ES2222880T3 - Metodo para preparar una resina de poliester copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol. - Google Patents

Metodo para preparar una resina de poliester copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol.

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Abstract

Un método para preparar resinas de poliéster copolimerizadas con 1, 4-ciclohexanodimetanol que comprende las etapas de: esterificar ácido tereftálico con un componente glicol que comprende etilenglicol y 1, 4-ciclohexanodimetanol; y policondensar dicho producto de reacción esterificado de 250 a 290ºC bajo una presión reducida de 53.300 a 13, 3 Pa (400 a 0, 1 mmHg) en presencia de un compuesto basado en titanio como catalizador de policondensación y un trietilfosfonoacetato como estabilizador y en el que el 1, 4-ciclohexanodimetanol equivale a de 10 a 90% en moles del componente glicol total, y en el que el trietilfosfonoacetato se usa en una cantidad de 10 a 150 ppm del elemento P sobre la base del polímero final.

Description

Método para preparar una resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol.
La presente invención se refiere a un método para preparar una resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol. Más específicamente, la presente invención se refiere a un método para preparar una resina de poliéster, en el que la policondensación en presencia de un compuesto basado en titanio como catalizador y trietil/fosfonoacetato, un compuesto de tipo ácido carboxifosfónico, como estabilizador, da una resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol, que es de alta claridad con buen color.
Recientemente, las resinas de poliéster copolimerizadas con 1,4-ciclohexanodimetanol han aumentado en valor comercial, encontrando varias aplicaciones, incluyendo materiales de empaquetado, artículos moldeados, láminas, etc. En el pasado, dichas resinas de poliéster se preparaban mediante la adición de 1,4-ciclohexanodimetanol después de la transesterificación de tereftalato de dimetilo. Sin embargo, el poliéster se produce ahora a partir de ácido tereftálico; provocando así una mejora en la calidad del producto final y una ventaja económica. Dicha técnica se explica en las patentes de Estados Unidos números 5.340.907 y 5.385.773. Estas patentes divulgan un procedimiento para producir copoliéster que tiene un componente de ácido dicarboxílico y un componente glicol, comprendiendo el componente de ácido dicarboxílico unidades repetidas de ácido tereftálico al 90% en moles y comprendiendo el componente glicol unidades repetidas de 1,4-ciclohexanodimetanol al alrededor de 10 a 95% en moles y etilenglicol al alrededor de 90 a 5% moles.
Divulgación de la invención
Conduciendo a la presente invención, la investigación intensa y minuciosa sobre resinas de poliéster, llevada a cabo por los presentes inventores que apunta a evitar los problemas encontrados en las técnicas anteriores, resultó en el descubrimiento de que la policondensación en presencia de un compuesto basado en titanio como catalizador y un compuesto de tipo ácido carboxifosfónico como estabilizador resulta en una resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol, que es de claridad excelente con buen color.
Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proporcionar un método para preparar una resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol que tiene claridad y color mejorados. La resina de poliéster de la presente invención tiene un color más brillante y un menor contenido de metal que aquellos de una resina de poliéster convencional.
Para conseguir el objeto de la presente invención, el método para preparar la resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol comprende las siguientes etapas de: esterificar ácido tereftálico con un componente de glicol que comprende etilenglicol y 1,4-ciclohexanodimetanol de 230 a 270ºC bajo presiones de 9.810 a 294.000 Pa (0,1 a 3,0 kg/cm^{2}) con la relación molar del componente glicol total a ácido tereftálico variando de 1,1 a 3,0; y policondensar dicho producto de reacción esterificado de 250 a 290ºC bajo una presión reducida de 53.300 a 13,3 Pa (400 a 0,1 mmHg) en presencia de un compuesto basado en titanio como catalizador de policondensación y trietilfosfonoacetato como estabilizador.
Descripción detallada de la invención
En la preparación de una resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol utilizando ácido tereftálico, etilenglicol y 1,4-ciclohexanodimetanol, el componente glicol que comprende etilenglicol y 1,4-ciclohexanodimetanol son alimentados primeramente con la relación molar del componente glicol total a ácido tereftálico que varía de 1,1 a 3,0 y a continuación esterificados de 230 a 270ºC bajo una presión de 0,1 a 3,0 kg/cm^{2}. El 1,4-ciclohexanodimetanol disponible en la presente invención puede estar en la forma de un isómero cis- o trans- o puede ser una mezcla de ambos isómeros. El 1,4-ciclohexanodimetanol se añade en una cantidad aproximada a un porcentaje en moles deseado del polímero final. En la presente invención, el 1,4-ciclohexanodimetanol equivale a de 10 a 90% en moles del componente glicol total de modo que impida las dificultades en los procedimientos de procesado de polímeros debido a la cristalización.
Como para la esterificación, preferiblemente se lleva a cabo de 240 a 270ºC y más preferiblemente de 245 a 260ºC. Mientras tanto, el tiempo de esterificación generalmente varía de 100 a 300 minutos, dependiendo de la temperatura, presión, relación molar de glicol a ácido tereftálico de la reacción. Cuando un método de preparación de poliéster se divide en una etapa de esterificación y en una etapa de policondensación como en la presente invención, no se necesitan catalizadores en la esterificación.
La esterificación se puede llevar a cabo en un procedimiento por lotes o continuo. Los materiales de partida se pueden alimentar separadamente, pero la forma de alimentación más preferible es una suspensión de ácido tereftálico en glicol.
Después de que se haya completado la etapa de esterificación, se lleva a cabo la etapa de policondensación. Antes del comienzo de la etapa de policondensación, se añade un catalizador de policondensación al producto de reacción esterificado, junto con un estabilizador y un agente tonificante de color.
Generalmente, el catalizador de policondensación se selecciona del grupo que consiste de compuestos de titanio, germanio y antimonio. Entre éstos, el catalizador basado en titanio es el más ventajoso ya que se usa en una cantidad menor que el catalizador basado en antimonio y es menos costoso que el catalizador basado en germanio. Ejemplos de los compuestos útiles como catalizadores basados en titanio incluyen titanato de tetraetilo, titanato de acetiltripropilo, titanato de tetrapropilo, titanato de tetrabutilo, titanato de polibutilo, titanato de 2-etilhexilo, titanato de octilenglicol, titanato lactato, titanato de trietanolamina, titanato de acetilacetonato, titanato de éster etilacetoacético, titanato de isoestearilo, dióxido de titanio, coprecipitado de dióxido de titanio y dióxido de silicio, coprecipitado de dióxido de titanio y dióxido de circonio. Estos compuestos se pueden usar solos o en combinación. El catalizador se usa en la cantidad de 5 a 100 ppm basada en el elemento de titanio en el polímero final. El catalizador tiene influencia sobre el color del polímero final. Otros factores que afectan al color incluyen el estabilizador y el agente tonificante de color a ser usados. El trietilfosfonoacetato es más estable al calor que los estabilizadores convencionales, así minimiza la formación de productos de degradación y residuos. También, el estabilizador de la presente invención muestra una volatilidad menor que la de los estabilizadores usados en la técnica anterior. Adicionalmente, se puede reducir la corrosión en los equipos y la toxicidad permitiendo el uso del estabilizador de la presente invención, comparado con los estabilizadores convencionales. El estabilizador de la presente invención se usa en una cantidad de 10 a 150 ppm del elemento fósforo basada en el polímero final y preferiblemente en una cantidad de 10 a 100 ppm. Por ejemplo, si la cantidad de estabilizador es menor que 10 ppm, resulta un efecto de estabilización insuficiente, provocando que el polímero se vuelva amarillo. Por otro lado, si la cantidad excede 150 ppm, no se puede obtener un grado de polimerización deseado.
Con respecto al agente tonificante de color que se añade para mejorar el color del polímero, ejemplos del mismo incluyen acetato de cobalto, propionato de cobalto, etc. Este agente se añade en una cantidad de 0 a 100 ppm basada en el peso del polímero final. Se pueden usar compuestos orgánicos, además de aquellos agentes tonificantes de color para controlar el color del polímero.
De 250 a 295ºC bajo una presión reducida de 400 a 0,1 mmHg, se lleva a cabo la etapa de policondensación durante un periodo de tiempo requerido para que el polímero alcance una viscosidad inherente deseada. Una temperatura de reacción preferida para la policondensación está en el intervalo de 265 a 280ºC. La condición de presión reducida es también para el propósito de eliminación de glicol. Después de completar la policondensación, se puede obtener una resina de poliéster deseada copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol.
Se puede obtener una mejor comprensión de la presente invención a la luz de los siguientes ejemplos que se muestran para ilustrar, pero no deben interpretarse como limitadores de la presente invención. La expresión "partes" como se usa en los ejemplos y en los ejemplos comparativos son sobre una base en peso a menos que se establezca otra cosa. También, la expresión "ppm" para catalizadores y estabilizadores se refiere al peso de los elementos activos de los mismos y se basa en el peso del polímero final. También, las propiedades físicas presentadas se midieron como sigue.
Viscosidad inherente (VI): se disolvió un producto en ortoclorofenol a una concentración final de 0,12% a 150ºC y a continuación se midió su viscosidad inherente con un viscosímetro tipo Ubbelohde en un termostato mantenido a 35ºC.
Color: se analizó un producto en cuanto al color mediante el uso de un sistema Colorgard, fabricado por Pacific Scientific.
Ejemplo 1
En un reactor de 3 litros equipado con un agitador y un condensador de descarga se colocaron 996 partes de ácido tereftálico, 294 partes de 1,4-ciclohexanodimetanol y 618 partes de etilenglicol, que se presurizó a continuación con nitrógeno a la presión de 196 kPa (2,0 Kg/cm^{2}). Mientras la temperatura del reactor se elevó lentamente a 255ºC, se permitió que los materiales sufrieran la esterificación. El agua que se produjo como resultado de la esterificación se descargó fuera del reactor. Después de la finalización de la esterificación, lo que se puedo reconocer por el cese de la producción de agua, el producto de reacción en el reactor anterior se transfirió a un reactor de policondensación equipado con un agitador, un condensador de refrigeración y un sistema de vacío. Al producto de reacción de esterificación se añadió un coprecipitado de dióxido de titanio y dióxido de silicio en una cantidad de 40 ppm del elemento Ti basada en el polímero final, trietilfosfonoacetato en una cantidad de 60 ppm del elemento P basada en el polímero final y acetato de cobalto en una cantidad de 80 ppm del elemento Co basada en el polímero final. Mientras la temperatura interna del reactor se elevó de 240ºC a 275ºC, se descargó etilenglicol durante 40 minutos durante la reacción en bajo vacío en la que la presión se redujo de la presión atmosférica a 6.670 Pa (50 mmHg). Entonces, mientras la presión del reactor se redujo a 13,3 Pa (0,1 mmHg), la reacción de policondensación se llevó a cabo además hasta que se obtuvo una viscosidad inherente deseada. El polímero resultante se descargó del reactor y se cortó en forma de lascas. La resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol así preparada se midió en cuanto a la viscosidad inherente y el color por medio de los métodos descritos anteriormente. Adicionalmente, la viscosidad inherente y el color medidos, junto con las condiciones de reacción, se dan en la tabla 1, a continuación.
Ejemplos comparativos 1-3
Estos ejemplos comparativos se llevaron a cabo del mismo modo que el ejemplo 1, excepto que se utilizaron estabilizadores como se muestra en la siguiente tabla 1. La viscosidad inherente y el color medidos, junto con las condiciones de reacción, se dan en la tabla 1, a continuación.
TABLA 1
1
Ejemplo 2
En un reactor de 1000 ml equipado con un agitador y un condensador de descarga se colocaron 199,2 partes de ácido tereftálico, 58,8 partes de 1,4-ciclohexanodimetanol y 123,5 partes de etilenglicol, que a continuación se presurizó con nitrógeno a la presión de 98.100 Pa (1,0 Kg/cm^{2}). Mientras la temperatura del reactor se elevó lentamente a 255ºC, se permitió que los materiales sufrieran esterificación. El agua que se produjo como resultado de la esterificación se descargó fuera del reactor. Después de la finalización de la esterificación, lo que se pudo reconocer por el cese de la producción de agua, el producto de reacción en el reactor anterior se transfirió a un reactor de policondensación equipado con un agitador, un condensador de refrigeración y un sistema de vacío. Al producto de reacción de esterificación se añadió un titanato de tetrapropilo en una cantidad de 50 ppm del elemento Ti basada en el polímero final, trietilfosfonoacetato en una cantidad de 70 ppm del elemento P basada en el polímero final y acetato de cobalto en una cantidad de 80 ppm del elemento Co basada en el polímero final. Mientras la temperatura interna del reactor se elevó de 240ºC a 270ºC, se descargó etilenglicol durante 40 minutos durante la reacción en bajo vacío en la que la presión se redujo de presión atmosférica a 6.690 Pa (50 mm Hg). Entonces, mientras la presión del reactor se redujo a 13,3 Pa (0,1 mm Hg), la reacción de policondensación se llevó a cabo además hasta que se obtuvo una viscosidad inherente deseada. El polímero resultante se descargó del reactor y se cortó en forma de lascas. La resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol así preparada se midió en cuanto a viscosidad inherente y color por medio de los métodos descritos anteriormente. Adicionalmente, la viscosidad inherente y color medidos, junto con las condiciones de reacción, se dan en la tabla 2, a continuación.
Ejemplos comparativos 4-6
Estos ejemplos comparativos se llevaron a cabo del mismo modo que el ejemplo 2, excepto por que se utilizaron estabilizadores como se muestra en la siguiente tabla 2. La viscosidad inherente y el color medidos, junto con las condiciones de reacción, se dan en la tabla 2, a continuación.
TABLA 2
2
Ejemplo 3
En un reactor de 1000 ml equipado con un agitador y un condensador de descarga se colocaron 199,2 partes de ácido tereftálico, 58,8 partes de 1,4-ciclohexanodimetanol y 123,5 partes de etilenglicol, que a continuación se presurizó con nitrógeno a la presión de 98.100 Pa (1,0 Kg/cm^{2}). Mientras la temperatura del reactor se elevó lentamente a 255ºC, se permitió que los materiales sufrieran la esterificación. El agua que se produjo como resultado de la esterificación se descargó fuera del reactor. Después de la finalización de la esterificación, lo que se pudo reconocer por el cese de la producción de agua, el producto de reacción en el reactor anterior se transfirió a un reactor de policondensación equipado con un agitador, un condensador de refrigeración y un sistema de vacío. Al producto de reacción de esterificación se añadió titanato de tetrabutilo en una cantidad de 50 ppm del elemento Ti basada en el polímero final, trietilfosfonoacetato en una cantidad de 70 ppm del elemento P basada en el polímero final y acetato de cobalto en una cantidad de 70 ppm del elemento Co basada en el polímero final. Mientras la temperatura interna del reactor se elevó de 240ºC a 275ºC, se descargó etilenglicol durante 40 minutos durante la reacción en bajo vacío en la que la presión se redujo de presión atmosférica a 6.670 Pa (50 mm Hg). Entonces, mientras la presión del reactor se redujo a 13,3 Pa (0,1 mmHg), la reacción de policondensación se llevó a cabo adicionalmente hasta que se obtuvo una viscosidad inherente deseada. El polímero resultante se descargó del reactor y se cortó en forma de lascas. La resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol así preparada se midió en cuanto a la viscosidad inherente y el color por medio de los métodos descritos anteriormente. Adicionalmente, la viscosidad inherente y el color medidos, junto con las condiciones de reacción, se dan en la tabla 3, a continuación.
Ejemplos comparativos 7 y 8
Estos ejemplos comparativos se llevaron a cabo del mismo modo que el ejemplo 3, excepto que se utilizaron estabilizadores como se muestra en la siguiente tabla 3. La viscosidad inherente y el color medidos, junto con las condiciones de reacción, se dan en la tabla 3, a continuación.
TABLA 3
3
Ejemplo 4
En un reactor de 1000 ml equipado con un agitador y un condensador de descarga se colocaron 199,2 partes de ácido tereftálico, 58,8 partes de 1,4-ciclohexanodimetanol y 123,5 partes de etilenglicol, que a continuación se presurizó con nitrógeno a la presión de 98.100 Pa (1,0 Kg/cm^{2}). Mientras la temperatura del reactor se elevó lentamente a 255ºC, se permitió que los materiales sufrieran esterificación. El agua que se produjo como resultado de la esterificación se descargó fuera del reactor. Después de la finalización de la esterificación, lo que se puedo reconocer por el cese de la producción de agua, el producto de reacción en el reactor anterior se transfirió a un reactor de policondensación equipado con un agitador, un condensador de refrigeración y un sistema de vacío. Al producto de reacción de esterificación se añadió un coprecipitado de dióxido de titanio y dióxido de silicio en una cantidad de 50 ppm del elemento Ti basada en el polímero final, trietilfosfonoacetato en una cantidad de 50 ppm del elemento P basada en el polímero final y acetato de cobalto en una cantidad de 60 ppm del elemento Co basada en el polímero final. Mientras la temperatura interna del reactor se elevó de 240ºC a 270ºC, se descargó etilenglicol durante 40 minutos durante la reacción en bajo vacío en la que la presión se redujo de presión atmosférica a 6.670 Pa (50 mm Hg). Entonces, mientras la presión del reactor se redujo a 13,3 Pa (0,1 mm Hg), la reacción de policondensación se llevó a cabo adicionalmente hasta que se obtuvo una viscosidad inherente deseada. El polímero resultante se descargó del reactor y se cortó en forma de lascas. La resina de poliéster copolimerizada con 1,4-ciclohexanodimetanol así preparada se midió en cuanto a viscosidad inherente y color por medio de los métodos descritos anteriormente. Adicionalmente, la viscosidad inherente y color medidos, junto con las condiciones de reacción, se dan en la tabla 4, a continuación.
Ejemplo comparativo 9
Este ejemplo comparativo se llevó a cabo del mismo modo que el ejemplo 4, excepto que se utilizó ácido fosfórico como estabilizador. Los resultados se dan en la tabla 4, a continuación.
TABLA 4
4
Como se puede ver en los resultados de los ejemplos y ejemplos comparativos, de acuerdo con la presente invención, las resinas de poliéster copolimerizadas con 1,4-ciclohexanodimetanol, que tienen una excelente viscosidad inherente y un buen color, se pueden preparar en presencia de compuestos basados en titanio como catalizadores de policondensación y compuestos de tipo ácido carboxifosfónico como estabilizadores. También, aunque la cantidad de estabilizador usado en la presente invención es igual o menor que la de los estabilizadores de la técnica anterior, el color de la resina de poliéster preparada tiene el mismo color o más brillante que antes. Así, la presente invención puede reducir el contenido de metal en la resina de poliéster para mejorar la claridad y color.

Claims (3)

1. Un método para preparar resinas de poliéster copolimerizadas con 1,4-ciclohexanodimetanol que comprende las etapas de:
esterificar ácido tereftálico con un componente glicol que comprende etilenglicol y 1,4-ciclohexanodimetanol; y
policondensar dicho producto de reacción esterificado de 250 a 290ºC bajo una presión reducida de 53.300 a 13,3 Pa (400 a 0,1 mmHg) en presencia de un compuesto basado en titanio como catalizador de policondensación y un trietilfosfonoacetato como estabilizador
y en el que el 1,4-ciclohexanodimetanol equivale a de 10 a 90% en moles del componente glicol total,
y en el que el trietilfosfonoacetato se usa en una cantidad de 10 a 150 ppm del elemento P sobre la base del polímero final.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el compuesto basado en titanio se selecciona del grupo que consiste de titanato de tetraetilo, titanato de acetiltripropilo, titanato de tetrapropilo, titanato de tetrabutilo, titanato de polibutilo, titanato de 2-etilhexilo, titanato de otilenglicol, titanato lactato, titanato de trietalonamina, titanato de acetilacetonato, titanato de éster etilacetoacético, titanato de isoestearilo, dióxido de titanio, coprecipitado de dióxido de titanio y dióxido de silicio, coprecipitado de dióxido de titanio y dióxido de zirconio y mezclas de los mismos.
3. El método definido como en la reivindicación 1, en el que el compuesto basado en titanio se usa en una cantidad de 5 a 100 ppm del elemento Ti sobre la base del polímero final.
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