JP3690768B2 - Continuous production method of polyester - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低カルボキシル末端基量のポリエステルを連続的に製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレートは、種々の優れた特性、なかでも優れた機械的強度を有し、繊維、フィルム、シート、ボトル、その他の成形物として広く利用されている。
【0003】
ポリエチレンテレフタレートは、一般にテレフタル酸とエチレングリコールとをエステル化させてオリゴマーとし、これを減圧下に加熱して重縮合させることによって製造されている。
このようなポリエステルを製造する方法には、回分式と連続式とがあるが、大量生産品の場合には、品質及びコストの点で有利な連続式が一般に採用されている。
【0004】
溶融重合によって得られたポリエステルから成形物を製造する場合、通常、一旦チップ化した後、再溶融して成形する方法が採用される。その際、原料ポリエステルのカルボキシル末端基量が多いと、再溶融中にポリエステルの残留水分による加水分解が起こりやすい。この加水分解は、ポリエステルのカルボキシル末端基による酸触媒作用により促進されるので、原料ポリエステルのカルボキシル末端基量が多くなると、加水分解の程度も大きくなる。再溶融による成形時に加水分解が起こると、粘度低下による製品の強度不足や色調の悪化など、成形物本来の好ましい特性が損なわれる。
【0005】
このような問題を解決するために、従来、低カルボキシル末端基量のポリエステルを製造する方法が種々提案されている。
例えば、カルボキシル末端基量は、熱分解反応の進行と共に増加するとの知見より、反応温度を低くしてカルボキシル末端基量を低減させる方法が提案されている。しかし、重合反応温度を低くすると、見かけ上の重合反応速度が低下するので、重合反応時間を延長することが必要になり、生産性が低下し、コストアップにつながるという問題があった。
【0006】
また、ポリエステルのカルボキシル末端基と反応するカルボジイミド化合物などの末端封止剤を利用する方法も知られており、この方法によれば、効果的にカルボキシル末端基量を大幅に低減させることができる。しかし、この方法は、製造されるポリエステル全量のカルボキシル末端基を封止する必要性があると共に、一旦ポリエステルを製造した後、そのポリエステルと末端封止剤とを反応させる後工程が加わる複雑性、経済性から、連続的にポリエステルを製造する方法に適用することは困難であった。
【0007】
さらに、エステル化反応の際、オリゴマーのエステル化反応率を高くすることによって、低カルボキシル末端基量のポリエステルが得られることが知られている。しかし、エステル化反応率を高くすると、ポリエステルの色調が悪くなったり、副生成物であるジエチレングリコール成分(DEG)含有量が高くなったりすると共に、重縮合反応速度が低下し、生産性が低下するという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、色調やDEG含有量、粘度などの一般的なポリエステルの特性値と生産性とを損なうことなく、低カルボキシル末端基量のポリエステルを得ることができるポリエステルの連続製造方法を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、エステル化反応時の反応条件を調節することで、オリゴマーのエステル化反応率を一定に保ったまま、オリゴマーの重合度を制御して全末端基中のカルボキシル末端基の割合を制御することにより、見かけ上の重縮合反応速度を変化させ得ること、また、エステル化反応率と製品ポリエステルのDEG含有量との間に相関関係が見られること及びポリエステルの色調とエステル化反応条件との間に相関関係が見られることなどを見出し、本発明に到達した。
【0010】
すなわち、本発明は、テレフタル酸とエチレングリコールとからエステル化反応及び重縮合反応を経てカルボキシル末端基量が35g当量/106 g以下のポリエステルを連続的に製造する方法において、エステル化反応によってエステル化反応率が92〜98%の範囲であり、かつ全末端基中のカルボキシル末端基の割合が35%以下のオリゴマーとし、これを減圧下に重縮合反応させることを特徴とするポリエステルの連続製造方法を要旨とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0012】
本発明で対象とするポリエステルは、テレフタル酸とエチレングリコールとからのポリエステル、すなわち、ポリエチレンテレフタレートであるが、その特性を大きく変えない範囲で、イソフタル酸、無水フタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニレンジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、p−キシレングリコール、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加体、4−ヒドロキシ安息香酸などの共重合成分を併用したものでもよい。また、熱可塑性を損なわない範囲で、トリメリット酸、グリセリンなどの三官能以上の多官能化合物を共重合成分として併用したものでもよい。
【0013】
次に、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。図1はポリエステルの連続製造方法の実施態様の一例を示す概略工程図である。図1において、1は第1段エステル化反応槽、2はスラリー供給配管、3は第2段エステル化反応槽、4はエチレングリコール供給配管、5は第1段重縮合反応槽、6は第2段重縮合反応槽、7は第3段重縮合反応槽、8はダイヘッド、9はカッター、10はペレットを示す。
【0014】
図1には、2段階エステル化反応、3段階重縮合反応でポリエステルを連続的に製造する例を示したが、エステル化反応及び重縮合反応の段階数は、これに限定されるものではない。
【0015】
図1で示すようなポリエステルの連続製造方式では、一般的にあらかじめオリゴマーが存在する第1段エステル化反応槽1に、テレフタル酸とエチレングリコールとのスラリーをスラリー供給配管2から供給し、常圧あるいは微加圧下で加熱撹拌して反応させ、エステル化反応率を80〜90%、より好ましくは83〜87%とする。次に、これを第2段エステル化反応槽3に逐次送液し、常圧あるいは加圧下で加熱撹拌してエステル化反応率を92〜98%、より好ましくは94〜98%の範囲まで上げたオリゴマーとする。
【0016】
エステル化反応率が上記範囲を外れると、後工程における重縮合反応速度が著しく低下するため、製品ポリエステルの粘度を一定に保つためには、重縮合反応槽内を著しく高減圧にするか、反応温度を上げることが必要となる。重縮合反応槽内をあまり高減圧にすると、オリゴマーの揮散を誘発し、工程トラブルの原因となる。一方、反応温度を上げると、ポリエステルの分解が促進され、それに伴って製品ポリエステルの色調の低下、副生成物の増加、カルボキシル末端基量の増加が誘発される。
【0017】
また、オリゴマーのエステル化反応率が92%未満であると、オリゴマーの揮散が多く、重縮合反応槽の気相部缶壁などにこのオリゴマーが付着して、経時と共に高融点化し、やがては異物として反応物中に落下混入し、工程中のフィルターを詰まらせたり、製品ポリエステルの品質を低下させたりする。
【0018】
一方、エステル化反応槽3からのオリゴマーのエステル化反応率は、ポリエステルの色調にも影響を与えることが知られており、色調の調節手段としてエステル化反応率を変化させることが行われている。なお、このとき、エステル化反応率の調節は、主にエチレングリコール供給配管4からのエチレングリコール供給量の増減により行われる。
【0019】
本発明者らが検討の結果、最終ポリエステルのカルボキシル末端基量を35g当量/106 g以下とするには、オリゴマーのエステル化反応率は92〜98%の範囲内の一定値のままで、最終エステル化反応槽3の反応温度、反応圧力、滞留時間などの反応条件を調節して、オリゴマーの重合度を下げることで、全末端基中のカルボキシル末端基の割合を35%以下にすればよいことが分かった。
【0020】
オリゴマーの全末端基中のカルボキシル末端基の割合は、エステル化反応率が同じであっても重合度によって異なる。カルボキシル末端基はヒドロキシル末端基とエステル化反応するが、このエステル化反応の平行定数は1に近いため、重縮合反応工程においてエステル化反応によってカルボキシル末端基量が減少する速度と同じ速度で加水分解が進行する。
【0021】
重縮合反応は、減圧下で行われるため、重縮合反応の初期にはエステル化反応で生成した水は速やかに系外に除去されるが、重縮合反応が進行するにつれて溶融粘度が上昇し、生成した水の物質移動が遅くなるため、カルボキシル末端基量はある値から減少し難くなり、逆にポリエステルの熱分解反応によってカルボキシル末端基量が増加することになる。
【0022】
このカルボキシル末端基量が極小となる値は、オリゴマーの全末端基中のカルボキシル末端基の割合と相関関係があり、最終ポリエステルのカルボキシル末端基量を35g当量/106 g以下とするには、オリゴマーの全末端基中のカルボキシル末端基の割合を35%以下にすればよいことが分かったのである。
【0023】
オリゴマーのエステル化反応率は92〜98%の範囲内の一定値のままで、全末端基中のカルボキシル末端基の割合を35%以下にするために、エステル化反応の条件を調節するが、この調節は、操業性などを加味して、次のような範囲で行われる。
【0024】
エステル化反応の温度は、 240〜270 ℃、好ましくは 245〜268 ℃、より好ましくは 255〜265 ℃とされる。反応温度を低くしすぎると流動性が低下し、オリゴマーの送液が困難になるばかりでなく、撹拌不良となり、反応が不均一になったり、さらには撹拌動力が高くなりすぎるといった問題があり、逆にエステル化反応温度を高くしすぎると、オリゴマーの揮散が多くなったり、熱分解が起こって、最終ポリエステルの色調が悪くなったり、DEGなどの副生成物の生成量が多くなったりする。
【0025】
また、エステル化反応の圧力は、0〜200kPa・G 、好ましくは0〜180kPa・G 、より好ましくは0〜150kPa・G とされる。反応圧力を低くしすぎるとオリゴマーの揮散が多くなり、逆に反応圧力を高くしすぎると、副生成物の生成量が増大する。
【0026】
また、エステル化反応槽での滞留時間は、 0.5〜4時間、好ましくは 0.5〜3時間、より好ましくは1.02〜2.5 時間とされる。この滞留時間が短すぎると反応槽中の液量不足からくる撹拌不良や、熱媒を通したコイルなどからの伝熱不良などの装置上の問題が発生し、滞留時間を長くしすぎると副生成物の生成量が増大したり、撹拌動力が増大するといった問題が生じる。
【0027】
次に、上記のような所定の条件を満足するオリゴマーを第1段重縮合反応槽5に送液し、三酸化アンチモンや二酸化ゲルマニウムなどの重縮合触媒を加え、第1段重縮合反応槽5、第2段重縮合反応槽6、第3段重縮合反応槽7を順次通過させ、所定の重合度のポリエステルが得られるまで重縮合反応を行い、高重合度のポリエステルを得る。得られた高重合度のポリエステルをダイヘッド8でストランド状に吐出し、カッター9で造粒し、ペレット10とする。
【0028】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
なお、特性などの測定法は次のとおりである。
(a) 色調 (b値)
日本電色工業社製 300A型色差計で測定した。
(b) DEG含有量
ポリエステルを水酸化カリウム水溶液で加水分解した後、島津製作所製GC-14B型ガスクロマトグラフを用いて測定した。
(c) 極限粘度
フェノールとテトラクロルエタンとの等重量混合物を溶媒とし、温度20℃で測定した。
(d) カルボキシル末端基量
ポリエステル0.15gを精秤し、これにベンジルアルコール5mlを加え、 202〜203 に加熱して加熱溶解し、 0.1mol/L の水酸化カリウムのメタノール溶液で滴定して求めた。
(e) エステル化反応率
下記の方法で、オリゴマーの全カルボキシル末端基量Aと未反応カルボキシル末端基量Bとを求め、次式で算出する。
エステル化反応率(%)=〔(A−B)/A〕×100
全カルボキシル末端基量A:オリゴマー 0.3gを精秤し、これに0.5mol/Lの水酸化カリウム水溶液20mlを加え、1時間還流させて加水分解した後、0.5mol /Lの塩酸で滴定して求める。
未反応カルボキシル末端基量B:オリゴマー 2.0gを精秤し、これにN,N−ジメチルホルムアミド20mlを加え、1時間還流させて溶解し、 0.1mol/L の水酸化カリウムのメタノール溶液で滴定して求める。
【0029】
実施例1
図1に示したポリエステルの連続製造装置を用いて、エチレングリコールとテレフタル酸とのモル比率が 1.5対1であるスラリーを、スラリー供給配管2から毎時5902kgの割合で、平均滞留時間 4.6時間、反応温度 260℃、反応圧力 33kPa・G に制御された第1段エステル化槽1に連続的に供給し、エステル化率85.0%のオリゴマーとし、次いで、このオリゴマーを連続的に、平均滞留時間 2.1時間、反応温度 254℃、反応圧力 33kPa・G に制御された第2段エステル化反応槽3へ送液し、同時に反応槽3に供給配管4からエチレングリコールを対テレフタル酸のモル比率が 0.2に相当する分供給しながら反応させ、エステル化反応率95.0%のオリゴマーを毎時4442kgの割合で得た。
このオリゴマーは、極限粘度から重合度を算出し、全末端基中のカルボキシル末端基量の割合を算出したところ32.5%であった。
次いで、このオリゴマーを連続的に第1段重縮合反応槽5へ送液し、反応槽5に重縮合触媒として三酸化アンチモンを対テレフタル酸モル比率で 1.7×10-4の割合で添加し、反応温度 270〜275 ℃、反応圧力2.7kPa・G 〜140 Pa・G に制御された重縮合反応槽5〜7で重縮合反応させて、ポリエチレンテレフタレートのペレットを毎時4375kg(生産量日産 105トン)製造した。
得られたポリエチレンテレフタレートは、色調 5.4、DEG含有量1.39モル%、極限粘度 0.687、カルボキシル末端基量31.5g当量/106 gであった。
【0030】
実施例2
実施例1と同様のポリエステルの連続製造装置を用いて、エチレングリコールとテレフタル酸とのモル比率が 1.5対1であるスラリーを、スラリー供給配管2から毎時5902kgの割合で、平均滞留時間 4.6時間、反応温度 260℃、反応圧力 33kPa・G に制御された第1段エステル化槽1に連続的に供給し、エステル化率85.0%のオリゴマーとし、次いで、このオリゴマーを連続的に、平均滞留時間 2.1時間、反応温度 249℃、反応圧力 33kPa・G に制御された第2段エステル化反応槽3へ送液し、同時に反応槽3に供給配管4からエチレングリコールを対テレフタル酸のモル比率が0.25に相当する分供給しながら反応させ、エステル化反応率96.0%のオリゴマーを毎時4442kgの割合で得た。
このオリゴマーの全末端基中のカルボキシル末端基量の割合は、30.3%であった。
次いで、このオリゴマーを連続的に第1段重縮合反応槽5へ送液し、反応槽5に重縮合触媒として三酸化アンチモンを対テレフタル酸モル比率で 1.7×10-4の割合で添加し、反応温度 270〜275 ℃、反応圧力2.7kPa・G 〜140 Pa・G に制御された重縮合反応槽5〜7で重縮合反応させて、ポリエチレンテレフタレートのペレットを毎時4375kg(生産量日産 105トン)製造した。
得られたポリエチレンテレフタレートは、色調 5.4、DEG含有量1.39モル%、極限粘度 0.687、カルボキシル末端基量28.5g当量/106 gであった。
【0031】
比較例1
実施例1において、第1段エステル化槽での条件を、平均滞留時間 5.0時間、反応温度 260℃、反応圧力 29kPa・G に変更してエステル化反応率85.1%のオリゴマーとし、第2段エステル化槽での条件を、平均滞留時間 2.1時間、反応温度 254℃、反応圧力 29kPa・G に変更してエステル化反応率94.6%のオリゴマーを得た。
このオリゴマーの全末端基中のカルボキシル末端基量の割合は、39.0%であった。
このオリゴマーを実施例1と同様にして重縮合反応させたところ、得られたポリエチレンテレフタレートは、色調 5.6、DEG含有量1.45モル%、極限粘度 0.687、カルボキシル末端基量45.4g当量/106 gであった。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、ポリエステルの色調やDEG含有量、粘度などの一般的なポリエステルの特性値と生産性とを損なうことなく、低カルボキシル末端基量のポリエステルを連続的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ポリエステルの連続製造方法の実施態様の一例を示す概略工程図である。
【符号の説明】
1 第1段エステル化反応槽
2 スラリー供給配管
3 第2段エステル化反応槽
4 エチレングリコール供給配管
5 第1段重縮合反応槽
6 第2段重縮合反応槽
7 第3段樹縮合反応槽
8 ダイヘッド
9 カッター
10 ペレット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a process for continuously producing a polyester having a low carboxyl end group amount.
[0002]
[Prior art]
Polyester, especially polyethylene terephthalate, has various excellent properties, especially excellent mechanical strength, and is widely used as fibers, films, sheets, bottles, and other molded articles.
[0003]
Polyethylene terephthalate is generally produced by esterifying terephthalic acid and ethylene glycol to make an oligomer, which is heated under reduced pressure for polycondensation.
As a method for producing such a polyester, there are a batch method and a continuous method, but in the case of mass production, a continuous method which is advantageous in terms of quality and cost is generally adopted.
[0004]
In the case of producing a molded product from polyester obtained by melt polymerization, usually, a method of once forming chips and then remelting and molding is employed. At that time, if the amount of the carboxyl terminal group of the raw material polyester is large, hydrolysis due to residual moisture of the polyester is likely to occur during remelting. Since this hydrolysis is promoted by acid catalysis by the carboxyl end groups of the polyester, the degree of hydrolysis increases as the amount of the carboxyl end groups of the raw material polyester increases. If hydrolysis occurs during molding by remelting, desirable properties inherent to the molded article such as insufficient strength of the product and deterioration of color tone due to a decrease in viscosity are impaired.
[0005]
In order to solve such a problem, various methods for producing a polyester having a low carboxyl end group amount have been proposed.
For example, based on the knowledge that the amount of carboxyl end groups increases with the progress of the thermal decomposition reaction, a method for reducing the amount of carboxyl end groups by lowering the reaction temperature has been proposed. However, if the polymerization reaction temperature is lowered, the apparent polymerization reaction rate decreases, so that it is necessary to extend the polymerization reaction time, resulting in a problem that productivity is lowered and costs are increased.
[0006]
In addition, a method using an end-capping agent such as a carbodiimide compound that reacts with a carboxyl end group of polyester is also known. According to this method, the amount of the carboxyl end group can be effectively reduced. However, in this method, it is necessary to seal the carboxyl terminal group of the total amount of the polyester to be manufactured, and after the polyester is once manufactured, the complexity of adding a post-process for reacting the polyester with the terminal blocking agent is added, It was difficult to apply to the method of manufacturing polyester continuously from economical efficiency.
[0007]
Furthermore, it is known that a polyester having a low carboxyl end group amount can be obtained by increasing the esterification reaction rate of the oligomer during the esterification reaction. However, when the esterification reaction rate is increased, the color tone of the polyester is deteriorated or the content of diethylene glycol component (DEG) as a by-product is increased, and the polycondensation reaction rate is decreased and the productivity is decreased. There was a problem.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention seeks to provide a method for continuously producing a polyester capable of obtaining a polyester having a low carboxyl end group amount without impairing general polyester characteristic values such as color tone, DEG content and viscosity, and productivity. To do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have adjusted the polymerization degree of the oligomer while maintaining the esterification reaction rate of the oligomer constant by adjusting the reaction conditions during the esterification reaction. It is possible to change the apparent polycondensation reaction rate by controlling the proportion of carboxyl end groups in the total end groups, and there is a correlation between the esterification reaction rate and the DEG content of the product polyester The inventors have found that there is a relationship and that there is a correlation between the color tone of the polyester and the esterification reaction conditions, and have reached the present invention.
[0010]
That is, the present invention relates to a method for continuously producing a polyester having a carboxyl end group amount of 35 g equivalent / 10 6 g or less from terephthalic acid and ethylene glycol through an esterification reaction and a polycondensation reaction. A continuous production of a polyester, characterized in that an oligomerization reaction rate is in the range of 92 to 98% and an oligomer having a carboxyl end group ratio of 35% or less in all terminal groups is subjected to a polycondensation reaction under reduced pressure. The summary of the method is as follows.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0012]
The polyester which is the subject of the present invention is a polyester from terephthalic acid and ethylene glycol, that is, polyethylene terephthalate, but within the range that does not greatly change its properties, isophthalic acid, phthalic anhydride, 5-sodium sulfoisophthalic acid, Naphthalenedicarboxylic acid, diphenylenedicarboxylic acid, diphenoxyethanedicarboxylic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, decanedicarboxylic acid, dodecanedicarboxylic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, 1,4 -Copolymerization components such as cyclohexanedimethanol, p-xylene glycol, ethylene oxide adduct of bisphenol A, and 4-hydroxybenzoic acid may be used in combination. Further, a trifunctional or higher polyfunctional compound such as trimellitic acid or glycerin may be used in combination as a copolymerization component as long as the thermoplasticity is not impaired.
[0013]
Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic process diagram showing an example of an embodiment of a method for continuously producing polyester. In FIG. 1, 1 is a first stage esterification reaction tank, 2 is a slurry supply pipe, 3 is a second stage esterification reaction tank, 4 is an ethylene glycol supply pipe, 5 is a first stage polycondensation reaction tank, and 6 is a first stage. A two-stage polycondensation reaction tank, 7 is a third-stage polycondensation reaction tank, 8 is a die head, 9 is a cutter, and 10 is a pellet.
[0014]
Although FIG. 1 shows an example in which polyester is continuously produced by a two-stage esterification reaction and a three-stage polycondensation reaction, the number of stages of the esterification reaction and the polycondensation reaction is not limited to this. .
[0015]
In the continuous production method of polyester as shown in FIG. 1, generally, a slurry of terephthalic acid and ethylene glycol is supplied from a slurry supply pipe 2 to a first stage esterification reaction tank 1 in which an oligomer is present in advance, and is subjected to normal pressure. Or it is made to react by heating and stirring under slight pressure, and the esterification reaction rate is 80 to 90%, more preferably 83 to 87%. Next, this is sequentially fed to the second stage esterification reaction tank 3, and heated and stirred at normal pressure or under pressure to increase the esterification reaction rate to 92-98%, more preferably 94-98%. Oligomer.
[0016]
If the esterification reaction rate is out of the above range, the polycondensation reaction rate in the subsequent process will be significantly reduced. It is necessary to raise the temperature. If the pressure in the polycondensation reaction tank is too high, the oligomer will evaporate, causing process trouble. On the other hand, when the reaction temperature is raised, the degradation of the polyester is accelerated, and accordingly, the color tone of the product polyester is lowered, the by-products are increased, and the amount of carboxyl end groups is increased.
[0017]
Also, when the esterification reaction rate of the oligomer is less than 92%, the oligomer is volatilized much and the oligomer adheres to the vapor phase can wall of the polycondensation reaction tank, and the melting point increases with time. As a result, it falls into the reaction product, clogs the filter in the process, and degrades the quality of the product polyester.
[0018]
On the other hand, the esterification reaction rate of the oligomer from the esterification reaction tank 3 is known to affect the color tone of the polyester, and the esterification reaction rate is changed as means for adjusting the color tone. . At this time, the esterification reaction rate is mainly adjusted by increasing or decreasing the amount of ethylene glycol supplied from the ethylene glycol supply pipe 4.
[0019]
As a result of studies by the present inventors, in order to make the carboxyl end group amount of the final polyester 35 g equivalent / 10 6 g or less, the esterification reaction rate of the oligomer remains at a constant value in the range of 92 to 98%, By adjusting the reaction conditions such as the reaction temperature, reaction pressure and residence time in the final esterification reaction tank 3 and lowering the degree of polymerization of the oligomer, the proportion of carboxyl end groups in all end groups should be 35% or less. I found it good.
[0020]
The proportion of carboxyl end groups in all end groups of the oligomer varies depending on the degree of polymerization even if the esterification reaction rate is the same. The carboxyl end group undergoes esterification reaction with the hydroxyl end group, but since the parallel constant of this esterification reaction is close to 1, hydrolysis occurs at the same rate as the amount of carboxyl end group decreased by the esterification reaction in the polycondensation reaction step. Progresses.
[0021]
Since the polycondensation reaction is performed under reduced pressure, water generated by the esterification reaction is quickly removed out of the system at the beginning of the polycondensation reaction, but the melt viscosity increases as the polycondensation reaction proceeds, Since the mass transfer of the produced water becomes slow, the amount of carboxyl end groups is difficult to decrease from a certain value, and conversely, the amount of carboxyl end groups increases due to the thermal decomposition reaction of polyester.
[0022]
The value at which the carboxyl end group amount is minimized correlates with the proportion of carboxyl end groups in all the end groups of the oligomer, and in order to make the carboxyl end group amount of the final polyester 35 g equivalent / 10 6 g or less, It has been found that the proportion of carboxyl end groups in all end groups of the oligomer should be 35% or less.
[0023]
The esterification reaction rate of the oligomer remains a constant value in the range of 92 to 98%, and the condition of the esterification reaction is adjusted so that the proportion of carboxyl end groups in all end groups is 35% or less. This adjustment is performed in the following range in consideration of operability and the like.
[0024]
The temperature of the esterification reaction is 240 to 270 ° C, preferably 245 to 268 ° C, more preferably 255 to 265 ° C. If the reaction temperature is too low, the fluidity will be lowered, and not only will it be difficult to send the oligomer, but there will be problems such as poor stirring, non-uniform reaction, and even higher stirring power. On the other hand, if the esterification reaction temperature is too high, the volatilization of oligomers will increase, thermal decomposition will occur, the color of the final polyester will deteriorate, and the amount of by-products such as DEG will increase.
[0025]
The pressure of the esterification reaction is 0 to 200 kPa · G, preferably 0 to 180 kPa · G, more preferably 0 to 150 kPa · G. If the reaction pressure is too low, oligomer volatilization increases. Conversely, if the reaction pressure is too high, the amount of by-products increases.
[0026]
The residence time in the esterification reaction tank is 0.5 to 4 hours, preferably 0.5 to 3 hours, more preferably 1.02 to 2.5 hours. If this residence time is too short, problems such as poor agitation due to insufficient amount of liquid in the reaction tank and heat transfer from a coil through a heating medium will occur. There arises a problem that the amount of product produced increases and the stirring power increases.
[0027]
Next, an oligomer satisfying the above predetermined conditions is fed to the first stage polycondensation reaction tank 5, a polycondensation catalyst such as antimony trioxide and germanium dioxide is added, and the first stage polycondensation reaction tank 5 is added. The second-stage polycondensation reaction tank 6 and the third-stage polycondensation reaction tank 7 are sequentially passed, and a polycondensation reaction is performed until a polyester having a predetermined polymerization degree is obtained, thereby obtaining a polyester having a high polymerization degree. The obtained polyester having a high degree of polymerization is discharged into a strand shape with the die head 8 and granulated with a cutter 9 to obtain pellets 10.
[0028]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.
In addition, the measuring methods, such as a characteristic, are as follows.
(a) Color tone (b value)
Measured with a Nippon Denshoku Industries 300A color difference meter.
(b) DEG content The polyester was hydrolyzed with an aqueous potassium hydroxide solution, and then measured using a GC-14B gas chromatograph manufactured by Shimadzu Corporation.
(c) The mixture was measured at a temperature of 20 ° C. using an equal weight mixture of intrinsic viscosity phenol and tetrachloroethane as a solvent.
(d) Weigh accurately 0.15 g of carboxyl end-group polyester, add 5 ml of benzyl alcohol, heat to 202-203, dissolve by heating, and titrate with 0.1 mol / L potassium hydroxide in methanol. It was.
(e) Esterification reaction rate The total carboxyl terminal group amount A and the unreacted carboxyl terminal group amount B of the oligomer are determined by the following method, and calculated by the following formula.
Esterification reaction rate (%) = [(A−B) / A] × 100
Total carboxyl end group amount A: Weigh accurately 0.3 g of oligomer, add 20 ml of 0.5 mol / L potassium hydroxide aqueous solution, reflux for 1 hour, hydrolyze, and titrate with 0.5 mol / L hydrochloric acid. Ask.
Unreacted carboxyl end group amount B: 2.0 g of oligomer was precisely weighed, 20 ml of N, N-dimethylformamide was added to this, dissolved by refluxing for 1 hour, and titrated with a 0.1 mol / L potassium hydroxide methanol solution. Ask.
[0029]
Example 1
Using the continuous polyester production apparatus shown in Fig. 1, a slurry in which the molar ratio of ethylene glycol to terephthalic acid is 1.5 to 1 is reacted at an average residence time of 4.6 hours at a rate of 5902 kg per hour from the slurry supply pipe 2. It is continuously fed to the first stage esterification tank 1 controlled at a temperature of 260 ° C. and a reaction pressure of 33 kPa · G to form an oligomer having an esterification rate of 85.0%, and then this oligomer is continuously produced with an average residence time of 2.1 hours. The reaction temperature is 254 ° C and the reaction pressure is controlled to 33kPa · G. The solution is sent to the second-stage esterification reaction tank 3, and at the same time, ethylene glycol from the supply pipe 4 to the reaction tank 3 is equivalent to a molar ratio of terephthalic acid of 0.2. The oligomer was reacted while being fed to obtain an oligomer having an esterification reaction rate of 95.0% at a rate of 4442 kg per hour.
The degree of polymerization of this oligomer was calculated from the intrinsic viscosity, and the ratio of the amount of carboxyl end groups in all end groups was calculated to be 32.5%.
Next, this oligomer is continuously fed to the first stage polycondensation reaction tank 5, and antimony trioxide is added to the reaction tank 5 as a polycondensation catalyst at a molar ratio of 1.7 × 10 −4 to terephthalic acid, Polycondensation reaction is carried out in a polycondensation reaction tank 5-7 controlled at a reaction temperature of 270 to 275 ° C and a reaction pressure of 2.7 kPa · G to 140 Pa · G. Manufactured.
The obtained polyethylene terephthalate had a color tone of 5.4, a DEG content of 1.39 mol%, an intrinsic viscosity of 0.687, and a carboxyl end group amount of 31.5 g equivalent / 10 6 g.
[0030]
Example 2
Using the same polyester continuous production apparatus as in Example 1, a slurry in which the molar ratio of ethylene glycol to terephthalic acid is 1.5 to 1 is 5902 kg per hour from the slurry supply pipe 2 at an average residence time of 4.6 hours. The first stage esterification tank 1 controlled at a reaction temperature of 260 ° C. and a reaction pressure of 33 kPa · G was continuously fed to form an oligomer having an esterification rate of 85.0%. The solution was sent to the second stage esterification reaction tank 3 controlled at a time, a reaction temperature of 249 ° C., and a reaction pressure of 33 kPa · G. At the same time, ethylene glycol was supplied from the supply pipe 4 to the reaction tank 3 to a molar ratio of terephthalic acid to 0.25. The reaction was conducted while supplying the corresponding amount, and an oligomer having an esterification reaction rate of 96.0% was obtained at a rate of 4442 kg per hour.
The ratio of the amount of carboxyl end groups in all the end groups of this oligomer was 30.3%.
Next, this oligomer is continuously fed to the first stage polycondensation reaction tank 5, and antimony trioxide is added to the reaction tank 5 as a polycondensation catalyst at a molar ratio of 1.7 × 10 −4 to terephthalic acid, Polycondensation reaction is carried out in a polycondensation reaction tank 5-7 controlled at a reaction temperature of 270 to 275 ° C and a reaction pressure of 2.7 kPa · G to 140 Pa · G. Manufactured.
The obtained polyethylene terephthalate had a color tone of 5.4, a DEG content of 1.39 mol%, an intrinsic viscosity of 0.687, and a carboxyl end group amount of 28.5 g equivalent / 10 6 g.
[0031]
Comparative Example 1
In Example 1, the conditions in the first stage esterification tank were changed to an average residence time of 5.0 hours, a reaction temperature of 260 ° C., and a reaction pressure of 29 kPa · G to obtain an oligomer with an esterification reaction rate of 85.1%. The conditions in the conversion tank were changed to an average residence time of 2.1 hours, a reaction temperature of 254 ° C., and a reaction pressure of 29 kPa · G to obtain an oligomer having an esterification reaction rate of 94.6%.
The ratio of the amount of carboxyl end groups in all the end groups of this oligomer was 39.0%.
When this oligomer was subjected to a polycondensation reaction in the same manner as in Example 1, the obtained polyethylene terephthalate had a color tone of 5.6, a DEG content of 1.45 mol%, an intrinsic viscosity of 0.687, and a carboxyl end group content of 45.4 g equivalent / 10 6 g. there were.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to continuously produce a polyester having a low carboxyl end group amount without impairing general polyester characteristic values such as color tone, DEG content and viscosity, and productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic process diagram showing an example of an embodiment of a method for continuously producing polyester.
[Explanation of symbols]
1 First stage esterification reaction tank 2 Slurry supply pipe 3 Second stage esterification reaction tank 4 Ethylene glycol supply pipe 5 First stage polycondensation reaction tank 6 Second stage polycondensation reaction tank 7 Third stage tree condensation reaction tank 8 Die head 9 cutter
10 pellets

Claims (1)

テレフタル酸とエチレングリコールとからエステル化反応及び重縮合反応を経てカルボキシル末端基量が35g当量/106 g以下のポリエステルを連続的に製造する方法において、エステル化反応によってエステル化反応率が92〜98%の範囲であり、かつ全末端基中のカルボキシル末端基の割合が35%以下のオリゴマーとし、これを減圧下に重縮合反応させることを特徴とするポリエステルの連続製造方法。In a method of continuously producing a polyester having a carboxyl terminal group amount of 35 g equivalent / 10 6 g or less from terephthalic acid and ethylene glycol through an esterification reaction and a polycondensation reaction, the esterification reaction rate is 92 to 92 by the esterification reaction. A method for continuously producing a polyester, characterized in that it is in the range of 98% and an oligomer having a carboxyl end group ratio of 35% or less in all terminal groups is subjected to a polycondensation reaction under reduced pressure.
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