DE1595270A1 - Process for the production of copolyesters - Google Patents
Process for the production of copolyestersInfo
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Description
Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth
Dipl.-Ing. G DonnenbergDr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth
Dipl.-Ing. G Donnenberg
Dr. V. Schn.KJ Kowarzik Alpine Chemische Aktien-Dr.
P. Wemhold, Dr. D. Gudel gesellschait
6 Frankfurt/M., Gr. Eschenheimer Str. 39 ,:u£stein/lirol/ust erreichDr. V. Schn.KJ Kowarzik Alpine Chemische Aktien-Dr. P. Wemhold, Dr. D. Gudel Society
6 Frankfurt / M., Gr. Eschenheimer Str. 39 ,: u £ s tein / lirol / ust reach
Verfahren zur Herstellung von CopolyesternProcess for the production of copolyesters
Es ist bekannt, Polyester, die faser- oder filmbildende Eigen- ' schäften besitzen, durch Polykondensation von .It is known that polyester, the fiber or film-forming property ' own shafts by polycondensation of.
(a) aromatischen Dicarbonsäuren, in denen die Carboxylgruppen . durch mindestens 2 Kohlenstoffatome voneinander getrennt sind, ■ deren niedrigmolekularen Estern, insbesondere Alkylestern mit .(a) aromatic dicarboxylic acids in which the carboxyl groups . are separated from one another by at least 2 carbon atoms, ■ their low molecular weight esters, especially alkyl esters with.
1 -: ^ C-Atomen, oder anderen polyosterbildenden Derivaten oder • Gemischen aus diesen Verbindungen mit1 -: ^ C atoms, or other polyoster-forming derivatives or • Mixtures of these compounds with
(b) Diolen der allgemeinen Formel(b) Diols of the general formula
KO - (CY2)n - OH (I)KO - (CY 2 ) n - OH (I)
oder Gemischen aus diesen herzustellen, woijßi. η eine ganze Zahlor to produce mixtures of these, woijßi. η is an integer
• von 2 bis 10 und Y Wasserstoff oder niedrigmolekulares Alkyl,' insbesondere mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, bedeuten.• from 2 to 10 and Y is hydrogen or low molecular weight alkyl, ' in particular with 1 to 4 carbon atoms.
Es wurde nun gefunden, -dass man neue faser- und filmbildende Copolyester mit besonders wertvollen Eigensqhaften erhält, wenn man die zuvor unter (a) erwähnten aromatischen Dicarbonsäuren odar deren polyesterbildende Derivate oder Gemische hieraus mit (b) Diolen der Formel (I) oder Gemischen aus solchen Diolen unter Zusatz von (c) geringen Mengen von olefinisch ungesättig- It has now been found that new fiber- and film-forming copolyesters with particularly valuable properties are obtained if the aromatic dicarboxylic acids mentioned above under (a) or their polyester-forming derivatives or mixtures thereof with (b) diols of the formula (I) or mixtures from such diols with the addition of (c) small amounts of olefinically unsaturated
• ten Dicarbonsäuren, 'deren polyesterbildendön Derivaten oder Ge- -• th dicarboxylic acids, whose polyester-forming derivatives or
mischen aus. ihnen polykondensiert.mix out. polycondensed them.
■ "■ " ■■ 90988A/170190988A / 1701
LKJ Unterlagen -,-.n. , „ ι «.i 2 Ur.I Satz 3 d«·Änderung««··, v.4. 9.1967)LKJ documents -, -. N. , "Ι" .i 2 Ur. I sentence 3 d «· Change« «··, v.4. 9.1967)
Als aromatische Dicarbonsäuren (a) kommen vorzugsweise Terephthalsäure, Isophthalsäure oder Naphthalin-2,6-dicarbonsäure und deren Gemische in Betracht und als niedrigmolekulare Ester dieser Säuren vorzugsweise.die Dimethy!ester, Von den Diolen (b) ist Aethylenglykol besonders bevorzugt. Unter olefinisch ungesättigten Dicarbonsäuren (c) versteht man Dicarbonsäuren mit mindestens einer olefinischen -C=C-Doppe!bindung, z.B. Maleinsäure, Fumarsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Itaconsäure, Cyclohexen-(2)-dicarbonsäure-(l,4) oder 4-Carboxy-zimtsäure.Preferred aromatic dicarboxylic acids (a) are terephthalic acid, Isophthalic acid or naphthalene-2,6-dicarboxylic acid and mixtures thereof are possible and as low molecular weight esters of these acids are preferably the dimethyl esters, of the diols (b) Ethylene glycol is particularly preferred. Among olefinically unsaturated Dicarboxylic acids (c) are dicarboxylic acids with at least one olefinic -C = C double bond, e.g. maleic acid, Fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, Cyclohexene (2) dicarboxylic acid (1,4) or 4-carboxy cinnamic acid.
Häufig ist es sehr vorteilhaft, zusätzlich eine oder mehrere Dihydroxyverbindungen (d) der FormelIt is often very beneficial to add one or more Dihydroxy compounds (d) of the formula
(II)(II)
und bzw» oder ein oder mehrere Diole (e) der Formeland or »or one or more diols of the formula
H(0CH2CH2)a0-<^A\_ R -/7X-O(CH2CH2O)1JH (III)H (0CH 2 CH 2 ) a 0 - <^ A \ _ R - / 7X-O (CH 2 CH 2 O) 1 JH (III)
einzusetzen. In den Formeln (II) und (III) bedeuten R die direkte Bindung oder eine Gruppe der Formelto use. In the formulas (II) and (III), R is the direct one Bond or a group of the formula
-C- , -CH2CH2- , -0- , -S- , -SO2- , -CO- oder -NX-, X · " ·-C-, -CH 2 CH 2 -, -0-, -S-, -SO 2 -, -CO- or -NX-, X · "·
X Wasserstoff oder ein niedrigmolekulares, gegebenenfalls sub- X is hydrogen or a low molecular weight, optionally sub-
9098 8^/1701 ·9098 8 ^ / 1701
' BAD ORIGINAL' BAD ORIGINAL
stltuiertes Alkyl mitstructured alkyl with
vorzugsweise bis zu ^ C-Atomen, a eine ganze Zahl von 0 bis 10, b eine ganze Zahl von 1 bis 10 und A und B gegebenenfalls weitere Substituenten enthaltende Ringe. Eine besonders geeignete Verbindung der Formel (II) ist das 2,2-BiS-(1J-'-hydroxyphenyl) -propan und der Formel (III) das 2,2-Bis-£4 '-(2"-hydroxy· äthoxy)-pheny IJ -propan. · ■preferably up to ^ carbon atoms, a an integer from 0 to 10, b an integer from 1 to 10 and A and B rings optionally containing further substituents. A particularly suitable compound of the formula (II) is 2,2-BiS- ( 1 J -'-hydroxyphenyl) propane and of the formula (III) the 2,2-bis- £ 4 '- (2 "-hydroxy. ethoxy) -pheny IJ -propane. · ■
Die Diole(b) werden im allgemeinen im Ueberschuss, bezogen auf die aromatischen Dicarbonsäuren (a), angewandt, z.B.,.wie bei der Herstellung von Polyäthylenterephthalat üblich, 2,2 bis 6 Mol Diol je 1 KoI Dicarbonsäure. Die olefinisch ungesättigten Dicarbonsäuren oder ihre polyesterbildenden Derivate (c) setzt man in Kengen bis zu 3 MoI^, insbesondere von 0,1-1 Mol$, bezogen auf aromatische Dicarbonsäuren, ein. Die Dihydroxyverbindungen (d) und die Diole (e) verwendet man mit besonderem Vorteil in Kengen bis zu 40 Mo 1$ und zur Herstellung von faser- ! und filmbildenden Kondensaten vorzugsweise von 2 bis 15 ViOl1Ji, bezogen auf die angewandte Menge aromatischer Dicarbonsäuren. Zur Herstellung von Spritzguss- und Extrusionsmassen ist ein höherer Gehalt, z.B. von 10 bis ho MoI^, von Vorteil.The diols (b) are generally used in excess, based on the aromatic dicarboxylic acids (a), for example, as is customary in the production of polyethylene terephthalate, 2.2 to 6 mol of diol per 1 kol of dicarboxylic acid. The olefinically unsaturated dicarboxylic acids or their polyester-forming derivatives (c) are used in terms of up to 3 mol, in particular 0.1-1 mol, based on aromatic dicarboxylic acids. The dihydroxy compounds (d) and the diols (e) are used with particular advantage in Kengen up to 40 Mo 1 $ and for the production of fiber ! and film-forming condensates, preferably from 2 to 15 ViOl 1 Ji, based on the amount of aromatic dicarboxylic acids used. For the production of injection molding and extrusion plastics, a higher content, for example from 10 to ho ^ MoI advantageous.
Die neuen Copolyester werden in der für die Herstellung von aromatischen Polyestern üblichen Weise erhalten, beispielsweise indem man Terephthalsäure oder ein Gemisch aus Terephthalsäure und Isophthalsäure oder deren niedrigmolekülaren DIalkylestern, Aethylenglykol im Ueberschuss und bis zu 1 MThe new copolyesters are used in the manufacture of aromatic polyesters obtained in the usual manner, for example by adding terephthalic acid or a mixture of terephthalic acid and isophthalic acid or their low molecular weight DIalkyl esters, ethylene glycol in excess and up to 1 M
9 0 9884 / 1701 bad ORIGINAL9 0 9884/1701 bad ORIGINAL
einer olefinisch ungesättigten Dicarbonsäure oder deren niedrigmolekularen Dialkylestern, bezogen auf aromatischean olefinically unsaturated dicarboxylic acid or its low molecular weight dialkyl esters, based on aromatic ones
* Dicarbonsäuren, unter Ausschluss von Sauerstoff und in Gegenwart von Veresterungskatalysatoren und gegebenenfalls Stabilisatoren polykondensiert. Die Reaktion verläuft in 2 Stufen, und zwar kondensiert man in der ersten Stufe vorzugsweise bei normalem oder erhöhtem Druck und Temperaturen bis zu 27Q0C und in der zweiten Stufe bei vermindertem Druck und Temperaturen von 250 bis 3000C und insbesonere von 270 bis 2800C. Durch Anwendung dieser Reaktionstemperaturen während der für die Herstellung von linearen, Terephthalsäure enthaltenden Polyestern üblichen Reaktionszeiten wird gewährleistet, dass die olefinisch ungesättigten Dicarbonsäuren unter Vernetzung bzw. Verzweigung reagieren. Als Veresterungskatalysatoren können z.By Oxyde de# Metalle Mangan, Kobalt, Zink, Blei oder Kadmium dienen oder die Salze dieser Metalle der Borsäure, phosphorigen Säure, Phosphorsäure oder niedrigmolekularer aliphatischer Carbonsäure, vorzugsweise mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, also beispielsweise Mangantetraborat, Köbaltaeetat, Zinkoxyd oder Bleloxyd. Organisehe und anorganische Phosphorveirblngungen^ «sie z.B. Trfpheny/liihosphlti* 3ΊΊ- * Dicarboxylic acids, polycondensed with exclusion of oxygen and in the presence of esterification catalysts and optionally stabilizers. The reaction proceeds in 2 steps, and that is condensed in the first stage, preferably at atmospheric or superatmospheric pressure and temperatures up to 27Q 0 C and in the second stage under reduced pressure and at temperatures of 250 to 300 0 C and insbesonere 270-280 0 C. By using these reaction temperatures during the reaction times customary for the production of linear polyesters containing terephthalic acid, it is ensured that the olefinically unsaturated dicarboxylic acids react with crosslinking or branching. The esterification catalysts used can be, for example, oxides of the metals manganese, cobalt, zinc, lead or cadmium or the salts of these metals of boric acid, phosphorous acid, phosphoric acid or low molecular weight aliphatic carboxylic acid, preferably with 1 to 6 carbon atoms, e.g. manganese tetraborate, cobalt acetate, Zinc oxide or blel oxide. Organisehe and inorganic phosphorus veinings ^ «they e.g. Trfpheny / liihosphli * 3ΊΊ-
Μ«Νλ/17β1 BAD Μ «Νλ / 17β1 BAD
Die so erhaltenen Copolyester zeichnen sich durch hohe • Schmelzpunkte, gutes Kristallisationsvermögen, helle Farbe und gute mechanische Eigenschaften aus. Als besonderes Charakter!stikum weisen sie eine von der Konzentration der olefinisch ungesättigten Dicarbonsäure abhängige Verzweigung . und/oder Quervernetzung der Polymerketten auf. Dadurch werden die Gebrauchseigenschaften und insbesondere die mechanischen Eigenschaften der Produkte, z.B. Festigkeit, Dehnung und elastisches Verhalten,, verbessert. Die Copolyester können wie üblich verarbeitet werden, z.B. indem man die Schmelze unmittelbar oder nach Vermischen mit einem Copolyester anderer Zusammensetzung zu Fäden, Drähten, Filmen, Granulaten oder anderen Formkörpern verarbeitet. Hierbei können Pigmente zugesetzt werden, z.B. Russ oder anorganische oder organische Pigmentfarbstoffe, ferner optische Aufheller, Mattierungsmittel, wie'Titandioxyd oder Sillciumdioxyd, oder Weichmacher. Diese Zusätze können auch schon vor oder während der Polykondensation?· reaktion zugefügt werden. "The copolyesters obtained in this way are characterized by high • Melting points, good crystallizability, light color and good mechanical properties. As a special Characteristic they show one from the concentration of the olefinically unsaturated dicarboxylic acid dependent branching. and / or cross-linking of the polymer chains. This will be the performance properties and in particular the mechanical properties of the products, e.g. strength, elongation and elasticity Behavior ,, improved. The copolyesters can be processed in the usual way, e.g. by directing the melt or after blending with a copolyester of others Composition processed into threads, wires, films, granules or other shaped bodies. Pigments can be added here e.g. carbon black or inorganic or organic pigment dyes, furthermore optical brighteners, matting agents, like titanium dioxide or silicon dioxide, or plasticizers. These Additions can also be made before or during the polycondensation? reaction can be inflicted. "
In den folgenden Beispielen bedeuten die Teile Gewichtsteile und die Prozente Gewichtsprozente. Die Temperaturen sind in · Celsiusgraden angegeben.,Die "intrinsic viscosity" wurde in einer Jkösungx von. 1- ;g Polyester in 100 ml eines Gemisches ausIn the following examples, parts are parts by weight and percentages are percentages by weight. The temperatures are given in degrees Celsius. The "intrinsic viscosity" was determined in a solution by. 1- ; g polyester in 100 ml of a mixture
Phcenpl und Tetraehlorät-han besitimmti. - — *"Phcenpl and Tetraehlorät-han owned. - - * "
BADORlGiNAL 909884/1701·BADORlGiNAL 909884/1701
-. β - 159527C-. β - 159527C
Beispiel 1 · Example 1
Ein Gemisch aus 500 Teilen Terephthalsäuredimethylester, 390 Teilen Aethylenglykol und 2 Teilen Maleinsäuredimethylester wird in Gegenwart von 0,35 Teilen Zinkoxyd und 0,17 Teilen Triphenylphosphin unter sauerstofffreiem Stickstoff unter Rühren erhitzt. Innerhalb von 2 1/2 Stunden destillieren Methanol und Aethylenglykol bei Temperaturen bis zu 246° über. Dann wird bei 0,2 bis 0,5 mm Hg-Druck und bei Temperaturen zwischen,274 und 276° weitergerührt. Nach 2 1/2 Stunden erhält man einen. Copolyester, der eine intrinsic viscosity von 0,62 besitzt und bei 257 bis 260° schmilzt. Das Produkt lässt sich sehr gut zu praktisch weissen Pasern verspinnen, die kaltverstreckbar sind und ausgezeichnete mechanische und elastische Eigenschaften aufweisen.A mixture of 500 parts of dimethyl terephthalate, 390 parts of ethylene glycol and 2 parts of dimethyl maleate is in the presence of 0.35 parts of zinc oxide and 0.17 Parts of triphenylphosphine are heated with stirring under oxygen-free nitrogen. Distill within 2 1/2 hours Methanol and ethylene glycol at temperatures up to 246 ° above. Stirring is then continued at 0.2 to 0.5 mm Hg pressure and at temperatures between .274 and 276 °. Receives after 2 1/2 hours one one. Copolyester that has an intrinsic viscosity of 0.62 and melts at 257 to 260 °. The product can be spun very well into practically white fibers that can be cold-drawn and have excellent mechanical and elastic properties.
Beispiel 2 . . - . Example 2 . . -.
Ein Gemisch aus 500 Teilen Terephthalsäuredimethylester, 390 Teilen Aethylenglykol und 1,9 Teilen Pumarsäuredimethyl- .. ester wird in Gegenwart von 0,35 Teilen Mangantetraborat und 0,17. Teilen Triphenylphosphin unter reinem Stickstoff und unter Rühren erhitzt. Innerhalb von 1 3/4 Stunden destillieren bei · Temperaturen bis 2βΟ° Methanol" und Aethylenglykol über. Dann wird im Vakuum unter einem Druck vbn' 0,2 mm Hg.und bei Tempera-" türen zwischen 27#"und 276*?^eitergerührV. Nacif*4 1/2%tüiiöen ^": ernält^iüri1 einen Copolyester mit einer intrinsic viscosity vön^" 0,65 uM^einem Schmelzpunkt von 259-260°, äe£ sich ausgezeichnetA mixture of 500 parts of dimethyl terephthalate, 390 parts of ethylene glycol and 1.9 parts of dimethyl pumarsate is in the presence of 0.35 parts of manganese tetraborate and 0.17. Share triphenylphosphine under pure nitrogen and heated with stirring. Methanol "and ethylene glycol distill over within 1 3/4 hours at temperatures up to 2βΟ °. Then in vacuo under a pressure of 0.2 mm Hg. and at temperatures between 27 °" and 276 * ? ^ . eitergerührV Nacif * 4 1/2% tüiiöen ^ "^ ernält iüri 1 a copolyester having an intrinsic viscosity VOEN ^" ^ 0.65 uM a melting point of 259-260 °, AEE £ excellently
909884/1701 - -909884/1701 - -
zu kaltverstreckbaren Fasern mit sehr guten textlien Eigenschaften verspinnen lässt.to cold-stretchable fibers with very good textile properties lets spin.
Ein Geraisch aus 500 Teilen Terephthalsäuredimethylester, 3S0 Teilen Aethylenglykol, 18,3 Teilen 2,2-Bis-(4 '-hydroxyphenyl )-propan und 1 Teil Maleinsäuredimethylester wird in Gegenwart von 0,35 Teilen Zinkoxyd und Q,17 Teilen Triphenylphosphin unter reinem Stickstoff und unter Rühren erhitzt. Innerhalb von 2 Stunden destillieren bei Temperaturen bis zu 251· Methanol und Aethylenglykol über. Dann wird im Vakuum bei 0,2 bis 0,5 ram Hg und bei Temperaturen zwischen 274 und 276· weitergerührt. Nach 4 Stunden erhält man einen Copolyester, der eine intrinsic viscosity von 0,54 besitzt und bei 251 bis 253· schmilzt. Das Produkt lässt sich sehr gut zu kaltverstreckbaren Fasern verspinnen.A Geraisch of 500 parts of terephthalic acid dimethyl ester, 30 parts of ethylene glycol, 18.3 parts of 2,2-bis (4 '-hydroxyphenyl) propane and 1 part of maleic acid dimethyl ester in the presence of 0.35 parts of zinc oxide and Q, 17 parts of triphenylphosphine under pure Nitrogen and heated with stirring. Within 2 hours, distill over at temperatures up to 251 · methanol and ethylene glycol. Stirring is then continued in vacuo at 0.2 to 0.5 ram Hg and at temperatures between 274 and 276. After 4 hours, a copolyester is obtained which has an intrinsic viscosity of 0.54 and melts at 251 to 253 ×. The product can be spun very well into cold-stretchable fibers.
Bei s ο 1 e 1 4At s ο 1 e 1 4
Ersetzt man das geniäss Beispiel 3 verwendete Gemisch durch ein aus 487 Teilen TerephthalsäuredlmBthylestep, 13 TeilenIf the mixture used in Example 3 is replaced by a from 487 parts of terephthalic acid methyl ester, 13 parts
39® Taillen39® waists
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vort P^^ ^fcfe* 2as !^©StaÄ iMfeforward P ^^ ^ fcfe * 2as! ^ © StaÄ iMfe
Beispiel 5 · ' * Example 5 '*
Durch Umesterung und Polykondensation eines Gemisches aus · 500 Teilen Terephthalsäuredimethylester, 390 Teilen Aethylen- k glykol, 50,5 Teilen 2,2-Bis-[4 f-(2"-hydroxy-äthoxy)-phenyl] propan und 2 Teilen Itaconsäuredimethylester in Gegenwart von 0,35 Teilen Zinkoxyd und 0,17 Teilen Triphenylphosphin erhält man" in der in den vorhergehenden Beispielen angegebenen Verfahrensweise nach 4 Stunden einen Copolyester, der eine intrinsic viscosity von 0,63 besitzt und bei 241 - 243° schmilzt. Das Produkt ist schwach gelblich gefärbt. Daraus hergestellte Pasern lassen sich sehr gut verstrecken und haben vorzügliche. Eigenschaften. .By transesterification and polycondensation of a mixture of 500 parts · dimethyl terephthalate, 390 parts of ethylene glycol k, 50.5 parts of 2,2-bis [4 f - (2 "-hydroxy-ethoxy) -phenyl] propane and 2 parts of dimethyl itaconate in In the presence of 0.35 part of zinc oxide and 0.17 part of triphenylphosphine, in the procedure given in the preceding examples, after 4 hours a copolyester is obtained which has an intrinsic viscosity of 0.63 and melts at 241 ° -243 °. The product is slightly yellow in color. Pipes made from this can be stretched very well and are excellent. Properties. .
Bei s το -j e 1 6At s το -j e 1 6
Xan erhitzt ein Gemisch aus 500 Teilen Terephthalsäuredimethylester, 390 Teilen Aethylenglykol und 2 Teilen Citraconsäuredimethylester in Gegenwart von 0,35 Teilen Zinkoxyd und 0,17 Teilen Triphenylphosphin und in Abwesenheit von Sauerstoff 2 1/2 Stunden unter Rühren bei Temperaturen bis 245°. Dabei destillieren Methanol und Aethylenglykol ab. Dann rührt man weiter bei 275° im Vakuum (Endvakuum 0,2 Torr). Nach 3 Stunden erhält.man einen praktisch v/eissen Copolyester, der bei 250 - 252° schmilzt und-eine intrinsic viscosity von 0,52 besitzt. Die daraus hergestellten Fasern lassen sich ausgezeichnet: verstrecken ;Und'. besitzen sehr gute textile Eigenschaften..Xan heated a mixture of 500 parts of dimethyl terephthalate, 390 parts of ethylene glycol and 2 parts of dimethyl citraconate in the presence of 0.35 parts of zinc oxide and 0.17 parts of triphenylphosphine and in the absence of oxygen for 2 1/2 hours with stirring at temperatures up to 245 °. In the process, methanol and ethylene glycol distill off. Stirring is then continued at 275 ° in vacuo (ultimate vacuum 0.2 torr). After 3 hours, a practically white copolyester is obtained which melts at 250-252 ° and has an intrinsic viscosity of 0.52. The fibers made from it can be excellently : drawn; and '. have very good textile properties.
BADORlGiMAtBADORlGiMAt
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