JP3753219B2 - Polyester polymerization catalyst, polyester produced using the same, and method for producing polyester - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリエステル重合触媒、これを用いて製造されたポリエステルおよびポリエステルの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、アンチモン化合物を用いない新規のポリエステル重合触媒、これを用いて製造されたポリエステルおよびポリエステルの製造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（以下、PET と略す）は、機械的特性および化学的特性に優れており、多用途への応用、例えば、衣料用や産業資材用の繊維、包装用や磁気テープ用などの各種フィルムやシート、ボトルやエンジニアリングプラスチックなどの成形物への応用がなされている。
【０００３】
PET は、工業的にはテレフタル酸もしくはテレフタル酸ジメチルとエチレングリコールとのエステル化もしくはエステル交換によってビス（2-ヒドロキシエチル）テレフタレートを製造し、これを高温、真空下で触媒を用いて重縮合することで得られる。重縮合時に用いられる触媒としては、三酸化アンチモンが広く用いられている。三酸化アンチモンは、安価で、かつ優れた触媒活性をもつ触媒であるが、重縮合時に金属アンチモンが析出するため、PET に黒ずみや異物が発生するという問題点を有している。また、最近環境面からアンチモンの安全性に対する問題が指摘されている。このような経緯で、アンチモンを含まないポリエステルが望まれている。
【０００４】
重縮合触媒として、三酸化アンチモンを用いて、かつ PETの黒ずみや異物の発生を抑制する試みが行われている。例えば、特許第2666502号においては、重縮合触媒として三酸化アンチモンとビスマスおよびセレンの化合物を用いることで、PET 中の黒色異物の生成を抑制している。また、特開平9-291141号においては、重縮合触媒としてナトリウムおよび鉄の酸化物を含有する三酸化アンチモンを用いると、金属アンチモンの析出が抑制されることを述べている。ところが、これらの重縮合触媒では、結局アンチモンを含まないポリエステルという目的は達成できない。
【０００５】
三酸化アンチモンの代わりとなる重縮合触媒の検討も行われている。特に、テトラアルコキシチタネートがすでに提案されているが、これを用いて製造された PETは著しく着色すること、ならびに熱分解を容易に起こすという問題がある。
【０００６】
このような、テトラアルコキシチタネートを重縮合触媒として用いたときの問題点を克服する試みとして、例えば、特開昭55-116722号では、テトラアルコキシチタネートをコバルト塩およびカルシウム塩と同時に用いる方法が提案されている。また、特開平8-73581号によると、重縮合触媒としてテトラアルコキシチタネートをコバルト化合物と同時に用い、かつ蛍光増白剤を用いる方法が提案されている。ところが、これらの提案では、テトラアルコキシチタネートを重縮合触媒として用いたときの PETの着色は低減されるものの、一方 PETの熱分解を効果的に抑制することは達成されていない。
【０００７】
三酸化アンチモンの代わりとなる重縮合触媒でかつ、テトラアルコキシチタネートを用いたときのような問題点を克服する重縮合触媒としては、ゲルマニウム化合物が実用化されているが、この触媒は非常に高価であるという問題点や、重合中に反応系から外へ留出しやすいため反応系の触媒濃度が変化し重合の制御が困難になるという問題点を有している。
【０００８】
また従来、金属触媒を複数組み合わせてもそれらの触媒活性を足し合わせた以上の触媒活性を持たせることはできていなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アンチモン化合物以外の新規の重縮合触媒、およびこれを用いて製造されたポリエステルを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の筆者らは、上記課題の解決を目指して鋭意検討を重ねた結果、特定の金属化合物を組み合わせることによって、それらの触媒活性を足し合わせた以上の触媒活性を持たせることができるようになることを見いだした。本発明の重縮合触媒を用いると、アンチモン化合物を用いない品質に優れたポリエステルを得ることができる。
【００１１】
すなわち、本発明は上記課題の解決法として、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウムのいずれかのアルミニウム化合物とリチウム、マグネシウム、マンガンからなる群より選ばれる一種以上の金属化合物とからなるポリエステル重合触媒、これを用いて製造されたポリエステルおよびポリエステルの製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、アンチモン化合物以外の新規の重縮合触媒、およびこれを用いて製造されたポリエステルを提供するものである。本発明の重縮合触媒は、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウムのいずれかのアルミニウム化合物とリチウム、マグネシウム、マンガンからなる群より選ばれる一種以上の金属化合物とからなるポリエステル重合触媒である。
【００１３】
本発明の金属化合物としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、錫、鉛、ビスマス、スカンジウム、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、テルル、銀などの金属化合物からなる群より選ばれる一種以上の金属化合物が挙げられる。
【００１４】
これらの金属化合物のうち、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、タリウム、鉛、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛の金属化合物からなる群より選ばれる一種以上の金属化合物が好ましい。
【００１５】
さらに、リチウム、マグネシウム、タリウム、鉛、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛の金属化合物からなる群より選ばれる一種以上の金属化合物がとくに好ましい。
【００１６】
これらの金属化合物としては特に限定はされないが、例えば、これらの金属のギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、蓚酸などの飽和脂肪族カルボン酸塩、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和脂肪族カルボン酸塩、安息香酸などの芳香族カルボン塩、トリクロロ酢酸などのハロゲン含有カルボン酸塩、乳酸、クエン酸、サリチル酸などのヒドロキシカルボン酸塩、炭酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、炭酸水素、リン酸水素、硫酸水素、亜硫酸、チオ硫酸、塩酸、臭化水素酸、塩素酸、臭素酸などの無機酸塩、1-プロパンスルホン酸、1-ペンタンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸などの有機スルホン酸塩、ラウリル硫酸などの有機硫酸塩、メトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、iso-プロポキシ、n-ブトキシ、ｔ−ブトキシなどアルコキサイド、アセチルアセトネートなどのキレート化合物、酸化物、水酸化物、金属などが挙げられ、これらのうち飽和脂肪族カルボン酸塩が好ましく、さらに酢酸塩がとくに好ましい。
【００１７】
これらの金属化合物の使用量としては、得られるポリエステルのジカルボン酸や多価カルボン酸などのカルボン酸成分の全構成ユニットのモル数に対して1×10-6〜0.1モルが好ましく、更に好ましくは5×10-6〜0.05モルである。
【００１８】
本発明のアルミニウム化合物としては特に限定はされないが、例えば、ギ酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、プロピオン酸アルミニウム、蓚酸アルミニウム、アクリル酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、安息香酸アルミニウム、トリクロロ酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム、サリチル酸アルミニウムなどのカルボン酸塩、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化塩化アルミニウム、炭酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、ホスホン酸アルミニウムなどの無機酸塩、アルミニウムメトキサイド、アルミニウムエトキサイド、アルミニウムn-プロポキサイド、アルミニウムiso-プロポキサイド、アルミニウムn-ブトキサイド、アルミニウムｔ−ブトキサイドなどアルミニウムアルコキサイド、アルミニウムアセチルアセトネート、アルミニウムアセチルアセテート、アルミニウムエチルアセトアセテート、アルミニウムエチルアセトアセテートジiso-プロポキサイドなどのアルミニウムキレート化合物、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物およびこれらの部分加水分解物、酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどが挙げられる。これらのうちカルボン酸塩および無機酸塩が好ましく、これらの中でもさらに酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウムがとくに好ましい。
【００１９】
アルミニウム化合物の使用量としては、得られるポリエステルのジカルボン酸や多価カルボン酸などのカルボン酸成分の全構成ユニットのモル数に対して5×10-7〜0.01モルが好ましく、更に好ましくは1×10-6〜0.005モルである。
【００２０】
本発明によるポリエステルの製造は、従来公知の方法で行うことができる。例えば、テレフタル酸とエチレングリコールとのエステル化後、重縮合する方法、もしくは、テレフタル酸ジメチルなどのテレフタル酸のアルキルエステルとエチレングリコールとのエステル交換反応を行った後、重縮合する方法のいずれの方法でも行うことができる。また、重合の装置は、回分式であっても、連続式であってもよい。
【００２１】
本発明の触媒は、重縮合反応のみならずエステル化反応およびエステル交換反応にも触媒活性を有する。テレフタル酸ジメチルなどのジカルボン酸のアルキルエステルとエチレングリコールなどのグリコールとのエステル交換反応は、通常亜鉛などのエステル交換触媒の存在下で行われるが、これらの触媒の代わりに本発明の触媒を用いることもできる。また、本発明の触媒は、溶融重合のみならず固相重合や溶液重合においても触媒活性を有する。
【００２２】
本発明の重縮合触媒の添加時期は、重縮合反応の開始前が望ましいが、エステル化反応もしくはエステル交換反応の開始前および反応途中の任意の段階で反応系に添加することもできる。
【００２３】
本発明の重縮合触媒の添加方法は、粉末状もしくはニート状であってもよいし、エチレングリコールなどの溶媒のスラリー状もしくは溶液であってもよく、特に限定されない。また、アルミニウム化合物と金属化合物とを予め混合したものを添加してもよいし、これらを別々に添加してもよい。
【００２４】
本発明の重縮合触媒は、アンチモン化合物、チタン化合物などの他の重縮合触媒を共存させて用いてもよい。
【００２５】
本発明に言うポリエステルとは、ジカルボン酸を含む多価カルボン酸およびこれらのエステル形成性誘導体から選ばれる一種または二種以上とグリコールを含む多価アルコールから選ばれる一種または二種以上とから成るもの、またはヒドロキシカルボン酸およびこれらのエステル形成性誘導体から成るもの、または環状エステルから成るものをいう。
【００２６】
ジカルボン酸としては、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、テトラデカンジカルボン酸、ヘキサデカンジカルボン酸、１,３ーシクロブタンジカルボン酸、１,３ーシクロペンタンジカルボン酸、１,２ーシクロヘキサンジカルボン酸、１,３ーシクロヘキサンジカルボン酸、１,4ーシクロヘキサンジカルボン酸、２,５ーノルボルナンジカルボン酸、ダイマー酸などに例示される飽和脂肪族ジカルボン酸またはこれらのエステル形成性誘導体、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などに例示される不飽和脂肪族ジカルボン酸またはこれらのエステル形成性誘導体、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、５ー（アルカリ金属）スルホイソフタル酸、ジフェニン酸、１,３ーナフタレンジカルボン酸、１,４ーナフタレンジカルボン酸、１,５ーナフタレンジカルボン酸、２,６ーナフタレンジカルボン酸、２,７ーナフタレンジカルボン酸、４、４’ービフェニルジカルボン酸、４、４’ービフェニルスルホンジカルボン酸、４、４’ービフェニルエーテルジカルボン酸、１,２ービス（フェノキシ）エタンーｐ,ｐ’ージカルボン酸、パモイン酸、アントラセンジカルボン酸などに例示される芳香族ジカルボン酸またはこれらのエステル形成性誘導体が挙げられ、これらのジカルボン酸のうちテレフタル酸およびイソフタル酸が好ましい。
【００２７】
これらジカルボン酸以外の多価カルボン酸として、エタントリカルボン酸、プロパントリカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、トリメリット酸、トリメシン酸、３、４、３’、４’ービフェニルテトラカルボン酸、およびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
【００２８】
グリコールとしてはエチレングリコール、１、２ープロピレングリコール、１、３ープロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１、２ーブチレングリコール、１、３ーブチレングリコール、２、３ーブチレングリコール、１,４ーブチレングリコール、１、５ーペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１,６ーヘキサンジオール、１,２ーシクロヘキサンジオール、１,３ーシクロヘキサンジオール、１,４ーシクロヘキサンジオール、１,２ーシクロヘキサンジメタノール、１,３ーシクロヘキサンジメタノール、１,４ーシクロヘキサンジメタノール、１,４ーシクロヘキサンジエタノール、１,１０ーデカメチレングリコール、１、１２ードデカンジオール、ポリエチレングリコール、ポリトリメチレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどに例示される脂肪族グリコール、ヒドロキノン、４, ４’ージヒドロキシビスフェノール、１,４ービス（βーヒドロキシエトキシ）ベンゼン、１,４ービス（βーヒドロキシエトキシフェニル）スルホン、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）エーテル、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）スルホン、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）メタン、１、２ービス（ｐ−ヒドロキシフェニル）エタン、ビスフェノールA、ビスフェノールＣ、２,５ーナフタレンジオール、これらのグリコールにエチレンオキシドが付加したグリコール、などに例示される芳香族グリコールが挙げられ、これらのグリコールのうちエチレングリコールおよび１,４ーブチレングリコールが好ましい。
【００２９】
これらグリコール以外の多価アルコールとして、トリメチロールメタン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、グリセロール、ヘキサントリオールなどが挙げられる。
【００３０】
ヒドロキシカルボン酸としては、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ酢酸、３ーヒドロキシ酪酸、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、ｐー（２ーヒドロキシエトキシ）安息香酸、４ーヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸、またはこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
【００３１】
環状エステルとしては、ε-カプロラクトン、β-プロピオラクトン、β-メチル-β-プロピオラクトン、δ-バレロラクトン、グリコリド、ラクチドなどが挙げられる。
【００３２】
多価カルボン酸もしくはヒドロキシカルボン酸のエステル形成性誘導体としては、これらのアルキルエステル、酸クロライド、酸無水物などが挙げられる。
【００３３】
本発明のポリエステルは、主たる繰り返し単位がアルキレンテレフタレートからなるポリエステルが好ましい。ここで言う主たる繰り返し単位がアルキレンテレフタレートからなるポリエステルとは、主たる酸成分がテレフタル酸またはそのエステル形成性誘導体、主たるグリコール成分がアルキレングリコールからなるものである。ここで言うアルキレングリコールは、分子鎖中に置換基や脂環構造を含んでいても良い。
【００３４】
酸成分として蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、テトラデカンジカルボン酸、ヘキサデカンジカルボン酸、１,３ーシクロブタンジカルボン酸、１,３ーシクロペンタンジカルボン酸、１,２ーシクロヘキサンジカルボン酸、１,３ーシクロヘキサンジカルボン酸、１,4ーシクロヘキサンジカルボン酸、２,５ーノルボルナンジカルボン酸、ダイマー酸などに例示される飽和脂肪族ジカルボン酸またはこれらのエステル形成性誘導体、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などに例示される不飽和脂肪族ジカルボン酸またはこれらのエステル形成性誘導体、オルソフタル酸、イソフタル酸、５ー（アルカリ金属）スルホイソフタル酸、ジフェニン酸、１,３ーナフタレンジカルボン酸、１,４ーナフタレンジカルボン酸、１,５ーナフタレンジカルボン酸、２,６ーナフタレンジカルボン酸、２,７ーナフタレンジカルボン酸、４、４’ービフェニルジカルボン酸、４、４’ービフェニルスルホンジカルボン酸、４、４’ービフェニルエーテルジカルボン酸、１,２ービス（フェノキシ）エタンーｐ,ｐ’ージカルボン酸、パモイン酸、アントラセンジカルボン酸などに例示される芳香族ジカルボン酸またはこれらのエステル形成性誘導体、エタントリカルボン酸、プロパントリカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、トリメリット酸、トリメシン酸、３、４、３’、４’ービフェニルテトラカルボン酸などに例示される多価カルボン酸およびこれらのエステル形成性誘導体などを共重合成分として含むこともできる。また、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシ酢酸、３ーヒドロキシ酪酸、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、ｐー（２ーヒドロキシエトキシ）安息香酸、４ーヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸などに例示されるヒドロキシカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を含むこともできる。また、ε-カプロラクトン、β-プロピオラクトン、β-メチル-β-プロピオラクトン、δ-バレロラクトン、グリコリド、ラクチドなどに例示される環状エステルを含むこともできる。
【００３５】
主たるグリコール成分のアルキレングリコールとしては、１、２ープロピレングリコール、１、３ープロピレングリコール、１、２ーブチレングリコール、１、３ーブチレングリコール、２、３ーブチレングリコール、１,４ーブチレングリコール、１、５ーペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１,６ーヘキサンジオール、１,２ーシクロヘキサンジオール、１,３ーシクロヘキサンジオール、１,４ーシクロヘキサンジオール、１,２ーシクロヘキサンジメタノール、１,３ーシクロヘキサンジメタノール、１,４ーシクロヘキサンジメタノール、１,４ーシクロヘキサンジエタノール、１,１０ーデカメチレングリコール、１、１２ードデカンジオール等があげられる。これらは同時に２種以上を使用しても良い。また、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリトリメチレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどに例示される脂肪族グリコール、ヒドロキノン、４, ４’ージヒドロキシビスフェノール、１,４ービス（βーヒドロキシエトキシ）ベンゼン、１,４ービス（βーヒドロキシエトキシフェニル）スルホン、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）エーテル、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）スルホン、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）メタン、１、２ービス（ｐ−ヒドロキシフェニル）エタン、ビスフェノールA、ビスフェノールＣ、２,５ーナフタレンジオール、これらのグリコールにエチレンオキシドが付加したグリコール、などに例示される芳香族グリコール、トリメチロールメタン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、グリセロール、ヘキサントリオールなどに例示される多価アルコール等を含むことができる。
【００３６】
本発明のポリエステルとしてはポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリ（1,4ーシクロヘキサンジメチレンテレフタレート）、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、およびこれらの共重合体が特に好ましく、これらのうちポリエチレンテレフタレートがさらに好ましい。
【００３７】
本発明のポリエステル中には他の任意の重合体や安定剤、酸化防止剤、制電剤、消泡剤、染色性改良剤、染料、顔料、艶消剤、蛍光増白剤、その他の添加剤が含有されていてもよい。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが本発明はもとよりこれらの実施例に限定されるものではない。なお、各実施例および比較例においてポリエステルの固有粘度（IV）は次のようにして測定した。フェノール / 1,1,2,2-テトラクロロエタンの 6 / 4混合溶媒（重量比）を用いて、温度30℃で測定した。
【００３９】
（実施例１）
ビス（2-ヒドロキシエチル）テレフタレート8900重量部に対し、触媒として、酢酸リチウムの5g/lエチレングリコール溶液をポリエステル中の酸成分に対してリチウムとして0.05mol%となるように加え、次いで、塩化アルミニウムの3g/lエチレングリコール溶液をポリエステル中の酸成分に対してアルミニウムとして0.014mol%加えて、常圧にて245℃で10分間攪拌した。次いで50分を要して275℃まで昇温しつつ反応系の圧力を徐々に下げて1mmHg以下としてさらに同温同圧で3時間重縮合反応を行った。得られたポリマーの物性値を表1に示す。
【００４０】
（実施例２〜５および比較例１〜４）
触媒を変更したこと以外は実施例１と全く同様にしてポリエステルを重合した。得られたポリマーの物性値を表1および表２に示す。
【００４１】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば、アンチモン化合物以外の新規の重縮合触媒、およびこれを用いて製造されたポリエステルが提供される。本発明のポリエステルは、衣料用繊維、産業資材用繊維、各種フィルム、シート、ボトルやエンジニアリングプラスチックなどの各種成形物、および塗料や接着剤などへの応用が可能である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polyester polymerization catalyst, a polyester produced using the same, and a method for producing the polyester. More specifically, the present invention relates to a novel polyester polymerization catalyst not using an antimony compound, a polyester produced using the same, and a polyester. It is related with the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Polyester, especially polyethylene terephthalate (hereinafter abbreviated as PET), has excellent mechanical and chemical properties, and is used in many applications, such as textiles for clothing and industrial materials, packaging, and magnetic tape. It is applied to molded products such as various films and sheets, bottles and engineering plastics.
[0003]
Industrially, PET produces bis (2-hydroxyethyl) terephthalate by esterification or transesterification of terephthalic acid or dimethyl terephthalate with ethylene glycol, and polycondensates it using a catalyst at high temperature and under vacuum. Can be obtained. As a catalyst used at the time of polycondensation, antimony trioxide is widely used. Antimony trioxide is an inexpensive catalyst with excellent catalytic activity, but has a problem that darkening and foreign matter are generated in PET because metal antimony is precipitated during polycondensation. Recently, environmental problems related to antimony safety have been pointed out. Under such circumstances, polyesters containing no antimony are desired.
[0004]
Attempts have been made to use antimony trioxide as a polycondensation catalyst and to suppress the darkening and foreign matter of PET. For example, in Japanese Patent No. 2666502, the formation of black foreign matter in PET is suppressed by using a compound of antimony trioxide, bismuth and selenium as a polycondensation catalyst. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-291141 describes that the use of antimony trioxide containing sodium and iron oxides as a polycondensation catalyst suppresses the precipitation of metal antimony. However, these polycondensation catalysts cannot achieve the purpose of a polyester containing no antimony after all.
[0005]
Studies are also underway on polycondensation catalysts to replace antimony trioxide. In particular, tetraalkoxy titanate has already been proposed, but PET produced using this has a problem that it is highly colored and easily causes thermal decomposition.
[0006]
As an attempt to overcome such problems when tetraalkoxytitanate is used as a polycondensation catalyst, for example, JP-A-55-116722 proposes a method of using tetraalkoxytitanate simultaneously with a cobalt salt and a calcium salt. Has been. Japanese Patent Laid-Open No. 8-73581 proposes a method of using tetraalkoxy titanate as a polycondensation catalyst simultaneously with a cobalt compound and using a fluorescent brightening agent. However, in these proposals, coloring of PET when tetraalkoxy titanate is used as a polycondensation catalyst is reduced, but on the other hand, effective suppression of thermal decomposition of PET has not been achieved.
[0007]
As a polycondensation catalyst that replaces antimony trioxide and a polycondensation catalyst that overcomes the problems of using tetraalkoxy titanate, a germanium compound has been put into practical use, but this catalyst is very expensive. And the problem that the catalyst concentration in the reaction system changes and it becomes difficult to control the polymerization because it tends to distill out of the reaction system during the polymerization.
[0008]
Conventionally, even when a plurality of metal catalysts are combined, it has not been possible to have a catalytic activity higher than the sum of their catalytic activities.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a novel polycondensation catalyst other than an antimony compound, and a polyester produced using the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies aimed at solving the above-mentioned problems, the authors of the present invention can have a catalytic activity higher than the sum of their catalytic activities by combining specific metal compounds. I found out. When the polycondensation catalyst of the present invention is used, a polyester excellent in quality without using an antimony compound can be obtained.
[0011]
That is, the present invention provides a polyester polymerization catalyst comprising an aluminum compound of any one of aluminum acetate, aluminum chloride and aluminum hydroxide and one or more metal compounds selected from the group consisting of lithium, magnesium and manganese as a solution to the above problem. , Polyesters produced using the same and methods for producing the polyesters are provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides a novel polycondensation catalyst other than an antimony compound, and a polyester produced using the same. The polycondensation catalyst of the present invention is a polyester polymerization catalyst comprising an aluminum compound of any one of aluminum acetate, aluminum chloride and aluminum hydroxide and one or more metal compounds selected from the group consisting of lithium, magnesium and manganese .
[0013]
Examples of the metal compound of the present invention include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, indium, thallium, germanium, tin, lead, bismuth, scandium, yttrium, zirconium, hafnium, vanadium, Examples thereof include one or more metal compounds selected from the group consisting of metal compounds such as chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, ruthenium, rhodium, palladium, tellurium, and silver.
[0014]
Among these metal compounds, one selected from the group consisting of metal compounds of lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, thallium, lead, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, and zinc The above metal compounds are preferred.
[0015]
Further, one or more metal compounds selected from the group consisting of lithium, magnesium, thallium, lead, manganese, iron, nickel, copper, and zinc metal compounds are particularly preferable.
[0016]
These metal compounds are not particularly limited. For example, saturated aliphatic carboxylates such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid and succinic acid of these metals, and unsaturated aliphatic carboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid. Salts, aromatic carboxylic salts such as benzoic acid, halogen-containing carboxylates such as trichloroacetic acid, hydroxycarboxylates such as lactic acid, citric acid and salicylic acid, carbonic acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, hydrogen carbonate, phosphorus Inorganic acid salts such as acid hydrogen, hydrogen sulfate, sulfurous acid, thiosulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, chloric acid and bromic acid, organic sulfonates such as 1-propanesulfonic acid, 1-pentanesulfonic acid and naphthalenesulfonic acid , Organic sulfates such as lauryl sulfate, methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, t-butoxy, etc. , Chelate compounds such as acetylacetonate, oxides, hydroxides, metal and the like, these saturated aliphatic carboxylic acid salts of are preferred, and acetic acid salts are particularly preferred.
[0017]
The amount of these metal compounds used is preferably 1 × 10 −6 to 0.1 mol, more preferably relative to the number of moles of all constituent units of the carboxylic acid component such as dicarboxylic acid or polycarboxylic acid of the polyester obtained. 5 × 10 −6 to 0.05 mol.
[0018]
Although it does not specifically limit as an aluminum compound of this invention, For example, aluminum formate, aluminum acetate, aluminum propionate, aluminum oxalate, aluminum acrylate, aluminum laurate, aluminum stearate, aluminum benzoate, aluminum trichloroacetate, aluminum lactate , Carboxylates such as aluminum citrate, aluminum salicylate, inorganic acid salts such as aluminum chloride, aluminum hydroxide, aluminum hydroxide chloride, aluminum carbonate, aluminum phosphate, aluminum phosphonate, aluminum methoxide, aluminum ethoxide, aluminum Aluminum such as n-propoxide, aluminum iso-propoxide, aluminum n-butoxide, aluminum t-butoxide Aluminum alkoxide, aluminum acetylacetonate, aluminum acetylacetate, aluminum ethylacetoacetate, aluminum ethyl acetoacetate diiso-propoxide, organoaluminum compounds such as trimethylaluminum, triethylaluminum and partial hydrolysates , Aluminum oxide, metal aluminum and the like. Of these, carboxylates and inorganic acid salts are preferred, and among these, aluminum acetate, aluminum chloride, and aluminum hydroxide are particularly preferred.
[0019]
The amount of the aluminum compound used is preferably 5 × 10 −7 to 0.01 mol, more preferably 1 × with respect to the number of moles of all constituent units of the carboxylic acid component such as dicarboxylic acid and polyvalent carboxylic acid of the obtained polyester. 10 −6 to 0.005 mol.
[0020]
The polyester according to the present invention can be produced by a conventionally known method. For example, either a method of polycondensation after esterification of terephthalic acid and ethylene glycol, or a method of polycondensation after transesterification of an alkyl ester of terephthalic acid such as dimethyl terephthalate with ethylene glycol It can also be done by the method. The polymerization apparatus may be a batch type or a continuous type.
[0021]
The catalyst of the present invention has catalytic activity not only for polycondensation but also for esterification and transesterification. The transesterification reaction between an alkyl ester of a dicarboxylic acid such as dimethyl terephthalate and a glycol such as ethylene glycol is usually carried out in the presence of a transesterification catalyst such as zinc. The catalyst of the present invention is used in place of these catalysts. You can also. The catalyst of the present invention has catalytic activity not only in melt polymerization but also in solid phase polymerization or solution polymerization.
[0022]
The addition time of the polycondensation catalyst of the present invention is preferably before the start of the polycondensation reaction, but it can also be added to the reaction system before the start of the esterification reaction or transesterification reaction and at any stage during the reaction.
[0023]
The method for adding the polycondensation catalyst of the present invention may be in the form of powder or neat, or in the form of a slurry or solution of a solvent such as ethylene glycol, and is not particularly limited. Moreover, what mixed the aluminum compound and the metal compound previously may be added, and these may be added separately.
[0024]
The polycondensation catalyst of the present invention may be used in the presence of another polycondensation catalyst such as an antimony compound or a titanium compound.
[0025]
The polyester referred to in the present invention is composed of one or more selected from polycarboxylic acids containing dicarboxylic acids and ester-forming derivatives thereof, and one or more selected from polyhydric alcohols containing glycol. Or consisting of a hydroxycarboxylic acid and an ester-forming derivative thereof, or consisting of a cyclic ester.
[0026]
Dicarboxylic acids include succinic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, decanedicarboxylic acid, dodecanedicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, hexadecanedicarboxylic acid, 1,3 -Cyclobutane dicarboxylic acid, 1,3-cyclopentane dicarboxylic acid, 1,2-cyclohexane dicarboxylic acid, 1,3-cyclohexane dicarboxylic acid, 1,4-cyclohexane dicarboxylic acid, 2,5-norbornane dicarboxylic acid, dimer acid, etc. Saturated aliphatic dicarboxylic acids exemplified, or ester-forming derivatives thereof, unsaturated aliphatic dicarboxylic acids exemplified by fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, etc., or ester-forming derivatives thereof, orthophthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid Acid, 5- (alkaline Limetal) sulfoisophthalic acid, diphenic acid, 1,3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4'-biphenyl dicarboxylic acid, 4,4'-biphenyl sulfone dicarboxylic acid, 4,4'-biphenyl ether dicarboxylic acid, 1,2-bis (phenoxy) ethane-p, p'-dicarboxylic acid, pamoic acid, anthracene dicarboxylic acid Aromatic dicarboxylic acids exemplified in the above, or ester-forming derivatives thereof. Among these dicarboxylic acids, terephthalic acid and isophthalic acid are preferable.
[0027]
As polyvalent carboxylic acids other than these dicarboxylic acids, ethanetricarboxylic acid, propanetricarboxylic acid, butanetetracarboxylic acid, pyromellitic acid, trimellitic acid, trimesic acid, 3, 4, 3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic acid, And ester-forming derivatives thereof.
[0028]
As glycols, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-butylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,3-butylene glycol, 1,4 -Butylene glycol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1,2-cyclohexanediol, 1,3-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-cyclohexanedimethanol 1,3-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanediethanol, 1,10-decamethylene glycol, 1,12 dodecanediol, polyethylene glycol, polytrimethyleneglycol Aliphatic glycol, hydroquinone, 4,4′-dihydroxybisphenol, 1,4-bis (β-hydroxyethoxy) benzene, 1,4-bis (β-hydroxyethoxyphenyl) sulfone, exemplified by alcohol and polytetramethylene glycol Bis (p-hydroxyphenyl) ether, bis (p-hydroxyphenyl) sulfone, bis (p-hydroxyphenyl) methane, 1,2-bis (p-hydroxyphenyl) ethane, bisphenol A, bisphenol C, 2,5- Examples include aromatic glycols exemplified by naphthalenediol, glycols obtained by adding ethylene oxide to these glycols, and among these glycols, ethylene glycol and 1,4-butylene glycol are preferable.
[0029]
Examples of polyhydric alcohols other than these glycols include trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol, glycerol, hexanetriol and the like.
[0030]
Examples of the hydroxycarboxylic acid include lactic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid, hydroxyacetic acid, 3-hydroxybutyric acid, p-hydroxybenzoic acid, p- (2-hydroxyethoxy) benzoic acid, 4-hydroxycyclohexanecarboxylic acid, and these Examples thereof include ester-forming derivatives.
[0031]
Examples of the cyclic ester include ε-caprolactone, β-propiolactone, β-methyl-β-propiolactone, δ-valerolactone, glycolide, and lactide.
[0032]
Examples of ester-forming derivatives of polyvalent carboxylic acids or hydroxycarboxylic acids include these alkyl esters, acid chlorides, acid anhydrides, and the like.
[0033]
The polyester of the present invention is preferably a polyester whose main repeating unit is alkylene terephthalate. The polyester in which the main repeating unit is composed of alkylene terephthalate means that the main acid component is terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof, and the main glycol component is alkylene glycol. The alkylene glycol referred to here may contain a substituent or an alicyclic structure in the molecular chain.
[0034]
Acid components include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, decanedicarboxylic acid, dodecanedicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, hexadecanedicarboxylic acid, 1,3-cyclobutane Examples include dicarboxylic acid, 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 2,5-norbornanedicarboxylic acid, dimer acid, etc. Saturated aliphatic dicarboxylic acids or ester-forming derivatives thereof, unsaturated aliphatic dicarboxylic acids exemplified by fumaric acid, maleic acid, itaconic acid and the like, or ester-forming derivatives thereof, orthophthalic acid, isophthalic acid, 5- ( Alkali metal) sulfoisophthalate Acid, diphenic acid, 1,3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4'- Examples include biphenyl dicarboxylic acid, 4,4′-biphenylsulfone dicarboxylic acid, 4,4′-biphenyl ether dicarboxylic acid, 1,2-bis (phenoxy) ethane-p, p′-dicarboxylic acid, pamoic acid, anthracene dicarboxylic acid, etc. Aromatic dicarboxylic acids or their ester-forming derivatives, ethanetricarboxylic acid, propanetricarboxylic acid, butanetetracarboxylic acid, pyromellitic acid, trimellitic acid, trimesic acid, 3, 4, 3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic acid Polycarboxylic acids exemplified in the above and their ester-forming derivatives A body or the like can also be included as a copolymerization component. Further, hydroxycarboxylic acids exemplified by lactic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid, hydroxyacetic acid, 3-hydroxybutyric acid, p-hydroxybenzoic acid, p- (2-hydroxyethoxy) benzoic acid, 4-hydroxycyclohexanecarboxylic acid, etc. Alternatively, an ester-forming derivative thereof can be included. In addition, cyclic esters exemplified by ε-caprolactone, β-propiolactone, β-methyl-β-propiolactone, δ-valerolactone, glycolide, lactide and the like can also be included.
[0035]
The main glycol component alkylene glycol is 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,2-butylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,3-butylene glycol, 1,4-butylene glycol. 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1,2-cyclohexanediol, 1,3-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-cyclohexanedimethanol, 1, Examples include 3-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanediethanol, 1,10-decamethylene glycol, and 1,12 dodecanediol. Two or more of these may be used at the same time. In addition, aliphatic glycols such as diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, polytrimethylene glycol, and polytetramethylene glycol, hydroquinone, 4,4′-dihydroxybisphenol, and 1,4-bis (β-hydroxyethoxy) benzene 1,4-bis (β-hydroxyethoxyphenyl) sulfone, bis (p-hydroxyphenyl) ether, bis (p-hydroxyphenyl) sulfone, bis (p-hydroxyphenyl) methane, 1,2-bis (p-hydroxyphenyl) ) Aromatic glycols such as ethane, bisphenol A, bisphenol C, 2,5-naphthalenediol, glycols in which ethylene oxide is added to these glycols, trimethylolmethane, trimethylo Ruetan may include trimethylolpropane, pentaerythritol, glycerol, a polyhydric alcohol such as exemplified such as hexanetriol.
[0036]
The polyester of the present invention is particularly preferably polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polypropylene terephthalate, poly (1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate), polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, and copolymers thereof. Polyethylene terephthalate is more preferable.
[0037]
In the polyester of the present invention, other optional polymers and stabilizers, antioxidants, antistatic agents, antifoaming agents, dyeing improvers, dyes, pigments, matting agents, fluorescent whitening agents, and other additions An agent may be contained.
[0038]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples from the first. In each example and comparative example, the intrinsic viscosity (IV) of the polyester was measured as follows. Measurement was performed at a temperature of 30 ° C. using a 6/4 mixed solvent (weight ratio) of phenol / 1,1,2,2-tetrachloroethane.
[0039]
Example 1
To 8900 parts by weight of bis (2-hydroxyethyl) terephthalate, a 5 g / l ethylene glycol solution of lithium acetate as a catalyst was added to 0.05 mol% as lithium with respect to the acid component in the polyester, and then aluminum chloride 0.014 mol% of 3 g / l ethylene glycol solution as aluminum with respect to the acid component in the polyester was added and stirred at 245 ° C. for 10 minutes at normal pressure. Subsequently, the temperature of the reaction system was gradually decreased to 1 mmHg or less while raising the temperature to 275 ° C. over 50 minutes, and a polycondensation reaction was further performed at the same temperature and pressure for 3 hours. Table 1 shows the physical property values of the obtained polymer.
[0040]
(Examples 2-5 and Comparative Examples 1-4)
A polyester was polymerized in exactly the same manner as in Example 1 except that the catalyst was changed. Tables 1 and 2 show physical property values of the obtained polymers.
[0041]
[Table 1]
[Table 2]
【The invention's effect】
According to the present invention, a novel polycondensation catalyst other than an antimony compound and a polyester produced using the same are provided. The polyester of the present invention can be applied to fibers for clothing, fibers for industrial materials, various films, sheets, various molded products such as bottles and engineering plastics, and paints and adhesives.
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