JP3438072B2 - グリコール中のサスペンション形態にある二酸化チタン/二酸化珪素共沈物触媒を用いた共重合ポリエステル樹脂の製造方法 - Google Patents

グリコール中のサスペンション形態にある二酸化チタン/二酸化珪素共沈物触媒を用いた共重合ポリエステル樹脂の製造方法

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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、1,4−シクロヘ
キサンジメタノール等のグリコールとジカルボン酸とで
共重合されたポリエステル樹脂を製造する方法に関する
ものである。より詳しくは、本発明は重縮合触媒として
グリコール中のサスペンション形態にある二酸化チタン
/二酸化珪素共沈物触媒の存在下で重縮合させることに
より、ポリエステル樹脂を製造する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】この頃、ポリエステル樹脂は包装材、成
形品及びフィルム等の分野で重要な材料として認められ
ている。しかし、テレフタル酸及びエチレングリコール
のみからなるポリエステルは成形性がよくない。この
為、多様なグリコール及び/又はジカルボン酸を用いて
前記ポリエステルを改質しており、このような改質され
たポリエステル樹脂が広く供給されている。従来、この
ようなポリエステル樹脂はアンチモン触媒を用いて製造
していた。しかし、比較的低い触媒活性度の為、過剰の
使用が必要とされるアンチモン触媒の一部又は全部をチ
タン触媒で取り替え、反応性及び透明性を改善し、アン
チモン触媒特有の灰色着色を避ける為のポリエステル樹
脂の製造が最近研究されている。
【0003】この点で、米国特許第5,681,918
号及び第5,744,571号はチタンアルコキシド系
触媒の存在下でのポリエステルの製造方法を開示してい
る。アンチモン系触媒に比べ、チタンアルコキシド系触
媒は使用量及び反応性に著しい利点を有する。しかし、
水分と敏感に反応するため望ましくない問題点を有す
る。例えば、これら触媒は水分と接触すると、反応性が
低下し沈殿物として析出される為、保管及び取り扱いが
難しい。その他、エステル交換反応の際、水分が発生し
て触媒の活性度に悪い影響を及ぼす為、チタンアルコキ
シド系触媒を過剰量で添加しなければならない。さら
に、チタンアルコキシド触媒を用いて製造されるポリエ
ステル樹脂又は共重合ポリエステル樹脂の色又は透明度
を所望の程度まで向上させることが出来なかった。ま
た、米国特許第5,684,116号公報及び第5,7
89,528号公報は、ポリエステル及び共重合ポリエ
ステルを製造する為の二酸化チタン/二酸化珪素共沈物
及び/又は二酸化チタン/二酸化ジルコニウム共沈物を
提案する。しかし、この特許明細書には、ジオールの共
重合比が20%以上である共重合ポリエステル樹脂は全
く言及されておらず、このような樹脂を得る可能性も開
示されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記のような従来技術
の問題点を解決する為、本発明者らが1,4−シクロヘ
キサンジメタノール等のグリコールとジカルボン酸とで
共重合したポリエステル樹脂の製造方法に関し徹底に研
究を繰り返した結果、特定のチタン系化合物を用いてエ
ステル化生成物を重縮合すると最終生成物の透明性及び
色度が相当に向上することを見出し、本発明に至ること
になった。従って本発明の目的は、良好な処理性のみな
らず、優れた透明度及び色度を有する、1,4−シクロ
ヘキサンジメタノールなどのグリコール成分とジカルボ
ン酸成分とで共重合されたポリエステル樹脂を製造する
方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的は本発明に従
い、具体的には、エチレングリコール及びその他のグリ
コールでジカルボン酸をエステル化反応させる段階と、
二酸化チタン/二酸化珪素共沈物触媒を総グリコールに
対し4重量%以下となるサスペンションの形態で用いて
前記エステル化反応生成物を重縮合させる段階とからな
る、総グリコール含量に対し前記その他のグリコール含
量が20ないし80モル%である共重合ポリエステル樹
脂の製造方法により達成できる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明によると、ポリエステル又
は共重合ポリエステルを2段階工程、つまりエステル化
反応及び重縮合反応により製造する。第1段階におい
て、総グリコール(エチレングリコール+その他のグリ
コール)対ジカルボン酸のモル比が1.05:1ないし
3.0:1となるように、ジカルボン酸、エチレングリ
コール及び1,4−シクロヘキサンジメタノールなどの
その他のグリコールを用いてエステル化反応を行う。
【0007】本発明において有用なジカルボン酸の例と
しては、テレフタル酸、イソフタル酸、1,4−シクロ
ヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカル
ボン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン
酸、2,6−ナフタリンジカルボン酸又はそれらの混合
物がある。
【0008】本発明に有用な前記その他のグリコールの
例としては、1,4−シクロヘキサンジメタノール、
1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオー
ル、1,4−プロパンジオール、2,2−ジメチル−
1,3−プロパンジオール、1,6−ヘキサンジオー
ル、1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロ
ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノー
ル、1,3−シクロヘキサンジメタノール又はそれらの
混合物があるが、1,4−シクロヘキサンジメタノール
が好ましい。この際、前記その他のグリコールを表す
1,4−シクロヘキサンジメタノールはそのシス−又は
トランス−異性体又はそれらの混合物であり得る。
【0009】前記その他のグリコールは、最終共重合ポ
リエステル生成物のうち、所望のモル%に近似した量を
投入する。本発明において、前記共重合ポリエステル中
のその他のグリコール含量は総グリコール含量の20な
いし80モル%の範囲にして、結晶化による重合体加工
工程の困難さを防止し、その他の物性を向上させる。そ
の上、本発明の製法では、無水化トリメリット酸塩、ト
リメリット酸、トリメチロールプロパン、及び/又はペ
ンタエリトリトールなどの多官能性化合物を少量で用い
ることができる。
【0010】エステル化反応は、0.1ないし3.0k
g/cm2の圧力下で、230ないし260℃、好まし
くは240ないし260℃、より望ましくは245なし
い255℃の温度で実施する。また、エステル化反応の
完了までには、一般に100ないし300分の時間を要
するが、反応温度、圧力、及び総グリコール対ジカルボ
ン酸のモル比によって違う。
【0011】エステル化反応は通常は触媒なしに実施す
るが、反応時間の短縮の為には触媒を使用する必要があ
る。本発明において、グリコール及びジカルボン酸のエ
ステル化反応はバッチ式又は連続式で行える。原料は別
に投入することができるが、原料をスラリー形態で一緒
に投入することが好ましい。
【0012】エステル化反応の完了後、重縮合反応が実
施される。第2段階に先立ち、エステル化反応生成物に
重縮合触媒を安定剤と選択的に呈色剤とともに添加す
る。
【0013】重縮合反応に使用する為の触媒は通常はチ
タン、ゲルマニウム及びアンチモン化合物から選択す
る。この中で、チタン系触媒はアンチモン系触媒より少
量で使用できる上、ゲルマニウム系触媒より低廉である
為、最も好ましい。
【0014】一般に使用できるチタン系触媒としては、
テトラエチルチタネート、アセチルトリプロピルチタネ
ート、テトラプロピルチタネート、テトラブチルチタネ
ート、ポリブチルチタネート、2−エチルヘキシルチタ
ネート、オクチレングリコールチタネート、ラクテート
チタネート、トリエタノールアミンチタネート、アセチ
ルアセトネートチタネート、エチルアセトアセチックエ
ステルチタネート、イソステアリルチタネート、二酸化
チタン、二酸化チタン/二酸化珪素共沈物及び二酸化チ
タン/二酸化ジルコニウム共沈物が挙げられる。本発明
においては、水分に敏感でなくて保管及び取扱いが容易
であり、色度及び透明度を向上させるという観点より、
二酸化チタン/二酸化珪素共沈物が用いられる。本発明
によると、二酸化チタン/二酸化珪素共沈物は、総グリ
コールに対し4重量%以下となるサスペンションの形態
で添加する。グリコールに対して4重量%以上となるサ
スペンションの形態で使用する場合、触媒が完全に溶解
されない為、重合速度又は色度及び透明度に悪い影響を
及ぼし得る。
【0015】触媒量については、その多少が最終重合体
の色度に影響を与える。従って、所望色度となるよう
に、安定剤及び呈色剤等の添加剤の添加によって調節さ
れる。本発明によると、触媒は、最終重合体の重量に対
し1ないし100ppmのチタン元素、好ましくは1な
いし50ppmのチタン元素が含有される量、そして1
0ppm以下の珪素元素が含有される量にて用いられ
る。例えば、1ppm未満のチタン元素含有量にて用い
ると、所望重合度に至ることができない。一方、100
ppm以上のチタン元素含有量にて用いると、最終重合
体が黄色となる。また、10ppm超過の珪素元素含有
量にて用いると、重縮合反応がより遅く行われる。
【0016】本発明の共重合ポリエステルを製造する
為、各種の添加剤を用いることができる。通常用いられ
るものは安定剤と呈色剤である。本発明において用いら
れる安定剤としては燐化合物が用いられるが、その非限
定的な例として燐酸、トリメチルホスフェート及びトリ
エチルホスフェートが挙げられる。このような安定剤
は、最終重合体の重量に対し100ppmの燐元素が含
有される量にて添加される。例えば、安定剤量が10p
pm未満であると、その効果があまり小さくて最終重合
体の黄化を防止することができない。一方、安定剤量が
100ppmを超えると、最終重合体は所望の重合度を
有し得ない。
【0017】最終重合体の色度を向上させる為、コバル
トアセテート及びコバルトプロピオネート等の呈色剤を
最終重合体の重量に対し0ないし100ppmの量で添
加することができる。その他、呈色剤として知られた既
存の有機化合物を用いることができる。
【0018】第2段階において、エステル化反応生成物
の重縮合反応は、最終重合体が所望の固有粘度に至るに
必要な時間の間実施される。この際、反応温度は250
ないし290℃である。また、副産物のグリコールを除
去する為、400ないし0.1mmHgの減圧下で重縮
合反応を実施する。
【0019】本発明を制限なく例示する為に記載した下
記の実施例からも本発明をより明らかに理解できる。下
記の実施例において、単位“部”は特別な言及がない限
り“重量部”を示す。最終重合体の物性は次のように測
定した。固有粘度(I.V.):生成物を150℃で最
終濃度0.12%となるようにオルト−クロロフェノー
ルに溶解した後、その固有粘度を35℃の恒温槽内でウ
ベロード(Ubbelohde)型粘度計で測定した。
色度(Color):生成物をパシフィックサイエンテ
ィフィック(Pacific Scientific)
社のカラーガードシステム(Colorgard Sy
stem)を用いて色度を分析した。
【0020】
【実施例】実施例1 撹拌器及び流出コンデンサーを備えた3リットルの反応
器に996部のテレフタル酸、294部の1,4−シク
ロヘキサンジメタノール、及び618部のエチレングリ
コールを入れ、反応器の内圧が2.0kg/cm2に至
るまで窒素を充填した。反応器温度を255℃まで徐々
に上昇させ、エステル化反応を実施する一方、発生した
水蒸気は流出コンデンサーを介して留去した。水の発生
及び流出が終了した後、エステル化生成物を撹拌器、冷
却コンデンサー及び真空システムを備えた重縮合反応器
に移した。エステル化生成物に、エチレングリコールに
対し2重量%となるサスペンションの形態にある二酸化
チタン/二酸化珪素共沈物を、最終重合体に対してチタ
ン元素が20ppm、珪素元素が1.3ppmとなる量
にて添加した。また、エステル化生成物にトリエチルホ
スフェート及びコバルトアセテートを添加した。この化
合物は、最終重合体に対し、それぞれ燐元素が30pp
m、コバルト元素が60ppmとなる量にて用いた。反
応温度を240℃から275℃まで上昇させながら、反
応器温度を常圧から50mmHgまで低め、この際、エ
チレングリコールを40分間除去した後、0.1mmH
gまで徐々に低め、この際、重合体が所望の固有粘度を
有するまで重縮合反応を実施した。反応器から排出させ
た後、製造された1,4−シクロヘキサンジメタノール
−共重合ポリエステル樹脂をペレット状に切断し、前述
した方法によって固有粘度及び色度を測定した。その結
果を下記表1に示す。
【0021】比較例1及び2 重縮合触媒の種類及び配合濃度を、下記の表1に示すよ
うに変えたことを除き、実施例1の過程を繰り返した。
1,4−シクロヘキサンジメタノール、エチレングリコ
ール及びテレフタル酸で共重合されたポリエステルの固
有粘度及び色度を測定し、その結果を下記の表1に示
す。
【表1】
【0022】実施例2 撹拌器及び流出コンデンサーを備えた1リットルの反応
器に199.2部のテレフタル酸、58.8部の1,4
−シクロヘキサンジメタノール及び123.5部のエチ
レングリコールを入れ、反応器の内圧が1.0kg/c
2に至るまで窒素を充填した。反応器温度を255℃
まで徐々に上昇させ、エステル化反応を実施する一方、
発生した水蒸気は流出コンデンサーを介して留去した。
水の発生及び流出が終了した後、エステル化生成物を撹
拌器、冷却コンデンサー及び真空システムを備えた重縮
合反応器に移した。エステル化生成物に、エチレングリ
コールに対し2重量%となるサスペンションの形態にあ
る二酸化チタン/二酸化珪素共沈物を、最終重合体に対
してチタン元素が20ppm、珪素元素が1.3ppm
となる量にて添加した。また、エステル化生成物に燐酸
及びコバルトアセテートを添加した。この化合物は、最
終重合体に対し、それぞれ燐元素が30ppm、コバル
ト元素が60ppmとなる量にて用いた。反応温度を2
40℃から275℃まで上昇させながら、反応器温度を
常圧から50mmHgまで低め、この際、エチレングリ
コールを40分間除去した後、0.1mmHgまで徐々
に低め、この際、重合体が所望の固有粘度を有するまで
重縮合反応を実施した。反応器から排出させた後、製造
された1,4−シクロヘキサンジメタノール−共重合ポ
リエステル樹脂をペレット状に切断し、前述した方法に
よって固有粘度及び色度を測定した。その結果を下記表
2に示す。
【0023】比較例3及び4 重縮合触媒の種類及び配合濃度を、下記の表2に示すよ
うに変えたことを除き、実施例2の過程を繰り返した。
1,4−シクロヘキサンジメタノール、エチレングリコ
ール及びテレフタル酸で共重合されたポリエステルの固
有粘度及び色度を測定し、その結果を下記の表2に示
す。
【表2】
【0024】撹拌器及び流出コンデンサーを備えた1リ
ットルの反応器に199.2部のテレフタル酸、58.
8部の1,4−シクロヘキサンジメタノール及び12
3.5部のエチレングリコールを入れ、反応器の内圧が
1.0kg/cm2に至るまで窒素を充填した。反応器
温度を255℃まで徐々に上昇させ、エステル化反応を
実施する一方、発生した水蒸気は流出コンデンサーを介
して留去した。水の発生及び流出が終了した後、エステ
ル化生成物を撹拌器、冷却コンデンサー及び真空システ
ムを備えた重縮合反応器に移した。エステル化生成物
に、エチレングリコールに対し1重量%となるサスペン
ションの形態にある二酸化チタン/二酸化珪素共沈物
を、最終重合体に対してチタン元素が30ppm、珪素
元素が2ppmとなる量にて添加した。また、エステル
化生成物に燐酸及びコバルトアセテートを添加した。こ
の化合物は、最終重合体に対し、それぞれ燐元素が50
ppm、コバルト元素が80ppmとなる量にて用い
た。反応温度を240℃から270℃まで上昇させなが
ら、反応器温度を常圧から50mmHgまで低め、この
際、エチレングリコールを40分間除去した後、0.1
mmHgまで徐々に低め、この際、重合体が所望の固有
粘度を有するまで重縮合反応を実施した。反応器から排
出させた後、製造された1,4−シクロヘキサンジメタ
ノール−共重合ポリエステル樹脂をペレット状に切断
し、前述した方法によって固有粘度及び色度を測定し
た。その結果を下記表3に示す。
【0025】比較例5及び6 重縮合触媒の種類及び配合濃度を、下記の表3に示すよ
うに変えたことを除き、実施例3の過程を繰り返した。
1,4−シクロヘキサンジメタノール、エチレングリコ
ール及びテレフタル酸で共重合されたポリエステルの固
有粘度及び色度を測定し、その結果を下記の表3に示
す。
【表3】
【0026】実施例4 重縮合触媒を、エチレングリコールに対し0.1重量%
となるサスペンションの形態で用いたことを除き、実施
例2の過程を繰り返した。得られた1,4−シクロヘキ
サンジメタノール−共重合ポリエステルの固有粘度及び
色度を測定し、その結果を下記の表4に示す。
【0027】比較例7 重縮合触媒をエチレングリコールに対し5重量%となる
サスペンションの形態で用いたことを除き、実施例2の
過程を繰り返した。得られた1,4−シクロヘキサンジ
メタノール−共重合ポリエステルの固有粘度及び色度を
測定し、その結果を下記の表4に示す。
【表4】
【発明の効果】総合すれば、前記実施例及び比較例で得
た結果によると、燐化合物を安定剤として、かつ、触媒
として二酸化チタン/二酸化珪素共沈物を用いて製造し
た本発明の1,4−シクロヘキサンジメタノール−共重
合ポリエステルは、固有粘度、色度及び生産性を含む多
様な面で従来のものに比べて優れていることを示す。二
酸化チタン/二酸化珪素共沈物を総グリコールに対し4
重量%以下となるサスペンションの形態で使用したこと
を特徴とする本発明の方法は、重合度を向上させ、共重
合ポリエステルの色度及び透明度を向上させる利点を有
する。本発明の触媒は、従来のチタンアルコキシド系触
媒と同量を使用しても、従来のものより色度を向上させ
ることができる。本発明の触媒を従来の触媒より少ない
量で用いると、最終重合体の金属含量が減少し、よって
透明度が向上する。以上、本発明を例示的に説明した
が、ここで用いた用語は制限の為ではなく、説明の為の
ものである。前記教示から、本発明の多様な修正例及び
変形例ができる。従って、本発明は特許請求の範囲内で
前記特定されたものとは異なる方式で実施することがで
きるのを理解すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホン ユン−ヒ 大韓民国 キョンギド スウォンシ ジ ャンアンク ゾウォンドン ハンイル タウン 155−1801 (72)発明者 キム ソン−キ 大韓民国 キョンギド ヨンインシ ス ジウップ ズクゼンヒョンダイアパート 104−1709 (56)参考文献 米国特許5684116(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 63/00 - 63/91

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エチレングリコール及びその他のグリコー
    ルでジカルボン酸をエステル化反応させる段階と、 二酸化チタン/二酸化珪素共沈物触媒を総グリコールに
    対し4重量%以下となるサスペンションの形態で用いて
    前記エステル化反応生成物を重縮合させる段階とからな
    る、総グリコール含量に対し前記その他のグリコール含
    量が20ないし80モル%である共重合ポリエステル樹
    脂の製造方法。
  2. 【請求項2】前記重縮合触媒は、最終重合体の重量に対
    し、チタン元素が1ないし100ppm、珪素元素が1
    0ppm以下となる量にて用いられることを特徴とする
    請求項1記載の共重合ポリエステル樹脂の製造方法。
  3. 【請求項3】前記重縮合反応は安定剤として燐化合物を
    用いて実施されることを特徴とする請求項1記載の共重
    合ポリエステル樹脂の製造方法。
  4. 【請求項4】前記安定剤は、最終重合体の重量に対し、
    燐元素が10ないし100ppmとなる量にて用いられ
    ることを特徴とする請求項3記載の共重合ポリエステル
    樹脂の製造方法。
  5. 【請求項5】前記その他のグリコールは、1,4−シク
    ロヘキサンジメタノール、1,2−プロパンジオール、
    1,3−プロパンジオール、1,4−プロパンジオー
    ル、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、
    1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジ
    オール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シ
    クロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジ
    メタノール、又はそれらの混合物であることを特徴とす
    る請求項1記載の共重合ポリエステル樹脂の製造方法。
  6. 【請求項6】前記その他のグリコールは、1,4−シク
    ロヘキサンジメタノールであることを特徴とする請求項
    5記載の共重合ポリエステル樹脂の製造方法。
  7. 【請求項7】前記ジカルボン酸は、テレフタル酸、イソ
    フタル酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,
    3−シクロヘキサンジカルボン酸、琥珀酸、グルタル
    酸、アジピン酸、セバシン酸、2,6−ナフタリンジカ
    ルボン酸、又はそれらの混合物であることを特徴とする
    請求項1記載の共重合ポリエステル樹脂の製造方法。
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