JP2790917B2 - 高分子量ポリエステル樹脂の製法 - Google Patents
高分子量ポリエステル樹脂の製法Info
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Description
に関する。
ポリエステルを固体状改質反応(SSR)に付すことによ
る本発明法によって高分子量ポリエステルを得ることが
できる。
は有用な特性、例えば、高い機械的特性、耐溶剤性およ
び透明性等を有する。
術が利用されている。この中でも特に、吹込成形の場合
には、予備成形段階中のプレフォームの気泡破壊または
破断を回避するためには、溶融状態のポリエステル樹脂
が十分に高い粘度(10,000ポイズまたはそれ以上の粘
度)を有していることが必要である。
の溶融重縮合法によって製造することは困難である。
ドのものは、次の2段階によって製造される:(1)テ
レフタル酸とエチレングリコールを溶融重縮合(MPC)
させることによって、少なくとも0.57〜0.6dl/gの固有
粘度を有するポリマーを調製し、(2)次いで、予め結
晶化処理に付した該ポリマーを固体状態での重縮合反応
(SSPC)に付すことによって、所望の固有粘度(0.75〜
0.9dl/g)を有するポリマーを得る。
反応速度の非常に速い固体状態での重付加反応による改
質法(SSPA)が開示されている。しかしながら、該特許
明細書には、実施例に使用されている固有粘度が0.57dl
/gよりも低い比較的低粘度の樹脂に対して該改質法が有
効に適用できるということは開示されていない。
りも低い比較的低い固有粘度を有する出発原料樹脂から
高分子量ポリエステル樹脂を製造することが可能となれ
ば、顕著な利点が得られる。例えば、製造プラントの生
産能力は著しく増大する。溶融状態での重縮合反応の速
度は揮発性副生成物(エチレングリコール)の除去速度
に依存することが知られている。この除去速度は溶融粘
度によって左右され、該粘度が高くなればなるほど、副
生成物の除去は困難となる。
が可能となれば、固有粘度が著しく低減した溶融物を用
いる操作が可能となり、重縮合反応時間が短縮される。
しかしながら、MPC段階においてポリマーの固有粘度を
低減させるには制限がある。固有粘度を低減させると、
オリゴマーの含有量が増加する。改質工程においては、
環状化合物が生成し、該化合物はグラニュールの流動性
を低下させ、生産ラインの停止をもたらす。このような
現象は、プラントの規則的な操業に悪影響を及ぼす。非
常に苛酷な条件下では、プラントの停止を余儀なくさせ
られる。これは、プラントの規則的な操業を妨げる焼結
物ブロックの形成に起因する。このため、MPC工程にお
いて生成するポリエステル樹脂の固有粘度は少なくとも
0.57〜0.6dl/gとなる。
解決し、0.57dl/gよりも低い固有粘度を有する樹脂を出
発原料として、0.7dl/gよりも高い固有粘度を有するポ
リエステル樹脂を調製できることが判明した。本発明に
よるポリエステル樹脂の製造法は次の工程(a)〜
(d)を含む: (a)アルカンジオールを芳香族ジカルボン酸、好まし
くはテレフタル酸、またはジアルキルテレフタレートと
溶融重縮合させることによって、0.57dl/gを越えない固
有粘度を有するポリエステル樹脂を調製し、 (b)0.57dl/gよりも低い固有粘度を有するポリエステ
ル樹脂を、ポリエステル樹脂の末端のOH基とCOOH基と付
加反応し得る基を少なくとも2個有する分子量増量剤
(重付加添加剤)と溶融混合し、 (c)溶融混合物を固体状粒子に変換させた後、該粒子
を結晶化処理に付し、次いで、 (d)固体状粒子を150℃以上の温度まで加熱すること
によって、ポリマーの粘度を所望の値まで増加させる。
子数2〜10のアルカンジオール、例えば、エチレングリ
コールまたは1,4−ブチレングリコール等を芳香族ジカ
ルボン酸またはそれらの反応性誘導体、好ましくはテレ
フタル酸およびアルキレンテレフタレートから成る群か
ら選択される化合物と重縮合させることによって得られ
る生成物である。
から誘導される構成単位のほかに、他のジカルボン酸、
例えば、ナフタレンジカルボン酸、フタル酸またはイソ
フタル酸等から誘導される構成単位が、酸構成単位全体
の20モル%の割合で存在していてもよい。
タル酸から誘導される構成単位を20モル%まで含有する
コポリエチレンテレフタレート(COPET)は好ましい樹
脂である。
おり、周知である。このような文献としては、米国特許
第3,047,539号および同第2,465,319号各明細書並びに
「エンサイクロペディア・オブ・ポリマー・サイエンス
・アンド・エンジニアリング(Encyclopedia of Polyme
r Science and Engineering)、第2版、第12巻、第132
頁〜第135頁および第217頁〜第225頁(1988年)」が挙
げられる。これらの文献の記載事項も本明細書の一部を
成すものである。
ルとジカルボン酸またはその反応性誘導体との溶融重縮
合反応から成る。
は次の2種類である。第一の方法は、ジオールとジアル
キルテレフタレートとのエステル交換反応によってジオ
ール−ジエステルおよび低分子量オリゴマーを形成さ
せ、次いで、これらを溶融重縮合させる方法であり、第
二の方法は、テレフタル酸と選択されるジオールとの直
接的なエステル化法である。後者の方が現在では最もよ
く利用されているが、その理由は、十分な純度のテレフ
タル酸を製造する方法が最近開発されたからである。テ
レフタル酸とグリコールとの直接的なエステル化は、酢
酸マンガンや第三アミン等の触媒を用いておこなうのが
好ましい。
ルマニウムを触媒とし、減圧下において、約270℃〜290
℃の温度でおこなう。工程(a)で調製されるポリエス
テルは0.57dl/gよりも低い固有粘度、好ましくは0.40〜
0.55dl/gの固有粘度を有する。混合工程(b)はいずれ
かの混合装置を用いておこなってもよい。
用するのが好ましい。何故ならば、該押出機は、ポリマ
ーの崩壊をもたらす過度の剪断応力を発生させないから
である。
ance time)は一般に180秒以内である。均質な混合をお
こなうためには、15〜25秒の抵抗時間で充分である。
合を制御するためには、抵抗時間は180秒を越えないよ
うにする。一般に静的ミキサーは、流動物の再分割と最
初の順序とは異なる順序でのその後の再結合をおこなう
のに好適なように配設された固定障害物を具有する管状
体から構成される。
有粘度に対して、部分的な固有粘度増加が望ましい場合
には、減圧はポリマーの改質速度の点で有利である。前
述のように、添加剤を均質におこなうだけでなく、ポリ
マーの固有粘度を増加させるような条件下で混合工程を
おこなうことができる。
終的な粘度の70〜80%は越えない。最終的な粘度までの
粘度増加は、ポリマーが影響を受ける種々の反応をより
良く制御することができる固体状態での改質工程(d)
でおこなう。
階での温度よりも著しく低いので、溶融状態で発生する
崩壊反応やその他の望ましくない反応は抑制されるか、
または低減する。
たは非減圧下でおこなってもよい。
エステル樹脂の末端のOH基/COOH基と付加反応し得る基
を少なくとも2個有する化合物である。
よって、溶融状態での混合処理が終了した後でもなお反
応性を有するポリマーが得られ、該反応性ポリマーは、
その後の固体状態での処理において改質反応および/ま
たは枝分かれ反応をし得る。
る低分子量ポリエステルが存在し、混合温度が高い条
件)においてはこの種の添加剤の反応性が高いことを考
慮するならば、このような結果は予想外のことである。
し、固有粘度が0.474dl/gのコポリエチレンテレフタレ
ートはOH基を130当量/トン保有する。
これは該ポリマーが相当量のオリゴマーを含有するから
である。
の固体状態での処理工程において、約185℃以下の温度
においておこなわれる改質反応の原因をもたらす(改質
反応および可能な枝分かれ反応はより高い温度でおこな
われる)。
の最終的な用途に適した「注文通りの」ポリマーを調製
することが可能となる。有用な重付加添加剤はテトラカ
ルボン酸、好ましくは芳香族酸の二無水物、イソシアネ
ートおよびポリイソシアネート等である。
その他の有用な二無水物としては次の化合物が例示され
る:4,4−オキシジフタル酸無水物、3,4,3′,4′−ジフ
ェニレンテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シ
クロブタンテトラカルボン酸二無水物、およびビシクロ
[2,2,2]7−オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二
無水物。
ン−4,4′−ジイソシアネートが例示される。
2重量%以下、好ましくは0.05〜1重量%、より好まし
くは0.1〜0.5重量%である。添加剤は常套法に従って樹
脂に添加される。樹脂は工程(c)において、常套の装
置を用いて粒状化される。
あって、融点よりも低い温度でおこなう。標準的な温度
は130℃〜150℃であり、抵抗時間は20〜60分間である。
凝集現象と粘着を回避するために必要である。
程(b)で用いられる添加剤がポリエステル樹脂の末端
基で付加反応するので、反応速度は好適であり、また、
抵抗時間は、重縮合改質過程において必要な時間に関し
て短くなる。
ポリエステル樹脂の末端基と付加反応することによっ
て、一次改質反応が優先的におこなわれるので、ガス状
流動化剤として乾燥空気を使用することがてきる。処理
温度を重縮合反応が起こる約185℃以上にする場合に
は、不活性ガス、好ましくは窒素ガスを用いるのが好適
である。
重縮合改質法においては使用できなかった低融点ポリエ
ステル樹脂、例えばイソフタル酸構成単位を酸構成単位
全体に対して5〜20%含有し、20℃以下の比較的低い融
点を有するコポリエチレンテレフタレート(COPET)等
を使用することも可能である。
ポリエステルと重付加添加剤との混合工程を間断なく連
続的におこなってもよい。
ントからの粒状物を供給することもできる。性状や特性
の異なるポリエステル樹脂を工程(b)において使用す
ることによって、供給ポリマーに応じた特性を有する組
成物が得られる。工程(b)で得られ溶融物は既知タイ
プのグラニュレーターを用いる連続的な粒状化処理に付
される。結晶化工程と改質工程は、ポリエステル粒状物
を、加熱ガス、例えば、空気または不活性ガス(N2ガス
およびCO2ガス等)の流れに逆らって、結晶化セクショ
ンと改質セクションに供給することによって連続的にお
こなうのが好ましい。ガスの再循環は、特に、ヨーロッ
パ特許出願第86830340.5号明細書に記載の方法によって
おこなわれる。ポリエステル樹脂には常套の添加剤、例
えば、安定化剤、酸化防止剤、可塑剤、滑剤、色素、顔
料、および難燃剤等を適宜配合してもよい。
れの加工法にも適したものであるが、特に押出吹込成形
および射出吹込成形に適している。
の最終的な特性は、所望の用途に応じて調製することが
できる。
て、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
溶融PET(固有粘度:0.408dl/g)を、PETの溶融重縮合用
パイロットプラントから、換気能を有する逆回転式で非
かみ合わせ型の二軸押出機へ30kg/hの割合で連続的に供
給した。
メリット酸二無水物を20重量%混合した混合物も該二軸
押出機へ300g/hの割合で連続的に供給した。実験条件は
以下の通りである。
% スクリュー速度:450RPM スクリュー比 長さ/直径(LID):24 バレル温度:282℃ 溶融ポリマーの温度:260℃〜295℃ 平均抵抗時間:18〜25秒間 減圧度:15〜17torr 溶融ポリマーをストランドペレタイザー(strand pel
letizer)を用いてペレット化した。
し、その性状は次の通りである。
記載のガス再循環法によって、結晶化と改質のプラント
へ供給した。結晶化温度は130℃〜140℃で、抵抗時間は
0.5時間であった。
質処理は乾燥空気流中でおこなった。
プラントは、実験を停止するまでの十分に長い期間(5
日間)にわたって、休停止に起因する中断や困難を伴う
ことなく稼動させることができた。
デヒドの含有量は0.3ppmであり、該ポリマーから延伸吹
込成形によってボトルを調製した。
の実験をおこなった。
デヒド含有量は18.5ppmであった。また、改質後の固有
粘度は0.79±0.018dl/gで、アセトアルデヒド含有量は
0.5ppmであった。改質プラントは、実験を停止するまで
の4日間にわたって中断することなく、連続的に稼動さ
せることができた。
トを二軸押出機へ供給する以外は実施例1の場合と同様
の実験をおこなった: イソフタル酸からの構成単位:15重量% 融点(DSC):215℃ 固有粘度:0.52dl/g 末端カルボキシル基の含有量:7.2当量/トン 以下の表−1には、種々の工程後の固有粘度および最
終生成物中のアセトアルデヒド含有量と溶融物中のピロ
メリット酸二無水物の濃度および改質温度との関連性に
関するデータを示す。いずれの実験の場合も改質処理操
作時間は12時間とし、改質プラントは、5日間にわたっ
て、中断することなく連続的に稼動させることができ
た。
とテトラクロロエタンを60:40(重量比)の割合で含む
混合溶媒100ml中にポリエステルチップを0.5g溶解させ
た溶液を用いて決定した。
従い、パーキング・エレマー社(Perking Elmer)の870
0型クロマトグラフを用いて測定した。
Claims (14)
- 【請求項1】次の工程(1)、(2)および(3)を含
む、0.57dl/gよりも低い固有粘度を有するポリエステル
樹脂を出発原料とする高分子量ポリエステル樹脂の製造
法: (1)0.57dl/gよりも低い固有粘度を有するポリエステ
ル樹脂および該樹脂の末端のOH基またはCOOH基と付加反
応し得る基を少なくとも2個有する重付加添加剤を溶融
状態で混合し、 (2)溶融混合物を固体状粒子に変換させた後、該固体
状粒子を、ポリエステル樹脂のTgよりも高く、融点より
も低い温度で結晶化させ、 (3)結晶化粒子を150℃よりも高く、樹脂の融点より
も低い温度において加熱することによって、固有粘度を
所望の値まで増大させる。 - 【請求項2】出発ポリエステル樹脂の固有粘度が0.4〜
0.55dl/gである請求項1記載の方法。 - 【請求項3】溶融状態での混合を、温度250℃〜310℃お
よび抵抗時間180秒以内の条件でおこなう請求項1また
は2記載の方法。 - 【請求項4】固体状態での加熱処理を150℃〜210℃でお
こなう請求項1から3いずれかに記載の方法。 - 【請求項5】固有粘度を、固体状態での加熱工程(3)
で得られる最終的な固有粘度値の70〜80%まで増大させ
る請求項1から4いずれかに記載の方法。 - 【請求項6】溶融状態での混合を、逆回転式で非かみ合
い型の二軸押出機を用いておこなう請求項1から5いず
れかに記載の方法。 - 【請求項7】重付加添加剤がテトラカルボン酸二無水物
から選択される化合物である請求項1から6いずれかに
記載の方法。 - 【請求項8】二無水物がピロメリット酸二無水物である
請求項7記載の方法。 - 【請求項9】二無水物の使用量が1重量%までである請
求項7または8記載の方法。 - 【請求項10】ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフ
タレート、およびイソフタル酸から誘導される構成単位
を20重量%まで含有するコポリエチレンテレフタレート
から成る群から選択される樹脂である請求項1から9い
ずれかに記載の方法。 - 【請求項11】供給工程(a)を、溶融重縮合プラント
からポリエステル樹脂を用いて連続的におこなう請求項
1から10いずれかに記載の方法。 - 【請求項12】0.57dl/gよりも低い固有粘度を有するポ
リエステル樹脂、および該ポリエステル樹脂の末端のOH
/COOH基と付加反応し得る基を少なくとも2個有する重
付加添加剤を溶融状態で混合することによって得られ
る、0.57dl/gまたはそれよりも高い固有粘度を有する反
応性ポリエステル樹脂。 - 【請求項13】0.57dl/gよりも低い固有粘度を有する対
応するポリマーをピロメリット酸二無水物と混合するこ
とによって得られる請求項12記載のポリエチレンテレフ
タレートまたはイソフタル酸から誘導される構成単位を
20モル%まで含有するコポリエチレンテレフタレート。 - 【請求項14】請求項1から11いずれかに記載の方法に
よって得られるポリエステル樹脂の射出吹込成形または
押出吹込成形によって製造される成形品。
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