JP2001131267A - ポリエステル樹脂およびその製造方法 - Google Patents
ポリエステル樹脂およびその製造方法Info
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Abstract
させにくいポリエステル樹脂を提供する。 【解決手段】テレフタル酸とエチレングリコールを主成
分とするポリエステルであって、ポリエステル中に含ま
れる融点が200℃以下のアセトン可溶性オリゴマー成
分の総量が0.05重量%以下であることを特徴とする
ポリエステル樹脂。
Description
フィルム、繊維成形用に用いられるポリエステル樹脂お
よびその製造方法に関し、さらに詳しくはポリエステル
樹脂および成形品の製造工程において発生するオリゴマ
ー成分を抑制し、金型汚れおよびダイス汚れが発生しに
くいポリエステル樹脂およびその製造方法に関するもの
である。
下PETと記す)に代表されるポリエステル樹脂は、優
れた機械的特性、耐熱性、耐薬品性を有するためにボト
ル、フィルム、シート、繊維として広く使用されてい
る。
たはそのエステル形成性誘導体とエチレングリコールま
たはその誘導体を触媒の存在下に液相重縮合し、さらに
必要に応じて固相重縮合して得られる。そして、ポリエ
ステル成形品は、このポリエステル樹脂を加熱溶融した
後所定の形状に押出すことにより製造される。例えばボ
トルは、ポリエステル樹脂を射出成形機などの成形機に
供給してプリフォームを形成し、このプリフォームを所
定形状の金型に挿入してブロー成形し、さらにヒートセ
ットして得られるのが一般的である。
ポリエステル樹脂は、オリゴマー成分を多量に含んでお
り、このオリゴマー成分が金型表面に付着した後ポリマ
ー化し金型汚れとなる。金型汚れはボトル表面の肌荒れ
や白化の原因となるため、生産ラインを停止して金型汚
れを除去する必要があり、生産効率が低下するという問
題がある。また、シート、フィルム、繊維の成形工程に
おいても同様に、オリゴマーが原因となるダイス汚れに
よる生産効率の低下が発生している。
開平8−283393号公報や特開平8−283394
号公報、特開平10−114819号公報には、液相重
縮合工程および固相重縮合工程を経て得られたポリエス
テル樹脂を水と接触させることにより成形時に発生する
環状三量体を抑制し、金型汚れの発生しにくいPETが
得られることが提案されている。
とされている環状三量体は融点が300℃以上の高融点
物質であるため、200℃以下の温度にしか加熱されな
いボトル成形金型やシート成形ロールに付着するとは考
えにくい。また、連続ボトル成形時におけるポリエステ
ル樹脂中の環状三量体の含有量と金型汚れの発生周期と
は必ずしも一致しない。
汚れ抑制対策に取り組み、金型汚れの主成分は従来提唱
されていた環状三量体ではなく、融点が200℃以下で
あるアセトン可溶性物質が、金型上で重合反応しポリマ
ー化(PET)したものが主成分であることを発見し本
発明に到達した。
従来技術の問題点を解消し、ポリエステル樹脂に含有さ
れる融点が200℃以下であるアセトン可溶性物質を抑
制した、成形加工時の金型汚れおよびダイス汚れを発生
させにくいポリエステル樹脂を提供することにある。
酸とエチレングリコールを主成分とするポリエステルで
あって、ポリエステル中に含まれる融点が200℃以下
のアセトン可溶性オリゴマー成分の総量が0.05重量
%以下であることを特徴とするポリエステル樹脂によっ
て達成される。
ングリコールを主成分とするポリエステルであって、ポ
リエステル中に含まれる融点が200℃以下のアセトン
可溶性オリゴマー成分の総量が0.05重量%以下であ
ることを特徴とするポリエステル樹脂である。
が、少量の他のジカルボン酸成分を用いる事もできる。
具体的には、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク
酸、アゼライン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン
酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、
ジフェニルジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、シ
クロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、
ダイマー酸などが挙げられる。これらは単独でも2種以
上を使用することもできるが、ジカルボン酸成分全体の
5モル%以下であることが好ましい。
いるが、少量の他のグリコール成分を用いる事もでき
る。具体的には、ジエチレングリコール、ブタンジオー
ル、ネオペンチルグリコール、プロピレングリコール、
ヘキサメチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジ
メタノール、ポリアルキレングリコール、ビスフェノー
ルAまたはビスフェノールSのジエトキシ化合物などが
挙げられる。これらは単独でも2種以上を使用すること
もできるが、ジオール成分全体の5モル%以下であるこ
とが好ましい。
酸またはそのエステル形成性誘導体と、エチレングリコ
ールまたはその誘導体とを主成分とする原料を、アンチ
モン、チタン、ゲルマニウム、スズ、亜鉛からなる群か
ら選ばれる少なくとも1種の金属元素含有化合物を触媒
として、エステル化反応工程、液相重縮合反応工程、必
要に応じて固相重合反応工程、さらに加熱処理工程によ
り製造される。
の温度で、200〜300KPaの圧力において行われ
る。この際、エチレングリコールは還流され、テレフタ
ル酸とエチレングリコールとのエステル化反応によって
生成した水のみ系外に放出される。このエステル化反応
工程において、塩基性化合物を少量添加した場合、ジエ
チレングリコールなどの副反応生成物の少ないポリエス
テルが得られる。このような塩基性化合物として、トリ
エチルアミン、トリブチルアミン、ベンジルメチルアミ
ンなどの3級アミン、水酸化テトラエチルアンモニウ
ム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化トリメチ
ルベンジルアンモニウムなどの4級アミンなどが挙げら
れる。
ン、ゲルマニウム、スズ、亜鉛からなる群から選ばれる
少なくとも1種の金属元素含有化合物触媒の存在下、2
50〜300℃の温度で、13.3〜665Paの減圧
下において行われる。液相重縮合反応工程では、上記エ
ステル化反応工程において得られたテレフタル酸とエチ
レングリコールとの低次縮合物から、未反応のエチレン
グリコールを系外に留去させる。
は、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、五酸化アンチモン、酒石酸
アンチモン、酢酸アンチモンなどのアンチモン化合物、
テトラブチルチタネートなどのチタン化合物、酢酸スズ
などのスズ化合物、酢酸亜鉛などの亜鉛化合物が挙げら
れる。中でも、得られる樹脂の色調および透明性の点で
ゲルマニウム化合物が好ましい。重縮合反応触媒は、所
定触媒濃度の水溶液またはエチレングリコール溶液とし
て添加される。
エステル樹脂の酸成分1モルに対して1×10-5〜1×
10-3モルの量であることが、重縮合反応速度の点から
好ましい。
ル樹脂の熱分解などの副反応を防止するために安定剤を
添加しても良い。安定剤としては、トリメチルリン酸、
トリエチルリン酸、トリフェニルリン酸などのリン酸エ
ステル、亜リン酸、ポリリン酸などのリン化合物、ヒン
ダードフェノール系の化合物などが挙げられる。
樹脂の酸成分1モルに対して1×10-5〜1×10-3モ
ルの量であることが、熱分解防止効果および重縮合反応
速度の点から好ましい。
リエステル樹脂の極限粘度は、0.40〜0.70dl
/gである。また、必要に応じて固相重縮合反応により
極限粘度0.60〜1.00dl/gのポリエステル樹
脂を得ることもできる。固相重縮合反応は、180〜2
20℃の温度で、減圧下または不活性ガス雰囲気下、5
〜40時間行われる。
トン可溶性オリゴマーの含有量を減少させるために、ポ
リエステル樹脂に加熱処理を施す。該加熱処理工程は、
最大粒子径2.0mm以下の球状ポリエステル樹脂を1
50〜250℃の温度で、減圧下または不活性ガス雰囲
気下、1〜40時間加熱処理することにより行われる。
本工程において、アセトン可溶性オリゴマーは、ポリマ
ー化するため、ポリエステル樹脂中の含有量を低減でき
る。前述した固相重合工程も加熱処理工程の一例であ
る。
リエステル樹脂の最大粒子径は2.0mm以下である。
最大粒子径が2.0mmを超えるポリエステル樹脂は、
樹脂表面温度と内部温度の温度差が大きく、加熱処理効
率が著しく低下する。例えば、最大粒子径0.5mmの
ポリエステル樹脂の場合、200℃で5時間加熱処理を
行うことにより、樹脂中のアセトン可溶性オリゴマーは
全てポリマー化する。一方、最大粒子径2.0mmを超
えるポリエステル樹脂を、230℃で50時間以上加熱
処理を行っても樹脂中のアセトン可溶性オリゴマーを全
てポリマー化することはできない。
反応後のポリエステル樹脂をガット状に押出す際、押出
し口金直後に設けた水槽の入り口部で水中カッターを用
いて切断することにより得られる。ポリエステル樹脂の
粒子径は、単位時間あたりの樹脂押出し量とカッターの
回転速度により任意に設定できる。
温度と内部温度の温度差を少なくする加熱処理方法とし
て誘電加熱方法が挙げられる。誘電加熱とは数MHz〜
数10MHzの高周波交流電界中に被加熱物体を置き、
高周波(電磁波)の作用による被加熱物自体の発熱によ
って昇温目的を達する加熱方式である。誘電加熱方式で
は、樹脂内外面の温度差がなく急速かつ均一な加熱が可
能となるので好ましい。
の前工程として熱水処理工程を行うことが好ましい。熱
水処理工程は、90〜130℃の水または水蒸気とポリ
エステル樹脂とを1〜50時間接触させて行われる。該
熱水処理工程を行うことで、ポリエステル樹脂粘度の過
上昇を抑制でき、さらにポリエステル樹脂を再溶融した
ときの、アセトン可溶性オリゴマーの増加を抑制でき
る。
まれるアセトン可溶性物質は、0.05重量%以下であ
る。一方、通常の重合方法で得られたポリエステル樹脂
中に含まれるアセトン可溶性物質は、0.07〜0.1
重量%である。ポリエステル樹脂のアセトン可溶性物質
を低減することで、金型汚れの発生が抑制される。
トン可溶性物質として、下記式1で表されるジエチレン
グリコール単位を含む環状二量体および下記式2で表さ
れるビスヒドロキシエチルテレフタレート(以下BHT
と記す)、BHTの二量体などが挙げられる。このう
ち、ジエチレングリコール単位を含む環状二量体の含有
量がもっとも多い。
トン可溶性物質は、その融点が200℃以下(多くは1
00〜190℃)であり、310〜320℃の融点を持
つ環状三量体とは明確に区別できる。また、環状三量体
はアセトンには難溶であるため、アセトン抽出法により
個別の定量が可能である。
三量体は、0.70重量%以下であることが好ましい。
環状三量体は、200℃以下の温度範囲では単独で重合
反応することはないが、PETが存在すると付加重合反
応を生じる。すなわち、前述のアセトン可溶性オリゴマ
ーが成形金型上で重合反応して生成したPETに環状三
量体が付加重合し、金型汚れが拡大する。環状三量体の
含有量が0.70重量%を超えるとアセトン可溶性オリ
ゴマーを抑制することによる金型汚れ改善効果が小さく
なる。
三量体の含有量を減少させるために、アセトン可溶性オ
リゴマーの減少方法と同様にポリエステル樹脂に加熱処
理を施す。該加熱処理工程は、最大粒子径2.0mm以
下の球状ポリエステル樹脂を150〜250℃の温度
で、減圧下または不活性ガス雰囲気下、1〜40時間加
熱処理することにより行われる。本工程において、環状
三量体は、ポリマー化するため、ポリエステル樹脂中の
含有量を低減できる。前述した固相重合工程も加熱処理
工程の一例である。
トン可溶性物質の含有量が極めて少なく、金型汚れおよ
びダイス汚れを発生しにくい。したがって、ボトル、シ
ート、フイルム、繊維などの製品を製造する際に、金型
などの汚れ除去のためのロス時間を短縮でき、生産効率
を大幅に改善できる。また、得られた製品の肌荒れや白
化を防止することができる。
る。各物性の測定および評価は下記の方法に従った。
60/40(重量比)の混合液に溶かし、自動粘度測定
装置(柴山科学製 SS−270LC)を用いて20℃
にて測定した。
M−4,SM−5)にて測定した。L値は明度(値が大
きいほど明るい)、a値は赤〜緑系の色相(+は赤味、
−は緑味)、b値は黄〜青系の色相(+は黄味,−は青
味)を表す。色調は、L値が大きいほど、a値は0に近
いほど、b値は+1〜−1の範囲が良好である。
ーズメーター(日本電色製 ヘーズメーター300A)
によりJIS K 7105に準じて測定した。
ル:クロロホルム=1:1溶液に溶解した後、アセトニ
トリルを加えてポリマーを析出させる。濾液を、液体ク
ロマトグラフ(日立製作所(株)製7100)にて定量
した。
ル:クロロホルム=1:1溶液に溶解した後、アセトニ
トリルを加えてポリマーを析出させる。濾過洗浄後、濾
液を固化乾燥させる。得られた固形物を20℃のアセト
ン溶液中超音波振動しながら10時間浸漬した後、メン
ブランフィルター(細孔径50μm)にて濾過する。濾
液を乾燥固化した抽出物の示差熱量分析では、環状三量
体の融点ピークは見られない。
フルオロイソプロパノール:クロロホルム=1:1溶液
に溶解した後、液体クロマトグラフ(日立製作所(株)
製7100)にて定量した。
と、エチレングリコールをグリコール成分が酸成分に対
してモル比1.2となるように仕込み、250℃、20
0kPaにてエステル化反応を行った。エステル化反応
終了後、所定量の二酸化ゲルマニウムを重縮合触媒とし
て加え、285℃、133Paの減圧下で重縮合反応を
行なった。二酸化ゲルマニウムは0.8重量%の水溶液
として添加した。重縮合反応後のポリエステルはガット
状に押出した後、水中カッターを用いて切断した。得ら
れた球状PET樹脂チップの最大粒子径は2.0mm
(粒子径1.4mm〜2.0mm)、極限粘度は0.5
4dl/gであった。
mm〜2.0mm)のPET樹脂を、215℃の温度で
窒素ガス雰囲気下10時間加熱処理を行った。得られた
PET樹脂の物性を表1に示す。
B(株)製)を用いて、成形温度290℃、60本/h
にて外形65mm、高さ200mm、内容量500ml
のボトルに連続成形した。成形開始1時間後と50時間
後に、成形ボトルの接地面より150mmの高さを基準
に上下20mm、幅40mmの長方形の胴部(厚み40
0ミクロン)を切り出してヘーズを測定し、金型表面に
付着する白粉の発生状況とした。結果を表1に示す。
減圧下、30時間加熱処理を行った。得られた樹脂の物
性及びボトル成形テスト結果を表1に示す。
71mm〜1.0mm)のPET樹脂を使用し、200
℃、133Paの減圧下、5時間加熱処理を行った。得
られた樹脂の物性およびボトル成形結果を表1に示す。
25mm〜0.5mm)のPET樹脂を使用し、200
℃、133Paの減圧下、5時間加熱処理を行った。得
られた樹脂の物性およびボトル成形結果を表1に示す。
触媒を使用する以外は、実施例1と同様の試験を行っ
た。結果を表2に示す。
触させた後215℃の温度で窒素ガス雰囲気下20時間
加熱処理を行った。得られたPET樹脂の物性及びボト
ル成形テスト結果を表2に示す。
71mm〜1.0mm)のPET樹脂を使用し、95℃
の水と2時間接触させ、次に200℃、133Paの減
圧下、20時間加熱処理を行った。得られた樹脂の物性
およびボトル成形結果を表2に示す。
25mm〜0.5mm)のPET樹脂を使用し、95℃
の水と2時間接触させた後、200℃、133Paの減
圧下、20時間加熱処理を行った。得られた樹脂の物性
およびボトル成形結果を表3に示す。
4mm〜2.0mm)、極限粘度0.74dl/gのP
ET樹脂を、周波数2450MHz、出力7.8Kwの
誘電加熱装置(日水化工(株)製 マイクロ波ドライヤ
ーNM−030)を用いて160℃、窒素雰囲気下、5
時間加熱処理を行った。得られた樹脂の物性及びボトル
成形結果を表3に示す。
4mm〜2.0mm)、極限粘度0.74dl/gのP
ET樹脂を、90℃の水と2時間接触させた後、周波数
2450MHz、出力7.8Kwの誘電加熱装置(日水
化工(株)製マイクロ波ドライヤーNM−030)を用
いて160℃、窒素雰囲気下、5時間加熱処理を行っ
た。得られた樹脂の物性及びボトル成形結果を表3に示
す。
m〜2.0mm)、極限粘度0.74dl/gのポリエ
ステル樹脂を製造し、90℃の水と2時間接触させた
後、周波数2450MHz、出力7.8Kwの誘電加熱
装置(日水化工(株)製 マイクロ波ドライヤーNM−
030)を用いて160℃、窒素雰囲気下、5時間加熱
処理を行った。得られた樹脂の物性及びボトル成形結果
を表3に示す。
m〜3.5mm)、極限粘度0.54dl/gのポリエ
ステル樹脂を製造し、実施例1と同様の実験を行った。
結果を表4に示す。
m〜2.0mm)、極限粘度0.74dl/gのポリエ
ステル樹脂を製造し、加熱処理を行わない以外は実施例
1と同様の実験を行った。結果を表4に示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 テレフタル酸とエチレングリコールを主
成分とするポリエステルであって、ポリエステル中に含
まれる融点が200℃以下のアセトン可溶性オリゴマー
成分の総量が0.05重量%以下であることを特徴とす
るポリエステル樹脂。 - 【請求項2】 テレフタル酸とエチレングリコールを主
成分とするポリエステルであって、ポリエステル中に含
まれる融点が200℃以下のアセトン可溶性オリゴマー
成分の総量が0.05重量%以下であり、かつ環状三量
体の含有量が0.70重量%以下であることを特徴とす
るポリエステル樹脂。 - 【請求項3】 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またはその誘導体とを、
アンチモン、チタン、ゲルマニウム、スズ、亜鉛からな
る群から選ばれる少なくとも1種の金属元素含有化合物
を触媒として用いる重合反応によりポリエステルを製造
するに際し、該ポリエステル樹脂粒子を最大粒子径2.
0mm以下の球状とした後、150〜250℃の温度で
1時間以上加熱処理することを特徴とするポリエステル
樹脂の製造方法。 - 【請求項4】 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またはその誘導体とを、
アンチモン、チタン、ゲルマニウム、スズ、亜鉛からな
る群から選ばれる少なくとも1種の金属元素含有化合物
を触媒として用いる重合反応によりポリエステルを製造
するに際し、該ポリエステル樹脂粒子を最大粒子径2.
0mm以下の球状とした後、誘電加熱方法を用いて15
0〜250℃の温度で1時間以上加熱処理することを特
徴とするポリエステル樹脂の製造方法。
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