ES2295394T3 - Metodo para incrementar la velocidad de polimerizacion de particulas solidas. - Google Patents

Metodo para incrementar la velocidad de polimerizacion de particulas solidas. Download PDF

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Abstract

Proceso para polimerizar partículas de prepolímero de poliéster de bajo peso molecular en estado sólido que comprende los pasos de: (a) poner a las partículas en contacto con un medio de termotransferencia que es una corriente de gas inerte para calentar las partículas hasta una temperatura situada dentro de la gama de temperaturas que va aproximadamente desde 205ºC hasta 240ºC en menos de 10 minutos con el resultado de que el periodo de tiempo durante el cual las partículas están dentro de la gama de temperaturas que va desde 100ºC hasta 205ºC es de no más de 10 minutos; (b) mantener la temperatura alcanzada para las partículas en el paso (a) por espacio de al menos una hora sometiendo a las partículas a una corriente de gas inerte que está continuamente en movimiento y a elevada temperatura y con una relación de la masa de gas a la masa de sólidos de al menos aproximadamente 0, 05, con lo cual el progreso de la polimerización de dichas partículas se da con preferencia sobre el progreso dela cristalización; y (c) someter a las partículas a una corriente de gas inerte calentado que se mueve en contracorriente con una relación de la masa de gas inerte a la masa de sólidos que es menor que la relación másica que se mantiene en el paso (b), si bien la relación total de la masa de gas inerte a la masa de sólidos para el paso (a) y el paso (b) es igual a 0, 6 o más.

Description

Método para incrementar la velocidad de polimerización de partículas sólidas.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a la polimerización en estado sólido de partículas de poliéster de bajo peso molecular, y más en particular, a un método para incrementar la velocidad de polimerización de tales partículas en condiciones de elaboración en estado sólido, con cuyo método el progreso de la polimerización se da con preferencia sobre el progreso de la cristalización para una determinada masa de partículas. Como resultado de ello, se ve considerablemente reducido el tiempo de reacción en estado sólido que se requiere para alcanzar el peso molecular seleccionado para el polímero.
Es conocida la técnica de producir polímeros de poliéster de alta viscosidad, o sea de alto peso molecular, en la fase sólida a temperaturas inferiores al punto de fusión de las partículas de prepolímero de bajo peso molecular de partida y bajo un manto de gas inerte o vacío. Según la Patente U.S. Nº 4.064.112, la tendencia de las partículas a aglomerarse debido a la adhesividad durante la polimerización en estado sólido (SSP) puede ser reducida o incluso eliminada si la polimerización en estado sólido va precedida de un paso de cristalización que utilice temperaturas que sean más altas que o iguales a la temperatura a la cual es efectuada la polimerización en estado sólido.
La Patente U.S. Nº 5.540.868 describe un proceso para formar partículas uniformes y cristalinas de poliéster de bajo peso molecular en gamas de tamaños adecuadas para la manipulación en masa. Tales partículas o gránulos, que tienen un grado de cristalinidad de más de aproximadamente un 15%, son especialmente ventajosas para ser usadas como material de alimentación prepolímero para la polimerización en estado sólido. Las partículas pueden ser introducidas en el reactor de SSP (SSP = polimerización en estado sólido) a los 10 minutos de haber sido formadas las partículas. Como alternativa, es también posible almacenar los gránulos por espacio de un indefinido periodo de tiempo antes de aportarlos al reactor de SSP.
El documento US-4 374 975 describe un proceso para la producción continua de PET (PET = tereftalato de polietileno) de alto peso molecular en el que el prepolímero cristalizado, que tiene una IV (IV = viscosidad intrínseca) de al menos 0,3, es secado, precalentado y polimerizado en una única zona de reacción de lecho móvil bajo una atmósfera de gas inerte y una zona de reacción con un gradiente de temperatura que va desde 170ºC en la parte más superior hasta una temperatura más alta de 225ºC en la parte más inferior.
A pesar de que se cuenta con la capacidad de producir partículas uniformes y cristalinas de poliéster de bajo peso molecular que pueden ser polimerizadas directamente en estado sólido sin adicional cristalización o recristalización térmica, hay necesidad de reducir el generalmente largo tiempo de elaboración, p. ej. de hasta 30 horas o más, que es típicamente necesario al usar las técnicas de polimerización en estado sólido que son convencionalmente conocidas para incrementar el peso molecular de estas partículas hasta llevarlo al mínimo nivel que se requiere para el uso comercial.
Breve exposición de la invención
La presente invención radica en el descubrimiento de que la velocidad de polimerización de partículas de prepolímero de poliéster de bajo peso molecular bajo condiciones de elaboración en estado sólido puede ser considerablemente incrementada observando parámetros específicos con respecto al calentamiento de las partículas, o sea al acondicionamiento de las mismas. Siguiendo las condiciones de elaboración en la secuencia que se describe según la invención, el progreso de la polimerización para las partículas de prepolímero de poliéster de bajo peso molecular en estado sólido se da con preferencia sobre el progreso de la cristalización dentro de una determinada masa de partículas. Se ve considerablemente reducido el tiempo de reacción de polimerización para un determinado prepolímero de bajo peso molecular para alcanzar la deseada gama de pesos moleculares más altos.
La presente invención es un proceso mejorado para polimerizar partículas de prepolímero de poliéster de bajo peso molecular en estado sólido que comprende los pasos de:
(a) poner a las partículas en contacto con un medio de termotransferencia que es una corriente de gas inerte para calentar las partículas hasta una temperatura situada dentro de la gama de temperaturas que va aproximadamente desde 205ºC hasta 240ºC en menos de 10 minutos con el resultado de que el periodo de tiempo durante el cual las partículas están dentro de la gama de temperaturas que va desde 100ºC hasta 205ºC es de no más de 10 minutos;
(b) mantener la temperatura alcanzada para las partículas en el paso (a) por espacio de al menos una hora sometiendo a las partículas a una corriente de gas inerte que está continuamente en movimiento y a elevada temperatura y con una relación de la masa de gas a la masa de sólidos que puede ser tan baja como la de 0,05, con lo cual el progreso de la polimerización de dichas partículas se da con preferencia sobre el progreso de la cristalización; y luego
(c) someter a las partículas a una corriente de gas inerte calentado que se mueve en contracorriente con una relación de la masa de gas inerte a la masa de sólidos que es menor que la relación másica que se mantiene en el paso (b), si bien la relación total de la masa de gas inerte a la masa de sólidos para el paso (a) y el paso (b) es igual a 0,6 o más.
En una realización preferida de la invención las partículas de poliéster de bajo peso molecular son esencialmente cristalinas, lo que significa que tienen un contenido de cristalinidad de más de aproximadamente un 15%, lo cual corresponde para el tereftalato de polietileno (PET) a una densidad de más de aproximadamente 1,36 g/cm^{3}. Adicionalmente, el medio de termotransferencia es una corriente de gas inerte a elevada temperatura, y el contacto con las partículas se produce en el paso (a) con una relación de la masa de gas a la masa de sólidos situada dentro de la gama de relaciones que va desde la de 4:1 hasta la de 15:1 para efectuar una rápida subida de la temperatura, con lo cual las partículas de poliéster alcanzan una temperatura de al menos 205ºC en menos de 10 minutos.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un gráfico que ilustra la relación de la velocidad de aumento del diámetro medio de los cristales en función del grado de polimerización (DP_{n}) y de la temperatura que es de aplicación cuando se calientan partículas de prepolímero de poliéster de bajo peso molecular.
La Fig. 2 es una representación gráfica del efecto de la cristalinidad en la elevación de la viscosidad intrínseca (dl/g) que se observa según el Ejemplo 1.
Descripción detallada de la invención
La presente invención es un proceso mejorado para polimerizar prepolímeros de poliéster de bajo peso molecular en estado sólido. En otro aspecto, la presente invención es un método para incrementar la velocidad de polimerización de partículas de polímero de poliéster de bajo peso molecular en estado sólido.
Las partículas de polímero de poliéster que constituyen el material de alimentación que es aportado al reactor de SSP según la presente invención son partículas o gránulos esencialmente cristalinas(os). Según una realización de la invención, dichos gránulos o partículas son obtenidos mediante tratamiento de choque térmico poco más o menos a temperaturas ambientes de gránulos de poliéster no fundidos esencialmente amorfos y formados convencionalmente, o bien pueden ser producidos a partir de gutículas de poliéster fundido esencialmente amorfo sometiendo rápidamente a las gutículas a choque térmico, según el proceso que se describe en la Patente U.S. Nº 5.540.868. Durante la imposición del choque térmico, los gránulos o gutículas de polímero son expuestos a una temperatura que va aproximadamente desde T_{máx} hasta T_{m\text{í}n} por espacio de un periodo de tiempo de al menos aproximadamente 3 segundos. A título de ejemplo, cuando se hacen gránulos de tereftalato de polietileno (PET), puede formarse un gránulo de PET esencialmente cristalino a partir de una masa fundida esencialmente amorfa (es decir, que tiene un contenido de cristalinidad de menos de un 10%) de un oligómero de PET a una temperatura T_{1}, siendo T_{1} de al menos 250ºC. Las gutículas fundidas son entonces cristalizadas poniéndolas en contacto por espacio de un periodo de tiempo de al menos 3 segundos con una superficie sólida preferiblemente metálica que está a una temperatura que está situada dentro de la gama de temperaturas que va desde T_{m\text{í}n} hasta T_{máx}, siendo T_{m\text{í}n} de al menos 80ºC a 150ºC y siendo T_{máx} de entre aproximadamente 180ºC y 220ºC. Los gránulos o partículas de polímero de PET esencialmente cristalino así obtenidos están caracterizados por tener un grado de polimerización de aproximadamente 5 a aproximadamente 35, un tamaño aparente medio de los cristalitos de 9 nm o más y un punto de fusión de 270ºC o menos. Sin embargo, el proceso de polimerización en estado sólido mejorado según la invención no queda limitado al proceso por medio del cual se forman las partículas de prepolímero esencialmente cristalino de bajo peso molecular.
En el sentido en el que se la utiliza en la presente, la expresión "poliéster esencialmente cristalino" significa que se tiene en el mismo un contenido de cristalinidad de más de aproximadamente un 15%, pero típicamente de más de un 30%, lo cual corresponde respectivamente para PET por ejemplo a una densidad de más de aproximadamente 1,36 g/cm^{3}, pero típicamente de más de 1,39 g/cm^{3}. En el sentido en el que se las utiliza en la presente, con las expresiones "esencialmente cristalino" o "cristalino" se pretende incluir lo que se conoce comúnmente como "semicristalino", como lo son en su mayoría los poliésteres de interés. La cantidad de cristalinidad puede determinarse por DSC (DSC = calorimetría diferencial de barrido). Por ejemplo, el PET esencialmente cristalino está caracterizado por un calor total de fusión, expresado en J/g, de al menos aproximadamente 20 a aproximadamente 35, cuando el de 140 J/g es usado como el calor total de fusión del PET cristalino puro. Los calores de fusión más altos indican un polímero más cristalino. La cristalinidad porcentual dentro de una muestra de material de poliéster o gránulo de poliéster puede ser determinada comparando el calor de fusión (J/g) de los cristalitos presentes con el calor de fusión del poliéster cristalino "puro".
La polimerización en estado sólido en general supone someter a gránulos de prepolímero de poliéster a un ambiente térmico tal que los gránulos alcanzan una elevada temperatura que es inferior al punto de fusión del polímero bajo un manto de gas inerte o vacío. Las partículas deben mantenerse dentro de la región de temperaturas seleccionada por espacio de un suficiente periodo de tiempo, de p. ej. hasta 30 horas o más, para que se produzca una mínima cantidad de polimerización como para que las partículas resultantes tengan utilidad práctica, es decir para que sean de un peso molecular lo suficientemente alto como para poder ser útiles en la subsiguiente elaboración.
La polimerización en estado sólido según la invención supone someter a los gránulos a una serie de ambientes térmicos en una secuencia específica tal que los gránulos alcancen rápidamente una temperatura mínima de al menos 205ºC, y preferiblemente de 230ºC, pasando un tiempo mínimo dentro de la gama de temperaturas que va desde 100ºC hasta 205ºC, es decir que los gránulos no deben pasar más de 10 minutos dentro de la gama de temperaturas que va desde 100ºC hasta 205ºC, y preferiblemente no más de 5 minutos. Cuando se logra esto, las partículas experimentan polimerización sin la tendencia a experimentar adicional cristalización, es decir que el progreso de la polimerización de dichas partículas se da con preferencia sobre el progreso de la cristalización. Si el tiempo que las partículas pasen dentro de la gama de temperaturas que va desde 100ºC hasta 205ºC sobrepasa la gama de tiempos de 5 - 10 minutos, habrá un correspondiente incremento del tiempo total requerido para la polimerización. A pesar de que las partículas deben mantenerse dentro del ambiente térmico por espacio de un periodo de tiempo suficiente como para que se produzca una deseada cantidad de polimerización, el tiempo real, o sea el tiempo total que se requiere para la polimerización en estado sólido se ve considerablemente reducido con respecto al tiempo que se requiere cuando se permite que la cristalización tenga prioridad sobre la polimerización.
Los vocablos "gránulo" y "partícula" son usados en la presente para hacer referencia a toda unidad o masa discreta de un determinado material de poliéster que tenga cualquier forma o configuración, irregular o regular, dentro de una amplia gama de tamaños. A pesar de que los vocablos "gránulo" y/o "partícula" pueden en otro contexto tener una connotación más limitada, dichos vocablos se emplean en la presente para incluir partículas y gránulos en el más amplio sentido de la palabra. Las formas y/o los tamaños que se prefieren para las partículas son los de partículas esféricas con diámetros de 0,05 mm a 0,3 mm, partículas hemisféricas con una sección transversal máxima de 0,1 mm a 0,6 mm, o cilindros circulares rectos con un diámetro de 0,05 mm a 0,3 mm y una longitud de 0,1 cm a 0,6 cm. Puesto que preferiblemente los gránulos son producidos con el equipo que da el mejor rendimiento económico, los gránulos podrían ser convenientemente producidos y recogidos juntamente en cantidades comerciales de más de 30 kg. Los gránulos pueden ser usados en la misma instalación poco después de haber sido hechos, pueden ser almacenados para ser usados con posterioridad, o bien pueden ser envasados para el transporte, haciéndose todo ello en cantidades comerciales.
Los poliésteres del tipo de los que son útiles según la invención son polímeros que constan en general de uno o varios componentes diácido o diéster y uno o varios componentes diol. El proceso de la invención es útil para la mayoría de los poliésteres que contienen anillos aromáticos o alifáticos (o sea que por ejemplo contienen fenilo o ciclohexilo). Esto incluiría, por ejemplo, el poli(tereftalato de etileno) (PET), el poli(naftalato de etileno) (PEN), el poli(naftalato de butileno) (PBN), el poli(tereftalato de trimetileno) (3G-T) y el poli(naftalato de trimetileno) (3G-N), el poli(tereftalato de ciclohexilo) (PCT) y compuestos similares. Los más adecuados para el método de esta invención son en general los poliésteres que tienen una temperatura de transición vítrea T_{g} de más de aproximadamente 25ºC y una temperatura de fusión T_{m} de aproximadamente 200ºC a aproximadamente 320ºC.
Se enumeran a continuación en grados Celsius los valores aproximados de T_{g} y T_{m} para algunos poliésteres útiles.
1
Los componentes diácido o diéster que son adecuados para los poliésteres a los que se refiere esta invención incluyen normalmente ácidos alquildicarboxílicos que tienen de 4 a 36 átomos de carbono, diésteres de ácidos alquildicarboxílicos que tienen de 6 a 38 átomos de carbono, ácidos arildicarboxílicos que contienen de 8 a 20 átomos de carbono, diésteres de ácidos arildicarboxílicos que contienen de 10 a 22 átomos de carbono, ácidos arildicarboxílicos alquilsustituidos que contienen de 9 a 22 átomos de carbono o diésteres de ácidos arildicarboxílicos alquilsustituidos que contienen de 11 a 22 átomos de carbono. Los ácidos alquildicarboxílicos preferidos contienen de 4 a 12 átomos de carbono. Algunos ejemplos representativos de tales ácidos alquildicarboxílicos incluyen el ácido glutárico, el ácido adípico, el ácido pimélico y ácidos similares. Los diésteres de ácidos alquildicarboxílicos preferidos contienen de 6 a 12 átomos de carbono. Un ejemplo representativo de un diéster de este tipo de un ácido alquildicarboxílico es el ácido azelaico. Los ácidos arildicarboxílicos preferidos contienen de 8 a 16 átomos de carbono. Algunos ejemplos representativos de ácidos arildicarboxílicos son el ácido tereftálico, el ácido isoftálico y el ácido ortoftálico. Los diésteres de ácidos arildicarboxílicos preferidos contienen de 10 a 18 átomos de carbono. Algunos ejemplos representativos de diésteres de ácidos arildicarboxílicos incluyen el tereftalato de dietilo, el isoftalato de dietilo, el ortoftalato de dietilo, el naftalato de dimetilo, el naftalato de dietilo y compuestos similares. Los ácidos arildicarboxílicos alquilsustituidos preferidos contienen de 9 a 16 átomos de carbono, y los diésteres de ácidos arildicarboxílicos alquilsustituidos preferidos contienen de 11 a 15 átomos de carbono.
El componente diol para los poliésteres que se usan en la invención convenientemente incluye glicoles que contienen de 2 a 12 átomos de carbono, glicoléteres que contienen de 4 a 12 átomos de carbono y polieterglicoles que tienen la fórmula estructural HO-(AO)_{n}H, en la que A es un grupo alquileno que contiene de 2 a 6 átomos de carbono y en la que n es un entero de 2 a 400. En general, tales polieterglicoles tendrán un peso molecular de aproximadamente 400 a 4000.
Los glicoles preferidos normalmente contienen de 2 a 8 átomos de carbono, conteniendo los glicoléteres preferidos de 4 a 8 átomos de carbono. Algunos ejemplos representativos de los glicoles que pueden ser utilizados en calidad del componente diol incluyen el etilenglicol, el 1,3-propilenglicol, el 1,2-propilenglicol, el 2,2-dietil-1,3-propanodiol, el 2,2-dimetil-1,3-propanodiol, el 2-etil-2-butil-1,3-propanodiol, el 2-etil-2-isobutil-1,3-propanodiol, el 1,3-butanodiol, el 1,4-butanodiol, el 1,5-pentanodiol, el 1,6-hexanodiol, el 2,2,4-trimetil-1,6-hexanodiol, el 1,3-ciclohexanodimetanol, el 1,4-ciclohexanodimetanol, el 2,2,4,4-tetrametil-1,3-ciclobutanodiol y compuestos similares.
Los poliésteres u oligómeros de la presente invención pueden ser ramificados o no ramificados, y pueden ser homopolímeros o copolímeros.
Son particularmente útiles a escala comercial los "poliésteres modificados", que están definidos como poliésteres que están modificados con hasta aproximadamente un 10% en peso de un comonómero. A no ser que se indique otra cosa, al utilizar el vocablo "poliéster" se hace referencia a polímeros de poliéster modificado o no modificado. Análogamente, al mencionarse un poliéster en particular, como por ejemplo el PET, se hace referencia a PET no modificado o modificado. Los comonómeros pueden incluir dietilenglicol (DEG), trietilenglicol, 1,4-ciclohexanodimetanol, ácido isoftálico (IPA), ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido adípico y mezclas de los mismos. Los comonómeros que se usan frecuentemente para poli(tereftalato de etileno) incluyen un 0-5% en peso de IPA y un 0-3% en peso de DEG.
Los oligómeros o prepolímeros de poliéster que constituyen los gránulos que son comercialmente útiles según la presente invención pueden ser opcionalmente prepolimerizados a partir de monómeros, oligómeros o mezclas de los mismos. Este paso de prepolimerización opcional puede ser llevado a cabo usando los métodos y aparatos que son conocidos, como le resultará obvio al experto en la materia. La polimerización de poliésteres es perfectamente conocida en la técnica. Los poliésteres se hacen a menudo en forma de una masa fundida combinando un diácido o diéster con un diol para producir un monómero, y efectuando calentamiento para polimerizar el monómero. Un conveniente método de polimerización para lograr un poliéster de bajo peso molecular es el de efectuar la reacción de polimerización usando un reactor de tubería.
La polimerización es llevada a cabo para alcanzar el deseado grado de polimerización. En general, el poliéster que se usa para hacer gránulos de prepolímero de bajo peso molecular tiene un grado de polimerización que va desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 40. La expresión "grado de polimerización" (DP) significa el número medio de unidades que se repiten en una cadena de polímero, y por consiguiente puede no necesariamente ser un entero. Por ejemplo, la unidad que se repite en el poli(tereftalato de etileno) (PET) es la siguiente:
2
El DP de un polímero puede determinarse por Cromatografía de Infiltración sobre Gel usando patrones apropiados. El grado de polimerización puede verse influenciado por los medios de formación de gránulos que se empleen y por el uso previsto para los gránulos finales. Generalmente se prefiere para PET un DP de aproximadamente 5 a 35 cuando los medios de formación de gránulos son un pastillador. Un pastillador consiste en unos medios de formación de gutículas que están disponibles comercialmente y comprenden un recipiente exterior con orificios. El recipiente exterior se pone en rotación en torno a un recipiente interior para permitir que una cantidad uniforme de la masa fundida de polímero salga en forma de gutículas. Las gutículas son recogidas sobre un transportador que enfría las gutículas por espacio de un periodo de tiempo suficiente para solidificar las gutículas.
El grado de polimerización es meramente una manera de expresar el peso molecular de un poliéster. Otra medida del peso molecular es la viscosidad intrínseca (IV) del polímero. Por ejemplo, un polímero de poli(tereftalato de etileno) que tenga un DP de 2 a 40 deberá tener una IV que esté situada dentro de la gama de valores que va desde aproximadamente 0,05 hasta aproximadamente 0,4 dl/g al ser sometido a ensayo con una solución de una parte volumétrica de ácido trifluoroacético y tres partes volumétricas de cloruro de metileno.
La IV puede determinarse según el ejemplo siguiente: 0,050 g de un poliéster tal como por ejemplo PET son pesados e introducidos en un vial limpio y seco, y se añaden 10 ml de disolvente usando una pipeta volumétrica. Se procede a cerrar el vial (para impedir la evaporación del disolvente) y a sacudirlo por espacio de 30 minutos o hasta que se haya disuelto el PET. Se vierte la solución al interior del tubo grande de un viscosímetro Cannon-Fenske del tipo Nº 50, al cual se le pone entonces en un baño de agua a 25ºC y se le deja que se equilibre a esa temperatura. Se miden entonces por triplicado los tiempos de caída entre las marcas superior e inferior, y los mismos deberán coincidir con una tolerancia de 0,4 segundos. Se hace en el viscosímetro una medición similar para el disolvente solamente. Entonces se calcula la IV mediante la ecuación siguiente: IV = ln[(tiempo de la solución/tiempo del disolvente)/0,5].
Ejemplos
Fue llevada a cabo una serie de tres experimentos para examinar el efecto de la cristalinidad en la velocidad de reacción de SSP. Los experimentos incluyeron un experimento de control (Prueba 1), un experimento en el que el paso de calentamiento y pretratamiento se hizo más rápidamente que en el caso del control (Prueba 2), y un experimento en el que se hizo uso de un comonómero para reprimir la cristalización en la SSP (Prueba 3). El experimento de control se llevó a cabo bajo condiciones en las cuales la cristalización se habría visto favorecida frente al incremento del peso molecular. Más en particular, el experimento de control fue llevado a cabo con temperaturas situadas dentro de una gama de valores en la que la cinética de cristalización se ve favorecida frente a la cinética de reacción.
En la Prueba 3 se usaron para reprimir la cristalización en el PET niveles de ácido isoftálico (IPA) y de dietilenglicol (DEG) que eran más altos que en los otros experimentos. Las Pruebas 1 y 2 fueron llevadas a cabo usando un proceso de SSP continua. Por consiguiente, pudieron tomarse muestras de cada paso del proceso. La Prueba 3 fue llevada a cabo usando un proceso de SSP discontinua que fluidizaba las partículas. Por consiguiente, pudieron tomarse y analizarse en la Prueba 3 solamente muestras del comienzo y del final.
Los materiales de partida para las tres pruebas tenían las composiciones siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
3
Cada uno de los materiales de prueba fue elaborado en un Reactor de Polimerización en Estado Sólido (SSP) que usaba un calentador de lecho fluidizado, una primera etapa de reacción, una segunda etapa de reacción y un refrigerador de lecho estático o de lecho fluidizado. Las condiciones de elaboración para cada una de las pruebas se indican a continuación en la Tabla 2:
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2
5
Se indican a continuación los calores de fusión y las viscosidades intrínsecas para cada prueba y el producto de cada paso de elaboración:
TABLA 3
6
Como se ve en la Tabla 3, la IV final en estas pruebas estaba inversamente corralecionada con el calor de fusión del producto, que es una medida de la cantidad de cristalinidad en el polímero sólido. De hecho, en la prueba con la más baja IV del material de alimentación la polimerización en estado sólido arrojó la más alta IV final. Sin embargo, la Prueba 2, en la que se usaron ajustes del proceso para alcanzar una alta velocidad de reacción, tuvo tan sólo un tiempo de permanencia total (la 1ª etapa de reacción más la 2ª etapa de reacción) de 720 minutos, en comparación con los tiempos de permanencia de 1800 y 1440 minutos para las Pruebas 1 y 3, respectivamente.
Otra manera de poder examinar los datos es la de usar la variación de la IV referida a la variación del calor de fusión como se indica a continuación en la Tabla 4:
TABLA 4
7
Según los datos de la Tabla 4, las Pruebas 2 y 3 tienen unas velocidades de reacción que son de 4,5 a 6,5 veces mayores que su velocidad de cristalización. Los gránulos de polímero en la Prueba 1 nunca alcanzaron la IV perseguida porque hubo un excesivo aumento de la cristalinidad, lo cual retardó la polimerización.
Haciendo ahora referencia a las Figuras, la Fig. 2 ilustra el incremento de la IV en función del calor de fusión para los pasos de elaboración que se describen en la Tabla 2. El gráfico ilustra que el polímero de la Prueba 1 forma más cristalinidad que en el caso de las otras dos pruebas, mientras que la Prueba 2 alcanzó una más alta velocidad de reacción según el proceso de la invención.
Haciendo referencia a la Fig. 1, el gráfico ilustra el efecto del grado de polimerización medio en número (DP_{n}) y de la temperatura en la velocidad de aumento de la cristalización. Al aumentar la longitud de la cadena de polímero, disminuye la velocidad de cristalización. Queda también de manifiesto a la luz del gráfico que al aumentar la temperatura hasta llegar la misma a ser de más de aproximadamente 175ºC, disminuye significativamente la velocidad de cristalización. Las condiciones de elaboración de la Prueba 2 redundaron en el rápido paso de la temperatura de los sólidos a la gama de temperaturas de 225-230ºC. A estas temperaturas la velocidad de cristalización es muy baja en comparación con la que se da a 175ºC. A estas temperaturas son también muy altas las velocidades cinéticas de reacción inherentes. Por consiguiente, las condiciones de elaboración que redundan en el rápido incremento de la temperatura de los sólidos hasta aproximadamente 230ºC favorecerían el progreso de la reacción frente al progreso de la cristalización.
La Prueba 3 usó un comonómero para moderar la velocidad de cristalización del PET. El polímero con más alto contenido de comonómero tiene una baja velocidad de cristalización. Moderando la velocidad de cristalización son posibles más altas velocidades de reacción, como se ve en la Tabla 4.

Claims (8)

1. Proceso para polimerizar partículas de prepolímero de poliéster de bajo peso molecular en estado sólido que comprende los pasos de:
(a) poner a las partículas en contacto con un medio de termotransferencia que es una corriente de gas inerte para calentar las partículas hasta una temperatura situada dentro de la gama de temperaturas que va aproximadamente desde 205ºC hasta 240ºC en menos de 10 minutos con el resultado de que el periodo de tiempo durante el cual las partículas están dentro de la gama de temperaturas que va desde 100ºC hasta 205ºC es de no más de 10 minutos;
(b) mantener la temperatura alcanzada para las partículas en el paso (a) por espacio de al menos una hora sometiendo a las partículas a una corriente de gas inerte que está continuamente en movimiento y a elevada temperatura y con una relación de la masa de gas a la masa de sólidos de al menos aproximadamente 0,05, con lo cual el progreso de la polimerización de dichas partículas se da con preferencia sobre el progreso de la cristalización; y
(c) someter a las partículas a una corriente de gas inerte calentado que se mueve en contracorriente con una relación de la masa de gas inerte a la masa de sólidos que es menor que la relación másica que se mantiene en el paso (b), si bien la relación total de la masa de gas inerte a la masa de sólidos para el paso (a) y el paso (b) es igual a 0,6 o más.
2. El proceso de la reivindicación 1, en el que las partículas de prepolímero de poliéster de bajo peso molecular tienen una fracción volumétrica de cristalinidad de al menos aproximadamente un 15% y una viscosidad intrínseca de al menos aproximadamente 0,20 dl/g.
3. El proceso de la reivindicación 2, en el que la puesta en contacto de las partículas con una corriente de gas inerte a elevada temperatura según el paso (a) se produce en un lecho fluidizado, las partículas son calentadas hasta una temperatura situada dentro de la gama de temperaturas que va desde al menos 230ºC hasta 240ºC en menos de 5 minutos, y las partículas permanecen en la gama de temperaturas de 100ºC a 220ºC por espacio de menos de 5 minutos.
4. El proceso de la reivindicación 2, en el que la temperatura de las partículas calentadas que pasan al paso (b) es incrementada y mantenida al nivel de un valor que está situado dentro de la gama de temperaturas que va desde 235ºC hasta 240ºC.
5. El proceso de la reivindicación 3, en el que la temperatura de las partículas calentadas que pasan al paso (b) es incrementada y mantenida al nivel de un valor que está situado dentro de la gama de temperaturas que va desde 235ºC hasta 240ºC.
6. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho medio de termotransferencia es una corriente de gas inerte a temperatura elevada, y las partículas son puestas en contacto con el mismo con una relación de la masa de gas a la masa de sólidos situada dentro de la gama de relaciones que va desde la de 4:1 hasta la de 15:1.
7. El proceso de la reivindicación 4, en el que dicho medio de termotransferencia es una corriente de gas inerte a temperatura elevada, y las partículas son puestas en contacto con el mismo con una relación de la masa de gas a la masa de sólidos situada dentro de la gama de relaciones que va desde la de 4:1 hasta la de 15:1.
8. El proceso de la reivindicación 5, en el que dicho medio de termotransferencia es una corriente de gas inerte a temperatura elevada, y las partículas son puestas en contacto con el mismo con una relación de la masa de gas a la masa de sólidos situada dentro de la gama de relaciones que va desde la de 4:1 hasta la de 15:1.
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