Brevet FR2124352A1 — publié le 19720922

La présente invention se rapporte à des polyesters synthétiques formant des films et des fibres. Plus particulièrement, elle se rapporte à des polyesters synthétiques formant des films et des fibres et au procédé pour les préparer. Plus particulière-5 ment encore, elle se rapporte à la préparation de polyesters synthétiques formant des films et des fibres, soit par estérification directe, soit par échange mutuel d'ester d'un acide dicarboxylique organique et/ou de ses esters alkyliques inférieurs avec un glycol ayant 2 à 10 atomes de carbone par molécule, pour obtenir l'inter-10 médiaire correspondant formé de l'ester diglycolique, et puis à la condensation de cet intermédiaire en présence d'un orthoester organique qui produit l'alcool et l'acide volatils par réaction avec de l'eau. On connaît bien la préparation de polyesters linéaires 15 à poids moléculaire élevé, utiles dans des articles du commerce, soit par la réaction d'échange mutuel d'ester entre le téréphta-late de diméthyle et un polyol, soit par un procédé d'estérification directe dans lequel un acide dicarboxylique est mis à réagir avec un polyol. Le brevet américain n° 2.465.310 illustre la des-20 cription initiale de la préparation de poly(téréphtalate d'éthy-lène) et les brevets américains n° 3.050-533* 3.018.272 et 3.484.410 illustrent diverses améliorations de cette préparation. Il est bien connu dans la technique que plus long est le temps exigé pour préparer un polyester à poids moléculaire 25 élevé à partir du prépolymère, plus la qualité du polyester préparé se dégrade, c'est-à-dire que la qualité du polyester est inversement proportionnelle au temps exigé pour la préparation de ce polyester. En conséquence, l'accélération de la condensation du prépolymère, jusqu'à un niveau de viscosité exigé du polymère 30 final, constituerait en fait une contribution notable et de grande valeur dans cette technique. Un objet principal de la présente invention est de préparer un polyester amélioré formant des films et des fibres. Un autre objet de la présente invention est de préparer 35 des films et des fibres ayant de meilleures qualités que précédemment. Un autre objet de la présente invention est de préparer un polyester amélioré formant des fibres et des films dans une période de temps plus courte, en permettant ainsi l'obtention d'un 40 polymère de meilleure qualité dans une période de temps plus brève. 72 03330 2124352 D'autres objets apparaîtront ci-après au cours de la description détaillée suivante. Selon les objets indiqués ci-dessus, on a maintenant découvert un procédé pour préparer des téréphtalates de polyal-5 kylène linéaires à poids moléculaires élevés, formant des fibres et des films, qui consiste à estérifier un acide dicarboxylique aromatique, ou un ester dialkylique inférieur de cet acide, avec un alkylèneglycol ayant 2 à 10 atomes de carbone par molécule pour obtenir l'intermédiaire correspondant formé d'ester diglyco-10 lique à condenser cet intermédiaire à une température allant d'environ 260°C à environ 310°C avec une quantité efficace d'un accélérateur de condensation, qui est un orthoester d'un acide organique qui produit l'alcool et l'acide volatils par réaction avec de l'eau. 15 En général, 1'estérification directe selon la présente invention est réalisée avec ùn rapport moléculaire acide/polyol d'environ 1,0 à environ 1,0-2,0, et de préférence suivant un rapport molaire d'environ 1,0 à environ 1,1-1,7. Le procédé de la présente invention permet l'utilisation d'un rapport éthylène-20 glycol/acide téréphtalique proche de l'unité, ce qui évite des pertes de glycol, en permettant ainsi au procédé de présenter des aspects économiques très favorables. L'estérification directe du procédé de la présente invention peut commencer à une température aussi faible que 200°C 25 et aller jusqu'à environ 310°C. Elle est réalisée en l'absence d'oxygène et peut être réalisée à la pression atmosphérique ou sous pression élevée. La quantité d'orthoester présente durant l'étape de condensation ou de polymérisation de la réaction va généralement drenviron 0,10 à environ 6,0 %, en se basant sur les 30 moles totales des composés diesters présents, et, de préférence, elle est d'environ 0,25 à 2,0 ^ en se basant sur le total des moles des composés diesters. D'autres additifs peuvent être utilisés sans effet contraire afin de diriger ou de caractériser le polymère fini, tel que cela est nécessaire selon la présente inven-35 tion. La condensation ou la polymérisation est d'ordinaire réalisée sous pression réduite qui peut être aussi faible que 0,1 torr, à une température d'environ 260°C à environ 310°C et pendant une période de temps allant d'environ 1,5 à environ 10 heures, et de préférence d'environ 2 à environ 6 heures, jusqu'à ce qu'on ob-40 tienne un produit en polyester polymérisé ayant le poids molécu 72 03330 '■ 2124352 laire exigé, tel que déterminé par des mesures physiques de viscosité ou d'autres mesures physiques convenables. La présente invention montre bien qu'en utilisant les orthoesters de la présente invention, dans la partie condensation ou polymérisation de la 5 réaction, on peut obtenir une viscosité supérieure dans le même temps de réaction ou bien on peut obtenir un niveau de viscosité nécessaire dans une période de temps plus courte. La théorie suivant laquelle le présent mécanisme donne l'accélération de condensation n'esta pas connue ; cependant, il est 10 possible qu'un de ces mécanismes (ou leurs combinaisons) soit réalisé ainsi. D'abord, il est possible que l'orthoester de l'acide organique serve de produit éliminant l'eau selon la réaction suivante : OCH^ 0 15 H^C-C-OCH^ + H20 H+> H^CCOCH^ + 2H0 CH^ OCH, Ensuite, il est possible que le mécanisme serve à l'extension de chaînes selon la réaction suivante : 20 ÇCH-j OCH^ H^C-C-OCH^ + 2HOCH2CH2O-R > ROCHgCHg-O-C-OCHgCHgOR + 2H0CH5 OCH-, OCH, 3 3 Enfin, il est possible que le mécanisme serve de générateur de 25 gaz, c'est-à-dire qu'il réagisse avec 1'eau "présente dans le polymère et forme trois à six molécules volatiles par molécule d'accélérateur, naturellement selon l'accélérateur utilisé. Le gaz,dans ce cas, crée des bulles à l'intérieur de la masse fondue s'ajoutant à l'interface liqueur-vapeur et augmentant la surface sur laquelle 30 l'eau et le glycol peuvent se volatiliser. Cette volatilisation ultérieure de l'eau et du glycol permet une réaction de condensation ultérieure à l'intérieur de la masse fondue de polymère. Les exemples suivants illustrent l'efficacité de la présente invention. 35 EXEMPLE 1 50 grammes de téréphtalate de polyéthylène d'une viscosité intrinsèque de 0,6 sont placés dans un ballon de 500 ml, et le ballon est partiellement immergé dans un bain de sel fondu à 240°C. Le ballon contient deux boules d'acier inoxydable, d'un 40 diamètre d'environ 12 mm, pour fournir l'agitation de la masse 72 03330 2124352 fondue lorsque le ballon est mis en rotation dans le bain de sel. La pression sur la masse fondue est réduite à une pression d'environ 0,5 torr et la température est élevée jusqu'à environ 290°C pendant une période d'une heure. 5 Le vide est rompu et on ajoute au ballon 0,5 gramme d'orthoacétate de triéthyle. Puis, la pression est réduite jusqu'à environ 0,5 torr et le ballon est agité pendant encore 15 minutes. Ensuite, le polymère est refroidi et retiré du ballon. Le polymère présente les caractéristiques physiques suivantes par analyse : 10 viscosité intrinsèque de 0,85, teneur en groupe carboxyle de 18 milliéquivalents par kilogramme et teneur en diéthylèneglycol de 0,89 % en poids. EXEMPLE 2 L'exemple indiqué ci-dessus est répété sauf qu'en rom-15 pant le vide, on n'ajoute rien. Le polymère est retiré et analysé. La viscosité intrinsèque est-0,77> la teneur en groupe carboxyle est 22 milliéquivalents par kilogramme et la teneur en diéthylèneglycol est 0,83 %. EXEMPLE 3 20 L'exemple 1 est répété, sauf que l'on substitue 0,5 gram mes de carbonate de diphényle. L'analyse du polymère montre une viscosité intrinsèque de 0,83, une teneur en groupe carboxyle de 19 milliéquivalents par kilogramme et une teneur en diéthylèneglycol de 0,88 % en poids. 25 EXEMPLE 4 L'exemple 1 est répété, sauf qu'on emploie 0,5 gramme d'orthoformiate de triéthyle. L'analyse du polymère montre une viscosité intrinsèque de 0,84, une teneur en groupe carboxyle de 16 milliéquivalents par kilogramme et une teneur en diéthylène-30 glycol de 0,87 % en poids. EXEMPLE 5 L'exemple 2 est répété, sauf qu'on emploie 0,75 gramme d'orthoformiate de tributyle. L'analyse du polymère montre une viscosité intrinsèque de 0,83, une teneur en groupe carboxyle de 35 19 milliéquivalents par kilogramme 6t une teneur en diéthylèneglycol de 0,83 % en poids. EXEMPLE 6 L'exemple 1 est répété, sauf qu'on emploie 2,0 grammes d'orthoformiate de triéthyle. L'analyse du polymère montre une 40 viscosité intrinsèque de 0,90, une teneur en groupe carboxyle de 72 03330 5" 2124352 15 milliéquivalents par kilogramme et une teneur en diéthylèneglycol de 0,98 % en poids. EXEMPLE 7 L'exemple 1 est répété, sauf qu'on emploie 0,5 gramme 5 d'orthoadipate d'hexaméthyle. L'analyse du polymère montre une viscosité intrinsèque de 0,82, une teneur en groupe carboxyle de 19 milliéquivalents par kilogramme et une teneur en diéthylènegly-col de 0,8l % en poids. EXEMPLE 8 10 L'exemple 1 est répété, mais en utilisant 0,5 gramme de téréphtalate de diphényle au lieu d'orthoacétate de triéthyle. L'analyse du polymère montre une viscosité intrinsèque de 0,77, une teneur en groupe carboxyle de 21 milliéquivalents par kilogramme et une teneur en diéthylèneglycol de 0,96 % en poids. 15 Ces exemples montrent bien qu'un changement de viscosité plus important est obtenu en utilisant les orthoesters de la présente invention dans un temps équivalent où précédemment ces niveaux de viscosité n'étaient pas obtenus dans cette période de temps. 20 - EXEMPLE 9 25,2 kg par heure d'acide téréphtalique, 15 kg par heure d'éthylèneglycol et 8l g/heure de diisopropylamine sont mesurés et introduits dans un mélangeur à aubes où ils sont transformés en une pâte et pompés vers un échangeur de chaleur. Avant d'atteindre 25 l'échangeur de chaleur, la pâte est mélangée avec une partie du produit estérifié provenant du premier de deux récipients de réaction d'estérification, suivant le rapport de 1 partie de pâte pour 35 parties de produit estérifié. La solution d'acide, de glycol et de produit estérifié résultant du mélange mentionné ci-dessus est 30 chauffée jusqu'à 270°C dans l'échangeur de chaleur et pomptée dans le premier réacteur d'estérification qui est maintenu à 270°C et O sous une pression de 7,3 kg/cm . Le temps de séjour moyen du produit dans ce réacteur est 60 minutes. Comme on l'a mentionné préalablement, une partie du produit dans ce réacteur d'estérification 35 est remise en circulation et mélangée avec de la pâte fraîche. Ce- * \ , , pendant, environ 3 % du produit sont envoyes dans un second reacteur d'estérification fonctionnant à 270°C et sous une pression de 1,14 kg/cm2. Une fois de plus, le temps de séjour du produit est 60 minutes dans le second réacteur d'estérification. Le produit 40 est alors pompé dans le premier de trois récipients de polyconden- 72 03330 2124352 sation agités. Dans ce réacteur, le produit réagit pendant 90 minutes à 280°C et sous une pression de 75 torrs, et, à la sortie, on trouve qu'il a une viscosité intrinsèque de 0,19. Le produit est ensuite mis à réagir dans le second réac-5 teur de polycondensation pendant 2 heures à 282°C et sous une pression de 1 torr, après quoi, il a une viscosité intrinsèque de 0,60. Finalement, on fait réagir le produit dans le troisième récipient de polycondensation pendant deux heures à 285°C et sous une pression de 0,5 mm Hg. Ce produit final a une viscosité in-10 trinsèque de 1,00. Il est envoyé à un bloc de filage, pompé à travers une filière à 192 trous, étiré suivant un rapport de 6,0/1 sur des rouleaux chauffés pour produire un filé pour pneu à 192 fi laments, de denier 1300, ayant une ténacité de 9>1 g par denier. Des essais pour augmenter le taux de débit à travers ce dispositif 15 de polymérisation en continu ont conduit à une viscosité intrinsèque réduite dans le produit quittant le réacteur de polycondensation final. EXEMPLE 10 30 kg par heure d'acide téréphtalique, 20 kg par heure 20 d'éthylèneglycol et 104 g par heure de diisopropylamine sont mesurés et introduits dans le dispositif de polymérisation en continu décrit dans le dernier exemple. Pour obtenir des produits équivalents à ceux du dernier exemple pour des stades de traitement équi valents, on maintient les conditions de traitement suivantes : 25 Température Pression Temps de °C séjour (mn) 1er réacteur d'estérification 278 8 kg/cm2 42 2ème réacteur d'estérification 278 1}4 kg/cm2 42 1er réacteur de polycondensation 287 75 torr. 63 2ème réacteur de polycondensation 290 1 torr. 84 3ème réacteur de polycondensation 285 2 torr. 84 35 En outre, 227 grammes par heure d'orthoacétate de tri éthyle dans une solution à 50 % avec un phosphite de trisnonyl-phényle sont mélangés avec la matière d'alimentation du troisième réacteur de polycondensation, au moyen d'un mélangeur en ligne placé au point auquel les canalisations d'alimentation entrent 40 dans le réacteur. La canalisation d'alimentation en orthoacétate 72 03330 2124352 de triéthyle est refroidie pour empêcher la vaporisation du liquide avant son mélange avec le polymère. La viscosité intrinsèque du produit quittant le second réacteur est 0,60 et, bien que le troisième réacteur de polycondensation soit mis en fonctionnement 5 à une pression supérieure, à la même température et pendant un temps de séjour plus court, le produit quittant ce réacteur final a encore une viscosité intrinsèque de 1,00. L'exemple 10 comparé à l'exemple 9 montre bien l'obtention d'un polymère de viscosité élevée, pendant une période de 10 temps plus courte. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemple de 15 réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 72 03330 8' 2124352 REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de téréphtalate de polyal-kylène linéaire à poids moléculaire élevé, formant des fibres et des films, caractérisé en ce qu'il consiste à estérifier un acide 5 dicarboxylique aromatique, ou un ester dialkylique inférieur de cet acide, avec un alkylèneglycol ayant 2 à 10 atomes de carbone par molécule pour obtenir l'intermédiaire correspondant formé d'ester diglycolique, à condenser cet intermédiaire à une température allant d'environ 260°G à environ 300°C avec une quantité efficace 10 d'un accélérateur de condensation qui est un orthoester d'un acide organique qui produit l'alcool et l'acide volatils par réaction avec de l'eau. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orthoester d'un acide organique est choisi dans le groupe se 15 composant des orthoesters triméthylique, triéthylique, tripropyli-que, triisopropylique, tribut'ylique, triisobutylique et triamyli-que des acides formique, acétique, oxalique, succinique et adipi-que. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que la température de la condensation est maintenue à une valeur comprise entre environ 260°C et 300°C, et la pression est maintenue entre environ 0,1 et environ 10 torrs. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide dicarboxylique aromatique est choisi dans le groupe se 25 composant d'acide téréphtalique, d'acide isophtalique et d'acides naphtalènedicarboxyliques. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1'alkylèneglycol est l'éthylèneglycol. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 30 que l'acide dicarboxylique aromatique est l'acide téréphtalique, 1'alkylèneglycol est l'éthylèneglycol et l'orthoester est 1'orthoacétate de triéthyle. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la condensation de l'intermédiaire formé d'ester diglycolique 35 a lieu en présence d'environ 0,1 à environ 6,0 % en mole de l'orthoester, en se basant sur le poids du polymère. 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la condensation de l'intermédiaire formé d'ester diglycolique a lieu en présence d'environ 0,25 à environ 2,0 % en mole d'ortho- 40 ester, en se basant sur le poids du polymère. , 72 03330 9- 2124352 9 - Procédé de préparation de téréphtalate de polyal-kylène linéaire à poids moléculaire élevé,formant des films et des fibres, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à estérifier un acide dicarboxylique aromatique, ou un ester di-5 alkylique inférieur de cet acide, avec un alkylèneglycol ayant 2 à 10 atomes de carbone par molécule pour obtenir l'intermédiaire correspondant formé d'ester diglycolique, à condenser cet intermédiaire à des températures allant d'environ 260°C à environ 300°C avec une quantité efficace d'un accélérateur de condensation à 10 base d'un orthoester d'un acide organique ayant la formule : K] nH)5]p où n = 0-4, m = 1-5, p = 1 ou 2, q = 1 ou 0 et p+q =2, qui, par réaction avec de l'eau, produit un alcool volatil et un acide volatil. 15 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé- en ce qu'on applique les dispositions de l'une quelconque des revendications 1 à 8. 11 - A titre de produits industriels nouveaux, téréphta-lates de polyalkylène linéaires à poids moléculaire élevé, formant 20 des films et des fibres, obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10