专利名称：向聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中加入含氮的次甲基光吸收剂的方法
背景技术：
发明领域本发明涉及向缩聚物中引入光吸收化合物的方法。更特别地，本方法涉及将含氮的次甲基光吸收化合物引入聚酯组合物。
背景技术：
聚酯是在许多包装和纤维类应用中广泛使用的聚合物树脂。商业聚酯生产通常包括直接酯化，其中将摩尔过量的所需二醇与芳族二羧酸反应以形成酯；或由酯交换或酯交换(ester exchange)进行，条件是开始芳族部分是芳族二羧酸的低分子量二酯，如对苯二甲酸二甲酯(DMT)，它在减压下在高温度下缩聚以形成聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)。由于这些缩合反应的产物倾向于是可逆的和为增加聚酯的分子量，此反应通常在多腔室缩聚反应系统中进行，该系统含有串联操作的几个反应腔室。在其中开始芳族部分是芳族二羧酸的情况下，水是反应副产物。在其中开始芳族部分是芳族二羧酸的二酯，如DMT的情况下，甲醇是反应副产物。在任一情况下，由蒸馏脱除反应副产物。
二甘醇酯然后通到第二、预聚，步骤，以在通到在低压力和高温度下操作的第三、熔体聚酯化步骤或缩聚步骤之前形成中间分子量低聚物。聚合物链的分子量在此第二腔室中持续增加及连续脱除挥发性化合物。对于每个反应器连续重复此过程，及每个接续反应器在越来越低的压力下操作。此逐步缩合的结果是，相对于酯化步骤，形成高分子量和更高特性粘度的聚酯。对于要求仍然更高熔体粘度的一些应用，实施固态聚合。
聚(对苯二甲酸乙二醇酯)或改性PET是选择用于制备饮料和食品容器如用于碳化饮料、水、果汁、食品、洗涤剂、化妆品和其它产品的塑料瓶和广口瓶的聚合物。然而，许多这些产品由波长大约为250-390纳米(nm)的紫外光(UV)不利地影响，即降解。公知的是可以通过在这样的聚合物中物理共混各种光稳定剂如二苯酮、苯并三唑和间苯二酚单苯甲酸酯使聚合物耐光降解。尽管这些稳定剂起较好作用以吸收辐射，许多这些化合物在制造或加工聚酯的条件下分解。这样稳定剂的分解通常引起聚酯的变黄色和导致聚酯包含较少的稳定剂，如果存在的话。
Pruett等人的U.S.专利号4,617,374公开了某些吸收UV的次甲基化合物的用途，该化合物可以引入聚酯或聚碳酸酯组合物。发现这些光吸收化合物用于制备聚酯如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)及聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸1，4-亚环己基二亚甲基酯)的共聚物。化合物提高紫外光或可见光吸收及最大吸光度在约320nm-约380nm范围内。功能上，这些化合物包含作为终止剂缩合到聚合物链上的酸或酯基团。Pruett等人教导使用酯交换制备聚酯和在工艺开始时加入光吸收化合物。然而，已经发现制备聚酯的工艺有助于将某些光吸收化合物引入聚酯的效率。光吸收化合物的损失导致聚酯形成的增加成本。
因此，需要将光吸收化合物引入聚酯组合物的改进方法，该聚酯组合物是用直接酯化方法制备的。
发明概述本发明的一个方面是将水解敏感性光吸收化合物引入聚酯的方法，其中聚酯使用直接酯化方法制备。方法包括如下步骤在足以形成酯化产物的条件下直接酯化包括二羧酸和二元醇的反应物，该酯化产物包括至少一种如下物质酯，低聚物，或包括酯和低分子量聚酯的混合物的混合物；将酯化产物进行缩聚以形成聚酯；和当反应物中初始存在羧基的至少50％已经酯化时，将至少一种光吸收化合物加入酯化产物中。所需地，将0-100％所需数量的光吸收化合物在一个或多个缩聚步骤期间加入酯化产物，其中高分子量聚酯可以由如下方式制备将来自酯化反应器的酯化产物经历体积和温度逐步增加的多个缩聚区。
本发明的另一方面是采用本发明的方法制备的聚酯以及从聚酯组合物制备的制品。
因此，本发明的目的是提供将光吸收化合物引入聚酯的方法，该聚酯使用二元酸和二元醇的直接酯化制备。
本发明的另一个目的是已经其中引入光吸收化合物的聚酯，其中聚酯使用二元酸和二元醇的直接酯化制备，并且光吸收化合物易于发生水解。
本发明的另一个目的是聚酯制品，其中聚酯包括由本发明的方法引入聚酯的光吸收剂。
由于如下描述，本发明的这些和其它目的和优点对本领域技术人员是将更显然的。应当理解，本发明的概念不能认为受在此公开的结构所限制，而是应由所附权利要求的范围限制。
发明详述根据本发明可以使用的聚酯包括从选自一种或多种二羧酸和一种或多种二元醇的反应物由直接酯化和聚合技术生产的线性，热塑性，结晶或无定形聚酯。在此使用的术语″聚酯″是使用统称和包括均聚物和共聚物。例如，将二羧酸，优选芳族二羧酸，和一种或多种二元醇的混合物可以在酯化和/或聚酯化催化剂存在下在约150-约300℃的温度下和大气压到约0.2mm汞柱的压力下加热。正常地，将二羧酸与二元醇在大气压下和在规定范围下端的温度下酯化。聚酯正常地是模塑或纤维级和特性粘度(IV)为约0.4-约1.2dL/g，特性粘度根据ASTM方法D4603-03，使用溶于25ml溶剂溶液的0.25克聚合物测量，该溶剂溶液由60wt％苯酚和40wt％1，1，2，2，-四氯乙烷组成。
优选的聚酯包括至少约50mol％对苯二甲酸残基和至少约50mol％乙二醇和/或1，4-环己烷二甲醇残基，其中酸组分包括100mol％和二元醇组分包括100mol％。特别优选的聚酯是包含约75-100mol％对苯二甲酸残基和约75-100mol％乙二醇残基的那些，其中酸组分含有100mol％和二元醇组分含有100mol％。在此使用的″残基″表示在缩聚之后引入聚酯组合物的化合物部分。
通常，直接酯化方法是本领域技术人员公知的和包括在U.S.专利No.4,100,142；3,781,213；和3,689,481中描述的这类方法，该文献的整个公开内容在此引入作为参考。
在本发明的一个实施方案中，可以采用连续方式通过在大于二醇部分蒸气压的压力下和在足以允许从酯化反应脱除水的反应温度下操作的酯化反应器中，直接酯化二羧酸与二醇，继续酯化足以形成酯化产物的时间和当二羧酸反应物中初始存在羧基的至少50％被酯化时，将UV吸收化合物加入存在的酯化产物中，而制备合适质量的聚酯。因此，可以将UV吸收化合物加入酯化反应器，缩聚反应器，或酯化或缩聚反应器两者的组合中。这种酯化产物是本领域技术人员公知的和包括至少一种如下物质酯，低聚物，低分子量聚酯及其混合物。本发明的重要方面在于在将光吸收化合物加入酯化反应器中存在的酯化产物之前，反应物中初始存在羧基的至少50％被酯化。所需地，在将光吸收化合物加入酯化产物之前，反应物中初始存在羧基的至少约70％，优选至少约80％，更优选至少约85％和最优选大于约90％被酯化。
可以加入酯化反应器的光吸收化合物数量可以为希望引入聚酯的所需数量的0-100％。优选，加入酯化反应器的光吸收化合物数量为0-约80％及将剩余数量在缩聚反应器中加入酯化产物中。更优选，加入酯化反应器的光吸收化合物数量为0-约50％及将剩余数量在缩聚反应器中加入酯化产物中。理解在此使用的数量范围不仅仅包括清楚规定的数量，而且包括其中的所有中间范围。本领域技术人员认识到加入反应器的光吸收化合物数量和要引入聚酯的所需数量可能不同，并依赖于引入聚酯的光吸收化合物收率。
可以加入酯化反应工艺和收率大于40％的光吸收化合物数量直接与反应物中初始存在的被酯化羧基百分比成比例。即，当酯化反应工艺中存在的酯化产物数量增加时，可以将增加数量的光吸收化合物加入酯化反应器而没有对光吸收化合物的不利效果。然而，对本发明重要的是在任何数量的光吸收化合物加入酯化反应器之前，反应物中初始存在羧基的至少50％已被酯化了。
在酯化之后，高分子量聚酯可以使用任何已知缩聚工艺制备，其中将在酯化反应器中制备的酯化产物通过多个真空度和温度不断增加的多个区域，例如，采用在约0.1-10mmHg的真空下在约270-310℃的温度下操作的聚合物后处理器终止。本领域技术人员理解，这样的区域可以并入到含有多个不同操作区的单一反应器，每个操作区具有不同的操作温度，压力和停留时间，或者这样的区域可以由串联操作的多个不同缩聚反应器表示，使得聚酯混合物在熔体相中逐渐聚合，其中从最后反应腔室取出的聚酯的特性粘度为约0.1-约0.75dL/g，特性粘度是根据上述方法测量的。
根据本发明，可以将0-100％要引入聚酯的所需数量的光吸收化合物在缩聚的任何阶段期间加入缩聚反应器。优选，在缩聚期间可以加入缩聚反应器的光吸收化合物数量大于50％，更优选大于80％，和最优选大于95％。尽管不由任何理论约束，相信在酯化期间释放的水降低引入聚酯的光吸收化合物的收率。因此，当反应物中初始存在羧基的至少50％已经酯化时，可以将光吸收化合物加入酯化反应器，或优选地可以在缩聚期间的任何阶段加入缩聚反应器，这是由于缩聚反应器中的材料的大于90％羧基通常已经酯化。或者，可以将一部分UV吸收化合物加入在酯化反应器中的酯化产物中，将余量的UV吸收化合物加入在缩聚反应器中的PET。
根据本发明加入光吸收化合物提供的引入聚酯的光吸收化合物收率大于40％，优选大于60％，更优选大于70％，和最优选大于85％。在此使用的″收率″是聚酯中光吸收化合物残基数量除以加入工艺的光吸收化合物数量的百分比数值，以每单位聚合物计算。
光吸收化合物，或它的残基在缩聚物中的浓度可以基本依赖于光吸收残基的所希望功能和/或聚合物组合物的最终用途而变化。例如，当聚合物组合物用于制造相对薄壁容器时，光吸收化合物的浓度典型地为约50-1500ppm(以每百万重量份聚合物的光吸收剂重量份测量)及优选是约200-800ppm的范围。如果需要包含这些光吸收化合物的聚合物具有改进的耐侯性和/或当采用分散染料染色聚合物或从其制备的纤维时，光吸收剂的浓度可以增加到约0.01-约5.0％的水平。包含明显更高数量光吸收化合物，或它的残基，如约2.0-10.0wt％的聚合物组合物可以用作聚合物浓缩物。这样的浓缩物可以根据常规程序与相同或不同聚合物共混以获得包含预定数量残基或不可提取形式的残基的聚合物组合物。
适于根据本发明的方法引入光吸收剂的聚酯是由二羧酸与二元醇的直接反应形成的聚酯。二元酸组分可以选自脂族、脂环族或芳族二羧酸。合适的二元酸组分可以选自对苯二甲酸；萘二羧酸；间苯二甲酸；1，4-环己烷二羧酸；1，3-环己烷二羧酸；琥珀酸；戊二酸；己二酸；癸二酸；和1，12-十二烷二酸。优选，二元酸组分是对苯二甲酸。
聚酯的二元醇组分可以选自乙二醇；1，4-环己烷二甲醇；1，2-丙二醇；1，3-丙二醇；1，4-丁二醇；2，2-二甲基-1，3-丙二醇；1，6-己二醇；1，2-环己烷二醇；1，4-环己烷二醇；1，2-环己烷二甲醇；1，3-环己烷二甲醇；2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁烷二元醇；X，8-双(羟甲基)三环-[5.2.1.0]-癸烷，其中X表示3，4，或5；在链中包含一个或多个氧原子的二元醇，如二甘醇，三甘醇，二丙二醇，三丙二醇；在每个脂族部分中包含约2-约18，优选2-12个碳原子的二元醇及其混合物。环脂族二元醇可以采用它们的顺式或反式构型或作为两种形式的混合物采用。更优选，二元醇包括乙二醇；二甘醇；1，4-环己烷二甲醇；及其混合物。在许多情况下，二元醇可包括主要数量的乙二醇和改进数量的环己烷二甲醇和/或二甘醇。
对苯二甲酸和乙二醇可以分别地加入酯化反应器。然而，当采用单一进料管线供应对苯二甲酸和乙二醇到酯化反应器时实现经济益处。采用单一反应物进料系统，消除采用单独二醇和酸进料管线的进料系统和压力调节系统的双份。已经发现为了反应混合物中二羧酸组分的基本完全酯化，即大于90％，要求超过化学计量数量的过量二元醇。分别地约1.01∶1到2.5∶1范围的二元醇/二元酸比例是所需的。确定地，更大过量的二醇是可操作的，但是不经济的。采用自补偿主酯化单元，结合如下事实酯化和低分子量低聚物形成接近同时进行，分别地优选是约1.1∶1到1.8∶1级别的二元醇/二元酸相对低摩尔比例。任选地，糊剂或淤浆可以从对苯二甲酸/乙二醇分别以约1.2∶1到1.4∶1，和分别地优选约1.3∶1的摩尔比制备，以在施加的压力下泵送到酯化反应器。
可以使用加入这种添加剂的已知方法将光吸收化合物加入酯化反应器和/或缩聚反应器。例如，光吸收化合物可以通过单独的进料管线直接加入反应器或可以与任何类型的流体混合，该流体与聚酯工艺相容。光吸收化合物可以是能够直接泵送入反应器的稀溶液或浓缩分散体或淤浆，或可以加入载体流，如一个或多个反应物或循环流中。如本领域技术人员所理解，单数术语″反应器″可包括单一反应器或多个反应器，及每个反应器含有一个或多个反应区。此外，术语″反应器″可进一步包括物理位于反应器外部例如，在泵入口或出口的进料点，再循环管线，回流点，以及相关配管和转移设备中的一个或多个点。例如，侧线产物流可以从PET酯化工艺，缩聚工艺，或两者取出，其中将光吸收化合物与侧线流的内容物掺合，然后返回到反应器。然而，在此为描述的简洁和清楚起见使用术语″反应器″。
适用于本发明的光吸收化合物更详细地描述于U.S.专利4,981,516；5,030,708；5,401,438；4,661,566；4,617,373；5,106,942；5,274,072；5,456,725；6,207,740；和6,559,216，该文献的整个内容在此引入作为参考。更具体地，用于本发明实施的光吸收化合物典型地含有至少一个次甲基部分，该次甲基部分在此定义为″与共轭芳族或杂芳族体系结合的基团″。
此部分赋予紫外和/或可见光吸收的性能，通常在约350-650纳米(nm)的范围内。更优选，该化合物吸收约350-550nm范围的光。次甲基化合物的分子量通常为约200-约600道尔顿，尽管更小和更大的分子量是有用的。光吸收化合物进一步的特征为含有至少一个聚酯反应性基团，该反应性基团与至少一个官能团反应，从该官能团将聚酯在聚酯制备期间制备成聚合物链。这样的聚酯反应性基团选自羟基，羧基，氨基，C1-C6-烷氧基羰基，C1-C6-烷氧基羰氧基和C1-C6-烷酰氧基。这些光吸收化合物在至多约300℃的聚合物加工温度下是热稳定的。
用于本发明实施的优选次甲基UV-可见光吸收化合物或单体具有如下通式
其中A与连接的双键共轭并选自具有如下通式的含氮部分
R和R′独立地选自氢，C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基和卤素；n是1或2；R1选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代C1-C12-烷基，和-(CHR13CHR14O)m-R15，其中m是1-约500，优选1-约100，更优选1-8，和最优选1-3的整数；和R2选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代C1-C12-烷基，-(CHR13CHR14O)m-R15，和选自-COR16，-CO2R16，-CONHR16-和-SO2R16的酰基，条件是当R2是酰基时，R1可以是氢；或R1和R2可以与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基，哌嗪子基，吗啉代，硫代吗啉代，硫代吗啉代-S，S-二氧化物，琥珀酰亚氨基，和邻苯二甲酰亚氨基；R3选自C1-C6-亚烷基，和-(CHR13CHR14O)m-CHR13CHR14-；R4，R5和R6独立地选自氢和C1-C6-烷基；R7选自氢，C1-C6-烷基和芳基；R8和R9独立地选自C1-C12-烷基，取代C1-C12-烷基，芳基，C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；或R8和R9可以与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基和吗啉代；R10和R11独立地选自氢，卤素，C1-C6-烷基，羟基和C1-C6-烷酰氧基；R12选自羧基，C1-C6-烷氧基羰基和(R)n；R13和R14独立地选自氢和C1-C6-烷基；R15选自氢，芳基，C1-C12-烷基，和C1-C6-烷酰氧基；
R16选自C1-C6-烷基，C3-C8-烯基，芳基，和C3-C8-环烷基；X选自-O-，-NH和-N(R16)-；L是二价、三价或四价连接基团；L1选自直接单键或二价连接基团；P和Q独立地选自氰基，-COR16，-CO2R16，-CON(R17)R18，芳基，杂芳基，和-SO2R16；或P和Q可以与它们连接的共轭双键碳原子结合以产生选自如下通式的二价基团 R17和R18独立地选自氢，C1-C6-烷基，芳基C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；R19选自氰基，羧基，-CO2R16，-CON(R17)R18和 R20选自芳基和杂芳基；X2和X3独立地选自氧和＝C(CN)CN；X4选自-O-，-S-，-N(R17)-R21选自氢和至多两个选自如下的基团C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基，卤素，羧基，氰基和-CO2R16，条件是当P选自-羧基，-CO2R16，-C(R20)＝C(CN)CN和 时，Q可以是氢。
没有聚酯反应性基团的一些在此所述次甲基化合物当在本发明中所述的条件下采用时，得到增加的颜色收率。然而，优选用于本发明的次甲基化合物含有至少一个选自羧基，-CO2R16，-OCOR16，-OCON(R17)R18，-OCO2R16，羟基和氯羰基的反应性基团，它能够在制备期间反应进入聚酯组合物。
术语″C1-C12-烷基″在此用于表示含有1-12个碳原子和是直链或支链的脂族烃基。
术语″取代C1-C12-烷基″在此用于表示由1-3个选自如下的基团取代的C1-C12-烷基卤素，羟基，氰基，羧基，琥珀酰亚氨基，苯二甲酰亚氨基，2-吡咯烷子基，C3-C8-环烷基，芳基，杂芳基，乙烯基磺酰基，邻苯二甲酰亚氨基，o-苯甲酰磺酰亚氨基，-OR22，-SR23，-SO2R24，-SO2CH2CH2SR23，-CON(R25)R26，-SO2N(R25)R26，-O2CN(R25)R26，-OCOR24，-O2CR24，-OCO2R24，-OCR24，-N(R25)SO2R24，-N(R25)COR24，
其中R22选自C1-C6-烷基，C3-C8-环烷基；C3-C8-烯基和芳基；R23选自C1-C6-烷基，C3-C8-环烷基，芳基和杂芳基；R24选自C1-C6-烷基，C3-C8-环烷基和芳基；R25和R26独立地选自氢，C1-C6-烷基，C3-C8-环烷基和芳基；R27选自羟基和C1-C6-烷酰氧基；Y选自-O-，-S-，和-N(R24)-；Y1选自C2-C4-亚烷基，-O-，-S-，和-N(R25)-术语″C1-C6-烷基″用于表示直链和支链烃基，它可以任选地由至多两个选自如下的基团取代羟基，卤素，羧基，氰基，芳基，芳基硫代，芳基磺酰基，C1-C6-烷氧基，C1-C6-烷基硫代，C1-C6-烷基磺酰基，C1-C6-烷氧基羰基，C1-C6-烷氧基羰氧基，和C1-C6-烷酰氧基。
术语″C1-C6-烷氧基″，″C1-C6-烷基硫代″，″C1-C6-烷基磺酰基″，″C1-C6-烷氧基羰基″，″C1-C6-烷氧基羰氧基″和″C1-C6-烷酰氧基″分别表示如下结构-OC1-C6-烷基，-S-C1-C6-烷基，-O2S-C1-C6-烷基，-CO2-C1-C6-烷基，-O2C-O-C1-C6-烷基，和-O2C-C1-C6-烷基，其中C1-C6-烷基可任选地由至多两个选自如下的基团取代羟基，氰基，卤素，芳基，-OC1-C4-烷基，-OCOC1-C4-烷基和CO2C1-C4-烷基，其中基团的C1-C4-烷基部分表示包含1-4个碳原子的饱和直链或支链烃基。
术语″C3-C8-环烷基″和″C3-C8-烯基″分别用于表示饱和环脂族基团和包含至少一个碳-碳双键的直链或支链烃基，及每个基团包含3-8个碳原子。
L的二价连接基团可以选自C1-C12-亚烷基，-(CHR13CHR14O)mCHR13CHR14-，C3-C8-亚环烷基，-CH2-C3-C8-亚环烷基-CH2-和C3-C8-亚烯基。C1-C12亚烷基连接基团可以在它们的主链中包含杂原子，如氧、硫和氮和取代氮，(-N(R17)-)，其中R17如先前所定义，和/或环状基团如C3-C8-亚环烷基，亚芳基，二价杂芳族基团或酯基团如 可以引入原子的C1-C12-亚烷基链的一些环状部分包括
L的三价和四价基团选自C3-C8-脂族烃部分，它包含三个或四个共价键。三价和四价基团的例子分别包括-HC(CH2-)2和C(CH2-)4。
L1的二价连接基团可以选自-O-，-S-，-SO2-，＝N-SO2R1，-S-S-，-CO2-，-OCO2-，亚芳基，-O-亚芳基-O-，C3-C8-亚环烷基，-O2C-C1-C12-亚烷基-CO2-，-O2C-亚芳基-CO2-，-O2C-C3C8-亚环烷基-CO2-，-O2CNH-C1-C12-亚烷基-NHCO2-，和-O2CNH-亚芳基-NHCO2-。
术语″C2-C4-亚烷基″，″C1-C6-亚烷基″和″C1-C12-亚烷基″分别表示包含2-4个，1-6个和1-12碳原子的直链或支链二价烃基，它可任选地由至多两个选自羟基，卤素，芳基和C1-C6-烷酰氧基的基团取代。
术语″C3-C8-亚环烷基″和C3-C8-亚烯基″分别表示3-8个碳原子的二价饱和环状烃基和包含一个碳-碳双键和含有3-8个碳原子的二价烃基。
术语″芳基″在此用于表示任选地由一个或多个选自如下的基团取代的苯基和萘基C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基，卤素，羧基，羟基，C1-C6-烷氧基羰基，C1-C6-烷基磺酰基，C1-C6-烷基硫代，硫代氰基，氰基，硝基和三氟甲基。
在术语″杂芳基″中，杂芳基或基团的杂芳基部分是单或双环杂芳族基团，该杂芳族基团包含至少一个选自氧、硫和氮的杂原子或这些原子与碳的组合以完成杂芳族环。合适杂芳基的例子包括但不限于呋喃基、噻吩基、噻唑基、异噻唑基、苯并噻唑基、吡唑基、吡咯基、噻二唑基、二唑基、苯并唑基、苯并咪唑基、吡啶基、嘧啶基和三唑基，并且这样的基团任选地由一个或多个选自如下的基团取代C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基，芳基，C1-C6-烷氧基，羰基，卤素，芳基硫代，芳基磺酰基，C1-C6-烷基硫代，C1-C6-烷基磺酰基，氰基，三氟甲基，和硝基。
术语″亚芳基″用于表示1，2-；1，3-；1，4-亚苯基，萘基和任选地由一个或多个选自如下的基团取代的那些基团C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基，卤素，羧基，羟基，C1-C6-烷氧基羰基，C1-C6-烷基磺酰基，C1-C6-烷基硫代，硫代氰基，氰基，硝基和三氟甲基。
术语″卤素″用于表示氟、氯、溴和碘。
由通式-(CHR13CHR14O)m-R15，和-(CHR13CHR14O)m-CHR13CHR14-定义的烷氧基化部分具有链长度，其中m是1-500；优选m是1-约100；更优选m是1-8，和最优选m是1-3。在优选的实施方案中，烷氧基化部分是亚乙氧残基，亚丙氧残基或两者的残基。
术语″吡咯烷子基″，″哌啶子基″，″哌嗪子基″，″吗啉代″，″硫代吗啉代″和″硫代吗啉代-S，S-二氧化物″在此分别用于表示如下基团 其中R1如以上所定义。
本领域技术人员理解，在此对含有所述范围碳原子的基团或部分的每次提及如C1-C4-烷基，C1-C6-烷基，C1-C12-烷基，C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，C1-C12-亚烷基，C1-C6-亚烷基包括提及范围中的所有碳原子数目的部分。例如，术语″C1-C6-烷基″不仅仅包括C1基团(甲基)和C6基团(己基)端点，而且包括每个对应的C2，C3，C4，和C5基团，包括它们的异构体。此外，应当理解，所述碳原子范围中的每个单个点可以进一步结合以描述在所述总体范围中固有的子范围。例如，术语″C3-C8-环烷基″不仅仅包括单个环部分C3到C8，而且涉及到子范围如C4-C6-环烷基。
本领域技术人员理解，可以制备热塑性制品，其中颜色是所需的或抗UV和/或可见光的优异保护程度是重要的。这样制品的例子包括瓶子、贮存容器、片材、膜、纤维、试片、软管、管子和注射器等。基本上，对于具有低迁移光吸收剂的聚酯的可能用途是很多的和不容易涵盖。
本发明由以下给出的预示实施例更详细说明。应当理解，此实施例仅用于说明的目的，并不希望限制本发明。
实施例1制备U.S.专利No.4,617,373的实施例2的光吸收化合物。
通过在不锈钢烧杯中将如下物质混合在一起制备聚酯低聚物651.35g精制对苯二甲酸(3.92摩尔)；13.29g精制间苯二甲酸(0.08摩尔)；397.25g新乙二醇(6.40摩尔)；和0.23g三氧化锑。使用连接到电机的2英寸半径浆式搅拌器混合反应物以形成糊剂。在大约搅拌十分钟之后，将糊剂抽吸入不锈钢2升体积压力反应器。在将整个混合物加入反应器之后，将反应器通过采用氮气加压然后排出氮气净化三次；在初始加压期间，使用由到电机的磁力联结驱动的2英寸直径锚式搅拌元件开始搅拌。增加搅拌直到达到180rpm的最终速率，如由轴的转数测量。
在反应器内部的压力是40磅每平方英寸(psi)之后，将压力缓慢排放以使系统返回到接近大气压同时保持通过反应器的缓慢氮气保护。在最终的氮气净化之后，反应器中的压力再次增加到40psi。
在最终加压步骤之后，在大约60分钟内使用反应器内容物外部的电阻加热线圈将反应器内容物加热到245℃。在加热时间期间，反应器的压力和搅拌转速分别保持在40psi和180rpm。
在达到245℃的目标反应温度之后，在反应序列的持续期间内保持反应条件恒定。反应时间是200分钟，基于酯化反应的期望完成程度。反应副产物是水。通过随时间监测收集的水质量预测反应真实程度。通过装配到反应器顶部的1英寸直径，2.5英尺长加热立式塔从反应器蒸发水蒸汽，从容器脱除水。塔填装1/4″直径玻璃珠以促进低沸点反应副产物从游离乙二醇和酯化产物中分离。塔由水平管段连接到水冷却的冷凝器。冷凝器的下端装配压力控制阀，该控制阀布置在位于天平上的烧杯正上方。此布置允许低沸点反应副产物从反应器中连续脱除。
在200分钟结束时，在二十五分钟时间内反应器压力降低到大气压。将低聚物收集在不锈钢盘中，允许冷却和分析。
低聚物产物的分析通过使用质子核磁共振光谱(NMR)进行以测定反应程度，乙二醇对对苯二甲酸酯和间苯二甲酸酯部分的摩尔比，二甘醇含量和端基浓度。
允许低聚物硬化，然后粉碎和随后如下所述聚合。
将大约119g粒状低聚物产物放入500ml圆底烧瓶中。在聚合引发时，向烧瓶中加入在100g乙二醇中包含2.00g光吸收剂化合物的混合物两克。此加入水平理论上提供400份吸收化合物对1,000,000份聚合物的浓度。
将具有1/4英寸(0.635cm)直径轴和2英寸(5.08cm)直径浆的不锈钢浆式搅拌器插入圆底烧瓶。将带有氮气净化管线装置、真空管线/冷凝液取出臂装置、真空密封搅拌轴连接件、和添加剂注入用橡胶隔膜组成的适配装置插入烧瓶的24/40标准锥形磨砂玻璃接头中。
开始氮气净化并将装配设备浸入其温度平衡在225℃的预热的熔融金属浴中。一旦烧瓶的内容物熔融，即开始搅拌。整个反应工艺的条件总结于下表。
表I
将磷作为乙二醇中的磷酸溶液在阶段6注入混合物。磷的目标水平是20ppm，基于聚酯的理论收率。在上表I中所示的反应时间完成之后，除去金属浴和停止搅拌。在十五分钟内将聚合物本体足够冷却以固化。将冷却的固体从烧瓶中分离和在Wiley锤磨机中研磨以生产平均粒径小于3mm的粗粉末。将粉末进行各种测试如溶液粘度，颜色，二甘醇含量和紫外吸收剂浓度。
以上反应过程典型地生产聚酯，该聚酯适于具有0.60-0.72dL/g的特性粘度，该特性粘度在25℃下在60wt％苯酚，40wt％ 1，1，2，2-四氯乙醇的混合物中测得。
吸光度测量根据Beer定律A＝abc产生在光吸收剂化合物的浓度和溶液吸光度之间的关系(其中A＝吸光度，a＝摩尔吸收率，b＝路径长度和c＝浓度)。使用1cm池与Perkin-Elmer Lambda 35分光光度计进行测量。对于所有样品在345nm测量吸光度。净溶剂混合物用于在含有光吸收剂的样品的评价之前将仪器成空白。光吸收剂化合物的浓度由测试样品吸光度对标准系列产生的吸光度对浓度数据的线性拟合的外推确定。
详细描述了本发明，本领域技术人员认识到可对本发明的各个方面进行改进而不背离在此公开和描述的本发明的范围和精神。因此不希望本发明的范围限于说明和描述的具体实施方案，而是希望本发明的范围由所附权利要求和它们的同等物确定。此外，在此给出的所有专利，专利申请，出版物，和参考文献全文引入以作参考，包括其中与本发明的实施相关的任何公开内容。
权利要求
1.将光吸收化合物合并入聚酯的方法，该聚酯是使用包括二羧酸和二元醇的反应物的直接酯化制备的，该方法包括a.在酯化反应器中在足以形成酯化产物的条件下结合该反应物，该酯化产物包括至少一种如下物质酯，低聚物，低分子量聚酯及其混合物；b.在缩聚反应器中聚合该酯化产物以形成聚酯；和c.当反应物中初始存在的羧基的至少50％已经被酯化时，将至少一种UV吸收化合物加入该酯化反应器或缩聚反应器的至少一个中，其中该光吸收化合物选自具有如下通式的一组化合物 其中A与连接的双键共轭，并且选自具有如下通式的含氮部分 R和R′独立地选自氢，C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基和卤素；n是1或2；R1选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，和-(CHR13CHR14O)m-R15，其中m是1-约500的整数；和R2选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，-(CHR13CHR14O)m-R15，其中m是1-约500的整数，和选自-COR16，-CO2R16，-CONHR16和-SO2R16的酰基，条件是当R2是酰基时，R1可以是氢；或R1和R2可以与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基，哌嗪子基，吗啉代，硫代吗啉代，硫代吗啉代-S，S-二氧化物，琥珀酰亚氨基，和苯二甲酰亚氨基；R3选自C1-C6-亚烷基，和-(CHR13CHR14O)m-CHR13CHR14-，其中m是1-约500的整数；R4，R5和R6独立地选自氢和C1-C6-烷基；R7选自氢，C1-C6-烷基和芳基；R8和R9独立地选自C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，芳基，C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；或R8和R9可以与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基和吗啉代；R10和R11独立地选自氢，卤素，C1-C6-烷基，羟基和C1-C6-烷酰氧基；R12选自羧基，C1-C6-烷氧基羰基和(R)n；R13和R14独立地选自氢和C1-C6-烷基；R15选自氢，芳基，C1-C12-烷基，和C1-C6-烷酰氧基；R16选自C1-C6-烷基，C3-C8-烯基，芳基，和C3-C8-环烷基；X选自-O-，-NH和-N(R16)-；L是二价、三价或四价连接基团；L1选自直接单键或二价连接基团；P和Q独立地选自氰基，-COR16，-CO2R16，-CON(R17)R18，芳基，杂芳基，和-SO2R16；或P和Q可以与它们连接的共轭双键碳原子结合以产生选自如下通式的二价基团 其中R17和R18独立地选自氢，C1-C6-烷基，芳基C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；R19选自氰基，羧基，-CO2R16，-CON(R17)R18和 R20选自芳基和杂芳基；X2和X3独立地选自氧和＝C(CN)CN；X4选自-O-，-S-，-N(R17)-R21选自氢和至多两个选自如下的基团C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基，卤素，羧基，氰基和-CO2R16，条件是当P选自-羧基，-CO2R16，-C(R20)＝C(CN)CN和 时，Q可以是氢和其中光吸收化合物包括聚酯反应性基团。
2.权利要求1的方法，其中该二羧酸选自脂族、脂环族或芳族二羧酸。
3.权利要求2的方法，其中该二羧酸选自对苯二甲酸；萘二羧酸；间苯二甲酸；1，4-环己烷二羧酸；1，3-环己烷二羧酸；琥珀酸；戊二酸；己二酸；癸二酸；和1，12-十二烷二酸。
4.权利要求1的方法，其中该二元醇选自乙二醇；1，4-环己烷二甲醇；1，2-丙二醇；1，3-丙二醇；1，4-丁二醇；2，2-二甲基-1，3-丙二醇；1，6-己二醇；1，2-环己烷二醇；1，4-环己烷二醇；1，2-环己烷二甲醇；1，3-环己烷二甲醇；2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁烷二醇；X，8-双(羟甲基)三环-[5.2.1.0]-癸烷，其中X表示3，4，或5；二甘醇，三甘醇，二丙二醇，三丙二醇；在每个脂族部分中包含约2-约18个碳原子的二元醇及其混合物。
5.权利要求1的方法，其中该聚酯包括大于50mol％对苯二甲酸残基和大于50mol％乙二醇残基，其中酸组分含有100mol％和二元醇组分含有100mol％。
6.权利要求1的方法，其中该聚酯包括大于75mol％对苯二甲酸残基和大于75mol％乙二醇残基，其中酸组分含有100mol％和二元醇组分含有100mol％。
7.权利要求1的方法，其中当反应物中初始存在的羧基的至少70％已经被酯化时，将该光吸收化合物加入到至少一个所述反应器中。
8.权利要求1的方法，其中当反应物中初始存在的羧基的至少80％已经被酯化时，将该UV吸收化合物加入到至少一个所述反应器中。
9.权利要求1的方法，其中当反应物中初始存在的羧基的至少85％已经被酯化时，将该UV吸收化合物加入到至少一个所述反应器中。
10.权利要求1的方法，其中当反应物中初始存在的羧基的至少90％已经被酯化时，将该UV吸收化合物加入到至少一个所述反应器中。
11.权利要求1和7-10任意一项的方法，其中将0-100％该光吸收化合物加入酯化反应器中。
12.权利要求11的方法，其中将小于80％的该光吸收化合物在酯化反应器中加入。
13.权利要求11的方法，其中将小于50％的该光吸收化合物加入酯化反应器中。
14.权利要求1和7-10任意一项的方法，其中将0-100％该光吸收化合物加入缩聚反应器中。
15.权利要求14的方法，其中将大于50％该光吸收化合物加入缩聚反应器中。
16.权利要求14的方法，其中将大于80％该光吸收化合物加入缩聚反应器中。
17.权利要求14的方法，其中将大于95％该光吸收化合物加入缩聚反应器中。
18.权利要求1的方法，其中R1和R2结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基，哌嗪子基，吗啉代，硫代吗啉代，硫代吗啉代-S，S-二氧化物，琥珀酰亚氨基，和苯二甲酰亚氨基。
19.权利要求1的方法，其中R8和R9结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基和吗啉代。
20.权利要求1的方法，其中P和Q独立地选自氰基，-COR16，-CO2R16，-CON(RI7)R18，芳基，杂芳基，和-SO2R16。
21.权利要求1的方法，其中P和Q与它们连接的共轭双键碳原子结合以产生选自如下通式的环状二价基团
22.权利要求1的方法，其中由通式-(CHR′CHR″O-)m表示的该烷氧基化部分选自亚乙氧基残基，亚丙氧基残基，或两者的残基，和m小于约50。
23.权利要求22的方法，其中m小于8。
24.权利要求22的方法，其中m是1-3。
25.将光吸收化合物合并入聚酯的方法，该聚酯是使用包括二羧酸和二元醇的反应物的直接酯化制备的，该方法包括a.在酯化反应器中在足以形成酯化产物的条件下结合该反应物，该酯化产物包括至少一种如下物质酯，低聚物，低分子量聚酯及其混合物；b.在缩聚反应器中该聚合酯化产物以形成聚酯；和c.当反应物中初始存在的羧基的至少70％已经被酯化时，将至少一种UV吸收化合物加入该酯化反应器或缩聚反应器的至少一个中，其中该光吸收化合物选自一组具有如下通式的化合物 其中A与连接的双键共轭，并选自一组具有如下通式的含氮部分 R和R′独立地选自氢，C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基和卤素；n是1或2；R1选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，和-(CHR13CHR14O)m-R15，其中m是1-约100的整数；和R2选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，-(CHR13CHR14O)m-R15，其中m是1-约100的整数，和选自-COR16，-CO2R16，-CONHR16和-SO2R16的酰基，条件是当R2是酰基时，R1可以是氢；或R1和R2可以与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基，哌嗪子基，吗啉代，硫代吗啉代，硫代吗啉代-S，S-二氧化物，琥珀酰亚氨基，和苯二甲酰亚氨基；R3选自C1-C6-亚烷基，和-(CHR13CHR14O)m-CHR13CHR14-，其中m是1-约100的整数；R4，R5和R6独立地选自氢和C1-C6-烷基；R7选自氢，C1-C6-烷基和芳基；R8和R9独立地选自C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，芳基，C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；或R8和R9可以与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基和吗啉代；R10和R11独立地选自氢，卤素，C1-C6-烷基，羟基和C1-C6-烷酰氧基；R12选自羧基，C1-C6-烷氧基羰基和(R)n；R13和R14独立地选自氢和C1-C6-烷基；R15选自氢，芳基，C1-C12-烷基，和C1-C6-烷酰氧基；R16选自C1-C6-烷基，C3-C8-烯基，芳基，和C3-C8-环烷基；X选自-O-，-NH和-N(R16)-；L是二价、三价或四价连接基团；L1选自直接单键或二价连接基团；P和Q独立地选自氰基，-COR16，-CO2R16，-CON(R17)R18，芳基，杂芳基，和-SO2R16；或P和Q可以与它们连接的共轭双键碳原子结合以产生选自如下通式的二价基团 其中R17和R18独立地选自氢，C1-C6-烷基，芳基C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；R19选自氰基，羧基，-CO2R16，-CON(R17)R18和 R20选自芳基和杂芳基；X2和X3独立地选自氧和＝C(CN)CN；X4选自-O-，-S-，-N(R17)-R21选自氢和至多两个选自如下的基团C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基，卤素，羧基，氰基和-CO2R16，条件是当P选自-羧基，-CO2R16，-C(R20)＝C(CN)CN和 时，Q可以是氢和其中光吸收化合物包括聚酯反应性基团。
26.权利要求25的方法，其中该聚酯包括大于50mol％对苯二甲酸残基和大于50mol％乙二醇残基，其中酸组分含有100mol％和二元醇组分含有100mol％。
27.权利要求25的方法，其中当反应物中初始存在的羧基的至少约80％已经被酯化时，将该UV吸收化合物加入到至少一个所述反应器中。
28.权利要求25的方法，其中当反应物中初始存在的羧基的大于约90％已经被酯化时，将该UV吸收化合物加入到至少一个所述反应器中。
29.权利要求25的方法，其中将0-100％该光吸收化合物加入酯化反应器中。
30.权利要求25的方法，其中将0-100％该光吸收化合物加入缩聚反应器中。
31.权利要求25的方法，其中R1和R2结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基，哌嗪子基，吗啉代，硫代吗啉代，硫代吗啉代-S，S-二氧化物，琥珀酰亚氨基，和苯二甲酰亚氨基。
32.权利要求25的方法，其中R8和R9结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基和吗啉代。
33.权利要求25的方法，其中P和Q独立地选自氰基，-COR16，-CO2R16，-CON(R17)R18，芳基，杂芳基，和-SO2R16。
34.权利要求25的方法，其中P和Q与它们连接的共轭双键碳原子结合以产生选自如下通式的环状二价基团
35.权利要求25的方法，其中由通式-(CHR′CHR″O-)m表示的该烷氧基化部分选自亚乙氧基残基，亚丙氧基残基，或两者的残基，和m是1-8。
36.权利要求25的方法，其中m是1-3。
37.使用包括二羧酸和二元醇的反应物的直接酯化制备的聚酯，其中由包括如下步骤的方法将光吸收化合物合并入聚酯中a.在酯化反应器中在足以形成酯化产物的条件下结合该反应物，该酯化产物包括至少一种如下物质酯，低聚物，低分子量聚酯及其混合物；b.在缩聚反应器中聚合酯化产物以形成聚酯；和c.当反应物中初始存在的羧基的至少50％已经被酯化时，将至少一种UV吸收化合物加入该酯化反应器或缩聚反应器的至少一个中，其中该光吸收化合物选自具有如下通式的化合物 其中A与连接的双键共轭，并选自一组具有如下通式的含氮部分 R和R′独立地选自氢，C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基和卤素；n是1或2；R1选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，和-(CHR13CHR14O)m-R15，其中m是1-约500的整数；和R2选自C3-C8-环烷基，C3-C8-烯基，芳基，C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，-(CHR13CHR14O)m-R15，其中m是1-约500的整数，和选自-COR16，-CO2R16，-CONHR16和-SO2R16的酰基，条件是当R2是酰基时，R1可以是氢；R3选自C1-C6-亚烷基，和-(CHR13CHR14O)m-CHR13CHR14-，其中m是1-约500的整数；R4，R5和R6独立地选自氢和C1-C6-烷基；R7选自氢，C1-C6-烷基和芳基；R8和R9独立地选自C1-C12-烷基，取代的C1-C12-烷基，芳基，C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；R10和R11独立地选自氢，卤素，C1-C6-烷基，羟基和C1-C6-烷酰氧基；R12选自羧基，C1-C6-烷氧基羰基和(R)n；R13和R14独立地选自氢和C1-C6-烷基；R15选自氢，芳基，C1-C12-烷基，和C1-C6-烷酰氧基；R16选自C1-C6-烷基，C3-C8-烯基，芳基，和C3-C8-环烷基；X选自-O-，-NH和-N(R16)-；L是二价、三价或四价连接基团；L1选自直接单键或二价连接基团；P和Q独立地选自氰基，-COR16，-CO2R16，-CON(R17)R18，芳基，杂芳基，和-SO2R16；或P和Q可以与它们连接的共轭双键碳原子结合以产生选自如下通式的二价基团 其中R17和R18独立地选自氢，C1-C6-烷基，芳基C3-C8-环烷基，和C3-C8-烯基；R19选自氰基，羧基，-CO2R16，-CON(R17)R18和 R20选自芳基和杂芳基；X2和X3独立地选自氧和＝C(CN)CN；X4选自-O-，-S-，-N(R17)-R21选自氢和至多两个选自如下的基团C1-C6-烷基，C1-C6-烷氧基，卤素，羧基，氰基和-CO2R16，条件是当P选自-羧基，-CO2R16，-C(R20)＝C(CN)CN和 时，Q可以是氢和其中光吸收化合物包括聚酯反应性基团。
38.权利要求37的聚酯，进一步包括R1和R2与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基，哌嗪子基，吗啉代，硫代吗啉代，硫代吗啉代-S，S-二氧化物，琥珀酰亚氨基，和苯二甲酰亚氨基。
39.权利要求37的聚酯，进一步包括R8和R9与它们连接的氮原子结合以产生选自如下的环状结构吡咯烷子基，哌啶子基和吗啉代。
40.权利要求37的聚酯，其中由通式-(CHR′CHR″O-)m表示的该烷氧基化部分选自亚乙氧基残基，亚丙氧基残基，或两者的残基，和m是1-8。
41.权利要求37的聚酯，其中m是1-3。
42.使用权利要求37的聚酯制备的热塑性制品。
43.权利要求42的热塑性制品，其中该制品选自瓶子、贮存容器、片材、膜、试片、软管、管子和注射器。
全文摘要
将含氮的次甲基光吸收化合物合并入聚酯的方法，使用选自二羧酸和二元醇的反应物的直接酯化制备该聚酯，方法包括在酯化反应器中在足以形成酯化产物的条件下使反应物反应，该酯化产物包括至少一种如下物质酯，低聚物，或含有酯和低分子量聚酯的混合物的混合物，在缩聚反应器中聚合酯化产物以形成聚酯；和当反应物中初始存在的羧基的至少50％已经被酯化时，将光吸收化合物加入酯化产物。另外公开了采用光保护的聚酯的制品。
文档编号C08G63/685GK1957014SQ200580016799
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年5月27日
发明者M·A·维弗, J·C·皮尔森, P·M·默多, E·E·小霍韦尔 申请人:伊斯曼化学公司