Método para producir un poliéster usando un catalizador que contiene atrano.

Método para producir un poliéster que comprende:

esterificar un poliácido y un poliol para producir un monómero;

y

polimerizar el monómero por medio de policondensación en presencia de un catalizador que contiene atrano para formar un poliéster acíclico.

Método para producir un poliéster usando un catalizador que contiene atrano Antecedentes de invención

Poliésteres tales como, por ejemplo, poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de trimetileno) y poli(tereftalato de butileno), son una clase de polímeros industriales importantes. Se usan ampliamente en aplicaciones de moldeo, películas y fibras termoplásticas.

Pueden producirse poliésteres mediante la esterificación de un ácido, tal como ácido tereftálico (TPA), con un glicol seguido por policondensación. Se usa un catalizador para catalizar la policondensación y puede usarse para catalizar la esterificación.

A menudo se usa antimonio como catalizador para la reacción de esterificación y policondensación. Sin embargo, los catalizadores a base de antimonio están sometiéndose a presión medioambiental y control reglamentario aumentados, especialmente en aplicaciones de contacto con alimentos y de fibras. Los catalizadores a base de antimonio también pueden provocar problemas de alteración de color a gris. También pueden usarse compuestos de estaño en las reacciones de esterificación y policondensación. Sin embargo, los catalizadores a base de estaño tienen toxicidad y preocupaciones reglamentarias similares.

Se han descrito catalizadores a base de titanio, o bien solos o bien en combinación con otros compuestos, para su uso en la preparación de poliésteres en las patentes estadounidenses n.°s 4.482.700, 4.131.601, 5.302.690, 5.744.571, 5.905.136 y en el documento WO 97/45470. La publicación de patente estadounidense 2005/0009687 describe el uso de un catalizador de alcóxido de titanio para la polimerización de ásteres cíclicos en particular. Ha existido algo de preocupación de que los catalizadores de titanio, si se usan en las reacciones de esterificación y policondensación, tienden a hidrolizarse en contacto con agua formando especies oligoméricas insolubles en glicol, que pierden su actividad catalítica, tal como se describe en el documento US 2005/0215425. Los ásteres y poliésteres producidos usando determinados compuestos de titanio como catalizadores también pueden presentar alteración de color a amarillo, tal como se describe en los documentos US 4.131.601 y 4.482.700.

Existe la necesidad de un sistema de catalizador para la síntesis de poliésteres, en particular poli(tereftalato de etileno) y sus copoliésteres, que tenga actividad catalítica aumentada, ninguno o sólo un mínimo efecto sobre las propiedades del poliéster y preocupaciones de toxicidad reducidas.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un método para producir un poliéster que comprende esterificar un poliácido y un poliol para producir un oligómero; y polimerizar el oligómero por medio de policondensación en presencia de un catalizador que contiene atrano para formar un poliéster acíclico.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir un poliéster usando un catalizador de policondensación para la fabricación de poliésteres acíclicos que tenga una actividad similar con respecto a los sistemas de catalizador a base de antimonio usados en el pasado, pero con toxicidad y preocupaciones reglamentarias reducidas. El sistema de catalizador da como resultado color y formación de subproductos aceptables durante el procesamiento de poliésteres acíclicos en comparación con sistemas de catalizador a base de antimonio usados comúnmente. Un ejemplo de formación de subproductos es la formación de acetaldehído que se forma durante la producción de resina y se regenera durante el procesamiento. La mayor parte de los catalizadores de titanio tienen altas tasas de regeneración de acetaldehído en comparación con los de antimonio, pero los catalizadores usados en la presente invención proporcionan una solución al problema del acetaldehído regenerado.

Descripción detallada de las realizaciones

En la fabricación de poliésteres acíclicos de alto peso molecular (tales como poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(tereftalato de butileno) (PBT), poli(tereftalato de trimetileno) (PTT) y poli(naftalato de etileno) (PEN)) tienen lugar varias reacciones principales. La primera es una reacción de esterificación, en la que se esterifican un poliácido y un poliol. Los poliácidos adecuados incluyen ácido tereftálico, ácido isoftálico, ácido ciclohexanodicarboxílico, ácido naftalenodicarboxílico; y poliácidos con ramificación de cadena larga tales como ácido trimesínico, ácido trimelítico y su anhídrido. Los polioles adecuados incluyen dietilenglicol, ciclohexanodimetanol, 1,3-propanodiol, 2,2- dimetilpropano-1,3-diol, 1,4-butanodiol, isosorbida; polioles aromáticos tales como resorcinol, hidroquinona; y polioles con ramificación de cadena larga tales como trimetilolpropano y pentaeritritol. En el caso de PET, el poliácido es ácido tereftálico y el poliol es normalmente etilenglicol.

La etapa de esterificación puede llevarse a cabo sin ningún catalizador (autocatálisis), pero normalmente, los compuestos de antimonio pueden catalizar la reacción de esterificación. La etapa de esterificación se realiza normalmente a una temperatura de más de 200°C, más preferiblemente a una temperatura de desde 240°C hasta 270°C, y a una presión de desde 1 hasta 10 bar. Durante la reacción de esterificación, se forma agua como producto de reacción. En algunos casos, se forma alcohol vinílico como subproducto, que se isomeriza de manera

extremadamente rápida para dar acetaldehído.

La segunda reacción principal se denomina policondensación, que es extremadamente importante para el aumento del peso molecular del polléster. La reacción de policondensación puede incluir dos fases, una fase en estado fundido y una fase en estado sólido. Normalmente, la fase en estado fundido de la etapa de policondensación se realiza a una temperatura de desde 240°C hasta 290°C y a vacío de entre 3 y 0,1 mbar. Normalmente, la fase en estado sólido de la etapa de policondensación se realiza a una temperatura de desde 190°C hasta 230°C y puede realizarse o bien bajo flujo de nitrógeno o bien a vacío de entre 3 y 0,1 mbar.

A medida que aumenta el peso molecular del polímero, la reacción de policondensación produce etilenglicol y algo de agua. Normalmente, los compuestos de titanio son extremadamente sensibles al agua, puesto que a menudo experimentan hidrólisis para producir especies de titanio catalíticamente inactivas. Por este motivo, la estructura del compuesto de titanio es muy importante para mantener la actividad durante la reacción de policondensación. Sorprendentemente, los catalizadores de atrano de titanio de la presente Invención conservan una actividad catalítica significativa durante ambas de las reacciones de policondensación (en estado fundido y sólido).

Los atranos están compuestos por dos átomos cabeza de puente unidos en puente mediante restos de tres átomos. Cuando los átomos cabeza de puente interaccionan, se produce un sistema trlcícllco (3.3.3.0) (Vercade et al.\ Coordinaron Chemistry Reviews (1994), 137, 233-295). En los catalizadores que pueden usarse en el método de la presente invención, el atrano puede ser un atrano de titanio que tiene la siguiente estructura:

en la que R es H, alquilo Ci-C2e, arilo o heteroarllo; Ri es H o metilo o etilo o etenllo o arllo o heteroarilo; R2 es H o metilo o etilo o etenilo o arilo o heteroarilo y R3 = H o metilo o etilo o etenllo o arllo o heteroarilo.

En los catalizadores de atrano de titanio que pueden usarse en el método de la presente Invención, los seis sitios de coordinación en el átomo de titanio están ocupados. Cuatro sitios están ocupados por un primer ligando (tres enlaces regulares y uno dativo) y dos sitios están ocupados por un segundo ligando (un enlace regular y uno dativo). El primer ligando es una trialcanolamlna sustituida o no sustituida, y es preferiblemente trietanolamina, tri-isopropanolamina o una trietanolamina sustituida. El segundo ligando es un ácido orgánico. Puede usarse cualquier ácido, pero preferiblemente el ácido es un ácido carboxílico, e incluso más preferiblemente el segundo ligando es ácido acético o ácido propiónico. Los catalizadores de atrano de titanio de la presente invención sólo contienen un átomo de titanio por molécula, de manera que no se produce unión en puente significativa con otras moléculas.

Los catalizadores de atrano de titanio se usan tanto en la fase en estado fundido como en la fase en estado sólido de la etapa de policondensación a una concentración de desde 5 hasta 250 ppm. El catalizador puede añadirse en forma de un polvo, en cuyo caso puede añadirse al poliácido y poliol (denominándose la mezcla de éstos "pasta" en

Oiti,...... [Seguir leyendo]