DE2834535A1 - Copolyester - Google Patents

Copolyester

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DE2834535A1
DE2834535A1 DE19782834535 DE2834535A DE2834535A1 DE 2834535 A1 DE2834535 A1 DE 2834535A1 DE 19782834535 DE19782834535 DE 19782834535 DE 2834535 A DE2834535 A DE 2834535A DE 2834535 A1 DE2834535 A1 DE 2834535A1
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DE
Germany
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radicals
copolyester
copolyesters
acid
chlorine
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DE19782834535
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English (en)
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Jun Winston Jerome Jackson
John Craft Morris
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Eastman Kodak Co
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Eastman Kodak Co
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Publication date
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/68Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G63/682Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing halogens
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08G63/60Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from the reaction of a mixture of hydroxy carboxylic acids, polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/605Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from the reaction of a mixture of hydroxy carboxylic acids, polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds the hydroxy and carboxylic groups being bound to aromatic rings

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Description

Die Erfindung betrifft neue Copolyester mit besonders vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise einem besonders vorteilhaften Biegemodul und einer besonders vorteilhaften Zugfestigkeit.
In den vergangenen Dekaden hat die Verwendung von aus synthetischen Polymeren hergestellten Formkörpern ständig zugenommen. Insbesondere für Formkörper aus Polyester haben sich weite Anwendungsgebiete erschlossen. Obgleich die meisten Polyester mechanische Eigenschaften aufweisen, aufgrund derer sie nach üblichen Formverfahren verarbeitet werden können, eignen sich die meisten der Polyester doch nicht für solche Anwendungsgebiete, bei denen es auf besonders hohe Festigkeiten ankommt, weil die mechanischen Eigenschaften der Polyester, beispielsweise der Biegemodul und Zugfestigkeit nicht hoch genug sind.
Eine Gruppe von Polyestern, die durch eine hohe Festigkeit gekennzeichnet ist, ohne daß zu ihrer Herstellung Verstärkungsmittel erforderlich sind, besteht aus einer neuen Klasse von Polymeren mit ausgewogenen mechanischen Eigenschaften, die gegenüber den bisher verwendeten Polymeren beträchtlich verbessert sind. Diese Polymeren werden in der Literatur in verschiedener Weise beschrieben, beispielsweise als "flüssigkristalline" Polymere als "Flüssigkristalle" und als "anisotrope" Polymere. Es wird angenommen, daß die Polymeren dieser Klasse durch eine parallele Ordnung der Molekülketten gekennzeichnet sind. Der Zustand, in dem die Moleküle derart geordnet sind, wird oftmals auch entweder als der Flüssigkristall-Zustand oder die nematische Phase des Flüssigkristall-Zustandes bezeichnet. Derartige Polymere lassen sich aus Monomeren herstellen, die im allgemeinen aus langen und flachen Molekülen bestehen und
9Ö98Ö8/O8Ö5
mäßig starr längs ihrer Längsachsen sind und Ketten ausdehnende Bindungen aufweisen, die entweder coaxial oder parallel verlaufen.
Flüssigkristall-Copolyester sind beispielsweise aus den US-PS 3 778 410, 3 804 805 und 3 890 256 bekannt. In der US-PS 3 778 410 wird ein Verfahren zur Herstellung von Copolyestern beschrieben, bei dem ein Polyester, hergeste-lt aus Terephthalsäure und Hydrochinon mit m-Acyloxybenzosäure umgesetzt wird. In der US-PS 3 804 805 wird die Herstellung eines Flüssigkristall-Copolyesters durch Umsetzung von Polyäthylenterephthalat mit einer Mischung von p- und m-Acyloxybenzosäure beschrieben. Aus der US-PS 3 890 256 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristall-Copolyesters bekannt, bei dem ein Polyester, beispielsweise Polyäthylenterephthalat mit einer Mischung von p- und m-Acyloxybenzosäuren umgesetzt wird. In jeder dieser Patentschriften wird ein Polyester als Ausgangskomponente für die Herstellung der Flüssigkristall-Copolyester verwendet. In den Patentschriften wird des weiteren angegeben, daß der als Ausgangskomponente verwendete Polyester und die aromatischen Acyloxycarbonsäuren "miteinander vermischt und bis zur Schmelze erhitzt werden", wobei Reaktionstemperaturen von bis zu 3500C angewandt werden.
Das aus diesen Patentschriften bekannte Verfahren läßt sich nicht zur Herstellung von Flüssigkristall-Copolyestern anwenden, wenn der Ausgangspolyester einen Schmelzpunkt von beträchtlich höher als 350 C aufweist. Auch wird bei den bekannten Verfahren als eine Reaktionskomponente p-Acyloxybenzosäure verwendet, wobei diese Reaktionskomponente, wie später noch gezeigt werden wird zu Flüssigkristall-Copolyestern wird, die durch vergleichsweise schlechte mechanische Eigenschaften gekennzeichnet sind, beispielsweise schlechte Biegefestigkeiten und Zugfestigkeiten, im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Copolyestern.
9098Ö8/088I
Gegenstand der Erfindung sind Copolyester mit einer Inherent-Viskosität von mindestens 0,4, vorzugsweise mindestens 0,6, die gekennzeichnet sind durch wiederkehrende Reste folgender Struktur:
JO J
00,
und
worin bedeuten:
R.J einen Rest einer der Formeln:
oder
(X)
(X)
worin X ein Chlor- oder Bromatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen darstellt und η = 0s1 oder 2 ist;
909808
V. _
Y ein Chlor- oder Bromatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen und
ρ = 1 oder 2,
wobei gilt, daß die Reste (C) 20 bis 45 MoI-I, bezogen auf die Gesamtmole von (A) und (C) ausmachen.
Die erfindungsgemäßen Copolyester unterscheiden sich von den Copolyestern der US-PS 3 778 41O5 3 804 805 und 3 890 256 dadurch, daß die erfindungsgemäßen Copolyester Reste enthalten, die sich von einem substituierten Hydrochinon ableiten und Reste der m-Acyloxybenzosäure. Des weiteren lassen sich erfindungsgemäße Copolyester nicht nach den bekannten Verfahren,/++ herstellen. Der Schmelzpunkt der Polyester, hergestellt aus Terephthalsäure und einem substituierten Hydrochinon liegt beträchtlich über 35O0C. Ein Polyester dieses Typs läßt sich nicht aufschmelzen und in den bekannten Verfahren verwenden.
Die erfindungsgemäßen Copolyester sind durch besonders vorteilhafte Biegefestigkeiten oder Biegemoduli und Zugfestigkeiten gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäßen Copolyester weisen wiederkehrende Reste der folgenden Formel auf:
xiie sie in den drei ewähnten Patentschriften beschrieben werdenj
S0S8ÖI/Oi
die sich von einer m-Acyloxybenzosäure ableiten und der Biegemodul und die Zugfestigkeit eines solchen Polyesters sind höher als der Biegemodul und die Zugfestigkeit eines entsprechenden Polyesters mit dem gleichen MoI-I divalenter Reste der folgenden Formel:
die sich von einer p-Acyloxybenzosäure ableitet.
Es war überraschend festzustellen, daß sich der Biegemodul und die Zugfestigkeit erhöhen lassen, wenn man Polyester mit Resten der Formel:
Il C-
-O
ausgehend von einer m-Acyloxybenzosäure, anstatt mit Resten der Formel:
die sich von einer p-Acyloxybenzosäure ableiten, herstellt.
909808/0885
Die besonders vorteilhaften Biegefestigkeiten und Zugfestigkeiten erfindungsgemäßer Polyester im Vergleich zu anderen Polyestern ergeben sich aus den Figuren 1 und 2.
Figur 1 stellt ein Diagramm dar, aus dem sich die Abhängigkeit des Biegemoduls eines Copolyesters nach der Erfindung von der Konzentration an divalenten Resten der Formel (C)
in den Copolyestern nach der Erfindung ergibt sowie die Abhängigkeit des Biegemoduls bekannter Polyester von der Menge an divalenten Resten der Formel:
im Polyester.
Der Biegemodul der erfindungsgemäßen Copolyester ergibt sich aus der oberen Kurve, die die dreieckigen Punkte miteinander verbinde^. Der Biegemodul der Polyester mit dem p-Isomeren des Restes (C) ergibt sich aus der unteren Kurve, die die kreisrunden Punkte miteinander verbindet.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Diagramm ist die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit der Polyester und der Konzentration an divalenten Resten (C) dargestellt.
S098Q8/088S
Beide Diagramme weisen zwei Abscissen auf. Die jeweils untere Abscisse entspricht der oberen Kurve, der Copolyester nach der Erfindung zugrunde liegen. Aufgetragen sind die MoI-I an divalenten Resten der Formel (C)
-O
bezogen auf die Gesamtmole der Reste (A) und (C). Auf der oberen Abscisse, die der unteren Kurve entspricht, der Polyester mit dem p-Isomeren des Restes (C) zugrunde liegen, sind die MoI-I an divalenten Resten''der Formel:
bezogen auf die Gesamtmole der divalenten Reste aus der Dicarbonsäure und diesem Rest aufgetragen. Die gleiche Skala wurde auf jeder Abscisse für die Menge an jedem der beiden zweiwertigen Reste verwendet.
Auf der Ordinate von Figur 1 ist der Biegemodul in 10 kg/cm aufgetragen. Auf der Ordinate der Figur 2 ist die Zugfestigkeit
3 2
in 10 kg/cm aufgetragen.
Die zur Herstellung der Diagramme verwendeten Daten erfindungsgemäßer Polyester wurden erhalten durch Herstellung der Copolyester und Bestimmung des Biegemoduls und der Zugfestigkeit
909808/0886
eines jeden der nach dem Spritzgußverfahren verformten Copolyester.
Die erfindungsgemäßen Copolyester wurden hergestellt nach einem üblichen Acidolyseverfahren, wobei eine Dicarbonsäure, ein Diacylester eines substituierten Hydrochinons und eine m-Acyloxybenzosäure bei steigenden Temperaturen bis zu 340 bis 38Ü C und einem verminderten Druck und Erzeugung eines Polymeren von hohem Molekulargewicht miteinander in Kontakt gebracht wurden. Beispielsweise wurde ein erfindungsgemäßer Copolyester mit 30 MoI-I Resten von einer m-Acyloxybenzosäure nach folgendem Verfahren hergestellt:
Eine Mischung aus 93 g (0,56 Mole) Terephthalsäure, 116s5 g (0,56 Mole) Methylhydrochinondiacetat und 43,2 g (0,24 Mole) m-Acetoxybenzosäure wurden in einen 500 ml fassenden Kolben, ausgerüstet mit Rührer, einer kurzen Destillationskolonne und einem liinlaßröhrchen für Stickstoff eingebracht. Der Kolben wurde dann evakuiert und dreimal mit Stickstoff durchgespült, bevor der Kolben in ein Metallbad mit einer Temperatur von 2750C eingebracht wurde. Die Mischung wurde hierin zunächst eine Stunde lang bei 2750C unter Stickstoff gerührt, wobei der größte Teil der Essigsäure abdestillierte. Die Temperatur wurde dann 30 Minuten lang auf 3000C erhöht, um eine vollständige Reaktion der Terephthalsäure zu gewährleisten. Schließlich wurde die Temperatur innerhalb der nächsten 30 Minuten allmählich auf 35O°C erhöht, wobei ein Vacuum von 0,5 mm erzeugt itfurde. Die Temperatur wurde dann auf 360 bis 37O0C erhöht und die Polymerisation innerhalb von 20 Minuten beendet. Das auf diese Weise gewonnene Polymer hatte eine Inherent-Viskosität von 0,87.
iÖ98ÖS/0SS§
Die anderen Copolyester mit 20, 40, 50 und 60 MbI-I-divalenten Resten (C) wurden in ähnlicher Weise hergestellt.
Der Biegemodul und die Zugfestigkeit wurden nach den ASTM-Bestimmungsmethoden D79O und D1708 ermittelt.
Die Daten für den Biegemodul und die Zugfestigkeit für die Polyester des Standes der Technik wurden den Figuren der US-PS 3 890 256 entnommen.
Aus Figur 1 ergeben sich die unerwartet hohen Biegemoduli der erfindungsgemäßen Polyester im Vergleich zu den Biegemoduli der Polyester des Standes der Technik. Vergleicht man beispielsweise einen typischen Polyester nach der Erfindung mit 30 MoI-I divalenten Resten der Formel:
Q-I-
mit einem entsprechenden Polyester des Standes der Technik mit 30 MoI-I Resten der folgenden Formel:
so ergibt sich, daß der Biegemodul des Polyesters des Standes der Technik bei etwa 0,42 χ 105 kg/cm2 liegt, wohingegen der Biegemodul des erfindungsgemäßen Copolyesters bei über 1,47 χ 10 kg/cm liegt, was etwa einem 250 !igen Anstieg entspricht.
909808/0805
In entsprechender Weise ergeben sich die unerwartet hohen Zugfestigkeiten erfindungsgemäßer Copolyester im Vergleich zu den Zugfestigkeiten von Polyestern des Standes der Technik aus den Daten der Figur 2.
Vergleicht man beispielsweise die Zugfestigkeit eines Polyesters des STandes der Technik mit 30 MoI-0A Resten der Formel:
•ζ 9
die bei etwa 1,19 χ 10 kg/cnr liegt, mit der Zugfestigkeit eines entsprechenden Copolyesters nach der Erfindung mit 30 Mol-?o Resten der Formel:
—0
TO /
die bei etwa 2,31 χ 10 kg/cm liegtf°fergibt sich ein Anstieg von etwa 94 %.
Die Dicarbonsäuren,die zur Herstellung erfindungsgemäßer Copolyester verwendbar sind und die Reste (A) liefern, lassen sich durch die folgende Formel darstellen:
0 0
!I fl HO-C-R1-C-OH
909800/088^
worin R1 für einen Rest einer der folgenden Formeln steht:
oder
In diesen Formeln steht X für ein Chlor- oder Bromatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen und η = 0,1 oder 2.
Beispiele für die Carbonsäuren, die sich zur Herstellung erfindungsgemäßer Copolyester eignen sind die Terephthalsäure, 2-Methylterephthalsäure, 2-Propylterephthalsäure, 2-Chlorterephthalsäure, Dibromterephthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 4-Methyl-2,6-Naphthalindicarbonsäure und dergleichen.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Terephthalsäure erwiesen.
Die Diacylester des substituierten Hydrochinons, die zur Herstellung erfindungsgemäßer Copolyester verwendet werden können und die Reste (B) liefern, lassen sich durch die folgende Formel widergeben:
00p
Hierin steht Y für ein Chlor- oder Bromatom oder einen Alk)irest mit 1 bis 3 C-Atomen, ρ für die Zahl 1 oder 2 und R9 für
809800/0885
einen Phenylrest oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen, vorzugsweise mit T bis 4 C-Atomen. Beispiele für die Acylester eines substituierten Hydrochinons, die sich zur Herstellung erfindungsgemäßer Copolyester eignen sind: 2-Chlorhydrochinondiacetat; 2-Methylhydrochinondipropionat; 2,6-Dimethylhydrociiinondibuyrat; 2,0-Dimethylhydrochinondibenzoat sowie 2,5-Dichlorhydrochinondipropionat. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung der 2-Methyl- und 2-Chlorderivate erwiesen.
Die m-Acyloxybenzosäure, die die zweiwertigen Reste (C) der erfindungsgemäßen Copolyester liefert, läßt sich durch die folgende Strukturformel widergeben:
R3-C-O
worin R3 für einen Phenyl- oder Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen, vorzugsweise 1 bis 4 C-Atomen steht. Beispiele für geeignete m-Acyloxybenzosäuren sind: m-Acetoxybenzosäure, m-Propionyloxybenzosäure, m-Butyryloxybenzosäure und m-Phenoxybenzosäure. Vorzugsweise steht R- für einen Alkylrest mit einem C-Atom, in welchem Falle die m-Acyloxybenzosäure die m-Acetoxybenzosäure ist.
Die erfindungsgemäßen Copolyester können des weiteren gegebenenfalls andere divalente Reste aufweisen. Jedoch müssen die Reste (C) in dem angegebenen Bereich vorliegen. Beispielsweise können vergleichsweise geringe Mengen an substituierten oder nicht substituierten Naphthalindicarbonsäureisomeren zur Herstellung der Copolyester verwendet werden, beispielsweise der
909806/OdlS
2,7-i 1,4-, 1,5- und 1 ,6-Isomeren zusätzlich zum 2,6-Isomeren. Auch können Dicarbonsäuren, die keine substituierten oder unsubstituierten Terephthalsäuren sind oder 2,6-Naphthalindicarbonsäuren verwendet werden. Unter vergleichsweise geringen Mengen sind dabei bis zu 10 MoI-I zu verstehen. Schließlich können auch andere Diole, beispielsweise nicht substituiertes Hydrochinon, in einer Menge von bis zu 25 Mol-% verwendet werden. Schließlich kann auch ein Teil der m-Acyloxybenzosäure durch p-Acyloxybenzoesäure ersetzt werden.
Schließlich können die erfindungsgemäßen Copolyester übliche bekannte Zusätze enthalten, beispielsweise keimbildende Verbindungen, Füllstoffe, Pigmente, Glasfasern, Asbestfasern, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Plastifizierungsmittel oder Weichmacher, Gleitmittel, die Brennbarkeit oder Entflammbarkeit unterdrückende Verbindungen und andere Zusätze, wie sie üblicherweise zur Herstellung von Polyesterformkörpern verwendet werden.
Die Inherent-Viskosität der erfindungsgemäßen Copolyester liegt bei mindestens 0,4, kann jedoch auch weit über 0,4 liegen. So kann die Inherent-Viskosität der Copolyester beispielsweise bei mindestens 0,6 liegen. In vorteilhafter Weise kann die Inherent-Viskosität gegebenenfalls weiter erhöht werden, bis auf ehen Wert von 0,7 oder bis 1,0 oder darüber, wobei übliche bekannte Methoden der Molekulargewichtserhöhung von linearen Polyestern angewandt werden können, beispielsweise eine Kondensation im festen Zustand bei Temperaturen von 210 bis 28O0C unter vermindertem Druck oder in einer Wirbelschicht.
Die Inherent-Viskosität der erfindungsgemäßen Copolyester wurde bestimmt bei 25°C ausgehend von 0,50 g Polymer pro 100 ml eines Lösungsmittelgemisches, bestehend aus 60 Volumenteilen Phenol und 40 Volumenteilen Tetrachloräthan.
909808/0885
283A535
Die erfindungsgemäßen Copolyester lassen sich zur Herstellung der verschiedensten Formkörper, zur Herstellung von Folien und Filmen, Fäden und Fasern und dergleichen verwenden.
Die erfindungsgemäßen Copolyester lassen sich zur Herstellung vorteilhafter Formkörper nach üblichen bekannten Methoden und unter Verwendung üblicher Vorrichtungen verwenden. So lassen sich die Copolyester beispielsweise nach üblichen bekannten Schmelzspinnverfahren zu Fäden verspinnen, die in üblicher bekannter Weise weiter verarbeitet werden können. Die Copolyester lassen sich des weiteren beispielsweise nach den bekannten Spritzgußverfahren unter Verwendung üblicher Vorrichtungen und Methoden verarbeiten.
909808/0886

Claims (3)

PATENTANWÄLTE Reg.Nr. 125 Eastman Kodak Company, 343 State Street, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika Copolyester H.Bartels Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.-lng.Held Dipl.-Phys. Wolff 8 München 22,Thierschstraße 8 Tel.(089)293297 Telex 0523325 (patwo d) Telegrammadresse: wolffpatent, münchen Postscheckkonto Stuttgart 7211 (BLZ 60010070) Deutsche Bank AG, 14/286 (BLZ 60070070) Bürozeit: 8-12 Uhr, 13-16.30 Uhr außer samstags 19. Juli 1978 25/24 Patentansprüche
1. Copolyester mit einer Inherent-Viskosität von mindestens 0,4, gekennzeichnet durch wiederkehrende Reste folgender Struktur:
Il
(A) —c—:
-R1 C-
(B)
und
(C)
Il
c-
worin bedeuten:
9098Ü8/088S
INSPECTED
einen Rest einer der Formeln:
oder
worin X ein Chlor- oder Bromatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen darstellt und η = 0,1 oder 2 ist;
Y ein Chlor- oder Bromatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen und
ρ = 1 oder 2,
wobei gilt, daß die Reste (C) 20 bis 45 Mol-"ä, bezogen auf die Gesamtmole von (A) und (C) ausmachen.
2. Copolyester nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste (A) aus Resten der folgenden Formel bestehen:
9U9308/088S
3. Copolyester nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste (B) aus Resten der folgenden Formel bestehen:
worin Y für ein Chloratom oder einen Methylrest steht.
. Copolyester nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Inherent-Viskosität von mindestens 0,6 aufweisen und aus divalenten Resten der folgenden Formeln aufgebaut sind:
CA)
(B)
(C)
909808/0395
worin Y für ein Chloratom oder einen Methylrest steht und die Menge an Resten (C) 20 bis 45 MoI-I, bezogen auf die Gesamtmole der Reste (A) und (C) ausmacht.
DE19782834535 1977-08-08 1978-08-07 Copolyester Ceased DE2834535A1 (de)

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