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Polycarbonat
ist ein Thermoplast-Kunststoff, der exzellente mechanische Eigenschaften
hat, wie zum Beispiel Schlagresistenz, Hitzeresistenz und Transparenz. Polycarbonat
wird weit verbreitet in vielen technischen Anwendungen verwendet.
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Polycarbonate
können
hergestellt werden durch verschiedene Verfahren (
US 6,177,536 ), einschließlich folgender:
i) Grenzflächenverfahren,
worin in einem Mehrphasen-Reaktionsprozess
zuerst eine aromatische Dihydroxyverbindung mit Phosgen in der Anwesenheit
einer kleinen Menge einer aromatischen Monohydroxyverbindung zur
Reaktion gebracht und dann ausgefällt und getrocknet wird, um
ein Polycarbonat-Pulver zu ergeben; ii) ein Schmelzverfahren, in
welchem Phosgen mit einer aromatischen Monohydroxyverbindung in der
Anwesenheit eines alkalischen Katalysators zur Reaktion gebracht
wird, um einen Kohlensäurediester
zu ergeben, der in einem mehrstufigen Reaktor in der Anwesenheit
einer aromatischen Dihydroxyverbindung polymerisiert wird, um ein
geschmolzenes Polycarbonat zu ergeben; iii) ein Schmelzverfahren,
in welchem ein Nicht-Phosgen-Weg verwendet wird, um einen Kohlensäurediester
zu erhalten, der in einem mehrstufigen Reaktor in der Anwesenheit
einer aromatische Dihydroxyverbindung polymerisiert wird, um ein
geschmolzenes Polycarbonat zu ergeben (
US 5,525,701 ); und iv) ein Schmelzverfahren,
in welchem ein Phosgen-Weg verwendet wird, um ein Ester-substituiertes
Diarylcarbonat zu erhalten, das in einem mehrstufigen Reaktor in
der Anwesenheit einer aromatischen Dihydroxyverbindung polymerisiert
wird, um ein geschmolzenes Polycarbonat zu ergeben (
US 4,323,668 ).
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US 4,323,668 beschreibt
eine Reaktion zwischen BPA und BMSC, um BPA-Homopolymer-Polymere zu
erzeugen. Das Patent gibt an, dass die Verwendung von (Ortho-Alkoxycarbonylaryl)carbonat-Substraten – im Gegensatz
zu bis(Ortho-Haloaryl)carbonaten – die folgenden Vorteile bietet:
(1) eine verbesserte Umesterungs-Reaktionsgeschwindigkeit,
(2) weniger Polycarbonat-Farbbildung während der Umesterungs-Reaktion, (3)
mildere Umesterungs-Reaktionsbedingungen,
einschließlich
niedrigerer Temperaturen, (4) verminderte Mengen an Carbonatsubstrat,
da nur stöchiometrische
Mengen oder Mengen leicht im Überschuss
für die komplette
Umwandlung von allem zweiwertigen Phenol in Polycarbonat erforderlich
sind, und (5) verminderte oder äquivalente
Mengen an Katalysator bei einer verbesserten Reaktionsgeschwindigkeit,
Temperatur und Druck-Umesterungs-Reaktionsbedingungen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Anmelder haben festgestellt, dass Polycarbonat-Oligomere in einem Gleichgewichtssystem
bei niedriger Temperatur gebildet werden können, bevor sie in ein Polykondensationssystem
eingeführt
werden. Somit liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung einer Polycarbonat-Oligomermischung, wie in Anspruch
1 definiert.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung gegenüber dem
Stand der Technik. Der Polycarbonat-Oligomerstrom, der durch das
Verfahren dieser Erfindung erzeugt wird, hat den Nutzen, dass er
in einem kontinuierlichen Verfahren erzeugt wird. Des Weiteren wird
die Dihydroxyzusammensetzung geschmolzen, bevor sie mit einer aktivierten
Diarylcarbonat-Zusammensetzung und einem Katalysator kombiniert
wird. Dieser Schritt hilft sicherzustellen, dass eine zufällige Polymerisation
stattfindet, falls die Dihydroxyzusammensetzung mehr als einen Monomer-Rest
umfasst. Das Schmelzen findet so statt, dass die Zersetzung der
Dihydroxyzusammensetzung minimiert wird, was zu einem endgültigen Polycarbonat
mit verbesserter Farbe führt, verglichen
mit einem Verfahren, wo ein Zerfall des Monomers während des
Schmelzens auftritt. Des Weiteren wird, durch Erzeugen einer oligomeren
Mischung bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes der einzelnen Monomere
und durch Aufrechterhalten von geringen Verweilzeiten in dem Gleichgewichtssystem,
die Nebenprodukt-Bildung minimiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Apparat zum Durchführen
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist leichter zu verstehen durch Bezugnahme
auf die folgende ausführliche Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung und die darin eingeschlossenen Beispiele.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer
Polycarbonat-Oligomermischung, wie in Anspruch 1 definiert, bereit.
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Diese
Polycarbonat-Oligomermischung kann dann als ein Einspeisungsmaterial
in der Herstellung von Polycarbonat mit höherem Molekulargewicht verwendet
werden.
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In
der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen wird Bezug genommen werden
auf eine Reihe von Begriffen, welche so definiert sein sollen, dass
sie die folgenden Bedeutungen haben: die Singular-Formen „ein", „eine" und „der/die/das" schließen die
Plural-Formen ein, solange der Kontext es nicht klar anderweitig vorgibt.
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„Optional" oder „wahlweise" bedeutet, dass das
nachfolgend beschriebene Ereignis oder der Umstand eintreten kann
oder nicht, und dass die Beschreibung Fälle einschließt, in denen
das Ereignis eintritt, und Fälle, in
denen das Ereignis nicht eintritt.
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„Polycarbonat" bezieht sich auf
Polycarbonate, welche sich wiederholende Einheiten einschließen, die abgeleitet
sind von mindestens einer aromatischen Dihydroxyverbindung, und
es schließt
Co-Polyestercarbonate ein, zum Beispiel ein Polycarbonat, das sich
wiederholende Einheiten umfasst, die abgeleitet sind von Resorcinol,
Bisphenol A und Dodecandioic Acid. Nichts in der Beschreibung und
in den Ansprüchen
dieser Anmeldung sollte so verstanden werden, dass es das Polycarbonat
auf nur einen Dihydroxyrest einschränkt, solange der Kontext nicht
ausdrücklich
einschränkend
ist. Somit umfasst die Anmeldung Co-Polycarbonate mit Resten von
2, 3, 4 oder mehr Arten von Dihydroxyverbindungen.
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„Oligomer" bezieht sich auf
Polycarbonat-Polymere, die von 2 bis 40 Wiederholungseinheiten haben, die
von Dihydroxyverbindung(en) abgeleitet sind.
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„Polycarbonat-Oligomermischung" bezieht sich auf
einen „Produktstrom" von Polycarbonat-Oligomeren,
der aus dem Gleichgewichtssystem abgezogen wurde. Die Polycarbonat-Oligomermischung
wird geeigneterweise verwendet als Rohmaterial für ein Polymerisationssystem,
worin das Polymergewicht erhöht
wird, wodurch Polycarbonat gebildet wird.
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„Gleichgewichtssystem" bezieht sich auf
das Gebiet innerhalb des Verfahrens, worin eine Polymerisationsreaktion
stattfindet zwischen den Dihydroxyzusammensetzungen und den aktivierten
Diarylcarbonat-Zusammensetzungen. Diese Reaktion kann entweder in
einer kontinuierlichen Art und Weise und in einem Reaktionsgefäß stattfinden
oder in einer Reihe von Gefäßen, wie
hierin definiert. Das Gleichgewichtssystem ist nicht allein auf
ein Reaktionsgefäß begrenzt.
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„Reaktionsmischung" bezeichnet eine
Mischung, die im Gleichgewichtssystem enthalten ist. Die Reaktionsmischung
umfasst eine geschmolzene aktivierte Diarylcarbonat-Zusammensetzung und
ein Katalysatorsystem.
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„Katalysatorsystem" oder „Katalysator", wie hierin verwendet,
bezieht sich auf einen Katalysator oder Katalysatoren, die die Umesterung
einer Dihydroxyverbindung mit einem Diarylcarbonat in der Herstellung
von Schmelzpolycarbonat katalysieren.
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„Polykondensationssystem" bezieht sich auf
den Bereich innerhalb des Verfahrens, worin die Monomere und Oligomere
reagieren und worin Polycarbonatgewicht aufgebaut wird. Dies kann
stattfinden innerhalb von z. B. Extrudern, Gleichgewichtsgefäßen, kontinuierlich
gerührten
Tankreaktoren, Reaktoren im Chargenbetrieb, gepackten Reaktoren,
vertikalen Reaktoren, horizontalen Reaktoren oder Wärmetauschern.
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„Aromatische
Dihydroxyverbindung(en)" bezeichnet
eine aromatische Verbindung, welche zwei Hydroxygruppen auf einem
oder mehreren aromatischen Ringen umfasst, zum Beispiel ein Bisphenol,
wie zum Beispiel Bisphenol A, oder ein Dihydroxybenzol, wie zum
Beispiel Resorcinol.
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„Dihydroxyverbindung(en)" sind nicht beschränkt auf
aromatische Dihydroxyverbindung(en).
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„BPA" ist hierin definiert
als Bisphenol A oder 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan.
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„Aromatisches
Radikal" bezieht
sich auf ein Radikal, das eine Valenz von mindestens eins hat, umfassend
mindestens eine aromatische Gruppe. Beispiele für aromatische Radikale schließen Phenyl,
Pyridyl, Furanyl, Thienyl, Naphthyl, Phenylen und Biphenyl ein.
Der Begriff schließt
Gruppen ein, die sowohl aromatische als auch aliphatische Komponenten
enthalten, zum Beispiel eine Benzylgruppe.
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„Cycloaliphatisches
Radikal” bezieht
sich auf ein Radikal, das eine Valenz von mindestens eins hat, umfassend
eine Anordnung von Atomen, welche zyklisch ist, welche aber nicht
aromatisch ist. Die Anordnung kann Heteroatome einschließen, wie
zum Beispiel Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff, oder sie kann
ausschließlich
aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzt sein. Beispiele
für cycloaliphatische
Radikale schließen
Cyclopropyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Tetrahydrofuranyl und dergleichen
ein.
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„Kontinuierlich" bezeichnet die konstante
Zugabe oder das konstante Abziehen, bei einer konstanten oder variablen
Fließgeschwindigkeit,
oder die gepulste Zugabe oder das gepulste Abziehen, unter der Voraussetzung,
dass die gesamte „Off-Time", die Zeit, in der
kein Fluss zu oder von dem System auftritt, die „On-Time", wenn ein Fluss auftritt, nicht überschreitet.
Bei der Berechnung der „On-Time" und „Off-Time" wird nur die Zeit
berücksichtigt,
während
welcher Änderungen
gegenüber
dem Gleichgewichtssystem vorkommen. Änderungen schließen chemische Änderungen
(d. h. Reaktion), Einspeisen oder Entleeren des Gleichgewichtssystems
ein. Die Zeit, in welcher die Reaktionsmischung im Gleichgewicht
ist nach der Herstellung des Oligomermischungsprodukts und bevor
das Oligomermischungsprodukt abgezogen wird, wird nicht berücksichtigt.
Vorzugsweise werden die „On-Time" und die „Off-Time" jeweils in Intervalle
von im Wesentlichen gleicher Länge über den
Verfahrenszyklus hinweg unterteilt.
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„Gefäß" bezeichnet jede
Art von Tank, Behälter,
Reaktor, Bett oder Kombinationen davon. Im Allgemeineren bezieht
sich der Begriff „Gefäß", wie in dieser Anmeldung
verwendet, auf den Bereich, worin die Dihydroxyzusammensetzung und
die aktivierte Diarylcarbonat-Zusammensetzung reagieren, um Polycarbonat-Oligomere zu bilden.
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„Separate
Einspeisungen" bedeutet,
dass jedes Mischen der Dihydroxyverbindung und der Diarylcarbonat-Zusammensetzung innerhalb
des Gleichgewichtsgefäßes stattfindet,
oder unmittelbar vor der Einführung
in das Gleichgewichtsgefäß, sodass
im Wesentlichen keine Reaktion (zum Beispiel weniger als 10%) zwischen
den Dihydroxyverbindungen und dem Diarylcarbonat stattfindet. In ähnlicher
Weise werden Katalysatoren zu dem Gleichgewichtsgefäß über eine
separate Einspeisung hinzugegeben.
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Numerische
Werte in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung, insbesondere
sofern sie sich auf Polymer-Zusammensetzungen
beziehen, spiegeln Durchschnittswerte wider für eine Zusammensetzung, die
einzelne Polymere mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten
kann. Des Weiteren sollten die numerischen Werte so verstanden werden,
dass sie numerische Werte einschließen, welche die gleichen sind, wenn
sie auf die gleiche Anzahl von signifikanten Ziffern reduziert werden,
und numerische Werte, welche sich von dem angegebenen Wert um weniger
als den Versuchsfehler des Messverfahrens unterscheiden, das in der
vorliegenden Anmeldung verwendet wurde, um den Wert zu bestimmen.
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Die Dihydroxyverbindung:
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Die
Dihydroxyverbindung wird vorzugsweise in einem geschmolzenen Stadium
in das Gleichgewichtsgefäß eingeführt. Die
Dihydroxyverbindung ist nicht auf aromatische Dihydroxyverbindungen
begrenzt. Jedoch werden solche aromatischen Dihydroxyverbindungen
häufig
bevorzugt für
die Verwendung in diesen Anwendungsarten. Es wird erwogen, dass
die Dihydroxyverbindung aliphatische Diole und/oder Säuren umfasst.
Im Folgenden eine nicht einschränkende
Liste solcher Verbindungen:
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Aliphatische Diole:
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Isosorbid:
1,4:3,6-Dianhydro-D-sorbitol, Tricyclodecandimethanol (TCDDM), 4,8-bis(Hydroxymethyl)tricyclodecan,
Tetramethylcyclobutandiol (TMCBD), 2,2,4,4,- Tetramethylcyclobutan-l,3-diol, gemischte Isomere,
cis/trans-1,4-Cyclohexandimethanol (CHDM), cis/trans-l,4-bis(Hydroxymethyl)cyclohexan,
Cyclohex-1,4-ylendimethanol, trans-1,4-Cyclohexandimethanol (tCHDM),
trans-1,4-bis(Hydroxymethyl)cyclohexan, cis-1,4-Cyclohexandimethanol
(cCHDM), cis-1,4-bis(Hydroxymethyl)cyclohexan, cis-1,2,-Cyclohexandimethanol,
1,1'-bi(Cyclohexyl)-4,4'-diol, Dicyclohexyl-4,4'-diol, 4,4'-Dihydroxybicyclohexyl
und Poly(ethylenglycol).
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Säuren:
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1,10-Dodecandioic
Acid (DDDA), Adipinsäure,
Hexandioic Acid, Isophthalsäure,
l,3-Benzendicarbonsäure,
Teraphthalsäure,
1,4-Benzendicarbonsäure,
2,6-Naphthalendicarbonsäure,
3-Hydroxybenzoesäure (mHBA)
und 4-Hydroxybenzoesäure
(pHBA).
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Es
wird weiter in Erwägung
gezogen, dass die Dihydroxyzusammensetzung eine aromatische Dihydroxyverbindung
umfasst. Eine bevorzugte aromatische Dihydroxyzusammensetzung der
vorliegenden Erfindung ist Bisphenol A (BPA). Jedoch können andere
aromatische Dihydroxyverbindungen der vorliegenden Erfindung verwendet
werden und sie sind gewählt
aus der Gruppe bestehend aus Bisphenolen mit der Struktur I,
worin R
3-R
10 unabhängig
ein Wasserstoffatom, Halogenatom, eine Nitrogruppe, Cyanogruppe,
ein C
1-C
20-Alkylradikal,
C
4-C
20-Cycloalkylradikal
oder ein C
6-C
20-C-Arylradikal
sind; W ist eine Bindung, ein Sauerstoffatom, ein Schwefelatom,
eine SO
2-Gruppe, ein C
1-C
20-aliphatisches Radikal, ein C
6-C
20-aromatisches Radikal, ein C
6-C
20-cycloaliphatisches Radikal oder die Gruppe
worin R
11 und
R
12 unabhängig ein Wasserstoffatom, C
1-C
20-Alkylradikal, C
4-C
20-Cycloalkylradikal
oder C
4-C
20-Arylradikal
sind; oder R
11 und R
12 zusammen
einen C
4-C
20-cycloaliphatischen
Ring bilden, welcher wahlweise durch eine oder mehrere C
1-C
20-Alkyl, C
6-C
20-Aryl, C
5-C
21-Aralkyl, C
5-C
20-Cycloalkylgruppen oder eine Kombination
davon substituiert ist; Dihydroxybenzene mit der Struktur II,
worin R
15 unabhängig bei
jedem Auftreten ein Wasserstoffatom, Halogenatom, eine Nitrogruppe,
Cyanogruppe, ein C
1-C
20-Alkylradikal, C
4-C
20-Cycloalkylradikal
oder C
4-C
20-Arylradikal
ist, d eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist und Dihydroxynaphthalene
mit den Strukturen III und IV,
worin R
16,
R
17, R
18 und R
19 unabhängig
bei jedem Auftreten ein Wasserstoffatom, Halogenatom, eine Nitrogruppe,
Cyanogruppe, ein C
1-C
20-Alkylradikal,
C
4-C
20-Cycloalkylradikal
oder C
4-C
20-Arylradikal sind;
e und f ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, g eine ganze Zahl von 0 bis
4 ist und h eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
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Geeignete
Bisphenole I sind veranschaulicht durch
2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan
(Bisphenol A); 2,2-bis(3-Chlor-4-hydroxyphenyl)
propan;
2,2-bis(3-Brom-4-hydroxyphenyl)propan; 2,2-bis(4-Hydroxy-3-methylphenyl)propan;
2,2-bis(4-Hyddroxy-3-isopropylphenyl)propan;
2,2-bis(3-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3-Phenyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3,5-Dichlor-4-hydroxyphenyl)-propan;
2,2-bis(3,5-Dibrom-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3,5-Dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3-Chlor-4-hydroxy-5-methylphenyl)propan;
2,2-bis(3-Brom-4-hydroxy-5-methylphenyl)propan;
2,2-bis(3-Chlor-4-hydroxy-5-isopropylphenyl)propan;
2,2-bis(3-Brom-4-hydroxy-5-isopropylphenyl)propan;
2,2-bis(3-t-Butyl-5-chlor-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3-Brom-5-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3-Chlor-5-phenyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3-Brom-5-phenyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3,5-disopropyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3,5-di-t-Butyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(3,5-Diphenyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetrachlorphenyl)propan;
2,2-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetrabromphenyl)propan;
2,2-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetramethylphenyl)propan;
2,2-bis(2,6-Dichlor-3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan;
2,2-bis(2,6-Dibrom-3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan;
1,1-bis(4-Hydroxypheny)cyclohexan;
l,l-bis(3-Chlor-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-3-methylphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-3-isopropylphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-t-Butyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Phenyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3,5-Dichlor-hydroxyphenyl)cyanohexan;
1,1-bis(3,5-Dibrom-hydroxyphenyl)cyanohexan;
1,1-bis(3,5-Dimethyl-hydroxyphenyl)cyanohexan;
1,1-bis(3-Chlor-4-hydroxy-5-methylphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-4-hydroxy-5-methylphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Chlor-4-hydroxy-5-isopropylphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-4-hydroxy-5-isopropylphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-t-Butyl-5-chlor-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-5-t-butyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Chlor-5-phenyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-5-phenyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3,5-Disopropyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3,5-di-t-Butyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(3,5-Diphenyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetrachlorphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetrabromphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetramethylphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(2,6-Dichlor-3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(2,6-Dibrom-3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Chlor-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-3-methylphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-3-isopropylphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-t-Butyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Phenyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3,5-Dichlor-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3,5-Dibrom-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3,5-Dimethyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Chlor-4-hydroxy-5-methylphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-4-hydroxy-5-methylphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Chlor-4-hydroxy-5-isopropylphenyl)-3,3,5- trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-4-hydroxy-5-isopropylphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-t-Butyl-5-chlor-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-5-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
bis(3-Chlor-5-phenyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3-Brom-.5-phenyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3,5-Disopropyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3,5-di-t-Butyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(3,5-Diphenyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetrachlorphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetrabromphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(4-Hydroxy-2,3,5,6-tetramethylphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(2,6-Dichlor-3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
1,1-bis(2,6-Dibrom-3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan;
4,4'Dihydroxy-1,1-biphenyl;
4,4'-Dihydroxy-3,3'-dimethyl-1,1-biphenyl;
4,4'-Dihyddroxy-3,3'-dioctyl-1,1-biphenyl;
4,4'-Dihydroxydiphenylether;
4,4'-Dihydroxydiphenylthioether;
1,3-bis(2-(4-Hydroxyphenyl)-2-benzen;
1,3-bis(2-(4-Hydroxy-3-methylphenyl)-2-propyl)benzen;
1,4-bis(2-(4-Hydroxyphenyl)-2-propyl)benzen;
und
1,4-bis(2-(4-Hydroxy-3-methylphenyl)-2-propyl)benzen.
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Geeignete
Dihydroxybenzene II sind veranschaulicht durch Hydroxychinon, Resorcinol,
Methylhydrochinon, Butylhydrochinon, Phenylhydrochinon, 4-Phenylresorcinol
und 4-Methylresorcinol.
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Geeignete
Dihydroxynaphthalene III sind veranschaulicht durch 2,6-Dihydroxynaphthalen;
2,6-Dihydroxy-3-methylnaphthalen und 2,6-Dihydroxy-3-phenylnaphthalen.
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Geeignete
Dihydroxynaphthalene IV sind veranschaulicht durch 1,4-Dihydroxynaphthalen;
1,4-Dihydroxy-2-methylnaphthalen; 1,4-Dihydroxy-2-phenylnaphthalen
und 1,3-Dihydroxynaphthalen.
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Die
relativen Mengen von BPA und anderen Co-Monomeren werden ausgewählt auf
der Grundlage der gewünschten
Zusammensetzung der Oligomere. Wenn andere Co-Monomere verwendet
werden, können sie
als Teil der selben Einspeisung, in einer separaten Einspeisung
oder in beiden hinzugefügt
werden.
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Das aktivierte Diarylcarbonat:
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Das
Carbonat wird vorzugsweise abgeleitet von einem aktivierten Dicarbonat
oder einer Mischung aus einem aktivierten Carbonat mit Diphenylcarbonat.
Ein bevorzugtes aktiviertes Carbonat der vorliegenden Erfindung
ist ein aktiviertes Diarylcarbonat, wie zum Beispiel Bismethylsalicylcarbonat
(BMSC). Jedoch ist, wie hierin verwendet, der Begriff „aktiviertes
Carbonat" definiert
als ein Diarylcarbonat, welches gegenüber Umesterungsreaktionen reaktiver
ist als Diphenylcarbonat. Solche aktivierten Carbonate haben die
allgemeine Formel:
worin Ar ein substituiertes
aromatisches Radikal mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen ist. Die bevorzugten
aktivierten Carbonate haben die genauere allgemeine Formel:
![Figure 00140001](https://patentimages.storage.googleapis.com/24/e3/29/e6612baa65c108/00140001.png)
worin Q und Q' jeweils unabhängig aktivierende
Gruppen sind. A und A' sind
jeweils unabhängig
aromatische Ringe, die gleich oder unterschiedlich sein können, abhängig von
der Anzahl und Position ihrer Substituenten-Gruppen, und n und n' sind ganze Zahlen
von 0 bis zu einem Maximum, das äquivalent
ist zu der Anzahl von ersetzbaren Wasserstoffgruppen, die auf den
aromatischen Ringen A und A' substituiert
sind, worin n + n' größer als
oder gleich 1 ist. R und R' sind
jeweils unabhängig
Substituenten-Gruppen, wie zum Beispiel Alkyl, substituiertes Alkyl,
Cycloalkyl, Alkoxy, Aryl, Alkylaryl, Cyano, Nitro, Halogen und Carboalkoxy.
Die Anzahl von R-Gruppen ist eine ganze Zahl und kann 0 bis zu einem
Maximum sein, das äquivalent
ist zu der Anzahl von ersetzbaren Wasserstoffgruppen auf den aromatischen
Ringen A minus die Zahl n. Die Anzahl von R'-Gruppen ist
eine ganze Zahl und kann 0 bis zu einem Maximum sein, das äquivalent
ist zu der Anzahl von ersetzbaren Wasserstoffgruppen auf den aromatischen
Ringen A minus die Zahl n'.
Die Anzahl, Art und die Anordnung der R- und R'-Substituenten
auf dem aromatischen Ring sind nicht eingeschränkt, außer wenn sie das Carbonat deaktivieren
und zu einem Carbonat führen,
welches weniger reaktiv ist als Diphenylcarbonat.
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Nicht
einschränkende
Beispiele für
aktivierende Gruppen Q und Q' sind:
Alkoxycarbonylgruppen, Halogene, Nitrogruppen, Amidgruppen, Sulfongruppen,
Sulfoxidgruppen oder Imingruppen mit Strukturen, die unten angegeben
sind:
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Spezifische
und nicht einschränkende
Beispiele für
aktivierte Carbonate schließen
folgende ein: Bis(o-Methoxycarbonylphenyl)carbonat,
bis(o-Chlorphenyl) carbonat, bis(o-Nitrophenyl)carbonat, bis(o-Acetylphenyl)carbonat,
bis(o-Phenylketonphenyl)carbonat,
bis(o-Formylphenyl)carbonat. Unsymmetrische Kombinationen aus diesen
Strukturen, wo die Substitutionsanzahl und der Substitutionstyp
auf A und A' unterschiedlich
sind, sind auch zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet.
Eine bevorzugte Struktur für
ein aktiviertes Carbonat ist ein Ester-substituiertes Diarylcarbonat
mit der Struktur:
worin R
1 unabhängig bei
jedem Auftreten ein C
1-C
20-Alkylradikal,
C
4-C
20-Cycloalkylradikal
oder C
4-C
20-aromatisches
Radikal ist; R
2 unabhängig bei jedem Auftreten ein
Halogenatom, eine Cyanogruppe, Nitrogruppe, ein C
1-C
20-Alkylradikal, C
4-C
20-Cycloalkylradikal,
ein C
4-C
20-aromatisches
Radikal, C
1-C
20-Alkoxyradikal, C
4-C
20-Cycloalkoxyradikal,
C
4-C
20-Aryloxyradikal, C
1-C
20-Alkylthioradikal,
C
4-C
20-Cycloalkylthioradikal, C
4-C
20-Arylthioradikal,
C
1-C
20-Alkylsulfinylradikal,
C
4-C
20-Cycloalkylsulfinylradikal,
C
4-C
20-Arylsulfinylradikal, C
1-C
20-Alkylsulfonylradikal,
C
1-C
20-Cycloalkylsulfonylradikal,
C
4-C
20-Arylsulfonylradikal,
C
1-C
20-Alkoxycarbonylradikal,
C
4-C
20-Cycloalkoxycarbonylradikal,
C
4-C
20-Aryloxycarbonylradikal, C
2-C
60-Alkylaminoradikal, C
6-C
60-Cycloalkylaminoradikal,
C
5-C
60-Arylaminoradikal,
C
1-C
40-Alkylaminocarbonylradikal,
C
4-C
40-Cycloalkylaminocarbonylradikal,
C
4-C
40-Arylaminocarbonylradikal
oder C
1-C
20-Acylaminoradikal
ist und b unabhängig
bei jedem Auftreten eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist. Mindestens
einer der Substituenten CO
2R
1 ist
vorzugsweise in einer Ortho-Position relativ zu der Carbonatgruppe
angeheftet.
-
Beispiele
für bevorzugte
Ester-substituierte Diarylcarbonate schließen Folgendes ein, sind aber
nicht darauf beschränkt:
bis(Methylsalicyl)carbonat (CAS Registry No. 82091-12-1), bis (Ethylsalicyl)
carbonat, bis(Propylsalicyl)carbonat, bis(Butylsalicyl)carbonat,
bis(Benzylsalicyl)carbonat, bis(Methyl-4-chlorsalicyl)carbonat und
dergleichen. Typischerweise wird BMSC bevorzugt für die Verwendung
in der Schmelz-Polycarbonat-Synthese auf Grund seines niedrigeren
Molekulargewichts und höheren
Dampfdrucks.
-
Ein
Verfahren zur Bestimmung, ob ein bestimmtes Diarylcarbonat aktiviert
ist oder nicht aktiviert ist, ist, eine Modell-Umesterungsreaktion
zwischen dem bestimmten Diarylcarbonat mit einem Phenol, wie zum Beispiel
p-(1,1,3,3-Tetramethyl)butylphenyol,
durchzuführen.
Dieses Phenol wird bevorzugt, weil es nur eine reaktive Stelle besitzt,
eine geringe Flüchtigkeit
besitzt und eine ähnliche
Reaktivität
wie Bisphenol-A besitzt. Die Modell-Umesterungsreaktion wurde bei
Temperaturen oberhalb der Schmelzpunkte des bestimmten Diarylcarbonats
und des p-(1,1,3,3-Tetramethyl)butylphenols durchgeführt und
in der Anwesenheit eines Umesterungs-Katalysators, welcher üblicherweise
eine wässerige
Lösung
von Natriumhydroxid oder Natriumphenoxid ist. Bevorzugte Konzentrationen
des Umesterungs-Katalysators sind ungefähr 0,001 Mol% basierend auf
der Zahl von Molen des Phenols oder Diarylcarbonats. Und eine bevorzugte
Reaktionstemperatur ist 200°C.
Aber die Wahl der Bedingungen und der Katalysator-Konzentration kann
angepasst werden, abhängig
von der Reaktivität
der Reaktanten und der Schmelzpunkte der Reaktanten, um eine geeignete
Reaktionsgeschwindigkeit bereitzustellen. Die einzige Einschränkung für die Reaktionstemperatur
ist, dass die Temperatur unterhalb der Zerfallstemperatur der Reaktanten
liegen muss. Verschlossene Röhrchen
können
verwendet werden, wenn die Reaktionstemperaturen bewirken, dass
die Reaktanten sich verflüchtigen
und das molare Reaktentengleichgewicht beeinflusst wird. Die Bestimmung
der Gleichgewichtskonzentration der Reaktanten wird bewerkstelligt
durch Reaktionsprobennahme während
des Verlaufs der Reaktion und anschließende Analyse der Reaktionsmischung
unter Verwendung eines Detektionsverfahrens, das dem Fachmann gut
bekannt ist, wie zum Beispiel HPLC (Hochdruck-Flüssigchromatographie). Spezielle
Sorgfalt muss aufgebracht werden, damit die Reaktion nicht andauert,
nachdem die Probe aus dem Reaktionsgefäß entnommen wurde. Dies wird
erzielt durch Abkühlen
der Probe in einem Eisbad und durch Verwenden einer Reaktions-Ablöschungssäure, wie
zum Beispiel Essigsäure,
in der Wasserphase des HPLC-Lösungsmittel-Systems.
Es kann auch wünschenswert sein,
eine Reaktions-Ablöschungssäure direkt
in die Reaktionsprobe einzuführen,
zusätzlich
zur Abkühlung der
Reaktionsmischung. Eine bevorzugte Konzentration für die Essigsäure in der
Wasserphase des HPLC-Lösungsmittel-Systems ist 0,05%
(v/v). Die Gleichgewichtskonstante wurde aus der Konzentration der
Recktanten und des Produkts bestimmt, wenn ein Gleichgewicht erreicht
wurde. Es wird angenommen, dass ein Gleichgewicht erreicht wurde,
wenn die Konzentration von Komponenten in der Reaktionsmischung
einen Punkt geringer oder keiner Änderung in der Probennahme
der Reaktionsmischung erreicht. Die Gleichgewichtskonstante kann
aus der Konzentration der Recktanten und Produkte beim Gleichgewicht
durch Verfahren bestimmt werden, die dem Fachmann gut bekannt sind.
Es wird angenommen, dass ein Diarylcarbonat, welches eine relative
Gleichgewichtskonstante (Ktest/KDPC) von größer als 1 besitzt, ein günstigeres
Gleichgewicht besitzt als Diphenylcarbonat und ein aktiviertes Carbonat
ist, wohingegen von einem Diarylcarbonat, welches eine Gleichgewichtskonstante
von 1 oder weniger besitzt, angenommen wird, dass es das gleiche
oder ein ungünstigeres
Gleichgewicht besitzt als Diphenylcarbonat und als nicht aktiviert
betrachtet wird. Es wird im Allgemeinen bevorzugt, ein aktiviertes
Carbonat mit sehr hoher Reaktivität zu verwenden, verglichen
mit Diphenylcarbonat, wenn Umesterungs-Reaktionen durchgeführt werden. Bevorzugt werden
aktivierte Carbonate mit einer Gleichgewichtskonstante von größer als
mindestens 10-mal der von Diarylcarbonat.
-
Einige
nicht einschränkende
Beispiele für
nicht aktivierende Gruppen, von denen, wenn sie in einer Ortho-Position relativ
zu der Carbonatgruppe vorhanden sind, nicht erwartet werden würde, dass
sie in aktivierten Carbonaten resultieren, sind Alkyl, Cycloalkyl
oder Cyanogruppen. Einige spezifische und nicht einschränkende Beispiele
für nicht
aktivierte Carbonate sind bis(o-Methylphenyl)carbonat, bis(p-Cumylphenyl)carbonat,
bis(p-(1,1,3,3-Tetramethyl)butylphenyl)carbonat
und bis(o-Cyanophenyl)carbonat. Von unsymmetrischen Kombinationen
aus diesen Strukturen wird auch erwartet, dass sie in nicht aktivierten
Carbonaten resultieren.
-
Unsymmetrische
Diarylcarbonate, worin eine Arylgruppe aktiviert ist und eine Arylgruppe
nicht aktiviert oder deaktiviert ist, würden auch in dieser Erfindung
nützlich
sein, wenn die aktivierende Gruppe das Diarylcarbonat noch reaktiver als
Diphenylcarbonat macht.
-
Das
Carbonat kann auch abgeleitet sein von Dicarbonsäuren, Dicarbonsäureestern
oder Dicarbonsäurehalogeniden.
Solche konstituierenden Wiederholungseinheiten sind typischerweise
Polyester-Polycarbonat-Einheiten. Nicht einschränkende Beispiele für Dicarbonsäuren schließen Terephthalsäure, Isophthalsäure, Sebacinsäure, Decandioic
Acid, Dodecandioic Acid etc. ein. Nicht einschränkende Beispiele für Dicarbonsäureester
schließen
Diphenylsebacat, Diphenylterephthalat, Diphenylisophthalat, Diphenyldecandioat, Diphenyldodecandioat
etc. ein. Nicht einschränkende
Beispiele für
Dicarbonsäurehalogenide
schließen
Terephthaloylchlorid, Isophthaloylchlorid, Sebacoylchlorid, Decandioylchlorid,
Dodecandioylchlorid etc. ein. Solche Polyester-Polycarbonat-Einheiten
können
in Verhältnissen
von bis zu 50 Mol%, vorzugsweise nicht mehr als 30 Mol%, in copolymerisierten
Polycarbonaten in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung vorhanden sein.
-
Die
theoretische Stöchiometrie
der Reaktion innerhalb des Gleichgewichtsgefäßes erfordert ein molares Verhältnis der
Dihydroxyverbindung zu der Diarylcarbonat-Zusammensetzung von 1:1.
Jedoch ist das molare Verhältnis
in dem Gleichgewichtsgefäß bei der
Durchführung
der vorliegenden Erfindung geeigneterweise zwischen 0,25:1 bis 3:1,
stärker
bevorzugt 1:0,95 bis 1:1,05 und stärker bevorzugt 1:0,98 bis 1:1,02.
-
Der Katalysator:
-
Der
Katalysator kann in das Gleichgewichtssystem kontinuierlich eingeführt werden,
oder er kann chargenweise eingeführt
werden und kann vorkommen vor, während
oder nach der Einführung
des aktivierten Diarylcarbonats oder der Dihydroxyverbindung(en).
-
Der
Katalysator, der in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, ist eine Base und umfasst vorzugsweise mindestens eine Quelle
für Erdalkaliionen
oder Alkalimetallionen und/oder mindestens eine quaternäre Ammoniumverbindung,
eine quaternäre
Phosphoniumverbindung oder eine Mischung davon. Die Quelle für Erdalkaliionen
oder Alkalimetallionen wird in einer solchen Menge verwendet, dass
die Menge an Erdalkali- oder Alkalimetallionen, die in der Reaktionsmischung
vorhanden sind, in einem Bereich zwischen ungefähr 10–5 und
ungefähr
10–8 Mol
Erdalkali- oder Alkalimetallion pro Mol von verwendeter Dihydroxyverbindung
liegt.
-
Die
quaternäre
Ammoniumverbindung ist gewählt
aus der Gruppe von organischen Ammoniumverbindungen, die die Struktur
VI haben,
worin R
20-R
23 unabhängig
ein C
1-C
20-Alkylradikal,
C
4-C
20-Cycloalkylradikal
oder ein C
4-C
20-C-Arylradikal
sind und X
– ein
organisches oder anorganisches Anion ist. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Anion X
– gewählt aus
der Gruppe bestehend aus Hydroxid, Halogenid, Carboxylat, Sulfonat,
Sulfat, Formiat, Carbonat und Bicarbonat.
-
Nicht
einschränkende
Beispiele für
geeignete organische Ammoniumverbindungen, die die Struktur VI umfassen,
sind Tetramethylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Tetramethylammoniumacetat, Tetramethylammoniumformiat
und Tetrabutylammoniumacetat. Tetramethylammoniumhydroxid wird oft
bevorzugt.
-
Die
quaternäre
Phosphoniumverbindung ist gewählt
aus der Gruppe von organischen Phosphoniumverbindungen, die die
Struktur VII haben,
worin R
24-R
27 unabhängig
ein C
1-C
20-Alkylradikal,
C
4-C
20-Cycloalkylradikal
oder ein C
4-C
20-Arylradikal
sind und X
– ein
organisches oder anorganisches Anion ist. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist Anion X
– ein
Anion gewählt
aus der Gruppe bestehend aus Hydroxid, Halogenid, Carboxylat, Sulfonat,
Sulfat, Formiat, Carbonat und Bicarbonat. Geeignete organische Phosphoniumverbindungen,
die die Struktur VII umfassen, sind veranschaulicht durch Tetramethylphosphoniumhydroxid,
Tetramethylphosphoniumacetat, Tetramethylphosphoniumformiat, Tetrabutylphosphoniumhydroxid
und Tetrabutylphosphoniumacetat (TBPA). TBPA wird oft bevorzugt.
-
Wo
X– ein
polyvalentes Anion, wie zum Beispiel Carbonat oder Sulfat, ist,
versteht es sich, dass die positiven und negativen Ladungen in den
Strukturen VI und VII genau abgewogen sind. Zum Beispiel versteht es
sich, dass, wo R20-R23 in
Struktur VI jeweils Methylgruppen sind und X– Carbonat
ist, X– ½ (CO3 –2) darstellt.
-
Geeignete
Quellen für
Erdalkaliionen schließen
Erdalkalihydroxide, wie zum Beispiel Magnesiumhydroxid und Kalziumhydroxid,
ein. Geeignete Quellen für
Alkalimetallionen schließen
die Alkalimetalihydroxide ein, die durch Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid
und Kaliumhydroxid veranschaulicht sind. Andere Quellen für Erdalkali-
und Alkalimetallionen schließen
Salze von Carbonsäuren
ein, wie zum Beispiel Natriumacetat, und Derivate von Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA),
wie zum Bespiel EDTA-Tetranatriumsalz
und ETDA-Magnesiumdinatriumsalz.
-
Natriumhydroxid
wird oft bevorzugt.
-
Um
die Bildung von Polycarbonat unter Anwendung des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung zu erreichen, muss eine wirksame Menge an
Katalysator verwendet werden. Die Menge an verwendetem Katalysator
basiert typischerweise auf der Gesamtanzahl von Molen von Dihydroxyverbindungen,
die in der Polymerisierungs-Reaktion verwendet werden. Wenn auf
das Verhältnis
von Katalysator, zum Beispiel Phosphoniumsalz VII, zu allen Dihydroxyverbindungen,
die in der Polymerisierungs-Reaktion
verwendet werden, Bezug genommen wird, ist es praktisch, sich auf
die Mole von Phosphoniumsalz pro Mol der Dihydroxyverbindung(en) zu
beziehen, was die Anzahl von Molen von Phosphoniumsalz geteilt durch
die Summe der Mole von jeder einzelnen Dihydroxyverbindung, die
in der Reaktionsmischung vorhanden ist, bedeutet. Die Menge von
organischen Ammonium- oder
Phosphoniumsalzen VI oder VII, welche verwendet werden, wird typischerweise
in einem Bereich zwischen ungefähr
1 × 10–2 und
ungefähr
1 × 10–5 liegen,
vorzugsweise zwischen ungefähr
1 × 10–3 und
ungefähr
1 × 10–4 Molen
pro Mol der ersten und zweiten Dihydroxyverbindung kombiniert. Der
anorganische Metallhydroxid-Katalysator
wird typischerweise in einer Menge entsprechend zwischen ungefähr 1 × 10–4 und
ungefähr
1 × 10–8,
vorzugsweise 1 × 10–4 und
ungefähr
1 × 10–7 Mol
von Metallhydroxid pro Mol der ersten und zweiten Dihydroxyverbindungen
kombiniert, verwendet.
-
In
einigen Fällen
muss es nicht notwendig sein, Katalysator zu dem Gleichgewichtssystem
hinzuzufügen,
da einige der Dihydroxyverbindungen Verunreinigungen haben können, welche
einen katalytischen Effekt haben. Beispiele sind kleine Mengen an
Alkalimetallhydroxiden, die häufig
als Rückstände aus
dem Verfahren zur Herstellung von Dihydroxyverbindungen vorhanden
sind. Diese Alkalimetallhydroxide werden manchmal hinzugefügt, um saure
Spezies von dem Katalysator, der in dem Verfahren zur Herstellung
der Dihydroxyverbindung verwendet wird, zu neutralisieren. Ein Beispiel
ist die Verwendung von Natrium- oder
Kaliumhydroxid, um saure Spezies von kationischem Ionenaustauscherharz-Katalysator
in einem Verfahren zur Herstellung von Bisphenol A zu neutralisieren.
Andere Stabilisatoren, die in Bisphenol A vorhanden sein können und
von denen einige einen katalytischen Effekt haben können, sind
in
US 5,091,591 offenbart.
-
Das Verfahren:
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Herstellung
einer Polycarbonat-Oligomermischung, wie in Anspruch 1 definiert.
-
Mehrere
Ausführungsformen
des Gleichgewichtssystems und Mittel zum Mischen der Reaktionsmischung
werden betrachtet. Der Begriff „Gefäß" bezeichnet jede Art von Tank, Behälter, Reaktor,
Bett oder Kombinationen davon. Allgemeiner bezieht sich der Begriff „Gefäß", wie in dieser Anmeldung
verwendet, auf den Ort, worin die Dihydroxyzusammensetzung und die
aktivierte Diarylcarbonat-Zusammensetzung reagieren, um Polycarbonat-Oligomere zu bilden.
Der Begriff „Gefäß" sollte nicht so
ausgelegt werden, dass er den Schutzumfang der Ansprüche auf
einen bestimmten Typ von Vorrichtung oder auf eine bestimmte Reihe
von Vorrichtungen einschränkt.
Somit sind nicht einschränkende
Beispiele für „Gefäße" geeigneterweise
Reaktoren, Tanks, horizontale Röhrchen,
vertikale Röhrchen,
Röhrchen
mit und ohne Innenvorrichtungen, Extruder, Reaktoren vom Typ einer
rotierenden Scheibe (zum Beispiel horizontal) und Pools, etc.
-
Das „Mittel
zum Mischen" der
Reaktionsmischung innerhalb des Gleichgewichtssystems und des/der Gefäße(s) ist
durch Bewegung durch Propeller und/oder Rezirkulationsleitungen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Mittel
zum Mischen mit einer Rezirkulationsleitung und mit einem Propeller erzielt.
-
Die
Dihydroxyverbindung wird geschmolzen, bevor sie in das Gleichgewichtssystem
eingeführt
wird. Es sollte darauf geachtet werden, dass der Zerfall der Dihydroxyverbindung
vermieden wird, und die Verweilzeit der Dihydroxyverbindung bei
einer hohen Schmelztemperatur sollte begrenzt werden. Der Zerfall
der Dihydroxyverbindung kann in einem gefärbten Polymer resultieren.
Somit wird es bevorzugt, dass das Polycarbonat-Oligomer, das mit
dem Verfahren dieser Erfindung gebildet wird, einen YI von weniger
als 10, und stärker bevorzugt
von weniger als 5, hat. In einer anderen Ausführungsform ist es wünschenswert,
einen YI von weniger als 2 und stärker bevorzugt von weniger
als 1,5, und noch stärker
bevorzugt von weniger als 0,8, zu haben.
-
Ein
bevorzugter Apparat, der geeignet ist zum Schmelzen einer Dihydroxyverbindung,
wird eine relativ kurze Verweilzeit und eine relativ niedrige Filmtemperatur
haben. Dies kann erreicht werden mit einer kurzen Verweilzeit in
einem Dünnfilm-Umwälzungsschmelzer.
Mit einer relativ kurzen Verweilzeit ist eine Zeit von weniger als
30% der Verweilzeit in dem Gleichgewichtssystem gemeint, am stärksten bevorzugt
weniger als 10% Insbesondere für
zerfallsempfindliche Dihydroxyverbindungen wird es auch bevorzugt,
im Wesentlichen eine Pfropfenströmung
durch den Schmelzapparat mit einer begrenzten Menge an Rückmischung
zu haben, um eine breite Verweilzeit-Verteilung zu verhindern. Beispiele
für geeignete
Schmelzapparate sind: Dünnfilm-Umwälzungsschmelzer,
ummantelte Rohrschmelzer mit interner Bewegung, zum Beispiel rotierenden
Scheiben oder Paddeln, ummantelte bewegte Gefäße, ummantelte bewegte Gefäße mit einer
Rezirkulationsleitung mit oder ohne Wärmetauscher, ummantelte Schneckenförderer,
zweiphasige Mantel- und
Rohrwärmetauscher, Extruder,
zweiphasige statische Mischer. In einer Ausführungsform wird die Verweilzeit
der Dihydroxyverbindung bei einer Temperatur oberhalb der Gleichgewichtstemperatur
in dem Gleichgewichtssystem signifikant kürzer sein als die Verweilzeit
beim Gleichgewicht in dem Gleichgewichtssystem. In wiederum einer
anderen Ausführungsform
ist ein bevorzugter Schmelzer ein Hochgeschwindigkeits-Paddelmischer mit
einem einzelnen Rotor und variabler Intensität, wobei der Hosokawa Bepex
Turbulizer Mixer/Coater häufig
bevorzugt wird.
-
In
einer anderen Ausführungsform
werden zwei oder mehr Dihydroxyverbindungen vorzugsweise als eine
Schmelze zu dem Gleichgewichtssystem hinzugefügt. Sie können als eine Mischung oder
in separaten Einspeisungen hinzugefügt werden. Bevorzugt werden
Kombinationen aus Dihydroxyverbindungen, wo eine Dihydroxyverbindung
Bisphenol A ist.
-
In
einer Ausführungsform
werden die Dihydroxyverbindungen als eine Schmelze zu einem Gleichgewichtssystem
hinzugefügt,
das ein gerührtes
Gefäß umfasst,
wahlweise mit einer Rezirkulationsleitung Das geschmolzene Dihydroxy
kann zu dem Gefäß auf unterschiedliche
Arten gegeben werden (d. h. von der Spitze des Gefäßes durch
freien Fall in die flüssige
Reaktionsmischung, durch ein Tauchrohr in die flüssige Reaktionsmischung, durch
Nebeneinspeisung oberhalb oder unterhalb der Oberfläche der
flüssigen
Reaktionsmischung). Kombinationen aus den vorhergehenden Ausführungsformen
sind auch möglich.
-
Das
aktivierte Diarylcarbonat kann auch auf unterschiedliche Arten zu
dem Gleichgewichtssystem gegeben werden. In einer Ausführungsform
wird das aktivierte Diarylcarbonat als eine Schmelze aus einem haltenden
Gefäß, wo das
aktivierte Diarylcarbonat in einem flüssigen Stadium gehalten wird,
zu dem Gleichgewichtssystem gegeben. Das Hinzufügen des Diarylcarbonats als
ein Feststoff wird auch in Erwägung
gezogen, oder das Vorschmelzen des Diarylcarbonats in einem Schmelzapparat ähnlich dem,
der für
das Schmelzen der Dihydroxyverbindungen in Betracht gezogen wird,
ist möglich.
-
Es
wird erwogen, dass der Katalysator zusammen mit dem oder ohne das
aktivierte Diarylcarbonat hinzugefügt werden könnte. Nicht einschränkende Beispiele
für Zugabearten
sind durch direkte Injektion in die Leitung einer Katalysator-Lösung in
einem Lösungsmittel,
die Zugabe separat zu dem Gleichgewichtssystem oder die Zugabe mit
einer Dihydroxyverbindung.
-
Das
Gleichgewichtssystem wird vorzugsweise in einem inerten Stadium
betrieben, um die Oxidation der Reaktionsmischung zu verhindern.
Die Inertmachung des Systems wird geeigneterweise ausgeführt durch Abdecken
des Systems mit Inertgas, zum Beispiel Stickstoff. Der Fachmann
wird erkennen, dass das erforderliche Niveau von Reaktionsträgheit (d.
h. die maximale erlaubte Sauerstoffmenge) von der Gleichgewichtstemperatur
und der Empfindlichkeit der verwendeten Monomere gegenüber Oxidation
abhängt.
In einigen Ausführungsformen
wird es bevorzugt, sehr niedrige Sauerstoffmengen zu haben, vorzugsweise
weniger als 1%, stärker
bevorzugt < 1000
ppm, am stärksten
bevorzugt weniger als 100 ppm.
-
Nach
dem Hinzufügen
der Dihydroxyzusammensetzung zu der Reaktionsmischung innerhalb
des Gleichgewichtssystems lässt
man die Dihydroxyverbindung(en) und das Diarylcarbonat in der Anwesenheit der
wirksamen Menge des Katalysators miteinander reagieren, um Polycarbonat-Oligomere
zu bilden. Wie in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet,
bezieht sich der Begriff „Oligomere" auf Polycarbonat-Polymere,
die von 2 bis 40 Wiederholungseinheiten haben, abgeleitet von der/den
Dihydroxyverbindung(en).
-
Während der
Oligomerisierungs-Reaktion wird das Gleichgewichtsgefäß bei einer
Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Dihydroxyzusammensetzung
gehalten. Diese Temperatur liegt vorzugsweise zwischen einer Temperatur
unterhalb von 140°C
und 300°C.
Wenn die Temperatur zu hoch ist, besteht ein Risiko von Katalysator-Zersetzung
und Nebenproduktbildung. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, könnten die Monomerreste
und die Polycarbonat-Oligomere kristallisieren. Der Schmelzpunkt
der Co-Monomere, die in der Erfindung verwendet werden, ist typischerweise
oberhalb der Arbeitstemperatur des Gleichgewichtsgefäßes. Somit
hat die Mischung innerhalb des Gleichgewichtsgefäßes einen niedrigeren Gefrierpunkt
als die einzelnen Co-Monomere. In einer Ausführungsform wird die Temperatur
in dem Gleichgewichtssystem bei mindestens 10° unterhalb der Schmelztemperatur
der am höchsten
schmelzenden Dihydroxyverbindung gehalten. In einer anderen Ausführungsform
liegt die Temperatur in dem Gleichgewichtssystem mindestens 30°C unterhalb
der Schmelztemperatur der am höchsten
schmelzenden Dihydroxyverbindung. In wiederum einer anderen Ausführungsform
liegt die Temperatur in dem Gleichgewichtssystem mindestens 100°C unterhalb
der Schmelztemperatur der am höchsten
schmelzenden Dihydroxyverbindung. Die Zugabe der Dihydroxyverbindung(en) kann
erreicht werden durch kontinuierliche, gepulste, halbkontinuierliche
oder halbchargenweise Zuführung.
-
Hohe
Temperaturen der Oligomermischung werden auch die unerwünschte Nebenproduktbildung
einschließlich
Salicyl-OH erhöhen
(siehe
U. S. P. 6,548,623 und
die Struktur unten).
-
-
Somit
ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, die Temperatur des
Gleichgewichtsgefäßes in einem
Bereich zu halten, der die Bildung von Salicyl-OH und die Kristallisation
der Monomere hemmt.
-
Während der
Reaktion wird das Gleichgewichtsgefäß geeigneterweise bei atmosphärischem
Druck gehalten, da dies sowohl kosteneffizient ist als auch die
Verflüchtigung
des Methylsalicylates vermeidet, welches als Lösungsmittel dient. Es wird
jedoch anerkannt, dass höhere
oder niedrigere Drücke verwendet
werden könnten,
wenn gewünscht,
da der Druck in dem Gleichgewichtssystem nicht absolut entscheidend
ist.
-
Nach
einem anfänglichen
Reaktionszeitraum wird ein Produktstrom eines Polycarbonat-Oligomers kontinuierlich
aus dem Gleichgewichtsgefäß abgezogen,
sodass das Gleichgewichtsgefäß eine Verweilzeit hat,
die geeignet ist, damit die Reaktion Polycarbonat-Oligomere bilden
kann. Eine akzeptable Verweilzeit eines Gleichgewichtsgefäßes ist
von 5 Minuten bis 10 Stunden, und stärker bevorzugt 30 Minuten bis
2 Stunden.
-
Die
Polycarbonat-Oligomermischung, die aus dem Gleichgewichtsgefäß abgezogen
wird, kann geeigneterweise als ein Einspeisungsvorrat für die Erzeugung
von Polycarbonat-Polymeren mit höherem
Molekulargewicht (zum Beispiel 18.000 Mw bis
150.000 Mw) verwendet werden. In Übereinstimmung
mit diesem Aspekt der Erfindung wird Polycarbonat-Oligomer, hergestellt
wie oben beschrieben, in ein Polykondensationssystem eingeführt, worin
Methylsalicylat eliminiert wird und eine Polymerisierungsreaktion
weiterhin das Molekulargewicht des Polycarbonats erhöht. Das
Polykondensationssystem umfasst Reaktoren, die unter Vakuum betrieben
werden können,
um das Methylsalicylat zu eliminieren und bei einer höheren Temperatur
die Kristallisation der Oligomere zu vermeiden. Geeignete Reaktoren,
die in dem Polykondensationssystem verwendet werden können, schließen inter
alia kontinuierliche gerührte
Tankreaktoren, Extruder, Pfropfenströmungsreaktoren, Rohrreaktoren
und Flashtanks ein. Das Erhitzen und das Verdampfen finden sehr
schnell statt, um die Verweilzeit bei hoher Temperatur und hohem
Methylsalicylatgehalt zu minimieren, um die Nebenproduktbildung
zu minimieren. Der Abschluss der Reaktion und die Polymerisation
werden üblicherweise
in einem oder mehreren Reaktoren durchgeführt. Die resultierenden Polycarbonat-Polymere
haben vorzugsweise ein Molekulargewicht Mw von
mehr als 18.000.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit zur Herstellung
eines geformten Artikels, das die folgenden Schritte umfasst:
- (i) Herstellen einer Polycarbonat-Oligomermischung
gemäß dem Verfahren
wie in Anspruch 1 definiert,
- (ii) Einführen
der Polycarbonat-Oligomermischung von Schritt (I) in ein Polykondensationssystem,
um Molekulargewicht aufzubauen, wodurch Polycarbonat erzeugt wird,
und
- (iii) Bilden eines geformten Artikels aus dem Polycarbonat.
-
Die
geformten Artikel können
aus diesem Polycarbonat geformt werden durch die Verfahren von,
inter alia, Spritzgießen,
Blasformen, Extrusion oder Co-Extrusion.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Apparates zur Praktizierung
der Erfindung. Die Dihydroxyverbindung(en) wird/werden über den
Trichter 4 in einen Schmelzer 11 gegeben. Das
geschmolzene Dihydroxy wird dann über die Zuführungsleitung 5 in
das Gleichgewichtssystem, hier Gefäß 10, gegeben. Gemäß dieser
Ausführungsform
wird die Dihydroxy-Zuführungsleitung 5 vor
ihrer Einführung
in das Gleichgewichtsgefäß 10 mit
einer Rezirkulierungsleitung 6 kombiniert. Die aktivierte
Diarylcarbonat-Zusammensetzung wird in das Gleichgewichtssystem über die
Zuführungsleitung 1 eingeführt. Katalysatoren
können
in das Gleichgewichtsgefäß 10 über die
Katalysator-Zuführung 2 eingeführt werden.
Wenn erforderlich, kann Methylsalicylat in das Gleichgewichtsgefäß über die
Methylsalicylat-Zuführung 3 gegeben
werden. Ein Teil des Oligomerstroms, der aus dem Gleichgewichtsgefäß 10 abgezogen
wird, wird dann wieder zurück
in das Gleichgewichtssystem zirkuliert über die Rezirkulationsleitung 6 durch
die Pumpe 8. Das Oligomerprodukt, das sich in dem Gleichgewichtsgefäß 10 gebildet
hat, kann über
den Oligomerproduktstrom 7 zu einem Filter vor einem Polykondensationssystem
transportiert werden. Das Gleichgewichtsgefäß 10 ist mit einem
Mittel zum Mischen der Reaktionsmischung innerhalb des Gleichgewichtssystems,
welches eine vertikal rotierende Achse mit Rührblättern 9 ist, ausgestattet.
-
Ein
Apparat wird auch bereitgestellt zur Herstellung von Polycarbonat
durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung. Der Apparat umfasst
Folgendes: einen oder mehrere Schmelzvorrichtungen, die entweder separat
oder in Kombination eine aktivierte Diarylcarbonat-Zusammensetzung
und eine Dihydroxy-Zusammensetzung enthalten; ein Gleichgewichtsgefäß, verbunden
mit der einen oder den mehreren Schmelzvorrichtung(en) und die geschmolzene
Diarylcarbonat-Zusammensetzung und geschmolzene Dihydroxyverbindung davon über eine
oder mehrere Monomer-Zuführungsleitungen
erhaltend; eine Zuführungsleitung,
verbunden mit dem Gleichgewichtsgefäß und einen Polymerisations-Katalysator enthaltend;
ein Polykondensationssystem, worin das Polykondensationssystem am
eine Ende mit dem Gleichgewichtsgefäß verbunden ist; und eine Überführungsleitung,
die das Gleichgewichtsgefäß mit dem
Polykondensationssystem verbindet und die einen Oligomerstrom enthält; worin
das Gleichgewichtsgefäß eine Größe und der
Apparat eine Fließgeschwindigkeit hat,
die in Kombination so ausgewählt
sind, dass die Verweilzeit der Diarylcarbonat-Zusammensetzung und der
Dihydroxy-Zusammensetzung in dem Gleichgewichtsgefäß ausreichend
ist, um Polycarbonat-Oligomere innerhalb des Gleichgewichtsgefäßes zu erzeugen;
worin die Dihydroxyverbindung eine Verweilzeit in ihrer Schmelzvorrichtung
hat, welche geringer ist als 30% der Verweilzeit in dem Gleichgewichtsgefäß.
-
Der
Apparat kann weiter eine Rezirkulations-Zuführungsleitung
umfassen, die sich von der Überführungsleitung
zu dem Gleichgewichtsgefäß erstreckt
und einen Teil des Oligomerstroms enthält, wodurch der Teil des Oligomerstroms
zu dem Gleichgewichtsgefäß rezirkuliert
wird. Eine oder mehrere Monomer-Zuführungsleitungen können mit
der Rezirkulations-Zuführungsleitung
kombiniert werden, um das Mischen des Monomerstroms (der Monomerströme) zu unterstützen, ebenso
wie um die Kristallisation der Monomere zu verhindern.
-
Die
Temperatur, die Fließgeschwindigkeit
und die Mischgeschwindigkeit der Schmelzvorrichtungen ebenso wie
die Schmelzvorrichtungen selbst sind so ausgewählt, dass ein wesentlicher
Zerfall des Dihydroxy und des aktivierten Diarylcarbonats verhindert
wird. Die eine oder mehreren Schmelzvorrichtungen können aus
der Gruppe bestehend aus Dünnfilm-Schmelzvorrichtungen,
ummantelten Rohrschmelzern mit interner Bewegung, ummantelten bewegten
Gefäßen, ummantelten
bewegten Gefäßen mit
einer Rezirkulationsleitung mit oder ohne Wärmetauscher, ummantelten Schneckenförderern,
zweiphasigen Mantel- und Rohrwärmetauschern,
Extrudern und zweiphasigen statischen Mischern ausgewählt werden.
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In
wiederum einer anderen Ausführungsform
umfasst der Apparat weiter ein Gleichgewichtssystem, das zwei oder
mehr Oligomermischungsgefäße hat,
welche periodisch in das Polykondensationssystem einspeisen.
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Mischungen
aus Polymeren sind typisch in der Industrie. Somit kann das Polycarbonat,
das unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt
wurde, mit anderen polymeren Materialien gemischt werden, zum Beispiel
anderen Polycarbonaten, Polyestercarbonaten, Polyestern und Olefinpolymeren, wie
zum Beispiel ABS. Des Weiteren können
die Polycarbonate, die unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden, mit konventionellen Zusatzstoffen
gemischt werden, wie zum Beispiel Hitzestabilisatoren, Formfreisetzungsmitteln
und UV-Stabilisatoren.
Diese Mischungen können
zu verschiedenen Artikeln geformt werden, wie zum Beispiel optischen
Disks, optischen Linsen, Automobillampen-Komponenten und dergleichen.
Somit ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, geformte Artikel
bereitzustellen, die die Polycarbonatmischungen und/oder das Polycarbonat,
das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde,
umfassen.