DE2008984A1 - Linear copolyester for transparent injection mouldings - Google Patents
Linear copolyester for transparent injection mouldingsInfo
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Abstract
Description
Glasklare, lineare, thermoplastische Mischpolyester mit Einfrierbereichen über 1000C und Verfahren zu ihrer Herstellung. Crystal clear, linear, thermoplastic mixed polyester with freezing areas over 1000C and process for their manufacture.
Lineare Polyester aus aromatischen Dicarbonsäuren und zweiwertigen Alkoholen, wie beispielsweise Polyäthylenterephthalat oder Polyester aus Terephthalsäure und 1,4-Dimethylol-cyclohoxan (DAS 1.222.205g belgische Patentschrift 592.181) werden zur Herstellung von Fasern, Fäden und Filmen verwendet. Die durch die große Tendenz zur Kristallisation verursachte Trübung von aus solchen Polyestern hergestellten Gegenständen und der mit der Kristallisation verbundene Schwindungseffekt bewirken, daß diese Polykondensate für die Verarbeitung zu glasklaren, amorphen Formkörpern nicht geeignet sind.Linear polyesters made from aromatic dicarboxylic acids and divalent ones Alcohols such as polyethylene terephthalate or polyesters made from terephthalic acid and 1,4-dimethylol-cyclohoxane (DAS 1.222.205g Belgian patent 592.181) used to make fibers, threads and films. The by the great trend for crystallization caused haze of made from such polyesters Objects and the shrinkage effect associated with crystallization, that these polycondensates for processing into crystal-clear, amorphous moldings are not suitable.
Amorphe, glasklare Formkörper lassen sich zwar - vorausgesetzt, daß nur geringe Schichtdicken verlangt werden - auch aus Polyäthylenterephthalat durch Abschrecken der Polyesterschmelze herstellen, infolge der niedrigen Umwandlungstemperatur 2.Ordnung, welche bei 690C liegt, verlieren sie Jedoch schon bei relativ niedrigen Temperaturen ihre Steifheit und ihre Durchsichtigkeit, da sie bereits bei der Temperatur des siedenden Wassers zu kristallisieren beginnen. Formkörper bzw. Gebrauchsgegenstände aus amorphem Polyäthylenterephthalat sind aus diesem Grunde nur im Temperaturbereich unterhalb der Uuwandlungstemperatur 2.Ordnung mit befriedigendei Ergebnis einsetzbar. Um universellere, d.h. in einem breiteren Teuperaturbereich verwendbare, harte, nicht kristallisierende, giaskiare Formkörper zu erhalten, ist es daher wllnschenswert, Polyester mit einem Einfrierbereich von über 100°C einzusetzen.Amorphous, crystal-clear moldings can be - provided that only small layer thicknesses are required - also made of polyethylene terephthalate Quench the polyester melt due to the low transition temperature However, they lose 2nd order, which is at 690C, at relatively low levels Temperatures their rigidity and their transparency, since they are already at the temperature of the boiling water begin to crystallize. Moldings or articles of daily use made of amorphous polyethylene terephthalate are for this reason only in the temperature range below the 2nd order transformation temperature with satisfactory Result applicable. To be more universal, i.e. in a broader temperature range usable, hard, non-crystallizing, giaskiare moldings is to be obtained it is therefore desirable to use polyester with a freezing range of over 100 ° C.
Es neigt sich nun, daß mlt Dispiro(5.1.5.1)tetradecan-7,14-diol als Diolkomponente Polyester der Terephthalsäure aufgebaut werden können, die diesen Anforderungen genügen.It is now inclined that mlt Dispiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-diol as Diol component polyester of terephthalic acid can be built up that this Requirements met.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher glasklare, lineare, thermoplastische Mischpolyester mit einem Einfrierbereich oberhalb 100°C und einer spezifischen Viskosität espez.The present invention therefore provides crystal clear, linear, thermoplastic mixed polyester with a freezing range above 100 ° C and a specific viscosity espez.
zwischen 0,5 und 1,5 aus 1 Mol Terephthalsäure und 1 Mol eines Gemisches bifunktioneller Alkohole, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß sie, statistisch gesehen, auf Jeweile 10 Mole Terephthalsäure 1,9 bis 5 Mole Dlapiro(5.1.5.1 ) tetradecan-7,14-diol und 8,5 bis 5 Mole eines aliphatischen Diols mit 2 oder 3 C-Atomen oder einer Mischung solcher Diole enthalten, wobei gegebenenfalls bis zu 20 Mol% des aliphatischen Diol-Anteiles durch 1,4-Dimethylolcyclohexan ersetzt sein kann.between 0.5 and 1.5 from 1 mole of terephthalic acid and 1 mole of a mixture bifunctional alcohols, which are characterized in that they, statistically seen, for every 10 moles of terephthalic acid 1.9 to 5 moles of dlapiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-diol and 8.5 to 5 moles of an aliphatic diol having 2 or 3 carbon atoms or a mixture contain such diols, optionally up to 20 mol% of the aliphatic diol content can be replaced by 1,4-dimethylolcyclohexane.
Es war überraschend, daß die sekundären Alkoholgruppen des Dispiro(5.1.5.1)tetradecan-7,14-diols, welche zusätzlich noch eterisoh gehindert sind, mit Dimethylterephthalat eine vollständige Umesterung eingehen und somit quantitativ in den Mischpolyester eingebaut werden.It was surprising that the secondary alcohol groups of Dispiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-diol, which are also prevented eterisoh, a complete with dimethyl terephthalate Enter into transesterification and thus be incorporated quantitatively into the mixed polyester.
Die erfindungsgemäßen Polyester besitzen Je nach Zusammensetzung Einfriertemperaturen bis zu etwa 1500C und spezifische Viekositäten zwischen 0,5 und 1,3, vorzugsweise 0,8 bis 1,2.The polyesters according to the invention have freezing temperatures, depending on their composition up to about 1500C and specific viscosity between 0.5 and 1.3, preferably 0.8 to 1.2.
Zur herstellung der Mischpolyester geht man von Diestern der Terephthalsäure aus, Man verwendet die der einwertigen aliphatischen Alkohole mit 1 bis 4 C-Atomen bzw. der C3 und C4-Isoalkohole, beispielsweise Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl- oder Butylester. Bevorzugt werden die Methylester eingesetzt.To produce the mixed polyesters, diesters of terephthalic acid are used from, One uses the monohydric aliphatic alcohols with 1 to 4 carbon atoms or the C3 and C4 isoalcohols, for example methyl, ethyl, propyl, isopropyl or butyl ester. The methyl esters are preferably used.
Als bifunktionelle Alkohole werden Mischungen, bestehend aus einem aliphatischen Diol mit 2-3 C-Atomen wie Äthylenglykol, Propylenglykol-(1,3) oder Propylenglykol-(1,2) oder auch Gemischen solcher Diole und dem cyclischen Diol Dispiro(5.1.5.1) tetradecan-7,14-diol der Formel verwendet. Letzteres läßt sich beispielsweise durch IIydrierung des nach H.M. Walborsky und E.R. Buchmann (J.amer.Chem.Soc. i2, 6339 (1953) ) aus Hexahydrobenzoylchlorid hergestellten Dispiro(5.1 .5.1 )tetradecan-7,14-dions erhalten. Gegebenenfalls ist es auch möglich, eine Teilmenge der niedrigen aliphatischen Diole durch 1,4-Dimethylolcyclohexan zu ersetzen. Sein Anteil soll im fertigen Polyester Jedoch nicht mehr als 20 Mol%, bezogen auf den gesamten Diol-Gehalt, betragen. Vorzugsweise setzt man das Dispiro(5.1.5.1)tetradecan-7,14-diol Jedoch in Mischung mit Äthylenglykol ein.Bifunctional alcohols are mixtures consisting of an aliphatic diol with 2-3 carbon atoms such as ethylene glycol, propylene glycol (1,3) or propylene glycol (1,2) or mixtures of such diols and the cyclic diol Dispiro (5.1.5.1 ) tetradecane-7,14-diol of the formula used. The latter can be obtained, for example, by hydrogenation of the dispiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-dione prepared from hexahydrobenzoyl chloride according to HM Walborsky and ER Buchmann (J.amer.Chem.Soc. I2, 6339 (1953)). If appropriate, it is also possible to replace some of the lower aliphatic diols with 1,4-dimethylolcyclohexane. However, its proportion in the finished polyester should not be more than 20 mol%, based on the total diol content. The Dispiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-diol is preferably used, but in a mixture with ethylene glycol.
Die Umesterung der Terephthalsäureester mit dem Diolgemisch erfolgt vorteilhaft mit einem Überschuß an der niedriger siedenden Diolkomponente. Das Verhältnis der Monomeren wird eweckmässigerweise so gewählt, daß auf 1 Mol Dicarbonsäureester 1 Mol des Gemisches aus dem aliphatischen und dem acyclischen Diol, welches in den Polyester eingebaut werden soll, vorhanden ist, und zusätzlich weitere 1-2 Mole des aliphatischen Diols eingesetzt werden. Durch diese Arbeitsweise wird erreicht, daß die Umesterung sowohl quantitativ, als auch mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit verläuft. Selbstverständlich wird nach beendeter Umesterung das überschüssige aliphatische Diol wieder abdeetilliert. The transesterification of the terephthalic acid ester with the diol mixture takes place advantageously with an excess of the lower-boiling diol component. The relationship of the monomers is chosen in a manner such that 1 mol of dicarboxylic acid ester is used 1 mole of the mixture of the aliphatic and the acyclic diol, which in the Polyester to be incorporated is present, and in addition another 1-2 moles of aliphatic diol are used. Through this way of working it is achieved that the transesterification both quantitatively and with a high reaction rate runs. Of course, after the transesterification has ended, the excess aliphatic Diol distilled off again.
Die Umesterung wird unter Stickstoff in Gegenwart von 0,005-0,5 % Katalysator, bezogen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Komponenten durchgeführt. Dabei wird bevorzugt zunächst 1 Mol Dimethylterephthalat mit 1 Mol eines Gemisches aus 15-50 Mol?,o Dispiro(5.1 .5.1 )tetradecan-7,14-diol und 85-50 Mol% des aliphatischen Diols bei 160 bis 2200C so lange umgesetzt, bis die Aikohol-Abspaltung beendet ist. Sodann wird auf ca. 1800C abgekühlt und nach Zugabe von weiteren 1-2 Molen des aliphatischen Diols bei 180 bis 2400C die Umesterung zu Ende geführt. Die Umesterung erfordert im allgemeinen eine Zeit von 5 bis 12 Stunden, wobei der abgespaltene niedrig siedende Alkohol und überschüssiges aliphatisches Diol abdestillieren. Als Katalysator verwendet man z.B.The transesterification is carried out under nitrogen in the presence of 0.005-0.5% Catalyst carried out based on the total weight of the components used. 1 mol of dimethyl terephthalate with 1 mol of a mixture is preferred initially from 15-50 mol?, o Dispiro (5.1 .5.1) tetradecane-7,14-diol and 85-50 mol% of the aliphatic Diol reacted at 160 to 2200C until the elimination of alcohol is complete. Then it is cooled to about 1800C and after adding another 1-2 moles of the aliphatic Diols at 180 to 2400C brought the transesterification to an end. The transesterification requires generally a time of 5 to 12 hours, with the cleaved low-boiling point Distill off alcohol and excess aliphatic diol. Used as a catalyst one e.g.
Dibutylzinndiacetat, oder auch einen anderen der für diesen Zweck gebräuchlichen Katalysatoren, z.B. Manganacetat, organische Titanverbindungen u.ä.Dibutyltin diacetate, or any of the other ones for this purpose common catalysts, e.g. manganese acetate, organic titanium compounds, etc.
Die Polykondensation des Umesterungeproduktes erfolgt in bekannter Weise unter Zugabe eines Polykondensationskatalysators wie z.B. Ges2, So203, GeHPO3* (C4H9)2Sn(CII3COO)2. Die letztgenannte Verbindung wird bevorzugt. Man erhitzt dabei zunächst 1-2 Stunden auf 230 bis 2600C - vorzugsweise 230 bis 24000 -bei ca. 12 Torr und sodann bei 2400C noch etwa 1 Stunde bei 0.05 bis 0,1 Torr. worauf man die Temperatur allmählich (etwa innerhalb von 2-3 Stunden) auf 280 bis 3000C erhöht und etwa 2-3 Stunden bei dieser Temperatur hellt. Hierbei destilliert das freiwerdende aliphatische Diol laufend ab. Wenn der geunechte Polykondensationsgrad erreicht ist, wird die lteaktion abgebrochen.The polycondensation of the transesterification product takes place in a known manner Way with the addition of a polycondensation catalyst such as Ges2, So203, GeHPO3 * (C4H9) 2Sn (CII3COO) 2. The latter compound is preferred. One heats it up initially 1-2 hours at 230 to 2600C - preferably 230 to 24000 - at approx. 12 Torr and then at 2400C for about 1 hour at 0.05 to 0.1 Torr. what to do with the Temperature gradually (within 2-3 hours) increased to 280 to 3000C and lightens at this temperature for about 2-3 hours. What is released is distilled here aliphatic diol ongoing. When the improper degree of polycondensation is reached the lteaction is canceled.
Die erfindungsgemässen amorphen, glasklaren Polyester eignen sich bevorzugt zur Anfertigung von glasklaren Spritzgußartikeln, die auch im Bereich höherer Temperaturen eingesetzt werden können. Sie lassen sich aber auch zu Fasern Folien, Überzügen u.ä. verarbeiten.The amorphous, crystal-clear polyesters according to the invention are suitable preferred for the production of crystal clear injection molded articles, which are also in the field higher temperatures can be used. But they can also be turned into fibers Foils, coatings, etc. to process.
Durch nachfolgende Beispiele sei das Verfahren näher erläutert.The method is explained in more detail by the following examples.
Die Einfriertemperaturen TG) wurden durch Differentialtllermoanalyse bei'einer Aufheizgeschwindigkeit von 2 0C/Min.The freezing temperatures (TG) were determined by differential termal analysis at a heating rate of 2 ° C./min.
bestimmt.certainly.
Beispiel 1 194 g (1 Mol) Dimethylterephthalat, 44,8 g (0,2 Mole) Dispiro(5.1.5.1)tetradecan-7,14-diol und 49,6 g (0,8 Mole) Äthylenglykol wurden nach Zugabe von 40 mg Dibutylzinndiacetat als Umesterungskatalysator in einer Inertgasatmosphäre (Stickstoff) allmählich auf 2200C erhitzt. Nach Abkühlen auf 1800C wurden weitere 93,0 g Äthylenglykol zugegeben. Es wurde dann 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und anschlieDend langsam auf 2400C aufgeheizt. Diese Temperatur wurde bis zur Beendigung des Abdestillierens von Methanol und überschüssigem Äthylenglykol beibehalten. Sodann wurde das Umesterungsprodukt nach Zugabe von 40 mg Dibutylzinndiacetat als Polykondensationskatalysator 1 Stunde bei einem Valcuum von 12 mm Hg und 1 Stunde bei einem Vakuum von 0,1 Torr bei 240°C gerührt.Example 1 194 g (1 mole) dimethyl terephthalate, 44.8 g (0.2 mole) Dispiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-diol and 49.6 g (0.8 moles) of ethylene glycol were added after adding 40 mg of dibutyltin diacetate as a transesterification catalyst in an inert gas atmosphere (nitrogen) gradually Heated to 2200C. After cooling to 1800C, a further 93.0 g of ethylene glycol were added. It was then kept at this temperature for 2 hours and then slowly heated to 2400C. This temperature was maintained until the end of the distillation of methanol and excess ethylene glycol retained. Then the transesterification product became after adding 40 mg of dibutyltin diacetate as a polycondensation catalyst, 1 hour at a vacuum of 12 mm Hg and 1 hour at a vacuum of 0.1 torr at 240 ° C touched.
Anschließend wurde allmählich auf 280°C aufgeheizt und 3 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Dabei destillierte das freiwerdende Äthylenglykol ab. Man erhielt einen glasklaren, amorphen Polyester mit der spezifischen Viskosität tspez a 0,92 und einem Einfrierbereich von 105-112°C.It was then gradually heated to 280 ° C and 3 hours at stirred at this temperature. The released ethylene glycol distilled off. A crystal-clear, amorphous polyester with the specific viscosity was obtained tspec a 0.92 and a freezing range of 105-112 ° C.
Beispiel 2 Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden 194 g (1 Mol) Dimethyltorephthalat mit einem Gemisch aus 56 g (0,25 Mole) Dispiro(5.1.5.1)tetradecan-7,14-diol und 46,3 g (0,75 Mole) Äthylenglykol, sowie zusätzlichen weiteren 93 g Äthylenglykol umgeestert und anschließend polykondensiert.Example 2 Following the procedure described in Example 1, 194 g (1 mol) of dimethyltorephthalate with a mixture of 56 g (0.25 mol) of Dispiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-diol and 46.3 grams (0.75 moles) of ethylene glycol, plus an additional 93 grams of ethylene glycol interesterified and then polycondensed.
Es entstand ein amorpher, glasklarer Polyester mit einer spezifischen Viskosität espez. t 0,53. Der Einfrierbereich dieses Mischpolyesters lag bei 118-127 0C.The result was an amorphous, crystal-clear polyester with a specific Viscosity espec. t 0.53. The freezing range of this mixed polyester was 118-127 0C.
Beispiel 3 Nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren wurden 194 g (1 Mol) Dimethylterephthalat mit einem Gemisch aus 89,6 g (0,4 Mole) Dispiro(5.1.5.1)tetradecan-7,14-diol und 37,2 e (0,6 Mole) Äthylenglykol, sowie zusätzlichen weiteren 93,0 g Äthylenglykol umgeestert und anschließend polykondensiert.Example 3 Following the procedure given in Example 1, 194 g (1 mol) of dimethyl terephthalate with a mixture of 89.6 g (0.4 mol) of Dispiro (5.1.5.1) tetradecane-7,14-diol and 37.2 e (0.6 moles) of ethylene glycol, plus an additional 93.0 g of ethylene glycol interesterified and then polycondensed.
Es entstand ein amorpher, glasklarer Polyester mit einer spezifischen Viskosität espez. 3 0,90. Der Einfrierbereich dieses Mischpolyesters lag bei 130-140°C.The result was an amorphous, crystal-clear polyester with a specific Viscosity espec. 3 0.90. The freezing range of this mixed polyester was 130-140 ° C.
Beispiel 4 Entsprechend den Angaben des Beispiels 1 wurde durch Umsetzen von 194 g (1 Mol) Dimethylterephthalat mit einer Mischung aus 44,8 g (0,2 Mol) Dlspiro(5.1.5.1)tetradeoan-7,14-diol, 28,8 g (0,2 Mol) 1,4-Dimothylolcyclohexan und 37,2 g (0,6 Mol) Äthylenglykol unter llinzufUgung weiterer 93 g Äthylenglykol ein glasklarer, amorpher Miechpolyester der spezifischen Viskosität <spes. 1 0,80 mit einem Einfrierbereich von 105-l15°C erhalten.Example 4 As described in Example 1, the reaction was carried out of 194 g (1 mol) of dimethyl terephthalate with a mixture of 44.8 g (0.2 mol) of Dlspiro (5.1.5.1) tetradeoan-7,14-diol, 28.8 g (0.2 mol) of 1,4-dimothylolcyclohexane and 37.2 g (0.6 mol) of ethylene glycol below Add another 93 g of ethylene glycol, a crystal-clear, amorphous synthetic polyester the specific viscosity <spes. 1 0.80 with a freezing range of 105-115 ° C obtain.
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