JP2005290289A - Hardly precipitating titanium catalyst for manufacturing polyester and polyester obtained using the same - Google Patents

Hardly precipitating titanium catalyst for manufacturing polyester and polyester obtained using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a catalyst for manufacturing polyesters, which does not contain a dissolution auxiliary, or the like, other than a phosphorous compound as a stabilizer, does not precipitate after catalyst preparation to accumulate or coagulate in a container or at the bottom of an apparatus, and is simple to handle. <P>SOLUTION: The catalyst for manufacturing polyesters comprises a reaction product of a titanium compound represented by formula (I) [wherein R<SB>1</SB>is a 1-12C alkyl group; and (q) is an integer of 1-4] with a phosphorous compound represented by formula (II) [wherein R<SB>2</SB>is a 1-18C alkyl group or a 6-12C aryl group; (m) and (p) are each an integer of 1-3; and (n) is an integer of at least 2]. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ポリエステルの製造用の触媒及びこれを用いたポリエステルに関する。   The present invention relates to a catalyst for producing a polyester and a polyester using the same.

ポリエステルは、機械的強度、耐熱性、透明性及びガスバリア性に優れており、ジュース、清涼飲料又は炭酸飲料などの飲料充填容器の素材をはじめとしてフィルム、シート又は繊維などの素材として好適に使用されている。   Polyester is excellent in mechanical strength, heat resistance, transparency and gas barrier properties, and is suitably used as a material for films, sheets, fibers, etc. as well as materials for beverage filling containers such as juices, soft drinks or carbonated drinks. ing.

このようなポリエステルは、通常テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸類と、エチレングリコールなどの脂肪族ジオール類とを原料として製造される。具体的には、まず芳香族ジカルボン酸類と脂肪族ジオール類とのエステル化反応により低次縮合物(エステル低重合体)を形成し、次いで重縮合触媒の存在下にこの低次縮合物を脱グリコール反応(液相重縮合)させて、高分子量化している。また場合によっては固相重縮合を行い、さらに分子量を高めている。   Such a polyester is usually produced using aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid and aliphatic diols such as ethylene glycol as raw materials. Specifically, a low-order condensate (ester low polymer) is first formed by an esterification reaction of an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic diol, and then this low-order condensate is removed in the presence of a polycondensation catalyst. Glycol reaction (liquid phase polycondensation) is used to increase the molecular weight. In some cases, solid phase polycondensation is performed to further increase the molecular weight.

ポリエステルの製造方法では、重縮合触媒として、従来アンチモン化合物、ゲルマニウム化合物又はチタン化合物などが使用されている。しかしながら、アンチモン化合物を触媒として製造したポリエチレンテレフタレートは透明性、耐熱性の点でゲルマニウム化合物を触媒として製造したポリエチレンテレフタレートに劣ることが知られている。また、ゲルマニウム化合物はかなり高価であるため、ポリエステルの製造コストが高くなるという問題があった。このため製造コストを下げるため、重縮合時に飛散するゲルマニウム化合物を回収して再利用するなどのプロセスが検討されている。   In the polyester production method, an antimony compound, a germanium compound, a titanium compound, or the like is conventionally used as a polycondensation catalyst. However, it is known that polyethylene terephthalate produced using an antimony compound as a catalyst is inferior to polyethylene terephthalate produced using a germanium compound as a catalyst in terms of transparency and heat resistance. Moreover, since the germanium compound is quite expensive, there is a problem that the production cost of the polyester is increased. For this reason, in order to reduce the manufacturing cost, a process of recovering and reusing the germanium compound scattered during polycondensation has been studied.

またチタン化合物はエステルの重縮合反応を促進する作用のある化合物であることが知られており、チタンアルコキシド、四塩化チタン、シュウ酸チタニル又はオルソチタン酸などが重縮合触媒として公知であり、このようなチタン化合物を重縮合触媒として利用するために多くの検討が行われている。しかしながら、従来のチタン化合物を重縮合触媒に用いた場合、アンチモン化合物、ゲルマニウム化合物に比べ活性はあるものの、溶媒への溶解性が劣るため、触媒調製後に沈殿し容器、装置底部で堆積・凝結しやすいという問題がある。   Further, titanium compounds are known to be compounds having an action of promoting ester polycondensation reaction, and titanium alkoxide, titanium tetrachloride, titanyl oxalate or orthotitanic acid are known as polycondensation catalysts. Many studies have been made to use such a titanium compound as a polycondensation catalyst. However, when conventional titanium compounds are used as polycondensation catalysts, they are more active than antimony compounds and germanium compounds, but they are poorly soluble in solvents. There is a problem that it is easy.

ポリエステル製造用チタン触媒に関して、チタン化合物の加水分解によって得られた固体状チタン触媒をエチレングリコールの他、グリセリンのような溶解助剤、硫酸のような酸成分を添加の上120〜200℃で加熱溶解することによりチタン原子換算で3000〜10000ppmの濃度のエチレングリコール溶液を得る方法が述べられている(例えば特許文献1参照。)。しかし、この方法では固体状チタン触媒を調製するのに加水分解、脱水乾燥など非常に煩瑣な処理工程が必要である上、溶解助剤や酸成分などの余分な添加剤を必要としており、特に飲料充填用容器向けのポリエチレンテレフタレート樹脂を製造する際に充填飲料への溶出やフレーバー性への悪影響が懸念される。   Regarding a titanium catalyst for polyester production, a solid titanium catalyst obtained by hydrolysis of a titanium compound is heated at 120-200 ° C. with addition of ethylene glycol, a dissolution aid such as glycerin, and an acid component such as sulfuric acid. A method for obtaining an ethylene glycol solution having a concentration of 3000 to 10000 ppm in terms of titanium atom by dissolution is described (for example, see Patent Document 1). However, this method requires a very cumbersome processing step such as hydrolysis and dehydration drying to prepare a solid titanium catalyst, and also requires extra additives such as a dissolution aid and an acid component. When producing polyethylene terephthalate resin for beverage filling containers, there are concerns about the adverse effects on elution into flavored beverages and flavor properties.

また、チタンブトキシドとエチレングリコールの混合液に水酸化ナトリウム水溶液を加えて黄色透明溶液を得る手法も紹介されている(例えば特許文献2参照。)。しかしアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素の存在はポリエステル樹脂の色相に悪影響を与えることが広く知られている。事実特許文献2で得られているポリエチレンテレフタレートの色相はb値が最低でも3.7と黄色味が極めて強く、特に飲料充填容器の成形材料としては不適切である。また飲料充填容器の成形材料としては、得られるポリエステル中のアセトアルデヒド含有量を低減させることも要望されている。   In addition, a technique for obtaining a yellow transparent solution by adding an aqueous sodium hydroxide solution to a mixed solution of titanium butoxide and ethylene glycol has also been introduced (see, for example, Patent Document 2). However, it is widely known that the presence of alkali metal elements or alkaline earth metal elements adversely affects the hue of the polyester resin. In fact, the hue of polyethylene terephthalate obtained in Patent Document 2 is extremely strong in yellow with a minimum b value of 3.7, and is not suitable as a molding material for beverage filling containers. Moreover, as a molding material of a drink filling container, it is also desired to reduce the acetaldehyde content in the obtained polyester.

国際公開第02/016467号パンフレットInternational Publication No. 02/016467 Pamphlet 国際公開第00/071252号パンフレットInternational Publication No. 00/071252 Pamphlet

本発明の課題は、安定剤であるリン化合物以外の溶解助剤などを含有することなく、触媒調製後に沈殿し容器、装置底部で堆積・凝結することが無く取り扱いが簡便なポリエステル製造用チタン触媒を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a titanium catalyst for polyester production that does not contain a solubilizing agent other than a phosphorus compound that is a stabilizer, and that is precipitated after preparation of the catalyst and does not accumulate and condense at the bottom of the container or apparatus, and is easy to handle. Is to provide.

本発明者は、上記課題を解決するためにポリエステルの製造に用いられる重縮合触媒について鋭意研究したところ、特定のチタン化合物及びリン化合物を原料として用い、これらの反応生成物を重縮合触媒として用いることによって、触媒調製後に沈殿し容器・装置底部で堆積・凝結することがなく、高い触媒活性で優れた品質のポリエステルを製造できることを見いだした。すなわち上記課題は下記一般式(I)により表されるチタン化合物

Figure 2005290289
[上記式中、Rは1〜12個の炭素原子を有するアルキル基を、qは1〜4の整数を表す。]
と下記一般式(II)で表されるリン化合物
Figure 2005290289
[上記式中、Rは1〜18個の炭素原子を有するアルキル基または6〜12個の炭素原子を有するアリール基を表す。m及びpは1〜3の整数、nは2以上の整数を表す。]
との反応生成物からなるポリエステル製造用触媒によって解決することができる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied polycondensation catalysts used in the production of polyester. As a result, specific titanium compounds and phosphorus compounds are used as raw materials, and these reaction products are used as polycondensation catalysts. As a result, it has been found that a high-quality polyester with high catalytic activity can be produced without precipitation after the catalyst preparation and deposition and condensation at the bottom of the container / equipment. That is, the above problem is a titanium compound represented by the following general formula (I)
Figure 2005290289
[In the above formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and q represents an integer of 1 to 4. ]
And a phosphorus compound represented by the following general formula (II)
Figure 2005290289
[Wherein R 2 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. m and p represent an integer of 1 to 3, and n represents an integer of 2 or more. ]
This can be solved by a polyester production catalyst comprising a reaction product of

本発明によるポリエステル製造用触媒によれば、従来のチタン化合物触媒に比べ、触媒調製後に沈殿し容器・装置底部で堆積・凝結することが無いので取り扱いが簡便であり、ポリエステル製造時の触媒の計量等も容易になることが期待できる。また上述の堆積物・凝結物がポリエステルの中に混入することもない。   According to the catalyst for polyester production according to the present invention, compared to conventional titanium compound catalysts, it is easy to handle because it does not settle after the catalyst preparation, and does not accumulate or condense at the bottom of the container / equipment, and the catalyst is metered during polyester production. Etc. can be expected to become easier. Further, the above deposits / condensates are not mixed in the polyester.

以下、本発明を詳細に説明する。
(触媒)
本発明のポリエステル製造用の触媒は、この後に記述するチタン化合物とリン化合物を混合し、反応させることにより得ることが出来る。
チタン化合物は下記式(I)により表される化合物を用いることが必要である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(catalyst)
The catalyst for producing the polyester of the present invention can be obtained by mixing and reacting a titanium compound and a phosphorus compound described later.
It is necessary to use a compound represented by the following formula (I) as the titanium compound.

Figure 2005290289
[上記式中、Rは1〜12個の炭素原子を有するアルキル基を、qは1〜4の整数を表す。]
Figure 2005290289
[In the above formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and q represents an integer of 1 to 4. ]

具体的にはチタンテトラ−n−プロポキシド、チタンテトライソプロポキシド及びチタンテトラブトキシドよりなる群から少なくとも1種選ばれるチタン化合物を用いるのが好ましく、より好ましくはチタンテトライソプロポキシドである。
またリン化合物としては、下記式(II)により表される化合物を用いることが必要である。
Specifically, it is preferable to use at least one titanium compound selected from the group consisting of titanium tetra-n-propoxide, titanium tetraisopropoxide and titanium tetrabutoxide, more preferably titanium tetraisopropoxide.
Moreover, as a phosphorus compound, it is necessary to use the compound represented by following formula (II).

Figure 2005290289
[上記式中、Rは1〜18個の炭素原子を有するアルキル基または6〜12個の炭素原子を有するアリール基を表す。m及びpは1〜3の整数、nは2以上の整数を表す。]
Figure 2005290289
[Wherein R 2 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. m and p represent an integer of 1 to 3, and n represents an integer of 2 or more. ]

これらの中でpがより大きい化合物が好ましいと考えられる。これらのリン化合物は単一種を用いても複数種を併用して用いても良い。特に工業的に生産されており入手が容易という点で、ブトキシエチルアシッドホスフェート(上記式(II)において、Rがブチル基、n=2、p=1、m=1、2の化合物に対応する。)が好ましい。このリン化合物を用いることで、触媒調整後に沈殿が生成し容器底部等で体積・凝結することを抑制することができると考えられる。その原因の詳細は不明であるが、分散に用いるグリコールとの親和性が関連していると考えられる。 Of these, compounds with larger p are considered preferable. These phosphorus compounds may be used alone or in combination of two or more. In particular, butoxyethyl acid phosphate (in the above formula (II), R 2 is a butyl group, n = 2, p = 1, m = 1, 2 in terms of easy production and industrial availability) Is preferred). By using this phosphorus compound, it is considered that precipitation is generated after catalyst adjustment and volume / condensation at the bottom of the container or the like can be suppressed. Although the details of the cause are unknown, it is considered that the affinity with glycol used for dispersion is related.

本発明のポリエステル製造用の触媒は、上述したチタン化合物とリン化合物を混合し、反応させることにより得ることが出来る。しかしながら本発明の触媒を製造する場合、そのチタン化合物とリン化合物の配合比、反応方法及び反応条件等の製造方法が適切でないと、十分に反応が起こらず多くの未反応のチタン化合物や未反応のリン化合物が存在してしまう。そこで以下本発明のポリエステル製造用の触媒を効率よく反応させ、高い含有率のもの得るための製造方法をさらに詳細に説明する。   The catalyst for producing the polyester of the present invention can be obtained by mixing and reacting the above-described titanium compound and phosphorus compound. However, when the catalyst of the present invention is produced, if the production method such as the compounding ratio of the titanium compound and the phosphorus compound, the reaction method and the reaction conditions are not appropriate, the reaction does not occur sufficiently and many unreacted titanium compounds and unreacted Of phosphorus compounds. Accordingly, the production method for efficiently reacting the catalyst for producing the polyester of the present invention to obtain a high content will be described in more detail below.

本発明のポリエステル製造用の触媒は、上記のチタン化合物とリン化合物とをグリコールを媒体として加熱することにより製造することができる。この際チタン化合物のグリコール溶液とリン化合物のグリコール溶液はそれぞれ均一透明溶液であるが、両者を混合し加熱するとチタン化合物とリン化合物が反応し、その反応生成物はグリコール中に懸濁物として得られる。   The catalyst for producing the polyester of the present invention can be produced by heating the above titanium compound and phosphorus compound using glycol as a medium. At this time, the glycol solution of the titanium compound and the glycol solution of the phosphorus compound are homogeneous transparent solutions, respectively. When both are mixed and heated, the titanium compound and the phosphorus compound react, and the reaction product is obtained as a suspension in the glycol. It is done.

ここで用いるグリコールとしては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール又はシクロヘキサンジメタノールを例示することができる。触媒の製造に用いるグリコールには、その後製造したその触媒を用いて製造するポリエステルの原料と同じグリコールを使用することが好ましい。   Examples of the glycol used here include ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, and cyclohexanedimethanol. As the glycol used for the production of the catalyst, it is preferable to use the same glycol as the raw material of the polyester produced using the catalyst produced thereafter.

反応温度は、常温では反応が不十分であったり、反応に過大に時間を要する問題があるため、通常50℃〜200℃の温度で反応させることが好ましく、反応時間は1分〜4時間で完結させるのが好ましい。   The reaction temperature is preferably at a temperature of 50 ° C. to 200 ° C., and the reaction time is usually 1 minute to 4 hours. It is preferable to complete.

例えば、グリコールとしてエチレングリコールを用いる場合50℃〜150℃が好ましく、ヘキサメチレングリコールを用いる場合100℃〜200℃が好ましい範囲であり、反応時間は30分〜2時間がより好ましい範囲となる。反応温度が高すぎたり、時間が長すぎると、触媒の劣化が起こるため好ましくない。   For example, when ethylene glycol is used as the glycol, 50 ° C. to 150 ° C. is preferable, and when hexamethylene glycol is used, 100 ° C. to 200 ° C. is a preferable range, and the reaction time is more preferably 30 minutes to 2 hours. If the reaction temperature is too high or the time is too long, the catalyst will deteriorate, which is not preferable.

又本触媒を反応させるに当り、チタン原子に対するリン原子のモル比率として1.5以上2.5未満であることが好ましく、さらに1.7以上2.3未満であることが好ましい。一方1.5未満では未反応チタン化合物が多く存在し、逆に2.5以上では、過剰な未反応のリン化合物の存在が多く存在してしまう。   In reacting the catalyst, the molar ratio of phosphorus atom to titanium atom is preferably 1.5 or more and less than 2.5, and more preferably 1.7 or more and less than 2.3. On the other hand, if it is less than 1.5, many unreacted titanium compounds exist, and conversely, if it is 2.5 or more, many excessive unreacted phosphorus compounds exist.

本発明の触媒を使用してポリエステル、特に芳香族ポリエステルを製造する場合においては、最終的に得られるポリエステル中にチタン金属原子換算で、1〜50ppmになる量で触媒として使用するのが好ましく、5〜30ppmになる量で使用するのがさらに好ましい。そして得られるポリエステル中の金属原子として、チタン以外の金属原子は、金属元素濃度換算で10ppm以下が好ましく、更には5ppm以下が好ましい。   In the case of producing a polyester, particularly an aromatic polyester using the catalyst of the present invention, it is preferably used as a catalyst in an amount of 1 to 50 ppm in terms of titanium metal atom in the finally obtained polyester, More preferably, it is used in an amount of 5 to 30 ppm. And as a metal atom in the polyester obtained, metal atoms other than titanium are preferably 10 ppm or less, more preferably 5 ppm or less in terms of metal element concentration.

なお、上記反応生成物は、重縮合反応時に存在していればよい。このため触媒の添加は、原料スラリー調製工程、エステル化工程又は液相重縮合工程等のいずれの工程で行ってもよい。また触媒全量を一括添加しても、複数回に分けて添加してもよい。   In addition, the said reaction product should just exist at the time of a polycondensation reaction. Therefore, the catalyst may be added in any step such as a raw material slurry preparation step, an esterification step or a liquid phase polycondensation step. Further, the entire amount of the catalyst may be added at once, or may be added in a plurality of times.

(ポリエステルの製造方法)
次に、本発明の触媒を使用したポリエステルの製造方法について説明する。本発明の触媒を用いて、芳香族ジカルボン酸又はそのエステル形成性誘導体と、脂肪族グリコールを重縮合させてポリエステルを製造することができる。
(Production method of polyester)
Next, the manufacturing method of polyester using the catalyst of this invention is demonstrated. A polyester can be produced by polycondensation of an aromatic dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof and an aliphatic glycol using the catalyst of the present invention.

(原料)
芳香族ジカルボン酸としては、例えばテレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸若しくはジフェノキシエタンジカルボン酸又はそのエステル形成性誘導体を用いることができる。なおエステル形成性誘導体と具体的には低級アルキルエステル又は酸ハライドを挙げることができる。これらの中でもテレフタル酸又はそのエステル形成性誘導体を用いることが好ましい。脂肪族グリコールとしては、例えばエチレングリコール、トリメチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンメチレングリコール又はドデカメチレングリコールを用いることができる。これらの中でもエチレングリコールを用いることが好ましい。これら芳香族ジカルボン酸、そのエステル形成性誘導体及び脂肪族グリコールは単一種を用いても複数種を併用して用いても良い。
(material)
As the aromatic dicarboxylic acid, for example, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, diphenyldicarboxylic acid, diphenoxyethanedicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof can be used. Examples of ester-forming derivatives include lower alkyl esters and acid halides. Among these, it is preferable to use terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof. As the aliphatic glycol, for example, ethylene glycol, trimethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, neopentyl glycol, hexanemethylene glycol or dodecamethylene glycol can be used. Among these, it is preferable to use ethylene glycol. These aromatic dicarboxylic acids, their ester-forming derivatives and aliphatic glycols may be used singly or in combination.

芳香族ジカルボン酸とともに、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸若しくはデカンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸、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又はそのエステル形成性誘導体を原料として使用することができる。また脂肪族グリコールとともに、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族グリコール、ビスフェノール、ハイドロキノン又は2,2−ビス(4−β−ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン等の芳香族基を含むジオールを原料として使用することができる。さらにトリメシン酸、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールメタン又はペンタエリスリトールなどの多官能性化合物を原料として使用することができる。   Along with the aromatic dicarboxylic acid, aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, sebacic acid, azelaic acid or decanedicarboxylic acid, alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexanedicarboxylic acid or ester-forming derivatives thereof can be used as raw materials. In addition to aliphatic glycols, alicyclic glycols such as cyclohexanedimethanol, diols containing aromatic groups such as bisphenol, hydroquinone or 2,2-bis (4-β-hydroxyethoxyphenyl) propane may be used as raw materials. it can. Furthermore, polyfunctional compounds such as trimesic acid, trimethylolethane, trimethylolpropane, trimethylolmethane, or pentaerythritol can be used as a raw material.

なおこれらの中でテレフタル酸又はそのエステル形成性誘導体は、芳香族ジカルボン酸又はそのエステル形成性誘導体100モル%に対して、80モル%以上、好ましくは90モル%以上となるような量で用いられ、エチレングリコールは脂肪族グリコール100モル%に対して、80モル%以上、好ましくは90モル%以上となるような量で用いられることが好ましい。   Of these, terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof is used in such an amount that it is 80 mol% or more, preferably 90 mol% or more with respect to 100 mol% of the aromatic dicarboxylic acid or its ester-forming derivative. The ethylene glycol is preferably used in an amount of 80 mol% or more, preferably 90 mol% or more with respect to 100 mol% of the aliphatic glycol.

(エステル化工程)
まず、ポリエステルを製造するに際して、芳香族ジカルボン酸又はそのエステル形成性誘導体と脂肪族グリコールをエステル化させる。以下芳香族ジカルボン酸と脂肪族グリコールをエステル化させる場合について述べる。具体的には、芳香族ジカルボン酸と脂肪族グリコールとを含むスラリーを調製する。このようなスラリーには芳香族ジカルボン酸1モルに対して、通常1.1〜1.6モル、好ましくは1.2〜1.4モルの脂肪族グリコールが含まれる。このスラリーは、エステル化反応工程に連続的に供給される。
(Esterification process)
First, when manufacturing polyester, aromatic dicarboxylic acid or its ester-forming derivative and aliphatic glycol are esterified. The case where an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic glycol are esterified will be described below. Specifically, a slurry containing an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic glycol is prepared. Such a slurry usually contains 1.1 to 1.6 mol, preferably 1.2 to 1.4 mol, of aliphatic glycol per mol of aromatic dicarboxylic acid. This slurry is continuously supplied to the esterification reaction step.

エステル化反応は、反応物を自己循環させなから一段で実施する方法又は2つ以上のエステル化反応器を直列に連結し実施する方法が好ましく、いずれも脂肪族グリコールが還流する条件下で、反応によって生成した水を精留塔で系外に除去しながら行う。ここで本発明の触媒を用いるにあたっては、上述のように、最終的に得られるポリエステル中にチタン金属原子換算で、1〜50ppmになる量で触媒として使用するのが好ましく、5〜30ppmになる量で使用するのがさらに好ましい。   The esterification reaction is preferably performed in a single stage because the reactants are not recirculated, or a method in which two or more esterification reactors are connected in series, both of which are under conditions where the aliphatic glycol is refluxed. It is carried out while removing water produced by the reaction from the system with a rectification column. Here, in using the catalyst of the present invention, as described above, it is preferably used as a catalyst in an amount of 1 to 50 ppm in terms of titanium metal atom in the finally obtained polyester, and becomes 5 to 30 ppm. More preferably, it is used in an amount.

反応物を自己循環させなから一段で連続的にエステル化を行う場合の反応条件は、通常反応温度が240〜280℃、好ましくは250〜270℃であり、反応圧力は常圧〜0.3MPaの条件下で行われ、エステル化率が通常90%以上、好ましくは95%以上になるまで反応させることが望ましい。芳香族ジカルボン酸のエステル形成性誘導体を用いる場合についてもこれに準じた手法によりエステル化させることができる。   The reaction conditions when the esterification is carried out continuously in one stage without allowing the reactants to self-circulate are usually a reaction temperature of 240 to 280 ° C, preferably 250 to 270 ° C, and a reaction pressure of normal pressure to 0.3 MPa. It is desirable to carry out the reaction until the esterification rate is usually 90% or higher, preferably 95% or higher. Even in the case of using an ester-forming derivative of an aromatic dicarboxylic acid, it can be esterified by a method according to this.

このエステル化工程により、芳香族ジカルボン酸と脂肪族グリコールとのエステル化反応物(オリゴマー)が得られ、このオリゴマーの重合度が4〜10程度である事が好ましい。上記のようなエステル化工程で得られたオリゴマーは、次いで重縮合(液相重縮合)工程に供給される。   By this esterification step, an esterification reaction product (oligomer) of an aromatic dicarboxylic acid and an aliphatic glycol is obtained, and the degree of polymerization of this oligomer is preferably about 4 to 10. The oligomer obtained in the esterification step as described above is then supplied to a polycondensation (liquid phase polycondensation) step.

(液相重縮合工程)
次に液相重縮合工程において、上記した本発明の重縮合触媒の存在下に、エステル化工程で得られたオリゴマーを、減圧下かつポリエステルの融点以上の温度(通常240〜280℃)に加熱することにより重縮合させる。この重縮合反応では、未反応の脂肪族グリコール及び重縮合で発生する脂肪族グリコールを反応系外に留去させながら行われることが望ましい。
(Liquid phase polycondensation process)
Next, in the liquid phase polycondensation step, in the presence of the polycondensation catalyst of the present invention, the oligomer obtained in the esterification step is heated under reduced pressure to a temperature not lower than the melting point of the polyester (usually 240 to 280 ° C.). To polycondense. This polycondensation reaction is desirably carried out while distilling off unreacted aliphatic glycol and aliphatic glycol generated by polycondensation outside the reaction system.

重縮合反応は1槽で行ってもよく、複数の槽に分けて行ってもよい。例えば、重縮合反応が2段階で行われる場合には、第1槽目の重縮合反応は反応温度が245〜290℃、好ましくは260〜280℃、圧力が100〜1kPa、好ましくは50〜2kPaの条件下で行われ、最終第2槽での重縮合反応は、反応温度が265〜300℃、好ましくは270〜290℃、反応圧力は通常1000〜10Paで、好ましくは500〜30Paの条件下で行われる。   The polycondensation reaction may be performed in one tank or may be performed in a plurality of tanks. For example, when the polycondensation reaction is performed in two stages, the polycondensation reaction in the first tank has a reaction temperature of 245 to 290 ° C, preferably 260 to 280 ° C, and a pressure of 100 to 1 kPa, preferably 50 to 2 kPa. The polycondensation reaction in the final second tank is carried out under the conditions of 265 to 300 ° C., preferably 270 to 290 ° C., and the reaction pressure is usually 1000 to 10 Pa, preferably 500 to 30 Pa. Done in

このようにして、本発明の触媒を用いてポリエステルを製造することができる。この重縮合工程で得られるポリエステルは、通常溶融状態で押出しながら冷却後粒状(チップ状)のものを得る。得られたポリエステルの極限粘度IVは0.40〜0.80dl/g、好ましくは0.50〜0.70dl/gであることが望ましい。   In this way, a polyester can be produced using the catalyst of the present invention. The polyester obtained in this polycondensation step is usually granulated (chip-shaped) after cooling while being extruded in a molten state. The intrinsic viscosity IV of the obtained polyester is 0.40 to 0.80 dl / g, preferably 0.50 to 0.70 dl / g.

(固相重縮合工程)
上記液相重縮合工程で得られるポリエステルは、高極限粘度のポリエステルを所望する場合には、さらに固相重縮合することが望ましい。固相重縮合工程に供給される粒状ポリエステルは、予め固相重縮合を行う場合の温度より低い温度に加熱して予備結晶化を行った後、固相重縮合工程に供給してもよい。
(Solid phase polycondensation process)
The polyester obtained in the liquid phase polycondensation step is preferably further subjected to solid phase polycondensation when a polyester having a high intrinsic viscosity is desired. The granular polyester supplied to the solid phase polycondensation step may be supplied to the solid phase polycondensation step after preliminarily crystallizing by heating to a temperature lower than the temperature in the case of performing solid phase polycondensation in advance.

このような予備結晶化工程は、粒状ポリエステルを乾燥状態で通常120〜200℃、好ましくは130〜180℃の温度で1分から4時間加熱することによって行うことができる。またこのような予備結晶化は、粒状ポリエステルを水蒸気雰囲気、水蒸気含有不活性ガス雰囲気下又は水蒸気含有空気雰囲気下で、120〜200℃の温度で1分間以上加熱することによって行うこともできる。予備結晶化されたポリエステルは、結晶化度が20〜50%であることが望ましい。なおこの予備結晶化処理によっては、いわゆるポリエステルの固相重縮合反応は進行せず、予備結晶化されたポリエステルの極限粘度は、液相重縮合後のポリエステルの極限粘度とほぼ同じであり、予備結晶化されたポリエステルの極限粘度と予備結晶化される前のポリエステルの極限粘度との差は、通常0.06dl/g以下である。   Such a precrystallization step can be performed by heating the granular polyester in a dry state at a temperature of usually 120 to 200 ° C., preferably 130 to 180 ° C. for 1 minute to 4 hours. Such pre-crystallization can also be performed by heating the granular polyester at a temperature of 120 to 200 ° C. for 1 minute or more in a steam atmosphere, a steam-containing inert gas atmosphere, or a steam-containing air atmosphere. The precrystallized polyester desirably has a crystallinity of 20 to 50%. The so-called polyester solid phase polycondensation reaction does not proceed by this precrystallization treatment, and the intrinsic viscosity of the precrystallized polyester is almost the same as the intrinsic viscosity of the polyester after liquid phase polycondensation. The difference between the intrinsic viscosity of the crystallized polyester and the intrinsic viscosity of the polyester before pre-crystallization is usually 0.06 dl / g or less.

固相重縮合工程は少なくとも1段からなり、温度が190〜230℃、好ましくは195〜225℃であり、圧力が200kPa〜1kPa、好ましくは常圧から10kPaの条件下で、窒素、アルゴン又は炭酸ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行われる。使用する不活性ガスとしては窒素ガスが望ましい。   The solid phase polycondensation step comprises at least one stage, temperature is 190 to 230 ° C., preferably 195 to 225 ° C., pressure is 200 kPa to 1 kPa, preferably normal pressure to 10 kPa, and nitrogen, argon or carbonic acid. It is performed under an inert gas atmosphere such as gas. Nitrogen gas is desirable as the inert gas used.

このような固相重縮合工程を経て得られた粒状ポリエステルには、必要に応じて水処理を行ってもよく、この水処理は、粒状ポリエステルを水、水蒸気、水蒸気含有不活性ガス又は水蒸気含有空気などと接触させることにより行われる。   The granular polyester obtained through such a solid-phase polycondensation step may be subjected to water treatment as necessary, and this water treatment is performed by treating the granular polyester with water, steam, steam-containing inert gas or steam-containing polyester. It is performed by contacting with air or the like.

このようにして得られた粒状ポリエステルの極限粘度IVは、0.70dl/g以上であることが望ましい。上記のようなエステル化工程と重縮合工程とを含むポリエステルの製造工程はバッチ式、半連続式又は連続式のいずれでも行うことができる。   The intrinsic viscosity IV of the granular polyester thus obtained is preferably 0.70 dl / g or more. The production process of the polyester including the esterification step and the polycondensation step as described above can be performed by any of batch type, semi-continuous type and continuous type.

特に固相重縮合を行うポリエチレンテレフタレートは、一般的にボトルなどに利用する場合が多く、そのためにもIVが0.70dl/g以上であること、アセトアルデヒド含有量が少ないほうが好ましい。   In particular, polyethylene terephthalate that undergoes solid phase polycondensation is generally used in bottles and the like. For this reason, it is preferable that IV is 0.70 dl / g or more and that the acetaldehyde content is low.

尚、ポリエチレンテレフタレート中のアセトアルデヒド含有量は、通常固相重縮合工程で低減されるため、固相重縮合前の溶融縮合のIV及び固相重縮合の条件などを調整することで対応できる。   In addition, since the acetaldehyde content in polyethylene terephthalate is usually reduced in the solid phase polycondensation step, it can be dealt with by adjusting the melt condensation IV before solid phase polycondensation, the conditions of solid phase polycondensation, and the like.

よって、上記の方法で得られたポリエチレンテレフタレートは、色相及び透明性に優れ、且つアセトアルデヒドの含有量も少なく、ボトル等の成形体材料として有用である。具体的には本発明の触媒を用いると、成形して得られたプリフォーム成形体の胴部のヘーズが通常10%以下、好ましくは0〜5%で、又アセトアルデヒドの含有量が30ppm以下、好ましくは25ppm以下とすることができる。   Therefore, the polyethylene terephthalate obtained by the above method is excellent in hue and transparency and has a low acetaldehyde content, and is useful as a molded material for bottles and the like. Specifically, when the catalyst of the present invention is used, the haze of the body of the preform molded body obtained by molding is usually 10% or less, preferably 0 to 5%, and the content of acetaldehyde is 30 ppm or less, Preferably it can be 25 ppm or less.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。各種の分析評価は次のようにして行った。
〇極限粘度(IV)
ポリエステル0.6gをO−クロロフェノール50cc中に加熱溶解した後、一旦冷却させ、その溶液をウベローデ式粘度計を用いて35℃の温度条件で測定した溶液粘度から算出した。
〇色相(Col)
粒状のポリマーサンプルを160℃×90分間乾燥機中で熱処理し、結晶化させた後カラーマシン社製CM−7500型カラーマシンで測定した。固相重縮合後のサンプルについては、熱処理工程を省き同様に測定した。
〇ジエチレングリコール(DEG)含有量
サンプルをヒドラジンハイドレート(抱水ヒドラジン)にて分解し、ガスクロマトグラフィー(GC)にて測定した。
〇成形品のヘーズ
射出成形開始後5ショット目以降のいずれか1個の試料の、プリフォーム成形体胴部の長さ方向で中央箇所をサンプリングし、日本電色工業社製濁度計(HDH−1001DP)にて測定した。
〇アセトアルデヒド(AA)含有量
AA含有量はサンプルを凍結粉砕しバイアル瓶に仕込み、150℃×60分保持し、日立製ヘッドスペースガスクロマトグラフィーにて測定した。
〇金属含有濃度分析
ポリエステル中の触媒金属濃度は、粒状のサンプルをアルミ板上で加熱溶融した後、圧縮プレス機で平面を有する成形体を作成し、蛍光X線装置(理学電機工業3270E型)にて、定量分析した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Various analytical evaluations were performed as follows.
* Intrinsic viscosity (IV)
After 0.6 g of polyester was dissolved by heating in 50 cc of O-chlorophenol, the polyester was once cooled, and the solution was calculated from the solution viscosity measured at 35 ° C. using an Ubbelohde viscometer.
* Hue (Col)
The granular polymer sample was heat-treated in a dryer at 160 ° C. for 90 minutes, crystallized, and then measured with a CM-7500 color machine manufactured by Color Machine Co. The sample after the solid phase polycondensation was measured in the same manner without the heat treatment step.
O Diethylene glycol (DEG) content The sample was decomposed with hydrazine hydrate (hydrated hydrazine) and measured by gas chromatography (GC).
〇 Haze of the molded product Sampling the central part of the length of the preform body of any one sample after the fifth shot after the start of injection molding, the turbidimeter (HDH manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.) -1001 DP).
Acetaldehyde (AA) content The AA content was measured by Hitachi headspace gas chromatography by freezing and crushing a sample, placing it in a vial, holding it at 150 ° C for 60 minutes, and then making it.
〇Metal content concentration analysis The catalyst metal concentration in polyester is obtained by heating and melting a granular sample on an aluminum plate, and then forming a molded body having a flat surface with a compression press machine. Fluorescent X-ray device (Rigaku Corporation 3270E type) And quantitative analysis.

[実施例1]
エチレングリコール437重量部とブトキシエチルアシッドホスフェート(モノエステル[m=1]とジエステル[m=2]の重量比4:6の混合物)6重量部を入れて混合攪拌した中に、チタンテトライソプロポキシドのエチレングリコール溶液57重量部(チタン濃度1重量%)をゆっくり添加し、徐々に昇温して100℃の温度で1時間攪拌保持したのち、得られた懸濁液を室温まで放冷した(以下、この懸濁液を「BEP触媒」と略す)。この液体100mLを100mLメスシリンダーに採取し120時間静置したところ、液面から45mLの容積部分に透明な上澄み液が生じたが、55mLの容積の部分に触媒粒子が懸濁したままで底部に沈殿・凝結はしなかった。
[Example 1]
437 parts by weight of ethylene glycol and 6 parts by weight of butoxyethyl acid phosphate (mixture of monoester [m = 1] and diester [m = 2] in a weight ratio of 4: 6) were mixed and stirred, and titanium tetraisopropoxy was added. 57 parts by weight of an ethylene glycol solution (titanium concentration 1% by weight) was slowly added, the temperature was gradually raised and the mixture was stirred at 100 ° C. for 1 hour, and then the resulting suspension was allowed to cool to room temperature. (Hereinafter, this suspension is abbreviated as “BEP catalyst”). When 100 mL of this liquid was collected in a 100 mL graduated cylinder and allowed to stand for 120 hours, a transparent supernatant liquid was produced in a 45 mL volume portion from the liquid surface, but the catalyst particles were suspended in the 55 mL volume portion at the bottom. There was no precipitation or condensation.

[比較例1]
実施例1でのリン化合物を、ブトキシエチルアシッドホスフェート(モノエステルとジエステルの重量比4:6の混合物)6重量部の代わりにモノブチルホスフェート3.7重量部を用いる以外は、ほぼ同様な装置及び手順で反応を実施した。この液体100mLを100mLメスシリンダーに採取し120時間静置したところ、液面から94mLの容積部分に透明な上澄み液が生じて底部6mLの容積の部分に触媒粒子は沈殿し凝結しており、液を振り混ぜてもこの凝結物は再度分散しなかった。
[Comparative Example 1]
The phosphorus compound in Example 1 was almost the same apparatus except that 3.7 parts by weight of monobutyl phosphate was used instead of 6 parts by weight of butoxyethyl acid phosphate (a mixture of a monoester and a diester in a weight ratio of 4: 6). And the procedure was carried out. When 100 mL of this liquid was collected in a 100 mL graduated cylinder and allowed to stand for 120 hours, a transparent supernatant liquid was generated in a 94 mL volume portion from the liquid surface, and catalyst particles were precipitated and condensed in a bottom 6 mL volume portion. The agglomerates did not disperse again when shaken.

[実施例2]
予め225重量部のオリゴマーが滞留する反応器内に、攪拌下窒素雰囲気で255℃、常圧下に維持された条件下に、179重量部の高純度テレフタル酸と95重量部のエチレングリコールとを混合して調製されたスラリーを一定速度供給し、反応で発生する水とエチレングリコールを系外に留去しながら、エステル化反応を4時間し反応を完結させた。この時のエステル化率は98%以上で、生成されたオリゴマーの重合度は約5〜7であった。
[Example 2]
179 parts by weight of high-purity terephthalic acid and 95 parts by weight of ethylene glycol were mixed in a reactor in which 225 parts by weight of the oligomer had been retained in advance under the condition of being maintained at 255 ° C. and normal pressure in a nitrogen atmosphere under stirring. The slurry prepared in this manner was supplied at a constant rate, and the esterification reaction was completed for 4 hours while water and ethylene glycol generated by the reaction were distilled out of the system to complete the reaction. The esterification rate at this time was 98% or more, and the polymerization degree of the produced oligomer was about 5 to 7.

このエステル化反応で得られたオリゴマー225重量部を重縮合反応槽に移し、重縮合触媒として、実施例1で調製したチタン/リン反応化合物懸濁液(BEP触媒)を1.8重量部投入した。引続き系内の反応温度を255から280℃に、又反応圧力を常圧から60Paにそれぞれ段階的に上昇及び減圧し、反応で発生する水及びエチレングリコールを系外に除去しながら重縮合反応を行った。   225 parts by weight of the oligomer obtained by this esterification reaction was transferred to a polycondensation reaction tank, and 1.8 parts by weight of the titanium / phosphorus reaction compound suspension (BEP catalyst) prepared in Example 1 was added as a polycondensation catalyst. did. Subsequently, the polycondensation reaction is carried out while the reaction temperature in the system is gradually increased and reduced from 255 to 280 ° C. and the reaction pressure is gradually increased from normal pressure to 60 Pa, and water and ethylene glycol generated in the reaction are removed from the system. went.

重縮合反応の進行度合いを系内の攪拌翼への負荷をモニターしなから確認し、所望の重合度に達した時点で反応を終了した。その後系内の反応物を吐出部からストランド状に連続的に押出し、冷却・カッティングして約3mm程度の大きさの粒状ペレットを得た。この時の重縮合反応時間は110分であった。又得られたポリエチレンテレフタレートは、IV0.515dl/g、DEG1.14重量%、Col−L値82、b値0.6であり、含有する触媒金属濃度はチタン13ppm、リン14ppmであった。   The progress of the polycondensation reaction was confirmed without monitoring the load on the stirring blades in the system, and the reaction was terminated when the desired degree of polymerization was reached. Thereafter, the reaction product in the system was continuously extruded in a strand form from the discharge part, cooled and cut to obtain granular pellets having a size of about 3 mm. The polycondensation reaction time at this time was 110 minutes. The obtained polyethylene terephthalate had an IV of 0.515 dl / g, a DEG of 1.14% by weight, a Col-L value of 82, and a b value of 0.6, and the catalyst metal concentration contained was 13 ppm titanium and 14 ppm phosphorus.

[実施例3]
実施例2で得られたポリエチレンテレフタレートを棚式結晶化機で窒素流通下160℃で4時間結晶化及び乾燥させた。続いてタンブラー式固相重合塔に移し、窒素流通下215℃で27時間固相重縮合を行った。こうして得られたポリエチレンテレフタレートの品質は、IVが0.741dl/g、Col−L値85、b値が2.2であった。
[Example 3]
The polyethylene terephthalate obtained in Example 2 was crystallized and dried at 160 ° C. for 4 hours under a nitrogen flow in a shelf-type crystallizer. Subsequently, it was transferred to a tumbler type solid phase polymerization tower, and solid phase polycondensation was performed at 215 ° C. for 27 hours under a nitrogen flow. The polyethylene terephthalate thus obtained had an IV of 0.741 dl / g, a Col-L value of 85, and a b value of 2.2.

又、これら固相重縮合したポリエチレンテレフタレートを用いプリフォーム成形体を下記の方法で成形した。ポリエチレンテレフタレート5kgを温度160℃、常圧、N流入下条件で10時間以上棚段式の乾燥機を用いて乾燥させ、乾燥ポリエチレンテレフタレートを射出成形機(名機製作所社製「M−100DM」)にて、シリンダー温度275℃、スクリュー回転数160rpm、1次圧時間3.0秒、金型冷却温度10℃、サイクル30秒で、外径約28mm、内径約19mm、長さ136mm、胴部肉厚4mm、重量約56gの円筒状のプリフォームを射出成形した。それぞれの得られたプリフォーム成形体の胴部中央箇所をサンプリングしてIV、ヘーズ、アセトアルデヒド濃度を測定した。これらの結果はIV0.662dl/g、ヘーズ1.6%、アセトアルデヒド15.7ppmだった。またプリフォーム成形体を肉眼でよく観察したところ、触媒粒子に起因する異物は発見されなかった。 Further, a preform molded body was molded by the following method using these solid phase polycondensed polyethylene terephthalate. 5 kg of polyethylene terephthalate was dried for 10 hours or more under conditions of 160 ° C., normal pressure and N 2 inflow using a shelf type dryer, and the dried polyethylene terephthalate was injection molded (“M-100DM” manufactured by Meiki Seisakusho Co., Ltd.). ), Cylinder temperature 275 ° C., screw rotation speed 160 rpm, primary pressure time 3.0 seconds, mold cooling temperature 10 ° C., cycle 30 seconds, outer diameter about 28 mm, inner diameter about 19 mm, length 136 mm, body part A cylindrical preform having a wall thickness of 4 mm and a weight of about 56 g was injection molded. The center part of the trunk portion of each obtained preform was sampled, and the IV, haze, and acetaldehyde concentrations were measured. The results were IV 0.662 dl / g, haze 1.6%, and acetaldehyde 15.7 ppm. Further, when the preform molded body was closely observed with the naked eye, no foreign matter attributable to the catalyst particles was found.

本発明によれば触媒調製後に沈殿し容器、装置底部で堆積・凝結することが無い取り扱いが簡便なポリエステル製造用触媒を得ることができる。この触媒を用いると従来のチタン化合物触媒に比べ取り扱いが簡便であるので、ポリエステル製造時の触媒の計量等も容易になり、より効率良くポリエステルを製造することができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a polyester production catalyst which is easy to handle and does not precipitate after the catalyst is prepared and does not accumulate or condense at the bottom of the container or apparatus. When this catalyst is used, the handling is simpler than conventional titanium compound catalysts, so that the measurement of the catalyst during the production of the polyester is facilitated, and the polyester can be produced more efficiently.

本発明の触媒で製造されたポリエステルは、安定剤であるリン化合物以外の溶解助剤などを含有することなく、ヘーズが少なく、重金属及びアセトアルデヒド含有量が少なく異物の少ない成形品を得ることができるため、飲料充填ボトル用の成形容器の材料として有用である。   Polyesters produced with the catalyst of the present invention do not contain solubilizing agents other than phosphorus compounds that are stabilizers, and can provide molded articles with less haze, less heavy metal and acetaldehyde content, and less foreign matter. Therefore, it is useful as a material for a molded container for beverage filling bottles.

Claims (3)

下記一般式(I)により表されるチタン化合物
Figure 2005290289
[上記式中、Rは1〜12個の炭素原子を有するアルキル基を、qは1〜4の整数を表す。]
と下記一般式(II)で表されるリン化合物
Figure 2005290289
[上記式中、Rは1〜18個の炭素原子を有するアルキル基または6〜12個の炭素原子を有するアリール基を表す。m及びpは1〜3の整数、nは2以上の整数を表す。]
との反応生成物からなるポリエステル製造用触媒。
Titanium compound represented by the following general formula (I)
Figure 2005290289
[In the above formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and q represents an integer of 1 to 4. ]
And a phosphorus compound represented by the following general formula (II)
Figure 2005290289
[Wherein R 2 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. m and p represent an integer of 1 to 3, and n represents an integer of 2 or more. ]
A catalyst for producing polyester comprising a reaction product of
上記式(I)のチタン化合物がチタンテトラ−n−プロポキシド、チタンテトライソプロポキシド及びチタンテトラブトキシドよりなる群から少なくとも1種選ばれるチタン化合物である請求項1に記載のポリエステル製造用触媒。   The catalyst for producing a polyester according to claim 1, wherein the titanium compound of the formula (I) is a titanium compound selected from the group consisting of titanium tetra-n-propoxide, titanium tetraisopropoxide and titanium tetrabutoxide. 請求項1又は2に記載の触媒を用いて製造されたポリエステル。   A polyester produced using the catalyst according to claim 1.
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