JP2002332379A - ポリエチレンテレフタレートの解重合方法 - Google Patents

ポリエチレンテレフタレートの解重合方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リサイクルに供されるポリエチレンテレフタ
レートの解重合を短時間で行えるようにする。 【解決手段】 リサイクルに供されるポリエチレンテレ
フタレートを加熱、溶融して使用して不飽和ポリエステ
ル樹脂を製造するに際し、単数または複数の押出機を使
用して、あるいは押出機とこの押出機の出口に設けられ
た反応器とを使用して、前記リサイクルに供されるポリ
エチレンテレフタレートの加熱・溶融・解重合反応を一
度に実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リサイクルに供さ
れるポリエチレンテレフタレートの解重合方法に関す
る。なお、以下において、ポリエチレンテレフタレート
を「PET」と略称し、リサイクルに供されるポリエチ
レンテレフタレートを「R−PET」と略称する。
【0002】
【従来の技術】容器包装リサイクル法が実施されている
が、この容器包装リサイクル法の実施にともなって発生
するR−PETを原料に用いて、不飽和ポリエステル樹
脂を得る方法は公知である。
【0003】この方法として、一般的には、グリコール
を反応容器に仕込み、グリコールの沸点以下の温度でR
−PETを分割投入してグリコール分解し、オリゴマー
とした後、所望量のα−β不飽和多塩基酸(またはその
酸無水物)を加えて重縮合を行って、不飽和アルキッド
とし、架橋剤として作用するスチレンモノマーにこれを
溶解させる方法が採られている。
【0004】この方法の欠点は、グリコールの沸点以上
に温度を高めることができないために解重合に時間を要
することと、質量比率で、グリコール:R−PET=
1:1程度しかR−PETを使用投入できず、R−PE
Tの添加比率をアップすることができないことである。
反応時間は短いほどコスト的に有利で、また廃材利用お
よびリサイクルの観点からはR−PETの使用比率が高
いほど良いのは自明の理である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この解決方法として、
R−PETを溶融させて錫系触媒やチタン系触媒を必要
量加えておき、その中にグリコールを滴下することによ
りR−PETの分解を進める方法が提案されている(特
開2000−7770号公報、特開平11−60707
号公報、特願2000−248270)。また、反応容
器中でのR−PETの溶融時間を短縮するために、押出
機を用いて、その融点以上の温度でR−PETを溶融し
たうえで、反応容器に仕込むことが提案されている(特
願2000−306218)。
【0006】しかしながら、上記の方法においても、反
応容器中にてR−PETの溶融状態を保つためには、反
応容器をR−PETの融点以上に保つ必要があり、しか
も解重合反応に数時間が必要である。
【0007】このような従来の方法であると、たとえ
ば、フレーク状R−PETを反応容器に仕込み、加熱溶
融させて、平均分子量が3000以下のオリゴマーとす
るためには、加熱・溶融反応としてR−PETの融点以
上において120分以上、さらに解重合反応に300分
以上が必要である。
【0008】そこで本発明は、R−PETの解重合を短
時間で行えるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明者らは、R−PETを押出機に投入し、シリ
ンダーを加熱しながら、低速で剪断力をかけ、投入材料
を加熱・溶融させると同時に均一に混練することによ
り、PETオリゴマーを得ることができ、この加熱・溶
融・解重合反応が、当初の目標としているR−PET分
子鎖の分解、解重合につながることを見出して、本発明
を完成するに至った。
【0010】すなわち本発明は、P−RETを加熱、溶
融して解重合を行うに際し、単数または複数の押出機を
使用して、あるいは押出機とこの押出機の出口に設けら
れた反応器とを使用して、前記リサイクルに供されるP
ETの加熱・溶融・解重合反応を一度に実施することを
特徴とするものである。
【0011】このようにすると、R−PETとしてのた
とえば廃ペットボトルフレークから平均分子量が300
0以下のオリゴマーを製造する工程についての大幅な生
産性向上および工程簡略化を実現することができる。得
られたオリゴマーは、PETの分子骨格をもとに合成さ
れる不飽和ポリエステル樹脂をはじめとする樹脂類の製
造に利用することができる。
【0012】すなわち本発明によれば、R−PETを加
熱・溶融させるための、所望の吐出量を有する単数また
は複数の押出機を使用して、あるいは押出機とこの押出
機の出口に設けられた反応器とを使用して、シリンダー
の加熱条件をたとえば160〜320℃の範囲(望まし
くは220〜280℃)として、前記の押出機や反応器
の内部でR−PETを解重合反応させ、PETオリゴマ
ーを得る。このPETオリゴマーを原料として別の反応
容器に仕込み、必要に応じて追加のグリコール類を添加
して、R−PETを平均分子量が3000以下のオリゴ
マーとするためには、押出機での反応は10〜20分、
別の反応容器でのさらなる解重合反応は60分であり、
従来に比べて大幅な時間短縮を実現できる。さらに、押
出機内における解重合反応を進めることにより、あるい
は反応器を押出機の出口に付加的に設けることにより、
別の反応容器内での解重合反応を省略することも可能で
ある。この場合は、全体工程をさらに短縮することがで
き、R−PETから平均分子量が3000以下のオリゴ
マーを得るための時間は、30〜40分で済む。しかも
本発明によれば、別の反応容器でのPETオリゴマーの
溶融温度は従来の方法よりも100℃近く低くすること
ができ、かつR−PETを高含有率とすることも維持で
きる。また、グリコールが存在するので、原料への熱の
伝達効率も良い。
【0013】また本発明によれば、押出機に供給される
原料に、解重合を容易にするジブチル錫オキシドを主と
する錫系触媒あるいはテトライソプロポキシチタネート
等のチタン系触媒を添加するのが好適である。
【0014】なお、押出機での溶融反応押出は、従来に
おいてウレタン樹脂等に利用されているものの、それら
は解重合を目指したものではなく、再生処理方法技術で
あって、本発明のように分解して原料とするものではな
い(特開平8−300352号公報、特開2000−2
81831号公報等)。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明に使用されるR−PET
は、主としてPETボトルからのリサイクル品で、一般
的にはフレーク状ないしペレット状を呈している。
【0016】また、R−PETが押出機内を加熱されな
がら通過する際に、含有水分はR−PETの分解に悪影
響を及ぼすことはなく、水分の存在はR−PETの解重
合にはほとんど無関係である。このため、R−PETを
乾燥させる必要はない。
【0017】この発明に用いられる押出機は、原料を均
一に加熱・混練でき、剪断力を付与できれば、通常の一
軸ないし二軸押出機あるいはその他のいずれの押出機で
もよい。
【0018】押出機での加熱・溶融・解重合反応では、
押出機のシリンダー内で溶融状態となったR−PET
に、このR−PETの解重合工程において解重合を容易
にすることを目的として、ジブチル錫オキシドを主とす
る錫系触媒あるいはテトライソプロポキシチタネート等
のチタン系触媒などを添加し、さらに最終製品の成分と
して使用される種類のグリコールを添加することができ
る。これらの触媒とグリコールとは、別々に押出機に供
給して添加してもよいし、R−PETに所定量の触媒と
グリコールを予め添加、混合したものを押出機に投入し
てもよい。前者の場合は、時間当たりの押出量に対し
て、触媒およびグリコールを定量供給する。
【0019】また、解重合反応を促進するため、押出機
を通過したPETオリゴマーに所定量のグリコールを添
加し、または所定量のグリコールと触媒を添加しなが
ら、押出機を数回通過させる方法、あるいは複数の押出
機を連結して通過させる方法も考えられる。
【0020】押出機は、シリンダー内の熱を制御するこ
とにより反応を制御して、押し出されるPETオリゴマ
ーの状態を制御する。押し出されたPETオリゴマー
は、溶融状態にて別の反応容器に投入してもよいし、常
温で固化させ、原料として保管してもよい。
【0021】押出機の出口に反応器を設ける場合に、こ
の反応器は、加熱を行うことができ、かつ押し出された
PETオリゴマーが溶融・攪拌状態にて器内を流れるも
のであれば、管状のものなど、任意の構成のものを使用
することができる。なお、スタティックミキサーなどを
使用して、均質な加熱分解を行えば、より良質なPET
オリゴマーを得ることができる。
【0022】この発明に用いられる触媒としては、ジブ
チル錫オキシド、オクチル酸錫、ジブチル錫ジラウレー
ト等の錫系触媒や、テトラブトキシチタネート(TB
T)、テトライソプロポキシチタネート(TPT)、テ
トラエトキシチタネート等のチタンのアルコキサイド類
や、酢酸亜鉛を主とする亜鉛の有機酸塩などが挙げられ
る。
【0023】その使用量は、R−PETの100質量部
に対して、0.01質量部以上3質量部以下、より望ま
しくは0.1質量部以上1質量部以下である。このよう
に押出機での加熱・溶融・解重合反応にこれらの分解触
媒を加えると、R−PETのグリコール分解が著しく促
進される。
【0024】この発明に用いられるグリコールは、例え
ば次の種類が挙げられる。すなわち、エチレングリコー
ル、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジ
プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、2−
メチルプロパンジオール、1,3ブタンジオール、1,
4ブタンジオール、3−メチルペンタンジオール、1,
2ブタンジオール、水素化ビスフェノールA、ビスフェ
ノールAエチレンオキシド付加物、ビスフェノールAプ
ロピレンオキシド付加物などが挙げられる。また、ポリ
エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリ
セリン、トリメチルエタン、トリメチルプロパン、ペン
タエリスリトールなどの3官能基以上の多価アルコール
を使用することも可能である。相互の併用もできる。
【0025】その使用量は、R−PETの縮合単位1モ
ル(繰り返し単位を1モルとして)に対して、0.1モ
ル以上10モル以下とする。この場合に、押出機内にて
所望量のグリコールを添加して、その生成物につき別の
反応容器にてさらに解重合反応を行ってもよい。あるい
は、押出機内に必要量を添加して、別の反応容器での解
重合反応を省略してもよい。
【0026】本発明にもとづき不飽和ポリエステル樹脂
などの樹脂を製造する際には、単数または複数の押出機
を使用して、あるいは押出機とこの押出機の出口に設け
られた反応器とを使用して、R−PETを加熱・溶融・
解重合反応させ、平均分子量が3000以下のオリゴマ
ーを得る。そして、上述の不飽和ポリエステル樹脂を製
造する場合には、この生成物としてのPETオリゴマー
を原料として、あるいは別の反応容器にてこのオリゴマ
ーに所望量のグリコールを加えてさらに解重合反応を行
った後に、α−β不飽和多塩基酸(またはその酸無水
物)を加えて、さらに必要に応じて他の飽和あるいは不
飽和の多塩基酸(またはその酸無水物)を併用して、重
縮合を行う。
【0027】不飽和ポリエステル樹脂を製造する場合
に、α−β不飽和多塩基酸(またはその酸無水物)とし
ては、一般に無水マレイン酸、フマル酸を用いることが
できる。他の飽和或いは不飽和の多塩基酸(またはその
酸無水物)の併用は自由である。α−β不飽和酸または
その酸無水物の一種または二種以上を加えて重縮合を完
了した後は、所望のモノマーに溶解することで、不飽和
ポリエステル樹脂が得られる。
【0028】このモノマーは、一般にはスチレンであ
る。その他には、メタクリル酸メチル、ジアリルフタレ
ートなども、用途によっては使用することができる。R
−PET、グリコール、不飽和酸の使用割合は、用途に
よって変更するが、ほぼ、R−PET10〜80モル
(%)、グリコール20〜90モル(%)、不飽和酸1
0〜80モル(%)である。
【0029】PETのモル数は下式の構造を1モルとし
て計算する。
【0030】
【化1】 このようにして得られた不飽和ポリエステル樹脂は、各
種用途に有用であるが、実用化に応じて各種の添加剤、
例えば熱可塑性のポリマー乃至オリゴマー、着色剤、離
型剤、安定剤等を使用することができることは勿論であ
る。
【0031】なお、本発明にもとづけば、上述のように
不飽和ポリエステル樹脂以外の他の樹脂を製造すること
も可能である。
【0032】
〔実施例1〕
押出機 :(株)栗本鐵工所製 S−1 異方向二軸押出機 押出機温度:220℃〜280℃ 材料 :廃ペットボトルフレーク(R−PET):よのペットボトルリ サイクル(株)製 プロピレングリコール 触媒:ジブチル錫オキシド
【0033】方法 (1)押出機を所定の温度にして、R−PETにプロピ
レングリコール、ジブチル錫オキシドを事前に添加した
材料を供給した。
【0034】(2)押出機を通過することにより解重合
反応が行われた溶融R−PETは、常温にて固化した。
各添加の毎にその固化物の分子量および融点を測定した
ところ、添加のごとに両者とも下表の通りに低下した。
【0035】
【表1】
【0036】(3)続いて、得られたPETオリゴマー
である表1のPETオリゴマーe)を原料として、不飽
和ポリエステル樹脂の合成を行った。詳細には、攪拌
機、還溜コンデンサー、滴下ロート、ガス導入管付温度
計が付いた1Lセパラブルフラスコに、PETオリゴマ
ーe)200gおよびプロピレングリコール30gを仕
込み、窒素気流中、210〜220℃で1時間グリコー
ル分解を行った。すると、平均分子量はほぼ600〜8
00まで低下した。さらに、コンデンサーを分溜タイプ
に替え、温度を210℃に下げ、無水マレイン酸130
gを加え、2時間エステル化を行った後、ほぼ30To
rrの減圧下で1時間重縮合反応を行った。そして、酸
価31の時点でハイドロキノン0.17gを加え、温度
140℃で空気気流下、スチレン338gを加え、均一
に溶解した。その結果、淡黄褐色液状の不飽和ポリエス
テル樹脂が得られた。
【0037】(4)また、同様の装置を用いて、PET
オリゴマーe)200g、プロピレングリコール30g
および無水マレイン酸130gを仕込み、追加のグリコ
ール分解を行わず、窒素気流中、210℃で2時間エス
テル化を行った後、ほぼ30Torrの減圧下で1時間
重縮合反応を行った。そして、ハイドロキノン0.17
gを加え、温度140℃で空気気流下、スチレン338
gを加え、均一に溶解した。その結果、幾分白濁した淡
黄褐色液状の不飽和ポリエステル樹脂が得られた。
【0038】 〔実施例2〕 押出機 :(株)日本油機製 SRV−P40/30 一軸押出機 L/D=22 押出機温度:220℃〜280℃ 材料 :廃ペットボトルフレーク(R−PET):よのペットボトルリ サイクル(株)製 プロピレングリコール 触媒:ジブチル錫オキシド
【0039】方法 (1)押出機を所定の温度にし、上記の内容の原料を供
給した。
【0040】(2)押出機を通過した溶融R−PET
は、常温にて固化した。各添加の毎にその固化物の分子
量および融点を測定したところ、添加の毎に両者とも下
表の通りに低下した。
【0041】
【表2】
【0042】 〔実施例3〕 押出機 :アイ・ケー・ジー(株)製 PMT47−III 二軸押出機 L/D=30 押出機温度:220℃〜280℃ 材料 :廃ペットボトルフレーク(R−PET):よのペットボトルリ サイクル(株)製 プロピレングリコール 触媒:ジブチル錫オキシド、テトライソプロポキシチタネート
【0043】方法 (1)押出機を所定の温度にし、上記の内容の原料を供
給した。
【0044】(2)添加の内容は、R−PETに触媒
0.3質量%を事前に添加し、押出機途中から定量ポン
プを用いてプロピレングリコール50質量%を定量供給
した。 (3)押出機を通過した溶融R−PETは、常温にて白
色の固化状であった。その固化物の分子量および融点を
測定したところ、下表の通りであった。
【0045】
【表3】 (4)得られたPETオリゴマーである表3のPETオ
リゴマーb)、プロピレングリコールおよび無水マレイ
ン酸を同時に仕込み、窒素気流中、210℃で2時間エ
ステル化を行った後、ほぼ30Torrの減圧下で1時
間重縮合反応を行った。さらに、ハイドロキノンを加
え、温度140℃で空気気流下、スチレンを加え、均一
に溶解した結果、わずかに濁りを帯びた淡黄褐色液状の
不飽和ポリエステル樹脂が得られた。
【0046】 〔実施例4〕 押出機 :(株)テクノベル製 KZW15 同方向二軸押出機 L/D =75 反応器:ノリタケ カンパニー製 スタティックミキサー 温度条件:220℃〜280℃ 材料 :廃ペットボトルフレーク(R−PET):中京荷役ペットボト ルリサイクル工場社製 プロピレングリコール 触媒:ジブチル錫オキシド
【0047】方法(1)押出機を所定の温度にし、R−
PETに事前に触媒0.3質量%を添加 し、定量ポンプを用いて押出機シリンダー途中からプロ
ピレングリコール50質量%を定量供給した。
【0048】(2)押出機出口に所定温度に加熱したス
タティックミキサーを設置し、押出機を通過した溶融R
−PETを通過させた。 (3)その結果、スラリー状のPETオリゴマーが得ら
れた。そのときの平均分子量は600〜800であっ
た。
【0049】(4)続いて、得られたPETオリゴマー
を原料として、不飽和ポリエステル樹脂の合成を行っ
た。すなわち、PETオリゴマーおよび無水マレイン酸
を同時に仕込み、窒素気流中、210℃で2時間エステ
ル化を行った後、ほぼ30Torrの減圧下で1時間重
縮合反応を行った。さらに、ハイドロキノンを加え、温
度140℃で空気気流下、スチレンを加え、均一に溶解
した結果、淡黄褐色液状の不飽和ポリエステル樹脂が得
られた。
【0050】 〔実施例5〕 押出機 :(株)テクノベル製 KZW15 同方向二軸押出機 L/D =75 管型反応器:鋼管(一区間にラッシリング充填) 温度条件:220℃〜280℃ 材料 :廃ペットボトルフレーク(R−PET):中京荷役ペットボト ルリサイクル工場社製 プロピレングリコール 触媒:ジブチル錫オキシド
【0051】方法 (1)押出機を所定の温度にし、R−PETに事前に触
媒0.3質量%を添加し、定量ポンプを用いて押出機シ
リンダー途中からプロピレングリコール50質量%を定
量供給した。
【0052】(2)押出機出口に所定温度に加熱した鋼
管(管型反応器)を設置し、押出機を通過した溶融R−
PETを通過させた。 (3)その結果、スラリー状のPETオリゴマーが得ら
れた。そのときの平均分子量は600〜800であっ
た。
【0053】以上のように、単数または複数の押出機を
使用して、あるいは押出機とこの押出機の出口に設けら
れた反応器とを使用して、R−PETの加熱・溶融・解
重合反応を一度に行い、平均分子量が3000以下のP
ETオリゴマーを効率良く得ることができた。また、そ
れを原料とすることで、廃ペットボトルフレークから不
飽和ポリエステル樹脂やその他の樹脂を製造する全体工
程の大幅な生産性向上および工程簡略化を実現すること
ができた。
【0054】
【発明の効果】以上のように本発明によると、R−PE
Tを使用して不飽和ポリエステル樹脂やその他の樹脂を
製造するために、P−RETを加熱・溶融させ解重合を
行う際に、このP−RETの解重合工程において単数ま
たは複数の押出機を使用することで、あるいは押出機と
この押出機の出口に設けられた反応器とを使用すること
で、R−PETの加熱・溶融・解重合反応を一度に実施
するため、R−PETとしてのたとえば廃ペットボトル
フレークから、PETの分子骨格を基とする不飽和ポリ
エステル樹脂やその他の樹脂を製造する全体工程につい
ての大幅な生産性向上および工程簡略化を実現すること
ができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井口 泰宏 兵庫県尼崎市大浜町2丁目26番地 株式会 社クボタ武庫川製造所内 (72)発明者 吉村 延 神奈川県相模原市橋本4−115−304 (72)発明者 大塚 伸一 神奈川県津久井郡城山町原宿5−1−9 Fターム(参考) 4F301 AA25 BC13 BC26 BF16 BF20 CA09 CA23 CA25 CA36 CA51 CA71 4J029 AA07 AB04 AC02 AE01 GA13 GA14 HA05 KG02 KG03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リサイクルに供されるポリエチレンテレ
    フタレートを加熱、溶融して解重合を行うに際し、単数
    または複数の押出機を使用して、あるいは押出機とこの
    押出機の出口に設けられた反応器とを使用して、前記リ
    サイクルに供されるポリエチレンテレフタレートの加熱
    ・溶融・解重合反応を一度に実施することを特徴とする
    ポリエチレンテレフタレートの解重合方法。
  2. 【請求項2】 押出機に、解重合工程において最終製品
    の成分として使用される種類のグリコールと、解重合を
    容易にするジブチル錫オキシドなどの錫系触媒あるいは
    テトライソプロポキシチタネートなどのチタン系触媒と
    を、同時にあるいは各々別々に添加して、押出機最終出
    口または反応器出口で、ポリエチレンテレフタレート
    を、平均分子量が3000以下のオリゴマーとして生成
    することを特徴とする請求項1記載のポリエチレンテレ
    フタレートの解重合方法。
  3. 【請求項3】 ポリエチレンテレフタレートの繰り返し
    単位を1モルとして、グリコールの添加量を、ポリエチ
    レンテレフタレートの縮合単位1モルに対して0.1モ
    ル以上10モル以下とするとともに、触媒の添加量を、
    ポリエチレンテレフタレートの使用量100質量部に対
    して0.01質量部以上3質量部以下とすることを特徴
    とする請求項1または2記載のポリエチレンテレフタレ
    ートの解重合方法。
  4. 【請求項4】 請求項1から3までのいずれか1項記載
    の方法により得られたポリエチレンテレフタレートのオ
    リゴマーを原料として、あるいはこのオリゴマーに必要
    量のグリコールを加えてさらに分解を進めた後に、α−
    β不飽和多塩基酸またはその酸無水物を加え、さらに必
    要に応じて他の飽和あるいは不飽和の多塩基酸またはそ
    の酸無水物を併用して、重縮合を行うことを特徴とする
    不飽和ポリエステル樹脂の製造方法。
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