LU88569A1 - Process for the production of thermoplastic polycarbonate - Google Patents
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Verfahren zur Herstellung von thermoplastischem PolycarbonatProcess for the production of thermoplastic polycarbonate
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gesamtverfahren zur Herstellung von lösungsmittelfreiem Polycarbonat, ausgehend von aromatischen Diphenolen und Kohlensäurediarylestera, das dadurch gekennzeichnet 1st, daß man das Monophenol, das bei der Umsetzung zum 01igo-/Polycarbonat freigesetzt wird, wiederum zur Herstellung des aromatischen Diarylcarbonat einsetzt, wobei der bei der Herstellung des Diarylcarbonats entstehende Halogenwasserstoff durch Elektrolyse in das Halogen und dieses wiederum nach Isolierung und Reaktion mit Koh-lenmonoxid zum Carbonyldihalogenid umgesetzt wird, welches anschließend wieder mit dem Monophenol zur Herstellung des Diarylcarbonats eingesetzt wird.The present invention relates to an overall process for the production of solvent-free polycarbonate, starting from aromatic diphenols and carbonic acid diarylestera, which is characterized in that the monophenol which is released during the conversion to the 01igo- / polycarbonate is in turn used to produce the aromatic diaryl carbonate, wherein the hydrogen halide formed in the production of the diaryl carbonate is converted into the halogen by electrolysis and this in turn is converted into carbonyl dihalide after isolation and reaction with carbon monoxide, which is then used again with the monophenol to produce the diaryl carbonate.
In der WO 93/3084 wird ein Prozeß zur Herstellung von Polycarbonat beschrie-ben, bei dem das Monophenol, welches beim Umesterungsprozeß freigesetzt wird, mit einem Carbonyldihalogenid (z.B. Phosgen) wiederum zum Diarylcarbonat umgesetzt werden kann. Bei diesem Verfahren wird das Carbonyldihalogenid aus CO und einer Metallhalogenidverbindung hergestellt. Diese Art der Herstellung über einen Katalysator ist relativ kompliziert und unwirtschaftlich.WO 93/3084 describes a process for the production of polycarbonate in which the monophenol which is released in the transesterification process can in turn be reacted with a carbonyldihalide (e.g. phosgene) to give the diaryl carbonate. In this process, the carbonyl dihalide is made from CO and a metal halide compound. This type of production over a catalyst is relatively complicated and uneconomical.
Das erfindungsgemäße Gesamtverfahren ist hingegen flexibel, einfach in der be-triebsweise und liefert Produkte in hoher Reinheit, die für den Gesamtprozeß außerordentlich wichtig sind und umfaßt somit folgende Prozeßschritte (vgl. Abb.The overall process according to the invention, on the other hand, is flexible, simple to operate and provides products of high purity which are extremely important for the overall process and thus comprises the following process steps (cf. Fig.
1): 1. Umesterung von einem Diarylcarbonat und einer Dihydroxyverbindung zum Oligo-/Polycarbonat und dem Monophenol 2. Isolierung bzw. Trennung des Polycarbonate und des Monophenols 3. Umsetzung des Monophenols mit dem Carbonyldihalogenid und Trennung der Produkte; das Diarylcarbonat wird wiederum in den Schritt 1. eingesetzt und der Halogenwasserstoff wird in den Schritt 4. eingesetzt 4. Elektrolyse des Halogenwasserstoffs in Wasserstoff und das Halogen 5. Umsetzung des Halogens mit Kohlenmonoxid zum Carbonyldihalogenid, das wiederum in den Schritt 3. eingesetzt wird1): 1. Transesterification of a diaryl carbonate and a dihydroxy compound to the oligo- / polycarbonate and the monophenol 2. Isolation or separation of the polycarbonate and the monophenol 3. Reaction of the monophenol with the carbonyl dihalide and separation of the products; the diaryl carbonate is again used in step 1. and the hydrogen halide is used in step 4. 4. electrolysis of the hydrogen halide in hydrogen and the halogen 5. conversion of the halogen with carbon monoxide to the carbonyl dihalide, which in turn is used in step 3.
Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Diphenole sind solche der Formel (0Diphenols suitable for the process according to the invention are those of the formula (0
(1) worm X = Cj-Cg-Alkyliden oder Cycloalkyliden, S oder eine Einfachbindung und R = CH3, Cl oder Br und n = Null, 1 oder 2 ist.(1) where X = Cj-Cg-alkylidene or cycloalkylidene, S or a single bond and R = CH3, Cl or Br and n = zero, 1 or 2.
Bevorzugte Diphenole sind z. B.: 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 4,4' -Dihydroxy diphenylsulfid, 2.2- Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2.2- Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 2.2- Bis-(3,5-dichlor-4-hydroxyphenyl)-propan, 2.2- Bis-(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan, 1,1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.Preferred diphenols are e.g. For example: 4,4'-dihydroxydiphenyl, 4,4'-dihydroxy diphenyl sulfide, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2.2- Bis- (3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2- bis (3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl) propane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane and l, l-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane.
Besonders bevorzugte Diphenole aus den vorstehend genannten sind 2,2-Bis-(4-hy droxyphenyl)-propan und 1,1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.Particularly preferred diphenols from the aforementioned are 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane.
Kohlensäurediester bzw. Diarylcarbonate im Sinne vorliegender Erfmdung sind Di-C6-C14-Aryl ester, vorzugsweise die Diester von Phenol oder alkylsubstituierten Phenolen, also Diphenylcarbonat oder z.B. Dikresylcarbonat. Bezogen auf 1 Mol Bisphenpol werden die Kohlensäurediester in 1,01 bis 1,30 Mol, bevorzugt in 1,02 bis 1,15 Mol eingesetzt.Carbonic acid diesters or diaryl carbonates in the sense of the present invention are di-C6-C14-aryl esters, preferably the diesters of phenol or alkyl-substituted phenols, i.e. diphenyl carbonate or e.g. Dicresyl carbonate. Based on 1 mol of bisphenol, the carbonic diesters are used in 1.01 to 1.30 mol, preferably in 1.02 to 1.15 mol.
Die Herstellung der Diarylcarbonate erfolgt in bekannter Weise (beispielsweise LeA 27 945, 29 742, 29 785, 29 908) durch Phosgenierung (in Lösung, in der Schmelze, in der Gasphase) der Monophenoie unter Abspaltung des Halogen-wasserstoffs (HC1).The diaryl carbonates are prepared in a known manner (for example LeA 27 945, 29 742, 29 785, 29 908) by phosgenation (in solution, in the melt, in the gas phase) of the monophenoia with elimination of the hydrogen halide (HC1).
Die Polycarbonate können durch den Einsatz geringer Mengen Verzweiger bewußt und kontrolliert verzwelgt werden. Einige geeignete Verzweiger sind:The use of small amounts of branching agents allows the polycarbonates to be deliberately and controlled digestion. Some suitable branches are:
Phloroglucin, 4.6- Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)-hepten-2, 4.6- Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)-heptan, l,3,5-Tri-(4-hydroxyphenyl)-benzol, 1,1, l-Tri-(4-hydroxyphenyl)-ethan,Phloroglucin, 4,6-dimethyl-2,4,6-tri- (4-hydroxyphenyl) -hepten-2, 4.6-dimethyl-2,4,6-tri- (4-hydroxyphenyl) -heptane, 1,3,5- Tri- (4-hydroxyphenyl) benzene, 1,1,1-tri- (4-hydroxyphenyl) ethane,
Tri-(4-hydroxyphenyl)-phenylmethan, 2,2-Bis-[4,4-bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexyI]-propan, 2.4- Bis-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenol, 2.6- Bi s-(2-hy droxy-5 '-methyl-b enzy l)-4-methylphenol, 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4-dihydroxyphenyl)-propan, Hexa-(4-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenyl)-orthoterephthalsäureester, T etra-(4-hy droxyphenyI)-methan, Tetra-(4-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenoxy)-methan, 1.4- Bis-(4',4"-dihydroxytriphenyl)-methyl)-benzol und insbesondere T ris-(4-hy droxy phenyl)-1,3,5 -trii sopropy lbenzol.Tri- (4-hydroxyphenyl) phenylmethane, 2,2-bis [4,4-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexyl] propane, 2,4-bis (4-hydroxyphenyl isopropyl) phenol, 2.6- Bi s- (2-hydroxy-5 '-methyl-benzyl) -4-methylphenol, 2- (4-hydroxyphenyl) -2- (2,4-dihydroxyphenyl) propane, hexa- (4- (4th -hydroxyphenyl-isopropyl) -phenyl) -orthoterephthalic acid ester, tetra- (4-hy droxyphenyI) -methane, tetra- (4- (4-hydroxyphenyl-isopropyl) -phenoxy) -methane, 1.4-bis- (4 ', 4 "-dihydroxytriphenyl) -methyl) -benzene and in particular Tris- (4-hy droxy phenyl) -1,3,5 -trii sopropybenzene.
Weitere mögliche Verzweiger sind 2,4-Dihydroxybenzoesäure, Trimesinsäure, Cyanurchlorid und 3,3-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol.Other possible branching agents are 2,4-dihydroxybenzoic acid, trimesic acid, cyanuric chloride and 3,3-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -2-oxo-2,3-dihydroindole.
Die gegebenenfalls mitzuverwendenden 0,05 bis 2 Mol%, bezogen auf eingesetzte Diphenole, an Verzweigera, können mit den Diphenolen zusammen eingesetzt werden.The 0.05 to 2 mol%, based on diphenols, of branching agents which may also be used can be used together with the diphenols.
Es ist darauf zu achten, daß die Reaktionskomponenten für den ersten Schritt, die Umesterung, also die Diphenole und die Kohlensäurediarylester frei von Alkali-und Erdalkaliionen sind, wobei Mengen von kleiner 0,1 ppm an Alkali- und Erdalkaliionen toleriert werden können. Derart reine Diphenole bzw. Diphenole sind erhältlich, indem man die Kohlensäurediarylester bzw. Diphenole umkristalli-siert, wäscht oder destilliert. Beim erfmdungsgemäßen Verfahren soil der Gehalt an Aikali- und Erdalkalimetallionen sowohl im Diphenol als auch im Kohlen-säurediester einen Wert von <0,1 ppm betragen.Care must be taken to ensure that the reaction components for the first step, the transesterification, that is to say the diphenols and the carbonic acid diaryl esters, are free from alkali and alkaline earth ions, amounts of less than 0.1 ppm of alkali and alkaline earth ions being tolerable. Such pure diphenols or diphenols can be obtained by recrystallizing, washing or distilling the carbonic acid diaryl esters or diphenols. In the process according to the invention, the content of aicali and alkaline earth metal ions in both the diphenol and the carbonic acid diester should be a value of <0.1 ppm.
Die Umesterungsreaktion der aromatischen Dihydroxyverbindung und des Kohlen-säurediester in der Schmelze wird bevorzugt in zwei Stufen durchgeführt. In der ersten Stufe findet das Aufschmelzen der aromatischen Dihydroxyverbindung und des Kohlensäurediester bei Temperaturen von 80 - 250°C, bevorzugt 100 - 230°C, besonders bevorzugt 120 - 190°C unter normalem Druck in 0 - 5 Stunden, bevorzugt 0,25 - 3 Stunden statt. Nach Zugabe des Katalysators wird durch Anlegen von Vakuum (bis zu 2 mm Hg) und Erhöhung der Temperatur (auf bis zu 260°C) durch Abdestillieren des Monophenols das Oligocarbonat aus der aromatischen Dihydroxyverbindung und dem Kohlensäurediester hergestellt. Das so hergestellte Oligocarbonat hat eine mittlere Gewichtsmolmasse (ermittelt durch Messung der rel. Lösungsviskosität in Dichlormethan oder in Mischungen gleicher Gewichtsmengen Phenol/o-Dichlorbenzol geeicht durch Lichtstreuung) im Bereich von 2000 bis 18 000 bevorzugt von 4 000 bis 15 000. Hierbei wird die Haupt-menge an Monophenol (>80 %) aus dem Prozeß wiedergewonnen.The transesterification reaction of the aromatic dihydroxy compound and the carbonic acid diester in the melt is preferably carried out in two stages. In the first stage, the aromatic dihydroxy compound and the carbonic acid diester are melted at temperatures of 80-250 ° C, preferably 100-230 ° C, particularly preferably 120-190 ° C under normal pressure in 0-5 hours, preferably 0.25- 3 hours instead. After adding the catalyst, the oligocarbonate is prepared from the aromatic dihydroxy compound and the carbonic acid diester by applying a vacuum (up to 2 mm Hg) and increasing the temperature (up to 260 ° C.) by distilling off the monophenol. The oligocarbonate thus produced has an average weight molar mass (determined by measuring the relative solution viscosity in dichloromethane or in mixtures of equal amounts by weight of phenol / o-dichlorobenzene calibrated by light scattering) in the range from 2000 to 18,000, preferably from 4,000 to 15,000 Main amount of monophenol (> 80%) recovered from the process.
In der zweiten Stufe wird bei der Polykondensation durch weiteres Erhöhen der Temperatur auf 250 - 320°C, bevorzugt 270 - 295°C und einem Druck von <2 mm Hg das Polycarbonat hergestellt. Hierbei wird der Rest an Monophenolen gewonnen. Es treten geringe Verluste an Monophenolen <5 %, bevorzugt <2 %, besonders bevorzugt <1 % auftreten, verursacht durch Endgruppen im Polycarbonat und Restmonophenol im Polycarbonat. Diese Verluste müssen durch ent-sprechende Mengen an Monophenol für die Herstellung der Diaiylcarbonat-verbindung ausgeglichen werden.In the second stage, the polycarbonate is produced in the polycondensation by further increasing the temperature to 250-320 ° C., preferably 270-295 ° C. and a pressure of <2 mm Hg. The rest of the monophenols are obtained here. There are small losses of monophenols of <5%, preferably <2%, particularly preferably <1%, caused by end groups in the polycarbonate and residual monophenol in the polycarbonate. These losses have to be compensated for by appropriate amounts of monophenol for the preparation of the diaiyl carbonate compound.
Katalysatoren im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahren sind alle anorganische oder organischen basischen Verbindungen beispielsweise: Lithium-, Natrium-, Kalium-, Cäsium-, Calzium-, Barium-, Magnesium-, -hydroxide, -carbonate, -halogenide, -phenolate, -diphenolate, -fluoride, -acetate, -phosphate, -hydrogen-phosphate, boranate, Stickstoff- und Phosphorbasen wie beispielsweise Tetrame-thylammoniumhydroxid, Tetramethylammoniumacetat, Tetramethyl- ammonium-fluori d, Tetramethy 1 am moniumtetraphenylb oranat, Tetraphenyl phosphoniumfluori d, Tetraphenylphosphoniumtetraphenylboranat, Dimethyldiphenylammoniumhydoxid, Tetraethyl- ammoniumhydroxid, DBU, DBN oder Guanidinsysteme wie bei-spiesweise das l,5,7-Triazabicyclo-[4,4,0]-dec-5-en, 7-Phenyl-l,5,7-triazabicyclo-[4,4,0]-dec-5-en, 7-Methyl-l,5,7-triazabicyclo-[4,4,0]-dec-5-en, 7,7'-Hexyliden-di- l,5,7-triazabicyclo-[4,4,0]-dec-5-en, 7,7'-Decyliden-di-l,5,7-triazabicyclo-[4,4,0]-dec-5-en, 7,7'-Dodecyliden-di-l,5,7-triazabicyclo-[4,4,0]-dec-5-en oder Phos-phazene wie beispielsweise das Phosphazen-Base Pj-t-Oct = tert.-OctyI-imino-tris-(dimethylamino)-phosphoran, Phosphazen-Base Ρ,-t-Butyl = tert.-Butyl-imino-tris-(dimethylamino)-phosphoran, BEMP = 2-tert.-Butylimino-2-diethylamino-l,3-dime-thyl-perhydro-1,3-diaza-2-phosphorin.Catalysts in the sense of the process according to the invention are all inorganic or organic basic compounds, for example: lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, barium, magnesium, hydroxides, carbonates, halides, phenolates, diphenolates , -fluoride, -acetate, -phosphate, -hydrogen-phosphate, boranate, nitrogen and phosphorus bases such as tetramethylammonium hydroxide, tetramethylammonium acetate, tetramethylammonium fluoride, tetramethy 1 am moniumtetraphenylboranate, tetraphenylphosphoniumdioxonyldehydonylphosphoniumdioxonylphosphonium fluoroniumphtheniumphosphonium fluoroniumphtheniumphosphonium fluoroniumphthonidium, Tetraethylammonium hydroxide, DBU, DBN or guanidine systems such as l, 5,7-triazabicyclo- [4,4,0] -dec-5-ene, 7-phenyl-l, 5,7-triazabicyclo- [4 , 4,0] -dec-5-ene, 7-methyl-l, 5,7-triazabicyclo- [4,4,0] -dec-5-ene, 7,7'-hexylidene-di-1,5 , 7-triazabicyclo- [4,4,0] -dec-5-ene, 7,7'-decylidene-di-l, 5,7-triazabicyclo- [4,4,0] -dec-5-ene, 7,7'-dodecylidene-di-1,5,7-triazabicyclo- [4,4,0] -de c-5-ene or phosphazenes such as, for example, the phosphazene base Pj-t-Oct = tert.-octyl-imino-tris- (dimethylamino) -phosphorane, phosphazene base Ρ, -t-butyl = tert-butyl -imino-tris- (dimethylamino) -phosphorane, BEMP = 2-tert-butylimino-2-diethylamino-l, 3-dimethyl-perhydro-1,3-diaza-2-phosphorine.
Diese Katalysatoren werden in Mengen von 10'" bis 10 Mol, bezogen auf 1 Mol Diphenol, eingesetzt.These catalysts are used in amounts of 10 '"to 10 moles, based on 1 mole of diphenol.
Die Katalysatoren können auch in Kombination (zwei oder mehrere) miteinander eingesetzt werden.The catalysts can also be used in combination (two or more) with one another.
Beim Einsatz von Alkali-/Erdalkalimetallkatalysatoren kann es vorteilhaft sein, die Alkali-/Erdalkalimetallkatalysatoren zu einem späteren Zeitpunkt (z.B. nach der Oligocarbonatsynthese bei der Polykondensation in der zweiten Stufe) zuzusetzen. Die Zugabe des Alkali-/Erdalkalimetallkatalysators kann z.B. als Fest-stoff oder als Lösung in Wasser, Phenol, Oligocarbonat, Polycarbonat erfolgen. Die Mitverwendung von Alkali- bzw. Erdalkalimetallkatalysatoren widerspricht nicht der vorstehend erwähnten Forderung nach Reinheit der Reaktionspartner.When using alkali / alkaline earth metal catalysts, it may be advantageous to add the alkali / alkaline earth metal catalysts at a later point in time (e.g. after oligocarbonate synthesis in the polycondensation in the second stage). The addition of the alkali / alkaline earth metal catalyst can e.g. as a solid or as a solution in water, phenol, oligocarbonate, polycarbonate. The use of alkali or alkaline earth metal catalysts does not contradict the aforementioned requirement for purity of the reactants.
Die Reaktion der aromatischen Dihydroxyverbindung und des Kohlensäurediester zum Polycarbonat kann im Sinne des erfmdungsgemäßen Verfahrens diskonti-nuierlich oder bevorzugt kontinuierlich durchgeführt werden, beispielsweise in Rührkesseln, Dünnschichtverdampfem, Fallfilmverdampfem, Rührkesselkaskaden, Extrudem, Knetera, einfachen Scheibenreaktoren und Hochviskosscheibenreak-toren.The reaction of the aromatic dihydroxy compound and the carbonic acid diester to the polycarbonate can be carried out discontinuously or preferably continuously in the sense of the process according to the invention, for example in stirred tanks, thin-film evaporators, falling film evaporators, stirred tank cascades, extruders, kneaders, simple disk reactors and high-viscosity disk reactors.
Die aromatischen Polycarbonate des erfmdungsgemäßen Verfahrens sollen mittlere Gewichtsmolmassen von 18000 bis 80000 vorzugsweise 19000 - 50000 haben, ermittelt durch Messung der rel. Lösungsviskosität in Dichlormethan oder in Mi-schungen gleicher Gewichtsmengen Phenol/o-Dichlorbenzol geeicht durch Licht-streuung.The aromatic polycarbonates of the process according to the invention should have average molecular weights of 18,000 to 80,000, preferably 19,000 to 50,000, determined by measuring the rel. Solution viscosity in dichloromethane or in mixtures of equal amounts by weight of phenol / o-dichlorobenzene calibrated by light scattering.
Es ist vorteilhaft die aus der Umesterung der Dihydroxyverbindung und des Kohlensâurediester zum Polycarbonat abgespaltenen und isolierten Monophenole vor dem Einsatz in die Diaiylcarbonatsynthese aufzureinigen. Die Rohmono-phenole, die beim Umesterungsprozeß isoliert werden, können je nach Um-esterungsbedingungen und Destillationsbedingungen u.a. mit Diarylcarbonaten, der Dihydroxyverbindung, Salicylsâure, Isopropenylphenol, Phenoxybenzoesâure-phenylester, Xanthon, dem Hydroxymonoaiylcarbonat verunreinigt sein. Die Reini-gung kann nach den üblichen Reinigungsverfahren, also z. B. Destination oder Umkristallîsation erfolgen. Die Reinheit der Monophenole liegt dann bei >99 % bevorzugt bei >99,8 %, besonders bevorzugt bei >99,95 %.It is advantageous to purify the monophenols which have been split off and isolated from the transesterification of the dihydroxy compound and the carbonic acid diester to give the polycarbonate, before being used in the dialysis carbonate synthesis. The crude mono-phenols that are isolated in the transesterification process can, depending on the transesterification conditions and distillation conditions, i.a. be contaminated with diaryl carbonates, the dihydroxy compound, salicylic acid, isopropenylphenol, phenyl phenoxybenzoate, xanthone, the hydroxymonoaiyl carbonate. The cleaning can be done according to the usual cleaning procedures, e.g. B. Destination or recrystallization. The purity of the monophenols is then> 99%, preferably> 99.8%, particularly preferably> 99.95%.
Die Elkektrolyse des Halogenwasserstoffs erfolgt nach dem literaturbekannten, praktizierten Verfahren, welches beispielsweise in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie Band 9, Verlag Chemie, S. 355 £ und den dort zitierten Literaturstellen beschrieben ist.The electrolysis of the hydrogen halide is carried out by the process known from the literature, which is described, for example, in Ullmanns Encyklopadie der Technische Chemie Volume 9, Verlag Chemie, p. 355 £ and the references cited therein.
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