DE1495392A1 - Process for the production of granulatable unsaturated polyester - Google Patents
Process for the production of granulatable unsaturated polyesterInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung granulierbarer" ungesättigterProcess for the production of granulatable "unsaturated
Ungesättigte Polyester sind bekanntlich Polykondenaationsprodukte aus Äthylen-jr,ß-dicarbonsäuren bzw. deren Derivaten und mehrwertigen Alkoholen. Als Säurekomponente wird vorwiegend Maleinsäure - in Form ihres Anhydrids - eingesetzt. Weniger üblich ist die Verwendung der stereoisomeren Fumarsäure oder methylsubstituierter Äthylen-j^ß-dicarbonsäuren wie Mesaconsäure und Citraconsäure.Unsaturated polyesters are known to be polycondensation products from ethylene-jr, ß-dicarboxylic acids or their derivatives and polyvalent ones Alcohols. Maleic acid - in the form of its anhydride - is predominantly used as the acid component. It is less common to use the stereoisomeric fumaric acid or methyl-substituted ethylene-j ^ ß-dicarboxylic acids such as mesaconic acid and citraconic acid.
Zur Abwandlung der Eigenschaften der technischen Endprodukte treten an die Stelle der ungesättigten, teilweise auch gesättigte aliphatische oder aromatische Carbonsäuren.In order to modify the properties of the technical end products, unsaturated and sometimes saturated products are used aliphatic or aromatic carboxylic acids.
Als mehrwertige Alkohole finden überwiegend Diole, wie Mono- und Diäthylenglykol, Propylenglykol und höhere Homologe Verwendung.The polyhydric alcohols are predominantly diols, such as mono- and Diethylene glycol, propylene glycol and higher homologues use.
Die ungesättigten Polyester können in monomeren Vinyl-, Allyl- oder Acrylverbindungen gelöst und diese so genannten ungesättigten Polyesterharze mittels organischer Peroxyde und gegebenenfalls Beschleunigern zu festen unlöslichen und unschmelzbaren dreidimensional vernetzten Copolymerisaten ausgehärtet werden.The unsaturated polyesters can be used in monomeric vinyl, allyl or acrylic compounds and these so-called unsaturated polyester resins by means of organic peroxides and optionally Accelerators are cured to solid, insoluble and infusible three-dimensional crosslinked copolymers.
Abgesehen von Verwendungaiaaf dem Lack- und Gießharzsektor werden flüssige ungesättigte Polyesterharze in den meisten Fällen zusammen mit Füllstoffen verschiedener Art, vorzugsweise Glasfasermaterialien, zu verstärkten duroplastischen Formkörpern verarbeitet. Die üblichen Verarbeitungsverfahren wie die Handauflegemethode, die Vakuum- und Drucksackmethode, das Vorformverfahren u.a. sind besohrieben z.B. in H. Hagen, Glasfaserverstärkte Kunststoffe, Springer-Verlag 1961.Apart from being used in the lacquer and cast resin sector liquid unsaturated polyester resins in most cases processed with fillers of various types, preferably glass fiber materials, to form reinforced thermoset moldings. The usual processing methods such as the hand lay-on method, the Vacuum and pressure bag methods, the preforming method, etc. are described e.g. in H. Hagen, Glas fiber reinforced plastics, Springer-Verlag 1961.
Ungesättigte Polyester, die lediglich aus Äthylen-·^ ß-dicarbonsäuren und Äthylenglykol aufgebaut sind, haben bisher wegen ihrer schlechten Verträglichkeit mit dem üblicherweise als Monomeren verwendetem Styrol und ihrer hohen Reaktivität für die obengenannten Anwendungsgebiete keine Bedeutung erlangt·Unsaturated polyester, which consists only of ethylene- · ^ ß-dicarboxylic acids and ethylene glycol have been built up so far because of their poor compatibility with that commonly used as monomers Styrene and its high reactivity are of no importance for the above-mentioned areas of application
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Aus verschiedenen technischen Gründen und aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus wäre jedoch ihr Einsatz als Ausgangsprodukt zur Herstellung rieselfähiger Polyester-Preßmassen wünschenswert. Letztere erlangen neuerdings vorzugsweise für serienmäßig anzufertigende kleinere Formteile steigende Bedeutung.For various technical reasons and for economic reasons However, it would be desirable to use them as a starting product for the production of free-flowing polyester molding compounds. The latter have recently been preferred for series production Smaller molded parts to be manufactured are becoming increasingly important.
Sie stellen, im Gegensatz zu den vorerwähnten flüssigen Polyesterharzen, verarbeitungsfertige Mischungen aus ungesättigten Polyestern, Vinyl-, Allyl- oder Acrylverbindungen, mineralischen Füllstoffen, faserigen Yerstärkungsmaterialien wie kurzgeschnittenen Glasfasern, peroxydischen Katalysatoren, gegebenenfalls Polymerisationsinhibitoren, Gleitmitteln und Farbstoffen dar. Neben technischen Vorteilen wie bequemer Dosierbarkeit, einfacher und rationeller Verarbeitungsmöglichkeit durch Aushärten in Formen unter beheizten Pressen, erweisen sich die günstigen elektrischen Werte der ausgehärteten Formkörper.als besonders wertvoll für die Elektroindustrie.In contrast to the liquid polyester resins mentioned above, they represent Ready-to-use mixtures of unsaturated polyesters, vinyl, allyl or acrylic compounds, mineral compounds Fillers, fibrous reinforcement materials such as short-cut Glass fibers, peroxide catalysts, optionally polymerization inhibitors, lubricants and dyes. In addition to technical advantages such as easy dosing, simple and efficient processing options through curing in molds under heated presses, the favorable electrical values of the cured moldings prove to be particularly valuable for the electrical industry.
Bei einem bevorzugt angewendeten Verfahre;» zur Herstellung rieselfähiger Polyesterpreßmassen wird aus den Ausgangsstoffen zunächst ein Vorgemisch gefertigt, das anschließend auf beheizten Mischwalzwerken homogenisiert wird. Nach beendeter Homogenisierung wird das Walzfell abgeschnitten und nach dem Abziehen mittels einer geeigneten Zerkleinerungsmaschine zu einer granulatähnlichen Masse verarbeitet.In the case of a preferred method; » for the production of free-flowing Polyester molding compounds are first made into a premix from the starting materials, which is then transferred to heated mixing mills is homogenized. When the homogenization is complete, the rolled sheet is cut off and, after being pulled off, by means of a suitable Crushing machine processed into a granulate-like mass.
Zum Erhalt rieselfähiger Polyesterpreßmassen und zwecks rationeller Gestaltung dieses Verfahrens ist das Vorliegen der Ausgangsstoffe für das Vorgemisch, also auch der ungesättigten Polyester, in trockener, rieselfähiger Form erforderlich.To obtain free-flowing polyester molding compounds and to make them more efficient The design of this process is that the starting materials for the premix, including the unsaturated polyester, are present in dry, free-flowing form required.
Monomerenfrede Maleinsäure-Äthylenglykol-Polyester sind hochviskose bis gummielastische Massen, solche aus Fumarsäure und Äthylenglykol weisen anfänglich ähnliche Konsistenz auf, neigen aber bei längerem Stehenlassen zur Kristallisation,Monomeric acid maleic acid ethylene glycol polyesters are highly viscous to rubber-elastic masses, those made from fumaric acid and ethylene glycol, initially have a similar consistency, but tend over time Let stand for crystallization,
Es wurde nun zunächst festgestellt, daß die Kristallisationegeschwindigkeit dieser Produkte vom Molekulargewicht abhängig ist. Höhermolekulare Polyester aus Fumarsäure und Äthyltnflykol wiesen auoh naoh mehr*- wöchiger Lagerung noch sichtbar amorphe Anteile auf. Mit abnehmendemIt was now first established that the rate of crystallization of these products depends on the molecular weight. Higher molecular weight polyesters from fumaric acid and ethyltnflycol also had more * - amorphous parts are still visible after a week's storage. With decreasing
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Molekulargewicht nahm jedoch die k-ristallisationsgeschwindigkeit zu. Pumarsäure-Äthylenglykol-Polyester mit mittleren Molekulargewichten von ca. 85O ließen sich infolge der durch Kristal lisation bedingten Sprödigkeit nach ca. 10 Tagen zu lagerstabilen rieselfähigen Granulaten zerraahlen.However, molecular weight decreased the rate of crystallization to. Pumaric acid ethylene glycol polyester with medium molecular weights of about 85O could be due to the crystallization by crystallization Due to their brittleness, they are ground into storage-stable, free-flowing granules after approx. 10 days.
Dieses Verfahren zur Herstellung granulierbarer Fumarsäure-Athylenglykol-Polyester ist an sich unkomplizierter als das im britischen Patent 644 287 iffi Hinblick auf Textilimprägnierungen erwähnte, nach welchem Ansätze nach Beendigung der Kondensation noch eine WocheThis process for the production of fumaric acid-ethylene glycol polyesters which can be granulated is per se less complicated than that mentioned in British Patent 644 287 ffi with regard to textile impregnations, according to which batches are still one week after the end of the condensation
auf 85 - 90 C gehalten werden, jedoch technisch ebensowenig brauch-be kept at 85 - 90 C, but technically just as unnecessary.
Einer weiteren Erniedrigung des Molekulargewichtes zwecks Erreichens noch höherer Kristallisationsgeschwindigkeiten sind aber für technische Anv/endungsgebiete Grenzen gesetzt. Infolge des zunehmenden Gehaltes an hydrophilen Hydroxyl- und Carboxylendgruppen verschlechtert sich die Bewitterungs- und Wasserstabilität der ausgehärteten Preßmassen; gleichsinnig werden deren mechanische Beständigkeiten wegen abnehmender Vernetzungsdichte des dreidimensionalen Systems schlechter. , A further lowering of the molecular weight in order to achieve even higher crystallization rates, however, is subject to limits for technical fields of application. As a result of the increasing content of hydrophilic hydroxyl and carboxyl end groups, the weathering and water stability of the cured molding compounds deteriorate; in the same direction, their mechanical resistance deteriorates due to the decreasing crosslinking density of the three-dimensional system. ,
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung granulierbarer ungesättigter Polyester in üblichen molaren Mengen und unter üblichen Bedingungen, das dadurch gekennzeichnet,ist, daß die Polykondensationsreaktion von Fumarsäure und Äthylenglykol in Gegenwart von kristallisationsbeschleunigendem Zink und bzw. oder in Gegenwart von Zinkverbindungen in Mengen ab 0,01 Gew.-fo bezogen auf die Ausgangsstoffe durchgeführt wird. Die genannten Stoffe werden dabei vorzugsweise dem Ansatzgemisch vor Beginn der Polykondensation zugegeben, jedoch ist auch die Zugabe zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Polykondensation möglich. Weiterhin können die genannten Katalysatoren dem auf das gewünschte Molekulargewicht kondensiertem, nooh in der Herstellungsapparatur befindlichen Polyester vor dessen Abfüllung zugesetzt werden. In allen Fällen erfolgt gegenüber nicht katalysierten Ansätzen ein rasches und reproduzierbares Kristallisieren des fertigen, auf Zimmertemperatur abgekühlten Polyesters.The present invention relates to a process for the production of granulatable unsaturated polyesters in customary molar amounts and under customary conditions, which is characterized in that the polycondensation reaction of fumaric acid and ethylene glycol in the presence of crystallization-accelerating zinc and / or in the presence of zinc compounds in amounts 0.01 wt. -Fo based on the starting materials is carried out. The substances mentioned are preferably added to the batch mixture before the start of the polycondensation, but they can also be added at any point in time during the polycondensation. Furthermore, the catalysts mentioned can be added to the polyester which has been condensed to the desired molecular weight and is nooh in the production apparatus before it is filled. In all cases there is rapid and reproducible crystallization of the finished polyester, which has been cooled to room temperature , compared with non-catalyzed batches.
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So sind aus Fumarsäure und Äthylenglykol unter Zusatz von 0,1 0,2 ia Zinkstaub bzw, Zinkoxyd durch Schmelzkondensation hergestellte Polyester mit durchschnittlichen. Säurezahlen von 40 und durchschnittlichen Hydroxylzahlen von 90 entsprechend mittleren Molekulargewichten von ca. 850 bereits nach ca. 24-etündiger Lagerung bei Zimmertemperatur zu weißen kristallinen Massen erstarrt, die sich klebfrei zu lagerstabilen Granulaten vom Erweichungspunkt 90 - 920C ( nach DIN 53180 ) zermahlen lassen.For example, polyesters made from fumaric acid and ethylene glycol with the addition of 0.1 0.2 ia zinc dust or zinc oxide by melt condensation are average. Acid numbers of 40 and average hydroxyl numbers of from 90 corresponding to average molecular weights of about 850 etündiger 24 after approx storage at room temperature a white crystalline mass solidifies, which are tack-free to storage-stable granules softening at 90 - ground 92 0 C (according to DIN 53180) permit.
Dagegen weisen unter den gleiehen Bedingungen ohne Zusatz der genannten Stoffe hergestellte Polyester durchschnittlich erst nach ca. 10-tägiger Lagerung bei Zimmertemperatur die zur Zermahlung durch Kristallisation bedingte Sprödigkeit auf.On the other hand, under the same conditions without the addition of the The substances mentioned above are produced on average only after about 10 days of storage at room temperature for grinding brittleness caused by crystallization.
Mit steigendem Molekulargewicht nimmt dieser Zeitraum in beiden Fällen zu. So beträgt" z.B. die entsprechende Lagerungszeit gleichkatalysierter entsprechender Polyester bei durchschnittlichen Säurezahlen von 20 und Hydroxylzahlen von 80 entsprechend mittleren Molekulargewichten von II50 durchschnittlich 7 Tage. Dieser Zeitraum läßt sich durch Wahl höherer Katalysatorkonaentrationen jedoch erheblich verkürzen, z.B. bei t?£ Zinketaub bzw. Zinkoxyd auf 2-3 Tage. Ein Vergleich mit entsprechenden nichtkatalyeierten Ansätzen - mehr als 30, durchschnittlich 39 Tage zeigt hier besonders deutlich die Leistungsfähigkeit des Verfahrene.With increasing molecular weight, this period increases in both cases. For example, "is the corresponding storage time similarly catalyzed corresponding polyester with average acid numbers of 20 and hydroxyl numbers of 80 accordingly mean molecular weights of II50 on average 7 days. This period can be increased by choosing higher catalyst concentrations but shorten it considerably, e.g. for t? £ zinc pigeon or Zinc oxide for 2-3 days. A comparison with corresponding non-catalyzed ones Approaches - shows more than 30, an average of 39 days the efficiency of the process is particularly clear here.
Außer metallischem Zink und Zinkoxyd bewirken auch andere Zinkverbindungen kristallisationsbeschleunigende Effekte wie aue den nachstehenden Beispielen ersichtlich ist.In addition to metallic zinc and zinc oxide, other zinc compounds also have an effect Crystallization-accelerating effects such as aue can be seen in the examples below.
Dem Gedanken der Erfindung entsprechend werden als Auegangsprodukte vorwiegend Fumarsäure und Äthylenglykol verwendet, jedoch läßt sich auch ausgehend von Maleinsäure bzw. Maleinsäureanhydrid unter be-' stimmten Bedingungen das gleiche Ziel, die Darstellung kristallisierter granulierbarer ungesättigter Polyester erreichen.According to the concept of the invention, as starting products mainly fumaric acid and ethylene glycol used, but starting from maleic acid or maleic anhydride can also be used under certain If conditions agreed to achieve the same goal, the preparation of crystallized, granulable unsaturated polyesters.
Bekanntlich kann auoh unter den üblichen Bedingungen der Böhme1«- kondensation eine Umwandlung der Maleinsäure- in die Fumareäure-As is well known, under the usual conditions, the Bohme1 «- condensation a conversion of the maleic acid into the fumaric acid
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konfiguration erfolgen. Biese Isomerisierung verläuft jedoch keineswegs immer vollständig, 'wie in der Literatur häufig behauptetconfiguration. However, this isomerization takes place by no means always complete, 'as is often stated in the literature
■ ■* ' ■ ■ * '
wird. Bei Polyestern aus Maleinsäureanhydrid und Äthylenglykol ergaben unsere polarograph!sehen Messungen einen durchschnittlichen Ieomerisierungsgrad yon 65 #.will. In the case of polyesters made from maleic anhydride and ethylene glycol our polarograph! measurements see an average Degree of ionization of 65 #.
■ ,*■<.■ . . .
Durch Zusatz von Isomerisierungskatalysatoren, wie z.B. dem aus der DAS 1 113 087 bekannten Jod, oder den aus der Patentanmeldung
C 29 973 IV d / 39 0 bekannten cyclischen sekundären Aminen oder sonstigen aus der Literatur bekannten Stoffen zu Beginn, während
oder nach der Polykondensation läßt sich diese Isomerisierung weitgehend vervollständigen.■, * ■ <. ■. . .
By adding isomerization catalysts, such as the iodine known from DAS 1 113 087, or the cyclic secondary amines known from patent application C 29 973 IV d / 39 0 or other substances known from the literature at the beginning, during or after the polycondensation this isomerization largely complete.
Auch bei nicht ganz vollständiger Isomerisierung tritt, allerdings erst nach 'Merklich längerer Zeit, bei Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren Kristallisation ein, was den Einsatz von Maleinsäureanhydrid-Fumarsäure-Gemischen mit überwiegendem FumarSäuregehalt rechtfertigt.Even if isomerization is not completely complete, however, occurs only after a noticeably longer time when using the inventive Catalysts crystallization, resulting in the use of maleic anhydride-fumaric acid mixtures with predominant Fumaric acid content justifies.
Zur Abwandlung der Eigenschaften der ungesättigten Polyester bzw, zur Abwandlung der Eigenschaften der daraus hergestellten Folgeprodukte, kann ein Teil der ungesättigten durch gesättigte aliphatische oder aromatische Dicarbonsäuren ersetzt sein; wobei solche mit symmetrischer Molekülstruktur, wie z.B. Adipinsäure und Terephthalsäure, bzw. deren Derivate, vorzuziehen sind.To modify the properties of the unsaturated polyester or to modify the properties of the derived products made from them, some of the unsaturated can be replaced by saturated aliphatic or aromatic dicarboxylic acids have been replaced; those with a symmetrical molecular structure such as adipic acid and terephthalic acid, or its derivatives, are to be preferred.
Ein Einsatz unsymmetrischer Dicarbonsäuren, wie z.B. o-Phthalsäure ist dagegen wegen der im Makromolekülaufbau entstehenden Unsymmetrie und der dadurch verursachten Herabsetzung der Kristallisationsneigung nur im untergeordneten Maße möglich.Use of asymmetrical dicarboxylic acids such as o-phthalic acid is on the other hand because of the asymmetry arising in the macromolecular structure and the resulting reduction in the tendency to crystallize only possible to a minor extent.
Zum gleichen Zweck kann auch ein Teil des Äthylenglykols durch andere Diole, ebenfalls bevorzugt symmetrische Molekülstruktur, wie s.B. Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6 oder Decandiol-1,10 ersetzt werden.Part of the ethylene glycol can also be used for the same purpose other diols, also preferably symmetrical molecular structure, such as s.B. 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol or 1,10-decanediol can be replaced.
Sie Polykondensation kann vorzugsweise in der Schmelze bei TemperaturenYou can polycondensation preferably in the melt at temperatures
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zwischen I50 bis 21O0C oder azeotrop in einem inerten Lösungsmittel, wie z.B. Xylol vorgenommen werden.between I50 to 21O 0 C or azeotrope in an inert solvent such as xylene to be made.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.The parts mentioned in the examples are parts by weight.
48?,2 Teile Fumarsäure, 286,2 Teile Äthylenglykol und 0,77 Teile Zinkstaub werden in einem Rührkolben unter Durchleiten von Inertgas und Abdestillieren des entstehenden Wassers zunächst 6 Stunden | auf 130 C erhitzt» Anschließend wird die Kolbentemperatur im Verlauf von 5 Stunden langsam auf 185 C erhöht und der Ansatz bei dieser Temperatur bis zum Erreichen einer Säurezahl von 39»8 kondensiert. Hierzu werden 4 Stunden benötigt„ Der bei einer Temperatur von I50 C unter Inertgas abgefüllte Polyester erstarrt innerhalb von 24 Stunden zu einer weißen kristallinen Hasse, die sich klebfrei zu einem lagerstabilen ,granulat zermahlen läßt.48?, 2 parts of fumaric acid, 286.2 parts of ethylene glycol and 0.77 parts Zinc dust is initially stored in a stirred flask for 6 hours while inert gas is passed through and the water formed is distilled off | heated to 130 C »Then the flask temperature is set in the The course of 5 hours slowly increased to 185 C and the approach at condenses at this temperature until an acid number of 39 »8 is reached. This takes 4 hours “The one with one Polyester filled in under inert gas solidified at a temperature of 150 C within 24 hours to a white crystalline hate, which can be ground non-sticky to a storage-stable, granulate.
Bei den Beispielen 2-20 wurde analog Beispiel 1 unter Konstanthaltung aller äußeren Reaktionsbedingungen Art und Menge des Katalysators variiert. Alle Polyester wurden auf durchschnittliche Säurezahlen von 40 und durchschnittliche Hydroxylzahlen von 90 entsprechend mittleren Molekulargewichten von ca. 85O kondensiert.In Examples 2-20, as in Example 1, keeping constant of all external reaction conditions, the type and amount of the catalyst varies. All polyesters were on average Acid numbers of 40 and average hydroxyl numbers of 90 condensed corresponding to average molecular weights of approx. 85O.
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Beispiel : Katalysator :Example: catalyst:
Konz. des Kata- Polyester zu Säurezahl : lysatore (Gew.-$ lagerstabile» bez. auf Ausgangs- Granulat zersubstanzen) mahlbar nachConc. Of the cata- polyester to acid number: lysatore (wt .- $ storage stable » based on the starting granulate decomposable)
ca.approx.
tn den Beispielen 21 - 33 wurden die Polyester unter Zusatz der vorgenannten Katalysatoren auf durchschnittliche Säurezahlen von 20 und durchschnittliche Hydroxylzahlen von 80 entsprechend mittleren Molekulargewichten von ca. 1150 kondensiert.In Examples 21-33, the polyesters were prepared with the addition of the aforementioned Catalysts to average acid numbers of 20 and average hydroxyl numbers of 80, corresponding to average molecular weights condensed from approx. 1150.
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» Beispiel 34“Example 34
25,52 kg Fumarsäure, 15,00 kg Äthylenglykol und 0,081 kg Zinkoxyd werden in eine 45 1 Stahlapparatur ( Fabrikat Canzler ) eingegeben und unter Rührung und Inertgaseinleitung ( CO0,N0) von 20 l/h auf 130°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur 6 Stunden belassen. Der Ansatz wird dann innerhalb von 3 Stunden auf 185 C eufgeheizt und bei dieser Temperatur innerhalb von 11 Stunden auf eine Säurezahl 41»3 kondensierte Der fertige Polyester wird unter Rühren rasch auf I30 C abgekühlt und die Schmelze bei dieser Temperatur in einem konischen V.-A-Behälter unter Inertgas abgefüllt. Die Schmelze war innerhalb von ca. 30 Stunden erstarrt und nach weiteren 24 Stunden klebfrei zu einem lagerstabilen Granulat zermahlbar.25.52 kg of fumaric acid, 15.00 kg of ethylene glycol and 0.081 kg of zinc oxide are placed in a 45 l steel apparatus (make Canzler) and heated from 20 l / h to 130 ° C. with stirring and introduction of inert gas (CO 0 , N 0) and at leave this temperature for 6 hours. The batch is then heated to 185 C over the course of 3 hours and condensed at this temperature to an acid number of 41 >> 3 over the course of 11 hours. A container filled under inert gas. The melt had solidified within about 30 hours and, after a further 24 hours, could be grinded to give storage-stable granules.
Der entsprechende Blindversuch ( Beispiel 35 ) ohne Zinkoxydbenötigte bei gleicher Erstarrungszeit eine Lagerzeit von 10 Tagen bis zur Zermahlbarkeit.The corresponding blind test (Example 35) without zinc oxide was required with the same solidification time, a storage time of 10 days until it is grindable.
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---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |