JP2001261806A - 成形加工性に優れたポリエステル - Google Patents

成形加工性に優れたポリエステル

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JP2001261806A
JP2001261806A JP2000078657A JP2000078657A JP2001261806A JP 2001261806 A JP2001261806 A JP 2001261806A JP 2000078657 A JP2000078657 A JP 2000078657A JP 2000078657 A JP2000078657 A JP 2000078657A JP 2001261806 A JP2001261806 A JP 2001261806A
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ppm
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JP2000078657A
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Masatoshi Aoyama
雅俊 青山
Kenichi Tsutsumi
賢一 堤
Misa Ozaki
美沙 尾▲ざき▼
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Original Assignee
Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】成形加工性、色調、耐熱性に優れ、繊維用、フ
イルム用、ボトル用等の成形体の製造において口金汚
れ、濾圧上昇、糸切れなどの問題が解消されたポリエス
テルを提供する。 【解決手段】アンチモン化合物、リン化合物、アルカリ
金属化合物、コバルト化合物をそれぞれ特定量含有した
ポリエステル組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は成形加工性に優れた
ポリエステルに関する。さらには、成形加工性、色調及
び耐熱性に優れたポリエステルに関する。
【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、フイルム用、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、高分子量のポリマーを製
造する商業的なプロセスでは、重縮合触媒としてアンチ
モン化合物が広く用いられている。しかしながら、アン
チモン化合物を含有するポリマは以下に述べるような幾
つかの好ましくない特性を有している。
【0004】例えば、アンチモン触媒を使用して得られ
たポリエステルを溶融紡糸して繊維とするときに、アン
チモン触媒の残査が口金孔周りに堆積することが知られ
ている。この堆積が進行するとフィラメントに欠点が生
じる原因となるため、適時除去する必要が生じる。アン
チモン触媒残査の堆積が生じるのは、ポリマー中のアン
チモン化合物が口金近傍で変成し、一部が気化、散逸し
た後、アンチモンを主体とする成分が口金に残るためで
あると考えられている。
【0005】また、ポリマー中のアンチモン触媒残査は
比較的大きな粒子状となりやすく、異物となって成形加
工時のフィルターの濾圧上昇、紡糸の際の糸切れあるい
は製膜時のフイルム破れの原因になるなどの好ましくな
い特性を有している。
【0006】上記のような背景からアンチモン含有量が
少ないか、あるいは含有しないポリエステルが求められ
ている。
【0007】このような背景から重縮合触媒の役割をア
ンチモン系化合物以外の化合物に求める場合、チタン系
化合物やゲルマニウム化合物が知られており、比較的安
価で活性の高いチタン系化合物の利用が検討されている
が、この化合物はポリマーの色調や耐熱性を低下させる
という問題があった。
【0008】このようなチタン系化合物の色調、耐熱性
を改善する方法として例えばWO95/18839には
チタンとケイ素からなる複合酸化物を触媒として用いる
方法が、また特開昭54−101896号公報にはコバ
ルト化合物とアルカリ金属化合物を添加する方法等が提
案されているが、十分な触媒活性を維持したままでは依
然として色調、耐熱性の改善効果が不十分であるという
問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アン
チモン含有量が少ないポリエステルであって、かつ色
調、耐熱性が良好なポリエステルを提供するものであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記した本発明の目的
は、アンチモン化合物の含有量がアンチモン金属原子換
算で100ppm以下であるポリエステルであって、チ
タン化合物、アルカリ金属化合物、コバルト化合物、リ
ン化合物を含有し、かつ各化合物の含有量が式(1)及
び式(2)を満たすことを特徴とするポリエステル。
【0011】 0.01 ≦ Co/A ≦ 10 式(1) 0.1 ≦ M/P ≦ 30 式(2) [ただし、A,Co,Pはそれぞれポリエステル1to
n当たりのアルカリ金属原子、コバルト金属原子、リン
原子の含有量(モル)、Mはポリエステル1ton当た
りのコバルト、アルカリ、触媒残渣としてのチタンの各
金属原子の含有量の合計(モル)を表す。]により達成
される。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明のポリエステルはジカルボ
ン酸またはそのエステル形成性誘導体及びジオールまた
はそのエステル形成性誘導体から合成されるポリマーで
あって、繊維、フイルム、ボトル等の成形品として用い
ることが可能なものであれば特に限定はない。
【0013】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、なかでも最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
テレフタレートからなるポリエステル共重合体において
好適である。
【0014】また、これらのポリエステルには、ジエチ
レングリコール以外に共重合成分としてアジピン酸、イ
ソフタル酸、セバシン酸、フタル酸、4,4’−ジフェ
ニルジカルボン酸などのジカルボン酸およびそのエステ
ル形成性誘導体、ポリエチレングリコール、ヘキサメチ
レングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリプロピ
レングリコールなどのジオキシ化合物、p−(β−オキ
シエトキシ)安息香酸などのオキシカルボン酸およびそ
のエステル形成性誘導体などを本発明の目的とする効果
が得られる範囲内で共重合してもよい。
【0015】本発明のポリエステルにおけるアンチモン
化合物の含有量は、アンチモン金属原子換算で100p
pm以下であることが必要である。100ppmを越え
ると、例えば繊維の紡糸時に口金汚れの発生が顕著とな
り生産性が低下する。好ましくは50ppm以下、さら
に好ましくは20ppm以下、特には実質的にアンチモ
ン化合物を含有しないことが好ましい。
【0016】本発明のポリエステルはコバルト化合物及
びアルカリ金属化合物を式(1)を満たす範囲で含有す
ることが必要である。
【0017】 0.01 ≦ Co/A ≦ 10 式(1) [ただし、A、Coはそれぞれポリエステル1ton当
たりのアルカリ金属原子、コバルト金属原子の含有量
(モル)を表す。]Co/Aの値は、より好ましくは
0.05〜5、特には0.1〜3であるとポリエステル
の色調、耐熱性がより良好となり、かつジエチレングリ
コールの副生量が抑制されるため好ましい。
【0018】アルカリ金属化合物の含有量は、アルカリ
金属原子換算でポリエステルに対して好ましくは0.5
〜100ppm、より好ましくは0.8〜70ppm、
さらに好ましくは1〜50ppmであるとポリエステル
の色調及び耐熱性がより良好となる。
【0019】このようなアルカリ金属化合物としては特
に限定されないが、例えば、炭酸リチウム、酢酸リチウ
ム、炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸カリウム等
が挙げられる。特にリチウム化合物は少量で色調改善効
果が高く好ましい。
【0020】同様にコバルト化合物の含有量は、コバル
ト原子換算でポリエステルに対して好ましくは5〜20
0ppm、より好ましくは10〜150ppm、さらに
好ましくは15〜100ppmであるとポリエステルの
色調及び耐熱性がより良好となる。
【0021】このようなコバルト化合物としては、コバ
ルト化合物としては特に限定はないが、具体的には、例
えば、塩化コバルト、硝酸コバルト、炭酸コバルト、コ
バルトアセチルアセトネート、ナフテン酸コバルト、酢
酸コバルト4水塩等が挙げられる。
【0022】本発明のポリエステルはさらにリン化合物
を式(2)を満たす範囲で含有することが必要である。
【0023】 0.1 ≦ M/P ≦ 30 式(2) [ただし、Pはポリエステル1ton当たりのリン原子
の含有量(モル)、Mはポリエステル1ton当たりの
コバルト、アルカリ、触媒残渣としてのチタンの各金属
原子の含有量の合計(モル)を表す。] M/Pの値は、より好ましくは1〜15、特には3〜1
0であるとポリエステルの色調、耐熱性がより良好とな
り好ましい。
【0024】本発明のリン化合物の含有量はポリエステ
ルに対してリン原子換算で好ましくは0.5〜400p
pm、より好ましくは2〜200ppm、さらに好まし
くは3〜100ppm含有されていると、ポリエステル
の色調、耐熱性がより良好となり好ましい。
【0025】本発明のポリエステルに含有されるリン化
合物は、主としてポリエステルの製造過程で添加したリ
ン化合物の残渣である。このようなリン化合物としては
特に限定されないが、例えば、リン酸、亜リン酸、ホス
ホン酸及びこれらの低級アルキルエステルやフェニルエ
ステルが挙げられるが特に限定はない。具体的には、例
えば、リン酸、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、
リン酸トリフェニル、亜リン酸、亜リン酸トリメチル、
メチルホスホン酸、フェニルホスホン酸、ベンジルホス
ホン酸、メチルホスホン酸メチルエステル、フェニルホ
スホン酸エチルエステル、ベンジルホスホン酸フェニル
エステル、ホスホノ酢酸エチルエステル等が挙げられ
る。
【0026】本発明のポリエステルは触媒残渣としての
チタン化合物をチタン原子換算で0.5〜300ppm
含有することが好ましい。含有量が0.5ppm未満で
は重合時の重合活性が不十分となることがあり、また3
00ppmを越えると得られるポリマーの耐熱性が低下
することがあり好ましくない。より好ましくは1〜20
0ppm、さらに好ましくは2〜80ppmである。
【0027】このようなチタン化合物としては、特に限
定はないが、具体的には、例えば、四塩化チタン、テト
ラメチルチタネート、チタンエチレート、テトラブチル
チタネート、ブチルチタネートダイマー、テトライソプ
ロピルチタネート、テトラ−2エチルヘキシルチタネー
ト、チタナセチルアセトネート等が挙げられる。また、
チタン及び他の金属原子からなる複合酸化物は得られる
ポリマーの色調、耐熱性が良好となるため好ましい。
【0028】このような複合酸化物としては、チタン及
びケイ素からなる複合酸化物を用いると色調や耐熱性が
良好となり特に好ましい。ここで複合酸化物とは、酸素
とともに酸化物を形成する主たる元素が2種類以上であ
る化合物のことであり、チタン及びケイ素からなる複合
酸化物の場合には酸素原子に対してチタン及びケイ素の
2種類の元素があり、酸素を含めたこの3種の元素が一
つの化合物を形成しているということである。
【0029】このチタンとケイ素からなる複合酸化物
は、特にTiとSiの比率が両者の金属のモル比率(T
i/Si)が20/80以上であると、重縮合触媒とし
ての活性が高く、少量で重合可能となるため好ましい。
より好ましくは、Ti/Si=98/2〜50/50で
ある。
【0030】このチタン及びケイ素からなる複合酸化物
は、例えば、それぞれの金属元素を有するアルコキシド
化合物を原料として共沈法、部分加水分解法あるいは配
位化学ゾル・ゲル法等によって合成することができる。
ここで共沈法とは2種あるいはそれ以上の成分を含有す
る所定の組成の溶液を調製し、その組成のまま加水分解
反応を進行させることによって目的の複合酸化物を得る
方法である。また、部分加水分解法とは、一方の成分を
あらかじめ加水分解した状態としておき、そこへもう一
方の成分を加えさらに加水分解を進行させる方法であ
る。一方、配位化学ゾル・ゲル法とは、金属アルコキシ
ドなどの原料とともに分子内に官能基を複数持つ有機多
座配位子を共存させ、両者の間で錯体を形成させること
によって、その後の加水分解反応の速度を制御し複合酸
化物を得ようとするものである。以上のような複合酸化
物の合成方法は、例えば、上野ら、「金属アルコキシド
を用いる触媒調製」、アイピーシー(1993)等に記
載されている。
【0031】上記した複合酸化物の製造に用いるチタン
化合物としては、例えば、チタンイソプロピレート、チ
タンエチレートまたはチタン−tert−ブチレートな
どが挙げられる。ケイ素化合物としては、例えばオルト
ケイ酸メチル、オルトケイ酸エチル等が挙げられる。
【0032】また、配位化学ゾル・ゲル法の場合に用い
る有機多座配位子としては、例えば、エチレングリコー
ル、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオー
ル、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオー
ル、2,4−ペンタジオールなどが挙げられる。また、
反応を行う溶媒としては、例えば、メタノール、エタノ
ール、プロパノール、イソプロパノール等が挙げられ
る。
【0033】本発明のポリエステルは、成形加工工程で
の各種ガイド、ローラー等の接触物との摩擦を低減し工
程通過性を向上させたり、製品の色調を調製する目的で
各種の従来公知の粒子を含有していてもよい。
【0034】粒子の種類は特に限定されず、従来公知の
粒子のいずれでも用いることができる。具体的には、例
えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、炭酸カルシウム、
硫酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等
の無機粒子や、架橋ポリスチレン等の有機高分子粒子を
用いることができる。これらの粒子の中でも二酸化チタ
ン粒子は、ポリマー中での分散性が良好で、比較的低コ
ストであることから好ましい。
【0035】これらの粒子は、湿式、乾式の種々の方法
で製造され、必要に応じて、粉砕、分級等の前処理を施
された上で、ポリエステルの反応系に添加される。ポリ
エステル反応系への粒子の添加は、重縮合反応が始まる
以前の任意の段階で良いが、実質的にエステル化反応ま
たはエステル交換反応を完結させた後に添加するとポリ
マー中での粒子の分散性が良好となるため好ましい。
【0036】本発明における粒子のポリマーに対する添
加量や粒子径は、適用する用途によって変わり特に限定
されないが、ポリエステルに対し0.001〜20重量
%、平均粒子径として0.05〜5μmの範囲である
と、工程通過性や色調が特に良好となり好ましい。
【0037】また、本発明のポリエステルにおいては、
エステル交換反応の触媒残渣や内部粒子生成源としてア
ルカリ土類金属を含有しても良いが、耐熱性の観点か
ら、該当する元素の金属原子換算でポリエステルに対し
て5〜300ppmであることが好ましい。
【0038】本発明のポリエステルの製造方法につい
て、ポリエチレンテレフタレートの例で説明する。
【0039】繊維やフイルム等に使用する高分子量ポリ
エチレンテレフタレートは通常、次のいずれかのプロセ
スで製造される。すなわち、(1)テレフタル酸とエチ
レングリコールを原料とし、直接エステル化反応によっ
て低分子量のポリエチレンテレフタレートまたはオリゴ
マーを得、さらにその後の重縮合反応によって高分子量
ポリマーを得るプロセス、(2)ジメチルテレフタレー
ト(DMT)とエチレングリコールを原料とし、エステ
ル交換反応によって低分子量体を得、さらにその後の重
縮合反応によって高分子量ポリマを得るプロセスであ
る。ここでエステル化は無触媒でも反応は進行するが、
エステル交換反応においては、通常、マンガン、カルシ
ウム、マグネシウム、亜鉛、リチウム等の化合物を触媒
に用いて進行させ、またエステル交換反応が実質的に完
結した後に、該反応に用いた触媒を不活性化する目的
で、リン化合物を添加することが行われる。
【0040】本発明のポリエステルの場合、直接エステ
ル化反応で製造するとエステル交換反応に対する触媒を
添加する必要が無く、得られるポリマーの耐熱性の点で
より好ましい。
【0041】本発明において、アルカリ金属化合物及び
コバルト化合物は(1)または(2)の一連の反応の開
始前から後半の重縮合反応が実質的に開始される前まで
の任意の時期に添加し、リン化合物は(1)または
(2)の前半の反応が実質的に完結した低重合体の段階
かそれより以降の任意の時期に添加することが好まし
い。
【0042】また、それぞれの化合物の添加にあたって
は粉体あるいは液体のまま反応系に添加しても良いが、
例えばエチレングリコール等に分散あるいは溶解してか
ら添加すると反応系中での分散が均一に進みやすく好ま
しい。
【0043】また上記の反応は回分式、半回分式あるい
は連続式等の形式で実施されるが、本発明の製造方法は
そのいずれの形式にも適用し得る。
【0044】
【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。 (1)ポリエステル組成物の固有粘度[η] オルソクロロフェノールを溶媒として25℃で測定し
た。 (2)ポリエステル中のアンチモン、チタン、コバル
ト、アルカリ金属、リン等の含有量は蛍光X線により求
めた。
【0045】尚、対象となるポリエステルが二酸化チタ
ン粒子等の粒子を含有している場合、本発明の重合触媒
残渣であるチタン化合物のみの含有量を確認するために
は、粒子の影響を除去するために次の前処理をした上で
蛍光X線を行う。すなわち、ポリエステル組成物をオル
ソクロロフェノールに溶解し、必要に応じてクロロホル
ムで該ポリマー溶液の粘性を調製した後、遠心分離器で
粒子を沈降させる。その後、傾斜法で上澄み液のみを回
収し、アセトン添加によりポリマーを再析出、濾過、洗
浄して粒子を除去したポリマーとする。
【0046】以上の前処理を施して得られた粒子を除去
したポリマーについて金属分析を行う。 (3)ポリエステルの色調 スガ試験機(株)社製の色差計(SMカラーコンピュー
タ型式SM−3)を用いて、ハンター値(L、a、b
値)として測定した。
【0047】ポリマー色調としては特にb値が5以下で
あることが好ましく、より好ましくは4以下、さらに好
ましくは2以下である。 (4)ポリエステル組成物のカルボキシル末端基量 Mauriceらの方法[Anal.Chim.Act
a,22,p363(1960)]によった。
【0048】末端基量としては30当量/ton以下で
あることが好ましく、さらには25当量/ton以下で
ある。 (5)ポリエステルの耐熱性 ポリエステルのペレットを予め150℃、133Pa以
下の減圧下で 10時間乾燥した後、試験管に適量を仕
込む。この試験管内部を窒素パージした後、予め300
℃に昇温したシリコーオイルバスに浸漬、保持する。内
容物全体が溶解した時点及びそれから8時間経過したポ
リマーをサンプリングし、それぞれの固有粘度[IV]
0、[IV]1としたとき、次の式1で示される値を耐
熱性の指標とした。
【0049】 (耐熱性指標)={[IV]0−[IV]1}/[IV]0 …(式1) 耐熱性の指標が0.55未満を1級、0.55以上0.
60未満を2級、0.60以上0.65未満を3級、
0.65以上を4級とした。1〜3級のポリマーは成形
加工時の重合度低下が少なく好ましい。
【0050】実施例1 高純度テレフタル酸とエチレングリコールから常法に従
って製造した、触媒を含有しない低重合体を250℃で
溶融、撹拌し、該溶融物に、リン酸及び酢酸リチウム2
水塩をそれぞれリン原子及びリチウム原子換算で得られ
るポリエステルに対して30ppm、8ppmとなるよ
うに添加した。その後、酢酸コバルト4水塩をコバルト
原子換算で25ppmとなるように添加し、さらにその
後、テトライソプロピルチタネート10wt%含有エチ
レングリコール液を最終的に得られるポリエステル中で
のチタン原子の含有量が10ppmとなるように添加し
た。その後、低重合体を30rpmで攪拌しながら、反
応系を250℃から285℃まで徐々に昇温するととも
に、圧力を40Paまで下げた。最終温度、最終圧力到
達までの時間はともに60分とした。所定の攪拌トルク
となった時点で反応系を窒素パージし常圧に戻し重縮合
反応を停止し、冷水にストランド状に吐出、直ちにカッ
ティングしてポリエステルのペレットを得た。尚、減圧
開始から所定の撹拌トルク到達までの時間は2時間30
分であった。
【0051】得られたポリマーの固有粘度は0.67、
カルボキシル末端基量20当量/ton、ポリマーの色
調はL=61、b=2.5、耐熱性指標0.55であっ
た。このように色調、耐熱性良好なポリエステルのペレ
ットを得た。
【0052】また、このペレットを乾燥した後、エクス
トルーダー型紡糸機に供給し、紡糸温度295℃、直径
0.6mmの丸孔の口金を用いて吐出した。48時間連
続吐出を行ったが口金吐出部分の周辺における口金汚れ
の付着は認められなかった。
【0053】実施例2 重縮合触媒として、アコーディス社製のチタン及びケイ
素からなる複合酸化物“C−94”を得られるポリエス
テルに対しチタン原子換算で20ppmとなるように添
加する以外は実施例1と同様にして表1に示す品質のポ
リエステルを得た。尚、使用したTi/Si複合酸化物
のチタン成分含有量は55重量%であった。
【0054】得られたポリエステルは色調、耐熱性が良
好で、実施例1と同様の吐出試験においても口金汚れの
発生は認められなかった。
【0055】実施例3〜5、比較例1〜4 金属化合物の種類、量を変更する以外は実施例1と同様
にしてポリマーを重合した。結果を表1に示した。
【0056】本発明のものは色調、耐熱性が良好であっ
たが、本発明外のものは、色調や耐熱性が劣る結果とな
った。また、各ポリマーについて実施例1と同様の吐出
試験を行ったところアンチモン化合物を用いた実施例3
のポリマーは口金吐出部周辺に若干の口金汚れが認めら
れ、また比較例4ではかなりの口金汚れが認められた。
【0057】
【表1】
【0058】
【表2】
【0059】
【発明の効果】本発明のポリエステルは、成形加工性、
色調、耐熱性に優れ、繊維用、フイルム用、ボトル用等
の成形体の製造において口金汚れ、濾圧上昇、糸切れな
どの問題が解消される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J029 AA03 AB01 AE01 AE02 AE03 AE18 BA02 BA03 BA04 BA05 BA08 BA09 BA10 BF08 CA06 CB05A CB06A CC05A CC06A CD04 ED08A HA01 HB01 JA063 JA113 JA123 JA163 JA193 JA203 JA253 JB131 JB153 JB173 JC363 JC373 JC483 JC493 JD06 JF023 JF033 JF043 JF321 JF323 JF471 JF573 KH08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アンチモン化合物の含有量がアンチモン金
    属原子換算で100ppm以下であるポリエステルであ
    って、チタン化合物、アルカリ金属化合物、コバルト化
    合物、リン化合物を含有し、かつ各化合物の含有量が式
    (1)及び式(2)を満たすことを特徴とする成形加工
    性に優れたポリエステル。 0.01 ≦ Co/A ≦ 10 式(1) 0.1 ≦ M/P ≦ 30 式(2) [ただし、A,Co,Pはそれぞれポリエステル1to
    n当たりのアルカリ金属原子、コバルト金属原子、リン
    原子の含有量(モル)、Mはポリエステル1ton当た
    りのコバルト、アルカリ、触媒残渣としてのチタンの各
    金属原子の含有量の合計(モル)を表す。]
  2. 【請求項2】触媒残渣としてのチタン化合物をチタン原
    子換算で0.5〜300ppm含有することを特徴とす
    る請求項1記載の成形加工性に優れたポリエステル。
  3. 【請求項3】触媒残渣としてのチタン化合物がチタン及
    びケイ素からなる複合酸化物であることを特徴とする請
    求項1または2項記載の成形加工性に優れたポリエステ
    ル。
JP2000078657A 2000-03-21 2000-03-21 成形加工性に優れたポリエステル Withdrawn JP2001261806A (ja)

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