JP5415839B2 - ポリエチレンテレフタレートの製造方法 - Google Patents
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本発明の製造方法において用いられる原料の1つはエチレングリコールである。更に本発明の効果を妨げない範囲内で他のポリオール成分を共重合しても良い。そのポリオール成分としては具体的には、トリメチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール(テトラメチレングリコール)、ネオペンチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、シクロヘキサンジオール(ジヒドロキシシクロヘキサン)、シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコール等のアルキレングリコールを挙げる事ができる。これらの化合物はその1種、又は2種以上を混合して用いてもよく、目的により任意に選ぶことができる。
本発明の製造方法において用いられる原料の他の1つはジメチルテレフタレートである。更に本発明の効果を妨げない範囲内で他のポリカルボン酸成分を共重合しても良い。そのポリカルボン酸としては、芳香族ジカルボン酸を挙げることができ、具体的にはイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸を挙げることができる。また他のポリカルボン酸としてヘキサヒドロテレフタル酸等のごとき脂環族ジカルボン酸;アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、デカンジカルボン酸等のごとき脂肪族ジカルボン酸等で示されるジカルボン酸成分の1種、又は2種以上を混合して用いてもよく、目的により任意に選ぶことができる。
本発明のポリエチレンテレフタレートの製造方法はいわゆる溶融(液相)重縮合法(A)に該当するが、この方法(A)においては、上記のようなジカルボン酸エステル誘導体成分(以下、単にジカルボン酸成分と表記することがある)と、ジオール成分とを重縮合させてポリエチレンテレフタレートを製造する。この液相重縮合法では、通常まずジカルボン酸成分とジオール成分とをエステル交換反応させ〔エステル交換反応工程(A−1)〕、次いで液相重縮合反応〔溶融重縮合反応工程(A−2)〕させる。具体的には、まずジカルボン酸成分とジオール成分とをエステル交換反応工程(A−1)に供給する。この際、ジカルボン酸成分1モルに対して1.02〜3.0モルのジオール成分を用いる。この工程においては、通常加圧下で行われることが好ましい。
このようにして得られたエステル交換反応生成物は、液相重縮合反応器に供給される。液相重縮合反応器では、重縮合触媒の存在下に減圧下で、得られるポリエチレンテレフタレートの融点以上の温度に加熱し、この際生成するジオール成分を系外に留去させながら重縮合させる。本発明のポリエチレンテレフタレートの製造方法では、上記のような溶融(液相)重縮合反応工程において、25℃のo−クロロフェノール中で測定される固有粘度が、0.40〜1.50dL/gであるポリエステルを製造する。上記のような液相重縮合反応は、重縮合触媒の存在下に行われる。重縮合触媒としては、二酸化ゲルマニウム、ゲルマニウムテトラエトキシド若しくはゲルマニウムテトラ−n−ブトキシドなどのゲルマニウム化合物、三酸化アンチモンなどのアンチモン触媒又はチタニウムテトラブトキシドなどのチタン触媒を用いることができる。
エステル交換触媒としては、チタン化合物(以下エステル交換反応工程で用いるチタン化合物をチタン化合物aと称する)や、一般的なアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の触媒として、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の化合物を挙げることができる。これらは単独で使用してもよく、また二種以上を併用してもよいが、ボトル用のポリエステルを合成するにあたっては、チタン化合物aを用いることが望ましい。アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物をエステル交換触媒として用いるには、チタン化合物と対比し大量に添加する必要があるが、ボトルに成形した際、ボトル胴部の結晶化度が高くなり、ボトル胴部の白化を引き起こす原因となり好ましくない。その点チタン化合物aは、活性が極めて高いため、少量で済み、ボトル胴部の白化を避けることができる。
しかし、チタン化合物を触媒として用いる場合、ポリエチレンテレフタレートが黄化し易いという問題がある。そこで、エステル交換反応終了後、つまり溶融重縮合反応工程において、活性を抑制するため、チタン化合物a中のチタン原子1molあたり、アルカリ金属化合物をアルカリ金属原子として0.5〜4.0倍molを添加することができる。0.5倍mol未満の場合、チタン化合物の活性抑制が不十分であり、続く重縮合反応において、ポリエチレンテレフタレートの黄化が顕著である。また、4.0倍molより多い場合、アルカリ金属化合物自身が触媒としてはたらき、引き起こす分解反応によって、ポリエチレンテレフタレートが黄化したり、上述したようにボトルに成形した場合、ボトル胴部の白化の原因となる。
重縮合触媒としてはゲルマニウム化合物、アンチモン化合物又はチタン化合物bを用いることができ、ゲルマニウム化合物、チタン化合物b及びアンチモン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を重縮合触媒として用いることができる。以下、エステル交換反応工程で用いるチタン化合物と区別するために、溶融重縮合反応工程で用いるチタン化合物をチタン化合物bと称する。これらは単独で使用してもよく、また二種以上を併用してもよいが、ボトル用のポリエステルを合成するにあたっては、ゲルマニウム化合物又はチタン化合物bを用いることが望ましいが、ゲルマニウム化合物を用いることがより好ましい。ゲルマニウム化合物では、一酸化ゲルマニウム、二酸化ゲルマニウム、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウムテトラ−n−ブトキシドなどが例示される。
重縮合反応は、必要に応じて安定剤の共存下に実施することができる。本発明においては安定剤として、ジブチルホスフェート、テレフタル酸、アルカリ金属化合物若しくはアルカリ土類金属からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を使用する必要がある。これらジブチルホスフェート等を使用することで、極めて黄味(col−b)が良好なポリエチレンテレフタレートを得ることができる。
(ア)酢酸チタンの調整
エチレングリコール75.8部に酢酸4.5部を混合した後、テトラブトキシチタン6.3部(チタン原子として0.9部)を添加した。この混合物を空気中、常圧下で60℃にて40分間反応せしめた後、常温に冷却し、目的のチタン化合物を得た。
(ア)固有粘度(IV)
固有粘度は、チップ又はプリフォームのボトル口部(口栓部と同義である。)天面に相当する部分から切り出した試料を一定量計量し、o−クロロフェノールに0.012g/mlの濃度に溶解した後、一旦冷却させ、その溶液をウベローデ式粘度計を用いて35℃の温度条件で測定した溶液粘度から算出した。
(イ)色相(カラー)
非晶ポリマー(固相重縮合工程を行っていないもの等)は170℃×3時間窒素雰囲気下の乾燥機中で熱処理し、結晶化させた後、カラーマシン社製CM−7500型カラーマシンで測定した。結晶化ポリマーはそのままカラーマシン社製CM−7500型カラーマシンで測定した。
(ウ)ジエチレングリコール(DEG)の含有量
ジエチレングリコール含有量は、ポリエチレンテレフタレートサンプルをヒドラジンにて分解し、アジレントテクノロジー製ガスクロマトグラフィーにて測定した。
(エ)成形性
得られたポリエステルチップを窒素気流下160℃にて3時間乾燥した後、常法の射出成形法にて円筒状のボトルプリフォームを成形した。得られた円筒状のボトルプリフォームを目視にて観察し、外観が良好なものを○と判定し、白化や濁りが観察されたものを×と判断した。
重合(加圧下のエステル交換反応法)
テレフタル酸ジメチルエステル100部と1,2−エチレンジオール56部との混合物に、テレフタル酸ジメチルエステルに対し、酢酸チタンをチタン原子として3.0mmol%撹拌機、精留塔及びメタノール留出コンデンサーを設けた加圧反応が可能なステンレス製容器に仕込み、窒素雰囲気下で0.08MPaの加圧を行い、140℃から徐々に昇温しつつ、反応の結果生成するメタノールを系外に留出させながら、エステル交換反応を行った。内温が250℃に達した時点で、テレフタル酸ジメチルエステルに対し、カリウム原子として5.0mmol%、二酸化ゲルマニウム分子として35mmol%なるように調整した酢酸カリウムと二酸化ゲルマニウムの混合液及びジブチルホスフェートをリン原子として20.0mmol%、テレフタル酸を12.2部添加し、10分間撹拌を行った後、エステル交換反応を終了した。
重合(実機レベル:EI 加圧法)
テレフタル酸ジメチルエステル100部と1,2−エチレンジオール56部との混合物に、テレフタル酸ジメチルエステルに対し、酢酸チタンをチタン原子として3.0mmol%を、撹拌機、精留塔及びメタノール留出コンデンサーを設けた加圧反応が可能なステンレス製容器に仕込み、0.08MPaの加圧を行い、140℃から徐々に昇温しつつ、反応の結果生成するメタノールを系外に留出させながら、エステル交換反応を行った。内温が250℃に達した時点で、テレフタル酸ジメチルエステルに対し、カリウム原子として5.0mmol%、二酸化ゲルマニウム分子として35mmol%なるように調整した酢酸カリウムと二酸化ゲルマニウムの混合液及びモノブチルホスフェートをリン原子として20.0mmol%、テレフタル酸を12.2部添加し、10分間撹拌を行った後、反応を終了した。
内温が250℃に達した時点で、テレフタル酸ジメチルエステルに対し、カリウム原子として5.0mmol%、二酸化ゲルマニウム分子として35mmol%、有機顔料であるテラゾールブルー(商品名)をテレフタル酸ジメチルエステル100部に対し、0.36部になるように調整した混合液を使用した以外、比較例1と同様に実施した。触媒種類等を表1に、他の添加物及び得られたポリエステルの評価結果を表2に示した。
内温が250℃に達した時点で、テレフタル酸ジメチルエステルに対し、カリウム原子として5.0mmol%、二酸化ゲルマニウム分子として35mmol%、有機顔料であるテラゾールブルー(商品名)をテレフタル酸ジメチルエステル100部に対し、0.85部になるように調整した混合液を使用した以外、比較例1と同様に実施した。触媒種類等を表1に、他の添加物及び得られたポリエステルの評価結果を表2に示した。
Claims (4)
- エステル交換反応工程と溶融重縮合反応工程を含むポリエチレンテレフタレートの製造方法であって、
ジメチルテレフタレート、エチレングリコールを原料として用い、チタン化合物aである酢酸チタン又はトリメリット酸チタンから選ばれる化合物をエステル交換触媒として用いて加圧下でエステル交換反応工程を行い、
ゲルマニウム化合物及びアンチモン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を重縮合触媒として用い、ジブチルホスフェート、テレフタル酸と、アルカリ金属化合物若しくはアルカリ土類金属化合物を添加して溶融重縮合反応工程を行うことを特徴とするポリエチレンテレフタレートの製造方法。 - 前記アルカリ金属化合物がカリウム化合物である請求項1記載のポリエチレンテレフタレートの製造方法。
- 前記チタン化合物a中のチタン原子1モルあたり、前記アルカリ金属化合物をアルカリ金属原子として0.5〜4.0倍モル添加し、前記アルカリ土類金属化合物をアルカリ土類金属原子として0.3〜2.5倍モル添加する請求項1〜2のいずれか1項記載のポリエチレンテレフタレートの製造方法。
- 前記ジメチルテレフタレート1モルに対して、ジブチルホスフェートを5〜50mmol%添加する請求項1〜3のいずれか1項記載のポリエチレンテレフタレートの製造方法。
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