehreren der obengenannten Gruppen beinhaltet. Besonders bevorzugt werden zwei oder mehrere Katalysatoren ausgewählt, wobei jeder Katalysator aus jeweils verschiedenen der oben genannten Gruppen ausgewählt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Katalysatormischung eingesetzt, beinhaltend mindestens zwei verschiedene Katalysatoren, wobei der erste Katalysator aus der Gruppe der Protonendonatoren und der mindestens eine weitere Katalysator aus der Gruppe der Elektronendonatoren, oder einer Mischung von zwei oder mehr davon, ausgewählt ist. Solche Katalysatormischung können bei im Vergleich zu den Hochtemperaturkatalysatoren niedrigeren Temperaturen, z. B. zwischen 140 und 180°C, oder zwischen 120 und 185°C, eine hohe katalytische Aktivität aufweisen. Gleichzeitig werden wegen der niedrigeren Prozeßtemperatur weniger farbig erscheinende Nebenprodukte, insbesondere weniger Stoffe, die eine gelbliche oder bräunliche Färbung bewirken, gebildet. Besonders bevorzugt als Katalysatormischung ist eine Mischung beinhaltend p-Toluolsulfonsäure und eine Zinnverbindung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Katalysator oder die Katalysatormischung nicht Zinnoxid.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist als Katalysator eine Mischung aus 0,001 bis 1 Gew.-% eines Elektronendonators der Gruppe Metall oder Metallverbindung, 0,001 bis 1 Gew.-% eines Protonendonators und 0,001 bis 1 Gew.-% eines zweiten Elektronendonators aus der Gruppe reduzierende Säure, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Verfahrenskomponenten a. und b., einsetzbar. Besonders bevorzugt wird als Metallverbindung Zinnoxalat, als Protonendonator p-Toluolsulfonsäure und als reduzierende Säure Unterphosphorige Säure ausgewählt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Zusatzstoff ein Katalysator eingesetzt wird, der ein oder mehrere Verbindungen beinhaltet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid und Strontiumhydroxid. So ein Katalysator ist insbesondere bevorzugt, wenn als Carbonsäurekomponente besonders Carbonsäureester ausgewählt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der mindestens eine Ester zwischen 1 und 6 Estergruppen aufweist.
Im Rahmen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrenskomponenten a., b., d. und gegebenenfalls c. zunächst im Verfahrensschritt i. eingesetzt. Die Reihenfolge und die Art und Weise der Zugabe der einzelnen Komponenten a., b., d. und gegebenenfalls c. in den Reaktor ist grundsätzlich unkritisch. Bevorzugt werden alle zu einer Umsetzung benötigten Verfahrenskomponenten, die einer der Gruppen ausgewählt aus Alkoholkomponente, Carbonsäurekomponente und Katalysator, zuzurechnen sind, jeweils als Verfahrenskomponenten innerhalb der jeweiligen Gruppe wenigstens teilweise zeitgleich in den Reaktor eingebracht. Dabei können die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Esters vorgesehenen Carbonsäurekomponenten und Alkoholkomponenten vorgelegt und anschließend in Gegenwart eines geeigneten Katalysators, oder einer geeigneten Katalysatormischung, umgesetzt werden. Des weiteren entspricht es einer bevorzugten Ausführungsform, die Katalysatorkomponenten zusammen mit einer der Verfahrenskomponenten ausgewählt aus einer der Gruppen der Alkoholkomponenten oder Carbonsäurekomponenten vorzulegen und anschließend die anderen Komponenten hinzu zu geben. Werden die Katalysatorkomponenten zusammen mit einer Verfahrenskomponente in den Reaktor eingebracht, so kann dies durch gleichzeitiges Einbringen, sowie durch Einbringen als Mischung, Lösung, Suspension oder Dispersion geschehen.
Die Bereitstellung im Reaktor der Verfahrenskomponenten a., b., d. und der Zusatzstoffe c. erfolgt in flüssiger oder in fester Form. Es kann bevorzugt sein, bei Umgebungstemperatur feste Verfahrenskomponenten zur Bereitstellung durch Erwärmen zu verflüssigen. Es ist sowohl denkbar, dass die Verflüssigung im Zuge der Bereitstellung, z. B. mittels einer Vorwärmstufe durchgeführt wird, als auch, dass diese Verfahrenskomponenten bei erhöhter Temperatur flüssig gelagert werden und von der Vorhaltestelle thermostatisiert und in einer isolierten Leitung durch eine Dosiervorrichtung geführt werden. Die Zugabe der Verfahrenskomponenten in flüssiger Form ermöglicht eine einfache Dosierung und fördert eine zügige Vermischung der in den Reaktor eingebrachten Verfahrenskomponenten.
Als Dosierungsvorrichtungen eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Vorrichtungen. Besonders geeignet sind elektrisch ansteuerbare Absperrventile oder Förderpumpen.
Die Zugabe der Zusatzstoffe c. erfolgt im allgemeinen in einem separaten Schritt zu den schon vorgelegten Komponenten a., b. und d.. Handelt es sich hierbei um Feststoffe, so werden diese bevorzugt durch eine Schleuse an der Oberseite des Reaktors eingebracht, wobei der Reaktorinhalt stark gerührt wird. Besonders bevorzugt kann als Schleuse eine Zellenradschleuse eingesetzt werden. Es ist oftmals vorteilhaft, die Komponenten im Rahmen der Bereitstellung unter Rühren zu vermischen.
Falls als Zusatzstoff mindestens ein Katalysator, oder eine Katalysatormischung, eingesetzt wird, wird bevorzugt ein Feststoffgemisch, eine Suspension oder eine flüssige Mischung eingesetzt. Bevorzugt wird der Katalysator oder die Katalysatormischung erst zu Beginn der Umsetzung zugegeben.
Die Durchführung der Umsetzung der Verfahrenskomponenten im Verfahrensschritt ii. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch alle dem Fachmann bekannte und geeignet erscheinende Verfahren erfolgen. Dabei kann es vorteilhaft sein, bei der Reaktion gebildetes Wasser aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen, wobei dieses Entfernen des Wassers vorzugsweise durch Destillation, gegebenenfalls durch Destillation mit im Überschuss eingesetzten Alkohol, während der Umsetzung erfolgt.
Auch kann nach Durchführung der Umsetzung nicht reagierter Alkohol aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden, wobei diese Entfernung des Alkohols vorzugsweise mittels Destillation erfolgt. Weiterhin kann nach Beendigung der Umsetzung, insbesondere nach der Abtrennung von nicht umgesetztem Alkohol im Reaktionsgemisch vorliegender Katalysator, gegebenenfalls nach Behandlung mit einer Base, durch Waschen mit Wasser, eine Filtration oder durch Zentrifugieren abgetrennt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Umsetzung bei einer Temperatur in einem Bereich von 50 bis 300°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 250°C und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 280°C, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 270°C und weiterhin bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 250°C durchzuführen. Die bevorzugten Temperaturen hängen von der gewählten Alkoholkomponente, dem Reaktionsfortschritt, der Katalysatorart und der Katalysatorkonzentration ab. Diese können für jeden Einzelfall durch Versuche leicht ermittelt werden. Höhere Temperaturen erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeiten und begünstigen Nebenreaktionen, beispielsweise eine Wasserabspaltung aus Alkoholen oder die Bildung farbiger Nebenprodukte oder beides.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Umsetzung der Verfahrenskomponenten bei einer Temperatur in einem Bereich von 50 bis 160°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 80 bis 150°C und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 140°C, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 120 bis 140°C durchzuführen. Vorzugsweise werden dann als Katalysator oder Katalysatorgemisch Protonensäuren eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden dann keine weiteren Katalysatoren zugegeben.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Verfahrenskomponenten während der Umsetzung durch Rühren gleichmäßig vermischt zu halten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird während der Umsetzung ein Teil der Verfahrenskomponenten kontinuierlich aus dem Reaktor abgeführt, über eine Förderleitung einem externen Durchlaufwärmetauscher zugeführt und danach in den Reaktor zurückgeführt. Der externe Durchlaufwärmetauscher kann in jeder dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Art ausgeführt sein. Bevorzugt kann als Durchlaufwärmetauscher ein Plattenwärmetauscher, ein Rohrbündelwärmetauscher oder ein Fallfilmverdampfer oder eine Kombination aus mindestens zwei davon, besonders bevorzugt mindestens ein Fallfilmverdampfer, eingesetzt werden. Weiterhin ist der Abstrom des Durchlaufwärmetauschers mit dem Reaktor bevorzugt über eine Rückführung von nicht mehr als 300 cm bis 1 cm Länge, besonders bevorzugt weniger als 200 cm bis 10 cm Länge, am meisten bevorzugt weniger als 100 cm bis 40 cm Länge, verbunden. Besonders bevorzugt ist der Abstrom des Durchlufwärmetauschers direkt, vorzugsweise über einen Flansch, an der Reaktoroberseite verbunden.
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, den in der Umsetzung ii. erhaltenen Ester A nachzubehandeln.
Unter „Nachbehandeln” werden alle denkbaren und dem Fachmann geläufigen Schritte und Verfahren verstanden, die unternommen werden können, um den in dem Verfahrensschritt ii. erhaltenen Ester A von Nebenprodukten, Verunreinigungen, Katalysatoren und anderen Zusatzstoffen zu reinigen oder solche Verfahren, mit denen der Ester A zu einem Endprodukt weiterverarbeitet wird. Hierunter werden insbesondere Destillations-, Sorptions-, Filtrier-, Bleich-, Zentrifugier-, Wasch-, Kristallisations- oder Trocknungsverfahren, sowie weiterführende Umsetzungen, oder eine Kombination aus mindestens zwei oder mehr davon, verstanden. Bevorzugt sind Druckfiltrier-, Bleich- und Sprühtrocknungsverfahren.
Zum Nachbehandeln wird der Ester A erfindungsgemäß in einen Aufarbeitungsbehälter überführt. Dies kann direkt über eine fluidleitende Verbindung, oder über eine Zwischenstufe geschehen, z. B. über eine Wärmeaustauschzone erfolgen. Eine solche Wärmeaustauschzone kann eingesetzt werden, wenn die Nachbehandlung bei einer von der Temperatur der Umsetzung verschiedenen Temperatur durchgeführt werden soll. Bevorzugt liegt die Temperatur bei der Nachbehandlung in einem Bereich von 10 bis 200°C, besonders bevorzugt von 50 bis 100°C, weiter bevorzugt von 60 bis 90°C und am meisten bevorzugt von 70 bis 80°C unter der Temperatur bei Umsetzung.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ester A im Aufarbeitungsbehälter mit

aa. mindestens einer Aktivkomponente, die als teilchenförmiger Feststoff in den Ester A eingebracht wird, sowie
bb. gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen
cc. zu einem Gemisch vereint, bevor
dd. dieses Gemisch in eine feste und eine flüssige Phase geteilt wird, wobei als flüssige Phase ein Ester B erhalten wird.

Als Aktivkomponente kann prinzipiell jede dem Fachmann bekannte und zur Nachbehandlung geeignet erscheinende Aktivkomponente eingesetzt werden. Ebenso kann auch eine Mischung von zwei oder mehreren Aktivkomponenten eingesetzt werden. Unter Aktivkomponenten im Sinne der Erfindung werden insbesondere Stoffe verstanden, die einen Beitrag zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften oder der Reinheit des erfindungsgemäß hergestellten Ester A, oder zu beidem, leisten können, ohne den erfindungsgemäßen Ester A durch eine chemische Reaktion in seiner Identität zu verändern. Erfindungsgemäß wird die Aktivkomponente als teilchenförmiger Feststoff in den Ester A eingebracht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von der Aktivkomponente in einem Bereich von 0,01 bis 20 Teile zu 100 Teilen Verfahrenskomponenten in den Ester A eingebracht. Weiter bevorzugt werden von der Aktivkomponente in einem Bereich von 0,05 bis 10 Teile, oder von 0,1 bis 5 Teile, insbesondere von 0,2 bis 3 Teile, von 0,2 bis 2 Teile, oder von 0,2 bis 1 Teile, jeweils zu 100 Teilen Verfahrenskomponenten, ausgewählt. Noch mehr bevorzugt werden von der Aktivkomponente in einem Bereich von 0,25 bis 0,8 Teile, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 Teile, am meisten bevorzugt von 0,4 bis 0,6 Teile, also beispielsweise 0,5 Teile, jeweils zu 100 Teilen Verfahrenskomponenten, ausgewählt. Gelegentlich kann auch von der Aktivkomponente in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 Teile, insbesondere 0,7 bis 0,8 Teile, jeweils zu 100 Teilen Verfahrenskomponenten, bevorzugt ausgewählt sein.
Als Partikelgrößen der als teilchenförmiger Feststoff eingebrachten Aktivkomponente kommen grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten und für den Zweck der vorliegenden Erfindung geeignet erscheinenden Partikelgrößen in Betracht. Als teilchenförmig wird der Feststoff insbesondere dann bezeichnet, wenn mindestens ein Teil seiner Partikel eine Partikelgröße von 8 μm bis 5 mm aufweist.
Entsprechend dem zuvor Gesagten weisen vorzugsweise mindestens 70 Gew.-%, insbesondere mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, und am meisten bevorzugt in einem Bereich von mindestens 95 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% der Partikel, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkomponenten, eine Partikelgröße in einem Bereich von 8 μm bis 0,1 mm, auf. Gleichfalls gelten die im vorstehenden Satz bezeichneten Gewichtsprozentangaben jeweils für die nachfolgenden Partikelgrößenbereiche: von 10 μm bis 300 μm, oder bevorzugt von 10 bis 100 μm, oder von 10 μm bis 50 μm, oder 12 μm bis 40 μm, oder von 15 μm bis 32 μm, insbesondere von 15 μm bis 25 μm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkomponente.
Die als teilchenförmiger Feststoff vorliegende Aktivkomponente kann Partikel einer einzigen Partikelgröße aufweisen, oder Partikel mehrerer Partikelgrößen, die eine Partikelgrößenverteilung bilden. Liegt eine Partikelgrößenverteilung vor, ist eine einer Glockenkurve nahekommende oder dieser entsprechenden Verteilung bevorzugt.
Weiterhin ist es auch möglich, dass Agglomerate von Partikel auftreten, wenn zwei oder mehrere Partikel aneinander haften. Auch solche Agglomerate werden durch den erfindungsgemäßen Partikelbegriff unabhängig von deren Zusammensetzung und Entstehen umfasst.
Ferner entspricht es einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die Aktivkomponente so auszuwählen, dass ihr Feinstaubanteil möglichst gering ist. Unter dem Feinstaubanteil wird derjenige Gewichtsanteil an Partikeln verstanden, der eine Partikelgröße von weniger als 8 um aufweist. Bevorzugt beträgt der Feinstaubanteil weniger als 30 Gew.-%, weniger als 20 Gew.-%, weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, oder weniger als 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkomponente. Oftmals liegt der Feinstaubanteil in einem Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkomponente.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Aktivkomponente eine BET-Oberfläche nach DIN 66131 in einem Bereich von 0,50 bis 1500 m²/g auf. Oftmals werden Aktivkomponenten mit einer BET-Oberfläche in einem Bereich von 50 bis 250 m²/g, von 70 bis 190 m²/g, oder von 90 bis 140 m²/g bevorzugt. Ein weiterer bevorzugter Bereich liegt in einem Bereich von 850 bis 1100 m²/g, weiterhin von 900 bis 1050 m²/g und besonders bevorzugt von 950 bis 1000 m²/g.
Als Aktivkomponente eignen sich beispielsweise Sorbentien ausgewählt aus der Gruppe anorganische Silizium-Sauerstoffverbindungen, Aktivkohle, Kieselgur, Ionentauscher, oder zwei oder mehr davon. Bevorzugt werden anorganische Silizium-Sauerstoffverbindungen oder Aktivkohle, oder beides, eingesetzt.
Der Begriff ”Aktivkohle” umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Aktivkohle-Ruß, Aktivkohle-Koks und Graphit. Gelegentlich werden jedoch nicht Aktivkohle-Molekularsiebe als „Aktivkohle” eingesetzt. Erfindungsgemäß wird bevorzugt als Aktivkohle eine solche ausgewählt, die zu mehr als 80 Gew.-%, oder mehr als 90 Gew.-%, oder mehr als 95 bis 99 Gew.-% aus Kohlenstoff, besonders bevorzugt aus elementarem Kohlenstoff besteht. So eine Aktivkohle ist dann besonders vorteilhaft, wenn sie eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 800 bis 1100 m²/g, weiterhin bevorzugt von 850 bis 1050, oder von 900 bis 1050, oder von 900 bis 1000 m²/g aufweist.
Neben einer direkten Verwendung als Sorbens kann Aktivkohle auch in Verbindung mit einem weiteren Sorbens, oder auf einem Trägermaterial, oder beiden, eingesetzt werden. Wird die Aktivkohle in Verbindung mit mindestens einem weiteren Sorbens eingesetzt, kann der Gehalt an Aktivkohle in einem weiten Bereich schwanken, z. B. zwischen 0,1 und 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Sorbentien. Vorzugsweise liegt der Anteil an Aktivkohle zwischen 0,5 und 70 Gew.-%, insbesondere zwischen 5 und 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Sorbentien. Eine gleichförmige homogene Verteilung der Aktivkohle ist besonders vorteilhaft.
Ferner sind auch mit Aktivkohle beschichtete Sorbentien als Aktivkomponente einsetzbar. In diesem Fall ist die Aktivkohle zumindest teilweise mit einem Trägermaterial verbunden. Das Trägermaterial kann sowohl amorph, als auch kristallin oder in einer Mischform aus beidem vorliegen. Als Trägermaterial kann weiterhin bevorzugt oxidisches Material eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind amorphe, vorzugsweise amorphe oxidische Trägermaterialien, die bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trägermaterial, kristallines Material enthalten können. Sofern kristalline Anteile, z. B. Zeolith oder Aluminiumphosphat, enthalten sind, liegt deren Anteil vorteilhaft im Bereich von 0,5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Sorbentien.
Als Aktivkomponente eignet sich ebenfalls eine anorganische Silizium-Sauerstoffverbindung, bevorzugt ein Silikat, oder zwei oder mehr davon. Die anorganische Silizium-Sauerstoffverbindung weist vorteilhafterweise eine BET-Oberfläche von 150 bis 240 m²/g, besonders bevorzugt von 180 bis 220 m²/g, bspw. 195 m²/g auf.
Als Silikat wird vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen eingesetzt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kieselsäure, insbesondere in disperser oder hochdisperser Form, Kieselgur, Tonmineral, insbesondere Montmorillonit oder Bentonit, oder Zeolithe, oder zwei oder mehr davon.
Besonders bevorzugt wird als anorganische Silizium-Sauerstoffverbindung Kieselgur oder Bentonit, oder beides, eingesetzt. Als Bentonit eignet sich besonders bevorzugt Calciumbentonit, ganz besonders bevorzugt säureaktivierter Calciumbentonit.
Ferner kann eine Kombination aus zwei oder mehr Aktivkomponenten, insbesondere eine Kombination aus mindestens einer anorganischen Silizium-Sauerstoffverbindung und mindestens einer Aktivkohle, oder zwei oder mehr davon, eingesetzt werden. Wird eine solche Kombination aus mindestens einer anorganischen Silizium-Sauerstoff-Verbindung und mindestens einer Aktivkohle eingesetzt, wird vorteilhaft ein Verhältnis von anorganischer Silizium-Sauerstoff-Verbindung zu Aktivkohle in einem Bereich von 10:1 bis 1:10, oder von 5:1 bis 1:5, oder von 5:1 bis 1:1, besonders bevorzugt von 4:1 bis 1,5:1 eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt ist eine Kombination von anorganischer Silizium-Sauerstoffverbindung zu Kohleverbindung in einem Bereich 3:1 bis 2:1.
Wird Kieselgur als Aktivkomponente ausgewählt, ist Kieselgur mit einer BET-Oberfläche von 0,5 bis 7 m²/g bevorzugt. Weiter bevorzugt ist Kieselgur mit einer gewichtsgemittelten Partikelgröße von 10 bis 50 μm, oder von 20 bis 40 μm. Die Partikelgröße kann mit einem Leeds & Northrup „X100 Microtrac particle size analyzer” bestimmt werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt können zur Nachbehandlung des Ester A weitere Hilfsstoffe in den Aufarbeitungsbehälter eingebracht werden. Als Hilfsstoffe können hierzu alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Stoffe ausgewählt werden.
Als Hilfsstoffe eignen sich beispielsweise Antistatika, Antoxidantien, Antibackmittel, Rieselmittel, Inhibitoren, Trocknungsmittel, rheologische Modifikatoren, oder zwei oder mehr davon.
Weiterhin kann eine Mischung von zwei oder mehreren der vorstehend genannten Hilfsstoffe, die der gleichen oder verschiedenen der vorstehend genannten Gruppen von Hilfsstoffen zugerechnet werden, eingesetzt werden.
Ferner ist denkbar, dass der Ester A, die Aktivkomponente oder der Hilfsstoff, oder mehrere davon, einen Gehalt einer Flüssigkeit aufweisen. Diese kann sowohl in Bezug auf den flüssigkeitaufweisenden Stoff herstellungsbedingt, aus der Umgebung eingetragen oder gewollt in den Stoff eingebracht worden sein, z. B., um eine Staubfreisetzung bei der Handhabung eines teilchenförmigen Feststoffs zu vermeiden. Dieses erfolgt beispielsweise, wenn die Aktivkomponente als Aufschlämmung eingesetzt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Aktivkomponente als teilchenförmiger Feststoff mit weniger als 5 Gew.-% einer Flüssigkeit, bezogen auf die Aktivkomponente, in den Ester A eingebracht.
Die in den Aufarbeitungsbehälter überführten und eingebrachten Stoffe werden zu einem Gemisch vereint. Dies kann prinzipiell auf jede dem Fachmann bekannte und geeignet erscheinende Art erfolgen. Beispielsweise können die Stoffe mit einem Rührer, durch Umpumpen des Gemischs oder durch Einleiten eines Gases im unteren Bereich des Aufarbeitungsbehälters vermischt werden. Das so erhaltene Gemisch kann durch weiteres Vermischen, bspw. Rühren, homogenisiert werden.
Danach wird das Gemisch in eine feste und eine flüssige Phase geteilt, wobei der Ester als flüssige Phase erhalten wird. Zur Teilung des Gemischs kann jedes Verfahren eingesetzt werden, das dem Fachmann geeignet erscheint. Bevorzugt werden Filtrier-, Druckfiltrier-, Abscheide- oder Zentrifugierverfahren. Besonders bevorzugt sind Druckfiltrierverfahren. Unter einem Druckfiltrierverfahren wird ein solches verstanden, bei dem ein zu filtrierendes Gemisch mit Druck beaufschlagt und in einer Filtervorrichtung an einer Filterfläche geteilt wird, bspw. ein engmaschiges Netz, ein Filterpapier, ein Gewebe oder ein Gelege, geführt wird. Bevorzugt als Filtervorrichtung wird eine Filterpresse. Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Druckfiltrierverfahren kann bei einem Druck in einem Bereich von 0,5 bis 20 bar, bevorzugt von 1 bis 10 bar, weiterhin bevorzugt von 1,5 bis 8 bar, ebenfalls bevorzugt von 2 bis 7 bar, von 2,5 bis 5 bar und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 4 bar durchgeführt werden. Oftmals wird das Druckfiltrierverfahren auch bei einem Druck in einem Bereich von 1 bis 3 bar durchgeführt.
Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, die Teilung in der Trennvorrichtung bei einer Temperatur von 60 bis 100°C, bevorzugt von 70 bis 90°C und am meisten bevorzugt von 85 bis 90°C durchzuführen. Die dabei entstehende flüssige Phase kann direkt einem weiteren Verfahrensschritt zugeführt, oder zumindest teilweise in einem Kreislauf in den Aufarbeitungsbehälter zurückgeführt werden. Bevorzugt wird die Nachbehandlung in einem Kreislauf für eine bestimmte Dauer durchgeführt. Beispielsweise kann man die Nachbehandlung mit einer Verweilzeit in einem Bereich von 15 bis 240 Minuten, bevorzugt von 30 bis 120 Minuten, weiter bevorzugt von 40 bis 90 Minuten und besonders bevorzugt von 50 bis 60 Minuten durchführen. Bevorzugt wird eine Verweilzeit von 40 bis 90 Minuten.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, die Nachbehandlung bei erhöhtem Druck, erhöhter Temperatur und einer bestimmten Verweilzeit, oder einer Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Bedingungen, durchzuführen.
Im Rahmen des hier beschriebenen Druckfiltrierverfahrens kann das Gemisch zur Teilung durch eine Trennvorrichtung mit einer oder mehreren Filterkammern geführt werden, wobei das Gemisch in der einen oder den mehreren Filterkammern an einer oder mehreren Filterflächen in eine feste und eine flüssige Phase geteilt wird. Bevorzugt weist die Trennvorrichtung mindestens zwei Filterkammern auf. Besonders bevorzugt weist die Trennvorrichtung in einem Bereich von zwei bis 50, weiter bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 30, oder von 10 bis 25, oder von 15 bis 20 Filterkammern auf.
Während der Teilung des Gemischs bildet sich in der Trennvorrichtung oftmals in mindestens einer der Filterkammern auf mindestens einer der Filterflächen eine feste Phase mit einer Stärke in einem Bereich von 1 bis 20 mm, bevorzugt von 2 bis 18 mm, oder von 4 bis 15 mm, oder von 5 bis 12 mm, oder von 6 bis 10 mm oder von 7 bis 8 mm. Solche feste Phasen können auch in mehreren Filterkammern oder auf mehreren Filterflächen, oder beides, gebildet werden. Bevorzugt werden auf allen Filterflächen in allen Filterkammern der Trennvorrichtung feste Phasen gebildet. Ferner ist denkbar, vor dem Teilen in eine feste und eine flüssige Phase das Gemisch selbst in mindestens zwei Ströme aufzuteilen, jeden Strom in einer eigenen Trennvorrichtung in eine flüssige und eine feste Phase zu teilen, und die so erhaltenen flüssigen Phasen anschließend wieder zusammen zu führen.
Die feste Phase beinhaltet vorzugsweise die Aktivkomponente, bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 30 bis 90 Gew.-%, weiter bevorzugt von 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an fester Phase.
Nach Beendigung der Nachbehandlung kann der Ester B in einer Vorhalteeinheit gesammelt und bereit gestellt werden.
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit den in dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Ester aus einer Carbonsäurekomponente und einer Alkoholkomponente mit mehreren Hydroxygruppen bevorzugt, dass nicht alle Hydroxygruppen der Alkoholkomponente verestert werden, so dass ein Teil der Hydroxygruppen unverestert bleibt. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Hydroxygruppen der Alkoholkomponente von 5 bis 80 Mol-%, besonders bevorzugt von 10 bis 70 Mol-%, noch mehr bevorzugt von mindestens 20 bis 50 Mol-%, darüber hinaus bevorzugt von 30 bis 40 Mol-% und am meisten bevorzugt von 45 bis 55 Gew.-% Mol-% nicht verestert sind. Das bedeutet, dass in dem durch Umsetzung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhältlichen Ester der in Mol-% bezeichnete Anteil aller ursprünglich vorhandenen Hydroxygruppen der mehrere Hydroxygruppen aufweisenden Alkoholkomponente zur Herstellung des Esters aus einer Carbonsäurekomponente und einer Alkoholkomponente nicht verestert ist und somit auch im Ester A, und gegebenenfalls auch im Ester B, als Hydroxygruppen vorliegt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung beinhaltend als Vorrichtungseinheiten fluidleitend verbunden

α) mindestens ein Eduktreservoir,
β) einen Reaktor mit einer Mischvorrichtung,
γ) eine Aufarbeitungseinheit,

αα) einen Aufarbeitungsbehälter,
ββ) eine Förderpumpe und
γγ) eine Trennvorrichtung, und

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Grundsätzlich sind alle dem Fachmann bekannten Reaktortypen, die dieser zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als geeignet ansieht, einsetzbar. Bevorzugt wird als Reaktor ein Rührkessel eingesetzt, an dessen Seitenwand, außen- oder innenliegend, eine Mantelbeheizung angeordnet ist. Die Mantelbeheizung kann an einem Teil oder an der gesamten Seitenwand angeordnet sein. Bevorzugt ist die Mantelbeheizung an der gesamten Seitenwand angeordnet. Weiterhin ist die Mantelbeheizung besonders bevorzugt abschnittsweise steuerbar. Beispielsweise ist die Mantelbeheizung in 3, 4, 5 oder mehr Abschnitten, jeweils unabhängig voneinander beheizbar. Zum Wärmetransport wird ein Wärmeträger durch Heizleitungen der Mantelbeheizung geführt. Als Wärmeträger sind alle dem Fachmann bekannten, gängigen Wärmeträger geeignet. Der Wärmeträger kann sowohl ein Heizmittel, als auch ein Kühlmittel sein. Der Wärmeträger kann auch unter Druck stehen. Bevorzugt ist als Wärmeträger man Heizdampf, Thermalöl, oder Wasser, besonders bevorzugt Heizdampf ausgewählt.
Ferner weist der Reaktor vorteilhafterweise einen Rührer mit Rührmotor, Getriebe und Rührwelle mit Rührblättern auf, der an der Oberseite des Rührkessels, vorzugsweise mittig, angeordnet ist. Die Länge der Rührwelle, die Anzahl von auf der Rührwelle angeordneten Rühretagen, der Durchmesser dieser Rühretagen sowie die Geometrie der in jeder Rühretage angeordneten Rührblätter werden vorteilhafterweise so ausgewählt, dass im Betrieb eine gleichmäßige Durchmischung der Verfahrenskomponenten, und gegebenenfalls der Umsetzungsprodukte, gewährleistet ist, insbesondere in den bodennahen Bereichen. Die Länge der Rührwelle wird bevorzugt so gewählt, dass die Rührwelle von einem außerhalb des Reaktors liegenden Motor, oder von einem von einem Motor angetriebenen Getriebe, bis fast zum Boden des Reaktors reicht. Bevorzugt wird die Länge der Rührwelle so ausgewählt, dass zwischen dem Ende der Welle und dem Reaktorboden ein Abstand von zwischen etwa 5 bis etwa 10%, in Bezug auf die Höhe des Reaktorkessels verbleibt. Die Rührwelle kann einseitig gelagert, oder, wenn die Rührwelle bis zum Reaktorboden ausgeführt ist, an zwei Punkten gelagert sein.
Als Rührer sind alle dem Fachmann bekannten Rührertypen, die dieser zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als geeignet ansieht, einsetzbar. Bevorzugt können insbesondere Rührertypen eingesetzt werden, die im Betrieb zu mindestens einem Teil eine axiale Durchmischung bewirken. Die Rührer können eine oder mehrere Rühretagen, bevorzugt eine, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 Etagen aufweisen. Hinsichtlich der Geometrie sind besonders bevorzugt Kreuz-, Schrägblatt- oder Scheibenrührer mit geneigten Rührblättern, am meisten bevorzugt sind MIG- oder INTERMIG-Rührer. Bei den Schrägblatt-, Scheiben- und MIG-Rührern können die Rührblättern in benachbarten Etagen um 90° in der Horizontalen versetzt angeordnet sein. Besonders bevorzugt weisen die Rührer eine gerade Zahl an Etagen auf.
Die Rührer werden bevorzugt aus Stahl gefertigt, bevorzugt aus V2A- oder V4A-Stahl, besonders bevorzugt aus folgenden Werkstoffen, wobei die Werkstoffnummer der EN 10088 entnommen ist: 1.4307, 1.4306, 1.4311, 1.4301, 1.4948, 1.4404, 1.4401, 1.4406, 1.4432, 1.4435, 1.4436, 1.4571, oder 1.4429, besonders bevorzugt 1.4301 oder 1.4571.
Außerdem kann der Rührer mindestens teilweise mit einem Oberflächenbeschichtungsmittel beschichtet sein. Bevorzugt wird der Rührer mit einem Polymerüberzug ausgestattet. Als Polymerüberzug eignet sich beispielsweise eine Fluorpolymerbeschichtung, die das Material, aus dem der Rührer besteht, vor dem zu rührenden Fluid oder Gemisch schützt.
Bevorzugt wird ein Verhältnis von Durchmesser der Rühretage(n) zu Durchmesser des Reaktors von 0,55 bis 0,75, besonders bevorzugt 0,60 bis 0,70 oder 0,62 bis 0,68, ganz besonders bevorzugt 0,64 bis 0,66, z. B. 0,65 ausgewählt. Durch geeignete Wahl der Parameter gewährleistet der Fachmann eine vollständige Durchmischung und Vermengung im Reaktor und vermeidet eine Ablagerung fester Bestandteile.
Die Rührblätter können verschiedenste Geometrien aufweisen, wobei die Geometrie die Art der Durchmischung beeinflusst. Unter der „Art der Durchmischung” wird der durch die Rührerbewegung auf die gerührte Mischung wirkende Richtungsvektor verstanden. Der Richtungsvektor weist vertikale und horizontale Anteile auf. Gewöhnlich sind beide Anteile ungleich Null. Beispielsweise bewirkt ein Kreuzrührer mit axial zur Rührwelle angeordneten, vertikal zur Rührebene ausgerichteten Rührblättern eine eher horizontale Durchmischung, wohingegen ein Kreuzrührer mit schräg, z. B. axial zur Rührwelle und einem Winkel von 30°, 45° oder 60°, in Bezug auf die Rührebene, angeordneten Rührblättern eine mehr vertikale Durchmischung bewirkt. Es ist ferner denkbar, einen Wendelrührer vorzusehen.
Besonders bevorzugt sind Rührer, deren Rührblätter im den Rührwellen nahen Bereich, vorzugsweise den inneren zwei Dritteln des Rührblatts, eine positive Steigung und im den Rührwellen fernen Bereich, bevorzugt dem äußeren Drittel des Rührblatts, eine negative Steigung, in Bezug auf die Rührebene, aufweisen.
Unter der Steigung eines Rührblatts wird seine Ausrichtung in Bezug auf die Rührebene verstanden, wobei eine positive Steigung bedeutet, dass das Rührblatt in Drehrichtung von seiner Vorderkante von unten zu seiner Hinterkannte nach oben ansteigt, und einen aufsteigenden Massestrom bewirkt. Eine negative Steigung bedeutet, dass das Rührblatt in Drehrichtung von seiner Vorderkante von oben zu seiner Hinterkante nach unten abfällt, d. h. einen fallenden Massestrom bewirkt. Ein solcher Rührer bewirkt im Bereich der Reaktormitte eine vertikale Durchmischung von unten nach oben, und an der Reaktorwand eine vertikale Durchmischung von oben nach unten.
Die zuvor beschriebene Art der Durchmischung kann mit weiteren Hilfsvorrichtungen unterstützt und angepasst werden. Beispielsweise können an der Reaktorinnenwand Strömungsbleche vorgesehen sein. Diese sind bevorzugt in vertikaler Richtung an der Reaktorinnenwand angebracht, wobei die Ebene, in der das Strömungsblech liegt, durch oder zumindest in Richtung der vertikalen Achse des Reaktors ausgerichtet ist.
Einem anderen Beispiel folgend können an der unteren Rühretage Endrührorgane angebracht sein, die in geringem Abstand über den Reaktorboden bewegt werden. Unter einem geringen Abstand soll ein so kleiner verstanden werden, dass Feststoffablagerungen am Boden von dem Rührer mitgenommen und/oder aufgewirbelt werden können. Dabei bewirken die Endrührorgane eine zu mindestens 50%, bevorzugt 70% horizontale Durchmischung, bezogen auf die von den Endrührorganen durchmischte Schicht. Die Endrührorgane weisen bevorzugt eine flächige Form auf, wobei die dem Reaktorboden und der Reaktorwand angrenzenden Seiten der flächigen Form so gestaltet sind, dass ein zu Reaktorboden und Reaktorwand im Wesentlichen gleichbleibender Spalt vorgesehen ist. Ist der Reaktorboden beispielsweise gewölbt, weisen die Endrührorgane eine zumindest seitlich abgerundete Fläche und gegebenenfalls eine Schrägstellung der Endrührorgane auf. Bevorzugt überstreifen die Endrührorgane den Reaktorboden in einem Abstand von 10 bis 30 cm, bevorzugt 15 bis 25 cm oder 30 cm.
Als Material zur Herstellung der zuvor beschriebenen Vorrichtungen sind prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Materialien, die dieser hinsichtlich der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als geeignet ansieht, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Elastizität und Korrosionsbeständigkeit einsetzbar. Es sind insbesondere auch die Materialien bevorzugt, die bei der Materialauswahl des Rührers bevorzugt sind. Zur Fertigung des Reaktors wird vorzugsweise rostfreier Stahl, bevorzugt V2A- oder V4A-Stahl, insbesondere folgende Werkstoffe, wobei die Werkstoffnummer der EN 10088 entnommen ist: 1.4307, 1.4306, 1.4311, 1.4301, 1.4948, 1.4404, 1.4401, 1.4406, 1.4432, 1.4435, 1.4436, 1.4571, oder 1.4429, besonders bevorzugt 1.4301 oder 1.4571.
Weiterhin weist die Vorrichtung eine Aufarbeitungseinheit auf. Als Aufarbeitungseinheit ist jede Vorrichtung vorstellbar, die dem Fachmann bekannt ist und geeignet erscheint, einen bestimmten Parameter des in der Umsetzung erhaltenen Rohprodukts zu verbessern. Als Aufarbeitungseinheit kann beispielsweise eine Reinigungs- oder Trennvorrichtung vorgesehen sein. Besonders üblich sind Vorrichtungen, die sowohl eine Reinigungs- als auch eine Trennwirkung aufweisen. Als Aufarbeitungseinheiten eignen sich bevorzugt Destillationsanlagen, Filter, Filterpressen, Siebe, Abscheider, Klärvorrichtungen oder Zentrifugen, oder eine Kombination von zwei oder mehr davon.
Weiterhin ist am Reaktor bevorzugt eine Leitung zum Abführen eines gasförmigen Fluidstroms vorgesehen, der bspw. Nebenprodukte mit einem Molekulargewicht von weniger als 100 g/mol abführen kann, wobei diese Leitung gewünschtenfalls mit einer Druckminderungsanlage zum Anlegen eines Unterdrucks verbunden ist. Ferner kann der Fluidstrom weiter behandelt werden und dazu über mindestens einen Wärmetauscher geführt werden, um den Fluidstrom abzukühlen. Dabei kann zumindest ein Teil des Fluidstroms in eine flüssige Phase übergehen, die oftmals gesammelt und in den Reaktor zurückgeführt oder abgeführt wird. Diese Behandlung des Fluidstroms kann zweimal oder öfter wiederholt werden. Wird der Fluidstrom über mindestens zwei in Serie angeordnete Wärmetauscher geführt, und kann in dem ersten Wärmetauscher ein von dem in dem mindestens zweiten Wärmetauscher verschiedener Teil des Fluidstroms in eine flüssige Phase übergehen. Somit ist es gewünschtenfalls möglich, einen Teil des Fluidstroms als flüssige Phase in den Reaktor zurückzuführen und einen anderen Teil des Fluidstroms zu verwerfen. Ferner kann man den Teil des Fluidstroms, der als flüssige Phase in den Reaktor zurück geführt werden soll, in einem Abscheider mit Hilfe einer verstellbaren Entnahmevorrichtung gegebenenfalls in zwei nicht mischbare Phasen teilen. Eine solche Entnahmevorrichtung ist bspw. als Trennschichtregler ausgestaltet. Die erste Phase kann anschließend über eine Rückführung in den Reaktor zurückgeleitet werden. Alternativ kann der gesamte Fluidstrom abgelassen und z. B. einer anderen Verwendung zugeführt, oder verworfen werden. Die Teilung des Fluids im Abscheider in zwei nicht mischbare Phasen wird durch entsprechende Ausrichtung des Trennschichtreglers vorgenommen. Als Trennschichtregler eignet sich prinzipiell jede bekannte und dem Fachmann geeignet erscheinende Ausführungsform.
Ferner ist es denkbar, den Fluidstrom vor Einleitung in den Abscheider in einer Vorlage aufzufangen, den Fluidstrom über einen zusätzlichen Wärmetauscher zu führen und so weiter abzukühlen. Bei einer niedrigeren Temperatur des Fluidstroms kann eine bessere und schnellere Entmischung von mindestens zwei nicht mischbaren, flüssigen Phasen beobachtbar sein.
Durch jeden der bereits erwähnten Wärmetauscher wird ein Wärmeträger geführt. Um eine Abkühlung des Fluidstroms zu bewirken, werden als Wärmeträger vorzugsweise Kühlfluide eingesetzt. Bevorzugt wird eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zwischen dem zu verflüssigenden Fluidstrom und dem Kühlfluid gewählt, um eine starke Abkühlung des Fluidstroms zu erreichen. Ferner kann es durchaus erwünscht sein, den Fluidstrom in einem ersten Schritt lediglich auf eine erste Temperatur abzukühlen, bei der ein Teil des Fluidstroms verflüssigt wird, bevor ein weiterer Teil des Fluidstroms in einem nachgeschalteten Wärmetauscher verflüssigt wird. Es ist vorstellbar, dass ein erster Wärmetauscher mit einem Kühlfluid gefahren wird, das bspw. 20 oder 25°C, oder eine höhere Temperatur aufweist, um mindestens einen hochsiedenden Anteil des Fluidstroms, der z. B. mit einen Siedepunkt in einem Bereich von 80 bis 120°C aufweist, aus dem Fluidstrom abzutrennen.
Unter einem hochsiedenden Anteil werden in diesem Zusammenhang eine oder mehrere Komponenten des Fluidstroms verstanden, die einen Siedepunkt in einem Bereich von 50 bis 150°C, bevorzugt von 60 bis 140°C, ganz besonders bevorzugt von 70 bis 130°C, aufweisen. Insbesondere versteht man unter einem hochsiedenden Anteil solche Komponenten, die einen Siedepunkt von 80 bis 160°C, insbesondere von 90 bis 200°C, oder mehr, aufweisen.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform kann der Reaktor an seiner Unterseite einen Auslaß, der mit einer Förderpumpe fluidleitend verbunden ist, aufweisen. Als Förderpumpe sind prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Pumpen geeignet, die dieser zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtung der Eigenschaften der zu fördernden Flüssigkeit, die gegebenenfalls auch in Form einer Suspension, Dispersion oder Emulsion vorliegt, als geeignet ansieht, einsetzbar. Bevorzugt ist als Förderpumpe eine Kreisel-, Kolben-, Schnecken-, Impeller- oder Schlauchpumpe einsetzbar. Ganz besonders bevorzugt wird eine Kreiselpumpe.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Förderleitung von der Förderpumpe mit einem externen Wärmetauscher fluidleitend verbunden, wobei der externe Wärmetauscher fluidleitend mit dem Reaktor, bevorzugt mit dessen Oberseite verbunden ist. Der externe Wärmetauscher ist mit dem Reaktor bevorzugt über eine Rückführung von nicht mehr als 300 cm bis 1 cm Länge, besonders bevorzugt weniger als 200 cm bis 10 cm Länge, am meisten bevorzugt weniger als 100 cm bis 40 cm Länge, verbunden. Besonders bevorzugt ist der externe Wärmetauscher direkt, vorzugsweise über einen Flansch, mit der Reaktoroberseite verbunden. Als Wärmetauscher ist ein Platten-, Rohrbündelwärmetauscher oder einen Fallfilmverdampfer, oder eine Kombination von zwei oder mehr davon, einsetzbar. Bevorzugt wird ein Fallfilmverdampfer.
Durch den Einsatz eines externen Wärmetauschers kann der Energieeintrag in einen über diesen geführten Förderstrom sowohl bezüglich der Dauer des Eintrags, als auch hinsichtlich der Energiemenge, d. h. der zu- oder abgeführten Wärme besser eingestellt werden. Diese Form des Energieeintrags ermöglicht bei temperaturempfindlichen Stoffen, also solchen, die sich leicht zersetzen oder verändern, eine kurze Eintragsdauer, und somit eine geringe oder gar keine Veränderung im Wärmetauscher behandelten Stoffs. Zudem kann mit dem Einsatz eines externen Wärmetauschers ein vorteilhaftes Verhältnis von Wärmeübertragungsfläche in der Wärmeübertragungszone des Wärmetauschers zu Reaktorvolumen eingestellt werden.
Der Förderstrom wird bevorzugt als Film über die Wärmeübertragungsfläche geführt. In diesem Fall weist der Förderstrom eine geringe Höhe über der Wärmeübertragungsfläche auf. Diese Anordnung ermöglicht sowohl eine hohe, wie auch eine gleichmäßige Energieübertragungsrate, so dass im Vergleich zu anderen Wärmeübertragungsanordnungen oder Wärmeübertragungsvorrichtungen kurze Energieeintragszeiten möglich sind. Damit wird die thermische Belastung der Verfahrenskomponenten im Förderstrom vermindert. Ferner können unerwünschte Nebenreaktionen, z. B. Oxidation oder Polymerisation, ebenfalls vermindert oder sogar vermieden werden.
Durch geeignete Wahl der Dimension der Wärmeübertragungsfläche, insbesondere der von dem Film überstrichenen Strecke in Flußrichtung, kann der Volumendurchsatz des Förderstroms und die in diesen eingetragene Energiemenge an die Umwälzleistung, und so an die Erfordernisse des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst werden. Bevorzugt wird ein großes Verhältnis von Wärmeübertragungsfläche im Wärmetauscher zu Volumendurchsatz des Förderstroms gewählt. Bevorzugt wird weiterhin ein Verhältnis von Wärmeübertragungsfläche zu Volumendurchsatz des Förderstroms in einem Bereich von 15 bis 1 h/m, besonders bevorzugt von 5 bis 1,1 h/m, weiter bevorzugt von 2 bis 1,3 h/m und am meisten bevorzugt von 1,7 bis 1,4 h/m.
Beispielsweise kann der externe Wärmetauscher als Fallfilmverdampfer ausgestaltet sein. In diesem Fall wird der Förderstrom bei Eintritt in den Wärmetauscher geteilt und als Film auf die Innenflächen von mit dem Fallfilmverdampfereinlass fluidleitend verbundenen, bevorzugt nebeneinander angeordneten, Röhren aufgebracht, wobei die Röhrenwände die Wärmeübertragungsflächen bilden. Die Summe der einzelnen Wärmeübertragungsflächen der einzelnen Röhren bildet die Wärmeübertragungsfläche des Fallfilmverdampfers. Beim Übertritt des geteilten Förderstroms aus den Röhren in den Abstrom des Fallfilmverdampfers wird der Förderstrom wieder zusammengeführt.
Die in dem Wärmetauscher übertragbare Energiemenge pro Volumeneinheit des Förderstroms wird von der Geschwindigkeit des Förderstroms, der in Flußrichtung überströmten Strecke auf der Wärmeübertragungsfläche und durch die durchschnittliche Stärke Films beim Überstreichen der Wärmeübertragungsfläche bestimmt. Die Stärke des Films bezeichnet die Höhe des Films über der Wärmeübertragungsfläche. Bevorzugt liegt die Stärke des Films in einem Bereich von 2 bis 20%, besonders bevorzugt von 5 bis 15%, und weiterhin von 7 bis 12%, jeweils bezogen auf den Innendurchmesser der als Röhren ausgebildeten Wärmeübertragungsfläche.
An der Reaktorunterseite kann ein weiterer Auslaß angebracht sein. Über diesen kann, z. B. durch eine zweite Förderpumpe, der Ester A nach Beendigen oder Abbruch der Umsetzung dem Reaktor entnommen und einer weiteren Bearbeitungsstufe, z. B. einer Abfüllanlage, einem Wärmetauscher, einer Verarbeitungs- und/oder Aufarbeitungseinheit zugeführt werden. Bevorzugt im Sinne des bisher Gesagten weist die Unterseite des Reaktors einen Auslaß auf, über den sowohl der Förderstrom während der Umsetzung, als auch der Ester A aus dem Reaktor geführt wird. Um sowohl die Verfahrenskomponenten während der Umsetzung als Förderstrom über einen externen Wärmetauscher führen zu können, als auch den Ester A nach der Umsetzung in dem Reaktor über den gleichen Auslaß führen zu können, wird an dem Auslaß des Reaktors bevorzugt eine Förderpumpe vorgesehen, an deren Auslaß eine Verteilvorrichtung angeordnet ist. An dieser Verteilvorrichtung sind abgehend mehrere Anschlüsse vorgesehen, wobei zumindest ein erster Anschluss mit dem externen Wärmetauscher und ein zweiter Anschluss mit einer Zuführung zu einer weiteren Bearbeitungsstufe fluidleitend verbunden sind.
Als weitere Bearbeitungsstufe wird eine Aufarbeitungseinheit vorgesehen. Diese weist mindestens einen Aufarbeitungsbehälter und gegebenenfalls weitere Vorrichtungen auf. Als Aufarbeitungsbehälter kommen alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Ausführungen in Betracht. Bevorzugt weist der Aufarbeitungsbehälter einen Kessel mit Rührer und Mantelbeheizung auf, wobei die Mantelbeheizung innenliegend, oder außenliegend, angeordnet sein kann.
Als Rührer sind alle dem Fachmann bekannten und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet erscheinenden Rührertypen einsetzbar. Bevorzugt können Rührertypen eingesetzt werden, die im Betrieb zu mindestens einem Teil eine axiale Durchmischung bewirken. Die Rührer können eine oder mehrere Rühretagen, bevorzugt eine, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 Etagen aufweisen. Hinsichtlich der Geometrie des Rührers sind Propellerrührer bevorzugt.
Weiterhin weist die Aufarbeitungseinheit mindestens eine Zuführung, bevorzugt an der Oberseite des Kessels, auf, die mit dem Reaktor fluidleitend verbunden ist. Ferner weist der Kessel, bevorzugt an seiner Unterseite, einen Auslaß auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in fluidleitender Verbindung über eine Förderpumpe eine Trennvorrichtung angeordnet. Eine in dieser Trennvorrichtung abgetrennte flüssige Phase kann gesammelt und über eine Verteilvorrichtung wahlweise über eine Rückführung in den Kessel der Aufarbeitungseinheit in einem Kreislauf, oder zu einer Vorhalteeinheit geführt werden.
Als Trennvorrichtung sind prinzipiell alle Ausführungen einsetzbar, die dem Fachmann bekannt sind und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet erscheinen. Als Trennvorrichtung einsetzbar sind beispielsweise Filter, Zentrifugen, Abscheider oder Filterpressen. Bevorzugt wird eine Filterpresse eingesetzt. Eine Filterpresse weist oftmals in fluidleitender Anordnung einen Einlass, mindestens zwei Filterkammern und mindestens einen Rezipienten mit Auslass auf. Bevorzugt weist die Filterpresse drei oder mehr Filterkammern, bevorzugt 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 oder 30 Filterkammern, oder ein Mehrfaches davon, auf.
Bevorzugt sind mindestens zwei der Filterkammern sind mit mindestens je einem Filterrahmen versehen. Vorteilhafterweise ist jeder Filterrahmen mindestens zweilagig, bevorzugt mindestens dreilagig, oder mehr als dreilagig, ausgerüstet. Beispielsweise weist ein Filterrahmen als erste Lage ein Filtermittel, als zweite Lage eine Filterfläche, und gegebenenfalls als dritte Lage einen Filterkuchen auf.
Als Filtermittel kommen prinzipiell alle bekannten und dem Fachmann geeignet erscheinenden Ausführungen in Betracht. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Filtermittel mit einer Luftdurchlässigkeit in einem Bereich von 5 bis 20 l·m^–2·s^–1, bevorzugt von 10 bis 20 l·m^–2·s^–1, oder von 10 bis 15 l·m^–2·s^–1. Die Luftdurchlässigkeit ist nach DIN 53887 bestimmbar. Weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt sind Filtermittel, deren Flächengewicht in einem Bereich von 500 bis 700 g/m² beträgt. Weiterhin bevorzugt sind Filtermittel, die sowohl die bevorzugte Luftdurchlässigkeit, wie oben beschrieben, als auch das erfindungsgemäß bevorzugte Flächengewicht aufweisen. Bevorzugt eignen sich als Filtermittel poröse Stoffe, Papier, Glasfritten, Porzellanfritten, Geflechte aus Metalldraht, Gewebe oder Gelege aus Textil- oder Kunststoffmaterialien. Als Kunststoffmaterialien kann man z. B. Kunststoffgewirke auf Basis von Polyamid, PET, PP, ETFE, PEEK, PVC, oder eine Kombination von zwei oder mehr davon, einsetzen. Bevorzugt wird als Filtermittel ein Multifilament aus PVC, Polyamid-6, PP und PET.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf mindestens einem Filtermittel eine, Filterfläche, vorzugsweise eine flexible Filterfläche, angeordnet, wobei die Filterfläche durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

FP1) ein Flächengewicht von 65–75 g/m², besonders bevorzugt 68–72 g/m²;
FP2) eine Filtriergeschwindigkeit von 20''–30'' nach DIN 53137,
FP3) eine Dicke von 24–30 mm,
FP4) einen Berstdruck von 2,5–3,5 kp.

Es entspricht weiterhin erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wenn die Filterfläche zwei oder mehrere der vorstehenden Merkmale aufweist. So ergeben sich im Einzelnen als Ausgestaltungen die folgenden, anhand der Ziffernkombinationen dargestellten Merkmalskombinationen: FP1FP2, FP1FP3, FP1FP4, FP2FP3, FP2FP4, FP3FP4, FP1FP2FP3, FP1FP2FP4, FP1FP3FP4, FP2FP3FP4.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Filterfläche aus, vorzugsweise gebleichter, Zellulose gebildet. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Filterfläche beinhalten: Polyester, Polyamide als Faser- oder Fadenmaterial für Filtertuchstoffe.
Weiterhin beinhaltet die Aufarbeitungseinheit einen Filterkuchen, vorzugsweise in der Trennvorrichtung. Dieser Filterkuchen liegt zumindest gegen Ende der Aufarbeitung vor und weist eine Höhe zwischen 2 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 7 mm auf. Die Höhe bedeutet hier die Dicke des Filterkuchens senkrecht zur Filterfläche, in flüssigkeitsbeladenen Zustand. Liegen mehrere Filterkuchen vor, z. B. wenn mehrere Filterkammern mit Filterflächen nebeneinander angeordnet sind, ist als Höhe der mehreren Filterkuchen der arithmetische Mittelwert der Höhe der einzelnen Filterkuchen anzusehen. Hierbei beträgt die Schwankung der Höhe bei Betrachtung mehrerer, einzelner Filterkuchen vorzugsweise weniger als 10%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich im Aufarbeitungsbehälter eine Aktivkomponente. Geeignete Aktivkomponenten und bevorzugte Ausgestaltungen entsprechen denen, die zuvor beschrieben sind.
Ferner kann der Reaktor mindestens ein Eduktreservoir aufweisen. Als Eduktreservoir sind beliebige Einrichtungen vorstellbar, in denen Verfahrenskomponenten vor der Umsetzung bereit gehalten werden können. Bevorzugt wird ein Vorratsbehältnis, ein Tank, ein Kessel oder eine Blase. Es ist ebenfalls möglich, als Eduktreservoir ein Vorratsbehältnis vorzusehen, das mit einer weiteren Produktionsanlage verbunden ist.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Eduktreservoir mit dem Reaktor über eine Leitung verbunden, die über eine Vorwärmstufe geführt ist. Als Vorwärmstufe sind alle dem Fachmann bekannten Vorrichtungen, die dieser zum Erreichen dieses Zwecks bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als geeignet ansieht, einsetzbar. Besonders geeignet ist als Vorwärmstufe ein Platten- oder Rohrbündelwärmetauscher, oder eine Kombination aus zwei oder mehr davon. Bevorzugt wird ein Rohrbündelwärmetauscher.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist das Eduktreservoir temperierbar, beispielsweise durch eine Mantelbeheizung oder Mantelkühlung des Eduktreservoirs. Es kann hierbei erwünscht sein, einen bei Umgebungstemperatur festen Stoff, über seinem Schmelzpunkt bereit zu halten. Wenn dieser Stoff flüssig vorliegt, ist eine einfache, vielfach auch genauere Dosierung als z. B. bei der Feststoffdosierung möglich. Ferner kann durch Führen von Stoffen in geschlossenen Leitungen ein Expositions- und Kontaminationsrisiko für die Mitarbeiter und die Umgebung vermieden werden.
Bevorzugt ist der Reaktor weiterhin mit einer Druckminderungsanlage verbunden. Diese ist vorzugsweise in fluidleitender Fortsetzung des Wärmetauschers oder der Wärmetauscher angeordnet und schließt an das Ende der Leitung zum Abführen und/oder Behandeln des Fluidstroms an. Als Druckminderungsanlage eignen sich prinzipiell alle Anlagen zur Erzeugung eines verminderten Druckes, die dem Fachmann bekannt sind, solange er sie unter Berücksichtigung der Reaktorauslegung in Betracht ziehen würde.
Im Folgenden wird beispielhaft eine Ausführungsform, die auch optionale Merkmale aufweist und keinesfalls eine Einschränkung des bisher Gesagten darstellen soll, anhand von Zeichnungen weiter erläutert.
In 1 ist ein Reaktionsbereich 110 mit einem Reaktor 111 mit verschiedenen Einrichtungen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet und bevorzugt sind, dargestellt. Der Reaktor 111 weist an der Reaktorwand eine außenliegende Mantelbeheizung 112 auf. Diese ist in drei Abschnitte untergliedert, die separat gesteuert werden können. In der Mitte des Reaktors entlang seiner vertikalen Achse ist ein Rührer 211 mit Rühretagen 212 angeordnet. Der Rührer 211 wird über ein Getriebe 213 mit einem Motor 214 angetrieben. An der Reaktorwand können Strömungsbleche 113 angeordnet sein. An der Oberseite des Reaktors 111 ist über eine Verbindung 922, die als Rückführung oder als Flansch ausgeführt sein kann, ein externer Wärmetauscher 411 angeordnet. Bevorzugt ist der externe Wärmetauscher 411 als Fallfilmverdampfer ausgeführt. An der Unterseite des Reaktors 111 befindet sich ein Auslaß mit Sperrventil, der mit einer Förderpumpe 911 verbunden ist. Am Auslaß der Förderpumpe ist eine Verteilvorrichtung 912, z. B. ein Mehrwegeventil, angebracht. Von der Verteilvorrichtung 912 führt eine Rückführleitung 921 zu dem externen Wärmetauscher 411. Eine zweite Leitung führt von der Verteilvorrichtung 912 zu einer Aufarbeitungseinheit 311. Die Füllstandslinie F steht für die Position der Grenzfläche zwischen dem durch das Füllvolumen beanspruchten Raum unter der Grenzfläche und dem darüber befindlichen Gasraum. Das Verhältnis von Füllvolumen zu Gasraum, und damit die Position Füllstandslinie F kann zwischen zwei Reaktorbelegungen, oder zu zwei Zeitpunkten des Herstellungsverfahrens, oder beidem, unterschiedlich sein.
An der Oberseite des Reaktors 111 ist eine Zuleitung 511 angebracht, die mit ein oder mehreren Eduktreservoiren, beinhaltend Verfahrenskomponenten, verbunden ist. Ferner fährt von der Oberseite des Reaktors 111 eine Leitung 941 zum Abführen eines Fluidstroms zum Wärmetauscher 942. Dieser ist mit einem zweiten Wärmetauscher 943 verbunden. Die Wärmetauscher 942 und 943 sind von einem oder mehreren Kühlfluid, gleicher oder unterschiedlicher Temperatur durchströmt. Die Austritte der Wärmetauscher 942 und 943 sind mit einer Vorlage 947 sowie einem Abscheider 946 verbunden. Ein Kondensat der Wärmetauscher 942 und 943 kann entweder direkt, oder über die Vorlage 947 und einen weiteren Wärmetauscher 944, dem Abscheider 946 zugeführt werden. Der Abscheider 947 verfügt über einen Trennschichtregler, von dem eine Rückführleitung 948 zum Reaktor 111 führt. Der Abscheider 947 und die Vorlage 947 können ebenso durch einen jeweils an der Unterseite angeordneten Auslaß entleert werden. Über eine mit dem Wärmetauscher 944 und der Vorlage 947 in Verbindung stehende Leitung kann in der Anlage ein Unterdruck durch eine Druckminderungsanlage 945 erzeugt werden.
Die Aufarbeitungseinheit 311, mit einem Aufarbeitungsbehälter 312 und einer Filterpresse 331, ist in 2 exemplarisch dargestellt: Von dem Reaktor 111 ist eine Zuführung 318, die an der Oberseite des Aufarbeitungsbehälters 312 in diesen führt, angebracht. Der Aufarbeitungsbehälter 312 weist eine Mischvorrichtung 313, angetrieben von einem Motor 317 über ein Getriebe 316 auf. An der Wandung des Aufarbeitungsbehälters ist eine Mantelbeheizung 314, hier außenliegend, vorgesehen. Von der Unterseite des Aufarbeitungsbehälters 312 führt eine Förderleitung 319 über eine Förderpumpe 315 zu einer Filterpresse 331, deren Auslaß mit einer Verteilvorrichtung 320 versehen ist. Von der Verteilvorrichtung 320 führt eine Rückführung 321 zur Oberseite des Aufarbeitungsbehälters 312 und eine weitere Leitung zu einer Vorhalteeinheit 611.
Die Filterpresse weist folgende Komponenten auf (3): Eine Zuführung 332 ist mit einer ersten Stirnplatte 333 verbunden. Zwischen der ersten Stirnplatte 333 und einer weiteren Stirnplatte 333 sind Filterkammern 334 angeordnet, die von einem mit einem Motor mit Getriebe 338 angetriebenen Stempel 337 zusammen gehalten werden. Unter der Filterpresse 221, zumindest unter den Filterkammern ist ein Rezipient 335 mit einem Ablass 336 angeordnet.
Gemäß 4 beinhaltet jede Filterkammer 334 einen Filterrahmen 341, auf dem eine Filtermittel 342 und eine Filterfläche 343 aufgebracht sind. Ferner kann auf der Filterfläche 343 ein Filterkuchen 344 mit der Stärke (Höhe) h aufgebracht sein.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung beinhaltend

a1) ein thermoplastisches Polymer,
b1) ein Additiv, sowie
c1) gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe,

i) Bereitstellen eines thermoplastischen Polymers oder einer Vorstufe eines thermoplastischen Polymers oder beiden;
ii) Bereitstellen eines Additivs beinhaltend einen Ester erhältlich nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren durch Umsetzen von mindestens einer Alkoholkomponente und mindestens einer Carbonsäurekomponente, wobei bevorzugt die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird;
iii) gegebenenfalls Bereitstellen weiterer Zusatzstoffe,
iv) Vermischen der Komponenten i), ii) und gegebenenfalls iii).

Als Ester und weitere Zusatzstoffe sind diejenigen Ester und weiteren Zusatzstoffe bevorzugt, die bereits Eingangs im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren zu Herstellung eines Esters als bevorzugte Ester und weitere Zusatzstoffe genannt worden sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet das Additiv einen, vorzugsweise mindestens teilweise gehärteten, Ester aus einer Carbonsäurekomponente und einer Alkoholkomponente mit einer oder mehreren Hydroxygruppen.
Unter „gehärteten Estern” werden vorliegend insbesondere vegetabile Ester verstanden, in denen die Carbonsäurekomponente sich von einer eine oder mehrere Doppelbindungen aufweisenden Carbonsäure ableiten. Diese Doppelbindungen können zumindest teilweise oder vollständig durch Hydrieren beseitigt werden. Wenn nicht alle Doppelbindungen der Carbonsäure beseitig sind, wird von einem teilgehärteten Ester gesprochen, wobei vorzugsweise mindestens 50 Mol-% und besonders bevorzugt mindestens 70 Mol-% der Doppelbindungen der Carbonsäure hydriert wurden, was sich beispielsweise durch NMR-Spektroskopie oder das ermitteln der Jod-Zahl bestimmen lässt.
Unter der Bezeichnung „thermoplastisches Polymer” werden Kunststoffe verstanden, die sich in einem in Bezug auf Raumtemperatur erhöhten Temperaturbereich (thermo) verformen lassen (plastisch). Dieser Vorgang ist reversibel und kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden, es sei denn die thermische Zersetzung des Materials setzt durch Überhitzung ein.
Als thermoplastische Polymere, welche in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthalten sein können, kommen insbesondere thermoplastische Polyurethane, thermoplastische Polyester, thermoplastische Polyamide, thermoplastische Polyolefine, thermoplastische Polyvinylester, thermoplastische Polyether, thermoplastische Polystyrole, thermoplastische Polyimide, thermoplastische Schwefelpolymere, thermoplastische Polyacetale, thermoplastische Fluorkunststoffe, thermoplastische Styrol-Olefin-Copolymere, thermoplastische Polyacrylate, thermoplastische Ethylen-Vinylacetat-Copolymere oder Gemische aus zwei oder mehr der vorstehend genannten, thermoplastischen Polymere in Frage.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das thermoplastische Polymer zu mehr als 90 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mehr als 95 Gew.-%, darüber hinaus noch mehr bevorzugt zu mindestens 99 Gew.-% und am meisten bevorzugt zu 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polymers, auf thermoplastischen Polyester basiert. Unter der Bezeichnung „Polyester”, wie sie hierin verwendet wird, fallen insbesondere Polymere, die durch Polykondensationsreaktion zwischen einer Polycarbonsäure und einem Polyol (sogenannte „AA//BB-Polyester”) oder durch Polykondensationsreaktion einer Hydroxycarbonsäure oder durch Ringöffnungspolymerisation eines cyclischen Esters (sogenannte „AB-Polyester”) erhalten wurden. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung können, Polycarbonate, die durch Reaktion von Phosgen mit Diolen erhältlich sind, von dem erfindungsgemäß verwendeten Begriff „Polyester” ausgenommen sein.
Im Prinzip können alle derzeit bekannten, thermoplastischen Polyester und Copolyester als Komponente a1) in der erfindungsgemäßen, thermoplastischen Zusammensetzung verwendet werden. Beispiele von solchen Polyester umfassen lineare Polyester, die über eine Kondensationsreaktion von mindestens einer Polycarbonsäure, vorzugsweise einer Dicarbonsäure (zweiwertige Säure) oder einem Ester-bildenden Derivat davon und mindestens einem Polyol, vorzugsweise einem zweiwertigen Alkohol (Diol), hergestellt wurden.
Ferner ist es denkbar, Polyester herzustellen, die einen Verzweigungs- oder Vernetzungsgrad von ungleich null aufweisen, also nicht linear sind.
Der Verzweigungsgrad ist in diesem Zusammenhang der Mittelwert über die Summe aller Polyestermoleküle, aus dem Verhältnis der Anzahl der verzweigenden Monomereinheiten zur Gesamtzahl aller Monomereinheiten pro Polyestermolekül. Der Verzweigungsgrad beträgt in einem Bereich von 0,01 bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 0,05 bis 30 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,5 oder 1 bis 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt zwischen 3 und 7 Gew.-%, bezogen auf die Summe aller thermoplastischen Polyestermoleküle. Werden als thermoplastische Polyester nicht ausschließlich lineare, sondern zumindest zu einem kleinen Teil, z. B. zwischen 2 und 8 Gew.-% verzweigte Polyester eingesetzt, so kann eine Anpassung der physikalischen Eigenschaften der thermoplastischen Zusammensetzung, bspw. eine Verringerung der Viskosität, eingestellt werden.
Der Vernetzungsgrad ist in diesem Zusammenhang der Mittelwert über die Summe aller Polyestermoleküle, aus dem Verhältnis der Anzahl der vernetzenden Monomereinheiten zur Gesamtzahl aller Monomereinheiten pro Polyestermolekül. Der Vernetzungsgrad beträgt in diesem Zusammenhang in einem Bereich von 0,001 bis 3 Gew.-%, bevorzugt 0,005 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,05 bis 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Summe aller thermoplastischen Polyestermoleküle. Bei diesen geringen Vernetzungsgraden bleiben die thermoplastischen Eigenschaften des Moleküls erhalten.
Die vorzugsweise zweiwertige Säure und das vorzugsweise zweiwertige Diol können beide entweder aliphatisch oder aromatisch sein, wobei aromatische und teilweise aromatische Polyester als thermoplastische Formmaterialien wegen ihrer hohen Erweichungspunkte und Hydrolysestabilität besonders bevorzugt sind. Bei aromatischen Polyester sind zwischen 80 und 100% aller Esterverknüpfungen an die aromatischen Ringe angelagert.
Diese thermoplastischen Formmaterialien können halbkristallin sein und sogar flüssig-kristallines Verhalten zeigen oder amorph sein. Teilweise aromatische Polyester, die aus mindestens einer aromatischen Dicarbonsäure oder einem Ester-bildenden Derivat davon und mindestens einem aliphatischen Diol erhalten wurden, sind erfindungsgemäß als thermoplastische Polyester besonders bevorzugt. Beispiele von geeigneten aromatischen Dicarbonsäuren umfassen Terephthalsäure, 1,4-Naphthalindicarbonsäure oder 4,4'-Biphenyldicarbonsäure. Beispiele von geeigneten aliphatischen Diolen umfassen Alkylendiole, speziell solche, die 2 bis 6 C-Atome, vorzugsweise 2 bis 4 C-Atome enthalten, wobei hier insbesondere Ethylenglykol, Propylendiole und Butylendiole zu nennen sind. Vorzugsweise werden zur Herstellung der in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung als Komponente a) enthaltenen, thermoplastischen Polyester als Polyol- bzw. Diol-Komponente Ethylenglykol, 1,3-Propylendiol oder 1,4-Butylendiol verwendet. Erfindungsgemäß besonders bevorzugte, thermoplastische Polyester, die durch Reaktion einer Dicarbonsäure mit einem Diol erhältlich sind, umfassen insbesondere Polyalkylenterephthalate, beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylenterephthalat (PPT) oder Polybutylenterephthalat (PBT), Polyalkylennaphthalate, beispielsweise Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polybutylennaphthalat (PBN), Polyalkylendibenzoate, beispielsweise Polyethylendibenzoat sowie Mischungen aus mindestens zwei dieser thermoplastischen Polyester.
Die vorstehend beschriebenen, teilweise aromatischen Polyester können gegebenenfalls eine geringe Menge an Einheiten enthalten, die aus anderen Dicarbonsäuren, beispielsweise Isophthalsäure, oder anderen Diolen wie Cyclohexandimethanol, stammen, was im allgemeinen den Schmelzpunkt des Polyesters verringert. Eine spezielle Gruppe von teilweise aromatischen Polyestern sind sogenannte segmentierte oder Blockcopolyester, die zusätzlich zu den vorstehend genannten Polyestersegmenten (auch „harte Segmente” genannt), sogenannte „weiche Segmente” enthalten. Diese weichen Segmente stammen aus einem flexiblen Polymer; das heißt einem mit zu 60 bis 100 Gew.-%, bevorzugt mehr als 70, und noch mehr bevorzugt mehr als 80 Gew.-% bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers, amorphen Anteilen mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur (T_g) und geringer Steifigkeit. Dieses flexible Polymer weist reaktive Endgruppen, vorzugsweise zwei Hydroxygruppen auf. Vorzugsweise liegt die Glasübergangstemperatur dieser „weichen Segmente” unter 0°C, besonders bevorzugt unter –20°C und am meisten bevorzugt unter –40°C. Im Prinzip können mehrere unterschiedliche Polymere als weiches Segment verwendet werden. Geeignete Beispiele für „weiche Segmente” sind aliphatische Polyether, aliphatische Polyester oder aliphatische Polycarbonate. Die Molmasse der weichen Segmente kann innerhalb breiter Grenzen variieren, liegt aber vorzugsweise zwischen 400 und 6.000 g/mol.
Neben den vorstehend genannten, linearen Polyester, die über eine Polykondensationsreaktion von mindestens einer Polycarbonsäure oder einem Ester-bildenden Derivat davon und mindestens einem Polyol erhältlich sind, können in der erfindungsgemäßen, thermoplastischen Zusammensetzung auch thermoplastische Polyester enthalten sein, die durch Polykondensationsreaktion kurzkettiger Hydroxycarbonsäuren oder durch Ringöffnungsreaktion cyclischer Ester erhältlich sind.
Beispiele geeigneter, kurzkettiger Hydroxycarbonsäuren, welche zur Herstellung thermoplastischer Polymere eingesetzt werden können, umfassen insbesondere L-Milchsäure, D-Milchsäure, DL-Milchsäure, Glykolsäure, 3-Hydroxybuttersäure, 4-Hydroxybuttersäure, 4-Hydroxyvaleriansäure, 5-Hydroxyvaleriansäure, 6-Hydroxycapronsäure sowie Mischungen dieser Hydroxycarbonsäuren. Beispiele geeigneter cyclischer Ester umfassen insbesondere Glykolid (ein Dimeres von Glykolsäure) und ε-Caprolacton (ein cyclischer Ester von 6-Hydroxycapronsäure).
Die Herstellung der vorstehend beschrieben, thermoplastischen Polyester ist unter anderem auch in „Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", Band 12, Seiten 1 bis 75 und Seiten 217 bis 256; John Wiley & Sons (1988) und auch in „Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", Band A21, Seiten 227 bis 251, VCH Publishers Inc. (1992) beschrieben. Erfindungsgemäß bevorzugte thermoplastische Polymere sind Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polymilchsäure (PLA), wobei jeder dieser Polymere für sich in einer bevorzugten Ausgestaltung einer thermoplastischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 75 Gew.-% und besonders bevorzugt mehr als 90 Gew.-%, jeweils bezogen auf die thermoplastische Zusammensetzung, enthalten sein kann.
Die Komponenten a1), b1) und gegebenenfalls c1) werden zunächst in den Verfahrensschritten i), ii) und gegebenenfalls iii) bereitgestellt. Sodann erfolgt im Verfahrensschritt iv) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Vermischen der Komponenten i), ii) und gegebenenfalls iii).
Das Vermischen der Komponenten a1), b1) und gegebenenfalls c1) kann dabei unter Nutzung bekannter Techniken erfolgen. So kann das Vermischen beispielsweise ein Trockenmischvorgang sein, bei dem die verschiedenen Komponenten unterhalb der Schmelzverarbeitungstemperatur des thermoplastischen Polymers gemischt werden, oder aber ein Schmelzmischverfahren, bei dem die Komponenten, gegebenenfalls vorgemischt und bei den Schmelzverarbeitungstemperaturen des thermoplastischen Polymers gemischt werden. Zu den Schmelzmischverfahren gehört bevorzugt das Schmelzknetverfahren, welches beispielsweise durch kontinuierliches Schmelzkneten unter Verwendung einer Einschnecken-Knetmaschine, einer Doppelschnecken-Knetmaschine vom Verzahnungs-gleiche-Richtungs-Rotationstyp, Verzahnungs-verschiedene-Richtungs-Rotationstyp, Nichtverzahnungs-gleiche-Richtungs-Rotationstyp, Nichtverzahnungs-verschiedene-Richtungs-Rotationstyp, oder anderer Typen oder durch Batch-Schmelzkneten unter Verwendung einer Walzenknetmaschine, einer Banbury-Knetmaschine oder ähnlichem realisierbar ist. Denkbar ist weiterhin eine Kombination aus einem Trockenmischverfahren und einem Schmelzmischverfahren.
Weiterhin ist die Reihenfolge und die Art und Weise der Zugabe der einzelnen Komponenten a1), b1) und gegebenenfalls c1) in die Mischvorrichtung grundsätzlich unkritisch. So können beispielsweise zunächst das thermoplastische Polymer und gegebenenfalls die Zusatzstoffe in der Mischvorrichtung vorgelegt und erst anschließend das Additiv zugesetzt werden. Denkbar ist auch, das Additiv oder einen Teil des Additivs zunächst mit einer oder mehreren anderen Komponenten der erfindungsgemäßen, thermoplastischen Zusammensetzung, beispielsweise mit einem oder mehreren Zusatzstoffen, zu vermischen und diese Mischung dann entweder zu dem bereits in der Mischvorrichtung befindlichen, thermoplastischen Polymer zuzugeben, oder aber diese Mischung zunächst in der Mischvorrichtung vorzulegen und erst dann das thermoplastische Polymer zuzusetzen.
In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung erfolgt das Vermischen nach mindestens einer der nachfolgenden Maßnahmen:

M1) bei der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers oder bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers;
M2) wobei das Additiv flüssiger ist als das thermoplastische Polymer; oder
M3) wobei mindestens ein Teil des Additivs dem Vorläufer des thermoplastischen Polymers zugesetzt wird.

Es entspricht weiterhin erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, wenn zwei oder mehrere der vorstehenden Maßnahmen kombiniert werden. So ergeben sich im Einzelnen als Ausgestaltungen die folgenden, anhand der Ziffernkombinationen dargestellten Maßnahmenkombinationen: M1M2, M1M3, M2M3 und M1M2M3.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform M1 des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Vermischen der Komponenten i), ii) und gegebenenfalls iii) im Verfahrensschritt iv) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch ein Schmelzmischverfahren. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass das Vermischen im Verfahrensschritt iv) bei der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers oder bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers erfolgt. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass das Vermischen bei einer Temperatur in einem Bereich von 5°C unterhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) bis 200°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers, besonders bevorzugt bei einer Temperatur in einem Bereich von 1°C unterhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) bis 180°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers und am meisten bevorzugt bei einer Temperatur in einem Bereich von 1°C oberhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) bis 150°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers, wobei jedoch die obere Grenze des Temperaturbereiches im Wesentlichen von der Zersetzungstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers begrenzt wird. Ferner entspricht es erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, wenn das Vermischen bei Temperaturen in einem Bereich von 10 bis 180°C und vorzugsweise 50 bis 150°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers erfolgt.
In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung M2, in der das Additiv flüssiger ist als das thermoplastische Polymer, ist es bevorzugt, das Additiv bei einer Temperatur einzusetzen, bei der dieses flüssig und das thermoplastische Polymer noch nicht flüssig ist. Bevorzugt liegt hier die Temperatur des thermoplastischen Polymers unterhalb der Glasübergangstemperatur dieses Polymers. So ist es bevorzugt, wenn sich die Schmelztemperatur des Additivs und die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers um mindestens 5°C, vorzugsweise mindestens 10°C und besonders bevorzugt mindestens 30°C unterscheiden. Weiterhin ist es in dieser Ausgestaltung und auch allgemein bevorzugt, das thermoplastische Polymer als Granulat einzusetzen. Im Allgemeinen kommen alle dem Fachmann bekannten Granulatformen mit kugelartiger oder zylinderartiger Raumform auch vorliegend in Betracht. Die mittels Siebanalyse bestimmte Granulatgröße liegt für mindestens 70 Gew.-% der Granulatteilchen in einem Bereich von 0,01 bis 5 cm und vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 4 cm. Durch die Vorgehensweise gemäß dieser Ausgestaltung können die Oberflächen der Granulatteilchen mindestens teilweise mit dem erfindungsgemäßen Additiv überzogen werden, so dass ein mindestens teilweise beschichtetes thermoplastisches Polymergranulat erhalten wird. Dieses erlaubt eine möglichst homogene Verteilung des erfindungsgemäßen Additivs in der thermoplastischen Zusammensetzung, insbesondere wenn diese als Formulierung für die später erfolgende Extrusion konfektioniert wird.
In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung M3, in der das Additiv dem Vorläufer des thermoplastischen Polymers zugesetzt wird, kommen Additiv in flüssiger und auch in fester Form in Betracht. Als Vorläufer des thermoplastischen Polymers kommen grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Vorstufen vor dem Erhalt des thermoplastischen Polymers in Betracht. Hierunter fallen insbesondere Vorstufen, die ein geringeres Molekulargewicht als das endgültige thermoplastische Polymer aufweisen. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Molekulargewicht des Vorläufers sich von dem des fertigen thermoplastischen Polymers um mindestens das 1,1-, vorzugsweise mindestens das 1,5- und besonders bevorzugt mindestens um das 2-fache unterscheidet. Neben den zur Herstellung des thermoplastischen Polymers eingesetzten Monomeren und Oligomeren, die vorzugsweise aus 2 bis 100 Monomeren bestehen, gehört, insbesondere bei Polykondensaten, ein Vorpolymer, das, meist durch Hitzebehandlung, zu dem fertigen thermoplastischen Polymer auspolymerisiert wird. Vorzugsweise basiert das Vorpolymer auf mehr als 100 Monomeren als Wiederholungseinheiten, wobei die Zahl der Monomere als Wiederholungseinheiten und damit das endgültige Molekulargewicht des fertigen thermoplastischen Polymers nicht erreicht wird. Somit ist es besonders bevorzugt, das erfindungsgemäße Additiv jeweils den Monomeren, Oligomeren oder dem Vorpolymer oder mindestens zwei von diesen zuzusetzen. Hierdurch wird neben einer homogenen Verteilung des erfindungsgemäßen Additivs auch, meist durch die bei der Polymerisation oder Auspolymerisation herrschenden Bedingungen, eine Einarbeitung des Additivs durch chemische Bindungen mit dem thermoplastischen Polymer erreicht.
Sofern die im Verfahrensschritt iv) im Falle eines Schmelzmischverfahrens erhaltene, erhitzte Zusammensetzung nicht unmittelbar der Formkörperherstellung zugeführt wird, kann das Verfahren auch noch den weiteren Verfahrensschritt v) umfassen:

v) Abkühlen der thermoplastischen Zusammensetzung, vorzugsweise auf eine Temperatur in einem Bereich von 20 bis 30°C, besonders bevorzugt auf Raumtemperatur.

Weiterhin kann die thermoplastische Zusammensetzung, welche im Verfahrensschritt iv) erhalten wurde, vor, während oder auch nach Durchführung des Verfahrensschrittes v), gegebenenfalls jedoch auch nach dem Verfahrensschritt iv) und ohne Durchführung des Verfahrensschrittes v) einer Granulierung zugeführt werden.
Weiterhin können in der erfindungsgemäßen, thermoplastischen Zusammensetzung neben dem thermoplastischen Polymer (Komponente a1) und dem Additiv (Komponente b1) gegebenenfalls auch weitere Zusatzstoffe (Komponente c1) enthalten sein. Zu den weiteren Zusatzstoffen gehören insbesondere Schlagzähigkeitsmodifikatoren, Füllstoffmaterialien, Verstärkungsmittel, Flammverzögerungsverbindungen, Wärme- und UV-Stabilisatoren, Antioxidationsmittel, andere Verarbeitungshilfsmittel, Keimbildner, Farbstoffe und Antitropfmittel. Beispiele geeigneter Schlagzähigkeitsmodifikatoren, Füllstoffmaterialien, Verstärkungsmittel und Flammverzögerungsverbindungen sind unter anderem der US 2005/0234171 A1 zu entnehmen.
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass die Komponenten a1) bis c1) in solchen relativen Mengen miteinander vermischt werden, dass die durch das Vermischen der Komponenten a1) bis c1) erhaltene, thermoplastische Zusammensetzung

a11) mindestens 40 bis 99,99 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 99,8 Gew.-% und am meisten bevorzugt 60 bis 99,6 Gew.-% des thermoplastischen Polymers,
b11) 0,01 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 40 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% des Additivs und
c11) 0 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% der weiteren Zusatzstoffe,

In einer anderen erfindungsgemäßen Verfahrensausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Komponenten a12) bis d12) in solchen relativen Mengen miteinander vermischt werden, dass die durch das Vermischen der Komponenten a12) bis d12) erhaltene, thermoplastische Zusammensetzung

a12) 1 bis 69,99 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,5 bis 49,8 Gew.-% und am meisten bevorzugt 2 bis 19,6 Gew.-% des thermoplastischen Polymers,
b12) 0,01 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% des Additivs,
c12) mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 30 Gew.-% einer biologisch abbaubaren Füllkomponente und
d12) 0 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% der weiteren Zusatzstoffe,

Als biologisch abbaubare Füllkomponente kommen grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden in Betracht. Hierunter fallen insbesondere Ein- und Mehrfachzucker wie Stärke und Stärkederivate, Cellulose und Cellulosederivate, Hanf, Jute, Bast, Schilf, Reet, insbesondere Reetmehl, und andere aus Pflanzen gewonnene Stoffe oder eine Kombination aus mindestens zwei davon. Im Rahmen dieser Ausgestaltung ist es weiterhin bevorzugt, dass das thermoplastische Polymer zum mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 50 Gew.-% und besonders bevorzugt zu mindestens 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf das thermoplastische Polymer, auf einem aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugbaren Monomer wie Milchsäure basiert. Diese thermoplastische Zusammensetzung eignet sich insbesondere für biologisch abbaubare Einweg- und Wegwerfartikel wie Geschirr oder Besteck.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist es darüber hinaus, dass im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung ein gesättigtes, α-olefinisches Oligomer aus mindestens einem C₆-C₁₈ α-Olefin in höchstens einer solchen Menge eingesetzt wird, dass die durch das Vermischen der Komponenten a1) bis c1) erhaltene, thermoplastische Zusammensetzung weniger als 0,001 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,0005 Gew.-% und am meisten bevorzugt weniger als 0,0001 Gew.-% des gesättigten, α-olefinischen Oligomers enthält.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet weiterhin die durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhältliche, thermoplastische Zusammensetzung. Hier und allgemein ist es bevorzugt, dass die thermoplastische Zusammensetzung einen Gelbwert von kleiner als 6,64, vorzugsweise kleiner 6, besonders bevorzugt kleiner 5 sowie ferner bevorzugt kleiner 4 und darüber hinaus bevorzugt kleiner 3 zeigt. Oftmals beträgt der Gelbwert weniger als 2, oder als 1. Im Idealfall liegt er bei 0, oftmals aber bei mehr als 0,1 oder 0,2.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, beinhaltend die Verfahrensschritte:

I) Bereitstellen einer thermoplastischen Zusammensetzung, erhältlich nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung;
II) Erhitzen der thermoplastischen Zusammensetzung auf die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers oder auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers;
III) Herstellung eines Formkörpers aus der im Verfahrensschritt II) hergestellten, erhitzten, thermoplastischen Zusammensetzung.

Im Schritt I) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Formkörpers wird zunächst eine erfindungsgemäße, thermoplastische Zusammensetzung bereitgestellt, wobei diese Bereitstellung vorzugsweise durch ein Verfahren gemäß des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung erfolgt.
Sodann wird im Verfahrensschritt II) die thermoplastische Zusammensetzung auf die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers oder auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers erhitzt. In diesem Zusammenhang ist es wiederum bevorzugt, dass das Erhitzen der thermoplastischen Zusammensetzung auf eine Temperatur in einem Bereich von 5°C unterhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) bis 100°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers, besonders bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von 1°C unterhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) bis 50°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers und am meisten bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von 1°C oberhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) bis 20°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers erfolgt, wobei jedoch auch hier die obere Grenze des Temperaturbereiches im wesentlichen von der Zersetzungstemperatur des eingesetzten, thermoplastischen Polymers begrenzt wird.
Grundsätzlich können die Verfahrensschritte I) und II) zeitgleich oder hintereinander durchgeführt werden. Eine gleichzeitige Durchführung der Verfahrensschritte I) und II) ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die thermoplastische Zusammensetzung mittels eines Schmelzmischverfahrens hergestellt wird. Hier kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, die durch das Schmelzmischverfahren hergestellte Zusammensetzung unmittelbar in einen Formkörper zu überführen. Eine nacheinander erfolgende Durchführung der Verfahrensschritte I) und II) ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die thermoplastische Zusammensetzung mittels eines Trockenmischverfahrens hergestellt wird oder aber wenn die thermoplastische Zusammensetzung zwar mittels eines Schmelzmischverfahrens hergestellt wird, jedoch nicht unmittelbar nach der Herstellung der Bildung eines Formkörpers unterzogen wird, sondern vielmehr zunächst gemäß dem Verfahrensschritt v) abgekühlt wird.
Im Verfahrensschritt III) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Formkörpers wird aus der im Verfahrensschritt II) hergestellten, erhitzten, thermoplastischen Zusammensetzung ein Formkörper hergestellt. Als Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers kommen insbesondere das Spritzgießen, das Extrusionsformen, das Kompressionsformen, das Schichtformen, das Laminierungsformen, das Hohlformen, das Vakuumformen und das Transferformen in Betracht, wobei das Spritzgießen besonders bevorzugt ist.
Weiterhin entspricht es einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines thermoplastischen Formkörpers, dass in mindestens einem weiteren Verfahrensschritt IV) mindestens ein Teilbereich des in Verfahrensschritt III) erhaltenen Formkörpers als Formkörperrohling dient und in seinem Massequerschnitt gegenüber Verfahrensschritt III) verringert wird. Bei dem Massequerschnitt handelt es sich um den Querschnitt eines Bereiches des Formkörpers, der massiv aus der erfindungsgemäßen thermoplastischen Formmasse besteht. Beispielsweise bei Behältern oder Gebinden stellt der Massequerschnitt die Dicke einer Wandung dieser Behälter oder Gebinde dar. Bei eher faden- oder strangförmig ausgebildeten Formkörpern stellt der Massequerschnitt die Dicke dieser Fäden oder Stränge dar. Bei eher flächigen Gebilden wie Platten, Lagen, Bahnen, Filmen oder Folien stellt der Massequerschnitt die Stärke dieser flächigen Gebilde dar. Für das Verringern des Massequerschnitts kommen grundsätzlich alle dem Fachmann hierzu bekannten und geeigneten Methoden in Betracht. Hierunter fallen beispielsweise das Strecken in eine oder zwei Richtungen, Ziehen in eine oder zwei Richtungen, Schleudern oder Blasen, die jeweils vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen erfolgen, bei denen die erfindungsgemäße thermoplastische Zusammensetzung so weich oder gar flüssig ist, dass ein Strecken, Ziehen Schleudern oder Blasen erfolgen kann. Der Teilbereich, in dem die Querschnittsverringerung erfolgt, macht vorzugsweise mindestens 50% und besonders bevorzugt mindesten 80% des in Schritt III) erhaltenen Formkörpers aus. Allgemein erfolgt das Strecken oder Ziehen, wenn aus dem in Schritt III) erhaltenen Formkörper eine Faser erhalten werden soll. Bei der Herstellung von Folien kann zum einen das Ziehen oder Strecken in eine oder mehrer Dimensionen erfolgen. So kann die aus einem Extruder laufende Bahn mit einer im Vergleich zu der Austrittsgeschwindigkeit aus dem Extruder höheren Geschwindigkeit auf eine Rolle gezogen werden. Soll hingegen ein Behälter oder Gebinde erhalten werden, so wird außer dem Strecken, Ziehen und Schleudern vornehmlich das Blasen in Schritt IV) eingesetzt. Hierbei erfolgt die Massequerschnittsverringerung durch das Anlegen eines Gasdrucks. Der Gasdruck wird allgemein so gewählt, dass die meist mindestens auf Glasübergangstemperatur erhitzte thermoplastische Zusammensetzung des in Schritt III) erhaltenen Formkörpers gedehnt werden kann. In der Regel wird die Dehnung durch die Verwendung eines die Endform des Formkörpers habende Form begrenzt. So lässt sich neben Behältern wie Gefrierboxen, Schalen und Verpackungen für Lebensmittel wie Obst, Gemüse oder Fleisch sowie Arzneimittel als Tabletten, Kapseln, Zäpfchen oder Pulvern auch Gebinde für Flüssigkeiten herstellen. Diese Flüssigkeitsgebinde können neben für Flüssigkeiten der kosmetischen oder pharmazeutischen Industrie in der Lebensmittelindustrie, vorzugsweise in der Getränkeindustrie auch als Mehrweggebinde wie PET- oder PLA-Flaschen eingesetzt werden. Es weiterhin möglich, dass zwei oder mehrere der Verfahrenschritte I) bis IV) durch weitere Verfahrensschritte ergänzt werden und/oder zumindest zeitlich überlappende verlaufen. Dieses gilt insbesondere für die Verfahrensschritte III) und IV).
Weiterhin lassen sich erfindungsgemäß neben Flaschen auch andere Formkörper herstellen. Hierunter fallen Ein- und Mehrweggebinde, wie Teller, Schalen, Töpfe oder Becher, und Bestecke wie Messer, Gabeln oder Löffel. Besonders eignen sich die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren thermoplastischen Zusammensetzungen für diese Anwendungen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Packgutes beinhaltend die Verfahrensschritte:

a) das Bereitstellen eines Gutes und eines Formkörpers, insbesondere einer Folie, wobei der Formkörper erhältlich ist durch das vorstehend beschriebene Verfahren;
b) das mindestens teilweises Umgeben des Gutes mit dem Formkörper.

Bei dem im Verfahrensschritt a) bereitgestellten Gut handelt es sich vorzugsweise um ein Pharmazeutikum, ein Körperpflegemittel, ein Agrarhilfsmittel, einen Klebstoff, einen Baustoff, einen Farbstoff oder ein Lebensmittel.
Das mindestens teilweise Umgeben des Gutes kann beispielsweise durch das in DE-A-103 56 769 beschriebene Verfahren erfolgen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens teilweise beschichteten Gegenstands, beinhaltend die Verfahrensschritte:

a4) Bereitstellen einer mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Beschichtungszusammensetzung, einen Ester oder eine thermoplastische Zusammensetzung, erhältlich durch das jeweils vorstehend beschriebene Verfahren, beinhaltende Beschichtungszusammensetzung, und eines festen Substrat;
b4) Mischen der Beschichtungszusammensetzung und des Substrats, wobei die Beschichtungszusammensetzung mindestens teilweise flüssig ist.

Die Herstellung des mindestens teilweise beschichteten Gegenstands mit der Beschichtungszusammensetzung kann beispielsweise so erfolgen, dass die Beschichtungszusammensetzung und der zu beschichtende Gegenstand in geeigneten Mischvorrichtungen miteinander vermischt werden, wobei insbesondere der Patterson-Kelley-Mischer, DRAIS-Turbulenzmischer, Lödigemischer, Ruberg-Mischer, Schneckenmischer, Tellermischer und Wirbelschichtmischer als Mischvorrichtungen in Betracht kommen. Sollte die Beschichtungszusammensetzung bei den Mischbedingungen nicht flüssig sein, so ist diese Komponente vor oder während des Vermischens mit dem zu beschichtenden Gegenstand auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Beschichtungszusammensetzung zu erhitzen. Neben dem Einsatz der vorstehend beschriebenen Mischvorrichtungen kann die Herstellung des mindestens teilweise beschichteten Gegenstands auch dadurch erfolgen, dass beispielsweise der zu beschichtende Gegenstand in einem Wirbelschicht-Mischer vorgelegt und die Beschichtungszusammensetzung in flüssiger Form auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgesprüht wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Weiterverarbeitungsprodukt beinhaltend einen Ester, welcher erhältlich ist durch Umsetzen einer Carbonsäurekomponente mit einer Alkoholkomponente, welche mit der Carbonsäurekomponente unter Bildung eines Esters zu reagieren vermag, und mindestens eine funktionelle Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus thermoplastisches Polymer, Enzym, Abbinder eines Klebstoffs, Paraffin, Öl, Farbmittel, Haar- oder Hautpflegesubstanz, Polymerdispersion, Kalkspülung, Schmiermittel oder Emulgator, oder einer Kombination von zwei oder mehreren davon.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Esters, welcher erhältlich ist durch Umsetzen einer Carbonsäurekomponente mit einer Alkoholkomponente, welche mit der Carbonsäurekomponente unter Bildung eines Esters zu reagieren vermag, als Additiv in einer Zusammensetzung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: thermoplastische Zusammensetzung, Waschmittel, Klebstoff, Entschäumer, Schmierstoffformulierung, Lack, Farbe, kosmetische Zubereitung, Bodenverdichtungsmittel, Bohrspülung, Hydrauliköl oder Dispersion.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der zuvor beschriebene Ester als Additiv in einer Zusammensetzung beinhaltend als eine funktionelle Komponente

α) ein thermoplastisches Polymer, wobei die Zusammensetzung eine thermoplastische Zusammensetzung ist;
β) ein Enzym, wobei die Zusammensetzung ein Waschmittel ist;
γ) einen Abbinder eines Klebstoffes, wobei die Zusammensetzung ein Klebstoff ist;
δ) ein Paraffin, wobei die Zusammensetzung ein Entschäumer ist;
ε) ein Öl, wobei die Zusammensetzung eine Schmierstoffformulierung ist;
ζ) ein Farbmittel, wobei die Zusammensetzung ein Lack oder eine Farbe ist; oder
η) eine Haar- oder Hautpflegesubstanz, wobei die Zusammensetzung eine kosmetische Zubereitung ist,
θ) eine Polymerdispersion, wobei die Zusammensetzung ein Bodenverdichtungsmittel ist,
ι) eine Kalkspülung, wobei die Zusammensetzung eine Bohrspülung ist,
κ) ein Schmiermittel, wobei die Zusammensetzung ein Hydrauliköl ist,
λ) ein Emulgator, wobei die Zusammensetzung eine thermoplastische Zusammensetzung oder eine Dispersion ist,

Bevorzugt wird das Additiv in einer Menge in einem Bereich von 0,001 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,01 bis 20, ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 10 Gew.-% und insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 0,5, 1 oder 2 bis 5, 6, 7 oder 8 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, eingesetzt wird.
Die Erfindung wird nun anhand nicht limitierender Beispiele näher erläutert.
Meßmethoden
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, erfolgen sämtliche Messungen nach den einschlägigen ISO-Normen. Wenn dort nichts anderes bestimmt ist, wurde eine Temperatur von 23°C, ein Luftdruck von 1 bar und eine relativen Luftfeuchtigkeit von 50% gewählt.
Zusammensetzung eines Gemischs mehrerer Carbonsäurekomponenten
Gemische mehrerer Carbonsäurekomponenten, wie sie bspw. in technischer Ölsäure vorliegen, können mittels Gaschromatographie (GC) oder Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) bestimmt werden. Die Gewichtsanteile werden in Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zugeführten Probe, angegeben.
Bestimmung des Gelbwerts
Als Maß für die Gelbtönung/Vergilbung wird der Gelbwert, der als b*-Wert einer Probe der zu untersuchenden Zusammensetzung gemäß dem L*, a*, b*-Farbsystem nach DIN 5033 bestimmt wird.
Thermische Analyse
Die thermischen Kenngrößen wurden mittels DSC (Dynamische Wärmestrom-Differenz-Kalorimetrie) an einer Mettler Toledo DSC 821 ermittelt. Die Einwaage betrug 20–25 mg in offene Tiegel. Nach Schliessen der Tiegel wurden die so hergestellten Proben über einen Temperaturbereich von –100 bis +120°C bei einer Heizrate von 20 K/min. gegen einen leeren, ebenfalls verschlossenen Tiegel vermessen. Die Probe wurde 60 Sekunden bei +120°C gehalten, anschließend mit der apparativ höchstmöglichen Kühlrate, mindestens jedoch 15 K/min, auf die vorstehend genannte Minimumtemperatur abgekühlt, und 2 min. bei dieser gehalten, bevor der Heiz- und Kühlvorgang wiederholt wurden.
Die Bestimmung der Glasübergangstemperatur und der Schmelztemperatur erfolgt gemäß DIN 53765.
Der Kristallisationsgrad kann mit Hilfe der Formel: K = ΔH_m/ΔHm° × 100% ermittelt werden, wobei K für den Kristallisationsgrad, ΔH_m für die Schmelzenthalpie der Probe und ΔH_m° für die Schmelzenthalpie des Materials bei einer Kristallinität von 100% steht.
Die ΔH_m°-Werte kann der Fachmann aus ihm bekannten Tabellenwerken, z. B. J. Brandrup et al., "Polymer Handbook", 4th Ed., John Wiley & Sons entnehmen.
Weitere Methoden

Folgende Kennwerte werden nach veröffentlichten Normen bestimmt:

Kennwert	Norm	Bemerkung
BET-Oberfläche	DIN 66131	mit Stickstoff
Hydroxygruppenzahl (OHZ)	DIN 53240
Säurezahl (SZ)	DIN EN ISO 2114
Verseifungszahl (VZ)	DIN 53401
Pourpoint (Stockpunkt)	DIN ISO 3016
Cloudpunkt (Trübpunkt)	DIN ISO 3015
Glastemperatur (T_g), Schmelzpunkt (T_m)	DIN 53765	siehe oben
Dichte	DIN 51757	bei 20°C
Viskosität	DIN 53015	bei 20°C
Farbzahl nach Gardner	DIN EN ISO 4630-1
Stärke (Dicke) des Multifilaments [μm]	DIN 53855 Teil 1
Teilchengröße, Partikelgröße mittels Laserdiffraktometrie	ISO 133204	mit Coulter 230 LS
Wassergehalt	DIN 51777	nach Karl-Fischer

Beispiele
Soweit nicht anders vermerkt sind die Rohstoffe, erhältlich unter dem angegebenen Handelsnamen, von Cognis Oleochemicals Deutschland GmbH, Düsseldorf, oder bei der Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, erhältlich.
BEISPIEL 1: Herstellung von Pentaerythritdioleat
In einem Glaskolben wurden 621,4 g technische Ölsäure (2,2 mol) und 136 g (1 mol) Pentaerythrit vorgelegt und mit 0,2 g Zinnoxalat versetzt. Die Mischung wurde binnen 3 Stunden von 130 auf 180°C und weitere 4 Stunden bei 180°C unter Rückfluss erhitzt. Nach Abkühlen der Mischung wurde diese 8-mal mit 10 g Wasser gewaschen und das so erhaltene Pentaerythritdioleat im Vakuum (p ca. 16 mbar) bei 95–100°C über 3 Stunden getrocknet. Zuletzt wurde in das Pentaerythritdioleat 30 g Kieselgur („Hyflo Super Cel”, erhältlich bei der Fa. Carl Roth) eingerührt und die so erhaltene Suspension in eine Saugflasche abfiltriert. Das Filtrat wurde nochmals bei 100°C über eine Stunde im Vakuum (p ca. 16 mbar) getrocknet.
Erhalten wurde eine gelbliche Flüssigkeit, die Ausbeute lag bei 87%, bezogen auf die Einwaage von Pentaerythrit. Die Säurezahl betrug 1,2.
BEISPIEL 2: Herstellung von Ölsäureglycerid mit Zinnkatalysator
Entsprechend Beispiel 1 wurden 621,4 g technische Ölsäure (2,2 mol), 92,1 g (1 mol) Glycerin und 0,1 g Zinnoxalat vorgelegt und wie in Beispiel 1 umgesetzt. Die abgekühlte Reaktionsmischung wurde dreimal gewaschen.
Die Ausbeute betrug 79 Gew.-%, bezogen auf die Einwaage von Glycerin. Das so erhaltene Ölsäureglycerid bestand zu 63 Gew.-% aus Glycerindioleat und 16% Glycerinmonooleat.
BEISPIEL 3: Herstellung von Ölsäure-n-Octylester
313,7 g (2,41 mol) n-Octanol und 421 g (1,5 mol) technische Ölsäure (EDENOR TiO5) wurden in einem Kolben mit Destillationsbrücke vorgelegt und mit 0,38 g Zinnoxalat versetzt. Die Reaktionsmischung wurde innerhalb von 3 Stunden von 150°C auf 180°C erhitzt. Danach wurde langsam Vakuum angelegt und nach weiteren 4 Stunden bei 180°C (Säurezahl der Reaktionsmischung = 1,0) wurde das überschüssige n-Octanol im Vakuum (p ca. 16 mbar) abdestilliert. Es wurde auf 90°C abgekühlt, 25 g Kieselgur („Tonsil Optimum FF”, Hersteller Südchemie, München) eingerührt und die so erhaltene Suspension in eine Saugflasche abfiltriert.
Die Ausbeute betrug 91%, bezogen auf die Einwaage von technischer Ölsäure.
BEISPIEL 4: Herstellung von Sebacinsäuredi(n-butylester)
Es wurden 176 g (2,41 mol) n-Butanol und 202 g (1,0 mol) technische Sebacinsäure in einem Kolben mit Destillationsbrücke vorgelegt und mit 0,38 g Zinn(II)-oxalat versetzt. Die Reaktionsmischung wurde innerhalb von 3 Stunden von 150°C auf 165°C erhitzt Danach wurde langsam Vakuum angelegt und nach weiteren 4 Stunden bei 165°C (Säurezahl der Reaktionsmischung = 0,5) wurde das überschüssige n-Butanol im Vakuum (p ca. 13 mbar) abdestilliert. Es wurde auf 90°C abgekühlt, 25 g Kieselgur („Tonsil Optimum FF”, Hersteller Südchemie, München) eingerührt und die so erhaltene Suspension in eine Saugflasche abfiltriert.
Die Ausbeute betrug 87%, bezogen auf die Einwaage an technischer Sebacinsäure.
BEISPIEL 5: Herstellung von Sebacinsäuredi(n-butylester)
Es wurden 163 g (2,2 mol) n-Butanol und 202 g (1,0 mol) technische Sebacinsäure in einem Kolben mit Destillationsbrücke vorgelegt und mit einer Mischung aus 0,22 g Unterphosphoriger Säure, 0,22 g Zinn(II)-oxalat und 0,38 g p-Toluolsulfonsäure versetzt. Die Reaktionsmischung wurde 20 Stunden auf 150°C erhitzt, wobei während der letzten 5 Stunden ein Vakuum beginnend bei 500 mbar bis 2 mbar angelegt wurde. Es wurde, wie in Beispiel 4, bei 90°C filtriert.
Die Ausbeute betrug 93%, bezogen auf die Einwaage an technische Sebacinsäure. Die Säurezahl betrug 0,2.
BEISPIEL 6: Herstellung von Sebacinsäuredi(i-butylester)
Es wurde wie in Beispiel 4 verfahren, als Alkohol wurde i-Butanol vorgelegt.
Die Ausbeute betrug 91%, bezogen auf die Einwaage an technischer Sebacinsäure.
BEISPIEL 7: Herstellung von Sebacinsäuredioctylester
Es wurde wie in Beispiel 4 verfahren, als Alkohol wurde n-Octanol vorgelegt.
Die Ausbeute betrug 83%, bezogen auf die Einwaage an technischer Sebacinsäure.
BEISPIEL 8: Herstellung von Komplexester I
650 g i-Isononansäure, 300 g eines C₈/C₁₀-Carbonsäureschnitts, 100 g Dimersäure (Pripol^TM 1022, Uniqema, Gouda, Niederlande) und 180 g Pentaerythritdimer wurden nach Zugabe von 5 mg Zinnoxalat für 30 Stunden in einem 5 1 Reaktor mit aufgesetztem Wasserabscheider auf 190°C erwärmt.
Der so erhaltene Komplexester I wurde nach Abkühlen auf 50°C dreimal mit 50 ml Wasser gewaschen und über 5 g Kieselgur abfiltriert.
Der so erhaltene, gereinigte Komplexester I hat eine Säurezahl von 0,7 und eine Farbzahl nach Gardner von 4,5.
BEISPIEL 9: Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung
In einem 15 kg Henschel-Mischer werden 6 kg Polyethylenterephthalat (PET SP04 der Firma Catalana de Polinvers, Barcelona, Spanien) eingetragen. Die Mischwandtemperatur betrug 40°C. Des Weiteren wurden 0,5 Gew.-% des in Beispiel 3 hergestellten Esters als Fromtrennmittel zugesetzt. Anschließend wurde das Material auf einem Granulator (ZSK 26Mcc) mit Stopfschnecke granuliert.
BEISPIEL 10: Herstellung eines Formkörpers
Zur Herstellung von Formkörpern aus der thermoplastischen Zusammensetzung, die in Beispiel 90 hergestellt wurde, wurde eine vollhydraulische Spritzgießmaschine mit einer hydraulischen Schließeinheit vom Typ Battenfeld HM800/210 eingesetzt. Die maximale Schließkraft beträgt 800 kN, der Schneckendurchmesser beträgt 25 mm. Als Versuchswerkzeug wurde ein Werkzeug mit einem konisch zulaufenden, rechteckigen Kern verwendet. Für die Bestimmung der Entformungskraft wurde eine Kraftmessdose mit einem maximalen Messbereich von 2 kN an der Auswerferstange angebracht. Die Vortrocknung der Formmasse erfolgte bei etwa 225°C für etwa 4 Stunden. Es wurde eine gegenüber einer additivfreien Formmasse deutlich verbesserte Entformung mit der erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzung beobachtet.
BEISPIEL 11: Herstellung eines Waschmittels
0,2 ew.-% Zinkricinoleat (Tego^® Sorb Conc 50 von Goldschmidt), 1 Gew.-% Natriumcitrat, 0,1 Gew.-% des in Beispiel 3 erhaltenen Esters als Entschäumer, 1 Gew.-% Borsäure, 7,5 Gew.-% Glycerin, 1 Gew.-% Ethanol, 4 Gew.-% C₁₂-C₁₆-Alkylglykosid, 8 Gew.-% Seife, 8 Gew.-% C₁₂-C₁₄-Fettalkohol + 1.3 EO-Sulfat-Natriumsalz, 1 Gew.-% Acusol 120 (15%-ig; Methacrylsäure(stea-rylkohol-20-EO)ester-Acrylsäure-Copolymer von Rohm & Haas), 0,5 Gew.-% Dequest 2066, Amylase, Protease, sowie Wasser wurden unter Erhalt eines Waschmittels vermischt.
BEISPIEL 12: Herstellung eines Klebstoffes
Gemäß der Lehre der DE-A-199 57 351 wurde aus einem Polypropylenglycol mit M_n = 880 g/mol und Diphenylmethandiisocyanat ein hochmolekulares Diisocyanat hergestellt, aus dem anschließend das monomere MDI soweit entfernt wurde, dass ein Restmonomer-Gehalt von 0,1% resultierte. Aus 100 Teilen einer Polyolmischung für einen Standardpolyurethanschmelzklebstoff (QR 6202, Firma Henkel) mit einer gemittelten OH-Zahl von 32,5 und 76,5 Teilen des vorgenannten hochmolekularen Diisocyanats wurde ein Schmelzklebstoff hergestellt. Zusätzlich wurden 5 Gew.-% des in Beispiel 3 hergestellten Esters zugesetzt.
BEISPIEL 13: Herstellung eines Entschäumers
4,0 Gew.-% Paraffin mit einem Erstarrungspunkt nach DIN ISO 2207 von 45°C, einem Flüssiganteil bei 40°C von etwa 66 Gew.-% und einem Flüssiganteil bei 60°C von etwa 96 Gew.-%, 1,2 Gew.-% Bisamid, 3 Gew.-% Natriumcarbonat, 58,7 Gew.-% Natriumsulfat, 21,4 Gew.-% Natriumsilikat, 2,1 Gew.-% Celluloseether, 4,8 Gew.-% des in Beispiel 3 erhaltenen Esters und Wasser werden unter Bildung einer wässrigen Aufschlämmung vermischt, die gemäß dem Verfahren der europäischen Patentschrift EP 625 922 mit überhitztem Wasserdampf sprühgetrocknet wurde.
BEISPIEL 14: Herstellung eines Entschäumers II
1,2 Gew.-% Bisamid, 3 Gew.-% Natriumcarbonat, 58,7 Gew.-% Natriumsulfat, 21,4 Gew.-% Natriumsilikat, 2,1 Gew.-% Celluloseether, 8,8 Gew.-% des in Beispiel 3 erhaltenen Esters und Wasser wird unter Bildung einer wässrigen Aufschlämmung vermischt, die gemäß dem Verfahren der europäischen Patentschrift EP-A-0 625 922 mit überhitztem Wasserdampf sprühgetrocknet wurde.
BEISPIEL 15: Herstellung eines Textilhilfsmittels
Zu 995 g eines textilen Gleitmittels, bestehend aus 84,5 Gew.-% i-Butylstearat, 5 Gew.-% Oleyl/Cetylalkohol 5 Mol EO, 2,2 Gew.-% Kokosfettsäuremonoethanolamid 4 Mol EO, 0,8 Gew.-% Ölsäure, 6 Gew.-% sekundärem Fettalkohol 7 Mol EO (Tergitol 15S7, Hersteller: Union Carbide) und 1,5 Gew.-% Wasser, wurden unter Rühren (maximale Rührgeschwindigkeit eines Kopfrührers mit Propellerrührer) bei 20°C 5 g des nach Beispiel 1b der DE-A-39 39 549 hergestellten Polymeremulsion gegeben. Nach 30 Sekunden hatte sich die Polymeremulsion gleichmäßig verteilt, und eine klare Lösung war entstanden. Danach wurde die Rührgeschwindigkeit so weit wie möglich reduziert und das textile Gleitmittel auf 60°C erwärmt, um das Auflösen der Polymerpartikel zu beschleunigen.
BEISPIEL 16: Herstellung eines Lackes
Man vermischte 736 g entmineralisiertes Wasser, 4 g einer 70 Gew.-% Lösung des in Beispiel 7 hergestellten Sebacinsäuredioctylesters in C₁₂H₂₆ (Isomerengemisch), 10 g nitrobenzolsulfonsaures Natrium, 5 g Tetranatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure, 100 g Harnstoff, 25 g Natriumbicarbonat, 100 g D-I.1, 20 g Fluorescent Brightener C. I. 230 vorgelegt. Es wurden 5 g des in Beispiel 3 erhaltenen Ölsäure-n-octylesters als Entschäumer zugesetzt und 60 Sekunden mit einem Schnellrührer bei 2000 U/min verrührt.
BEISPIEL 17: Herstellung einer kosmetischen Formulierung
Es wurden eine O/W-Emulsionen hergestellt, deren Ölphasen die folgende Zusammensetzung aufwiesen:

– 5,0 g der in der EP-A-1 485 061 mit der Formel (I) gekennzeichneten Verbindungen, in der R' für Methyl und R jeweils für eine Butyloctanoyl-Rest (C₁₂) steht,
– 5,0 g Emulgator Dioctylether (Cetiol OE, Firma Cognis),
– 0,6 g Emulgator Cetylstearylalkohol + 20-EO (Eumulgin B2, Firma Cognis),
– 0,1 g Creatin.

Der so erhaltenen Zusammensetzung wurden 5 Gew.-% des im Beispiel 3 erhaltenen Esters zugesetzt.
BEISPIEL 18: Herstellung einer Bohrspülung
Es wurde eine herkömmliche Kalkspülung aus 7,6 g vorhydratisiertem Bentonit, 1,15 g Ferrochromligninsulfonat, 2,3 g Löschkalk, 0,38 g Stärke und 0,76 g NaOH hergestellt. Dieser Kalkspülung wurden 5 Gew.-% des in Beispiel 3 erhaltenen Esters zugesetzt.
BEISPIEL 19: Herstellung eines Bodenverdichtungsmittels
Einer handelsübliche Polyvinylacetat-Dispersion (ca. 50 Gew.-% Polyvinylacetat, erhältlich bei Henkel KGaA, Düsseldorf) werden 10 Gew.-%, bezogen auf die wässrige Dispersion, von

a) Ölsäuretriglycerid,
b) Ölsäure-n-octylester aus Beispiel 3, oder
c) Sebacinsäuredi(n-butylester) aus Beispiel 45 zugesetzt.

Als Versuch d) wurde die unbehandelte Dispersion verfilmt, die als Referenz dient.
Aus diesen Dispersionen a) bis c) werden mit durch Dipcoating auf rotierende Teflonscheiben von 10 cm Durchmesser Filme mit einer durchschnittlichen Stärke von (400 ± 30) μm hergestellt.
Diese Filme werden in Bezug auf Flexibilität, Wasserlöslichkeit und Kohäsion beurteilt. Nach 21 Tagen wurde auf Stabilität und Homogenität geprüft.
Im Vergleich zum Referenzversuch d) zeigen alle drei Dispersionen a) bis c) eine deutlich verbesserte Flexibilität der Filme nach drei Wochen. Außerdem weisen die Filme a) bis c) im Vergleich zu d) sofort nach Filmbildung und insbesondere auch nach drei Wochen eine äußerst hohe Kohäsion auf, so dass sie nur unter hohem Kraftaufwand reißen.
Feldversuche, bei denen aa) Sandschichten, bb) Blumenerde und cc) Sandlöss mit den Dispersionen a) bis d) behandelt und über 3 Wochen der Bewitterung im Raum Düsseldorf, Deutschland, ausgesetzt wurden, erwiesen sich im Falle der mit den Dispersionen a) bis c) behandelten Proben gegenüber der als Referenz unbehandelten Probe als stark verfestigt.
BEISPIEL 20: Herstellung im Technikum
In einer Technikumsanlage wurde das Verfahren nach Beispiel 1 (Herstellung von Pentaerythritdioleat) in 1000-fachem Maßstab durchgeführt. Nach der Umsetzung wurde die so hergestellte Ester A-mischung auf 80°C abgekühlt und anschließend mit einer Mischung aus 25 kg Kieselgur (Celite 535, Brenntag N. V., Deerlijk, Belgium) und 5 kg Aktivkohle (Norit SA-2, Norit Deutschland GmbH, Kempen, Deutschland) unter starkem Rühren vermischt. Das so erhaltene Gemisch wurde während 1 Stunde kontinuierlich mit einer Umwälzpumpe über eine Filterpresse (23 Kammern, 40 mm Kammertiefe, Filterfläche 13 m³ Pressenvolumen 250 l, Fördermenge 3 m³/h) geführt und filtriert. Erhalten wurde eine schwach gelbliche, klare Flüssigkeit. Die Säurezahl betrug 1,2.
Bezugszeichenliste
zu Fig. 1

110: Reaktionsbereich
111: Reaktor
112: Mantelbeheizung
113: Strömungsblech
211: Rührwelle
212: Rührblatt
213: Getriebe
214: Motor
311: Aufarbeitungseinheit
411: externer Wärmetauscher
511: Zuleitung
512: Eduktreservoir
911: Förderpumpe
912: Verteilvorrichtung
921: Umwälzleitung
922: Rückführung, Flansch
932: Zuführung Verfahrenskomponenten
941: Brüdenleitung
942: Wärmetauscher
945: Druckminderungsanlage
946: Abscheider m. Trennschichtregler
947: Vorlage
948: Rückführung
F: Füllstandslinie

311

110: Reaktor
312: Aufarbeitungsbehälter
313: Mischvorrichtung
314: Mantelbeheizung
315: Förderpumpe
316: Getriebe
317: Motor
318: Zuführung
319: Förderleitung
320: Verteilvorrichtung
321: Rückführung
322: Verteilvorrichtung
331: Filterpresse
611: Vorhalteeinheit

331

332: Zuführung
333: Stirnplatte
334: Filterkammer
335: Rezipient
336: Ablass
337: Stempel
338: Motor mit Getriebe

334

341: Filterrahmen
342: Filtermittel
343: Filterfläche
344: Filterkuchen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0342357 A2 [0006]
US 2005/0234171 A1 [0191]
DE 10356769 A [0206]
DE 19957351 A [0243]
EP 625922 [0244]
EP 0625922 A [0245]
DE 3939549 A [0246]
EP 1485061 A [0248]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 66131 [0093]
EN 10088 [0121]
EN 10088 [0129]
DIN 53887 [0148]
DIN 53137 [0149]
„Encyclopedia of Polymer Science and Engineering”, Band 12, Seiten 1 bis 75 und Seiten 217 bis 256 [0180]
John Wiley & Sons (1988) und auch in „Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry”, Band A21, Seiten 227 bis 251, VCH Publishers Inc. (1992) [0180]
DIN 5033 [0216]
DIN 53765 [0218]
J. Brandrup et al., ”Polymer Handbook”, 4th Ed., John Wiley & Sons [0220]
DIN 66131 [0221]
DIN 53240 [0221]
DIN EN ISO 2114 [0221]
DIN 53401 [0221]
DIN ISO 3016 [0221]
DIN ISO 3015 [0221]
DIN 53765 [0221]
DIN 51757 [0221]
DIN 53015 [0221]
DIN EN ISO 4630-1 [0221]
DIN 53855 Teil 1 [0221]
ISO 133204 [0221]
DIN 51777 [0221]
DIN ISO 2207 [0244]

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines Esters, mindestens basierend auf a. mindestens einer Alkoholkomponente, b. mindestens einer Carbonsäurekomponente, sowie c. gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen, als Verfahrenskomponenten, beinhaltend in einem Reaktor die Verfahrensschritte: i. Bereitstellen der Verfahrenskomponenten, ii. Umsetzen der Verfahrenskomponenten unter Erhalt eines Ester A, iii. Nachbehandeln des Ester A, wobei der Ester A in einen Aufarbeitungsbehälter überführt wird, und dort mit aa. mindestens einer Aktivkomponente, die als teilchenförmiger Feststoff in den Ester A eingebracht wird, sowie bb. gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen cc. zu einem Gemisch vereint wird, bevor dd. dieses Gemisch in eine feste und eine flüssige Phase geteilt wird, wobei der Ester als flüssige Phase erhalten wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei von 0,01 bis 20 Teile der Aktivkomponente zu 100 Teilen Verfahrenskomponenten in den Ester A eingebracht wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens 70 Gew.-% der Partikel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkomponente, eine Partikelgröße in einem Bereich von 8 um bis 0,1 mm aufweisen.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktivkomponente einen Feinstaubanteil von weniger als 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aktivkomponente, aufweist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktivkomponente eine BET-Oberfläche von 50 bis 1500 m²/g aufweist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktivkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: anorganische Silizium-Sauerstoffverbindung, Aktivkohle, Kieselgur, oder eine Kombination von zwei oder mehr davon.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Aktivkohle eine BET-Oberfläche von 800 m²/g bis 1100 m²/g aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Aktivkohle zu mehr als 80 Gew.-% aus elementarem Kohlenstoff, bezogen auf die Gesamtmenge an Aktivkohle, besteht.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die anorganische Silizium-Sauerstoffverbindung eine BET-Oberfläche von 150 m²/g bis 240 m²/g aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 9, wobei die anorganische Silizium-Sauerstoffverbindung ein Bentonit, insbesondere ein säureaktivierter Calciumbentonit ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei als Aktivkomponente eine Kombination aus mindestens einer Aktivkohle und mindestens anorganischen Silizium-Sauerstoffverbindung eingesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verhältnis von anorganischer Silizium-Sauerstoffverbindung zu Aktivkohle von 10:1 bis 1:10 beträgt.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktivkomponente weniger als 5 Gew.-% einer Flüssigkeit, bezogen auf die Gesamtmenge an Aktivkomponente, aufweist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Teilung des Gemischs in Schritt dd. in einer Trennvorrichtung erfolgt, und – wobei mindestens ein Teil des Gemischs in einem Kreislauf aus dem Aufarbeitungsbehälter über die Trennvorrichtung in den Aufarbeitungsbehälter zurück geführt wird.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nachbehandlung bei einer Nachbehandlungstemperatur zwischen 50°C und 100°C durchgeführt wird.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ester A über einen Zeitraum in einem Bereich von 30 bis 240 min. nachbehandelt wird.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kreislauf einen Durchsatz in einem Bereich von 1 bis 20 m³/h aufweist und für eine Dauer von 10 bis 240 Minuten durchgeführt wird.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gemisch zur Teilung einen Druck in einem Bereich von 1 bis 3 bar hat.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilung bei einer Temperatur in einem Bereich von 60 bis 100°C erfolgt.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennvorrichtung als Filterpresse ausgestaltet ist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feste Phase eine Stärke in einem Bereich zwischen 2 und 20 mm aufweist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Carbonsäurekomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Nonansäure, i-Nonansäure, Decansäure, i-Decansäure, Sebacinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Azelainsäure, HOOC-C₃₆H₇₂-COOH, Phthalsäureanhydrid, oder eine Mischung aus zwei oder mehr davon.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Alkoholkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glycerin, Oligoglycerine, Pentaerythrit, Pentaerythritdimer, n-Octanol, i-Tridecanol, Pentaerythrit, Pentaerythritdimer, n-Butanol, i-Butanol, n-Propanol, i-Propanol, 2,2-Dimethylpropanol, 2-Ethylhexanol, n-Octanol, i-Tridecanol, Cetylalkohol, Stearylalkohol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Butylglykol, Dibutylglykol, Tributylglykol, Polyethylenglykol oder eine Mischung aus zwei oder mehr davon.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Zusatzstoff mindestens ein Katalysator eingesetzt wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Protonendonator oder Elektronendonator, oder beides.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ester zwischen 1 und 6 Estergruppen aufweist.
Eine Vorrichtung beinhaltend als Vorrichtungseinheiten fluidleitend verbunden α) mindestens ein Eduktreservoir (512), β) einen Reaktor (111) mit einer Mischvorrichtung (211, 212), γ) eine Aufarbeitungseinheit (311), wobei die Aufarbeitungseinheit (311) fluidleitend verbunden beinhaltet: αα) einen Aufarbeitungsbehälter (312), ββ) eine Förderpumpe (315) und γγ) eine Trennvorrichtung (331), und als Trennvorrichtung (331) eine Filterpresse (331) eingesetzt wird, die über 2 oder mehr Filterkammern (334) verfügt, die mindestens ein Filtermittel (342) beinhalten, wobei das Filtermittel (342) eine Luftdurchlässigkeit von 5 bis 20 l·m^–2s^–1 und ein Flächengewicht von 500 bis 700 g·m² aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei auf jedem Filtermittel (342) eine Filterfläche (343) angeordnet ist, wobei die Filterfläche (343) durch mindestens eines der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist: FP1) ein Flächengewicht von 65–75 g/m², FP2) eine Filtriergeschwindigkeit von 20''–30'' nach DIN 53137, FP3) eine Dicke von 24–30 mm, FP4) einen Berstdruck von 2,5–3,5 kp.
Die Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, wobei sich in mindestens einer Filterkammer (334) einen Filterkuchen (344) ausbildet, wobei dieser Filterkuchen (344) eine Höhe (h) in einem Bereich von 2 bis 10 mm aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei sich in der Aufarbeitungseinheit (311) eine Aktivkomponente befindet.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die Aktivkomponente in der Aufarbeitungseinheit (311) eine BET-Oberfläche in einem Bereich von 50 bis 1500 m²/g aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei die Aktivkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Kieselgel, Kieselgur oder Aktivkohle, oder eine Kombination von zwei oder mehr davon.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Esters, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28 eingesetzt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung beinhaltend die Komponenten a1) ein thermoplastisches Polymer, b1) ein Additiv, sowie c1) gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe, beinhaltend die Verfahrensschritte: i) Bereitstellen eines thermoplastischen Polymers oder einer Vorstufe eines thermoplastischen Polymers oder beiden, ii) Bereitstellen eines Additivs beinhaltend einen Ester, der nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25 oder 32 hergestellt wurde, iii) gegebenenfalls Bereitstellen weiterer Zusatzstoffe, iv) Vermischen der Komponenten i), ii) und gegebenenfalls iii).
Das Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Vermischen nach mindestens einer der nachfolgenden Maßnahmen erfolgt: M1) bei oder oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers, M2) wobei das Additiv flüssiger ist als das thermoplastische Polymer, oder M3) wobei mindestens ein Teil des Additivs der Vorstufe des thermoplastischen Polymers zugesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 32 oder 34, wobei das thermoplastische Polymer zu mehr als 90 Gew.-% auf Polyestern basiert.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, wobei der Polyester ein polymerer Ester aus einer Polycarbonsäure und einem Polyol oder ein auf einer Hydroxycarbonsäure basierender, polymerer Ester ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 36, wobei die Komponenten a1) bis c1) in solchen relativen Mengen miteinander vermischt werden, dass die durch das Vermischen der Komponenten a1) bis c1) erhaltene, thermoplastische Zusammensetzung a11) mindestens 40 bis 99,99 Gew.-% des thermoplastischen Polymers, b11) 0,01 bis 60 Gew.-% des Additivs und c11) 0 bis 20 Gew.-% der weiteren Zusatzstoffe, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der thermoplastischen Zusammensetzung, enthält, wobei die Summe der Komponenten a11) bis c11) 100 Gew.-% beträgt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines auf einer thermoplastischen Zusammensetzung basierenden Formkörpers, beinhaltend die Verfahrensschritte: I) Bereitstellen einer thermoplastischen Zusammensetzung, erhältlich nach einem der Ansprüche 32 bis 37, II) Erhitzen der thermoplastischen Zusammensetzung auf die Glasübergangstemperatur oder auf einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers, III) Herstellung eines Formkörpers aus der im Verfahrensschritt II) hergestellten, erhitzten, thermoplastischen Zusammensetzung.
Das Verfahren nach Anspruch 38, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt IV) mindestens ein Teilbereich des in Verfahrenschritt III) erhaltenen Formkörpers in seinem Massequerschnitt gegenüber Verfahrenschritt III) verringert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Querschnittsverringerung durch Anlegen eines Gasdrucks erfolgt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 40, wobei der Formkörper ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus: einem Behältnis, einer Folie, einer Faser oder mindestens zwei davon.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Packgutes beinhaltend die Verfahrensschritte: a3) Bereitstellen eines Formkörpers, erhältlich nach einem der Ansprüche 38 bis 41, und eines Gutes; b3) mindestens teilweises Umgeben des Gutes mit dem Formkörper.
Ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens teilweise beschichteten Gegenstands, beinhaltend die Verfahrensschritte: a4) Bereitstellen – einer Beschichtungszusammensetzung, beinhaltend mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Beschichtungszusammensetzung, – einen Ester nach einem der Ansprüche 1 bis 25 oder 32, oder – eine thermoplastische Zusammensetzung erhältlich nach einem der Ansprüche 32 bis 37, oder beide; und – eines festen Substrats; b4) Mischen der Beschichtungszusammensetzung und des Substrats, wobei die Beschichtungszusammensetzung mindestens teilweise flüssig ist.
Weiterverarbeitungsprodukt beinhaltend einen Ester, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 25 oder 32, als Additiv, und mindestens eine funktionelle Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus thermoplastisches Polymer, Enzym, Abbinder eines Klebstoffs, Paraffin, Öl, Farbmittel, Haar- oder Hautpflegesubstanz, Polymerdispersion, Kalkspülung, Schmiermittel oder Emulgator, oder einer Kombination von zwei oder mehreren davon.
Verwendung eines Esters, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 25 oder 32, als Additiv in einer Zusammensetzung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: thermoplastische Zusammensetzung, Waschmittel, Klebstoff, Entschäumer, Schmierstoffformulierung, Lack, Farbe, kosmetische Zubereitung, Bodenverdichtungsmittel, Bohrspülung, Hydrauliköl oder Dispersion.
Verwendung einer zu mehr als 80 Gew.-% aus elementarem Kohlenstoff bestehenden Aktivkohle mit einer BET-Oberfläche in einem Bereich von 800 bis 1100 m²/g zum Reinigen von Ester.