JP3328272B1 - テレフタル酸及びブタンジオールからのポリブチレンテレフタレートの連続的製法 - Google Patents
テレフタル酸及びブタンジオールからのポリブチレンテレフタレートの連続的製法Info
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Abstract
レンテレフタレートの連続的製法は、a)少なくとも2
基のリアクタからなるリアクタカスケード内でテレフタ
ル酸を1,4−ブタンジオールと直接エステル化する段
階と、b)a)段階において得られたエステル化生成物
を予備縮合する段階と、c)b)段階において得られた
予備縮合物を重縮合する段階とを含み、a)段階のリア
クタカスケードに沿って反応圧は低下するが温度は上昇
しない。
Description
−ブタンジオール(BDO)からポリブチレンテレフタ
レート(PBT)を連続的に調製するための方法に関す
る。
4−ブタンジオールからのポリブチレンテレフタレート
の調製法が従来技術より知られている。この方法の難点
として、副産物として少量生成するテトラヒドロフラン
(THF)が反応時に遊離するメタノールと共沸化合物
を形成し、これを利用価値を有する物質として回収する
ことが非常に困難である点がある。
らのポリブチレンテレフタレートの直接的調製は、TH
Fが比較的多量に生成して反応に必要とされる1,4−
ブタンジオールが失われるために困難である。更に、
1,4−ブタンジオールからはTHFばかりでなく2,
5−ジヒドロフラン(2,5−DHF)も生ずる。この
2,5−ジヒドロフランはTHFからの分離が困難であ
り、利用価値を有する生成物であるTHFを汚染してそ
の価値を低減させる。テレフタル酸と1,4−ブタンジ
オールからのポリブチレンテレフタレートの直接的調製
における更なる問題点は、テレフタル酸が1,4−ブタ
ンジオールに可溶でなく、1,4−ブタンジオールとの
エステル化によってのみ溶液中に可溶化される点であ
る。しかしながら、高品質のポリブチレンテレフタレー
トを生成するには、この物質が、テレフタル酸からの遊
離酸基などの夾雑物を含まないことが極めて重要であ
る。このため、テレフタル酸は実際の重縮合を行うに先
立って完全にエステル化して、溶解されなければならな
い。
らのポリブチレンテレフタレートの直接的調製に関する
方法が従来技術において幾つか知られている。
公報はポリアルキレンテレフタレートを調製するための
連続的方法に関するものである。使用されるジカルボン
酸と使用されるグリコールとのエステル化工程において
適宜反応パラメータを設定したことにより、エステル化
相からの水の除去を極めて有利に行うことが可能である
ため、エステル化生成物が高い転換率かつ高い平均重合
度にて得られる。このエステル化工程はリアクタ毎に温
度が上昇し、圧力が低減するリアクタカスケードにおい
て行われる。開示される実施例はテレフタル酸とエチレ
ングリコールからのポリエチレンテレフタレートの調製
に関するものである。
には、二酸と1,4−ブタンジオールとの直接的エステ
ル化率を酸基の95%よりも大きなエステル化率に高め
るための方法が述べられている。この方法は3基のリア
クタで連続的に行われる。この方法は以下の段階よりな
る。すなわち、 a)1,4−ブタンジオールと二酸とを少なくとも2:
1の比率で混合する工程、 b)反応混合物を180℃に加熱する段階、 c)適当な触媒を添加する段階、 d)この混合物を大気圧下、180〜245℃の平均温
度にて最大60分間反応させる段階である。
れるのは1,4−ブタンジオールの5%未満であるが、
最終生成物中の遊離酸基の含量は高い。
報には、特定の装置においてポリエステルを調製するた
めの方法が述べられている。この方法は減少する静水圧
下、上昇する反応温度にて行われる。THFの生成に関
しての記載は含まれていない。
報は、テレフタル酸と1,4−ブタンジオールからのポ
リブチレンテレフタレートの連続的調製に関するもので
ある。この調製法は3つの段階にて行われる。第1の段
階であるエステル化は、225〜260℃、0.1〜1
バールの圧力下にて行われる。第2の段階である予備縮
合は230〜260℃、10〜200ミリバールの圧力
下にて行われる。第3の段階である重縮合は240〜2
65℃、0.25〜25ミリバールの圧力下にて行われ
る。
されたポリブチレンテレフタレートの調製法を提供する
ことにある。特に、使用される1,4−ブタンジオール
からのTHFの生成が最小に抑えられ、得られるポリブ
チレンテレフタレートにおける遊離酸基の含量が極めて
小さい。
ンジオールからポリブチレンテレフタレートを連続的に
調製するための方法であって、以下の段階よりなる方法
によって先ず達成されるものである。すなわち、 a)少なくとも2基のリアクタからなるリアクタカスケ
ード内でテレフタル酸を1,4−ブタンジオールと直接
エステル化する段階、 b)a)段階において得られたエステル化生成物を予備
縮合する段階、 c)b)段階において得られた予備縮合物を重縮合する
段階である。
スケードに沿って、温度は低下する。
レンテレフタレートは高品質であり、酸及びアルコール
基の含量が低い。本発明の方法では、1,4−ブタンジ
オールからのTHF及び2,5−ジヒドロフランの生成
量は小さい。したがって1,4−ブタンジオールの損失
がわずかであるので1,4−ブタンジオールに基づくポ
リブチレンテレフタレートの収率が高くなる。
基、特に好ましくは3基のリアクタからなるリアクタカ
スケード内で行われる。使用されるリアクタは一般に撹
拌容器である。
アクタ毎に反応圧が低下するリアクタカスケード内で行
われる。このエステル化は好ましくは1バール未満の圧
力下にて行われる。
スケードの場合、第1のリアクタ内の圧力(p1)は通
常1バール未満、好ましくは、900ミリバール未満、
特に好ましくは800ミリバール未満に設定される。第
2のリアクタ内の圧力(p2)はp1よりも小さく、好
ましくは(p1−100)ミリバールよりも小さく、特
に好ましくは(p1−150)ミリバールよりも小さ
い。第3のリアクタ内ではエステル化はp2よりも小さ
い圧力(p3)で、好ましくは(p2−100)ミリバ
ールで行われる。したがって、圧力は、好ましくは第1
のリアクタ内では650〜900ミリバール(p1)で
あり、第2のリアクタ内では500〜700ミリバール
(p2)であり、第3のリアクタ内では350〜600
ミリバール(p3)であり、各リアクタ内の圧力は示さ
れた範囲内においてリアクタ毎に低下する。
件では1,4−ブタンジオールからのTHFの生成は更
に抑制される。
70〜250℃、好ましくは180〜240℃、特に好
ましくは190〜230℃である。本発明によれば、こ
の温度はリアクタカスケードに沿って増大することはな
い。すなわちエステル化温度はリアクタカスケードの各
リアクタにおいてほぼ等しいか、あるいはリアクタ毎に
低下する。エステル化段階全体の滞留時間は通常140
〜430分、好ましくは160〜420分、特に好まし
くは170〜390分である。3基のリアクタから構成
されるリアクタカスケードの場合、第1のリアクタ内の
滞留時間(V1)は通常100〜250分、好ましくは
110〜250分、特に好ましくは120〜240分で
あり、第2のリアクタ内の滞留時間(V2)は通常20
〜105分、好ましくは30〜100分、特に好ましく
は30〜90分、第3のリアクタ内の滞留時間(V3)
は通常20〜75分、好ましくは20〜70分、特に好
ましくは20〜60分である。
所望の方向に移動させるため、モル過剰量の1,4−ブ
タンジオールを用いて通常行われる。1,4−ブタンジ
オールのテレフタル酸に対するモル比は、通常、1.
1:1〜3.5:1、好ましくは1.5:1〜2.8:
1、特に好ましくは1.9:1〜2.5:1である。
満、好ましくは1.5:1未満のモル比にて1,4−ブ
タンジオールとテレフタル酸とを含む懸濁液を反応槽に
入れ、加熱した1,4−ブタンジオールにて希釈して5
0〜100℃、好ましくは60〜100℃、特に好まし
くは70〜90℃に加温し、上記の最終比に対応したテ
レフタル酸に対する1,4−ブタンジオールの比を得
る。
酸金属化合物、好ましくはチタンまたはスズであるエス
テル化触媒を加える。特に好ましいエステル化触媒は、
オルトチタン酸テトラブチル(TBOT)、チタン酸ト
リイソプロピル、及びジオクタン酸スズであり、オルト
チタン酸テトラブチルがとりわけ好ましい。この触媒
は、通常エステル化段階において使用されるエステル化
触媒の金属としてポリブチレンテレフタレートに基づい
て算出した場合、通常200ppm未満、好ましくは6
5〜150ppm、特に好ましくは75〜100ppm
の量にて使用される。触媒の全体を第1のリアクタに加
えることが可能であるが、好ましい一実施形態において
は、触媒の一部のみ、好ましくは金属としてポリブチレ
ンテレフタレートに基づいて算出して50ppm未満、
特に好ましくは25ppm未満が第1のリアクタに導入
され、残りの触媒は後続のリアクタ、好ましくは第2の
リアクタに導入される。このエステル化触媒は好ましく
は1,4−ブタンジオールとの混合物としてリアクタに
導入される。
及びエステル化触媒を含有する反応混合物をリアクタカ
スケード内で、テレフタル酸に基づいて通常97%より
も高い転換率、好ましくは97〜99%の転換率にまで
反応させる。エステル化段階が3基のリアクタを有する
リアクタカスケード内において行われる場合、エステル
化は第1のリアクタ内において通常89%よりも高い転
換率(C1)にまで進む。形成されるTHF/水混合物
を分離した後、反応混合物を第2のリアクタに移し、こ
こで約95%よりも高い転換率(C2)にまでエステル
化する。この時点において、テレフタル酸のほぼ全体が
反応したか、溶液中に溶解しており、このことは反応混
合物が透明となることから示される(透明点)。反応混
合物は、安全のため好ましくは第3のリアクタに移され
て約97%よりも高い転換率(C3)にまでエステル化
される。
生成物とTHF/BDO/水混合物とに連続的に画分す
る。THF/BDO/水混合物をカラムシステムにて画
分し、回収された1,4−ブタンジオールを第1のエス
テル化リアクタに戻す。このエステル化生成物を予備縮
合段階bに連続的に移送する。
も3つ、特に好ましくは少なくとも4つの温度領域を有
する。或る温度領域の温度は、その前の温度領域の温度
よりも通常1〜25℃、好ましくは1〜15℃、特に好
ましくは1〜10℃だけ高い。予備縮合全体の温度範囲
は、通常220〜300℃、好ましくは225〜290
℃、特に好ましくは230〜260℃である。
ステル化段階のリアクタカスケードの最後のリアクタ内
のエステル化圧までの圧力範囲において行われる。予備
縮合は、第1の領域内の圧力が最後のエステル化リアク
タ内の反応圧に対応し、これに続く領域内では通常20
〜500ミリバール、好ましくは25〜450ミリバー
ル、特に好ましくは30〜400ミリバールの低下とな
るように行われ、或る領域から後続の領域へと圧力が低
下することが好ましい。
行われる。
10〜80分、好ましくは15〜70分、特に好ましく
は30〜60分である。特に好ましい一実施形態では、
予備縮合は4つの温度領域において行われ、温度は上記
に示した比率にて領域毎に若干上昇し、圧力は上記の範
囲内で第1から第4の領域へと低下する。この好ましい
実施形態では、第4の領域は蒸気及び液相を分離するた
めの装置からなる。この領域において、過剰量の1,4
−ブタンジオール、THF、及び水が予備縮合物から分
離される。
べた触媒を、示された量にて予備縮合段階に同様に導入
することが可能である。
628、Part3(1985)に基づき、フェノール
/o−ジクロロベンゼン(1:1)中、25℃にて0.
5%重量強度溶液として、通常5〜50ml/g、好ま
しくは15〜40ml/gの粘度数を有する。
(c)段階)に移送される。
は240〜270℃、特に好ましくは240〜265℃
の温度にて単一の領域にて行われる。圧力は通常0.2
〜20ミリバール、好ましくは0.3〜10ミリバール
である。
くは35〜150分である。
の更新を行う。表面の更新とは、溶融物の表面に新たな
重合体を常に露出してジオールの流出を促すことであ
る。これは好ましくは1〜20m2/(kg生成物・
分)、[1〜20m2/kg of product and minute],特
に好ましくは1.5〜6m2/(kg生成物・分)であ
る。
ないが、本方法のこの段階において、例えば上記に述べ
た触媒のような触媒を添加することも可能である。
ISO1628、Part3(1985)に基づき、フ
ェノール/o−ジクロロベンゼン混合物(重量比=1:
1、25℃)中、0.5重量%濃度溶液において求め
て、60〜180ml/g、好ましくは90〜160m
l/gの粘度数を有する。
ポリエステルの所望の最終粘度数の少なくとも80%、
好ましくは少なくとも95%、特に好ましくは100%
に達した時点で溶融重合体に滑剤及び核剤が加えられる
ことが好ましく、溶融物は、所望に応じて、後縮合した
後に取り出し、冷却して顆粒化される。100重量%の
ポリブチレンテレフタレートに対し、滑剤は通常0.0
1〜3重量%、好ましくは0.1〜1重量%、特に好ま
しくは0.2〜0.8重量%の量にて添加され、核剤は
0.001〜2重量%、好ましくは0.01〜1重量
%、特に好ましくは0.03〜0.5重量%の量にて添
加されることが好ましい。
して添加するが、所望に応じて溶融物への添加に先立っ
て加温する。懸濁液を調製し、溶融重合体に添加するた
めに使用される滑剤の種類に応じ、滑剤と核剤との混合
物を通常30〜150℃、好ましくは60〜130℃に
まで加温することが必要である。
り核剤の懸濁液を調製するために加熱する必要のある低
分子量のポリエチレンワックスが挙げられる。こうした
滑剤としては、グリシジル及び/またはカルボキシル基
などの官能基を有利に含有するとともに、通常500〜
20,000g/モル、好ましくは1000〜10,0
00g/モル、特に好ましくは1000〜5000g/
モル、更に一層好ましくは1000〜3000g/モル
の平均分子量Mn(数平均)を有することが可能な低分
子量ポリエチレンワックスがある。
(低密度ポリエチレン)を用いたゲル浸透クロマトグラ
フィ(GPC)によって求められる。溶融物の粘度は、
(DIN51562に基づき)120℃にて、好ましく
は100〜5000mm2/g、特に好ましくは100
〜3000mm2/g、更に一層好ましくは100〜2
000mm2/gである。
ミノ)ケイ酸塩、及び/またはアルカリ土類金属(アル
ミノ)ケイ酸塩からなる群から選択される鉱物類、好ま
しくは、島状ケイ酸塩(island silicates)及びシート状
ケイ酸塩(sheet silicates)からなる群から選択される
鉱物類が具体的には挙げられる。水酸化物、炭酸塩、炭
酸水素塩、硫酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩及びホスホン酸
塩などのすべての可能な化合物の使用が可能である。更
なる好適な核剤としては、例えば、アンチモン酸ナトリ
ウム、ステアリン酸カルシウム、テレフタル酸ナトリウ
ム、クエン酸カルシウム、及びチタンまたはタングステ
ンの金属酸(塩基酸)などの、有機または無機酸のアル
カリ金属またはアルカリ土類金属塩がある。
酸誘導体であり、中でもフェニルホスホン酸ナトリウ
ム、リン酸亜鉛、カルシウムビス(3,5−ジ−ter
t−ブチルエチルホスホネート)(チバガイギー社より
販売されるIrganox1425)及びテトラキス
(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)4,4−ビ
フェニレンジホスホナイトが特に好ましい。
る。特に好ましい一実施形態では、溶融物を重縮合リア
クタから取り出し、加熱した定量ポンプなどの適当な装
置によって滑剤と核剤との混合物を添加した後、溶融重
合体を「スルザー」管などに移送して所望の最終粘度に
まで濃縮すると同時に溶融物を均質化して取り出し、冷
却、及び顆粒化することが可能である。
50meq/kgよりも小さく、好ましくは35meq
/kgよりも小さく、特に好ましくは30meq/kg
よりも小さい酸価を一般的に有する。なお酸価は水酸化
ナトリウムによる滴定によって求めた。
から生成するTHFが少量であるために1,4−ブタン
ジオールの損失が少ないという利点を有する。一般に、
得られるポリブチレンテレフタレートの量に対して生成
するTHFの量は5重量%よりも小さく、好ましくは4
重量%よりも小さく、特に好ましくは3.5重量%より
も小さい。同様に、1,4−ブタンジオールから生成す
る2,5−ジヒドロフランも極少量である。得られるポ
リブチレンテレフタレートの量に対し、生成する2,5
−ジヒドロフランの量は好ましくは150ppmよりも
小さく、特に好ましくは100ppmよりも小さい。
階 1,4−ブタンジオールに対するテレフタル酸のモル比
が1:1.2となるようにテレフタル酸を1,4−ブタ
ンジオールと混合し、これを反応容器R1に入れ、1,
4−ブタンジオールで調整した。エステル化触媒の一部
としてTBOT(1)を上記1,4−ブタンジオールに
混合する。この混合物を全体で8つの反応領域(3個の
反応容器R1〜R3(エステル化段階a))、直立管R
4〜R7における4つの反応領域(予備縮合段階
b))、及び重縮合リアクタR8(重縮合段階c)))
に通過させて最終的にポリブチレンテレフタレートとす
る。ただし、温度T1〜T8、圧力p1〜p8、滞留時
間V1〜V8とし、圧力p1〜p3は反応領域R1〜R
3において減少する。R2において更なるTBOT
(2)を計量して加えた。1,4−ブタンジオール、T
HF、及び水を含むR1〜R3からの蒸留物をカラムシ
ステムで連続的に画分して1,4−ブタンジオールをR
1に戻し、残り(水とTHF)を回収容器内で濃縮して
分析した。揮発性のTHFが揮発しないよう、蒸留物の
回収容器を低温槽にて−20℃に冷却した。更に、R1
からR2へ、R2からR3へ、及びR3からR4へのオ
ーバーフローにて試料を採取し、酸価を決定することに
よりC1からC3への転換率を求めた。透明点を視覚的
に判定した。THFをガスクロマトグラフィによって定
量し、得られたポリブチレンテレフタレートの量に対す
るその比を算出した。すなわち、5%のTHF生成率で
はポリブチレンテレフタレート1kg当たり50gのT
HFが生成したことになる。得られたポリブチレンテレ
フタレートの末端基を滴定により決定した。ISO16
28に従ってフェノール/o−ジクロロベンゼン中で粘
度測定を行った(VN測定)。
区分された直立管に通じた。
エステル化段階の第3のリアクタ内の圧力に対応した圧
力であり、平均滞留時間は22分であった。
400ミリバール、平均滞留時間は11分であった。
30ミリバール、平均滞留時間は18分であった。
及び水などの反応生成物を反応管の上端にて分離した。
更に触媒を加えることなく予備縮合物を重縮合リアクタ
(領域8)に移送した。
0.4ミリバール、平均滞留時間は115分、ポリブチ
レンテレフタレートの表面更新は4m2/h*kgであ
った。
ならびに比較実験としての比較例1〜比較例4の結果を
示したものである。
示す。
℃,252℃,255℃,256℃及び257℃ P4= p3 p5,p6,p7,p8= 400ミリバール,
150ミリバール,30ミリバール及び0.4ミリバー
ル V4,V5,V6,V7,V8= 22分、11分、5
分、18分及び115分 スループット:BDO:TPA= 450g/h:69
0g/h PBTの収率= 910g/h
応溶液は依然極わずかに濁っていた。
旧東ドイツ特許出願公開第269296号公報に類似の
方法。
51号公報の実施例9に類似の方法。上記の実験と異な
り、エステル化は0.65バールの圧力にて行われてい
る。0.65バールにおける1,4−ブタンジオールの
沸点は約210℃であるので、実施例9に記載の反応温
度(245℃)に達することはなかった。加熱槽の温度
を増大させると1,4−ブタンジオールが蒸留により除
去され、その結果反応混合物の温度は217℃に低下し
た。
Claims (10)
- 【請求項1】 テレフタル酸と1,4−ブタンジオール
とからのポリブチレンテレフタレートを連続的製法にお
いて、 a)少なくとも2基のリアクタからなるリアクタカスケ
ード内でテレフタル酸を1,4−ブタンジオールと直接
エステル化する段階と、 b)a)段階において得られたエステル化生成物を予備
縮合する段階と、 c)b)段階において得られた予備縮合物を重縮合する
段階とを含み、 a)段階のリアクタカスケードに沿って反応圧が低減
し、温度が上昇しないことを特徴とするポリブチレンテ
レフタレートの連続的製法。 - 【請求項2】 前記a)段階におけるエステル化が1バ
ールよりも低い圧力にて行われる請求項1に記載の方
法。 - 【請求項3】 3基のリアクタからなるリアクタカスケ
ードにおいて、第1のリアクタ内の圧力(p1)が1バ
ールよりも小さく、第2のリアクタ内の圧力(p2)が
(p1−100)ミリバールよりも小さく、第3のリア
クタ内の圧力(p3)がp2よりも小さい請求項1に記
載の方法。 - 【請求項4】 a)段階が170〜250℃の範囲にて
行われる請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項5】 a)段階の開始時におけるテレフタル酸
に対する1,4−ブタンジオールのモル比が1.1:1
〜3.5:1である請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項6】 b)段階の予備縮合の開始以前におい
て、a)段階の最後のリアクタの後における転換率がテ
レフタル酸に対し97%よりも大きい請求項1または2
に記載の方法。 - 【請求項7】 a)段階が好ましくはオルトチタン酸テ
トラブチルである触媒の存在下にて行われる請求項1ま
たは2に記載の方法。 - 【請求項8】 b)段階が220〜300℃の温度かつ
0.05バール〜a)段階のリアクタカスケードの最後
のリアクタにおけるエステル化圧までの範囲の圧力にて
行われる請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項9】 b)段階において得られた予備縮合物が
c)段階において240〜290℃の温度かつ0.2〜
20ミリバールの圧力にて重縮合される請求項1または
2に記載の方法。 - 【請求項10】前記重縮合が、得られる重縮合物の酸価
が50meq/kgよりも小さくなるまで継続される請
求項9に記載の方法。
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