ES2207540T5 - Proceso continuo para producir poli(tereftalato de trimetileno). - Google Patents
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Abstract
Proceso continuo para la producción de poli(tereftalato de trimetileno) que comprende los pasos de: (a) aportar continuamente una mezcla líquida de alimentación a un prepolimerizador, comprendiendo la mezcla líquida de alimentación al menos uno de los miembros del grupo que consta de tereftalato de bis-3-hidroxipropilo y de los miembros del grupo que consta de poliésteres de bajo peso molecular que contienen grupos propileno y grupos tereftalato, y teniendo la mezcla líquida de alimentación una relación molar de grupos propileno a grupos tereftalato de 1, 1 a 2, 2; (b) polimerizar continuamente en el prepolimerizador, con aplicación de un vacío, el que es al menos uno de los miembros del grupo que consta de tereftalato de bis-3- hidroxipropilo y de los miembros del grupo que consta de poliésteres de bajo peso molecular para formar un prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno) y una primera corriente de subproductos gaseosos; (c) retirar continuamente del prepolimerizador el prepolímerode poli(tereftalato de trimetileno), teniendo el prepolímero una viscosidad relativa de al menos aproximadamente 5; (d) aportar continuamente el prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno) a un polimerizador final y polimerizar continuamente en el polimerizador final usando vacío el prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno) para formar un poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular más alto y una segunda corriente de subproductos gaseosos; y (e) retirar continuamente del polimerizador final el poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular más alto, teniendo el poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular más alto una viscosidad intrínseca de al menos aproximadamente 0, 55 dl/g.
Description
Proceso continuo para producir
poli(tereftalato de trimetileno).
La presente invención se refiere a un proceso
continuo para la producción de poli(tereftalato de
trimetileno), al que se denomina también comúnmente
poli(tereftalato de 1,3-propileno). El
proceso de la invención puede ser usado como parte de un proceso
que se desarrolla en tres recipientes, siendo el primer recipiente
un intercambiador de ésteres para producir una mezcla de
tereftalato de bis-3-hidroxipropilo
y polímeros de bajo peso molecular de
1,3-propanodiol y ácido tereftálico que tienen un
grado de polimerización de promedio de 15 o menos a partir de
tereftalato de dimetilo y 1,3-propanodiol o un
reactor para producir el material de partida a partir de ácido
tereftálico y 1,3-propanodiol. El segundo recipiente
es un prepolimerizador, y el tercer recipiente es un polimerizador
final o acabador.
Son conocidos procesos continuos que se
desarrollan en tres recipientes para la producción de
poli(tereftalato de etileno). Por ejemplo, Vodonik describe
en la Patente U.S. Nº 2.727.882 un proceso para la polimerización
continua de tereftalato de
bis-2-hidroxietilo usando un
prepolimerizador.
Son también conocidos procesos discontinuos para
la producción de poli(tereftalato de trimetileno). Por
ejemplo, Doerr et al. describen en la Patente U.S. Nº
5.340.909 la producción de poli(tereftalato de trimetileno)
usando ya sea una reacción de intercambio de ésteres comenzando con
éster de tereftalato de dialquilo inferior o bien la esterificación
directa de ácido tereftálico seguida por una reacción de
policondensación, siendo ambas modalidades llevadas a cabo de
manera discontinua usando una autoclave.
Está además descrito en la Patente U.S. Nº
5.599.900 un proceso que es ejecutado a presión atmosférica para la
producción de poliésteres tales como poli(tereftalato de
1,3-propileno).
Sería muy deseable aportar un proceso continuo
en tres recipientes para la producción de poli(tereftalato
de trimetileno). Sería también deseable aportar un proceso continuo
para la producción de poli(tereftalato de trimetileno) en el
cual fuese minimizada la producción de subproductos tales como
acroleína y alcohol alílico y en el cual fuese maximizado el peso
molecular del polímero final de poli(tereftalato de
trimetileno). La presente invención aporta un proceso de este
tipo.
La invención consiste en un proceso continuo que
es para la producción de poli(tereftalato de trimetileno) y
comprende los pasos de:
(a) aportar continuamente una mezcla líquida de
alimentación a un prepolimerizador, comprendiendo la mezcla líquida
de alimentación al menos uno de los miembros del grupo que consta de
tereftalato de bis-3-hidroxipropilo
y de los miembros del grupo que consta de poliésteres de bajo peso
molecular de 1,3-propanodiol y ácido tereftálico, y
teniendo la mezcla líquida de alimentación una relación molar de
grupos propileno a grupos tereftalato de 1,1 a 2,2;
(b) polimerizar continuamente tereftalato de
bis-3-hidroxipropilo y dichos
poliésteres de bajo peso molecular para formar un prepolímero de
poli(tereftalato de trimetileno) y una primera corriente de
subproductos gaseosos;
(c) retirar continuamente del prepolimerizador
el prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno), teniendo
el prepolímero una viscosidad relativa de al menos aproximadamente
5;
(d) aportar continuamente el prepolímero de
poli(tereftalato de trimetileno) a un polimerizador final y
polimerizar continuamente el prepolímero de poli(tereftalato
de trimetileno) para formar un poli(tereftalato de
trimetileno) de peso molecular más alto y una segunda corriente de
subproductos gaseosos; y
(e) retirar continuamente del polimerizador
final el poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular
más alto, teniendo el poli(tereftalato de trimetileno) de
peso molecular más alto una viscosidad relativa de al menos
aproximadamente 17.
La Figura 1 es una representación esquemática de
un equipo que es útil para ejecutar el proceso de la invención.
La Figura 2 es una representación esquemática de
un prepolimerizador que es útil para ejecutar el paso de
prepolimerización del proceso de la invención.
El proceso de la invención es parte de un
proceso continuo realizado en tres recipientes y en tres etapas
para la producción de poli(tereftalato de trimetileno). La
primera etapa del proceso es una reacción de intercambio de ésteres
o una reacción de esterificación directa, en dependencia de si el
material de partida para el proceso es tereftalato de dimetilo o
ácido tereftálico. La segunda etapa es una prepolimerización, y la
tercera etapa es una polimerización final. La presente invención es
útil para aportar un proceso continuo para la producción de
poli(tereftalato de trimetileno) en el cual es minimizada la
producción de subproductos y es maximizado el peso molecular del
polímero producido.
La abreviatura "ppm" es utilizada en la
presente para hacer referencia a partes por millón, lo que es igual
a microgramos por gramo.
El material de alimentación para el
prepolimerizador puede ser producido ya sea mediante intercambio de
ésteres a partir de tereftalato de dimetilo y
1,3-propanodiol o bien mediante esterificación
directa a partir de ácido tereftálico y
1,3-propanodiol. Ambos procesos producen tereftalato
de bis-3-hidroxipropilo (al que se
llama "monómero") y poliésteres de bajo peso molecular de
1,3-propanodiol y ácido tereftálico que tienen un
grado de polimerización de promedio de 15 o menos (a los que se
llama "oligómeros").
Como se muestra en la Figura 1, el recipiente de
reacción 10 es una fuente de monómero y/u oligómeros que son
aportados al prepolimerizador 12. El recipiente de reacción 10 puede
ser un reactor de intercambio de ésteres o un reactor de
esterificación directa.
Tanto si la mezcla de alimentación de
monómeros/oligómeros es producida mediante esterificación directa a
partir de ácido tereftálico como si dicha mezcla de alimentación de
monómeros/oligómeros es producida mediante intercambio de ésteres a
partir de tereftalato de dimetilo, antes de la reacción de
esterificación o de transesterificación es añadido un catalizador.
Los catalizadores que son útiles en el proceso de intercambio de
ésteres incluyen compuestos orgánicos e inorgánicos de titanio,
lantano y zinc. Son preferidos los catalizadores de titanio tales
como los de titanato de tetraisopropilo y de titanato de
tetraisobutilo, y dichos catalizadores son añadidos al
1,3-propanodiol en una cantidad suficiente para
producir de 20 a 90 ppm de titanio en peso sobre la base del
polímero acabado. Estos niveles producen un nivel relativamente bajo
de tereftalato de dimetilo que no ha reaccionado en la reacción de
intercambio de ésteres (menos de un 5% en peso sobre la base del
peso total de la corriente de salida que sale del intercambiador de
ésteres), proporcionan razonables velocidades de reacción en los
pasos de prepolimerización y de polimerización final, y producen
polímero con un color CIELAB b* de menos de 8 medido mediante la
escala de color CIELAB de 1976 de la CIE según la normalización de
la CIE, que es la Comisión Internacional de la Iluminación
(Commission Internationale de L'Éclairage). El valor b indica el
grado de amarillez, indicando un valor numérico más alto un grado de
amarillez más alto (que es contrario a lo deseado). Otro útil
catalizador de intercambio de ésteres es el acetato de lantano, que
puede ser añadido en una cantidad suficiente para producir de 125 a
250 ppm de lantano en peso sobre la base del polímero acabado. A
continuación de la reacción de intercambio de ésteres, el lantano es
desactivado mediante la adición de ácido fosfórico en una cantidad
suficiente para producir de 10 a 50 ppm de fósforo en peso sobre la
base del polímero acabado. Titanato de tetraisopropilo o titanato de
tetraisobutilo es entonces añadido como catalizador de
policondensación en una cantidad suficiente para producir de 10 a 50
ppm de titanio en peso sobre la base del polímero acabado. Las
cantidades de otros catalizadores de intercambio de ésteres son
ajustadas para obtener el mismo efecto como las 20 a 90 ppm de
titanio.
Los catalizadores que son útiles en el proceso
de esterificación directa incluyen compuestos de organotitanio y
compuestos organoestánnicos que son añadidos al
1,3-propanodiol en una cantidad suficiente para
producir al menos 20 ppm de titanio o al menos 50 ppm de estaño,
respectivamente, en peso sobre la base del polímero acabado.
Puede ser añadido catalizador adicional a la
mezcla de monómeros/oligómeros después de la reacción de intercambio
de ésteres o de esterificación directa y antes de la
prepolimerización.
Tanto si la mezcla de alimentación de
monómeros/oligómeros es producida mediante esterificación directa a
partir de ácido tereftálico como si dicha mezcla de alimentación de
monómeros/oligómeros es producida mediante intercambio de ésteres a
partir de tereftalato de dimetilo, a la entrada del prepolimerizador
se mantiene una relación molar de grupos propileno a grupos
tereftalato de aproximadamente 1,1 a 2, con preferencia de
aproximadamente 1,4 a 1,8, y con la máxima preferencia de
aproximadamente 1,5.
Como se muestra en la Figura 1, la mezcla de
monómeros/oligómeros es bombeada del intercambiador de ésteres o
del reactor de esterificación directa al prepolimerizador 12 por
medio de una tubería de alimentación 16 con temperatura regulada
que está equipada con bombas y opcionalmente con filtros. En las
tuberías de alimentación, la mezcla de monómeros/oligómeros es
mantenida a una temperatura de aproximadamente 215º a 250ºC.
El prepolimerizador 12 efectúa el paso de
polimerización inicial, que supone retirar el
1,3-propanodiol sobrante e incrementar la
viscosidad del producto formando moléculas de polímero de cadena más
larga. Como se muestra en la Figura 2, el prepolimerizador 12
consta de tres secciones que son el precalentador 20, la sección de
bandejas 22 y la sección de cabeza 24.
La función del precalentador 20 es la de aportar
el calor que es necesario para llevar a cabo la reacción de
prepolimerización y para evaporar el 1,3-propanodiol
sobrante de la mezcla de reacción en el prepolimerizador. El
precalentador 20 es un intercambiador de calor que tiene una
pluralidad de tubos y una envoltura que contiene un medio de
calentamiento tal como vapor Dowtherm. La mezcla de
monómeros/oligómeros es calentada al pasar a través del
precalentador 20 y entra a continuación en el fondo de la sección de
bandejas 22.
La sección de bandejas 22 está rodeada por una
camisa exterior que contiene un medio de calentamiento tal como
vapor Dowtherm, y dicha sección de bandejas contiene una pluralidad
de bandejas 26 que dividen la columna en una serie de zonas de
reacción que están fluídicamente conectadas entre sí por los de una
pluralidad de tubos ascendentes 28. Los espacios intermedios entre
las bandejas 26 y los tubos ascendentes 28 producen turbulencia y
generan finas películas que permiten que el
1,3-propanodiol se desprenda más fácilmente del
prepolímero. Los espacios intermedios y los tubos ascendentes
proporcionan también una reserva en el reactor (tiempo de
permanencia) para activar la reacción de polimerización hasta ser
alcanzado un peso molecular más alto.
La sección de cabeza 24 incluye el casquete de
burbujeo 30 con tubo ascendente 32, la bandeja más superior 34, la
tubería 36 de salida de vapor y la tubería 38 de salida de polímero.
La cabeza está rodeada por una camisa exterior que contiene un
medio de calentamiento tal como vapor Dowtherm. Es aplicado un vacío
en la parte superior de la columna a través de la tubería 36 de
salida de vapor, por ejemplo por medio de toberas de vacío.
La mezcla líquida de reacción es calentada hasta
aproximadamente 255ºC en el precalentador 20. La temperatura de la
mezcla líquida de reacción en la sección de bandejas 22 es mantenida
a un nivel de aproximadamente 245º a 265ºC, con preferencia de
aproximadamente 250º a 260ºC, y con la máxima preferencia de
aproximadamente 255ºC. La estructura de la sección de bandejas 22
redunda en una disminución escalonada de la presión de bandeja a
bandeja desde el fondo hasta la parte superior del prepolimerizador.
La presión absoluta encima de la bandeja más superior 34 en el
prepolimerizador es mantenida a un nivel de aproximadamente 4 a 18
mm Hg (de 553 a 2399 Pa), con preferencia de aproximadamente 6 a 12
mm Hg (de 800 a 1600 Pa), y con la máxima preferencia de
aproximadamente 6 mm Hg (800 Pa).
El vapor de 1,3-propanodiol es
un subproducto de la reacción de polimerización y constituye la
fuerza motriz para el funcionamiento del prepolimerizador. La
combinación de calor en el fondo del prepolimerizador y vacío en la
parte superior vaporiza el 1,3-propanodiol y da
lugar a la aspiración del mismo a través de la sección de bandejas
22, ocasionando una regeneración continua de las interfases de
líquido/vapor. El vapor de 1,3-propanodiol arrastra
la mezcla líquida de reacción y la lleva del fondo a la parte
superior de la sección de bandejas 22.
El arrastre de la mezcla líquida de reacción
requiere tanto un adecuado volumen como una adecuada velocidad del
vapor, los cuales son dependientes de la cantidad de la caída de
presión del fondo a la parte superior de la sección de bandejas 32,
la cual es a su vez dependiente de la relación molar de grupos
propileno a grupos tereftalato. Para un rendimiento total constante
y una relación molar constante, la caída de presión en el
prepolimerizador es constante.
La sección de cabeza 24 separa el vapor de
1,3-propanodiol del prepolímero arrastrado que es
trasladado hacia arriba en la columna. El vapor y el prepolímero
arrastrado que pasan a través de la bandeja más superior 34 entran
en el gran casquete de burbujeo 30 a través del tubo ascendente 32
en la sección de cabeza 24. El vapor de
1,3-propanodiol entra en el tubo ascendente desde la
zona situada debajo de la bandeja más superior 34, sale del tubo
ascendente debajo del casquete de burbujeo 30 e invierte su
dirección pasando de la dirección de subida a la dirección de
bajada, permitiendo que el líquido de prepolímero arrastrado choque
con la parte inferior del casquete de burbujeo 30, forme gutículas
y caiga sobre la bandeja más superior 34. Al salir el vapor de
1,3-propanodiol a través de los cortes practicados
en el casquete de burbujeo 30, dicho vapor invierte de nuevo su
dirección. Una vez que el vapor de 1,3-propanodiol
ha entrado en la sección de cabeza 24, son drásticamente reducidas
la velocidad del vapor y su capacidad de arrastre, lo cual permite
que el líquido se separe. Los vapores de
1,3-propanodiol son retirados de la sección de
cabeza 24 a través de la tubería 36 de salida de vapor, que está
conectada a un sistema de vacío. Los vapores de
1,3-propanodiol son entonces condensados y
recogidos.
Un método para condensar los vapores de
1,3-propanodiol procedentes del prepolimerizador es
el de utilizar un condensador de pulverización. Los vapores de la
tubería de vapor pasan al interior de un condensador vertical donde
son pulverizados con 1,3-propanodiol condensado que
ha sido enfriado hasta una temperatura de menos de 60ºC, y
preferiblemente de menos de 50ºC. Los vapores de
1,3-propanodiol del prepolimerizador condensados,
junto con la pulverización de 1,3-propanodiol, pasan
al interior de una cámara caliente situada debajo del condensador.
Una parte de la mezcla líquida que está en la cámara caliente es
bombeada a través de un refrigerador a la parte superior del
condensador para ser usada en calidad de la pulverización de
condensación.
Los vapores de 1,3-propanodiol
que salen del prepolimerizador contienen típicamente otros
subproductos de reacción tales como acroleína y alcohol alílico. Es
deseable que sea minimizada la producción de subproductos tales
como acroleína y alcohol alílico porque estos dos compuestos son muy
tóxicos y ocasionan irritación de los ojos y las membranas mucosas.
Según el proceso de la invención, la cantidad de acroleína que está
contenida en la corriente de 1,3-propanodiol
condensado que sale del prepolimerizador es de no más de 20 ppm en
peso de condensado, preferiblemente de no más de 10 ppm, y más
preferiblemente de no más de 0 ppm. La cantidad de alcohol alílico
que está contenida en la corriente de
1,3-propanodiol condensado que sale del
prepolimerizador es de no más de 170 ppm en peso de condensado,
preferiblemente de no más de 130 ppm, y más preferiblemente de no
más de 40 ppm.
El producto de reacción de
poli(tereftalato de trimetileno) líquido sale del
prepolimerizador por medio de la gravedad o de una bomba a través
de la tubería 38 de salida de polímero que está conectada a la
bandeja más superior 34.
La viscosidad relativa es un indicador del peso
molecular. La viscosidad relativa, llamada a menudo "LRV", es
la relación de la viscosidad de una solución de 4,75 gramos de
poli(tereftalato de trimetileno) en 100 gramos de solución a
la viscosidad del propio disolvente. El disolvente aquí utilizado
para medir la viscosidad relativa es hexafluoroisopropanol que
contiene 100 ppm de ácido sulfúrico, y las mediciones son efectuadas
a 25ºC. La viscosidad relativa del poli(tereftalato de
trimetileno) que sale del prepolimerizador es de al menos
aproximadamente 5, y preferiblemente de poco más o menos 9 a 10.
El tiempo de permanencia o de espera en el
prepolimerizador es típicamente de poco más o menos 20 a 45
minutos.
Como se muestra en la Figura 1, el producto de
reacción líquido del prepolimerizador 12 es aportado al
polimerizador final o acabador 14 por medio de una tubería 18 de
alimentación con temperatura regulada. La finalidad principal del
acabador 14 es la de incrementar la longitud de la cadena molecular
o viscosidad del polímero. Esto se logra usando calor, agitación,
vacío y catalizador. Es deseable que sea maximizado el peso
molecular del polímero acabado, para que antes de la hilatura de
fibras o de otras operaciones de conformación puedan evitarse
adicionales operaciones de elaboración tales como, por ejemplo, la
polimerización en estado sólido.
El acabador es normalmente un recipiente
cilíndrico horizontal que está rodeado por una camisa exterior que
contiene un medio de calentamiento tal como vapor Dowtherm. El
prepolímero procedente del prepolimerizador 12 fluye a través de
una entrada al interior del acabador. Un agitador genera grandes
áreas superficiales de películas delgadas de polímero para
incrementar la transferencia de masa de
1,3-propanodiol desde el polímero.
La temperatura de los reactivos líquidos en el
acabador es mantenida a un nivel de aproximadamente 245º a 265ºC,
con preferencia de aproximadamente 250º a 260ºC, y con la máxima
preferencia de aproximadamente 255ºC. La presión en el acabador es
mantenida a un nivel de aproximadamente 0,5 a 3,0 mm Hg (66 a 400
Pa).
El polímero acabado es retirado del acabador a
través de una salida por medio de una bomba. La viscosidad relativa
del poli(tereftalato de trimetileno) que sale del acabador es
de al menos aproximadamente 17, con preferencia de aproximadamente
35 o más, más preferiblemente de poco más o menos 40 o más, más
preferiblemente de poco más o menos 45 o más, y con la máxima
preferencia de aproximadamente 50 o más. Cuando se las correlaciona
con mediciones de la viscosidad intrínseca en
fenol/1,1,2,2-tetracloroetano al 60/40 por ciento en
peso según ASTM D 4603-96, estas viscosidades
relativas corresponden a viscosidades intrínsecas de aproximadamente
0,55 dl/g, 0,85 dl/g, 0,91 dl/g, 0,96 dl/g y 1,0 dl/g,
respectivamente. La viscosidad del polímero acabado puede ser
regulada a base de ajustar la presión u otras variables del
acabador. El tiempo de permanencia o de espera en el acabador es
típicamente de poco más o menos 1 a 2 horas.
El 1,3-propanodiol y otros
subproductos gaseosos son retirados del acabador mediante vacío
seguido por condensación. Un método para condensar los vapores de
1,3-propanodiol procedentes del acabador es el de
utilizar un condensador de pulverización similar al descrito
anteriormente para la condensación de los vapores de
1,3-propanodiol procedentes del
prepolimerizador.
Según la presente invención, la cantidad de
acroleína contenida en la corriente de
1,3-propanodiol condensado que sale del acabador es
de no más de 80 ppm en peso de condensado, preferiblemente de no más
de 45 ppm, y más preferiblemente de no más de 25 ppm. La cantidad
de alcohol alílico contenida en la corriente de
1,3-propanodiol condensado que sale del acabador es
de no más de 1000 ppm, preferiblemente de no más de 650 ppm, y más
preferiblemente de no más de 500 ppm.
El polímero acabado puede ser pelletizado o
aportado directamente a una operación de conformación tal como una
operación de hilatura de fibras, de formación de película o de
moldeo. Las fibras hechas a base del poli(tereftalato de
trimetileno) producido mediante el proceso de la invención tienen
propiedades que hacen que las mismas sean útiles en varias
aplicaciones textiles, incluyendo la fabricación de alfombras o
ropas.
Pueden usarse varios aditivos en el proceso de
la invención. Estos aditivos incluyen inhibidores del color tales
como ácido fosfórico, deslustrantes tales como dióxido de titanio,
modificadores de la teñibilidad, pigmentos y blanqueadores. Si se
usan catalizadores de intercambio de ésteres y de polimerización
independientes, pueden ser añadidos ácido fosfórico
(H_{3}PO_{4}) u otros inhibidores del color para minimizar o
anular la propiedad de formación de color del catalizador de
intercambio de ésteres.
Ejemplos
1-27
Usando un equipo del tipo indicado en los
dibujos, junto con un intercambiador de ésteres, una corriente de
76,4 libras/h (34,7 kg/h) de tereftalato de dimetilo fue
precalentada hasta una temperatura de 185ºC y fue mezclada
continuamente con una corriente de 44,9 libras/h (20,4 kg/h) de
1,3-propanodiol catalizado que era también
precalentado hasta una temperatura de 185ºC, para formar una mezcla
que tenía una relación molar de 1,5 moles de
1,3-propanodiol por mol de tereftalato de dimetilo.
El catalizador era titanato de tetraisopropilo (Tyzor® TPT,
suministrado por la E. I. du Pont de Nemours and Company, de
Wilmington, DE, DuPont Performance Chemicals), que fue añadido al
1,3-propanodiol en una cantidad suficiente para
producir 50 ppm en peso de titanio sobre la base del peso total de
poli(tereftalato de trimetileno) formado en el proceso. La
mezcla de tereftalato de dimetilo y 1,3-propanodiol
catalizado fue aportada al interior de la base de un intercambiador
de ésteres, donde la temperatura de los reactivos líquidos fue
mantenida al nivel de 237ºC, y la presión en la base del
intercambiador de ésteres fue mantenida al nivel de 900 a 950 mm Hg
(119.970 a 126.635 Pa). La presión en la parte superior de la
columna de intercambio de ésteres era la presión atmosférica. En el
intercambiador de ésteres, el 1,3-propanodiol
reaccionaba con el tereftalato de dimetilo para formar monómero de
tereftalato de bis-3-hidroxipropilo
y oligómeros de bajo peso molecular de
1,3-propanodiol y ácido tereftálico, liberando
vapor de metanol que era retirado continuamente de la parte superior
del intercambiador de ésteres. La mezcla de monómeros/oligómeros
era retirada continuamente de la base del intercambiador de ésteres
y aportada a la base de un prepolimerizador. En el
prepolimerizador, los monómeros y los oligómeros reaccionaban para
formar un prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno),
liberando vapor de 1,3-propanodiol. El vapor de
1,3-propanodiol y los otros subproductos gaseosos
eran retirados de la parte superior del prepolimerizador y
condensados. El prepolímero de poli(tereftalato de
trimetileno) era retirado continuamente del plato más superior del
prepolimerizador y era aportado al extremo de entrada de un
recipiente acabador. En el acabador se mantuvo una temperatura de
los reactivos líquidos de 255ºC. En el acabador, el prepolímero de
poli(tereftalato de trimetileno) reaccionaba para formar un
polímero de peso molecular más alto, liberando adicional vapor de
1,3-propanodiol. El vapor de
1,3-propanodiol y los otros subproductos gaseosos
eran retirados continuamente del acabador. El
poli(tereftalato de trimetileno) era retirado continuamente
del acabador y pelletizado. Las condiciones y los resultados para
la polimerización continua están indicados en la Tabla I para el
prepolimerizador y en la Tabla II para el acabador.
En las Tablas I y II, la temperatura en el
prepolimerizador está indicada como la temperatura del plato más
inferior. Los niveles de acroleína y de alcohol alílico están
indicados en partes por millón (ppm) en peso sobre la base del
condensado total que es retirado del prepolimerizador y del
acabador, respectivamente. Los niveles de dipropilenglicol (DPG)
están indicados en porcentaje en peso sobre la base del prepolímero
o polímero acabado total que es retirado del prepolimerizador y del
acabador, respectivamente. La velocidad del agitador en el acabador
está indicada en revoluciones por minuto (rpm). La cantidad de
grupos terminales carboxilo (COOH) en el polímero acabado está
indicada en microequivalentes por gramo sobre la base del peso total
del polímero acabado. El nivel de catalizador está indicado como
partes por millón (ppm) en peso de titanio en el polímero
acabado.
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Claims (15)
1. Un proceso continuo para la producción de
poli(tereftalato de trimetileno) que comprende los pasos
de:
(a) aportar continuamente una mezcla líquida de
alimentación a un prepolimerizador, comprendiendo la mezcla líquida
de alimentación al menos uno de tereftalato de
bis-3-hidroxipropilo y poliésteres
de bajo peso molecular de grupos tereftalato y
1,3-propanodiol, y teniendo la mezcla líquida de
alimentación una relación molar de grupos propileno a grupos
tereftalato de 1,1 a 2,2;
(b) polimerizar continuamente en el
prepolimerizador, con aplicación de un vacío, el al menos uno del
tereftalato de bis-3-hidroxipropilo
y los poliésteres de bajo peso molecular para formar un prepolímero
de poli(tereftalato de trimetileno) y una primera corriente
de subproductos gaseosos;
(c) retirar continuamente del prepolimerizador
el prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno), teniendo
el prepolímero una viscosidad relativa de al menos aproximadamente
5;
(d) aportar continuamente el prepolímero de
poli(tereftalato de trimetileno) a un polimerizador final y
polimerizar continuamente en el polimerizador final usando vacío el
prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno) para formar
un poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular más
alto y una segunda corriente de subproductos gaseosos; y
(e) retirar continuamente del polimerizador
final el poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular
más alto, teniendo el poli(tereftalato de trimetileno) de
peso molecular más alto una viscosidad intrínseca de al menos
aproximadamente 0,55 dl/g.
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2. Proceso según la reivindicación 1, en el que
la temperatura de los reactivos líquidos que comprenden el que es
al menos uno de los miembros del grupo que consta de tereftalato de
bis-3-hidroxipropilo y de los
miembros del grupo que consta de poliésteres de bajo peso molecular
en el prepolimerizador es mantenida a un nivel de aproximadamente
245º a aproximadamente 265ºC, y la presión en una parte superior del
prepolimerizador es mantenida a un nivel de aproximadamente 4 a
aproximadamente 18 mm Hg (553 a 2399 Pa).
3. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura de los
reactivos líquidos que comprenden el prepolímero de
poli(tereftalato de trimetileno) en el polimerizador final es
mantenida a un nivel de aproximadamente 245º a aproximadamente
265ºC, y la presión en prepolimerizador final es mantenida a un
nivel de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3,0 mm Hg (66 a 400
Pa).
4. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el poli(tereftalato
de trimetileno) que es retirado del polimerizador final tiene una
viscosidad relativa de al menos aproximadamente 35.
5. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el poli(tereftalato
de trimetileno) que es retirado del polimerizador final tiene una
viscosidad relativa de al menos aproximadamente 40.
6. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el poli(tereftalato
de trimetileno) que es retirado del polimerizador final tiene una
viscosidad relativa de al menos aproximadamente 50.
7. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la primera corriente de
subproductos gaseosos es retirada continuamente del
prepolimerizador y condensada, y la primera corriente de
subproductos condensados contiene no más de 20 ppm en peso de
acroleína y no más de 170 de alcohol alílico.
8. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la segunda corriente de
subproductos gaseosos es retirada continuamente del
prepolimerizador y condensada, y la segunda corriente de
subproductos condensados contiene no más de 80 ppm de acroleína y
no más de 1000 de alcohol alílico.
9. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la mezcla líquida de
alimentación es aportada a una parte del fondo del prepolimerizador
y el poli(tereftalato de trimetileno) es retirado de una
parte superior del prepolimerizador, y en el que el prepolimerizador
comprende una serie de zonas de reacción superpuestas verticalmente
y es aplicado calor a una parte del fondo del prepolimerizador y es
aplicado un vacío a una parte superior del prepolimerizador, lo
cual redunda en una disminución escalonada de la presión de cada
zona de reacción a la zona de reacción siguiente y en una
disminución continua de la presión desde la parte del fondo del
prepolimerizador hacia la parte superior del prepolimerizador.
10. Proceso según la reivindicación 9, en el que
los reactivos líquidos desprenden vapor de
1,3-propanodiol en el prepolimerizador, y el vapor
de 1,3-propanodiol arrastra los reactivos líquidos y
los transporta de la parte del fondo del prepolimerizador y a
través de cada zona de reacción a la parte superior del
prepolimerizador, y en el que el desprendimiento de
1,3-propanodiol por parte de los reactivos líquidos
ocasiona la agitación de los reactivos líquidos en cada zona de
reacción y una regeneración continua de las interfases de
líquido/gas.
11. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además el paso de
preparar la mezcla líquida de alimentación mediante intercambio de
ésteres de tereftalato de dimetilo y 1,3-propanodiol
o bien mediante esterificación directa a partir de ácido
tereftálico y 1,3-propanodiol.
12. Proceso según las reivindicaciones
precedentes:
(a) en el que el prepolimerizador comprende una
columna que comprende una serie de zonas de reacción que están
superpuestas verticalmente y están fluídicamente conectadas entre sí
por los de una pluralidad de tubos ascendentes, y la mezcla líquida
de alimentación es aportada a una parte del fondo del
prepolimerizador, y el poli(tereftalato de trimetileno) es
retirado de una parte superior del prepolimerizador, y en el que las
zonas de reacción contienen reactivos líquidos que comprenden la
mezcla líquida de alimentación y moléculas de cadena más larga del
poliéster formado a partir de la mezcla líquida de alimentación, y
es aplicado calor a una parte inferior del prepolimerizador de
forma tal que los reactivos líquidos en el prepolimerizador son
mantenidos a una temperatura de aproximadamente 245º a
aproximadamente 265ºC; y es aplicado un vacío a una parte superior
del prepolimerizador de forma tal que la presión en una parte
superior del prepolimerizador es mantenida a un nivel de
aproximadamente 4 a aproximadamente 18 mm Hg (553 a 2399 Pa) y de
forma tal que hay una disminución escalonada de la presión de cada
zona de reacción a la siguiente zona de reacción y una disminución
continua de la presión de la parte del fondo del prepolimerizador a
la parte superior del prepolimerizador;
(b) en el que los reactivos líquidos desprenden
vapor de 1,3-propanodiol en el prepolimerizador, y
el vapor de 1,3-propanodiol arrastra los reactivos
líquidos y los transporta de la parte inferior del prepolimerizador
y a través de cada zona de reacción a la parte superior del
prepolimerizador, y en el que el desprendimiento de
1,3-propanodiol por parte de los reactivos líquidos
ocasiona la agitación de los reactivos líquidos en cada zona de
reacción y una regeneración continua de las interfases de
líquido/gas;
(c) en el que el polimerizador final contiene el
prepolímero de poli(tereftalato de trimetileno) en forma de
un líquido que es mantenido a una temperatura de aproximadamente
245º a aproximadamente 265ºC; y la presión en el polimerizador
final es mantenida a un nivel de aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 3,0 mm Hg (66 a 400 Pa);
(d) en el que el proceso comprende además el
paso de preparar la mezcla líquida de alimentación usando un
catalizador mediante intercambio de ésteres de tereftalato de
dimetilo y 1,3-propanodiol o mediante esterificación
directa a partir de ácido tereftálico y
1,3-propanodiol; y
(e) en el que la primera corriente de
subproductos gaseosos es retirada continuamente del prepolimerizador
y condensada, y la primera corriente de subproductos condensados
contiene no más de 10 ppm en peso de acroleína y no más de 40 ppm
de alcohol alílico y la segunda corriente de subproductos
condensados contiene no más de 25 ppm de acroleína y no más de 500
ppm de alcohol alílico.
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13. Proceso según la reivindicación 12, en el
que el paso de preparar la mezcla líquida de alimentación es
llevado a cabo mediante el intercambio de ésteres de tereftalato de
dimetilo y 1,3-propanodiol y el catalizador para el
intercambio de ésteres es titanato de tetraisopropilo y es añadido
al 1,3-propanodiol en una cantidad suficiente para
producir de 20 a 90 ppm de titanio en peso sobre la base del
poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular más alto
del polimerizador final.
14. Proceso según la reivindicación 12, en el
que el paso de preparar la mezcla líquida de alimentación es
llevado a cabo mediante la esterificación directa a partir de ácido
tereftálico y 1,3-propanodiol y el catalizador es
seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de
compuestos de organotitanio y compuestos organoestánnicos que son
añadidos al 1,3-propanodiol en una cantidad
suficiente para producir al menos 20 ppm de titanio, o al menos 50
ppm de estaño, respectivamente, en peso sobre la base del peso del
poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular más alto
del polimerizador final.
15. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además los pasos de (a)
pelletizar opcionalmente el poli(tereftalato de trimetileno)
de peso molecular más alto, y (b) formar con el
poli(tereftalato de trimetileno) de peso molecular más alto
fibras, película o producto moldeado, no siendo llevada a cabo
polimerización en estado sólido antes de la conformación.
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