DE2834162A1 - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF POLYAETHYLENE TEREPHTHALATE PLASTIC FOR PACKAGING OR FILLING OF FOOD - Google Patents
PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF POLYAETHYLENE TEREPHTHALATE PLASTIC FOR PACKAGING OR FILLING OF FOODInfo
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Description
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Verfahren für die Herstellung von Polyäthylenterephthalatkunststoff für das Verpacken oder die Abfüllung von NahrungsmittelnProcess for the manufacture of polyethylene terephthalate plastic for packaging or filling food
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von linearem Polyäthylenterephthalatkunststoff für das Verpacken oder die Abfüllung in Flaschen von Nahrungsmitteln, die für den menschlichen Verzehr bestimmt sind, wobei die Nahrungsmitteln mit dem Kunststoff direkt in Berührung kommen.The invention relates to a method for the manufacture of linear polyethylene terephthalate plastic for packaging or bottling food for human consumption where the food comes into direct contact with the plastic.
Lineare, d. h. thermoplastische Polyester sind bislang für die Herstellung von Textilfaden und -fasern verwendet worden. Darüber hinaus besteht ein beachtlicher Markt und ein weites Feld von Anwendungsmöglichkeiten für Polyester in der Filmindustrie. Zum Beispiel werden lineare Polyester als Folien zum Ein- und Verpacken sowie für Magnetbänder, Filme, Verschnürungsmaterial, Elektroisolierungen, Zeichenpapier usw. verwendet. Wo Folien für Verpackungszwecke verwendet werden, kommen die Folien in den meisten Fällen nicht mit den Nahrungsmitteln in Berührung. Die Schrumpfeigenschaften und die mechanische Festigkeit von Polyesterfolien, die für die Verpackung von Lebensmitteln verwendet worden sind, haben in Kombination mit anderen Materialien wie Papier oder Polyäthylenfolien Anwendung gefunden.Linear, d. H. thermoplastic polyesters have hitherto been used for the production of textile thread and fibers been. In addition, there is a considerable market and a wide range of possible uses for polyester in the film industry. For example, linear polyesters are used as films for wrapping and packaging as well as for magnetic tapes, films, lacing material, Electrical insulation, drawing paper, etc. used. Where foils are used for packaging purposes, come in most cases the foils do not come into contact with the food. The shrinkage properties and the mechanical strength of polyester films used for food packaging, have been used in combination with other materials such as paper or polyethylene foils.
Im speziellen Fall von Behältern wie Flaschen, die zur Aufbewahrung von kohlesäurehaltigen Getränken, wie Brause oder Bier, dienen, werden lineare Polyester vorzugsweise als Herstellungsmaterial eingesetzt.In the special case of containers such as bottles that are used to store carbonated beverages, such as Liquor or beer, linear polyesters are preferably used as a manufacturing material.
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Es ist bekannt, daß jeglicher Verwendungszweck besondere Eigenschaften des zur Anwendung kommenden Materials erfordert. Weiterhin ist bekannt, daß besondere Anwendungen besondere Anforderungen stellen können.It is known that all uses are special Requires properties of the material used. It is also known that special applications can have special requirements.
Eine Voraussetzung für die Verwendung von Polyester für die Verpackung von Lebensmitteln ist die optimale Homogenität des Polymeren. Andere Merkmale wie die Viskosität des Produkts und das mittlere Molekulargewicht müssen sorgfältig gewählt werden, da diese einen Einfluß auf wesentliche Eigenschaften haben, wie die mechanische Festigkeit und die Kristallinität. Für viele Zwecke, wie z. B. die Herstellung von Flaschen, ist eine optimale Transparenz sowie eine minimale Färbung des Polymers erforderlich. Im allgemeinen können Eigenschäften, die für einen bestimmten Verwendungszweck von größter Wichtigkeit sind, für einen anderen Zweck von absolut zweitrangiger Bedeutung sein.A prerequisite for using polyester for food packaging is optimal Polymer homogeneity. Other characteristics such as the viscosity of the product and the average molecular weight must be chosen carefully as this has an influence have essential properties such as mechanical strength and crystallinity. For many Purposes such as B. the production of bottles, is optimal transparency and minimal coloring of the polymer required. In general, properties that are suitable for a specific use of are of the greatest importance, are of absolutely secondary importance for another purpose.
Für die Verwendung als Verpackungsmaterial für Nahrungsmittel oder Getränke ist ein weiterer Faktor von größter Bedeutung. Es darf keinerlei Geschmack oder Geruch von dem Polymer auf die in den Behältern aufbewahrten Nahrungs- oder Genußmittel übergehen. Es ist bekannt., daß Polyester infolge von Zersetzung oder Abbau Acetaldehyd bildet, welcher selbst in kleinsten Konzentrationen durch seinen starken spezifischen Geruch wahrnehmbar ist,For use as a packaging material for food or beverages, another factor is paramount Meaning. There must be no taste or odor from the polymer on the food stored in the containers. or ignore stimulants. It is known that polyesters, as a result of decomposition or degradation, acetaldehyde which is perceptible even in the smallest concentrations due to its strong specific odor,
Die Anwesenheit von Acetaldehyd weist auf einen gewissen Abbau hin, der letztlich zu einer Färbung führt. Die Farbbildung wirkt sich nachteilig aus, d. h. das Polymer darf nur eine minimale Färbung zeigen. Es ist erforderlich, daß Flaschen^ die für die Aufbewahrung von Ge-The presence of acetaldehyde indicates some degradation, which ultimately leads to coloration. the Color formation has a detrimental effect, i. H. the polymer may only show minimal coloring. It is necessary that bottles ^ which are used for the storage of
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tränken bestimmt sind, nur eine außergewöhnlich geringe Konzentration an Acetaldehyd aufweisen, da dieser von den Flaschenwandungen in die Flüssigkeit eindringt. Die zulässigen Grenzwerte hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. von der Art des Getränkes, der Lagerfähigkeit usw., jedoch ebenso von den Verfahren zur Bestimmung des vorhandenen Acetaldehyds.soaks are intended to have an exceptionally low concentration of acetaldehyde, as this is of penetrates the bottle walls into the liquid. The permissible limit values depend on various factors from, such as B. on the type of drink, shelf life, etc., but also on the method of determination of the acetaldehyde present.
Acetaldehyd kann partiell, jedoch nicht quantitativ, aus einer Polyesterschmelze entfernt werden. Z. B. kann Acetaldehyd partiell beseitigt werden, wenn eine Schmelze unter Rühren bei hohen Temperaturen unter Vakuum behandelt wird. Bei Anwendung dieses Verfahrens werden die Grenzwerte nicht erreicht, da die Temperatur der Schmelze zu hoch liegt, wodurch, parallel zur Entfernung des vorher gebildeten Acetaldehyds, ein Abbau eintritt, durch den neuer Acetaldehyd entsteht. Darüber hinaus ist die Entfernung von Acetaldehyd in einer technisch brauchbaren Anlage innerhalb eines wirtschaftlichen Zeitraums schwieriger, da die Viskosität zunimmt und die Schmelzschicht dicker wird.Acetaldehyde can be partially, but not quantitatively, removed from a polyester melt. For example, acetaldehyde can be partially eliminated when a melt is treated with stirring at high temperatures under vacuum will. When using this method, the limit values are not reached because the temperature of the melt is too high, whereby, parallel to the removal of the previously formed acetaldehyde, a breakdown occurs, through which new acetaldehyde is created. In addition, the removal of acetaldehyde is technically feasible Plant more difficult within an economic period, as the viscosity increases and the melt layer gets thicker.
Maschinen für die Herstellung von Flaschen, anderen Hohlkörpern oder anderen Verpackungen können mit Schmelze von einem Kondensationsreaktor gespeist werden. In den meisten Fällen werden diese Maschinen mit Polyester-Schnitzeln beschickt. Die Wahl des Ausgangsmatferials für Flaschenherstellungsmaschinen wird jedoch von tier geographischen Lage der Anlage und somit von den fransportproblemen bestimmt. Selbst wenn eine Schmelze im wesentlichen frei von Acetaldehyd ist und die daraus hergestellten Schnitzel für die Flaschenherstellung wieder aufge-Machines for the production of bottles, other hollow bodies or other packaging can be made with melt are fed from a condensation reactor. For the most part, these machines are made with polyester shreds loaded. The choice of the starting material for Bottle-making machines, however, depend on the geographical location of the plant and thus on the transport problems certainly. Even if a melt is essentially free of acetaldehyde and those made from it Schnitzel re-used for bottle production.
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schmolzen werden, entsteht wiederum Acetaldehyd durch Abbau. Die Acetaldehyd-Konzentration in der für die Flaschenherstellung verwendeten Schmelze hängt von den WiederaufSchmelzbedingungen der Schnitzel ab. In jedem Fall ist die Aldehydkonzentration oder der Aldehydgehalt unerträglich hoch. Daher ist die Acetaldehydmenge, die in eine mit der Flasche in Berührung kommende Flüssigkeit übergehen kann, ebenfalls zu hoch.are melted, acetaldehyde is produced again through degradation. The acetaldehyde concentration in the for that The melt used in bottle manufacture depends on the remelting conditions of the chips. In each In this case, the aldehyde concentration or the aldehyde content is unbearably high. Hence the amount of acetaldehyde that can pass into a liquid that comes into contact with the bottle, also too high.
Außerdem gab es bis vor kurzem keine Standard-Prüfmethode zur Bestimmung von Acetaldehyd in für die Flaschenherstellung bestimmten Polymeren oder in den Flaschen selbst. Die angewandten Verfahren stützten sich auf die Gaschromatographie (J.A. Meyer, J.Chromatog. 99, 709-720 (1974)). Der Unterschied zwischen den Prüfmethoden, die jetzt von Instituten oder Einzelpersonen angewandt werden, liegt in den eingesetzten Verfahren sowie in der Art und Weise, in der der Acetaldehydgehalt im Polymeren berechnet wird.In addition, until recently there was no standard test method for determining acetaldehyde in bottle manufacture certain polymers or in the bottles themselves. The processes used were based on the Gas chromatography (J.A. Meyer, J. Chromatog. 99, 709-720 (1974)). The difference between the test methods, which are now used by institutes or individuals lies in the procedures used as well as in the way in which the acetaldehyde content in the polymer is calculated.
Nachdem das Problem des Acetaldehyds im Polymeren bekannt geworden war, sind viele Versuche zu seiner Lösung unternommen worden. Das Ziel dieser Versuche war, Bedingungen zu finden, die die erneute Bildung von Acetaldehyd während des Wiederaufschmelzens von Schnitzeln für die Flaschenherstellung reduzieren würden. Man ging davon auss daß in den meisten Fällen Polyester als j Ausgangsmaterial für Flaschen benutzt würde, und daß die Schnitzel nicht in derselben Anlage wie die Flaschen hergestellt würden. Daher müssen in praktisch allen Fällen, in denen Polyester-Schnitzel das Rohmaterial bilden, diese Schnitzel vor ihrer Verarbeitung zu Flaschen getrocknet werden.After the problem of acetaldehyde in the polymer became known, many attempts have been made to solve it. The aim of these experiments was to find conditions that would reduce the re-formation of acetaldehyde during the remelting of cossettes for bottle manufacture. It was assumed that polyesters s would be used as a starting material for j bottles in most cases, and that the chips are not manufactured in the same plant as the bottles. Therefore, in practically all cases where polyester chips form the raw material, these chips have to be dried before being processed into bottles.
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Aufgabe dieser Erfindung ist die Herstellung von Flaschen mit dem geringstmöglichen Acetaldehydgehalt zur Verhinderung von Geschmacks- oder Geruchsübertragung auf die in Polyesterflaschen enthaltenen Flüssigkeiten. Um dieses Ziel zu erreichen, sind wir der Meinung, daß die obere Grenze der Acetaldehyd-Konzentration in Polymer-Schnitzeln nicht höher als 2,5 ppm liegen darf. Bei der Reduzierung des Acetaldehydgehalts müssen Faktoren wie die Qualität des Polymeren sowie die Herstellungsbedingungen desselben, die Behandlung der Schnitzel • und die für die Herstellung der Flaschen erforderlichen Bedingungen berücksichtigt werden. Die Erfindungsaufgäbe umfaßt auch das Anliegen, ein Polymer oder eine Flasche von hundertprozentiger Transparenz zu erhalten, wobei die geringstmögliche Färbung erzielt werden soll. Ein weiterer Bestandteil der Erfindungsaufgäbe ist die Herstellung eines Polymers von großer mechanischer Festigkeit, um gewichtsmäßig leichte jedoch feste Flaschen zu erhalten und somit Verpackungsmaterial zu sparen.The object of this invention is to produce bottles with the lowest possible acetaldehyde content for Prevents the transfer of taste or smell to the liquids in polyester bottles. In order to achieve this goal, we believe that the upper limit of the acetaldehyde concentration in polymer chips must not be higher than 2.5 ppm. In reducing acetaldehyde levels, factors must be taken such as the quality of the polymer as well as the manufacturing conditions of the same, the treatment of the chips • and the conditions necessary for the manufacture of the bottles are taken into account. The invention task also includes the concern to obtain a polymer or a bottle of one hundred percent transparency, whereby the lowest possible color is to be achieved. Another part of the invention is manufacturing a polymer of great mechanical strength to make bottles that are light in weight but strong and thus save packaging material.
Die hier angegebenen Acetaldehydgehalte wurden mit Hilfe der Head-Space-Analyse chromatographisch folgendermaßen ermittelt: Eine Probe von gemahlenem Polyester (20 - 50 mesh) wurde in einen Glaskolben angemessener Größe gegeben und mit einem Gummiseptum verschlossen. Die in dem Kolben enthaltene Luft wurde durch Stickstoff ersetzt. Der Kolben wurde auf 150 C in einem Ölbad erhitzt. Nach 90 Minuten wurde eine Probe des Acetaldehyd-Stickstoff-Gemischs mit einer Gasspritze durch den Stopfen abgezogen, in einen Gaschromatographen eingespritzt und beiThe acetaldehyde contents given here were chromatographed as follows with the aid of head-space analysis Determined: A sample of milled polyester (20-50 mesh) was placed in an appropriately sized glass flask and closed with a rubber septum. The air contained in the flask was replaced with nitrogen. The flask was heated to 150 ° C. in an oil bath. After 90 minutes, a sample of the acetaldehyde-nitrogen mixture was taken withdrawn through the stopper with a gas syringe, injected into a gas chromatograph and at
160 0C mittels einer Kolonne von 1 m SS,1/8" Innendurchmesser, Porapak Q 80/100 mesh, analytisch untersucht.160 0 C by means of a column of 1 m SS, 1/8 "inner diameter, Porapak Q 80/100 mesh, analytically examined.
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Die gestellte Aufgabe wurde ausgehend von der eingangs bezeichneten Gattung dadurch gelöst, daß Schnitzel aus linearem Polyäthylenterephthalat mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,5 - 0,85 auf eine Temperatur zwischen etwa 180 und 230 0C für die Dauer von etwa 4-12 Stunden zur Verringerung des Acetaldehydgehalts auf weniger als 2,5 ppm erhitzt werden.The stated object has been achieved on the basis of the initially indicated type in that chips from linear polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity from 0.5 to 0.85 to a temperature between about 180 and 230 0 C for a period of about 4-12 hours heated to less than 2.5 ppm to reduce the acetaldehyde content.
Im Verlaufe unserer Versuche hinsichtlich der Herstellung von Flaschen aus verschiedenen Polymerarten stellte sich überraschenderweise heraus, daß die Acetaldehyd-Konzentration in Flaschen aus verschiedenen Polymerchargen erhebliche Unterschiede aufwies. Eine Untersuchung der möglichen Ursachen für diese Unterschiede ergab, daß vor der Flaschenherstellung die dafür verwendeten Schnitzel auf unterschiedliche Weise getrocknet worden waren. Daher wurden die Trocknungsbedingungen untersucht um festzustellen, welche Reaktionen sich während des Trocknungsvorganges in den Schnitzeln ergeben.In the course of our attempts at making bottles from different types of polymers Surprisingly, it turns out that the acetaldehyde concentration in bottles from different polymer batches showed significant differences. An examination of the possible causes for these differences found that before the bottle was made, the schnitzel used was dried in different ways was. Therefore, the drying conditions were examined to determine which reactions occurred during the Result in the drying process in the chips.
Es ist bekannt, daß Acetaldehyd während des Trocknens durch Diffusion aus den Schnitzeln entfernt wird, und deshalb hängt die Konzentration gemäß den Regeln der physikalischen Chemies d. h. nach dem Fick'sehen Gesetz, von der Viskosität des Polymeren und weitgehend von der Temperatur ab. Außer Viskosität und Temperatur haben noch die Zeit sowie die Form und Größe der Schnitzel einen Einfluß auf die Beseitigung des Acetaldehyds während des Trocknens» Der zeitliche Einfluß ist linear,,It is known that acetaldehyde is removed during drying by diffusion from the chips, and therefore the concentration depends according to the rules of physical chemistry s ie after Fick'sehen law, the viscosity of the polymer and largely on the temperature. In addition to viscosity and temperature, the time as well as the shape and size of the chips have an influence on the elimination of acetaldehyde during drying.
Die spezifische Oberfläche der Schnitzel wächst mit abnehmender Partikelgrößec Z. B. wird die spezifische Oberfläche zylindrischer Schnitzel mit einem Durchmesser/The specific surface area of the chips increases with decreasing particle size Surface of cylindrical chips with a diameter /
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Langeη-Verhältnis von 1 gemäß der Formel 6 : Durchmesser berechnet. Ein weiterer Faktor des Fick'sehen Gesetzes ist der Diffusionsweg, der sich mit abnehmender Partikel-Langeη ratio of 1 according to the formula 6: diameter calculated. Another factor in the fuck's eye law is the diffusion path, which increases with decreasing particle size
größe verringert. ^size decreased. ^
Wird der Stoffaustausch, d. h. die Diffusion des Acetaldehyds aus den Schnitzeln bei niedrigen Temperaturen beendet, so besteht keine Gefahr für einen weiteren thermischen oder thermooxydativen Abbau. Es ist auch bekannt, daß die Menge des aus den Schnitzeln diffundierenden Acetaldehyds in gewissen Grenzen mit steigender Temperatur wächst. Es wurde weiterhin festgestellt, daß selbst das Trocknen von Polyester-Schnitzeln bei Temperaturen von 160 0C über einen unwirtschaftlichen Zeitraum von 60 Stunden nicht genügt, um Schnitzel zu erzeugen, die sich für die Herstellung von Flaschen mit ausreichend niedrigem Acetaldehydgehalt eignen. Zur Untersuchung dieses Problems wurden von uns Reihenversuche durchgeführt, deren Beschreibung weiter unten folgt und in deren Verlauf der Einfluß der Trocknungstemperatur auf die Bildung von Acetaldehyd und dessen Konzentration im Polymeren geprüft wurde.If the mass transfer, ie the diffusion of the acetaldehyde from the chips, is ended at low temperatures, there is no risk of further thermal or thermo-oxidative degradation. It is also known that the amount of acetaldehyde diffusing from the chips increases within certain limits with increasing temperature. It was also found that even drying polyester chips at temperatures of 160 ° C. over an uneconomical period of 60 hours is not sufficient to produce chips which are suitable for the production of bottles with a sufficiently low acetaldehyde content. To investigate this problem, we carried out series tests, the description of which follows below and in the course of which the influence of the drying temperature on the formation of acetaldehyde and its concentration in the polymer was examined.
Eine Untersuchung der Analysenergebnisse zeigte, daß außer dem thermischen oder thermo-oxydativen Abbau und zusätzlich zu dem bereits vor der Trocknung im Polymeren enthaltenen Acetaldehyd eine weitere Quelle für die Herkunft des Acetaldehyds besteht. Es handelt sich um die Vinylester im Polymeren, welche mit den OH-Endgruppen der Polyesterketten reagieren und dadurch Acetaldehyd bilden. Diese Reaktion, bei der Acetaldehyd anfällt, vollzieht sich hauptsächlich bei 220 0C. Ist die Trocknungs-An examination of the analytical results showed that apart from the thermal or thermo-oxidative degradation and in addition to the acetaldehyde already contained in the polymer before drying, there is another source of the origin of the acetaldehyde. These are the vinyl esters in the polymer, which react with the OH end groups of the polyester chains and thereby form acetaldehyde. This reaction, in which acetaldehyde is obtained, takes place mainly at 220 ° C. If the drying
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temperatur hoch genug, dann erfolgt auf diese Weise ein Abreagieren von Vinyl-Endgruppen. Tritt diese Reaktion nicht während des Trocknungsvorganges ein, dann vollzieht sie sich während des Wiederaufschmelzens der Schnitzel unter Anfall großer Mengen Acetaldehyds. Wird diese zusätzliche Acetaldehydmenge gebildet und durch Diffusion während de"s Trocknens beseitigt, dann wird der Acetaldehydgehalt in den Flaschen auf die Menge reduziert, die während des Trockenvorganges nicht entfernt wurde plus der Menge, die durch thermischen oder thermo-oxydativen Abbau während des Wiederaufschmelzens der Schnitzel gebildet wurde. Daher darf auch die Trockentemperatur nicht zu hoch liegen, um die Bildung von zu hohen Mengen an Acetaldehyd durch thermischen oder thermo-oxydativen Abbau während des Trocknungsvorganges zu vermeiden. Darüber hinaus muß große Sorgfalt auf die Bedingungen verwendet werden, unter denen das getrocknete Polymere wieder aufgeschmolzen wird.If the temperature is high enough, the vinyl end groups react in this way. This reaction occurs does not occur during the drying process, then it takes place during the remelting of the Schnitzel with accumulation of large amounts of acetaldehyde. This additional amount of acetaldehyde is formed and carried through Eliminates diffusion during drying, then the acetaldehyde content in the bottles is reduced to the amount which was not removed during the drying process plus the amount that was due to thermal or thermo-oxidative Degradation was formed during the remelting of the chips. Therefore, the drying temperature is also allowed not too high to avoid the formation of too high amounts of acetaldehyde by thermal or thermo-oxidative Avoid degradation during the drying process. In addition, great care must be taken with the terms used under which the dried polymer is melted again.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Spezialverfahren für das Trocknen von Polyester-Schnitzeln, die zur Herstellung von Flaschen oder Verpackungen für Nahrungsmittel vorgesehen sind« Erstens muß die Intrinsic-Viskosität der Polyester-Schnitzel zwischen 0,5 und 0,85 liegen, wobei die Intrinsic-Viskosität bei 25 0C in einem Lösungsmittel mit einem Gehalt von 60 % Phenol und 40 % Tetrachloräthan bei einer Konzentration des Polymeren von 0,5 g/100 ml gemessen wird. Zweitens wird dabei Stickstoff oder ein anderes Inertgas als Heizmedium in einem kontinuierlich oder diskontinuierlich betriebenen Trockner benutzt. Der Trockenvorgang muß innerhalb von 4-12 Stunden durchgeführt werden, wobei die genaue Zeitdauer in Abhängigkeit von der Temperatur, der Intrin-Accordingly, the invention relates to a special process for drying polyester chips intended for the production of bottles or food packaging. First, the intrinsic viscosity of the polyester chips must be between 0.5 and 0.85, the Intrinsic viscosity is measured at 25 0 C in a solvent with a content of 60 % phenol and 40 % tetrachloroethane at a concentration of the polymer of 0.5 g / 100 ml. Second, nitrogen or another inert gas is used as the heating medium in a continuously or discontinuously operated dryer. The drying process must be carried out within 4-12 hours, the exact time depending on the temperature, the intrinsic
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sic-Viskosität der Schnitzel sowie der Größe und Form des Granulats gewählt wird. Innerhalb des praktikablen Intrinsic-Viskositäts.Bereichs zwischen ca. 0,40 und 0,80 und bei einer Schnitzelgröße - bezüglich der kleinsten Abmessungen - zwischen 1 und 4 mm wurde gefunden, daß die Erhitzungszeit vorzugsweise der GleichungSic viscosity of the chips and the size and shape of the granulate is selected. Within the workable Intrinsic viscosity. Range between approx. 0.40 and 0.80 and with one schnitzel size - with regard to the smallest Dimensions - between 1 and 4 mm, it has been found that the heating time preferably corresponds to the equation
T = 2,74 (D) (IV) °'6 + 2,T = 2.74 (D) (IV) ° ' 6 + 2,
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entsprechen sollte, wobei T die Erhitzungsdauer (Stunden) , D die kleinste Schnitzelgröße und IV die oben definierte Intrinsic-Viskosität bedeuten. Die Temperatur darf nicht weniger als 180 C betragen, um die Reaktion der Vinyl-Endgruppen mit OH-Gruppen einzuleiten und darf 230 0C nicht überschreiten, um einen starken Abbau zu vermeiden.should correspond, where T is the heating time (hours), D is the smallest chip size and IV is the intrinsic viscosity defined above. The temperature must not be less than 180 ° C. in order to initiate the reaction of the vinyl end groups with OH groups and must not exceed 230 ° C. in order to avoid severe degradation.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Verfahrensbeispielen näher erläutert. In jedem der folgenden Beispiele wurden 13g Polyäthylenterephthalat-Schnitzel mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,85 einem Carboxy1-Gruppen-Gehalt von 15 Äqu./10 gFurther details of the invention are explained in more detail below with the aid of method examples. In each of the following examples were 13 g of polyethylene terephthalate chips with an intrinsic viscosity of 0.85 and a carboxy1 group content of 15 eq. / 10 g
für die Dauer von 3 Stunden bei 200 0C im Stickstoffstrom getrocknet, um den Wassergehalt auf weniger als 0,003 Gew.% zu reduzieren.dried for a period of 3 hours at 200 0 C in a nitrogen stream to adjust the water content to less than 0.003 weight to be reduced.%.
Die Schnitzel wurden dann schnell unter Stickstoffbeschleierung in ein auf 280 C vorgeheiztes Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 10 mm umgefüllt. Nachdem dieses Rohr schnell gefüllt worden war, wurde es rasch mit einem Kolben verschlossen. 10 Minuten nachdem es aufgeschmolzen und auf 280 0C erhitzt worden war, wurde das Polymere in ein mit Stickstoff gespültes Gefäß extrudiert, um so ein Kabel von 1 mm Durchmesser zu erhalten.The chips were then quickly transferred to a stainless steel tube with a diameter of 10 mm, preheated to 280 ° C., under a nitrogen blanket. After this tube was quickly filled, it was quickly closed with a plunger. 10 minutes after it had been melted and heated to 280 ° C., the polymer was extruded into a vessel flushed with nitrogen in order to obtain a cable 1 mm in diameter.
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Unter Stickstoffbeschleierung wurden 8 g eines frisch extrudierten Kabels in 2 - 3 cm lange Stücke geschnitten und in einen Erlenmeyer-Kolben gegeben. Der Erlenmeyer-Kolben war mit einer Silicon-Scheibe (Septum) versehen, die mittels einer Schraubkappe am Kolben befestigt war, durch welche Gasproben für die Gasanalyse entnommen wurden. Der Kolben war weiterhin mit einer Rührscheibe ausgestattet, deren Haltestab durch einen Glasstopfen ragte und mittels eines Magneten im Abstand von 4 Sekunden auf und ab bewegt wurde. Der Erlenmeyer-Kolben wurde in ein Ölbad gestelltj, das bis an die untere Kante des Stopfens reichte. Das öl wurde auf 160 0C erhitzt. Der über den Kabelstücken (Schnitzeln) in Bewegung gehaltene Stickstoff wurde auf einer konstanten Temperatur von 160 0C ! 1 C gehalten. Nach 1 1/2 Stunden wurden drei Gasproben im Abstand von jeweils 3 Minuten aus dem Gasraum über den Schnitzeln entnommen und gaschromatographisch auf ihren Acetaldehydgehalt untersucht.Under a nitrogen blanket, 8 g of a freshly extruded cable were cut into pieces 2-3 cm long and placed in an Erlenmeyer flask. The Erlenmeyer flask was provided with a silicone disk (septum) which was attached to the flask by means of a screw cap, through which gas samples were taken for gas analysis. The flask was also equipped with a stirring disk, the holding rod of which protruded through a glass stopper and was moved up and down at intervals of 4 seconds by means of a magnet. The Erlenmeyer flask was placed in an oil bath which reached to the bottom of the stopper. The oil was heated to 160 0 C. The nitrogen kept in motion over the pieces of cable (chips) was kept at a constant temperature of 160 ° C.! 1 C held. After 1 1/2 hours, three gas samples were taken from the gas space above the chips at an interval of 3 minutes each and examined for their acetaldehyde content by gas chromatography.
Der Gasraum oberhalb der Schnitzel wurde dann 90 Sekunden lang mit Stickstoff gespült. Nach 1 1/2 Stunden Verweilzeit bei 160 C wurden nochmals 3 Gasproben entnommen und analytisch auf ihren Acetaldehydgehalt geprüft. Dieses Verfahren wurde noch zweimal jeweils im Abstand von 1 1/2 Stunden wiederholt. Hieraus ergaben sich nach 1 1/2, 3, 4 1/2 und 6 Stunden Erhitzen bei 160 °C vier Mittelwerte. Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt. Die im Gasraum gefundene Acetaldehydmenge wurde bei der Berechnung auf die eingewogene Polyestermenge (8 g) bezogen und in ppm/Gewicht ausgedrückt.The gas space above the chips was then flushed with nitrogen for 90 seconds. After a residence time of 1 1/2 hours Another 3 gas samples were taken at 160 ° C. and tested analytically for their acetaldehyde content. This procedure was repeated twice, each time with an interval of 1 1/2 hours. From this resulted after 1 1/2, 3, 4 1/2 and 6 hours heating at 160 ° C four mean values. The results are shown in Table I. The amount of acetaldehyde found in the gas space was related to the weighted amount of polyester (8 g) in the calculation and expressed in ppm / weight.
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Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das frisch extrudierte Kabel oder die Schnitzel für die Dauer von 6 Stunden auf 180 °C anstatt auf 160 0C erhitzt wurden. Die Testergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt.Example 1 was repeated except that the freshly extruded cable or the chips for a period of 6 hours at 180 ° C instead were heated to 160 0 C. The test results are shown in Table I.
Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß Polyester-Schnitzel oder -kabel 6 Stunden lang auf eine Temperatur von 200 t 1 0C anstatt auf 160 °C erhitzt wurden. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.Example 1 was repeated with the exception that polyester chips were or 6 hours to a temperature of 200 t 1 0 C instead of 160 ° C heated cables. The test results are shown in Table 1.
Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Polyester-Schnitzel oder -kabel 6 Stunden lang auf 220Example 1 was repeated except that the polyester chips or cables were heated to 220 for 6 hours
1 1 °C anstatt auf 160 °C erhitzt wurden. Die Testergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt. 1 1 ° C instead of 160 ° C were heated. The test results are shown in Table I.
Die gaschromatische Bestimmung des Acetaldehyds im Gasraum oberhalb der Schnitzel wurde mit einem Perkin Eimer Analysengerät (Ausführung F20 B, mit FID) unter Verwendung einer mit Porapak Q gefüllten und auf 160 C gehaltenen 1 m-Kolonne durchgeführt. Gasproben von jeweilsThe gas chromatographic determination of the acetaldehyde in the gas space above the schnitzel was carried out with a Perkin bucket Analysis device (version F20 B, with FID) using a filled with Porapak Q and kept at 160 C. 1 m column carried out. Gas samples of each
2 ml wurden in das Analysengerät eingespritzt. Die Eichung wurde mit Hilfe eines Exponential-Gasverdünnungsgeräts vorgenommen. Die Mittelwerte der gefundenen und auf den Polyester bezogenen Aldehydgehalte sind in Tabelle I wiedergegeben. 2 ml was injected into the analyzer. The calibration was carried out using an exponential gas diluter. The mean values of the aldehyde contents found and based on the polyester are shown in Table I.
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Bei diesen Beispielen wurde davon ausgegangen, daß der Acetaldehydgehalt und andere Merkmale des Polyesterkabels in jedem der Beispiele 1 - 4 identisch waren. Eine genaue Untersuchung der in Abb. 1 aufgetragenen und in Tabelle I angegebenen Werte zeigt, daß der Acetaldehydgehalt der Probe sich grundsätzlich aus drei Komponenten folgendermaßen zusammensetzt:In these examples it was assumed that the acetaldehyde content and other characteristics of the polyester cable were identical in each of Examples 1-4. A detailed examination of the plotted in Fig. 1 and in The values given in Table I show that the acetaldehyde content of the sample is basically made up of three components composed as follows:
(A) Ausgangs-Acetaldehydgehalt der Probe von ca. 25 ppm.(A) Starting acetaldehyde content of the sample of approx. 25 ppm.
(B) Neu gebildeter Acetaldehyd, entstanden während der 6 Stunden Erhitzungszeit aufgrund des thermischen Abbaus des Polyesters.(B) Newly formed acetaldehyde due to the 6 hour heating time the thermal degradation of the polyester.
Dieser neu gebildete Acetaldehyd liegt in einer Menge vor, die näherungsweise proportional der 4» Messung ist und kann auf dieser Basis berechnet werden.This newly formed acetaldehyde is present in an amount that is approximately proportional the 4 »measurement is and can be calculated on this basis.
(C) Acetaldehydmenge, die während der 6-stündigen Erhitzungszeit, besonders während der ersten 1 1/2 Stunden infolge der Reaktion von Zwischenprodukten gebildet wird, welche bereits in der eingesetzten Probe enthalten waren.(C) Amount of acetaldehyde used during the 6 hour Heating time, especially during the first 1 1/2 hours due to the reaction of Intermediate products are formed which were already contained in the sample used.
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Dieser letztgenannte Anteil C ist entscheidend für den Gegenstand dieser Erfindung. Bei den Zwischenprodukten handelt es sich wahrscheinlich in erster Linie um Vinylester, die durch thermische Spaltung von Polyesterketten entstanden sind.This last-mentioned portion C is decisive for the subject matter of this invention. With the intermediate products it is probably primarily vinyl esters, caused by thermal cleavage of polyester chains.
Überraschenderweise stellten wir fest, daß diese Zwischenprodukte mehr oder weniger vollständig reagieren, und zwar bei Temperaturen über 200 0C ausreichend rasch, wie es in der Acetaldehydbildung zum Ausdruck kommt. Dies geht aus Abb. 1 hervor.Surprisingly, we found that these intermediate products react more or less completely, and in fact sufficiently quickly at temperatures above 200 ° C., as is expressed in the formation of acetaldehyde. This can be seen from Fig. 1.
Die gestrichelte Linie in Abb. 1 zeigt den jeweiligen Restgehalt an Zwischenverbindungen, ausgedrückt in Acetaldehyd. Wird der Polyester wieder aufgeschmolzen, so reagieren diese Zwischenprodukte und erzeugen die bei den betreffenden Trocknungstemperaturen angegebenen Acetaldehydmengen. Diese Mengen werden zu der durch thermischen Abbau des Polyesters entstandenen Menge addiert.The dashed line in Fig. 1 shows the respective residual content of intermediate compounds, expressed in acetaldehyde. If the polyester is melted again, they react these intermediate products and generate the acetaldehyde amounts specified at the drying temperatures in question. These amounts are added to the amount created by thermal degradation of the polyester.
Mit steigender Behandlungstemperatur von 200 C auf z. B. 240 C treten in wachsendem Maße unerwünschte Reaktionen oder Bedingungen auf. Hierunter fallen:With increasing treatment temperature from 200 C to z. B. 240 C, undesirable reactions or conditions occur to an increasing extent. This includes:
(A) Neubildung von Acetaldehyd aufgrund progressiven thermischen und möglicherweise thermischoxydativen Abbaus;(A) New formation of acetaldehyde due to progressive thermal and possibly thermal oxidative Degradation;
(B) die Neigung der Schnitzel zu verkleben, was(B) the tendency of the chips to stick together, what
5 den Einsatz von sehr aufwendigen Ausrüstungen5 the use of very expensive equipment
für dieses Verfahren erforderlich macht;required for this procedure;
(C) Wachsender Material- und Energieverbrauch für das Erhitzen von Stickstoff sowie die Reinigung und den Umlauf des Inertgases.(C) Growing consumption of materials and energy for heating nitrogen and cleaning and the circulation of the inert gas.
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Aus diesem Grunde müssen die Trocknungsbedingungen so gewählt werden, daß eine maximale Menge an Zwischenprodukten, die Acetaldehyd bilden können, reagiert, und daß der gebildete Aldehyd während des Trocknens aus den S Schnitzeln entfernt wird. Nur auf diese Weise wird die Menge an neu gebildetem Aldehyd während des Wiederaufschmelzens von Schnitzeln für die Flaschenherstellung minimal. Weiterhin muß die Trockentemperatur so gewählt werden, daß thermischer oder thermisch-oxydativer Abbau weitgehendst vermieden wird9 da solch ein Abbau zu einer Qualitätsverschlechterung führt, besonders im Hinblick auf die Färbung des Materials.For this reason, the drying conditions must be chosen so that a maximum amount of intermediate products that can form acetaldehyde react and that the aldehyde formed is removed from the chips during drying. This is the only way to minimize the amount of newly formed aldehyde during the remelting of chips for bottle production. Furthermore, the drying temperature must be chosen so that thermal or thermal-oxidative degradation is largely avoided 9 since such degradation leads to a deterioration in quality, especially with regard to the coloration of the material.
Polyesterschnitzel mit den Abmessungen 3,1 χ 2,5 χ 2,1 wurden 6 Stunden lang in einem zylindrischen Rohr im Stickstoffstrom (1 kg Stickstoff/1 kg Polyester) auf 220 0C erhitzt. Polyester chips with the dimensions 3.1 × 2.5 × 2.1 were heated to 220 ° C. for 6 hours in a cylindrical tube in a stream of nitrogen (1 kg nitrogen / 1 kg polyester).
Die Acetaldehydbestimmung wurde analog zu dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt, wobei die Schnitzel unter einer frischen Stickstoffbeschleierung zweimal für 1 1/2 Stunden auf eine Temperatur von 180 0C erhitzt wurden. Der Acetaldehydgehalt betrug, bezogen auf Polyester, nur 1,08 und 0,61 ppm, während unbehandelte Schnitzel Werte von 21,8 und 4,8 ppm Aldehyd ergaben.The acetaldehyde determination was carried out analogously to the method described above, the chips being heated twice to a temperature of 180 ° C. for 11/2 hours under a fresh nitrogen blanket. The acetaldehyde content, based on polyester, was only 1.08 and 0.61 ppm, while untreated chips gave values of 21.8 and 4.8 ppm aldehyde.
Beispiel 5 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Schnitzel im Stickstoffstrom auf 200 C erhitzt, in einem auf 270 C vorgeheizten Rohr von 10 mm Durchmesser ausExample 5 was repeated with the exception that the chips were heated to 200 ° C. in a stream of nitrogen, all in one tube of 10 mm diameter preheated to 270 ° C
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rostfreiem Stahl - wie bei den Beispielen 1 bis 4 aufgeschmolzen und wenige Sekunden später zu einem Kabel von 1 mm Durchmesser ausgesponnen wurde. Anschließend wurde der Acetaldehydgehalt, wie in Beispiel 5 beschrieben, bestimmt. Er betrug 4,2 und 2,2 ppm.stainless steel - melted as in Examples 1 to 4 and a few seconds later it was spun into a cable 1 mm in diameter. Afterward the acetaldehyde content was determined as described in Example 5. It was 4.2 and 2.2 ppm.
Neuer Acetaldehyd war gebildet worden, jedoch in einer Menge, die erheblich unter dem Acetaldehydgehalt der ursprünglichen Schnitzel lag.New acetaldehyde had been formed, but in an amount well below the acetaldehyde content of the original schnitzel lay.
Zusammenfassend lassen sich die Versuchsergebnisse wie folgt werten: Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs der Acetaldehydgehalt des Endprodukts, d. h. der Flaschen, fast konstant und minimal ist.In summary, the test results can be summarized as evaluate as follows: It was surprisingly found that within a certain temperature range of the Acetaldehyde content of the final product, d. H. of bottles, is almost constant and minimal.
Dieser Minimalgehalt wird bei Temperaturen erzielt, die höher liegen als die üblicherweise beim Trocknen von Polyester angewendeten, jedoch gleichzeitig niedriger als die in der Industrie beim Feststoff-Polykondensations-Verfahren zur Anwendung kommenden. Im Temperaturbereich zwischen 180 und 230 C, vorzugsweise zwischen 200 und 220 0C, gibt es Polykondensationsreaktionen, die sich zusätzlich positiv auf unsere Erfindung auswirken. Dieser zusätzliche positive Effekt besteht in einer Zunahme der Intrinsic-Viskosität um 0,05 - 0,15 Intrinsic-Viskositäts-Einheiten, wobei der genaue Zunahmewert von der Temperatur, Schnitzelgröße, Anfangsviskosität und Verweilzeit abhängt. Die Zunahme der Intrinsic-Viskositäten verbessert die Festigkeit des Materials und verringert die Neigung zur Kristallisation. Die Kristallisation wirkt sich schädlich aus, da sie zu einer Trübung des Endprodukts, d. h. der Flaschen, führen kann.This minimum content is achieved at temperatures which are higher than those normally used for drying polyester, but at the same time lower than those used in industry for solid polycondensation processes. In the temperature range between 180 and 230 ° C., preferably between 200 and 220 ° C., there are polycondensation reactions which also have a positive effect on our invention. This additional positive effect consists in an increase in the intrinsic viscosity by 0.05-0.15 intrinsic viscosity units, the exact increase value depending on the temperature, chip size, initial viscosity and residence time. The increase in intrinsic viscosities improves the strength of the material and reduces the tendency to crystallize. Crystallization has a detrimental effect as it can lead to clouding of the end product, ie the bottles.
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Das vorliegende Verfahren dient zur Herstellung von PoIy merem, das den strengen Regeln und Bestimmungen von Kontrollbehörden wie z. B. FDA entspricht und daher für die Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie geeignet ist«The present process is used for the production of PoIy merem that meets the strict rules and regulations of control authorities such . B. FDA complies and is therefore suitable for use in the food industry «
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