JP2000034342A - ポリエステルの製造方法 - Google Patents

ポリエステルの製造方法

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JP2000034342A
JP2000034342A JP10201514A JP20151498A JP2000034342A JP 2000034342 A JP2000034342 A JP 2000034342A JP 10201514 A JP10201514 A JP 10201514A JP 20151498 A JP20151498 A JP 20151498A JP 2000034342 A JP2000034342 A JP 2000034342A
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reaction
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germanium dioxide
polyester
catalyst
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Kazuo Murata
和男 村田
Toshiyuki Nakazono
俊幸 中園
Masakazu Kitano
正和 北野
Motoaki Inada
元昭 稲田
Masuo Murai
益夫 村井
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Nippon Ester Co Ltd
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Nippon Ester Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重縮合反応時に留出する二酸化ゲルマニウム
を精製回収して重縮合触媒として再使用するポリエステ
ルの製造方法において、二酸化ゲルマニウムを安価なコ
ストで大規模に精製回収して再使用することが可能にな
るポリエステルの製造方法を提供する。 【解決手段】 二酸化ゲルマニウムを触媒として重縮合
反応を行い、この反応に伴い生成する反応留出液を蒸留
濃縮処理した後、濃縮液中に含有する二酸化ゲルマニウ
ムを精製処理して重縮合反応の触媒に再使用するポリエ
ステルの製造方法において、前記反応留出液を濃縮処理
する工程が二段階からなり、その第一段階目の工程が連
続単蒸留式、第二段階目の工程が回分単蒸留式であっ
て、第一段階目の濃縮処理が特定の条件を満足するよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化ゲルマニウ
ムを重縮合触媒とするポリエステルを製造する方法にお
いて、重縮合反応時に留出する二酸化ゲルマニウムを回
収し、重縮合触媒として再使用するポリエステルの製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリエステルを代表するポリエチレンテ
レフタレート(PET)は、テレフタル酸(TPA)又
はテレフタル酸ジメチル(DMT)とエチレングリコー
ル(EG)とをエステル化反応又はエステル交換反応さ
せてポリエステルオリゴマー(オリゴマー)とし、この
オリゴマーを重縮合触媒の存在下、高温、高減圧下でE
Gを留去しながら重縮合させる方法により製造されてい
る。
【0003】重縮合触媒としては、アンチモン化合物、
ゲルマニウム化合物、チタン化合物等種々の化合物が知
られているが、ボトル用等の高透明度の要求されるポリ
エステルの製造には二酸化ゲルマニウムが一般に使用さ
れている。しかし、二酸化ゲルマニウムは、高価である
とともに、重縮合反応時に投入量の半分以上がEGに伴
われて系外に留出するため、重縮合触媒として必要な量
の2倍以上を投入しなければならず、PETの製造コス
トを著しく高くするという問題を有している。
【0004】そこで、重縮合反応時に留出した二酸化ゲ
ルマニウムを再使用することが試みられている。例え
ば、重縮合反応時の留出液を分離精製することなく、あ
るいは濃縮して、エステル化又はエステル交換反応時に
投入して再使用する方法(特開昭55−110120号
公報)や、反応留出液を濃縮処理した後、二酸化ゲルマ
ニウムを精製処理して再使用する方法(特開昭63−6
9711号公報)等が提案されている。
【0005】しかし、前者の方法では、エステル化又は
エステル交換反応時に二酸化ゲルマニウムの一部が反応
ガスと共に留出してしまい、再使用率が低下するという
問題があった。一方、後者の方法によれば、回収再使用
する二酸化ゲルマニウムに低沸点不純物や高沸点不純物
を含まないため、PETの品質に影響を与えることなく
利用することができる。しかし、この方法では精製処理
工程での回収率を経済的な水準に保つためには反応留出
液を濃縮処理して含有する二酸化ゲルマニウムの濃度を
高めておく必要があるが、濃縮蒸留の際、二酸化ゲルマ
ニウムが蒸留留出液に同伴して留去しやすいことから、
濃縮方式としては濃縮液中の二酸化ゲルマニウムの濃縮
具合に合わせて濃縮条件を変化させることができる回分
単蒸留式濃縮方法が一般的に採用されている。このた
め、濃縮作業効率が悪く、回収コストが著しく高くなっ
てしまうとか、大容量の回収利用ができないという問題
があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決し、重縮合反応時に留出する二酸化ゲルマニウム
を精製回収して重縮合触媒として再使用するポリエステ
ルの製造方法において、二酸化ゲルマニウムの回収コス
トがより安価となり、かつ大規模に精製回収して再使用
することができるポリエステルの製造方法を提供するこ
とを技術的な課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため研究試験を重ね、鋭意検討した結果、
反応留出液を濃縮する工程の一部に連続単蒸留方式を使
用することが可能となる最適な濃縮条件を見い出して本
発明に到達した。すなわち、本発明は、二酸化ゲルマニ
ウムを触媒として重縮合反応を行い、この反応に伴い生
成する反応留出液を蒸留濃縮処理した後、濃縮液中に含
有する二酸化ゲルマニウムを精製処理して重縮合反応の
触媒に再使用するポリエステルの製造方法において、前
記反応留出液を濃縮処理する工程が二段階からなり、そ
の第一段階目の工程が連続単蒸留式、第二段階目の工程
が回分単蒸留式であって、第一段階目の条件が下記範囲
を満足するように濃縮処理することを特徴とするポリエ
ステルの製造方法を要旨とするものである。 処理槽内の真空度 : 40〜270hPa 処理槽内液温度 :100〜180℃ 液面からのガス蒸発速度 :3.0m/秒以下 濃縮比率(供給液量/濃縮液抜き出し量):1.2〜6.0 なお、上記濃縮処理工程のうち、連続単蒸留式とは、反
応留出液を濃縮装置に連続的に供給しつつ、無還流状態
での加熱蒸発及び濃縮液の抜き出し操作も合わせて連続
的に行うものである。また、回分単蒸留式とは、濃縮装
置への1回分の留出液の受入や無還流状態での加熱蒸発
及び濃縮液の抜き出し操作を各々の段階毎に順次行うも
のである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
【0009】本発明は、TPAとEGとからエステル化
反応及び重縮合反応を経てPETを製造する際に好適に
採用される。重縮合触媒としては、二酸化ゲルマニウム
を使用するものであるが、三酸化アンチモンと併用した
場合でも、三酸化アンチモンは重縮合反応時にほとんど
留出しないので、本発明を適用することができる。
【0010】次に、TPAとEGとからPETを製造す
る具体例について、図面を参照しながら説明する。図1
は、本発明の一実施態様を示す概略工程図であり、1は
スラリー槽、2は連続式エステル化反応装置、3は連続
式重縮合反応装置、4はオリゴマー供給配管、5は触媒
液調製槽、6は触媒液供給ポンプ、7は連続単蒸留式濃
縮装置、8は回分単蒸留式濃縮装置、9は精製回収装置
である。
【0011】まず、TPAとEGとをモル比1/1.1
〜1/2.0の割合でスラリー槽1に投入し、撹拌、混
合してスラリーを調製する。次いで、このスラリーを、
オリゴマーの存在する連続式エステル化反応装置2に投
入し、圧力0.1〜0.6MPa、温度230〜280
℃でエステル化反応を行い、オリゴマーを得る。この
際、エステル化反応で発生する水は、蒸留分離して系外
へ排出する。
【0012】得られたオリゴマーをオリゴマー供給配管
4を通して連続式重縮合反応装置3に投入する。そし
て、これと同時にあるいはオリゴマー投入直後に、重縮
合触媒として触媒液調製槽5で作液した二酸化ゲルマニ
ウムのEG溶液を触媒液供給ポンプ6で計量しながら連
続式重縮合反応装置3に供給する。この時の触媒液調製
槽5で作液の際に投入する二酸化ゲルマニウムは、回収
品と新たな物との比率を制限することなく使用すること
ができる。
【0013】連続式重縮合反応装置3では、0.1〜3
0hPaの圧力下で、温度260〜290℃で重縮合反
応が行われる。重縮合反応での反応留出液は、連続単蒸
留式濃縮装置7に導入される。この反応留出液は、E
G、水分(蒸発成分)、飛散したオリゴマーやオリゴマ
ーの分解物(残渣成分)と共に、二酸化ゲルマニウムを
含有している。
【0014】この反応留出液を連続単蒸留式濃縮装置7
へ連続的に供給し、40〜270hPaの圧力下で、1
00〜180℃に加熱して蒸発成分を連続的に留去させ
ると共に第一段階目の濃縮液(前段濃縮液)を連続単蒸
留式濃縮装置7底部から連続的に抜き出す。この時、圧
力が40hPa未満であったり、加熱温度が180℃を
超えると二酸化ゲルマニウムの分圧が大きくなり、蒸発
ロスが著しく増大する。また、圧力が270hPaを超
えたり、加熱温度が100℃未満では、蒸発成分の留去
を十分行うことができず、効率的な濃縮ができない。
【0015】ここでの、蒸発成分ガスが液面から蒸発す
る速度は3.0m/秒以下となるように圧力と温度の条
件を選択する。蒸発する速度が3.0m/秒を超えると
蒸発成分ガスに二酸化ゲルマニウムが同伴し、ロスが著
しく増大する。
【0016】また、濃縮比率(供給液量/濃縮液抜き出
し量)は1.2〜6.0になるように、連続単蒸留式濃
縮装置7底部から抜き出し量などの濃縮操作条件を調節
する。濃縮比率が6.0を超えると二酸化ゲルマニウム
の分圧が大きくなって、蒸発ロスが著しく増大し、1.
2未満では処理負荷が小さいので連続単蒸留式濃縮法の
利点を十分に得ることができない。
【0017】次に、前段濃縮液を回分単蒸留式濃縮装置
8に投入し、撹拌下、15〜100hPaの圧力で13
0〜200℃に加熱して残存する蒸発成分を留去させて
第二段階目の濃縮を行い、最終的な濃縮液(最終濃縮
液)を得る。最終濃縮液は濃縮割合を高くして二酸化ゲ
ルマニウムの残存濃度を高めるほど精製回収装置9での
回収率を高くすることができるが、一方、オリゴマー濃
度も高くなることから最終濃縮液の流動性が悪化し、場
合によっては、精製回収装置9へ移動供給することがで
きなくなる。
【0018】したがって、回分単蒸留式濃縮装置8にお
ける濃縮工程の終了は、濃縮液中のオリゴマー濃度を測
定し、最終濃縮液の良好な流動性が確保されており、か
つ、残存する二酸化ゲルマニウム濃度が十分高められる
オリゴマー濃度の範囲に達した時点とする。この時の最
適なオリゴマーの濃度としては、一般的には30〜60
%の範囲から選択できる。なお、実用的なオリゴマー濃
度の測定方法としては、ケン化価法やガスクロマトグラ
フ法が利用できる。
【0019】得られた最終濃縮液は、精製回収装置9に
投入して二酸化ゲルマニウムを精製回収し、再び重縮合
触媒として使用する。精製回収方法としては、最終濃縮
液に塩酸を加えて二酸化ゲルマニウムを塩化ゲルマニウ
ムとして精製蒸留して得た後、水酸化ナトリウムを加え
て水酸化ゲルマニウムとして精製濾過し、これを脱水反
応させて高純度の二酸化ゲルマニウムを得る方法や、最
終濃縮液を焼却処理し、焼却灰中に残存する二酸化ゲル
マニウムを精製回収する方法などの公知の方法が利用で
きる。なお、本発明は、上記のような連続式の他、回分
式でポリエステルを製造する場合にも適用することがで
きる。
【0020】
【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。なお、測定法は次のとおりである。 (a)色調(b値) 日本電色工業社製300A型色差計で測定した。 (b)極限粘度 ポリエステルをフェノールとテトラクロールエタンとの
等重量混合物を溶媒とし、温度20℃で測定した。 (c)二酸化ゲルマニウム濃度 EG溶液を蛍光X線分析装置リガク社製3270型で測
定した。 (d)オリゴマー濃度 試料を水酸化カリウム・エタノール溶液に溶解し、1/
2規定の塩酸で滴定してケン化価を測定し、求めた。
【0021】実施例1 図1の工程に従って、次の条件でPETの製造を30日
間連続して行った。TPA及びEGを、TPAを200
0kg/h、EGを900kg/hの割合でスラリー槽1に
供給し、撹拌、混合してスラリーとし、このスラリーを
連続式エステル化反応装置2に供給し、圧力0.12M
Pa、温度260℃でエステル化反応を行ってオリゴマ
ーとした。
【0022】次いで、このオリゴマーを連続式重縮合反
応装置3に供給し、二酸化ゲルマニウムの精製回収した
物と新たな物との混合比が2/8である二酸化ゲルマニ
ウムのEG溶液を30kg/hで添加した。重縮合反応装
置3は第1〜3槽からなるもので、各槽の温度及び圧力
を順次、270℃×30hPa、273℃×3hPa、
275℃×1hPaとした。PETの生産量は2300
kg/hで、得られたPETは、極限粘度0.65、b値
0.3であった。
【0023】連続式重縮合反応装置3からの反応留出液
は、連続単蒸留式濃縮装置7に連続的に導入して表1記
載の条件で濃縮処理し、得られた前段濃縮液を回分単蒸
留式濃縮装置8に投入して圧力70hPa、温度150
℃で濃縮処理し、ケン化価の測定値から求められるオリ
ゴマー濃度が50%になるまで濃縮して最終濃縮液を得
た。次に、最終濃縮液を精製回収装置9に投入して精製
回収処理を行い、回収された二酸化ゲルマニウムは再び
触媒液調製槽5に供給した。期間中に得られた二酸化ゲ
ルマニウムの総量は67kgであった。
【0024】実施例2〜4 連続単蒸留式濃縮装置7での条件を表1記載の内容に変
更した以外は実施例1と同様にしてPETの製造を行っ
た。その結果、期間中に得られた二酸化ゲルマニウムの
総量は実施例2では64kg、実施例3では63kg、実施
例4では60kgであった。また、得られたポリエステル
の特性値は、いずれも実施例1と同様の結果であった。
【0025】
【表1】
【0026】比較例1〜3 連続単蒸留式濃縮装置7での条件を表1記載の内容に変
更した以外は実施例1と同様にしてPETの製造を行っ
た。その結果、連続単蒸留式濃縮工程の温度が高い比較
例1、同工程の圧力が低く、ガス蒸発速度が速い比較例
2、同工程の濃縮比率が高い比較例3では、いずれも連
続単蒸留濃縮工程での二酸化ゲルマニウムの留出ロスが
大幅に増加し、これに伴って精製回収工程での収率も低
下したことから、二酸化ゲルマニウムの回収総量は26
kg(比較例1)、45kg(比較例2)、38kg(比較例
3)にすぎなかった。この他のポリエステルの特性値
は、いずれも実施例1と同様の結果であった。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、二酸化ゲルマニウムを
重合触媒とするポリエステルの製造方法において、反応
留出液を濃縮するに際し、連続的な濃縮処理ができるの
で、処理効率が高くなり、二酸化ゲルマニウムを安価な
コストで大規模に精製回収して再使用することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を示す概略工程図である。
【符号の説明】
1 スラリー槽 2 連続式エステル化反応装置 3 連続式重縮合反応装置 4 オリゴマー供給配管 5 触媒液調製槽 6 触媒液供給ポンプ 7 連続単蒸留式濃縮装置 8 回分単蒸留式濃縮装置 9 精製回収装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J029 AA01 AA03 AB04 AC01 AD01 JF361 KD01 KD02 KD05 KD07 KD17 KJ01 KJ03 LB07 LB08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二酸化ゲルマニウムを触媒として重縮合
    反応を行い、この反応に伴い生成する反応留出液を蒸留
    濃縮処理した後、濃縮液中に含有する二酸化ゲルマニウ
    ムを精製処理して重縮合反応の触媒に再使用するポリエ
    ステルの製造方法において、前記反応留出液を濃縮処理
    する工程が二段階からなり、その第一段階目の工程が連
    続単蒸留式、第二段階目の工程が回分単蒸留式であっ
    て、第一段階目の条件が下記範囲を満足するように濃縮
    処理することを特徴とするポリエステルの製造方法。 処理槽内の真空度 : 40〜270hPa 処理槽内液温度 :100〜180℃ 液面からのガス蒸発速度 :3.0m/秒以下 濃縮比率(供給液量/濃縮液抜き出し量):1.2〜6.0
  2. 【請求項2】 第二段階目の濃縮工程において、濃縮液
    中のポリエステルオリゴマー濃度が目的とする濃度に達
    した時点で濃縮工程を終了する、請求項1記載のポリエ
    ステルの製造方法。
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