JP2009040806A - ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体の製造方法 - Google Patents

ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の目的は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体を製造する方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、(i)固有粘度が0.4dl/gを超えるポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをエチレングリコールと接触せしめ、固有粘度が0.1〜0.4dl/gのポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)とする工程、(ii)得られたポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)をエチレングリコールを主たる成分とする液相とを分離する工程、および(iii)分離したポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を粉砕する工程、を含む粉体の製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体の製造方法に関する。さらに詳しくは、化粧品、粉体塗料等の原料として有用であるポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体の製造方法に関する。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(ポリエチレンナフタレート)は、機械特性、化学特性および熱特性等に優れるため、繊維、フィルム、ボトル、タイヤコードなど幅広い分野に使用されている。これら分野において、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを粉体として利用することがある。
例えば特許文献1には、共重合ポリエチレンテレフタレートフィルムの製造工程において、共重合ポリエチレンテレフタレートに不活性粒子と平均粒径が10〜1,000μmのポリエチレン−2,6−ナフタレート微粉末を同時に添加することにより、共重合ポリエチレンテレフタレートと不活性粒子との界面に発生するボイド(空隙)を少なくすることができるため、表面平滑性に優れた共重合ポリエチレンテレフタレートフィルムを提供できることが記載されている。
特許文献2には、ポリエステルに不活性粒子とポリエステル微粉末を同時に添加することにより、ポリエステルに粗大粒子を存在させることなく無機粒子を均一に分散できることが記載されており、ポリエステル微粉末の一例としてポリエチレン−2,6−ナフタレート微粉末が挙げられている。
このようにポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは、粉体としても有用であると考えられる。しかし、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは分子構造に由来する機械的強度が高く、粉体の製造は容易ではない。特許文献1および特許文献2においては、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをガラス転移点以上、融点以下の温度で加熱して結晶化させた後、液体窒素などを加えた冷却状態で粉砕する方法が提案されている。しかし、結晶化・冷却状態での粉砕は、粉砕機の負担を大きくするために粉砕効率が悪く、生産性の低下が考えられる。
一方、樹脂粉体の製造方法については、多くの技術が知られている。例えば特許文献3では、樹脂組成物に発泡剤を添加して多孔質樹脂組成物とし、これを粉砕することにより粉体を得ることが記載されている。この方法は発泡剤を添加しているため、第三成分の存在を嫌う用途には利用することができない。
特許文献4では、PET樹脂ペレットおよび成型品再生用破砕品を原料として機械粉砕する場合において、前記原料を加熱処理することによって結晶化度を35%以上として常温下で機械粉砕することを特徴とする粉砕方法が記載されている。この発明は原料をPET(ポリエチレンテレフタレート)に限定している。また、実施例によると平均粒径200μm程度の粉砕粒子が得られ、更に繰り返し粉砕することで85μm程度の粉砕粒子を得ることが記載されていることから、数十μm程度の平均粒径の粉体を得るためには複数回の粉砕操作が必要となり、粉砕効率の改善が望まれる。
一方、特許文献5では、ポリエチレンテレフタレートをエチレングリコールと反応させ、エチレングリコールから分離したポリエチレンテレフタレートを粉砕機により粉砕して、平均粒径0.1〜50μmのポリエチレンテレフタレートの粒子を得ることが記載されている。しかしこの発明も特許文献4と同様に、原料をポリエチレンテレフタレートに限定している。
特開2004−285239号公報 特開2003−155351号公報 特開昭56−070057号公報 特開平11−114961号公報 特開2006−328251号公報
本発明者は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを粉体として活用するため、優れた強度を有するポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを効率良く粉砕でき、第三成分混入の恐れの無い方法について検討した。
即ち本発明の目的は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体を製造する方法を提供することにある。
また本発明の目的は、微小粒径のポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体を製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的および利点は、以下の説明から明らかになろう。
本発明の目的は、(i)固有粘度が0.4dl/gを超えるポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをエチレングリコールと接触せしめ、固有粘度が0.1〜0.4dl/gのポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)とする工程、
(ii)得られたポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を、エチレングリコールを主たる成分とする液相と分離する工程、および
(iii)分離したポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を粉砕する工程、を含む粉体の製造方法によって達成される。
本発明において、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは、90モル%以上のエチレンナフタレンジカルボキシレート単位からなることが好ましい。ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの形状はペレット状であり、断面の長径が1〜3mm、短径が0.5〜2mm、長さが1〜10mmであることが好ましい。
本発明においては、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートとエチレングリコールとの接触を、温度150〜250℃、接触時間60〜360分間で行うことが好ましい。ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート1重量部に対してエチレングリコール0.1〜5重量部を接触させることが好ましい。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)と、エチレングリコールを主たる成分とする液相との分離は、温度50〜145℃で行うことが好ましい。エチレングリコールを主たる成分とする液相から分離した後、粉砕前に、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を、エチレングリコール、温水、水またはこれらの組み合わせにより洗浄することが好ましい。洗浄した後、粉砕前に、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を乾燥して、残留水分量を0〜5,000ppm、残留エチレングリコール量を0〜5,000ppmにすることが好ましい。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)の粉砕は、機械粉砕により行うことが好ましい。得られる粉体は、平均粒径500μm以下、残留エチレングリコール量が0〜5,000ppmであることが好ましい。粉砕により得られた粉体をさらに乾燥することが好ましい。
本発明によれば、機械的強度の高いポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを容易に粉体化することができる。本発明によれば、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをエチレングリコールで解重合した後、粉砕するので、粒径の小さい粉体を容易に製造することができる。本発明によれば、機械的強度の高いポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを粉体として活用することができる。本発明により製造されるポリエチレンナフタレンジカルボキシレート粉体は、紫外線遮断性、耐熱性、耐薬品性等に優れるため、紫外線カットや耐候性が必要な製品の原料、例えば化粧品、粉体塗料等の原料として使用することができる。
本発明においては、原料のポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをエチレングリコールと接触せしめることにより、易粉砕性の付与されたポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)が得られ、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を粉砕することにより粉体を得ることができる。原料のポリエチレンナフタレンジカルボキシレートから粉体を得るためには、以下に詳述するように、接触工程、分離工程、洗浄工程、乾燥工程および粉砕工程を行うことが好ましい。
(ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート)
本発明において原料として用いられるポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは、好ましくは90モル%以上、より好ましくは95〜100モル%のエチレンナフタレンジカルボキシレート単位からなることが好ましい。
他の成分としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェノキシエタン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、アゼライン酸、デカンジカルボ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族ジカルボン酸等のジカルボン酸成分、ジ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、ヘキサメチレングリコール、ドデカメチレングリコール等の脂肪族ジオール、シクロヘキサンジメタノール等の脂環族ジオール、ビスフェノール、ハイドロキノン等の芳香族ジオール等のジオール成分を例示することができる。さらに具体的には、例えば、エチレンテレフタレート単位、エチレンイソフタレート単位、ジエチレンテレフタレート単位等が挙げられる。
即ちポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは、ホモポリマーであることが好ましいが、全ジカルボン酸成分に対し好ましくは10モル%以下、さらに好ましくは5モル%以下のナフタレンジカルボン酸以外のジカルボン酸成分および/またはエチレングリコール以外のジオール成分を用いた共重合ポリマーであってもよい。また、全重量に対し好ましくは10重量%以下、さらに好ましくは5重量%以下の他の縮合系樹脂を混合させたブレンドポリマーであっても良い。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは、ナフタレンジカルボン酸ジメチルエステルとエチレングリコールのエステル交換法により製造することができる。また、ナフタレンジカルボン酸とエチレングリコールとの直接重合法により製造することができる。その際、重合触媒を用いるのが好ましく、この触媒としてゲルマニウム化合物、チタン化合物、アルミニウム化合物、アンチモン化合物等を例示することができる。また、市販されているポリエチレンナフタレンジカルボキシレート樹脂を使用しても良い。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは結晶化させることが好ましい。結晶化処理は、従来公知の方法で良い。例えば、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを結晶化温度に加熱する方法、溶融状態から徐冷する方法、有機溶剤を作用させる方法等を好ましく例示することができる。また、後述する接触工程にて、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの結晶化温度を経ることにより結晶化させることもできる。この処理によりポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの中には、結晶質と非晶質が混在することになる。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの固有粘度は0.4dl/gを超え、好ましくは0.4〜1.2dl/gである。この範囲でエチレングリコールとの接触を行うことにより、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートに効果的な易粉砕性を与えることができる。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの形状は、易粉砕性付与の処理を効率的に進めるためペレットであることが好ましい。ペレットは、断面が円形または楕円形の円柱状であることが好ましく、その長径は1〜3mm、短径は0.5〜2mmであることが好ましい。また、長さは1〜10mmであることが好ましい。
(接触工程)
接触工程は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをエチレングリコールと接触させ、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの主として非晶質部分を解重合させる工程である。
エチレングリコールとの接触は、固有粘度が0.4dl/gを超えるポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを、固有粘度が0.1〜0.4dl/g、好ましくは0.12〜0.3dl/gであるポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(以下、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)とする)になるまで行う。ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの非晶質は、結晶質に比べてエチレングリコールにより解重合されやすく、優先的に溶解され、主として結晶質からなるポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を得ることができる。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートとエチレングリコールとの量比は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート1重量部に対してエチレングリコールが好ましくは0.1〜5重量部、さらに好ましくは0.2〜3重量部である。
ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートとエチレングリコールとの接触温度は、150〜250℃、さらには160〜230℃であることが好ましい。また、接触時間は60〜360分間、さらには100〜300分間であることが好ましい。これらの範囲で反応させることにより非晶質の溶解(部分的な解重合)が効率的に進み、且つ、固有粘度が0.1〜0.4dl/g、好ましくは0.12〜0.3dl/gであるポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)の収率も良くなる。
さらに、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートとエチレングリコールとの接触は、無触媒により行うことが好ましい。反応を効率的に進める目的で解重合触媒を加えることにより、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの結晶質部分が溶解してしまうため、収率の低下が起こるのを防ぐためである。
(分離工程)
接触工程の後、分離工程を行う。分離工程は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)と、エチレングリコールを主たる成分とする液相とを分離する工程である。分離は、固体状のポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を分離できればどのような方法でも良く、ろ過、遠心分離、デカンテーション等の方法が挙げられる。例えば、接触工程により得られたポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)の分散液を好ましくは5〜100メッシュのフィルターに通液することで行うことができる。
エチレングリコールを主たる成分とする液相は、エチレングリコールの他、ビス(2−ヒドロキシエチル)ナフタレンジカルボキシレートおよびそのオリゴマー等の固形成分を含む。従って、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)と、エチレングリコールを主たる成分とする液相との分離は、好ましくは温度50〜145℃、より好ましくは70〜120℃で行うことが好ましい。
(洗浄工程)
分離工程の後、粉砕工程の前に洗浄工程を行うことが好ましい。洗浄工程は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を洗浄する工程である。洗浄は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を、エチレングリコール、温水、水またはこれらの組み合わせにより行うことが好ましい。
洗浄工程は、まず、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)に付着している主にエチレングリコールを主たる成分とする液相を、エチレングリコールにより洗浄することが好ましい。この操作によって液相中に溶解している不純成分(例えば、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートのモノマー等)を析出させずに除去することができる。このエチレングリコールの温度は、50〜145℃、さらには70〜120℃であることが好ましい。ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)とエチレングリコールとの接触は、不純成分が洗浄されればどのような方法でも良いが、例えば、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)をエチレングリコールで濯ぐ方法、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)をエチレングリコールに浸漬する方法等を好ましく挙げることができる。この洗浄はポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)1重量部に対して、エチレングリコール1〜5重量部であることが好ましい。
次いで、エチレングリコールの付着したポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を温水により洗浄することが好ましい。この操作によってエチレングリコールを除去し乾燥しやすくする効果が得られる。この温水の温度は40〜100℃、さらには60〜95℃であることが好ましい。ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)の温水による洗浄は、エチレングリコールが温水により洗浄されればどのような方法でも良いが、例えば、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を温水で濯ぐ方法、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を温水で浸漬する方法等を好ましく挙げることができる。この洗浄はポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)1重量部に対して、温水0.5〜10重量部であることが好ましい。
さらに、場合によっては、常温(好ましくは10〜40℃)の水で洗浄し、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を常温にすることも好ましい態様の一つである。
(乾燥工程)
洗浄工程の後、粉砕工程の前に、乾燥工程を行うことが好ましい。乾燥工程は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を乾燥する工程である。乾燥は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)に付着している液体分が乾燥除去できればどのような方法でも良いが、例えば、真空乾燥、熱風乾燥等の方法を好ましく例示することができる。例えば真空乾燥の場合、圧力は1〜10,000Pa、さらには5〜8,000Pa、乾燥温度は60〜220℃、さらには70〜200℃、乾燥時間は0.5〜20時間、さらには1〜15時間の条件で乾燥することが好ましい。また、熱風乾燥の場合、常圧下、乾燥温度は60〜180℃、さらには70〜160℃、乾燥時間は0.5〜50時間、さらには1〜20時間の条件で乾燥することが好ましい。液体分としては、例えば、水、エチレングリコール、ジエチレングリコール等を挙げることができる。
乾燥工程により、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)に残留する水分量を0〜5,000ppm、さらには0.1〜4,000ppmにすることが好ましい。また、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)に残留するエチレングリコール量を0〜5,000ppm、さらには0.1〜4,000ppmにすることが好ましい。
(粉砕工程)
粉砕工程は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を粉砕して粉体を得る工程である。粉砕工程は、乾燥工程の後に行うことが好ましい。粉砕は機械粉砕により行うことが好ましい。即ち粉砕は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)をロッドミル、ボールミル、ハンマーミル、円盤型ミル、オリエントミル、インペラーミル、スパイラルミル、ジェットミル等の粉砕機に投入することにより実施できる。これらの粉砕機は、所望とする粒径の粉体を得るために適宜選定することが好ましい。また、これらの粉砕機を組み合わせて粉砕することにより所望の粒径とすることも好ましい態様の一つである。
本発明によれば、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをエチレングリコールで解重合し、多孔質にした後に、粉砕するので、粒子径の小さい粉末を容易に製造することができる。
本発明により得られる粉体の平均粒径は、好ましくは500μm以下、より好ましくは0.01〜400μm、さらに好ましくは0.05〜300μm、特に好ましくは0.05〜100μmである。
(粉砕後の乾燥工程)
本発明により得られる粉体は、僅か(例えば、4,000ppm以下)であるがエチレングリコールが残留している場合がある。粉体は、用途によっては、粉砕後に乾燥することが好ましい。乾燥は、粉体に残留しているエチレングリコールが除去できればどのような方法でも良いが、例えば、真空乾燥、熱風乾燥等の方法を好ましく例示することができる。例えば、真空乾燥の場合、圧力は1〜10,000Pa、さらには5〜8,000Pa、乾燥温度は60〜220℃、さらには70〜200℃、乾燥時間は0.5〜20時間、さらには1〜15時間の条件で乾燥することが好ましい。また、熱風乾燥の場合、常圧下、乾燥温度は60〜180℃、さらには70〜160℃、乾燥時間は0.5〜50時間、さらには1〜20時間の条件で乾燥することが好ましい。この乾燥により粉体の残留エチレングリコール量は、好ましくは100ppm以下、さらに好ましくは0.1〜50ppmにすることができる。
本発明により得られる粉体は、紫外線遮断性、耐熱性、耐薬品性等に優れる。即ち、この特性を活用した製品、例えば化粧品の原料として使用することが可能である。本発明により得られる粉体を化粧品の原料として活用する場合、粉砕工程においては、平均粒径が0.1〜20μm、さらには0.5〜15μm、特に1〜10μmにすることが好ましい。化粧品としては、粉体系化粧品、液状系化粧品、油性系化粧品等が挙げられるが、これらの中、例えば、パウダーファンデーション、プレストパウダー、アイシャドー等の粉体系化粧品に好ましく使用することができる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、この実施例によって本発明が限定されるものでないことは言うまでもない。また、例中の特性は下記の方法により実施した。
<固有粘度>
p−クロロフェノール/テトラクロロエタン(3/2(重量比))の混合溶媒を用い、試料を濃度0.4g/100mlとなるように加え、30℃で測定した。
<密度>
試料を、硝酸カルシウム水溶液を用いた密度勾配管により、30℃で測定した。
<平均粒径>
レーザー回折散乱法により測定し、平均粒径(X50)を求めた。測定機はLMS−30((株)セイシン企業製)を使用した。
<エチレングリコール含有量>
試料1gに特級メタノール3mlを加え12時間浸漬させた後、10分間超音波を照射し、得られた上澄み液をガスクロマトグラフGC−14B((株)島津製作所製)に展開し、ピーク面積より試料中のエチレングリコール含有量を算出した。
〔実施例1〕
(接触工程)
固有粘度が0.48dl/gのポリエチレンナフタレンジカルボキシレート60重量部とエチレングリコール90重量部を窒素雰囲気下の反応装置に投入し、温度198℃、常圧下、4時間で反応(部分解重合)させた。反応終了後のポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)は、固有粘度0.18dl/gであった。
(分離、洗浄、乾燥工程)
得られたポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)と、エチレングリコールを主たる成分とする液相を、85℃まで冷却した後、20メッシュのフィルターを用いて濾別した。
濾別したポリエチレンテレフタレート(A)を180重量部のエチレングリコールで濯いだ。その後、85℃の水90重量部に浸漬し15分間撹拌洗浄した。この水洗浄を4回繰り返した後、真空乾燥機により圧力500Pa、180℃で10時間かけて乾燥し、53重量部のポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を得た。
(粉砕工程)
得られたポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)をSTJ−200((株)セイシン企業製)により粉砕し、平均粒径6.2μm、エチレングリコール含有量150ppmの粉体37重量部を得た。
さらに、得られた粉体を常圧下、温度120℃で6時間かけて乾燥し、エチレングリコール含有量が25ppmの粉体を得た。
本発明の方法によれば、容易にポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを粉体にすることができる。本発明により得られる粉体は、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートが持つ優れた特性を活かしつつ、粉体としての利用が期待される分野、例えば化粧品、粉体塗料、滑り性付与剤、トナー、光拡散用添加剤、絶縁フィラー、結晶核剤、クロマトグラフィー用充填剤等の原料に用いることができる。

Claims (7)

  1. (i)固有粘度が0.4dl/gを超えるポリエチレンナフタレンジカルボキシレートをエチレングリコールと接触せしめ、固有粘度が0.1〜0.4dl/gのポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)とする工程、
    (ii)得られたポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を、エチレングリコールを主たる成分とする液相と分離する工程、および
    (iii)分離したポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を粉砕する工程、を含む粉体の製造方法。
  2. ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートの形状はペレットであり、断面の長径が1〜3mm、短径が0.5〜2mm、長さが1〜10mmである、請求項1に記載の製造方法。
  3. ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートとエチレングリコールとの接触を、温度150〜250℃、接触時間60〜360分間で行う、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)と、エチレングリコールを主たる成分とする液相との分離を、温度50〜145℃で行う請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
  5. 分離した後、粉砕する前に、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を、エチレングリコール、温水、水またはこれらの組み合わせにより洗浄する請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
  6. 洗浄した後、粉砕する前に、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート(A)を乾燥して、残留水分量を0〜5,000ppm、残留エチレングリコール量を0〜5,000ppmにする請求項5に記載の製造方法。
  7. 粉砕により得られた粉体をさらに乾燥する請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
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