JP2018145220A - Method of producing aliphatic polyester - Google Patents
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- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
Abstract
Description
本発明は、1,4−ブタンジオールを主成分とするジオール成分と脂肪族ジカルボン酸成分を主成分とするジカルボン酸成分とをエステル化反応及び/又はエステル交換反応、並びに重縮合反応を行って脂肪族ポリエステルを製造する方法において、系内の1,4−ブタンジオールを効率的に循環再利用した上で、テトラヒドロフラン(THF)の副生を抑制して脂肪族ポリエステルを効率的に連続生産する方法に関する。 The present invention performs an esterification reaction and / or a transesterification reaction and a polycondensation reaction of a diol component mainly composed of 1,4-butanediol and a dicarboxylic acid component mainly composed of an aliphatic dicarboxylic acid component. In the process for producing an aliphatic polyester, 1,4-butanediol in the system is efficiently recycled and reused, and by-production of tetrahydrofuran (THF) is suppressed to produce an aliphatic polyester efficiently and continuously. Regarding the method.
ジカルボン酸成分とジオール成分とを原料として、エステル化又はエステル交換反応と、重縮合反応を行って得られるポリエステルは、種々の用途に利用されている。特に、原料ジオールとして1,4−ブタンジオール(以下、1,4−BGと表すことがある。)を用い、原料ジカルボン酸としてコハク酸等の脂肪族ジカルボン酸を用いたポリブチレンサクシネート(PBS)などの脂肪族ポリエステルは、生分解性ポリマーとして有用である。また、原料ジカルボン酸としてテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸を用いたポリブチレンテレフタレート(PBT)等の芳香族ポリエステルは、エンジニアリングプラスチックとして汎用性が高い。 Polyesters obtained by performing esterification or transesterification and polycondensation reactions using a dicarboxylic acid component and a diol component as raw materials are used in various applications. In particular, polybutylene succinate (PBS) using 1,4-butanediol (hereinafter sometimes referred to as 1,4-BG) as a raw material diol and an aliphatic dicarboxylic acid such as succinic acid as a raw material dicarboxylic acid. Aliphatic polyesters such as) are useful as biodegradable polymers. An aromatic polyester such as polybutylene terephthalate (PBT) using an aromatic dicarboxylic acid such as terephthalic acid as a raw material dicarboxylic acid is highly versatile as an engineering plastic.
PBSやPBTを工業的に製造する際は、一般的に連続重合プロセスが採用される。例えば、特許文献1には、PBSの連続製造プロセスが開示されている。
特許文献1に記載の連続製造プロセスは、エステル化工程(特許文献1の図1)、重縮合工程(特許文献1の図2)、蒸気エゼクタ及び蒸留精製工程(特許文献1の図3)に大別される。
When industrially producing PBS or PBT, a continuous polymerization process is generally employed. For example,
The continuous production process described in
特許文献1に記載の方法では、重縮合工程の反応を減圧下で行うべく、特許文献1の図2の第1、第2、第3重縮合反応槽(a)、(d)、(k)のベントライン(L2)、(L4)、(L6)から、反応によって発生した水、1,4−BGから副生したTHF、さらには未反応の1,4−BGガスを抜出して、それぞれ図示されていない湿式凝縮器(湿式コンデンサ)に送り、ここで1,4−BGを凝縮捕集し、凝縮捕集した1,4−BGを再度原料1,4−BGとしてエスエル化工程に供給する。この湿式凝縮器では、通常、1,4−BGを冷媒として各重縮合反応槽から抜出したガスを凝縮させる。
In the method described in
また、湿式凝縮器で凝縮捕集されなかったTHF、水、1,4−BGガス、即ち、ベントライン(L2)、(L4)、(L6)に連結された湿式凝縮器のそれぞれで凝縮されなかったものは、特許文献1の図3のベントライン(21)、(31)、(41)を経て、それぞれ、エゼクタ(A1)、(B1)、(C1)に供給される。
エゼクタ(A1)、(B1)、(C1)は1,4−BGを駆動蒸気源とするものであり、特許文献1では、駆動蒸気源としての1,4−BGを、供給ライン(19)を経て系外から新規1,4−BGとして蒸気発生装置(K)に供給してエゼクタ(A1)、(B1)、(C1)を駆動している。
Further, it is condensed in each of the wet condensers connected to the THF, water, and 1,4-BG gas, that is, the vent lines (L2), (L4), and (L6), which are not condensed and collected by the wet condenser. Those not present are supplied to the ejectors (A1), (B1), and (C1) through the vent lines (21), (31), and (41) of FIG.
The ejectors (A1), (B1), and (C1) use 1,4-BG as a driving steam source. In
特許文献1では、このように、ベントライン(L2)、(L4)、(L6)をエゼクタ(A1)、(B1)、(C1)で減圧することで、重縮合反応槽(a)、(d)、(k)内を減圧している。
In
特許文献1には、エゼクタ(A1)、(B1)、(C1)の駆動源となった1,4−BG蒸気は、エゼクタ(A1)、(B1)、(C1)の下流部に設置されたホットウェルタンク(H1)、(H2)、(H3)に集めた後、蒸留精製槽(J1)で軽沸成分であるTHF、水や、高沸成分を除去して精製し、原料スラリー調製槽へ移送して再利用するとの記載がある。
In
このように、1,4−BGをエゼクタの駆動蒸気源とする場合、駆動蒸気源として使用された1,4−BGは、蒸気発生の熱履歴によって生成したTHFを含むものであるため、このようなTHF含有1,4−BGを循環再利用すると、1,4−BG中のTHFによる減圧阻害、ひいては製造されるポリエステルの品質低下といった問題が起こる。この問題を解決するために、特許文献2には、PBTの製造において、ホットウェルタンク内のTHF濃度を4重量%以下とすることが提案されている。
Thus, when 1,4-BG is used as the drive steam source of the ejector, 1,4-BG used as the drive steam source contains THF generated by the heat history of steam generation. When THF-containing 1,4-BG is recycled and reused, problems such as inhibition of decompression by THF in 1,4-BG and, consequently, degradation of the quality of the produced polyester occur. In order to solve this problem,
特許文献1では、エゼクタの駆動蒸気源として使用した1,4−BGをホットウェルタンク(H1)、(H2)、(H3)を経由して蒸留塔(J1)で精製し、原料ジオールとして循環再利用する旨の記載があるが、この1,4−BGを含む液をより有効に再利用するために、蒸気発生装置(K)に循環させることが考えられる。
しかしながら、本発明者らの検討により、このように、蒸留塔(J1)で精製した1,4−BGを蒸気発生装置(K)に循環再利用すると、蒸気エゼクタ系内でTHFが急激に副生され、系内のTHF濃度が上昇すること、このTHF濃度を低減するために、むしろ大量の新規1,4−BGを系外から導入することが必要となることが判明した。
In
However, as a result of the study by the present inventors, when 1,4-BG purified in the distillation column (J1) is recycled to the steam generator (K) in this way, THF rapidly increases in the steam ejector system. As a result, it was found that the increase in the THF concentration in the system and that it was necessary to introduce a large amount of new 1,4-BG from outside the system in order to reduce the THF concentration.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、脂肪族ポリエステルの製造において、重縮合反応系内を減圧するための蒸気エゼクタの駆動蒸気源として用いた1,4−BGを、系内で有効再利用するに当たり、THFの副生を抑制して効率的に脂肪族ポリエステルを連続的に製造し得る工業的に有利な脂肪族ポリエステルの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such problems, and in the production of aliphatic polyester, 1,4-BG used as a driving steam source of a steam ejector for reducing the pressure in the polycondensation reaction system, It is an object of the present invention to provide an industrially advantageous method for producing an aliphatic polyester capable of efficiently producing an aliphatic polyester by suppressing the by-product of THF when effectively reusing in the system.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、蒸気エゼクタの駆動蒸気として用いた1,4−BG蒸気を凝縮して蒸気エゼクタの駆動蒸気源として再利用するに当たり、この再利用する1,4−BGの酸価を制御することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have condensed the 1,4-BG steam used as the driving steam of the steam ejector and reused it as the driving steam source of the steam ejector. The inventors have found that the above problems can be solved by controlling the acid value of 1,4-BG, and have completed the present invention.
即ち、本発明の要旨は、以下の[1]〜[3]に存する。 That is, the gist of the present invention resides in the following [1] to [3].
[1] 1,4−ブタンジオールを主成分とするジオール成分と脂肪族ジカルボン酸成分を主成分とするジカルボン酸成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応、並びに重縮合反応を行って脂肪族ポリエステルを製造する方法において、該重縮合反応を減圧装置による減圧下で行い、該減圧装置は、1,4−ブタンジオールを蒸気発生装置で気化させた1,4−ブタンジオール蒸気を駆動蒸気とする蒸気エゼクタを有し、該蒸気エゼクタに用いた1,4−ブタンジオール蒸気を凝縮させて1,4−ブタンジオール含有液を得、該1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を該蒸気エゼクタの駆動蒸気源として循環再利用する脂肪族ポリエステルの製造方法であって、該蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオール含有液の酸価を30eq./ton以下とすることを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法。 [1] An esterification reaction and / or a transesterification reaction and a polycondensation reaction between a diol component having 1,4-butanediol as a main component and a dicarboxylic acid component having an aliphatic dicarboxylic acid component as a main component. In the method for producing a group polyester, the polycondensation reaction is performed under reduced pressure by a decompression device, and the decompression device drives 1,4-butanediol vapor obtained by vaporizing 1,4-butanediol with a steam generator. The 1,4-butanediol vapor used in the steam ejector is condensed to obtain a 1,4-butanediol-containing liquid, and at least a part of the 1,4-butanediol-containing liquid is obtained. A process for producing an aliphatic polyester that is recycled and reused as a driving steam source for the steam ejector, comprising 1,4-butanediol sealed in the steam generator. 30eq the acid value of the liquid. / Ton or less, The manufacturing method of the aliphatic polyester characterized by the above-mentioned.
[2] 前記1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を蒸留塔で蒸留し、該蒸留塔の塔底から得られる精製1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を前記蒸気エゼクタの駆動蒸気源として循環再利用する[1]に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。 [2] At least a part of the 1,4-butanediol-containing liquid is distilled in a distillation column, and at least a part of the purified 1,4-butanediol-containing liquid obtained from the bottom of the distillation tower is removed from the steam ejector. The method for producing an aliphatic polyester according to [1], wherein the recycle is used as a driving steam source.
[3] 前記重縮合反応を行う重縮合反応装置が反応槽を有し、該反応槽は、該反応槽から留出する未反応ガスを捕集する湿式コンデンサを有し、該湿式コンデンサの冷媒として前記1,4−ブタンジオール含有液及び/又は精製1,4−ブタンジオール含有液の残部を使用する、[1]又は[2]に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。 [3] The polycondensation reaction apparatus for performing the polycondensation reaction has a reaction tank, and the reaction tank has a wet condenser for collecting unreacted gas distilled from the reaction tank, and the refrigerant of the wet condenser The method for producing an aliphatic polyester according to [1] or [2], wherein the 1,4-butanediol-containing liquid and / or the remainder of the purified 1,4-butanediol-containing liquid is used.
本発明によれば、1,4−ブタンジオールを主成分とするジオール成分と脂肪族ジカルボン酸成分を主成分とするジカルボン酸成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応、並びに重縮合反応を行って脂肪族ポリエステルを製造するに当たり、重縮合反応系内を減圧するための蒸気エゼクタの駆動蒸気源として用いた1,4−ブタンジオールを、テトラヒドロフランの副生を十分に抑制した上で、系内で有効に再利用し、高品質の脂肪族ポリエステルを効率的に連続生産することができる。 According to the present invention, an esterification reaction and / or a transesterification reaction and a polycondensation reaction between a diol component mainly composed of 1,4-butanediol and a dicarboxylic acid component mainly composed of an aliphatic dicarboxylic acid component are carried out. 1,4-butanediol used as a driving vapor source of the vapor ejector for decompressing the inside of the polycondensation reaction system in the production of the aliphatic polyester by sufficiently suppressing the by-product of tetrahydrofuran, It can be effectively reused in the production process, and high quality aliphatic polyester can be efficiently and continuously produced.
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定はされない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents unless it exceeds the gist.
本明細書において、“質量%”、“質量ppm”及び“質量部”と、“重量%”、“重量ppm”及び“重量部”とは、それぞれ同義である。 In the present specification, “mass%”, “mass ppm” and “part by mass” and “wt%”, “weight ppm” and “part by weight” have the same meaning, respectively.
本発明の脂肪族ポリエステルの製造方法は、1,4−ブタンジオールを主成分とするジオール成分と脂肪族ジカルボン酸成分を主成分とするジカルボン酸成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応、並びに重縮合反応を行って脂肪族ポリエステルを製造する方法において、該重縮合反応を減圧装置による減圧下で行い、該減圧装置は、1,4−ブタンジオールを蒸気発生装置で気化させた1,4−ブタンジオール蒸気を駆動蒸気とする蒸気エゼクタを有し、該蒸気エゼクタに用いた1,4−ブタンジオール蒸気を凝縮させて1,4−ブタンジオール含有液を得、該1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を該蒸気エゼクタの駆動蒸気源として循環再利用する脂肪族ポリエステルの製造方法であって、該蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオール含有液の酸価を30eq./ton以下とすることを特徴とする。 The method for producing an aliphatic polyester according to the present invention includes an esterification reaction and / or a transesterification reaction between a diol component mainly composed of 1,4-butanediol and a dicarboxylic acid component mainly composed of an aliphatic dicarboxylic acid component. In addition, in the method for producing an aliphatic polyester by performing a polycondensation reaction, the polycondensation reaction is performed under a reduced pressure by a decompression device, and the decompression device is a 1,4-butanediol vaporized by a steam generator. A vapor ejector using 4-butanediol vapor as driving vapor, and condensing the 1,4-butanediol vapor used in the vapor ejector to obtain a 1,4-butanediol-containing liquid; A method for producing an aliphatic polyester in which at least a part of a diol-containing liquid is circulated and reused as a driving steam source for the steam ejector, It has been 1,4 30 eq acid value of butanediol-containing solution. / Ton or less.
ここで、「脂肪族ジカルボン酸成分」とは、脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジカルボン酸アルキルエステル等の脂肪族ジカルボン酸誘導体といったポリエステル原料となる脂肪族ジカルボン酸類の総称である。以下において、本発明の脂肪族ポリエステルの製造方法で製造される脂肪族ポリエステルを「本発明の脂肪族ポリエステル」と称す場合がある。 Here, the “aliphatic dicarboxylic acid component” is a general term for aliphatic dicarboxylic acids that are raw materials for polyesters such as aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic dicarboxylic acid derivatives such as aliphatic dicarboxylic acid alkyl esters. Hereinafter, the aliphatic polyester produced by the method for producing an aliphatic polyester of the present invention may be referred to as “the aliphatic polyester of the present invention”.
本発明において、「1,4−ブタンジオールを主成分とする」とは、「1,4−ブタンジオールの合計モル比率が、原料ジオール成分中で最も多いこと」を意味する。中でもポリエステルの物性、生分解性の観点から、1,4−ブタンジオールの合計が、原料ジオール成分の合計に対して、50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは70モル%以上、特に好ましくは90〜100モル%である。 In the present invention, “having 1,4-butanediol as a main component” means “the total molar ratio of 1,4-butanediol is the largest among the raw material diol components”. Among these, from the viewpoint of physical properties and biodegradability of the polyester, the total of 1,4-butanediol is preferably 50 mol% or more, more preferably 60 mol% or more, and more preferably with respect to the total of the raw material diol components. Preferably it is 70 mol% or more, Most preferably, it is 90-100 mol%.
また、本発明において「脂肪族ジカルボン酸成分を主成分とする」とは、脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジカルボン酸アルキルエステル等の脂肪族ジカルボン酸誘導体のうちの少なくとも1種を主成分とすることであって、「脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジカルボン酸アルキルエステル等の脂肪族ジカルボン酸誘導体の合計モル比率が、原料ジカルボン酸成分中で最も多いこと」を意味する。中でもポリエステルの物性、生分解性の観点から、脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジカルボン酸アルキルエステル等の脂肪族ジカルボン酸誘導体の合計が、原料ジカルボン酸成分の合計に対して、50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは70モル%以上、特に好ましくは90〜100モル%である。 In the present invention, “having an aliphatic dicarboxylic acid component as a main component” means having at least one of aliphatic dicarboxylic acid derivatives such as an aliphatic dicarboxylic acid and an aliphatic dicarboxylic acid alkyl ester as a main component. This means that “the total molar ratio of aliphatic dicarboxylic acid derivatives such as aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic dicarboxylic acid alkyl ester is the largest among the raw material dicarboxylic acid components”. Among these, from the viewpoint of physical properties and biodegradability of polyester, the total of aliphatic dicarboxylic acid derivatives such as aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic dicarboxylic acid alkyl ester is 50 mol% or more based on the total of raw material dicarboxylic acid components. It is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and particularly preferably 90 to 100 mol%.
本発明において、ポリエステルを製造する際の各反応工程は、回分法でも連続法でも行うことができるが、品質の安定化、エネルギー効率の観点からは、原料を連続的に供給し、連続的にポリエステルを得るいわゆる連続法が好ましい。 In the present invention, each reaction step in producing the polyester can be carried out by a batch method or a continuous method. From the viewpoint of stabilization of quality and energy efficiency, the raw materials are continuously supplied and continuously. A so-called continuous method for obtaining polyester is preferred.
<ジオール成分>
本発明に用いるジオール成分は、1,4−ブタンジオールを主成分とするものである。本発明では、1,4−ブタンジオールのモル比率が原料ジオール中で最も多く用いられれば、その他、通常ポリエステルの原料に用いられるジオール成分を制限無く併用することができる。
<Diol component>
The diol component used in the present invention is mainly composed of 1,4-butanediol. In the present invention, if the molar ratio of 1,4-butanediol is most frequently used in the raw material diol, other diol components that are usually used for the raw material of polyester can be used in combination without limitation.
1,4−ブタンジオール以外のジオール成分としては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、ネオペンチルグリコールなどのアルキレンジオール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどのオキシアルキレンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどのシクロアルキレンジオールといった脂肪族ジオール成分が挙げられ、これらの中でも、得られるポリエステルの物性の面から、エチレングリコール、1,3−プロパンジオールなどの炭素数6以下のアルキレンジオール、または1,4−シクロヘキサンジメタノールなどの炭素数6以下のシクロアルキレンジオールが好ましい。なお、これらは2種以上が併用されていてもよい。 Examples of diol components other than 1,4-butanediol include ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7- Hexanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, alkylene diols such as neopentyl glycol, oxyalkylenes such as diethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polytetramethylene ether glycol Aliphatic diol components such as diol, 1,2-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanedimethanol and other cycloalkylenediol Among these, from the viewpoint of physical properties of the obtained polyester, alkylene diols having 6 or less carbon atoms such as ethylene glycol and 1,3-propanediol, or cyclohexane having 6 or less carbon atoms such as 1,4-cyclohexanedimethanol. Alkylene diols are preferred. Two or more of these may be used in combination.
ジオール成分に占める1,4−ブタンジオールの割合は、得られるポリエステルの融点(耐熱性)、生分解性、力学特性の観点から全ジオール成分に対して50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上がより好ましく、特に好ましくは90〜100モル%である。
なお、1,4−ブタンジオールや、上記の脂肪族ジオール成分のうちのエチレングリコール、1,3−プロパンジオールは植物原料由来のものを使用することができる。
The proportion of 1,4-butanediol in the diol component is preferably 50 mol% or more based on the total diol component from the viewpoint of the melting point (heat resistance), biodegradability and mechanical properties of the polyester obtained. It is more preferably at least mol%, particularly preferably 90 to 100 mol%.
1,4-butanediol, ethylene glycol and 1,3-propanediol among the above aliphatic diol components can be derived from plant raw materials.
<ジカルボン酸成分>
本発明に用いるジカルボン酸成分は、脂肪族ジカルボン酸成分を主成分とするものであり、その合計モル比率が原料カルボン酸成分中で最も多く用いられれば、通常ポリエステルの原料に用いられるものを特に制限無く使用することができる。
<Dicarboxylic acid component>
The dicarboxylic acid component used in the present invention is mainly composed of an aliphatic dicarboxylic acid component, and if the total molar ratio is most frequently used in the raw material carboxylic acid component, the one usually used as a polyester raw material is particularly used. Can be used without restriction.
脂肪族カルボン酸成分としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、無水コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカジカルボン酸、ドデカジカルボン酸、ダイマー酸などの脂肪族ジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸の水素添加物が挙げられ、これらの中で、得られる脂肪族ポリエステルの物性の面から、コハク酸、無水コハク酸、アジピン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸成分が好ましい。特にはコハク酸、無水コハク酸などの炭素数4以下の脂肪族ジカルボン酸成分が好ましい。なお、これらは2種以上が併用されていてもよい。
これらの脂肪族ジカルボン酸成分のうち、コハク酸、無水コハク酸、アジピン酸などは植物原料由来のものを使用することができる。
Examples of the aliphatic carboxylic acid component include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, succinic anhydride, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecadicarboxylic acid, dodecadicarboxylic acid, Examples include hydrogenated products of aliphatic dicarboxylic acids such as dimer acids, aromatic dicarboxylic acids such as hexahydrophthalic acid, hexahydroisophthalic acid, and hexahydroterephthalic acid. Among these, the physical properties of the resulting aliphatic polyester From the aspect, aliphatic dicarboxylic acid components such as succinic acid, succinic anhydride, adipic acid, and sebacic acid are preferable. In particular, aliphatic dicarboxylic acid components having 4 or less carbon atoms such as succinic acid and succinic anhydride are preferable. Two or more of these may be used in combination.
Among these aliphatic dicarboxylic acid components, succinic acid, succinic anhydride, adipic acid and the like can be derived from plant raw materials.
ジカルボン酸成分としてコハク酸を用いる場合、ジカルボン酸成分に占めるコハク酸の割合は、得られるポリエステルの融点(耐熱性)、生分解性、力学特性の観点から、全ジカルボン酸成分に対して50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上がより好ましく、特に好ましくは90〜100モル%である。 When succinic acid is used as the dicarboxylic acid component, the proportion of succinic acid in the dicarboxylic acid component is 50 moles relative to the total dicarboxylic acid component from the viewpoint of the melting point (heat resistance), biodegradability and mechanical properties of the resulting polyester. % Or more, more preferably 70 mol% or more, and particularly preferably 90 to 100 mol%.
また、脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸成分として、芳香族ジカルボン酸成分を併用してもよい。芳香族ジカルボン酸成分の具体的な例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸およびジフェニルジカルボン酸等が挙げられる。これらは、単独でも2種以上の混合物として上記脂肪族ジカルボン酸成分に加えて使用してもよい。 Moreover, you may use together an aromatic dicarboxylic acid component as dicarboxylic acid components other than aliphatic dicarboxylic acid. Specific examples of the aromatic dicarboxylic acid component include terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, and diphenyldicarboxylic acid. These may be used alone or as a mixture of two or more thereof in addition to the aliphatic dicarboxylic acid component.
<その他の共重合成分>
本発明のポリエステルには、脂肪族ジオール成分、脂肪族ジカルボン酸成分以外のその他の構成成分を共重合させても構わない。この場合に使用することのできる共重合成分としては、乳酸、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシカプロン酸、2−ヒドロキシ−3,3−ジメチル酪酸、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸、2−ヒドロキシイソカプロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、クエン酸、フマル酸等のオキシカルボン酸、およびこれらオキシカルボン酸のエステルやラクトン、オキシカルボン酸重合体等、あるいはグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3官能以上の多価アルコール、あるいは、プロパントリカルボン酸、ピロメリット酸、トリメリット酸ベンゾフェノンテトラカルボン酸およびこれらの無水物などの3官能以上の多価カルボン酸またはその無水物等が挙げられる。
<Other copolymer components>
The polyester of the present invention may be copolymerized with other components other than the aliphatic diol component and the aliphatic dicarboxylic acid component. Copolymerization components that can be used in this case include lactic acid, glycolic acid, hydroxybutyric acid, hydroxycaproic acid, 2-hydroxy-3,3-dimethylbutyric acid, 2-hydroxy-3-methylbutyric acid, 2-hydroxyiso Oxycarboxylic acids such as caproic acid, malic acid, maleic acid, citric acid, and fumaric acid, and esters, lactones, and oxycarboxylic acid polymers of these oxycarboxylic acids, or trifunctional groups such as glycerin, trimethylolpropane, and pentaerythritol The above polyhydric alcohols, or trifunctional or higher polyvalent carboxylic acids such as propanetricarboxylic acid, pyromellitic acid, trimellitic acid benzophenone tetracarboxylic acid, and anhydrides thereof, or the anhydride thereof can be used.
これらのうち、3官能以上のオキシカルボン酸、3官能以上のアルコール、3官能以上のカルボン酸などは少量加えることにより高粘度のポリエステルを得やすい。中でも、リンゴ酸、クエン酸、フマル酸などのオキシカルボン酸が好ましく、特にはリンゴ酸が好ましく用いられる。 Of these, tri- or higher-functional oxycarboxylic acids, tri- or higher-functional alcohols, tri- or higher-functional carboxylic acids, and the like can be easily obtained by adding a small amount of polyester. Of these, oxycarboxylic acids such as malic acid, citric acid, and fumaric acid are preferable, and malic acid is particularly preferably used.
3官能以上の多官能化合物を用いる場合、その使用量は全ジカルボン酸成分に対して、0.001〜5モル%であることが好ましく、より好ましくは0.05〜0.5モル%である。この範囲の上限超過では得られる脂肪族ポリエステルにゲル(未溶融物)が生成しやすく、下限未満では多官能化合物を使用したことによる利点(通常、得られるポリエステルの粘度を上昇させることが可能となる)が得られにくくなる。 In the case of using a trifunctional or higher polyfunctional compound, the amount used is preferably 0.001 to 5 mol%, more preferably 0.05 to 0.5 mol%, based on the total dicarboxylic acid component. . If the upper limit of this range is exceeded, gel (unmelted product) is likely to form in the resulting aliphatic polyester, and if it is less than the lower limit, the advantage of using a polyfunctional compound (usually the viscosity of the resulting polyester can be increased. Becomes difficult to obtain.
<脂肪族ポリエステルの製造方法>
以下に連続製造法を例にして、本発明の脂肪族ポリエステルの製造方法について説明する。なお、以下においては、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸を用いるエステル化反応工程及び重縮合反応工程によりポリエステルを製造する方法を例示するが、エステル化工程はエステル交換反応工程であってもよく、エステル化反応とエステル交換反応との両方を行う工程であってもよい。
<Method for producing aliphatic polyester>
Hereinafter, the production method of the aliphatic polyester of the present invention will be described by taking a continuous production method as an example. In the following, a method for producing a polyester by an esterification reaction step and a polycondensation reaction step using an aliphatic diol and an aliphatic dicarboxylic acid will be exemplified, but the esterification step may be a transesterification step, It may be a step of performing both esterification reaction and transesterification reaction.
連続製造法では、例えば脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとを、連続する複数の反応槽を用いて、エステル化反応工程、溶融重縮合反応工程を経て連続的にポリエステルのペレットを得る方法で製造されるが、本発明の効果を妨げない限り、連続法に限定されるものではなく、従来公知のポリエステルの製造方法を採用することができる。 In the continuous production method, for example, aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic diol are produced by a method of continuously obtaining polyester pellets through an esterification reaction step and a melt polycondensation reaction step using a plurality of continuous reaction vessels. However, as long as the effects of the present invention are not hindered, the method is not limited to the continuous method, and conventionally known polyester production methods can be employed.
<エステル化反応工程>
エステル化反応工程では、少なくともジカルボン酸成分とジオール成分とを反応させてエステル化反応物を製造する。エステル化反応工程とそれに続くその他の工程は、連続する複数の反応槽で行うことも単一の反応槽でも行うこともできるが、得られるポリエステルの物性の変動を小さくするために、連続する複数の反応槽で行うことが好ましい。
<Esterification reaction process>
In the esterification reaction step, at least a dicarboxylic acid component and a diol component are reacted to produce an esterification reaction product. The esterification reaction step and other subsequent steps can be carried out in a plurality of continuous reaction tanks or in a single reaction tank, but in order to reduce fluctuations in the physical properties of the resulting polyester, It is preferable to carry out in the reaction tank.
エステル化反応工程での反応温度は、エステル化反応を行うことのできる温度であれば特に制限は無いが、反応速度を高めることができるという点で、好ましくは200℃以上、より好ましくは210℃以上であって、ポリエステルの着色などを防止するために、250℃以下であることが好ましく、より好ましくは245℃以下であって、特に好ましくは240℃以下である。反応温度が低すぎると、エステル化反応速度が遅く反応時間を長時間必要とし、脂肪族ジオールの脱水分解など好ましくない反応が多くなる。また、反応温度が高すぎると、脂肪族ジオール、脂肪族ジカルボン酸の分解が多くなり、また反応槽内に飛散物が増加し異物発生の原因となりやすく、反応物に濁り(ヘーズ)を生じやすくなる。また、エステル化温度は一定温度であることが好ましい。一定温度であることによりエステル化率が安定する。一定温度とは設定温度±5℃、好ましくは±2℃である。 The reaction temperature in the esterification reaction step is not particularly limited as long as it is a temperature at which the esterification reaction can be performed, but is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 210 ° C. in that the reaction rate can be increased. In order to prevent the coloring of the polyester and the like, it is preferably 250 ° C. or lower, more preferably 245 ° C. or lower, and particularly preferably 240 ° C. or lower. If the reaction temperature is too low, the esterification reaction rate is slow, requiring a long reaction time, and undesirable reactions such as dehydration decomposition of aliphatic diols increase. If the reaction temperature is too high, the aliphatic diol and the aliphatic dicarboxylic acid are decomposed more, and the amount of scattered matter increases in the reaction tank, which may cause foreign matters and haze. Become. The esterification temperature is preferably a constant temperature. The esterification rate is stabilized due to the constant temperature. The constant temperature is a set temperature ± 5 ° C., preferably ± 2 ° C.
反応雰囲気は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下であることが好ましい。 The reaction atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
反応圧力は、50kPa〜200kPaであることが好ましく、より好ましくは60kPa以上、更に好ましくは70kPa以上で、より好ましくは130kPa以下、更に好ましくは110kPa以下である。反応圧力が上記下限未満では反応槽内に飛散物が増加し反応物のヘーズが高くなり異物増加の原因となりやすく、また脂肪族ジオールの反応系外への留出が多くなり重縮合反応速度の低下を招きやすい。反応圧力が上記上限超過では脂肪族ジオールの脱水分解が多くなり、重縮合反応の低下を招きやすい。 The reaction pressure is preferably 50 kPa to 200 kPa, more preferably 60 kPa or more, further preferably 70 kPa or more, more preferably 130 kPa or less, and still more preferably 110 kPa or less. If the reaction pressure is less than the above lower limit, the amount of scattered matter in the reaction tank increases, the haze of the reaction product becomes high and foreign substances increase easily, and the distillation of aliphatic diol to the outside of the reaction system increases and the polycondensation reaction rate increases. It tends to cause a decline. If the reaction pressure exceeds the above upper limit, the aliphatic diol will be dehydrated and decomposed more easily and the polycondensation reaction will tend to decrease.
反応時間は、好ましくは1時間以上であり、上限は好ましくは10時間以下、より好ましくは4時間以下である。 The reaction time is preferably 1 hour or longer, and the upper limit is preferably 10 hours or shorter, more preferably 4 hours or shorter.
エステル化反応を行う脂肪族ジカルボン酸に対する脂肪族ジオールの反応モル比は、エステル化反応槽の気相および反応液相に存在する、脂肪族ジカルボン酸およびエステル化された脂肪族ジカルボン酸に対する、脂肪族ジオールおよびエステル化された脂肪族ジオールとのモル比を表し、反応系で分解されエステル化反応に寄与しない脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオールおよびそれらの分解物は含まれない。分解されてエステル化反応に寄与しないものとは、例えば、脂肪族ジオールである1,4−ブタンジオールが分解してテトラヒドロフランになったものが挙げられ、テトラヒドロフランは、このモル比には含めない。本発明において、上記反応モル比の下限は、通常1.10以上であり、好ましくは1.12以上、更に好ましくは1.15以上、特に好ましくは1.20以上である。上限は、通常2.00以下、好ましくは1.80以下、更に好ましくは1.60以下、特に好ましくは1.55以下である。反応モル比が上記下限未満ではエステル化反応が不十分になりやすく後工程の反応である重縮合反応が進みにくく高重合度のポリエステルを得にくい。反応モル比が上記上限超過では脂肪族ジオール、脂肪族ジカルボン酸の分解量が多くなる傾向がある。この反応モル比を好ましい範囲に保つためにエステル化反応系に脂肪族ジオールを適宜補給するのは好ましい方法である。 The reaction molar ratio of the aliphatic diol to the aliphatic dicarboxylic acid in which the esterification reaction is performed is the ratio of the aliphatic dicarboxylic acid and the esterified aliphatic dicarboxylic acid present in the gas phase and reaction liquid phase of the esterification reaction vessel An aliphatic dicarboxylic acid that does not contribute to the esterification reaction and is decomposed in the reaction system, an aliphatic diol, and a decomposition product thereof are not included. Examples of those that are decomposed and do not contribute to the esterification reaction include those in which 1,4-butanediol, which is an aliphatic diol, is decomposed into tetrahydrofuran, and tetrahydrofuran is not included in this molar ratio. In the present invention, the lower limit of the reaction molar ratio is usually 1.10 or more, preferably 1.12 or more, more preferably 1.15 or more, and particularly preferably 1.20 or more. The upper limit is usually 2.00 or less, preferably 1.80 or less, more preferably 1.60 or less, and particularly preferably 1.55 or less. If the reaction molar ratio is less than the above lower limit, the esterification reaction tends to be insufficient, and the polycondensation reaction, which is a reaction in the subsequent step, hardly proceeds, and it is difficult to obtain a polyester having a high degree of polymerization. When the reaction molar ratio exceeds the above upper limit, the decomposition amount of the aliphatic diol and the aliphatic dicarboxylic acid tends to increase. In order to keep this reaction molar ratio within a preferable range, it is a preferable method to appropriately replenish the esterification reaction system with an aliphatic diol.
本発明においては、好ましくはエステル化反応工程で得られるエステル化率80%以上のエステル化反応物を重縮合反応に供する。本発明において、重縮合反応とは反応圧力50kPa以下で行うポリエステルの高分子量化反応をいい、エステル化反応は50〜200kPaで、通常、エステル化反応槽で行い、重縮合反応は50kPa以下、好ましくは10kPa以下で重縮合反応槽で行う。本発明でエステル化率とはエステル化反応物試料中の全酸成分に対するエステル化された酸成分の割合を示すものであり次式で表される。
エステル化率(%)=(ケン化価−酸価)/ケン化価×100
In the present invention, an esterification reaction product having an esterification rate of 80% or more obtained in the esterification reaction step is preferably subjected to a polycondensation reaction. In the present invention, the polycondensation reaction means a high molecular weight reaction of polyester performed at a reaction pressure of 50 kPa or less, the esterification reaction is 50 to 200 kPa, usually performed in an esterification reaction tank, and the polycondensation reaction is 50 kPa or less, preferably Is carried out in a polycondensation reaction tank at 10 kPa or less. In the present invention, the esterification rate indicates the ratio of the esterified acid component to the total acid component in the esterification reaction product sample, and is represented by the following formula.
Esterification rate (%) = (saponification value−acid value) / saponification value × 100
重縮合反応工程に供するエステル化反応物のエステル化率は、好ましくは85%以上、更に好ましくは88%以上、特に好ましくは90%以上である。エステル化率が上記下限未満であると重縮合反応工程における重縮合反応性が悪くなる。また、重縮合反応時の飛散物が増え、壁面に付着して固化し、更にこの飛散物が反応物内に落下し、得られるポリエステルのヘーズの悪化(異物発生)の要因となる。エステル化率の上限は重縮合工程の重縮合反応性のためには高いほうが良いが、通常99%である。 The esterification rate of the esterification reaction product subjected to the polycondensation reaction step is preferably 85% or more, more preferably 88% or more, and particularly preferably 90% or more. When the esterification rate is less than the lower limit, the polycondensation reactivity in the polycondensation reaction step is deteriorated. Further, the amount of scattered matter during the polycondensation reaction increases, adheres to the wall surface and solidifies, and further, this scattered matter falls into the reaction product, which causes deterioration of haze (foreign matter generation) of the obtained polyester. The upper limit of the esterification rate is preferably higher for polycondensation reactivity in the polycondensation step, but is usually 99%.
本発明において、エステル化反応工程におけるジカルボン酸成分とジオール成分との反応モル比、反応温度、反応圧力およびエステル化反応率を上記範囲にして連続反応を行い、エステル化反応物を連続的に重縮合反応工程に供することにより、ヘーズが低く異物が少ない高品質のポリエステルを効率的に得ることができる。 In the present invention, a continuous reaction is carried out with the reaction molar ratio of the dicarboxylic acid component and the diol component in the esterification reaction step, the reaction temperature, the reaction pressure, and the esterification reaction rate within the above ranges, and the esterification reaction product is continuously superposed. By using the condensation reaction step, a high-quality polyester having a low haze and a small amount of foreign matters can be efficiently obtained.
エステル化反応槽としては、公知のものが使用でき、縦型撹拌完全混合槽、縦型熱対流式混合槽、塔型連続反応槽等の型式のいずれであってもよく、また、単数槽としても、同種または異種の槽を直列させた複数槽としてもよい。中でも撹拌装置を有する反応槽が好ましく、撹拌装置としては、動力部および受、軸、撹拌翼からなる通常のタイプの他、タービンステーター型高速回転式撹拌機、ディスクミル型撹拌機、ローターミル型撹拌機等の高速回転するタイプも用いることができる。 As the esterification reaction tank, known ones can be used, and any of a vertical stirring complete mixing tank, a vertical heat convection mixing tank, a tower-type continuous reaction tank, etc. may be used. Alternatively, a plurality of tanks in which the same kind or different kinds of tanks are connected in series may be used. Among them, a reaction tank having a stirring device is preferable, and as a stirring device, a turbine stator type high-speed rotating stirrer, a disc mill type stirrer, a rotor mill type, in addition to a normal type including a power unit, a receiver, a shaft, and a stirring blade A type that rotates at high speed such as an agitator can also be used.
撹拌の形態にも制限はなく、反応槽中の反応液を反応槽の上部、下部、横部等から直接撹拌する通常の撹拌方法の他、反応液の一部を反応槽の外部に配管等で持ち出してラインミキサ−等で撹拌し、反応液を循環させる方法もとることができる。撹拌翼の種類も公知のものが選択でき、具体的にはプロペラ翼、スクリュー翼、タービン翼、ファンタービン翼、デイスクタービン翼、ファウドラー翼、フルゾーン翼、マックスブレンド翼等が挙げられる。 There is no limitation on the form of stirring, and in addition to the normal stirring method in which the reaction liquid in the reaction tank is directly stirred from the top, bottom, side, etc. of the reaction tank, a part of the reaction liquid is piped outside the reaction tank, etc. It is possible to take a method of circulating the reaction liquid by taking it out with a line mixer and the like. Known types of stirring blades can also be selected, and specific examples include propeller blades, screw blades, turbine blades, fan turbine blades, disk turbine blades, fiddler blades, full zone blades, Max blend blades, and the like.
<重縮合反応工程>
本発明の脂肪族ポリエステルの製造では、エステル化反応工程に続き重縮合反応工程で重縮合反応を行う。
<Polycondensation reaction step>
In the production of the aliphatic polyester of the present invention, the polycondensation reaction is performed in the polycondensation reaction step following the esterification reaction step.
重縮合反応は、連続する複数の反応槽を用い、1,4−ブタンジオールを駆動蒸気源とする蒸気エゼクタを備える減圧装置による減圧下で行う。最終重縮合反応槽の反応圧力は、下限が通常0.01kPa以上、好ましくは0.03kPa以上であり、上限は通常1.4kPa以下、好ましくは0.4kPa以下として行う。重縮合反応時の圧力が高すぎると、重縮合時間が長くなり、それに伴いポリエステルの熱分解による分子量低下や着色が引き起こされ、実用上充分な特性を示すポリエステルの製造が難しくなる傾向がある。一方、反応圧力を0.01kPa未満とするような超高真空重縮合設備を用いて製造する手法は重縮合反応速度を向上させる観点からは好ましい態様であるが、極めて高額な設備投資が必要となるため、経済的には不利である。 The polycondensation reaction is performed under reduced pressure using a plurality of continuous reaction tanks and using a decompressor equipped with a steam ejector using 1,4-butanediol as a driving steam source. The lower limit of the reaction pressure in the final polycondensation reaction tank is usually 0.01 kPa or more, preferably 0.03 kPa or more, and the upper limit is usually 1.4 kPa or less, preferably 0.4 kPa or less. If the pressure during the polycondensation reaction is too high, the polycondensation time will be prolonged, and accordingly, the molecular weight will be lowered or colored due to thermal decomposition of the polyester, which tends to make it difficult to produce a polyester exhibiting practically sufficient characteristics. On the other hand, the method of producing using an ultra-high vacuum polycondensation equipment with a reaction pressure of less than 0.01 kPa is a preferred embodiment from the viewpoint of improving the polycondensation reaction rate, but requires extremely expensive equipment investment. Therefore, it is economically disadvantageous.
反応温度は、下限が通常215℃、好ましくは220℃であり、上限が通常270℃、好ましくは260℃の範囲である。反応温度が上記下限未満であると、重縮合反応速度が遅く、高重合度のポリエステル製造に長時間を要するばかりでなく、高動力の撹拌機も必要となるため、経済的に不利である。一方、反応温度が上記上限超過であると製造時のポリエステルの熱分解が引き起こされやすく、高重合度のポリエステルの製造が難しくなる傾向がある。 The lower limit of the reaction temperature is usually 215 ° C, preferably 220 ° C, and the upper limit is usually 270 ° C, preferably 260 ° C. If the reaction temperature is less than the above lower limit, the polycondensation reaction rate is slow, and not only does it take a long time to produce a polyester with a high degree of polymerization, but also a high power stirrer is required, which is economically disadvantageous. On the other hand, if the reaction temperature exceeds the above upper limit, thermal decomposition of the polyester during production tends to be caused, and it tends to be difficult to produce polyester having a high degree of polymerization.
反応時間は、下限が通常1時間であり、上限が通常15時間、好ましくは10時間、より好ましくは8時間である。反応時間が短すぎると反応が不充分で高重合度のポリエステルを得にくく、その成形品の機械物性が劣る傾向となる。一方、反応時間が長すぎると、ポリエステルの熱分解による分子量低下が顕著となり、その成形品の機械物性が劣る傾向となるばかりでなく、ポリエステルの耐久性に悪影響を与えるカルボキシル基末端量が熱分解により増加する場合がある。 The lower limit of the reaction time is usually 1 hour, and the upper limit is usually 15 hours, preferably 10 hours, more preferably 8 hours. If the reaction time is too short, the reaction is insufficient and it is difficult to obtain a polyester having a high degree of polymerization, and the mechanical properties of the molded product tend to be inferior. On the other hand, if the reaction time is too long, the molecular weight drop due to the thermal decomposition of the polyester becomes remarkable, the mechanical properties of the molded product tend to be inferior, and the terminal amount of the carboxyl group that adversely affects the durability of the polyester is thermally decomposed. May increase due to
重縮合反応温度と時間および反応圧力をコントロールすることにより所望の固有粘度のポリエステルを得ることができる。 A polyester having a desired intrinsic viscosity can be obtained by controlling the polycondensation reaction temperature and time and the reaction pressure.
本発明に用いる重縮合反応槽の型式に特に制限はなく、例えば、縦型撹拌重合槽、横型撹拌重合槽、薄膜蒸発式重合槽などを挙げることができる。重縮合反応槽は、1基とすることができ、あるいは、同種または異種の複数基の槽を直列させた複数槽とすることもできるが、反応液の粘度が上昇する重縮合の後期は界面更新性とプラグフロー性、セルフクリーニング性に優れた薄膜蒸発機能を有した横型撹拌重合機を選定することが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular in the type of the polycondensation reaction tank used for this invention, For example, a vertical stirring polymerization tank, a horizontal stirring polymerization tank, a thin film evaporation type polymerization tank etc. can be mentioned. The number of polycondensation reaction tanks can be one, or a plurality of tanks of the same or different types can be connected in series. It is preferable to select a horizontal stirring polymerization machine having a thin film evaporation function excellent in renewability, plug flow property, and self-cleaning property.
また、重縮合反応槽は、反応によって発生した水、1,4−ブタンジオールから副生したテトラヒドロフラン、更には未反応の1,4−ブタンジオールを含むベントガスを抜き出して、1,4−ブタンジオールで冷却して凝縮させる湿式凝縮器(湿式コンデンサ)を備える。 In addition, the polycondensation reaction tank extracts water generated by the reaction, tetrahydrofuran produced as a by-product from 1,4-butanediol, and vent gas containing unreacted 1,4-butanediol, and 1,4-butanediol. Wet condenser (wet condenser) that is cooled and condensed in
湿式コンデンサとしては、棚段を1段又は複数段設け、その上方から冷媒として1,4−ブタンジオールを循環、流下させて液膜を発生させ、この液膜に排気を接触させることでプロセス飛散物を溶解、捕集する棚段型、上方にシャワーノズルを設け、冷媒として1,4−ブタンジオールを噴霧して、この液滴に排気を接触させることでプロセス飛散物を溶解、捕集するシャワー型、棚段型とシャワー型を組み合わせ、棚段型を上部に、シャワー型を下部に配置したものなどあるが、いずれを用いてもよい。
As a wet capacitor, one or more shelves are provided, 1,4-butanediol is circulated and flowed down as a refrigerant from above to generate a liquid film, and exhaust is brought into contact with this liquid film to scatter the process. A shelf type that dissolves and collects substances, a shower nozzle is provided above,
<駆動蒸気源の循環再利用>
本発明では、減圧装置の蒸気エゼクタに用いた1,4−ブタンジオール蒸気を凝縮させて1,4−ブタンジオール含有液を得、この1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を蒸気発生装置で気化させた1,4−ブタンジオール蒸気を蒸気エゼクタの駆動蒸気として循環再利用する。そして、その際に、該蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオール含有液の酸価を30eq./ton以下とする。
<Cyclic reuse of driving steam source>
In the present invention, the 1,4-butanediol vapor used in the vapor ejector of the decompression device is condensed to obtain a 1,4-butanediol-containing liquid, and at least a part of the 1,4-butanediol-containing liquid is generated by steam. The 1,4-butanediol vapor vaporized by the apparatus is circulated and reused as driving steam for the steam ejector. At that time, the acid value of the 1,4-butanediol-containing liquid sealed in the steam generator is set to 30 eq. / Ton or less.
蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオール含有液の酸価が30eq./tonを超えると、減圧装置の系内にテトラヒドロフランが副生し易くなり、このテトラヒドロフランの副生、蓄積を解消するために、系外から新規1,4−ブタンジオールをより多く供給する必要が生じ、好ましくない。蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオールの酸価は低い程、系内のテトラヒドロフランの副生を防止する観点から好ましく、この酸価は30eq./ton以下、特に15eq./ton以下であることが好ましい。ただし、蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオールの酸価を低くするためには、1,4−ブタンジオールの循環再利用率を低減する必要があり、1,4−ブタンジオールの有効再利用率を高める本発明の目的を達成し得ない場合がある。1,4−ブタンジオールの有効再利用効率の観点から、駆動蒸気源として循環再利用する1,4−ブタンジオールの酸価は2eq./ton以上であることが好ましい。 The acid value of the 1,4-butanediol-containing liquid sealed in the steam generator is 30 eq. When the amount exceeds / ton, tetrahydrofuran tends to be by-produced in the system of the decompression device, and in order to eliminate this by-product and accumulation of tetrahydrofuran, it is necessary to supply more 1,4-butanediol from outside the system. Which is undesirable. The lower the acid value of 1,4-butanediol sealed in the steam generator, the more preferable it is from the viewpoint of preventing the by-production of tetrahydrofuran in the system, and this acid value is 30 eq. / Ton or less, especially 15 eq. / Ton or less is preferable. However, in order to reduce the acid value of 1,4-butanediol sealed in the steam generator, it is necessary to reduce the recycling rate of 1,4-butanediol. In some cases, the object of the present invention, which increases the effective reuse rate of diol, cannot be achieved. From the viewpoint of effective recycling efficiency of 1,4-butanediol, the acid value of 1,4-butanediol recycled as a driving steam source is 2 eq. / Ton or more is preferable.
このように、蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオール含有液の酸価を30eq./ton以下とするためには、循環再利用する1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を蒸留塔で蒸留し、蒸留塔の塔底から得られる精製1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を蒸気エゼクタの駆動蒸気源として循環再利用し、残部は他の工程、例えば、重縮合反応槽の湿式コンデンサの冷媒として使用する方法、或いはコハク酸と1,4−ブタンジオールからなる原料スラリーを調製する工程において使用する方法が挙げられる。 Thus, the acid value of the 1,4-butanediol-containing liquid sealed in the steam generator is 30 eq. / Ton or less, at least a part of the 1,4-butanediol-containing liquid to be recycled is distilled in a distillation tower, and the purified 1,4-butanediol-containing liquid obtained from the bottom of the distillation tower At least a part is recycled and used as a driving steam source for the steam ejector, and the remainder consists of other processes, for example, a method of using as a refrigerant for a wet condenser of a polycondensation reaction tank, or consisting of succinic acid and 1,4-butanediol. The method used in the process of preparing a raw material slurry is mentioned.
このように、1,4−ブタンジオール含有液を蒸留により精製し、その一部のみを蒸気エゼクタの駆動蒸気源として循環再利用し、残部は湿式コンデンサ等の冷媒として用いたり、或いはコハク酸と1,4−ブタンジオールからなる原料スラリーを調製する工程において使用したりすることにより、蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオール含有液の酸価を低く抑え、系内でのテトラヒドロフランの副生、蓄積を防止することができる。 Thus, the 1,4-butanediol-containing liquid is purified by distillation, and only a part of it is recycled and used as a driving steam source for the steam ejector, and the rest is used as a refrigerant for a wet condenser or succinic acid. The acid value of the 1,4-butanediol-containing liquid sealed in the steam generator is kept low by using it in the step of preparing a raw material slurry consisting of 1,4-butanediol, By-product and accumulation of tetrahydrofuran can be prevented.
<反応触媒>
エステル化反応および重縮合反応には反応触媒を使用することにより、反応を促進させることができるが、エステル化反応においてはエステル化反応触媒が無くても十分な反応速度を得ることができる。またエステル化反応時にエステル化反応触媒が存在するとエステル化反応によって生じる水により触媒が反応物に不溶の析出物を生じ、得られるポリエステルの透明性を損なう(即ちヘーズが高くなる)ことがあり、また異物化することがあるので、反応触媒はエステル化反応中には使用しないことが好ましい。また、触媒を反応槽の気相部に添加するとヘーズが高くなることがあり、また触媒が異物化することがあるので反応液中に添加することが好ましい。
<Reaction catalyst>
The reaction can be promoted by using a reaction catalyst in the esterification reaction and the polycondensation reaction. However, in the esterification reaction, a sufficient reaction rate can be obtained even without the esterification reaction catalyst. In addition, if an esterification reaction catalyst is present during the esterification reaction, the catalyst may cause insoluble precipitates in the reaction product due to water generated by the esterification reaction, which may impair the transparency of the resulting polyester (ie, increase haze). Moreover, since it may become a foreign material, it is preferable not to use a reaction catalyst during esterification reaction. Moreover, when a catalyst is added to the gas phase part of the reaction vessel, the haze may be increased, and the catalyst may be converted into a foreign substance.
重縮合反応においては無触媒では反応が進みにくく、触媒を用いることが好ましい。重縮合反応触媒としては、一般には、周期表第1〜14族の金属元素のうち少なくとも1種を含む化合物が用いられる。金属元素としては、具体的には、スカンジウム、イットリウム、サマリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、錫、アンチモン、セリウム、ゲルマニウム、亜鉛、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、ナトリウムおよびカリウム等が挙げられる。その中では、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、タングステン、亜鉛、鉄、ゲルマニウムが好ましく、特に、チタン、ジルコニウム、タングステン、鉄、ゲルマニウムが好ましい。更に、ポリエステルの熱安定性に影響を与えるポリエステル末端濃度を低減させる為には、上記金属の中では、ルイス酸性を示す周期表第3〜6族の金属元素が好ましい。具体的には、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンであり、特に、入手のし易さからチタン、ジルコニウムが好ましく、更には反応活性の点からチタンが好ましい。
ここで、周期表とは、長周期型周期表(Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005)をさす。
In the polycondensation reaction, it is difficult to proceed without a catalyst, and it is preferable to use a catalyst. As the polycondensation reaction catalyst, a compound containing at least one of the metal elements of
Here, the periodic table refers to a long-period periodic table (Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005).
触媒は、重合時に溶融あるいは溶解した状態であると重合速度が高くなる理由から、重合時に液状であるか、エステル低重合体やポリエステルに溶解する化合物が好ましい。また、重縮合は無溶媒で行うことが好ましいが、これとは別に、触媒を溶解させるために少量の溶媒を使用しても良い。この触媒溶解用の溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオールなどの前述のジオール類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、ヘプタン、トルエン等の炭化水素化合物、水ならびにそれらの混合物等が挙げられる。 The catalyst is preferably a liquid at the time of polymerization or a compound that dissolves in a low ester ester polymer or a polyester because the polymerization rate increases when it is in a molten or dissolved state during the polymerization. The polycondensation is preferably carried out without a solvent. Alternatively, a small amount of solvent may be used to dissolve the catalyst. Examples of the solvent for dissolving the catalyst include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, and butanol, diols such as ethylene glycol, butanediol, and pentanediol, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and nitriles such as acetonitrile. , Hydrocarbon compounds such as heptane and toluene, water and mixtures thereof.
本発明の脂肪族ポリエステルの製造用触媒としては、以下に詳述するチタン化合物、アルカリ土類金属化合物及びリン化合物を予め混合させた触媒(以下、「本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒」と称す場合がある。)を用いることが好ましい。 As the catalyst for producing the aliphatic polyester of the present invention, a catalyst in which a titanium compound, an alkaline earth metal compound and a phosphorus compound, which will be described in detail below, are mixed in advance (hereinafter referred to as “catalyst for aliphatic polyester polycondensation of the present invention”). It is preferable to use.
本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒中のチタン原子、アルカリ土類金属原子ならびにリン原子の含有量は、チタン原子の含有量をT(モル基準)、アルカリ土類金属の含有量をM(モル基準)ならびにリン原子の含有量をP(モル基準)とした場合、T/P(モル比)の下限は、通常0.1、好ましくは0.3、より好ましくは0.5、特に好ましくは0.7であり、上限は、通常5.5、好ましくは4.0、より好ましくは3.0、特に好ましくは1.5、最も好ましくは1.0である。
T/P(モル比)が上記上限以下であると、製造される脂肪族ポリエステルの着色が少なく、触媒の安定性が良好で、触媒の失活が起き難く、触媒失活物が製品中に混入して製品の品質を損ねる危険性が低くなりやすい。一方、T/P(モル比)が上記下限以上であると、触媒活性が高くなりやすい。
The content of titanium atom, alkaline earth metal atom and phosphorus atom in the aliphatic polyester polycondensation catalyst of the present invention is such that the content of titanium atom is T (molar basis) and the content of alkaline earth metal is M ( When the phosphorus content is P (molar basis), the lower limit of T / P (molar ratio) is usually 0.1, preferably 0.3, more preferably 0.5, particularly preferably Is 0.7, and the upper limit is usually 5.5, preferably 4.0, more preferably 3.0, particularly preferably 1.5, and most preferably 1.0.
When the T / P (molar ratio) is less than or equal to the above upper limit, the produced aliphatic polyester is less colored, the stability of the catalyst is good, the catalyst is hardly deactivated, and the catalyst deactivation product is contained in the product. The risk of contamination and loss of product quality tends to be low. On the other hand, when the T / P (molar ratio) is not less than the above lower limit, the catalytic activity tends to be high.
一方、M/P(モル比)の下限は通常0.1、好ましくは0.5、より好ましくは0.7、特に好ましくは0.9であり、上限は、通常5.5、好ましくは3.0、より好ましくは2.0、更に好ましくは1.5、特に好ましくは1.2、最も好ましくは1.1である。
M/P(モル比)が上記上限以下であると、この触媒を用いて得られる脂肪族ポリエステルの熱安定性が良好になりやすい。また、アルカリ土類金属の析出が起こりにくい。一方、M/P(モル比)が上記下限以上であると、高触媒活性で、末端カルボキシ基量の増加も起こりにくい。
On the other hand, the lower limit of M / P (molar ratio) is usually 0.1, preferably 0.5, more preferably 0.7, particularly preferably 0.9, and the upper limit is usually 5.5, preferably 3 0.0, more preferably 2.0, still more preferably 1.5, particularly preferably 1.2, and most preferably 1.1.
When the M / P (molar ratio) is not more than the above upper limit, the thermal stability of the aliphatic polyester obtained using this catalyst tends to be good. In addition, alkaline earth metal is unlikely to precipitate. On the other hand, when M / P (molar ratio) is not less than the above lower limit, the catalytic activity is high and the amount of terminal carboxy groups hardly increases.
本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒は、チタン化合物、アルカリ土類金属化合物、及び酸性リン酸エステル化合物を混合することによって製造される。触媒成分を混合する際は、通常、溶媒を使用する。溶媒は、チタン化合物、アルカリ土類金属化合物、及び酸性リン酸エステル化合物を均一溶液とできればよいが、通常、アルコールを用いる。 The catalyst for aliphatic polyester polycondensation of the present invention is produced by mixing a titanium compound, an alkaline earth metal compound, and an acidic phosphate compound. When mixing the catalyst components, a solvent is usually used. As the solvent, a titanium compound, an alkaline earth metal compound, and an acidic phosphate compound may be used as a uniform solution, but alcohol is usually used.
すなわち、本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒はアルコール、チタン化合物、アルカリ土類金属化合物、及び酸性リン酸エステル化合物を混合することによって製造することが好ましい。また、本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒はアルコール、チタン化合物、アルカリ土類金属化合物、及び酸性リン酸エステル化合物を混合し、該混合物を濃縮することによって製造することが特に好ましい。この特に好ましい製造方法を詳述すると、
(i) アルコール、チタン化合物、アルカリ金属化合物及び酸性リン酸エステル化合物を混合、溶解、反応させる工程
(ii) 工程(i)で得た反応溶液からアルコールなどを留去することにより濃縮を行うと同時に更に反応を進め、粘稠な液体状触媒、又は固体状触媒、あるいはこれらの混合物を得る工程
により製造される。この時、用いられるアルコールは反応には関与せず、単に溶媒としてのみ働くものと考えられる。
That is, the aliphatic polyester polycondensation catalyst of the present invention is preferably produced by mixing an alcohol, a titanium compound, an alkaline earth metal compound, and an acidic phosphate compound. The aliphatic polyester polycondensation catalyst of the present invention is particularly preferably produced by mixing an alcohol, a titanium compound, an alkaline earth metal compound, and an acidic phosphate compound and concentrating the mixture. To elaborate on this particularly preferred production method,
(i) Step of mixing, dissolving, and reacting alcohol, titanium compound, alkali metal compound and acidic phosphate compound
(ii) A step of concentrating by distilling off alcohol etc. from the reaction solution obtained in step (i) and further proceeding with the reaction to obtain a viscous liquid catalyst, solid catalyst, or a mixture thereof. Manufactured by. At this time, it is considered that the alcohol used does not participate in the reaction but only serves as a solvent.
ここで粘稠な液体状触媒、又は固体状触媒、あるいはこれらの混合物と、得られる触媒の形態が異なるのは、濃縮の度合いによるものである。工程(ii)で得られる触媒はそのままか、あるいは1,4−ブタンジオール又はエチレングリコールなどのグリコールなどに溶解させてから容易に回収することができる。なお、濃縮時に留去されるものは溶媒として用いられるアルコールと、チタン化合物、アルカリ土類金属化合物、及び酸性リン酸エステル化合物の反応によって副生するアルコール、有機酸などである。 The difference between the viscous liquid catalyst, the solid catalyst, or a mixture thereof and the resulting catalyst is due to the degree of concentration. The catalyst obtained in step (ii) can be easily recovered after it is dissolved or dissolved in glycol such as 1,4-butanediol or ethylene glycol. In addition, what is distilled off at the time of concentration is an alcohol, an organic acid, or the like by-produced by a reaction between an alcohol used as a solvent, a titanium compound, an alkaline earth metal compound, and an acidic phosphate compound.
このようにして得られる触媒は、溶媒として用いられたアルコールを除く原料の総重量よりも必ず重量が減少している。得られる触媒の重量W1と、混合に用いた、即ち、上記(i)の工程でアルコールと混合したチタン化合物、アルカリ土類金属化合物、及び酸性リン酸エステル化合物の重量の和W0との比W1/W0は、通常0.45以上0.85以下である。この比は用いられる原料化合物の種類、組成比によって変化する。 The weight of the catalyst thus obtained is always less than the total weight of the raw materials excluding the alcohol used as the solvent. The weight W 1 of the resulting catalyst and the sum W 0 of the weights of the titanium compound, alkaline earth metal compound, and acidic phosphate compound used for mixing, that is, mixed with alcohol in the step (i) above. The ratio W 1 / W 0 is usually 0.45 or more and 0.85 or less. This ratio varies depending on the type of raw material compound used and the composition ratio.
本発明において、触媒の製造に使用されるアルコールは、チタン化合物、アルカリ土類金属化合物、及び酸性リン酸エステル化合物を混合して均一溶液になるアルコールであれば特に制限はなく、中でも、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、2−エチルヘキサノール等の1価アルコール及びグリコール等の2価のアルコールが挙げられ、このうち、化合物の溶解性や取り扱いの容易さから、1価のアルコールが好ましく用いられる。これらのアルコールは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。特にチタン化合物、アルカリ土類金属化合物、酸性リン酸エステル化合物の溶解性が高く、反応溶液を濃縮するときに、沸点が低く、除去しやすいことから、エタノールが好ましい。 In the present invention, the alcohol used for the production of the catalyst is not particularly limited as long as it is an alcohol in which a titanium compound, an alkaline earth metal compound, and an acidic phosphate compound are mixed to form a homogeneous solution. Examples thereof include monohydric alcohols such as ethanol, butanol, propanol, and 2-ethylhexanol, and dihydric alcohols such as glycol. Among these, monohydric alcohols are preferably used because of the solubility of the compound and ease of handling. These alcohols may be used alone or in combination of two or more. In particular, ethanol is preferred because the titanium compound, alkaline earth metal compound, and acidic phosphate compound have high solubility and have a low boiling point when the reaction solution is concentrated and are easy to remove.
また、チタン化合物としては、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートテトラマー、テトラ−t−ブチルチタネートなどのテトラアルコキシチタネート;アセチル−トリ−i−プロピルチタネート;酢酸チタン等が挙げられ、中でも、入手し易く、取り扱いが容易なテトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートが好ましく、テトラ−n−ブチルチタネートが特に好ましい。これらのチタン化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of titanium compounds include tetraalkoxy titanates such as tetra-n-propyl titanate, tetra-i-propyl titanate, tetra-n-butyl titanate, tetra-n-butyl titanate tetramer, tetra-t-butyl titanate; acetyl- Examples include tri-i-propyl titanate; titanium acetate and the like, among which tetra-i-propyl titanate and tetra-n-butyl titanate, which are easily available and easy to handle, are preferable, and tetra-n-butyl titanate is particularly preferable. These titanium compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
アルカリ土類金属化合物としては、アルカリ土類金属の有機酸塩及び/又はその水和物が好ましく用いられる。中でも好ましい化合物としてはマグネシウム、カルシウム等の有機酸塩、及び/又はその水和物が挙げられるが、マグネシウム化合物が触媒活性の点で好ましい。マグネシウム化合物としては、例えば、酢酸マグネシウム、酪酸マグネシウムなどの有機酸塩等が挙げられるが、特に酢酸マグネシウム及び/又はその水和物が、アルコールに対する溶解度が高く、触媒の調製がし易いため好ましい。これらのアルカリ土類金属化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。またマグネシウム化合物とカルシウム化合物のような、異なった金属の化合物を併用することもできる。 As the alkaline earth metal compound, an organic acid salt of alkaline earth metal and / or a hydrate thereof is preferably used. Among them, preferred compounds include organic acid salts such as magnesium and calcium, and / or hydrates thereof. Magnesium compounds are preferred from the viewpoint of catalytic activity. Examples of the magnesium compound include organic acid salts such as magnesium acetate and magnesium butyrate. In particular, magnesium acetate and / or a hydrate thereof are preferable because of high solubility in alcohol and easy preparation of a catalyst. These alkaline earth metal compounds may be used alone or in combination of two or more. Also, different metal compounds such as magnesium compounds and calcium compounds can be used in combination.
酸性リン酸エステル化合物としては、下記一般式(I)及び/又は(II)で表される少なくとも1個の水酸基を有するリン酸のエステル構造を有するものが好ましく用いられる。 As the acidic phosphate compound, those having an ester structure of phosphoric acid having at least one hydroxyl group represented by the following general formula (I) and / or (II) are preferably used.
(式中、R、R’、R”は各々炭素数1以上6以下のアルキル基、シクロヘキシル基、アリール基又は2−ヒドロキシエチル基を表し、式(I)において、RとR’は同一であっても異なっていてもよい。) (Wherein R, R ′ and R ″ each represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a cyclohexyl group, an aryl group or a 2-hydroxyethyl group. In formula (I), R and R ′ are the same. It may or may not be.)
このような酸性リン酸エステル化合物の具体例としては、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、オクチルアシッドホスフェートなどが挙げられ、エチルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェートが好ましい。これらの酸性リン酸エステル化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Specific examples of such acidic phosphate ester compounds include methyl acid phosphate, ethyl acid phosphate, isopropyl acid phosphate, butyl acid phosphate, octyl acid phosphate, and the like, and ethyl acid phosphate and butyl acid phosphate are preferred. These acidic phosphate ester compounds may be used alone or in combination of two or more.
なお、酸性リン酸エステル化合物にはモノエステル体(II)とジエステル体(I)があるが、高い触媒活性を示す触媒が得られる理由から、モノエステル体、又は、モノエステル体とジエステル体の混合物を用いるのが好ましい。モノエステル体とジエステル体の混合重量比(モノエステル体:ジエステル体)は、80以下:20以上が好ましく、更に好ましくは、70以下:30以上、特に好ましくは、60以下:40以上であり、また、20以上:80以下が好ましく、更に好ましくは、30以上:70以下、特に好ましくは、40以上:60以下である。 In addition, although there exist monoester body (II) and diester body (I) in an acidic phosphoric ester compound, since the catalyst which shows high catalyst activity is obtained, a monoester body or a monoester body and a diester body It is preferable to use a mixture. The mixing weight ratio of monoester and diester (monoester: diester) is preferably 80 or less: 20 or more, more preferably 70 or less: 30 or more, and particularly preferably 60 or less: 40 or more. Also, it is preferably 20 or more and 80 or less, more preferably 30 or more and 70 or less, and particularly preferably 40 or more and 60 or less.
ポリエステル製造において、触媒として、複数の触媒成分を使用する際は、従来、それぞれの触媒成分を複数の導入箇所から別々に反応器に導入する手法が取られていた。それに対し、上記の通り、触媒原料であるチタン化合物、アルカリ土類金属化合物及びリン化合物を反応器へ導入する前に混合させて調製したものを反応器へ導入して使用することにより、製造プロセスにおいては複数の独立した触媒添加装置が不要となるため、反応器への触媒の導入箇所を集約することができ、且つ触媒導入時の煩雑な触媒成分比の制御も不要となるため工業的に有利なプロセスとなる。 In the production of polyester, when a plurality of catalyst components are used as a catalyst, conventionally, a method of separately introducing each catalyst component into a reactor from a plurality of introduction locations has been taken. On the other hand, as described above, the titanium raw material, the alkaline earth metal compound, and the phosphorus compound which are catalyst raw materials are mixed and prepared before being introduced into the reactor. In the present invention, a plurality of independent catalyst addition apparatuses are not required, so that the introduction points of the catalyst into the reactor can be integrated, and complicated control of the catalyst component ratio at the time of catalyst introduction is not required, which is industrially necessary. This is an advantageous process.
チタン化合物、アルカリ土類金属ならびにリン化合物の混合、溶解、反応させる工程は従来公知の装置を用いることができ、単一の反応槽で行っても良いし、複数の反応槽を用いてもよい。反応槽は均一に反応させるために撹拌混合装置が付帯していることが好ましい。 A conventionally known apparatus can be used for the process of mixing, dissolving, and reacting the titanium compound, alkaline earth metal and phosphorus compound, and may be performed in a single reaction tank or a plurality of reaction tanks. . The reaction vessel is preferably provided with a stirring and mixing device in order to cause a uniform reaction.
反応温度は通常0℃以上、好ましくは10℃以上、より好ましくは20℃以上で、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは50℃以下で行う。反応後は必要に応じて従来公知の濃縮装置にて150℃以下で調製溶媒などを留去させ、液体状あるいは固体状の均一触媒を得る。 The reaction temperature is usually 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher, and usually 100 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or lower. After the reaction, the prepared solvent and the like are distilled off at 150 ° C. or lower with a conventionally known concentrating device as necessary to obtain a liquid or solid homogeneous catalyst.
本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒は、固体状の触媒として単離する前の粘稠な液体状としての取り扱いも可能であり、そのまま触媒として用いることが可能である。このような粘稠な液体の粘性を低下させ、より取り扱いを容易にするために、本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒は、原料ジオールとして用いる1,4−ブタンジオールで溶解希釈して触媒溶液として用いることが好ましい。 The aliphatic polyester polycondensation catalyst of the present invention can be handled as a viscous liquid before being isolated as a solid catalyst, and can be used as it is. In order to reduce the viscosity of such a viscous liquid and make it easier to handle, the aliphatic polyester polycondensation catalyst of the present invention is obtained by dissolving and diluting with 1,4-butanediol used as a raw material diol. It is preferably used as a solution.
このような粘稠液状触媒を1,4−ブタンジオールで希釈した後のチタン原子濃度は、下限が通常0.02重量%、好ましくは0.05重量%で、上限が通常1重量%、好ましくは0.5重量%である。 The titanium atom concentration after diluting such a viscous liquid catalyst with 1,4-butanediol has a lower limit of usually 0.02% by weight, preferably 0.05% by weight, and an upper limit of usually 1% by weight, preferably Is 0.5% by weight.
このような本発明の脂肪族ポリエステル重縮合用触媒を反応原料と接触させる時期は、重縮合反応以前であれば特に限定されず、原料仕込み時に添加しておいてもよいが、水が多く存在、もしくは発生している状況下で触媒が共存すると触媒が失活し、異物が析出する原因となり、製品の品質を損なう恐れがあるため、エステル化反応及び/又はエステル交換反応終了後に添加するのが好ましい。 The time when the aliphatic polyester polycondensation catalyst of the present invention is brought into contact with the reaction raw material is not particularly limited as long as it is before the polycondensation reaction. If the catalyst coexists in the situation where it is generated, the catalyst may be deactivated, foreign matter may be deposited, and the quality of the product may be impaired. Therefore, it may be added after the esterification reaction and / or transesterification reaction is completed. Is preferred.
生成するポリエステルに対する触媒中のチタン原子量は、下限値が、通常1重量ppm、好ましくは10重量ppm、より好ましくは15重量ppm、特に好ましくは20重量ppmであり、上限値が、通常30000重量ppm、好ましくは150重量ppm、より好ましくは100重量ppm、特に好ましくは70重量ppmである。チタン原子量が上記上限以下であると、経済的に有利である上に、ポリマーの熱安定性が良好となる。また、上記下限以上であると、重合活性の点で好ましく、ポリマー製造中のポリマーの分解が起こりにくい。また、チタン原子量が少ないほど生成するポリエステルのカルボキシル基末端濃度が低減される点では、触媒量は少ない方が好ましい。 The lower limit of the amount of titanium atoms in the catalyst with respect to the polyester to be produced is usually 1 ppm by weight, preferably 10 ppm by weight, more preferably 15 ppm by weight, particularly preferably 20 ppm by weight, and the upper limit is usually 30000 ppm by weight. , Preferably 150 ppm by weight, more preferably 100 ppm by weight, particularly preferably 70 ppm by weight. When the titanium atomic weight is not more than the above upper limit, it is economically advantageous and the thermal stability of the polymer becomes good. Moreover, it is preferable at the point of polymerization activity as it is more than the said minimum, and decomposition | disassembly of the polymer during polymer manufacture does not occur easily. Further, the smaller the amount of titanium atom, the smaller the amount of catalyst is preferable in that the carboxyl group terminal concentration of the produced polyester is reduced.
生成するポリエステルに対する触媒中のマグネシウム原子量は、下限値が、通常1重量ppm、好ましくは5重量ppm、より好ましくは10重量ppm、特に好ましくは20重量ppmであり、上限値が、通常200重量ppm、好ましくは100重量ppm、より好ましくは70重量ppm、特に好ましくは50重量ppmである。マグネシウム原子量が上記上限以下であると、経済的に有利である上に、ポリマーの色調が良好になりやすい。また、逆に上記下限以上であると、重合活性の点で好ましく、ポリマー製造中のポリマーの分解が起こりにくい。 The lower limit of the amount of magnesium atom in the catalyst relative to the polyester to be produced is usually 1 ppm by weight, preferably 5 ppm by weight, more preferably 10 ppm by weight, particularly preferably 20 ppm by weight, and the upper limit is usually 200 ppm by weight. , Preferably 100 ppm by weight, more preferably 70 ppm by weight, particularly preferably 50 ppm by weight. When the magnesium atomic weight is not more than the above upper limit, it is economically advantageous and the color tone of the polymer tends to be good. On the other hand, if it is at least the above lower limit, it is preferable from the viewpoint of polymerization activity, and the polymer is hardly decomposed during the production of the polymer.
生成するポリエステルに対する触媒中のリン原子量は、下限値が、通常1重量ppm、好ましくは10重量ppm、より好ましくは20重量ppm、特に好ましくは30重量ppmであり、上限値が、通常200重量ppm、好ましくは100重量ppm、より好ましくは70重量ppm、特に好ましくは50重量ppmである。リン原子量が上記上限以下であると、経済的に有利である上に、重合活性が高いためにポリマー製造中のポリマーの分解が起こりにくい。また、リン原子量が上記下限以上であると、ポリマーの色調の点で好ましい。 The lower limit of the amount of phosphorus atoms in the catalyst relative to the polyester to be produced is usually 1 ppm by weight, preferably 10 ppm by weight, more preferably 20 ppm by weight, particularly preferably 30 ppm by weight, and the upper limit is usually 200 ppm by weight. , Preferably 100 ppm by weight, more preferably 70 ppm by weight, particularly preferably 50 ppm by weight. When the phosphorus atom weight is not more than the above upper limit, it is economically advantageous and the polymerization activity is high, so that the polymer is hardly decomposed during the production of the polymer. Moreover, it is preferable at the point of the color tone of a polymer that phosphorus atom weight is more than the said minimum.
<製造プロセス例>
以下に、図面に基づき、脂肪族ジカルボン酸としてコハク酸、脂肪族ジオールとして1,4−ブタンジオール、多官能化合物としてリンゴ酸を原料とする脂肪族ポリエステルの製造方法の好ましい実施態様を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
<Example of manufacturing process>
Hereinafter, a preferred embodiment of a method for producing an aliphatic polyester using succinic acid as an aliphatic dicarboxylic acid, 1,4-butanediol as an aliphatic diol, and malic acid as a polyfunctional compound will be described based on the drawings. However, the present invention is not limited to this.
図1は、本発明で採用するエステル化反応工程の一例の説明図、図2は、本発明で採用する重縮合工程の一例の説明図であり、図3は、本発明で採用する湿式凝縮工程の一例の説明図、図4は、本発明で採用する蒸気エゼクタシステム及び蒸留精製システムの一例の説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of an esterification reaction step employed in the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a polycondensation step employed in the present invention, and FIG. 3 is a wet condensation employed in the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a process, and FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a steam ejector system and a distillation purification system employed in the present invention.
図1において、原料のコハク酸およびリンゴ酸は、通常、原料混合槽(図示せず)で1,4−ブタンジオールと混合され、原料供給ライン(1)からスラリーまたは液体の形態でエステル化反応槽(A)に供給される。また、エステル化反応時に触媒を添加する場合は、触媒調整槽(図示せず)で1,4−ブタンジオールの溶液とした後、触媒供給ライン(3)から触媒溶液を供給する。図1では再循環1,4−ブタンジオールの再循環ライン(2)に触媒供給ライン(3)を連結し、両者を混合した後、エステル化反応槽(A)の液相部に供給する態様を示した。 In FIG. 1, succinic acid and malic acid as raw materials are usually mixed with 1,4-butanediol in a raw material mixing tank (not shown), and esterified in the form of slurry or liquid from the raw material supply line (1). It is supplied to the tank (A). Moreover, when adding a catalyst at the time of esterification, after making it the solution of 1, 4- butanediol in a catalyst adjustment tank (not shown), a catalyst solution is supplied from a catalyst supply line (3). In FIG. 1, the catalyst supply line (3) is connected to the recirculation line (2) of the recirculated 1,4-butanediol, and both are mixed and then supplied to the liquid phase part of the esterification reaction tank (A). showed that.
エステル化反応槽(A)から留出するガスは、留出ライン(5)を経て精留塔(C)で高沸成分と低沸成分とに分離される。通常、高沸成分の主成分は1,4−ブタンジオールであり、低沸成分の主成分は、水および1,4−ブタンジオールの分解物であるテトラヒドロフランである。 The gas distilled from the esterification reaction tank (A) is separated into a high-boiling component and a low-boiling component in the rectifying column (C) through the distillation line (5). Usually, the main component of the high boiling component is 1,4-butanediol, and the main component of the low boiling component is water and tetrahydrofuran, which is a decomposition product of 1,4-butanediol.
精留塔(C)で分離された高沸成分は抜出ライン(6)から抜き出され、ポンプ(D)を経て、一部は再循環ライン(2)からエステル化反応槽(A)に循環され、一部は循環ライン(7)から精留塔(C)に戻される。また、余剰分は抜出ライン(8)から外部に抜き出される。一方、精留塔(C)で分離された軽沸成分はガス抜出ライン(9)から抜き出され、コンデンサ(G)で凝縮され、凝縮液ライン(10)を経てタンク(F)に一時溜められる。タンク(F)に集められた軽沸成分の一部は、抜出ライン(11)、ポンプ(E)および循環ライン(12)を経て精留塔(C)に戻され、残部は、抜出ライン(13)を経て外部に抜き出される。コンデンサ(G)はベントライン(14)を経て排気装置(図示せず)に接続されている。エステル化反応槽(A)内で生成したエステル化反応物は、抜出ポンプ(B)およびエステル化反応物の抜出ライン(4)を経て図2に示す第1重縮合反応槽(a)に供される。 The high-boiling components separated in the rectification column (C) are extracted from the extraction line (6), passed through the pump (D), and partly from the recirculation line (2) to the esterification reaction tank (A). It is circulated and part is returned from the circulation line (7) to the rectification column (C). Further, the surplus is extracted outside from the extraction line (8). On the other hand, the light boiling components separated in the rectification column (C) are extracted from the gas extraction line (9), condensed in the condenser (G), and temporarily passed through the condensate line (10) to the tank (F). Can be stored. A part of the light boiling components collected in the tank (F) is returned to the rectification column (C) through the extraction line (11), the pump (E) and the circulation line (12), and the remainder is extracted. It is extracted outside through the line (13). The condenser (G) is connected to an exhaust device (not shown) via a vent line (14). The esterification reaction product generated in the esterification reaction tank (A) passes through the extraction pump (B) and the extraction line (4) of the esterification reaction product, and the first polycondensation reaction tank (a) shown in FIG. To be served.
図1に示す工程においては、再循環ライン(2)に触媒供給ライン(3)が連結されているが、両者は独立していてもよい。また、原料供給ライン(1)はエステル化反応槽(A)の液相部に接続されていてもよい。 In the process shown in FIG. 1, the catalyst supply line (3) is connected to the recirculation line (2), but both may be independent. Moreover, the raw material supply line (1) may be connected to the liquid phase part of the esterification reaction tank (A).
重縮合槽前のエステル化反応物に触媒を添加する場合は、触媒調製槽(図示せず)で触媒溶液を所定濃度に調製した後、図2における触媒供給ライン(L7)を経て原料(1,4−ブタンジオール)供給ライン(L8)に供給し、1,4−ブタンジオールで更に希釈した後、エステル化反応物の抜出ライン(4)に供給する。 When adding a catalyst to the esterification reaction product before the polycondensation tank, a catalyst solution is prepared to a predetermined concentration in a catalyst preparation tank (not shown), and then passed through a catalyst supply line (L7) in FIG. , 4-butanediol) supply line (L8), further diluted with 1,4-butanediol, and then supplied to the esterification reaction product extraction line (4).
エステル化反応物の抜出ライン(4)(この抜出ライン(4)にはフィルターを設けてもよい。)から第1重縮合反応槽(a)に供給されたエステル化反応物は、減圧下に重縮合されてポリエステル低重合体となり、その後、抜出用ギヤポンプ(c)および抜出ライン(L1)(この抜出ライン(L1)にはフィルターを設けてもよい。)を経て第2重縮合反応槽(d)に供給される。第2重縮合反応槽(d)では、通常、第1重縮合反応槽(a)よりも低い圧力で更に重縮合反応が進む。得られた重縮合物は、抜出用ギヤポンプ(e)および出口流路である抜出ライン(L3)(この抜出ライン(L3)にはフィルターを設けてもよい。)を経て、第3重縮合反応槽(k)に供給される。第3重縮合反応槽(k)は、複数個の攪拌翼ブロックで構成され、2軸のセルフクリーニングタイプの攪拌翼を具備した横型の反応槽である。抜出ライン(L3)を通じて第2重縮合反応槽(d)から第3重縮合反応槽(k)に導入された重縮合反応物は、ここで更に重縮合反応が進められた後、ペレット化の工程に移送される。 The esterification reaction product supplied to the first polycondensation reaction tank (a) from the extraction line (4) of the esterification reaction product (a filter may be provided in this extraction line (4)) The polycondensation is carried out to form a low-polyester polymer, and then passed through the extraction gear pump (c) and the extraction line (L1) (a filter may be provided on this extraction line (L1)). It supplies to a polycondensation reaction tank (d). In the second polycondensation reaction tank (d), the polycondensation reaction usually proceeds further at a lower pressure than in the first polycondensation reaction tank (a). The obtained polycondensate passes through an extraction gear pump (e) and an extraction line (L3) which is an outlet channel (a filter may be provided in the extraction line (L3)), and then the third. It supplies to a polycondensation reaction tank (k). The third polycondensation reaction tank (k) is a horizontal reaction tank composed of a plurality of stirring blade blocks and equipped with a biaxial self-cleaning type stirring blade. The polycondensation reaction product introduced from the second polycondensation reaction tank (d) to the third polycondensation reaction tank (k) through the extraction line (L3) is further pelletized after the polycondensation reaction is further advanced here. It is transferred to the process.
ペレット化の工程では、溶融状態のポリエステルを抜出用ギヤポンプ(m)により、抜出ライン(L5)を経てフィルター(n)を通過させた後、水中カッター(h)で切断してポリエステルペレットを得る。なお、溶融ストランドを大気中に抜き出して水で冷却した後、回転式カッターで切断してペレット化してもよい。 In the pelletizing step, the molten polyester is passed through the filter (n) through the extraction line (L5) by the extraction gear pump (m), and then cut with the underwater cutter (h) to obtain the polyester pellets. obtain. In addition, after extracting a melt strand in air | atmosphere and cooling with water, you may cut | disconnect and pelletize with a rotary cutter.
図2における符号(L2)、(L4)、(L6)は、それぞれ、第1重縮合反応槽(a)、第2重縮合反応槽(d)、第3重縮合反応槽(k)のベントラインであり、それぞれの重縮合反応槽(a)、(d)、(k)の圧力は、このベントライン(L2)、(L4)、(L6)から図3に示す湿式コンデンサ(Q1)、(Q2)、(Q3)を経由して、図4に示す蒸気エゼクタシステムにより減圧される。即ち、ベントライン(L2)は、図3に示す湿式コンデンサ(Q1)を経由し、ベントライン(21)で図4の蒸気エゼクタシステムに接続されている。ベントライン(L4)は、図3に示す湿式コンデンサ(Q2)を経由し、ベントライン(31)で図4の蒸気エゼクタシステムに接続されている。ベントライン(L6)は、図3に示す湿式コンデンサ(Q3)を経由し、ベントライン(41)で図4の蒸気エゼクタシステムに接続されている。 Reference numerals (L2), (L4), and (L6) in FIG. 2 denote vents of the first polycondensation reaction tank (a), the second polycondensation reaction tank (d), and the third polycondensation reaction tank (k), respectively. The pressures of the respective polycondensation reaction tanks (a), (d), and (k) are from the vent lines (L2), (L4), (L6) to the wet condenser (Q1) shown in FIG. The pressure is reduced by the steam ejector system shown in FIG. 4 via (Q2) and (Q3). That is, the vent line (L2) is connected to the steam ejector system of FIG. 4 via the wet condenser (Q1) shown in FIG. 3 and the vent line (21). The vent line (L4) is connected to the steam ejector system of FIG. 4 via the wet condenser (Q2) shown in FIG. 3 and the vent line (31). The vent line (L6) is connected to the steam ejector system of FIG. 4 via the wet condenser (Q3) shown in FIG. 3 and the vent line (41).
湿式コンデンサ(Q1)にはホットウェルタンク(H100)が接続され、ライン(101)より湿式コンデンサ(Q1)から排出されるドレン液が導入される。ドレン液は、捕集・溶解したプロセス飛散物と冷媒である1,4−ブタンジオールを含む液からなる。ドレン液は、ライン(103)、循環ポンプ(P100)、ライン(104)を介して湿式コンデンサ(Q1)に戻され、一部はホットウエルタンク(H100)の液面制御により、ライン(102)を介して原料スラリー調製槽(図示せず。)へ移送され、原料ジオールの一部として使用される。 A hot well tank (H100) is connected to the wet condenser (Q1), and drain liquid discharged from the wet condenser (Q1) is introduced from the line (101). The drain liquid is composed of a liquid containing the collected and dissolved process scattered matter and 1,4-butanediol as a refrigerant. The drain liquid is returned to the wet condenser (Q1) via the line (103), the circulation pump (P100), and the line (104), and a part of the drain liquid is controlled by the liquid level control of the hot well tank (H100). Then, it is transferred to a raw material slurry preparation tank (not shown) and used as a part of the raw material diol.
湿式コンデンサ(Q2)にはホットウェルタンク(H200)が接続され、湿式コンデンサ(Q2)から排出されるドレン液が導入される。ドレン液は、捕集・溶解したプロセス飛散物と冷媒である1,4−ブタンジオールを含む液からなる。ドレン液は、ライン(203)、循環ポンプ(P200)、ライン(204)を介して湿式コンデンサ(Q2)に戻され、一部はホットウエルタンク(H200)の液面制御により、ライン(202)を介してホットウエルタンク(H100)へ移送される。 A hot well tank (H200) is connected to the wet capacitor (Q2), and drain liquid discharged from the wet capacitor (Q2) is introduced. The drain liquid is composed of a liquid containing the collected and dissolved process scattered matter and 1,4-butanediol as a refrigerant. The drain liquid is returned to the wet condenser (Q2) via the line (203), the circulation pump (P200), and the line (204), and a part of the drain liquid is controlled by the liquid level control of the hot well tank (H200). To the hot well tank (H100).
湿式コンデンサ(Q3)にはホットウェルタンク(H300)が接続され、湿式コンデンサ(Q3)から排出されるドレン液が導入される。ドレン液は、捕集・溶解したプロセス飛散物と冷媒である1,4−ブタンジオールを含む液からなる。ドレン液は、ライン(303)、循環ポンプ(P300)、ライン(304)を介して湿式コンデンサ(Q3)に戻される。ホットウエルタンク(H300)には、図4の蒸留精製塔(J1)のボトム液がライン(60)、(61)を介して供給され、ドレン液と混合し、ホットウエルタンク(H300)内の液と混合され、ホットウエルタンク(H300)の液面制御により、ライン(302)を介してホットウエルタンク(H200)へ移送される。 A hot well tank (H300) is connected to the wet condenser (Q3), and a drain liquid discharged from the wet condenser (Q3) is introduced. The drain liquid is composed of a liquid containing the collected and dissolved process scattered matter and 1,4-butanediol as a refrigerant. The drain liquid is returned to the wet condenser (Q3) via the line (303), the circulation pump (P300), and the line (304). The bottom liquid of the distillation purification tower (J1) in FIG. 4 is supplied to the hot well tank (H300) via the lines (60) and (61), mixed with the drain liquid, and stored in the hot well tank (H300). It is mixed with the liquid and transferred to the hot well tank (H200) via the line (302) by the liquid level control of the hot well tank (H300).
図4の蒸気エゼクタシステムでは、新規の1,4−ブタンジオールが供給ライン(19)を通じて、系外からエゼクタ駆動用の1,4−ブタンジオールの蒸気発生装置(K)に供給され、この蒸気発生装置(K)内での加熱により発生した1,4−ブタンジオール蒸気は、供給ライン(20)を通じて、各エゼクタ(第1重縮合反応槽用:(A1)、(A3)、第2重縮合反応槽用:(B1)、(B3)、(B5)、第3重縮合反応槽用:(C1)、(C3)、(C5))に供給される。また、蒸気発生装置(K)の液面制御により、装置内の1,4−ブタンジオールからなる液がライン(63)を介して抜出され、原料スラリー調製槽(図示せず。)へ移送され、原料ジオールの一部として使用される。 In the steam ejector system of FIG. 4, new 1,4-butanediol is supplied from outside the system to the 1,4-butanediol steam generator (K) for driving the ejector through the supply line (19). 1,4-butanediol vapor generated by heating in the generator (K) passes through the supply line (20) to each ejector (for the first polycondensation reaction tank: (A1), (A3), second heavy For condensation reaction tank: (B1), (B3), (B5), for third polycondensation reaction tank: (C1), (C3), (C5)). Further, by the liquid level control of the steam generator (K), the liquid consisting of 1,4-butanediol in the apparatus is withdrawn via the line (63) and transferred to a raw material slurry preparation tank (not shown). And used as part of the raw diol.
第1重縮合反応槽(a)からベントライン(L2)を経て留出した1,4−ブタンジオール、テトラヒドロフラン、水を主成分とするガスは、湿式コンデンサ(Q1)で凝縮され、この湿式コンデンサ(Q1)の未凝縮ガスがライン(21)を経て、エゼクタ(A1)に導入される。エゼクタ(A1)から排出される1,4−ブタンジオール蒸気は、バロメトリックコンデンサ(A2)で凝縮され、凝縮液は大気脚(25)を通じてホットウェルタンク(H2)に集められる。一方、バロメトリックコンデンサ(A2)で凝縮しなかった成分は2段目のエゼクタ(A3)に送られ、凝縮液は大気脚(26)を通じてホットウェルタンク(H3)に集められる。1段目と同様にバロメトリックコンデンサ(A4)で凝縮しなかった成分は真空ポンプ(A5)によりライン(24)から系外に排出される。ライン(22)、(23)は1,4−ブタンジオールの供給ラインであり、全量がホットウエルタンク(H2)、(H3)から循環供給される(図示せず)。 A gas mainly composed of 1,4-butanediol, tetrahydrofuran and water distilled from the first polycondensation reaction tank (a) through the vent line (L2) is condensed in the wet condenser (Q1). The uncondensed gas (Q1) is introduced into the ejector (A1) via the line (21). The 1,4-butanediol vapor discharged from the ejector (A1) is condensed by the barometric condenser (A2), and the condensate is collected in the hot well tank (H2) through the atmospheric leg (25). On the other hand, the component that has not been condensed by the barometric condenser (A2) is sent to the second-stage ejector (A3), and the condensed liquid is collected in the hot well tank (H3) through the atmospheric leg (26). As in the first stage, components not condensed by the barometric condenser (A4) are discharged out of the system from the line (24) by the vacuum pump (A5). Lines (22) and (23) are 1,4-butanediol supply lines, and the entire amount is circulated and supplied from hot well tanks (H2) and (H3) (not shown).
第2重縮合反応槽(d)からベントライン(L4)を経て留出した1,4−ブタンジオール、テトラヒドロフラン、水を主成分とするガスは、湿式コンデンサ(Q2)で凝縮され、この湿式コンデンサ(Q2)の未凝縮ガスがライン(31)を経て、エゼクタ(B1)に導入される。エゼクタ(B1)から排出される1,4−ブタンジオール蒸気は、バロメトリックコンデンサ(B2)で凝縮され、凝縮液は大気脚(36)を通じてホットウェルタンク(H1)に集められる。一方、バロメトリックコンデンサ(B2)で凝縮しなかった成分は2段目のエゼクタ(B3)に送られ、凝縮液は大気脚(37)を通じてホットウェルタンク(H2)に集められる。1段目と同様にバロメトリックコンデンサ(B4)で凝縮しなかった成分は3段目のエゼクタ(B5)に送られ、凝縮液は大気脚(38)を通じてホットウェルタンク(H3)に集められる。2段目と同様にバロメトリックコンデンサ(B6)で凝縮しなかった成分は真空ポンプ(B7)によりライン(35)から系外に排出される。ライン(32)、(33)、(34)は1,4−ブタンジオールの供給ラインであり、全量がホットウエルタンク(H1)、(H2)、(H3)から循環供給される(図示せず。)。 The gas mainly composed of 1,4-butanediol, tetrahydrofuran and water distilled from the second polycondensation reaction tank (d) via the vent line (L4) is condensed in the wet condenser (Q2). The uncondensed gas of (Q2) is introduced into the ejector (B1) via the line (31). The 1,4-butanediol vapor discharged from the ejector (B1) is condensed by the barometric condenser (B2), and the condensate is collected in the hot well tank (H1) through the atmospheric leg (36). On the other hand, the component that has not been condensed by the barometric condenser (B2) is sent to the second-stage ejector (B3), and the condensed liquid is collected in the hot well tank (H2) through the atmospheric leg (37). As in the first stage, the components that have not been condensed by the barometric condenser (B4) are sent to the third stage ejector (B5), and the condensate is collected in the hot well tank (H3) through the atmospheric leg (38). As in the second stage, components that have not been condensed by the barometric condenser (B6) are discharged out of the system from the line (35) by the vacuum pump (B7). Lines (32), (33) and (34) are supply lines for 1,4-butanediol, and the entire amount is circulated and supplied from hot well tanks (H1), (H2) and (H3) (not shown). .)
第3重縮合反応槽(k)からベントライン(L6)を経て留出した1,4−ブタンジオール、テトラヒドロフラン、水を主成分とするガスは、湿式コンデンサ(Q3)で凝縮され、この湿式コンデンサ(Q3)の未凝縮ガスがライン(41)を経て、エゼクタ(C1)に導入される。エゼクタ(C1)から排出される1,4−ブタンジオール蒸気は、バロメトリックコンデンサ(C2)で凝縮され、凝縮液は大気脚(46)を通じてホットウェルタンク(H1)に集められる。一方、バロメトリックコンデンサ(C2)で凝縮しなかった成分は2段目のエゼクタ(C3)に送られ、凝縮液は大気脚(47)を通じてホットウェルタンク(H2)に集められる。1段目と同様にバロメトリックコンデンサ(C4)で凝縮しなかった成分は3段目のエゼクタ(C5)に送られ、凝縮液は大気脚(48)を通じてホットウェルタンク(H3)に集められる。2段目と同様にバロメトリックコンデンサ(C6)で凝縮しなかった成分は真空ポンプ(C7)によりライン(45)から系外に排出される。ライン(42)、(43)、(44)は1,4−ブタンジオールの供給ラインであり、全量がホットウエルタンク(H1)、(H2)、(H3)から循環供給される(図示せず。)。 A gas mainly composed of 1,4-butanediol, tetrahydrofuran and water distilled from the third polycondensation reaction tank (k) via the vent line (L6) is condensed in the wet condenser (Q3). The uncondensed gas (Q3) is introduced into the ejector (C1) via the line (41). The 1,4-butanediol vapor discharged from the ejector (C1) is condensed by the barometric condenser (C2), and the condensate is collected in the hot well tank (H1) through the atmospheric leg (46). On the other hand, the component that has not been condensed by the barometric condenser (C2) is sent to the second-stage ejector (C3), and the condensate is collected in the hot well tank (H2) through the atmospheric leg (47). As in the first stage, components that have not been condensed by the barometric condenser (C4) are sent to the third stage ejector (C5), and the condensate is collected in the hot well tank (H3) through the atmospheric leg (48). As in the second stage, components that have not been condensed by the barometric condenser (C6) are discharged out of the system from the line (45) by the vacuum pump (C7). Lines (42), (43) and (44) are 1,4-butanediol supply lines, and the entire amount is circulated and supplied from hot well tanks (H1), (H2) and (H3) (not shown). .)
図示の実施形態では、ホットウエルタンク(H1)に、ライン(51)を経て新規1,4−ブタンジオールを外部から供給し、バロメトリックコンデンサ(B2)、(C2)の凝縮液と混合した後、液面制御によりタンク内液をライン(52)を介してホットウエルタンク(H2)に供給し、更に、ホットウエルタンク(H2)で、バロメトリックコンデンサ(A2)、(B4)、(C4)の凝縮液と混合した後、液面制御によりタンク内液をライン(53)を介してホットウエルタンク(H3)に供給する。 In the illustrated embodiment, after the 1,4-butanediol is supplied to the hot well tank (H1) from the outside via the line (51) and mixed with the condensate of the barometric condensers (B2) and (C2). Then, the liquid in the tank is supplied to the hot well tank (H2) through the line (52) by the liquid level control, and further the barometric capacitors (A2), (B4), (C4) in the hot well tank (H2). Then, the liquid in the tank is supplied to the hot well tank (H3) via the line (53) by liquid level control.
ホットウェルタンク(H3)に集められた1,4−ブタンジオールを主成分とする液体は、ポンプ(H6)、ライン(56)を通じて、蒸留精製塔(J1)でテトラヒドロフラン、水などの軽沸点成分が除去される。蒸留精製塔(J1)のボトム液(精製1,4−ブタンジオール含有液)は、ポンプ(J2)によりライン(60)を経てその一部がライン(62)を通じて、エゼクタ駆動用の1,4−ブタンジオールの蒸気発生装置(K)へ戻され、残部はライン(61)を通じて図3のホットウエルタンク(H300)へ供給される。 The liquid containing 1,4-butanediol as the main component collected in the hot well tank (H3) passes through the pump (H6) and the line (56) and is a light-boiling component such as tetrahydrofuran and water in the distillation purification tower (J1). Is removed. The bottom liquid (purified 1,4-butanediol-containing liquid) of the distillation purification tower (J1) passes through the line (60) by the pump (J2) and partly passes through the line (62) to drive 1,4 for ejector driving. -It returns to the butanediol steam generator (K), and the remainder is supplied to the hot well tank (H300) of Fig. 3 through the line (61).
本発明では、例えば、この蒸留精製塔(J1)のボトム液である精製1,4−ブタンジオール含有液の蒸気発生装置(K)への返送量を制御することにより、各蒸気エゼクタに供給する1,4−ブタンジオール含有液、即ち、蒸気発生装置(K)内の封液の酸価を30eq./ton以下にすることができる。この場合、蒸留精製塔(J1)のボトム液の蒸気発生装置(K)への好適な返送量は、脂肪族ポリエステルの製造システム全体の運転条件等によっても異なるが、一般的には蒸留精製塔(J1)のボトム液の20〜80%を蒸気発生装置(K)に戻し、残部をホットウェルタンク(H300)に供給することで、蒸気発生装置(K)内の封液の酸価を30eq./ton以下に維持することができる。 In the present invention, for example, the amount of purified 1,4-butanediol-containing liquid, which is the bottom liquid of the distillation purification tower (J1), is supplied to each steam ejector by controlling the return amount to the steam generator (K). The acid value of the 1,4-butanediol-containing liquid, that is, the sealing liquid in the steam generator (K) is 30 eq. / Ton or less. In this case, the suitable return amount of the bottom liquid of the distillation purification tower (J1) to the steam generator (K) varies depending on the operating conditions of the entire aliphatic polyester production system, but generally the distillation purification tower. By returning 20 to 80% of the bottom liquid of (J1) to the steam generator (K) and supplying the remainder to the hot well tank (H300), the acid value of the sealing liquid in the steam generator (K) is set to 30 eq. . / Ton or less.
<ポリエステル組成物>
本発明の脂肪族ポリエステルに、芳香族ポリエステルや、脂肪族オキシカルボン酸等を配合させてもよい。更に必要に応じて用いられるカルボジイミド化合物、充填材、可塑剤、その他、本発明の効果を阻害しない範囲で他の生分解性樹脂、例えば、ポリカプロラクトン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、セルロースエステル等や、澱粉、セルロース、紙、木粉、キチン・キトサン質、椰子殻粉末、クルミ殻粉末等の動物/植物物質微粉末、あるいはこれらの混合物を配合することができる。更に、成形品の物性や加工性を調整する目的で、熱安定剤、可塑剤、滑剤、ブロッキング防止剤、核剤、無機フィラー、着色剤、顔料、紫外線吸収剤、光安定剤等の添加剤、改質剤、架橋剤等を含有させてもよい。
<Polyester composition>
You may mix | blend aromatic polyester, aliphatic oxycarboxylic acid, etc. with the aliphatic polyester of this invention. Furthermore, carbodiimide compounds, fillers, plasticizers, and other biodegradable resins that are used as necessary, such as polycaprolactone, polyamide, polyvinyl alcohol, cellulose ester, etc. Cellulose, paper, wood powder, chitin / chitosan, animal / plant substance fine powder such as coconut shell powder, walnut shell powder, or a mixture thereof can be blended. Furthermore, additives such as heat stabilizers, plasticizers, lubricants, anti-blocking agents, nucleating agents, inorganic fillers, colorants, pigments, ultraviolet absorbers, light stabilizers, etc. are used for the purpose of adjusting the physical properties and processability of the molded products. Further, a modifier, a crosslinking agent, etc. may be included.
本発明の脂肪族ポリエステルからポリエステル組成物を製造する方法は、特に限定されないが、ブレンドしたポリエステルの原料チップを同一の押出機で溶融混合する方法、各々別々の押出機で溶融させた後に混合する方法、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ブラベンダープラストグラフ、ニーダーブレンダー等の通常の混練機を用いて混練することによって混合する等が挙げられる。また、各々の原料チップを直接成形機に供給して組成物を調製すると同時に、その成形体を得ることも可能である。 The method for producing the polyester composition from the aliphatic polyester of the present invention is not particularly limited, but is a method in which raw material chips of the blended polyester are melt-mixed in the same extruder, and are mixed after being melted in separate extruders. Examples thereof include mixing by kneading using a conventional kneader such as a method, a single screw extruder, a twin screw extruder, a Banbury mixer, a roll mixer, a Brabender plastograph, and a kneader blender. In addition, it is possible to obtain a molded body at the same time as preparing a composition by directly supplying each raw material chip to a molding machine.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by a following example, unless the summary is exceeded.
[調製例1:触媒溶液の調製]
減圧蒸留塔を付設したジャケット付撹拌槽(容量:600L)にエタノール(純度99重量%以上)270kg、酢酸マグネシウム・4水和物を60kgを加えた。更にエチルアシッドホスフェート(モノエステル体とジエステル体の混合重量比は45:55)を270kg加え、常温で撹拌を行った。酢酸マグネシウムが完全に溶解したことを確認後、テトラ−n−ブチルチタネートを74kg添加した。更に撹拌を継続し、均一混合溶液を得た。その後ジャケットに80℃温水を通水し、減圧下で濃縮を行い、殆どのエタノールを留去し、半透明の粘稠な液体を得た。この液体状の液体に1,4−ブタンジオールを加え、チタン原子含有量が3.5重量%となるよう調製した。
[Preparation Example 1: Preparation of catalyst solution]
270 kg of ethanol (purity 99% by weight or more) and 60 kg of magnesium acetate tetrahydrate were added to a jacketed stirring tank (capacity: 600 L) equipped with a vacuum distillation column. Further, 270 kg of ethyl acid phosphate (mixing weight ratio of monoester and diester was 45:55) was added and stirred at room temperature. After confirming that magnesium acetate was completely dissolved, 74 kg of tetra-n-butyl titanate was added. Stirring was further continued to obtain a homogeneous mixed solution. Thereafter, warm water at 80 ° C. was passed through the jacket and concentrated under reduced pressure, and most of ethanol was distilled off to obtain a translucent viscous liquid. 1,4-Butanediol was added to this liquid to prepare a titanium atom content of 3.5% by weight.
[実施例1]
図1に示すエステル化工程と、図2に示す重縮合工程と、図3に示す湿式凝縮工程と、図4に示す蒸気エゼクタシステム及び蒸気精製システムを用い、以下の要領で脂肪族ポリエステル樹脂の製造を行った。
[Example 1]
The esterification step shown in FIG. 1, the polycondensation step shown in FIG. 2, the wet condensation step shown in FIG. 3, the steam ejector system and the steam purification system shown in FIG. Manufactured.
まず、コハク酸1.00モルに対して、1,4−ブタンジオール1.30モルおよびリンゴ酸0.0028モルの割合で混合した60℃のスラリーをスラリー調製槽(図示せず。)から原料供給ライン(1)を通じ、予め、エステル化率95%以上の脂肪族ポリエステルオリゴマーをバッチ反応で調製し、230℃に保持した撹拌機を有するエステル化反応槽(A)に、3500kg/hとなるように連続的に供給した。同時に、再循環ライン(2)から180℃の精留塔(C)の塔底成分(98重量%以上が1,4−ブタンジオール)を200kg/hで供給した。 First, a slurry at 60 ° C. mixed at a ratio of 1.30 mol of 1,4-butanediol and 0.0028 mol of malic acid to 1.00 mol of succinic acid from a slurry preparation tank (not shown). Through the supply line (1), an aliphatic polyester oligomer having an esterification rate of 95% or more is prepared in a batch reaction in advance, and the esterification reaction tank (A) having a stirrer maintained at 230 ° C. has a capacity of 3500 kg / h. Was fed continuously. At the same time, the bottom component of the rectifying column (C) at 180 ° C. (98% by weight or more was 1,4-butanediol) was fed at 200 kg / h from the recirculation line (2).
反応槽(A)の内温は230℃、圧力は101kPaとし、生成する水とテトラヒドロフラン及び余剰の1,4−ブタンジオールを、留出ライン(5)から留出させ、精留塔(C)で高沸成分と低沸成分とに分離した。精留塔(C)の塔底からライン(6)を通じて抜き出した高沸物は一部をライン(7)を通じて精留塔(C)に循環した。系が安定した後の塔底の高沸成分は、98重量%以上が1,4−ブタンジオールであり、精留塔(C)の液面が一定になる様に、抜出ライン(8)を通じてその一部を外部に抜き出した。一方、水とテトラヒドロフランを主体とする低沸成分は塔頂よりガスの形態で抜き出し、コンデンサ(G)で凝縮させ、タンク(F)の液面が一定になる様に、抜出ライン(13)より外部に抜き出した。
The internal temperature of the reaction vessel (A) is 230 ° C., the pressure is 101 kPa, and the produced water, tetrahydrofuran and
反応槽(A)で生成したエステル化反応生成物としてのオリゴマーの一定量は、ポンプ(B)を使用し、オリゴマーの抜出ライン(4)から抜き出し、反応槽(A)内液のコハク酸ユニット換算での滞留時間が3時間になる様に液面を制御した。抜出ライン(4)から抜き出したオリゴマーは、図2の第1重縮合反応槽(a)に連続的に供給した。系が安定した後、エステル化反応槽(A)の出口で採取した反応物のエステル化率は90.6%であった。 A certain amount of the oligomer as the esterification reaction product generated in the reaction tank (A) is extracted from the oligomer extraction line (4) using the pump (B), and the succinic acid in the reaction tank (A) is liquid. The liquid level was controlled so that the residence time in terms of unit was 3 hours. The oligomer extracted from the extraction line (4) was continuously supplied to the first polycondensation reaction tank (a) in FIG. After the system was stabilized, the esterification rate of the reaction product collected at the outlet of the esterification reaction tank (A) was 90.6%.
調製例1で調製した触媒溶液を更に、図2の供給ライン(L7)から供給ライン(L8)の1,4−ブタンジオールで希釈して、チタン原子としての濃度を0.1重量%とした液を、エステル化反応物の抜出ライン(4)に120kg/h(触媒溶液調製に用いた新規1,4−ブタンジオール(市販品)量は約120kg/h)で供給した。 The catalyst solution prepared in Preparation Example 1 was further diluted with 1,4-butanediol from the supply line (L7) to the supply line (L8) in FIG. 2 so that the concentration as titanium atoms was 0.1% by weight. The liquid was supplied to the extraction line (4) for the esterification reaction product at 120 kg / h (the amount of new 1,4-butanediol (commercial product) used for preparing the catalyst solution was about 120 kg / h).
第1重縮合反応槽(a)の内温は240℃、圧力2.66kPaとし、滞留時間が2時間になる様に液面制御を行い、ベントライン(L2)から、水、テトラヒドロフラン、1,4−ブタンジオールを抜き出しながら、初期重縮合反応を行った。ベントライン(L2)は、図3に示す湿式コンデンサ(Q1)を経由し、ベントライン(21)で図4の蒸気エゼクタシステムに接続した。 The internal temperature of the first polycondensation reaction tank (a) is 240 ° C., the pressure is 2.66 kPa, and the liquid level is controlled so that the residence time is 2 hours. From the vent line (L2), water, tetrahydrofuran, An initial polycondensation reaction was performed while extracting 4-butanediol. The vent line (L2) was connected to the steam ejector system of FIG. 4 via the wet condenser (Q1) shown in FIG. 3 and the vent line (21).
図3の湿式コンデンサ(Q1)にはホットウェルタンク(H100)が接続され、ライン(101)より湿式コンデンサ(Q1)から排出されるドレン液が導入される。ドレン液は、捕集・溶解したプロセス飛散物と冷媒である1,4−ブタンジオールを含む液からなる。ドレン液は、ライン(103)、循環ポンプ(P100)、ライン(104)を介して湿式コンデンサ(Q1)に戻した。またドレン液の一部はホットウエルタンク(H100)の液面制御により、ライン(102)を介して原料スラリー調製槽(図示せず。)へ移送し、原料ジオールの一部として使用した。 A hot well tank (H100) is connected to the wet condenser (Q1) of FIG. 3, and drain liquid discharged from the wet condenser (Q1) is introduced from the line (101). The drain liquid is composed of a liquid containing the collected and dissolved process scattered matter and 1,4-butanediol as a refrigerant. The drain liquid was returned to the wet condenser (Q1) via the line (103), the circulation pump (P100), and the line (104). A part of the drain liquid was transferred to a raw material slurry preparation tank (not shown) via the line (102) by the liquid level control of the hot well tank (H100) and used as a part of the raw material diol.
一方、図2の第1重縮合反応槽(a)から抜き出した反応液は、抜出用ギヤポンプ(c)により抜出ライン(L1)を経由し、第2重縮合反応槽(d)に連続的に供給した。 On the other hand, the reaction liquid extracted from the first polycondensation reaction tank (a) in FIG. 2 is continuously connected to the second polycondensation reaction tank (d) via the extraction line (L1) by the extraction gear pump (c). Supplied.
第2重縮合反応槽(d)の内温は240℃、圧力0.40kPaとし、滞留時間が2.5時間になる様に液面制御を行い、ベントライン(L4)から、水、テトラヒドロフラン、1,4−ブタンジオールを抜き出しながら、更に重縮合反応を進めた。ベントライン(L4)は、図3に示す湿式コンデンサ(Q2)を経由し、ベントライン(31)で図4の蒸気エゼクタシステムに接続した。 The internal temperature of the second polycondensation reaction tank (d) is 240 ° C., the pressure is 0.40 kPa, and the liquid level is controlled so that the residence time is 2.5 hours. From the vent line (L4), water, tetrahydrofuran, The polycondensation reaction was further advanced while extracting 1,4-butanediol. The vent line (L4) was connected to the steam ejector system of FIG. 4 through the wet condenser (Q2) shown in FIG. 3 and the vent line (31).
湿式コンデンサ(Q2)にはホットウェルタンク(H200)が接続され、湿式コンデンサ(Q2)から排出されるドレン液が導入される。ドレン液は、捕集・溶解したプロセス飛散物と冷媒である1,4−ブタンジオールを含む液からなる。ドレン液は、ライン(203)、循環ポンプ(P200)、ライン(204)を介して湿式コンデンサ(Q2)に戻した。またドレン液の一部はホットウエルタンク(H200)の液面制御により、ライン(202)を介してホットウエルタンク(H100)へ移送した。 A hot well tank (H200) is connected to the wet capacitor (Q2), and drain liquid discharged from the wet capacitor (Q2) is introduced. The drain liquid is composed of a liquid containing the collected and dissolved process scattered matter and 1,4-butanediol as a refrigerant. The drain liquid was returned to the wet condenser (Q2) via the line (203), the circulation pump (P200), and the line (204). A part of the drain liquid was transferred to the hot well tank (H100) via the line (202) by the liquid level control of the hot well tank (H200).
一方、図2の第2重縮合反応槽(b)から得られたポリエステルは、抜出用ギヤポンプ(e)により抜出ライン(L3)を経由し、第3重縮合反応槽(k)に連続的に供給した。 On the other hand, the polyester obtained from the second polycondensation reaction tank (b) in FIG. 2 continues to the third polycondensation reaction tank (k) via the extraction line (L3) by the extraction gear pump (e). Supplied.
第3重縮合反応槽(k)の内温は240℃、圧力0.13kPaとし、滞留時間が3時間になる様に液面制御を行い、ベントライン(L6)から、水、テトラヒドロフラン、1,4−ブタンジオールを抜き出しながら、更に重縮合反応を進めた。ベントライン(L6)は、図3に示す湿式凝縮器(C3)を経由し、ベントライン(31)で図4の蒸気エゼクタシステムに接続した。 The internal temperature of the third polycondensation reaction tank (k) is 240 ° C., the pressure is 0.13 kPa, and the liquid level is controlled so that the residence time is 3 hours. From the vent line (L6), water, tetrahydrofuran, The polycondensation reaction was further advanced while extracting 4-butanediol. The vent line (L6) was connected to the steam ejector system of FIG. 4 through the wet condenser (C3) shown in FIG. 3 and the vent line (31).
湿式コンデンサ(Q3)にはホットウェルタンク(H300)が接続され、湿式コンデンサ(Q3)から排出されるドレン液が導入される。ドレン液は、捕集・溶解したプロセス飛散物と冷媒である1,4−ブタンジオールを含む液からなる。ドレン液は、ライン(303)、循環ポンプ(P300)、ライン(304)を介して湿式コンデンサ(Q3)に戻した。 A hot well tank (H300) is connected to the wet condenser (Q3), and a drain liquid discharged from the wet condenser (Q3) is introduced. The drain liquid is composed of a liquid containing the collected and dissolved process scattered matter and 1,4-butanediol as a refrigerant. The drain liquid was returned to the wet condenser (Q3) via the line (303), the circulation pump (P300), and the line (304).
ホットウエルタンク(H300)には、図4の蒸留精製塔(J1)のボトム液をライン(60)、(61)を介して1000kg/hで供給し、ドレン液と混合し、ホットウエルタンク(H300)内の液は、ホットウエルタンク(H300)の液面制御により、ライン(302)を介してホットウエルタンク(H200)へ移送した。 The bottom liquid of the distillation purification tower (J1) of FIG. 4 is supplied to the hot well tank (H300) at 1000 kg / h via lines (60) and (61), mixed with the drain liquid, The liquid in H300) was transferred to the hot well tank (H200) via the line (302) by the liquid level control of the hot well tank (H300).
一方、第3重縮合反応槽(k)で得られたポリエステルは、抜出用ギヤポンプ(m)により抜出ライン(L5)を経由し、絶対濾過精度40μmを有する積層金属不織布を濾材とするプリーツ型ポリマーフィルター(n)を通過させ、水中カッター(h)でカッティングして脂肪族ポリエステルペレットを製造した。 On the other hand, the polyester obtained in the third polycondensation reaction tank (k) passes through the extraction line (L5) by the extraction gear pump (m), and is a pleat using a laminated metal nonwoven fabric having an absolute filtration accuracy of 40 μm as a filter medium. An aliphatic polyester pellet was produced by passing through a mold polymer filter (n) and cutting with an underwater cutter (h).
尚、それぞれの重縮合反応槽(a)、(d)、(k)の圧力は図4に示した蒸気エゼクタシステムを用いてコントロールした。 In addition, the pressure of each polycondensation reaction tank (a), (d), (k) was controlled using the steam ejector system shown in FIG.
蒸気エゼクタシステムでは、新規の1,4−ブタンジオール(市販品)を外部から供給ライン(19)を通じて、エゼクタ駆動用の1,4−ブタンジオールの蒸気発生装置(K)へ、1350kg/hで連続的に供給し、240℃に加熱し2000kg/hの1,4−ブタンジオール蒸気を発生させ、供給ライン(20)を通じて、各エゼクタ(第1重縮合反応槽用:(A1)、(A3)、第2重縮合反応槽用:(B1)、(B3)、(B5)、第3重縮合反応槽用:(C1)、(C3)、(C5))へ供給した。また蒸気発生装置(K)から、蒸気発生装置(K)の液面制御により1,4−ブタンジオールからなる液をライン(63)を介して抜き出し、原料スラリー調製槽(図示せず。)へ移送し、原料ジオールの一部として使用した。 In the steam ejector system, new 1,4-butanediol (commercially available) is supplied from the outside to the 1,4-butanediol steam generator (K) for driving the ejector through the supply line (19) at 1350 kg / h. Continuously supplied, heated to 240 ° C. to generate 1,4-butanediol vapor of 2000 kg / h, and through each supply line (20), each ejector (for the first polycondensation reaction tank: (A1), (A3 ), For the second polycondensation reaction tank: (B1), (B3), (B5), for the third polycondensation reaction tank: (C1), (C3), (C5)). In addition, a liquid composed of 1,4-butanediol is extracted from the steam generator (K) via the line (63) by controlling the liquid level of the steam generator (K), and is supplied to a raw material slurry preparation tank (not shown). Transferred and used as part of the raw diol.
第1重縮合反応槽(a)から留出したテトラヒドロフラン、水を主成分とするガスは、湿式コンデンサ(Q1)を経てライン(21)を経て、エゼクタ(A1)に導入され、この時エゼクタ(A1)から排出される1,4−ブタンジオール蒸気は、バロメトリックコンデンサ(A2)で凝縮され、凝縮液は大気脚(25)を通じてホットウェルタンク(H2)に集められる。一方、バロメトリックコンデンサ(A2)で凝縮しなかった成分は2段目のエゼクタ(A3)に送られ、凝縮液は大気脚(26)を通じてホットウェルタンク(H3)に集められた。1段目と同様にバロメトリックコンデンサ(A4)で凝縮しなかった成分は真空ポンプ(A5)を用いてライン(24)から系外に排出した。ライン(22)、(23)は1,4−ブタンジオールの供給ラインであり、全量をホットウエルタンク(H2)、(H3)から循環供給した(図示せず。)。 The gas mainly composed of tetrahydrofuran and water distilled from the first polycondensation reaction tank (a) is introduced into the ejector (A1) through the wet condenser (Q1) and the line (21). The 1,4-butanediol vapor discharged from A1) is condensed in the barometric condenser (A2), and the condensate is collected in the hot well tank (H2) through the atmospheric leg (25). On the other hand, the components that were not condensed by the barometric condenser (A2) were sent to the second-stage ejector (A3), and the condensate was collected in the hot well tank (H3) through the atmospheric leg (26). As in the first stage, components not condensed by the barometric condenser (A4) were discharged out of the system from the line (24) using the vacuum pump (A5). Lines (22) and (23) were 1,4-butanediol supply lines, and the entire amount was circulated and supplied from hot well tanks (H2) and (H3) (not shown).
第2重縮合反応槽(d)から留出したテトラヒドロフラン、水を主成分とするガスはライン(31)を経て、エゼクタ(B1)に導入され、この時エゼクタ(B1)から排出される1,4−ブタンジオール蒸気は、バロメトリックコンデンサ(B2)で凝縮され、凝縮液は大気脚(36)を通じてホットウェルタンク(H1)に集められた。一方、バロメトリックコンデンサ(B2)で凝縮しなかった成分は2段目のエゼクタ(B3)に送られ、凝縮液は大気脚(37)を通じてホットウェルタンク(H2)に集められた。1段目と同様にバロメトリックコンデンサ(B4)で凝縮しなかった成分は3段目のエゼクタ(B5)に送られ、凝縮液は大気脚(38)を通じてホットウェルタンク(H3)に集められた。2段目と同様にバロメトリックコンデンサ(B6)で凝縮しなかった成分は真空ポンプ(B7)を用いてライン(35)から系外に排出した。ライン(32)、(33)、(34)は1,4−ブタンジオールの供給ラインであり、全量をホットウエルタンク(H1)、(H2)、(H3)から循環供給した(図示せず。)。 A gas mainly composed of tetrahydrofuran and water distilled from the second polycondensation reaction tank (d) is introduced into the ejector (B1) through the line (31), and is discharged from the ejector (B1) at this time. 4-Butanediol vapor was condensed in a barometric condenser (B2) and the condensate was collected in a hot well tank (H1) through an atmospheric leg (36). On the other hand, the component that was not condensed by the barometric condenser (B2) was sent to the second-stage ejector (B3), and the condensate was collected in the hot well tank (H2) through the atmospheric leg (37). In the same manner as in the first stage, the components not condensed by the barometric condenser (B4) were sent to the third stage ejector (B5), and the condensate was collected in the hot well tank (H3) through the atmospheric leg (38). . As in the second stage, components not condensed by the barometric condenser (B6) were discharged out of the system from the line (35) using the vacuum pump (B7). Lines (32), (33), and (34) are 1,4-butanediol supply lines, and the entire amount was circulated and supplied from hot well tanks (H1), (H2), and (H3) (not shown). ).
第3重縮合反応槽(k)から留出したテトラヒドロフラン、水を主成分とするガスはライン(41)を経て、エゼクタ(C1)に導入され、この時エゼクタ(C1)から排出される1,4−ブタンジオール蒸気は、バロメトリックコンデンサ(C2)で凝縮され、凝縮液は大気脚(46)を通じてホットウェルタンク(H1)に集められた。一方、バロメトリックコンデンサ(C2)で凝縮しなかった成分は2段目のエゼクタ(C3)に送られ、凝縮液は大気脚(47)を通じてホットウェルタンク(H2)に集められた。1段目と同様にバロメトリックコンデンサ(C4)で凝縮しなかった成分は3段目のエゼクタ(C5)に送られ、凝縮液は大気脚(48)を通じてホットウェルタンク(H3)に集められた。2段目と同様にバロメトリックコンデンサ(C6)で凝縮しなかった成分は真空ポンプ(C7)を用いてライン(45)から系外に排出した。ライン(42)、(43)、(44)は1,4−ブタンジオールの供給ラインであり、全量をホットウエルタンク(H1)、(H2)、(H3)から循環供給した(図示せず。)。 A gas mainly composed of tetrahydrofuran and water distilled from the third polycondensation reaction tank (k) is introduced into the ejector (C1) through the line (41), and is discharged from the ejector (C1) at this time. 4-Butanediol vapor was condensed in a barometric condenser (C2) and the condensate was collected in a hot well tank (H1) through an atmospheric leg (46). On the other hand, the component that was not condensed by the barometric condenser (C2) was sent to the second-stage ejector (C3), and the condensate was collected in the hot well tank (H2) through the atmospheric leg (47). As in the first stage, the components that were not condensed by the barometric condenser (C4) were sent to the third stage ejector (C5), and the condensate was collected in the hot well tank (H3) through the atmospheric leg (48). . As in the second stage, components not condensed by the barometric condenser (C6) were discharged out of the system from the line (45) using the vacuum pump (C7). Lines (42), (43) and (44) are 1,4-butanediol supply lines, and the entire amount was circulated and supplied from hot well tanks (H1), (H2) and (H3) (not shown). ).
ホットウエルタンク(H1)へは、ライン(51)で新規1,4−ブタンジオール(市販品)を50kg/hで外部から供給し、バロメトリックコンデンサ(B2)、(C2)の凝縮液と混合した後、液面制御によりタンク内液をライン(52)を介してホットウエルタンク(H2)に供給した。ホットウエルタンク(H2)では、バロメトリックコンデンサ(A2)、(B4)、(C4)の凝縮液と混合した後、液面制御によりタンク内液をライン(53)を介してホットウエルタンク(H3)に供給した。 New 1,4-butanediol (commercially available) is supplied to the hot well tank (H1) from the outside at a line (51) at 50 kg / h and mixed with the condensate of the barometric condensers (B2) and (C2). After that, the liquid in the tank was supplied to the hot well tank (H2) via the line (52) by liquid level control. In the hot well tank (H2), after mixing with the condensate of the barometric condensers (A2), (B4), (C4), the liquid in the tank is supplied via the line (53) to control the hot well tank (H3 ).
ホットウェルタンク(H3)に集められた1,4−ブタンジオールを主成分とする液体は、ポンプ(H6)、ライン(56)を通じて、蒸留精製塔(J1)でテトラヒドロフラン、水などの軽沸点成分を除去した後、ポンプ(J2)、ライン(60)からライン(62)を通じて、エゼクタ駆動用の1,4−ブタンジオールの蒸気発生装置(K)へ戻すとともに、ライン(61)を通じて図3のホットウエルタンク(H300)へ供給した。ここで、蒸気発生装置(K)へ戻した液量は、蒸留精留塔(J1)のボトム液(ライン(60)の液)の50%とした。 The liquid containing 1,4-butanediol as the main component collected in the hot well tank (H3) passes through the pump (H6) and the line (56) and is a light-boiling component such as tetrahydrofuran and water in the distillation purification tower (J1). , After returning from the pump (J2) and the line (60) through the line (62) to the 1,4-butanediol steam generator (K) for driving the ejector, and through the line (61) in FIG. It was supplied to a hot well tank (H300). Here, the amount of liquid returned to the steam generator (K) was 50% of the bottom liquid (liquid in line (60)) of the distillation rectification column (J1).
以上運転条件下で、1ヶ月間安定的に運転を継続した。ポリエステル(PBS)の生産量は2500kg/hであった。 Under the above operating conditions, the operation was stably continued for one month. The production amount of polyester (PBS) was 2500 kg / h.
[比較例1]
実施例1において、図4の蒸留精製塔(J1)のボトム液のホットウエルタンク(H300)への供給(ライン(61))を停止し、蒸留精製塔(J1)のボトム液の全量を蒸気蒸発器(K)へ戻すとともに、ホットウエルタンク(H300)へはライン(64)から新規の1,4−ブタンジオール(市販品)を外部から1000kg/hで供給して実施例1と同様の条件で運転を始めた。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the supply (line (61)) of the bottom liquid of the distillation purification tower (J1) in FIG. 4 to the hot well tank (H300) was stopped, and the entire bottom liquid of the distillation purification tower (J1) was vaporized. As well as returning to the evaporator (K), new 1,4-butanediol (commercially available) was supplied from the line (64) to the hot well tank (H300) from the outside at 1000 kg / h, and the same as in Example 1 I started driving under conditions.
運転を継続すると徐々に各重縮合反応槽(a)、(d)、(k)の減圧が保てなくなり、原料スラリーのエステル化反応槽(A)への供給速度を落とさざるを得なくなり、最終的に、以下の条件で、運転が安定した。
再循環ライン(2)からの精留塔(C)の塔底成分(98重量%以上が1,4−ブタンジオール)の循環量:140kg/h
触媒溶液(チタン原子換算濃度0.1重量%)のエステル化反応物の抜出ライン(4)への供給量:85kg/h
ホットウエルタンク(H300)への新規1,4−ブタンジオール(市販品)の供給量:750kg/h
When the operation is continued, the pressure reduction of each polycondensation reaction tank (a), (d), (k) cannot be maintained gradually, and the supply rate of the raw slurry to the esterification reaction tank (A) must be reduced, Finally, operation was stable under the following conditions.
Circulation rate of the bottom component of the rectification column (C) from the recirculation line (2) (98% by weight or more is 1,4-butanediol): 140 kg / h
Feed rate of the catalyst solution (titanium atom equivalent concentration 0.1 wt%) to the extraction line (4) of the esterification reaction product: 85 kg / h
Supply amount of new 1,4-butanediol (commercial product) to the hot well tank (H300): 750 kg / h
第3重縮合反応槽(k)で得られたポリエステルは、抜出用ギヤポンプ(m)により抜出ライン(L5)を経由し、絶対濾過精度40μmを有する積層金属不織布を濾材とするプリーツ型ポリマーフィルター(n)を通過させ、水中カッター(h)でカッティングして脂肪族ポリエステルペレットを製造した。 The polyester obtained in the third polycondensation reaction tank (k) passes through the extraction line (L5) by the extraction gear pump (m), and is a pleated polymer using a laminated metal nonwoven fabric having an absolute filtration accuracy of 40 μm as a filter medium. An aliphatic polyester pellet was produced by passing the filter (n) and cutting with an underwater cutter (h).
上記以外は、実施例1と同様の条件で脂肪族ポリエステルを連続的に製造する運転を1ヶ月継続した。
ポリエステル(PBS)生産量は1750kg/hであった。
Except for the above, the operation for continuously producing the aliphatic polyester under the same conditions as in Example 1 was continued for 1 month.
Polyester (PBS) production was 1750 kg / h.
上記の実施例1と比較例1で系外から導入した新規1,4−ブタンジオール量と、ライン(63)内の1,4−ブタンジオールについて、以下の方法で測定した1,4−ブタンジオールの酸価(この酸価は、蒸気発生装置(K)内の1,4−ブタンジオールの酸価に相当する。)と、以下の方法で測定した1,4−ブタンジオールのテトラヒドロフラン(THF)濃度と、製造されたポリエステルの生産量、製造されたポリエステルの単位重量当たりの新規1,4−ブタンジオール導入量(新規1,4−BG/生産ポリエステル)を以下の表1に対比して示す。
The amount of
<1,4−ブタンジオールの酸価の測定方法>
1,4−ブタンジオール5gを蒸留水で100mLに希釈した水溶液のpHを測定しながら、0.01N水酸化ナトリウム水溶液で滴定し、pH≧7となる滴定量から以下の式に従って1,4−ブタンジオールの酸価を算出した。
酸価(eq./ton)=0.01×0.1N水酸化ナトリウム水溶液滴定量(mL)/サンプル量(g)×1000
<Method for Measuring Acid Value of 1,4-Butanediol>
While measuring the pH of an aqueous solution obtained by diluting 5 g of 1,4-butanediol to 100 mL with distilled water, titration was performed with a 0.01N aqueous sodium hydroxide solution. The acid value of butanediol was calculated.
Acid value (eq./ton)=0.01×0.1N aqueous sodium hydroxide titration (mL) / sample amount (g) × 1000
<THF濃度の測定方法>
キャピラリーカラム(J&W DB−wax(Agilent Technology Inc.社) 60m(L)×0.32mm(ID)×0.5μm(Thickness))を用い、ガスクロマトグラフィー法により1,4−ブタンジオール中のテトラヒドロフラン濃度を定量した。
<Method for measuring THF concentration>
Tetrahydrofuran concentration in 1,4-butanediol by a gas chromatography method using a capillary column (J & W DB-wax (Agilent Technology Inc.) 60 m (L) × 0.32 mm (ID) × 0.5 μm (Thickness)) Was quantified.
表1より、本発明によれば、系内のTHFの副生を抑制した上で、蒸気エゼクタの駆動蒸気源として用いた1,4−ブタンジオールの有効利用効率を高め、脂肪族ポリエステルを安定運転にて効率的に連続生産することができることが分かる。 From Table 1, according to the present invention, by suppressing the by-product of THF in the system, the effective utilization efficiency of 1,4-butanediol used as the driving steam source of the steam ejector is increased, and the aliphatic polyester is stabilized. It can be seen that continuous production can be efficiently performed by operation.
1 原料供給ライン
2 再循環ライン
3 エステル化反応槽触媒供給ライン
4 エステル化反応物(オリゴマー)の抜出ライン
5 留出ライン
6 抜出ライン
7 循環ライン
8 抜出ライン
9 ガス抜出ライン
10 凝縮液ライン
11 抜出ライン
12 循環ライン
13 抜出ライン
14 ベントライン
A エステル化反応槽
B 抜出ポンプ
C 精留塔
D、E ポンプ
F タンク
G コンデンサ
L1、L3、L5 重縮合反応物抜出ライン
L2、L4、L6 ベントライン
L7 触媒供給ライン
L8 原料供給ライン
a 第1重縮合反応槽
d 第2重縮合反応槽
k 第3重縮合反応槽
c、e、m 抜出用ギヤポンプ
h 水中カッター
n フィルター
Q1、Q2、Q3 湿式コンデンサ
H100、H200、H300 ホットウェルタンク
P100、P200、P300 循環ポンプ
101、201、301 ドレン液排出ライン
102、202、302 ドレン液移送ライン
103、104、203、204、303、304 ドレン液循環ライン
A1、A3、B1、B3、B5、C1、C3、C5 エゼクタ
A2、A4、B2、B4、B6、C2、C4、C6 バロメトリックコンデンサ
A5、B7、C7 真空ポンプ
H1、H2、H3 ホットウェルタンク
H6、J2 ポンプ
J1 蒸留精製塔
J3 蒸留精製塔のリボイラー
K エゼクター駆動用1,4−ブタンジオールの蒸気発生装置
19、51 外部からの1,4−ブタンジオールの供給ライン
20 エゼクターへの1,4−ブタンジオール蒸気の供給ライン
21 第1重縮合反応槽から湿式コンデンサを経たベントライン
31 第2重縮合反応槽から湿式コンデンサを経たベントライン
41 第3重縮合反応槽から湿式コンデンサを経たベントライン
22、23、32、33、34、42、43、44 1,4−ブタンジオールの供給ライン
24、35、45 真空ポンプからの吐出ガスライン
25、26、36、37、38、46、47、48 バロメトリックコンデンサの大気脚
56 ホットウェルタンクから蒸留精製塔への1,4−ブタンジオールの供給ライン
57 低沸点成分の抜出ライン
60 蒸留精製塔のボトム液の抜出ライン
61 蒸留精製塔のボトム液の湿式コンデンサのホットウェルタンクへの供給ライン
62 蒸留精製塔のボトム液の蒸気発生装置への返送ライン
63 蒸気発生装置から原料スラリー調製槽への1,4−ブタンジオール抜出ライン
DESCRIPTION OF
h Submersible cutter n Filter Q1, Q2, Q3 Wet condenser H100, H200, H300 Hot well tank P100, P200, P300 Circulation pump 101, 201, 301 Drain liquid discharge line 102, 202, 302 Drain liquid transfer line 103, 104, 203 , 204, 303, 304 Drain liquid circulation lines A1, A3, B1, B3, B5, C1, C3, C5 Ejectors A2, A4, B2, B4, B6, C2, C4, C6 Barometric capacitors A5, B7, C7 Vacuum Pump H1, H2, H3 Hot well tank H6, J2 Pump J1 Distillation purification tower J3 Distillation purification tower reboiler K Ejector drive 1,4-butanediol steam generator 19, 51 External 1,4-butanediol Supply line 20 Ezek 1,4-Butanediol vapor supply line to the tank 21 Vent line from the first polycondensation reaction tank through the wet condenser 31 Vent line from the second polycondensation reaction tank through the wet condenser 41 Wet from the third polycondensation reaction tank Vent line through condenser 22, 23, 32, 33, 34, 42, 43, 44 1,4-butanediol supply line 24, 35, 45 Discharge gas line from vacuum pump 25, 26, 36, 37, 38 46, 47, 48 Atmospheric leg of barometric condenser 56 Supply line of 1,4-butanediol from hot well tank to distillation purification column 57 Extraction line of low boiling point component 60 Extraction line of bottom liquid of distillation purification column 61 Distillation Purification Tower Bottom Liquid Supply Line to Wet Capacitor Hot Well Tank 62 Distillation Purification Tower Bottom Liquid From return line 63 steam generator to the steam generator to the slurry preparation tank 1,4 extraction line
Claims (3)
該重縮合反応を減圧装置による減圧下で行い、
該減圧装置は、1,4−ブタンジオールを蒸気発生装置で気化させた1,4−ブタンジオール蒸気を駆動蒸気とする蒸気エゼクタを有し、
該蒸気エゼクタに用いた1,4−ブタンジオール蒸気を凝縮させて1,4−ブタンジオール含有液を得、該1,4−ブタンジオール含有液の少なくとも一部を該蒸気エゼクタの駆動蒸気源として循環再利用する脂肪族ポリエステルの製造方法であって、
該蒸気発生装置内に封液された1,4−ブタンジオール含有液の酸価を30eq./ton以下とすることを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法。 An aliphatic polyester is obtained by performing esterification reaction and / or transesterification reaction and polycondensation reaction between a diol component mainly composed of 1,4-butanediol and a dicarboxylic acid component mainly composed of an aliphatic dicarboxylic acid component. In the manufacturing method,
The polycondensation reaction is performed under reduced pressure using a decompression device,
The decompression device has a steam ejector that uses 1,4-butanediol vapor obtained by vaporizing 1,4-butanediol as a driving steam,
The 1,4-butanediol vapor used in the steam ejector is condensed to obtain a 1,4-butanediol-containing liquid, and at least a part of the 1,4-butanediol-containing liquid is used as a driving steam source for the steam ejector. A method for producing an aliphatic polyester for recycling and recycling,
The acid value of the 1,4-butanediol-containing liquid sealed in the steam generator is 30 eq. / Ton or less, The manufacturing method of the aliphatic polyester characterized by the above-mentioned.
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