JP2018150453A - ポリブチレンサクシネートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
本発明に用いるジカルボン酸成分は、コハク酸や無水コハク酸といったコハク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。
本発明のポリエステルには、上記のジオール成分、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。
以下に連続製造法を例にして、本発明のPBSの製造方法について説明する。なお、以下においては、1,4−ブタンジオールを主成分とする脂肪族ジオールとコハク酸を主成分とする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。
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。
本発明のPBS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。
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。
(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。
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PBS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。
本発明のPBSの製造方法により製造される本発明のPBSは、数平均分子量(Mn)が10,000以上の高分子量で高粘度のものである。一般に、横型二軸反応器においては、ポリマーの撹拌軸への巻き付けが起こり易く、この撹拌軸へのポリマーの巻き付けに起因するポリマー中の異物、この異物によるFE(フッシュアイ)を招き易い。本発明では、このような高分子量で高粘度のPBSの製造において、横型二軸反応器内にスクレーパーを設けることで、撹拌軸へのポリマーの巻き付けを有効に防止することができる。
本発明のPBS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。
<固有粘度(IV)の測定>
ウベローデ型粘度計を使用し次の要領で求めた。すなわち、フェノール/テトラクロロエタン(重量比1/1)の混合溶媒を使用し、30℃において、濃度0.5g/dLのポリエステル試料溶液および溶媒のみの落下秒数を測定し、以下の式(1)より求めた。
(但し、ηsp=η/η0−1であり、ηは試料溶液落下秒数、η0は溶媒の落下秒数、Cは試料溶液濃度(g/dL)、KHはハギンズの定数である。KHは0.33を採用した。)
JIS K7210で規定された方法で測定した。測定温度は190℃、使用荷重は2.16kg、オリフィス径:1.0mmとし、株式会社テクノ・セブン社製メルトインデクサ「L242」を用いて測定した。
60℃で8時間乾燥したポリエステルペレットを190℃で押出成形し、厚み約50μm×幅約11cmのフィルムを得、光学式異物検査装置(OCS(Optical Control Systems)社製、FSA100)を使用し、サイズ50μm以上のフィッシュアイを測定した。
ポリエステルペレットを0.1重量%濃度となるようにクロロホルムに溶解し、PTFEフィルターで濾過した後、下記測定条件でGPCで分子量を測定した。
カラム:PL 10u Mixed B(7.5mmID×30cm×2)
温度:40℃
検出器:RI
移動相:クロロホルム(1.0mL/min)
注入量:100μL
較正試料:単分散ポリスチレン
較正法:ポリスチレン換算
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、チタン原子濃度が3.5重量%となるよう調製した。
図1に示すエステル化工程と図2に示す重縮合工程を通し、次の要領でPBSの製造を行った。図2において、重縮合反応器(a)は竪型撹拌槽型反応器、重縮合反応器(d)は横型一軸反応器、重縮合反応器(k)は横型二軸反応器からなる。ここで横型一軸反応器内部には撹拌羽根を備えた撹拌軸と堰板を有する。また、横型二軸反応器は撹拌羽根を有する2本の撹拌軸を有し、出口側に堰板を設けたが、スクレーパーは設置しなかった。
横型二軸反応器出口に図4に示すようにスクレーパーを設置した以外は、比較例1と同様にポリエステルペレットを1ケ月製造した。
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重縮合反応器
d 第2重縮合反応器
k 第3重縮合反応器
c、e、m 抜出用ギヤポンプ
h 水中カッター
n フィルター
20 横型一軸反応器
21 ケーシング
22 撹拌軸
23 撹拌翼
24 堰板
30 横型二軸反応器
31 ケーシング
32(32L,32R) 撹拌軸
33 撹拌翼
34 堰板
36 スクレーパー
Claims (20)
- 直列多段に設けられた複数の反応器を用いて、数平均分子量10,000以上のポリブチレンサクシネートを連続的に製造する方法であって、該複数の反応器は、撹拌羽根を備えた撹拌軸を1本有する横型一軸反応器と、最終段反応器としての、撹拌羽根を備えた撹拌軸を2本有する横型二軸反応器とを含み、
該横型二軸反応器が、該横型二軸反応器内の該撹拌軸の付着物を掻き取るスクレーパーを有することを特徴とするポリブチレンサクシネートの製造方法。 - 直列多段に設けられた複数の反応器を用いて、数平均分子量10,000以上のポリブチレンサクシネートを連続的に製造する方法であって、該複数の反応器は、撹拌羽根を備えた撹拌軸を1本有する横型一軸反応器と、最終段反応器としての、撹拌羽根を備えた撹拌軸を2本有する横型二軸反応器とを含み、
該横型二軸反応器が、該横型二軸反応器の内壁から、該横型二軸反応器内の該撹拌羽根の面方向に突出する堰板を有することを特徴とするポリブチレンサクシネートの製造方法。 - 直列多段に設けられた複数の反応器を用いて、数平均分子量10,000以上のポリブチレンサクシネートを連続的に製造する方法であって、該複数の反応器は、撹拌羽根を備えた撹拌軸を1本有する横型一軸反応器と、最終段反応器としての、撹拌羽根を備えた撹拌軸を2本有する横型二軸反応器とを含み、
該横型二軸反応器が、該横型二軸反応器内の該撹拌軸の付着物を掻き取るスクレーパーと、該横型二軸反応器の内壁から、該横型二軸反応器内の該撹拌羽根の面方向に突出する堰板とを有することを特徴とするポリブチレンサクシネートの製造方法。 - 直列多段に設けられた複数の反応器を用いて、数平均分子量10,000以上のポリブチレンサクシネートを連続的に製造する方法であって、該複数の反応器は、撹拌羽根を備えた撹拌軸を1本有する横型一軸反応器と、最終段反応器としての、撹拌羽根を備えた撹拌軸を2本有する横型二軸反応器とを含み、
該横型一軸反応器が、該横型一軸反応器の内壁から、該横型一軸反応器内の該撹拌羽根の面方向に突出する堰板を有することを特徴とするポリブチレンサクシネートの製造方法。 - 前記横型一軸反応器が、該横型一軸反応器の内壁から、該横型一軸反応器内の該撹拌羽根の面方向に突出する堰板を有することを特徴とする請求項1又は3に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型一軸反応器が、該横型一軸反応器の内壁から、該横型一軸反応器内の該撹拌羽根の面方向に突出する堰板を有することを特徴とする請求項2に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記スクレーパーの掻き取り部と前記撹拌軸との距離が、30mm以下であることを特徴とする請求項1、3及び5のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記スクレーパーの掻き取り部と前記撹拌軸との距離が、1mm以上であることを特徴とする請求項7に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記スクレーパーの掻き取り部が、前記撹拌軸の軸中心より下方に位置することを特徴とする請求項1、3、5、7及び8のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記スクレーパーの掻き取り部の長さが、前記撹拌軸の全長に対して3%以上30%以下であることを特徴とする請求項1、3、5及び7ないし9のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記撹拌軸の周速が、5cm/s以上15cm/s以下であることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記撹拌軸の直径が、200mm以上600mm以下であることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器内の少なくとも一部の前記堰板が前記撹拌軸の長さ方向において、該横型二軸反応器のポリマー入口側から出口側までの中間又はそれよりも入口側に設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記堰板と前記撹拌羽根との距離が、500mm以下であることを特徴とする請求項2、3及び13のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型二軸反応器の前記堰板と前記撹拌羽根との距離が、5mm以上であることを特徴とする請求項14に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型一軸反応器の少なくとも一部の前記堰板が、前記撹拌軸の長さ方向において、該ポリマー入口側から出口側までの中間又はそれよりも入口側に設けられていることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型一軸反応器の前記堰板と前記撹拌羽根との距離が、500mm以下であることを特徴とする請求項4、5、6及び16のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型一軸反応器の前記堰板と前記撹拌羽根との距離が、5mm以上であることを特徴とする請求項17に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型一軸反応器の前記撹拌軸の周速が、5cm/s以上15cm/s以下であることを特徴とする請求項1ないし18のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
- 前記横型一軸反応器の前記撹拌軸の直径が、200mm以上600mm以下であることを特徴とする請求項1ないし19のいずれか1項に記載のポリブチレンサクシネートの製造方法。
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