JP2009270083A - 無機Ti‐Mg触媒を用いて合成されたポリエチレンテレフタレート樹脂及びその使用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
少量の青色染料と、必要に応じてFe3O4またはBaSO4の無機粒子とを含むPET樹脂が、重縮合プロセスにおいて重縮合触媒として使用される無機Ti‐Mg触媒と、リン安定剤との存在中で合成される。得られたPET樹脂は黄色味を帯びておらず、製造後の再生成アセトアルデヒドと環状オリゴマーとが削減される。このため、このPET樹脂でできたPETボトル予成形品は、エージング時間を短縮することができ、その結果、ボトル予成形品の製造歩留りが向上し、ボトル予成形品を保管するためのスペースを削減できる。
【選択図】なし
Description
(1)TiCl4を純水に溶解し、氷水槽内における加水分解プロセスを経て水解物水溶液を形成する;
(2)この水解物水溶液とMgCl2水溶液とを所定のTi/Mgモル比で室温において混合する;
(3)次に、NaOH水溶液をTi‐Mg混合物に攪拌しながらゆっくりと加え、白い析出物を含むスラリーを形成する;
(4)次に、このスラリーを純水で洗浄し、濾過し、100℃で真空乾燥する;
(5)この乾燥生成物を砕いて1μm未満のサイズの粉末にする;
(6)得られた粉末をエチレングリコールと混合し触媒溶液、即ち、本発明で使用される無機Ti‐Mg触媒を生成する。
(1)重縮合プロセスにおいて、本発明の無機Ti‐Mg触媒の存在中で合成された本発明のPET樹脂は、有機チタン触媒の存在中で合成された既知のPET樹脂よりかなり低いハンター“b”値(ハンター比色計で測定される)を有する。
(2)既知のPET樹脂は通常、重縮合プロセスにおいて有機チタン触媒及び熱安定化剤であるリン酸の存在中で合成されるが、有機チタン触媒の働きはこのリン酸によってかなり抑制されることが実験によって分かった。
一方、本発明のPET樹脂は、重縮合プロセスにおいて無機Ti‐Mg触媒及び熱安定化剤のリン酸の存在中で合成されるが、無機Ti‐Mg触媒の働きはこのリン酸によってあまり抑制されないことが本発明者らの実験によって分かった。この結果、本発明のPET樹脂でできたPETボトルは、上記既知のPET樹脂でできたPETボトルより少ないアセトアルデヒドを含む。
(3)重縮合プロセスにおいて本発明の無機Ti‐Mg触媒の存在中で、ある量の染料を加えて合成された本発明のPET樹脂は、有機チタン触媒の存在中で、同じ量の染料を加えて合成された既知のPET樹脂より明らかに優れた色調を呈する。
従って、本発明のPET樹脂は、既知のPET樹脂より少ない量の青色染料を含んでもよいことが分かった。その結果、本発明のPET樹脂は相対的に高いハンター“L”値(ハンター比色計で測定される)を有する。特に、本発明のPET樹脂でできたPETボトルは、相対的にずっと明るく見える。
(4)Fe3O4またはBaSO4の無機粒子を更に含む本発明のPET樹脂でできたボトル予成形品は、その必要とするエージング時間が無機粒子を含まないPET樹脂でできたボトル予成形品よりずっと短い。
一般に、有機チタン触媒の存在中で合成された既知のPET樹脂でできたボトル予成形品は、ボトルにブロー成形する前に5〜7日間待たなければならない。そうしないと、そのボトルはサイズ安定性に劣る傾向がある。ボトルネックが結晶化され白くなるべき熱い物体用PETボトルが、十分でないエージング時間後にボトル予成形品からブロー成形された場合、そのボトルネックの結晶化度は、低くなる傾向がある。この結果、熱い物体用PETボトルは、熱い物体を充填する工程で容易に変形し、キャップとボトルの間の封止が不完全になり、このため、該ボトル内の飲料の保存寿命がかなり短くなる。
一方、本発明のPET樹脂でできたボトル予成形品は、たった5日または3日未満でもよい短いエージング時間を必要とするだけである。
射出成形された予成形品を液体窒素で凍結させ、砕いて粉末にする。この粉末を隔壁キャップで封止されるセルに受け取り、このセルを150℃で30分間加熱処理する。次に、セル内のガスを該キャップに突き刺したサンプリングプローブにより抜き取り、次にこのサンプリングプローブからガス試料をガスクロマトグラフ装置に注入し分析する。
六フッ化イソプロピルアルコール溶媒を使用して正確に計量されたPET樹脂を溶解し、透明な溶液を調製する。この透明な溶液を真空中で濾過し、透明な濾過液を蒸発乾燥させ、白い結晶の形態の環状オリゴマーを得る。
この白い結晶をジオクサン(二酸化ジエチレンとも呼ばれる)に溶解し別の透明な溶液を得る。この透明な溶液を高性能液体クロマトグラフィー装置(HPLC)に注入してLC分析をする。
本発明のPETでできた複数のボトル予成形品を、それぞれ1日、2日、3日、4日、5日、6日、及び7日間エージングのために保管する。次に、これらのボトルのボトルネックを近赤外ランプにより約160℃に加熱する。近赤外加熱を3分間続けると、ボトルネックは白くなる。次に、白くなったボトルネックをボトルから取り出して密度勾配管により分析し結晶化度を測定する。
白くなったボトルネックの結晶化度が35%を超えるエージング期間を記録する。
連続溶融重合工程から取ったエステル化率88%のBHETモノマーを計量し、10.81KgのBHETモノマーに3.23KgのEGと、0.6gのリン酸(即ち、60ppmのリン酸)とを加える。得られた混合物を190℃超に加熱し、攪拌器回転速度60rpm、反応圧約1Kg/cm2で2時間、エステル化反応を実行する。エステル化反応の終りにおいて、この混合物は約240℃であり、エステル化率は95%を超える。
得られた樹脂を使用してボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
実施例2のPET樹脂は、実施例1で説明したのと同様の方法によって生成される。実施例2では、PET樹脂の1.1ppmの濃度で青色染料が添加される。275.0℃まで加熱した後、ポリマーは急速に冷却され、無定形のチップに切断される。分析により、その固有粘度IVは0.538dl/gであることが分かる。反応時間は90分である。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.74dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
実施例3のPET樹脂は、実施例1で説明したのと同様の方法によって生成される。実施例3では、PET樹脂の0.9ppmの濃度で青色染料と、PET樹脂の0.6ppmの濃度で赤色染料とが添加される。281.1℃まで加熱した後、ポリマーは急速に冷却され、無定形のチップに切断される。分析により、その固有粘度IVは0.607dl/gであることが分かる。反応時間は81分である。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.73dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
実施例4のPET樹脂は、実施例3で説明したのと同様の方法によって生成される。実施例4では、青色染料と赤色染料とに加えて、Fe3O4の無機粒子がPET樹脂の25ppmの濃度で添加される。280.1℃まで加熱した後、ポリマーは急速に冷却され、無定形のチップに切断される。分析により、その固有粘度IVは0.610dl/gであることが分かる。反応時間は80分である。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.72dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
実施例5のPET樹脂は、実施例4で説明したのと同様の方法によって生成される。実施例5では、Fe3O4の無機粒子がPET樹脂の50ppmの濃度で添加される。280.0℃まで加熱した後、ポリマーは急速に冷却され、無定形のチップに切断される。分析により、その固有粘度IVは0.608dl/gであることが分かる。反応時間は81分である。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.71dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
実施例6のPET樹脂は、実施例4で説明したのと同様の方法によって生成される。実施例6では、赤色染料は添加せず、PET樹脂の0.5ppmの濃度で青色染料と、250ppmの濃度でFe3O4の無機粒子が添加される。279.8℃まで加熱した後、ポリマーは急速に冷却され、無定形のチップに切断される。分析により、その固有粘度IVは0.605dl/gであることが分かる。反応時間は81分である。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.72dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
実施例7のPET樹脂は、実施例2で説明したのと同様の方法によって生成される。実施例7では、チタンの濃度がPET樹脂の10ppmとなるように無機Ti‐Mg触媒が添加される。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.76dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
比較例1のPET樹脂は、実施例1で説明したのと同様の方法によって生成される。比較例1では、無機Ti‐Mg触媒の代わりに有機チタン酸テトラブチル(TBT)触媒が使用され、リン酸トリエチル(TEP)が安定剤として添加される。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.72dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
比較例2のPET樹脂は、実施例2で説明したのと同様の方法によって生成される。比較例2では、無機Ti‐Mg触媒の代わりに有機チタン酸テトラブチル(TBT)触媒が使用され、リン酸トリエチル(TEP)が安定剤として添加される。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.72dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
比較例3のPET樹脂は、実施例2で説明したのと同様の方法によって生成される。比較例3では、無機Ti‐Mg触媒の代わりに有機チタン酸テトラブチル(TBT)触媒が使用され、リン酸が安定剤として添加される。得られた樹脂を個相重合プロセスで処理すると、固有粘度が0.67dl/gに増加する。
この樹脂からボトル予成形品を射出ブローにより作る。生成された樹脂、個相重合樹脂、及びボトル予成形品を分析し、結果の詳細を表1に示す。
表1に示した実施例1〜7と比較例1〜3の結果から次の結論が導かれる。
(1)実施例1〜7のPET樹脂は、少量の青色染料を含み、PETの合成プロセスにおいて、無機Ti‐Mg触媒が重縮合触媒として使用され、リン酸も熱安定剤として添加される。得られたPETは、黄色味を帯びておらず、優れた透明性を有し、製造後より少ない再生成アセトアルデヒドと環状三量体とを生成することを特徴とする。
(2)実施例4〜6のPET樹脂は、Fe3O4の無機粒子を更に含み、延伸ブロー成形機によりPET樹脂がボトル予成形品にブロー成形される時に相対的に高い結晶化度に大きく貢献する。従って、実施例4〜6のPET樹脂は、ボトルに成形される時に、ボトル予成形品の必要なエージング時間がより短く、ボトル製造の生産効率が改善され、予成形品を保管するためのスペースを削減できるので、有利である。
(3)実施例5のPET樹脂は、PET樹脂の50ppmの濃度でFe3O4の無機粒子を含み、延伸ブロー成形機によりPET樹脂がボトル予成形品に成形された後、加熱・延伸されてボトルにブロー成形される前に、該予成形品はたった2日のエージングで済む。
Claims (7)
- 全重量の0.5〜2.0ppmの濃度で青色染料を含むポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂であって、その生成工程は、
(a)精製されたテレフタル酸(PTA)とエチレングリコール(EG)を使用して直接エステル化プロセスと、重縮合プロセスとを続けて実行し、必要に応じて更に個相重合プロセスを実行してPETポリマーの固有粘度を0.70dl/g以上に増加させるステップと、
(b)該直接エステル化プロセスの終了前に、該直接エステル化プロセスを実行するための反応タンク内に該青色染料を加えるステップと、
(c)該重縮合プロセスの開始前に、該PET樹脂全重量の10〜100ppmの範囲の濃度で無機Ti‐Mg触媒と、該PET樹脂全重量の5〜50ppmの範囲の濃度でリン化合物の安定剤とを該反応タンク内に加えるステップと
を含み、
該無機Ti‐Mg触媒に含まれるチタンは、該PET樹脂全重量の5〜10ppmの範囲であり、加えられた該チタンとマグネシウムのモル比は0.1〜0.2の範囲であるポリエチレンテレフタレート樹脂。 - 前記加えられたチタンとマグネシウムの前記モル比は、0.005〜1の範囲である請求項1に記載のポリエチレンテレフタレート樹脂。
- 前記無機Ti‐Mg触媒の粒子直径は1μm未満である請求項1に記載のポリエチレンテレフタレート樹脂。
- 前記ステップ(b)において、Fe3O4またはBaSO4の無機粒子を前記PET樹脂全重量の20〜250ppmの範囲の濃度で更に加える請求項1に記載のポリエチレンテレフタレート樹脂。
- 前記無機粒子の粒子直径は1μm未満である請求項4に記載のポリエチレンテレフタレート樹脂。
- 請求項4に記載のポリエチレンテレフタレート樹脂でできたボトル予成形品。
- 請求項6に記載のボトル予成形品をエージングのために2日間放置した後、これを延伸ブローにより成形することで製造されたPETボトル。
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