NL9201648A - Werkwijze voor de bereiding van polycarbonaten. - Google Patents

Description

Werkwijze voor de bereiding van polvcarbonaten

Bij de bereiding van polycarbonaten blijkt de tweefasengrensvlak-werkwijze technisch sinds vele jaren te voldoen. De werkwijze maakt de bereiding van thermoplastische polycarbonaten voor een reeks van toepassingsgebieden mogelijk. Met het oog op veranderde en hoge eisen aan de verwerking van polycarbonaat-granulaat (extreem korte cyclustijd, groot aantal cycli voor gecompliceerd gekonstrueerde spuitgietapparaten) worden hoge kwaliteitseisen aan de zuiverheid en gelijkmatigheid van het polycarbonaat gesteld.

Een belangrijk kwaliteitskenmerk is het garanderen van een zo klein mogelijk monocarbonaat-gehalte. Een mol monocarbonaat vormt zich uit twee mol ketenafbrekend middel en 1 mol fosgeen. Een groot aandeel aan monocarbonaat dwingt tot het toepassen van meer fosgeen. Bovendien hebben monocarbonaten als kleinmoleculige bijmengsels in grootmoleculige polycarbonaten een ongunstige invloed op de verdere verwerking (vorming van een aanslag, vermindering van het aantal cycli en slijtage van de apparatuur) .

Een reeks van octrooiaanvragen, octrooischriften en publikaties leren maatregelen voor het vermijden van hoge monocarbonaat-gehalten of laten mogelijkheden zien om het gebruik van fosgeen te verminderen. Hierbij wordt plaatsvervangend voor een reeks van aanvragen (b.v. DE-A- 2.305.144, DE-A-2.353.939. EP-0.282.546, EP-O.263.432, DE-A-2.725.967. EP-0.306.838-A2, EP-0.339.503-A2, EP-0.304.691-A2, WO 88/01996, US-4.447.655, AT-341.225, EP-0.262.695-A1, EP-A-O.O36.O8O, EP-A-0.010.602, EP-A-O.O78.943, DE-A-l.943.803, EP-A-O.25i.586) in het bijzonder EP- 0.369.422-A2 genoemd: Volgens deze publikatie wordt door de tijdelijk geoptimaliseerde verlaging van de dosering aan ketenafbrekende middelen de hoeveelheid monocarbonaten bij de bereiding van polycarbonaat laag gehouden. Hierbij wordt in het bijzonder op het belang van de reaktie-warmte als maat voor het nadoseren van het ketenafbrekende middel gewezen. In de aanvrage wordt de reaktiewarmte tijdens de fosgenering en oligomeervorming niet afgevoerd, zodat een optimaal tijdstip voor het toevoegen van het ketenafbrekende middel uit de warmteverkleuring kan worden afgelezen. Bovendien worden de ketenafbrekende middelen pas toegevoegd nadat de oligomeren zich in hoofdzaak volledig hebben gevormd. Zoals was te verwachten wordt op deze wijze de vorming van monocarbonaten verregaand vermeden.

Voor de vermindering van de cyclustijden en voor het verkrijgen van grote ruimte-tijd-opbrengsten bij de verdere verwerking van polycarbo-naat-granulaat op spuitgietmachines wordt een ander kwaliteitskenmerk zeer belangrijk: De grote gelijkmatigheid van het polycarbonaat-granu-laat, gekenmerkt door een grote konstantheid van de relatieve viscositeit tijdens de totale produktietijd (de relatieve viscositeit wordt in een oplossing van 0,5 g polycarbonaat/100 ml dichloormethaan bij T = 25°C bepaald). Men kan van een grote gelijkmatigheid van het polycarbonaat bij een kontinue bereidingswijze spreken wanneer de afwijkingen bij een bereid gedeelte in de relatieve viscositeit in de oplossing niet meer dan 0,003 (standaardafwijking) bedragen, d.w.z. dat bijvoorbeeld voor een polycarbonaat met een relatieve viscositeit van 1,28 (komt bij Makrolon met een gewichtsgemiddeld Mw van ongeveer 27-000 g/mol overeen) de waarden van de relatieve viscositeit van de afzonderlijke granulaatkorrel over een langere produktietijd, b.v. 100 ton, in een "viscositeitsband" tussen 1,277 en 1,283 liggen.

Spuitgietmachines, b.v. voor de vervaardiging van compact-discs, worden met betrekking tot de parameters voor het spuitgieten (temperatuur van de massa, spuitdruk, verblijftijd, o.a.) in de regel voor een aanwezig polycarbonaat één keer ingesteld. Een mogelijke fijnafstemming van de verwerkingsmachines tijdens het op grote schaal vervaardigen van spuit-gietdelen wordt niet gewenst, omdat dit een grote inzet van personeel noodzakelijk maakt en de cyclustijden, d.w.z. de tijden voor de vervaardiging van de vormdelen, vergroot. Het is hierbij belangrijk om zo mogelijk polycarbonaat-granulaten met grote gelijkmatigheid te hebben, die een zulk naderhand bijstellen van de verwerkingsmachines niet noodzakelijk maken.

Een leer om te werken bij de bereiding van polycarbonaat met grote gelijkmatigheid in de kontinue tweefasengrensvlakwerkwijze, d.w.z. reeds direkt bij de polymerisatiereaktie zelf, is niet aan de literatuur te ontlenen.

Er werd verrassenderwijze gevonden dat men polycarbonaat met grote gelijkmatigheid in de kontinue tweefasengrensvlakwerkwijze verkrijgt, wanneer men als reaktorvolgorde het apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus, reaktievat alsmede verblijftijdbuis gebruikt, in het apparaatsysteem speciale emulsieverhoudingen instelt en op een heel speciale manier natronloog, ketenafbrekend middel en katalysator toevoegt .

Hierbij werd voor de reaktorvolgorde, bestaande uit warmteuitwisselaar met rondpomplus, reaktievat alsmede verblijftijdbuis, gevonden dat polycarbonaten met goede kwaliteit kunnen worden bereid, wanneer na het toevoegen van alkaliloog in het apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus met gemiddelde verblijftijden van 2 minuten tot 15 minuten, de emulsie via een reaktievat met een verdere verblijftijd van ten minste 2 minuten, bij voorkeur 2 minuten tot 15 minuten, wordt afgevoerd, voordat ketenafbrekende middelen en eventueel verdere alkaliloog wordt toegevoegd, en na nog eens 2 tot 15 minuten katalysator en eventueel verdere alkaliloog wordt toegevoegd.

Onderwerp van de onderhavige uitvinding is dus een werkwijze voor de kontinue bereiding van polycarbonaten volgens de methode van de tweefa-sengrensvlakwerkwijze uit difenolen, fosgeen, ketenafbrekend middel, katalysator en eventueel vertakkingsmiddelen in een mengsel van een wate-rig-alkalische fase en een organische oplosmiddelfase met de reaktietrap-pen: 1. Kontinu samenvoegen van de organische fase en de waterfase in een apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus, eventueel met gebruik van een menginrichting, waarbij de organische fase een voor het polycarbonaat geschikt oplosmiddel is en het fosgeen reeds bevat en de waterfase uit water en een mengsel van alkaliloog en fenoli-sche komponenten bestaat, waarbij 2. zich in het apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus een water-in-olie-emulsie vormt, in de rondpomplus door de warmteuitwisselaar een temperatuur van minder dan 60°C, bij voorkeur van 55°C " 25°C, is ingesteld, het apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus een gemiddelde verblijftijd van ten minste 2 minuten, bij voorkeur tussen 2 en 15 minuten, geeft, en de emulsie kontinu via een reaktievat wordt afgevoerd, en 3. deze emulsie vervolgens door buisreaktoren, die van meng- en ver-blijfzones zijn voorzien, wordt geleid en in totaal een verblijftijd tussen 2 minuten en 30 minuten geven, waarbij de emulsie omslaat in een olie-in-water-emulsie, met het kenmerk, dat 1. vóór de warmteuitwisselaar alkali wordt nagedoseerd, 2. in het reaktievat een verblijftijd van ten minste 2 minuten, bij voorkeur van 2 minuten tot 15 minuten, wordt aangehouden, 3. pas daarna ketenafbrekende middelen en eventueel verdere alkaliloog wordt toegevoegd en 4. na nog eens 2 minuten tot 15 minuten katalysator en eventueel verdere alkaliloog wordt toegevoegd.

De werkwijze volgens de uitvinding waarborgt in het bijzonder een gunstige konstantheid van de relatieve viscositeit in oplossing.

Bovendien geeft de werkwijze volgens de uitvinding een goede fasenscheiding.

Een uitvoeringsvorm die bijzondere voorkeur heeft is het apparaat-systeem warmteuitwisselaar met rondpomplus, reaktievat en met een daarop aansluitende buisreaktor met twee deelstukken, waarbij vóór het eerste deelstuk het ketenafbrekende middel en natronloog worden toegedoseerd en vóór het tweede deelstuk de katalysator wordt toegevoegd. Hierbij bedragen de verblijftijden in het apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus 2 minuten tot 15 minuten, in het reaktievat 2 tot 15 minuten, in het eerste deelstuk van de buisreaktor 1 tot 15 minuten en in het tweede deelstuk van de buisreaktor 1 tot 15 minuten.

De verblijftijd die moet worden aangehouden van het toevoegen van de natronloog vóór de warmteuitwisselaar tot het toevoegen van het ketenafbrekende middel in het eerste deelstuk van de buisreaktor bedraagt hierbij opnieuw 2 minuten tot 15 minuten en komt praktisch overeen met de verblijftijd in het reaktievat.

Geschikte difenolen zijn die met de formule HO-Z-OH, waarin Z een aromatische groep met 6 tot 45 C-atomen is die één of meer aromatische kernen kan bevatten, kan zijn gesubstitueerd en alifatische groepen of cycloalifatische groepen of heteroatomen als brugelementen kan bevatten.

Voorbeelden zijn Dihydroxydi fenylen,

Bis-(hydroxyfenyl)-alkanen Bis-(hydroxyfenyl)-cycloalkanen Bis-(hydroxyfenyl)-sulfiden Bis-(hydroxyfenyl)-ethers alsmede de aan de kern gealkyleerde en aan de kern gehalogeneerde verbindingen daarvan.

Deze en nog meer geschikte andere difenolen worden b.v. in US-A- 3.028.365, 4.982.014, 2.999.835. 3.148.172, 3.275.601, 2.991.273, 3.271.367, 3.O62.78I, 2.97O.I3I en 2.999-846, in DE-A-1.570.703, 2.Ο63.Ο5Ο, 2.Ο63.Ο52, 2.2II.956, het Franse octrooischrift I.56I.5I8 en in DE-A-3.833.953 (van aanvraagster) beschreven.

Difenolen die voorkeur hebben zijn 2,2-bis-(4-hydroxyfenyl)-propaan (Bisfenol-A) en 1,1-bis-(4-hydroxyfenyl)-3,3.5-trimethylcyclohexaan (HIP-bisfenol).

Er wordt hier op gewezen dat de werkwijze volgens de uitvinding praktisch voor alle bekende difenolen kan worden toegepast.

Geschikte ketenafbrekende middelen en vertakkingsmiddelen zijn in de literatuur bekend. Sommige worden bijvoorbeeld in DE-A-3.833-953 beschreven. Ketenafbrekende middelen die voorkeur hebben zijn fenol, cu-mylfenol, isooctylfenol, para-tert-butylfenol. Vertakkingsmiddelen die de voorkeur hebben, zijn trisfenolen en tetrafenolen alsmede 3.3~bis-(3“ me thy1-4-hydroxyfenyl)-2-oxo-2,3_dihydroindool.

Als alkaliloog worden natronloog of kaliloog gebruikt, eventueel kunnen ook aardalkalimetaallogen worden gebruikt. Natronloog heeft de voorkeur.

Als katalysatoren komen in principe alle katalysatoren in aanmerking die voor de bereiding van polycarbonaten volgens de tweefasengrensvlak-werkwijze bekend zijn. N-ethylpiperidine en triethylamine hebben de voorkeur.

De organische fase bevat een oplosmiddel resp. een mengsel van oplosmiddelen, dat polycarbonaat oplost. Geschikte oplosmiddelen zijn alle bekende oplosmiddelen die in staat zijn om polycarbonaat bij temperaturen rond 20 °C voor ten minste 5 gew.# op te lossen, alsmede mengsels daarvan.

Voorkeur hebben dichloormethaan, tolueen, monochloorbenzeen, bijzondere voorkeur hebben dichloormethaan en mengsels van dichloormethaan ten opzichte van monochloorbenzeen van 20:80 gew.-delen tot 75’25 gew.-delen.

Het reaktievat kan eventueel geschikte menginrichtingen voor het stabiliseren van de reaktieoplossing/emulsie bevatten.

Tijdens de gehele reaktie wordt een pH tussen 10 en 14 ingesteld, bij voorkeur tussen 10,5 en 13»5· Dit gebeurt doordat aan het begin de voor het oplossen van de difenolen noodzakelijke hoeveelheid alkaliloog wordt toegevoegd en bovendien vóór de warmteuitwisselaar een eerste nadosering van de alkaliloog plaatsvindt en daarop volgend of samen met het ketenafbrekende middel of met de katalysator een tweede nadosering van de alkaliloog plaatsvindt.

Volgens de werkwijze van de uitvinding worden polycarbonaten met een goed reproduceerbare relatieve viscositeit en een bij kontinue werkwijze bijzonder konstante relatieve viscositeit tijdens de bereidingstijd verkregen. De te bereiken molecuulgewichten Mw (gewichtsgemiddeld) liggen tussen 10.000 en 100.000.

De polycarbonaten kunnen op bekende wijze tot willekeurige voorwer pen worden verwerkt, waarbij vóór of tijdens de verwerking de voor thermoplastische polycarbonaten gebruikelijke toevoegsels, zoals stabilisatoren, middelen die behulpzaam zijn bij het verwijderen uit de vorm of vlamwerende middelen, vulstoffen of glasvezels, kunnen worden toegevoegd.

De polycarbonaten die kunnen worden verkregen volgens de werkwijze volgens de uitvinding kunnen als willekeurige vormlichamen, zoals platen, foelies, draden, op bekende wijze technisch worden toegepast, bijvoorbeeld in de automobielsektor of in de optiek, in het bijzonder als compact discs.

Voorbeeld I

In een reaktor, die bestaat uit een warmteuitwisselaar met rondpomp-lus, worden vóór de pomp via een T-stuk 87,0 kg/uur van een alkalische bisfenol-A-oplossing, die 15 gew.# bisfenol-A en 2 mol natriumhydroxide per mol bisfenol-A bevat, alsmede via nog een T-stuk 6,9 kg/uur fosgeen dat is opgelost in 75.0 kg/uur oplosmiddel, bestaande uit 50 gew.delen dichloormethaan en 50 gew.delen chloorbenzeen, toegedoseerd. Via de pomp bereikt het reaktiemengsel onder toepompen van 1,50 kg/uur 50#'s natronloog via de warmteuitwisselaar weer de pomp, waarbij de hiervoor genoemde stofstromen toestromen. De gemiddelde verblijftijd in de reaktor die bestaat uit warmteuitwisselaar met rondpomplus bedraagt 7.0 minuten. De temperatuur bedraagt 35°C. De pH is 11,2.

Een gedeelte van de reaktie-emulsie, die overeenkomt met de toestromende volumestroom van de uitgangsstoffen, wordt vóór de doseerplaatsen van bisfenol-A en fosgeen via een T-stuk afgetakt en naar een reak-tievat gevoerd. De gemiddelde verblijftijd bedraagt 3.2 minuten.

Aan de emulsie wordt vervolgens 3.4 kg/uur 50#'s natronloog alsmede 9,7 kg/uur p-isooctylfenol-oplossing, die 5.0# p-isooctylfenol bevat dat is opgelost in een oplosmiddel dat bestaat uit 50 gew.delen dichloormethaan en 50 gew.delen chloorbenzeen, toegevoerd.

De verblijftijd van de reaktie-emulsie in de buisreaktor bedraagt 6,2 minuten. Zonder koelen stijgt de temperatuur tot 38°C.

Vervolgens wordt 1,3 kg/uur 5#'s N-ethylpiperidine-oplossing in een oplosmiddel dat bestaat uit 50 gew.delen dichloormethaan en 50 gew.delen chloorbenzeen toegevoegd en de reaktie-emulsie wordt door nog een buisreaktor gepompt. De gemiddelde verblijftijd in deze buisreaktor bedraagt 12,1 minuten. Er wordt een pH van 13,4 gemeten.

Daarna wordt de emulsie in een warmteuitwisselaar van 42°C tot 30°C afgekoeld en de fasen worden in een scheidingsvat gescheiden. De oplos- sing van het ruwe polycarbonaat wordt volgens bekende werkwijzen gewassen tot deze vrij is van elektrolyt, in indampinrichtingen van het oplosmiddel bevrijd en het polycarbonaat wordt via een extrudeerinrichting geïsoleerd .

Het gehele proces wordt kontinu uitgevoerd. Van de verkregen poly-carbonaten wordt ieder uur de relatieve viscositeit bepaald. De resultaten met betrekking tot de relatieve viscositeit over een tijdsduur van 2k uur (gedeelte van een langere tijdsduur) zijn:

Gemiddelde waarde: 1,25^

Hoogste waarde: 1,256

Laagste waarde: 1,250

Standaardafwijking: 0,0016

Claims (1)

1. Kontinu samenvoegen van de organische fase en de waterfase in een apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus, eventueel met gebruik van een menginrichting, waarbij de organische fase een voor het polycarbonaat geschikt oplosmiddel is en het fosgeen reeds bevat en de waterfase uit water en een mengsel van alkaliloog en fenoli-sche komponenten bestaat, waarbij 2. zich in het apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus een water-in-olie-emulsie vormt, in de rondpomplus door de warmteuitwisselaar een temperatuur van minder dan 60°C is ingesteld, het apparaatsysteem warmteuitwisselaar met rondpomplus een gemiddelde verblijftijd van ten minste 2 minuten geeft, en de emulsie kontinu via een reaktievat wordt afgevoerd, en 3. deze emulsie vervolgens door buisreaktoren, die van meng- en verblijf zones zijn voorzien, wordt geleid en in totaal een verblijftijd tussen 2 minuten en 30 minuten geven, waarbij de emulsie omslaat in een olie-in-water-emulsie, met het kenmerk, dat 1. vóór de warmteuitwisselaar alkali wordt nagedoseerd, 2. in het reaktievat een verblijftijd van ten minste 2 minuten, bij voorkeur van 2 minuten tot 15 minuten, wordt aangehouden, 3. pas daarna ketenafbrekende middelen en eventueel verdere alkaliloog wordt toegevoegd en 4. na nog eens 2 minuten tot 15 minuten katalysator en eventueel verdere alkaliloog wordt toegevoegd.