專利名稱：呈現(xiàn)中性色調(diào)、高度透明和亮度增加的對(duì)苯二甲酸、乙二醇和1，4－環(huán)己烷二甲醇的共聚 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備對(duì)苯二甲酸、乙二醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇的共聚多酯的三步方法，該方法提供一種具有中性色調(diào)、高度透明和亮度增加的產(chǎn)品。
在生產(chǎn)這些共聚多酯時(shí)遇到的一個(gè)困難是使產(chǎn)物帶有中性色調(diào)而不是微黃的色調(diào)。對(duì)于將這些聚合物成型成厚的板材的應(yīng)用場(chǎng)合黃色調(diào)是特別不適宜的。帶有玻璃狀外形的中性色調(diào)是特別受歡迎的。也希望用比較經(jīng)濟(jì)的對(duì)苯二甲酸而不是對(duì)苯二甲酸二甲酯來(lái)生產(chǎn)這些共聚多酯。
企圖用對(duì)苯二甲酸并按照先有技術(shù)的酯化反應(yīng)條件制備這種共聚多酯，但是得到的酯化產(chǎn)物在隨后的縮聚中的活性降低。這種活性降低當(dāng)與用對(duì)苯二甲酸二甲酯而不是對(duì)苯二甲酸作為反應(yīng)物制備的酯交換產(chǎn)物所進(jìn)行的縮聚反應(yīng)比較后就可以看出。
美國(guó)專利4,020,049公開(kāi)了一種由二羧酸和二元醇制備線性聚酯的方法。酯化反應(yīng)規(guī)定的二元醇與二羧酸的加料摩爾比為1.05∶1-1.7∶1。美國(guó)專利4,020,049與本發(fā)明的方法無(wú)關(guān)，因?yàn)樗嶙h采用的二元醇與二羧酸的加料摩爾比比較低，這對(duì)于含有30-90％(摩爾)乙二醇的聚(對(duì)苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲酯)的共聚多酯來(lái)說(shuō)將導(dǎo)致縮聚活性的降低。
美國(guó)專利5,198,530公開(kāi)了一種通過(guò)對(duì)苯二甲酸與1，4-環(huán)己烷二甲醇的酯化制備聚酯的方法。該方法在酯化反應(yīng)時(shí)所用的二元醇與二羧酸的加料摩爾比為1.0∶1-1.5∶1，并且要求二元醇與催化劑分批加入酯化反應(yīng)器。此外，美國(guó)專利5,198,530僅僅涉及具有至少80％(摩爾)的對(duì)苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲酯單元的共聚多酯。美國(guó)專利5,198,530與本發(fā)明的方法無(wú)關(guān)，本發(fā)明的方法用30-90％(摩爾)的乙二醇作共聚二醇以及采用較高的二元醇與二羧酸的加料摩爾比制備高分子量的共聚多酯，并且酯化時(shí)不需要用催化劑。
在步驟(1)，對(duì)苯二甲酸、乙二醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇在總二元醇與二羧酸的加料摩爾比為1.7∶1-6.0∶1下反應(yīng)形成酯化產(chǎn)物。加料摩爾比優(yōu)選為2.0∶1-4.5∶1。1，4-環(huán)己烷二甲醇既可以是順式的也可以是反式的異構(gòu)體，或兩種異構(gòu)體的混合物。1，4-環(huán)己烷二甲醇的加入量約等于在最終共聚多酯產(chǎn)物中所需的摩爾百分?jǐn)?shù)，在反應(yīng)物進(jìn)料中過(guò)量的二元醇是乙二醇。
含有對(duì)苯二甲酸的二羧酸組分可以任選用最高達(dá)10％(摩爾)的另一種二羧酸變更。任選的二羧酸包括優(yōu)選具有8-14個(gè)碳原子的芳族二羧酸、優(yōu)選具有4-12個(gè)碳原子的脂族二羧酸和優(yōu)選具有8-12個(gè)碳原子的環(huán)脂族二羧酸。也可以使用各種二羧酸的混合物。除了對(duì)苯二甲酸以外的二羧酸的具體例子是間苯二甲酸、萘二羧酸、環(huán)己烷二羧酸、芪二羧酸、丁二酸、戊二酸、己二酸和壬二酸。
含有乙二醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇的二元醇組分可以任選用最高達(dá)10％(摩爾)的其他二元醇變更。這種其他的二元醇包括優(yōu)選具有6-20個(gè)碳原子的環(huán)脂族二元醇、優(yōu)選具有3-20個(gè)碳原子的脂族二元醇和它們的混合物。除了乙二醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇以外的二元醇的具體例子是1，2-丙二醇、新戊二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇和1，6-己二醇。
本發(fā)明的共聚多酯也可含有少量三官能或四官能的共聚單體如1，2，4-苯三酸酐、三羥甲基丙烷和季戊四醇。共聚多酯含有0.1-0.5％摩爾的三官能或四官能的共聚單體。
步驟(1)中，酯化反應(yīng)是在溫度240-280℃和壓力15-80psig(200-650kPa)下進(jìn)行。酯化反應(yīng)優(yōu)選在溫度240-260℃，更優(yōu)選在245-255℃下進(jìn)行。優(yōu)選地，酯化反應(yīng)在壓力為20-50psig(240-450kPa)下進(jìn)行。步驟(1)的酯化反應(yīng)時(shí)間為100-300分鐘，取決于所選的溫度、壓力和二元醇與二羧酸的加料摩爾比。酯化反應(yīng)不需要催化劑。
酯化反應(yīng)可以間歇法進(jìn)行，或在一系列連續(xù)的反應(yīng)器中進(jìn)行。反應(yīng)物優(yōu)選以對(duì)苯二甲酸在二元醇中的淤漿形式加入酯化反應(yīng)器，雖然也可采用分開(kāi)加入各種反應(yīng)物的方法。
當(dāng)根據(jù)所規(guī)定的反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí)，得到具有增強(qiáng)的縮聚活性的酯化產(chǎn)物。用比規(guī)定值低的加料摩爾比將得到在隨后的縮聚反應(yīng)中活性低的酯化產(chǎn)物。當(dāng)用設(shè)定范圍的加料摩爾比制備高縮聚活性的酯化產(chǎn)物時(shí)，在隨后的縮聚反應(yīng)中允許應(yīng)用較低的催化劑濃度和較適度的溫度。
步驟(2)中，將縮聚催化劑和調(diào)色劑加到步驟(1)的酯化產(chǎn)物中?？s聚催化劑選自鈦、鍺、銻。也可以用縮聚催化劑的混合物。鈦通常以烷氧化物的形式加入?？捎玫拟伝衔锏睦邮且阴；惐仭⑺漠惐伜退漠惗』?。鍺和銻可以氧化物、有機(jī)鹽和甘醇酸酯的形式。優(yōu)選的縮聚催化劑是鈦，其以烷氧化物形式的加入量為10-60ppm?？s聚催化劑的濃度和所要求的產(chǎn)物的顏色以及所用的抑制或掩蔽黃色的穩(wěn)定劑和調(diào)色劑的類型和用量有關(guān)。為得到最佳的色調(diào)、透明度和亮度，鈦的加入量為12-25ppm。
在步驟(2)或在步驟(3)的縮聚反應(yīng)中加入磷穩(wěn)定劑。磷穩(wěn)定劑的加入量使得磷的量為10-100ppm，優(yōu)選為40-70ppm。優(yōu)選的磷穩(wěn)定劑是磷酸或其烷基酯、酸式磷酸二乙酯和磷酸三辛酯。更優(yōu)選，磷穩(wěn)定劑是磷酸。
在步驟(2)中調(diào)色劑的加入量為0.1-40ppm，以改進(jìn)本發(fā)明方法制備的共聚多酯的中性色調(diào)特性。本文所用的術(shù)語(yǔ)“調(diào)色劑”包括有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料。本發(fā)明者已經(jīng)確定，調(diào)色劑用量大于40ppm時(shí)，共聚多酯呈灰色并且降低了共聚多酯的透明度。用本發(fā)明方法制備的酯化產(chǎn)物，加上低的催化劑濃度，低的縮聚溫度和較高的磷濃度使得生產(chǎn)的聚酯固有的泛黃度較淺。這就使得有可能用低濃度的調(diào)色劑達(dá)到所需的中性色調(diào)，以及生產(chǎn)的共聚多酯當(dāng)成型為模塑制品和厚板材時(shí)，呈現(xiàn)高透明度和光澤。
優(yōu)選的無(wú)機(jī)調(diào)色劑是鈷，鈷可以有機(jī)酸鹽如乙酸鈷或丙酸鈷的形式加入。替換地，可使用具有可進(jìn)入共聚多酯鏈的反應(yīng)性基團(tuán)的熱穩(wěn)定的有機(jī)著色化合物作調(diào)色劑。適合的有機(jī)調(diào)色劑體系，其中具有反應(yīng)點(diǎn)的熱穩(wěn)定著色化合物進(jìn)入聚酯以改進(jìn)聚酯的色調(diào)，的例子如某些藍(lán)色和紅色的取代蒽醌公開(kāi)于美國(guó)專利5,384,377、5,372,864、5,340,910和4,745,174中，這些專利的有機(jī)調(diào)色劑體系在此引入作為參考。
在步驟(3)中，使步驟(2)的產(chǎn)物縮聚充足的時(shí)間形成比濃對(duì)數(shù)粘度至少為0.50dL/g的共聚多酯?？s聚反應(yīng)進(jìn)行的溫度為260-290℃，優(yōu)選為270-280℃。縮聚反應(yīng)在400-0.1毫米汞柱(50-0.01kPa)的減壓下進(jìn)行，副產(chǎn)物二元醇隨時(shí)除去。
共聚多酯的分子量通過(guò)測(cè)定溶液比濃對(duì)數(shù)粘度(I.V.)確定，比濃對(duì)數(shù)粘度是在25℃下將250mg共聚多酯溶于50ml由60/40重量比的苯酚和四氯乙烷組成的溶劑中測(cè)定的。本發(fā)明的共聚多酯的比濃對(duì)數(shù)粘度為0.5-0.9dL/g，優(yōu)選為0.7-0.8dL/g。
下面的實(shí)施例是闡述而不是限制本發(fā)明的范疇。除非另有說(shuō)明，實(shí)施例中所有的份數(shù)和百分?jǐn)?shù)都是重量基位的。實(shí)施例1用乙二醇(EG)、對(duì)苯二甲酸(TPA)和蒸餾過(guò)的環(huán)己烷二甲醇(CHDM)制備酯化產(chǎn)物，其中共聚多酯的CHDM含量是總二元醇含量的31％(摩爾)?？偠?EG+CHDM)與TPA的摩爾比為1.7∶1或1.4∶1，同時(shí)EG過(guò)量。酯化反應(yīng)在40psig(380kPa)下進(jìn)行，用裝備水柱的6摩爾試驗(yàn)室間歇反應(yīng)器，以除去產(chǎn)生的水蒸氣。將反應(yīng)器加熱，使溫度慢慢升至240℃，然后開(kāi)始酯化反應(yīng)并蒸出水蒸氣。反應(yīng)的完成可通過(guò)水柱的溫度降低表明。
用加料摩爾比1.7∶1制備兩種酯化產(chǎn)物。一種酯化產(chǎn)物在溫度240℃下制備，酯化需要180分鐘完成。在較高的平均溫度255℃下，酯化反應(yīng)在100分鐘內(nèi)完成。
用加料摩爾比1.4∶1制備兩種酯化產(chǎn)物。在最低的溫度240℃，酯化需要240分鐘完成。在較高的平均溫度255℃下，酯化反應(yīng)在120分鐘內(nèi)完成。
酯化反應(yīng)完成后，在282℃使產(chǎn)物聚合，用38ppm鈦、28ppm鈷和40ppm磷。反應(yīng)器裝備有攪拌器、側(cè)臂、氮?dú)馊肟诤蜔嵩础Ｔ?25℃熔融后，溫度以2°/分鐘升至282℃?？s聚反應(yīng)在在＜0.5毫米汞柱(0.07kPa)的減壓下進(jìn)行，攪拌速度為50rpm。試驗(yàn)結(jié)果列于表I。
表I間歇酯化實(shí)驗(yàn)室縮聚加料 溫度 壓力 時(shí)間摩爾比℃psig (kPa)分鐘IV1.7∶1 240 40 (380) 55 0.7821.7∶1 255 40 (380) 55 0.7411.4∶1 240 40 (380) 95 0.7421.4∶1 255 40 (380) 95 0.765
表I的結(jié)果清楚地表明，用較高加料摩爾比制備的酯化產(chǎn)物具有增加的縮聚活性。用加料摩爾比1.7∶1制備的酯化產(chǎn)物在282℃和50-55分鐘在內(nèi)I.V.可以達(dá)到0.72-0.78dL/g。用加料摩爾比1.4∶1制備的酯化產(chǎn)物在282℃需要90-95分鐘I.V.達(dá)到0.72-0.78dL/g。實(shí)施例2用乙二醇、對(duì)苯二甲酸和蒸餾過(guò)的環(huán)己烷二甲醇制備酯化產(chǎn)物，其中共聚多酯的環(huán)己烷二甲醇含量是總二元醇含量的31％(摩爾)。酯化反應(yīng)在兩個(gè)串聯(lián)的連續(xù)反應(yīng)器(R1和R2)中進(jìn)行。第三個(gè)反應(yīng)器用作收集酯化產(chǎn)物的閃蒸罐?？偠寂c對(duì)苯二甲酸的加料摩爾比在2.0∶1-1.3∶1之間變動(dòng)，乙二醇過(guò)量。酯化反應(yīng)時(shí)間通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入R1的淤漿加料流量而變化。固定體積的反應(yīng)器的體積比約為2∶1，2230ml在R1中和1100ml在R2中。
加料流量在10-19ml/分鐘變化，所以總酯化時(shí)間在180-360分鐘之間變化。第一個(gè)酯化反應(yīng)器(R1)的溫度為245-260℃，壓力保持在37psig(360kPa)。第二個(gè)酯化反應(yīng)器(R2)的溫度為245-267℃，壓力為10-27psig(170-290kPa)。
收集酯化產(chǎn)物并在半摩爾部分的試驗(yàn)室間歇反應(yīng)器中聚合。反應(yīng)器裝備有攪拌器、側(cè)臂、氮?dú)馊肟诤蜔嵩?。催化劑體系是48ppm鈦和31ppm磷。在225℃下10分鐘后，溫度以2°/分鐘升至282℃?？s聚反應(yīng)在＜0.5毫米汞柱(0.07kPa)的減壓下進(jìn)行，攪拌速度為50rpm。每種酯化產(chǎn)物聚合60分鐘。試驗(yàn)結(jié)列于表II。
表II連續(xù)酯化試驗(yàn)室聚合加料 溫度 壓力 時(shí)間時(shí)間摩爾比℃psig (kPa)分鐘分鐘IVR1R2R1R22.0∶1 245 250 37(360) 27(290)180 60 0.7562.0∶1 260 270 37(360) 27(290)180 60 0.7382.0∶1 245 250 37(360) 27(290)320 60 0.7311.8∶1 245 250 37(360) 27(290)180 60 0.7381.8∶1 245 250 37(360) 10(170)180 60 0.7001.3∶1 245 250 37(360) 10(170)180 1000.232
表II的結(jié)果清楚地表明用較高的加料摩爾比制備的酯化產(chǎn)物具有增加了的縮聚活性，和增加縮聚活性采用了較低的溫度和較短的酯化時(shí)間。具有最高縮聚活性的酯化產(chǎn)物，由較高的I.V.看出，是用最高的加料摩爾比2.0∶1、低的酯化溫度和180分鐘的總酯化時(shí)間制備的。增加酯化溫度，盡管保持加料摩爾比為2.0∶1，但降低了酯化產(chǎn)物的縮聚活性。增加酯化反應(yīng)時(shí)間由180分鐘至320分鐘，盡管保持加料摩爾比為2.0∶1，也降低了酯縮聚活性。加料摩爾比降至1.8∶1，減少了縮聚活性；降低第二個(gè)酯化反應(yīng)器的壓力也減少了縮聚活性。用加料摩爾比為1.3∶1制備的酯化產(chǎn)物對(duì)縮聚反應(yīng)是無(wú)活性的，縮聚時(shí)間100分鐘以后得到的I.V.小于0.7。實(shí)施例3用不同的1，4-環(huán)己烷二甲醇(CHDM)組成，采用乙二醇(EG)、對(duì)苯二甲酸(TPA)和1，4-環(huán)己烷二甲醇(CHDM)的淤漿加料，制備酯化產(chǎn)物，其中共聚多酯中CHDM的含量為總二元醇含量的或12％(摩爾)或62％(摩爾)。酯化反應(yīng)按實(shí)施例2所述的方法進(jìn)行?？偠?EG+CHDM)與對(duì)苯二甲酸TPA的加料摩爾比為2.0∶1，EG過(guò)量。第一個(gè)酯化反應(yīng)器(R1)的溫度為245℃，壓力為37psig(360kPa)。第二個(gè)酯化反應(yīng)器(R2)的溫度為250℃，壓力為27psig(290kPa)。縮聚在282℃下如實(shí)施例2所述的方法進(jìn)行，最高達(dá)達(dá)到目標(biāo)IV0.70-0.80。試驗(yàn)結(jié)果列于表III。
表III連續(xù)酯化試驗(yàn)室縮聚CHDM 加料溫度 壓力時(shí)間 時(shí)間摩爾％摩爾比℃psig (kPa)分鐘分鐘IVR1R2R1R212％ 2.0∶1 245 250 37(360)27(290) 18065 0.72162％ 2.0∶1 245 250 37(360)27(290) 18030 0.79262％ 1.8∶1 245 250 37(360)27(290) 18030 0.648表III顯示了用不同濃度的1，4-環(huán)己烷二甲醇制備的酯化產(chǎn)物的縮聚活性。表III清楚地表明用較高的加料摩爾比制備的酯化產(chǎn)物具有增加了的縮聚活性。用較高的二元醇與二羧酸摩爾比提高縮聚活性可以通過(guò)較高濃度的環(huán)己烷二甲醇酯化產(chǎn)物，其中一個(gè)酯化產(chǎn)物是用比加料摩爾比2.0∶1更低的加料摩爾比制備的，來(lái)證明。用加料摩爾比1.8∶1制備的酯化產(chǎn)物在30分鐘之內(nèi)不能達(dá)到目標(biāo)I.V.，而用加料摩爾比2.0∶1制備的酯化產(chǎn)物在30分鐘內(nèi)達(dá)到0.79dL/g的I.V.。實(shí)施例4用乙二醇、對(duì)苯二甲酸和蒸餾的環(huán)己烷二甲醇制備酯化產(chǎn)物，其中共聚多酯的環(huán)己烷二甲醇含量是總二元醇含量的31％(摩爾)。酯化反應(yīng)在兩個(gè)串聯(lián)的連續(xù)反應(yīng)器(R1和R2)中進(jìn)行?？偠寂c對(duì)苯二甲酸的加料摩爾比在4.3∶1-2.3∶1之間變動(dòng)，乙二醇過(guò)量?？傰セＡ魰r(shí)間約155分鐘。第一酯化反應(yīng)器(R1)的溫度為250-265℃，壓力為45psig(410kPa)。第二酯化反應(yīng)器(R2)的溫度為250-265℃，壓力為27psig(290kPa)。
將鈦和磷溶液與有機(jī)調(diào)色劑染料一起加入也是串聯(lián)的兩個(gè)縮聚反應(yīng)器的第一個(gè)反應(yīng)器中。所用的催化劑體系是48ppm鈦和31ppm磷。第一縮聚反應(yīng)器(P1)保持在265℃和壓力175毫米汞柱(23kPa)。在P1連續(xù)反應(yīng)器中的停留時(shí)間約65分鐘。最終縮聚反應(yīng)器(P2)是水平設(shè)計(jì)，用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的盤(pán)形環(huán)增加表面的生成以便當(dāng)縮聚反應(yīng)進(jìn)行時(shí)從熔融聚合物中除去乙二醇。
在最終縮聚反應(yīng)器中的停留時(shí)間約220分鐘，最終縮聚溫度為272℃?？s聚反應(yīng)在約1.0毫米汞柱(0.13kPa)的減壓下進(jìn)行。聚合后，將熔融聚合物擠入水浴中冷卻和固化、切成丸粒和分析比濃對(duì)數(shù)粘度。試驗(yàn)結(jié)果列于表IV。
表IV連續(xù)酯化連續(xù)縮聚加料溫度 壓力 時(shí)間 時(shí)間摩爾比℃psig (kPa)分鐘分鐘IVR1R2R1R24.3∶1 250 250 45(410)27(290) 155 220 0.7674.3∶1 255 265 45(410)27(290) 155 220 0.7482.3∶1 255 265 45(420)27(290) 155 220 0.685
表IV的結(jié)果清楚地表明用較高的加料摩爾比制備的酯化產(chǎn)物具有增加了的縮聚活性，同時(shí)用較低的酯化溫度也達(dá)到較高的縮聚活性。具有最高總縮聚活性的酯化產(chǎn)物是用最高的加料摩爾比4.3∶1和低的酯化溫度制備的。增加酯化溫度，盡管保持加料摩爾比為4.3∶1，但降低了酯化產(chǎn)物的縮聚活性，這可從較低的I.V.看出。將加料摩爾比降至2.3∶1，顯著降低了縮聚活性，不能夠達(dá)到目標(biāo)I.V.。實(shí)施例5用乙二醇、對(duì)苯二甲酸和蒸餾的環(huán)己烷二甲醇制備酯化產(chǎn)物，其中共聚多酯的環(huán)己烷二甲醇含量是總二元醇含量的31％(摩爾)。酯化反應(yīng)在如實(shí)施例2所述的兩個(gè)串聯(lián)的連續(xù)反應(yīng)器中進(jìn)行?？偠寂c對(duì)苯二甲酸的加料摩爾比為2.0∶1，乙二醇過(guò)量和總酯化時(shí)間為180分鐘。第一酯化反應(yīng)器(R1)的溫度為245℃，壓力為37psig(360kPa)。第二酯化反應(yīng)器(R2)的溫度為250℃，壓力為27psig(290kPa)。
在這一組試驗(yàn)中變動(dòng)縮聚催化劑和溫度以證實(shí)縮聚催化劑濃度和溫度對(duì)縮聚速率和在最終聚合物中黃色形成速率的影響。b*色值是泛黃度的量度，其數(shù)值越高顏色越黃。在熔融和縮聚之前將有機(jī)調(diào)色劑染料加到酯化產(chǎn)物中。磷的濃度保持恒定在25ppm，調(diào)色劑染料的濃度保持恒定?？s聚反應(yīng)在實(shí)施例2所述的試驗(yàn)室間歇反應(yīng)器中進(jìn)行。在225℃熔融后，溫度升至282或272℃。每種酯化產(chǎn)物聚合到0.72-0.78dL/g的目標(biāo)I.V.。分析共聚多酯產(chǎn)物的比濃對(duì)數(shù)粘度、催化劑含量和Hunter Ultrascan b*值。試驗(yàn)結(jié)果列于表V。
表V連續(xù)酯化 試驗(yàn)室縮聚加料 溫度壓力 時(shí)間 溫度 Ti 時(shí)間摩爾比℃psig (kPa)分鐘℃ppm分鐘IV b*R1R2R1R22.0∶1 245 250 37(360) 27(290) 180 282 48 400.731 9.32.0∶1 245 250 37(360) 27(290) 180 282 30 550.730 8.02.0∶1 245 250 37(360) 27(290) 180 272 48 700.729 8.12.0∶1 245 250 37(360) 27(290) 180 272 30 850.741 6.42.0∶1 245 250 37(360) 27(290) 180 272 16 850.760 4.9
表V的結(jié)果闡述了用高加料摩爾比同時(shí)降低催化劑的濃度和降低縮聚溫度制備的酯化產(chǎn)物具有足夠的縮聚活性達(dá)到目標(biāo)I.V.。該結(jié)果清楚地表明，降低催化劑濃度和降低縮聚溫度顯著減少了黃色的形成(較低b*)。因?yàn)轷セa(chǎn)物是相同的，磷的濃度和有機(jī)調(diào)色劑染料的濃度是恒定的，影響縮聚反應(yīng)速率和聚合物中黃色的生成量的因素是縮聚催化劑濃度(Ti)和縮聚反應(yīng)溫度。
當(dāng)縮聚反應(yīng)進(jìn)行并達(dá)到0.72-0.78dL/g的目標(biāo)I.V.，采用最高的溫度(282℃)和最高的鈦濃度(48ppm Ti)得到最黃的聚合物。在較低的縮聚溫度(272℃)可以顯著地較低泛黃度，同時(shí)用最低的鈦濃度(16ppm)可以達(dá)到最低的b*值。實(shí)施例6用乙二醇、對(duì)苯二甲酸和蒸餾的環(huán)己烷二甲醇制備酯化產(chǎn)物，其中共聚多酯的環(huán)己烷二甲醇含量是總二元醇含量的31％(摩爾)。酯化反應(yīng)在兩個(gè)串聯(lián)的連續(xù)反應(yīng)器(R1和R2)中進(jìn)行?？偠寂c對(duì)苯二甲酸的加料摩爾比為3.5∶1，乙二醇過(guò)量?？傰セＡ魰r(shí)間保持恒定在約185分鐘。第一酯化反應(yīng)器(R1)的溫度為255℃，壓力為69psig(580kPa)。第二酯化反應(yīng)器(R2)的溫度為255℃，壓力為27psig(290kPa)。
在這組試驗(yàn)中變動(dòng)縮聚催化劑、溫度和磷的濃度，以證實(shí)縮聚催化劑濃度、溫度和磷的濃度對(duì)縮聚速率和最終聚合物中黃色的形成速率的影響。b*色值是泛黃度的量度，其數(shù)值越高顏色越黃。在熔融和縮聚之前將有機(jī)調(diào)色劑染料加到酯化產(chǎn)物中?？s聚反應(yīng)在實(shí)施例2所述的試驗(yàn)室間歇反應(yīng)器中進(jìn)行。在225℃熔融后，溫度升至285℃或275℃。每種酯化產(chǎn)物聚合到0.72-0.78dL/g的目標(biāo)I.V.。分析共聚多酯產(chǎn)物的比濃對(duì)數(shù)粘度、催化劑含量和Hunter Ultrascan b*值。試驗(yàn)結(jié)果列于表VI。
表VI用25ppm磷在285℃縮聚連續(xù)酯化試驗(yàn)室縮聚加料 溫度 壓力時(shí)間 溫度Ti 時(shí)間摩爾比℃ psig (kPa)分鐘℃ppm分鐘IVb*R1R2R1R23.5∶1255255 69(580) 27(290)180 285 48 45 0.819 4.73.5∶1255255 69(580) 27(290)180 285 32 60 0.827 3.1用45ppm磷在275℃縮聚連續(xù)酯化試驗(yàn)室縮聚加料溫度 壓力時(shí)間 溫度Ti 時(shí)間摩爾比℃psig(kPa)分鐘℃ppm分鐘IVb*R1R2R1R23.5∶1255255 69(580) 27(290) 180 275 32130 0.755 -.063.5∶1255255 69(580) 27(290) 180 275 16130 0.751 -.23表VI的結(jié)果闡述了用高加料摩爾比同時(shí)降低催化劑的濃度和降低縮聚溫度制備的酯化產(chǎn)物具有足夠的縮聚活性達(dá)到目標(biāo)I.V.。該結(jié)果清楚地表明，降低催化劑濃度、降低縮聚溫度和增加磷的濃度顯著減少了黃色的形成(較低b*)。
因?yàn)轷セa(chǎn)物是相同的，有機(jī)調(diào)色劑染料的濃度是恒定的，影響縮聚活性和聚合物中黃色的生成量的因素是縮聚催化劑濃度(Ti)、縮聚反應(yīng)溫度和磷的濃度。采用高的縮聚反應(yīng)溫度(285℃)和最高的鈦濃度(48ppm Ti)以及25ppm的磷穩(wěn)定劑得到最黃的聚合物。鈦的濃度降至32ppm顏色稍有改進(jìn)。在較低的縮聚溫度(275℃)和較高的磷穩(wěn)定劑的濃度(45ppm P)可以顯著降低泛黃度。雖然要求較長(zhǎng)的縮聚時(shí)間，但是達(dá)到了0.72-0.78dL/g的目標(biāo)I.V.，并且用最低的鈦濃度(16ppm)得到最低的b*值。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員借助于上面詳細(xì)描述將提出許多改動(dòng)。所有這種明顯修改都在后附的權(quán)利要求的全面設(shè)定的范疇之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備對(duì)苯二甲酸、乙二醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇的共聚多酯的方法，該共聚多酯中的二醇組分含有30-90％(摩爾)的乙二醇，和其特征在于具有中性色調(diào)、高度透明和增加的亮度，所述方法包括以下步驟(1)使對(duì)苯二甲酸、乙二醇和1，4-環(huán)己烷二甲醇在總二元醇與二羧酸的加料摩爾比為1.7∶1-6.0∶1，溫度240-280℃和壓力15-80psig(200-650kPa)下反應(yīng)100-300分鐘形成酯化產(chǎn)物；(2)將縮聚催化劑和0.1-40ppm調(diào)色劑加到步驟(1)的酯化產(chǎn)物中，其中縮聚催化劑是選自鈦、鍺、銻和它們的混合物；和(3)在溫度260-290℃和400-0.1毫米汞柱(50-0.01kPa)的減壓下使步驟(2)的產(chǎn)物縮聚充足的時(shí)間形成比濃對(duì)數(shù)粘度至少為0.50dL/g的共聚多酯，所述方法包括在步驟(2)或步驟(3)中加入10-100ppm的磷穩(wěn)定劑。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(1)是在溫度245-255℃和壓力20-50psig(240-450kPa)下進(jìn)行。
3.權(quán)利要求1的方法，其中磷穩(wěn)定劑是磷酸。
4.權(quán)利要求1的方法，其中最高達(dá)10％(摩爾)的對(duì)苯二甲酸被其他二羧酸代替，該二羧酸選自具有8-14個(gè)碳原子的芳族二羧酸、具有4-12個(gè)碳原子的脂族二羧酸和具有8-12個(gè)碳原子的環(huán)脂族二羧酸及其混合物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中最高達(dá)10％(摩爾)的乙二醇被其他二元醇代替，該二元醇選自具有6-20個(gè)碳原子的環(huán)脂族二元醇、具有3-20個(gè)碳原子的脂族二元醇和其混合物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中另外含有0.1-0.5％(摩爾)的選自1，2，4-苯三酸酐、三羥甲基丙烷和季戊四醇的共聚單體。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及制備具有中性色調(diào)、高度透明和亮度增加的共聚多酯的三步方法。該方法包括使對(duì)苯二甲酸、乙二醇和1，4－環(huán)己烷二甲醇在總二元醇與二羧酸的加料摩爾比為1.7∶1－6.0∶1，溫度240－280℃和壓力15－80psig(200－650KPa)下反應(yīng)形成酯化產(chǎn)物；加入縮聚催化劑和調(diào)色劑；和在溫度260－290℃和減壓下使產(chǎn)物進(jìn)行縮聚形成高分子量的共聚多酯。
文檔編號(hào)C08G63/199GK1440993SQ0310420
公開(kāi)日2003年9月10日 申請(qǐng)日期1997年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月20日
發(fā)明者V·S·亞當(dāng)斯, J·E·哈塔韋, K·A·羅伯特斯 申請(qǐng)人:伊斯曼化學(xué)公司