-
TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung betrifft amorphe Copolyester, die von 1,4-Cyclohexandimethanol
und Neopentylglycol abgeleitet sind. Spezieller betrifft diese Erfindung
derartige Copolyester, die eine Kombination von einzigartigen Eigenschaften
aufweisen, und Formkörper,
die daraus hergestellt sind, wie Profilextrusionserzeugnisse und
medizinische Gerätschaften.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Amorphe
Copolyester, die Terephthalsäure
(T)-Reste und Diolreste umfassen, welche variierende Mengen an 1,4-Cyclohexandimethanol
(CHDM)-Resten und Ethylenglycol (EG)-Resten umfassen, sind auf dem
Kunststoffmarkt wohlbekannt. Wie hierin verwendet, bezeichnet die
Abkürzung
PETG Copolyester, die Terephthalsäure-Reste und eine Diol-Rest-Komponente
umfassen, die bis 50 Molprozent CHDM-Reste umfasst, wobei es sich
bei dem Rest um EG-Reste handelt. PCTG bezeichnet Copolyester, die
T-Reste und eine Diol-Rest-Komponente
umfassen, die mehr als 50 Molprozent CHDM-Reste umfasst, wobei es
sich bei dem Rest um EG-Reste handelt. Copolyester, die T-Reste
und Diol-Reste umfassen,
welche etwa 20 bis 70 Molprozent CHDM-Reste und etwa 80 bis 30 Molprozent
EG-Reste umfassen, sind amorph. Der Ausdruck "amorph", wie hierin definiert, bedeutet einen
Polyester, der keinen wesentlichen kristallinen Schmelzpunkt zeigt,
wenn er durch Differentialscanningkalorimetrie (DSK) mit einer Geschwindigkeit
von 20°C/Minute
gescannt wird.
-
Amorphe
Copolyester besitzen im Allgemeinen eine Kombination von wünschenswerten
Eigenschaften für
viele Anwendungen. Diese Eigenschaften schließen eine ausgezeichnete Klarheit
und Farbe, Zähigkeit, Leichtigkeit
der Verarbeitung und chemische Beständigkeit ein. Demgemäß sind amorphe
Copolyester bekanntermaßen
für die
Herstellung von extrudiertem Folienmaterial, Verpackungsmaterialien
und Teilen von medizinischen Vorrichtungen usw. nützlich.
Die Anwendung bei transparenten medizinischen Teilen erfordert eine
Beständigkeit
gegen Rissbildung und mechanisches Versagen, wenn diese Lipid- und/oder Isopropylalkohol
(IPA)-Lösungen
ausgesetzt werden. Während
es in der Technik bekannt ist, dass amorphe Copolyester eine gute
Beständigkeit
gegen diese Chemikalien aufweisen und in großem Umfang in diesen Anwendungen verwendet
werden, findet eine Rissbildung bei hohen Belastungen statt und
ist demgemäß ein Bereich,
der eine Verbesserung erfordert. Demgemäß gibt es einen unerfüllten Bedarf
an amorphen Copolyestern, die unter hohen Belastungen eine verbesserte
Beständigkeit
gegen Lipid- und IPA-Lösungen
aufweisen.
-
Es
gibt auch einen bedeutenden Bedarf an amorphen Copolyestern, die
eine verbesserte Beständigkeit
gegen einen hydrolytischen Abbau aufweisen. Das U.S. Patent 5,656,715
offenbart, dass Copolyester, die eine Diol-Rest-Komponente enthalten,
welche 60 bis 100 Molprozent Reste von einem der Isomeren von 1,4-Cyclohexandimethanol
umfassen, eine verbesserte Beständigkeit
gegen einen hydrolytischen Abbau zeigen.
-
Neopentylglycol
(NPG – 2,2-Dimethylpropan-1,3-diol)
ist in Kombination mit EG und Terephthalsäure zur Bildung von amorphen
Copolyestern verwendet worden. Jedoch ist der Kombination von NPG
und CHDM als Diol-Komponente von Copolyestern sehr wenig Aufmerksamkeit
geschenkt worden. Mehrere frühere Druckschriften
offenbaren Copolyester, die sowohl CHDM- als auch NPG-Reste und
Terephthalsäure-Reste umfassen.
Beispiel 46 des U.S. Patents 2,901,466 beschreibt einen Copolyester
mit unbekannter Zusammensetzung, von dem mitgeteilt wurde, dass
er einen kristallinen Schmelzpunkt von 289–297°C aufweist.
-
Das
U.S. Patent 3,592,875 offenbart Copolyester-Zusammensetzungen, die
sowohl NPG- als auch CHDM-Reste enthalten, wobei ein zur Verzweigung
anwesenden Polyol zugesetzt ist. Das U.S. Patent 3,592,876 offenbart
Polyester-Zusammensetzungen, die EG-, CHDM- und NPG-Reste enthalten,
wobei der Gehalt an NPG-Resten
auf bis zu 10 Molprozent beschränkt
ist. Das U.S. Patent 4,471,108 offenbart Polyester mit niedrigem
Molekulargewicht, von denen einige CHDM- und NPG-Reste enthalten,
aber auch ein multifunktionelles Verzweigungsmittel enthalten. Das
U.S. Patent 4,520,188 beschreibt Copolyester mit niedrigem Molekulargewicht,
die Mischungen von aliphatischen und aromatischen Säure-Resten umfassen,
wobei sowohl NPG- als auch CDHM-Reste vorliegen. Die japanische
Patentveröffentlichung
JP 3225982 B2 offenbart
amorphe Copolyester, von denen angegeben wird, dass sie bei der
Formulierung von Beschichtungszusammensetzungen für Stahlblech
nützlich
sind. Die offenbarten Copolyester umfassen eine Disäure-Komponente,
die Mischungen von aliphatischen und aromatischen Säure-Resten
umfasst, und eine Diol-Komponente, die anwesende NPG- und CHDM-Reste
umfasst.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Wir
haben entdeckt, dass amorphe Polyester, die von Terephthalsäure, CHDM
und NPG abgeleitet sind, wertvolle Zusammensetzungen sind, die für die Herstellung
von medizinischen Vorrichtungen nützlich sind und eine verbesserte
Beständigkeit
gegen einen Abbau bei Einwirkung von Lipiden zeigen. Die amorphen Copolyester,
die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, weisen
eine innere Viskosität
(IV) von mindestens 0,4 dl/g auf, gemessen bei einer Temperatur
von 25°C
und einer Konzentration von 0,25 g/dl in einer Lösungsmittelmischung aus symmetrischem
Tetrachlorethan und Phenol mit einem Gewichtsverhältnis von
symmetrischem Tetrachlorethan zu Phenol von 2:3, und umfassen:
- (1) eine Disäure-Komponente, die im Wesentlichen
aus etwa 90 bis 100 Molprozent Terephthalsäure-Resten und 0 bis etwa 10
Molprozent Isophthalsäure-Resten
besteht; und
- (2) eine Diol-Komponente, die im Wesentlichen aus etwa 10 bis
70 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol-Resten und etwa 90 bis 30
Molprozent Neopentylglycol-Resten besteht;
wobei der amorphe
Copolyester 100 Molprozent Disäure-Komponente
und 100 Molprozent Diol-Komponente umfasst.
-
Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind in dem beigefügten
Anspruchssatz angegeben, der weitere abhängige und unabhängige Ansprüche einschließt.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft einen Formkörper, wie ein extrudiertes
Profil oder eine extrudierte oder spritzgegossene medizinische Vorrichtung
mit verbesserter Beständigkeit gegen
einen Abbau durch Einwirkung von Lipiden, wobei die medizinische
Vorrichtung aus einem amorphen Copolyester mit einer inneren Viskosität (IV) von
mindestens 0,4 dl/g gefertigt oder hergestellt ist, welche bei einer
Temperatur von 25°C
und einer Konzentration von 0,25 g/dl in einer Lösungsmittelmischung aus symmetrischem
Tetrachlorethan und Phenol mit einem Gewichtsverhältnis von
symmetrischem Tetrachlorethan zu Phenol von 2:3 gemessen wird, der
umfasst:
- (1) eine Disäure-Komponente, die im Wesentlichen
aus etwa 90 bis 100 Molprozent Terephthalsäure-Resten und 0 bis etwa 10
Molprozent Isophthalsäure-Resten
besteht; und
- (2) eine Diol-Komponente, die im Wesentlichen aus etwa 10 bis
70 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol-Resten und etwa 90 bis 30
Molprozent Neopentylglycol-Resten besteht;
wobei der amorphe
Copolyester 100 Molprozent Disäure-Komponente
und 100 Molprozent Diol-Komponente umfasst.
-
In
noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Schmelzverarbeitung
eines amorphen Copolyesters mit einem Feuchtigkeitsgehalt vor der
Schmelzverarbeitung von 0,02 Gew.-% oder mehr die Schritte:
- (a) Durchführen
einer minimalen Trocknung oder keiner Trocknung des Copolyesters
vor der Schmelzverarbeitung, so dass der Copolyester einen Feuchtigkeitsgehalt
von 0,02 Gew.-% oder mehr vor der Schmelzverarbeitung aufweist und
- (b) Schmelzverarbeitung des Copolyesters, wobei der Copolyester
umfasst:
(1) eine Disäure-Komponente,
die im Wesentlichen aus etwa 90 bis 100 Molprozent Terephthalsäure-Resten
und 0 bis etwa 10 Molprozent Isophthalsäure-Resten besteht; und
(2)
eine Diol-Komponente, die im Wesentlichen aus etwa 10 bis etwa 70
Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol-Resten und etwa 90 bis etwa
30 Molprozent Neopentylglycol-Resten besteht,
wobei der
Copolyester auf 100 Molprozent Disäure-Komponente und 100 Molprozent
Diol-Komponente basiert.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
die Schmelzviskositäts-Schergeschwindigkeits-Kurve
bei 260°C
von PETG, PROVISTATM und dem amorphen Copolyester
der vorliegenden Erfindung, der in Beispiel 8 beschrieben wird. 2 zeigt die
Schmelzviskositäts-Schergeschwindigkeits-Kurve
bei 260°C
von PETG, PROVISTATM und dem amorphen Copolyester
der vorliegenden Erfindung, der in Beispiel 10 beschrieben wird.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Copolyester
auf der Basis von Terephthalsäure
(T)-Resten und gegebenenfalls bis zu etwa 10 Molprozent Isophthalsäure-Resten,
1,4-Cyclohexandimethanol (CHDM)-Resten und Neopentylglycol (NPG)-Resten sind
in den ungefähren
Zusammensetzungsbereichen von 10 bis 70 CHDM zu 90 bis 30 NPG amorph,
und diese einzigartigen amorphen Copolyester zeigen eine überraschende
verbesserte Beständigkeit
gegen eine Rissbildung, wenn sie Lipiden oder IPA ausgesetzt werden.
Zusätzlich
hat die Kombination von CHDM und NPG als Comononer-Diole in den
Copolyestern der vorliegenden Erfindung Copolyester-Hauptketten
zum Ergebnis, welche eine erhöhte
Stabilität
gegen eine Hydrolyse im amorphen Zusammensetzungsbereich zeigen. Die
vorliegenden Copolyester mit einem ausreichenden Molekulargewicht,
um geformt zu werden oder Kunststoffe von Extrusionsgüte zu sein,
die ausschließlich
auf CHDM und NPG als Diole basieren, sind nicht bekannt. Zusätzlich ist
es unerwartet, dass der Zusatz von NPG zu einem Copolyester die
Beständigkeit
gegen Lipide und IPA verbessern würde.
-
Die
amorphen Copolyester der vorliegenden Erfindung können durch
herkömmliche,
in der Technik bekannte Polymerisationsverfahren hergestellt werden,
wie die Verfahrensweisen, die in den U.S. Patenten 4,093,603 und
5,681,918 offenbart sind. Beispiele für Polykondensationsverfahren,
die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen Schmelzphasen-Verfahren,
die unter Einführung
eines Inertgasstromes, wie Stickstoff, durchgeführt werden, um das Gleichgewicht
zu verschieben und ein hohes Molekulargewicht zu fördern, oder
die herkömmlicheren
Vakuum-Schmelzphasenpolykondensationen bei Temperaturen im Bereich von
etwa 240 bis 300°C
oder mehr, die kommerziell praktiziert werden. Die Terephthal- und
Isophthalsäure-Reste
der Copolyester können
entweder von den Dicarbonsäuren
oder den Ester-erzeugenden Äquivalenten
derselben, wie Estern, zum Beispiel Dimethylterephthalat und Dimethylisophthalat,
oder Säurehalogeniden,
zum Beispiel Säurechloriden,
abgeleitet sein. Obwohl nicht erforderlich, können den Copolyestern der Erfindung
herkömmliche
Additive in typischen Mengen zugesetzt werden. Beispiele für derartige
Additive umfassen Pigmente, Farbstoffe, Stabilisatoren, Antioxidantien,
Extrusionshilfsstoffe, Gleitmittel, Ruß, Flammverzögerer und
Mischungen derselben.
-
Die
Polymerisationsreaktion kann in Anwesenheit eines oder mehrerer
herkömmlicher
Polymerisationskatalysatoren durchgeführt werden. Typische Katalysatoren
oder Katalysatorsysteme für
die Polyesterkondensation sind in der Technik wohlbekannt. Geeignete
Katalysatoren sind zum Beispiel in den U.S. Patenten Nr. 4,025,492,
4,136,089, 4,176,224, 4,238,593 und 4,208,527 offenbart, deren Offenbarungen
hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden. Weiter beschreibt R.E.
Wilfong, Journal of Polymer Science, 54, 385 (1961) typische Katalysatoren,
die in Polyesterkondensationsreaktionen nützlich sind. Bevorzugte Katalysatorsysteme
umfassen Ti, Ti/P, Mn/Ti/Co/P, Mn/Ti/P, Zn/Ti/Co/P, Zn/Al. Wenn
Cobalt bei der Polykondensation nicht verwendet wird, können den
Copolyestern copolymerisierbare Toner einverleibt werden, um die
Farbe dieser amorphen Copolyester zu steuern, damit sie für die beabsichtigten
Anwendungen geeignet sind, wenn Farbe eine wichtige Eigenschaft
sein kann. Zusätzlich
zu den Katalysatoren und Tonern können andere Additive, wie Antioxidantien,
Farbstoffe usw., in den Copolyveresterungen verwendet werden.
-
Die
Copolyester der Erfindung weisen eine innere Viskosität (IV) von
mindestens etwa 0,4 dl/g, bevorzugt etwa 0,5 bis 1,1 dl/g, auf,
gemessen bei einer Temperatur von 25°C und einer Konzentration von
0,25 g/dl in einer Lösungsmittelmischung
aus symmetrischem Tetrachlorethan und Phenol mit einem Gewichtsverhältnis von
symmetrischem Tetrachlorethan zu Phenol von 2:3. Bevorzugt besteht
die Disäure-Komponente
im Wesentlichen aus mindestens 95 Molprozent und bevorzugter 100
Molprozent Terephthalsäure.
Die Diolkomponente besteht bevorzugt aus Resten von etwa 30 bis
70 Molprozent CHDM-Resten und etwa 70 bis 30 Molprozent NPG-Resten.
Die bevorzugtesten Copolyester weisen eine IV von etwa 0,60 bis
1,1 dl/g auf und umfassen:
- (1) eine Disäure-Komponente,
die im Wesentlichen aus Terephthalsäure-Resten besteht; und
- (2) eine Diol-Komponente, die im Wesentlichen aus etwa 35 bis
60 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol-Resten und etwa 40 bis 65
Molprozent Neopentylglycol-Resten besteht;
wobei der amorphe
Copolyester 100 Molprozent Disäure-Komponente
und 100 Molprozent Diol-Komponente umfasst.
-
Die
Copolyester der Erfindung können
unter Verwendung herkömmlicher
Schmelzverarbeitungstechniken pressgeformt und extrudiert werden,
um den Formkörper
unserer Erfindung zu bilden. Die Copolyester sind insbesondere bei
der Herstellung von kleinen und kompliziert geformten Gegenständen, wie
Schläuchen, die
zur Handhabung und zum Transport von medizinischen Fluiden verwendet
werden, usw. nützlich.
Die Lipidbeständigkeit
der Copolyester unserer Erfindung unter äußerer Belastung macht die Copolyester
insbesondere bei der Herstellung von Formkörpern nützlich, die medizinische Vorrichtungen
einschließen,
wie Schläuchen,
Pumpengehäuse,
Verbindungsstücke
usw., bei denen eine Lipidbeständigkeit
wichtig ist. Derartige aus den Copolyestern dieser Erfindung hergestellte
Formkörper
besitzen eine verbesserte Beständigkeit
gegen einen Abbau durch medizinische Lipid-Lösungen, wie Liposyn II 20 %-ige
intravenöse
Fettemulsion. Die verbesserte Beständigkeit gegen einen Abbau
spiegelt sich in einer Beibehaltung von Bruchdehnungs-Werten (Beibehaltung
der Zähigkeit)
und signifikanten Verringerung von sichtbarer Rissbildung in pressgeformten
Teststäben
wieder, wie in den nachstehenden Beispielen gezeigt.
-
Die
Formkörper
können
gemäß herkömmlichen
thermoplastischen Verarbeitungs-Verfahrensweisen, wie
Spritzguss, Kalandern, Extrusion und Rotationspressen, hergestellt
werden. Die amorphen Copolyester der vorliegenden Erfindung, die
von CHDM und NPG abgeleitet sind, zeigen bei verschiedenen Schmelztemperaturen
eine verbesserte hydrolytische Stabilität. Bei der Überführung des Copolyesters in Formkörper wird der
Feuchtigkeitsgehalt des Copolyesters typisch vor der Schmelzverarbeitung
auf weniger als etwa 0,02 % verringert.
-
Bevorzugt
wird vor der Schmelzverarbeitung die minimale Trocknung durch herkömmliche
Verfahren für
weniger als zwei Stunden bei 60 bis 100°C durchgeführt. Für die minimale Trocknung wird
ein Trocknungsmittelbett mit entfeuchteter Umluft bei 60°C bis 100°C bevorzugt.
Noch bevorzugter findet keine Trocknung des Copolyesters vor der
Schmelzverarbeitung statt.
-
Die
Beziehung zwischen Schmelzviskosität gegenüber Schergeschwindigkeit in
Polymeren ist eine sehr wichtige Eigenschaft von polymeren Materialien.
Eine nützliche
Beziehung von Schmelzviskosität/Schergeschwindigkeit
ist eine Scherverdünnung.
Eine Scherverdünnung
findet statt, wenn der Schmelzfluss nicht-Newtonsch ist und eine
reversible Abnahme der Viskosität
mit zunehmender Schergeschwindigkeit zeigt. Scherverdünnungs-Eigenschaften
sind sehr wichtig, damit die Verarbeitung von spritzgegossenen und
extrudierten Teilen und Folien, wie Profilen, ermöglicht wird.
Die Profilextrusion ist ein Extrusionsverfahren, in dem spezielle
Düsen verwendet
werden, um Gegenstände
mit asymmetrischen Formen zu erzeugen. Hausfassadenverkleidung,
Kunststoffrohre, Kanäle,
Fußleisten-Pressformen
usw. sind Beispiele für
Profil-extrudierte Teile und werden als Profile bezeichnet. Im Allgemeinen
werden amorphe Polymere bei der Profilextrusion verwendet, um die
Schrumpfung zu vermeiden, die bei Kristallisationsprozessen stattfindet.
Die asymmetrische Natur der Produkte aus diesem Verfahren erfordert
spezielle Harzeigenschaften, wie eine hohe Schmelzfestigkeit bei
niedrigen Schmelzviskositäten
und eine Scherverdünnungs-Schmelzrheologie.
Die amorphen Copolyester der vorliegenden Erfindung zeigen ein verbessertes
Scherverdünnungs-Verhalten.
-
Mit
Bezug auf die begleitende Figur zeigt 1 Schmelzviskositäts-Schergeschwindigkeits-Kurven bei
260°C von
mehreren Polymeren: (1) PETG ist ein Copolyester, der eine Disäure-Komponente,
die aus 100 Molprozent Terephthalsäure-Resten besteht, und eine
Diol-Komponente umfasst, die aus 69 Molprozent Ethylenglycol-Resten
und 31 Molprozent CHDM-Resten besteht, und ist im Handel als EASTAR® 6763
Copolyester von Eastman Chemical Company erhältlich; (2) PROVISTATM Copolyester (ebenfalls von Eastman Chemical Company
erhältlich),
der speziell ausgelegt ist, um durch den Zusatz von Verzweigungsmitteln
eine Scherverdünnung
zu zeigen, hat eine ähnliche
Zusammensetzung wie PETG; und (3) der Copolyester von Beispiel 8 der
vorliegenden Erfindung. Überraschend
zeigt Beispiel 8 ein Scherverdünnungs-Verhalten, das dem
PROVISTATM Copolyester und nicht dem PETG ähnelt. Ähnlich zeigt 2 Schmelzviskositäts-Schergeschwindigkeits-Kurven
bei 260°C
für den
Copolyester von Beispiel 10, der ein Scherverdünnungsverhalten wie PROVISTATM Copolyester und nicht wie PETG-Copolyester
zeigt. Bei den Kurven, welche die 1 und 2 darstellen,
wurde die komplexe Viskosität
mittels eines Rheonmetrics Dynamic Analyzer (RDA II) mit parallelen Platten
mit 25 mm Durchmesser, 1 mm Spalt und 10 % Belastung bei 260°C bestimmt.
Die Proben wurden 24 Stunden bei 60°C vor dem Frequenzüberstreichungstest
in einem Vakuumofen getrocknet.
-
So
besteht auf der Grundlage der der in den 1 und 2 beschriebenen
Scherverdünnungs-Eigenschaften
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einem Profil, das durch Profilextrusion
erzeugt wird und eine amorphe Copolyester-Zusammensetzung umfasst,
die eine innere Viskosität
von mindestens 0,5 dl/g aufweist und umfasst:
- (1)
eine Disäure-Komponente,
die im Wesentlichen aus etwa 90 bis 100 Molprozent Terephthalsäure-Resten
und 0 bis etwa 10 Molprozent Isophthalsäure-Resten besteht; und
- (2) eine Diol-Komponente, die im Wesentlichen aus etwa 10 bis
etwa 70 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol-Resten und etwa 90 bis
etwa 30 Molprozent Neopentylglycol-Resten besteht;
wobei
der amorphe Copolyester 100 Molprozent Disäure-Komponente und 100 Molprozent
Diol-Komponente umfasst.
-
Außerdem ist
eine weitere Ausführungsform
ein spritzgegossener Gegenstand, der einen amorphen Copolyester
umfasst, der im Wesentlichen aus einer Säure-Komponente aus Resten von mindestens
90 Molprozent Terephthalsäure
und einer Glycol-Komponente aus Resten von etwa 10 bis etwa 70 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol
und etwa 90 bis etwa 30 Molprozent Neopentylglycol besteht, bezogen
auf 100 Molprozent Säure-Komponente
und 100 Molprozent Glycol-Komponente.
-
Beispiele
-
Die
folgenden Beispiele sollen den Bereich der vorliegenden Erfindung
erläutern,
aber nicht beschränken.
Die inneren Viskositäten
wurden bei einer Temperatur von 25°C und bei einer Konzentration
von 0,25 g/dl in einer Lösungsmittelmischung
aus symmetrischem Tetrachlorethan und Phenol mit einem Gewichtsverhältnis von
symmetrischem Tetrachlorethan zu Phenol von 2:3 gemessen. Die Glasübergangstemperaturen
im 2. Zyklus wurden gemäß DSK mit
einer Erwärmungsgeschwindigkeit
von 20°C/min
auf eine Temperatur von 280–300°C, Quenchen
in flüssigem
Stickstoff auf 0°C
und dann erneutem Durchlaufenlassen der Probe und Aufzeichnen der
Tg als Glasübergangstemperatur
im 2. Zyklus bestimmt. Die End-Copolyester-Zusammensetzungen wurden
durch Protonen-NMR-Analyse mit einem 600 MHz-JEOL-Instrument bestimmt.
-
BEISPIEL 1
-
Ein
Copolyester, der eine Disäure-Komponente,
die aus 100 Molprozent Terephthalsäure-Resten bestand, und eine
Diol-Komponente umfasste, die aus 66 Molprozent CHDM-Resten und
34 Molprozent NPG-Resten bestand (nachstehend als 100T/85CHDM/15NPG
bezeichnet), wurde hergestellt. Dimethylterephthalat (DMT; 77,6
g, 0,4 Mol), NPG (28,91 g, 0,28 Mol), CHDM (46,37 g, 0,32 Mol) und
1,49 ml einer Lösung, die
15 g Titantetraisopropanolat in 250 ml n-Butanol enthielt, wurden
in einen 500 ml-Einhalsrundkolben gegeben. Der Kolben wurde in Belmont-Metallbad
eingetaucht, das auf 200°C
vorerwärmt
war. Unmittelbar nachdem der Kolben eingetaucht war, wurde der Temperatureinstellungspunkt
auf 220°C
erhöht
und 1 Stunde gehalten. Nach der Stunde bei 220°C wurde die Temperatur auf 260°C erhöht und 30
Minuten gehalten. Zu diesem Zeit war die theoretische Menge an Methanol
gesammelt. Der Druck in dem Kolben wurde dann von atmosphärisch auf
0,5 Torr verringert. Als der Druck auf 0,5 Torr verringert worden
war, wurde der Temperatureinstellungspunkt auf 280°C erhöht.
-
Das
Rühren
wurde verringert, als die Viskosität zunahm, bis eine Rührgeschwindigkeit
von 15 Umdrehungen pro Minute (U/min) erhalten wurde. Das Vakuum
wurde aufgehoben und Stickstoff wurde in den Kolben eingeleitet.
Man ließ das
Polymer sich verfestigen, indem man auf eine Temperatur unterhalb
von Tg abkühlte, dann
wurde es aus dem Kolben entfernt und so gemahlen, dass es ein 3
mm-Sieb passierte. Die innere Viskosität des Polymers betrug 0,895
dl/g. Das Polymer wies eine Tg im 2. Zyklus von 87,82°C auf. Die
Zusammensetzungsanalyse (mittels NMR) zeigte, dass die Diol-Komponente
des Copolyesters aus 66,1 Molprozent CHDM-Resten und 33,9 Molprozent
NPG-Resten bestand.
-
BEISPIEL 2
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/61CHDM/39NPG wurde hergestellt.
DMT (77,60 g, 0,40 Mol), 33,70 Gramm (0,33 Mol) NPG, 39,74 Gram
(0,28 Mol) CHDM und 1,49 ml einer Lösung, die 15 Gramm Titantetraisopropanolat
in 250 ml n-Butanol enthielt, wurden in einen 500 ml-Einhalsrundkolben
gegeben und gemäß dem in
Beispiel 1 beschriebenen Verfahren umgesetzt und polymerisiert.
Die innere Viskosität des
Polymers betrug 0,930 dl/g. Das Polymer wies eine Tg im 2. Zyklus
von 86,70°C
auf, ohne dass ein kristalliner Schmelzpunkt beobachtet wurde, und
die Zusammensetzungs-Analyse zeigte, dass die Diol-Komponente des
Copolyesters aus 61,4 Molprozent CHDM-Resten und 38,6 Molprozent
NPG-Resten bestand.
-
BEISPIEL 3
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/56CHDM/44NPG wurde hergestellt.
DMT (77,6 g, 0,40 Mol), NPG (38,48 g, 0,37 Mol), CHDM (33,12 g,
0,23 Mol) und 1,47 ml einer Lösung,
die 15 g Titantetraisopropanolat in 250 ml n-Butanol enthielt, wurden in einen 500
ml-Einhalsrundkolben gegeben und gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren umgesetzt und polymerisiert. Die innere Viskosität des Polymers betrug
0,938 dl/g. Das Polymer wies eine Tg im 2. Zyklus von 85,90°C auf, ohne
dass ein kristalliner Schmelzpunkt beobachtet wurde, und die Zusammensetzungs-Analyse
zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 55,8 Molprozent
CHDM- und 44,2 Molprozent NPG-Resten bestand.
-
BEISPIEL 4
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/45CHDM/55NPG wurde hergestellt.
DMT (77,60 g, 0,4 Mol), NPG (43,26 g, 0,42 Mol), CHDM (26,50 g,
0,18 Mol) und 1,44 ml einer Lösung,
die 15 g Titantetraisopropanolat in 250 ml n-Butanol enthielt, wurden in einen 500
ml-Einhalsrundkolben gegeben und gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren umgesetzt und polymerisiert. Die innere Viskosität des Polymers
betrug 0,897 dl/g. Das Polymer wies eine Tg im 2. Zyklus von 83,66°C auf, ohne
dass ein kristalliner Schmelzpunkt beobachtet wurde, und die Zusammensetzungs-Analyse
zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 44,7 Molprozent
CHDM- und 55,3 Molprozent NPG-Resten bestand.
-
BEISPIEL 5
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/32CHDM/68NPG wurde hergestellt.
DMT (77,60 g, 0,4 Mol), NPG (48,05 g, 0,46 Mol), CHDM (19,87 g,
0,14 Mol) und 1,42 ml einer Lösung,
die 15 g Titantetraisopropanolat in 250 ml n-Butanol enthielt, wurden in einen 500
ml Einhalsrundkolben gegeben und gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren umgesetzt und polymerisiert. Die innere Viskosität des Polymers
betrug 1,143 dl/g. Das Polymer wies eine Tg im 2. Zyklus von 82,43°C auf, ohne
dass ein kristalliner Schmelzpunkt beobachtet wurde, und die Zusammensetzungs-Analyse
zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 32,3 Molprozent
CHDM- und 67,7 Molprozent NPG-Resten bestand.
-
BEISPIEL 6
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/21CHDM/79NPG wurde hergestellt.
DMT (77,60 g, 0,4 Mol), NPG (52,83 g, 0,51 Mol), CHDM (13,25 g,
0,09 Mol) und 1,4 ml einer Lösung,
die 15 g Titantetraisopropanolat in 250 ml n-Butanol enthielt, wurden in einen 500
ml Einhalsrundkolben gegeben und gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren umgesetzt und polymerisiert. Die innere Viskosität des Polymers
betrug 0,925 dl/g. Das Polymer wies eine Tg im 2. Zyklus von 80,30°C auf, ohne
dass ein kristalliner Schmelzpunkt beobachtet wurde, und die Zusammensetzungs-Analyse
zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 21,4 Molprozent
CHDM- und 78,6 Molprozent NPG-Resten bestand.
-
BEISPIEL 7
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/15CHDM/85NPG wurde hergestellt.
DMT (77,60 g, 0,4 Mol), NPG (57,62 g, 0,55 Mol), CHDM (6,62 g, 0,05
Mol) und 1,37 ml einer Lösung,
die 15 g Titantetraisopropanolat in 250 ml n-Butanol enthielt, wurden in einen 500
ml Einhalsrundkolben gegeben und gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren umgesetzt und polymerisiert. Die innere Viskosität des Polymers
betrug 0,863 dl/g. Das Polymer wies eine Tg im 2. Zyklus von 77,78°C auf, ohne
dass ein kristalliner Schmelzpunkt beobachtet wurde, und die Zusammensetzungs-Analyse
zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 14,6 Molprozent
CHDM- und 85,4 Molprozent NPG-Resten bestand.
-
BEISPIEL 8
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/67CHDM/33NPG wurde in einem
Chargen-Pilotanlagen-Reaktor produziert. DMT (10,215 kg, 22,5 Pfund),
NPG (4,495 kg, 9,9 Pfund), CHDM (5,153 kg, 11,35 Pfund) und 53,4
g einer Lösung
von Titanisopropanolat in n-Butanol wurden in einen 68,13 Liter
(18 Gallonen)-Chargen-Reaktor
mit ineinandergreifenden Spiralrührern
und einer Destillationskolonne eingeführt. Die Rührer wurden 50 Minuten vorwärts und
dann 10 Minuten rückwärts betrieben.
Die Innentemperatur wurde auf 200°C
erhöht
und 2 Stunden gehalten. Die Temperatur wurde dann auf 260°C erhöht und 30
Minuten gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Gewicht des Destillats
verzeichnet, und die Temperatur wurde auf 280°C erhöht. Nach Erreichen von 280°C wurde das
Gewicht des Destillats wieder verzeichnet. Der Rührer wurde so abgeändert, dass
er alle 6 Minuten die Richtung wechselte, und Vakuum wurde mit einer
Geschwindigkeit von 13 Torr/Minute angelegt, bis volles Vakuum (0,5
Torr) erreicht war. Die Polymerisationsmischung wurde 25 Minuten
bei 45 U/min gehalten und dann 15 Minuten bei 10 U/min gehalten.
Der so erhaltene Copolyester wurde dann sofort extrudiert und in
Pellets zerschnitten. Das Polymer wies eine innere Viskosität von 0,791
dl/g und eine Tg im 2. Zyklus von 87,48°C auf, ohne dass ein kristalliner
Schmelzpunkt beobachtet wurde. Die Zusammensetzungs-Analyse (mittels
NMR) zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 67,4
Molprozent CHDM-Resten und 32,6 Molprozent NPG-Resten bestand. Die
Farbwerte unter Verwendung des CIE-Laborfarbensystems waren wie
folgt: L* 82,28, a* –0,44,
b* 3,80.
-
BEISPIEL 9
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/45CHDM/55NPG wurde in einem
Chargen-Pilotanlagen-Reaktor produziert. DMT (10,669 kg, 23,5 Pfund),
NPG (6,220 kg, 13,7 Pfund), CHDM (3,223 kg, 7,1 Pfund) und 53,4
g einer Lösung
von Titanisopropanolat in n-Butanol wurden in einen 68,13 Liter
(18 Gallonen) Chargen-Reaktor mit ineinandergreifenden Spiralrührern und
einer Destillationskolonne eingeführt. Nach Einführen der
Ausgangsmaterialien wurde das in Beispiel 10 beschriebene Herstellungsverfahren
wiederholt. Das resultierende Polymer wies eine innere Viskosität von 0,844
dl/g und eine Tg im 2. Zyklus von 84,08°C auf, ohne dass ein kristalliner
Schmelzpunkt beobachtet wurde. Die Zusammensetzungs-Analyse (mittels
NMR) zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 45,4
Molprozent CHDM-Resten und 54,6 Molprozent NPG-Resten bestand. Die
Farbwerte waren wie folgt: L* 83,19, a* –0,27, b* 3,97.
-
BEISPIEL 10
-
Beispiel
9 wurde wiederholt, außer
dass die Polykondensation so modifiziert wurde, dass sie einen Copolyester
mit einer niedrigeren IV produzierte. Nach Erreichen des vollen
Vakuums (0,5 Torr) wurde der Rührer nur
30 Minuten bei 25 U/min gehalten und dann 15 Minuten bei 10 U/min
gehalten. Das Copolyester-Polymer wurde
dann sofort extrudiert und in Pellets zerschnitten. Das Copolyester-Polymer wies eine
innere Viskosität von
0,713 dl/g und eine Tg im 2. Zyklus von 83,41°C auf, ohne dass ein kristalliner
Schmelzpunkt beobachtet wurde. Die Zusammensetzungs-Analyse (mittels
NMR) zeigte, dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 44,1
Molprozent CHDM und 55,9 Molprozent NPG bestand. Die Farbwerten
waren wie folgt: L* 82,79, a* –0,40,
b* 3,15.
-
Die
Beständigkeit
der folgenden amorphen Copolyester gegen einen Angriff oder Abbau
durch Lipid-Lösungen
wurde bewertet:
- Copolyester I: PETG 6763, ein im Handel
erhältlicher
amorpher Polyester, in dem die Disäure-Komponente aus 100 Molprozent
Terephthalsäure-Resten
besteht und die Diol-Komponente aus etwa 69 Molprozent EG-Resten
und 31 Molprozent CHDM-Resten besteht; IV = 0,71.
- Copolyester II: PETG 5445, ein im Handel erhältlicher amorpher Polyester,
in dem die Disäure-Komponente aus
100 Molprozent Terephthal säure-Resten
besteht und die Diol-Komponente aus etwa 38 Molprozent EG-Resten
und 62 Molprozent CHDM-Resten besteht; IV = 0,72.
- Copolyester III: Amorpher Copolyester von Beispiel 8.
- Copolyester IV: Amorpher Copolyester von Beispiel 9.
-
Standard-Zugefestigkeits-Teststäbe (ASTM-D638)
von jedem der Copolyester I, II, III und IV wurden durch Spritzguss
hergestellt. Die Stäbe
wurden auf Dreipunkte-Biegebelastungs-Gestelle
bei festgesetzten Belastungen von 0, 0,5, 1,5 und 2,7 % gegeben,
während
sie gleichzeitig 72 Stunden Liposyn II 20 %-iger intravenöser Fettemulsion
(Lipid-Lösung)
ausgesetzt wurden. Die Einwirkung der Lipid-Lösung wurde bewerkstelligt,
indem man 2,54 mm × 1,77
mm (1 Inch × 0,5
Inch) Filterpapierstücke über dem
Zentrum des Stabs anordnete und zu Beginn das Stück mit der Lipid-Lösung sättigte und
sie mehrmals am Tag erneut befeuchtete. Die behandelten Stäbe wurden
dann einem Zugfestigkeitstest gemäß ASTM D638 unterzogen. Die
Ergebnisse dieser Zugefestigkeitstests sind in Tabelle I gezeigt,
in der die Werte für
Lagebelastung, Fließbelastung
und Bruchdehnung Prozentsätze
sind. Fließspannung
und Bruchspannung sind in Megapascal angegeben. Jeder Teststab wurde
vor und nach der Bewertung überprüft und er
wurde als A = keine Änderung,
B = leichte Rissbildung, C = mäßige Rissbildung
und D = schwere Rissbildung eingestuft. Ähnliche Beständigkeitstests
wurden mit IPA anstelle von Lipid durchgeführt, wobei diese Ergebnisse
in Tabelle II gezeigt sind, in der die Werte die gleichen wie jene
für Tabelle
I sind. Die Kontrolle stellt Proben vor dem Kontakt mit Lipid-Lösung dar.
Eine Betrachtung der Tabellen I und II zeigt klar, dass die amorphen
Copolyester der vorliegenden Erfindung eine insgesamt bessere Leistung
als die entsprechenden kommerziellen amorphen Copolyester I und
II zeigen. Die überlegene
Leistung wird allgemein durch die Beibehaltung eines zufriedenstellenden
Aussehens und die Beibehaltung einer hohen Bruchdehnung nach Einwirken
des Lipids unter Belastung widergespiegelt.
-
-
-
BEISPIEL 11
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/64CHDM/36 NPG wurde in
einem Chargen-Pilotanlagen-Reaktor produziert. DMT (10,215 kg, 22,5
Pfund), NPG (4,495 kg, 9,9 Pfund), CHDM (5,153 kg, 11,35 Pfund)
und 53,4 Gramm einer Lösung
von Titanisopropanolat in n-Butanol wurden in einen 68,13 Liter
(18 Gallonen)-Chargen-Reaktor mit ineinandergreifenden Spiralrührern und
einer Destillationskolonne eingeführt. Der Rührer wurde 50 Minuten vorwärts und
dann 10 Minuten rückwärts betrieben.
Die Innentemperatur wurde auf 200°C
erhöht
und 2 Stunden gehalten. Die Temperatur wurde dann auf 260°C erhöht und 30
Minuten gehalten. Danach wurde das Gewicht des Destillats verzeichnet
und die Temperatur wurde auf 280°C
erhöht.
Nach Erreichen von 280°C
wurde das Gewicht des Destillats wieder verzeichnet. Der Rührer wurde
so abgeändert, dass
er alle 6 Minuten die Richtung wechselte, und Vakuum wurde mit 13
Torr/Minute angelegt, bis volles Vakuum (0,5 Torr) erreicht war,
und man hielt 45 Minuten bei 25 U/min. Das erhaltene Copolyester-Polymer
wurde sofort extrudiert und in Pellets zerschnitten. Das Polymer
wies eine innere Viskosität
von 0,678 dl/g auf. Die Zusammensetzungs-Analyse (mittels NMR) zeigte,
dass die Diol-Komponente des Copolyesters aus 63,9 Molprozent CHDM-Resten
und 36,1 Molprozent NPG-Resten
bestand. Die Farbwerte waren wie folgt: L* 82,58, a* –0,66, b*
4,76.
-
BEISPIEL 12
-
Ein
Copolyester mit der Zusammensetzung 100T/38CHDM/62NPG wurde in einem
Chargen-Pilotanlagen-Reaktor produziert. DMT (10,669 kg, 23,5 Pfund),
NPG (6,220 kg, 13,7 Pfund), CHDM (3,223 kg, 7,1 Pfund) und 53,4
Gramm einer Lösung
von Titanisopropanolat in n-Butanol wurden in einen 68,13 Liter
(18 Gallonen)-Chargenreaktor mit ineinandergreifenden Spiralrührern und
einer Destillationskolonne eingeführt. Der Rührer wurde 50 Minuten vorwärts und
dann 10 Minuten rückwärts betrieben.
Die Innentemperatur wurde auf 200°C
erhöht
und 2 Stunden gehalten. Die Temperatur wurde dann auf 260°C erhöht und 30
Minuten gehalten. Danach wurde das Gewicht des Destillats verzeichnet
und die Temperatur wurde auf 280°C
erhöht.
Nach Erreichen von 280°C
wurde das Gewicht des Destillats wieder verzeichnet. Der Rührer wurde
so abgeändert, dass
er alle 6 Minuten die Richtung wechselte, und Vakuum wurde mit 13
Torr/Minute angelegt, bis volles Vakuum (0,5 Torr) erreicht war,
und man hielt 45 Minuten bei 25 U/min. Das erhaltene Copolyester-Polymer
wurde dann sofort extrudiert und in Pellets zerschnitten. Das Polymer
wies eine innere Viskosität
von 0,692 dl/g auf. Die Zusammensetzungs-Analyse (mittels NMR) zeigte,
dass die Diol-Komponente des Copolyesters 38,1 Molprozent CHDM-Reste
und 61,9 Molprozent NPG-Reste enthielt. Die Farbwerte waren wie
folgt: L* 83,04, a* –0,39,
b* 4,60.
-
Die
hydrolytische Stabilität
der folgenden amorphen Copolyester-Polymere wurde verglichen:
- Polymere
I und II: Gleich wie die oben definierten Copolyester I und II.
- Polymer V: Copolyester von Beispiel 11
- Polymer IV: Copolyester von Beispiel 12
-
Das
verwendete Verfahren zur Bestimmung des Verlustes an Molekulargewicht
als Ergebnis von Hydrolyse beinhaltete das Anordnen einer Probe
des Copolyesters im Zylinder eines Kapillarrheometers und das anschließende Erwärmen auf
entweder 250°C
oder 280°C
und das Halten über
die angegebene Zeit. Die Probe wurde nach dieser Behandlung entfernt,
und das Molekulargewicht wurde durch Standard-Größenausschlusschromatographie
bestimmt. Der Molekulargewichtsverlust wurde aus der Gleichung 1 – Mw/Mo berechnet, worin
Mw das Molekulargewicht nach der Behandlung
ist und Mo das ursprüngliche Molekulargewicht ist. Je
höher die
Zahl ist, desto größer ist
der Gewichtsverlust. Die Werte, die in den "Hydrolyse"-Reihen angeführt sind, sind ungetrocknete
Proben, während
jene, die in den Reihen "thermisch" angeführt sind,
sich auf Proben beziehen, die 48 Stunden bei einem Vakuum von etwa
5 Torr bei 60°C
getrocknet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle III gezeigt.
-
-
Die
Erfindung ist in Einzelheiten mit speziellem Bezug auf bevorzugte
Ausführungsformen
derselben beschrieben worden, aber es versteht sich, dass Abwandlungen
und Modifikationen innerhalb des Geists und Bereichs der Erfindung
durchgeführt
werden können.