JP2921887B2 - ポリエステルの処理方法 - Google Patents

ポリエステルの処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はポリエステルの処理方法に関するものであ
り、さらに詳しくは、繊維またはフィルム状のポリエス
テル成形中に含まれる低分子量成分を減少させたポリエ
ステルを製造するための処理方法に関するものである。
[従来の技術] ポリエチレンテレフタレートに代表されるポリエステ
ルは、優れた機械的性質、熱的性質、電気的性質により
産業用途に広く使用され、需要量も拡大している。
近年、ポリエステルに要求される特性の一つに、ポリ
エステル中における低分子量体の含有量の少ないことが
ある。通常、工業的に得られるポリエステルまたはポリ
エステル成形品の中には、その製法上、環状三量体を主
成分とする低分子量体が含まれている。例えば、このよ
うな低分子量体を含むポリエステルフィルムを冷凍機用
の密閉型モーターの電気絶縁に使用すると、モーター中
の冷凍機油やフレオンによりポリエステル中の低分子量
体が抽出され、その低分子量体が冷凍機の各所に析出す
るのでモーターの停止などの故障の原因となる。また、
低分子量体は成形工程で昇華、析出等を起こし、成形に
おいて種々の問題が生じたり、染色工程での染色槽への
付着、染色液への溶解、混入による二次加工上の問題
や、磁気テープ分野においてはいわゆるドロップアウト
(電圧降下現象)などの製品の大きな欠陥の原因とな
る。これらの問題を防ぐためには、フィルム中の低分子
量体の含有量が0.7wt%以下、好ましくは0.6wt%以下で
あることが望ましい。従来、低分子量体の含有量の少な
いポリエステルの製造法に関する技術としては、例えば
特公昭43−23348号公報、特公昭44−2120号公報などに
ある各種液体溶媒によりフィルム中から低分子量成分を
抽出除去する方法、ポリエステルをその融点以下で減圧
下、または不活性気体流通下で加熱する固相重合法(特
公昭48−10462号公報、特公昭51−48505号公報、特公昭
62−49294号公報、特公昭62−49295号公報)がある。
ポリエステル中の低分子量体の含有量を少なくする方
法として、各種液体溶媒によりフィルム中から低分子量
成分を抽出除去する方法があるが、その抽出速度は遅
く、抽出時間は一般に12時間以上を要するだけでなく、
乾燥工程を必要とするために、工程が繁雑となり、効
率、作業性は著しく低下する。一方、固相重合法は低分
子量体の量を低減するのに長時間を必要とするだけでな
く、溶融成形前に行う方法であるために、再溶融後、再
び平衡化反応によって低分子量体が生成してしまうとい
う欠点を持っている。さらにポリエステルを融点以下、
減圧下で加熱する固相重合法は、ポリエステルの重合度
の上昇が大きいために成形品の原料としては好適ではな
いという欠点を持っている。そしてポリエステルを融点
以下、不活性気体流通下で加熱する固相重合法は、不活
性気体中の低分子量体、副生成物を分離除去しなければ
ならない欠点を有する。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、かかる問題点を改善し、容易に、し
かも短時間で低分子量体の含有量の少ない繊維またはフ
ィルム状のポリエステル成形品を提供することに関する
ものである。
[課題を解決するための手段] 前記した本発明の目的は、繊維またはフィルム状のポ
リエステル成形品を超臨界流体に接触させることを特徴
とするポリエステルの処理方法によって達成できる。
本発明のポリエステルとは、ジカルボン酸とジオール
の重縮合により得られるエステル結合を有する高分子化
合物であり、繊維、フィルム、その他の成形品に成形し
うるものであれば特に限定されない。代表的なジカルボ
ン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル
酸、ナフタレンジカルボン酸、およびその誘導体など、
またジオールとしては、エチレングリコール、ブチレン
グリコール、ポリエチレングリコール、ジエチレングリ
コール、ネオペンチルグリコール、およびその誘導体な
ど挙げられる。繊維、フィルム、その他の成形品の成形
に好ましいポリエステルとしては、ジカルボン酸成分が
芳香族ジカルボン酸であるポリエステル、例えばポリエ
チレンテレフタレート、ポリスチレン−p−オキシベン
ゾエート、ポリエチレン−1,2−ビス(2−クロロフェ
ノキシ)エタン−4,4′−ジカルボキシレート、ポリエ
チレン−1,2−ビス(フェノキシ)エタン−4,4′−ジカ
ルボキシレート、ポリエチレン−2,6−ナフタリンジカ
ルボキシレートなどが挙げられ、中でもポリエチレンテ
レフタレートが好ましい。
本発明で処理されるポリエステルは、超臨界流体処理
後の成形性、製品の安定性などから、固有粘度(O−ク
ロロフェノール中、25℃で測定)として、0.5以上のも
のが好ましい。また、ポリエステル中に含有する金属化
合物とリン化合物のモル比(M/P)が、0.1以上3.0以
下、好ましくは0.7以上2.0以下であるポリエステルの方
が、超臨界流体処理による低分子量体の除去効果が著し
い。
本発明のポリエステルは、ホモポリエステルだけでな
く、コポリエステル、さらには他のものとブレンドした
ものであってもよい。もちろん、これらのポリエステル
中に公知の添加剤、例えば無機微粒子、着色防止剤、充
填剤、顔料、ワックスなどのものが添加されていてもよ
い。
この発明のポリエステル成形品を処理する際に使用す
る超臨界流体とは、圧縮しても凝縮を起こさない、臨界
温度以上かつ臨界圧力以上の状態にある流体を意味す
る。臨界温度、臨界圧力とは、圧力−体積線図において
低温から高温まで等温線を引いた際に、しだいに等温線
の水平部分として現れる気液が共存する2相領域が減少
し、ついには消失する時の温度、圧力のことである。つ
まり、臨界温度を等温線とする圧力−体積曲線は臨界点
で変曲する特徴を持ち、その時の温度、圧力を臨界温
度、臨界圧力という。例えば、二酸化炭素の場合その臨
界温度、臨界圧力は、それぞれ約31.3℃、約72.9気圧で
ある。
この発明で使用される超臨界流体は、一酸化炭素、二
酸化炭素、アンモニア、窒素、水、メタノール、エタノ
ール、エタン、プロパン、2,3−ジメチルブタン、ベン
ゼン、クロロトリフロロメタン、ジエチルエーテルなど
特に限定はされないが、窒素、二酸化炭素、エタンは臨
界温度が低いので好ましい。さらに、二酸化炭素は臨界
温度が低く、低分子量体を抽出除去する効果が大きく、
扱いも簡単であるために特に好ましい。本発明の処理法
では、単成分の超臨界流体だけでなく、2種以上の多成
分系の超臨界流体でも使用できる。
もちろんこれらの超臨界流体に、超臨界流体以外のガ
スを同伴させてもよく、例えば、抽出助剤として低分子
量体の溶解度の高いクロロホルム、ジオキサン、キシレ
ン等の溶媒を添加すると低分子量体の抽出効果は増大す
るのでさらに好ましい。
本発明の処理法は、上記の超臨界流体に繊維またはフ
ィルム状のポリエステル成形品を接触させることを特徴
としている。本発明の処理装置、処理方法に特に限定は
ないが、例えば、処理装置は、ポリエステル成形品を処
理するための耐圧容器、超臨界流体を供給するポンプ、
抽出物を含んだガスを抽出物と溶媒に分離する減圧バル
ブを設けた分離槽を持つ装置が好ましい。処理されるポ
リエステルは、繊維、フィルム状のポリエステル成形品
であり、例えばポリエステルフィルムを処理する場合、
処理方法としては、ロール状に巻き取ったフィルムを耐
圧容器に仕込み、加圧ポンプでその中に超臨界流体を供
給し、同時に低分子量体を含んだ超臨界流体を排出させ
る方法がある。さらに、この低分子量体を含んだ超臨界
流体は減圧して、低分子量体を除去したのち再利用して
もよい。
処理温度、処理圧力は、使用される溶媒の臨界温度以
上かつ臨界圧力以上であれば、特に限定されない。処理
されるポリエステル成形品を融点以下、好ましくは成形
品に変形を起こさない温度で処理することが好ましい。
好まくは、処理温度がポリエステルのガラス転移温度
(Tg:DSC、ポリエステルを一旦メルトし、その後急冷
し、常温となった後に20℃/分の昇温速度で測定)より
40℃低い温度以上の温度、さらに好ましくはTgより35℃
低い温度以上の温度であるほうが抽出効果が大きい。
超臨界流体の抽出速度を考えた場合、処理圧力は、30
0気圧以上、好ましくは400気圧以上が望ましい。
ポリエステル中の低分子量体を低減するには、処理時
間が長いほど好ましいが、作業性を考えた場合短時間で
ある方がよく、例えば、70℃、450気圧、二酸化炭素処
理では、3〜5時間の処理時間で低分子量体の含有量を
0.6wt%以下に低減できるので好ましい。
このように超臨界流体は、ポリエステル成形品をその
流体に接触させることにより、3〜5時間の処理時間で
ポリエステル成形品中の低分子量成分を0.7wt%以下に
低減する作用を持っている。さらに、プロセスが単純で
ある、超臨界流体と抽出物の分離が容易である、直ちに
超臨界流体によって抽出物が系外に排出されるので抽出
速度の低下、抽出物のポリエステルへの析出等の問題が
ないなどの利点がある。
[実施例] 以下本発明を実施例と比較例の対比によりさらに詳細
に説明する。なお、実施例中の物性は次のようにして測
定した。
(1)固有粘度 25℃でオルトクロロフェノール中、0.1g/cc濃度で測
定した値である。
(2)低分子量体の重量% ポリエチレンテレフタレート100mgをオルトクロロフ
ェノール1mlに溶解し、液体クロマトグラフィー(モデ
ル8500 Varian(製))で環状三量体の量を測定し、ポ
リマに対する割合を求めて決定した。なお、環状三量体
はポリエチレンテレフタレート中に含有される低分子量
体の主成分である。
実施例1 ジメチルテレフタレートとエチレングリコールの混合
物に、酢酸カルシウム、三酸化アンチモンを添加して、
常法により加熱昇温してエステル交換反応を行った。次
いで、該エステル交換反応生成物に、リン酸、平均粒径
1μmの炭酸カルシウムを0.1%添加した後、重合反応
槽に移行し、加圧昇温しながら反応系を除去に減圧して
1.0mmHgの減圧下、290℃で常法により重合を行い、固有
粘度0.61のポリエチレンテレフタレートを得た。そし
て、該重合反応生成物を3mm×4.3mm×4.9mm角の大きさ
のチップに切断し、乾燥後、285℃で溶融させ、Tダイ
口金から吐出させ、静電荷を印加させながら25℃に保た
れたキャスティングドラムで成形した。次に、このキャ
ストフィルムを95℃に加熱された縦延伸ロール上で4.5
倍に延伸したのち、テンター内で90℃で4.2倍に延伸
し、続いて190℃で3秒間幅方向に5%リラックスさせ
ながら熱処理後、さらに130℃で5秒間定長熱処理を行
った。このようにして得られた密度1.400g/cm3、低分子
量体含有量1.10wt%、ガラス転移温度(Tg:DSC、ポリエ
ステルを一旦メルトし、その後急冷し、常温となった後
に20℃/分の昇温速度で測定)78℃、厚さ9μmのフィ
ルムを中間スプールとして一旦ロール状に巻取りテスト
サンプルとした。このロール状サンプルを内径φ60mm×
深さ380mm、容量1100ccの耐圧容器の中にいれ、この容
器内に超臨界流体として二酸化炭素を70℃、450気圧、
5時間の処理条件で流通させた。該フィルムの低分子量
体の含有量は0.51wt%であった。
実施例2 処理時間を3.0時間とした以外は、実施例1と同様な
方法でポリエステルフィルムを処理したところ、該フィ
ルムの低分子量体の含有量は0.60wt%であった。
実施例3 処理温度を65℃とした以外は、実施例1と同様な方法
でポリエステルフィルムを処理したところ、該フィルム
の低分子量体の含有量は0.45wt%であった。
実施例4 処理温度をTg(78℃)−35℃よりも低い温度である40
℃とし、処理圧力を300気圧とした以外は、実施例1と
同様な方法でポリエステルフィルムを処理したところ、
該フィルムの低分子量体の含有量は0.70wt%であった。
実施例5 処理温度をTg(78℃)−35℃よりも低い温度である40
℃とし、処理圧力を450気圧とした以外は、実施例1と
同様な方法でポリエステルフィルムを処理したところ、
該フィルムの低分子量体の含有量は0.68wt%であった。
実施例6 処理温度をTg(78℃)−35℃よりも高い温度である65
℃とし、処理圧力を300気圧とした以外は、実施例1と
同様な方法でポリエステルフィルムを処理したところ、
該フィルムの低分子量体の含有量は0.59wt%であった。
比較例1 処理圧力を二酸化炭素の臨界圧力以下である50気圧と
した以外は実施例1と同様な方法でポリエステルフィル
ムを処理したところ、該フィルムの低分子量体の含有量
は1.10wt%であった。
比較例2 実施例1と同法で重合したポリエステルを、2.7mm×
4.3mm×4.8mm角の大きさのチップに切断し、回転形真空
重合装置で真空度1mmHg、加熱温度225℃で5時間処理し
た後、実施例1と同法で製膜し、厚さ9μmのフィルム
を得たところ、低分子量体の含有量は0.90wt%であっ
た。
比較例3 実施例1と同法で重合したポリエステルを、2.7mm×
4.3mm×4.8mm角の大きさのチップに切断し、回転形真空
重合装置で真空度1mmHg、加熱温度225℃で10時間処理し
た後、実施例1と同法で製膜し、厚さ9μmのフィルム
を得たところ、低分子量体の含有量は0.80wt%であっ
た。
実施例1〜3、6によって短時間で低分子量体の含有
量を大幅に低減することが可能である。実施例4、5
は、処理温度がTg(78℃)−30℃よりも低いことから、
低分子量体の除去効果がやや小さく、さらに低分子量体
の含有量を低減させるには長時間を要する。一方、比較
例1では、二酸化炭素が長臨界状態でないために低分子
量体の除去は行われなかった。比較例2、3で従来の固
相重合処理を行ったが、10時間経っても低分子量体の含
有量を低減することはできなかった。
[発明の効果] 本発明は、繊維またはフィルム状のポリエステル成形
品を超臨界流体に接触させるので、次のような優れた効
果を奏するものである。
(1)低分子量体の含有量が少なく、低分子量体が析出
しないポリエステル成形品を得ることができる。
(2)短時間でしかも容易に低分子量体の含有量を大幅
に低下することができる。
(3)また、結晶化を促進させる効果により熱寸法安定
性に優れたフィルムを得ることができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−105819(JP,A) 特開 平1−245805(JP,A) 特開 昭62−152505(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】繊維またはフィルム状のポリエステル成形
    品を超臨界流体に接触させることを特徴とするポリエス
    テルの処理方法。
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