JP2020524738A - ポリエステル容器およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ポリエステル容器に関する。前記ポリエステル容器は、イソソルビドおよびジエチレングリコールから誘導されたジオール部分を特定含有量を含むポリエステル樹脂から形成されて、厚い肉厚にもかかわらず、高透明度を示すことができる。

Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、2017年6月22日付の韓国特許出願第10−2017−0079381号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、厚肉にもかかわらず、高透明度を示すポリエステル容器およびその製造方法に関する。
ポリエステル樹脂に代表されるPET(polyethylene terephthalate)は、低コストおよび優れた物理/化学的性質によって商業的に幅広く使用されている。しかし、結晶性が高くて加工時に高い温度を要求し、成形製品の透明性が低下するという問題があった。また、PETは、耐熱性がよくないため、飲み物の高温充填過程でPETで成形された瓶の形状が変形されるという問題をもたらすことになる。これを防止するために瓶の成形前/後にボトルネック結晶化の工程およびヒートセッティング(Heat setting)工程を経て瓶の耐熱度を高めたりもするが、これによって瓶の透明度は減少することになる。
上記問題点を克服するために、多様なモノマーを共重合してPETのガラス転移温度を高めようとする技術が開発されてきた。この中でもイソソルビド(isosorbide)は、植物性原料物質であるという点と、ガラス転移温度を高めることができるという点、固相重合後に機械的強度を向上させることができるという長所によりPETに適用可能な共単量体として注目されている。
しかし、耐熱度を増加させるためにイソソルビドの含有量を増加させるほど高分子鎖の規則性が低くなり、結晶化速度が減少する。また、イソソルビドの添加量が一定水準以上になると結晶性樹脂としての機能を果たすことができなくなる。非結晶性樹脂は延伸が不可能であるため、非結晶性樹脂を瓶に成形するためには、プリフォームの長さを瓶の長さと類似にデザインする必要がある。これにより、既存のPET樹脂を加工するための設備を使用できなくなるので、現実的にはイソソルビドを使用した共重合体を用いて樹脂成形品を生産するのに非常に大きな障害がある。
本発明は、厚肉に製造しても高透明度を示すことができるポリエステル容器を提供する。
また、本発明は、前記ポリエステル容器の製造方法を提供する。
前記目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、テレフタル酸あるいはその誘導体を含むジカルボン酸あるいはその誘導体とイソソルビドおよびエチレングリコールを含むジオールが重合されて、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有するポリエステル樹脂から形成されたポリエステル容器(polyester container)であって、ジオールから誘導された全体のジオール部分に対してイソソルビドから誘導されたジオール部分が6〜12モル%であり、ジエチレングリコールから誘導されたジオール部分が2〜5モル%であり、示差走査熱量計(DSC)を通じた1次スキャンの際に融点が存在し、前記ポリエステル樹脂から得られた厚さ6mmの試片に対してASTM D1003−97により測定されたヘイズが3%未満であるポリエステル樹脂から形成されたポリエステル容器が提供される。
本発明の他の一実施形態によれば、前記ポリエステル容器の製造方法が提供される。
本発明の一実施形態によるポリエステル容器は、DSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在して延伸による成形が可能であり、厚さ6mmの試片に製作されて3%未満のヘイズを示すポリエステル樹脂から形成されて、厚肉を有しかつ高透明度を示すことができる。したがって、前記ポリエステル容器は、高温瓶(hot fill jar)、高圧容器などに適切に使用することができる。
以下、本発明の具体的な実施形態によるポリエステル容器およびその製造方法などについて説明する。
本明細書で特別な言及がない限り、専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定しようとする意図で使用されない。そして、明確に反対の意味が記載されていない限り、単数の形態は複数の形態を含む。明細書で使用される‘含む’の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および/または群の存在や付加を除外させるものではない。
本発明の一実施形態によれば、テレフタル酸あるいはその誘導体を含むジカルボン酸あるいはその誘導体とイソソルビドおよびエチレングリコールを含むジオールが重合されて、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有するポリエステル樹脂から形成されたポリエステル容器であって、ジオールから誘導された全体のジオール部分に対してイソソルビドから誘導されたジオール部分が6〜12モル%であり、ジエチレングリコールから誘導されたジオール部分が2〜5モル%であり、示差走査熱量計(DSC)を通じた1次スキャンの際に融点が存在し、前記ポリエステル樹脂から得られた厚さ6mmの試片に対してASTM D1003−97により測定されたヘイズが3%未満であるポリエステル樹脂から形成されたポリエステル容器が提供される。
ポリエステル樹脂に代表されるPETの場合、高分子鎖の規則性が高くて結晶をなすことになり、これにより、DSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在することになる。しかし、PETは、ガラス転移温度が低くて高温瓶(Hot fill bottle)など高耐熱性が要求される用途には適用が制限されてきた。
上記問題点を解決するために、既存の高分子主鎖にイソソルビドを導入させる方法が紹介されている。しかし、イソソルビドから由来する残基は、高分子鎖の規則性を低くして樹脂の結晶化速度を低下させた。十分な耐熱度を確保するために、ポリエステル樹脂は、イソソルビドから誘導されたジオール部分を多量に含まなければならないが、多量のイソソルビドから誘導されたジオール部分により結晶性樹脂として機能できないという問題をもたらした。非結晶性樹脂は、分子構造の規則性が低くて延伸による成形が不可能であり、特に既存のPET加工設備を利用できない。このような問題によって高分子主鎖に導入可能なイソソルビドの含有量に制約があった。
反面、イソソルビドの導入含有量が6モル%未満に十分でない場合には、ガラス転移温度が85℃未満に十分な耐熱度を示すことができなくなる。通常、高温瓶(Hot fill jar)などの用途に適用するためには、ガラス転移温度が少なくとも85℃以上であることが要求されるため、低いイソソルビドの含有量は耐熱度の側面で目標とする水準を達成できなくする。このような問題などを解決するために、PET樹脂の場合、射出成型後に追加の熱処理工程を経て耐熱度および機械的強度を向上させることはできるが、このような場合には熱により生成された結晶により射出品にヘイズ(haze)が発生するようになり、一般に肉眼でもそのヘイズが観察でき、食品容器や瓶(bottle)の用途に使用するのに制限があった。
このような技術的限界にもかかわらず、前記一実施形態によるポリエステル容器は、このような範囲のイソソルビドおよびジエチレングリコールから誘導されたジオール部分を含むポリエステル樹脂から形成されて、優れた耐熱度および機械的特性を示し、かつ厚い肉厚にもかかわらず、高透明度を示すことができる。
また、前記一実施形態によるポリエステル容器は、DSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在して延伸による成形が可能なポリエステル樹脂から形成されるため、既存のPET加工設備を利用できるという長所がある。
PET樹脂の場合、結晶化速度が非常に速くて、厚肉に成形すればヘイズが発生する。特に、PET樹脂は厚さ6mmの試片を透明に製作しにくい。これに反し、本発明の一実施形態によるポリエステル容器は、厚さ6mmの試片に製作する場合、ASTM D1003−97により測定されたヘイズは3%未満、2.5%未満、2%未満、1.5%未満あるいは1.0%未満であるポリエステル樹脂から形成され得る。本発明の一実施形態によるポリエステル容器は、厚さ6mmの試片に製作する場合、全くヘイズが観察されないポリエステル樹脂から形成され得るので、前記ヘイズの下限は0%でありうる。
以下、このようなポリエステル容器の製造方法について詳しく説明する。
(a)テレフタル酸あるいはその誘導体を含む(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体と、全体のジカルボン酸あるいはその誘導体100モルに対して6.5モル〜25モルのイソソルビドおよび80モル〜200モルのエチレングリコールを含む(ii)ジオールとのエステル化反応またはエステル交換反応段階;および(b)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度に150℃で15分間溶解して35℃で測定した固有粘度が0.45dl/g〜0.75dl/gに到達するように前記エステル化またはエステル交換反応生成物を重縮合反応させてポリエステル樹脂を提供する段階;および(e)ポリエステル樹脂からポリエステル容器を成形する段階を通じて前記ポリエステル容器を製造することができる。
より具体的には、(a)前記(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体と、前記(ii)ジオールを0〜10.0kgf/cmの圧力(0〜7355.6mmHgの絶対圧力)および150〜300℃の温度で平均滞留時間1〜24時間エステル化反応またはエステル交換反応させた後、(b)前記エステル化反応またはエステル交換反応生成物を400〜0.01mmHgの減圧条件および150〜300℃の温度で平均滞留時間1〜24時間の間に重縮合反応させてポリエステル樹脂を得る。
ここで、ポリエステル樹脂の製造方法は、バッチ(batch)式、半連続式または連続式で行われてもよく、前記エステル化反応あるいはエステル交換反応と重縮合反応は不活性気体雰囲気下で行われることが好ましく、前記ポリエステル樹脂とその他添加剤の混合は単純混合であるか、押出を通じた混合であってもよい。
追加的に必要に応じて、固相重合反応を続いて行ってもよい。具体的には、本発明の一実施形態によるポリエステル容器の製造方法は、(b)段階後に、(c)重縮合反応(溶融重合)で製造されたポリエステル樹脂(以下、‘ポリマー’ともいう)を結晶化する段階;および(d)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度に150℃で15分間溶解して35℃で測定した固有粘度が(b)段階で得られた樹脂の固有粘度より0.10〜0.40dl/g高い値に到達するように結晶化されたポリマーを固相重合する段階をさらに含んでもよい。
本明細書で用語‘ジカルボン酸あるいはその誘導体’は、ジカルボン酸とジカルボキシル酸の誘導体の中から選択される1種以上の化合物を意味する。そして、‘ジカルボキシル酸の誘導体’は、ジカルボン酸のアルキルエステル(モノメチル、モノエチル、ジメチル、ジエチルまたはジブチルエステルなど炭素数1〜4の低級アルキルエステル)あるいはジカルボン酸の無水物を意味する。これにより、例えば、テレフタル酸あるいはその誘導体は、テレフタル酸;モノアルキルあるいはジアルキルテレフタレート;およびテレフタル酸無水物のようにジオールと反応してテレフタロイル部分(terephthaloyl moiety)を形成する化合物を通称するようになる。
前記(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体としては、主にテレフタル酸あるいはその誘導体を使用する。具体的には、(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体としては、テレフタル酸あるいはその誘導体を単独で使用してもよい。また、(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体としては、テレフタル酸あるいはその誘導体と、テレフタル酸あるいはその誘導体以外のジカルボン酸あるいはその誘導体であって炭素数8〜14の芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体および炭素数4〜12の脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体からなる群から選択される1種以上を混合して使用してもよい。前記炭素数8〜14の芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体には、イソフタル酸、ジメチルイソフタレート、フタル酸、ジメチルフタレート、フタル酸無水物、2,6−ナフタレンジカルボン酸などのナフタレンジカルボン酸、ジメチル2,6−ナフタレンジカルボキシレートなどのジアルキルナフタレンジカルボキシレート、ジフェニルジカルボン酸などポリエステル樹脂の製造に通常使用される芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体が含まれてもよい。前記炭素数4〜12の脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体には、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸などのシクロヘキサンジカルボン酸、ジメチル1,4−シクロヘキサンジカルボキシレート、ジメチル1,3−シクロヘキサンジカルボキシレートなどのシクロヘキサンジカルボキシレート、セバシン酸、コハク酸、イソデシルコハク酸、マレイン酸、マレイン酸無水物、フマル酸、アジピン酸、グルタル酸、アゼライン酸などポリエステル樹脂の製造に通常使用される線状、分岐状または環状脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体が含まれてもよい。
前記(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体は、テレフタル酸あるいはその誘導体を全体(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体に対して50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上あるいは90モル%以上含んでもよい。そして、前記(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体は、テレフタル酸あるいはその誘導体以外のジカルボン酸あるいはその誘導体を全体(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体に対して0〜50モル%、0モル%超過50モル%以下、あるいは0.1〜40モル%で含んでもよい。このような含有量範囲内で適切な諸般物性を実現するポリエステル樹脂を製造することができる。
一方、前記イソソルビド(isosorbide、1,4:3,6−dianhydroglucitol)は、製造されたポリエステル樹脂のジオールから誘導された全体のジオール部分に対してイソソルビドから誘導されたジオール部分が6〜12モル%になるように使用される。
ポリエステル樹脂の合成中のイソソルビドの一部が揮発または反応しないことがあるので、ポリエステル樹脂にこのような含有量のイソソルビドを導入するために、イソソルビドは、全体のジカルボン酸あるいはその誘導体100モルに対して6.5モル〜25モル用いられてもよい。
もし、イソソルビドの含有量がこのような範囲を超えれば、DSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在しなくて延伸による加工が難しくなり、前記の範囲未満であれば、十分な耐熱度および機械的強度を示すことができず、ヘイズが発生することがある。しかし、イソソルビドの含有量を前記の範囲に調節してDSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在し、厚さ6mmの試片に製作した場合高透明度を示すポリエステル樹脂を提供することができる。
ポリエステル樹脂に導入されたジエチレングリコールから誘導されたジオール部分の含有量は、ポリエステル樹脂の製造のために使用されたエチレングリコールの含有量に直接的に比例するわけではない。しかし、ポリエステル樹脂のジオールから誘導された全体のジオール部分に対して、ジエチレングリコールから誘導されたジオール部分が2〜5モル%になるようにエチレングリコールを全体のジカルボン酸あるいはその誘導体100モルに対して80モル〜200モル用いられてもよい。
もし、ポリエステル樹脂に導入されたジエチレングリコールから誘導されたジオール部分の含有量が前記の範囲を超えれば、十分な耐熱度を示すことができず、前記の範囲未満であれば、ヘイズが発生することがある。
前記(ii)ジオールは、イソソルビドおよびエチレングリコール以外に他のジオールとしてポリエステル樹脂の製造に通常使用される化合物を含んでもよく、例えば、炭素数8〜40あるいは8〜33の芳香族ジオール、炭素数2〜20あるいは2〜12の脂肪族ジオールあるいはこれらの混合物などを含んでもよい。
前記芳香族ジオールの具体的な例としては、ポリオキシエチレン−(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(2.2)−ポリオキシエチレン−(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン−(2.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(2.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(2.4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(3.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン−(3.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン−(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンなどのエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドが付加されたビスフェノールA誘導体(ポリオキシエチレン−(n)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(n)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、またはポリオキシプロピレン−(n)−ポリオキシエチレン−(n)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ここでnは、ポリオキシエチレン、またはポリオキシプロピレンユニット(unit)の個数(number)を示す)を例示することができ、前記脂肪族ジオールの具体的な例としては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロパンジオール(1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオールなど)、1,4−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール(1,6−ヘキサンジオールなど)、ネオペンチルグリコール(2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール)、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、1,3−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、テトラメチルシクロブタンジオールなどの線状、分岐状または環状脂肪族ジオールを例示することができる。前記(ii)ジオールには、前記イソソルビドおよびエチレングリコール以外に前記列記されたジオールが単独または2以上が配合された形態で含まれてもよく、例えば、前記イソソルビドおよびエチレングリコールに前記1,4−シクロヘキサンジメタノール、ポリオキシエチレン−(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンなどが単独または2以上配合された形態で含まれてもよい。前記(ii)ジオールにおいて、イソソルビドおよびエチレングリコール以外に、物性改善のための前記使用される他のジオールの含有量は、例えば、全体(ii)ジオールに対して、0〜50モル%あるいは0.1〜30モル%に調節されてもよい。
前記ポリエステル樹脂を製造するために、(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体に対して(ii)ジオールのモル比が1.01以上になるように(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体と(ii)ジオールを反応器に投入してもよい。また、前記(ii)ジオールは必要に応じて、重合反応前に一度に反応器に供給するか、または数回にかけて重合反応中に投入してもよい。
より具体的な一例によれば、反応初期に(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体と(ii)ジオールの最初の投入量を特定の範囲に調節して特定の分子量分布を充足するポリエステル樹脂を製造することができ、これを使用して一実施形態のポリエステル樹脂およびこれを含むポリエステル容器をより効果的に得ることができる。
一例として、(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体としてジカルボン酸を使用する場合には、前記(i)ジカルボン酸に対して、(ii)ジオールの初期混合モル比率を1:1.01〜1.05に調節することができ、前記(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体としてジカルボン酸アルキルエステルあるいはジカルボン酸無水物などの誘導体を使用する場合には、(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体に対して、(ii)ジオールの初期混合モル比率を1:2.0〜1:2.1に調節することができる。
このような初期混合モル比率は、反応器での重合反応開始時点での混合モル比率を意味し、反応途中には必要に応じて、(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体および/または(ii)ジオールを追加してもよい。
一方、前記(a)エステル化反応またはエステル交換反応では触媒が用いられてもよい。このような触媒としては、ナトリウム、マグネシウムのメチラート(methylate);Zn、Cd、Mn、Co、Ca、Ba、Tiなどの酢酸塩、ホウ酸塩、脂肪酸塩、炭酸塩、アルコキシ塩;金属Mg;Pb、Zn、Sb、Geなどの酸化物などを例示することができる。
前記(a)エステル化反応またはエステル交換反応は、バッチ(batch)式、半連続式または連続式で行われてもよく、それぞれの原料は別途に投入されてもよいが、ジオールにジカルボン酸あるいはその誘導体を混合したスラリー形態で投入することが好ましい。
前記(a)エステル化反応またはエステル交換反応開始前のスラリーまたは反応終了後の生成物に重縮合触媒、安定剤、呈色剤、結晶化剤、酸化防止剤、分岐剤(branching agent)などを添加してもよい。
しかし、前述した添加剤の投入時期がこれに限定されるのではなく、ポリエステル樹脂の製造段階中における任意の時点に投入されることもできる。前記重縮合触媒としては、通常のチタニウム、ゲルマニウム、アンチモン、アルミニウム、スズ系化合物などを1つ以上適切に選択して用いてもよい。有用なチタニウム系触媒としては、テトラエチルチタネート、アセチルトリプロピルチタネート、テトラプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、ポリブチルチタネート、2−エチルヘキシルチタネート、オクチレングリコールチタネート、ラクテートチタネート、トリエタノールアミンチタネート、アセチルアセトネートチタネート、エチルアセトアセチックエステルチタネート、イソステアリルチタネート、チタニウムジオキシド、チタニウムジオキシド/シリコンジオキシド共重合体、チタニウムジオキシド/ジルコニウムジオキシド共重合体などを例示することができる。また、有用なゲルマニウム系触媒としては、ゲルマニウムジオキシドおよびこれを用いた共重合体などがある。前記安定剤としては、通常リン酸、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェートなどのリン系化合物を用いてもよく、その添加量はリン元素量を基準に最終ポリマー(ポリエステル樹脂)の重量に対して10〜200ppmである。前記安定剤の添加量が10ppm未満であれば、安定化効果が不十分で、ポリマーの色が黄色に変わるおそれがあり、200ppmを超えれば所望の高重合度のポリマーを得ることができないおそれがある。また、ポリマーの色を向上させるために添加される呈色剤としては、コバルトアセテート、コバルトプロピオネートなどの通常の呈色剤を例示することができ、その添加量は、コバルト元素量を基準に最終ポリマー(ポリエステル樹脂)の重量に対して10〜200ppmである。必要に応じて、有機化合物呈色剤としてアントラキノン(Anthraquionone)系化合物、ペリノン(Perinone)系化合物、アゾ(Azo)系化合物、メチン(Methine)系化合物などを用いてもよく、市販の製品としては、Clarient社製のPolysynthren Blue RLSあるいはClarient社製のSolvaperm Red BBなどのトナーを用いてもよい。前記有機化合物呈色剤の添加量は、最終ポリマーの重量に対して0〜50ppmに調節されてもよい。もし、呈色剤を前記の範囲外の含有量で用いればポリエステル樹脂の黄色を十分に遮蔽することができないか、または物性を低下させることがある。
前記結晶化剤としては、結晶核剤、紫外線吸収剤、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂などを例示することができる。前記酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、ホスファート系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤あるいはこれらの混合物などを例示することができる。前記分岐剤としては、3以上の官能基を有する通常の分岐剤であって、例えば、無水トリメリット酸(trimellitic anhydride)、トリメチロールプロパン(trimethylol propane)、トリメリット酸(trimellitic acid)あるいはこれらの混合物などを例示することができる。
前記(a)エステル化反応またはエステル交換反応は、150〜300℃あるいは200〜270℃の温度および0〜10.0kgf/cm(0〜7355.6mmHg)、0〜5.0kgf/cm(0〜3677.8mmHg)あるいは0.1〜3.0kgf/cm(73.6〜2206.7mmHg)の圧力条件で行われてもよい。ここで括弧の外に記載された圧力はゲージ圧力を意味し(kgf/cm単位で記載)、括弧内に記載された圧力は絶対圧力を意味する(mmHg単位で記載)。
前記反応温度および圧力が前記の範囲を外れる場合、ポリエステル樹脂の物性が低下するおそれがある。前記反応時間(平均滞留時間)は、通常1〜24時間あるいは2〜8時間であり、反応温度、圧力、使用するジカルボン酸あるいはその誘導体に対するジオールのモル比により変わり得る。
前記エステル化またはエステル交換反応を通じて得られた生成物は、重縮合反応を通じてより高い重合度のポリエステル樹脂で製造され得る。一般に、前記重縮合反応は、150〜300℃、200〜290℃あるいは250〜290℃の温度および0.01〜400mmHg、0.05〜100mmHgあるいは0.1〜10mmHgの減圧条件で行われる。ここで圧力は、絶対圧力の範囲を意味する。前記0.01〜400mmHgの減圧条件は、重縮合反応の副産物であるグリコールなどと未反応物であるイソソルビドなどを除去するためのものである。したがって、前記減圧条件が前記の範囲を外れる場合、副産物および未反応物の除去が不十分であるおそれがある。また、前記重縮合反応温度が前記の範囲を外れる場合、ポリエステル樹脂の物性が低下するおそれがある。前記重縮合反応は、所望の固有粘度に到達するまで必要な時間、例えば、平均滞留時間1〜24時間の間に行われる。
ポリエステル樹脂中に残留するイソソルビドなどの未反応物の含有量を減少させる目的で、エステル化反応あるいはエステル交換反応末期あるいは重縮合反応初期、つまり、樹脂の粘度が十分に高くない状態で真空反応を意図的に長く維持して未反応の原料を系外に流出させることができる。樹脂の粘度が高くなると反応器内に残留している原料が系外に抜け出しにくくなる。一例として、重縮合反応前のエステル化反応あるいはエステル交換反応を通じて得られた反応生成物を約400〜1mmHgあるいは約200〜3mmHgの減圧条件で0.2〜3時間放置して、ポリエステル樹脂中に残留するイソソルビドなどの未反応物を効果的に除去することができる。この時、前記生成物の温度は、エステル化反応あるいはエステル交換反応温度と重縮合反応温度が同じであるか、あるいはその間の温度に調節することができる。
上記の真空反応の制御を通じて未反応原料を系外に流出させる工程内容を追加することにより、ポリエステル樹脂中に残留するイソソルビドなどの未反応物の含有量を減少させることができ、その結果、一実施形態の物性を充足するポリエステル樹脂をさらに効果的に得ることができる。
一方、重縮合反応後のポリマーの固有粘度は、0.45〜0.75dl/gであることが適当である。
特に、上述した(c)結晶化段階および(d)固相重合段階を採用すれば、重縮合反応後のポリマーの固有粘度を0.45〜0.75dl/g、0.45〜0.70dl/gあるいは0.50〜0.65dl/gに調節することができる。もし、重縮合反応後のポリマーの固有粘度が0.45dl/g未満であれば、固相重合反応での反応速度が顕著に低くなり、分子量分布が非常に広いポリエステル樹脂が得られ、固有粘度が0.75dl/gを超えれば、溶融重合中の溶融物の粘度が上昇することによって撹拌機と反応器の間でのせん断応力(Shear Stress)によりポリマーが変色する可能性が増加し、アセトアルデヒドなどの副反応物質も増加する。また、結晶化速度が顕著に遅くなって結晶化過程中に融着が発生し、ペレット形状も変形しやすい。
一方、上述した(c)結晶化段階および(d)固相重合段階を採用しなければ、重縮合反応後のポリマーの固有粘度を0.65〜0.75dl/gに調節することができる。もし、固有粘度が0.65dl/g未満であれば、低分子量の高分子によって結晶化速度が上昇して優れた耐熱性と透明性を有するポリエステル樹脂を提供しにくく、固有粘度が0.75dl/gを超えれば溶融重合中の溶融物の粘度が上昇することによって撹拌機と反応器の間でのせん断応力(Shear Stress)によりポリマーが変色する可能性が増加し、アセトアルデヒドなどの副反応物質も増加する。
前記(a)および(b)段階を通じて一実施形態によるポリエステル樹脂を製造することができる。そして、必要に応じて、(b)重縮合反応段階後に、(c)結晶化段階および(d)固相重合段階をさらに行い、より高い重合度を有するポリエステル樹脂を提供することができる。
具体的には、前記(c)結晶化段階では(b)重縮合反応を通じて得られたポリマーを反応器外に吐き出して粒子化する。粒子化する方法は、ストランド(Strand)型で押出後、冷却液で固化後、カッターで切断するストランドカッティング(Strand cutting)法やダイホールを冷却液に浸漬させ、冷却液中で直接押出してカッターで切断するアンダーウォーターカッティング(underwater cutting)法を用いてもよい。一般に、ストランドカッティング(Strand cutting)法では、冷却液の温度を低く維持して、ストランド(Strand)が良好に固化しなければカッティングに問題が生じる。アンダーウォーターカッティング(underwater cutting)法では、冷却液の温度をポリマーに合わせて維持して、ポリマーの形状を均一にした方がよい。しかし、結晶性ポリマーの場合、吐出中の結晶化を誘導するために故意に冷却液の温度を高く維持することもできる。
一方、粒子化されたポリマーをさらに水洗浄してもよい。水洗浄時の水の温度は、ポリマーのガラス転移温度と同一あるいは5〜20℃程度低いことが好ましく、それ以上の温度では融着が発生することがあるので、好ましくない。吐出時に結晶化を誘導したポリマーの粒子であればガラス転移温度よりも高い温度でも融着が発生しないので、結晶化の程度に応じて水の温度を設定することができる。粒子化されたポリマーの水洗浄を通じて未反応の原料中、水に溶解する原料の除去が可能である。粒子が小さいほど粒子の重量に対して表面積が広くなるため、粒子の大きさは小さいほど有利である。このような目的を達成するために、粒子は約14mg以下の平均重量を有するように製造され得る。
粒子化されたポリマーは、固相重合反応中に融着することを防止するために結晶化段階を経る。大気、不活性ガス、水蒸気、水蒸気含有不活性ガス雰囲気または溶液中で進行が可能であり、110℃〜180℃あるいは120℃〜180℃で結晶化処理を行う。温度が低ければ粒子の結晶が生成される速度が遅すぎることになり、温度が高ければ結晶が作られる速度より粒子の表面が溶融する速度が速くて粒子同士がくっつき合い、融着を発生させる。粒子が結晶化されることによって、粒子の耐熱度が上昇することになるため、結晶化をいくつかの段階に分けて、段階別に温度を上昇させて結晶化することも可能である。
固相重合反応は、窒素、二酸化炭素、アルゴンなど不活性ガス雰囲気下、または400〜0.01mmHgの減圧条件および180〜220℃の温度で平均滞留時間1時間以上、好ましくは10時間以上行うことができる。このような固相重合反応を通じて分子量がさらに上昇し、溶融反応で反応せずに残存している原料物質と反応中に生成された環状オリゴマー、アセトアルデヒドなどが除去されることができる。
前記一実施形態によるポリエステル樹脂を提供するためには、固有粘度が(b)重縮合反応段階で得られた樹脂の固有粘度より0.10〜0.40dl/g高い値に到達するまで固相重合を行うことができる。もし、固相重合反応後の樹脂の固有粘度と固相重合反応前の樹脂の固有粘度の間の差が0.10dl/g未満であれば十分な重合度向上効果を得ることができず、固相重合反応後の樹脂の固有粘度と固相重合反応前の樹脂の固有粘度の間の差が0.40dl/gを超えれば分子量分布が広くなって十分な耐熱度を示すことができなく、低分子量高分子の含有量が相対的に増加して結晶化速度が増加することで、ヘイズが発生する可能性が高くなる。
前記固相重合反応は、樹脂の固有粘度が固相重合反応前の樹脂の固有粘度より0.10〜0.40dl/g高く、0.70dl/g以上、0.70〜1.0dl/g、あるいは0.70〜0.95dl/gの値に到達するまで行うことができる。このような範囲の固有粘度に到達するまで固相重合を行えば高分子の分子量分布が狭くなって成形時の結晶化速度を低くすることができる。これにより、透明度を低下させずに、耐熱度および結晶化度を向上させることができる。もし、固相重合反応後の樹脂の固有粘度が前記範囲未満であれば、低分子量の高分子による結晶化速度の増加により優れた耐熱性および透明性を有するポリエステル樹脂を提供しにくくなる。
上述した方法により製造されたポリエステル樹脂は、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分(acid moiety)およびジオールから誘導されたジオール部分(diol moiety)が繰り返される構造を有する。本明細書で、酸部分(acid moiety)およびジオール部分(diol moiety)は、ジカルボン酸あるいはその誘導体およびジオールが重合され、これらから水素、ヒドロキシ基、またはアルコキシ基が除去され残った残基(residue)をいう。
特に、前記ポリエステル樹脂は、上述した方法により製造されてジオールから誘導された全体のジオール部分に対してイソソルビドから誘導されたジオール部分が6〜12モル%であり、ジエチレングリコールから誘導されたジオール部分が2〜5モル%であり、DSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在し、厚さ6mmの試片に製作されるとき、3%未満のヘイズを示すことができる。
前記ジエチレングリコールから誘導されたジオール部分は、2個のエチレングリコールが反応してジエチレングリコールを形成し、このようなジエチレングリコールがジカルボン酸あるいはその誘導体と反応して導入されたものであってもよい。前記ポリエステル樹脂は上述した方法で製造することで、上述した含有量範囲のジエチレングリコールから誘導されたジオール部分を含み優れた耐熱度および機械的特性を有し、厚肉にもかかわらず、高透明度を示すポリエステル容器を提供することができる。
前記ポリエステル樹脂は、数平均分子量(Mn)が約15,000〜50,000g/molあるいは18,000〜40,000g/mol程度であってもよい。前記ポリエステル樹脂は、重量平均分子量(Mw)が50,000〜150,000g/molあるいは60,000〜110,000g/mol程度であってもよい。また、前記ポリエステル樹脂の分子量分布(PDI)は、2.5〜4.0あるいは2.8〜3.85であってもよい。
もし、分子量が前記範囲未満であれば、前記ポリエステル樹脂からポリエステル容器を製造するとき、十分に延伸されなくて所望の機械的物性を確保することが難しく、分子量が前記範囲を超えれば成形加工性が低下することがある。一方、分子量分布を上述した範囲に調節すれば低分子量高分子の相対的な含有量が少ないため、結晶化速度が十分に遅くてポリエステル容器の耐熱度および透明度が向上する効果がある。
前記ポリエステル樹脂は、示差走査熱量計(DSC)を通じた1次スキャンの際に測定された融点(Tm)が約200〜250℃、約200〜240℃あるいは210〜236℃程度であってもよい。このような範囲内でポリエステル樹脂は、適切な結晶性を持って良好な耐熱性および機械的物性を示し、適切な温度で加工できるので、黄変するおそれがない。
前記ポリエステル樹脂は、ガラス転移温度(Tg)が約85℃以上、85℃〜95℃あるいは85℃〜92℃程度であってもよい。このような範囲内で高温瓶(Hot fill jar)などの用途に使用されるポリエステル容器を提供することができ、黄変現象なしに良好な諸般物性を有するポリエステル容器を提供することができる。
前記(e)段階では、前記(b)段階で製造されたポリエステル樹脂あるいは必要に応じて追加された(c)および(d)段階を経て製造されたポリエステル樹脂を成形してポリエステル容器を提供する。前記ポリエステル樹脂を成形する方法は特に限定されず、本発明が属する技術分野で知られている多様な方法を全て使用することができる。
具体的には、前記ポリエステル樹脂を使用してプリフォームを製作した後、前記プリフォームを成形してポリエステル容器を製造することができる。本発明の一実施形態によるポリエステル容器は、厚肉に製造しても非常に高い透明度を示すことができるので、肉厚が4.5mm以上、4.5mm〜30mm、4.5mm〜10mm、4.5mm〜7mm、あるいは約6mmのプリフォームから形成することができる。
上述したように、本発明の一実施形態によるポリエステル容器は、優れた耐熱性および機械的特性を有し、厚い肉厚を有しかつ高い透明度を示すことができる。これによって前記ポリエステル容器は多様な分野に活用することができ、特に耐熱性および透明性に優れて、瓶、高温瓶(Hot fill jar)または高圧容器の用途において有用になるものと期待される。
前記ポリエステル容器は、肉厚が4.5mm以上、4.5mm〜30mm、4.5mm〜10mm、4.5mm〜7mm、あるいは約6mmに非常に厚いことがある。それにもかかわらず、前記ポリエステル容器は非常に高い透明度を示すことができる。
以下、本発明の具体的な実施例を通じて発明の作用、効果をより具体的に説明する。ただし、これは本発明の例示として提示されたものであり、これによって本発明の権利範囲がいかなる意味でも限定されるのではない。
下記の物性は次のような方法により測定された。
(1)固有粘度(IV):試料をo−クロロフェノール(chlorophenol)に1.2g/dlの濃度に150℃で15分間溶解した後、ウベローデ(Ubbelohde)粘度計を用いて試料の固有粘度を測定した。具体的には、粘度計の温度を35℃に維持し、粘度計の特定内部区間の間を溶媒(solvent)が通過するのにかかる時間(efflux time)tと、溶液(solution)が通過するのにかかる時間tを求めた。以後、t値とt値を式1に代入して比粘度(specific viscosity)を算出し、算出された比粘度値を式2に代入して固有粘度を算出した。
Figure 2020524738
上記式2で、Aはハギンス(Huggins)の定数であり0.247、cは濃度値であり1.2g/dlの値をそれぞれ使用した。
(2)融点(Melting Temperature;Tm)およびガラス転移温度(glass transition temperature;Tg):実施例および比較例で製造したポリエステル樹脂のTmおよびTgをDSC(differential scanning calorimetry)を通じて測定した。測定装置としては、Mettler Toledo社製のDSC1モデルを用いた。具体的には、分析に用いるポリエステル樹脂試料を除湿乾燥機(Moretto社製、モデル名:D2T)を用いて、120℃の窒素雰囲気下で5〜10時間乾燥した。したがって、TmおよびTgは、試料内に残留する水分含有量が500ppm未満の状態で測定した。
<Tm測定>
乾燥された試料を約6〜10mg取り、アルミニウムパンに満たし、30℃で3分間温度維持後、30℃から280℃まで10℃/minの速度で加熱した後、280℃で3分間温度を維持した(1次スキャン)。そして、Mettler Toledo社で提供する関連プログラム(STAReソフトウェア)のTAメニューにあるintegration機能を通じてDSCを通じた1次スキャンでTm peak(融点)値を分析した。1次スキャンの温度範囲は、プログラムが計算するonset point−10℃からTm peak+10℃までに設定された。
<Tg測定>
Tmの測定方法と同様に、1次スキャンを行った後、試料を常温まで急速冷却させた後、再び常温から280℃まで10℃/minの速度で加熱して(2次スキャン)、DSC曲線を得た。そして、前記STAReソフトウェアのDSCメニューにあるglass transition機能を通じてDSC2次スキャンでTg peak(ガラス転移温度)値を分析した。この時、Tgは、2次スキャンの際に得られたDSC曲線が昇温過程中に最初に階段状に変化する部分で曲線の最大傾斜が現れる温度で規定され、スキャンの温度範囲は、プログラムが計算するmidpointの−20℃〜15℃から15℃〜20℃に設定された。
(3)分子量
実施例および比較例で製造したポリエステル樹脂の分子量および分子量分布は、GPC(Gel Permeation Chromatography)を通じて測定された。具体的には、3mLのo−クロロフェノール(chlorophenol)に分子量を確認するためのポリエステル樹脂0.03gを入れて、150℃で15分間溶解した後、常温で冷却した状態でクロロホルム9mLを追加して試料を準備した。そして、2つのカラム(Shodex LF804)を用いて40℃の温度で0.7mL/minの流速で前記試料に対するゲル透過クロマトグラフィーを進行した。ポリスチレンを標準物質として、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)をそれぞれ算出し、MwとMnから分子量分布(PDI=Mw/Mn)を計算した。
(4)ヘイズ(Haze)
実施例および比較例で製造したポリエステル樹脂を用いて厚さ6mmの試片を準備し、ASTM D1003−97測定法でMinolta社製のCM−3600A測定器を用いて、前記試片のHazeを測定した。
(5)1 Stage Bottleの成形:実施例および比較例で製造したポリエステル樹脂を用いて1 Stage Blow machine(NISSEI ASB)を用いて、肉厚4.5mm、高さ115mmのプリフォームを製作後、高さ130mmのBottleに成形した。以後、肉眼でヘイズ(haze)発生の有無を観察して、ヘイズが観察されない場合‘OK’と表示し、ヘイズが観察される場合は‘Haze’と表示した。
(6)2 Stage Bottleの成形:実施例および比較例で製造したポリエステル樹脂を用いて肉厚4.5mm、高さ100mmのプリフォームを製作した。以後、加熱/ブロー(blow)工程を通じて前記プリフォームを高さ210mmのBottleに成形した。2 stage bottleの成形工程で異常がなく、最終成形品の外形でヘイズが観察されない場合‘OK’と表示し、成形工程で異常があるか、または最終成形品の外形でヘイズ(haze)が観察される場合は‘NG’と表示した。
(7)収縮率
前記2 stage bottleの成形工程を通じて製造されたポリエステル容器を利用してポリエステル容器の収縮率を評価した。
25℃および50%の相対湿度下で前記ポリエステル容器に水をいっぱいに満たし、該水の重量(W)を測定した。以後、前記ポリエステル容器に85℃の水をいっぱいに満たし、10分間放置した。次に、ポリエステル容器内の高温の水を捨て、ポリエステル容器を常温に置いて冷却させた。以後、25℃および50%の相対湿度下で前記ポリエステル容器に水をいっぱいに満たし、該水の重量(W)を測定した。そして、ポリエステル容器に高温の水を入れる前後の体積(ポリエステル容器に満たした水の重量に代入)の差で収縮率を測定した。
Figure 2020524738
実施例1:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3222gのテレフタル酸(19.4mol)、1155gのエチレングリコール(18.6mol)、227gのイソソルビド(1.6mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.46g、呈色剤としてコバルトアセテート(cobalt acetate)0.7gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.04)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、260℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を260℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を280℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を150℃で1時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/時間の速度で昇温して200℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.75dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は6モル%、エチレングリコール由来の残基は91モル%、ジエチレングリコール由来の残基は3モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは236℃、Tg(2ndscan)85℃、Mn 19,000、Mw 70,000、PDI 3.68、Haze 2.4%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察されなく、2 stage bottleの成形時にも成形性および外観に問題がなかった。
実施例2:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3215gのテレフタル酸(19.4mol)、1135gのエチレングリコール(18.3mol)、240gのイソソルビド(1.6mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.46g、呈色剤としてコバルトアセテート(cobalt acetate)0.7g、分岐剤としてtrimellitic anhydrate 100ppmを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.03)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、260℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器の温度を260℃に維持した。この過程でカラムとコンデンサを経て500gの副産物が流出したことを確認した以降に、反応器に123gのエチレングリコール(2.0mol)をさらに添加した。反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を260℃に維持した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を280℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.65dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を150℃で1時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/時間の速度で昇温して200℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.95dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は6モル%、エチレングリコール由来の残基は90モル%、ジエチレングリコール由来の残基は4モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは236℃、Tg(2ndscan)85℃、Mn 28,000、Mw 95,000、PDI 3.39、Haze 1.2%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察されなく、2 stage bottleの成形時にも成形性および外観に問題がなかった。
実施例3:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3387gのテレフタル酸(20.4mol)、1176gのエチレングリコール(19.0mol)、357gのイソソルビド(2.4mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.46g、ブルートナーとしてClarient社製のPolysynthren Blue RLS 0.016g、レッドトナーとしてClarient社製のSolvaperm Red BB 0.004gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.05)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、260℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を260℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を280℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。このように得られた粒子を70℃の水で5時間保管して粒子に含まれている未反応原料を除去した。
前記粒子を140℃で3時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、195℃まで40℃/時間の速度で昇温して195℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.85dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は10モル%、エチレングリコール由来の残基は86.5モル%、ジエチレングリコール由来の残基は3.5モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは220℃、Tg(2ndscan)90℃、Mn 25,000、Mw 83,000、PDI 3.32、Haze 1%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察されなく、2 stage bottleの成形時にも成形性および外観に問題がなかった。
実施例4:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3824gのジメチルテレフタレート(19.7mol)、2237gのエチレングリコール(36.1mol)、633gのイソソルビド(4.3mol)を投入し、触媒としてMn(II)acetate tetrahydrate 1.5g、およびSb 1.8g、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.0g、呈色剤としてコバルトアセテート(cobalt acetate)1.1gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:2.05)。次に、反応器に窒素を注入したが、反応器の圧力は上げなかった(絶対圧力:760mmHg)。
そして反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、240℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を240℃に維持し、エステル交換反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル交換反応が終了すると、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を285℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を115℃で6時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、205℃まで40℃/時間の速度で昇温して205℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.95dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は6モル%、エチレングリコール由来の残基は91モル%、ジエチレングリコール由来の残基は3モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは236℃、Tg(2ndscan)85℃、Mn 27,000、Mw 103,000、PDI 3.81、Haze 1.3%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察されなく、2 stage bottleの成形時にも成形性および外観に問題がなかった。
実施例5:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3340gのテレフタル酸(20.1mol)、104gのイソフタル酸(0.63mol)、1248gのエチレングリコール(20.1mol)、242gのイソソルビド(1.7mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.56g、ブルートナーとしてClarient社製のPolysynthren Blue RLS 0.012g、レッドトナーとしてClarient社製のSolvaperm Red BB 0.004gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.05)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、255℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を255℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を280℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を140℃で3時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/時間の速度で昇温して200℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.90dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は6モル%、エチレングリコール由来の残基は90.5モル%、ジエチレングリコール由来の残基は3.5モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは236℃、Tg(2ndscan)85℃、Mn 27,000、Mw 87,000、PDI 3.22、Haze 1.2%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察されなく、2 stage bottleの成形時にも成形性および外観に問題がなかった。
実施例6:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3250gのテレフタル酸(19.6mol)、1093gのエチレングリコール(17.6mol)、400gのイソソルビド(2.7mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.56g、ブルートナーとしてClarient社製のPolysynthren Blue RLS 0.016g、レッドトナーとしてClarient社製のSolvaperm Red BB 0.004g、結晶化剤としてpolyethylene 1ppm、酸化防止剤として100ppmのIganox1076を使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.04)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より0.5kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1127.8mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、255℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を255℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から100Torr(絶対圧力:100mmHg)まで10分にかけて下げ、1時間の間該圧力状態を維持した。以後、反応器の温度を275℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.50dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を140℃で3時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、190℃まで40℃/時間の速度で昇温して190℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.70dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は12モル%、エチレングリコール由来の残基は83モル%、ジエチレングリコール由来の残基は5モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは210℃、Tg(2ndscan)90℃、Mn 22,000、Mw 68,000、PDI 3.09、Haze 0.8%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察されなく、2 stage bottleの成形時にも成形性および外観に問題がなかった。
実施例7:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3231gのテレフタル酸(19.5mol)、1098gのエチレングリコール(17.7mol)、398gのイソソルビド(2.7mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.50g、ブルートナーとしてClarient社製のPolysynthren Blue RLS 0.020g、レッドトナーとしてClarient社製のSolvaperm Red BB 0.004gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.05)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より0.5kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1127.8mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、255℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を255℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を270℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.70dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は12モル%、エチレングリコール由来の残基は86モル%、ジエチレングリコール由来の残基は2モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは210℃、Tg(2ndscan)92℃、Mn 22,000、Mw 68,000、PDI 3.09、Haze 0.8%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察されなく、2 stage bottleの成形時にも成形性および外観に問題がなかった。
比較例1:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3302gのテレフタル酸(19.9mol)、1480gのエチレングリコール(23.9mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.46g、ブルートナーとしてClarient社製のPolysynthren Blue RLS 0.012g、レッドトナーとしてClarient社製のSolvaperm Red BB 0.004gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.2)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、260℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を260℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を280℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を150℃で1時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、210℃まで40℃/時間の速度で昇温して210℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.80dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してエチレングリコール由来の残基は96.5モル%、ジエチレングリコール由来の残基は3.5モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは250℃、Tg(2ndscan)70℃、Mn 23,000、Mw 75,000、PDI 3.26、Haze 10.4%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察された。2 stage bottleの成形時には成形性および外観に問題がなかった。
比較例2:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3492gのテレフタル酸(21.0mol)、1748gのエチレングリコール(28.2mol)、184gのイソソルビド(1.3mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.46g、呈色剤としてコバルトアセテート(cobalt acetate)0.7gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.4)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、260℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を260℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を280℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.60dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を140℃で3時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、205℃まで40℃/時間の速度で昇温して205℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.75dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は3モル%、エチレングリコール由来の残基は94モル%、ジエチレングリコール由来の残基は3モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは240℃、Tg(2ndscan)82℃、Mn 20,000、Mw 72,000、PDI 3.60、Haze 5.5%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察された。2 stage bottleの成形時には成形性および外観に問題がなかった。
比較例3:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3355gのテレフタル酸(20.2mol)、1228gのエチレングリコール(19.8mol)、207gのイソソルビド(1.4mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.46g、呈色剤としてコバルトアセテート(cobalt acetate)0.7gを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.05)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、260℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を260℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を280℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.40dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を150℃で1時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/時間の速度で昇温して200℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.75dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は6モル%、エチレングリコール由来の残基は92モル%、ジエチレングリコール由来の残基は2モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは237℃、Tg(2ndscan)85℃、Mn 18,000、Mw 75,000、PDI 4.17、Haze 3.5%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼でHazeが観察された。2 stage bottleの成形時には成形性および外観に問題がなかった。
比較例4:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に2652gのテレフタル酸(16.0mol)、1278gのエチレングリコール(20.6mol)、257gのイソソルビド(1.8mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.46g、ブルートナーとしてClarient社製のPolysynthren Blue RLS 0.010g、レッドトナーとしてClarient社製のSolvaperm Red BB 0.003g、結晶化剤としてpolyethylene 1ppmを使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.4)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、260℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を260℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から5Torr(絶対圧力:5mmHg)まで30分にかけて下げ、同時に反応器の温度を270℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持しながら重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.50dl/gになるまで行った。反応器内の混合物の固有粘度が所望の水準に到達すれば、混合物を反応器の外部に吐き出してストランド(strand)化し、これを冷却液で固化後、平均重量が12〜14mg程度となるように粒子化した。
前記粒子を140℃で3時間放置して結晶化した後、20L容積の固相重合反応器に投入した。以後、前記反応器に窒素を50L/min速度で流した。この時、反応器の温度を常温から140℃まで40℃/時間の速度で上げ、140℃で3時間維持した後、200℃まで40℃/時間の速度で昇温して200℃に維持した。前記固相重合反応は、反応器内の粒子の固有粘度(IV)が0.95dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は6モル%、エチレングリコール由来の残基は88モル%、ジエチレングリコール由来の残基は6モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSC 1stscanでのTmは230℃、Tg(2ndscan)82℃、Mn 26,000、Mw 107,000、PDI 4.12、Haze 1.5%と確認された。
比較例5:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の製造
カラムと、水により冷却が可能なコンデンサが連結されている10L容積の反応器に3325gのテレフタル酸(20.0mol)、1143gのエチレングリコール(18.4mol)、1111gのイソソルビド(7.6mol)を投入し、触媒として1.0gのGeO、安定剤として燐酸(phosphoric acid)1.50g、ブルートナーとしてClarient社製のPolysynthren Blue RLS 0.021g、レッドトナーとしてClarient社製のSolvaperm Red BB 0.004g、酸化防止剤として100ppmのIganox1076を使用した(ジカルボン酸あるいはその誘導体とジオールのモル比率:1:1.3)。次に、反応器に窒素を注入して反応器の圧力が常圧より1.0kgf/cmほど高い加圧状態に作った(絶対圧力:1495.6mmHg)。
そして、反応器の温度を220℃まで90分にかけて上げ、220℃で2時間維持した後、255℃まで2時間にかけて上げた。その後、反応器内の混合物を肉眼で観察して混合物が透明になるまで反応器の温度を255℃に維持し、エステル化反応を行った。この過程でカラムとコンデンサを経て650gの副産物が流出した。エステル化反応が終了すると、加圧状態の反応器内の窒素を外部に排出して反応器の圧力を常圧に下げた後、反応器内の混合物を真空反応が可能な7L容積の反応器に移送させた。
そして、反応器の圧力を常圧状態から100Torr(絶対圧力:100mmHg)まで10分にかけて下げ、1時間の間該圧力状態を維持した。以後、反応器の温度を270℃まで1時間にかけて上げ、反応器の圧力を1Torr(絶対圧力:1mmHg)以下に維持して重縮合反応を行った。重縮合反応の初期には攪拌速度を速く設定するが、重縮合反応が行われることによって反応物の粘度上昇により攪拌力が弱くなるか、または反応物の温度が設定温度以上に上がった場合、攪拌速度を適切に調節することができる。前記重縮合反応は、反応器内の混合物(溶融物)の固有粘度(IV)が0.70dl/gになるまで行った。
このように製造されたポリエステル樹脂に含まれている全体の酸由来の残基に対してテレフタル酸由来の残基は100モル%であり、全体のジオール由来の残基に対してイソソルビド由来の残基は20モル%、エチレングリコール由来の残基は77.5モル%、ジエチレングリコール由来の残基は2.5モル%であった。
前記ポリエステル樹脂の物性を上述した方法により測定した結果、DSCを通じた1stscanで融点(Tm)は観察されず、Tg(2ndscan)95℃、Mn 25,000、Mw 68,000、PDI 2.72、Haze 0.8%と確認された。
前記ポリエステル樹脂を用いて1 stage bottleの成形時、肉眼ではHazeが観察されなかったが、2 stage bottleの成形時には成形性および外観に問題があった。
試験例:ポリエステル樹脂およびポリエステル容器の評価
実施例1〜7および比較例1〜5で製造したポリエステル樹脂の物性およびポリエステル容器の成形性と収縮率を上述した方法により評価し、その結果を表1に記載した。
Figure 2020524738
G/A:ジカルボン酸あるいはその誘導体に対するジオールのモル比(ジオールのモル数/ジカルボン酸あるいはその誘導体のモル数;実施例3の場合、ジオールの初期混合モル比と追加投入モル比とを合わせた総投入モル比を記載)
I/T:ジカルボン酸あるいはその誘導体に対するイソソルビドのモル比(イソソルビドのモル数/ジカルボン酸あるいはその誘導体のモル数)
E/T:ジカルボン酸あるいはその誘導体に対するエチレングリコールのモル比(エチレングリコールのモル数/ジカルボン酸あるいはその誘導体のモル数)
ISB残留率:ポリエステル樹脂の製造のために使用された全体イソソルビドに対するポリエステル樹脂に導入されたイソソルビドのモル比率({イソソルビドから誘導されたジオール部分のモル数/ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分のモル数}/{イソソルビドのモル数/ジカルボン酸あるいはその誘導体のモル数}*100)
溶融IVと固相IVとの差:重縮合反応終了および固相重合反応前の樹脂の固有粘度(溶融IV)と固相重合反応後の樹脂の固有粘度(固相IV)の差
ISB含有量:ポリエステル樹脂に含まれている全体のジオール由来の残基に対するイソソルビド由来の残基のモル比率
DEG含有量:ポリエステル樹脂に含まれている全体のジオール由来の残基に対するジエチレングリコール由来の残基のモル比率
上記表1を参照すれば、1 stage bottleの成形工程は成形されたプリフォームの潜熱を用いてブローイング(blowing)を行うが、比較例1のポリエステル樹脂のようにイソソルビドから誘導されたジオール部分を含まないと、ブローイングを行うのに適切な温度で分子内の結晶化によりヘイズが発生することが確認される。ヘイズの発生を防止するために成形されたプリフォームを十分に冷却すれば、後続のブローイングが不可能になる問題が発生する。
また、比較例2のポリエステル樹脂もイソソルビドから誘導されたジオール部分を非常に少なく含むので、高分子鎖の高い規則性により成形後にヘイズが発生することが確認された。
一方、実施例1、実施例2および比較例3を参照すれば、ポリエステル樹脂が同じ含有量のイソソルビドから誘導されたジオール部分を含んでも、全体のジオール部分に対するジエチレングリコールから誘導されたジオール部分の含有量が2.5モル%未満であり、分子量分布が4超過の場合ヘイズが発生することが確認された。特に、実施例1、実施例2および比較例3から、固相重合反応前の樹脂の固有粘度(溶融IV)が少なくとも0.45dl/g以上であれば、ヘイズが発生しないように適切な含有量のジエチレングリコールから誘導されたジオール部分を含み、適切な分子量分布を示すことができることが確認された。
一方、比較例4を参照すれば、ポリエステル樹脂が適切な含有量のイソソルビドから誘導されたジオール部分を含んでも多量のジエチレングリコールから誘導されたジオール部分を含む場合、耐熱度が低下することが確認された。高温瓶(hot fill jar)などの用途に要求されるTgが少なくとも85℃程度であることを考慮すれば、比較例4から製造されたポリエステル樹脂は、高温瓶などの用途に適用するのに不適合であることが分かる。
一方、実施例6、実施例7および比較例5を参照すれば、DSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在するポリエステル樹脂を提供するための単量体組成の限界を確認できた。ジオールから誘導された全体のジオール部分に対してイソソルビドから誘導されたジオール部分が20モル%である比較例5におけるポリエステル樹脂は、DSCを通じた1次スキャンの際にTm peakが観察されず、これによって分子の延伸による配向は起こらない。したがって、比較例5におけるポリエステル樹脂は、上述したプリフォームと瓶の延伸比が大きい2stageの瓶成形が不可能であることが確認された。
これによって、ジオールの初期投入/混合比率を適切な範囲に制御するなどの特定の工程条件のもとで製造され、高分子鎖内のイソソルビドから誘導されたジオール部分とジエチレングリコールから誘導されたジオール部分の含有量が特定範囲を満たすポリエステル樹脂に限って、一定水準以上のガラス転移温度を持って高い耐熱度および優れた機械的物性を示し、厚い肉厚にもかかわらず、高透明度を示すポリエステル容器が提供されることが確認された。また、固相重合反応前の樹脂の固有粘度を調節してポリエステル樹脂の分子量分布を狭く調節したポリエステル樹脂を使用した場合、適切な結晶化速度を持ってヘイズの発生なしに厚いポリエステル容器を提供できることが確認された。
前記全ての実施例のポリエステル樹脂から形成されたポリエステル容器は、厚い肉厚にもかかわらず、3%未満の非常に低いヘイズを示した。また、前記ポリエステル容器は、DSCを通じた1次スキャンの際に融点が存在し、高いガラス転移温度を持つポリエステル樹脂を用いて、1stageおよび2stageの瓶成形工程を通じて製造され得ることが確認できた。

Claims (17)

  1. テレフタル酸あるいはその誘導体を含むジカルボン酸あるいはその誘導体とイソソルビドおよびエチレングリコールを含むジオールが重合されて、ジカルボン酸あるいはその誘導体から誘導された酸部分およびジオールから誘導されたジオール部分が繰り返される構造を有するポリエステル樹脂から形成されたポリエステル容器(container)であって、
    ジオールから誘導された全体のジオール部分に対してイソソルビドから誘導されたジオール部分が6〜12モル%であり、ジエチレングリコールから誘導されたジオール部分が2〜5モル%であり、
    示差走査熱量計(DSC)を通じた1次スキャンの際に融点が存在し、
    前記ポリエステル樹脂から得られた厚さ6mmの試片に対して、ASTM D1003−97により測定されたヘイズが3%未満であるポリエステル樹脂から形成された、
    ポリエステル容器。
  2. 前記ポリエステル樹脂から得られた厚さ6mmの試片に対して、ASTM D1003−97により測定されたヘイズが1.5%以下であるポリエステル樹脂から形成された、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  3. 前記ジカルボン酸あるいはその誘導体はテレフタル酸あるいはその誘導体以外のジカルボン酸あるいはその誘導体であって、炭素数8〜14の芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体および炭素数4〜12の脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘導体からなる群から選択される1種以上を全体のジカルボン酸あるいはその誘導体に対して0〜50モル%で含む、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  4. 数平均分子量が15,000〜50,000g/molであるポリエステル樹脂から形成された、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  5. 重量平均分子量が50,000〜150,000g/molであるポリエステル樹脂から形成された、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  6. 分子量分布が2.5〜4.0であるポリエステル樹脂から形成された、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  7. 示差走査熱量計(DSC)を通じた1次スキャンの際に測定された融点が200℃〜250℃であるポリエステル樹脂から形成された、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  8. ガラス転移温度が85℃以上であるポリエステル樹脂から形成された、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  9. 瓶、高温瓶(hot fill jar)または高圧容器に使用される、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  10. 肉厚が4.5mm以上である、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  11. 肉厚が4.5mm以上であるプリフォームから形成された、
    請求項1に記載のポリエステル容器。
  12. 請求項1に記載のポリエステル容器の製造方法であって、
    (a)テレフタル酸あるいはその誘導体を含む(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体と、全体のジカルボン酸あるいはその誘導体100モルに対して6.5モル〜25モルのイソソルビドおよび80モル〜200モルのエチレングリコールを含む(ii)ジオールのエステル化反応またはエステル交換反応段階と、
    (b)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度に150℃で15分間溶解して35℃で測定した固有粘度が0.45dl/g〜0.75dl/gに到達するように前記エステル化またはエステル交換反応生成物を重縮合反応させてポリエステル樹脂を提供する段階と、
    (e)ポリエステル樹脂からポリエステル容器を成形する段階とを含む、
    ポリエステル容器の製造方法。
  13. 前記(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体はジカルボン酸であり、前記(i)ジカルボン酸:前記(ii)ジオールの初期混合モル比率は1:1.01〜1.05に調節されるか、
    前記(i)ジカルボン酸あるいはその誘導体はジカルボン酸アルキルエステルまたはジカルボン酸無水物のジカルボン酸誘導体であり、前記(i)ジカルボン酸誘導体:前記(ii)ジオールの初期混合モル比率は1:2.0〜1:2.1に調節される、
    請求項12に記載のポリエステル容器の製造方法。
  14. 前記(ii)ジオール中の一部を反応中にさらに投入する、
    請求項12または13に記載のポリエステル容器の製造方法。
  15. 前記(a)エステル化反応またはエステル交換反応開始前のスラリーまたは反応終了後の生成物に重縮合触媒、安定剤、呈色剤、結晶化剤、酸化防止剤または分岐剤を添加する、
    請求項12に記載のポリエステル容器の製造方法。
  16. 前記(b)重縮合反応前に、前記(a)エステル化反応またはエステル交換反応により得られた生成物を、400〜1mmHgの減圧条件で0.2〜3時間放置してイソソルビドを含む未反応物を除去する段階をさらに含む、
    請求項12に記載のポリエステル容器の製造方法。
  17. (b)段階後に、(c)ポリエステル樹脂を結晶化する段階;および(d)オルトクロロフェノールに1.2g/dlの濃度に150℃で15分間溶解して35℃で測定した固有粘度が(b)段階で得られた樹脂の固有粘度より0.10〜0.40dl/g高い値に到達するように結晶化されたポリマーを固相重合する段階をさらに含む、
    請求項12に記載のポリエステル容器の製造方法。
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