JP2013209618A - ポリエチレンテレフタレートおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のポリエチレンテレフタレートは、ゲルマニウム金属の含有量が30〜70ppmであり、固有粘度が0.62〜0.67dl/gであり、環状三量体(CT)含有量が0.34重量%以下であり、窒素分が2ppm以下であり、SiおよびAlの金属がそれぞれ1ppm以下であり、且つ色相(b値)が1以下である。
【選択図】図1
Description
このようなポリエステルにはジカルボン酸とジオールの環状三量体が数%含有されている(たとえば非特許文献1)。
[1]ゲルマニウム金属の含有量が30〜70ppmであり、固有粘度が0.62〜0.67dl/gであり、環状三量体(CT)含有量が0.34重量%以下であり、窒素分が2ppm以下であり、SiおよびAl金属含有量がそれぞれ1ppm以下であり、且つ色相(b値)が1以下であるポリエチレンテレフタレート。
であり、好ましくは以下のいずれかである。
(a)テレフタル酸を含む芳香族ジカルボン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を含む脂肪族ジオールまたはそのエステル形成性誘導体とを、重縮合触媒としてのゲルマニウム化合物の存在下で加熱溶融して液相重縮合させて、固有粘度が0.52〜0.56dl/g、且つ末端カルボキシル基濃度が15〜25eq/tのポリマーを製造する液相重縮合工程
(b)液相重縮合工程で得られたポリマーを、固有粘度を0.08〜0.14dl/g増加させ、且つ環状三量体を0.34重量%以下に低減する固相重縮合工程
(c)固相重縮合工程で得られたポリマーを、50〜110℃の水に3分〜5時間接触させる水処理工程
本発明に係るポリエチレンテレフタレートは、ゲルマニウム金属の含有量が30〜70ppmであり、固有粘度が0.62〜0.67dl/gであり、環状三量体(CT)含有量が0.34重量%以下であり、窒素分が2ppm以下であり、SiおよびAl金属含有量がそれぞれ1ppm以下であり、且つ色相(b値)が1以下であることを特徴とし、具体的には後述の製造方法によって得ることができる。
本発明に係るポリエチレンテレフタレートの製造方法は、(a)テレフタル酸を含むジカルボン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を含むジオールまたはそのエステル形成性誘導体とを、重縮合触媒としてのゲルマニウム化合物の存在下で加熱溶融して液相重縮合させて、固有粘度が0.52〜0.56dl/g、且つ末端カルボキシル基濃度が15〜25eq/tのポリマーを製造する液相重縮合工程と、(b)液相重縮合工程で得られたポリマーを、固有粘度を0.08〜0.14dl/g増加させ、且つ環状三量体を0.34重量%以下に低減する固相重縮合工程を含むことを特徴とし、好ましくは、(c)固相重縮合工程で得られたポリマーを50〜110℃の水に3分〜5時間接触させる水処理工程を含んでいてもよい。
本発明で用いられる芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸を主成分とし、テレフタル酸の全ジカルボン酸に対する含有量は90モル%以上であり、好ましくは95モル%以上、更に好ましくは98モル%以上とする。
これらDEGの生成を抑制及びまたは促進させる化合物の添加量としては、原料酸性分に対して、0.001モル%〜1モル%の範囲で加えられることが好ましい。
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またはそのエステル形成性誘導体と、脂肪族ジオールまたはそのエステル形成性誘導体とをエステル化させる。
エステル化反応は好ましくは2個以上のエステル化反応器を直列に連結した装置を用いてエチレン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。エステル化反応工程は通常多段で実施され、第1段目のエステル化反応は、通常、反応温度が240〜270℃、好ましくは245〜265℃であり、圧力が0.019〜0.29MPaG、好ましくは0.049〜0.19MPaGの条件下で行われ、また最終段目のエステル化反応は、通常、反応温度が250〜280℃、好ましくは255〜275℃であり、圧力が0〜0.15MPaG、好ましくは0〜0.13MPaGの条件下で行われる。
上記のようなエステル化工程で得られた低次縮合物は、次いで重縮合(液相重縮合)工程に供給される。
このような液相での重縮合反応は、1段階で行なっても、複数段階に分けて行なってもよい。複数段階で行なう場合、重縮合反応条件は、第1段階目の重縮合の反応温度が、通常、250〜290℃、好ましくは260〜280℃であり、圧力が、通常、500〜20Torr、好ましくは200〜30Torrであり、また最終段階の重縮合反応の温度が通常265〜300℃、好ましくは270〜295℃であり、圧力が通常10〜0.1Torr、好ましくは5〜0.5Torrである。
このような重縮合反応では、重縮合触媒としてゲルマニウム化合物を低次縮合物中の芳香族ジカルボン酸単位に対して、金属原子換算で、0.0005〜0.25モル%、好ましくは0.001〜0.2モル%使用することが望ましい。
媒の添加は、原料スラリー調製工程、エステル化工程、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。
して添加してもよい。これらの化合物は、粉体、水溶液、エチレングリコ−ル溶液、エチ
レングリコ−ルのスラリー等として反応系に添加される。
安定剤として具体的に、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリ-n-ブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリフェニルホスフェート等のリン酸エステル類;トリフェニルホスファイト、トリスドデシルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイトなどの亜リン酸エステル類;メチルアシッドホスフェート、エチルアシッドホスフェート、イソプロピルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、ジブチルホスフェート、モノブチルホスフェート、ジオクチルホスフェート、ジエチルホスホノ酢酸エチル等の酸性リン酸エステルおよびリン酸、ポリリン酸などのリン化合物が挙げられる。
このようにして、最終重縮合反応器から得られたポリエチレンテレフタレートは、通常水冷後、粒状(チップ状)に切断される。
このようにして液相重縮合工程を経た粒状ポリエチレンテレフタレートには、固相重縮合工程が加えられる。
固相重縮合工程に供給される粒状ポリエチレンテレフタレートは、予め固相重縮合を行なう場合の温度より低い温度に加熱して予備結晶化を行なった後、固相重縮合工程に供給してもよい。
このポリエチレンテレフタレートの密度は、通常1.37g/cm3以上、好ましくは1.38g/cm3以上、さらに好ましくは1.39g/cm3以上であることが望ましい。
本発明の方法によらず固相重合工程を長時間行えば、環状三量体を低減することは可能であるが、同時に固有粘度も上昇してしまい、増加幅を0.08dl/g〜0.14dl/gに制御できない。また固相重合工程時間が短ければ固有粘度の上昇幅を0.08dl/g〜0.14dl/gに制御することが可能であるが、環状三量体含有量が0.34重量%よりも減少しないことになる。本発明は固有粘度の増加幅と環状三量体を両立するような固相重合工程を特徴とする。その制御方法は固相重合工程の脂肪族ジオール成分濃度を制御することで達成しうる。脂肪族ジオール成分濃度は樹脂の重縮合反応で生成する脂肪族ジオール成分と固相重合工程の不活性ガス流通量の比率で制御することもできるし、不活性ガスに所定の脂肪族ジオール成分を導入することで固相重合反応器内の脂肪族ジオール成分濃度を調整することもできる。
このような固相重縮合工程を経て得られた粒状ポリエチレンテレフタレートには、水処理が加えられていてもよく、この水処理は、粒状ポリエチレンテレフタレートを水と接触させることにより行なわれる。
上記のようにポリエチレンテレフタレートに水処理を施すことによって、ポリエチレンテレフタレートの固相重縮合速度が減少するとともに、該ポリエチレンテレフタレートを290℃の温度に加熱溶融して段付角板を成形した後の環状三量体増加量を抑制することができる。
本発明に係るポリエチレンテレフタレート中の環状三量体の含有量は0.34重量%以下であるが、この範囲を超えると得られるフィルムの表面に多数の環状三量体が存在することとなり、結果的に光学用途においては光を乱反射するあるいは光が透過しないため欠陥となる。
[環状三量体(CT)含有量]
所定量のポリエチレンテレフタレート試料をメタパラクレゾールで加熱溶解、テトラヒドロフランで再析出して濾過して線状ポリエチレンテレフタレートを除いた後、次いで得られた濾液を液クロマトグラフィー(島津製作所製LC7A)に供給してポリエチレンテレフタレート中に含まれる環状三量体量を求め、この値を測定に用いたポリエチレンテレフタレート量で割って、ポリエチレンテレフタレート中に含まれる環状三量体量(重量%)とする。
予め環状三量体含有量が測定された粒状ポリエチレンテレフタレート2kgを温度150℃、圧力10Torrの条件で16時間以上棚段式の乾燥器を用いて乾燥して、粒状ポリエチレンテレフタレートの水分を50ppm以下にする。
なお段付角板を構成するポリエチレンテレフタレート中の環状三量体含有量の測定は、上記[環状三量体(CT)含有量]と同様の方法で測定される。
試料をフェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタン混合溶媒(50/50重量比)を用いて溶解した。0.5g/dlの試料溶液を調製し、25℃で測定した溶液粘度から固有粘度(IV)を算出した。
試料をo−クレゾールに加熱溶解し、クロロホルムを加え電位差滴定装置を用いてNaOH水溶液を標準溶液とし滴定した。
試料に硫酸を添加後、加熱しながら硝酸を滴下し有機物を分解した。純水にて定容した。
ICP発光分析法(ICP−AES、バリアン製)にて金属の定量分析を行った。
試料を微量全窒素分析装置(TN−110、三菱化学製)にて定量した。
試料を分光色彩計(日本電色工業製SD−6000)で測定した。
成形体の色相は前述の段付き角板状成形体のC部を一辺2.2〜4.0mm程度の大きさに切削したものを試料とした。
高純度テレフタル酸 13000部、モノエチレングリコール 5000部、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド20%水溶液 6.88部をオートクレーブに仕込み、圧力 0.17MPaG、温度100℃から260℃まで4時間かけて昇温し、更に1.5時間反応させた。この反応により生成した水は常時系外に留去した。次に重縮合触媒として、二酸化ゲルマニウム 2.1部、トリメチルホスフェート(以下TMPと称す) 2.2部を加えた。1時間かけて280℃まで昇温し、系内を0.27kPa absまで減圧し、更に43分反応させ、エチレングリコールを系外に留去した。反応終了後反応物をチップ状に裁断した。以上の液相重縮合によって得られたポリエチレンテレフタレートの固有粘度(IVL)は0.54dl/gであった。また、該ポリエチレンテレフタレートの末端COOH基濃度は16eq/tであった。
固相重合条件を以下のように変更した以外は実施例1と同様にしてポリエチレンテレフタレートを調製した。固相重合条件はバッチ式固相重縮合装置で、モノエチレングリコールを0.38重量%含有する窒素気流にて220℃で7時間固相重縮合を行った。固相重縮合後のポリエチレンテレフタレートの固有粘度(IVS)は0.62dl/gであり、液相重縮合から固相重縮合でのIV上昇幅ΔIV(IVS−IVL)は0.08dl/gであった。また環状三量体(CT)含有量は0.34重量%であった。
このようにして得られたポリエチレンテレフタレートは固有粘度が0.62dl/gであり、CT含有量が0.34重量%であり、Ge含有量が66ppm、Si、Alがそれぞれ1ppm以下(検出下限)、窒素分が2ppm以下(検出下限)、b値が−0.4であった。
固相重合条件を以下のように変更した以外は実施例1と同様にしてポリエチレンテレフタレートを調製した。固相重合条件はバッチ式固相重縮合装置で、モノエチレングリコールを実質的に含有しない窒素気流にて230℃で6時間固相重縮合を行った。固相重縮合後のポリエチレンテレフタレートの固有粘度(IVS)は0.78dl/gであり、液相重縮合から固相重縮合でのIV上昇幅ΔIV(IVS−IVL)は0.24dl/gであった。また環状三量体(CT)含有量は0.33重量%であった。固有粘度が高くフィルム製膜には不適であった。
固相重合条件を以下のように変更した以外は実施例1と同様にしてポリエチレンテレフタレートを調製した。固相重合条件はバッチ式固相重縮合装置で、モノエチレングリコールを実質的に含有しない窒素気流にて220℃で2時間固相重縮合を行った。固相重縮合後のポリエチレンテレフタレートの固有粘度(IVS)は0.62dl/gであり、液相重縮合から固相重縮合でのIV上昇幅ΔIV(IVS−IVL)は0.08dl/gであった。また環状三量体(CT)含有量は0.82重量%であった。CT含有量は固相重縮合を行わないものと大差がなく、フィルム製膜時の異物発生量は改善されないレベルであった。
第1、第2、第3および第4の反応器が槽型であり、また第5の反応器が二軸回転式の横型反応器からなる連続重縮合装置を用いて、以下のとおり操作して連続重合を行い、ポリエチレンテレフタレートを製造した。予め33500重量部の反応液(定常運転時)が滞留する反応器内に、撹拌下、窒素雰囲気で260℃、90kPaGに維持された第1反応器に、6458重量部/時の高純度テレフタル酸と2615重量部/時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連続的に供給し、エステル化反応を行った。このエステル化反応では、水とエチレングリコールとの混合液が留去された。
Claims (4)
- ゲルマニウム金属の含有量が30〜70ppmであり、固有粘度が0.62〜0.67dl/gであり、環状三量体(CT)含有量が0.34重量%以下であり、窒素分が2ppm以下であり、SiおよびAl金属含有量がそれぞれ1ppm以下であり、且つ色相(b値)が1以下であるポリエチレンテレフタレート。
- 請求項1に記載のポリエチレンテレフタレートの製造方法であり、下記工程を含むことを特徴とするポリエチレンテレフタレートの製造方法。
(a)テレフタル酸を含む芳香族ジカルボン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を含む脂肪族ジオールまたはそのエステル形成性誘導体とを、重縮合触媒としてのゲルマニウム化合物の存在下で加熱溶融して液相重縮合させて、固有粘度が0.52〜0.56dl/g、且つ末端カルボキシル基濃度が15〜25eq/tのポリマーを製造する液相重縮合工程
(b)液相重縮合工程で得られたポリマーを、固有粘度を0.08〜0.14dl/g増加させ、且つ環状三量体を0.34重量%以下に低減する固相重縮合工程 - さらに下記工程を含むことを特徴とする請求項2に記載のポリエチレンテレフタレートの製造方法。
(c)固相重縮合工程で得られたポリマーを、50〜110℃の水に3分〜5時間接触させる水処理工程 - 請求項1に記載のポリエチレンテレフタレートを溶融成形して得られる、溶融成形前に対する溶融成形後の環状三量体増加量(ΔCT)が0〜0.10重量%であり、且つ溶融成形前に対する溶融成形後の色相(b値)の変化量(Δb値)が0〜4である成形体。
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