JP4168903B2 - ポリエステルの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、スラリーの調製比率をコントロールすることでスラリーの粘度とスラリー粘度の安定性とを特定範囲にしたTPA/EGスラリーがポリエチレンテレフタレート(以下「PET」という場合がある)の製造に適していることが示されている。この技術は、TPAとEGの親和性の改善や、スラリーの不均一性の改善を目的としており、静置状態での分散安定性の改善に寄与する物理的な性状やエステル化速度の向上に関する記述はない。
る記述はない。
本発明におけるジオールは、ジカルボン酸との分散体を形成しているときに液体であるジオールであり、好ましくは炭素数が2〜8の範囲の脂肪族ジオール及び炭素数が3〜8の範囲の脂環族ジオールから選ばれる1以上のジオール、特に好ましくはエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールから選ばれる1以上のジオールであることが望ましい。
イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸から選ばれる1以上のジカルボン酸であることが望ましい。
なかでも、ジカルボン酸の80重量%以上、更に好ましくは90重量%以上がテレフタル酸であり、ジオールの80重量%以上、更に好ましくは90重量%以上がエチレングリコールであるのが特に好ましい。
本発明の製造方法に用いる固液分散体は、一旦、ジオールにジカルボン酸を分散させて固液分散体を調製後、固液分散体中のジカルボン酸を粉砕することにより得られることを特徴とする。粉砕後の固液分散体を構成するジカルボン酸は、平均粒径が1〜60μm、好ましくは3μm以上、更に好ましくは4μm以上、特に好ましくは5μm以上であり、一方、好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下、特に好ましくは35μm以下である。
本発明の製造方法に用いる固液分散体を構成するジカルボン酸は、粒径が160μm以上であるジカルボン酸の比率が、本発明に用いる固液分散体を構成するジカルボン酸全体に対して、好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%以下、更に好ましくは5重量%以下、特に好ましくは2重量%以下であることが望ましい。粒径が160μm以上のジカルボン酸の比率がこの範囲である場合、得られるジカルボン酸/ジオール分散体の沈降分離速度が遅いため、特に好ましい。
本発明のジカルボン酸について規定する平均粒径及び粒径は、以下のレーザー回折式粒径分布測定方法により測定される。
測定装置として、島津製作所製レーザー回折式粒径分布測定方法SALD−1100を用い、計算方法(METHOD OF CALCURATION)は「D」とする。
測定装置のサンプル吸引・排出パイプの先端を500mL(1mL=1×10-6m3)
ビーカーの脱塩水に浸析し、サンプル吸引・排出用ポンプ(以下「ポンプ」という)を起動して脱塩水を測定装置中に循環させることにより、充分に洗浄する。
100mLビーカーに脱塩水を80mL計り取り、サンプル吸引・排出パイプ先端部をこのビーカーの脱塩水に浸析し、ポンプを起動する。
モニターに表示されるグラフが充分に安定したところで、粒径分布の測定を3回行う。
それぞれの測定チャートから、小粒径から積算した累積体積分率が50%に相当する粒径(CUM.Q3:(%)=50.00に相当するDIAM.X:(μm)の値)を読みとり、単純平均値を算出する(この平均値が「平均粒径」となる)。また、粒径160μm以上に相当する体積頻度(DIF.q3:(%))の値を積算し、単純平均値を算出す
る(この平均値が「粒径が160μm以上のジカルボン酸の比率」となる)。
又、引き続き、得られたポリエステルを造粒、結晶化処理後、固体状態で重縮合(固相重縮合)しても良い。
このようにして得られたポリエステルは、繊維、飲料用ボトル、延伸フィルム、未延伸シート等、従来から公知の用途に用いることができる。
(原料)
EGとしては、三菱化学(株)製のEGを用いた。
TPAとしては、三菱化学(株)製のTPA(平均粒径95.4μm,粒径が160μm以上のジカルボン酸比率14%、以下、「原料TPA」という)を用いた。
原料TPAをEGに混合分散して調製した。調製量や比率は、各実施例、比較例によって異なる。
(粉砕装置)
実施例に用いた固液分散体は、原料TPAとEGからなる固液分散体を湿式粉砕することにより粒径をコントロールした。湿式粉砕には、以下に示す3種類の装置のうち何れか1つ以上の装置を用いた。
吉田機械興業株式会社製「ダマトリ君」(型式:YSDTG、呼び寸法:1S)。
この装置は、配管中に分岐・合流する流路とオリフィスを有し、処理流体が通過する際の衝突と剪断によるエネルギーで、固体成分を粉砕し、液中に分散させる装置である。
吉田機械興業株式会社製「Ysナノマイザー」(型式:YSNM−1500−0005)。
この装置は、プランジャーポンプと、その加圧方向に垂直なオリフィスプレートを有し、プランジャーポンプで加圧した処理流体をオリフィスプレートに衝突・通過させる際の、衝突と剪断によるエネルギーで、固体成分を粉砕し、液中に分散させる装置である。
アシザワ株式会社製「パールミルSTS」(型式:PM1STS、ベッセル有効容積:1.2×10-3m3)。
この装置は、ピン付きのアジテータシャフトをピン付きのベッセル内で回転させてベッ
セル内のメディア(ガラス、金属、セラミックス等からなるビーズ状球体)を攪拌する際の剪断によるエネルギーで、ベッセル内を通過する処理流体中の固体成分を粉砕し、液中に分散させる装置である。
固液分散体を構成するジカルボン酸の粒径測定は、前記の方法により、レーザー回折式粒径分布測定方法にて実施した。
(沈降速度測定)
沈降速度を測定するTPAを10g(EG/TPA混合体の場合はその混合比から算出してTPA含量が10gとなるような混合体の重量)を、100mlビーカーに計り取る。
ビーカーの内容物をスパチュラにて混合し、概略均一な固液分散体とし、その後、スターラーにて3分間攪拌混合する。
得られた固液分散体を、100mlメスシリンダー(胴径約32mm、全高約250mm)に移し替え、メスシリンダーの液面を50ml±1mlとする。
EG115重量部と原料TPA166重量部とを混合し、ジオールのモル数/ジカルボン酸のモル数(以下、「モル比」という)=1.85の固液分散体を調製した。この固液分散体を、ステンレス製の内容積30Lのオートクレーブにて、攪拌しながら、温度261℃、大気圧に対する相対圧力0.05MPa、平均滞留時間4.5時間で連続的にエステル化反応させ、エステル化率=86%のオリゴマー(以下、「敷オリゴマー」という)を得た。
ステンレス製の内容積2Lの容器に、敷オリゴマーを0.45kg、TPAを0.372kg、EGを0.167kg計量した。ここで、TPAとEGとは、予めビーカー内で混合・攪拌して固液分散体を形成し、各実施例・比較例に記載の条件で湿式粉砕処理を行ったものである(ただし、比較例2のみは湿式粉砕処理を実施していない)。前記ステンレス容器を、285℃に温調しているオイルバスに浸け、攪拌しながら、内温が260℃に到達するまで加熱して、敷オリゴマーを融解させ、敷オリゴマー、TPA、EGとを均一混合状態とした。
ここで、溶融重縮合工程に供給するエステル化物のエステル化率は、通常、95%程度で十分であるため、エステル化率が70%から95%に到達する時間を、エステル化速度を評価する基準とする。エステル化率が95%に到達するまでの時間が短いほど、エステル化速度が速いといえる。
EGを0.245kg、原料TPAを0.455kg、それぞれビーカーに計り取り、ビーカー中で攪拌混合し、固液分散体を調製した。この場合、ジオールのモル数/ジカルボン酸のモル数(以下、「モル比」という)=1.44となる(固液分散体の調製)。
この固液分散体(重量0.7kg)を、ロータリーポンプを用いて、装置−1(ダマトリ君)に接続された循環流路に流速700kg/時で6分間循環させ(平均循環回数100回)、引き続き、装置−2(Ysナノマイザー)に供給し、プランジャーポンプの圧力設定を50MPaとして1回通過させた(粉砕操作)。
この処理品の、平均粒径、粒径が160μm以上のTPAの比率、沈降速度の測定結果を表1に示す。
実施例1と同様にして固液分散体を調製し、装置−2でのプランジャーポンプの圧力設定を80MPaとした以外は実施例1と同様にして粉砕操作を実施した。
この処理品の、平均粒径、沈降速度、エステル化速度の測定結果と、エステル化時間の算出結果を、表1に示す。
EGを2.45kg、原料TPAを4.55kg、それぞれペール缶に計り取り、ペール缶中でスリーワンモータにて攪拌混合し、固液分散体を調製した(モル比=1.4)(固液分散体の調製)。
て1回通過させた。このとき、アジテータシャフトの回転数設定は1655回転/分とした。なお、初期の処理品約2.1kgは仕分けし、残りの約4.9kgを正規の処理品とした(粉砕操作)。
この処理品の、実施例1と同様の測定結果を表1に示す。
EGを8.48kg、原料TPAを7.52kg、それぞれペール缶に計り取り、ペール缶中でスリーワンモータにて攪拌混合し、固液分散体を調製した(モル比=3.0)(固液分散体の調製)。
この固液分散体(重量16kg)を、メディアとして平均粒径2mmの球状ジルコニアが3.5kg充填された装置−3(パールミルSTS)に供給し、流速0.96m3/時
にて1回通過させた。このとき、アジテータシャフトの回転数設定は1655回転/分と
した。なお、初期の処理品約2.21kgは仕分けし、残りの約13.8kgを正規の処理品とした(粉砕操作)。
この処理品の、実施例1と同様の測定結果を表1に示す。
実施例4で得られた正規の処理品を、実施例4と同様にして、更に3回粉砕処理を実施した(計4回、装置−3で粉砕操作を行ったことになる)。
この処理品の、実施例1と同様の測定結果を表1に示す。
実施例1と同様にして固液分散体を調製したのみで、粉砕操作は行わなかった。
この固液分散体(未粉砕品)の、平均粒径、沈降速度の測定結果と、エステル化時間の算出結果を実施例1と同様の測定結果を表1に示す。
実施例1と同様にして固液分散体を調製し、装置−2での操作を実施しなかったこと以外は実施例1と同様にして粉砕操作(即ち、装置−1での粉砕操作のみ)を実施した。
この処理品の、実施例1と同様の測定結果を表1に示す。
原料TPAを篩い分けすることにより平均粒径50.5μmのTPAを得た。
実施例1と同様にして固液分散体を調製したのみで、粉砕操作は行わなかった。
この固液分散体を調製する作業は、原料TPAを篩い分けする際の歩留まりや作業性が低く、また、篩い分けにより得られたTPAのEGへの分散性が低く、工業的に実施するには不適当な作業であった。
内容積1×10-3m3のオートクレーブ中にエステル化率90%のPETオリゴマー1
50gと、実施例1で得られた処理品150gとを計量し、反応温度約260℃、常圧にて3時間エステル化反応を行った。得られたエステル化物に、重合触媒として三酸化二アンチモン(Sb2O3)を300重量ppm添加し、温度を約260℃から約280℃に順次上昇させ、圧力を大気圧から約200Paに順次減圧して、3時間溶融重合反応を行った。
以上から、EGにTPAが分散してなる固液分散体中のTPAを粉砕することにより平均粒径が1μm〜60μmのジカルボン酸が分散して成る固液分散体を調製してエステル化工程に供することを特徴とするポリエステルの製造方法は、静置状態におけるジカルボン酸の沈降分離速度が有意に遅いことが示された。また、実施例2では60〜90分でエステル化率が95%に到達しているのに対し、比較例1では90分以上要していることから、本発明の方法によりエステル化速度が向上していることが判る。更に、ジオール中で湿式粉砕した固液分散体を用いても、PETの重合性に問題ないことが確認できた。
Claims (7)
- ジオールとジカルボン酸とを混合して固液分散体を調製する工程と、ジオールとジカルボン酸とをエステル化する工程と、形成されたエステルを重縮合してポリエステルを形成する重縮合工程とを含むポリエステルの製造方法において、ジオールにジカルボン酸が分散してなる固液分散体中のジカルボン酸を粉砕することにより平均粒径が1μm〜60μmのジカルボン酸が分散して成る固液分散体を調製してエステル化工程に供することを特徴とするポリエステルの製造方法。
- ジカルボン酸全体に対して、粒径が160μm以上のジカルボン酸の比率が20重量%以下であることを特徴とする請求項1記載のポリエステルの製造方法。
- カルボン酸が、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸から選ばれる1以上のジカルボン酸であることを特徴とする請求項1または2記載のポリエステルの製造方法。
- ジオールが、炭素数が2〜8の範囲の脂肪族ジオール及び炭素数が3〜8の範囲の脂環族ジオールから選ばれる1以上のジオールであることを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載のポリエステルの製造方法。
- ジオールの80重量%以上がエチレングリコールであり、ジカルボン酸の80重量%以上がテレフタル酸であることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のポリエステルの製造方法。
- ジオールのモル数/ジカルボン酸のモル数が1.0〜5.0であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のポリエステルの製造方法。
- 粉砕前のジカルボン酸の平均粒径が80〜300μmであることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のポリエステルの製造方法。
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