Номер патенту: 90713

Опубліковано: 25.05.2010

Автори: Кулберт Брент Аллан, Хрістел Андреас

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб виготовлення поліефіру, у якому:

a) виготовляють розплав попередника поліефіру із середньою молекулярною масою 2000-16000 г/моль,

b) отверджують попередник поліефіру і формують його в гранули,

c) проводять термічне обробляння гранул попередника поліефіру у твердій фазі в присутності каталізатора переетерифікації, причому має місце збільшення молекулярної маси більше, ніж на 2000 г/моль,

який відрізняється тим, що вміст карбоксильної кінцевої групи у гранулах попередника поліефіру перед етапом (с) складає від 0,25 до 0,6 і що протягом термічного обробляння на етапі (с) реакція етерифікації становить від 0,5 до 1 реакції поліконденсації.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на етапі (а) одержують розплав попередника поліефіру з середньою молекулярною масою більше 4000 г/моль, зокрема більше 7000 г/моль.

3. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що на етапі (а) одержують розплав попередника поліефіру з середньою молекулярною масою менше 14000 г/моль, зокрема менше 4000 г/моль.

4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що на етапі (с) має місце збільшення молекулярної маси більше, ніж на 4000 г/моль.

5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що на етапі (с) має місце збільшення молекулярної маси від 16 000 до 34 000 г/моль, зокрема від 20 000 до 28 000 г/моль.

6. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що перед етапом (с) гранули попередника поліефіру мають вміст карбоксильної кінцевої групи в межах від 0,30 до 0,55.

7. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що перед етапом (с) гранули попередника поліефіру мають вміст карбоксильної кінцевої групи більше 0,35, зокрема більше 0,40.

8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що протягом термічного обробляння на етапі (с) реакція етерифікації становить більше 0,65, зокрема, більше 0,8 реакції поліконденсації.

9. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що каталізатор переетерифікації містить одну або більше речовин на основі металів, наприклад сурми, германію, алюмінію або титана, а вміст металевого елемента в поліефірі складає від 5 до 400 проміле, причому перевагу віддають вмісту сурми від 20 до 300 проміле, вмісту германію - від 10 до 150 проміле, вмісту алюмінію - від 10 до 200 проміле або вмісту титана від 5 до 20 проміле.

10. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що поліефір є поліетилентерефталатом або одним з його співполімеров.

11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що термічне обробляння на етапі (с) головним чином проводять при температурі від 180 °С до 230 °С, зокрема від 190 °С до 220 °С.

12. Спосіб за п. 10 або 11, який відрізняється тим, що на початку термічного обробляння гранули нагрівають до підвищеної температури між 220 °С і температурою плавлення поліефіру, зокрема між 230 °С і 245 °С, причому час утримання в такому підвищеному температурному діапазоні становить не більше 2 годин, зокрема не більше 30 хвилин.

13. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що термічне обробляння на етапі (с) проводять в інертному середовищі, зокрема з додаванням потоку інертного газу.

14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що концентрацію води в інертному газі підтримують досить низькою, щоб її концентрація в поліефірі, при поданні інертного газу, становила менше 50 %, зокрема менше 30 %, від концентрації, яка може бути теоретично отримана з кінцевих груп поліефіру при його кінцевій молекулярній масі.

15. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що концентрацію низькомолекулярних продуктів розпаду діолу алкану з реакції поліконденсації в інертному газі підтримують досить низкою, щоб їх концентрація в поліефірі протягом подання інертного газу складала менше 30 %, зокрема менше 10 %, концентрації, яка може бути одержана теоретично з кінцевих груп поліефіру при його кінцевій молекулярній масі.

16. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що додатково для прискорення реакції етерифікації додають каталізатор етерифікації, наприклад металеву сполуку на основі марганцю, цинку або кальцію.

17. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що ентальпія плавлення поліефіру, виміряна методом диференційної сканувальної калориметрії, нижче 75 Дж/м.

18. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що температура піка кристалізації поліефіру, виміряна методом диференційної сканувальної калориметрії у другому циклі, перевищує 155 °С.

Текст

1. Спосіб виготовлення поліефіру, у якому: a) виготовляють розплав попередника поліефіру із середньою молекулярною масою 2000-16000 г/моль, b) отверджують попередник поліефіру і формують його в гранули, c) проводять термічне обробляння гранул попередника поліефіру у твердій фазі в присутності каталізатора переетерифікації, причому має місце збільшення молекулярної маси більше, ніж на 2000 г/моль, який відрізняється тим, що вміст карбоксильної кінцевої групи у гранулах попередника поліефіру перед етапом (с) складає від 0,25 до 0,6 і що протягом термічного обробляння на етапі (с) реакція етерифікації становить від 0,5 до 1 реакції поліконденсації. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на етапі (а) одержують розплав попередника поліефіру з середньою молекулярною масою більше 4000 г/моль, зокрема більше 7000 г/моль. 3. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що на етапі (а) одержують розплав попередника поліефіру з середньою молекулярною масою менше 14000 г/моль, зокрема менше 4000 г/моль. 4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що на етапі (с) має місце збільшення молекулярної маси більше, ніж на 4000 г/моль. 5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що на етапі (с) має місце збільшення молекулярної маси від 16 000 до 34 000 г/моль, зокрема від 20 000 до 28 000 г/моль. 2 (19) 1 3 90713 4 бути теоретично отримана з кінцевих груп поліефіру при його кінцевій молекулярній масі. 15. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що концентрацію низькомолекулярних продуктів розпаду діолу алкану з реакції поліконденсації в інертному газі підтримують досить низкою, щоб їх концентрація в поліефірі протягом подання інертного газу складала менше 30 %, зокрема менше 10 %, концентрації, яка може бути одержана теоретично з кінцевих груп поліефіру при його кінцевій молекулярній масі. 16. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що додатково для прискорен ня реакції етерифікації додають каталізатор етерифікації, наприклад металеву сполуку на основі марганцю, цинку або кальцію. 17. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що ентальпія плавлення поліефіру, виміряна методом диференційної сканувальної калориметрії, нижче 75 Дж/м. 18. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що температура піка кристалізації поліефіру, виміряна методом диференційної сканувальної калориметрії у другому циклі, перевищує 155 °С. Винахід стосується способу виробництва поліефіру з поліпшеними властивостями плавлення та кристалізації, у якому спочатку утворюється розплав попередника поліефіру, потім він відливається та твердіє у частки попередника поліефіру та у твердій фазі піддається термічному оброблянню у присутності каталізатора переетерифікації, причому перед термооброблянням в частках попередника поліефіру вміст карбоксильної кінцевої групи лежить у межах від 25% до 60%, і що етерифікація складає від 50% до 100% реакції поліконденсації. Винахід також стосується поліефіру, зокрема поліетилентерефталату, що виробляється згідно з описаним способом. Перевагою керування реакцією виробництва поліефіру у твердій фазі, коли віддається пріоритет реакції етерифікації над реакцією переетерифікації полягає в тому, що це дозволяє одержати поліефір зі зниженою точкою плавлення, зниженою ентальпією плавлення і отже поліпшеними властивостями плавлення. У той же час, точка кристалізації залишається високою, що зменшує формування мутності (помутніння) протягом процесу остигання поліефіру. У цілому, обидва фактори приводить до зниження необхідної для процесу енергії. Тут реакція управляється спочатку через придатні початкові умови і підтримується придатним технологічним режимом, при цьому для забезпечення ефективності виробництва поліефіру повинна досягатися достатньо висока кінетика реакції. З рівня техніки ці взаємозалежності не були відомі, оскільки зусилля, направлені на оптимізацію поліконденсації у твердій фазі були насамперед обмежені оптимізацією швидкості реакції. Наприклад, у патенті США 4205157 на ім'я Ду (Duh) описується процес, у якому досягається оптимальна швидкість реакції, якщо початкові умови та технологічний режим поліконденсації у твердій фазі підібрані таким чином, що реакції переетерифікації віддана перевага над реакцією етерифікації. Вихідною речовиною є поліефір із середньою молекулярною масою (Mn) від 3000 до 11500 г/моль, а вміст карбоксильної кінцевої групи становить менше 20%. Єдиним відомим з рівня технікиспособом керування реакціями є додавання активних добавок. Однак, мета та підхід тут відмінні та викликають інші недоліки. Тому при використанні добавок, дія яких заснована на механізмі поліприєднання, можна очікувати значно меншу вибірковість, і отже у більшому ступені небажані побічні ефекти, наприклад, ланцюги молекул з відгалуженнями. Використання коротко-ланцюгових добавок, дія яких заснована на механізмі поліконденсації, у цілому перешкоджає одержанню ланцюгової структури молекули. Наприклад, патентний документ Німеччини DE 19519898 на ім'я Мрозе (Mrose) та ін. описує спосіб, у якому зростання молекулярної маси в грануляті ненабагато відрізняється від росту молекулярної маси поза гранулятом, що створюється шляхом додавання у технологічний газ низькомолекулярних продуктів розпаду з реакцій поліконденсації. За вихідну речовину був обраний поліефір з відносно низьким вмістом карбоксильної кінцевої групи. Поряд з тим, що кореляцією реакції поліконденсації таким чином можна управляти, у процесі виникає наближення рівноважної ситуації, яка має негативний ефект на розвиток кристалічної структури (придушення реакції з одночасним продовженням кристалізації). Часткове придушення однієї з реакцій поліконденсації також збільшує необхідний час для одержання бажаної молекулярної маси. Поліефіри Поліефіри - це термопластичні продукти поліконденсації, що можуть кристалізуватися, наприклад, поліетилентерефталат (ПЕТФ), полібутилентерефталат (ПБТ) або поліетилен нафталат (ПІН), які присутні як гомополімери, так і сополімери. Поліефір - полімер, отриманий з його мономерів і компонентів у вигляді діолу та дикарбонової кислоти. Головним чином використовуються різні лінійні або циклічні діол-компоненти з 2 - 10 атомами вуглецю. Аналогічно, можуть використовуватися різні, головним чином, ароматичні компоненти дикарбонової кислоти, що звичайно мають 1-3 ароматичні ядра. Замість дикарбонової кислоти, може використовуватися відповідний їй діефір, зокрема складний диметил-ефір. Поліефіри звичайно утворюються у реакції поліконденсації з відділенням низькомолекулярного продукту реакції. У цьому випадку поліконденсація може протікати безпосередньо між мономерами або через проміжну стадію, яка згодом перетворюється за допомогою переетерифікації, причому 5 переетерифікація може знову відбуватися з відділенням низькомолекулярного продукту реакції, або через полімеризацію з розриванням циклу. Поліефір, отриманий таким чином, істотно лінійний, при цьому може виникнути невелика кількість відгалужень. Поліефір може бути новим матеріалом або повторно використовуваною речовиною. В поліефір можуть бути включені добавки. Придатні добавки включають каталізатори, барвники та пігменти, блокатори ультрафіолету, речовини для поліпшення технологічних властивостей, стабілізатори, ударні модифікатори, хімічні та фізичні піноутворювачі, наповнювачі, типу зародкотворювачів, частки, які поліпшують захисні або механічні властивості, армувальні тіла типу кульок або волокон, поряд з активними речовинами, наприклад, абсорберами кисню або абсорберами оцтового альдегіду. Поліетилентерефталат Поліетилентерефталат (ПЕТФ) - тип поліефіру, часто використовуваного насамперед для одержання видувних ємностей, наприклад, пляшки. Поліетилентерефталат утворюється із його мономерів, діол-компонента та дикарбонового компонента. Діол-компоненти тут переважно складаються, зокрема, на більше 90 мол.%, з етиленгліколю (1, 2 діол етану), тоді як дикарбоновий компонент складається переважно, зокрема на більше 90 мол.%, з терефталевої кислоти, причому повний вміст со-мономера звичайно перебуває в межах від 1 до 15 мол.%, зокрема від 2 до 10 мол.%. Вміст со-мономера тут відповідає сумі вмісту сомономера діолу та вмісту со-мономера дикарбонової кислота. Вміст со-мономера діолу визначений як кількість молей со-мономера діолу щодо загальної кількості молей діолу. Вміст сомономера дикарбонової кислота визначений як кількість молей дикарбонового со-мономера щодо загальної кількості молей дикарбонової кислоти. Co-мономери можуть також містити інші лінійні, циклічні або ароматичні діоли і сполуки дикарбонової кислоти. Типовими со-мономерами є диетиленгліколь (ДЕГ), ізофталева кислота (ІФК) або 1,4-бісгідроксиметил-циклогексан (ДМЦГ). Розплав попередника поліефіру Розплав попередника поліефіру може бути отриманий або шляхом розплавлювання твердого попередника поліефіру у відкритому просторі, або шляхом полімеризації або поліконденсації з мономера поліефіру в рідкій фазі. Можливі розплави форполімеру містять гомополіефіри, со-поліефіри та суміші різних поліефірів, причому може використатися також і вторинна сировина. Полімеризація у рідкій фазі звичайно проходить при підвищеній температурі, так, щоб форполімер був отриманий у вигляді розплаву форполімеру. Плавлення може проходити в будь-якому придатному пристрої плавлення, наприклад, екструдері, у якому поліефір нагрівається до температури, що перевищує точку плавлення його кристалічної структури. Протягом або після проце 90713 6 су плавлення може бути досягнуте зниження молекулярної маси (деполімерізація). Розплав попередника поліефіру звичайно утворюється шляхом поліконденсації у рідкій фазі в безперервному процесі, причому за стадією етерифікації йде стадія попередньої поліконденсації. У звичайному процесі виготовлення поліефіру далі проходить стадія поліконденсації у високов'язкому реакторі (так званий фінішер). (Наприклад, див.: Сучасні Поліефіри, Wiley Series in Polymer Science, Edited by John Scheirs, J. Wiley & Sons Ltd., 2003; Глава 4.2). Виробництво поліефіру може також проходити в періодичному процесі (Наприклад, див.: Сучасні Поліефіри, Wiley Series in Polymer Science, Edited by John Scheirs, J. Wiley & Sons Ltd., 2003; Глава 4.1). Краще щоб молекулярна маса попередника поліефіру, зокрема поліетилентерефталату, була у діапазоні від 10000 до 16000 г/моль, зокрема менше 14000 г/моль. Як альтернатива, вищезгадана стадія поліконденсації у високов'язкому реакторі може бути опущена. Це приводить до малов'язкого попередника поліефіру з молекулярною масою, безумовно нижчою молекулярної маси поліефіру після наступного обробляння у твердій фазі. Тоді краще, щоб молекулярна маса попередника поліефіру, зокрема поліетилентерефталату, знаходилася в діапазоні від 2000 до 10000 г/моль, зокрема, більше 4000 г/моль, краще усього - більше 7000 г/моль. Молекулярна маса тут означає середню молекулярну масу (середнє чисельне значення: Μn). В'язкість поліефіру може бути позначена як внутрішня в'язкість (IV) або середня молекулярна маса (середнє чисельне значення: Μn). Рівняння IV = k* Мп а використовувалося для перетворення величини IV, при співвідношенні фенол:діхлорметан 1:1 у середню молекулярну масу, де k =2,1 Е-4 і а=0,82. Як правило це рівняння може застосовуватися до опублікованих даних, якщо ніяка інша суміш розчинів і супутні перевідні коефіцієнти явно не передбачені. Величина IV тут позначає в'язкість розчину та визначається згідно з наступним правилом: Суміш фенолу/дихлорбензолу (50:50 мас.%) використовується як розчинник для вимірювання в'язкості розчину. Проба поліефіру розчиняється протягом 10 хвилин при 130°С з концентрацією 0,5% (0,5 г/дл). Відносна в'язкість (В.В). вимірюється при 25 °С віскозиметром Ubbelohde (Інструкція промислового стандарту Німеччини № 53728, Частина 3, січень 1985). Відносна в'язкість - показник, що складається з в'язкості розчину та в'язкості чистого розчинника, який може бути порівняний з відповідним відношенням капілярних потоків. Рівняння Хагінса використовується для обчислення значення внутрішньої в'язкості з виміряної відносної в'язкості: I.V. 1 4K н (R.V. 1) 2 c Kн 1 7 90713 Вищезгадані способи вимірювання (концентрація полімеру С=0,5 г/дл і постійна Хагінса KН=0,35) приводять до рівняння: 1 1,4(R.V. 1) 1 (дл/г) 0,35 Концентрація кінцевої групи (EGN) може бути обчислена із середньої молекулярної маси, використовуючи рівняння EGN = 2Е6/Мn, де Μn використовується в г/моль, і приводить до EGN у моль/т. Концентрація карбоксильної кінцевої групи (ССООН) і концентрація кінцевої групи може використовуватися для обчислення вмісту окремих кінцевих груп, при цьому для спрощення до уваги приймають тільки присутність гідроксилу та карбоксильних кінцевих груп, так, що EGN = ССООН + СОН. Вміст карбоксильної кінцевої групи Хсоон = ССООН / EGN; Вміст гідроксильної кінцевої групи ХОН = СОН / EGN = (1-ХСООН) У цьому випадку, ССООН позначає концентрацію карбоксильних кінцевих груп в моль/т, і СОН позначає концентрацію гідроксильних кінцевих груп в моль/т. Згідно з цим винаходом, кількість діолкомпонентів та компонентів дикарбонової кислоти поряд з умовами процесу виготовлення попередника поліефіру підібрані таким чином, щоб одержувати попередник поліефіру із вмістом карбоксильної кінцевої групи від 0,25 до 0,6, зокрема від 0,3 до 0,55, причому вміст карбоксильної кінцевої групи, перевищує 0,35, зокрема, краще, коли перевищує 0,4. Гранулювання Затвердіння розплаву попередника поліефіру і формування його часток може бути виконане в будь-якій придатній установці. Однак, у процесі варто стежити, щоб істотно зберегти властивості та структуру розплаву попередника поліефіру або підтримувати їх у межах, описаних у цьому винаході. Способи гранулювання, які звичайно використовуються. В процесі гранулювання, розплав форполімеру поміщається в певну форму та стверджується. Із цією метою, наприклад, розплав попередника поліефіру продавлюється через матрицю з отвором або множиною отворів і потім ріжеться, капає або дробиться. Охолодження отверджує розплав попередника поліефіру. Це може бути здійснене з використанням рідкого охолоджувального середовища (наприклад, води, етиленгліколю) або газоподібного охолоджувального середовища (наприклад, повітря, азоту, водяної пари) або при контакті з холодною поверхнею в комбінації з охолоджувальним середовищем, що також є можливим. Охолодження може мати місце під час утворення часток, а також перед цим процесом або після нього. Отвори матриці звичайно круглі, але можуть також мати різний профіль, наприклад, щілинні отвори. Варто потурбуватися про те, щоб величи I.V. 8 на потоку продукту через отвір матриці підтримувалася у вузьких межах за часом і місцем, причому краще, коли середнє відхилення величини окремого потоку продукту підтримується в межах від 0,1 до 10%. Для цього діаметр або довжина отвору матриці можуть бути різні, залежно від її положення. У той же час, вхідні параметри (тиск, швидкість, температура, в'язкість, і т.д.) для окремих отворів матриці повинні бути збережені настільки однорідними, наскільки це можливо. Різання може відбуватися як відразу біля випускного отвору матриці, так і навіть після завершення циклу обробляння. Для розплаву попередника поліефіру з молекулярною масою більше 7000 г/моль, використовуються процеси гранулювання типу екструзійне гранулювання, гранулювання з водяною завісою, підводне гранулювання або гранулювання біля голівки (також гранулювання біля гарячої сторони). Для розплаву попередника поліефіру з більш низькою в'язкістю, переважно використовуються процеси гранулювання типу крапання або тонкого подрібнення. Навіть при тому, що термін "вода" використовується в позначенні пристроїв для гранулювання, інші рідкі середовища, суміші рідких середовищ, рідини, рідкі суміші або рідини з розчиненими, емульгованими, або суспендованими речовинами також можуть використовуватися. Тоді як гранулювання поліефірів з молекулярною масою, що перевищує 15000 г/моль, широко використовується в промисловості, але гранулювання малов'язких розплавів поліефіру є порівняно рідким, проте також відомо. Використання різального пристрою для виробництва часток малов'язкого попередника поліефіру докладно описане в заявці РСТ/СН2005/000035, що включена в даний винахід. Використання крапельного пристрою, для виробництва часток малов'язкого попередника поліефіру докладно описано в, заявці WO04/055093, що включена в даний винахід. Середній розмір грануляту повинен знаходитися в межах від 0,1 мм до 10 мм, переважно від 0,5 мм до 3 мм, і зокрема від 0,85 мм до 2,5 мм. Середньостатистичне значення діаметра грануляту, яке утворюється із середньої висоти, довжини та ширини грануляту, використовується як середній розмір грануляту. Розподіл за розмірами грануляту повинен підтримуватися у вузьких рамках. Стандартне відхилення маси грануляту зі 100 обмірюваних гранул у кращому випадку знаходиться в межах від 2 до 20%. Гранулят повинен у кращому випадку мати певну форму гранул, наприклад, циліндричну, сферичну, каплеподібну, сфероподібну, або мати оригінальну форму таку, як, наприклад, запропонував Яу (Yau) у патенті ЕР0541674. Незважаючи на те що неправильна шорсткувата форма продукту, одержувана в процесі перемелювання або дроблення, менш краща, вона також може використовуватися. Найбільш вигідно використовувати щільні гранули, тобто, не пористі гранули, отримані, наприклад, шляхом спікання, піноутворення та т.п. 9 Охолодження може проходити до температури нижче температури скління поліефіру, що дозволяє транспортувати та/або зберігати гранулят протягом більш тривалого часу. Однак, середня температура грануляту попередника поліефіру може також зберігатися на більш високому рівні для поліпшення енергетичної ефективності процесу. З цією метою, можна підвищити температуру охолоджувального середовища та/або скоротити час знаходження в охолоджувальному середовищі, відповідно. Поліконденсація у твердій фазі Молекулярна маса часток попередника поліефіру збільшується через поліконденсацію у твердій фазі до величин від 16000 до 34000 г/моль, зокрема, від 20000 до 28000 г/моль. Згідно з цим винаходом, молекулярна маса збільшується на величину, більшу 2000 г/моль, зокрема, більшу 4000 г/моль. Тут поліконденсація у твердій фазі містить в собі етапи кристалізації (якщо це ще необхідно після виробництва часток), попереднього нагрівання, реакції постконденсації, охолодження, а також одержання та підготовки необхідних технологічних газів. У цьому випадку можуть використовуватися безперервні та періодичні процеси, наприклад, такі, що відбуваються в таких апаратах як реактори псевдозрідженого шару, фонтануючого шару та реактори нерухомого шару, а також у реакторах з мішалками або саморушних реакторах, типу печей карусельних або сушильних барабанів. Поліконденсація у твердій фазі може проходити як при нормальному тиску, так і при підвищеному тиску або під вакуумом. З рівня техніки відоме використання максимально можливих температур при постконденсації для досягнення постконденсації в максимально короткий відрізок часу. Однак, кристалічність у процесі піднімається до дуже високого рівня, що в свою чергу приводить до високих температур обробляння. Це повинне бути усунуте шляхом стримування температури постконденсації. Для одержання досить низьких температур обробляння, наприклад для поліетилентерефталата, доцільно щоб значний сегмент поліконденсації у твердій фазі проходив при температурі нижче 230°С, переважно нижче 220°С. Зниження температури постконденсації приводить до більш тривалої постконденсації для досягнення бажаної молекулярної маси, або навіть до асимптотичного наближення до молекулярної маси, що все ще лежить нижче бажаної молекулярної маси. Отже, наприклад, для поліетилентерефталата доцільно, щоб значний сегмент поліконденсації у твердій фазі проходив при температурі вище 190°С, переважно вище 200°С. З рівня техніки відомо, що швидкість реакції поліконденсації у твердій фазі, принаймні, частково залежить від дифузії та, отже, збільшується зі зменшенням розмірів грануляту. Це приводить до оптимального температурного діапазону постконденсації для кожного розміру грануляту, у якому бажане зростання молекулярної маси може бути досягнуте в економічно припустимий час постконденсації, визначний як менше 90713 10 40 годин, а в ідеалі - від 4 до 30 годин. Цей оптимальний температурний діапазон постконденсації повинен перебувати в межах діапазону, описаного вище для максимальної та мінімальної температури протягом поліконденсації у твердій фазі. Також відомо, що швидкість кристалізації досягає максимальної величини при температурі нижче температури постконденсації. Далі відомо, що швидкість постконденсації зменшується зі збільшенням кристалічності. Як наслідок, доцільно швидко нагріти, принаймні, частково кристалічні грануляти поліефіру, щоб одержати настільки швидке, наскільки це можливо, зростання молекулярної маси. Подібний спосіб описаний у публікації WO02/068498, текст якої також охоплений цією заявкою. У цьому випадку, може бути вигідно короткочасно нагріти частки попередника поліефіру до температури, що перевищує вищезгаданий оптимальний температурний інтервал постконденсації перш, ніж починається поліконденсація у твердій фазі. Наприклад, поліетилентерефталат може бути нагрітий і короткочасно утриманий при температурі між 220°С і температурою точки плавлення кристалічної структури поліетилентерефталата, переважно між 230°С і 245°С. Час утримання при підвищеній температурі не повинен, в цьому випадку, перевищувати 2 годин, зокрема не перевищувати 30 хвилин. У виробничому процесі поліефіру для збільшення швидкості реакції поліконденсації звичайно додають каталізатори. Зокрема додані каталізатори переетерифікації залишаються активними навіть протягом поліконденсації у твердій фазі, таким чином прискорюючи реакцію переетерифікації. Каталізатори переетерифікації - це одна або більше речовин на основі металів, наприклад, сурми, германію, алюмінію або титану. Вміст металу в поліефірі звичайно знаходиться в межах між 5 і 400 проміле, причому перевагу віддають вмісту сурми між 20 і 300 проміле, вмісту германія між 10 і 150 проміле, вмісту алюмінію між 10 і 200 проміле або вмісту титана між 5 і 20 проміле. В одному конкретному варіанті цього винаходу для прискорення реакції етерифікації поліефір отримує каталізатор етерифікації, наприклад, металеву речовину на основі марганцю, кобальту, цинку або кальцію. Однак в багатьох випадках такі речовини потрібно явно виключати, тому що ці каталізатори також сприяють появі небажаних побічних ефектів. Цей винахід заснований на знанні, що поліефір з покращеними властивостями плавлення і покращеними властивостями кристалізації може бути отриманий шляхом вибору початкових властивостей попередника поліефіру та технологічного режиму поліконденсації у твердій фазі таким чином, щоб збільшити молекулярну масу головним чином шляхом реакції етерифікації. Покращені властивості плавлення стають очевидними з порівняно низької точки плавлення та порівняно низької ентальпії плавлення, вимірюваної методом диференційної сканувальної калориметрії (ДСК) на першому циклі (1-й цикл). 11 Покращені властивості кристалізації стають очевидними з порівняно високої точки кристалізації, вимірюваної методом ДСК на другому циклі (2й цикл). Поліефір після поліконденсації у твердій фазі використовується для визначення характеристик продукту. За допомогою вимірювання методом диференціальної сканувальної калориметрії (ДСК) можуть бути визначені два різних типи властивостей: 1. Термічні властивості, які є наслідком обробляння продукту, визначаються на першому циклі ДСК-вимірювань. ДСК-точка плавлення та ентальпія плавлення тут надають інформацію про умови та енергетичні рівні, необхідні в процесі плавлення для обробляння поліефіру. 2. Термічні властивості, які випливають із структури кінцевого продукту (хімічний склад, молекулярна маса, розподіл молекулярної маси) визначені в другому циклі ДСК-вимірювань. ДСКточка кристалізації тут надає інформацію про умови, які приводять до кристалізації в процесі охолодження. Для визначення ДСК-температури плавлення та ДСК-точки кристалізації, на першому циклі відбувається нагрівання до температури 310°С із кроком 10°С/хв. Після витримування протягом однієї хвилини проводять охолодження з максимальною швидкістю. Ηа другому циклі знову виконують нагрівання до 310°С із кроком 10°С/хв. ДСК-точка кристалізації відповідає температурі, при якій екзотермічний пік кристалізації максимальний. Поліефір повинен показати суттєво єдиний пік кристалізації. ДСК-пік кристалізації гомополімера поліетилентерефталату в другому циклі повинен перевищити 145°С, наприклад, зокрема 155°С. Точка кристалізації зростає як функція кореляцій, відома з рівня техніки для поліетилентерефталатов з підвищеним вмістом со-мономера. ДСК-точка плавлення відповідає температурі, при якій ендотермічний пік плавлення перебуває в його максимумі. Поліефір повинен показати суттєво єдиний пік плавлення. У поліефірах з подвійним піком або побічним піком (який також називається «плече» або «покрите плече»), який перевищує 5% основного піка, приймається до уваги пік при більш високій температурі. Плече або покрите плече виявляються в додатковій окремій стадії або додатковому максимумі першої похідної піка плавлення. ДСК-точка плавлення гомополімера поліетилентерефталату на першому циклі повинна бути менше 260°С, зокрема, менше 255°С. У випадку поліетилентерефталату зі збільшеною долею сомономера, точка плавлення зменшується в залежності від кореляцій, відомих з рівня техніки. Температура плавлення стандартного поліетилентерефталату в залежності від вмісту со-мономера описана, наприклад, у патентному документі ЕР0532 988 на ім'я Тіле (Thiele). Ентальпія плавлення відповідає поверхні між базовою лінією та точкою плавлення, обмеженою 90713 12 лівою та правою межею піка, причому враховуються також подвійний або побічний піки. Ентальпія плавлення на першому циклі гомополімера поліетилентерефталату повинна бути менше 75 Дж/г, наприклад, зокрема, менше 70 Дж/г. Для поліетилентерефталатів з підвищеним вмістом сомономера ентальпія плавлення зменшується як функція кореляції, відомої з рівня техніки. Якщо розвиток кінцевих груп поліефіру вимірюється, перед та після поліконденсації у твердій фазі, кількість реакцій етерифікації (Е) і реакцій переетерифікації (Т) на тонну матеріалу може бути обчислена за формулою Ε = ССООН Початок - ССООН кінець Τ = (СОН Початок - СОН кінець - Е) / 2 На підставі отриманих результатів з'ясовуються, чи реакція протікає головним чином за допомогою реакції етерифікації Ε / (Е+Т))> 0,5, чи за допомогою реакції переетерифікації Ε / (Е+Т))

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for production of polyester

Автори англійською

Christel Andreas, Culbert Brent Allan

Назва патенту російською

Способ изготовления полиэфира

Автори російською

Христел Андреас, Кулберт Брент Аллан

МПК / Мітки

МПК: C08G 63/00

Мітки: поліефіру, спосіб, виготовлення

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/8-90713-sposib-vigotovlennya-poliefiru.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виготовлення поліефіру</a>

Подібні патенти