DE2048985A1

DE2048985A1 - Verfahren zum Verringern unlöslicher Ruckstande bei dem Herstellen von Polyester

Info

Publication number: DE2048985A1
Application number: DE19702048985
Authority: DE
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1969-10-02
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1971-04-15
Also published as: FR2064097B1; NL7014537A; US3661858A; GB1328401A; FR2064097A1; JPS4946399B1

Description

Dipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tischer

1 BERLIN 33, Herbertstraße 22

Fernsprecher: 8 87 72 37 — Drahtwort: invention Berlin Poetscheckkonto: W. Meissner, Berlin West 122 82 Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bank Α.-Θ., Depka 36, Berlln-Halensee, Kurfürstendamm 130 Konto Nr. 96 716

MÜNCHEN

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den Herbertstrafie 22

6748 GE

3 0. SER 1970

THE GOODYEAR TIRE AND RUBBER COMPAHY, Akron, Ohio, 44316,USA

Verfahren zum Verringern unlöslicher Rückstände bei dem Herstellen

von Polyester

Die Erfindung betrifft das Herstellen von Polyestern unter Ausbilden geringstmöglicher Mengen an unlöslichen Rückständen und Ausfällen von Katalysator. Erfindungsgemäß verfährt man dergestalt, daß ein phosphorfreies Manganoctoat oder phosphorfreies Mangan-2-äthylhexoatals Katalysator anwendet oder indem freie Octononsäure und/oder freie 2-Äthylhexanonsäure In das Umsetzungsgefäß eingeführt wird.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Bildung von unlöslichen Rückständen bei dem Herstellen von Polyestern hintenanzuhalten.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Ausfällen des Katalysators hintenanzuhalten.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Lebensdauer der für das Monomere und das niedermolekulare Polymere angewandten Filters zu verbessern. Eine weitere der ERfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Polymer mit verbesserter Qualität zu schaffen, das einen geringstmöglichen Anteil an Unlöslichem enthält. Unlösliche Rückstände (auch aufgrund des Ausfällens des Katalysators) Pigmentagglomeration, Nebenreaktionsprodukte, zur Komplexbildung führende Reaktionen usw. sind bezüglich des Hersteilens qualitativ hochwertiger Polymerer zum Gewinnen von Folien, Fasern und weiteren zweckmäßigen Produkten zu beanstanden. Diese großen unlöslichen Teilchen führen zu Problemen bei dem Verspinnen und Ziehen der Fasern, bedingen Fehlstellen in Folien für Verpackungszwecke und für elekttische Anwendung sowie Bandherstellung, so daß diese Teilchen herausfiltriert werden müssen.

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Eine kurze Lebensdauer der Filter für die mikrometallischen Filtereinheiten bedeutet häufigen Filteraustausch, Filtersäuberungen und erneuten Einbau. Der Aufbau der unlöslichen Rückstände erfordert ein häufiges Außerfunktionsetzen der Umsetzungsgefäße und Säubern derselben, wodurch sich ein Produktionsverlust und Erhöhung der Wartungskosten ergibt.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch Anwenden eines phosphorfreien Manganoctasol-Katalyaatorssystems und durch Zusatz von freier Octononsäure oder 2-Äthylhexanonsäure zu der Manganoctasol-Katalysatorlösung erreicht. Manganoctasol ist eine Warenbezeichnung für Mangan-II-octoat oder Mangan-III-2-äthylhexoat gelöst in einem hochsiedendem Kohlenwasserstoff, wie 83001 Lackbenzine der Firma Shell 011 Company. Phosphorstabilisatoren, wie Triphenylphosphlt werden häufig in handelsgängigem Manganoctasol als günstiger Zusatzstoff für die Anstrichfarbenindustrie angewandt. Es wurde gefunden, daß Phosphorverbindungen unter bestimmten Bedingungen unlösliche Niederschläge mit Mangankatalysatoren und mit einigen Polyester-Umsetzungsprodukten und Nebenprodukten bilden. Es wurde festgestellt, daß das Anwenden von phosphorfreiem Manganoctasol-Katalysator für die Umesterung erheblich die Filterlebensdauer einer halbtechnischen Einheit gegenüber derjenigen verlängert, die unter Anwenden phosphorenthaltenden Katalysators ausgeführt wird. Die Materialmenge, die durch ein Mikrometallfliter aus rostfreiem Stahl mit einer Porengröße von 20 Mikron filtriert werden kann, bevor ein übermäßiger Druckaufbau eintritt (d.h. 9 kg Brück länger als eine Minute) stellt ein Maß für die Lebensdauer des Filters dar. Die Filter mußten durch einen sauberen Filter ersetzt werden, sobald die oben angegebenen Druckbedingungen erreicht waren.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die Manganoctasol-Katalysatorlösungen sauer sind (Säurezahl im Bereich von 12 bis 15) bedingt durch das Vorliegen von etwas freier Octononsäure oder 2-Äthylhexanonsäure. Es wurde gefunden, daß durch weiteren Zusatz an freier Säure unter Erhöhen der Aktivität bis zu einer Säurezahl von etwa 30 die Lebensdauer des Filters wesentlich verlängert

werden konnte.

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Die erfindungsgemäß zweckmäßigen Polyester sind kaltgezogene, lineare hochmolekulare Ester aus Terephthalsäure und Glykolen der Formel

HO(CH₀) OH , wobei η ein ganazahllger Wert von 2 bis 10 1st. Die erfindungsgemäß angewandten Copolyester können aus Äthylenterephthalt-Äthylenisophthalat-Copolymeren bestehen, wie sie weiter unten im einzelnen beschrieben sind.

Bei dem Herstellen von Polyalkylenterephthalaten erfolgt eine Umsetzung von wenigstens etwa 2 molekularen Anteilen wenigstens eines Glykols (vorzugsweise Äthylenglykol) pro molekularem Anteil Terephthalsäure unter Abspalten von Wasser. Das sich anschließende Erhitzen des sich ergebenden Glykolesters der Terephthalsäure auf etwa 250 bis 28O°C unter einem Druck von 0,05 bis 2 mm Hg absolut führt zu dem Ausbilden Hochpolymerer unter Abspaltung von Glykol, ™ das aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird.

Bei der Herstellung von Bisgylkolterephthalaten oder deren Oligomeren wird die Esteraustauschreaktion vorzugsweise katalysiert. Die erfindungsgemäßen Mangan-Katalysatorsysteme wie auch Titan- und Zirkonverbindungen sind als Katalysatoren zweckmäßig. Die Polykondensation wird vorzugsweise in Gegenwart einer Antimonverbindung, wie Antimontrioxid, durchgeführt. Die erfindungsgemäßen aliphatischen Carbonsäuren sind zweckmäßig für das Verringern der unlöslichen Rückstände, die während der Herstellung der Polyester ausgebildet werden.

Für die erfindungsgemBßen Zwecke geeignete hochpolymere Polyalkylenterephthalate können ebenfalls vermittels Erhitzen von "

Terephthalsäure, wie den esterbildenden Abkömmlingen der Terephthalsäure mit wenigstens einem Glykol hergestellt werden. Geeignete

s Ina
esterbildende Abkömmlinge/aliphatlscher oder aromatischer Ester der Terephthalsäure, wie die C. bis C₄ Alkylester und/oder Arylester, wie diejenigen des Phenols, Kresolen und dgl. Der bevorzugte Abkömmling ist das Methylterephthalat.

Bei diesem Verfahren findet zunächst eine Umesterungsreaktlon (oder Esteraustauschreaktion) zu niedermolekularen Polymer bei etwa 175 bis 23O°c 0,5 bis 3,0 Stunden unter Entwickeln von Alkohol statt. Im Anschluß hieran wird nach Erhitzen auf etwa 250 bis 28O°C unter einem Druck von 0,05 bis 2 mm Hg absolut eine PoIy-

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kondensationsreaktlon 0,5 bis 3,0 Stunden zu einem Hochpolymer unter Abspaltung (und Entfernen) von Glykol durchgeführt. Jede Reaktion ist vorzugsweise katalysiert. Es werden Zinkdiacetat und weitere bekannte Katalysatoren zur Beschleunigung der Umesterungsreaktion und Antimonoxid und wettere bekannte Katalysatoren zur förderung der sich anschließenden Polykondensationsreaktion ' angewandt.

Die Herstellung von Äthylenterephthalat-Äthylenlsophthalat liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung und ist bereits früher beschrieben. Dieselbe ist im einzelnen in der US-Patentschrift 2 965 fil3 offenbart.

Zu weiteren für die erfindungsgemäßen Zwecke geeigneten linearen aromatischen Polyesterharzen gehören unter anderem nicht nur PoIyäthylenterephthalat und Copolyester des Äthylenterephthalats und Äthylenisophthalats, sondern auch die Polyester des CYclohexandimethylolterephthalates, Polyäthylen-2,6-naphthalats und Copolyester der Terephthalsäure, die wenigstens 60 Mol.% Terephthalsäure enthalten. Es können auch Copolymester aus einem Glykol, Terephthalsäure und dimeren Säure abgeleitet werden, wie es in der US-Patentschrift 3 390 108 beschrieben ist. Die Copolyester können ebenfalls von Glykolen oder Gemischen der Glykole mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen und dibasischen Säuren abgeleitet werden.

Beispiel 1 (Ansatz 1)

Herstellung von PolyäthylenterephthalatrPhenylindanat 95/5 Copolyestern, 45,4 kg Ansatzgröße

Es werden 41,6 kg Dimethylterephthalat, 29,6 kg Äthylenglykol und 56,5 g Manganoctasol (6,0% Mn) (0,0076% Mn bezogen auf 45,4 kg Estergewicht) mit einem Phosphorgehalt von 0,12%, wie es vermittels Rönfcgenstrahl-Fluoreszenzanalyse festgestellt wird, in ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Glycolyse-Umsetzungsgefäß eingeführt, das auf 150°C vorerhitzt worden ist. Die Umesterungsreaktion beginnt bei etwa 145°C und wenn die Temperatur 21O°C erreicht (etwa 2 Stunden) wird das Reaktionsprodukt in ein zweites aus rostfreiem Stahl bestehendes Umsetzungsgefäß durch einen mikrometallischen porösen Filter aus rostfreiem Stahl (20 Mikron Porengröße) unter Anwenden eines Stickstoffdruckes von 4,5 kg überführt. Die Überführungszeit für im wesentlichen unlösliches Produkt beläuft sich

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auf etwa 1 Minute.

Unmittelbar Im Anschluß an die überführung in das zweite Gefäß werden 513 g Titandloxid, das in Äthylenglykol (ca. 20% TiO₃-Feststoffe) disperglert worden 1st, zugesetzt. Nach 10 Minuten werden 18,1 g Triphenylphosphit-Stabllisator zugesetzt, und nach weiteren 10 Minuten 3,68 kg Phenylindandicarbonsäure (Amoco Chemical Co.) und sodann werden die Veresterungs- und Umesterungsreaktionen innerhalb von 80 bis 90 Minuten vervollständigt, wobei man die Temperatur auf 210 Ils 23O°C ansteigen läßt. Sodann werden 0,025% pulverisiertes Antimonmetall (bezogen auf 45,4 kg Estergewicht) in Äthylenglykol disperglert (715 ml) zusammen mit 12,0 g eines blauen Pigmenttönungsmittels und 4,06 g eines violetten Pigmenttönungsmittels zugesetzt.

Die Temperatur des Reaktionsgemisches steigt nun stufenweise von etwa 230 auf 25O°C über eine Zeitspanne von 1 Stunde unter gleichzeitigem Verringern des Druckes auf etwa 20 mm Hg an. Das erhaltene Niederpolymer wird sodann in ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Polymerisationsgefäß überführt, wo die Polykondensation bei Tempera turen von 268 bis 27O°C und unter einem Druck von 0,1 bis 2,0 mm Hg 2,5 Stunden durchgeführt wird. Es wird ein Copolyester mit einer grundmolaren Viskosität von 0,623, wie sie in einer 60/40 Phenol/ sym-Tetrachloräthanlösung bei 30°C gemessen wird, erhalten.

Sich anschließende Ansätze wurden in genau der gleichen Weise wie im Beispiel 1 (Ansatz 1) beschrieben durchgeführt. Lediglich drei Ansätze konnten durch die Filtereinheit filtriert werden, bevor ein übermäßiger Druck (größer als 9 kg Stickstoffdruck eine Zeitspanne von 1 Minute) auftrat und die überführung in eine andere saubere Filtereinheit erforderlich macht.

Beispiel 2

Es wird ein 45,4 kg Ansatz der Proben-Copolyestermasse under identischen Bedingungen wie im Beispiel 1 (Ansatz 1) beschrieben mit der Ausnahm« durchgeführt, daß ein phosphorfreies Manganoctasol angewandt wird. Es werden 21 Ansätze durch die gleiche Filtereinheit überführt, bis sich ein Druck aufbaut, der ein Auswechselns in ein· sauber« Filtereinheit erforderlich macht. Dies !«igt ebenfalls dl« Verbesserung der Polymerqualität durch Verringern der Polymerunlöslichen. J« mehr Unlöslich·· vorliegt, um ao schn«ll«r wird der Filter veretopft.

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Beispiel 3

Wenn eine weitere Menge Manganoctasol, das 0,12% Phosphor enthält, angewanct wird, können lediglich 2 Ansätze durch die Filtereinheit bevor ein Austausch des Filters erforderlich wird, überführt werden. Es wird ein anderer sauberer Filter eingesetzt und es können lediglich 4 Ansätze filtriert werden, bevor sich erneut ein Druck aufbaut und einen weiteren Filteraustausch erforderlich macht. Diese Versuche zeigen die nachteilige wirkung auf die Lebensdauer des Filters bei Anwenden von Manganoctasol, das Phosphor enthält, im Vergleich zu Versuchen (Beispiel 2) die mit phosphorfreiem Manganoctasol durchgeführt wurden.

Beispiel 4

Dieses leispiel erläutert die Herstellung eines Polyäthylenterephthalat-Polymer unter Anwenden von Manganoctasol, das 0,12% Phosphor (Röntgenstrahl-Fluoreszenz) enthält.

Es werden 45,4 kg Dimethylterephthalat, 29,6 kg Äthylenglykol und 56,5 g Manganoctasol (6% Mn) (0,0076 % Mn bezogen auf DMT auf der Gewichtsbasis; P-Gehalt 0,12%) in ein Glycolyse-Umsetzungsgefäß eingeführt und die Umesterungs- und Polykondensation reaktionen in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise durchgeführt mit der Ausnahme, daß kein TiOj-Pigment, Phenylindandicarbonsäure oder Tönungsmittel in Anwendung kommen. Die Polymerisationsreaktionszeit beträgt 100 Minuten und führt zu einem 0,600 IV Polyäthylenterephthalat-Polymer, mit einem Schmelzpunkt von 256°C gemessen vermittels Differentialthermoanalyse (DTA). Es können lediglich 8 Ansätze durch eine saubere Filtereinheit geführt werden, bevor ein Druckaufbau erfolgt und einen Filteraustausch erforderlich macht.

Beispiel 5

Das Beispiel 4 wirdmit der Ausnahme wiederholt, daß 2-Äthylhexanonsäure dem Manganoctasol, das 0,12 % Phosphor enthält (Röntgenstrahl 1-Flucreszenz) zwecks Erhöhen der Säurezahl von etwa 15 auf etwa 30 zugesetzt wird. Die Menge an 2-Äthylhexanonsäure, die bei dieser Versuchsreihe angewandt wird, beläuft sich auf 0,437 g pro Gramm Manganoctasol. Ausgehend mit einem sauberen Filter werden 16 Ansätze durch den Filter geführt, ohne daß nennenswert· Schwierigkeiten eintreten. _

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Da sich zeigt, daß durch Zusatz der Säure die Lebensdauer des
Filters verdoppelt wird, wird die Bewertung unterbrochen.

Beispiel 6

Das Beispiel 5 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß n-Octanonsäure anstelle von 2-Äthylhexanonsäure angewandt wird. Wiederum erwies sich die Lebensdauer des Filters als mehr als doppelt so groß gegenüber derjenigen des Beispiels 4.

Diese Beispiele, die in den Tabellen I und II zusammengefaßt
sind, erläutern den Erfindungsgegenstand unter Anwenden phosphorfreien Manganoctasols zwecks Verbessern der Lebensdauer des Filters und zur Verringerung der unlöslichen Bestandteile in dem Polymern sowie das Anwenden einer aliphatischen Säure zum Erhöhen der Azidität des einen Phosphorstabilisator enthaltenden Mangansalzes zum Verbessern der Lebensdauer des Filters.

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Tabelle I

Wirkung von Phosphorstabilisator in Mangancarboxylat-Katalysator auf die Lebensdauer des

Filters

Polyester-Zusammensetzung Umesterungskatalysator - Konzentration angewandt - 0,0076% Mn
bezogen auf 45,4 kg Estergewicht

Anzahl der Durchsätze +

Polyäthylenterephthalat/Phenylindanat (95/5)

Polyäthylenterephahalfct

VD I Manganoctasol (6% Mn) (0,12% P bestimmt durch Röntgenstrahl-Fluoresz) 3

Manganoctasol (6% Mn) phosphorfrei 21

Manganoctasol (6% Mn) (0,12% P bestimmt durch Röntgenstrahl-Fluoresz.) 2

Manganoctasol (6% Mn) (0,12% P bestimmt vermittels Röntgenstrahl-Fluoresnzenz) 8

Manganoctasol (6% Mn) (0,12% P bestimmt durch Röntgenstrahl-Fluoreszenz) plus 0,437 g/g Manganoctasol der 2-Äthylhexanonsäure >16

Manganoctasol (6% Mn) (0,12% P bestimmt durch Röntgenstrahl-Fluoresnzenz) plus 0,437 g/g Manganoctasol der n-Octanonsäure (Capryl-) vi6

+ überführen durch Filtreinheit (20 Mikron Porengröße) bevor Austausch erforderlich wird.

Obwohl diese Beispiele die Erfindung erläutern, können andere Mangansalze aliphatischer Säuren als Umesterungs-Katalysatoren anstelle des Manganoctasols, wie die Mangansalze aliphatischer Säuren, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, angewandt werden. Manganoctasol (phosphorfrei) stellt jedoch den bevorzuten Katalysator dar.

Es können auch weitere aliphatische Säuren dem Mangansalzen aliphatischer Säuren Carbonsäuren mit oder ohne Phosphorstabilisator anstelle der Octanonsäure oder 2-Äthylhexanonsäure zwecks Verringern der unlöslichen Bestandteile und Verbessern der Lebensdauer des Filters angewandt werden. Einige Beispiele sind Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valerian- ^ säure, Kapronsäure und Kaprlnsäure. Die bevorzugten aliphatischen Carbonsäuren sind Octanon- (CapryL-) und 2-Äthylhexanonsäuren. Die Konzentration an aliphatischen Carbonsäure kann schwanken und zwar von 0,1 g pro g Mn-Carboxylat bis 5 g pro g Mn-Carboxylat, wobei sich ein bevorzugter Bereich auf etwa 0,3 g bis 1,0 g/g Mangancarboxylat beläuft. Der Phosphorgehalt des phosphorstabilisierten Mangancarboxylates kann bis zu 0,3% Phosphor betragen, wie es vermittels Röntgenstrahl-Fluorenz bestimmt wird, vorausgesetzt, daß eine adequate Carbonsäure in Verbindung mit dem Mangankatalysator zur Durchführung der Erfindung zugesetzt wird. Vorzugswelse sollte der Phosphorgehalt de» phosphorstabilisierten Mangancarboxylates nicht größer als 0,15% Phosphor sein.

Es können andere Polykondensationskatalysatoren als Antimon gegebenenfalls angewandt werden, wie Germaniumsalze oder Oxide, Titanverbindungen, Bleiverbindungen usw. Weitere Polyester, wie Äthylennaphthalat, Tetramethylenterephthalat, Cyclohexandimethanolterephthalat usw. können erfindungsgemäß hergestellt werden, sowie auch die hler angegebenen Copolyester.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verringern der unlöslichen Bestandteile in Polyestern und zum Erhöhen der Lebensdauer des Filters, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester in Gegenwart eines phosphorfreien Mangancarboxylat-Katalysators hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic-net, daß dem Reaktionsgemisch eine aliphatische Säure mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen zugesetzt wird und sodann die Polymerisation unter Ausbilden des Polyesters durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Carboxylat-Katalysator Manganoctoat enthält.

4. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyester Polyäthylenterephthalat angewndt wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch daß als aliphatische Säure die Octononsäure a

zeichnet, wird.

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