JP5211646B2 - Polyester manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明はポリエステルの製造方法に関する。特に、重縮合速度が大きく効率的な製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing polyester. In particular, the present invention relates to an efficient production method having a high polycondensation rate.
ポリエチレンテレフタレートに代表されるポリエステルは、機械的性質、熱的性質、電気的性質などに優れているため、繊維や、各種用途のフィルム、シート、ボトルなどの成形品に広く使われ、需要も拡大している。 Polyesters typified by polyethylene terephthalate are excellent in mechanical properties, thermal properties, electrical properties, etc., so they are widely used in molded products such as fibers, films, sheets, bottles, etc. doing.
ボトル等の包装材料として用いられるような高分子量のポリエステルは、通常、ジカルボン酸及び/又はそのエステル形成性誘導体とジオールとをエステル化及び/又はエステル交換反応を経て、溶融重縮合、固相重縮合することにより製造される。 High molecular weight polyesters used as packaging materials for bottles and the like are usually prepared by melt polycondensation, solid phase polymerization through esterification and / or transesterification of dicarboxylic acid and / or its ester-forming derivative and diol. Manufactured by condensation.
現在主流であるポリエステルの製造方法においては、比較的高分子量のポリエステルプレポリマーを得るべく、溶融重縮合工程に、複雑な攪拌翼を備えた横型のプラグフロー性を有する反応器を用いている。また、固相重縮合の反応時間は、通常、10数時間以上にも及んでいる。そのため、これらを改善した効率的な製造方法が求められている。例えば、比較的低分子量のポリエステルプレポリマーを固相重縮合工程に供することを特徴とするポリエステルの製造方法は、多数開示されている。 In the polyester production method which is currently mainstream, in order to obtain a polyester prepolymer having a relatively high molecular weight, a horizontal type plug flow reactor equipped with a complicated stirring blade is used in the melt polycondensation step. In addition, the reaction time for solid phase polycondensation usually extends to over 10 hours. Therefore, there is a demand for an efficient manufacturing method that improves these. For example, many methods for producing polyesters characterized by subjecting a polyester prepolymer having a relatively low molecular weight to a solid phase polycondensation step have been disclosed.
特許文献1には、固相重縮合速度の触媒量、プレポリマーのカルボキシル末端基含量への依存性に関する詳細な検討結果が開示されている。ここでは、プレポリマーのカルボキシル末端基量を、エステル化反応におけるテレフタル酸とエチレングリコールとの仕込み比率を変化させること、反応の後の段階で初期仕込み量に対して過剰量のエチレングリコールを添加すること、または、重縮合工程に部分真空がかけられた後から触媒を添加することによって調整しているが、具体的な実施方法の記載がない。また、この方法は、必ずしも連続溶融重縮合方法に適した方法ではない。 Patent Document 1 discloses a detailed examination result regarding the dependency of the solid phase polycondensation rate on the catalyst amount and the carboxyl end group content of the prepolymer. Here, the amount of carboxyl end groups of the prepolymer is changed by changing the charging ratio of terephthalic acid and ethylene glycol in the esterification reaction, and an excessive amount of ethylene glycol is added to the initial charging amount at a later stage of the reaction. Although it is adjusted by adding a catalyst after a partial vacuum is applied to the polycondensation step, there is no description of a specific implementation method. Moreover, this method is not necessarily a method suitable for the continuous melt polycondensation method.
一方、重縮合反応を進めるための触媒として、古くからアンチモン触媒、ゲルマニウム触媒、チタン触媒などが知られており、また、タングステン触媒も重縮合反応活性があるとして知られている(特許文献2、3、4、5)。しかし、このようなタングステン触媒は溶融重縮合反応に関するものであり、また得られるポリエステルの色調は黄味があり必ずしも満足できるものではなかった。 On the other hand, antimony catalysts, germanium catalysts, titanium catalysts and the like have been known for a long time as catalysts for advancing polycondensation reactions, and tungsten catalysts are also known to have polycondensation reaction activity (Patent Document 2, 3, 4, 5). However, such a tungsten catalyst is related to a melt polycondensation reaction, and the color tone of the obtained polyester is yellowish and not always satisfactory.
ポリエステルの重縮合反応による分子量の増大は、通常、2種類の反応によって進められる。即ち、カルボキシル基とアルコール基とのエステル化反応(脱水縮合反応)、エステル結合とアルコール基とのエステル交換反応(脱ジオール縮合反応)である。特許文献6には、エステル化反応触媒活性とエステル交換反応触媒活性の合計に対するエステル化反応触媒活性の比率に着目し、固相重縮合速度を向上させる技術が開示されている。しかし、該文献に記載の発明は、溶融重縮合の段階でエステル化反応を極力進めることにより末端カルボキシル基濃度が低い、すなわち、末端アルコール基濃度が高いポリエステルプレポリマーを得て、エステル交換反応主体の固相重縮合を行うことを主旨としており、重縮合反応の効率化という点では必ずしも満足できる方法ではなかった。
The increase in molecular weight due to the polycondensation reaction of polyester is usually advanced by two kinds of reactions. That is, an esterification reaction (dehydration condensation reaction) between a carboxyl group and an alcohol group, and an ester exchange reaction (dediol condensation reaction) between an ester bond and an alcohol group.
本発明の課題は、ポリエステルの重縮合反応速度を大にして、高分子量かつ高品質のポリエステルを短い重縮合時間で製造する方法を提供することにより、ポリエステルの製造効率を高めることにある。 An object of the present invention is to increase the production efficiency of polyester by providing a method for producing a high-molecular-weight and high-quality polyester in a short polycondensation time by increasing the polycondensation reaction rate of the polyester.
本発明者らは、前述のポリエステルを高分子量化する2種類の反応(エステル化反応、エステル交換反応)のうち特にエステル化反応による分子量増大に着目し、エステル化反応触媒を用い、エステル化率、プレポリマーの末端カルボキシル基数の総末端数に対する割合などを特定の範囲にコントロールすることにより、エステル化反応とエステル交換反応をバランス良く進行させることで分子量増大がなされ、重縮合の時間短縮と効率化が図れることを見出し本発明に至った。即ち本発明の要旨は以下である。
(1)芳香族ジカルボン酸を主成分とするジカルボン酸成分と、脂肪族ジオールを主成分とするジオール成分とを原料とし、エステル化触媒を用いてエステル化反応によりオリゴマーを得るエステル化工程(a)、得られたオリゴマーを溶融重縮合反応によりプレポリマーを得る溶融重縮合工程(b)、得られたプレポリマーをプレポリマー粒子とする造粒工程(c)、および得られたプレポリマー粒子を固相重縮合反応によりポリエステルを得る固相重縮合工程(d)、とを含む連続的なポリエステルの製造方法であって、以下の(1)〜(4)を満足することを特徴とするポリエステルの製造方法。
(1)エステル化工程(a)において得られるエステル化反応生成物のエステル化率が86%〜96%。
(2)溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に少なくとも1種のエステル化触媒を添加する。
(3)造粒工程(c)において得られるプレポリマー粒子の総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R0が0.20〜0.60であり、かつ、固有粘度が0.25dL/g〜0.50dL/g。
(4)固相重縮合工程(d)において得られるポリエステルの総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R1と前記R0とが下記(式1)を満たし、かつ、固有粘度が0.7dL/g〜1.5dL/g。
(式1) R0 − R1 ≦ 0.1
(2)エステル化触媒として、タングステン触媒を用いることを特徴とする(1)に記載のポリエステルの製造方法。
(3)エステル化触媒として、チタン触媒を用いることを特徴とする(1)または(2)に記載のポリエステルの製造方法。
(4)R0及びR1が下記(式2)を満たすことを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載のポリエステルの製造方法。
(式2) −0.2≦ R0 − R1
(5)エステル化触媒として、タングステン触媒及びチタン触媒を該順に添加することを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載のポリエステルの製造方法。
(6)エステル化工程(a)に先立つ原料調製工程、及び、エステル化工程(a)と溶融重縮合工程(b)の間にオリゴマー移送工程を有し、タングステン触媒をエステル化工程(a)及び/又は原料調製工程において添加し、更にチタン触媒を溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に添加することを特徴とする(5)に記載のポリエステルの製造方法。
(7)エステル化触媒として、チタン触媒及びタングステン触媒を該順に添加することを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載のポリエステルの製造方法。
(8)エステル化工程(a)に先立つ原料調製工程を有し、チタン触媒をエステル化工程(a)及び/又は原料調製工程に添加し、更にタングステン触媒を溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に添加することを特徴とする(7)に記載のポリエステルの製造方法。
(9)プレポリマー粒子の平均質量が1.0mg/粒〜50mg/粒であることを特徴とする(1)〜(8)のいずれか1項に記載のポリエステルの製造方法。
(10)ポリエステル中のアンチモン原子の含有量が10質量ppm以下であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれか1項に記載のポリエステルの製造方法。
The present inventors pay particular attention to an increase in molecular weight due to the esterification reaction among the two kinds of reactions (esterification reaction, transesterification reaction) for increasing the molecular weight of the polyester described above, and using the esterification reaction catalyst, the esterification rate By controlling the ratio of the number of terminal carboxyl groups of the prepolymer to the total number of terminals within a specific range, the molecular weight can be increased by proceeding in a balanced manner between the esterification reaction and the transesterification reaction. As a result, the present invention has been found. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) An esterification step in which an oligomer is obtained by an esterification reaction using an esterification catalyst using a dicarboxylic acid component having an aromatic dicarboxylic acid as a main component and a diol component having an aliphatic diol as a main component as raw materials (a) ), A melt polycondensation step (b) for obtaining a prepolymer from the obtained oligomer by a melt polycondensation reaction, a granulation step (c) using the obtained prepolymer as prepolymer particles, and the obtained prepolymer particles A continuous polyester production method comprising a solid phase polycondensation step (d) for obtaining a polyester by a solid phase polycondensation reaction, wherein the polyester satisfies the following (1) to (4): Manufacturing method.
(1) The esterification rate of the esterification reaction product obtained in the esterification step (a) is 86% to 96%.
(2) Add at least one esterification catalyst to the melt polycondensation step (b) and / or the previous step.
(3) The ratio R0 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the prepolymer particles obtained in the granulating step (c) is 0.20 to 0.60, and the intrinsic viscosity is 0.25 dL / g to 0.00. 50 dL / g.
(4) The ratio R1 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the polyester obtained in the solid phase polycondensation step (d) and R0 satisfy the following (Formula 1), and the intrinsic viscosity is 0.7 dL / g to 1.5 dL / g.
(Formula 1) R0-R1 ≦ 0.1
(2) The method for producing a polyester according to (1), wherein a tungsten catalyst is used as the esterification catalyst.
(3) The method for producing a polyester according to (1) or (2), wherein a titanium catalyst is used as the esterification catalyst.
(4) R0 and R1 satisfy | fill following (Formula 2), The manufacturing method of polyester of any one of (1)-(3) characterized by the above-mentioned.
(Formula 2) −0.2 ≦ R0−R1
(5) The method for producing a polyester according to any one of (1) to (4), wherein a tungsten catalyst and a titanium catalyst are added in this order as an esterification catalyst.
(6) The raw material preparation step prior to the esterification step (a), and the oligomer transfer step between the esterification step (a) and the melt polycondensation step (b), and the tungsten catalyst is converted into the esterification step (a) And / or adding in the raw material preparation step, and further adding a titanium catalyst to the melt polycondensation step (b) and / or the previous step.
(7) The method for producing a polyester according to any one of (1) to (4), wherein a titanium catalyst and a tungsten catalyst are added in this order as an esterification catalyst.
(8) having a raw material preparation step prior to the esterification step (a), adding a titanium catalyst to the esterification step (a) and / or the raw material preparation step, and further adding a tungsten catalyst to the melt polycondensation step (b) and / or Alternatively, the polyester production method according to (7), which is added to the previous step.
(9) The polyester production method according to any one of (1) to (8), wherein the average mass of the prepolymer particles is 1.0 mg / grain to 50 mg / grain.
(10) The method for producing a polyester as described in any one of (1) to (9), wherein the content of antimony atoms in the polyester is 10 mass ppm or less.
本発明により、高分子量で、形状が均一で、かつ、アンチモン原子の含有量が少ない高品質のポリエステルを、短い重縮合時間で製造することが可能になった。 According to the present invention, it is possible to produce a high-quality polyester having a high molecular weight, a uniform shape, and a low content of antimony atoms in a short polycondensation time.
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. In the present specification, “to” is used to mean that the numerical values described before and after it are included as a lower limit value and an upper limit value.
本発明のポリエステルの製造方法は、芳香族ジカルボン酸を主成分とするジカルボン酸成分と、脂肪族ジオールを主成分とするジオール成分とを原料とし、エステル化触媒を用いてエステル化反応によりオリゴマーを得るエステル化工程(a)、得られたオリゴマーを溶融重縮合反応によりプレポリマーを得る溶融重縮合工程(b)、得られたプレポリマーをプレポリマー粒子とする造粒工程(c)、および得られたプレポリマー粒子を固相重縮合反応によりポリエステルを得る固相重縮合工程(d)、とを含む連続的なポリエステルの製造方法であって、以下の(1)〜(4)を満足することを特徴とするポリエステルの製造方法である。
(1)エステル化工程(a)において得られるエステル化反応生成物のエステル化率が86%〜96%。
(2)溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程にエステル化触媒を添加する。
(3)造粒工程(c)において得られるプレポリマー粒子の総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R0が0.20〜0.60であり、かつ、固有粘度が0.25dL/g〜0.50dL/g。
(4)固相重縮合工程(d)において得られるポリエステルの総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R1と前記R0とが下記(式1)を満たし、かつ、固有粘度が0.7dL/g〜1.5dL/g。
(式1) R0 − R1 ≦ 0.1
ここで、連続的な製造方法とは、製品を途切れさせることなく、概略一定の条件で製造し続けることを意味する。
The method for producing a polyester according to the present invention comprises a dicarboxylic acid component having an aromatic dicarboxylic acid as a main component and a diol component having an aliphatic diol as a main component as raw materials, and an oligomer formed by an esterification reaction using an esterification catalyst. The obtained esterification step (a), the melt polycondensation step (b) for obtaining a prepolymer from the obtained oligomer by a melt polycondensation reaction, the granulation step (c) using the obtained prepolymer as prepolymer particles, and the obtained And a solid phase polycondensation step (d) for obtaining a polyester by solid phase polycondensation reaction of the obtained prepolymer particles, which satisfies the following (1) to (4): This is a method for producing polyester.
(1) The esterification rate of the esterification reaction product obtained in the esterification step (a) is 86% to 96%.
(2) An esterification catalyst is added to the melt polycondensation step (b) and / or the previous step.
(3) The ratio R0 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the prepolymer particles obtained in the granulating step (c) is 0.20 to 0.60, and the intrinsic viscosity is 0.25 dL / g to 0.00. 50 dL / g.
(4) The ratio R1 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the polyester obtained in the solid phase polycondensation step (d) and R0 satisfy the following (formula 1), and the intrinsic viscosity is 0.7 dL / g to 1.5 dL / g.
(Formula 1) R0-R1 ≦ 0.1
Here, the continuous production method means that the production is continued under substantially constant conditions without interrupting the product.
本発明のポリエステル製造方法は、好ましくは、ジカルボン酸成分とジオール成分とを混合してスラリーを得る原料調製工程、得られたスラリーをエステル化工程に移送するスラリー移送工程、移送したスラリーをエステル化反応させてエステル化反応生成物(オリゴマー)を得るエステル化工程(a)、得られたオリゴマーを溶融重縮合工程に移送するオリゴマー移送工程、移送したオリゴマーを溶融重縮合反応させてポリエステルのプレポリマーを得る溶融重縮合工程(b)、得られたプレポリマーを造粒工程に移送するプレポリマー移送工程、移送したプレポリマーを造粒してプレポリマー粒子を得る造粒工程(c)、得られたプレポリマー粒子を固相重縮合反応させることによりポリエステルを得る固相重縮合工程(d)を有する。 The polyester production method of the present invention is preferably a raw material preparation step in which a dicarboxylic acid component and a diol component are mixed to obtain a slurry, a slurry transfer step in which the obtained slurry is transferred to an esterification step, and the transferred slurry is esterified An esterification step (a) for obtaining an esterification reaction product (oligomer) by reaction, an oligomer transfer step for transferring the obtained oligomer to a melt polycondensation step, and a polyester prepolymer by subjecting the transferred oligomer to a melt polycondensation reaction A melt polycondensation step (b), a prepolymer transfer step for transferring the obtained prepolymer to a granulation step, a granulation step (c) for granulating the transferred prepolymer to obtain prepolymer particles, A solid phase polycondensation step (d) for obtaining a polyester by subjecting the prepolymer particles to a solid phase polycondensation reaction.
本発明において「芳香族ジカルボン酸を主成分とする」とは、通常、ポリエステルを製造するに使用する全ジカルボン酸成分に対して95モル%以上が芳香族ジカルボン酸成分であることをいい、好ましくは97モル%以上である。芳香族ジカルボン酸成分の含有量が前記範囲未満では、耐熱ボトル等の成形体としての耐熱性が劣る傾向にある。また「脂肪族ジオールを主成分とする」とは、通常、ポリエステルを製造するに使用する全ジオール成分に対して脂肪族ジオール成分が95モル%以上であることをいい、好ましくは97モル%以上である。 In the present invention, “having an aromatic dicarboxylic acid as a main component” usually means that 95 mol% or more is an aromatic dicarboxylic acid component with respect to all dicarboxylic acid components used for producing polyester, preferably Is 97 mol% or more. If content of an aromatic dicarboxylic acid component is less than the said range, it exists in the tendency for the heat resistance as molded objects, such as a heat-resistant bottle, to be inferior. The term “mainly comprising an aliphatic diol” usually means that the aliphatic diol component is 95 mol% or more, preferably 97 mol% or more, based on the total diol components used for producing the polyester. It is.
芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、ジブロモイソフタル酸、スルホイソフタル酸ナトリウム、フェニレンジオキシジカルボン酸、4,4'−ジフェニルジカルボン酸、4,4'−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4'−ジフェニルケトンジカルボン酸、4,4'−ジフェノキシエタンジカルボン酸、4,4'−ジフェニルスルホンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸が挙げられる。なかでも、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸は耐熱性の良好なポリエステルを得やすく好ましい。さらに工業的入手の容易さからテレフタル酸が特に好ましい。
ここで、芳香族ジカルボン酸以外のジカルボン酸成分としては、例えば、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等の脂環式ジカルボン酸、及び、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカジカルボン酸、ドデカジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸等が挙げられる。
Examples of the aromatic dicarboxylic acid include terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, dibromoisophthalic acid, sodium sulfoisophthalate, phenylenedioxydicarboxylic acid, 4,4′-diphenyldicarboxylic acid, 4,4′-diphenyletherdicarboxylic acid, 4 , 4′-diphenyl ketone dicarboxylic acid, 4,4′-diphenoxyethane dicarboxylic acid, 4,4′-diphenylsulfone dicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid and the like. Of these, terephthalic acid and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid are preferred because they provide a polyester with good heat resistance. Furthermore, terephthalic acid is particularly preferred because of its industrial availability.
Here, examples of the dicarboxylic acid component other than the aromatic dicarboxylic acid include alicyclic dicarboxylic acids such as hexahydroterephthalic acid and hexahydroisophthalic acid, and succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, and suberic acid. And aliphatic dicarboxylic acids such as azelaic acid, sebacic acid, undecadicarboxylic acid, and dodecadicarboxylic acid.
また、脂肪族ジオール成分としては、例えば、エチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、オクタメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等の脂肪族ジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,1−シクロヘキサンジメチロール、1,4−シクロヘキサンジメチロール、2,5−ノルボルナンジメチロール等の脂環式ジオールが挙げられる。
中でも、エチレングリコール、テトラメチレングリコールが好ましく、エチレングリコールが特に好ましい。
Examples of the aliphatic diol component include ethylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol, hexamethylene glycol, octamethylene glycol, decamethylene glycol, neopentyl glycol, 2-ethyl-2-butyl- Aliphatic diols such as 1,3-propanediol, diethylene glycol, polyethylene glycol, polytetramethylene ether glycol, 1,2-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,1-cyclohexanedimethylol, 1,4-cyclohexane Examples include alicyclic diols such as dimethylol and 2,5-norbornane dimethylol.
Among these, ethylene glycol and tetramethylene glycol are preferable, and ethylene glycol is particularly preferable.
脂肪族ジオール以外のジオールとしては、キシリレングリコール、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、2,2−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−β−ヒドロキシエトキシフェニル)スルホン酸等の芳香族ジオール、ならびに、2,2−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)プロパンのエチレンオキサイド付加物又はプロピレンオキサイド付加物等が挙げられ、これらのうち2種以上を成分としてもよい。 Diols other than aliphatic diols include xylylene glycol, 4,4′-dihydroxybiphenyl, 2,2-bis (4′-hydroxyphenyl) propane, and 2,2-bis (4′-β-hydroxyethoxyphenyl). Aromatic diols such as propane, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (4-β-hydroxyethoxyphenyl) sulfonic acid, and ethylene oxide adducts of 2,2-bis (4′-hydroxyphenyl) propane or Examples thereof include propylene oxide adducts, and two or more of these may be used as components.
さらに、例えば、グリコール酸、p−ヒドロキシ安息香酸、p−β−ヒドロキシエトキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸やアルコキシカルボン酸、および、ステアリルアルコール、ベンジルアルコール、ステアリン酸、安息香酸、t−ブチル安息香酸、ベンゾイル安息香酸等の単官能成分、トリカルバリル酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、没食子酸、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール等の三官能以上の多官能成分等の一種又は二種以上が、共重合成分として用いられてもよい。 Furthermore, for example, hydroxycarboxylic acids and alkoxycarboxylic acids such as glycolic acid, p-hydroxybenzoic acid, p-β-hydroxyethoxybenzoic acid, and stearyl alcohol, benzyl alcohol, stearic acid, benzoic acid, t-butylbenzoic acid Monofunctional components such as benzoylbenzoic acid, trifunctional or more polyfunctional components such as tricarballylic acid, trimellitic acid, trimesic acid, pyromellitic acid, gallic acid, trimethylolethane, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, etc. 1 type, or 2 or more types may be used as a copolymerization component.
本発明では、溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程において、少なくとも1種のエステル化触媒を添加する。ここで、エステル化触媒とは、反応系に添加することにより、無添加の場合よりエステル化反応が促進される化合物であり、具体的には、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、硫酸、硝酸、リン酸などのブレーンステッド酸やその部分中和物、ならびに、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンチモン、ゲルマニウム、アルミニウム、亜鉛、スズ、マンガン、コバルト、チタンおよびタングステンから選択される金属を含む化合物が挙げられる。中でも触媒活性が高く、得られるポリエステルの色調などが良好であるチタンを含む化合物若しくは混合物であるチタン触媒及び/又はタングステンを含む化合物若しくは混合物であるタングステン触媒が好ましい。アンチモンを含む化合物若しくは混合物であるアンチモン触媒はポリエステル中に異物が発生しやすいため、ポリエステルの含有量として、アンチモン原子が10質量ppm以下であることが好ましい。
チタン触媒としては、例えば、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートテトラマー、テトラ−t−ブチルチタネート、アセチル−トリ−i−プロピルチタネートなどのテトラアルコキシチタネート、酢酸チタン、蓚酸チタン、塩化チタン等のチタン含有化合物の他、アルコール、アルカリ土類金属化合物、リン酸エステル化合物、および前記テトラアルコキシチタネート、酢酸チタン、蓚酸チタン、塩化チタン等のチタン含有化合物の少なく2種以上を混合することにより得られる液状物などが挙げられる。これらのチタン触媒の中でも、テトラ−i−プロピルチタネート及び/又はテトラ−n−ブチルチタネートを含むことが好ましく、テトラ−n−ブチルチタネート、アルコール、アルカリ土類金属化合物およびリン酸エステル化合物を混合することにより得られる液状物がさらに好ましい。溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に添加する合計量としては得られるポリエステルに対するチタン金属原子の量として通常1質量ppm〜20質量ppmであり、4質量ppm〜10質量ppmが好ましい。
タングステン触媒としては、例えば、三酸化タングステン、パラタングステン酸、メタタングステン酸、タングステン酸、ケイタングステン酸、リンタングステン酸およびそれらの塩が挙げられ、中でも、メタタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウムおよびタングステン酸が好ましく、メタタングステン酸アンモニウムおよびパラタングステン酸アンモニウムがさらに好ましい。これらのタングステン触媒は1種類のみを用いても良いし、2種類以上を用いても良い。溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に添加する合計量としては得られるポリエステルに対するタングステン金属原子の量として、通常10質量ppm〜150質量ppmであり、20質量ppm〜100質量ppmがより好ましい。
ここで、エステル化触媒を溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に添加するとは、ジカルボン酸成分とジオール成分とを混合してスラリーを得る原料調製工程、得られたスラリーをエステル化工程に移送するスラリー移送工程、移送したスラリーをエステル化反応させてエステル化反応生成物(オリゴマー)を得るエステル化工程、得られたオリゴマーを溶融重縮合工程に移送するオリゴマー移送工程などに添加することを含み、特にオリゴマー移送工程に添加するのが好ましい。
In the present invention, at least one esterification catalyst is added in the melt polycondensation step (b) and / or the previous step. Here, the esterification catalyst is a compound that, when added to the reaction system, promotes the esterification reaction more than when it is not added. Specifically, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, sulfuric acid, nitric acid, A compound containing a Bronsted acid such as phosphoric acid or a partially neutralized product thereof, and a metal selected from alkali metals, alkaline earth metals, antimony, germanium, aluminum, zinc, tin, manganese, cobalt, titanium, and tungsten. Can be mentioned. Among them, a titanium catalyst which is a compound or mixture containing titanium and / or a compound containing a titanium having a high catalytic activity and good color tone of the resulting polyester and / or a tungsten catalyst which is a compound or mixture containing tungsten is preferable. Since the antimony catalyst which is a compound or mixture containing antimony is liable to generate foreign matter in the polyester, the content of the polyester is preferably 10 ppm by mass or less of antimony atoms.
Examples of titanium catalysts include tetra-n-propyl titanate, tetra-i-propyl titanate, tetra-n-butyl titanate, tetra-n-butyl titanate tetramer, tetra-t-butyl titanate, acetyl-tri-i-propyl. Tetraalkoxy titanates such as titanate, titanium-containing compounds such as titanium acetate, titanium oxalate, and titanium chloride, as well as alcohols, alkaline earth metal compounds, phosphate ester compounds, and the aforementioned tetraalkoxy titanates, titanium acetate, titanium oxalate, titanium chloride Examples thereof include liquid materials obtained by mixing two or more of titanium-containing compounds such as the above. Among these titanium catalysts, it is preferable to contain tetra-i-propyl titanate and / or tetra-n-butyl titanate, and tetra-n-butyl titanate, alcohol, alkaline earth metal compound and phosphate ester compound are mixed. The liquid obtained by this is more preferable. The total amount added to the melt polycondensation step (b) and / or the previous step is usually 1 ppm to 20 ppm by mass as the amount of titanium metal atoms relative to the polyester obtained, and 4 ppm to 10 ppm by mass. preferable.
Examples of the tungsten catalyst include tungsten trioxide, paratungstic acid, metatungstic acid, tungstic acid, silicotungstic acid, phosphotungstic acid, and salts thereof. Among them, ammonium metatungstate, ammonium paratungstate, tungsten Sodium acid and tungstic acid are preferred, and ammonium metatungstate and ammonium paratungstate are more preferred. These tungsten catalysts may use only 1 type and may use 2 or more types. The total amount added to the melt polycondensation step (b) and / or the previous step is usually 10 mass ppm to 150 mass ppm, and 20 mass ppm to 100 mass ppm as the amount of tungsten metal atoms relative to the obtained polyester. Is more preferable.
Here, adding the esterification catalyst to the melt polycondensation step (b) and / or the previous step is a raw material preparation step in which a slurry is obtained by mixing a dicarboxylic acid component and a diol component, and the resulting slurry is esterified. Add to the slurry transfer step to transfer to the conversion step, the esterification step to esterify the transferred slurry to obtain the esterification reaction product (oligomer), the oligomer transfer step to transfer the resulting oligomer to the melt polycondensation step, etc. In particular, it is preferably added to the oligomer transfer step.
本発明の製造方法において、エステル化工程で得られるエステル化反応生成物(オリゴマー)のエステル化率(原料ジカルボン酸成分の全カルボキシル基のうちジオール成分と反応してエステル化したものの割合)は、下限は86%であり、好ましくは92%であり、また上限は96%であり、好ましくは95%である。エステル化率が下限未満の場合、相対的に末端カルボキシル基が過剰であり、重縮合反応の頭打ちが起こるため、好ましくない。エステル化率が上限超過の場合、その後の重縮合工程においてエステル交換反応が主体的となり、本発明の効果が十分に発揮されないため、好ましくない。 In the production method of the present invention, the esterification rate of the esterification reaction product (oligomer) obtained in the esterification step (the ratio of those esterified by reacting with the diol component out of all the carboxyl groups of the raw material dicarboxylic acid component) is: The lower limit is 86%, preferably 92%, and the upper limit is 96%, preferably 95%. When the esterification rate is less than the lower limit, the terminal carboxyl group is relatively excessive, and the polycondensation reaction reaches its peak, which is not preferable. If the esterification rate exceeds the upper limit, the transesterification reaction becomes dominant in the subsequent polycondensation step, which is not preferable because the effects of the present invention are not sufficiently exhibited.
本発明において、造粒工程(c)において得られるプレポリマーの総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R0が0.20〜0.60である。R0の下限は好ましくは0.25であり、上限は0.55が好ましい。R0が下限未満の場合、固相重縮合反応をエステル交換反応中心で進行させる必要があり、本発明の効果が十分に発揮されないため、好ましくない。R0が上限超過の場合、相対的に末端カルボキシル基が過剰であり、重縮合反応の頭打ちが起こるため、好ましくない。造粒工程(c)において得られるプレポリマーの固有粘度は、0.25dL/g〜0.50dL/gであり、下限は好ましくは0.28dL/g、更に好ましくは0.30dL/g、上限は好ましくは0.48dL/g、更に好ましくは0.46dL/gである。 In the present invention, the ratio R0 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the prepolymer obtained in the granulation step (c) is 0.20 to 0.60. The lower limit of R0 is preferably 0.25, and the upper limit is preferably 0.55. When R0 is less than the lower limit, the solid phase polycondensation reaction needs to proceed at the transesterification reaction center, and the effect of the present invention is not sufficiently exhibited, which is not preferable. When R0 exceeds the upper limit, the terminal carboxyl group is relatively excessive and the polycondensation reaction reaches its peak, which is not preferable. The intrinsic viscosity of the prepolymer obtained in the granulation step (c) is 0.25 dL / g to 0.50 dL / g, and the lower limit is preferably 0.28 dL / g, more preferably 0.30 dL / g, and the upper limit. Is preferably 0.48 dL / g, more preferably 0.46 dL / g.
本発明において、固相重縮合工程(d)において得られるポリエステルの総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R1と前記R0とが(式1)を満たし、かつ固有粘度が0.7〜1.5dL/gである。
(式1) R0 − R1 ≦ 0.1
R0−R1の上限は好ましくは0.05、更に好ましくは0.03である。R0−R1の下限は好ましくは−0.5、より好ましくは−0.3、さらに好ましくは−0.2である。R0−R1が下限未満の場合、固相重縮合工程(d)でエステル交換反応の比率が高いため、特に移動床反応器のような層高の高い反応様式の場合、副生するジオールによる固相重縮合速度低下の影響が大きくなる場合がある。R0−R1が上限超過の場合、固相重縮合反応途中で相対的に末端アルコール基が過剰となり、本発明の効果が十分に発揮されないため、好ましくない。
In the present invention, the ratio R1 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the polyester obtained in the solid phase polycondensation step (d) and R0 satisfy (Equation 1), and the intrinsic viscosity is 0.7 to 1.5 dL. / G.
(Formula 1) R0-R1 ≦ 0.1
The upper limit of R0-R1 is preferably 0.05, more preferably 0.03. The lower limit of R0-R1 is preferably -0.5, more preferably -0.3, and still more preferably -0.2. When R0-R1 is less than the lower limit, the ratio of the transesterification reaction is high in the solid phase polycondensation step (d). Therefore, particularly in the case of a reaction mode having a high layer height such as a moving bed reactor, The influence of the phase polycondensation rate reduction may become large. When R0-R1 exceeds the upper limit, the terminal alcohol group becomes relatively excessive during the solid phase polycondensation reaction, and the effects of the present invention are not sufficiently exhibited, which is not preferable.
エステル化率は、エステル化工程における反応時間、温度などにより制御できる。
R0は、溶融重縮合工程における反応時間、温度、圧力、混合状態などにより制御できる。
R1は固相重縮合工程における反応時間、温度、雰囲気中の水やジオール成分の濃度などにより制御することができる。
更には、エステル化率、R0、R1は、添加するエステル化触媒の活性や選択率による影響も受けるため、エステル化触媒の種類の選定や添加時期などによっても制御できる。
本発明では特に、エステル化触媒として、タングステン触媒及びチタン触媒を順次添加することが好ましく、タングステン触媒をエステル化工程(a)及び/又は原料調製工程において添加し、更にチタン触媒を溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に添加する、または、チタン触媒をエステル化工程(a)及び/又は原料調製工程に添加し、更にタングステン触媒を溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に添加することによって好ましく制御できる。
The esterification rate can be controlled by the reaction time and temperature in the esterification step.
R0 can be controlled by the reaction time, temperature, pressure, mixed state, etc. in the melt polycondensation step.
R1 can be controlled by the reaction time, temperature, concentration of water and diol component in the atmosphere in the solid phase polycondensation step.
Furthermore, since the esterification rate, R0 and R1 are also affected by the activity and selectivity of the esterification catalyst to be added, it can be controlled by selecting the type of esterification catalyst and the timing of addition.
In the present invention, it is particularly preferable to add a tungsten catalyst and a titanium catalyst sequentially as the esterification catalyst. The tungsten catalyst is added in the esterification step (a) and / or the raw material preparation step, and further the titanium catalyst is melt polycondensation step. (B) and / or added to the previous step, or a titanium catalyst is added to the esterification step (a) and / or the raw material preparation step, and a tungsten catalyst is further added to the melt polycondensation step (b) and / or It can be preferably controlled by adding to the previous step.
エステル化率、R0、R1、プレポリマーの固有粘度が上記範囲にあるとエステル化反応触媒によるエステル化反応が促進されかつ高反応率まで反応させる必要が無く、また、溶融重縮合反応、固相重縮合反応が速く全体として非常に効率的である。 If the esterification rate, R0, R1, and the intrinsic viscosity of the prepolymer are within the above ranges, the esterification reaction by the esterification reaction catalyst is promoted and there is no need to react to a high reaction rate. The polycondensation reaction is fast and very efficient as a whole.
本発明の固相重縮合工程(b)を経て得られるポリエステルの固有粘度は、0.70dL/g〜1.5dL/gである。好ましい下限値は、0.75dL/g以上である。好ましい上限値は、1.00dL/g以下である。下限未満であるとこれを原料としたボトルなどの成形体の機械強度が劣り、好ましくない。また、上限超過では成形体成形時に溶融粘度が高すぎて成形不良の原因となる場合がある。 The intrinsic viscosity of the polyester obtained through the solid phase polycondensation step (b) of the present invention is 0.70 dL / g to 1.5 dL / g. A preferable lower limit is 0.75 dL / g or more. A preferable upper limit is 1.00 dL / g or less. If it is less than the lower limit, the mechanical strength of a molded article such as a bottle made from the raw material is inferior, which is not preferable. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the melt viscosity may be too high during molding of the molded body, which may cause molding defects.
本発明のポリエステルの製造方法は、通常、芳香族ジカルボン酸を主成分とするジカルボン酸成分と脂肪族ジオールを主成分とするジオール成分からポリエステルを製造するに際して、ジカルボン酸成分とジオール成分とを混合してスラリーを得る原料調製工程、得られたスラリーをエステル化工程に移送するスラリー移送工程、移送したスラリーをエステル化反応させてエステル化反応生成物(オリゴマー)を得るエステル化工程(a)、得られたオリゴマーを溶融重縮合工程に移送するオリゴマー移送工程、移送したオリゴマーを溶融重縮合反応させてポリエステルのプレポリマーを得る溶融重縮合工程(b)、得られたプレポリマーを造粒工程に移送するプレポリマー移送工程、移送したプレポリマーを造粒してプレポリマー粒子を得る造粒工程(c)、得られたプレポリマー粒子を固相重縮合反応させることによりポリエステルを得る固相重縮合工程(d)を有する。以下、具体的に、芳香族ジカルボン酸としてテレフタル酸、ジオールとしてエチレングリコールを例に製造方法を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 The polyester production method of the present invention usually involves mixing a dicarboxylic acid component and a diol component when producing a polyester from a dicarboxylic acid component having an aromatic dicarboxylic acid as a main component and a diol component having an aliphatic diol as a main component. Raw material preparation step for obtaining a slurry, slurry transfer step for transferring the obtained slurry to an esterification step, esterification step (a) for obtaining an esterification reaction product (oligomer) by esterifying the transferred slurry, An oligomer transfer step for transferring the obtained oligomer to a melt polycondensation step, a melt polycondensation step (b) for obtaining a polyester prepolymer by subjecting the transferred oligomer to a melt polycondensation reaction, and the resulting prepolymer for a granulation step Prepolymer transfer process to transfer, granulate the transferred prepolymer to obtain prepolymer particles Granulation step (c), with a solid phase polycondensation step for obtaining a polyester by obtained prepolymer particles solid phase polycondensation reaction (d). Hereinafter, the production method will be specifically described by taking terephthalic acid as the aromatic dicarboxylic acid and ethylene glycol as the diol as an example, but the present invention is not limited thereto.
原料調製工程
本発明において、原料スラリーの調製は、テレフタル酸を主成分とするシカルボン酸成分とエチレングリコールを主成分とするジオール成分、及び必要に応じて用いられる共重合成分等とを、ジカルボン酸成分に対するジオール成分のモル比を、通常、1.0〜2.0として調製する。このモル比は1.05〜1.8とするのが好ましく、1.1〜1.6とするのが更に好ましい。
Raw material preparation step In the present invention, the raw material slurry is prepared by adding a dicarboxylic acid component containing terephthalic acid as a main component, a diol component containing ethylene glycol as a main component, and a copolymerization component used as necessary. The molar ratio of the diol component to the component is usually prepared as 1.0 to 2.0. This molar ratio is preferably 1.05 to 1.8, and more preferably 1.1 to 1.6.
スラリー移送工程、エステル化工程(a)
次いで、調製した原料スラリーを、1つの又は連続する複数のエステル化反応槽を備えたエステル化工程に移送し、常圧〜加圧下、加熱下で、エステル化反応させてポリエステル低分子量体であるオリゴマーとする。
Slurry transfer process, esterification process (a)
Subsequently, the prepared raw material slurry is transferred to an esterification step equipped with one or a plurality of continuous esterification reaction tanks, and is subjected to esterification reaction under normal pressure to pressure and under heating to obtain a polyester low molecular weight product. Let it be an oligomer.
エステル化反応における反応条件としては、単一のエステル化反応槽の場合、通常、温度を240℃〜295℃、圧力を通常0kPaG〜400kPaGとし、攪拌下に、通常、1時間〜10時間の反応時間(滞留時間)とする。
また、複数のエステル化反応槽の場合は、第1段目のエステル化反応槽における反応温度を、通常240℃〜295℃、好ましくは245℃〜293℃、圧力を、通常5kPaG〜300kPaG、好ましくは10kPaG〜200kPaGとし、最終段における反応温度を、通常250℃〜295℃、好ましくは255℃〜293℃、圧力を、通常0kPaG〜150kPaG、好ましくは0kPaG〜130kPaGとする。ここでkPaGは大気圧に対する相対圧力をkPa単位で表したものである。滞留時間の合計は、通常、1〜10時間、好ましくは、1.2〜5時間とする。
As reaction conditions in the esterification reaction, in the case of a single esterification reaction tank, the temperature is usually 240 ° C. to 295 ° C., the pressure is usually 0 kPaG to 400 kPaG, and the reaction is usually performed for 1 hour to 10 hours with stirring. Time (residence time).
In the case of a plurality of esterification reaction tanks, the reaction temperature in the first stage esterification reaction tank is usually 240 ° C. to 295 ° C., preferably 245 ° C. to 293 ° C., and the pressure is usually 5 kPaG to 300 kPaG, preferably Is 10 kPaG to 200 kPaG, the reaction temperature in the final stage is usually 250 ° C. to 295 ° C., preferably 255 ° C. to 293 ° C., and the pressure is usually 0 kPaG to 150 kPaG, preferably 0 kPaG to 130 kPaG. Here, kPaG represents relative pressure with respect to atmospheric pressure in kPa units. The total residence time is usually 1 to 10 hours, preferably 1.2 to 5 hours.
本発明において、エステル化反応生成物としてのオリゴマーのエステル化率は、上記に記載のとおりである。 In the present invention, the esterification rate of the oligomer as the esterification reaction product is as described above.
溶融重縮合工程(b)
引き続いて、得られたオリゴマーを、重縮合反応槽を備えた溶融重縮合工程に移送し、減圧下、加熱下で溶融重縮合反応させる。
Melt polycondensation step (b)
Subsequently, the obtained oligomer is transferred to a melt polycondensation step equipped with a polycondensation reaction tank, and subjected to a melt polycondensation reaction under reduced pressure and heating.
本発明においては、溶融重縮合で得るポリエステルプレポリマーの固有粘度が0.50dL/g以下と低いため、従来よく使用されている攪拌翼を備えた横型プラグフロー型第2段重縮合反応槽および第3段重縮合反応槽は必ずしも必要でなく溶融重縮合工程は単純化され設備コストも低減される。特に、本発明の製造方法は、溶融重縮合反応槽が1つの場合において、従来の製造方法と比較して、より単純化された設備で高分子量のポリエステルを製造できる。 In the present invention, since the intrinsic viscosity of the polyester prepolymer obtained by melt polycondensation is as low as 0.50 dL / g or less, a horizontal plug flow type second-stage polycondensation reaction tank equipped with a stirring blade that is often used conventionally and The third-stage polycondensation reaction tank is not necessarily required, and the melt polycondensation process is simplified and the equipment cost is reduced. In particular, the production method of the present invention can produce a high-molecular-weight polyester with a simpler equipment as compared with the conventional production method in the case of one melt polycondensation reaction tank.
溶融重縮合における反応条件は、反応温度が、通常260〜290℃、好ましくは270℃〜280℃、圧力が、通常50kPaA〜0.1kPaA、好ましくは40kPaA〜0.1kPaAである。ここでkPaAは絶対圧力をkPa単位で表したものである。 The reaction conditions in the melt polycondensation are a reaction temperature of usually 260 to 290 ° C, preferably 270 ° C to 280 ° C, and a pressure of usually 50 kPaA to 0.1 kPaA, preferably 40 kPaA to 0.1 kPaA. Here, kPaA represents the absolute pressure in kPa.
プレポリマー移送工程、造粒工程(c)
前記溶融重縮合により得られた樹脂は、通常、重縮合反応槽の底部に設けられた抜き出し口からストランド状に抜き出して、水冷しながら若しくは水冷後、カッターで切断してポリエステルプレポリマー粒子とする。あるいは、重縮合反応槽の底部に設けられた抜き出し口から水中に吐出して冷却しながら、吐出方向とほぼ平行方向の回転軸を有し、抜き出し口先端部に隣接設置されたカッターで切断してポリエステルプレポリマー粒子とする。または粉砕機で粉砕して所望の平均質量の粒子とすることもできる。プレポリマー粒子の平均質量は、通常0.2mg/粒〜50mg/粒であり、下限は好ましくは0.5mg/粒、より好ましくは1.0mg/粒である。また、上限は好ましくは30mg/粒、より好ましくは20mg/粒である。プレポリマー粒子の平均質量がこの範囲の場合、固相重縮合速度が大きく、また、気力輸送等の取り扱いが容易であるため、一層好ましい。
Prepolymer transfer process, granulation process (c)
The resin obtained by the melt polycondensation is usually extracted in a strand form from an extraction port provided at the bottom of the polycondensation reaction tank, and is cooled with water or after water cooling and then cut with a cutter to obtain polyester prepolymer particles. . Alternatively, while discharging and cooling into the water from the extraction port provided at the bottom of the polycondensation reaction tank, it is cut with a cutter that has a rotating shaft in a direction substantially parallel to the discharge direction and is installed adjacent to the leading end of the extraction port. Polyester prepolymer particles. Alternatively, the particles can be pulverized by a pulverizer to obtain particles having a desired average mass. The average mass of the prepolymer particles is usually 0.2 mg / grain to 50 mg / grain, and the lower limit is preferably 0.5 mg / grain, more preferably 1.0 mg / grain. The upper limit is preferably 30 mg / grain, more preferably 20 mg / grain. When the average mass of the prepolymer particles is within this range, the solid phase polycondensation rate is high, and handling such as aerodynamic transportation is easy, which is more preferable.
結晶化工程
粒子化後のポリエステルプレポリマーを、通常、結晶化する。結晶化は、日本国特許第3073498号公報等に記載の公知の方法によって行うことができ、例えば、120℃〜180℃の不活性ガス気流中で0.5時間〜12時間流動化させることで行うことができる。結晶化を行うことにより、その後の熱処理工程におけるペレット同士の融着を防止できるという効果が得られる。
Crystallization Step The polyester prepolymer after particle formation is usually crystallized. Crystallization can be performed by a known method described in Japanese Patent No. 3073498, for example, by fluidizing in an inert gas stream at 120 ° C. to 180 ° C. for 0.5 to 12 hours. It can be carried out. By performing crystallization, the effect that the fusion | bonding of the pellets in the subsequent heat processing process can be prevented is acquired.
熱処理
本発明では、粒子化後のポリエステルプレポリマーを、または、該プレポリマーを結晶化した後に、熱処理を行ってもよい。熱処理を行うことにより、プレポリマーが固相重縮合され、高分子量化されやすくなる。熱処理は、WO2007/026841号パンフレット等に記載の公知の方法によって行うことができ、例えば、移動床反応器においてポリエステルを上方から下方へ、加熱された不活性ガスを下方から上方へ、それぞれ連続的に流すことで行うことができる。
Heat treatment In the present invention, heat treatment may be performed on the polyester prepolymer after particle formation or after the prepolymer is crystallized. By performing the heat treatment, the prepolymer is subjected to solid-phase polycondensation and is easily increased in molecular weight. The heat treatment can be performed by a known method described in, for example, a pamphlet of WO 2007/026411, for example, in a moving bed reactor, polyester is continuously moved from the top to the bottom, and heated inert gas is continuously flowed from the bottom to the top. This can be done by pouring it through.
固相重縮合工程(d)
本発明では、粒子化後のポリエステルプレポリマーを、必要に応じて、結晶化後及び/または熱処理した後に固相重縮合をする。固相重縮合反応は、温度の下限は、好ましくは200℃であり、より好ましくは205℃であり、さらに好ましくは208℃である。温度の上限は、好ましくは、当該ポリエステルの融点よりも5℃低い温度、より好ましくは融点よりも8℃低い温度、さらに好ましくは融点よりも10℃低い温度の不活性ガス雰囲気において実施する。ここで、ポリエステルの融点とは、当該ポリエステルを、示差走査熱量計を用いて、窒素気流下、0℃から、20℃/分の速度で300℃まで昇温した際のDSC曲線における、最も高温側の吸熱ピークの頂点に対応する温度のことである。また、不活性ガスとは、酸素濃度が、通常、0.1体積%以下、好ましくは0.05体積%以下であり、かつ、実質的にポリエステルと反応しない気体のことである。実質的にポリエステルと反応しない気体としては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、二酸化炭素等が例示でき、主に経済性の点から窒素が好ましく用いられる。
Solid phase polycondensation step (d)
In the present invention, the polyester prepolymer after particle formation is subjected to solid phase polycondensation after crystallization and / or heat treatment, if necessary. In the solid phase polycondensation reaction, the lower limit of the temperature is preferably 200 ° C, more preferably 205 ° C, and further preferably 208 ° C. The upper limit of the temperature is preferably 5 ° C. lower than the melting point of the polyester, more preferably 8 ° C. lower than the melting point, more preferably 10 ° C. lower than the melting point in an inert gas atmosphere. Here, the melting point of polyester is the highest temperature in the DSC curve when the polyester is heated from 0 ° C. to 300 ° C. at a rate of 20 ° C./min under a nitrogen stream using a differential scanning calorimeter. It is the temperature corresponding to the apex of the endothermic peak on the side. Moreover, an inert gas is a gas which oxygen concentration is 0.1 volume% or less normally, Preferably it is 0.05 volume% or less, and does not react with polyester substantially. Examples of the gas that does not substantially react with the polyester include nitrogen, helium, neon, argon, xenon, carbon dioxide and the like, and nitrogen is preferably used mainly from the viewpoint of economy.
固相重縮合温度が低いと固相重縮合速度が遅く、好ましくない。固相重縮合温度が高いと、固相重縮合時にポリエステル粒子が融着するため、好ましくない。特に、ポリエステルプレポリマー粒子の平均質量が0.1mg/粒以下の場合は、融着を回避するために流動床にて固相重縮合するのが好ましい。固相重縮合時間は、目標固有粘度に応じて設定すればよく、通常、1〜50時間程度である。固相重縮合後の平均質量は、通常、固相重縮合前のプレポリマー粒子の平均質量とほぼ一致する。 If the solid phase polycondensation temperature is low, the solid phase polycondensation rate is slow, which is not preferable. A high solid phase polycondensation temperature is not preferable because the polyester particles are fused during solid phase polycondensation. In particular, when the average mass of the polyester prepolymer particles is 0.1 mg / grain or less, solid phase polycondensation is preferably performed in a fluidized bed in order to avoid fusion. The solid phase polycondensation time may be set according to the target intrinsic viscosity, and is usually about 1 to 50 hours. The average mass after the solid phase polycondensation is generally almost the same as the average mass of the prepolymer particles before the solid phase polycondensation.
本発明の製造方法により得られるポリエステルは、射出成形や押出成形によりプリフォームを成形後、延伸ブロー成形により、飲料包装等に用いられるボトルにすることができる。また、ダイレクトブロー成形により、ボトルにすることができる。 The polyester obtained by the production method of the present invention can be made into a bottle used for beverage packaging or the like by stretch blow molding after forming a preform by injection molding or extrusion molding. Moreover, it can be made into a bottle by direct blow molding.
また、押出成形や延伸成形によりフィルム、シートにして包装材料など各種用途に供することができる。また、押出・延伸成形により、繊維とすることができる。 Moreover, it can be used for various uses, such as a packaging material, by making into a film and a sheet | seat by extrusion molding and extending | stretching molding. Moreover, it can be set as a fiber by extrusion and drawing.
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例における物性の測定は、以下の方法により行った。
<固有粘度(以下、「IV」ともいう)>
試料約0.25gを、フェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタン(質量比:1/1)の混合溶媒約25mLに、濃度が1.00×10-2kg/Lとなるように、非晶状態のポリエステルは110℃、30分で、固相重縮合後のポリエステルは140℃、30分でそれぞれ溶解させた後、30℃まで冷却し、全自動溶液粘度計(センテック社製、2CH型DJ504)にて、濃度が1.00×10-2kg/Lの試料溶液及び溶媒のみの落下秒数を測定し、下式により算出した。
IV(dL/g)=[(1+4KH・ηsp)0.5−1]/(200KH・C)
ここで、ηsp=η/η0−1であり、ηは試料溶液の落下秒数を表し、η0は溶媒の落下秒数を表し、Cはポリマー溶液濃度(kg/L)を表し、KHはハギンズの定数である。
本実施例では、KHは0.33を採用した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.
In addition, the measurement of the physical property in an Example and a comparative example was performed with the following method.
<Intrinsic viscosity (hereinafter also referred to as “IV”)>
About 0.25 g of the sample is mixed with about 25 mL of a mixed solvent of phenol / 1,1,2,2-tetrachloroethane (mass ratio: 1/1) so that the concentration becomes 1.00 × 10 −2 kg / L. The polyester in the amorphous state was 110 ° C. for 30 minutes, and the polyester after solid phase polycondensation was dissolved in 140 ° C. and 30 minutes, respectively, cooled to 30 ° C., and fully automatic solution viscometer (manufactured by Sentec Co., Ltd., With 2CH type DJ 504), the sample solution having a concentration of 1.00 × 10 −2 kg / L and the number of falling seconds of the solvent alone were measured and calculated by the following equation.
IV (dL / g) = [(1 + 4K H · η sp ) 0.5 −1] / (200K H · C)
Where η sp = η / η 0 −1, η represents the sample solution drop seconds, η 0 represents the solvent drop seconds, C represents the polymer solution concentration (kg / L), K H is a Haggins constant.
In this embodiment, K H adopted the 0.33.
<ポリエステルプレポリマー粒子の平均質量>
精密天秤を用いて、ポリエステルプレポリマー粒子30粒の合計質量を0.1mgの桁まで測定し、測定値を30で除することにより、粒子1粒当たりの平均質量を算出した。
<Average mass of polyester prepolymer particles>
Using a precision balance, the total mass of 30 polyester prepolymer particles was measured to the order of 0.1 mg, and the measured value was divided by 30 to calculate the average mass per particle.
<末端カルボキシル基濃度(以下、「AV」ともいう)>
試料を粉砕した後、熱風乾燥機にて140℃で15分間乾燥させ、デシケーター内で室温まで冷却した試料から、0.1gを精秤して試験管に採取し、ベンジルアルコール3mLを加えて、乾燥窒素ガスを吹き込みながら195℃、3分間で溶解させ、次いで、クロロホルム5mLを徐々に加えて室温まで冷却した。この溶液にフェノールレッド指示薬を1〜2滴加え、乾燥窒素ガスを吹き込みながら攪拌下に、0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液で滴定し、黄色から赤色に変じた時点で終了とした。また、ブランクとして、ポリエステル試料を使用せずに同様の操作を実施し、これらの結果を用いて以下の式により末端カルボキシル基濃度を算出した。
AV(当量/トン)=(A−B)×0.1×f/W
ここで、Aは、試料を用いた場合の滴定に要した0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の量(μL)を表し、Bは、試料を加えないブランクでの滴定に要した0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の量(μL)を表し、Wは、ポリエステル試料の量(g)を表し、fは、0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の力価を表す。
なお、0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の力価(f)は、試験管にメタノール5mLを採取し、フェノールレッドのエタノール溶液を指示薬として1〜2滴加え、0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液0.4mLで変色点まで滴定し、次いで、力価既知の0.1規定の塩酸を標準液として0.2mL採取して加え、再度、0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液で変色点まで滴定し(以上の操作は、乾燥窒素ガスを吹き込みながら行った。)、以下の式により算出した。
力価(f)=0.1規定の塩酸の力価×0.1規定の塩酸の採取量(μL)/0.1規定の水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の滴定量(μL)
<Terminal carboxyl group concentration (hereinafter also referred to as “AV”)>
After pulverizing the sample, it was dried at 140 ° C. for 15 minutes in a hot air dryer, and 0.1 g was accurately weighed out from the sample cooled to room temperature in a desiccator, and 3 mL of benzyl alcohol was added, The solution was dissolved at 195 ° C. for 3 minutes while blowing dry nitrogen gas, and then 5 mL of chloroform was gradually added and cooled to room temperature. 1 to 2 drops of phenol red indicator was added to this solution, and titrated with 0.1N sodium benzyl alcohol solution of sodium hydroxide under stirring while blowing dry nitrogen gas, and when the color changed from yellow to red, the procedure was terminated. . Moreover, the same operation was implemented as a blank, without using a polyester sample, and the terminal carboxyl group density | concentration was computed by the following formula | equation using these results.
AV (equivalent / ton) = (A−B) × 0.1 × f / W
Here, A represents the amount (μL) of 0.1N sodium hydroxide in benzyl alcohol solution required for titration when a sample was used, and B required for titration with a blank to which no sample was added. This represents the amount (μL) of 0.1 N sodium hydroxide in benzyl alcohol solution, W represents the amount (g) of the polyester sample, and f is the force of 0.1 N sodium hydroxide in benzyl alcohol solution. Represents the value.
The titer (f) of a 0.1 N sodium hydroxide solution in benzyl alcohol was determined by taking 5 mL of methanol into a test tube and adding 1 to 2 drops of a phenol red ethanol solution as an indicator. Titrate with 0.4 mL of benzyl alcohol solution of sodium hydroxide to the discoloration point, then add 0.2 mL of 0.1 N hydrochloric acid with a known titer as a standard solution and add it again. The solution was titrated with a sodium benzyl alcohol solution to the discoloration point (the above operation was performed while blowing dry nitrogen gas), and calculated according to the following equation.
Titer (f) = 0.1 N hydrochloric acid titer × 0.1 N hydrochloric acid collected (μL) /0.1 N sodium hydroxide in benzyl alcohol solution titration (μL)
<ポリエステルの総末端基濃度(以下、「TEV」ともいう)>
ポリエステルの総末端基濃度(TEV)は固有粘度(IV)から以下の式で計算して求めた。
IV(dL/g)から数平均分子量Mnを次式により計算し、
Mn=(IV×10000/7.55)^(1/0.685)
MnからTEV(当量/トン)を次式により計算する。
TEV=2×(1000000/Mn)
<Total end group concentration of polyester (hereinafter also referred to as “TEV”)>
The total terminal group concentration (TEV) of the polyester was calculated from the intrinsic viscosity (IV) by the following formula.
Calculate the number average molecular weight Mn from IV (dL / g) by the following formula:
Mn = (IV × 10000 / 7.55) ^ (1 / 0.685)
TEV (equivalent / ton) is calculated from Mn by the following formula.
TEV = 2 × (1000000 / Mn)
<総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合(R)>
R=AV/TEVで求めた。
<Ratio of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups (R)>
R = AV / TEV.
<実施例1>
エステル化及び/又は重縮合反応に用いたエステル化触媒の調製方法を以下に示す。
<タングステン触媒(触媒)>
メタタングステン酸アンモニウム水溶液(商品名:MW−2、日本無機化学工業社製、三酸化タングステン(WO3)として濃度50質量%)をエチレングリコールで希釈して、タングステン原子濃度が0.2質量%の触媒液(タングステン触媒)を調製した。
<Example 1>
The preparation method of the esterification catalyst used for esterification and / or polycondensation reaction is shown below.
<Tungsten catalyst (catalyst)>
Ammonium metatungstate aqueous solution (trade name: MW-2, manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industries, Ltd., concentration of 50% by mass as tungsten trioxide (WO 3 )) is diluted with ethylene glycol, and the tungsten atom concentration is 0.2% by mass. A catalyst solution (tungsten catalyst) was prepared.
<チタン触媒>
(Ti/Mg/P=1/1/1.2のモル比の触媒液の合成)
300mL摺り栓付きの三角フラスコ中に、エタノール(特級、純度99.6%以上)を50g入れ、次に酢酸マグネシウム・4水和物7.51gを添加し、スターラーで20分間攪拌して、ほぼ均一に溶解させた。次に、エチルアシッドフォスフェート(商品名:JP−502、城北化学社製、モノエステル体とジエステル体の質量比0.82:1)を2.95g入れて5分間攪拌し、更にジブチルホスフェート(商品名:DBP、城北化学工業社製)を4.41g入れて5分間攪拌した。続いてテトラ−n−ブチルチタネート11.91gを添加し、10分間攪拌することで均一溶液を得た。得られた混合液にエチレングリコール36.1gを加え、次に300mLのナスフラスコに移してエバポレーターにセットし、60℃、11kPaAの条件でエタノール及び低沸物を留去し、47.9gの均一透明な触媒液(チタン触媒)を調製した。チタン触媒液中の各金属成分の割合はTi/Mg/P=1/1/1.2(モル比)であり、チタン濃度3.5質量%であった。
<Titanium catalyst>
(Synthesis of catalyst solution having a molar ratio of Ti / Mg / P = 1/1 / 1.2)
In an Erlenmeyer flask with a 300 mL stopper, put 50 g of ethanol (special grade, purity 99.6% or more), then add 7.51 g of magnesium acetate tetrahydrate, stir with a stirrer for 20 minutes, It was dissolved uniformly. Next, 2.95 g of ethyl acid phosphate (trade name: JP-502, manufactured by Johoku Chemical Co., Ltd., mass ratio of monoester to diester) is added and stirred for 5 minutes, and further dibutyl phosphate ( (Product name: DBP, Johoku Chemical Co., Ltd.) 4.41 g was added and stirred for 5 minutes. Subsequently, 11.91 g of tetra-n-butyl titanate was added and stirred for 10 minutes to obtain a uniform solution. Ethylene glycol (36.1 g) was added to the resulting mixture, then transferred to a 300 mL eggplant flask and set in an evaporator. Ethanol and low boiling point were distilled off under conditions of 60 ° C. and 11 kPaA to obtain 47.9 g of homogeneous mixture. A transparent catalyst solution (titanium catalyst) was prepared. The ratio of each metal component in the titanium catalyst solution was Ti / Mg / P = 1/1 / 1.2 (molar ratio), and the titanium concentration was 3.5% by mass.
<ポリエステルの製造>
以下にポリエステルの製造方法を示す。
(ポリエステルプレポリマーの製造およびプレポリマーの粒子化)
撹拌機、エチレングリコール仕込み配管及びテレフタル酸仕込み配管を具備するスラリー調製槽;スラリーやエステル化反応物を各エステル化反応槽へ移送する各配管;撹拌機、分離塔、原料受入れ口、触媒仕込み配管、エチレングリコール仕込み配管および反応物移送配管を具備する完全混合型第一エステル化反応槽及び第二エステル化反応槽;エステル化反応物(オリゴマー)を溶融重縮合反応槽へ移送する配管;撹拌機、分離塔、オリゴマー受入れ口及びプレポリマー抜き出し口を具備する完全混合型第一溶融重縮合反応槽;撹拌機、分離塔、プレポリマー受入れ口及びポリマー抜き出し口を具備するプラグフロー型第二溶融重縮合反応槽及び第三溶融重縮合反応槽;プレポリマーを抜き出し口よりギヤポンプを介してダイプレートからストランド状に取り出し水冷下ストランドカットする粒子化装置(ストランドカッターはリーター・オートマチック社製、ペレタイザー、P−USG100)を備えたポリエステルプレポリマー連続製造装置を用いた。
<Manufacture of polyester>
The method for producing polyester is shown below.
(Production of polyester prepolymer and prepolymerization of prepolymer)
Slurry preparation tank equipped with stirrer, ethylene glycol feed pipe and terephthalic acid feed pipe; each pipe for transferring slurry and esterification reaction product to each esterification reaction tank; stirrer, separation tower, raw material receiving port, catalyst feed pipe A fully mixed type first esterification reaction tank and a second esterification reaction tank equipped with an ethylene glycol charging pipe and a reactant transfer pipe; a pipe for transferring the esterification reaction product (oligomer) to the melt polycondensation reaction tank; A fully mixed type first melt polycondensation reaction tank having a separation tower, an oligomer receiving port and a prepolymer outlet; a plug flow type second melt weight having a stirrer, a separation tower, a prepolymer receiving port and a polymer outlet Condensation reaction tank and third melt polycondensation reaction tank: Draw the prepolymer from the die through the gear pump Particle apparatus for cooling with water strand cutting extraction into strands (strand cutter Rieter-automatic Co., pelletizer, P-USG100) using a polyester prepolymer continuous production apparatus equipped with.
前記のポリエステルプレポリマー連続製造装置を用いて、テレフタル酸とエチレングリコールとをエステル化反応し、更に溶融重縮合反応することにより得られた溶融状態のプレポリマーをダイプレートからストランド状に取り出し切断することで、ポリエステルプレポリマー粒子を製造した。具体的には以下の通りに行った。
スラリー調製槽にて、テレフタル酸/イソフタル酸/エチレングリコール(モル比で、0.985:0.015:1.5)スラリーを調製した。また、ビス−(β−ヒドロキシエチル)テレフタレート400質量部をエステル化第一槽に仕込み窒素雰囲気下で溶融し、温度262℃、圧力92kPaGに保たれた中へ、前記のスラリー調製槽で調製されたスラリーを135質量部/時間で、ポリエステルとしての平均滞留時間が4.6時間になるように連続的に仕込み、分離塔から生成する水を留去しながらエステル化反応を行いつつ、反応液を連続的にエステル化第二反応槽へ移送した。
第二エステル化反応槽では、温度260℃、圧力3.5kPaGに設定し、上記で調製したタングステン触媒を、得られるポリエステルプレポリマーに対して、タングステンとして40質量ppmとなる量を連続的に添加し、また、エチレングリコールを4質量部/時間の速度で連続的に添加しながら、平均滞留時間1.9時間でエステル化反応を行った。定常状態における第二エステル化反応槽出口における反応物サンプルのエステル化率は95.6%であった。
続いて移送配管を通じ完全混合型第一溶融重縮合反応槽へ連続的に移送すると同時に、この移送配管に、上記にて調製したチタン触媒を、得られるポリエステルプレポリマーに対して、チタン、マグネシウム、リンが、それぞれ、4質量ppm、2質量ppm、3.1質量ppmとなるように、連続的に添加した。
第一溶融重縮合反応槽では、温度270℃、圧力3kPaA下、平均滞留時間1.5時間にて反応を行い、移送配管を通じ第二溶融重縮合反応槽へ連続的に移送した。
第二溶融重縮合反応槽では、温度270℃、圧力3kPaA下、平均滞留時間1.0時間にて溶融重縮合反応を行い、移送配管を通じ第三溶融重縮合反応槽へ移送した。
第三溶融重縮合反応槽では、温度270℃、圧力3kPaA下、平均滞留時間0.5時間にて溶融重縮合反応を行った。
Using the polyester prepolymer continuous production apparatus, terephthalic acid and ethylene glycol are esterified, and the melted polycondensation obtained by melt polycondensation is taken out from the die plate into strands and cut. Thus, polyester prepolymer particles were produced. Specifically, it was performed as follows.
In a slurry preparation tank, a slurry of terephthalic acid / isophthalic acid / ethylene glycol (molar ratio, 0.985: 0.015: 1.5) was prepared. In addition, 400 parts by mass of bis- (β-hydroxyethyl) terephthalate was charged into the first esterification tank, melted in a nitrogen atmosphere, and maintained at a temperature of 262 ° C. and a pressure of 92 kPaG. The slurry was continuously charged at 135 parts by mass / hour so that the average residence time as polyester was 4.6 hours, and the esterification reaction was carried out while distilling off the water produced from the separation tower. Was continuously transferred to the esterification second reaction vessel.
In the second esterification reaction tank, the temperature was set to 260 ° C. and the pressure was set to 3.5 kPaG, and the tungsten catalyst prepared above was continuously added in an amount of 40 mass ppm as tungsten to the polyester prepolymer obtained. Further, the esterification reaction was carried out with an average residence time of 1.9 hours while continuously adding ethylene glycol at a rate of 4 parts by mass / hour. The esterification rate of the reactant sample at the outlet of the second esterification reactor in the steady state was 95.6%.
Subsequently, it is continuously transferred to the fully mixed first melt polycondensation reaction tank through the transfer pipe, and at the same time, the titanium catalyst prepared above is transferred to this transfer pipe with respect to the obtained polyester prepolymer, titanium, magnesium, It added continuously so that phosphorus might be 4 mass ppm, 2 mass ppm, and 3.1 mass ppm, respectively.
In the first melt polycondensation reaction tank, the reaction was carried out at a temperature of 270 ° C. and a pressure of 3 kPaA with an average residence time of 1.5 hours, and continuously transferred to the second melt polycondensation reaction tank through a transfer pipe.
In the second melt polycondensation reaction tank, the melt polycondensation reaction was carried out at a temperature of 270 ° C. and a pressure of 3 kPaA with an average residence time of 1.0 hour, and transferred to the third melt polycondensation reaction tank through a transfer pipe.
In the third melt polycondensation reaction tank, the melt polycondensation reaction was performed at a temperature of 270 ° C. and a pressure of 3 kPaA with an average residence time of 0.5 hours.
上記で得られた溶融ポリエステルプレポリマーを、そのまま、ギヤポンプ及び抜き出し配管を通じてダイヘッドへ導き、ダイホールからストランド状に取り出し、水冷後、リーター・オートマチック社製、ペレタイザー、P−USG100により造粒した。造粒方法はストランドカット法であり、具体的には、ストランド状ポリエステルプレポリマーを水と接触させて冷却させながら、水と共にカッター方向に搬送し、カッター前に設置された一対の引取ロールにて挟むことで引き取り、カッターに供給し、固定刃と回転刃とを有するカッターにて切断することにより、ポリエステルプレポリマー粒子を得た。
得られたポリエステルプレポリマー粒子は、長さ1.25mm、幅1.2mm、厚さ0.9mmのほぼ直方体の両端に半円柱を付けた形状に近い楕円柱状で、ほぼ均一な形状であった。粒子の平均質量は1.8mg/粒であり、固有粘度(IV)は0.383dL/g、R0は0.38であった。
結果を表1に示す。表1中、添加EG量は、添加したエチレングリコール量(質量部/h)を示している。また、「h」は、時間を表す(表2以下についても同じ)。さらに、Wはポリエステル中のタングステン原子の量(質量ppm)を表し、Tiはポリエステル中のチタン原子の量(質量ppm)を表す。
The molten polyester prepolymer obtained above was directly led to a die head through a gear pump and an extraction pipe, taken out in a strand form from the die hole, cooled with water, and granulated with a pelletizer, P-USG100, manufactured by Reuter Automatic. The granulation method is a strand cutting method. Specifically, while the strand-shaped polyester prepolymer is brought into contact with water and cooled, it is conveyed in the direction of the cutter together with water, and a pair of take-up rolls installed in front of the cutter. The polyester prepolymer particle was obtained by picking up by pinching, supplying to a cutter, and cutting | disconnecting with the cutter which has a fixed blade and a rotary blade.
The obtained polyester prepolymer particles had a substantially uniform shape with an elliptical column shape close to a shape having semi-cylinders attached to both ends of a substantially rectangular parallelepiped having a length of 1.25 mm, a width of 1.2 mm, and a thickness of 0.9 mm. . The average mass of the particles was 1.8 mg / particle, the intrinsic viscosity (IV) was 0.383 dL / g, and R0 was 0.38.
The results are shown in Table 1. In Table 1, the added EG amount indicates the added ethylene glycol amount (parts by mass / h). “H” represents time (the same applies to Table 2 and the following). Further, W represents the amount (mass ppm) of tungsten atoms in the polyester, and Ti represents the amount (mass ppm) of titanium atoms in the polyester.
(固相重縮合)
上記のポリエステルプレポリマー粒子2.0gをアルミ製トレイ(縦160mm×横100mm、深さ:30mm)にチップ同士が重ならないように並べ、内温60℃に設定されたイナートオーブン(ヤマト科学社製、I/O DN4101)中の中央部に設置した。30NL/分の窒素流通下(ここで、NLとは0℃1気圧における体積(L)のことである)で、60℃から160℃まで30分で昇温させ、160℃で2時間乾燥、結晶化を行った。その後、30分かけて230℃まで昇温し、230℃で、それぞれ、8時間の固相重縮合及び16時間の固相重縮合を行い、ポリエステルを得た。固相重縮合終了後、30分かけて60℃まで降温した後、チップを回収した。固相重縮合時間が8時間の試料及び16時間の試料のIV、R1、ΔIV上昇速度(ΔIV/h)を、それぞれ、求めた。
溶融重縮合後、固相重縮合を8時間行った試料および固相重縮合を16時間行った試料についての結果を表2に示す。
(Solid phase polycondensation)
Inert oven (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) in which 2.0 g of the above polyester prepolymer particles are arranged on an aluminum tray (vertical 160 mm × width 100 mm, depth: 30 mm) so that the chips do not overlap each other and the internal temperature is set to 60 ° C. , I / O DN4101). Under a nitrogen flow of 30 NL / min (where NL is a volume (L) at 0 ° C. and 1 atm), the temperature is raised from 60 ° C. to 160 ° C. in 30 minutes, and dried at 160 ° C. for 2 hours. Crystallization was performed. Thereafter, the temperature was raised to 230 ° C. over 30 minutes, and at 230 ° C., solid phase polycondensation for 8 hours and solid phase polycondensation for 16 hours were performed, respectively, to obtain a polyester. After the solid phase polycondensation was completed, the temperature was lowered to 60 ° C. over 30 minutes, and then the chip was recovered. The IV, R1, and ΔIV increase rates (ΔIV / h) of the sample with a solid phase polycondensation time of 8 hours and the sample with 16 hours were determined, respectively.
Table 2 shows the results of samples subjected to solid phase polycondensation for 8 hours after melt polycondensation and samples subjected to solid phase polycondensation for 16 hours.
<比較例1>
実施例1において、第二エステル化反応槽の温度を263℃、平均滞留時間を2.4時間に変更した以外は実施例1と同様に行った。結果を表1及び表2に示す。なお、粒子の平均質量は1.8mg/粒であった。
<Comparative Example 1>
In Example 1, it carried out like Example 1 except having changed the temperature of the 2nd esterification reaction tank into 263 degreeC, and average residence time to 2.4 hours. The results are shown in Tables 1 and 2. The average mass of the particles was 1.8 mg / particle.
<実施例2>
実施例1において、第二エステル化反応槽に連続添加するエチレングリコール量を3.5質量部/時間とした以外は実施例1と同様に行った。結果を表1及び表2に示す。なお、粒子の平均質量は1.8mg/粒で、ほぼ均一な形状であった。
<Example 2>
In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except having set the amount of ethylene glycol continuously added to a 2nd esterification reaction tank to 3.5 mass parts / hour. The results are shown in Tables 1 and 2. The average mass of the particles was 1.8 mg / particle, and the shape was almost uniform.
<比較例2>
実施例1において、第二エステル化反応槽に連続添加するエチレングリコール量を2質量部/時間とした以外は実施例1と同様に行った。結果を表1及び表2に示す。なお、粒子の平均質量は1.8mg/粒であった。
<Comparative example 2>
In Example 1, it carried out like Example 1 except the amount of ethylene glycol continuously added to a 2nd esterification reaction tank having been 2 mass parts / hour. The results are shown in Tables 1 and 2. The average mass of the particles was 1.8 mg / particle.
<比較例5>
実施例1とは触媒の添加量と添加位置を、また、第二及び第三重縮合反応槽を不使用とするなどを変更し、具体的には以下のように行った。
< Comparative Example 5 >
In Example 1, the amount and position of the catalyst were changed, and the second and third triple condensation reaction tanks were not used. Specifically, the procedure was as follows.
(ポリエステルプレポリマーの製造およびプレポリマーの粒子化)
スラリー調製槽にて、テレフタル酸/イソフタル酸/エチレングリコール(モル比で、0.985:0.015:1.5)スラリーを調製した。また、ビス−(β−ヒドロキシエチル)テレフタレート400質量部をエステル化第一槽に仕込み窒素雰囲気下で溶融し、温度262℃、圧力92kPaGに保たれた中へ、前記のスラリー調製槽で調製されたスラリーを135質量部/時間で、ポリエステルとしての平均滞留時間が4.8時間になるように連続的に仕込み、分離塔から生成する水を留去しながらエステル化反応を行いつつ、反応液を連続的に第二エステル化反応槽へ移送した。第二エステル化反応槽にエチレングリコールを2.8質量部/時間で連続的に添加しながら、温度260℃、圧力3.7kPaG下、平均滞留時間2.4時間でエステル化反応を行った。定常状態における第二エステル化反応槽出口における反応物サンプルのエステル化率は92.6%であった。
続いて移送配管を通じ完全混合型第一溶融重縮合反応槽へ連続的に移送すると同時に、その移送配管のエステル化反応物に、実施例1にて調製したチタン触媒を、得られるポリエステルプレポリマーに対して、チタン、マグネシウム、リンとしてそれぞれ2質量ppm、1質量ppm、1.6質量ppmとなる量を連続的に添加した。更にその下流に、実施例1にて調製したタングステン触媒を、得られるポリエステルプレポリマーに対して、タングステンとして60質量ppmとなるように連続的に添加した。
第一溶融重縮合反応槽では、温度270℃、圧力3kPaA下、平均滞留時間1.6時間にて溶融重縮合反応を行った。このようにして得られた溶融ポリエステルプレポリマーを、ギヤポンプ及び抜き出し配管を通じてダイヘッドへ導き、実施例1のプレポリマー造粒方法と同様の方法により造粒した。その結果、長さ1.25mm、幅1.2mm、厚さ0.9mmのほぼ直方体の両端に半円柱を付けた形状に近い楕円柱状で、ほぼ均一な形状のPETプレポリマー粒子を得た。粒子の平均質量は1.8mg/粒であった。
(Production of polyester prepolymer and prepolymerization of prepolymer)
In a slurry preparation tank, a slurry of terephthalic acid / isophthalic acid / ethylene glycol (molar ratio, 0.985: 0.015: 1.5) was prepared. In addition, 400 parts by mass of bis- (β-hydroxyethyl) terephthalate was charged into the first esterification tank, melted in a nitrogen atmosphere, and maintained at a temperature of 262 ° C. and a pressure of 92 kPaG. The slurry was continuously charged at 135 parts by mass / hour so that the average residence time as polyester was 4.8 hours, and the esterification reaction was carried out while distilling off the water produced from the separation tower. Was continuously transferred to the second esterification reactor. While continuously adding ethylene glycol to the second esterification reactor at 2.8 parts by mass / hour, the esterification reaction was carried out at an average residence time of 2.4 hours under a temperature of 260 ° C. and a pressure of 3.7 kPaG. The esterification rate of the reactant sample at the outlet of the second esterification reactor in the steady state was 92.6%.
Subsequently, the titanium catalyst prepared in Example 1 was applied to the esterification reaction product of the transfer pipe at the same time as the polyester prepolymer obtained by continuously transferring to the fully mixed first melt polycondensation reaction tank through the transfer pipe. In contrast, titanium, magnesium, and phosphorus were continuously added in amounts of 2 mass ppm, 1 mass ppm, and 1.6 mass ppm, respectively. Further downstream, the tungsten catalyst prepared in Example 1 was continuously added to the obtained polyester prepolymer so as to be 60 ppm by mass as tungsten.
In the first melt polycondensation reaction tank, the melt polycondensation reaction was carried out at an average residence time of 1.6 hours at a temperature of 270 ° C. and a pressure of 3 kPaA. The molten polyester prepolymer thus obtained was guided to the die head through a gear pump and an extraction pipe, and granulated by the same method as the prepolymer granulation method of Example 1. As a result, PET prepolymer particles having a substantially uniform shape and an elliptical columnar shape similar to a shape in which a semicylindrical body was attached to both ends of a substantially rectangular parallelepiped having a length of 1.25 mm, a width of 1.2 mm, and a thickness of 0.9 mm were obtained. The average mass of the particles was 1.8 mg / grain.
得られたポリエステルプレポリマー粒子を実施例1と同様に固相重縮合を行った。但し、固相重縮合は、16時間とした。結果を表1および表3に示す。 The obtained polyester prepolymer particles were subjected to solid phase polycondensation in the same manner as in Example 1. However, the solid phase polycondensation was 16 hours. The results are shown in Tables 1 and 3.
<実施例4>、<比較例3>
比較例5において第二エステル化反応槽の圧力、第一重縮合槽の平均滞留時間をそれぞれ表1に示すように変更した以外は比較例5と同様に行った。結果を表1および表3に示す。なお、実施例4において粒子の平均質量は1.8mg/粒で、ほぼ均一な形状であった。
<Example 4>, <Comparative Example 3>
Comparative Example 5 was carried out in the same manner as Comparative Example 5 except that the pressure in the second esterification reaction tank and the average residence time in the first polycondensation tank were changed as shown in Table 1. The results are shown in Tables 1 and 3. In Example 4, the average mass of the particles was 1.8 mg / particle, which was a substantially uniform shape.
<実施例5>
(結晶化工程)
実施例4で得たプレポリマー粒子30gを底面が130mm×170mmの角形で、深さが30mmのステンレス製バットに広げて置き、内部のガス温度が180℃のイナートオーブン(タバイエスペック社製、IPHH−201M型)に入れ、イナートオーブンの内部に流通させる窒素の流量を50NL/分、温度を180℃の窒素流通下として、180℃で1時間の結晶化処理を行った。
<Example 5>
(Crystallization process)
30 g of the prepolymer particles obtained in Example 4 are placed on a stainless steel bat having a bottom surface of 130 mm × 170 mm and a depth of 30 mm, and an inert oven having an internal gas temperature of 180 ° C. (manufactured by Tabay Espec, IPHH). -201M type), and a crystallization treatment was performed at 180 ° C. for 1 hour under a nitrogen flow rate of 50 NL / min and a temperature of 180 ° C. flowing through the inert oven.
(熱処理装置)
実施例4で得たプレポリマー粒子を結晶化処理した試料を、図1に示すガラス製熱処理装置を用いて熱処理を行った。
以下、該熱処理装置について説明する。
図1に示す熱処理装置において、試料は、試料充填部の内径が45mmのガラス製の熱処理管(1)に充填されている。熱処理管(1)には、ガス流量計(2)、窒素導入管(3)、窒素予熱管(4)を経由して、オイルバス(5)に充填されたオイルにより加熱された窒素が導入される。導入された窒素は、熱処理管(1)下部にある分散板(6)により分散され、熱処理管(1)内部で略均一な線速度を有する上昇流となって、試料層(7)を通過する。試料層(7)を通過した窒素は、熱処理管(1)上部にあるフィルター(8)を経由して、ガスパージ口(9)から熱処理管(1)の外部に排出される。熱処理管(1)は枝管(10)を有しており、その上部にある開口部(通常はガラス栓にて閉止してある)から試料の投入や試料の採取が可能である。また、熱処理管(1)内部の試料の温度は、熱電対(11)を備えた温度計(12)で測定できる。本実施例の範囲の温度、空塔線速度においては、熱処理管(1)の内部温度は、オイルバス中のオイル温度よりも2℃低い温度となるため、目標とする固相重縮合温度に対して、オイルの温度は2℃高い温度に調節した。
(Heat treatment equipment)
The sample obtained by crystallizing the prepolymer particles obtained in Example 4 was heat-treated using the glass heat treatment apparatus shown in FIG.
Hereinafter, the heat treatment apparatus will be described.
In the heat treatment apparatus shown in FIG. 1, the sample is filled in a glass heat treatment tube (1) having an inner diameter of a sample filling portion of 45 mm. Nitrogen heated by oil filled in the oil bath (5) is introduced into the heat treatment pipe (1) via the gas flow meter (2), the nitrogen introduction pipe (3), and the nitrogen preheating pipe (4). Is done. The introduced nitrogen is dispersed by the dispersion plate (6) at the lower part of the heat treatment tube (1), becomes an upward flow having a substantially uniform linear velocity inside the heat treatment tube (1), and passes through the sample layer (7). To do. The nitrogen that has passed through the sample layer (7) is discharged from the gas purge port (9) to the outside of the heat treatment tube (1) through the filter (8) at the top of the heat treatment tube (1). The heat treatment tube (1) has a branch tube (10), and a sample can be input and a sample can be collected from an opening (normally closed by a glass stopper) in the upper portion thereof. The temperature of the sample inside the heat treatment tube (1) can be measured with a thermometer (12) equipped with a thermocouple (11). In the temperature range and superficial linear velocity in this example, the internal temperature of the heat treatment tube (1) is 2 ° C. lower than the oil temperature in the oil bath, so that the target solid-phase polycondensation temperature is reached. In contrast, the temperature of the oil was adjusted to a temperature 2 ° C. higher.
(第一段固相重縮合工程)
熱処理管(1)の枝管(10)の開口部より、上記結晶化処理後のプレポリマー粒子30gを仕込み、窒素を流通して内部を窒素置換した。その後熱処理管(1)内の窒素の空塔線速度(ここで「空塔線速度」とは、試料層の空塔線速度を意味する(以下、同じ))が210℃で0.30m/秒となるように窒素の流量をガス流量計(2)で設定し、オイルの温度が212℃に調節された第一のオイルバス(5)に熱処理装置を浸漬した。この時点を210℃での第1段固相重縮合の開始とする。2時間後に枝管(10)の開口部より用試料約0.3gを採取した。
(First stage solid phase polycondensation process)
From the opening of the branch pipe (10) of the heat treatment pipe (1), 30 g of the prepolymer particles after the crystallization treatment were charged, and nitrogen was passed through to replace the inside with nitrogen. Thereafter, the superficial linear velocity of nitrogen in the heat treatment tube (1) (here, “superficial linear velocity” means the superficial linear velocity of the sample layer (hereinafter the same)) is 0.30 m / 210 at 210 ° C. The flow rate of nitrogen was set with a gas flow meter (2) so as to be seconds, and the heat treatment apparatus was immersed in the first oil bath (5) in which the oil temperature was adjusted to 212 ° C. This point is the start of the first stage solid phase polycondensation at 210 ° C. Two hours later, about 0.3 g of a sample for use was collected from the opening of the branch pipe (10).
(昇温工程)
試料採取後、窒素の空塔線速度が235℃で1.0m/秒となるように窒素の流量を変更し、オイルの温度が237℃に調節された第二のオイルバス(5)に熱処理装置を移した。この時点を235℃での昇温工程の開始とした。試料の温度が235℃に到達するまでに、10分を要した。昇温工程の開始から10分後に枝管(10)の開口部より試料を採取した。
<第2段固相重縮合工程>
試料採取後、窒素の空塔線速度が230℃で0.30m/秒となるように窒素の流量を変更し、オイルの温度が232℃に調節された第三のオイルバス(5)に熱処理装置を移した。この時点を230℃での第2段固相重縮合開始とした。第2段固相重縮合開始点から8時間の時点で試料を採取した。第2段固相重縮合の8時間の時点に採取した試料の固有粘度(IV)、R1、ΔIV/hをそれぞれ求めた。結果を表4に示す。
(Temperature raising process)
After sampling, the flow rate of nitrogen is changed so that the superficial linear velocity of nitrogen is 1.0 m / sec at 235 ° C., and heat treatment is performed on the second oil bath (5) in which the oil temperature is adjusted to 237 ° C. The device was moved. This time was defined as the start of the temperature raising process at 235 ° C. It took 10 minutes for the temperature of the sample to reach 235 ° C. A sample was taken from the opening of the branch pipe (10) 10 minutes after the start of the heating step.
<Second stage solid phase polycondensation process>
After sampling, the flow rate of nitrogen was changed so that the superficial linear velocity of nitrogen was 0.30 m / sec at 230 ° C, and heat treatment was performed on the third oil bath (5) in which the oil temperature was adjusted to 232 ° C. The device was moved. This point was designated as the start of the second stage solid phase polycondensation at 230 ° C. A sample was taken at 8 hours from the start of the second stage solid phase polycondensation. Intrinsic viscosities (IV), R1, and ΔIV / h of samples collected at 8 hours after the second stage solid phase polycondensation were determined. The results are shown in Table 4.
<比較例4>
実施例4で得たプレポリマー粒子の代わりに比較例3で得たプレポリマー粒子を用いた以外は実施例5と同様に行った。結果を表4に示す。この例の場合、R0が0.60よりも大きいため、実施例5に比較してΔIV/hが小さい結果だった。
<Comparative example 4>
The same procedure as in Example 5 was performed except that the prepolymer particles obtained in Comparative Example 3 were used instead of the prepolymer particles obtained in Example 4. The results are shown in Table 4. In this example, since R0 was larger than 0.60, ΔIV / h was smaller than that in Example 5.
<実施例6>
(ポリエステルの製造)
以下にポリエステルの製造方法を示す。
<Example 6>
(Manufacture of polyester)
The method for producing polyester is shown below.
(原料オリゴマーの製造)
テレフタル酸ジメチル2012kg(10.4×103モル)とエチレングリコール1286(20.7×103モル)とをエステル化反応槽に供給して溶解後、エチレングリコールに溶解させた酢酸カルシウムを、カルシウム原子として0.20kg(エステル交換反応により得られる生成物に対して100ppm)となるように添加し、220℃に保持しつつ、生成するメタノールを留出させながらエステル交換反応を行った。エステル交換反応が終了した後、このエステル化反応槽に、テレフタル酸1721kg(10.4×103モル)とエチレングリコール772kg(12.4×103モル)とをスラリー調製槽で攪拌・混合して得られたスラリーを3時間かけて連続的に移送し、常圧下、250℃でエステル化反応を行い、移送開始から4時間反応を行った後に、反応液の50%を系外へ抜き出した。
このエステル化反応槽において、前記と同様にして得られたテレフタル酸とエチレングリコールからなるスラリーを追加してエステル化反応を行い、反応液の50%を抜き出す工程を、計10回繰り返して行い、エステル化反応中の酢酸カルシウムの濃度を0.5質量ppm以下とした。
このようにして、実質的にエステル交換触媒成分を含有しないテレフタル酸とエチレングリコールからなるエステル化反応生成物を製造した。このエステル化反応生成物を、エステル化反応槽から抜き出し、大気下で冷却・固化することにより、以下の実施例で使用する原料オリゴマーを得た。得られた原料オリゴマーのエステル化反応率は89%であった。
(Manufacture of raw material oligomers)
After supplying 2012 kg (10.4 × 10 3 mol) of dimethyl terephthalate and ethylene glycol 1286 (20.7 × 10 3 mol) to the esterification reactor and dissolving them, calcium acetate dissolved in ethylene glycol was converted into calcium. It added so that it might become 0.20 kg (100 ppm with respect to the product obtained by transesterification) as an atom, and transesterification was performed, distilling the produced | generated methanol, hold | maintaining at 220 degreeC. After the transesterification reaction was completed, 1721 kg (10.4 × 10 3 mol) of terephthalic acid and 772 kg (12.4 × 10 3 mol) of ethylene glycol were stirred and mixed in this esterification reaction vessel in the slurry preparation vessel. The obtained slurry was continuously transferred over 3 hours, subjected to esterification reaction at 250 ° C. under normal pressure, and after 4 hours of reaction from the start of transfer, 50% of the reaction solution was extracted out of the system. .
In this esterification reaction tank, an esterification reaction was performed by adding a slurry composed of terephthalic acid and ethylene glycol obtained in the same manner as described above, and the step of extracting 50% of the reaction solution was repeated a total of 10 times, The concentration of calcium acetate during the esterification reaction was set to 0.5 mass ppm or less.
In this manner, an esterification reaction product composed of terephthalic acid and ethylene glycol substantially containing no transesterification catalyst component was produced. The esterification reaction product was extracted from the esterification reaction tank, and cooled and solidified in the air to obtain a raw material oligomer used in the following examples. The esterification reaction rate of the obtained raw material oligomer was 89%.
(ポリエステルプレポリマーの製造)
前記原料オリゴマー104gをトルクメータ付属攪拌装置付き重縮合反応器に移して、系内を窒素で置換した後、常圧下オイルバス(260℃一定)中でオリゴマーの溶解を行った。以下、オリゴマー溶解開始時間を0時間として時間を表記する。
30分後に50rpmで攪拌を開始し、60分後にオリゴマーが完全に溶解していることを確認後、タングステン触媒(メタタングステン酸アンモニウム水溶液(商品名:MW−2、日本無機化学工業社製、三酸化タングステン(WO3)として濃度50質量%))を、得られるポリエステルプレポリマーに対してタングステンとして40質量ppmとなるようにエチレングリコールに希釈して2ml添加した。65分後に減圧を開始し、125分後に0.27kPaAまで減圧した。減圧操作は圧力の対数値が時間に逆比例するように行った。重縮合温度は、65分から145分の間に260℃から280℃まで一定速度で昇温した。到達固有粘度が0.40〜0.50dL/gの範囲に入るように、表5に示す重縮合時間、溶融重縮合反応を行った。なお、重縮合時間は減圧開始から常圧に戻すまでの時間とした。
重縮合終了後、攪拌を停止し、窒素にて常圧に戻し、重縮合反応器をオイルバスから取り出した。重縮合反応器をオイルバスから取り出した後、速やかに該反応器の抜き出し口を開け、窒素で系内を微加圧にすることでポリエステルを抜き出し、水冷・固化させてストランド状のポリエステルを得た。得られたポリエステルは粒子の平均質量が1mg/粒となるように裁断された。得られたポリエステルの固有粘度は0.401dL/g、R0は0.33であった。
(Production of polyester prepolymer)
104 g of the raw material oligomer was transferred to a polycondensation reactor equipped with a stirrer with a torque meter, and the system was purged with nitrogen. Then, the oligomer was dissolved in an oil bath (fixed at 260 ° C.) under normal pressure. Hereinafter, the time is expressed by setting the oligomer dissolution start time as 0 hours.
After 30 minutes, stirring was started at 50 rpm, and after 60 minutes, it was confirmed that the oligomer was completely dissolved, and then a tungsten catalyst (ammonium metatungstate aqueous solution (trade name: MW-2, manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industries, Ltd., 3 Tungsten oxide (WO 3 ) in a concentration of 50% by mass)) was diluted with ethylene glycol so as to be 40 mass ppm as tungsten with respect to the obtained polyester prepolymer, and 2 ml was added. Depressurization was started after 65 minutes, and the pressure was reduced to 0.27 kPaA after 125 minutes. The depressurization operation was performed so that the logarithmic value of the pressure was inversely proportional to the time. The polycondensation temperature was increased from 260 ° C. to 280 ° C. at a constant rate between 65 minutes and 145 minutes. The polycondensation time and melt polycondensation reaction shown in Table 5 were performed so that the intrinsic viscosity reached was in the range of 0.40 to 0.50 dL / g. The polycondensation time was defined as the time from the start of decompression to the return to normal pressure.
After completion of the polycondensation, stirring was stopped, the pressure was returned to normal pressure with nitrogen, and the polycondensation reactor was taken out from the oil bath. After removing the polycondensation reactor from the oil bath, quickly open the outlet of the reactor, pull out the polyester by slightly pressurizing the system with nitrogen, water-cool and solidify to obtain a strand-like polyester It was. The obtained polyester was cut so that the average mass of the particles was 1 mg / particle. The obtained polyester had an intrinsic viscosity of 0.401 dL / g and R0 of 0.33.
(固相重縮合)
上記のポリエステルプレポリマー粒子2.0gをアルミ製トレイ(縦160mm×横100mm、深さ:30mm)にチップ同士が重ならないように並べ、内温60℃に設定されたイナートオーブン(ヤマト科学社製、I/O DN4101)中の中央部に設置した。30NL/分の窒素流通下(ここで、NLとは0℃1気圧における体積(L)のことである)で、60℃から160℃まで30分で昇温させ、160℃で2時間乾燥、結晶化を行った。その後、30分かけて230℃まで昇温し、230℃で8時間固相重縮合を行い、ポリエステルを得た。固相重縮合終了後、30分かけて60℃まで降温した後、チップを回収した。固相重縮合時間8時間の試料のIV、R1、ΔIV/hを求めた。結果を表5に示す。
(Solid phase polycondensation)
Inert oven (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) in which 2.0 g of the above polyester prepolymer particles are arranged on an aluminum tray (vertical 160 mm × width 100 mm, depth: 30 mm) so that the chips do not overlap each other and the internal temperature is set to 60 ° C. , I / O DN4101). Under a nitrogen flow of 30 NL / min (where NL is a volume (L) at 0 ° C. and 1 atm), the temperature is raised from 60 ° C. to 160 ° C. in 30 minutes, and dried at 160 ° C. for 2 hours. Crystallization was performed. Then, it heated up to 230 degreeC over 30 minutes, solid phase polycondensation was performed at 230 degreeC for 8 hours, and polyester was obtained. After the solid phase polycondensation was completed, the temperature was lowered to 60 ° C. over 30 minutes, and then the chip was recovered. IV, R1, and ΔIV / h of a sample having a solid phase polycondensation time of 8 hours were determined. The results are shown in Table 5.
<実施例7>
実施例6とは溶融重縮合における触媒の種類、添加操作を変更し、具体的には以下のように行った。
<Example 7>
The catalyst type and addition operation in the melt polycondensation were changed from those in Example 6, and the specific procedure was as follows.
(溶融重縮合)
実施例6と同様に製造した原料オリゴマー104gをトルクメータ付属攪拌装置付き重縮合反応器に移して、系内を窒素で置換した後、常圧下オイルバス(260℃一定)中でオリゴマーの溶解を行った。以下、オリゴマー溶解開始時間を0時間として時間を表記する。
30分後に50rpmで攪拌を開始し、60分後にオリゴマーが完全に溶解していることを確認後、チタン触媒(テトラ−n−ブチルチタネート(TBT))を、得られるポリエステルプレポリマーに対してチタンとして4質量ppmとなるようにエチレングリコールに希釈して1mL添加した。次いで65分後にタングステン触媒(メタタングステン酸アンモニウム水溶液(商品名:MW−2、日本無機化学工業社製、三酸化タングステン(WO3)として濃度50質量%))を、得られるポリエステルプレポリマーに対してタングステンとして40質量ppmとなるようにエチレングリコールに希釈して1mL添加した。70分後に減圧を開始し、130分後に0.27kPaAまで減圧した。減圧操作は圧力の対数値が時間に逆比例するように行った。重縮合温度は、70分から150分の間に260℃から280℃まで一定速度で昇温した。到達固有粘度が0.40〜0.50dL/gの範囲に入るように、表5に示す重縮合時間、溶融重縮合反応を行った。なお、重縮合時間は減圧開始から常圧に戻すまでの時間とした。
重縮合終了後、攪拌を停止し、窒素にて常圧に戻し、重縮合反応器をオイルバスから取り出した。重縮合反応器をオイルバスから取り出した後、速やかに該反応器の抜き出し口を開け、窒素で系内を微加圧にすることでポリエステルを抜き出し、水冷・固化させてストランド状のポリエステルを得た。得られたポリエステルは粒子の平均質量が1mg/粒となるように裁断された。得られたポリエステルの固有粘度は0.446dL/g、R0は0.42であった。
得られたポリエステルプレポリマー粒子を実施例6と同様に固相重縮合を行った。結果を表5に示す。
(Melt polycondensation)
104 g of the raw material oligomer produced in the same manner as in Example 6 was transferred to a polycondensation reactor equipped with a stirrer with a torque meter, and the system was replaced with nitrogen. Then, the oligomer was dissolved in an oil bath under normal pressure (constant 260 ° C.). went. Hereinafter, the time is expressed by setting the oligomer dissolution start time as 0 hours.
Stirring was started at 50 rpm after 30 minutes, and after confirming that the oligomer was completely dissolved after 60 minutes, a titanium catalyst (tetra-n-butyl titanate (TBT)) was added to the obtained polyester prepolymer with titanium. As a result, it was diluted with ethylene glycol so as to be 4 ppm by mass, and 1 mL was added. Then, after 65 minutes, a tungsten catalyst (ammonium metatungstate aqueous solution (trade name: MW-2, manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd., concentration of 50% by mass as tungsten trioxide (WO 3 )) is used with respect to the obtained polyester prepolymer. Then, it was diluted with ethylene glycol so as to be 40 ppm by mass as tungsten, and 1 mL was added. After 70 minutes, pressure reduction was started, and after 130 minutes, the pressure was reduced to 0.27 kPaA. The depressurization operation was performed so that the logarithmic value of the pressure was inversely proportional to the time. The polycondensation temperature was raised from 260 ° C. to 280 ° C. at a constant rate between 70 minutes and 150 minutes. The polycondensation time and melt polycondensation reaction shown in Table 5 were performed so that the intrinsic viscosity reached was in the range of 0.40 to 0.50 dL / g. The polycondensation time was defined as the time from the start of decompression to the return to normal pressure.
After completion of the polycondensation, stirring was stopped, the pressure was returned to normal pressure with nitrogen, and the polycondensation reactor was taken out from the oil bath. After removing the polycondensation reactor from the oil bath, quickly open the outlet of the reactor, pull out the polyester by slightly pressurizing the system with nitrogen, water-cool and solidify to obtain a strand-like polyester It was. The obtained polyester was cut so that the average mass of the particles was 1 mg / particle. The intrinsic viscosity of the obtained polyester was 0.446 dL / g, and R0 was 0.42.
The obtained polyester prepolymer particles were subjected to solid phase polycondensation in the same manner as in Example 6. The results are shown in Table 5.
<実施例8>
実施例6において、タングステン触媒をチタン触媒(テトラ−n−ブチルチタネート(TBT))に代え、得られるポリエステルプレポリマーに対してチタンとして4質量ppmとなるようにエチレングリコールに希釈して2mL添加した他は、同様の方法で溶融重縮合を行い、ポリエステルを得た。得られたポリエステルの固有粘度は0.439dL/g、R0は0.30であった。得られたポリエステルプレポリマー粒子を実施例6と同様に固相重縮合を行った。結果を表5に示す。
<Example 8>
In Example 6, the tungsten catalyst was replaced with a titanium catalyst (tetra-n-butyl titanate (TBT)), and the resulting polyester prepolymer was diluted with ethylene glycol so as to be 4 mass ppm as titanium, and 2 mL was added. Otherwise, melt polycondensation was performed in the same manner to obtain a polyester. The obtained polyester had an intrinsic viscosity of 0.439 dL / g and R0 of 0.30. The obtained polyester prepolymer particles were subjected to solid phase polycondensation in the same manner as in Example 6. The results are shown in Table 5.
<実施例9>
(触媒の調製)
実施例6とは溶融重縮合における触媒の種類、添加操作を変更し、具体的には以下のように行った。
(溶融重縮合)
実施例6と同様に製造した原料オリゴマー104gをトルクメータ付属攪拌装置付き重縮合反応器に移して、系内を窒素で置換した後、常圧下オイルバス(260℃一定)中でオリゴマーの溶解を行った。以下、オリゴマー溶解開始時間を0時間として時間を表記する。
30分後に50rpmで攪拌を開始し、60分後にオリゴマーが完全に溶解していることを確認後、エチルアシッドフォスフェート(商品名:JP−502、城北化学社製、モノエステル体とジエステル体の重量比0.82:1、略称:EAP)を、得られるポリエステルプレポリマーに対してリンとして13質量ppmとなるようにエチレングリコールに希釈して0.7mL添加した。次いで65分後にアンチモン触媒(三酸化アンチモン(略称:SbO)1.8質量%エチレングリコール溶液)を、得られるポリエステルプレポリマーに対してアンチモンとして220質量ppmとなるように1.3mL添加した。70分後に減圧を開始し、130分後に0.27kPaAまで減圧した。減圧操作は圧力の対数値が時間に逆比例するように行った。重縮合温度は、70分から150分の間に260℃から280℃まで一定速度で昇温した。到達固有粘度が0.40〜0.50dL/gの範囲に入るように、表5に示す重縮合時間、溶融重縮合反応を行った。なお、重縮合時間は減圧開始から常圧に戻すまでの時間とした。
重縮合終了後、攪拌を停止し、窒素にて常圧に戻し、重縮合反応器をオイルバスから取り出した。重縮合反応器をオイルバスから取り出した後、速やかに該反応器の抜き出し口を開け、窒素で系内を微加圧にすることでポリエステルを抜き出し、水冷・固化させてストランド状のポリエステルを得た。得られたポリエステルは粒子の平均質量が1mg/粒となるように裁断された。得られたポリエステルの固有粘度は0.447dL/g、R0は0.34であった。ポリエステル中のアンチモン原子含有量は、215質量ppmであった。
得られたポリエステルプレポリマー粒子を実施例6と同様に固相重縮合を行った。結果を表5に示す。
<Example 9>
(Preparation of catalyst)
The catalyst type and addition operation in the melt polycondensation were changed from those in Example 6, and the specific procedure was as follows.
(Melt polycondensation)
104 g of the raw material oligomer produced in the same manner as in Example 6 was transferred to a polycondensation reactor equipped with a stirrer with a torque meter, and the system was replaced with nitrogen. Then, the oligomer was dissolved in an oil bath under normal pressure (constant 260 ° C.). went. Hereinafter, the time is expressed by setting the oligomer dissolution start time as 0 hours.
After 30 minutes, stirring was started at 50 rpm, and after 60 minutes, it was confirmed that the oligomer was completely dissolved. Then, ethyl acid phosphate (trade name: JP-502, manufactured by Johoku Chemical Co., Ltd., monoester and diester) A weight ratio of 0.82: 1, abbreviation: EAP) was diluted with ethylene glycol so as to be 13 mass ppm as phosphorus with respect to the obtained polyester prepolymer, and 0.7 mL was added. Then, after 65 minutes, 1.3 mL of an antimony catalyst (antimony trioxide (abbreviation: SbO) 1.8% by mass ethylene glycol solution) was added as antimony to 220 ppm by mass with respect to the obtained polyester prepolymer. After 70 minutes, pressure reduction was started, and after 130 minutes, the pressure was reduced to 0.27 kPaA. The depressurization operation was performed so that the logarithmic value of the pressure was inversely proportional to the time. The polycondensation temperature was raised from 260 ° C. to 280 ° C. at a constant rate between 70 minutes and 150 minutes. The polycondensation time and melt polycondensation reaction shown in Table 5 were performed so that the intrinsic viscosity reached was in the range of 0.40 to 0.50 dL / g. The polycondensation time was defined as the time from the start of decompression to the return to normal pressure.
After completion of the polycondensation, stirring was stopped, the pressure was returned to normal pressure with nitrogen, and the polycondensation reactor was taken out from the oil bath. After removing the polycondensation reactor from the oil bath, quickly open the outlet of the reactor, pull out the polyester by slightly pressurizing the system with nitrogen, water-cool and solidify to obtain a strand-like polyester It was. The obtained polyester was cut so that the average mass of the particles was 1 mg / particle. The intrinsic viscosity of the obtained polyester was 0.447 dL / g, and R0 was 0.34. The content of antimony atoms in the polyester was 215 mass ppm.
The obtained polyester prepolymer particles were subjected to solid phase polycondensation in the same manner as in Example 6. The results are shown in Table 5.
表5の実施例6〜9の結果から、タングステン触媒とチタン触媒を併用する場合に最も良好な触媒活性が得られ、より短い時間で高分子量のポリエステルを製造できることが分かる。 From the results of Examples 6 to 9 in Table 5, it can be seen that the best catalytic activity is obtained when a tungsten catalyst and a titanium catalyst are used in combination, and a high molecular weight polyester can be produced in a shorter time.
本発明により、高分子量で、形状が均一かつアンチモン原子の含有量が少ないポリエステルを、短い重縮合時間で製造することができる。更に、ポリエステルプレポリマーの固有粘度が低いので、複雑で高価な溶融重縮合反応装置を用いる必要が無く効率的な製造方法を提供できる。 According to the present invention, a polyester having a high molecular weight, a uniform shape and a low content of antimony atoms can be produced in a short polycondensation time. Furthermore, since the intrinsic viscosity of the polyester prepolymer is low, it is not necessary to use a complicated and expensive melt polycondensation reaction apparatus, and an efficient production method can be provided.
1: 熱処理管
2: ガス流量計
3: 窒素導入管
4: 窒素予熱管
5: オイルバス
6: 分散板
7: 試料層
8: フィルター
9: ガスパージ口
10: 枝管
11: 熱電対
12: 温度計
1: Heat treatment tube 2: Gas flow meter 3: Nitrogen introduction tube 4: Nitrogen preheating tube 5: Oil bath 6: Dispersion plate 7: Sample layer 8: Filter 9: Gas purge port 10: Branch pipe 11: Thermocouple 12: Thermometer
Claims (10)
(1)エステル化工程(a)において得られるエステル化反応生成物のエステル化率が86%〜96%。
(2)溶融重縮合工程(b)及び/又はそれ以前の工程に少なくとも1種のエステル化触媒を添加する。
(3)造粒工程(c)において得られるプレポリマー粒子の総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R0が0.25〜0.60であり、かつ、固有粘度が0.25dL/g〜0.50dL/g。
(4)固相重縮合工程(d)において得られるポリエステルの総末端基数に対する末端カルボキシル基数の割合R1と前記R0とが下記(式1)を満たし、かつ、固有粘度が0.7dL/g〜1.5dL/g。
(式1) R0 − R1 ≦ 0.1 An esterification step (a) in which an oligomer is obtained by an esterification reaction using an esterification catalyst using a dicarboxylic acid component having an aromatic dicarboxylic acid as a main component and a diol component having an aliphatic diol as a main component as raw materials. A melt polycondensation step (b) for obtaining a prepolymer by a melt polycondensation reaction of the obtained oligomer, a granulation step (c) using the obtained prepolymer as a prepolymer particle, and the resulting prepolymer particle in a solid phase polymerization A continuous polyester production method comprising a solid phase polycondensation step (d) for obtaining a polyester by a condensation reaction, wherein the following (1) to (4) are satisfied: .
(1) The esterification rate of the esterification reaction product obtained in the esterification step (a) is 86% to 96%.
(2) Add at least one esterification catalyst to the melt polycondensation step (b) and / or the previous step.
(3) The ratio R0 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the prepolymer particles obtained in the granulating step (c) is 0.25 to 0.60, and the intrinsic viscosity is 0.25 dL / g to 0.00. 50 dL / g.
(4) The ratio R1 of the number of terminal carboxyl groups to the total number of terminal groups of the polyester obtained in the solid phase polycondensation step (d) and R0 satisfy the following (Formula 1), and the intrinsic viscosity is 0.7 dL / g to 1.5 dL / g.
(Formula 1) R0-R1 ≦ 0.1
(式2) −0.2≦ R0 − R1 R0 and R1 satisfy | fill the following (Formula 2), The manufacturing method of the polyester of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
(Formula 2) −0.2 ≦ R0−R1
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