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.Info
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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