JP3278914B2 - ポリエチレンナフタレート組成物およびその製造法 - Google Patents

ポリエチレンナフタレート組成物およびその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリエチレンナフタレ
ート組成物ならびにその製造法に関する。
【0002】さらに詳しくは、フィルムの製膜や繊維の
紡糸において、生産性が良好でかつ耐加水分解性などの
耐久性の優れたポリエチレンナフタレート組成物および
その製造法に関する。
【0003】
【従来の技術】ポリエチレンナフタレートは、産業上広
く使用されているポリエステルの中でも機械的特質、耐
熱性、耐薬品性などに優れた性質を有しており、フィル
ム用途では、例えば磁気記録媒体、コンデンサー、電
池、製版などの材料、繊維用途では、タイアコードなど
の産業用資材として好適である。
【0004】しかしながら、ポリエチレンナフタレート
は、例えばポリエチレンテレフタレートと比較し、製膜
時においては溶融ポリマをダイスリットを通して薄膜化
する際、口金部にポリマの劣化物が付着することに起因
する筋状の白濁部分(筋状欠点)がフィルムに発生しや
すく、その結果商品価値を著しく低下させる現象が生じ
るため、生産性が低いという問題点がある。
【0005】また紡糸時においても、同様に口金部分に
ポリマの劣化物が付着し、これに起因する糸切れが発生
しやすく、生産性を低下させる原因になっている。
【0006】これらのポリマの劣化物が口金部に付着す
ることによる生産性低下を抑制する方法として、口金部
分に油状物を塗り、ポリマ劣化物の離脱を容易にするこ
と、口金部の形状を最適化すること、口金部を定期的に
清掃することなどが行なわれているが、未だ生産性を十
分に向上させるに至っていない。
【0007】また、生産性を低下させる原因になってい
る口金部に付着するポリマの劣化物の発生を抑制するた
め、例えば特開昭62−143938号公報などに示さ
れるように、回分式重縮合法でポリマを製造時に熱安定
剤として添加するリン化合物の量や種類の最適化を図る
検討が行なわれてきたが未だ十分な効果を奏するに至っ
ていない。すなわち、ポリエチレンナフタレートは、例
えばポリエチレンテレフタレートなどと比較し、産業上
有用な重合度のポリマとなるまで重縮合反応を進行する
と溶融粘度が高くなるため、回分式の重縮合缶からポリ
マを排出する際に長時間を必要とする結果、排出初期に
比べ末期ではカルボキシル基末端濃度は大幅に増加し、
品質が変動する。さらに、高粘度のために缶内に付着残
留するポリマが多くなるため熱劣化が進行し、製膜時や
紡糸時に口金部に付着する劣化ポリマを増加させるとい
う問題点がある。また回分式重縮合法では前述のごと
く、1回の重縮合反応によって得られたポリマで重縮合
缶からの排出初期と末期におけるポリマ特性が異なると
いう問題点に加えて、さらに回を重ねて重縮合反応を行
なった場合、缶内に付着残留した熱劣化ポリマの影響の
ために回分毎に得られたポリマの特性の間にも大きなバ
ラツキが生じ、ポリマのカルボキシル基末端濃度やジエ
チレングリコール含量を大きく変動させる結果、製膜時
や紡糸時の生産安定性を低下させるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、前述の
ようなポリエチレンナフタレートの製膜時および紡糸時
における問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ポ
リエチレンナフタレートのカルボキシル基末端濃度、ジ
エチレングリコールの含量を限定された範囲になるよう
調節することによって、口金部分に付着するポリマの劣
化物の発生を抑制することができることを見い出すとと
もに、このポリマから得たフィルムや繊維などの成形品
は耐加水分解性などの耐久性が極めて優れていることを
見い出した。
【0009】また、上記のカルボキシル基末端濃度なら
びにジエチレングリコール含量が限定されたポリエチレ
ンナフタレートは、ビス(ヒドロキシエチル)ナフタレ
ートを連続的に重縮合し、重縮合系から排出することに
より得られることを見い出し、本発明に到達した。
【0010】本発明の目的は、製膜時や紡糸時に口金部
へポリマ劣化物が付着することに起因するフィルム表面
の筋状欠点発生や糸切発生が少なく、耐加水分解性など
の耐久性の良好なポリエチレンナフタレートを主たる繰
り返し単位としたフィルムや繊維などの成形品を生産性
よく得るところにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記した本発明の目的
は、以下の構成によって達成される。(1)エチレンナ
フタレートを主たる繰り返し単位としたポリエステルで
あって、カルボキシル基末端濃度が40当量/106
以下で、かつジエチレングリコールの含量が1.3重量
%以下である、ゲルマニウム化合物含有ポリエチレンナ
フタレート組成物。
【0012】(2)ビス(ヒドロキシエチル)ナフタレ
ートを、重縮合反応の触媒としてゲルマニウム化合物を
用いて、連続的に重縮合する請求項1記載の組成物の製
造法。
【0013】本発明において、ポリエチレンナフタレー
トのカルボキシル基末端濃度は40当量/106 g以下
であることが必要であり、好ましくは35当量/106
g以下、さらに好ましくは30当量/106 g以下であ
る。40当量/106 gを越えると、前述の製膜時の筋
状欠点や紡糸時の糸切れを抑制する十分な効果が得られ
ない。
【0014】また本発明において、ポリエチレンナフタ
レート中に含まれるジエチレングリコールの量は1.3
%以下であることが必要であり、好ましくは1.1%以
下、さらに好ましくは1.0%以下である。ジエチレン
グリコールの量が1.3%を越えると、製膜時の筋状欠
点や紡糸時の糸切れを抑制する十分な効果が得られな
い。
【0015】本発明のカルボキシル基末端濃度ならびに
ジエチレングリコール含量の限定されたポリエチレンナ
フタレートは、ビス(ヒドロキシエチル)ナフタレート
、重縮合反応の触媒としてゲルマニウム化合物を用い
て、連続的に重縮合する方法によって効率よく製造する
ことができる。
【0016】本発明において、ビス(ヒドロキシエチ
ル)ナフタレートは、ナフタレンジカルボン酸とエチレ
ングリコールを直接エステル化する方法または、ジメチ
ルナフタレートとエチレングリコールを用いエステル交
換によって得る方法のいずれの方法により得られたもの
であってもよく、上記のエステル化反応またはエステル
交換反応を所望によって1槽または複数の槽に分け、連
続的に反応を行なうことによって得ることができる。
【0017】本発明において、ビス(ヒドロキシエチ
ル)ナフタレートというのは、エステル化反応またはエ
ステル交換反応によって得られたビス(ヒドロキシエチ
ル)ナフタレートならびにこの化合物の10重量体以下
の低重合体の混合物をいう。
【0018】また、エステル化反応またはエステル交換
反応は、触媒としてマグネシウム、リチウム、亜鉛、カ
ルシウム、マンガンなどの金属化合物を用いることによ
って、反応時間を短縮することができる。この場合、最
終的に得られたポリエチレンナフタレート中に触媒残渣
による不溶物を少なくすることができる点から、マグネ
シウム、亜鉛化合物を用いるのが好ましく、特に好まし
いのはマグネシウム化合物である。
【0019】上記で得られたビス(ヒドロキシエチル)
ナフタレートを撹拌ならびに反応物の移動の機能を備え
た反応槽で230℃から310℃まで加熱し、減圧下で
重縮合反応を行なう。この際、所望に応じて重縮合工程
を1槽または複数槽に分割して連続的に行なうことがで
きる。重要なことは、この重縮合反応の触媒としてゲ
マニウム化合物を用いることである。本発明は、かかる
特定な重縮合触媒を採用することによって、前記課題を
一挙に解決するゲルマニウム化合物含有ポリエチレンナ
フタレート組成物を提供することができたものである。
【0020】本発明において用いるジカルボン酸は、
2,6−ナフタレンジカルボン酸を主たる対象とする
が、その一部(通常、全酸成分の15モル%以下)を、
例えばシュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、
ダイマー酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、フタル酸、イ
ソフタル酸、テレフタル酸、2,7−ナフタレンジカル
ボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニル
ジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフ
ェノキシエタン−4,4′−ジカルボン酸、ジフェニル
スルホンジカルボン酸、3,5−ジカルボキシベンゼン
スルホン酸ナトリウム、グリコール酸、p−オキシ安息
香酸、p−オキシエトキシ安息香酸などの二官能性酸の
1種または2種以上でおきかえることができる。
【0021】また、本発明において用いるグリコールは
エチレングリコールを主たる対象とするが、その一部
(通常、全グリコール成分の30モル%以下)を、例え
ばHO(CH2 )nOH(ここでnは3〜10の整数を
示す)で示されるポリエチレングリコール、イソブチレ
ングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−シク
ロヘキサンジオール、2,2−ビス−4−ヒドロキシフ
ェニルプロパン、ヒドロキノン、1,5−ジヒドロキシ
ナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレンなどのジ
オキシ化合物の1種または2種以上でおきかえることが
できる。
【0022】また本発明において、ポリエチレンナフタ
レート組成物に所望に応じて無機粒子、架橋性高分子粒
子を添加し、製膜や紡糸時の走行性やハンドリング性を
改善することができる。無機粒子としては、例えば炭酸
カルシウム、カオリン、タルク、炭酸マグネシウム、炭
酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、リン酸リ
チウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、酸化
アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、フッ化リチウ
ム、シュウ酸カルシウム、Ca、Ba、Zn、Mnなど
のテレフタル酸塩などを挙げることができ、これらのう
ち1種または2種以上を添加することができる。また、
架橋性高分子粒子としては、例えばジビニルベンゼン、
スチレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸もし
くはメタクリル酸のアルキルエステルなどのビニル系モ
ノマの単独重合体または共重合体を挙げることができ
る。
【0023】このように得られた本発明の組成物は、前
述のように磁気記録媒体、コンデンサー、電絶、製版な
どのフィルム用途、タイアコード、スクリーンなどの繊
維用途に好適に使用できる。上記各種用途の中でも、金
属酸化物あるいは金属の磁性体を用いたいずれの磁気記
録媒体に使用するフィルム用途に特に好適であるが、さ
らに好適な用途は、磁気記録媒体の中で、支持体に高度
の平滑性、無欠点性を要求される金属蒸着タイプの磁気
記録媒体、デジタル記録方式の磁気記録媒体用のフィル
ム用途に有用である。
【0024】
【実施例】本発明をさらに具体的に説明するために、以
下実施例および比較例を挙げて説明するが、これら実施
例は、本発明を限定するものではない。なお、本発明に
おける種々の物性、特性の測定方法、定義は下記のとお
りである。また、本発明の実施例および比較例に示す触
媒、リン化合物の添加量は、ジカルボン酸成分100重
量部に対する重量部数である。 1.固有粘度 o−クロロフェノールを溶媒とし、25℃で測定した。 2.カルボキシル基濃度 Pohlらによる Analytical Chemistry 第26巻1614
頁記載の方法で測定した。 3.ジエチレングリコール含量の測定 ポリマチップ0.5gをモノエタノールアミン中でアミ
ン分解し、遊離したジエチレングリコールをガスクロマ
トグラフィーで測定した。なお、数値はポリマ中のジエ
チレングリコールの重量%である。 4.耐加水分解性の測定 厚さ10μmのフィルムをオートクレーブ中で120℃
で130時間熱水処理したときの下記式で定義される伸
度保持率を測定した。 伸度保持率=(熱水処理後のフィルム伸度)/(熱水処
理前のフィルム伸度)×100(%)
【0025】実施例1、比較例1〜2 実施例1、比較例1、2のポリエチレンナフタレートを
次に示す連続式重縮合方法で得た。
【0026】(連続重縮合方法によるポリマの製造)精
留塔を備えた縦型の多段の流下式反応槽で上部から下部
に温度190℃から230℃に加熱できる第1エステル
交換反応槽へ、溶融した2,6−ナフタレンジカルボン
酸ジメチル100部、予熱したエチレングリコール51
部、酢酸マグネシウム0.05部を連続的に供給し、エ
ステル交換反応率95%の反応物を連続的に抜き出し
た。この反応物を精留塔、撹拌機を備えた第2エステル
交換反応槽に連続的に移行し、230℃で加熱してエス
テル交換反応率が99.9%以上のビス(ヒドロキシエ
チル)ナフタレートを得た。上記ビス(ヒドキシエチ
ル)ナフタレートを次工程へ移行させる過程で、表1で
示す重縮合触媒とリン酸トリメチル0.03部をライン
ミキサーを用いて供給した。
【0027】さらに、上記反応物を撹拌機、減圧系およ
び副生物の流出装置を備えた予備重縮合槽へ移行させ、
表1に示す各種の重縮合触媒を加え、265℃、40T
orrで1時間の滞留時間反応させた。次いで、横型の
撹拌翼、減圧系および副生物の流出装置およびスクリュ
ー方式の反応物の系外への流出装置を備えた横型反応槽
へ上記反応物を連続的に移行させ、流入口から流出装置
の方向へ270℃から290℃の温度勾配をつけた状態
で反応を行ない、流出装置から連続的に固有粘度0.6
3のポリエチレンナフタレートを得た。
【0028】上記で得られたポリマのカルボキシル基末
端濃度ならびにジエチレングリコール(DEG)含量の
測定を行なった。さらに、上記で得た各ポリマを用い、
下記の方法で2軸延伸フィルムの製膜を行ない、製膜開
始から2軸延伸フィルムに目視可能な筋状欠点が発生す
るまでの時間の測定を行なった。なお、製膜開始から筋
状欠点が発生するまでの時間が2時間以上のものを良好
と判断した。
【0029】(製膜方法)T型ダイを備え、300℃に
加熱した押出機から溶融ポリマを押し出し、35℃のド
ラム状で冷却固化させ、無定形シートを得た。無定形シ
ートを130℃に加熱し、縦方向へ5倍、続いて横方向
へ4倍延伸した後、210℃で熱処理を行ない、厚さ1
0μmの2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムを
得た。
【0030】
【表1】 比較例3〜5 比較例3〜5のポリエチレンナフタレートを次に示す回
分式重縮合方法で得た。
【0031】(回分式重縮合方法によるポリマの製法) 精留塔、撹拌機を備えたオートクレーブに、2,6−ナ
フタレンジカルボン酸ジメチル100部、エチレングリ
コール51部を仕込み、さらに0.05部の酢酸マグネ
シウムを加え、200℃から235℃へ昇温加熱し、生
成するメタノールを排出しながら3.5時間反応して、
エステル交換反応率が99.9%のビス(ヒドロキシエ
チル)ナフタレートを得た。得られた反応生成物に比較
3〜5に示す重縮合触媒を加え、さらにリン酸トリメ
チルエステル0.03部を加えて、235℃から290
℃まで昇温しながら徐々に減圧し、1Torr以下で2
90℃、2時間維持して重縮合反応を完結させた。その
後、缶内のポリマをガット状で排出したものを冷却、切
断してチップ状ポリマを得た。
【0032】上記で得られた各ポリマを実施例1と同様
に乾燥後製膜し、2軸延伸ポリエチレンナフタレートフ
ィルムを得た。実施例、比較例1〜で得たフィルム
の特性ならびに製膜開始から筋状欠点の発生する時間の
測定結果を表1に示す。表1から明らかなよう、総合判
定でも実施例1のものは、比較例のものに比して、優れ
ていることがわかる。
【0033】
【発明の効果】本発明は、特定のカルボキシル基末端濃
度とジエチレングリコール含量を有する、エチレンナフ
タレートを主たる繰り返し単位とするゲルマニウム化合
物含有ポリエチレンナフタレート組成物およびその製造
法であり、フィルムの製膜や繊維の紡糸の際に口金部へ
のポリマの劣化物の付着がないなど、生産性が良好であ
り、かつ耐加水分解性などの耐久性に優れた特定なポリ
エチレンナフタレートのフィルムや繊維が得られるた
め、磁気記録媒体等のフィルム用途やタイヤコード等の
繊維用途に好適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 63/00 - 63/91

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エチレンナフタレートを主たる繰り返し
    単位としたポリエステルであって、カルボキシル基末端
    濃度が40当量/106 g以下で、かつジエチレングリ
    コールの含量が1.3重量%以下である、ゲルマニウム
    化合物含有ポリエチレンナフタレート組成物。
  2. 【請求項2】 ビス(ヒドロキシエチル)ナフタレート
    、重縮合反応の触媒としてゲルマニウム化合物を用い
    て、連続的に重縮合する請求項1記載のポリエチレンナ
    フタレート組成物の製造法。
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