DE3314149C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Senkung des Acetaldehydgehaltes von hochmolekularen Polyestern - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen Senkung des Acetaldehydgehaltes von hochmolekularen PolyesternInfo
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Abstract
Hochkondensiertes Polyäthylenterephthalat wird durch kontinuierliche, zweistufige Behandlung von Polyäthylenterephthalat, meist als Granulat vorliegend (intrinsic viscosity mindestens circa 0,35) hergestellt. Hierbei wird in der ersten Stufe Wasserdampf in den entsprechenden Reaktor eingeleitet und in der zweiten Stufe nach üblichen Methoden nachkondensiert. Dadurch wird überraschenderweise die Entfernung des unerwünschten Acetaldehydes, gegenüber den vorbekannten Methoden, erheblich verbessert. Das erhaltene hochkondensierte Polyäthylenterephthalat eignet sich dank seines erheblich verringerten Gesamt-Acetaldehydgehaltes sehr gut für die Verwendung in der Lebensmittelindustrie, insbesondere für Flaschen.
Description
Mj Hochmolekularer Polyester, vor allem hochmolekulares, d. h. in fester Phase nachkondensiertes Polyäthylen-
M 25 terephthalat gewinnt immer mehr an Bedeutung. So verwendet man in der Lebensmittelindustrie in der Festpha-
;ϊ| se nachkondensiertes Polyethylenterephthalat in Form von Granulat zur Herstellung von Flaschen oder Behäl-
iill tern.
■if Die Nechkondensation von Polyäthylenterephthalat in fester Phase ist bekennt (US-PS 37 33 309). Ein Haupt-
S problem bei der Nachkondensation von Polyäthylenterephthalat ist die Entfernung der leichtflüchtigen Stoffe,
% 3o insbesondere des Acetaldehyds, der sowohl als chemisch gebundener Vinylester vorliegt als auch physikalisch
■p gelöst ist.
I Ein nachkondensierter Polyester der solche flüchtigen und meist euch geruchsintensiven Verbindungen, wie
3 nementlich Acetaldehyd enthält, ist für die Verwendung in der Lebensmittelindustrie, z. B. für Flaschen nicht
% geeignet.
p 35 Um diese flüchtigen Bestandteile aus dem Polyester zu entfernen, wurden verschiedene Verfahren vorgeschla-
':; gen. So beschreibt die US-PS 42 63 425 eine Begesung von Polyäthylenterephthalat bei 180 bis 230°C mit
;? Inertgesen. Des Polyäthyienterephthalatgranulat muß hierbei weniger als 25 ppm Umesterungskatalysator und
i' weniger als 20 ppm Phosphor enthalten.
Ά In der US-PS 42 23 128 wird die Behandlung des festen Poiyäthylenterephthalats mit Luft bei ce. 180 bis 22O0C
y 40 beschrieben.
Des nech diesen Methoden erheltene nechkonde.nsierte Polyäthylenterephthalet enthält jedoch immer noch
einen zu hohen Gesamtgehalt an physikalisch gelöstem und chemisch gebundenem Acetaldehyd.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zu entwickeln, durch welches der Gehalt an physikalisch
gelöstem und chemisch gebundenem Acetaldehyd in diesen Polyestern, verglichen mit den bisherigen Verfahren,
45 erheblich herabgesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Patentenspruch 1 gelöst.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Polyester können aus folgenden Diol- und Dicarbonsäurekomponenten
aufgebaut sein:
50 Diole:
Alkylenglykole, insbesondere «/<y-Alkylenglykole, wie Äthylen-, 1,3-Propylen-, 1,4-Butylenglykol, ferner
Cyclohexan-1,4-dimethylol oder Cycloalkandiole, wie Cyclohexan-1,4-diol.
Dicerbonsäuren:
Dicerbonsäuren:
Terephthal-, Isophthalsäure, Naphthalindicarbonsäuren, ferner Adipin- und Sebazinsäure.
Selbstverständlich können auch Gemische aus Diolen und Dicarbonsäuren eingesetzt werden.
Die Entfernung des physikalisch gelösten Acetaldehyds erfolgt durch Diffusion des Acetaldehyds aus dem
Polyäthylenterephthalatgranulat. Zur Entfernung des chemisch gebundenen Acetaldehyds müssen die Vinylestergruppen
im Polyäthylenterephthalat in freies Acetaldehyd überführt werden, was bei den bisher bekannten
60 Verfahren nicht vollständig gelang, da bei Abwesenheit von Wasserdampf die Vinylestergruppen nicht vollständig
reagieren.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß durch Anwesenheit von Wasserdampf gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren der physikalisch gelöste und chemisch gebundene Acetaldehyd fast quantitativ ohne
nachteilige Einflüsse auf das Polyestergranulat aus demselben entfernt werden kann.
65 Zur Bestimmung des gesamten Gehaltes des physikalisch gelösten und chemisch gebundenen Acetaldehyds
wurde eine neue Analysemethode entwickelt.
Bei der neuen analytischen Bestimmungsmethode des gesamten Gehaltes an physikalisch gelöstem und
chemisch gebundenem Acetaldehyd wird die Polyesterprobe gemahlen (0,63 bis 0,26 mm), in eine Glasflasche mit
lOfacher Menge an sauerstofffreiem Wasser versetzt und mit einem tefionkaschierten Gummiseptum verschlossen.
Die Flasche wird dann bei 1200C 17 Stunden lang erhitzt. Nach dem Abkühlen der Flasche wird eine Probe
der wäßrigen Lösung entnommen und der Gehalt an Acetaldehyd mittels der Head-Space-Gaschromatographie
oder der kolorimetrischen Methode analysiert
Die neue Analysenmethode erlaubt eine bessere quantitative Bestimmung des physikalisch gelösten und
chemisch gebundenen Acetaldehyds im Polyester.
Bisher bekannte Analysenmethoden zur Bestimmung des Acetaldehydgehaltes im Polyester wurden beispielsweise
in der DH-OS 28 34 162 und der US-PS 42 23 128 beschrieben. Gemäß der DE-OS 28 34 162 wird eine
Probe des gemahlenen Polyesters in einem Glaskolben mit einem Gummiseptum verschlossen. Die im Kolben
enthaltene Luft wird durch Stickstoff ersetzt. Dann wird der Kolben 90 Minuten bei 1500C erhitzt und eine
Probe des Acetaldehyd-Stickstoff-Gemisches gaschromatographisch auf deren Acetaldehydgehalt hin analysiert.
Die in DE-OS 28 34 162 beschriebene Methode ist der in der US-PS 42 23 128 beschriebenen Acetaldehyd-Analyse
ähnlich.
Die bekannten Acetaldehydbestimmungsmethoden erfassen aber nur einen Teil des Acetaldehyds im Polyester.
Ein Vergleich der beiden Analysenmethoden (die bekannte und die neu entwickelte Methode) ergab, daß ein
handelsübliches Polyäthylenterephthalatgranulat nach der bekannten Analysenmethode einen Acetaldehydgehalt
von 2,6 ppm aufweist, während nach der vorstehend beschriebenen neuen Analysenmethodf ein Acetaldehydgehalt
von 9,4 ppm gefunden wurde.
Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Senkung des Acetaldehydgehaltes von
hochmolekularem Polyäthylenterephthalat mit einer anfänglichen Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,35 in
fester Phase auf einen Gesamtgehalt an physikalisch gelöstem und chemisch gebundenem Acetaldehyd unterhalb
3 ppm. Bei diesem bevorzugten Verfahren wird das Polyäthylenterephthalat in einer ersten Stufe mit
Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltendem inerten Gas oder Wasserdampf enthaltender Luft bei 100 bis
245° C behandelt und dann in einer zweiten Stufe bei 200 bis 245° C mit einem Inertgas und/oder Luft nachkondensii.rt.
Vorzugsweise wird dabei die Wasserdampfbehandlung so lange ausgeführt, bis der Gesamt-Ac-ttaldehydgehalt
im Polyäthylenterephthalat am Ende der ersten Stufe kleiner als 20 ppm, insbesondere kleiner als 10 ppm
und in ganz besonders zweckmäßiger Weise 5 ppm ist Die Bestimmung des Acetaldehydgehalts erfolgt dabei
gemäß der vorstehend beschriebenen neuen analytischen Methode.
In der ersten Stufe wird zweckmäßig reiner Wasserdampf verwendet; es ist aber auch möglich, ein Gemisch
von Wasserdampf und Luft oder Wasserdampf und Inertgas anzuwenden.
In der zweiten Stufe wird Inertgas und/oder Luft (vorzugsweise Inertgas, insbesondere Stickstoff) verwendet.
Als Apparatur verwendet man zweckmäßig die üblichen Reaktoren, wobei die erste und zweite Stufe entweder
in einem einheitlichen Reaktor (Zweizonenreaktor) oder in einem Reaktor aus zwei getrennten Teilen für die
beiden Slufen ausgeführt werden. Im allgemeinen haben sich die zweiteiligen Reaktoren besser bewähr. Hierbei
wird in den (in Reaktionsrichtung gesehen) ersten Reaktorteil der Wasserdampf (gegebenenfalls im Gemisch mit
Inertgas oaer Luft) eingeleitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgerr.aßen Verfahrens verfährt man folgendermaßen
(siehe Abb. 1):
Granulat aus Polyäthylenterephthalat (dessen Gesamt-Acetaldehydgehalt in der Größenordnung von circa
100 ppm liegt) wird durch die Einfüllöffnung 1 in den Reaktorteil 2 eingeleitet und fällt durch seine Schwerkraft
in einem Gegenstrom von Wasserdampf bei 24O0C nach unten. Der Wasserdampf strömt bei 4 wieder aus.
Dieser Reaktorteil enthält eine verschließbare Öffnung 5 für die Entnahme von Proben zwecks Analyse des
Acetaldehydgehaltes.
Das Granulat passiert anschließend eine Schleuse 6 und tritt dann in den zweiten Reaktorteil 7 ein, in welchem
die Nachkondensation stattfindet. Dieselbe wird nach den üblichen Methoden im Gegenstrom von Inertgas
und/oder Luft durchgeführt. Dieser Reaktorteil 7 enthält einen Einlaß 8 und Auslaß 9 für das Inertgas und/oder
Luft sowie einen, zweckmäßig als Schleuse ausgebildeten Auslaß für das Endprodukt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man nachkondensiertes Polyäthylenterephthalat mit einem
Gesamtgehalt an physikalisch gelöstem und chemisch gebundenen Acetaldehyd von weniger als 3 ppm und mit
einer Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,7, was nicht erwartet werden konnte. Unerwarteterweise erhält man
durch dieses Verfahren ein Polyäthylenterephthalat mit ausreichender Intrinsic-Viskosität, wobei überraschenderweise
dazu keine merkliche Verlängerung der Nachkondensationszeit erforderlich ist. Ferner kann der
Acetaldehyd aus dem Polyäthylenterephthalat durch das erfindungsgemäße Verfahren viel effektvoller (fast
quantitativ) entfernt werden, als dies nach den bisher üblichen Methoden der Fall war. Somit erhält man
erfindungsgemäß Polyäthylenterephthalat, welches sich dank seines erwähnten hohen Kondensationsgrades und
des niedrigen Gehalts an Acetaldehyd ausgezeichnet für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie, insbesondere
für die Herstellung von Flaschen und Folien eignet.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.
Beispiele 1 bis 6
50 kg pro Stunde an Polyäthylenterephthalatgranulai (Intrinsic-Viskosität 0,668; Gesamt-Acetaldehydgehalt
76 ppm) werden durch den Einlaß 1 in den Reaktorteil 2 eingeleitet (vgl. A b b. 1). In diesen Reaktorteil wird
Wasserdampf oder ein Gemisch von Wasserdampf mit Luft im Gegenstrom geführt (strömt bei 3 ein und bei 4
Das Granulat passiert anschließend die Schleuse 6 und fließt in den Reaktorteil 7. in welchem Stickstoff im
Gegenstrom geführt wird. Der Stickstoff strömt hierbei bei 8 ein und bei 9 aus (vgl. A b b. 1). Anschließend wird
das Granulat bei dem als Schleuse ausgestalteten Auslaß 10 abgezogen.
Man erhält ein nachkondensiertes Polyäthylenterephthalatgranulat mit den in der nachfolgenden Tabelle
angegebenen Eigenschaften, das sich sehr gut für eine Verwendung in der Lebensmittelindustrie, insbesondere
für die Herstellung von Flaschen eignet.
in | Beispiel Nr. | I.Stufe | Verweilzeit | Granulatanalyse | 2. Stufe | Verweil- | Granulatanalysc am Ende | Intrinsic- |
1 | des | nach Wasser- | . /eitdes | der Nachkondetisation | Viskosität2) | |||
2 | Wasserdampfbehandlung1) | Granulates. | dampFbehandlung. | Nachkondensation | Granulates. | Gesamtg. | ||
3 | Eintritts- | Minuten | Gesamtgehaltan | Eintriits- | Minuten | Acetal | ||
4 | temperatur | Acetaldehyd, | temperatur | dehyd. | ||||
5 | des Wasser | ppm | °C | ppm | U.81Ö | |||
15 | 63) | dampfes. | 15 | 240 | 0.822 | |||
Vergleichs | 0C | 15 | 4,0 | 360 | 0,4 | 0,837 | ||
beispiel4) | 15 | 4,5 | 360 | 0,6 | 0,845 | |||
240 | 120 | 5,0 | 240 | 360 | 0,7 | 0,896 | ||
20 | 230 | 120 | 4,5 | 230 | 300 | 0,6 | 0.830 | |
220 | 120 | 17,5 | 230 | 360 | 1,92 | 0.860 | ||
190 | 4,5 | 230 | 360 | 0,45 | ||||
160 | 235 | 4,4 | ||||||
25 | 190 | 235 | ||||||
240 | ||||||||
') Masse Wasserdampf/Masse Granulat = 0,5 kg/kg.
2) 03 g Probe in 100 ml Gemisch von Phenol und 1,1,2.2-Tetrachloräthan (Gewichtsverhältnis I : 1) gemessen bei 20°C.
3) Bei diesem Versuch wurde dem Wasserdampf 10 Vol.-% Luft zugesetzt.
4) Ohne Wasserdampfbehandlung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Senkung des Acetaldehydgehaltes von hochmolekularen Polyestern,
insbesondere von Polykondensaten aus (cyclo)aüphatischem Diol und Dicerbonsäure, durch Behandlung des
5 Polyesters in fester Phase mit Luft, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester
in einer ersten Stufe mit Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltenden inerten Gasen oder Wasserdampf
enthaltender Luft von 100 bis 245° C behandelt und dann
in einer zweiten Stufe bei 200 bis 245°C mit Inertgas und/oder Luft bei Normaldruck oder im VJcuum
nachkondensiert wird.
ίο
2. Verfahren zur kontinuierlichen Senkung des Acetaldehydgehaltes von hochmolekularem Polyethylenterephthalat
mit einer anfänglichen Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,35 in fester Phase auf einen Gesamtgehalt
an physikalisch gelöstem und chemisch gebundenem Acetaldehyd unterhalb 3 ppm. dadurch
gekennzeichnet, daß das Polyethylenterephthalat
in einer ersten Stufe mit Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltendem inerten Gas oder Wasserdampf
in einer ersten Stufe mit Wasserdampf oder Wasserdampf enthaltendem inerten Gas oder Wasserdampf
15 enthaltender Luft bei 100 bis 245° C behandelt und dann
in einer zweiten Stufe bei 200 bis 245° C mit einem Inertgas und/oder Luft nachkondensiert wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfbehandlung so lange
ausgeführt wird, bis der Gesamt-Acetaldehydgehalt im Polyethylenterephthalat am Ende der ersten Stufe
kleinerais 20 ppm ist
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