JP2000191761A - 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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Masatoshi Aoyama
雅俊 青山
Keisuke Honda
圭介 本田
Kenichi Tsutsumi
賢一 堤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】生産性の高いポリエステルの製造方法を提供す
る。 【解決手段】ジカルボン酸とジオールとのエステル化反
応により得られた生成物を重縮合せしめてポリエステル
を製造する方法において、特定の平均重合度及びカルボ
キシル末端基とヒドロキシル末端基の比率を満たす低重
合体を経由して高重合度のポリマーを得ることを特徴と
するポリエステルの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は生産性の高められた
ポリエステルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリエステルは、その優れた性質のゆえ
に、繊維用、フィルム用、ボトル用をはじめ広く種々の
分野で用いられている。なかでもポリエチレンテレフタ
レ−トは機械的強度、化学特性、寸法安定性などに優
れ、好適に使用されている。
【0003】一般にポリエチレンテレフタレートは、テ
レフタル酸またはそのエステル形成性誘導体とエチレン
グリコールから製造されるが、テレフタル酸を使用す
る、いわゆる直接重合法は、原料コストの点で有利なこ
とから広く実施されている。
【0004】この直接重合法によるポリエチレンテレフ
タレートの製造において、より経済的に製造を行うため
には、エステル化反応の原料として供されるテレフタル
酸とエチレングリコールの比率(ジオール/ジカルボン
酸;以下「モル比」という)を適度に調製するなどの方
法で、エステル化反応によって得られる中間体である低
重合体の特性を制御することが重要な因子の一つとな
る。
【0005】例えば、エステル化反応速度を高める方法
の一つとしてモル比を大きくすること、すなわちエチレ
ングリコール量をテレフタル酸に対してできるだけ過剰
に加えることが挙げられるが、実用面では、副反応によ
るジエチレングリコールの生成量が多くなったり、エス
テル化反応を進行させるのに必要な熱量が多くなる、あ
るいは後半の重縮合反応で除去すべきエチレングリコー
ル量が増大するために真空回路の負荷が増大するなどの
相反する事項が生じる。一方、モル比を小さくすること
は、上記とは逆にジエチレングリコールの低減や各工程
でのエネルギー面での有利さが期待できるものの、エス
テル化反応自体の進行が不十分で、得られる低重合体の
エステル化反応率が低いために、そのままではその後の
重縮合反応が十分に進行しないといった問題が発生す
る。
【0006】本発明は、上記のようなポリエチレンテレ
フタレートの製造において、特にエステル化反応開始か
ら重縮合反応開始時点までの反応物の特性の変化に着目
して鋭意検討した結果、エステル化反応の進行を反応物
の重合度と末端基の組成に着目して制御することによ
り、後半の重縮合反応をより短縮でき、全体として高い
生産性が得られることを見出したものである。
【0007】エステル化反応に関しては、例えば、WO
97/21754等においては低重合体にジオールを追
加添加してエステル化反応を促進する方法が提案されて
いるが、単にジオール成分を追加添加するのみでは、エ
ステル化反応は進むものの、同時に低重合体の重合度の
低下を招き、反応時間の短縮に寄与するものではなかっ
た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
エステルの製造方法に関するものであって、生産性が高
められたポリエステルの製造方法を提供するものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記した本発明の目的
は、ジカルボン酸とジオールとのエステル化反応により
得られた生成物を重縮合せしめてポリエステルを製造す
る方法において、平均重合度が5以上で、かつカルボキ
シル末端基とヒドロキシル末端基のモル比率RT(カル
ボキシル末端基/ヒドロキシル末端基)が0.7〜1.
3を満たす低重合体Z1を経由して高重合度のポリマー
を得ることを特徴とするポリエステルの製造方法により
達成される。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のポリエステルはジカルボ
ン酸及びジオールから合成されるポリマーであって、繊
維、フィルム、ボトル等の成型品として用いることが可
能なものであれば特に限定はない。
【0011】このようなポリエステルとして具体的に
は、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリテトラメ
チレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレ
ンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレン
ジカルボキシレ−ト、ポリエチレン−1,2−ビス(2
−クロロフェノキシ)エタン−4,4’−ジカルボキシ
レート、ポリプロピレンテレフタレートなどが挙げられ
る。本発明は、なかでも汎用的に用いられているポリエ
チレンテレフタレートまたは主としてポリエチレンテレ
フタレートの繰り返し単位からなるポリエステル共重合
体の製造において好適である。
【0012】上記のようなポリエステルを得るのに用い
るジカルボン酸としては、具体的には、テレフタル酸、
イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジ
フェニルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、アジピ
ン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキ
サンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸等が挙げられ
る。また、ジオールとしては、エチレングリコール、プ
ロパンジオール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコ
ール、ヘキサメチレングリコール、ジエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
【0013】また、共重合ポリエステルの場合には上記
以外の成分としてp−(β−オキシエトキシ)安息香酸
などのオキシカルボン酸などが共重合されていてもよ
い。
【0014】本発明のポリエステルの製造方法において
は、まず、ジカルボン酸とジオールとのエステル化反応
により得られた生成物を重縮合せしめてポリエステルを
製造する方法において、平均重合度が5以上で、かつカ
ルボキシル末端基とヒドロキシル末端基のモル比率RT
(カルボキシル末端基/ヒドロキシル末端基)が0.7
〜1.3を満たす低重合体Z1を製造する必要がある。
【0015】本発明においては、この低重合体Z1の組
成を経由してさらにエステル化反応を進行させることに
よって、実質的にエステル化反応工程が完結した段階で
の反応物の重合度を極めて高くすることができ、それに
よって重縮合反応の負荷を軽減、反応時間を短縮するこ
とが可能になる。
【0016】経由すべき低重合体Z1の平均重合度は、
より好ましくは7以上、特に好ましくは10以上であ
り、モル比率RTは、より好ましくは0.8〜1.2、
特に好ましくは0.9〜1.1である。
【0017】さらに、低重合体Z1のエステル化反応率
と平均重合度の関係が次の式1を満たすと、後工程にお
けるエステル化反応及び重縮合反応の反応時間が短縮で
きるため好ましい。
【0018】 0.3 ≦(平均重合度)×(1−エステル化反応率)≦0.7 …式1 より好ましくは式2、特には式3を満たすと好ましい。
【0019】 0.35≦(平均重合度)×(1−エステル化反応率)≦0.65…式2 0.4 ≦(平均重合度)×(1−エステル化反応率)≦0.6 …式3 このような平均重合度及び末端基組成の低重合体Z1を
得るためには、ジカルボン酸とジオールをエステル化反
応せしめる際に、両者の仕込みのモル比R1(ジオール
/ジカルボン酸)を1.10以下とすることが好まし
い。モル比が1.10より高い場合には、末端基のモル
比RTが小さくなりやすいため好ましくない。モル比R
1は、より好ましくは0.9〜1.07、特に好ましく
は1.0〜1.05である。
【0020】尚、このようにエステル化反応開始時点で
のモル比R1が比較的低い値であるため、ジカルボン酸
とジオールの混合物の粘度が比較的高くなる。このため
該混合物の送液配管やポンプ中での詰まりを防止した
り、流動性を改善するために、ジカルボン酸とジオール
の合計量に対して10重量%以下の水を添加しても良
い。流動性改善の効果が大きく、かつ反応の熱的負荷を
少なくする観点から、水の添加量は0.5重量%〜8重
量%がより好ましく、1重量%〜6重量%が特に好まし
い。
【0021】本発明においては、上記した特定の平均重
合度と末端基組成を有する低重合体Z1についてさらに
エステル化反応を進行せしめるが、実質的にエステル化
反応工程が終了した段階での反応物Z2のエステル化反
応率は95%以上、平均重合度が10以上であると後工
程における重縮合反応が十分早く進行するため好まし
い。エステル化反応率は、より好ましくは97%以上、
特に好ましくは99%以上である。また、平均重合度
は、より好ましくは12以上、特に好ましくは15以上
である。
【0022】このような特性を有する低重合体Z2を得
るためには、例えば、低重合体Z1に対して新たにジオ
ールを追加添加する。ここで、追加添加するジオールの
量は、ジカルボン酸とエステル化反応開始時の仕込み及
びZ1に対して追加添加したジオールの合計量とのモル
比R2(ジオール/ジカルボン酸)を1.50以下とす
ると、Z2の平均重合度を高く保ったまま、エステル化
反応率を高めることができるので好ましい。モル比R2
は1.20以下とすることがより好ましく、1.15以
下が特に好ましい。ここで追加添加するジオール成分は
Z1を得た後の任意の段階で添加しても良いが、エステ
ル化反応率あるいは平均重合度を制御する観点からは、
Z1製造後、さらにエステル化反応を進行させる工程の
初期段階で添加することが好ましい。
【0023】こうして得られた低重合体Z2は、さらに
重縮合反応を経て、高重合度ポリマーとする。ここで重
縮合反応の方法は、従来公知のいずれの方法を適用して
も良く、例えば、反応物を昇温するとともに減圧にして
脱離してくるジオール成分及びその他の副生物等を除去
しながら所定の重合度まで高める方法や、反応系を減圧
にする代わりに不活性ガスを吹き込み重合度を高める方
法等を適用することができる。
【0024】この重縮合反応の触媒としては、従来公知
の三酸化アンチモン等のアンチモン化合物、二酸化ゲル
マニウム等のゲルマニウム化合物、テトラブチルチタネ
ート等のチタン化合物等が挙げられるが特に限定されな
い。
【0025】また、該重縮合触媒の添加時期は特に限定
されないが、Z1あるいはZ2を得る工程において専ら
エステル化反応を進行させるために、エステル化反応が
実質的に終了した時点以降の段階で反応系に添加するこ
とが好ましい。
【0026】また、本発明ではZ1あるいはZ2を得る
工程でエステル化反応をより効率的に進行させるために
従来公知の種々のエステル化触媒を用いることが好まし
い。具体的には、ジブチルスズオキシド、塩化第一ス
ズ、トリブチルスズメトキシド、オクチル酸スズ、ラウ
リル酸スズ、テトラフェニルスズ等のスズ化合物、テト
ラブチルチタネート等のチタン化合物などが挙げられる
が特に限定されない。
【0027】本発明はバッチ、連続のいずれのプロセス
においても適用可能である。例えば、低重合体Z1を得
る工程を工程1、Z1からZ2を得る工程を工程2、重
縮合工程を工程3とすると、バッチ重合では工程1〜工
程3までを同一の反応槽で実施する方式や、あるいは工
程1と工程2を同一の反応槽で実施し、工程3を別の反
応槽に移して実施する方式を採用することが可能であ
り、一方、連続プロセスでは反応槽を3槽以上として各
槽に上記の各工程を割り当てる方式などを採用すること
ができる。また、後者の場合、ジオール成分の追加添加
は、反応槽と反応槽の間の反応物の移液配管に静的混合
器を設置しておき、該混合器の直前に分岐管を通じてジ
オールを供給するなどの方法を採用しても良い。
【0028】上記したように、本発明はエステル化反応
の途中で得られる低重合体Z1の組成を規定し、該組成
を経由することによって、エステル化反応から重縮合反
応までのポリエステルの製造に要する時間を大幅に短縮
することが可能となる。
【0029】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。なお、実施例中の物性値は以下に述べる方法で測
定した。
【0030】(1)ポリマーの固有粘度[η] オルソクロロフェノールを溶媒として25℃で測定し
た。
【0031】(2)ポリマーまたは低重合体の末端基量
及び平均重合度 カルボキシル末端基量はMauriceらの方法[An
al.Chim.Acta,22,p363(196
0)]によった。
【0032】ヒドロキシル末端基量は、ポリマーまたは
低重合体をヘキサフルオロイソプロパノールに溶解し、
この溶液について13C−NMRで定量した。
【0033】さらに両方の末端基量から数平均分子量を
求め、平均重合度に換算した。
【0034】(3)ポリマーのジエチレングリコール含
有量 ポリマーをモノエタノールアミンと混合、加熱還流して
分解する。得られた溶液をメタノールで希釈後、テレフ
タル酸で中和したものをガスクロマトグラフィーで分析
し、定量した。
【0035】実施例1 主として第1エステル化反応槽、第2エステル化反応槽
及び重縮合反応槽の3つの反応槽からなる連続重合装置
において、予めテレフタル酸16.6重量部とエチレン
グリコール6.4重量部に水1.2重量部及びジブチル
スズオキシド0.04重量部を加えた混合物(モル比R
1=1.03、水5重量%)を撹拌、調製したスラリー
を24.2重量部/時の供給速度で第1エステル化反応
槽に供給した。第1エステル化反応槽での平均滞留時間
は4時間10分、反応温度280度、反応圧力1atm
(1.013×105Pa)であり、得られる反応物の
エステル化反応率は0.95(95%)、平均重合度は
11であった。
【0036】この反応物を連続的に抜き出し、第2エス
テル化反応槽に送液した。尚、送液途中の第2エステル
化反応槽の直前の配管部分にスタテックミキサーを設
け、モル比R2が1.15となるようにエチレングリコ
ールをライン添加、混合した。エチレングリコールを追
添された反応物は、そのまま第2エステル化反応槽に供
給され、反応温度285度、反応圧力1atm(1.0
13×105Pa)でさらにエステル化反応を進行せし
めた。第2エステル化槽での平均滞留時間は2時間、得
られた反応物はエステル化反応率0.995(99.5
%)、平均重合度20であった。
【0037】さらに、この反応物を連続的に抜き出し、
重縮合反応槽に送液した。尚、送液途中の重縮合反応槽
の直前の配管部分にスタテックミキサーを設け、三酸化
アンチモンのエチレングリコールスラリーを得られるポ
リマーに対してアンチモン原子換算で200ppmとな
るようにライン添加した。三酸化アンチモンを添加した
反応物を、そのまま重縮合反応槽に導き、反応温度28
5〜290度、平均反応圧力2Torr(2.66×1
2Pa)で重縮合反応を進行せしめた。
【0038】得られたポリエチレンテレフタレートは、
固有粘度0.68、カルボキシル末端基量28当量/t
on、ジエチレングリコール含有量0.75重量%であ
った。
【0039】実施例2〜4及び比較例1〜3 実施例1で用いた反応装置を用い、エステル化反応開始
時点での仕込みモル比(R1)、水添加量、その他各槽
での反応条件等を変更してポリエチレンテレフタレート
を製造した。結果を表1に示す。
【0040】本発明外の低重合体(Z1)組成のもの
は、本発明の範囲内のものに比べて所定の重合度のポリ
マーを得るのに要する反応時間が長くなる結果となっ
た。
【0041】
【表1】
【0042】
【発明の効果】本発明のポリエステルの製造方法は、従
来公知のものに比べ、より短時間で高重合度のポリマー
を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J029 AA03 AB04 AC01 AC02 AE01 AE02 BA02 BA03 BA04 BA05 BA10 BD03A BD07A BF09 BF25 CA02 CA06 CB05A CB06A CB10A CC05A CC06A CD03 CG25X ED08A HA01 HB01 JA061 JA091 JB111 JB131 JB171 JB201 JF321 JF361 JF371 JF471 KB02 KB06 KB22 KB25 KC01 KC04 KE03 KE15

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジカルボン酸とジオールとのエステル化反
    応により得られた生成物を重縮合せしめてポリエステル
    を製造する方法において、平均重合度が5以上で、かつ
    カルボキシル末端基とヒドロキシル末端基のモル比率R
    T(カルボキシル末端基/ヒドロキシル末端基)が0.
    7〜1.3を満たす低重合体Z1を経由して高重合度の
    ポリマーを得ることを特徴とするポリエステルの製造方
    法。
  2. 【請求項2】低重合体Z1が式1を満たすことを特徴と
    する請求項1記載のポリエステルの製造方法。 0.3 ≦(平均重合度)×(1−エステル化反応率)≦0.7 …式1
  3. 【請求項3】エステル化反応に供するジカルボン酸とジ
    オールの仕込みモル比R1(ジオール/ジカルボン酸)
    が1.10以下であることを特徴とする請求項1または
    2記載のポリエステルの製造方法。
  4. 【請求項4】エステル化反応開始後、重縮合反応開始ま
    でのいずれかの時点で反応系にジオールを追加添加しエ
    ステル化反応率が95%以上、平均重合度が10以上の
    低重合体Z2を得ることを特徴とする請求項1〜3のい
    ずれか1項記載のポリエステルの製造方法。
  5. 【請求項5】ジオールを追加添加した後のモル比R2
    (エステル化反応開始時の仕込み及び追加添加したジオ
    ールの合計/ジカルボン酸)が1.50以下であること
    を特徴とする請求項4記載のポリエステルの製造方法。
  6. 【請求項6】エステル化反応に供するジカルボン酸とジ
    オールに対し、両者の合計量に対して10重量%以下の
    水を添加することを特徴とする請求項1〜5のいずれか
    1項記載のポリエステルの製造方法。
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