JP2021109886A - Polyester resin production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリエステル樹脂の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a polyester resin.
熱可塑性ポリエステル樹脂の中で代表的なエンジニアプラスチックであるポリブチレンテレフタレート樹脂は、成形加工の容易さ、機械的物性、耐熱性、耐薬品性、その他の物理的、化学的特性に優れていることから、自動車部品、電気・電子部品、精密機械部品などに広く使用されている。 Polybutylene terephthalate resin, which is a typical engineering plastic among thermoplastic polyester resins, is excellent in ease of molding, mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, and other physical and chemical properties. Therefore, it is widely used in automobile parts, electrical / electronic parts, precision machine parts, etc.
ポリブチレンテレフタレートをハードセグメントに、ポリオール類をソフトセグメントとするポリブチレンテレフタレート共重合体は、従来の天然ゴム、合成ゴムに変わる新しいエラストマーとして、射出成形や押出成形のような従来の熱可塑性プラスチックの成形法で経済的に成形でき、さらに優れたゴム弾性、耐熱性、耐薬品性など多くの特長を有するため、柔軟・弾性素材として広く使用されている。 Polybutylene terephthalate copolymer, which has polybutylene terephthalate as a hard segment and polyols as a soft segment, is a new elastomer that replaces conventional natural rubber and synthetic rubber, and is used for conventional thermoplastics such as injection molding and extrusion molding. It is widely used as a flexible and elastic material because it can be molded economically by a molding method and has many features such as excellent rubber elasticity, heat resistance, and chemical resistance.
成型品用としてポリエステル樹脂を使用する場合には、ポリエステル樹脂の色調および耐熱性が成型加工性や製品の外観、品質、性能に影響を及ぼすため、これらの性能により優れたものが要求され、またポリエステル樹脂の異物の存在は、成型品の外観を著しく損ねると同時に成型品の強度的欠陥の原因となり、経時的な劣化の原因になる。 When polyester resin is used for molded products, the color tone and heat resistance of the polyester resin affect the molding processability and the appearance, quality, and performance of the product. The presence of foreign matter in the polyester resin significantly impairs the appearance of the molded product and at the same time causes a strength defect of the molded product, which causes deterioration over time.
ポリエステル樹脂の製造において、直接重合法は、品質の安定したポリマーが得られることから有用な方法である。該製造方法では、反応触媒として有機チタン化合物を使用することは周知である。ところが有機チタン化合物は吸湿しやすく、このため、有機チタン化合物が加水分解を起こし触媒活性を著しく低下させるという問題があった。また、有機チタン化合物は触媒として調整する際、調整条件によっては不溶化して白濁する場合が有り、仕込みラインが閉塞し仕込み精度が悪くなる。また、不溶化して白濁化した異物が反応系内に供給されると、ポリマー中の異物となったり、ヘイズ(溶融ポリマーの濁りを示す指標)の上昇原因となる。そして、その結果、最終的には成形品とした時に引張破断強度の低下、フィルムとした際の表面異物の増加といった、物性低下を引き起こす。 In the production of polyester resin, the direct polymerization method is a useful method because a polymer having stable quality can be obtained. It is well known that an organic titanium compound is used as a reaction catalyst in the production method. However, the organic titanium compound easily absorbs moisture, which causes a problem that the organic titanium compound hydrolyzes and significantly reduces the catalytic activity. Further, when the organic titanium compound is adjusted as a catalyst, it may be insolubilized and become cloudy depending on the adjustment conditions, and the charging line is blocked and the charging accuracy is deteriorated. Further, when the insolubilized and clouded foreign matter is supplied into the reaction system, it becomes a foreign matter in the polymer and causes an increase in haze (an index indicating turbidity of the molten polymer). As a result, the physical properties are finally deteriorated, such as a decrease in tensile breaking strength when the molded product is formed and an increase in surface foreign substances when the film is formed.
特許文献1では、エステル化反応槽へ添加する有機チタン化合物中のジオール化合物含有量が5重量%以下とし、例えば、その少量ジオールが含有した有機チタン化合物を、エステル化反応槽付属の精留塔底部から還流されるジオール中へ連続的に添加する方法が記載されている。
In
特許文献2では、有機チタン化合物を含む触媒溶液の安定化を目的として、有機チタン化合物を1,4−ブタンジオールで調整した溶液中に、ヒンダードフェノール系化合物を加熱溶解させる方法が記載されている。
特許文献3では、色調に優れ、異物の少ないポリエステル樹脂を得るために、2−ヒドロキシメチルピリジンをジオールにて調整した触媒溶液を150℃まで加熱し有機チタン化合物を添加する方法が提案されている。
特許文献4では、長期保存安定性に優れるポリエステル樹脂製造用の触媒溶液を得るために、チタン化合物の触媒溶液のpHを3.5以下または10.5以上とすることが提案されている。
特許文献5ではジカルボン酸とジオールからなる原料スラリーを反応槽に供給する際に、反応槽に挿入するノズルの長さを反応槽の液面高さに応じて変更し、かつ供給するスラリーの線速度を特定することでスラリーの反応槽内壁への接触を防止することで異物が少ない品質に優れたポリエステルの提案がされている。
In
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、有機チタン化合物の計量やジオールとの調整時の失活対策については考慮されていないため、有機チタン化合物が不溶化する課題があった。
However, in the method described in
特許文献2に記載された方法で調整した触媒は、ヒンダードフェノール系化合物自体が加熱溶解され保存している際に、分解し異物を発生させる原因となる。また、有機チタン化合物を加熱溶解して調整する前、有機チタン化合物をバッチ式反応装置で使用する触媒混合槽へ計量する際に、粘度が高く、水との反応速度が速い有機チタン化合物が、触媒混合槽内壁に付着して、大気中の水分などと反応して徐々に不溶化して白濁した異物となる。この異物が反応系内に落下すると、工程内のフィルターの詰まりを増加させ、設備トラブルならびに品質トラブルの原因となったり、ポリマー中の異物が増加してしまう課題があった。
The catalyst prepared by the method described in
特許文献3では、第3成分として、ピリジンを添加するためそれ自体が異物となったり、ポリマーの色調が変わることがあった。また、その触媒溶液の調整の際に、粘度が高く、水との反応速度が極めて高い有機チタン化合物を計量する際に、触媒溶液の調整槽内壁に有機チタン化合物が付着し、大気中の水と徐々に反応することで有機チタン化合物が不溶化して白濁した異物が発生する課題があるが、この異物の低減方法について開示されていない。
In
特許文献4では、pHを調整するために塩酸などの強い酸を添加しているため、得られるポリマーは、色調に課題がある。また、特許文献1、2、および3と同様に、触媒溶液を調整する際に、活性の高いチタン化合物の計量時に内壁などに付着し異物化することを抑制することなどについては考慮されていないため、有機チタン化合物が不溶化する課題があった。
In
特許文献5では、スラリーの供給時に発生する異物抑制については言及されているものの、有機チタン化合物を用いた場合の計量時の異物発生や、得られたポリエステル樹脂における異物低減効果について開示されていない。
Although
生産性や反応効率、さらには品質安定を目的に用いている有機チタン化合物を含む触媒溶液を反応槽へ計量添加する際に、有機チタン化合物を含む触媒溶液が、槽内壁に付着し、大気中の水分と反応して不溶化し、白濁化する。これが繰り返し起こることによって、触媒混合槽内壁に有機チタン化合物の不溶化物が徐々に堆積、異物化しかつ有機チタン化合物の触媒効果を失活させ、生産性が著しく低下する課題があった。 When a catalyst solution containing an organic titanium compound, which is used for the purpose of productivity, reaction efficiency, and quality stability, is quantitatively added to the reaction tank, the catalyst solution containing the organic titanium compound adheres to the inner wall of the tank and is in the air. It reacts with the water content of the substance and becomes insoluble and becomes cloudy. When this occurs repeatedly, insoluble matter of the organic titanium compound is gradually deposited on the inner wall of the catalyst mixing tank and becomes a foreign substance, and the catalytic effect of the organic titanium compound is deactivated, so that there is a problem that the productivity is remarkably lowered.
本発明の目的は、有機チタン化合物を含む触媒溶液を反応槽へ計量添加する際に発生する異物を防止することはもちろん、ポリマー中の異物量の少ない上に、機械的強度や色調に優れ、成型品、フィルム、モノフィラメント、繊維等に好適に使用することができる高品位のポリエステル樹脂を提供することにある。 An object of the present invention is not only to prevent foreign substances generated when a catalyst solution containing an organic titanium compound is quantitatively added to a reaction vessel, but also to reduce the amount of foreign substances in the polymer and to have excellent mechanical strength and color tone. An object of the present invention is to provide a high-quality polyester resin that can be suitably used for molded products, films, monofilaments, fibers and the like.
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、ポリエステル樹脂を製造する際に使用する有機チタン化合物を含む触媒溶液を計量添加する場合に、有機チタン化合物が不溶化し白濁化することがなく、異物が少ないポリエステル樹脂の製造方法を見出し、本発明に到達した。 As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors insolubilize the organic titanium compound and make it cloudy when a catalytic solution containing an organic titanium compound used in producing a polyester resin is quantitatively added. We have found a method for producing a polyester resin with less foreign matter and have arrived at the present invention.
すなわち、本発明は、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールまたはそのエステル形成性誘導体とをエステル化反応またはエステル交換反応、および重縮合反応を経てポリエステル樹脂を製造するに際し、該エステル化反応、エステル交換反応、および重縮合反応から選択される少なくとも1つの反応時において、有機チタン化合物を含む触媒溶液をインターナルノズルを使用して反応槽へ添加し、該インターナルノズルは、ノズル先端部の横からの投影面において、ノズル先端部の切断面が水平で、ノズル先端部の切断面とノズルの上側面とのなす角度(ノズル先端角度)が40°〜50°であることを特徴とするポリエステル樹脂の製造方法である。 That is, in the present invention, when a polyester resin is produced by subjecting a dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof and a diol or an ester-forming derivative thereof to an esterification reaction or a transesterification reaction, and a polycondensation reaction, the esterification reaction, At least one reaction selected from the transesterification reaction and the polycondensation reaction, a catalytic solution containing an organic titanium compound was added to the reaction vessel using an internal nozzle, and the internal nozzle was attached to the tip of the nozzle. The surface projected from the side is characterized in that the cut surface of the tip of the nozzle is horizontal and the angle between the cut surface of the tip of the nozzle and the upper side surface of the nozzle (nozzle tip angle) is 40 ° to 50 °. This is a method for producing an ester resin.
本発明によれば、有機チタン化合物を含む触媒溶液を反応槽へ計量する際に、有機チタン化合物が失活や不溶化して白濁化することなく、活性の高い触媒を用いて製造することができ、異物の発生を防止し、異物量の少ない上に、機械的強度や色調に優れ、成型品、フィルム、モノフィラメント、繊維等に好適に使用することができる、生産性の高いポリエステル樹脂を提供することができる。 According to the present invention, when a catalyst solution containing an organic titanium compound is weighed into a reaction vessel, the organic titanium compound can be produced using a highly active catalyst without being deactivated or insolubilized and becoming cloudy. To provide a highly productive polyester resin that prevents the generation of foreign substances, has a small amount of foreign substances, has excellent mechanical strength and color tone, and can be suitably used for molded products, films, monofilaments, fibers, etc. be able to.
本発明は、前記課題、つまり異物の発生を防止することはもちろん、ポリマー中の異物量の少ない上に、生産性の高いポリエステル樹脂の製造法について、鋭意検討し、エステル化反応、エステル交換反応、および重縮合反応から選択される少なくとも1つの反応時において、有機チタン化合物を含む触媒溶液を反応槽へ計量する際に、計量ノズル先端を特定の角度に加工、インターナル化することで、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。 The present invention has diligently studied the above-mentioned problem, that is, a method for producing a polyester resin having a small amount of foreign matter in the polymer and high productivity, as well as preventing the generation of foreign matter, and esterification reaction and transesterification reaction. , And at least one reaction selected from the polycondensation reaction, when the catalytic solution containing the organic titanium compound is weighed into the reaction vessel, the tip of the metering nozzle is processed and internalized at a specific angle. It was clarified that the problems could be solved at once.
本発明のポリエステル樹脂は、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールまたはそのエステル形成性誘導体とをバッチ式または連続式により、エステル化反応またはエステル交換反応させ、次いで、重縮合反応によって得られた、ポリエステル樹脂である。 The polyester resin of the present invention was obtained by subjecting a dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof and a diol or an ester-forming derivative thereof by an esterification reaction or a transesterification reaction by a batch method or a continuous method, and then by a polycondensation reaction. , Polyester resin.
本発明において製造されるポリエステル樹脂は、ジカルボン酸としてテレフタル酸、ジオールとして1,4−ブタンジオールを用いたポリブチレンテレフタレート重合体であることが好ましく、他の酸成分および/または他のジオール成分を共重合成分として用いたポリブチレンテレフタレート共重合体もまた、好ましい。この場合、酸性分の例として、イソフタル酸、オルトフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ナトリウムスルホイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、デカリンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、セバシン酸、アジピン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸等があげられる。トリメリット酸などのトリカルボン酸を用いてもよい。また、ジオール成分の例としてエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の脂肪族ジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の脂環式ジオール、2,2−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン等の芳香族ジオールなどがあげられる。これらの共重合成分は、それぞれ、テレフタル酸または1,4−ブタンジオールに対して40モル%以下であることが好ましい。また、ジオールとしてポリオールを用いたポリエステルエラストマー樹脂も好ましい。 The polyester resin produced in the present invention is preferably a polybutylene terephthalate polymer using terephthalic acid as a dicarboxylic acid and 1,4-butanediol as a diol, and contains other acid components and / or other diol components. The polybutylene terephthalate copolymer used as the copolymerization component is also preferable. In this case, examples of acidic components include aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid, orthophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, diphenyldicarboxylic acid and sodium sulfoisophthalic acid, alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexanedicarboxylic acid and decalindicarboxylic acid, and Shu. Examples thereof include aliphatic dicarboxylic acids such as acids, malonic acids, succinic acids, sebacic acids, adipic acids and dodecanedioic acids. Tricarboxylic acids such as trimellitic acid may be used. Examples of diol components include aliphatic diols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, polypropylene glycol, and polytetramethylene glycol, 1,4-. Examples thereof include alicyclic diols such as cyclohexanediol and 1,4-cyclohexanedimethanol, and aromatic diols such as 2,2-bis (4'-hydroxyphenyl) propane. Each of these copolymerization components is preferably 40 mol% or less based on terephthalic acid or 1,4-butanediol. Further, a polyester elastomer resin using a polyol as a diol is also preferable.
本発明の好ましい形態としては、ジカルボン酸成分に対するジオール成分の仕込みモル比は、1.0〜1.5が好ましく、1.1〜1.3がより好ましい。 As a preferred embodiment of the present invention, the charged molar ratio of the diol component to the dicarboxylic acid component is preferably 1.0 to 1.5, more preferably 1.1 to 1.3.
本発明では、エステル化反応、エステル交換反応、および重縮合反応から選択される少なくとも1つの反応時において、必要な有機チタン化合物を含む触媒溶液を反応槽に添加する。有機チタン化合物はエステル化反応またはエステル交換反応、および重縮合反応時における触媒として作用する。 In the present invention, a catalytic solution containing the required organic titanium compound is added to the reaction vessel at the time of at least one reaction selected from the esterification reaction, the transesterification reaction, and the polycondensation reaction. The organic titanium compound acts as a catalyst during the esterification reaction, transesterification reaction, and polycondensation reaction.
本発明に用いる有機チタン化合物は、具体的には、チタン酸のメチルエステル、テトラ−n−プロピルエステル、テトライソプロピルエステル、テトラ−n−ブチルエステル、テトライソブチルエステル、テトラ−tert−ブチルエステル、テトラ−2エチルヘキシルエステル、テトラオクチルエステル、フェニルエステル、ベンジルエステル、トリルエステルあるいはこれらの混合エステルなどがある。これらの中でも安価に入手できることからチタン酸のテトラ−n−プロピルエステル(テトラ−n−プロピルチタネート)、テトライソプロピルエステル(テトラ−イソプロピルチタネート)、テトラ−n−ブチルエステル(テトラブトキシチタネート)が好ましく、チタン酸のテトラ−n−ブチルエステル(テトラブトキシチタネート)が特に好ましく用いられる。これらの有機チタン化合物は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用することができる。また、有機チタン化合物を含む触媒溶液(以下、有機チタン化合物触媒溶液と表記する場合がある。)中の有機チタン化合物量は10〜30重量%が好ましく、15〜25重量%がより好ましい。本発明では、反応性の観点から、テトラブトキシチタネートが好ましく使用される。 Specifically, the organic titanium compound used in the present invention is a methyl ester of titanium acid, a tetra-n-propyl ester, a tetraisopropyl ester, a tetra-n-butyl ester, a tetraisobutyl ester, a tetra-tert-butyl ester, or a tetra. -There are -ethylhexyl ester, tetraoctyl ester, phenyl ester, benzyl ester, trill ester or a mixed ester thereof. Among these, tetra-n-propyl ester (tetra-n-propyl titanate), tetra isopropyl ester (tetra-isopropyl titanate), and tetra-n-butyl ester (tetrabutoxy titanate) of titanoic acid are preferable because they can be obtained at low cost. Tetra-n-butyl ester of titanic acid (tetrabutoxytitanate) is particularly preferably used. Only one kind of these organic titanium compounds may be used, and two or more kinds may be used in combination. The amount of the organic titanium compound in the catalyst solution containing the organic titanium compound (hereinafter, may be referred to as the organic titanium compound catalyst solution) is preferably 10 to 30% by weight, more preferably 15 to 25% by weight. In the present invention, tetrabutoxytitanate is preferably used from the viewpoint of reactivity.
有機チタン化合物触媒溶液の溶剤としては、例えばエチレングリコール、1,4−ブタンジオールなどの有機溶剤が好ましく、これらのうち好ましいのは、1,4−ブタンジオールである。 As the solvent of the organic titanium compound catalyst solution, for example, an organic solvent such as ethylene glycol and 1,4-butanediol is preferable, and among these, 1,4-butanediol is preferable.
前記有機チタン化合物触媒溶液には、必要に応じて例えばモノブチルスズオキシド、ジブチルスズオキシドのような公知の有機スズ化合物触媒を併用することができる。 If necessary, a known organic tin compound catalyst such as monobutyltin oxide or dibutyltin oxide can be used in combination with the organic titanium compound catalyst solution.
また、本発明においては、テレフタル酸またはテレフタル酸ジメチルと、1,4−ブタンジオール等とのエステル化またはエステル交換反応および重縮合反応を行うが、これらの反応条件は特に制限されるものではなく、ポリエステル製造における公知の反応条件がそのまま採用できる。さらに、各種の添加剤、例えば艶消剤、蛍光増白剤、安定剤、紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、結晶核剤などを適宜用いることもできる。 Further, in the present invention, esterification or transesterification reaction and polycondensation reaction of terephthalic acid or dimethyl terephthalate with 1,4-butanediol or the like are carried out, but these reaction conditions are not particularly limited. , Known reaction conditions in polyester production can be adopted as they are. Further, various additives such as a matting agent, a fluorescent whitening agent, a stabilizer, an ultraviolet absorber, a flame retardant, an antistatic agent, a crystal nucleating agent and the like can be appropriately used.
本発明のポリエステル樹脂の製造方法においては、有機チタン化合物触媒溶液を反応槽に計量添加する際に、反応槽の内壁面に有機チタン化合物触媒溶液を接触させることなく、添加することが必要である。 In the method for producing a polyester resin of the present invention, when the organic titanium compound catalyst solution is quantitatively added to the reaction vessel, it is necessary to add the organic titanium compound catalyst solution without contacting the inner wall surface of the reaction vessel. ..
また、係る反応槽は、エステル化反応を行うエステル化反応槽、エステル交換反応を行うエステル交換反応槽、重縮合反応を行う重縮合反応槽のいずれであってもよい。さらに、反応槽は、有機チタン化合物を含む触媒溶液を調整するための触媒混合槽であってもよい。 Further, the reaction tank may be any of an esterification reaction tank for performing an esterification reaction, a transesterification reaction tank for performing a transesterification reaction, and a polycondensation reaction tank for performing a polycondensation reaction. Further, the reaction tank may be a catalyst mixing tank for preparing a catalyst solution containing an organic titanium compound.
以下、有機チタン化合物を含む触媒溶液を、触媒混合槽へ計量添加して、触媒混合液を作製する場合を用いて、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using a case where a catalyst solution containing an organic titanium compound is quantitatively added to a catalyst mixing tank to prepare a catalyst mixture, but the present invention is not limited thereto. do not have.
有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽内の気相部以外に計量添加する通常の方法としては、触媒混合槽の中部〜下部から液相部(触媒混合物)に直接添加する方法が知られている。これらの方法では、計量添加された有機チタン化合物が固化して、有機チタン化合物を含む触媒溶液の計量添加口付近が閉塞しやすい問題があり、十分対応することができなかった。 As a usual method of measuring and adding a catalyst solution containing an organic titanium compound to a portion other than the gas phase portion in the catalyst mixing tank, a method of directly adding to the liquid phase portion (catalyst mixture) from the middle to the lower part of the catalyst mixing tank is known. ing. In these methods, there is a problem that the measuredly added organic titanium compound is solidified and the vicinity of the measured addition port of the catalyst solution containing the organic titanium compound is easily clogged, and this cannot be sufficiently dealt with.
一方、有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽の気相部に供給する場合でも、触媒混合槽の内壁面を流下するように、壁面に接触させながら供給すると、流下する途中で有機チタン化合物を含む触媒溶液中の有機チタン化合物成分に由来するチタンが不溶化し、固形物が発生する場合がある。この固形物が触媒混合槽内の触媒混合液に混入し、その後のエステル化反応槽で十分分散・反応しないままエステル化反応槽から排出されると、移送配管のオリゴマーフィルターを閉塞させ、運転に支障を来たす可能性がある。また前記フィルターを通過した場合や配管にフィルターが設けられていない場合は、固形物が製品中に混入する恐れがある。 On the other hand, even when the catalyst solution containing the organic titanium compound is supplied to the gas phase portion of the catalyst mixing tank, if the catalyst solution is supplied while being in contact with the wall surface so as to flow down the inner wall surface of the catalyst mixing tank, the organic titanium compound is supplied during the flow down. Titanium derived from the organic titanium compound component in the catalyst solution containing the above may be insolubilized and a solid substance may be generated. When this solid matter is mixed in the catalyst mixture in the catalyst mixing tank and discharged from the esterification reaction tank without being sufficiently dispersed and reacted in the subsequent esterification reaction tank, the oligomer filter of the transfer pipe is closed and the operation is started. It may cause problems. Further, if the filter is passed through the filter or if the pipe is not provided with the filter, solid matter may be mixed into the product.
このような問題があるため、有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽内の内壁に流下させて(接触させながら)計量添加することは実用上好ましくない。 Due to such a problem, it is practically not preferable to allow the catalyst solution containing the organic titanium compound to flow down (contact) the inner wall of the catalyst mixing tank and add it by measurement.
本発明のポリエステル樹脂の製造方法において、有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽内の気相部に供給するためには、例えば該触媒混合槽の上部に有機チタン化合物を含む触媒溶液添加口を設け、そこに有機チタン化合物を含む触媒溶液の接続配管を経て有機チタン化合物を含む触媒溶液を供給する方法を用いるのが好ましい。 In the method for producing a polyester resin of the present invention, in order to supply a catalyst solution containing an organic titanium compound to a gas phase portion in a catalyst mixing tank, for example, a catalyst solution addition port containing an organic titanium compound is provided above the catalyst mixing tank. It is preferable to use a method of supplying the catalyst solution containing the organic titanium compound through a connecting pipe for the catalyst solution containing the organic titanium compound.
有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽の内壁面に接触させることなく触媒混合槽内に供給するためには、前記配管に接続した、触媒混合槽内に挿入されたインターナルノズルを用いることが好ましい。このようなインターナルノズルを経由させて有機チタン化合物を含む触媒溶液を供給することにより、有機チタン化合物を含む触媒溶液の内壁面への接触や垂れ落ちを防止することができる。 In order to supply the catalyst solution containing the organic titanium compound into the catalyst mixing tank without contacting the inner wall surface of the catalyst mixing tank, an internal nozzle connected to the pipe and inserted into the catalyst mixing tank should be used. Is preferable. By supplying the catalyst solution containing the organic titanium compound via such an internal nozzle, it is possible to prevent the catalyst solution containing the organic titanium compound from coming into contact with the inner wall surface or dripping.
有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽へ計量添加する時は、インターナルノズルを使用する。インターナルノズルは、ノズル先端部の横からの投影面において、ノズル先端部の切断面が水平である、すなわち反応槽の液面と並行になっている必要がある。さらに、ノズル先端部の横からの投影面において、ノズル先端部の切断面とノズルの上側面とのなす角度(ノズル先端角度)が40°〜50°であるインターナルノズルを使用する必要がある。ノズル先端角度が40°より小さいとノズル先端の切断面の面積が大きくなり有機チタン化合物を含む触媒溶液の噴出角度が大きくなり、触媒混合槽内壁に有機チタン化合物を含む触媒溶液が吹き付けられ、触媒混合槽内壁に有機チタン化合物が堆積し異物化する。ノズル先端角度が50°より大きくなると、繰り返し有機チタン化合物を含む触媒溶液を計量添加することでノズル先端部分に有機チタン化合物が堆積しノズル先端を詰まらせ、また堆積した有機チタン化合物が異物化するため、好ましくない。図2および図3に、本発明における有機チタン化合物を含む触媒溶液の添加に用いるノズル先端部の横からの投影図の例を表すが、これらに限定されるものではない。 When the catalyst solution containing the organic titanium compound is quantitatively added to the catalyst mixing tank, an internal nozzle is used. The internal nozzle needs to have a horizontal cut surface at the tip of the nozzle, that is, parallel to the liquid level in the reaction vessel, on the projection surface from the side of the tip of the nozzle. Further, it is necessary to use an internal nozzle in which the angle between the cut surface of the nozzle tip and the upper side surface of the nozzle (nozzle tip angle) is 40 ° to 50 ° on the projection surface from the side of the nozzle tip. .. When the nozzle tip angle is smaller than 40 °, the area of the cut surface at the nozzle tip becomes large and the ejection angle of the catalyst solution containing the organic titanium compound becomes large, and the catalyst solution containing the organic titanium compound is sprayed on the inner wall of the catalyst mixing tank to catalyze the catalyst. Organic titanium compounds are deposited on the inner wall of the mixing tank and become foreign substances. When the nozzle tip angle becomes larger than 50 °, the organic titanium compound is accumulated on the nozzle tip by measuring and adding the catalyst solution containing the organic titanium compound repeatedly, and the nozzle tip is clogged, and the deposited organic titanium compound becomes a foreign substance. Therefore, it is not preferable. 2 and 3 show examples of projection views from the side of the nozzle tip used for adding the catalyst solution containing the organic titanium compound in the present invention, but the present invention is not limited thereto.
このような形状のインターナルノズルを用いることにより、有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽の内壁面に接触させることなく、気相部から触媒混合液に添加することを容易に行うことができるので、好ましい。 By using the internal nozzle having such a shape, it is possible to easily add the catalyst solution containing the organic titanium compound to the catalyst mixture solution from the gas phase portion without contacting the inner wall surface of the catalyst mixture tank. It is preferable because it can be done.
なお、本発明のポリエステルの製造方法において、有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽に計量添加する際の線速度(計量添加する有機チタン化合物を含む触媒溶液の体積流量/有機チタン化合物を含む触媒溶液の計量添加ラインの触媒混合槽側の末端開口部断面積 より求めた値)は、通常0.01m/秒以上であり、好ましくは0.03m/秒、より好ましくは0.05m/秒以上である。その上限は通常0.09m/秒以下、好ましくは0.07m/秒以下である。 In the method for producing polyester of the present invention, the linear velocity at the time of metering and adding the catalyst solution containing the organic titanium compound to the catalyst mixing tank (volumetric flow rate of the catalyst solution containing the organic titanium compound to be metered / including the organic titanium compound). The value obtained from the cross-sectional area of the terminal opening on the catalyst mixing tank side of the metered addition line of the catalyst solution) is usually 0.01 m / sec or more, preferably 0.03 m / sec, more preferably 0.05 m / sec. That is all. The upper limit is usually 0.09 m / sec or less, preferably 0.07 m / sec or less.
また、本発明において、有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽へ計量する際は、窒素で触媒混合槽をパージすることが好ましい。パージしない場合は、高活性の有機チタン化合物が大気中の水分と反応し、不溶化するため好ましくない。 Further, in the present invention, when measuring the catalyst solution containing the organic titanium compound into the catalyst mixing tank, it is preferable to purge the catalyst mixing tank with nitrogen. If not purged, the highly active organic titanium compound reacts with moisture in the atmosphere and becomes insolubilized, which is not preferable.
有機チタン化合物を含む触媒溶液は、前述のとおり、触媒混合槽において1、4−ブタンジオールで希釈して触媒混合液としてエステル化反応槽へ添加してもよい。触媒混合槽において使用する1、4−ブタンジオールのpHは、6.5〜7.5であることが好ましい。pHが、6.5〜7.5の場合は、有機チタン化合物の水分との加水分解が抑制されるので、好ましい。1、4−ブタンジオールのpHは、メカニズムは明確でないが、製法の差により微量触媒の含有差によって変わると推測している。また、このようなpHを有するジオールは、ポリエステル樹脂の原料としても好ましく用いることができる。 As described above, the catalyst solution containing the organic titanium compound may be diluted with 1,4-butanediol in the catalyst mixing tank and added to the esterification reaction tank as a catalyst mixture. The pH of 1,4-butanediol used in the catalyst mixing tank is preferably 6.5-7.5. When the pH is 6.5 to 7.5, hydrolysis of the organic titanium compound with water is suppressed, which is preferable. Although the mechanism of the pH of 1,4-butanediol is not clear, it is estimated that the pH changes depending on the content of the trace catalyst due to the difference in the production method. Further, the diol having such a pH can be preferably used as a raw material for the polyester resin.
本発明のポリエステル樹脂の基本的な製造方法は特に制限は無いが、エステル化反応槽は、完全混合槽型エステル化反応槽であることが好ましい。エステル化反応は、反応温度が180℃〜250℃、より好ましくは200℃〜240℃で、圧力は好ましくは760mmHg以下、より好ましくは100〜700mmHgの減圧下で行うことがよい。 The basic method for producing the polyester resin of the present invention is not particularly limited, but the esterification reaction tank is preferably a complete mixing tank type esterification reaction tank. The esterification reaction is preferably carried out under reduced pressure at a reaction temperature of 180 ° C. to 250 ° C., more preferably 200 ° C. to 240 ° C., and a pressure of preferably 760 mmHg or less, more preferably 100 to 700 mmHg.
さらに、結晶性特性の優れるポリエステル樹脂を得るためには、反応温度を200℃〜240℃、圧力を100mmHg〜700mmHgに設定しエステル化反応を行うことが好ましい。また、全エステル化反応後のポリエステルオリゴマーの反応率は97%以上であることが好ましく、99%以上であることがさらに好ましい。エステル化反応で製造したポリエステルオリゴマーは、次に重縮合反応させるが、その方法は特に限定されるものではなく、通常のポリエステル樹脂の製造に用いられる重合条件をそのまま採用することができる。例えば反応温度としては230℃〜260℃が好ましく、240℃〜250℃がさらに好ましい。 Further, in order to obtain a polyester resin having excellent crystallinity, it is preferable to carry out the esterification reaction by setting the reaction temperature to 200 ° C. to 240 ° C. and the pressure to 100 mmHg to 700 mmHg. The reaction rate of the polyester oligomer after the total esterification reaction is preferably 97% or more, more preferably 99% or more. The polyester oligomer produced by the esterification reaction is then subjected to a polycondensation reaction, but the method is not particularly limited, and the polymerization conditions used in the production of a normal polyester resin can be adopted as they are. For example, the reaction temperature is preferably 230 ° C. to 260 ° C., more preferably 240 ° C. to 250 ° C.
以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって制限されるものではない。また、実施例1〜6、比較例1〜3の有機チタン化合物を含む触媒溶液の計量添加方法によるポリエステル樹脂の製造方法をそれぞれ最大50回(50バッチ)行い、以下の通り評価した。なお、実施例1〜6、および比較例1〜3の結果については、まとめて表1に示す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. Further, the method for producing the polyester resin by the method of measuring and adding the catalyst solution containing the organic titanium compound of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 was carried out up to 50 times (50 batches), and evaluated as follows. The results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 are collectively shown in Table 1.
(1)計量ノズルの有無:
有機チタン化合物を含む触媒溶液を触媒混合槽へ計量添加する際の、計量ノズルの有無を示す。
(1) Presence or absence of measuring nozzle:
The presence or absence of a measuring nozzle when the catalyst solution containing the organic titanium compound is measured and added to the catalyst mixing tank is shown.
(2)計量ノズルの先端角度:
上記(1)計量ノズルの先端部分角度を図2で示す。
(2) Tip angle of measuring nozzle:
The angle of the tip of the (1) measuring nozzle is shown in FIG.
(3)計量ノズルの詰まり傾向バッチ数(バッチ):
試験1バッチ目の有機チタン化合物を触媒混合槽への投入時間を基準に、その所要時間が3倍を超過した時点のバッチ数を測定した。
(3) Clogged tendency of measuring nozzles Number of batches (batch):
The number of batches at the time when the required time exceeded 3 times was measured based on the charging time of the organic titanium compound in the first batch of the test into the catalyst mixing tank.
(4)計量ノズルの詰まり発生バッチ数(バッチ):
有機チタン化合物を含む触媒溶液を計量添加するノズルが閉塞し、計量添加することができなくなった時点のバッチ数を測定した。
(4) Number of batches in which the measuring nozzle is clogged (batch):
The number of batches at the time when the nozzle for measuring and adding the catalyst solution containing the organic titanium compound was blocked and it became impossible to measure and add was measured.
(5)フィルター交換頻度:
試験1バッチ目のエステル化反応槽から重縮合反応槽への移液時間を基準に、その所要時間が基準時間から5分を超過するとフィルターの詰まりと判断しフィルターの交換を実施した。このフィルター交換を実施した時点のバッチ数を測定した。
(5) Filter replacement frequency:
Based on the liquid transfer time from the esterification reaction tank to the polycondensation reaction tank in the first batch of the test, if the required time exceeded 5 minutes from the reference time, it was judged that the filter was clogged and the filter was replaced. The number of batches at the time of performing this filter replacement was measured.
(6)異物含有量:
ペレット化した全ポリマーに中から100g抜き取りを行い、チップ中に含有された夾雑物の大きさが1mm2以上のものをカウントした。
(6) Foreign matter content:
100 g of all the pelletized polymers was extracted from the inside, and those having a size of impurities contained in the chips of 1 mm 2 or more were counted.
[実施例1]
図1に装置の概略を示す。撹拌機2を備えた触媒混合槽3に100℃で加温されたpH7.2の1,4−ブタンジオール250質量部を仕込み、触媒混合槽3内を30rpmで撹拌しながら、有機チタン化合物計量ノズル1から有機チタン化合物を含む触媒溶液4.7重量部を、触媒混合槽を窒素パージしながら0.05m/秒の線速度で計量添加し、エステル化反応に用いる触媒混合液を得た。この場合の有機チタン化合物計量ノズル先端部の角度7は45°であった。
[Example 1]
FIG. 1 shows an outline of the device. 250 parts by mass of 1,4-butanediol having a pH of 7.2 heated at 100 ° C. was charged into the
次に、撹拌機6を備えたエステル化反応槽5に、テレフタル酸1561重量部に対しpH7.2の1,4−ブタンジオールを789重量部となる割合で仕込み、上記の触媒混合槽で混合させた触媒混合液を仕込みライン4からエステル化反応槽5へ全量仕込み、撹拌させながら190℃から240℃の範囲に徐々に制御させながら昇温させ、生成する水を留出し、エステル化反応物を得た。
Next, 1,4-butanediol having a pH of 7.2 was charged in an
次いで、撹拌機2を備えた触媒混合槽3に100℃で加温されたpH7.2の1,4−ブタンジオール55質量部を仕込み、触媒混合槽3内を30rpmで撹拌しながら、有機チタン化合物計量ノズル1から有機チタン化合物を含む触媒溶液5.2重量部を、触媒混合槽を窒素パージしながら0.05m/秒の線速度で計量添加し、重縮合反応に用いる触媒混合液を得た。
Next, 55 parts by mass of 1,4-butanediol having a pH of 7.2 heated at 100 ° C. was charged into the
次にエステル化反応物に、重縮合反応に用いる触媒混合液を触媒混合槽3から仕込みライン4を経由し添加し、5分間エステル化反応物と撹拌混合し、エステル化反応液を得た。
Next, the catalyst mixture used for the polycondensation reaction was added to the esterification reaction product from the
なお、有機チタン化合物計量ノズル1から触媒混合槽に添加される、有機チタン化合物を含む触媒溶液中の有機チタン化合物量は20重量%である。
The amount of the organic titanium compound in the catalyst solution containing the organic titanium compound added to the catalyst mixing tank from the organic titanium
次にエステル化反応槽9から40μmのフィルターが設置された移液ラインによって連結された撹拌機を備えた重縮合反応槽に、前記エステル化反応液をフィルターが設置された移液ライン経由で移液した。 Next, the esterification reaction solution is transferred from the esterification reaction tank 9 to a polycondensation reaction tank equipped with a stirrer connected by a liquid transfer line equipped with a filter of 40 μm via the liquid transfer line in which the filter is installed. Liquid.
次に重縮合反応槽のエステル化反応液を250℃減圧下(1mmHg以下)で、規定の撹拌トルクに到達したところで重縮合反応を終了させた。250℃減圧下(1mmHg以下)で、規定の撹拌トルクに到達するまでの時間を重縮合反応時間とする。その後、重縮合反応槽を0.30MPaに窒素で加圧後、口金(図示略)を経由してポリマーをストランド状に吐出し、冷却水にて固化させながらカッター(図示略)にてペレット化した。 Next, the esterification reaction solution in the polycondensation reaction tank was subjected to a reduced pressure of 250 ° C. (1 mmHg or less), and the polycondensation reaction was terminated when the specified stirring torque was reached. The time required to reach the specified stirring torque under reduced pressure at 250 ° C. (1 mmHg or less) is defined as the polycondensation reaction time. Then, after pressurizing the polycondensation reaction tank to 0.30 MPa with nitrogen, the polymer is discharged in a strand shape via a mouthpiece (not shown) and pelletized with a cutter (not shown) while being solidified with cooling water. did.
上記の方法を繰り返し、ポリエステル樹脂の重合を行ったところ、有機チタン化合物ノズルの詰まり傾向は発生せず、50バッチの連続運転は可能であった。エステル化反応物の移液ラインに設置されたフィルターは40バッチで交換した。 When the polyester resin was polymerized by repeating the above method, the organic titanium compound nozzle did not tend to be clogged, and continuous operation of 50 batches was possible. The filters installed in the esterification reaction transfer line were replaced in 40 batches.
[実施例2]
実施例1において、触媒混合槽に計量する有機チタン化合物のノズル先端の角度を50°とした以外は実施例1と同様に行った。その結果、フィルター交換は37バッチであり、十分に長時間運転することができた。
[Example 2]
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the angle of the nozzle tip of the organic titanium compound to be weighed in the catalyst mixing tank was set to 50 °. As a result, the filter was replaced in 37 batches, and it was possible to operate for a sufficiently long time.
[実施例3,4]
実施例1において、触媒混合槽に計量する有機チタン化合物触媒溶液中の有機チタン化合物量を変更した以外は実施例1と同様に行った。その結果、フィルター交換なく十分に長時間運転することができた。
[Examples 3 and 4]
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the amount of the organic titanium compound in the organic titanium compound catalyst solution to be weighed in the catalyst mixing tank was changed. As a result, it was possible to operate for a sufficiently long time without replacing the filter.
[実施例5]
実施例1において、使用する1,4−ブタンジオールのpHを6.5とした以外は実施例1と同様に行った。その結果、フィルター交換は40バッチであった。重縮合反応時間は長くなったが使用できる範囲であった。
[Example 5]
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the pH of the 1,4-butanediol used was 6.5. As a result, the filter replacement was 40 batches. The polycondensation reaction time was long, but it was within the usable range.
[実施例6]
実施例1において、重縮合反応槽へ共重合成分のポリテトラメチレングリコール(PTMG)170重量部を添加した以外は実施例1と同様に行った。その結果、フィルター交換は40バッチであり、十分に長時間運転することができた。
[Example 6]
In Example 1, 170 parts by weight of the copolymerization component polytetramethylene glycol (PTMG) was added to the polycondensation reaction tank, and the same procedure as in Example 1 was carried out. As a result, the filter was replaced in 40 batches, and it was possible to operate for a sufficiently long time.
[比較例1]
実施例1において、触媒混合槽に計量する有機チタン化合物のノズルを取り除いた以外は実施例1と同様に行った。その結果、フィルター交換は5バッチと短くなり重縮合反応時間も長くなり、異物含有量も多くなった。有機チタン化合物を計量するノズルがなければ、本発明の効果が得られないことがわかる。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the nozzle of the organic titanium compound to be weighed in the catalyst mixing tank was removed. As a result, the filter replacement was shortened to 5 batches, the polycondensation reaction time was lengthened, and the foreign matter content was increased. It can be seen that the effect of the present invention cannot be obtained without a nozzle for measuring the organic titanium compound.
[比較例2、3]
実施例1において、触媒混合槽に計量する有機チタン化合物のノズル先端の角度を変更した以外は実施例1と同様に行った。その結果、フィルター交換は10バッチと短く、重縮合反応時間も長く、異物含有量も多くなった。有機チタン化合物を計量するノズル先端角度が45°〜50°の範囲外となると、本発明の効果が得られないことがわかる。
[Comparative Examples 2 and 3]
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the angle of the nozzle tip of the organic titanium compound to be weighed in the catalyst mixing tank was changed. As a result, the filter replacement was as short as 10 batches, the polycondensation reaction time was long, and the foreign matter content was high. It can be seen that the effect of the present invention cannot be obtained when the nozzle tip angle for measuring the organic titanium compound is out of the range of 45 ° to 50 °.
1 有機チタン化合物触媒溶液計量添加ノズル(インターナルノズル)
2 撹拌機
3 触媒混合槽
4 仕込みライン
5 エステル化反応槽
6 撹拌機
7 ノズル先端角度あ
1 Organic titanium compound catalytic solution metering addition nozzle (internal nozzle)
2
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