DE10330774A1 - Flame retardant modified, phosphorus-containing copolyesters, their use and processes for their preparation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft flammhemmend modifizierte, phosphorhaltige Copolyester mit einem Gesamtphosphorgehalt von 5 bis 7 Gew.-%, die erhältlich sind durch Veresterung mindestens einer Dicarbonsäure mit mindestens einem Diol und/oder durch Umesterung mindestens eines Dicarbonsäurediesters mit mindestens einem Diol in Gegenwart einer flammhemmenden bifunktionellen DOP-Additionsverbindung und mindestens einer weiteren, von der bifunktionellen DOP-Additionsverbindung verschiedenen bifunktionellen phosphorhaltigen Verbindung, und Polykondensation der bei der Veresterung und/oder Umesterung entstehenden oder entstandenen Produkte, wobei die DOP-Additionsverbindung höchstens einen Gesamtphosphorgehalt von 3,5 Gew.-% liefert, während der Rest des Gesamtphosphorgehalts von der mindestens einen weiteren bifunktionellen, phosphorhaltigen Verbindung stammt. DOLLAR A Verfahren zur Herstellung der flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester und Verwendung der Copolyester als Masterbatch, vorzugsweise zur Herstellung von Polyesterfasern mit einem Gesamtphosphorgehalt von 0,4 bis 0,7 Gew.-%.The invention relates to flame-retardant, phosphorus-containing copolyesters having a total phosphorus content of 5 to 7 wt .-%, which are obtainable by esterification of at least one dicarboxylic acid with at least one diol and / or by transesterification of at least one dicarboxylic acid diester with at least one diol in the presence of a flame-retardant bifunctional DOP Addition compound and at least one other bifunctional phosphorus-containing compound other than the bifunctional DOP addition compound, and polycondensation of the products formed or formed by esterification and / or transesterification, wherein the DOP addition compound provides at most 3.5% total phosphorus content while the remainder of the total phosphorus content is derived from the at least one other bifunctional phosphorus-containing compound. DOLLAR A process for the preparation of the flame-retardant modified, phosphorus-containing copolyesters and use of the copolyester as a masterbatch, preferably for the production of polyester fibers having a total phosphorus content of 0.4 to 0.7 wt .-%.
Description
Die Erfindung betrifft flammhemmend modifizierte, phosphorhaltige Copolyester, deren Verwendung als Masterbatch, insbesondere bei der Herstellung von Polyesterfasern, und Verfahren zu ihrer Herstellung.The Invention relates to flame-retardant modified, phosphorus-containing copolyesters, their use as masterbatch, especially in the production of polyester fibers, and process for their preparation.
Ursprünglich wurden Polymere aller Art, einschließlich Kunstfasern, dadurch flammhemmend ausgerüstet, daß man anorganische oder organische Flammschutzmittel, wie z.B. Antimontrioxid oder polybromierte Diphenylether, in das Polymer einmischte oder die aus dem Polymer hergestellten Endprodukte oberflächlich damit behandelte. Da sich aus diesen Flammschutzmitteln im Brandfalle hochgiftige Gase bilden und außerdem die Haftung der Flammschutzmittel auf den polymeren Oberflächen mit zunehmender Lebensdauer der entsprechend ausgerüsteten Erzeugnisse nachläßt, ging man dazu über, copolymerisierbare Flammschutzmittel zu entwickeln, die während der Polymerisation in das Polymergerüst eingefügt und damit inhärenter Bestandteil des Polymers werden.Originally Polymers of all kinds, including Synthetic fibers, flame-retardant in that inorganic or organic Flame retardants, e.g. Antimony trioxide or polybrominated diphenyl ether, blended into the polymer or those made from the polymer Superficial with it treated. Because of these flame retardants in case of fire form highly toxic gases and moreover the adhesion of the flame retardants on the polymeric surfaces with Increasing life of the appropriately equipped products subsides, went you over to it, to develop copolymerizable flame retardants which during the Polymerization in the polymer backbone added and thus more inherent Be part of the polymer.
So ist beispielsweise aus DE-A-26 46 218 bekannt, Additionsverbindungen von 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (allgemein „DOP" genannt) und ungesättigten Dicarbonsäuren wie Maleinsäure, Fumarsäure und insbesondere Itaconsäure oder Dialkylestern oder Anhydriden dieser Dicarbonsäuren als in die Polymerkette co-kondensierbare, phosphorhaltige Flammschutzmitel, insbesondere für Polyester, zu verwenden. In der genannten Druckschrift wird auch schon vorgeschlagen, eine flammhemmende, bifunktionelle DOP-Additionsverbindung in solchen Mengen in das Grundpolymer einzukondensieren, daß der Phosphorgehalt im Falle von Polyestern im allgemeinen auf 0,05 bis 5 Gew.-% (500 bis 50 000 ppm) beträgt, während der Phosphorgehalt bei Polyestern zur Erzeugung von Polyesterfasern vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-% (1000 bis 10 000 ppm) betragen sollte.So is known for example from DE-A-26 46 218, addition compounds of 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (commonly called "DOP") and unsaturated Dicarboxylic acids like maleic acid, fumaric acid and in particular itaconic acid or dialkyl esters or anhydrides of these dicarboxylic acids as co-condensable, phosphorus-containing flame retardants in the polymer chain, especially for polyester, to use. The cited document also suggests a flame-retardant bifunctional DOP addition compound in such amounts to condense in the base polymer, that the phosphorus content in the case of polyesters in general to 0.05 to 5 wt .-% (500 to 50 000 ppm), while the phosphorus content in polyesters for the production of polyester fibers preferably 0.1 to 1 wt .-% (1000 to 10,000 ppm) should be.
Gemäß der genannten deutschen Offenlegungsschrift kann die Herstellung der flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester entweder so erfolgen, daß DOP und die ungesättigte Dicarbonsäure, wie z.B. Itaconsäure, in einem Diol gelöst werden und die erhaltene Lösung direkt dem Polyesterpolymerisationsverfahren zugeführt wird. Die Herstellung kann aber auch nach dem Masterbatchverfahren so erfolgen, daß zunächst Pellets einer Polyestergrundcharge mit hohem Phosphorgehalt hergestellt werden und diese dann mit herkömmlichen Polyesterpellets, die keine einkondensierte Phosphorverbindung enthalten, vermischt werden, bevor die Mischung der Verformungsstufe, in der beispielsweise Polyesterfasern gebildet werden, zugeführt wird.According to the mentioned German Offenlegungsschrift may be the preparation of the flame retardant Modified, phosphorus-containing copolyester either done so, that DOP and the unsaturated one Dicarboxylic acid, like e.g. itaconic, solved in a diol and the solution obtained is fed directly to the polyester polymerization process. However, the preparation can also after the masterbatch process so done that first pellets a polyester Grundcharge prepared with high phosphorus content and then this with conventional Polyester pellets containing no fused phosphorus compound, be mixed before the mixture of the deformation stage, in the For example, polyester fibers are formed, is supplied.
Ferner ist aus der US-A-5 530 088 die Herstellung flammhemmend modifizierter, phosphorhaltiger Copolyester bekannt, bei der man zunächst eine Dicarbonsäure, z.B. Terephthalsäure, mit einem Diol verestert oder einen Dicarbonsäurediester mit einem Diol umestert, und zwar jeweils in Gegenwart einer flammhemmenden bifunktionellen DOP-Additionsverbindung, beispielsweise aus DOP und Itaconsäure oder Itaconsäurediethylester oder -di(hydroxyethyl)ester, und die bei der Veresterung oder Umesterung entstandenen Produkte unter Verwendung spezieller Katalysator/Cokatalysator-Systeme polykondensiert.Further from US-A-5 530 088 the preparation is flame retardant modified, phosphorus-containing copolyester, in which one first a dicarboxylic acid, e.g. terephthalic acid, esterified with a diol or transesterified a dicarboxylic acid diester with a diol, each in the presence of a flame-retardant bifunctional DOP addition compound, for example from DOP and itaconic acid or itaconate or di (hydroxyethyl) esters, and in the esterification or transesterification resulting products using special catalyst / cocatalyst systems polycondensed.
Die so hergestellten flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester des genannten US-Patents besitzen einen Gesamtphosphorgehalt von weniger als 5 Gew.-% und Grenzviskositätszahlen (intrinsic viscosities) von zwischen 0,32 (Beispiel 7) und 0,68 (Beispiel 2). Die flammhemmend modifizierten Copolyester dieses US-Patents werden als Masterbatch verwendet, d.h. sie werden anschließend mit gewöhnlichem Polyethylenterephthalat (PET) vermischt, und zwar in solchen Mengenanteilen, daß der Gesamtphosphorgehalt der erhaltenen Mischungen zwischen 0,3 und 0,7 Gew.-% liegt, und der Copolyester wird dann zum gewünschten Endprodukt, beispielsweise Polyesterfasern, weiterverarbeitet.The thus produced flame-retardant modified, phosphorus-containing copolyester of said US patent have a total phosphorus content of less than 5% by weight and intrinsic viscosities of between 0.32 (Example 7) and 0.68 (Example 2). The flame retardant modified copolyesters of this US patent are used as masterbatch used, i. they are then treated with ordinary Polyethylene terephthalate (PET) mixed, in such proportions, that the Total phosphorus content of the resulting mixtures between 0.3 and 0.7 wt .-%, and the copolyester is then the desired End product, such as polyester fibers, further processed.
Das wichtigste industrielle Herstellungsverfahren für Polyesterfasern ist das Schmelzspinnverfahren. Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, benötigen aber Polyester, wenn sie nach dem Schmelzspinnverfahren versponnen werden sollen, eine Grenzviskositätszahl [η] bzw. „Intrinsic-Viskosität" von mindestens 0,6, damit brauchbare Fäden bzw. Filamente entstehen können. Diese Werte beziehen sich wohlgemerkt nicht auf Masterbatch-Polyester, sondern auf die zu verspinnende Polyesterschmelze.The The most important industrial production process for polyester fibers is the melt spinning process. As the expert is well known, but require polyester, if they are to be spun by the melt spinning process, a Intrinsic viscosity [η] or "intrinsic viscosity" of at least 0.6, so usable threads or filaments can arise. These values do not, of course, refer to masterbatch polyester, but on the polyester melt to be spun.
Mit den aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannten, flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester-Masterbatches lassen sich leider keine Polyester oder Copolyester mit Schmelzspinneigenschaften im industriellen Maßstab herstellen, weil entweder der Gesamtphosphorgehalt oder die maximal erreichbare Grenzviskositätszahl oder beide Werte zu niedrig sind, um gleichzeitig die notwendigen Schmelzspinneigenschaften und den aus Brandschutzgründen notwendigen Gesamtphosphorgehalt im Endprodukt zu erhalten.Unfortunately, with the flame-retardant modified phosphorus-containing copolyester masterbatches known from the aforementioned prior art, polyester or copolyesters having melt spinning properties can not be produced on an industrial scale because either the total phosphorus content or the maximum achievable intrinsic viscosity or both values are too low to simultaneously produce the necessary To obtain melt spinning properties and the total phosphorus content in the final product necessary for fire protection reasons.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen und einen flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester mit einem Gesamtphosphorgehalt von 5 bis 7 Gew.-% und einem für das Schmelzspinnen ausreichend hohen Polymerisationsgrad zu schaffen, der in Polyester wie z.B. Polyethylenterephthalat eingearbeitet und zu flammhemmend ausgerüsteten Fasern oder Filamenten schmelzgesponnen oder zu Filmen, Formkörpern oder Hohlkörpern aus flammhemmend modifiziertem Copolyester verarbeitet werden kann.Of the The invention is therefore based on the object to remedy this disadvantage and a flame retardant modified phosphorus-containing copolyester with a total phosphorus content of 5 to 7% by weight and one for melt spinning sufficiently high degree of polymerization to be achieved in polyester such as. Incorporated polyethylene terephthalate and flame retardant equipped Fibers or filaments melt-spun or to films, moldings or hollow can be processed from flame-retardant modified copolyester.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester mit einem Gesamtphosphorgehalt von 5 bis 7 Gew.-%, der erhältlich ist durch
- a) Veresterung mindestens einer Dicarbonsäure mit mindestens einem Diol und/oder durch Umesterung mindestens eines Dicarbonsäurediesters mit mindestens einem Diol in Gegenwart (1) einer flammhemmenden bifunktionellen DOP-Additionsverbindung der Formel I worin R ein Wasserstoffatom, eine C1 - C4-Alkylgruppe oder eine C1 - C4-Hydroxyalkylgruppe ist, und (2) mindestens einer weiteren, von (1) verschiedenen, bifunktionellen, phosphorhaltigen Verbindung und
- b) Polykondensation der bei der Veresterung und/oder Umesterung entstehenden oder entstandenen Produkte, wobei die DOP-Additionsverbindung höchstens einen Gesamtphosphorgehalt von 3,5 Gew.-% liefert, während der Rest des Gesamtphosphorgehalts von der mindestens einen weiteren bifunktionellen, phosphorhaltigen Verbindung stammt.
- a) esterification of at least one dicarboxylic acid with at least one diol and / or by transesterification of at least one dicarboxylic acid diester with at least one diol in the presence of (1) a flame-retardant bifunctional DOP addition compound of the formula I. wherein R is a hydrogen atom, a C 1 - C 4 alkyl group or a C 1 - C 4 -hydroxyalkyl group, and (2) at least one other, different from (1) bifunctional, phosphorus-containing compound and
- b) polycondensation of the products formed or formed in the esterification and / or transesterification, wherein the DOP addition compound at most provides a total phosphorus content of 3.5 wt .-%, while the rest of the total phosphorus content of the at least one further bifunctional, phosphorus-containing compound.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyesters mit einem Gesamtphosphorgehalt von 5 – 7 Gew.-%, bei dem
- a) mindestens eine Dicarbonsäure mit mindestens einem Diol verestert und/oder mindestens ein Dicarbonsäurediester mit mindestens einem Diol umgeestert wird, und zwar in Gegenwart (1) einer flammhemmenden bifunktionellen DOP-Additionsverbindung der Formel I worin R ein Wasserstoffatom, eine C1 – C4-Alkylgruppe oder eine C1 – C4-Hydroxyalkylgruppe ist, und
- b) die bei der Veresterung und/oder Umesterung entstehenden oder entstandenen Produkte polykondensiert werden,
- a) at least one dicarboxylic acid is esterified with at least one diol and / or at least one dicarboxylic acid diester is transesterified with at least one diol, in the presence of (1) a flame-retardant bifunctional DOP addition compound of the formula I. wherein R is a hydrogen atom, a C 1 -C 4 -alkyl group or a C 1 -C 4 -hydroxyalkyl group, and
- b) polycondensing the products formed or formed during the esterification and / or transesterification,
Bei der Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, daß bis zu einem Gesamtphosphorgehalt von 7 Gew.-% hohe, schmelzspinnbare Polymerisationsgrade erreicht werden, wenn die flammhemmenden bifunktionellen DOP-Additionsverbindungen der Formel I nur bis zu einem Anteil von höchstens 3,5 Gew.-% Phosphor eingesetzt werden und der bis zum geforderten Gesamtphosphorgehalt von 5 bis 7 Gew.-% noch fehlende Phosphoranteil von mindestens einer weiteren bifunktionellen, phosphorhaltigen Verbindung stammt, die verschieden ist von den DOP-Additionsverbindungen der Formel I und die vorzugsweise ausgewählt wird aus mindestens einer Verbindung der aus 2-Methyl-2,5-dioxo-1-oxa-2-phospholan der Formel II und 2-Carboxyethyl(phenyl)-phosphinsäure der Formel III bestehenden Gruppe: In the invention, it has surprisingly been found that high, melt-spinnable degrees of polymerization are achieved up to a total phosphorus content of 7 wt .-%, if the flame-retardant bifunctional DOP addition compounds of the formula I only up to a maximum content of 3.5 wt .-% phosphorus are used and to the required total phosphorus content of 5 to 7 wt .-% still missing phosphorus content of at least one other bifunctional phosphorus-containing compound, which is different from the DOP addition compounds of the formula I and which is preferably selected from at least one compound of from 2-methyl-2,5-dioxo-1-oxa-2-phospholane of the formula II and 2-carboxyethyl (phenyl) -phosphinic acid of the formula III group:
Die Grenzviskositätszahl [η] der erfindungsgemäßen, flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester beträgt vorzugsweise mindestens 0,5, besonders bevorzugt mindestens 0,6, jeweils gemessen bei 20°C in m-Kresol als Lösemittel.The Intrinsic viscosity [η] the according to the invention, flame-retardant modified, phosphorus-containing copolyester is preferably at least 0.5, more preferably at least 0.6, each measured at 20 ° C in m-cresol as a solvent.
Eine Grenzviskositätszahl von mindestens 0,5, aber weniger als 0,6, ist zur Herstellung von Filmen, Folien, Formkörpern und Hohlkörpern ausreichend. Zur Herstellung von Fasern und Filamenten nach dem Schmelzspinnverfahren ist jedoch eine Grenzviskositätszahl von mindestens 0,6 erforderlich. Die gewünschte Erhöhung der Grenzviskositätszahl wird durch Veränderung der relativen Anteile der weiteren bifunktionellen phosphorhaltigen Verbindungen der Formeln II und III erreicht, wozu der Durchschnittsfachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens ohne weiteres in der Lage ist (vgl. hierzu beispielsweise Franz Fourné, „Synthetische Fasern", Carl Hanser Verlag, München 1995).A Intrinsic viscosity of at least 0.5, but less than 0.6, is for the manufacture of Films, foils, moldings and hollow bodies sufficient. For the production of fibers and filaments by the melt spinning process however, is an intrinsic viscosity of at least 0.6 required. The desired increase in limiting viscosity number becomes through change the relative proportions of other bifunctional phosphorus-containing Compounds of formulas II and III are accomplished, including one of ordinary skill in the art be able to do so easily due to his general expertise is (see, for example, Franz Fourné, "Synthetic fibers", Carl Hanser Verlag, Munich 1995).
Als Dicarbonsäure zur Herstellung der erfindungsgemäßen Copolyester wird vorzugsweise mindestens eine der Säuren Terephthalsäure, Isophthalsäure und 2,6-Naphthalindicarbonsäure verwendet, wobei der Anteil der von Terephthalsäure verschiedenen Dicarbonsäure(n) vorzugsweise höchstens 5 Mol.-% der Gesamtmenge an Dicarbonsäuren beträgt.When dicarboxylic acid for the preparation of the copolyesters of the invention is preferably at least one of the acids terephthalic acid, isophthalic and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid used, wherein the proportion of the different from terephthalic acid dicarboxylic acid (s) preferably at the most 5 mol .-% of the total amount of dicarboxylic acids.
Wenn das Polyestergrundgerüst nicht durch Veresterung einer Dicarbonsäure mit einem Diol, sondern durch Umesterung eines Dicarbonsäurediesters hergestellt werden soll, dann wird als Dicarbonsäurediester mindestens ein Diester mindestens einer der vorgenannten Säuren Terephthalsäure, Isophthalsäure und 2,6-Naphthalindicarbonsäure mit mindestens einem aliphatischen Alkohol mit 1 bis 4 C-Atomen verwendet.If the polyester backbone not by esterification of a dicarboxylic acid with a diol, but by Transesterification of a dicarboxylic acid diester is to be prepared, then is at least one diester as Dicarbonsäurediester at least one of the aforementioned acids terephthalic acid, isophthalic acid and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid with used at least one aliphatic alcohol having 1 to 4 carbon atoms.
Als Diol wird vorzugsweise Ethylenglykol und/oder 1,4- Cyclohexandimethanol verwendet. Daneben können theoretisch auch andere, für die Produktion linearer Polyester bekannte und bewährte Diole eingesetzt werden; aus Kostengründen werden aber Ethylenglykol und 1,4-Cyclohexandimethanol bevorzugt.When Diol will preferably be ethylene glycol and / or 1,4-cyclohexanedimethanol uses. In addition, you can theoretically also others, for the production of linear polyesters known and proven diols be used; for cost reasons however, ethylene glycol and 1,4-cyclohexanedimethanol are preferred.
Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Copolyester in Form eines Masterbatchgranulats oder in Form einer Masterbatchschmelze hergestellt, um sie besonders einfach mit einem gewöhnlichen Polyestergranulat oder einer gewöhnlichen Polyesterschmelze möglichst homogen vermischen und einer Polyesterproduktionsanlage, vorzugsweise einer Schmelzspinnanlage, zuführen zu können.Especially The copolyesters of the invention are preferably in the form of a Masterbatch granules or produced in the form of a masterbatch melt, to make them especially easy with ordinary polyester granules or an ordinary one Polyester melt as possible mix homogeneously and a polyester production plant, preferably a melt spinning plant, perform to be able to.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung der vorstehend beschriebenen, flammhemmend modifizierten, phosphorhaltigen Copolyester als Masterbatch zur Herstellung von flammfest ausgerüsteten Polyestern mit einem Gesmtphosphorgehalt von 0,4 bis 0,7 Gew.-%, vorzugs weise deren Verwendung zur Herstellung von Polyesterfasern, Polyesterfilamenten oder Polyestermonofilen, besonders bevorzugt deren Verwendung zur Herstellung von Fasern, Filamenten und Monofilen nach dem Schmelzspinnverfahren oder deren Verwendung zur Herstellung von Polyesterformkörpern oder Polyesterhohlkörpern.One Another object of the invention is thus the use of the above described, flame-retardant modified, phosphorus-containing copolyester as a masterbatch for the production of flame-resistant polyesters with a Gesmtphosphorgehalt of 0.4 to 0.7 wt .-%, preferably, as their use for the production of polyester fibers, polyester filaments or polyester monofilaments, more preferably their use for Production of fibers, filaments and monofilaments by the melt spinning process or their use for the production of polyester moldings or Polyester hollow bodies.
Zur Herstellung der phosphorhaltigen Masterbatchpolymere sind alle dem Fachmann zur Herstellung linearer, schmelzspinnbarer Polyester bekannten Technologien verwendbar: Geht man von einer freien Dicarbonsäure, z.B. Terephthalsäure, und einem Diol, z.B. Ethylenglykol, aus, so wird nach üblicher Verfahrensweise zunächst direkt verestert und anschließend polykondensiert. Setzt man statt der freien Dicarbonsäure einen ihrer Ester mit niedrigen aliphatischen Alkoholen, z.B. Dimethylterephthalat oder Diethylterephthalat, und ein Diol wie z.B. Ethylenglykol ein, so wird in bekannter Weise zuerst umgeestert und danach polykondensiert.For the preparation of the phosphorus-containing masterbatch polymers, all technologies known to those skilled in the art for the production of linear, melt-spinnable polyesters can be used: Assuming a free dicar acid, for example terephthalic acid, and a diol, for example ethylene glycol, from, is then directly esterified by conventional procedure initially and then polycondensed. If, instead of the free dicarboxylic acid, one of its esters is reacted with lower aliphatic alcohols, for example dimethyl terephthalate or diethyl terephthalate, and a diol such as, for example, ethylene glycol, it is first transesterified in a known manner and then polycondensed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Polykondensation in zwei Stufen durchgeführt, wobei zuerst ein Vorkondensat aus Dicarbonsäure(n) oder Dicarbonsäurediester, DOP-Additionsverbindung(en) und Diol(en) hergestellt wird und das Vorkondensat anschließend in Gegenwart der weiteren phosphorhaltigen Verbindungen) weiter kondensiert wird.at a preferred embodiment the method according to the invention the polycondensation is carried out in two stages, wherein first a precondensate of dicarboxylic acid (s) or dicarboxylic acid diester, DOP addition compound (s) and diol (s) is prepared and the Precondensate subsequently in the presence of the other phosphorus-containing compounds) is condensed.
Vorzugsweise wird die Polykondensation in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, wobei als Katalysatoren alle für die Polyesterproduktion bekannten Verbindungen geeignet sind, beispielsweise Antimontrioxid, Antimontriacetat, Titantetrabutylat, Germaniumoxid sowie schwermetallfreie Katalysatoren wie z.B. C94TM der Firma Acordis Industrial Fibers GmbH, Obernburg (DE) oder EcocatTM der Firma Zimmer AG, Frankfurt/M. (DE).The polycondensation is preferably carried out in the presence of a catalyst, all known compounds for polyester production being suitable as catalysts, for example antimony trioxide, antimony triacetate, titanium tetrabutoxide, germanium oxide and heavy metal-free catalysts such as C94 ™ from Acordis Industrial Fibers GmbH, Obernburg (DE) or Ecocat TM of the company Zimmer AG, Frankfurt / M. (DE).
Die DOP-Additionsverbindungen können in Form ihrer Dioyester, ihrer freien Säuren oder in Form ihrer cyclischen Anhydride zugesetzt werden. Bevorzugt erfolgt ihre Zugabe in glykolischer Lösung.The DOP addition compounds can in the form of their dioic esters, their free acids or in the form of their cyclic ones Anhydrides are added. Preferably, their addition is carried out in glycolic Solution.
Zur Verkürzung der Polykondensationszeit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, geringe Mengen an Verzweigungsmitteln dem Reaktonsgemisch vor oder während der Polykondensation zuzusetzen. Als Verzweigungsmittel besonders geeignet sind Pentaerythrit, Trimethylolpropan und/oder Trimellithsäure.to shortening the polycondensation time has proven to be advantageous small amounts of branching agents before the Reaktonsgemisch or while add to the polycondensation. As a branching agent especially suitable are pentaerythritol, trimethylolpropane and / or trimellitic acid.
Je nach Verwendungszweck können den erfindungsgemäßen Copolyestern während der Herstellung auch sämtliche für Polyester übliche Additive zugesetzt werden. Vorzugsweise wird dem Reaktionsgemisch mindestens ein Additiv zugesetzt, das ausgewählt wird aus der Gruppe der Stabilisatoren, Farbstoffe, Mattierungsmittel und Keimbildner (Nukleierungsmittel).ever according to purpose the copolyesters of the invention while the production also all for polyester usual additives be added. Preferably, the reaction mixture is at least added an additive which is selected from the group of Stabilizers, dyes, matting agents and nucleating agents (nucleating agents).
Die erfindungsgemäß erhältlichen phosphorhaltigen Copolyester besitzen einen hervorragenden Weißgrad, sind von amorpher Struktur und zeigen einen Erweichungspunkt von zwischen 80 und 150°C. Die Copolyester mit einem Gesamtphosphorgehalt von 5 bis 7 Gew.-% sind als Masterbatchgranulate hervorragend zur Herstellung von flammhemmend ausgerüsteten Fasern, Filamenten, Monofilen, Filmen, Folien, Formkörpern und Hohlkörpern geeignet, in welchen der Phosphorgehalt durch Verarbeitung mit Polyethylenterephthalat oder gering modifiziertem PET auf einen Wert von zwischen 0,4 und 0,7 Gew.-% reduziert ist.The available according to the invention Phosphorus-containing copolyesters have excellent whiteness of amorphous structure and show a softening point of between 80 and 150 ° C. The copolyesters with a total phosphorus content of 5 to 7% by weight are excellent masterbatch granules for the production of flame retardants equipped Fibers, filaments, monofilaments, films, films, moldings and hollow suitable in which the phosphorus content by processing with polyethylene terephthalate or slightly modified PET to between 0.4 and 0.7 wt .-% is reduced.
Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemäßen Masterbatchcopolyester nach allen dem Fachmann bekannten Technologien mit PET-Schmelzen zu Copolyestern mit reduziertem Phosphorgehalt und statistischer Verteilung der Monomere in der Polymerkette verarbeitet werden.As already mentioned, can the masterbatch copolyesters of the invention according to all known in the art technologies with PET melts to copolyesters with reduced phosphorus content and statistical Distribution of the monomers are processed in the polymer chain.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele näher erläutert:The The invention is explained in more detail below with reference to the examples:
Beispiel 1example 1
Copolyester mit einem Gesamtphosphorgehalt von 5 Gew.-%.Copolyester with a Total phosphorus content of 5 wt .-%.
In einen mit Rührer, Rückflußkühler und Stickstoffeinleitung versehenen Rundkolben werden 180 g Ethylenglykol vorgelegt und auf 120°C erhitzt. Während 30 Minuten werden kontinuierlich 160 g Methylphospholan (2-Methyl- 2,5-dioxo-1-oxa-2-phospholan der Formel I des Herstellers CLARIANT) unter Rühren in den Glykol eingetragen. Die Temperatur des Reaktionsgemischs wird dabei auf 120°C gehalten.In one with stirrer, Reflux condenser and Nitrogen induction provided round bottom flask, 180 g of ethylene glycol submitted and at 120 ° C. heated. While 160 g of methylphospholane (2-methyl-2,5-dioxo-1-oxa-2-phospholane of formula I from the manufacturer CLARIANT) with stirring into the glycol. The temperature of the reaction mixture is maintained at 120 ° C.
Aus 616 g Terephthalsäure, 359 g UKANOL® RD ([2-(9,10-Dihydro-9-oxa-10-oxid-10-phosphaphenantren-l0-yl)-methyl-bernsteinsäure] der Firma Schill + Seilacher AG, Böblingen) und 300 g Ethylenglykol wird ein Vorkondensat hergestellt, welches in einen für die Polyesterpolykondensation geeigneten Reaktor übergeführt und unter Stickstoffatmosphäre auf 260°C erhitzt wird. Bei dieser Temperatur werden dem Vorkondensat 160 g des glykolisierten Methylphospholans und 0,52 g Antimontriacetat in Form einer glykolischen Lösung zugesetzt. Es wird ein Vakuum von 266 Pa (2 Torr) angelegt und die Temperatur auf 280°C erhöht. Nach 35 Minuten wird der Druck auf 26,6 Pa (0,2 Torr) vermindert und die Polykondensation noch 3 Stunden lang bei 280°C fortgesetzt.616 g of terephthalic acid, 359 g Ukanol ® RD ([2- (9,10-dihydro-9-oxa-10-oxide-10-phosphaphenantren-l0-yl) methyl-succinic acid] of the firm Schill + Seilacher AG, Böblingen ) and 300 g of ethylene glycol, a precondensate is prepared, which is converted into a suitable reactor for polyester polycondensation and heated to 260 ° C under a nitrogen atmosphere. At this temperature, 160 g of the glycolized methylphospholane and 0.52 g of antimony triacetate in the form of a glycolic solution are added to the precondensate. A vacuum of 266 Pa (2 torr) is applied and the temperature raised to 280 ° C. After 35 minutes, the pressure is reduced to 26.6 Pa (0.2 Torr) and the polycondensation is continued for 3 hours at 280 ° C.
Der so erhaltene Copolyester besitzt eine relative Viskosität von 1,63 (gemessen in m-Kresol bei 20°C in Form einer 1 %igen Lösung) und einen Erweichungspunkt von 150°C. Der für diesen Copolyester theoretisch berechnete Phosphorgehalt beträgt 5,28 Gew.-%; tatsächlich gefunden wurde ein Gesamtphosphorgehalt von 5,05 Gew.-%.Of the thus obtained copolyester has a relative viscosity of 1.63 (measured in m-cresol at 20 ° C in Form of a 1% solution) and a softening point of 150 ° C. The theoretical for this copolyester calculated phosphorus content is 5.28% by weight; indeed a total phosphorus content of 5.05 wt.% was found.
Beispiel 2Example 2
Copolyester mit einem Gesamtphosphorgehalt von 7 Gew.-%.Copolyester with a Total phosphorus content of 7 wt .-%.
Aus 481 g Terephthalsäure, 502,5 g UKANOL® RD und 350 g Ethylenglykol wird nach dem Direktveresterungsverfahren ein Vorkondensat hergestellt und in einen Polyesterpolykondensationsreaktor eingefüllt. Das Vorpolymerisat wird unter Stickstof aufgeschmolzen, auf 260°C erhitzt, und der Schmelze werden 129 g glykolisiertes Methylphospholan (hergestellt wie in Beispiel 1) zusammen mit 207 g Phenylphosphinsäure (2-Carboxy-ethyl(phenyl)-phosphinsäure der Fa. Kolon (KR)) zugefügt. Außerdem werden dem Reaktionsgemisch noch 0,03 g Titantetrabutylat als Polykondensationskatalysator und 0,45 g Trimellithsäure als Verzweigungsmittel zugesetzt. Unter Erhöhung der Temperatur auf 282°C wird der Druck auf 39,9 Pa (0,3 Torr) reduziert, und unter diesen Bedingungen wird die Polykondensation noch 4 Stunden lang fortgesetzt.481 g of terephthalic acid, 502.5 g Ukanol ® RD and 350 g of ethylene glycol a precondensate is prepared and filled into a Polyesterpolykondensationsreaktor after the direct esterification process. The prepolymer is melted under nitrogen, heated to 260 ° C, and the melt are 129 g of glycolated methylphospholane (prepared as in Example 1) together with 207 g of phenylphosphinic acid (2-carboxy-ethyl (phenyl) -phosphinic Fa. Kolon (KR )) added. In addition, 0.03 g of titanium tetrabutoxide as a polycondensation catalyst and 0.45 g of trimellitic acid as a branching agent are added to the reaction mixture. Increasing the temperature to 282 ° C reduces the pressure to 39.9 Pa (0.3 Torr), and under these conditions the polycondensation is continued for a further 4 hours.
Erhalten wird ein leicht gelbliches Polymer mit einer relativen Lösungsviskosität von 1,61 (gemessen in m-Kresol bei 20°C in Form einer 1 %igen Lösung) und mit einem Erweichungspunkt von 80°C. Der berechnete Phosphorgehalt beträgt 7 Gew.-%; gemessen wurde ein Gesamtphosphorgehalt von 6,8 Gew.-%.Receive becomes a slightly yellowish polymer with a relative solution viscosity of 1.61 (measured in m-cresol at 20 ° C in the form of a 1% solution) and with a softening point of 80 ° C. The calculated phosphorus content is 7% by weight; a total phosphorus content of 6.8% by weight was measured.
Beispiel 3Example 3
Copolyester mit einem Gesamtphosphorgehalt von 6 Gew.-%.Copolyester with a Total phosphorus content of 6 wt .-%.
In einen Umesterungsreaktor werden 19,6 kg Dimethylterephthalat, 10 kg Ethylenglykol und 9,3 g Mangan(II)acetat in Form einer glykolischen Lösung eingefüllt und bei Temperaturen von 160 bis 220°C umgeestert. Nachdem die theoretisch erforderliche Menge Methanol abdestilliert worden ist, wird die Schmelze in einen Polykondensationsreaktor übergeführt und die Temperatur auf 260°C erhöht. Jetzt werden dem Vorpolymerisat 4 g Phosphorsäure, in Glykol gelöst, und 15 Minuten später 19,5 kg UKANOL® FR (9,10-Dihydro-9-oxa-10-[2,3-di-(2-hydroxyethoxy)carbonylpropyl]-10-phosphaphenantren-10-oxid der Firma Schill + Seilacher AG, Böblingen) in Form einer 60 %igen Lösung in Glykol sowie 8,6 kg Phenylphosphinsäure zugesetzt. Als Polykondensationskatalysator werden der Schmelze noch 3,3 g Germaniumdioxid in Form einer glykolischen Lösung, 300 g Pentaerythrit als Verzweigungsmittel und 0,15 kg Titandioxid (Mattierungsmittel) als glykolische Suspension zugesetzt. Die Temperatur wird auf 285°C erhöht und der Druck innerhalb von 45 Minuten auf 26,6 Pa (0,2 Torr) vermindert. Nach 3,5 Stunden wird die Polykondensation abgebrochen. Es wird ein Granulat von heller Eigenfarbe erhalten, das eine relaktive Lösungsviskosität von 1,64 (in m-Kresol bei 20°C in Form einer 1 %igen Lösung) sowie einen Erweichungspunkt von 120°C besitzt. Der theoretische Wert für den Gesamtphosphorgehalt liegt bei 6,0 Gew.-%, gemessen wurden 5,85 Gew.-%.19.6 kg of dimethyl terephthalate, 10 kg of ethylene glycol and 9.3 g of manganese (II) acetate in the form of a glycolic solution are introduced into a transesterification reactor and transesterified at temperatures of 160 to 220 ° C. After the theoretically required amount of methanol has been distilled off, the melt is transferred to a polycondensation reactor and the temperature is increased to 260 ° C. Now the prepolymer 4 g of phosphoric acid dissolved in glycol, and 15 minutes later 19.5 kg Ukanol ® FR (9,10-dihydro-9-oxa-10- [2,3-di- (2-hydroxyethoxy) carbonylpropyl] -10-phosphaphenanthrene-10-oxide from Schill + Seilacher AG, Böblingen) in the form of a 60% solution in glycol and 8.6 kg of phenylphosphinic acid. 3.3 g of germanium dioxide in the form of a glycolic solution, 300 g of pentaerythritol as branching agent and 0.15 kg of titanium dioxide (matting agent) as a glycolic suspension are added to the melt as a polycondensation catalyst. The temperature is raised to 285 ° C and the pressure is reduced within 45 minutes to 26.6 Pa (0.2 Torr). After 3.5 hours, the polycondensation is stopped. It is obtained a granules of light inherent color, which has a relative solution viscosity of 1.64 (in m-cresol at 20 ° C in the form of a 1% solution) and a softening point of 120 ° C. The theoretical value for the total phosphorus content is 6.0 wt .-%, measured 5.85 wt .-%.
Beispiel 4Example 4
Anwendungsbeispielexample
36 kg spinnfertig getrocknete PET-Chips mit einem Mattierungsmittelanteil von 0,3 % Titandioxid und einer relativen Lösungsviskosität von 1,64, gemessen in m-Kresol als 1 %ige Lösung bei 20°C, wurden in einem Spinnextruder, der mit einem Mischtorpedo ausgerüstet war, aufgeschmolzen. Mit Hilfe eines Seitenextruders wurden 4 kg des Copolyesters gemäß Beispiel 3 in die Schmelze eingetragen, und zwar in Form von mit 50 ppm Magnesiumstearat angepuderten, auf einen Wassergehalt von 10 ppm getrockneten Chips, die aufgeschmolzen wurden und mit einer Zahnradpumpe in die Kompressionszone des Hauptextruders eindosiert wurden.36 kg ready-to-spin dried PET chips with a matting agent content of 0.3% titanium dioxide and a relative solution viscosity of 1.64, measured in m-cresol as a 1% solution at 20 ° C, were in a spider extruder, which was equipped with a mixing torpedo, melted. With The help of a side extruder was 4 kg of the copolyester according to example 3 registered in the melt, in the form of with 50 ppm of magnesium stearate powdered chips dried to a water content of 10 ppm, which have been melted and with a gear pump in the compression zone of the main extruder were metered.
Das aus dem Hauptextruder austretende Schmelzengemisch wurde bei einer Temperatur von 282°C durch eine beheizte und mit statischen Mischelementen ausgerüstete Leitung zu einem POY-Spinnkopf geführt und mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von 3500 m/min zu teilweise gerichtetem Garn („POY" = partially oriented yarn) bzw. Multifilament im Titer 176 dtex/36 f ausgesponnen.The from the main extruder emerging melt mixture was at a Temperature of 282 ° C through a heated and equipped with static mixing elements line led to a POY spinning head and with a winding speed of 3500 m / min to partially directed Yarn ("POY" = partially oriented yarn) or multifilament in the denier 176 dtex / 36 f spun.
An dem Multifilament wurde ein Schmelzpunkt von 247°C, ein Phosphorgehalt von 0,58 Gew.-% und eine relative Viskosität von 1,595 (in m-Kresol als 1 %ige Lösung bei 20°C) gemessen.At The multifilament had a melting point of 247 ° C, a phosphorus content of 0.58 Wt .-% and a relative viscosity of 1.595 (in m-cresol as 1% solution at 20 ° C) measured.
Nach der Verstreckung wurde das erhaltene vollständig gerichtete Multifilament („FOY" = fully oriented yarn) zu Gewebe verarbeitet, an welchem ein LOI-Wert (Limited Oxygen Index) von 29,5 % Sauerstoff gemessen wurde.To the draw was the resulting fully directional multifilament ("FOY" = fully oriented yarn) processed into tissue at which a LOI value (Limited Oxygen Index) of 29.5% oxygen was measured.
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