DE2420359A1 - Dyeable polyester fibres - contg. sulphonic acid or sulphonate groups - Google Patents
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Abstract
Description
Sauer modifizierte Polyester Die Erfindung betrifft durch Sulfonatgruppen modifizierte und mit basischen Farbstoffen anfärbbare Polyester, die durch Schmelzkondensation aus aromatischen Dicarbonsäuren oder deren Derivaten, einem Glykol und einem eine Sulfonsäure- oder eine Sulfonatgruppe enthaltendem Diol erhalten werden können. Acid Modified Polyesters The invention relates to sulfonate groups modified polyesters that can be dyed with basic dyes, produced by melt condensation from aromatic dicarboxylic acids or their derivatives, a glycol and a one Sulfonic acid or a sulfonate group-containing diol can be obtained.
Es ist bekannt, durch Cokondensation von Natrium-3,5-di-(carbomethoxy)--benzolsulfonat, Dimethylterephthalat und Äthylenglykol sulfonatgruppenhaltige Polyäthylenterephthalate herzustellen (siehe beispielsweise FR-PS 1 154 336 vom 29. 6. 1956). Ein Nachteil des dabei verwendeten Comonomeren ist dessen technisch schwere Zugänglichkeit (die Sulfonierung von Isophthalsäure wird mit Hilfe von rauchende-r Schwefelsäure oberhalb 2000C durchgeführt). It is known that by cocondensation of sodium 3,5-di- (carbomethoxy) -benzenesulfonate, Polyethylene terephthalate containing dimethyl terephthalate and ethylene glycol sulfonate groups (see for example FR-PS 1 154 336 of June 29, 1956). A disadvantage of the comonomer used is its technically difficult accessibility (the Sulfonation of isophthalic acid is carried out with the help of fuming sulfuric acid above 2000C).
Ferner sind Polyester bekannt, in welche aliphatische Diole oder Dicarbonsäuren mit Sulfonatgruppen einkondensiert werden (BE-PS 562 460, NE-Patentanmeldung 66,14907). Furthermore, polyesters are known in which aliphatic diols or Dicarboxylic acids with sulfonate groups are condensed in (BE-PS 562 460, NE patent application 66.14907).
Bei diesen Comonomeren handelt es sich jedoch um Verbindungen, die durch Reaktion mit dem stark toxischen Propansulton erhalten wurden. Wegen der Gefahr der Rückspaltung in die stark toxische Ausgangskomponente sind diese Verbindungen für eine Verwendung in Textilien wenig geeignet. However, these comonomers are compounds that were obtained by reaction with the highly toxic propane sultone. Because of the danger the split back these are the highly toxic starting components Compounds unsuitable for use in textiles.
Ferner sind modifizierte Polyester bekannt, in welche Diole der Struktur I oder II einkondensiert wurden (japanische Patentbekanntmachungen 20315/68 und 26000/68). Modified polyesters into which diols of structure I or II have been condensed are also known (Japanese patent announcements 20315/68 and 26000/68).
m = 0 oder 1, R = Alkylengruppe mit 2 - 20 C-T.tomen oder die Gruppe CH2 CH2-(0-CH2-CH2)n- mit n = 1 - 3 M = Alkalimetall.m = 0 or 1, R = alkylene group with 2 - 20 carbon atoms or the group CH2 CH2- (0-CH2-CH2) n- with n = 1 - 3 M = alkali metal.
Verbindungen der Struktur I und II enthalten die Sulfonatgruppe jedoch in einer sehr voluminösen Seitengruppe. Durch den Einbau solcher Verbindungen in den Polyester wird die Kristallisationsneigung stark vermindert, was Nachteile in den physikalischen Eigenschaften der Produkte, beispielsweise geringere Festigkeit von daraus hergestellten Fäden bewirken kann.However, compounds of structure I and II contain the sulfonate group in a very voluminous side group. By including such connections in the polyester, the tendency to crystallize is greatly reduced, which has disadvantages in the physical properties of the products, e.g. lower strength of threads made from it.
Es wurde nun gefunden, daß sich die angeführten Nachteile vermeiden lassen, wenn man bei der Herstellung von Polyestern, die Sulfonatgruppen enthalten und sich mit basischen Farbstoffen leicht anfärben lassen, Sulfonsäure- oder Sulfonatgruppen enthaltende Diole der Formel in der m und n unabhängig voneinander ganze Zahlen von 0 - Io, R ein Wasserstoffatom oder eine niedrige Alkylgruppe mit 1 - 3 C-Atomen und M Wasserstoff, ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetalläquivalent sein können, oder ein polyesterbildendes Derivat eines solchen Diols in geringen Mengen mit einkondensiert.It has now been found that the disadvantages cited can be avoided if diols of the formula containing sulfonic acid or sulfonate groups are used in the preparation of polyesters which contain sulfonate groups and can be easily colored with basic dyes in which m and n independently of one another can be integers from 0 - Io, R a hydrogen atom or a lower alkyl group with 1-3 carbon atoms and M hydrogen, an alkali metal or an alkaline earth metal equivalent, or a polyester-forming derivative of such a diol in small amounts with condensed.
Gegenstand der Erfindung sind demnach hochmolekulare, lineare, Sulfonsäure- oder Sulfonatgruppen enthaltende Polyester, bestehend aus wiederkehrenden Strukturelementen der allgemeinen Formel worin Ar einen bivalenten aromatischen Rest, vorzugsweise den p-Phenylenrest, und X zu 99 - 70 Mol-% einen geradkettigen oder verzweigten Alkylenrest mit 2 - 20 Kohlenstoffatomen, einen Cycloalkylenrest oder den Rest worin R einen geradkettigen oder verzweigten Alkylenrest mit 1 - 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, und zu 1 - 30 Mol-% einen sulfonsäure- oder sulfonatgruppenhaltigen Rest der Formel worin R, m, n und M die oben angegebene Bedeutung haben, darstellen, wobei die Polyester relative Lösungsviskositäten rel (gemessen an einer Lösung von 1 g Substanz in 100 ml Kresol bei 25°C) im Bereich von 1,2 - 3,o aufweisen.The invention accordingly relates to high molecular weight, linear polyesters containing sulfonic acid or sulfonate groups, consisting of recurring structural elements of the general formula wherein Ar is a divalent aromatic radical, preferably the p-phenylene radical, and X is 99-70 mol% a straight-chain or branched alkylene radical having 2-20 carbon atoms, a cycloalkylene radical or the rest in which R denotes a straight-chain or branched alkylene radical having 1 to 10 carbon atoms, and 1 to 30 mol% is a radical of the formula containing sulfonic acid or sulfonate groups in which R, m, n and M are as defined above, the polyesters being relative solution viscosities rel (measured on a solution of 1 g of substance in 100 ml of cresol at 25 ° C) in the range of 1.2-3.0.
Die Herstellung solcher, durch Sulfonatgruppen modifizierter Polyester kann nach den üblichen Polykondensationsverfahren erfolgen. Beispielsweise werden der aromatische Dicarbonsäuredimethylester, das Diol und das Sulfonsäure- oder Sulfonatgruppen enthaltende Diol bei Temperaturen zwischen loo und 180°C in Gegenwart von Umesterungskatalysatoren umgeestert und dann anschließend bei Temperaturen zwischen 180 und 3000C in Gegenwart von Kondensations-Katalysatoren unter Inertgasatmosphäre bei vermindertem Druck polykondensiert. Doch kann die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyester auch so erfolgen, daß man zunächst den Dicarbonsäuredimethylester und das sulfonatgruppenfreie Diol umestert, anschließend das sulfonsäure- oder sulfonatgruppenhaltige Diol in der gewünschten Menge zusetzt und dann die Polykondensation wie angegeben durchführt. Als Dicarbonsäuren oder Dicarbonsäurederivate werden bevorzugt Terephthalsäure bzw. Terephthalsäuredimethylester verwendet, doch können auch andere aromatische Dicarbonsäuren oder Dicarbonsäureester, beispielsweise Naphthalin-2,6-dicarbonsäuredimethylester oder 1 ,2-Bis-(p-methoxycarbonylphenyl)-äthan, alleine oder in Kombination mit Terephthalsäuredimethylester verwendet werden.The production of such polyesters modified by sulfonate groups can be carried out according to the usual polycondensation processes. For example be the aromatic dimethyl dicarboxylate, the diol and the sulfonic acid or sulfonate groups containing diol at temperatures between 100 and 180 ° C in the presence of transesterification catalysts interesterified and then subsequently at temperatures between 180 and 3000C in the presence of condensation catalysts under an inert gas atmosphere at reduced pressure polycondensed. However, the polyesters according to the invention can also be produced be carried out in such a way that first the dimethyl dicarboxylate and the sulfonate group-free Transesterified diol, then the sulfonic acid or sulfonate-containing diol in the desired amount is added and then the polycondensation is carried out as indicated. Preferred dicarboxylic acids or dicarboxylic acid derivatives are terephthalic acid or Dimethyl terephthalate is used, but other aromatic dicarboxylic acids can also be used or dicarboxylic acid ester, for example dimethyl naphthalene-2,6-dicarboxylate or 1,2-bis (p-methoxycarbonylphenyl) ethane, alone or in combination with dimethyl terephthalate be used.
Als sulfonatgruppenfreie Diole werden bevorzugt Äthylenglykol oder 1,4-DihydroxymethylcycGohexan eingesetzt.Preferred sulfonate-free diols are ethylene glycol or 1,4-DihydroxymethylcycGohexane used.
Als Sulfonsäure- oder Sulfonatgruppen enthaltende Diole kommen bevorzugt folgende Verbindungen in Frage: m = 0 - 2; n = 0 - 2; m + n = 1 - 4 m = 0 - 2; n = 0 - 2; m + n = 1 - 4 Als Umesterurfgs- bzw. Kondensationskatalysatoren können Alkali- oder Erdalkalimetalle, Zink, Cadmium, Mangan, Eisen, Nickel, Cobalt, Zinn, Blei, Wismuth oder Kombinationen solcher Metalle, Salze dieser Metalle wie Acetate oder Succinate, Alkoholate dieser Metalle oder Oxide von Blei, Antimon, Germanium, Silicium oder Kombinationen der angeführten Verbindungen verwendet werden. Die eingesetzte Katalysatormenge beträgt o,oo2 - 1 56, vorzugsweise o,o2 - 0,5 56, bezogen auf die Monomeren.The following compounds are preferred as diols containing sulfonic acid or sulfonate groups: m = 0-2; n = 0-2; m + n = 1 - 4 m = 0-2; n = 0-2; m + n = 1 - 4 As transesterification or condensation catalysts, alkali or alkaline earth metals, zinc, cadmium, manganese, iron, nickel, cobalt, tin, lead, bismuth or combinations of such metals, salts of these metals such as acetates or succinates, alcoholates these metals or oxides of lead, antimony, germanium, silicon or combinations of the listed compounds can be used. The amount of catalyst used is 0.02-156, preferably 0.02-0.556, based on the monomers.
Die Polykondensation wird vorzugsweise auf folgende Weise durchgeführt: Eine Mischung aus Dimethylterephthalat, einem Überschuß an Äthylenglykol und der gewünschten Menge Sulfonatgruppen enthaltendes Diol werden in Gegenwart eines Umesterungskatalysators (z. B. Zn-acetat) unter Inertgas (z. B. N2) während 1 - 4 Stunden bei 130 - 2 ob( umgeestert.The polycondensation is preferably carried out in the following way: A mixture of dimethyl terephthalate, an excess of ethylene glycol and the desired amount of sulfonate group-containing diol are in the presence of a transesterification catalyst (e.g. Zn acetate) under inert gas (e.g. N2) for 1 - 4 hours at 130 - 2 ob ( interesterified.
Nach Zugabe eines Polykondçrlsationskatalysators wird auf 225 - 28o0C erhitzt. Dabei wird mit steigender Temperatur der Druck nach und nach bis auf weniger als 1 Torr reduziert. After adding a polycondensation catalyst, the temperature is increased to 225 - 28o0C heated. As the temperature rises, the pressure is gradually reduced to less than 1 Torr.
Die Kondensationszeit beträgt 1 - 18 Stunden, je nachdem, welche Viskosität die Schmelze erreichen soll. Die auf diese Weise erhaltenen modifizierten Polyäthylenterephthalate lassen sich aus der Schmelze zu geformten Gebilden, beispielsweise Fäden, Fasern und Folien verarbeiten.The condensation time is 1 - 18 hours, depending on the viscosity the melt should reach. The modified polyethylene terephthalates obtained in this way can be transformed from the melt into shaped structures, for example threads, fibers and process foils.
Die Polyesterschmelzen können Zusatzstoffe, wie Pigmente, Mattierungsmittel, Verfärbungsstabilisatoren, optische Aufheller oder Antioxidantien enthalten.The polyester melts can contain additives such as pigments, matting agents, Contain discoloration stabilizers, optical brighteners or antioxidants.
Die neuen Produkte zeichnen sich durch gute Anfärbbarkeit mit basischen Farbstoffen, gute mechanische und thermische Eigenschaften sowie gute Verarbeitbarkeit aus.The new products are characterized by good colorability with basic Dyes, good mechanical and thermal properties and good processability the end.
Die Sulfonatgruppen enthaltenden Diole, die gemäß der Erfindung eingesetzt werden, können aus Buten-2-diol-1,4 oder den entsprechenden Alkoxylierungsprodukten durch Addition von Natriumbisulfit hergestellt werden. Zur Alkoxylierung von Buten-2-diol-1,4 werden bevorzugt Äthylenoxid, Propylenoxid oder Gemische dieser beiden Epoxide eingesetzt. Die freien Sulfonsäuren können aus diesen Sulfonaten mit sauren Ionenaustauschern hergestellt werden.The sulfonate group-containing diols used according to the invention can be prepared from butene-2-diol-1,4 or the corresponding alkoxylation products can be produced by the addition of sodium bisulfite. For the alkoxylation of butene-2-diol-1,4 ethylene oxide, propylene oxide or mixtures of these two epoxides are preferably used. The free sulfonic acids can be obtained from these sulfonates with acidic ion exchangers getting produced.
In den nachfolgenden Beispielen wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyester näher beschrieben.In the following examples, the preparation of the invention Polyester described in more detail.
Beispiel 1 a) Herstellung des Natriumsalzes der Butandiol-1,4-sulfonsäure-2: .880 g (1o Mol) 2-Butendiol-1,4 wurden in 2 1 Wasser gelöst.Example 1 a) Preparation of the sodium salt of butanediol-1,4-sulfonic acid-2: .880 g (10 mol) of 2-butenediol-1,4 were dissolved in 2 l of water.
Dann wurden in Anwesenheit fein verteilter Luft im Reaktionsmedium 3120 g (120 Mol) einer 4o%igen wässrigen Bisulfitlösung zugetropft. dabei wurde der pH-Wert durch Zutropfen von verdünnter Schwefelsäure ständig auf 7,1 gehalten. Nach beendeter Bisulfit-Zugabe wurde noch 1 Stunde bei pH 2 und einer Temperatur zwischen 80 und 1ooOC nachgerührt, dann abgekühlt und neutralisiert. Nach dem Einengen der wässrigen Lösung zur Trockene wurde die gewünschte Verbindung mit 9obigem Methanol extrahiert. Then in the presence of finely divided air in the reaction medium 3120 g (120 mol) of a 40% strength aqueous bisulfite solution were added dropwise. was doing it the pH was kept at 7.1 by adding dropwise dilute sulfuric acid. When the bisulfite addition was complete, the mixture was continued for 1 hour at pH 2 and one temperature between 80 and 100OC, then cooled and neutralized. After narrowing the aqueous solution to dryness became the desired compound with the above methanol extracted.
Ausbeute: 123o g (64 3/0 der Theorie) Fp.: 178 - 181°C. Yield: 123o g (64 3/0 of theory). Mp .: 178-181 ° C.
b) Polyesterherstellung: 194 g Dimethylterephthalat, 248 g XthylenglyRol und 9,6 g des nach 1 a) hergestellten Sulfonates werden 3 Stunden bei 150°C unter Stickstoff in Gegenwart von 1,2 g Zn-acetat umgeestert. Nach Zugabe von 200 mg Sb203 wird die Temperatur langsam auf 270°C gesteigert und der Druck schrittweise gesenkt, so daß beim Erreichen von 270°C ein Druck von o,2 Torr erreicht wird. Bei 270°C wird eine Stunde kondensiert. Der erhaltene, fast farblose Polyester läßt sich zu Fäden verspinnen. Die relative Lösungsviskosität T rel gemessen bei 25 C an einer 1%eigen Lösung in Kresol, beträgt 1,57.b) Polyester production: 194 g of dimethyl terephthalate, 248 g of ethylene glycol and 9.6 g of the sulfonate prepared according to 1 a) are under 3 hours at 150 ° C Nitrogen transesterified in the presence of 1.2 g of Zn acetate. After adding 200 mg of Sb203 the temperature is slowly increased to 270 ° C and the pressure is gradually reduced, so that on reaching 270 ° C a pressure of 0.2 Torr is reached. At 270 ° C is condensed for one hour. The almost colorless polyester obtained can be Spin threads. The relative solution viscosity T rel measured at 25 C on a 1% own solution in cresol, is 1.57.
c) Anfärbeversuch: 3 g Fasern, die aus einem analog 1 b) erhaltenen Polyester hergestellt wurden, werden in einer Färbeflotte, die aus loo ml Wasser, 2,5 ml eines Carriers auf Basis o-Kresotinsäuremethylester und loo ml O,lfiiger Farbstofflösung eines roten basischen Azofarbstoffs besteht,eine Stunde auf 1000C erhitzt. Die Farbstofflösung ist nach dieser Zeit fast vollständig entfärbt. Die Fasern sind tiefrot angefärbt.c) Staining test: 3 g fibers obtained from an analog 1 b) Polyesters are made in a dye liquor that is made from loo ml of water, 2.5 ml of a carrier based on methyl o-cresotinate and 100 ml O, liquid dye solution of a red basic azo dye consists of one hour heated to 1000C. The dye solution is almost completely discolored after this time. The fibers are colored deep red.
Beim Auskochen mit Wasser wird der Farbstoff nur ganz geringfügig aus den Fasern extrahiert. When boiling with water, the coloring is only very slightly extracted from the fibers.
Polyesterfasern, die keine Sulfonatgruppen enthalten, werden unter den gleichen Färbebedingungen nur schwach angefärbt. Der Farbstoff wird in diesem Fall beim Auskochen mit Wasser stark extrahiert. Polyester fibers that do not contain sulfonate groups are under the same staining conditions only weakly stained. The dye is in this Case strongly extracted when boiled with water.
Ähnliche Ergebnisse werden erhalten, wenn mit einem blauen basischen Azofarbstoff unter gleichen Bedingungen angefärbt wird. Similar results are obtained when using a blue basic Azo dye is stained under the same conditions.
Beispiel 2 a) Propoxyliertes 1,4-Dihydroxy-buten-2 der Formel 445 g (5 Mol) 1,4-Dihydroxy-buten-2 wurden in einem Autoklaven nach Zugabe von 4,5 g Natrium als Katalysator bei 90 - 7loOC mit 1160 g (20 Mol) Propylenoxid zur Reaktion gebracht. Es empfiehlt sich, die Zudosierung von Propylenoxid so zu gestalten, daß während der Reaktionszeit ein Innendruck von max. 3 atü aufrechterhalten bleibt. Nach Ende der Propylenoxidzugabe wurde noch so lange nachgerührt, bis der Überdruck abgefallen war.Example 2 a) Propoxylated 1,4-dihydroxy-butene-2 of the formula 445 g (5 mol) of 1,4-dihydroxy-butene-2 were reacted in an autoclave after the addition of 4.5 g of sodium as a catalyst at 90-70 ° C. with 1160 g (20 mol) of propylene oxide. It is advisable to design the metered addition of propylene oxide in such a way that an internal pressure of at most 3 atmospheres is maintained during the reaction time. After the end of the propylene oxide addition, stirring was continued until the excess pressure had dropped.
Die OH-Zahl-Bestimmung ergab in,97 CH-56, was einem Molekulargewicht von 310 und einem Gesamtpropylenoxidgehalt von 2 n = 3,8 entspricht.The OH number determination showed CH-56 in, 97, which is a molecular weight of 310 and a total propylene oxide content of 2 n = 3.8.
b) Propoxyliertes Butandiolsulfonat der Formel 620 g (2 Mol) propoxyliertes 1,4-Dihydroxybuten-2 (hergestellt nach Beispiel 2 a) wurden in 1,5 1 Wasser gelöst.b) Propoxylated butanediol sulfonate of the formula 620 g (2 mol) of propoxylated 1,4-dihydroxybutene-2 (prepared according to Example 2a) were dissolved in 1.5 l of water.
Dann wurde in Anwesenheit von fein verteilter Luft im Reaktionsmedium 520 g (2 Mol) 4o%iger Bisulfitlösung zugetropft. Dabei wurde der pH-Wert durch Zutropfen von verdünnter Schwefelsäure ständig auf 7 - 7,1 gehalten. Nach dem Einengen der wässrigen Lösung zur Trockene wurde die gevEnschte Verbindung mit Methylenchlorid extrahiert. Then was in the presence of finely divided air in the reaction medium 520 g (2 mol) of 40% bisulfite solution were added dropwise. The pH was thereby adjusted by dropping constantly kept at 7-7.1 by dilute sulfuric acid. After narrowing the aqueous solution to dryness became the desired compound with methylene chloride extracted.
Ausbeute: 662 g (80,1 56 der Theorie). Yield: 662 g (80.1 56 of theory).
c) Polyesterherstellung: 194 g Dimethylterephthalat, 248 g Äthylenglykol und 16,3 g des nach 2 b) hergestellten Diols mit Sulfonatgruppen wurden wie in 1 b) beschrieben zum Polyester umgesetzt.c) Polyester production: 194 g of dimethyl terephthalate, 248 g of ethylene glycol and 16.3 g of the diol with sulfonate groups prepared according to 2 b) were as in 1 b) described converted to polyester.
Der erhaltene schwach gelb gefärbte Polyester hatte eine relative Lösungsviskosität Srel (gemessen wie in 1 b) beschrieben) von 1,48. The pale yellow polyester obtained had a relative Solution viscosity Srel (measured as described in 1 b)) of 1.48.
d) Anfärbeversuche: Wie in 1 c) beschrieben, wurden Fäden aus einem nach 2 c) erhaltenen Polyester mit einem roten und einem blauen basischen Azofarbstoff angefärbt. Die Farbstofflösungen werden vollständig entfärbt. Die Fäden sind in tiefen Farben angefärbt. Nach Auswaschen mit kaltem Wasser kann beim Kochen mit Wasser aus den Fäden kein Farbstoff extrahiert werden.d) Staining experiments: As described in 1 c), threads were made from a polyester obtained after 2 c) with a red and a blue basic azo dye stained. The dye solutions are completely decolorized. The threads are in stained deep colors. After washing with cold water can be used when cooking Water from the threads no dye can be extracted.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1425311A2 (en) * | 2001-01-11 | 2004-06-09 | Eastman Chemical Company | Cyclodextrin sulfonates, guest inclusion complexes, methods of making the same and related materials |
US7521523B2 (en) | 2006-12-28 | 2009-04-21 | Eastman Chemical Company | Oxygen-scavenging polyester compositions useful in packaging |
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1974
- 1974-04-26 DE DE2420359A patent/DE2420359A1/en active Pending
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