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DD246772B1 - METHOD FOR PRODUCING POLYBUTYLENEPEPHTHALATE - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING POLYBUTYLENEPEPHTHALATE Download PDF

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Publication number
DD246772B1
DD246772B1 DD28802886A DD28802886A DD246772B1 DD 246772 B1 DD246772 B1 DD 246772B1 DD 28802886 A DD28802886 A DD 28802886A DD 28802886 A DD28802886 A DD 28802886A DD 246772 B1 DD246772 B1 DD 246772B1
Authority
DD
German Democratic Republic
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butanediol
terephthalate
dimethyl terephthalate
polycondensation
mixture
Prior art date
Application number
DD28802886A
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German (de)
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DD246772A1 (en
Inventor
Ulrich Halbmair
Edgar Wuensch
Artur Klemmer
Alfons Riedel
Original Assignee
Engels Chemiefaserwerk Veb
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Filing date
Publication date
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Publication of DD246772B1 publication Critical patent/DD246772B1/en

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Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polybutylenterephthalat auf der Basis von Dimethylterephthalat und Butandiol-1,4.The invention relates to a process for the preparation of polybutylene terephthalate based on dimethyl terephthalate and 1,4-butanediol.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Polybutylenterephthalat wird gegenwärtig vorrangig durch Umesterung von Dimethylterephthalat mit einem molaren Überschuß Butandiol-1,4 und Polykondensation des erhaltenen Umesterungsproduktes hergestellt.Polybutylene terephthalate is currently produced primarily by transesterification of dimethyl terephthalate with a molar excess of 1,4-butanediol and polycondensation of the resulting transesterification product.

In allen Prozeßstufen fallen dabei Brüdengemische an, in denen vor allem niedermolekulare Ester der Terephthalsäure neben Wasser, Butandiol-1,4, Methanol und Tetrahydrofuran enthalten sind.At all stages of the process, vapor mixtures are formed in which, above all, low molecular weight esters of terephthalic acid are present in addition to water, butane-1,4-diol, methanol and tetrahydrofuran.

Die Rückführung der für den Kettenaufbau von Polybutylenterephthalat geeigneten Ester der Terephtalsäure und des Butandiol-1,4 durch angesetzte Kolonnen im Polykondensationsprozeß, wie sie für Vor- und Polykondensationsprozesse zur Polyethylenterephthalat-Synthese in der DE-OS 3025574 in Verbindung mit einem installierten Zyklon oder Drallabscheider beschrieben wird, ist insbesondere für einen diskontinuierlichen Prozeß mit geringem Stofffluß unbefriedigend.The return of suitable for the chain construction of polybutylene terephthalate esters of terephthalic acid and 1,4-butanediol by attached columns in the polycondensation process, as for pre- and polycondensation processes for polyethylene terephthalate synthesis in DE-OS 3025574 in conjunction with an installed cyclone or spin separator is unsatisfactory especially for a discontinuous process with low material flow.

Die in der DD-PS 131753 für Polyethylenterephthalat beschriebene Verfahrensvariante, nach der die im anfallenden Vor- und Polykondensationsbrüdenkondensat enthaltenen Oligomeren bei 75-18O0C selektiv abgeschieden und zusammen mit dem destillativ aufgearbeiteten Dioldestiflat in den Produktionsprozeß zurückgeführt werden, ist apparativ aufwendig und mit zusätzlichem Energieaufwand und Diolverlusten bei der Destillation verbunden.The process variant described in DD-PS 131753 for polyethylene terephthalate, according to which the oligomers contained in the resulting pre- and polycondensation condensate selectively deposited at 75-18O 0 C and recycled together with the distillatively worked up Dioldestiflat in the production process, is expensive in terms of apparatus and with additional Energy expenditure and Diolverlusten connected in the distillation.

Nach DD-WP 210916werden die in derVorpolykondensation abgespaltenen, mitdicarbonsäurehaltigen Komponenten beladenen Reaktionsprodukte nach ihrer Kondensation ohne vorherige destillative Aufarbeitung entweder dem Rohstoffansatz oder dem Reaktionsprodukt in der Veresterungsstufe wieder zugeführt, wobei das enthaltene Wasser zur Verbesserung der Fließfähigkeit der Terephthalsäure/Ethylenglykol-Paste dient und in der Veresterung sofort abgespalten wird. Für die Polybutylenterephthalatsynthese auf Basis Dimethylterephthalat ist diese Variante nicht anwendbar, da insbesondere der relativ hohe Wasseranteil die Umesterungsgeschwindigkeit von Dimethylterephthalat mit Butandiol-1,4 und die katalytische Aktivität des auch für die Polykondensation benötigten Titankontaktes durch Hydrolyse herabsetzt.According to DD-WP 210916, the dicarboxylic acid-containing components cleaved in the pre-polycondensation are recycled to the raw material batch or the reaction product in the esterification stage after their condensation without prior distillative workup, the water contained serving to improve the flowability of the terephthalic acid / ethylene glycol paste and the esterification is split off immediately. For the polybutylene terephthalate based on dimethyl terephthalate this variant is not applicable, since in particular the relatively high water content reduces the transesterification rate of dimethyl terephthalate with 1,4-butanediol and the catalytic activity of the titanium contact also required for the polycondensation by hydrolysis.

Im DD-WP 152332 wird ein Verfahren zur störungsfreien Destillation von Butandiol-1,4-haltigen Brüdengemischen zu reinem Butandiol-1,4 für den Wiedereinsatz zur Polybutylenterephthalatsynthese auf Basis von Dimethylterephthalat beschrieben. Die vollständig kondensierten Brüden werden mit Alkalien behandelt, um die darin enthaltenen niedermolekularen Feststoffkomponenten, vor allem das Dimethylterephthalat, in Verbindung zu überführen, die bei der nachfolgenden mehrstufigen Destillation nicht verdampfen. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen beträchtlichen energetischen und apparativen Aufwand. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Abscheidung der Terephthalatbestandteile, die nicht mehr in den Syntheseprozeß zurückgeführt werden können.DD-WP 152332 describes a process for the trouble-free distillation of butane-1,4-diol-containing vapor mixtures to pure butane-1,4-diol for reuse for the synthesis of polybutylene terephthalate based on dimethyl terephthalate. The fully condensed vapors are treated with alkalis to convert the low molecular weight solid components contained therein, especially the dimethyl terephthalate, in combination, which do not evaporate in the subsequent multi-stage distillation. However, this method requires a considerable energy and equipment expense. A further disadvantage results from the deposition of the terephthalate components, which can no longer be attributed to the synthesis process.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es. Polybutylenterephthalat energie- und materialökonomisch bei guter Raum-Zeit-Ausbeute, Qualität sowie einer geringen Umweltbelastung herzustellen.The aim of the invention is. Polybutylene terephthalate energy and material economics with good space-time yield, quality and a low environmental impact manufacture.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, das bei der Polybutylenterephthalatsynthese anfallende Polykondensationsbrüdengemisch mit dem Hauptanteil der abgespaltenen Butandiol-1,4-Menge ohne Totalkondensation und nachgeschaltete Destillation aufzubereiten und in den Umesterungsprozeß zurückzuführen.The object of the invention is to prepare the Polykondensationsbrüdengemisch obtained in the Polybutylenterephthalatsynthese with the majority of the split-off 1,4-butanediol without total condensation and downstream distillation and due to the transesterification process.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das während der Polykondensation anfallende Brüdengemisch auf 30-400C abgekühlt und bei einem Druck von 70-250Pa partiell kondensiert wird, wobei die Bestandteile Wasser, Methanol und Tetrahydrofuran weitgehend abdestilliert werden. Das so erhaltene Brüdenkondensat enthält mindestens 96Ma.-% Butandiol-1,4, bis zu 0,7 Ma.-% Methanol, bis zu 0,7 Ma.-% Tetrahydrofuran, bis zu 0,7 Ma.-% Wasser und bis zu 3,5 Ma.-% eines Gemisches aus niedermolekularen Hydroxybutylterephthalaten und Dimethylterephthalat. Dieses Gemisch wird der Umesterungsstufe, bei der üblicherweise eine Umesterung von Dimethylterephthalat mit molarem Überschuß von Butandiol-1,4 reinst erfolgt, zugeführt. Dabei werden bis zu 40 Teile des aufbereiteten, partiell kondensierten Brüdengemisches anstelle von reinem Butandiol-1,4 zugesetzt.According to the invention the object is achieved in that the obtained during the polycondensation vapor mixture is cooled to 30-40 0 C and partially condensed at a pressure of 70-250Pa, wherein the components of water, methanol and tetrahydrofuran are largely distilled off. The vapor condensate thus obtained contains at least 96% by mass of 1,4-butanediol, up to 0.7% by mass of methanol, up to 0.7% by mass of tetrahydrofuran, up to 0.7% by mass of water and up to to 3.5% by weight of a mixture of low molecular weight hydroxybutyl terephthalates and dimethyl terephthalate. This mixture is the transesterification stage, in which usually a transesterification of dimethyl terephthalate with a molar excess of 1,4-butanediol pure occurs. In this case, up to 40 parts of the treated, partially condensed vapor mixture are added instead of pure 1,4-butanediol.

Es hat sich gezeigt, daß bezüglich der Polybutylenterephthalatqualität, der Raum-Zeit-Ausbeute sowie einer verstärkten Nebenproduktbildung keine Nachteile auftreten. Die Vorteile dieses Verfahrens ergeben sich aus der Nutzung der für den Polykondensationsprozeß erforderlichen Heizenergie zur Destillation des Brüdengemisches. Gleichzeitig werden das anfallende Hydroxybutylterephthalat/Dimethylterephthalatgemisch vollständig in den Syntheseprozeß zurückgeführt sowie die Butandiol-1,4-verluste vermieden, die bei einer externen energieintensiven Brüdendestillation auftreten.It has been shown that there are no disadvantages with respect to the quality of polybutylene terephthalate, the space-time yield and increased by-product formation. The advantages of this method result from the use of the heating energy required for the polycondensation process for the distillation of the vapor mixture. At the same time, the resulting hydroxybutyl terephthalate / dimethyl terephthalate mixture are completely recycled to the synthesis process and the 1,4-butanediol losses avoided, which occur in an external energy-intensive Brüdendestillation.

Ausführungsbeispiel Beispiel 1Embodiment Example 1

In einem Edelstahlreaktor wurden 194kg Dimethylterephthalat, 117kg Butandiol-1,4 sowie 70g Tetraisopropyltitanat bei Normaldruck und 175-180°C unter Rühren umgesetzt, bis 63kg Methanol abgespalten wurden. Das erhaltene Umesterungsprodukt wurde auf 2500C erhitzt und gleichzeitig der Druck auf 150Pa abgesenkt. Das während der ablaufenden Polykondensation innerhalb von 120min abgespaltene Brüdengemisch aus Butandiol-1,4, Methanol, Tetrahydrofuran, Wasser und Hydroxybutylterephthalatoligomeren sowie Dimethylterephthalat wird in einem Wärmetauscher auf 35°C abgekühlt, dabei partiell kondensiert und in einer ebenfalls mit dem Reaktionsdruck beaufschlagten.Vorlage aufgefangen. In der Dampfphase verbleiben die Hauptmengen der Nebenprodukte an Methanol, Tetrahydrofuran und Wasser. Das partiell kondensierte Polykondensationsbrüdengemisch setzt sich wie folgt zusammen:194 kg of dimethyl terephthalate, 117 kg of 1,4-butanediol and 70 g of tetraisopropyl titanate were reacted under normal pressure and 175-180 ° C. with stirring in a stainless steel reactor until 63 kg of methanol had been split off. The resulting transesterification product was heated to 250 0 C and the same pressure is lowered to 150Pa. The vapors mixture of 1,4-butanediol, methanol, tetrahydrofuran, water and hydroxybutyl terephthalate oligomers and dimethyl terephthalate removed during the expiring polycondensation is cooled to 35 ° C. in a heat exchanger, partially condensed and collected in a template also charged with the reaction pressure , In the vapor phase, the major amounts of by-products remain on methanol, tetrahydrofuran and water. The partially condensed polycondensation mixture is composed as follows:

23,5 kg Butandiol-1,4 0,002kg Methanol 0,002kg Tetrahydrofuran 0,011kg Wasser 0,524kg Gemisch aus Hydroxybutylterephthalaten und Dimethylterephthalat23.5 kg butanediol-1.4 0.002 kg methanol 0.002 kg tetrahydrofuran 0.011 kg water 0.524 kg Mixture of hydroxybutyl terephthalate and dimethyl terephthalate

Dieses Brüdenkondensat wird zusammen mit 93,5kg Butandiol-1,4,194 kg Dimethylterephthalat und 70g Tetraisopropyltitanat, wie oben beschrieben umgesetzt.This vapor condensate is reacted with 93.5 kg of 1,4-butanediol 1,4,194 kg of dimethyl terephthalate and 70 g of tetraisopropyl titanate as described above.

Trotz dieses Zusatzes von 20 Teilen des erfindungsgemäßen Brüdengemisches anstelle von reinem Butandiol-1,4 wird ein Polybutylenterephthalat erhalten, das sich hinsichtlich der Qualität und der Nebenproduktbildung unter Einsatz von Butandiol-1,4 reinst nicht unterscheidet. Weiterhin wird eine gute Raum-Zeit-Ausbeute-erreicht.Despite this addition of 20 parts of the vapor mixture according to the invention instead of pure 1,4-butanediol, a polybutylene terephthalate is obtained, which does not differ in terms of quality and by-product formation using 1,4-butanediol. Furthermore, a good space-time yield is achieved.

Beispiel 2Example 2

29,1 kg Dimethylterephthalat, 21,5kg Butandiol-1,4 sowie 10,5g Tetraisopropyltitanat werden bei Normaldruck und 175-1800C unter Rühren umgesetzt, bis 9,4kg Methanol abgespalten wurden.29.1 kg of dimethyl terephthalate, 21.5 kg of 1,4-butanediol and 10.5 g of tetraisopropyl titanate are reacted under normal pressure and 175-180 0 C with stirring until 9,4kg of methanol were eliminated.

Nach Erhöhung der Produkttemperatur auf 245-25O0C bei Absenkung des Druckes auf 150Pa wird das erhaltene Umesterungsprodukt innerhalb von 120 Minuten polykondensiert. Die abgespaltenen Brüden werden in einem Wärmetauscher auf 350C abgekühlt und partiell kondensiert. Das Brüdenkondensat wird in einer ebenfalls mit Reaktionsdruck beaufschlagten Vorlage aufgefangen. Wesentliche Anteile der Leichtsieder (Tetrahydrofuran, Methanol, Wasser) verbleiben in der Dampfphase. Dabei werden 8kg Brüden folgender Zusammensetzung kondensiert:After raising the product temperature to 245-25O 0 C while lowering the pressure to 150Pa, the resulting transesterification product is polycondensed within 120 minutes. The separated off vapors are cooled in a heat exchanger to 35 0 C and partially condensed. The vapor condensate is collected in an also charged with reaction pressure template. Essential parts of the low boilers (tetrahydrofuran, methanol, water) remain in the vapor phase. This 8kg of vapor of the following composition are condensed:

7,72 kg Butandiol-1,47.72 kg of 1,4-butanediol

0,032 kg Methanol0.032 kg of methanol

0,024 kg Tetrahydrofuran0.024 kg of tetrahydrofuran

0,024 kg Wasser0.024 kg of water

0,02 kg Gemisch aus Hydroxybutylteraphthalaten und Dimethylterephthalat.0.02 kg mixture of hydroxybutyl naphthalate and dimethyl terephthalate.

Dieses Brüdenkondensat wird mit 12 kg Butandiol-1,4,29,1 kg Dimethylterephthalat und 10,5 g Tetraisopropyltitanat wie oben beschrieben, umgesetzt.This vapor condensate is reacted with 12 kg of 1,4-butanediol dimethyl terephthalate and 10.5 g of tetraisopropyl titanate as described above.

Das mit guter Raum-Zeit-Ausbeute erhaltene Polybutylenterephthalat entspricht hinsichtlich Qualität und Nebenproduktbildung solchem unter ausschließlichem Einsatz von Butandiol-1,4 reinst hergestellten.The polybutylene terephthalate obtained with good space-time yield corresponds in terms of quality and by-product formation to those produced exclusively using butane-1,4-diol.

Claims (2)

Patentanspruch:Claim: 1. Verfahren zur Herstellung von Polybutylterephthalat auf Basis Dimethylterephthalat und Butandiol-1,4 in einem Mehrstufenprozeß mit den Prozeßstufen Umesterung und Polykondensation unter Rückführung von aufgearbeiteten Produkten in den Umesterungsprozeß, dadurch gekennzeichnet daß das Polykondensationsbrüdengemisch auf 30-4O0C abgekühlt und bei einem Druck von 70-250Pa partiell kondensiert wird und das erhaltene Brüdenkondensat bis zu 40 Teilen anstelle von reinem Butandiol-1,4 eingesetzt wird.1. A process for the preparation of polybutyl terephthalate based on dimethyl terephthalate and 1,4-butanediol in a multi-stage process with the process steps transesterification and polycondensation with recycling of processed products in the transesterification process, characterized in that the polycondensation mixture cooled to 30-4O 0 C and at a pressure is partially condensed from 70 to 250 Pa and the resulting vapor condensate is used up to 40 parts instead of pure 1,4-butanediol. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das wiedereingesetzte Brüdenkondensat aus mindestens 96% Butandiol-1,4, bis zu 0,7 Ma.-% Methanol, bis zu 0,7 Ma.-% Tetrahydrofuran, bis zu 0,7 Ma.-% Wasser und bis zu 3,5 Ma.-% eines Gemisches aus niedermolekularen Hydroxybutylterephthalaten und Dimethylterephthalat besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that the reused vapor condensate of at least 96% butane-1,4-diol, up to 0.7 wt .-% methanol, up to 0.7 wt .-% tetrahydrofuran, up to 0.7 % By weight of water and up to 3.5% by weight of a mixture of low molecular weight hydroxybutyl terephthalates and dimethyl terephthalate.
DD28802886A 1986-03-19 1986-03-19 METHOD FOR PRODUCING POLYBUTYLENEPEPHTHALATE DD246772B1 (en)

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