DE2244664A1

DE2244664A1 - Vorrichtung zur herstellung linearer polyester

Info

Publication number: DE2244664A1
Application number: DE2244664A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Beer; Hans Georg Dr Matthies
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1972-09-12
Filing date: 1972-09-12
Publication date: 1974-05-22
Also published as: NL7312075A; DE2244664B2; IE38238B1; GB1435767A; CA1008640A; DE2244664C3; FR2198977B1; LU68390A1; NL157030B; IT995321B; FR2198977A1; JPS507115B2; JPS4969792A; IE38238L; BE804772A

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG L L/* '

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Unser Zeichen: 0.Z.2Q "5Q6 Moe/Wn 6700 Ludwigshafen, II.9.1972

Vorrichtung zur Herstellung linearer Polyester

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung hoch- · molekularer Polyalkylenterephthalate aus Vorkondensaten.

Vorrichtungen zur Herstellung hochmolekularer Polyalkylenterephthalate, bei. denen Speichenräder oder Siebscheiben an einer rotierenden Achse für die Erzeugung großer Oberflächen, wie frei fallende Schleier, zur Entfernung flüchtiger Reaktionsprodukte sorgen, sind aus der US-Patentschrift 2 758 915 und der deutschen Auslegeschrift 1 7²^ 5²H bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik können zwar hochmolekulare Polyalkylenterephthalate hergestellt werden, doch befriedigt die Reaktionsgeschwindigkeit nicht, insbesondere wenn man die Herstellung von Produkten mit hohen Molekulargewichten zum Ziel hat.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfugung zu stellen, die eine starke und schnelle Zunahme der Viskosität der polyesterbildenden Vorkondensate zu hochmolekularen Polyalkylenterephthalaten bewirkt. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung hochmolekularer Polyalkylenterephthalate aus Vorkondensaten, bestehend aus einem liegenden Behälter mit einem Heizmantel, einem Produkteini a 3 und -auslaß, mehreren durch Trennwände mit Durchtrittsöffnungen gebildeten Kammern mit einem gemeinsamen Dampfraum mit einem Vakuumanschlu.3, mit einer einzigen längs durch den Behälter führenden Achse mit in die einzelnen Kammern eingreifenden Rührelementen, gekennzeichnet dadurch, daß als Rührelemente, zum Produktauslaß hin gesehen, nacheinander mindestens eine Vollscheibe mit Rührblättern, mindestens

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zwei Siebscheiben mit öffnungen der lichten Weite von 10 bis 1000 mm und mindestens zwei Speichenräder mit 4 bis 10 Speichen etwa senkrecht an der Achse angebracht sind.

Als Ausgangsstoffe kommen Vorkondensate der Terephthalsäure oder ihrer esterbildenden Derivate, wie Dimethylterephthalat, mit Glykolen der Formel HO-(CHp)-OH in Frage, wobei η ganze Zahlen von 2 bis 10, insbesondere 2 bis 4, darstellt. Im allgemeinen können bis zu j50 Molprozent der Terephthalsäure- oder Glykoleinheiten durch andere übliche polyesterbildende Dicarbonsäuren oder Dialkohole ersetzt werden.

Es hat sich als günstig erwiesen, Vorkondensate mit Grenzviskositäten von 0,12 bis 0,30, insbesondere von 0,15 bis 0,25, in die erfindungsgemäße Vorrichtung einzubringen. Es lassen sich ohne weiteres dann hochmolekulare Polyalkylenterephthalate mit Grenzviskositäten von 0,57 bis 0,75 in der Vorrichtung herstellen. Die Bestimmung der Viskosität erfolgt in einem Lösungsmittelgemisch Phenol/Tetrachloräthan (Gewichtsverhältnis 2 : 3) bei 25°C in einer Konzentration von 0,5 g Polyester pro 100 ml Lösung in einem Ubbelohde-Viscosimeter. Die Reaktion kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung diskontinuierlich oder, bevorzugt, kontinuierlich durchgeführt werden.

Die Reaktionstemperaturen in der Vorrichtung liegen zweckmäßig im Bereich von 250 bis 290⁰C, der Druck zweckmäßig bei 0,1 bis 2 mm Hg.

Die Polykondensation erfolgt zweckmäßig in Gegenwart üblicher Polykondensationskatalysatoren, wie Antimon-, Germanium- oder Titanverbindungen, in üblichen Mengen. Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, eventuell noch vorhandene Umesterungs- oder Veresterungskatalysatoren, wie Zink-, Calcium- oder Manganverbindungen, beispielsweise durch organische Phosphite, wie Triphenylphosphit, in üblicher Weise zu inaktivieren.

Die Drehzahl der rotierenden Achse liegt zweckmäßig zwischen 1 und 30 Umdrehungen pro Minute. Als brauchbar haben sich

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innere Behälterdurchmesser von 3OO bis 4000, insbesondere 1000 bis 3000 mm erwiesen. Entsprechende Durchmesser, natürlich mit· einem gewissen Spielraum für eine ungehinderte Abführung der dampfförmigen Reaktionsprodukte und zur Vermeidung eines . Druckabfalls, haben dann die Vollscheiben, Siebscheiben und Speichenräder. Die innere Länge der Vorrichtung liegt im allgemeinen zwischen 500 und 6000, insbesondere zwischen I500 und 5OOO mm. Die Verweilzeiten der Reaktionsmasse ist natürlich abhängig von der Viskosität der eingebrachten Vorkondensate und der gewünschten Endviskosität der Polyester. Im allgemeinen liegen die Verweilzeiten bei 1 bis 5* insbesondere bei 2 bis 4 Stunden.

Wichtig ist die Kombination und die Reihenfolge der angegebenen Rührelemente auf der Achse. Es ist möglich, bei Bedarf jeweils mehrere der genannten Rührelemente anzubringen. Man kann beispielsweise jeweils ein Rührelement oder auch mehrere, wie bis zu drei, in eine Kammer eingreifen lassen. Die Zahl der Kammern in der Vorrichtung liegt im allgemeinen in der Größenordnung 5 bis 30, insbesondere 5 bis 25·

Die Vollscheiben tragen mindestens 4, insbesondere 6 bis 10 Rührblätter auf jeder Seite. Die Rührblätter sind'radial und zweckmäßig etwa senkrecht-auf den Vollscheiben angebracht.

Die Siebscheiben sind zweckmäßig als Netz- oder Lochscheiben ausgebildet. Die lichten Weiten der öffnungen betragen im allgemeinen 10 bis 1000, insbesondere 10 bis 500 mm. Es ist vorteilhaft, im Fall der Verwendung mehr' als einer Siebscheibe die jeweils nachfolgende Siebscheibe, in Richtung Produktaus-IaS gesehen, im angegebenen Bereich mit größeren öffnungen zu versehen, um der steigenden Viskosität der Reaktionsmasse Rechnung zu tragen.

Die Speichenräder können in den Speichen oder im Ring, im Querschnitt gesehen, rund, abgerundet oder kantig sein. Die Zahl der Speichen liegt im allgemeinen bei 4 bis 10, insbesondere bei 4 bis 8. Es ist vorteilhaft, im Fall der Verwen-■ dung mehr als eines Speichenrads die Zahl der Speichen des

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jeweils nachfolgenden Speichenrads in Richtung Produktauslaß im angegebenen Bereich abzusenken, um auch so der stetig steigenden Viskosität der Reaktionsmasse Rechnung zu tragen. Von Vorteil ist es, wenn das letzte Speichenrad nur 4 Speichen hat.

Die Trennwände reichen zweckmäßig bis mindestens etwa in die Mitte des Behälters, lassen aber die Bildung eines gemeinsamen Dampfraumes für alle Kammern zu. Da die Reaktionsmasse, insbesondere bei steigender Viskosität, von den Rührelementen mitgenommen wird, ist es zweckmäßig, die Trennwände einseitig in Richtung der Rotation über die Behältermitte hinaus hochzuziehen. Die Kanten der Trennwände können dabei waagrecht oder in einem Winkel zur Waagerechten angebracht sein (Fig. 5 oder Fig..6).

Die Trennwände enthalten am unteren Ende zum Behälterboden hin Durchtrittsoffnungen für die Reaktionsmasse. Es ist vorteilhaft, diese Durchtrittsoffnungen von Trennwand zu Trennwand, zum Produktauslaß hin gesehen, in Richtung Rotation etwas zu vergrößern, um der Mitnahme der Reaktionsmasse durch die RUhrelemente bei steigender Viskosität Rechnung zu tragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, daß die Reaktionsmasse bei der Polykondensation ständig in sich erneuernder Form unter Ausbildung größtmöglicher Oberflächen gehalten wird. Die Rührelemente sind in ihrer Ausführung der mit der Führung der Reaktionsmasse durch die Vorrichtung stetig zunehmenden Viskosität angepaßt, ohne daß es zu einer störenden Rückvermischung von hochviskoser mit niedrigviskoser Reaktionsmasse kommt. Es hat sich gezeigt, daß mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung in einfacher Weise in einer Stufe, von niedrigviskosen Vorkondensaten ausgehend, eine hohe und schnelle Viskositätszunähme entsprechend einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen ist. Vollscheiben oder Siebscheiben allein sind beispielsweise für den sich bildenden hochviskosen Bereich der Reaktionsmasse wenig geeignet. Speichenräder allein sind beispielsweise dagegen im niedrigviskosen Eingangsbereich der Reaktionsmasse weniger wirksam.

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Es ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, einen breiten Viskositätsbereich zu beherrschen, um ausgehend von niedrigviskosen Vorkondensaten zu hochmolekularen PoIyalkylenterephthalaten zu gelangen. Es ist aber auch möglich, höhere Durchsätze zu erzielen, wenn man nicht allerhöchste Produktviskositäten anstrebt.

Die erhaltenen Polyester eignen sich gut zur Herstellung von Fäden, Pasern, Folien oder Spritzgußartikeln.

Beispiel 1

Eine Ausführungsform der Vorrichtung sei anhand der Fig. 1 näher erläutert: Ein liegender zylindrischer Behälter 1, der einen Heizmantel 2 trägt, hat einen Produkteinlaß 3 und einen Produktauslaß 4 und einen Vakuumanschluß 5· Der Behälter mit dem inneren Durchmesser 350 mm und der inneren Länge von 56O mm weist fünf Kammern 6 auf, die durch vier Trennwände 7 gebildet sind. Längs durch den Behälter ist eine drehbare Achse 8 angeordnet, die von der Produkteinlaßseite her gesehen nacheinander als Rührelemente 9 eine Vollscheibe Fig. 2 mit je vier auf jeder Seite rechtwinklig und radial angeordneten Rührblättern trägt, eine Siebscheibe Fig. 3 mit einem Netz der Maschenweite 10 mm, eine Siebscheibe Fig. 3 mit einem Netz der Maschenweite 20 mm, ein Speichenrad Fig. 4 mit acht Speichen und ein Speichenrad Fig. 4 mit vier Speichen. Die Speichen und das Umfangsteil haben einen abgerundeten rechteckigen Querschnitt von 50 x 5.mm. Die Trennwände haben die in Fig. gezeigte Form. Jede Trennwand hat eine Produktdurchtrittsöffnung 10, die sich von der ersten bis zur vierten Trennwand, zum Produktauslaß hin gesehen, zunehmend vergrößert. Im Einlaß 4 wird ein Polyäthylenterephthalatvorkondensat der Grenzviskosität 0,l6 unter Zusatz von 0,04 Gewichtsprozent Antimontriacetat eingebracht und bei einer Temperatur von 275°C und einem Druck von 1 mm Hg in einer Menge von 9 kg/Stunde durch die Vorrichtung geführt. Die Drehzahl der-Achse mit den Rührelementen beträgt 27 U/Min. Man erhält ein Polyäthylenterephthalat der Grenzviskosität von 0,71·

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Beispiel 2

Man erhält einen Polyester der Grenzviskosität von O,6j5, wenn bei sonst gleichen Reaktionsbedingungen in der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 der Durchsatz auf 11,4 kg/Stunde erhöht wird.

Vergleichsversuch

Wird Beispiel 1 wiederholt, wobei unter sonst gleichen Versuchsbedingungen die Vorrichtung als Rührelemente lediglich fünf gleiche Speichenräder mit je k Speichen enthält, so erhält man bei einem Durchsatz von 9 kg/Stunde einen Polyester der Grenzviskosität von nur 0,52.

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Claims

- 7 - · O.ζ. 29 396 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung hochmolekularer Polyalkylenterephthalate aus Vorkondensaten, bestehend aus einem liegenden Behälter mit einem Heizmantel, einem Produkteinlaß und -auslaß, mehreren durch Trennwände mit Durchtrittsöffnungen gebildeten Kammern mit einem gemeinsamen Dampf-, raum mit einem Vakuumanschluß, mit einer einzigen längs durch den Behälter führenden Achse mit in die einzelnen Kammern eingreifenden Rührelementen, gekennzeichnet dadurch, daß als Rührelemente, zum Produktauslaß hin gesehen, nacheinander mindestens eine Vollscheibe mit Rührblättern, mindestens zwei Siebscheiben mit öffnungen der lichten Weite von 10 bis 1000 mm und mindestens zwei Speichenräder mit je 4 bis 10 Speichen etwa senkrecht an der Achse angebracht sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichten Weiten der Öffnungen der Siebscheiben in Richtung des Produktauslasses zunehmen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Speichen der Speichenräder in Richtung des Pr odukt auslasses abnimmt.

Badische Anilin- & Soda-Pabrik AG

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Zeichn.

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L e e r s e i t e