ES2311646T3 - Procedimiento para producir poli (tereftalato de trimetileno). - Google Patents
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Abstract
En un proceso para la polimerización de poli(tereftalato de trimetileno) mediante esterificación de ácido tereftálico o tereftalato de dimetilo con 1,3-propanodiol, la precondensación del producto de esterificación para producir un producto de precondensación, y policondensación del producto de precondensación para producir poli(tereftalato de trimetileno) en donde el exceso de 1,3-propanodiol se retira de las fases de esterificación, precondensación y/o policondensación y el vapor de 1,3-propanodiol se separa de la fracción de alto punto de ebullición (subproducto sólido) en un recipiente de separación, la mejora comprende: (a) calentar el subproducto sólido en presencia de 5 ppm a 5000 ppm, basado en metal, de un catalizador metálico seleccionado del grupo que consiste en uno o más compuestos metálicos del 3º, 4º o 5º periodo de los Grupos 3-12 y Grupos 14-15 de la Tabla Periódica (IUPAC 1989) a una temperatura de 100ºC a 240ºC durante 5 minutos a 24 horas, opcionalmente en presencia de un diluyente, y (b) opcionalmente, reciclar el producto de reacción en el proceso de polimerización.
Description
Procedimiento para producir
poli(tereftalato de trimetileno).
Esta invención se refiere a un proceso para
producir poli(tereftalato de trimetileno) mediante
esterificación del ácido tereftálico con
1,3-propanodiol, precondensación del producto de
esterificación para obtener un producto de precondensación, y
policondensación del producto de precondensación para obtener
poli(tereftalato de trimetileno), en donde el
1,3-propanodiol se recicla. Más específicamente, la
presente invención se refiere a una mejora en el reciclaje del
1,3-propanodiol en donde los subproductos sólidos se
convierten en forma líquida o semilíquida.
La preparación de poli(tereftalato de
trimetileno) (PTT) involucra la reacción del ácido tereftálico (TPA)
o tereftalato de dimetilo (DMT) y exceso de
1,3-propanodiol (PDO) a temperaturas elevadas, 240 a
275ºC, opcionalmente en presencia de un catalizador de
esterificación tal como un compuesto de titanio catalítico, para
obtener un producto de esterificación el cual es normalmente un PTT
de viscosidad intrínseca relativamente baja. Este producto de
esterificación es entonces sometido a precondensación y finalmente
el producto de precondensación se somete a policondensación para
obtener el PTT. En algunos procesos, esto es seguido por
polimerización en estado sólido para aumentar la viscosidad
intrínseca del PTT pero hay un nuevo proceso que puede producir PTT
de alta viscosidad intrínseca sin la polimerización en estado
sólido.
En el proceso de PTT, el exceso de PDO (que
contiene varios materiales que se han de retirar antes de que el
PDO pueda reciclarse) se retira del prepolímero (precondensación) y
las fases de policondensación pueden destilarse para recuperar el
PDO purificado para reutilizarse en el proceso. La recuperación de
PDO generalmente consiste en la ebullición y separación del vapor
de PDO de la fracción de alto punto de ebullición (lechos
destilados; sólidos y semisólidos). Puede efectuarse la
purificación adicional de PDO en una columna de destilación u otros
medios similares.
La presente invención es un proceso que
químicamente convierte los subproductos sólidos y semisólidos
(lechos destilados, descritos colectivamente en la presente memoria
como "subproducto sólido") en composiciones que son fluidos o
líquidos que pueden fluir a temperaturas prácticas. Estas
composiciones, que pueden ser soluciones homogéneas o suspensiones
no homogéneas, tienen menor viscosidad que los subproductos
iniciales y, por lo tanto, son más fáciles de manipular para su
eliminación y/o reciclado en el proceso. Preferiblemente, estos
fluidos o líquidos que pueden fluir tendrán una viscosidad menor que
aproximadamente 500 mPa\cdots a 100ºC.
Esta invención es una mejora del proceso
conocido para la polimerización de PTT mediante esterificación de
TPA o DMT con PDO, precondensación del producto de esterificación
para producir un producto de precondensación, policondensación del
producto de precondensación para producir el PTT, y purificación del
exceso de PDO que puede entonces reciclarse. En la fase de
purificación de PDO, el exceso de PDO retirado de las fases de
precondensación y/o policondensación se destila para recuperar el
PDO purificado para reutilizarse en el proceso. La corriente que
contiene PDO se lleva a ebullición y el PDO que se separa de la
fracción del subproducto de alto punto de ebullición (lechos
destilados- -subproducto sólido) que son los sólidos y
semisólidos a los que se ha hecho referencia anteriormente. Otra
etapa adicional que purifica el PDO en, por ejemplo, una columna de
destilación que puede combinarse con o separarse del
fraccionamiento inicial.
El mejoramiento comprende calentar los sólidos y
semisólidos (subproducto sólido) en presencia de un catalizador
metálico que digiere y convierte el subproducto sólido (fango) en
ésteres del ácido tereftálico, sobre todo el éster de
di-PDO [tereftalato de
bis(3-hidroxipropilo)]. El catalizador
metálico se selecciona de uno o más compuestos metálicos del 3º, 4º
o 5º periodo de los Grupos 3-12 y Grupos
14-15 de la Tabla Periódica (IUPAC 1989). Se
prefieren sales metálicas basadas en La, Ti, Zr, V, Cr, Mn, Ru, Co,
Ni, Zn, Sn y Sb. Los catalizadores basados en Ti, Zn y Sn son los
más preferidos debido a su alta reactividad y compatibilidad con el
proceso de polimerización de PTT, especialmente si el producto de
digestión es para reciclarse. La cantidad del catalizador es la
que realiza la conversión deseada ("digestión") en las
condiciones de reacción. Ésta es generalmente 5 ppm (basada en
metal) a 5000 ppm, preferiblemente de 10 ppm a 500 ppm.
La temperatura de reacción de conversión puede
ir de 100ºC a 240ºC. Si la reacción tiene lugar en un recipiente
de separación, el intervalo recomendado es 140ºC a 240ºC, el
intervalo preferido es de 180ºC a 240ºC, y el intervalo más
preferido es 210ºC a 230ºC. La reacción ("digestión"), cuando
se lleva a cabo en el recipiente de reacción separado, se realiza a
temperaturas de 100ºC a 220ºC, preferiblemente de 120ºC a 200ºC, y
más preferiblemente de 140ºC a 180ºC. Los tiempos de reacción
pueden ir de algunos minutos a varias horas. Preferiblemente, el
tiempo de reacción será de 5 minutos a 24 horas, más preferiblemente
de 10 minutos a 2 horas. Se produce un producto fluido,
preferiblemente con una viscosidad menor que 500 mPa\cdots a
100ºC.
\newpage
En una realización, los subproductos que
contienen exceso de PDO se transfieren a un recipiente de
separación, es decir, columna de destilación, caldera de
vaporización rápida o recipiente similar, en donde el vapor de PDO
se retira de la parte superior, dejando una corriente de subproducto
sólido más concentrado que se transfiere a un recipiente de
reacción separado donde se añade el catalizador y tiene lugar la
digestión (reacción de conversión).
En otra realización, se añade el catalizador al
recipiente de separación usado para la recuperación de PDO y donde
tiene lugar la digestión in situ.
En una tercera realización, la fase de
recuperación de PDO (recipiente de separación) se omite parcial o
totalmente y el subproducto sólido se transfiere de los sistemas
del condensador de vacío de las fases de precondensación y/o
policondensación (en donde el vapor de
1,3-propanodiol se separa del subproducto sólido) a
un recipiente de reacción en donde se añade el catalizador y tiene
lugar la reacción de digestión.
En una cuarta realización, el exceso de PDO se
transfiere a un recipiente de separación el cual es parte de la
fase de esterificación del proceso (en donde el vapor de
1,3-propanodiol se separa del subproducto sólido)
en donde el catalizador se añade al recipiente de separación, es
decir, columna de destilación, caldera de vaporización rápida, o
recipiente similar, y la reacción de digestión tiene lugar en el
mismo, evitando la formación de una gran cantidad de subproducto
sólido.
La figura 1 muestra un esquema posible muy
simplificado para realizar cuatro de las realizaciones de esta
invención.
El PTT puede prepararse haciendo reaccionar
1,3-propanodiol (PDO) y ácido tereftálico (TPA) o
tereftalato de dimetilo (DMT) opcionalmente incluyendo otros dioles
y/o diácidos o diésteres aromáticos de los mismos, con la
eliminación del subproducto agua (o alcohol), durante un tiempo
eficaz para producir un poliéster que tiene una viscosidad
intrínseca de por lo menos 0,6 dl/g según se mide en 60/40
fenol/tetracloroetano a 25ºC. En una variación de este proceso, un
poliéster basado en PDO tal como PTT puede prepararse en un proceso
de polimerización por condensación de dos etapas.
La primera fase, policondensación en estado
fundido, incluye dos etapas: una "etapa a presión" seguida por
una "etapa a vacío". En la etapa de presión (esterificación),
el exceso de PDO se hace reaccionar con diácido o éster de alquilo
del mismo, opcionalmente en presencia del catalizador añadido (puede
utilizarse un catalizador de esterificación tal como un catalizador
de metal de transición, especialmente titanio o estaño) a una
temperatura dentro del intervalo de 240 a 275ºC a presión
atmosférica o superatmosférica. El agua o alcohol se produce como
subproducto y se elimina por medios apropiados tal como destilación
de la fracción de la parte superior de la columna. El PDO puede
recuperarse del recipiente de separación de esterificación (columna
de destilación, caldera de vaporización rápida, etc.) y
reciclarse.
Para la etapa a vacío de la policondensación en
estado fundido, se reduce la presión de la mezcla de reacción y
generalmente se añade un catalizador. Los catalizadores de
policondensación preferidos son compuestos de titanio o estaño, tal
como butóxido de titanio, presente en una cantidad en el intervalo
de 10 a 400 ppm de titanio o estaño, basada en el peso de polímero.
Esta etapa se divide comúnmente en la fase de precondensación y la
fase de policondensación, principalmente como medio para reducir la
presión gradualmente. El producto de bajo peso molecular de la
primera etapa se calienta a una temperatura dentro del intervalo de
240 a 275ºC a presión menor que la atmosférica durante un tiempo
eficaz para aumentar la viscosidad intrínseca del material inicial
hasta al menos 0,5 dl/g. El PDO que contiene subproductos de alto
punto de ebullición sólidos y disueltos normalmente se elimina en
estas fases y se trata para recuperar PDO.
El producto de reacción de la fase en estado
fundido se enfría, solidifica, y opcionalmente se le da forma de
gránulos. Luego, el polímero puede opcionalmente policondensarse en
forma sólida ("en estado sólido") a una temperatura elevada
menor que la del punto de fusión del polímero objetivo, generalmente
(para PTT) a una temperatura mayor que 180ºC y preferiblemente por
encima de 200ºC, a presión reducida y/o una corriente de gas
inerte. La fase en estado sólido se lleva a cabo durante un tiempo,
generalmente de aproximadamente cuatro horas o más, suficiente para
producir un poliéster que tiene una viscosidad intrínseca de por lo
menos 0,8, generalmente dentro del intervalo de 0,9 a 1,1 dl/g.
Existe también un nuevo proceso en estado
fundido continuo para producir el PTT el cual no requiere la fase
en estado sólido para alcanzar la viscosidad intrínseca alta. Este
proceso se describe en la Patente Norteamericana No. 6.277.947.
En la parte de purificación de PDO del proceso,
el exceso de PDO retirado de las fases de precondensación y/o
policondensación mediante vacío puede condensarse y enviarse a una
columna de destilación u otros medios similares (los condensadores
de vacío) para recuperar el PDO purificado, generalmente para
reutilizarse en el proceso. El proceso de recuperación de PDO
lleva a ebullición y separa el vapor de PDO de las fracciones de
alto punto de ebullición (lechos destilados), más significativas, es
decir, el subproducto sólido. Esta separación puede lograrse, por
ejemplo, mediante una columna de destilación equipada con un
termosifón o evaporador del tipo de circulación forzada o
calentando el PDO consumido en un intercambiador de calor o por
vaporización instantánea del vapor de PDO en un recipiente de
vaporización rápida ("caldera de vaporización rápida") para
separar la fracción de alto punto de ebullición y sólidos del PDO.
La fracción pesada o de alto punto de ebullición (lechos
destilados-subproductos sólidos) generada consiste
en una mezcla de oligómeros de PTT, dímero cíclico, PDO, y
compuestos con puntos de ebullición mayores que el PDO. Este
producto de lechos o "fango" es un sólido o semisólido a
temperatura ambiente y a temperaturas por encima de 100ºC.
La presente invención es un proceso que
convierte químicamente el subproducto sólido en composiciones que
son fluidos que pueden fluir a temperaturas prácticas. Estas
composiciones, que pueden ser soluciones homogéneas o suspensiones
no homogéneas, son de viscosidad más baja que la del subproducto
sólido y, por lo tanto, son más fáciles de manejar para su
eliminación y/o reciclado en el proceso.
El mejoramiento comprende el calentamiento del
subproducto sólido en presencia de un catalizador metálico que
convierte el subproducto sólido (fango) a ésteres de ácido
tereftálico, principalmente éster de di-PDO
[tereftalato de bis(3-hidroxipropilo)]. En
la primera realización de la invención, la reacción se puede llevar
a cabo en un reactor separado apropiado transfiriendo el subproducto
sólido del proceso de recuperación de PDO descrito anteriormente a
dicho reactor, añadiendo catalizador y diluyente opcional, y
proporcionando la mezcla y calentamiento en el tiempo y temperatura
deseados.
Un modo preferido (segunda realización) de
conducir esta reacción de digestión, sin embargo, es añadir el
catalizador al recipiente de destilación de PDO, por ejemplo a la
fase de lechos o al evaporador de la primera columna de destilación
o al recipiente de vaporización rápida como se describe
anteriormente, de modo que la reacción de digestión del subproducto
sólido tenga lugar in situ durante la destilación de
recuperación del destilado de PDO. En este caso, el diluyente
opcional al que se hace referencia más adelante no se agrega
preferiblemente hasta después de que el producto digerido se retira
del recipiente de destilación.
Haciendo referencia a la figura 1, en un esquema
posible para realizar las cuatro realizaciones resumidas
anteriormente, los reactivos entran en el recipiente(s) 10 de
esterificación que tiene la columna(s) de destilación 12
para tratar las fracciones de la parte superior del
recipiente(s) 10 y recuperar el PDO purificado desde el
mismo que puede reciclarse en el recipiente 10. El producto del
recipiente(s) 10 se transfiere al recipiente(s) de
precondensación 14 que está a vacío. Las fracciones de la parte
superior son retiradas por un sistema de vacío (16) y condensadas
en el recipiente(s)
18, el condensador(s) de vacío. El producto del recipiente(s) de precondensación 14 se transfiere al recipiente(s) de policondensación 20. El recipiente(s) de policondensación tiene un sistema de vacío (22) similar y recipiente(s) condensador de vacío 24 para eliminar el agua, PDO, y subproducto sólido. Las reacciones realizadas en 10, 14 y 20 pueden realizarse en más de un recipiente.
18, el condensador(s) de vacío. El producto del recipiente(s) de precondensación 14 se transfiere al recipiente(s) de policondensación 20. El recipiente(s) de policondensación tiene un sistema de vacío (22) similar y recipiente(s) condensador de vacío 24 para eliminar el agua, PDO, y subproducto sólido. Las reacciones realizadas en 10, 14 y 20 pueden realizarse en más de un recipiente.
En la primera realización, el PDO (que contiene
los subproductos solubles e insolubles de alto punto de ebullición)
de los recipientes 18 y/o 24 se transfiere a la caldera de
vaporización rápida 26 que separa el PDO purificado, que puede
purificarse adicionalmente en la columna(s) de destilación
28, y a la corriente de subproducto sólido concentrado que
contiene, por ejemplo, quizás aproximadamente 50 por ciento en peso
de sólidos. Esta corriente de subproducto sólido se transfiere al
recipiente de reacción de digestión 30 al cual se agrega catalizador
y diluyente opcional. Allí el subproducto sólido se convierte en
una corriente de subproducto líquido o semilíquido de baja
viscosidad, que es más fácil de manejar para su eliminación o
reciclado.
Las líneas punteadas de la figura 1 describen
las realizaciones 2-4. En la segunda realización,
el PDO condensado que contiene los subproductos disueltos o
suspendidos de alto punto de ebullición de los condensadores 18 y/o
24 se transfiere a la caldera de vaporización rápida 26 y el
catalizador se agrega directamente en este recipiente en donde
tiene lugar la reacción de digestión. El subproducto sólido se
convierte en subproductos líquidos o semilíquidos in situ en
la caldera de vaporización rápida 26 (y el recipiente separado 30 no
se utiliza) y se retira posteriormente para su disposición y/o
reciclado en el proceso.
En la tercera realización, el proceso de
recuperación de PDO (columna, caldera de vaporización rápida, etc.,
recipientes 26 y 28) se omite parcial o totalmente para el propósito
de tratar el subproducto sólido. El subproducto sólido se aisla,
por ejemplo por filtración o sedimentación, de los destilados de PDO
en el condensador de vacío de precondensación 18 y/o el condensador
de vacío de policondensación 24, a cuyos subproductos se hace a
veces referencia como "sólidos del condensador" o "condensado
del ciclo de pulverización" y variaciones de los mismos, y se
transfieren al recipiente de reacción de digestión 30 en donde se
agregan el catalizador y diluyente opcional y tiene lugar la
reacción de digestión. El PDO restante del condensador 18 y/o 24,
que contiene menos subproductos, se puede recuperar en la fase de
recuperación de PDO (recipientes 26 y 28) y/o reciclar directamente
en el proceso.
Los sistemas conocidos para elaborar
poli(tereftalato de trimetileno) y poli(tereftalato de
etileno) no incorporan un recipiente que tiene la función del
recipiente 30 descrito en la presente memoria. La adición del
catalizador metálico a los sistemas de destilación (columna 12 y/o
recipiente 26) es nueva con respecto a los procesos de poliéster de
la técnica anterior. En tales procesos, el catalizador se agrega
generalmente sólo en el equivalente de 10, 14 y/o 20.
\newpage
La intención de la cuarta realización de la
presente invención es evitar, tanto como sea posible, la formación
del subproducto sólido, especialmente cuando el exceso de PDO
destilado se recicla sin purificación extensiva. En esta
realización, el catalizador de digestión se agrega directamente a la
columna 12 de destilación esterificación y la reacción de digestión
tiene lugar en la misma. Los subproductos líquidos o semilíquidos
se retiran opcionalmente de la columna(s) 12 y el PDO se
recicla en el recipiente(s) 10. La presencia del catalizador
de digestión en el sistema de destilación evita, en gran medida, la
formación de subproducto sólido que puede provocar suciedad en la
columna. Opcionalmente, el condensado de PDO de los recipientes 18
y/o 24 se puede transferir a la columna(s) 12, evitando la
sección de purificación de PDO (recipientes 26 y 28), en cuyo caso
es aún más deseable para efectuar la reacción de digestión de la
invención en la columna(s) 12. Opcionalmente, una corriente
pequeña de componentes reactivos pesados (que contienen el
subproducto sólido) puede purgarse desde el fondo de la columna 12
y dirigirse al recipiente de reacción de digestión 30 para
tratamiento con el fin de evitar la acumulación de impurezas en la
columna 12 o, puesto que la cantidad de subproducto sólido debería
ser generalmente baja, esta corriente pequeña podría dirigirse a la
fase de recuperación de PDO (recipientes 26 y 28) o eliminarse.
Las realizaciones descritas anteriormente pueden
usarse por separado o en distintas combinaciones usando el equipo
bien conocido en la técnica y pueden llevarse a cabo por lotes,
semilotes, de manera semicontinua o continua.
Opcionalmente, se puede añadir un diluyente
orgánico líquido. El diluyente opcional es preferiblemente
1,3-propanodiol (PDO), especialmente si el producto
de digestión se ha de reciclar en el proceso de PTT. Pueden
utilizarse otros diluyentes líquidos orgánicos. Los más
compatibles con PDO y éster de di-PDO son alcoholes
y glicoles, tales como etilenglicol,
1,2-propilenglicol, 1,4-butanodiol,
dietilenglicol, trietilenglicol, y similares. En el caso en el que
el producto digerido final se ha de eliminar, se prefieren
diluyentes impuros, debido a su bajo costo, por ejemplo el
etilenglicol sin purificar recuperado del proceso de PET. El
diluyente opcional se puede añadir al PDO recuperado y/o a sólidos
del ciclo de condensación antes o durante la reacción de digestión,
o se puede añadir después de la reacción de digestión.
El catalizador metálico se selecciona de uno o
más compuestos metálicos del 3º, 4º o 5º periodo de los Grupos
3-12 y Grupos 14-15 de la Tabla
Periódica (IUPAC 1989). Se prefieren las sales metálicas basadas en
La, Ti, Zr, V, Cr, Mn, Ru, Co, Ni, Zn, Sn y Sb. Los catalizadores
basados en Ti, Zn y Sn son los más preferidos debido a su mayor
reactividad y compatibilidad con el proceso de polimerización de
PTT, especialmente si el producto de digestión se ha de reciclar.
La cantidad de catalizador es la que efectúa la conversión deseada
("digestión") en las condiciones de reacción. Ésta es
generalmente 5 ppm (basada en metal) a 5000 ppm, preferiblemente de
10 ppm a 500 ppm.
La temperatura de la reacción de conversión
puede estar en el intervalo de 100ºC a 240ºC. Si la reacción tiene
lugar en un recipiente de separación, el intervalo recomendado es
140ºC a 240ºC, el intervalo preferido es de 180ºC a 240ºC, y el
intervalo más preferido es 210ºC a 230ºC. La reacción
("digestión"), cuando se realiza en un recipiente de reacción
separado, se lleva a cabo a temperaturas de 100ºC a 220ºC,
preferiblemente de 120ºC a 200ºC, y lo más preferiblemente de 140ºC
a 180ºC. Las temperaturas por debajo de 180ºC son ventajosas para
evitar la degradación de PDO. Sin embargo, las temperaturas por
encima de 140ºC son ventajosas para velocidades de reacción más
elevadas y para la agitación, especialmente si el diluyente opcional
no se agrega en esta fase.
Los tiempos de reacción pueden ir desde algunos
minutos a varias horas y, como será reconocido por un experto en la
técnica, pueden depender de la temperatura, catalizador, cantidad de
catalizador, y cantidad de subproducto sólido. Preferiblemente, el
tiempo de reacción será de 5 minutos a 24 horas, lo más
preferiblemente de 10 minutos a 2 horas. Es significativo que las
temperaturas de reacción usadas para esta invención son
considerablemente más bajas que las temperaturas normales de
polimerización, generalmente 240 a 280ºC, usadas para elaborar el
polímero debido a que las velocidades de reacción para las
reacciones químicas que tienen lugar durante la reacción de
digestión son generalmente mucho más lentas a estas temperaturas más
bajas, incluso en presencia de catalizadores metálicos, que están a
temperaturas normales de polimerización.
Opcionalmente, los catalizadores básicos se
pueden también utilizar pero no se prefieren debido a que pueden
formar sales indeseables del ácido tereftálico que son insolubles en
PDO a altas concentraciones. Sin embargo, los catalizadores
básicos se pueden utilizar en combinación con catalizadores
metálicos. Ejemplos de catalizadores básicos son sales de metales
alcalinos y alcalinotérreos (Grupos 1 y 2), tales como hidróxidos,
carbonatos y bicarbonatos. Niveles típicos de catalizadores
básicos, si se utilizan, son 0,01 a 2 por ciento en peso, basados
en el catalizador total. Sales de carboxilato, tales como acetatos
y tereftalatos también pueden utilizarse así como alcóxidos, tales
como metóxidos o etóxidos. Se prefieren bases de sodio, potasio,
rubidio, magnesio, calcio, y estroncio, lo más particularmente
hidróxidos de sodio y potasio y carbonatos.
El producto de reacción de nuestro proceso puede
ser una solución homogénea o una suspensión no homogénea o mezcla
el cual tiene una viscosidad menor que la viscosidad de la mezcla
del subproducto inicial. La viscosidad de la mezcla del producto
de reacción medida a 100ºC es preferiblemente menor que 500
mPa\cdots, preferiblemente menor que 300 mPa\cdots, y lo más
preferiblemente menor que 100 mPa\cdots. La composición del
producto de reacción comprende principalmente PDO, ésteres de
di-PDO, y diluyente opcional. En el caso donde el
diluyente opcional es un alcohol o glicol, el producto puede
también contener ésteres de TPA derivados del diluyente.
Una vez que el subproducto sólido es convertido
en forma líquida o semi-líquida por el presente
proceso, el producto de reacción puede reciclarse opcionalmente
para el proceso de PTT. En el caso de subproducto sólido aislado
desde los condensadores de vacío, que pueden ser condensadores de
ciclo de pulverización, en lugar de la recuperación de destilación
de PDO, el producto digerido puede ser lo suficientemente puro para
añadir al proceso de PTT (en la fase de esterificación,
alimentación de pasta o fase de prepolimerización) sin purificación
adicional.
En el caso de lechos destilados de PDO, el
reciclado directo del producto de reacción digerido es menos
probable debido a que los lechos (y el producto de digestión)
contienen cantidades altas de cuerpos de color.
Los subproductos orgánicos sólidos, tales como
los lechos destilados de PDO y los sólidos del ciclo de
pulverización, son más difíciles de manejar. A temperaturas
ordinarias por debajo de 120ºC, estos subproductos son sólidos o
altamente viscosos, lo que evita u obstaculiza la transferencia por
bombeo sin equipo especial.
Los sólidos pueden ser más costosos de eliminar
que los desechos líquidos. Por ejemplo, la combustión puede ser
más eficaz y menos costosa que el relleno de desechos urbanos u
otros medios de eliminación, pero algunas instalaciones, tales como
hornos de cemento, pueden ser capaces de manejar sólo desechos
líquidos o porciones pequeñas de desechos orgánicos sólidos. La
presente invención convierte los materiales de desecho sólidos de
PTT en una forma líquida o fluida (baja viscosidad) a temperaturas
razonables, facilitando así el manejo y eliminación.
El reciclado de los subproductos sólidos no
digeridos para el proceso de PTT no es práctico. Sin embargo,
convirtiendo estos subproductos en fluidos o suspensiones de baja
viscosidad, es factible transferirlos a puntos apropiados en el
proceso para reciclar. Esto no solamente ahorra los costos de la
materia prima sino también los costos de eliminación.
\vskip1.000000\baselineskip
El destilado de PDO de la parte superior de la
polimerización de PTT fue destilado y el material residual del
reactor ("fango" o "lechos") fue recuperado. El fango
contenía aproximadamente 54% en peso de sólidos basado en análisis
cromatográfico de gas de aproximadamente 46% de PDO. El análisis de
RMN demostró aproximadamente 47% en peso de PDO, 13% de dímero
cíclico, y 40% de oligómeros (Mn = 394) o aproximadamente 53% en
peso de sólidos. La mezcla fue un sólido blando a temperatura
ambiente. La viscosidad fue medida de 100-140ºC.
Los resultados se muestran en la Tabla 1, Ejemplo A. Las medidas de
viscosidad (en mPa\cdots) fueron realizadas usando un
viscosímetro de Brookfield, modelo DVII+, con un huso o aguja de 28
a 100 rpm.
\vskip1.000000\baselineskip
El fango (30 g) fue cargado en un matraz de 3
cuellos y 0,132 g de Ti(OBu)_{4} se añadieron en
atmósfera de nitrógeno. El contenido se calentó en un baño de
aceite a 160ºC y se agitó a 100 rpm durante aproximadamente 1 hora.
La RMN mostró aproximadamente 7% en peso del dímero cíclico, 43% de
PDO y 50% en peso de oligómero de Mn = 346. El material fue
transferido al matraz del viscosímetro y se midió la viscosidad a
60, 80, 100 y 120ºC. Los resultados se muestran en la tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos
2-4
De manera similar, el fango se diluyó con PDO
antes de la digestión con el catalizador de Ti. Para una proporción
de 0,35 diluyente/fango, 16,1 g de PDO se añadieron a 30 g de fango
y se digirió con 0,132 g de catalizador de butóxido de Ti. Para
0,25 diluyente/fango, 11,5 g de PDO se añadieron a 30 g de fango.
Para una proporción de 0,12, 6 g de PDO se añadieron a 50 g de fango
y se digirió con 0,06 g butóxido de Ti.
El análisis de RMN del producto de digestión de
0,35 de PDO/fango mostró aproximadamente 1,5% en peso de dímero
cíclico y 38% de oligómero de M_{n} = 288 (M_{n} del éster de
di-PDO del ácido tereftálico es 282).
El Ejemplo A fue llevado a cabo esencialmente
como el ejemplo 1 pero sin la adición del catalizador. El análisis
de RMN mostró aproximadamente 15% en peso de dímero cíclico y 42% en
peso de oligómeros de Mn = 347.
Los lechos destilados (29,7 g) se calentaron con
0,3 g de K_{2}CO_{3} a 160ºC durante 2 horas y se enfriaron a
temperatura ambiente. El semisólido se recalentó a 170ºC con 0,3 g
de base adicional y después 0,75 g de una base adicional, pero el
producto seguía siendo semisólido a temperatura ambiente. La RMN
muestra que el producto no contenía ningún dímero cíclico y
aproximadamente 12% en peso de oligómeros (M_{n} = 298).
Un experimento de control similar en el cual los
lechos se calentaron sin base mostró aproximadamente 16% en peso de
dímero cíclico y 33% en peso de oligómeros (M_{n} = 331).
Un matraz se cargó con 30 g de lechos destilados
y 90 g de PDO y se calentó a 160ºC en un baño de aceite con
agitación. A aproximadamente 110ºC, los sólidos eran dispersables a
aproximadamente 75 rpm con agitación. A aproximadamente 125ºC, el
material era turbio, a 150ºC era ligeramente opaco, y a 161ºC era
claro (homogéneo) y ámbar/marrón. Incluso en una dilución de 3,0 de
PDO/fango, el material no digerido no era homogéneo en menos de
aproximadamente 150ºC.
A la mezcla del Ejemplo B se le añadió
Ti(OBu)_{4} (0,025 g) y la mezcla se calentó a 160ºC
durante 3 horas. Cuando se enfrió a temperatura ambiente, el
material era turbio pero líquido y fácil de retirar con una pipeta.
La RMN mostró aproximadamente 1% en peso de dímero cíclico y 18% en
peso de oligómero (M_{n} = 260).
El material se recalentó a aproximadamente 70ºC
(aún turbio) y se añadieron 0,62 g de K_{2}CO_{3}. A 100ºC, el
material se tornó claro (homogéneo). La RMN no mostró ningún dímero
cíclico y aproximadamente 19% de oligómeros
(M_{n} = 373).
(M_{n} = 373).
Los sólidos recuperados del condensador del
ciclo de pulverización de PTT contenían aproximadamente 48% en peso
de dímero cíclico, aproximadamente 7% en peso de oligómeros (Mn =
343) y aproximadamente 45% en peso de PDO.
Los sólidos del ciclo de pulverización (30 g) se
calentaron en un baño de aceite a 160ºC y después durante
aproximadamente 1 hora no se fundieron. Los sólidos se diluyeron
con 16 g de PDO y después de 1 hora adicional, sólo se observó un
ligero fundido.
Ejemplos 7 y
8
Los sólidos del ciclo de pulverización (30 g) y
15 ml de PDO se calentaron con 0,15 mg de
Ti(OBu)_{4} a 175ºC durante aproximadamente 2 horas
para formar una solución clara. Similarmente, 30 g de sólidos, 47
g de PDO y 0,14 g
de Ti(OBu)_{4} se calentaron a 175ºC durante 2 horas. Las viscosidades (en mPa\cdots) se midieron a 60-120ºC (Tabla 2). La RMN de la reacción diluida con 47 g de PDO no mostró ningún dímero cíclico, aproximadamente 27% en peso de éster de di-PDO de TPA (Mn = 285) y 73% de PDO.
de Ti(OBu)_{4} se calentaron a 175ºC durante 2 horas. Las viscosidades (en mPa\cdots) se midieron a 60-120ºC (Tabla 2). La RMN de la reacción diluida con 47 g de PDO no mostró ningún dímero cíclico, aproximadamente 27% en peso de éster de di-PDO de TPA (Mn = 285) y 73% de PDO.
Similar al proceso del Ejemplo 4. Los lechos
aún con PDO (30 g) se diluyeron con 16,1 g de PDO y se calentaron a
160ºC y se agitaron a aproximadamente 75 rpm. El catalizador de
dihidrato de acetato de cinc (0,0214 g, equivalentes de
aproximadamente 400 ppm de Zn basado en los sólidos de los lechos)
se añadió durante el calentamiento. Después de aproximadamente 1
hora a 160ºC (100 rpm), una muestra se transfirió a un tubo de
viscosidad y la viscosidad se midió (en mPa\cdots) a varias
temperaturas (véase Tabla).
Similar al proceso del Ejemplo 4. Los lechos
aún con PDO (35,5 g) se diluyeron con 19 g de PDO y se mezclaron
con el catalizador ácido butil estannoico (Fascat 4100). La mezcla
de reacción se calentó a 160ºC y se agitó a 100 rpm durante
aproximadamente 1 hora y se enfrió a temperatura ambiente. Una
muestra de 15 ml se transfirió a un tubo de viscosidad para las
mediciones (véase Tabla 3).
Los datos (Tabla 3) muestran que los productos
de los Ejemplos 9 y 10 mostraron viscosidades significativamente
menores siguiendo la presente invención. Con las cantidades de
catalizador usadas, las viscosidades de los productos de reacción
fueron un poco mayores que las encontradas usando el catalizador de
titanio (Ejemplo 4) pero aún se encontraban en el intervalo
deseado, especialmente a 100ºC o más.
Una botella de suero de 10 mililitros con una
barra de agitación se cargó con 0,125 gramos de dímero cíclico (93
por ciento puro), 2,375 gramos de PDO, y 0,008 gramos de
tetrabutóxido de titanio. Esta mezcla se calentó hasta 200ºC. De
50 a 150ºC aparentemente no tuvo lugar ninguna reacción. La
reacción parcial fue evidente a 175ºC y la reacción casi completa
tuvo lugar a 200ºC. El resultado fue que solamente 0,0037 gramos
de sólidos (aproximadamente 3% en peso) fueron recuperados cuando la
solución se enfrió a temperatura ambiente. Este ejemplo muestra
que la digestión y disolución casi completas del subproducto sólido
pueden efectuarse, dando como resultado una solución efectivamente
homogénea a temperatura ambiente.
Claims (8)
1. En un proceso para la polimerización de
poli(tereftalato de trimetileno) mediante esterificación de
ácido tereftálico o tereftalato de dimetilo con
1,3-propanodiol, la precondensación del producto de
esterificación para producir un producto de precondensación, y
policondensación del producto de precondensación para producir
poli(tereftalato de trimetileno) en donde el exceso de
1,3-propanodiol se retira de las fases de
esterificación, precondensación y/o policondensación y el vapor de
1,3-propanodiol se separa de la fracción de alto
punto de ebullición (subproducto sólido) en un recipiente de
separación, la mejora comprende:
(a) calentar el subproducto sólido en presencia
de 5 ppm a 5000 ppm, basado en metal, de un catalizador metálico
seleccionado del grupo que consiste en uno o más compuestos
metálicos del 3º, 4º o 5º periodo de los Grupos
3-12 y Grupos 14-15 de la Tabla
Periódica (IUPAC 1989) a una temperatura de 100ºC a 240ºC durante 5
minutos a 24 horas, opcionalmente en presencia de un diluyente,
y
(b) opcionalmente, reciclar el producto de
reacción en el proceso de polimerización.
2. El proceso de la reivindicación 1, en el que
el subproducto sólido se transfiere a un recipiente de reacción
separado en donde tiene lugar la etapa (a).
3. El proceso de la reivindicación 1, en el que
la etapa (a) se realiza en el recipiente de separación.
4. El proceso de las reivindicaciones 1, 2 ó 3,
en el que el vapor de 1,3-propanodiol se separa del
subproducto sólido en condensadores de vacío para las fases de
precondensación y/o policondensación y el subproducto sólido del
mismo se transfiere a un recipiente de reacción separado en donde el
subproducto sólido se calienta a una temperatura de 100ºC a
220ºC.
5. El proceso de las reivindicaciones 1, 2 ó 3,
en el que la separación del vapor de 1,3-propanodiol
del subproducto sólido se realiza en un recipiente de separación
que es parte de la fase de esterificación del proceso y el
subproducto sólido se calienta en el mismo a una temperatura de
140ºC a 240ºC.
6. Un proceso según la reivindicación 5, que
además comprende:
(g) reciclar opcionalmente el exceso de
1,3-propanodiol de las fases de precondensación y/o
policondensación para la fase de esterificación en el recipiente de
separación, y
(h) purgar opcionalmente el subproducto sólido
del lecho del recipiente de separación de la fase de esterificación
y su transferencia a un recipiente de reacción separado en donde el
subproducto sólido se calienta en presencia de 5 ppm a 5000 ppm,
basado en metal, de un catalizador metálico seleccionado del grupo
que consiste en uno o más compuestos metálicos del tercer, cuarto o
quinto periodo de los Grupos 3-12 y Grupos
14-15 de la Tabla Periódica (IUPAC 1989) a una
temperatura de 100ºC a 220ºC durante 5 minutos a 24 horas,
opcionalmente en presencia de un diluyente.
7. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el catalizador metálico se
selecciona del grupo que consiste en sales de Ti, Zr, V, Cr, Mn,
Ru, Co, Ni, Zn, Sn y Sb.
8. El proceso de la reivindicación 7, en el que
el catalizador metálico se selecciona del grupo que consiste en
sales de Ti, Sn, y Zn.
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