DE2365934A1 - Polyesters from butane diol-1,4 and phthalic acids - by transesterifying under pressure to minimise formation of tetrahydrofuran - Google Patents
Polyesters from butane diol-1,4 and phthalic acids - by transesterifying under pressure to minimise formation of tetrahydrofuranInfo
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Abstract
Description
Bayer AktiengesellschaftBayer Aktiengesellschaft
Zentralbereich Patente, Marken und LizenzenCentral area of patents, trademarks and licenses
509 Leverkusen. Bayerwerk509 Leverkusen. Bayerwerk
Pv/Gi 2 1. Juli 1976 Pv / Gi 2 July 1, 1976
Herstellung von hochmolekularen Polyestern des Butandiols-(1,4)Manufacture of high molecular weight polyesters of butanediol (1,4)
Die Erfindung betrifft die kontinuierliche Herstellung von hochmolekularen Polyestern bzw. Copolyestern aus Dialkylestern der Terephthalsäure oder Isophthalsäure und Butandiol-(1,4).The invention relates to the continuous production of high molecular weight polyesters or copolyesters from dialkyl esters of terephthalic acid or isophthalic acid and butanediol- (1,4).
Polybutylenterephthalat und Polybutylenisophthalat sind an sich bekannt. Diese Polyester werden meist hergestellt, indem man Dialkylester der Terephthal- oder Isophthalsäure bei niederen Temperaturen mit Butandiol-(1,4) zu den entsprechenden Bis-co-hydroxybutylestern umestert und anschließend bei höheren Temperaturen unter Abspaltung von Butylenglykol-(l,4) in der Schmelze zum Polyester kondensiert. Oft ist es erforderlich, die erhaltenen Polyester unterhalb ihres Schmelzpunktes nachzukondensieren, um das Molekulargewicht zu erhöhen. Nur die nachkondensierten Polyester sind zur Herstellung hochwertiger Formkörper durch Spritzguß oder Extrusion geeignet.Polybutylene terephthalate and polybutylene isophthalate are known per se. These polyesters are mostly made by dialkyl esters of terephthalic or isophthalic acid at low temperatures with butanediol (1,4) to give the corresponding Bis-co-hydroxybutyl esters and then transesterified condensed at higher temperatures with elimination of butylene glycol- (1,4) in the melt to form the polyester. Often it is necessary to post-condense the polyesters obtained below their melting point in order to increase the molecular weight. Only the post-condensed polyesters are suitable for the production of high-quality moldings by injection molding or extrusion.
Bei der Umesterung von Terephthalsäure bzw. Isophthalsäuredialkylestern mit Butandiol-(1,4) entsteht Tetrahydrofuran als Nebenprodukt durch cyclisierende Dehydratisierung des Butandiols. In dieser Nebenreaktion können bis zu etwa 2o % In the transesterification of terephthalic acid or isophthalic acid dialkyl esters with butanediol (1,4), tetrahydrofuran is formed as a by-product through cyclizing dehydration of the butanediol. In this side reaction, up to about 2o %
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des eingesetzten Butandiols verlorengehen. Man hat daher vorgeschlagen^ (vgl. DT-OS 2 o45 9^ und DT-OS 2 o59 539) ; die Bildung von Tetrahydrofuran zu reduzieren durch Verwendung von weniger als 2 Mol Butandiol-(1,4) pro Mol Dicarbonsäuredialkylester und durch Herabsetzung des Drucks bei der Umesterungsreaktion.of the butanediol used are lost. It has therefore been proposed ^ (cf. DT-OS 2 o45 9 ^ and DT-OS 2 o59 539); to reduce the formation of tetrahydrofuran by using less than 2 moles of butanediol (1,4) per mole of dialkyl dicarboxylate and by lowering the pressure in the transesterification reaction.
Bei der nachfolgenden Polykondensation der Umesterungsprodukte, die im allgemeinen bei etwa 24o - 2900C unter vermindertem Druck durchgeführt wird, entsteht als Nebenprodukt ein Oligoester, der zusammen mit dem abgespaltenen Butandiol-(1,4) abdestilliert. Dieser Oligoester verstopft nach einiger Zeit den Reaktor, so daß dieser Verfahrensschritt nur mit erheblichen technischen Schwierigkeiten kontinuierlich durchgeführt werden kann.In the subsequent polycondensation of the transesterification, generally at about 24o - 290 0 C is performed under reduced pressure, formed as a byproduct an oligoester distilled off together with the cleaved butanediol (1,4). After some time, this oligoester clogs the reactor, so that this process step can only be carried out continuously with considerable technical difficulties.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Umesterung von Terephthalsäure oder Isophthalsäuredialky!estern mit Butandiol-(1,4) unter erhöhtem Druck zu einer erheblichen Verringerung der Tetrahydrofuranbildung führt, daß das so erhaltene Umesterungsprodukt in der nachfolgenden Polykondensation Polykondensate mit höheren Molekulargewichten ergibt und daß die Menge der Oligoester herabgesetzt wird.The present invention is based on the knowledge that the transesterification of terephthalic acid or isophthalic acid dialkyl esters with butanediol- (1,4) under increased pressure to a considerable reduction in the formation of tetrahydrofuran leads that the transesterification product thus obtained in the subsequent Polycondensation results in polycondensates with higher molecular weights and that reduces the amount of oligoesters will.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Kondensation von Diolen und Dicarbonsäuredialkylestern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Butandiol-(1,4)oder dessen Gemisch mit höchstens Io Molprozent eines anderen Diols mit Dialkylestern der Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure oder Mischungen dieser Ester mit höchstens Io Molprozent anderer Dicarbonsäuredialkylester kondensiert, wobeiThe invention accordingly relates to a process for condensation of diols and dicarboxylic acid dialkyl esters, which is characterized in that one butanediol (1,4) or its mixture with a maximum of 10 mol percent of another diol with dialkyl esters of terephthalic acid and / or isophthalic acid or mixtures of these esters condensed with a maximum of 10 mol percent of other dialkyl dicarboxylates, whereby
a) 1 Mol des Dicarbonsäuredialkylesters mit 1,05 bis 1,9 Mol des Diols in Gegenwart von 0,01 bis 0,4 Gewichtsprozent eines Katalysators, bezogen auf den Dicarbonsäuredialkyl-a) 1 mol of the dialkyl dicarboxylate with 1.05 to 1.9 mol of the diol in the presence of 0.01 to 0.4 percent by weight of a catalyst, based on the dicarboxylic acid dialkyl
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ester, bei einem Druck "von 2 - Io Bar und einer Temperatur von l80' bis 2JO0C kontinuierlich umgeestert wird,ester, is continuously transesterified at a pressure of 2 - 10 bar and a temperature of 180 'to 2JO 0 C,
b) das Umesterungsprodukt bei 230 - 300°C bei vermindertem Druck von 0,1 bis 5 Torr in der Schmelze polykondensiert wird undb) the transesterification product at 230-300 ° C at reduced Pressure of 0.1 to 5 Torr is polycondensed in the melt and
c) der so erhaltene Polyester bei einer Temperatur vonc) the polyester thus obtained at a temperature of
5 bis 50°C unterhalb seines Schmelzpunktes unter vermindertem Druck oder unter Inertgasatmosphäre weiterkondensiert wird bis seine Intrinsic-Viskosität im Bereich von 0,6 bis 1,9 dl/g liegt.5 to 50 ° C below its melting point under reduced pressure or under an inert gas atmosphere will until its intrinsic viscosity is in the range of 0.6 to 1.9 dl / g.
1
Als Ausgangsmaterial für das Verfahren verwendet man Butandiol-(l,4). Es können aber bis zu Io Molprozent davon durch
andere Diole ersetzt sein. Andere Diole sind bevorzugt aliphatische
Diole der Formel OH-(CHp)-OH, wobei η 2, 3 oder
5 bis Io ist, wie z. B. Hexandiol, Äthylenglykol. Ebenfalls
geeignet sind Cyclohexandimethanol und Neopentylglykol.1
Butanediol- (1,4) is used as the starting material for the process. However, up to 10 mol percent thereof can be replaced by other diols. Other diols are preferably aliphatic diols of the formula OH- (CHp) -OH, where η is 2, 3 or 5 to Io, such as e.g. B. hexanediol, ethylene glycol. Cyclohexanedimethanol and neopentyl glycol are also suitable.
Als zweites Ausgangsprodukt verwendet man Dialkylester der Terephthalsäure, Dialkylester der Isophthalsäure oder beliebige Mischungen dieser beiden Ester. Die Alkylgruppen enthalten im allgemeinen 1-6 Kohlenstoffatome. Bis zu 10 Molprozent dieser Ester können durch entsprechende andere Dicarbonsäuren ersetzt sein. Insbesondere kommen in Frage die C1 - Cg Dialkylester aliphatischer Dicarbonsäuren der Formel HOOC-(CHg)n-COOH, wobei η = 0 - 8, wie Oxalsäurediäthylester, Bernsteinsäuredimethylester, Adipinsäurediäthylester sowie Diester aromatischer Dicarbonsäuren z. B-. der Naphthalindicarbonsäuren, der 4,4'-Benzophenondicarbonsäure und der Diphenylsulfondicarbonsäure. Pro Mol Dicarbonsäureester verwendet man im allgemeinen 1,05 bis 1,9 Mol Diol, bevorzugt 1,1 bis 1,5 Mol.Dialkyl esters of terephthalic acid, dialkyl esters of isophthalic acid or any mixtures of these two esters are used as the second starting product. The alkyl groups generally contain 1-6 carbon atoms. Up to 10 mol percent of these esters can be replaced by corresponding other dicarboxylic acids. Particularly suitable are the C 1 - Cg dialkyl esters of aliphatic dicarboxylic acids of the formula HOOC- (CHg) n -COOH, where η = 0-8, such as diethyl oxalate, dimethyl succinate, diethyl adipate and diesters of aromatic dicarboxylic acids e.g. B-. of naphthalenedicarboxylic acids, 4,4'-benzophenonedicarboxylic acid and diphenylsulfonedicarboxylic acid. In general, 1.05 to 1.9 mol of diol, preferably 1.1 to 1.5 mol, are used per mole of dicarboxylic acid ester.
Katalysatoren für die erste Stufe des Verfahrens, die in Mengen von 0,01 bis 0,4 Gewichtsprozent, bezogen auf die Diester, benutzt werden, sind insbesondere Titansäuretetra-Catalysts for the first stage of the process, which are in Amounts of 0.01 to 0.4 percent by weight, based on the diester, are used, in particular, titanic acid tetra-
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alkylester, bevorzugt mit -1-6 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe wie ζ.·B. Titantetraisopropylat. Die erste Stufe wird bei einem überdruck von 2 - Io Bar, bevorzugt 3-6 Bar, durchgeführt. Die Reaktionstemperatur ist l8o 23o°C, bevorzugt 2oo - 22o°C.alkyl esters, preferably with -1-6 carbon atoms in the Alkyl group such as ζ. · B. Titanium tetraisopropoxide. The first Stage is preferred at an overpressure of 2 - Io bar 3-6 bar. The reaction temperature is l8o 23o ° C, preferably 200-220 ° C.
Die Intrinsic Viskosität wird bestimmt durch Viskositätsmessungen in Tetrachloräthan/Phenol im Gewichtsverhältnis 1 : 1 als Lösungsmittel und Extrapolation auf den Grenzwert für die Konzentration O gemäß der folgenden Gleichung /PlJ = limes t spezifisch /~dl/g_7The intrinsic viscosity is determined by viscosity measurements in tetrachloroethane / phenol in a weight ratio of 1: 1 as solvent and extrapolation to the limit value for the concentration O according to the following equation / PlJ = limit t specific / ~ dl / g_7
C ^ 0 6 C ^ 0 6
Weiterhin können vor, während und nach der Polykondensation Stabilisatoren zugesetzt werden. Diese Stabilisatoren sind bevorzugt organische Phosphite und Phosphate oder sterisch gehinderte Phenole, z. B. Decyl-diphenyl-phosphit, Tr-isnonylphenyl-phosphit, Phenyl-neopentyl-phosphit, Distearyldipentaerythritol-diphosphit und Triphenylphospat.Furthermore, before, during and after the polycondensation Stabilizers are added. These stabilizers are preferably organic phosphites and phosphates or steric hindered phenols, e.g. B. Decyl-diphenyl-phosphite, Tr-isnonylphenyl-phosphite, Phenyl neopentyl phosphite, distearyl dipentaerythritol diphosphite and triphenyl phosphate.
Den erfindungsgemäß hergestellten Polyestern oder Copolyester können 5 bis 8o % verstärkende Füllstoffe, bezogen auf das Gesamtgewicht von Polyester und Füllstoff, vorzugsweise Glasfasern zugefügt werden. 5 to 80% reinforcing fillers, based on the total weight of polyester and filler, preferably glass fibers, can be added to the polyesters or copolyesters produced according to the invention.
Ferner können die erfindungsgemäß hergestellten Polyester oder Copolyester entflammungshemmende Zusätze enthalten.The polyesters produced according to the invention can also or copolyester contain flame retardant additives.
Als entflammungshemmende Zusätze können alle bekannten Flammschutzmittel vorzugsweise Kombinationen von halogenhaltigen organischen Verbindungen, z. B. halogenierte Benzole, halogenierte Diphenyläther, halogenierte Diphenyle und Polyphenyle, halogenierte Polycarbonate (bevorzugt ausAll known flame retardants, preferably combinations of halogen-containing additives, can be used as flame-retardant additives organic compounds, e.g. B. halogenated benzenes, halogenated diphenyl ethers, halogenated diphenyls and polyphenyls, halogenated polycarbonates (preferably from
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Tetrabrombisphenol A), mit· organischen oder anorganischen Antimonverbindungen, ζ. Β. Antimontrioxid, elementarem Phosphor oder Phosphorverbindungen, verwendet werden.Tetrabromobisphenol A), with organic or inorganic Antimony compounds, ζ. Β. Antimony trioxide, elemental Phosphorus or phosphorus compounds can be used.
Die Menge des entflammungshemmenden Zusatzes ist im allgemeinen etwa 2 bis J>o Gewichtsprozent, bezogen auf Polyester und Füllstoff, bevorzugt 5 und 15 Gewichtsprozent.The amount of the flame-retardant additive is generally about 2 to J> o percent by weight, based on polyester and filler, preferably 5 and 15 percent by weight.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Polyester bzw. Copolyester können wegen ihres hohen Molekulargewichtes z. B. durch Spritzguß oder Extrusion zu Formkörpern mit ausgezeichneten Dauergebrauchseigenschaften verarbeitet werden.The polyesters or copolyesters obtained according to the invention can because of their high molecular weight z. B. by injection molding or extrusion to moldings with excellent Long-term use properties are processed.
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In eine kontinuierlich arbeitende Apparatur werden bei einer Vorwärmtemperatur von l6o°C pro Stunde 794 kg Dimethylterephthalat, 5o5 kg Butandiol-(1,4) (entsprechend einem Molverhältnis von 1,4 Mol Butandiol-(1,4) zu 1 Mol Dimethylterephthalat) sowie 74o g Titantetraisopropylat (entsprechend 0,093 %> bezogen auf Dimethylterephthalat), 15 prozentig gelöst in Butandiol-(l,4), eindosiert. Die Umesterungszone wird auf 21o°C geheizt. Bei einem durch ein Brüdenventil eingestellten Druck von 3 Bar wird die Umesterung solange durchgeführt, bis die Umesterung 7o % des abspaltbaren Methanols erfaßt hat, d. h. bis die stündlich abgespaltene Methanolmenge I83 kg beträgt.794 kg of dimethyl terephthalate, 505 kg of butanediol (1,4) (corresponding to a molar ratio of 1.4 mol of butanediol (1.4) to 1 mol of dimethyl terephthalate) and 74o g of titanium tetraisopropoxide (corresponding to 0.093 %> based on dimethyl terephthalate), 15 percent dissolved in butanediol (1.4), are metered in. The transesterification zone is heated to 210 ° C. At a pressure of 3 bar set by a vapor valve, the transesterification is carried out until the transesterification has covered 70 % of the methanol that can be split off, ie until the amount of methanol split off per hour is 183 kg.
Die Menge des stündlich gebildeten Tetrahydrofurans beträgt 1,76 kg, entsprechend einem Verlust von 0,4 % Butandiol-(1,4).The amount of tetrahydrofuran formed hourly is 1.76 kg, corresponding to a loss of 0.4 % butanediol- (1,4).
Anschließend wird das Umesterungsprodukt in einen Zwischenbehälter gepumpt, wo der Druck auf 15 Torr gesenkt wird. In einem nachgeschalteten Polykondensationsreaktor wird bei einer Temperatur von 2βο C und einem Druck von 2 Torr die Polykondensation bis zum Viskositätsmaximum weitergeführt. Das abgesponnene und granulierte Polybutylenterephthalat hat eine Intrinsic Viskosität von 1,018 dl/g und eine Schmelzviskosität (bei 28o°C) von 148O Poise.The transesterification product is then placed in an intermediate container pumped where the pressure is lowered to 15 torr. In a downstream polycondensation reactor is a Temperature of 2βο C and a pressure of 2 Torr the polycondensation continued up to the viscosity maximum. The spun and granulated polybutylene terephthalate has a Intrinsic viscosity of 1.018 dl / g and a melt viscosity (at 28o ° C) of 148O poise.
Bei einer Nachkondensation bei 2oo°C unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen steigt die Intrinsic Viskosität auf 1,528 dl/g und die Schmelzviskosität (bei 28o°C) auf 6800 Poise.In the case of post-condensation at 200 ° C. under the conditions mentioned in Example 1, the intrinsic viscosity increases 1.528 dl / g and the melt viscosity (at 280 ° C) to 6800 Poise.
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