DE1720235A1 - Neue Copolyester,ihre Herstellung und Verwendung - Google Patents
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Description
. . Dr. W. Schalk ■. '
Dipl.-Ing-PeterWirth.
Alpine Chemische Dipl.-ing, G. Dartnenberg
Aktiengesellschaft Dr. V. Schmied-Kowarzik Case A 24 . \t ' .
- Kuf st ein, Tirol Dr. P Weinhold —- :' ...
7. "—^
6 Frankfurt a. Main
• Ost erreich Gr. Eschenheimer Str. 39 . '
Neue Copolyester, ihre Herstellung und Verwendung .
Copolyester aus aromatischen Dicarbonsäuren, z.B. Terephthalsäure, aliphatischen oder alioyclisohen Diolen, z.B. Aethylenglykol,
und weiteren polyesterbildenden Verbindungen, z.B. Oxäthylierungsprodukten von Verbindungen mit 2 phenolischen
Hydroxylgruppen im Molekül, z.B. von 4,4'-Dihydroxydiphenyl-.
dimethylmethan (Bisphenol A), sind bekannt. Daraus'hergestellte
Fasern haben sehr hohe Kochsohrumpfwerte und eine gute Färbbarkeit,
aber. geringere Trockenfestigkeit und relative Nassfestigkeit als Polyäthylenterephthalat und eine verhältnismässig
geringe Wärmestandfestigkeit, Ferner sind geringfügig vernetzte
bzw. verzweigte Copolyester aus aromatischen Dicarbonsäuren, aliphatischen oder alioyclischen Diolen und Verbindungen mit
mehr als 2 Carboxylgruppen oder aliphatischen Hydroxylgruppen im Molekül, z.B. Glyzerin, Pentaerythrit, Trimellitsäure oder
Pyromellitsäure, bekannt. Mit zunehmender Vernetzung bzw. Verzweigung
lassen sich die Polyester weniger gut verarbeiten, insbesondere schmelzspinnen, und die erhaltenen Fasern sind weniger
gut verstreckbar.
Es wurde gefunden, dass in Copolyestern aus aromatischen Dicarbonsäuren
(a), aliphatischen oder alioyolischen Diolen (b), Oxalky-
lierungsprodukten von Verbindungen mit 2 phenolisohen Hydroxyl-
20981 6 AU§3
gruppen im Molekül (c) und Verbindungen mit mehr als 2 Carboxylgruppen
oder aliphatischen Hydroxylgruppen im Molekül (d) die weniger guten Eigenschaften der beiden bekannten Copolyestertypen
verbessert und deren gute Eigenschaften vereinigt sind. Sie lassen sich gut verarbeiten, also beispielsweise schmelzspinnen
und anschliessend verstrecken sowie spritzgiessen oder extrudieren und ergeben Fasern, die sehr gute Trocken- und Nassfestigkeit
aufweisen und ausserdem pillingresistent, gut färbbar, wärmestandfest und formstabil sind. Die Temperaturabhängigkeit
der elastischen Eigenschaften, besonders des Anfangsmoduls, ist gering, und die elastische Erholung nach ASTM bei 5 % Dehnung,
besonders bei Temperaturen über der Raumtemperatur, ist gut. Der Restkochschrumpf, z.B. nach einer Fixierung in Luft von
l60°C bei konstanter Länge, ist klein, obwohl das Schrumpfverhalten
vor dem Fixieren durch die Verarbeitungsweise stark variiert werden kann.
Diese neuen Copolyester können aus den vier Gruppen von Komponenten
jeweils eine oder mehrere Verbindungen enthalten. Als aromatische Dicarbonsäuren (a) ist die Terephthalsäure besonders bevorzugt.
Ferner kommen z.B. Isophthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure,
4,4'-Diphenyldicarbonsäure und 2,5-Diraethoxyterephthalsäure
sowie Gemische dieser Säuren in Betracht·
209 816/H9 3
Besonders wichtige aliphatlsche Diole (b) haben die allgemeine
Formel IiO(CXY) OH, worin X und Y unabhängig voneinander Wasserstoff
oder niedrigmolekulares Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und η 2 bis 10 bedeuten. Dazu zählt vor allem das
Aethylenglykol. Ferner sind z.B. 1,4-Butandiol, 1,2-Propandiol
und 2-Methylpentandiol-l*5 geeignet. Ein besonders wertvolles
alicyclisohes Diol ist das !,^-Bis-thydroxymethylJ-cyclohexan.
Gemische von Diolen sind ebenfalls von Bedeutung.
Als Oxalkylierungöprodukte von Verbindungen mit 2 phenolischen
Hydroxylgruppen im Molekül (c) kommen besonders deren Oxäthylierungsprodukte
in Betracht. Sie haben z.B. die Formel
Worin a und b unabhängig voneinander für 1 bis 10 und
R für die direkte Bindung oder ein Brückenglied stehen und die Kerne A und B weitersubstituiert sein können. Wenn R
ein Brückenglied bedeutet, ist dieses vorzugsweise niedrigmolekulares,
gegebenenfalls verzweigtes Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, ferner Cycloalkyl mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen,
-CH=CH-, CH-ZÄ^, -0-, -CO-, -S-, -SS-, -SOg- oder -NX-,
wobei X für Wasserstoff oder niedrigmolekulares Alkyl mit
209816/1493
1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht. Die Ringe A und B können z.B. durch niedrigmolekulares, gegebenenfalls verzweigtes Alkyl
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Halogen oder Nitro substituiert sein. Besonders wertvoll ist das Umsetzungsprodukt von einem
Mol Bisphenol-A mit wenigen Mol Aethylenoxid, beispielsweise der Bisphenol-A-diglykoläther.
Von den Verbindungen mit mehr als 2 Carboxylgruppen oder· aliphatischen
Hydroxylgruppen im Molekül (d) sind die interessantesten die aromatischen Tri- und Tetracarbonsäuren und vor
allem die Benzoltri- und -tetracarbonsäuren, also beispielsweise Trimellitsäure und Pyromellitsäure, und die aliphatischen
Alkohole mit 3 und 4 Hydroxylgruppen, z.B. Glyzerin und
Pentaerythrit. Ferner sind auoh z.B. Erythrit, Arabit, Mannit und Sorbit brauchbar, und als Verbindungen mit mehr als 2
Carboxyl- und Hydroxylgruppen Aepfelsäure, Zitronensäure und Weinsäure. Auch Oxalkylierungsprodukte von drei- und mehrwertigen
Phenolen sind von Bedeutung, z.B. Glykoläther von Phlorogluzin und Pyrogallol.
Die neuen Produkte enthalten die genannten Komponenten vorzugsweise
in bestimmten Mengenverhältnissen, und zwar bis zu 4O Mol-# und insbesondere bis zu 10 Mol-# einer oder mehrerer
Verbindungen (c) und bis zu 3 Mol-#, vorzugsweise bis zu
209816/U93
-$ einer öder mehrerer Verbindungen (d), immer bezogen
auf die-aromatischen Dicarbonsäuren. Ein besonders wertvoller
Copolyester besteht aus terephthalsäure, Aethylenglykol oder
.1,4 Bi s- (hydroxymethyl} -cyelö hexan, Bi sphenol -A-digiykoläther
υηά Pentaerythrit in den angegebenen Mengenverhältnissen.
Die Herstellung der neuen Copolyester erfolgt in an sich
bekannter Weise. Selbstverständlich kann man nicht nur ,die
aromatischen Dicarbonsäuren selbst, sondern auch deren poly-,
esterbildenden Derivate einsetzen, z.B. deren niedrigmolekulare Alkylester mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Arylester
oder Säurehalogenide» Man verwendet die üblichen Katalysatoren,
z.B. Metalle, Metallgemische öder Legierungen, ferner Oxide
oder Salze der Borsäure, phosphorigen Säure oder niedrigmolekularer, aliphatischer Carbonsäuren mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen im Molekül. Besonders geeignet sind die Mangan-,
Kobalt-, Zink-, Kadmium- oder Bleisalze dieser Säuren, z.B. Mangantetraborat oder Kobaltaoetat und Zinkoxid oder Bleioxid.
Ferner setzt man vorteilhaft Stabilisatoren zu, das sind meist anorganische oder organische Phosphorverbindungen, z.B. Triphenylphosphin,
Tridodecylphosphin, Diphenylanthracenphosphin,
Magnesiumhypophosphit und Dinatriumphosphat.
Das Monomerengemisoh wird in Gegenwart der Katalysatoren und
2 0-9-8 1.6/U 9 3·
«6- ■ ·.
gegebenenfalls der Stabilisatoren unter reinem Stickstoff
in zwei Stufen polykondensiert, und zwar in der erstem Stufe
unter normalem oder erhöhtem Druck bei Temperaturen bis ziu
270°C und in der zweiten Stufe unter vermindertem Druck bei
etwa 250° bis ?20°C.
Die erhaltene Schmelze kann unmittelbar zu Fäden, Filmen oder
anderen Formkörpern verarbeitet werden oder auch im Gemisch mit anderen neuen Copolyesters oder bekannten Polyestern oder
Copolyestern oder anderen Polymeren, beispielsweise indem man
die verschiedenen Polyester bzw. Polymeren in geschmolzenem Zustand miteinander vermischt und anschliessend verformt,
oder indem man 2 verschiedene Polyester durch Döppeldüsen verspinnt, sodass sogenannte Bikomponentenfasern entstehen.
Die Verarbeitung kann unter Zusatz von Pigmenten, Weichmachern oder anderen bekannten Zusatzstoffen erfolgen. So
kann man der Schmelze Russ, organische oder anorganische Pigmentfarbstoffe, optische Aufheller oder Mattierungsmittel,
wie Titandioxid oder Siliciumdioxid, zusetzen. Diese Zusatzstoffe können aber auch schon bei der Herstellung der Polyester
zugegeben werden.
Infolge der Variationsmöglichkeiten der Konzentrationen der Ausgangsstoffe, insbesondere der Komponenten (o) und(d), ist
209816/1493
es möglich, Copolyester herzustellen, deren Festigkeit,.
Dehnung, Schrumpfverhalten etc. in einem relativ weiten
Bereich eingestellt werden können. Die Pillingresistenz ist infolge der durch die geringfügige Vernetzung herabgesetzten Scheuerfestigkeit und der einstellbaren Sprödigkeit
der Copolyester sehr gut« dergleichen das Färbever»
halten.
Die neuen Copolyester werden daher mit besonderem Vorteil
zur Herstellung von pillingresistenten Fasertypen mit verbesserter
Färbbarkeit, die insbesondere in Mischung mit Baumwolle, aber auch mit Wolle wertvoll sind, von pillingresistenten
Filamenttypen mit verbesserter Färbbarkeit für den Web- und Maschenwarensektor, die auch als texturierte Garne gut geeignet
sind, und von kochschrumpffähigen Faser- und Filamenttypen, wie sie z.B. für Bauschgarne und für Faservliese eingesetzt
werden, sowie von Filmen und Folien, insbesondere schrumpffähigen Folien für Verpackungszwecke, und anderen
Kunststoff-Formkörpern verwendet.
Die in.den folgenden Beispielen genannten Teile sind Gewientsteile.
Die Temperatüren sind in Celsiusgraden angegeben. Die intrinsic viscosity wurde auf Grund von Messungen an Lösungen
von 1 g Copolyester in 100 ml eines Gemisches aus Phenol und Tetrachloräthan (Is 1) berechnet.
20981S/U93
B e 1 s ρ i e 1 1
Ein Geraisch aus 5000 Teilen Terephthalsäuredimethylester,
3996 Teilen Aethylenglykol, 815 Teilen Bisphenol-A-diglykoläther,
23,7 Teilen Glyzerin, 1 Teil Zinkoxid und 0,8 Teilen
Triphenylphosphin wird in einer von Sauerstoff gereinigten Stickstoffatomsphäre unter Rühren erhitzt.
Innerhalb von 3*5 Stunden destillieren bei Temperaturen bis
24o° Methanol und Aethylenglykol über. Dann wird bei 0,8-0,4 mm
Hg und bei Temperaturen zwischen 268 und 271° weitergerührt. Nach 3 Stunden erhält man einen praktisch farblosen Copolyester,
der eine intrinsic viscosity von 0,63 besitzt und bei 233 - 234° schmilzt.
Der Copolyester kann in einer Extruderspinnmaschine versponnen und der erhaltene Faden im Verhältnis 1:4,5 verstreckt werden.
Dabei erhält man einen Faden mit einer Titerfestigkeit von
3*9 p/den, einer Dehnung von 14,4 % und einem linearen Koch-Minuten/
schrumpf nach 30/spannungslosem Kochen in Wasser von 13*8 $>> Nach dem Behandeln in heisser Luft von l6o° bei konstanter Länge und anschliessendem Kochen in Wasser während 30 Minuten hat er eine Titerfestigkeit von 3*8 p/den, 'eine Dehnung von 16,6 % und einen Anfangsmodul von 1,1 p/den bei 2 % Dehnung,
schrumpf nach 30/spannungslosem Kochen in Wasser von 13*8 $>> Nach dem Behandeln in heisser Luft von l6o° bei konstanter Länge und anschliessendem Kochen in Wasser während 30 Minuten hat er eine Titerfestigkeit von 3*8 p/den, 'eine Dehnung von 16,6 % und einen Anfangsmodul von 1,1 p/den bei 2 % Dehnung,
209816/U9.3
■ ■ - 9 - ■ ■ '.-■■ :,. ' ■
während der lineare Restschrumpf vor dem Kochen 3*5 % beträgt.
Ohne Glyceringehalt ist der Restkochschrumpf wesentlich höher.
Die Formstabilität ist also deutlich besser als diejenige eines kein Glycerin enthaltenden, aber im übrigen gleichen
Copolyesters. Die Fasern besitzen eine erniedrigte·Scheuerfestigkeit,
sind also gut pillingresistent. ■
B ei s ρ i el 2
Geht man von einem Gemisch aus 5000Teilen Terephthalsäuredimethylester,
3996 Teilen Aettiylenglykol, 8l5 Teilen Bis-r
phenol-A-diglykoläther und 7 Teilen Pentaerythrit aus und
verfährt im übrigen nach den Angaben im Beispiel 1, so erhält man einen Copolyester, der bei 234-236° schmilzt und eine .
intrinsic viscosity von 0,59 besitzt. Der versponnene und
im Verhältnis 1:4,5 verstreckte Faden besitzt eine Titerfestigkeit von 3,9 p/den, eine Reissdehnung von 7 % und einen
linearen Kochschrumpf von 18 #. Nach der Wärmebehandlung betragen die Titerfestigkeit 3,6 p/den, die Reissdehnung 13,8 %,
der Anfangsmodul 1,05 p/den bei 2 % Dehnung.und der Restkochschrumpf
vor dem Kochen 4 #.
20981 67 U93
Die Formstabilität gegenüber dem gleichen, aber keinen Pentaerythrit enthaltenden Copolyester ist wesentlich besser.
Ein Faden aus einem 0,2 Mol % Pentaerythrit, aber keinen Bisphenol-A-diglykoläther enthaltenden Copolyester lässt
sich weniger gut verstrecken und ist entsprechend weniger fest. Das Zug-Dehnungsdiagramm des unverstreckten Fadens
zeigt kaum eine Verfestigung. Dementsprechen sind die Werte
für Festigkeit und Dehnung des nichtwärmebehandelten F,adens Werte des "yield point".
Beispie 13
Geht man von einem Gemisch aus 3880 Teilen Terephthalsäuredimethylester,
3IOO Teilen Aethylenglykol, 316 Teilen Bisphenol-A-diglykoläther
und 1,36 Teilen Pentaerythrit aus und
verfährt im übrigen, jedoch unter Verwendung von 0,39 Teilen
Zinkstaub als Katalysator, nach den Angaben im Beispiel 1, so erhält man einen Copolyester, der bei 243-245° schmilzt und
eine intrinsic viscosity von 0,70 besitzt. Der versponnene und im Verhältnis 1:4 verstreckte Faden besitzt eine Titerfestigkeit
von 6,55 p/den, eine Reissdehnung von 7,6 % und
einen Kochschrumpf von 12,5 %. Nach einer Wärmebehandlung von
30 Minuten in Luft von l6o° bei konstanter Länge und anschliessend von 30 Minuten spannungslos in kochendem Wasser betragen
die Titerfestigkeit 5*89 p/den, die Reissdehnung 14,6 # und der
Anfangsmodul 1,10 p/den bei 2 % Dehnung.
209816/U93
Beispiel i
Geht man von einem Gemisch aus 3880 Teilen Terephthalsäure- ■
■ dimethylester, 3IOO Teilen Aethylenglykol, 158 Teilen Bisphenol-A-diglykoläther
und 2,73 Teilen Pentaerythrit aus und
verfährt im übrigen wie im Beispiel 3» so erhält man einen
Copolyester, der bei 253-254° schmilzt und eine intrinsic viscosity von 0,76 besitzt. Der versponnene und im Verhältnis
1:4,5 verstreckte Faden besitzt eine Titerfestigkeit'von 5,30
p/den, eine Dehnung von 12,2 % und einen relativen linearen
Kochschrumpf von 11,8 $>. Nach der im Beispiel 3 angegebenen
Wärmebehandlung betragen die Titerfestigkeit 5,15 p/den, die Reissdehnung 17,4 % und der Anfangsmodul 1,12 p/den bei 2 %
Dehnung.
B e i s ρ i e 1 5 .
Ersetzt man im Beispiel 3 das Aethylenglykol durch 7000 Teile
!,^-Bis-ChydroxymethylJ-cyclohexan, so erhält man einen Copolyester
mit ähnlich guten Eigenschaften.
Aehnliche Copolyester erhält man auch, wenn man anstatt des Pentaerythrits in den Beispielen 2,3 und 4 Trimellitsäuretrimethylester
oder Pyromellitsäuretetramethylester einsetzt.
2 0 9816/U93
Claims (15)
- Patentansprüche :Verfahren zur Herstellung neuer Copolyester aus aromatischen Dicarbonsäuren oder deren polyesterbildenden Derivaten (a), aliphatischen oder alicyclischen Diolen (b) und weiteren polyesterbildenden Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man als weitere polyesterbildende Verbindungen(c) Oxalkylierungsprodukte von Verbindungen mit 2 phenolischen Hydroxylgruppen im Molekül und(d) Verbindungen mit mehr als 2 Carboxylgruppen oder aliphatischen Hydroxylgruppen im Moleküleinkondensiert·
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 man als Verbindungen (b) aliphatische Diole der allgemeinen Formel HO(CXY)nOH einkondensiert, worin X und Y unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder niedrigmolekulares Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und η 2 bis 10 bedeuten.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindungen (c) Verbindungen der allgemeinen FormelH(OCH2CH2)a0-^A M-O(CH2CH2O)0H oderH(OCH0CH0) 0-einkiondensiert, worin a und b unabhängig voneinander für 1 bis 10 und R für- die direkte Bindung oder ein Brückenglied stehen und die Kerne A und B weitersubstituiert sein können.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindungen (d) 3- oder mehrwertige aliphatische Aikohole einkondensiert.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,209816/U93daß man als Verbindungen (d) aromatische Tri- oder Tetracarbon-· säuren einkondensiert.
- 6. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Terephthalsäure, Athylenglykol oder 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan, Bisphenol-A-diglykoläther und Pentaerythrit einkondensiert.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bis zu 40 UoI.-%-t vorzugsweise bis zu 10 Mol.-3», einer oder mehrerer Verbindungen (c) und bis zu 3 Mol.-Jo, vorzugsweise bis zu 1 IAq1.-% einer oder mehrerer Verbindungen (d) einkondensiert,' wobei die Mengenangaben auf die eingesetzte Menge aromatischer Dicarbonsäuren oder ihrer polyesterbildenden Derivate bezogen sind.
- 8. Copolyester aus aromatischen Dicarbonsäuren (a), aliphatischen oder alicyclischen Diolen Cb) und weiteren polyesterbildenden Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie als weitere polyesterbildende Verbindungen(.c) Oxalkylierungsprodukte von Verbindungen mit 2 phenolischen Hydroxylgruppen im Molekül und(d) Verbindungen mit mehr als 2 Carboxylgruppen oder aliphatischen Hydroxylgruppen im Molekül ■ >·einkondensiert enthalten.
- 9. Copolyester nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Verbindungen (b) aliphatische Diole der allgemeinen Formel HO(CXY)nOH einkondensiert enthalten, worin X und V unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder niedrigmole- - r kulares Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und η 2 bis 10 bedeuten.209816/1493/11/
- 10. Copolyester nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Verbindungen (c) Verbindungen der allgemeinen FormelO)-H odereinkondensiert en-haiten, worin a und b unabhängig voneinander für 1 bis 10 und R für die direkte 3indung oder ein Brückenglied stehen und die Kerne Λ und B weitersubstituiert sein können.
- 11. Copolyester nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Verbindungen, (dj 3- ods? mehrwertige aliphatische Alkohole einkondensiert enthalten.
- 12. Copolyester nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ale Verbindungen (d) aromatische Tri- oder Tetracarbonsäuren einkcndensiert enthalten.
- 13. Copolytster nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Torephthalsäure, Äthylenglykol oder l,4-Bis-(hydroxymethyU-cyclohexan, Sisphenol-A-ciglykoläther und Pentaerythrit einkonden^iert enthalten.
- 14. Copolyester nach Anspruch Si die bis zu 40 Mol.-#, vorzugsweise bis zu 10 Mol.-%t einer oder mehrerer Verbindungen (c und bis zu 3 Mol.-jS, vorzugsweise bis zu 1 Mal.-# einer oder mehrerer Verbindungen (d) einkerbensiert enthalten, wobei die Mengenangaben auf die eingesetzte Menge aromatischer Dicarbonsäuren ocftr ihrer pclyesterbilcenden Derivate bezogen sind.2098U/U93
- 15. Verwendung von Copolyestern nach einem der Ansprüche 8 bis 14. zur Herstellung von Fasern und Fäden.16· Verwendung von Copolyestern nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zur Herstellung von Formkörpern durch Extrudieren oder Spritzgießen.Der late rrta rnva It209816/1493
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