JP2971792B2 - ポリエステル樹脂の結晶化法 - Google Patents

ポリエステル樹脂の結晶化法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリエステル樹脂
の連続的結晶化のための改良方法およびその方法で使用
される装置に関する。
【0002】
【従来の技術】芳香族ポリエステル樹脂、特にポリエチ
レンテレフタレート(PET)、少量のイソフタル酸を
含むテレフタル酸のコポリマーおよびポリブチレンテレ
フタレートの3つは、ファイバーおよびフィルム両方の
領域においてまたは成形材料として広く適用されてい
る。
【0003】ファイバーおよびフィルムにおける樹脂の
極限粘度数は一般に0.6〜0.75dl/gである
が、成形材料においては、樹脂の重縮合法により直接や
っと得られるより高い値が必要である。極限粘度数は、
一般に200〜230℃での樹脂の固相重縮合(SS
P)法により所望の値(一般に0.75dl/gを越え
る)まで増加する。
【0004】SSP法で用いられる出発樹脂はアモルフ
ァス状態である;それゆえに、SSP法に供する前、十
分な結晶化度をとることが必要である。
【0005】一般に垂直可動ベッドにより形成される重
縮合反応器では、上部から供給されるポリマーは、重縮
合反応の揮発性残留生成物(ポリエチレンテレフタレー
トの場合エチレングリコールおよびアセトアルデヒド)
を除去する不活性ガス流により通過されるが、ポリマー
チップがこの反応器をふさぐのを回避するために結晶化
が必要である。
【0006】アモルファスPETのチップは70〜80
℃で軟化する傾向がある。チップ同士が凝集し装置の中
で外層や蓋を形成するのを回避するため、用いられてい
るある方法においては、チップ同士が長時間接触しすぎ
て不可逆に結晶化し、破砕抵抗性の粒子や凝集体の形成
が増加するのを回避するために、チップが連続的運動の
もとで維持されている。
【0007】このタイプの方法は断続的に行われる。最
も普及した連続的方法では、特に、チップが強制的に運
動を受ける機械的ミキサーを用いる。温度は一般に18
0〜220℃である。その後の重縮合工程は結晶化中に
採用される温度より高い温度で行われるか(米国特許第
4,161,578号)、またはその処理は220〜26
0℃の比較的高温で行われ、そして一般には重縮合工程
は結晶化温度より低温で行われる(米国特許第4,06
4,112号)。
【0008】機械的ミキサーの欠点は、ポリマーがミキ
サーおよび/またはその壁に粘着する傾向があることで
ある。機械的インサートを必要としない流動ベッドには
機械的ミキサーついての問題はない。
【0009】回転流動ベッドの使用には、ベッド由来の
粒子の滞留時間が広い範囲に分布するためにポリマー結
晶化度が広く分布するという欠点がある。SSP法を効
果的にするためには、ポリマー結晶化度を可能な限り均
一にする必要がある。
【0010】均一な結晶化度は、回転流動ベッドとピス
トン運動で作動する流動ベッドを組み合わせて得られ
る。ベッドのピストン運動は非常に狭い分布の滞留時間
を実現させ、回転流動ベッドの使用に由来する結晶化度
の広い分布を未然に防ぐ。このタイプの結晶化法は米国
特許第5,119,570号に開示されている。
【0011】しかしながら、この方法で得られる材料の
凝集率は高く(40%を越える)、SSP段階に材料を
送る前に、予備脱凝集工程が必要となる。回転ベッドか
らの出口で得られる結晶化度は相対的に低すぎる;ポリ
マーの約3〜4%はアモルファス状態である。ピストン
ベッドの出口での最終結晶化度は均一であるが、高い値
に達しない(結晶化度約33%)。その方法管理は、ベ
ッドでのピストン運動を維持する困難さ、およびベッド
が連続法において中断したり混合条件を変化させたりす
る容易さのため問題がある。
【0012】
【発明が解決する課題】本発明は上記事情に鑑みなされ
たものであり、結晶化度が高く、均一で、しかも凝集体
およびアモルファスポリマーのないポリエステル樹脂を
得るための方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、流動回転ベッ
ドにアモルファス粒状ポリマーを供給する工程を含み、
ベッドに入る流動化不活性ガスの温度が195℃以上お
よび195〜230℃であり、ポリマーのベッド中での
平均滞留時間が5分間を越える、流動ベッド晶析装置を
使用するポリエステル樹脂の結晶化連続法に関する。
【0014】本発明者らは、回転流動ベッド(混合特性
を有する)において、驚くことにその出口で均一なポリ
マー結晶化度を達成するポリエステル樹脂の結晶化が可
能であることを見いだした。
【0015】さらに、本発明の別の面では、回転流動ベ
ッドから出てくる材料は事実上凝集しておらず、高結晶
化度を達成していることを見いだした。
【0016】流動ベッドから出てくる材料の結晶化度が
高い(38〜42%)おかげで、流動ベッドで採用され
る温度より高い温度や、例えば、SSP段階で採用され
る温度に等しい温度で作動する機械的ミキサーを問題な
く使用することができる。
【0017】本発明の回転流動ベッドにおける結晶化法
は、ベッドを流動化させるために用いられる不活性ガス
が195℃以上の温度および195〜235℃でベッド
に供給され、ベッドを通過する粒子の平均滞留時間は5
分間を越え、一般に5〜50分間であることに特徴付け
られる。滞留時間として50分間を越える時間を採用し
てもよいが、採用してもポリマー特性のそれ以上の改良
がもたらされない。
【0018】温度としては好ましくは210〜230
℃、より好ましくは210〜225℃であり、滞留時間
としては好ましくは7〜15分間である。ガスの直線速
度(linear speed)は流動化に最低必要とされる以上で
あり、一般には3〜5m/秒である。流動ベッドは異な
る体積の2つのコンパートメントに分割されていること
が好ましく、それらはベッドの上部で連結され、底から
流動化ガスが分かれて供給される。
【0019】アモルファスポリマーは大きい方のセクシ
ョンの上部から供給され、ガス流により、回転ベッドの
条件も維持されている第2のコンパートメントに運搬さ
れる。このコンパートメントに供給されるガスは、その
コンパートメントの上側に設置されている出口を通って
ベッドから微小ポリマー粒子を放出させる。ポリマーは
底から解放される。図1は上述のベッドを示す。
【0020】本発明の流動ベッド晶析装置から出てくる
PETの結晶化度は38〜42重量%の間であり、最大
値および最小値の平均値に対する差は、一般に1パーセ
ント単位より小さい。アモルファスポリマーは存在せ
ず、すでに示されているようにポリマーは凝集していな
い。
【0021】その後ポリマーは、その後の結晶化工程に
より40〜50重量%に相当する所望の結晶化度に導か
れる。それは、ポリマーが縦に運動させられ、同時に強
い放射状混合を受ける機械的ミキサー内で都合よく行わ
れる。その工程は流動ベッドから出てくるチップ温度よ
り約10〜30℃高いチップ温度で行われる。滞留時間
は一般に20〜70分間である。
【0022】このミキサーから出てくるチップは別の機
械的ミキサーに供給される。そこでは、チップは後のS
SP反応器で採用される温度条件に相当する温度制御を
受ける。この第2のミキサーの滞留時間は一般に20〜
70分間である。図2は、逆転運動する2つのブレード
シャフトを有する(上面図)ミキサーを示す。これらの
ミキサーでは、不活性ガス、好ましくは窒素、がまた用
いられ、それはポリマーに対して向流で循環している。
【0023】第2の晶析装置の目的は、示差走査熱量法
により測定可能なプレ−溶融ピークの最も高い温度のシ
フトを通じて定量できる結晶構成が適切なポリマーを得
ることである。このピークが高いほど結晶構成はよく、
また後のSSP法の効果もよくなる。
【0024】流動ベッド由来のポリマーの結晶化の完結
は、強制的に運動させる晶析装置を用いる他にも、他の
装備、例えば、一連の2つの標準回転流動ベッドまたは
機械的ミキサーと連結した回転流動ベッドを用いても達
成することができる。
【0025】SSP法は、結晶化最終段階から出てくる
チップを上部から反応器に供給し、底から出す垂直固定
ベッド反応器で行われる。重縮合反応器における温度は
一般に最終結晶化工程で採用される温度に相当する。そ
れより高くても低くてもよいが、一般に210〜240
℃である。滞留時間は数時間であり、一般には5〜15
時間である。極限粘度数増加の速度については、好まし
くはポリエステルのOHおよびCOOH末端基と縮合ま
たは付加反応できる2またはそれ以上の基を含む多官能
価化合物を、結晶化工程前に溶融状態のポリマーへ添加
すれば、かなり増加させることができる。
【0026】そのような化合物の例としては、ピロメリ
ット酸無水物、および一般に芳香族または脂肪族テトラ
カルボン酸の二無水物が挙げられる。これらの化合物は
一般にポリマーの0.1〜2重量%含有されて用いられ
る。好ましい化合物はピロメリット酸無水物である。こ
れらの化合物の使用は欧州B−422282号および米
国A−5,243,020号、米国−A−5,334,66
9号および米国−A−5,338,808号に記述されて
おり、これらは参考文献として本明細書に含まれる。
【0027】本発明の結晶化法で用いられるポリエステ
ル樹脂には、C2−C20ジオール、例えば、エチレング
リコール、ブチレングリコール、1,4シクロヘキサン
ジメタノールと、芳香族バイカルボン酸、例えば、テレ
フタル酸、2,6−ナフタレンバイカルボン酸またはそ
れらの反応誘導体、例えば、ジメチルテレフタレート等
の低級アルキルエステルとの重縮合生成物が含まれる。
好ましい樹脂はポリエチレンテレフタレートである。テ
レフタルユニットに加えて、他のバイカルボン酸、例え
ば、イソフタル酸およびナフタレンジカルボン酸等から
誘導されるユニットも、約0.5〜20重量%の量で存
在できる。
【0028】結晶化工程に供されるポリエステル樹脂は
粒状形態、特にチップ形態である。流動化に用いられる
不活性ガスは窒素が好ましい。流動ベッドから出てくる
このガスは重縮合工程由来のガスとともに精製ユニット
に送られる。そこでは、ガスはPtまたはPtおよびP
d混合物を含む酸化触媒存在下で一般に250〜600
℃の温度にて酸化に供され、好ましくは浄化されるガス
中に存在する不純物に関して理論量の酸素が用いられ
る。このタイプの精製法はPCT/EP93/0311
7出願で記述されており、その内容は参考文献として本
明細書に含まれる。
【0029】酸化反応器から出てくるガスは水素ととも
に水素化工程に任意に供され、過剰量の酸素を除去し、
一部は予備乾燥なしに流動ベッドに再循環され、残りは
乾燥工程に送られ、その後一部は流動ベッドに、一部は
重縮合段階に再循環される。
【0030】本発明を以下の実施例でさらに説明する
が、実施例は本発明を制限するものではない。
【0031】
【実施例】実施例1 アモルファスポリエステルポリマーを8330Kg/h
で図1に示される特性を有する回転流動ベッドに供給
し、予備結晶化させた(工程1)。アモルファスポリエ
ステルは2×2.5×2.5mm寸法のチップ形状であ
り、イソフタル酸由来のユニットを2.3%含む極限粘
度数0.60dl/gのコポリエチレンテレフタレート
である。流動ベッドにおける平均滞留時間は10分間で
ある。この工程では流動化ガスとしてN2を、ベッドに
おける平均速度3.2m/sで用いた。ベッド入口にお
けるガス温度は220℃であり、電気ヒーターにより一
定に維持した。
【0032】ベッドから出てくるポリマーを、図2に示
される特性を有する2つの機械的ミキサー(それぞれ工
程2および3)に供給した。それぞれの工程における滞
留時間は22分間であった。チップ温度は工程2では2
11℃、工程3では208℃であった。
【0033】それぞれの工程の出口において得られた結
果を表1に示す;第1工程の出口において、凝集体また
は不変のアモルファス初期特性を有するチップはないこ
とがわかった。結晶化度分布を測定し、最小値36.3
%および最大値38.1%からなる平均値37.3%を
得た。工程2)および3)の出口における結晶化度平均
値はそれぞれ41.3%および44.3%であることが
わかった。
【0034】同じポリマーを用い、工程条件を変えて、
テストを繰り返した(テスト2および3)。
【0035】表1からわかるように、工程1の出口で凝
集体およびアモルファス材料がないための必要条件なら
びに平均値周辺の結晶化度百分率の分布は不変のままで
あった。
【0036】実施例2 実施例1と異なる温度分布を採用して、実施例1のテス
トを繰り返した。採用した条件に関するデータおよび結
晶化度分布の分散性を表2に示す。
【0037】この場合も、工程1)の出口においてサン
プルを採取したが、アモルファスポリマーおよび凝集体
はなかった。
【0038】固相重縮合法(SSP反応器)に関するデ
ータを表2に示す。SSP反応器の出口におけるポリマ
ー極限粘度数は0.8dlであった。
【0039】
【表1】
【0040】
【表2】
【0041】結晶化度百分率はデンシトメトリックカラ
ム(densitometric column)で決定した。極限粘度数
は、ポリエステルパレット0.5gのフェノールおよび
テトラクロロエタン重量比60/40の200ml溶液
で25℃にてASTM−4603−86により決定し
た。
【0042】
【発明の効果】本発明により、結晶化度が高く、均一
で、凝集体およびアモルファスポリマーのないポリエス
テル樹脂を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明で用いられる流動ベッド晶析装置の概
略構成図を示す。
【図2】 本発明で用いられる機械的ミキサーの上面か
ら見た概略構成図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダリオ・ジョルダノ イタリア、イ−15057トルトナ(アレッ サンドリア)、コルソ・ドン・オリオネ 87番 (56)参考文献 特開 昭54−149792(JP,A) 米国特許3544525(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 63/00 - 63/91

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流動回転ベッドにアモルファス粒状ポリ
    マーを供給する工程を含み、ベッドに入る流動化不活性
    ガスの温度が195〜230℃であり、ポリマーのベッ
    ド中での平均滞留時間が5分間を越える、流動ベッド晶
    析装置を使用するポリエステル樹脂の結晶化連続法。
  2. 【請求項2】 温度が210〜220℃であり、平均滞
    留時間が7〜15分間である請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 流動回転ベッドから出てくるポリマー
    を、該ポリマー温度を10〜30℃上昇させかつ滞留時
    間が30〜70分である結晶化工程に移す工程をさらに
    含む請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 ポリマーを運動させ、それを放射状混合
    に供するミキサーにポリマーを供給する請求項3記載の
    方法。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載の結晶化工程をミキサー
    (第1のミキサー)で行ない、該第1のミキサーから出
    てくるポリマーを、第1のミキサーの温度および樹脂の
    固相重縮合工程で採用される温度に相当する温度で作動
    している第2のミキサーに供給する請求項3記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 結晶化工程が1またはそれ以上の流動ベ
    ッドまたは機械的ミキサーと組み合わされた流動ベッド
    で行われる請求項3記載の方法。
  7. 【請求項7】 流動化不活性ガスが窒素である請求項1
    または2記載の方法。
  8. 【請求項8】 ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフ
    タレートまたはイソフタル酸ユニットを1〜20重量%
    含むコポリエチレンテレフタレートである請求項1〜7
    いずれかに記載の方法。
  9. 【請求項9】 流動ベッドから出てくる樹脂の結晶化度
    が38〜42重量%である請求項1または2記載の方
    法。
  10. 【請求項10】 流動ベッドから出てくる樹脂が凝集体
    でない請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 結晶化工程から出てくる樹脂の結晶化
    度が40〜50重量%である請求項2〜6いずれかに記
    載の方法。
JP7301042A 1994-11-21 1995-11-20 ポリエステル樹脂の結晶化法 Expired - Lifetime JP2971792B2 (ja)

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IT94A002355 1994-11-21

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EP (1) EP0712703B1 (ja)
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