JP4183548B2 - Depolymerization method - Google Patents
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- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリアルキレンテレフタレートの解重合方法に関する。更に詳しくは、1段反応で、かつ、高収率でポリアルキレンテレフタレートからテレフタル酸ジメチルとジオールを得る解重合方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
新たな合成繊維事業や合成樹脂事業がひとたび起こると、製造段階で出てくる繊維屑、ポリマー屑、または使用された繊維屑、製品屑の量は莫大なものとなり、地球環境保全の観点、更には製造コスト低減の観点から繊維屑、製品屑等のリサイクル技術を確立することが必要となる。特に回収された雑多な繊維屑、製品屑を化学的に分解して有用な原料に再度リサイクルする、いわゆるケミカルリサイクルの技術を確立することが必須となってくる。
【0003】
合成繊維事業や合成樹脂事業において、最も使用量が多いポリマーは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、更には近年樹脂や繊維で事業化されたポリトリメチレンテレフタレート(PTT)等の代表されるポリアルキレンテレフタレート類である。特にPETに関してはすでに工業的にケミカルリサイクルが行われており、具体的にはPETをエステル交換触媒存在下でエチレングリコールと反応させて一旦ビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレートを生成させた後(グリコリシス反応)、更にこれをメタノールと反応させてテレフタル酸ジメチルとエチレングリコールを回収する(メタノリシス反応)、2段階反応法が実用化されている。
【0004】
−(OC−Ph−COCH2CH2O)n− + HO−CH2CH2−OH→
HOCH2CH2OOC−Ph−COOCH2CH2OH (グリコリシス反応)
HOCH2CH2OOC−Ph−COOCH2CH2OH + CH3OH →
H3COOC−Ph−COOCH3 + HOCH2CH2OH (メタノリシス反応)
また、工業化はなされていないものの、PETとメタノールや水を直接反応させて、エチレングリコールと共に、テレフタル酸ジメチル又はテレフタル酸を回収する1段階法等が知られている(例えば、特許文献1、2)。
【0005】
【特許文献1】
特開昭49−041329号公報
【特許文献2】
特開昭48−068537号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の2段階法は副生物が少なく、回収されるモノマー純度も高いので、極めて有効な方法である。しかしながら、グリコリシス反応、メタノリシス反応のいずれも平衡反応であるために、収率を90%以上にすることは、極端にグリコールやメタノールの使用量を増やさない限り実質的に不可能であった。モノマーにまで完全に分解できなかったPETオリゴマーは反応物に残り、テレフタル酸ジメチルやエチレングリコールの蒸留残渣として廃棄しなくてはいけないという問題があった。このような状態では、もちろんリサイクル率は100%に近づけることはできない。
【0007】
一方、上記1段階法は、回収モノマーの純度が高く、使用する反応溶剤や触媒が少なくて済むこと、設備が簡便であること等において、2段階法に対比して優位である。しかしながら、反応収率が定量的ではないということは、1段階法についても同様である。反応条件にもよるが、通常は80%の収率を達成することは困難であり、回収率の低さが問題であった。この場合、残った20%程度のものはポリアルキレンテレフタレートが部分的に解重合したオリゴマーである。1段階法で反応収率を格段に高めることができれば、PETに代表されるポリアルキレンテレフタレートのケミカルリサイクル技術として最も適した方法となりうるが、特殊な設備や解重合条件を適用することなく回収収率を格段に高める方法は従来提案されていない。
本発明が解決しようとする課題は、ポリアルキレンテレフタレートをメタノール中で高収率1段反応により解重合する方法の提供である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、ポリアルキレンテレフタレートを高温高圧のメタノールを用いて解重合する方法を詳細に検討した。その結果、この反応の終点では、テレフタル酸ジメチル、グリコールの解重合生成物とメタノール、更にはアルキレンテレフタレートオリゴマーの平衡混合物であることを見いだした。そこで、平衡反応であることを利用し、かつ沸点以上にある高温のメタノールがテレフタル酸ジメチルやグリコールを高濃度で溶解するがオリゴマーはほとんど溶解しないことを利用し、1段反応を行った後高温のままテレフタル酸ジメチルやグリコールを含むメタノール層を取り出し、反応槽にメタノールを新たに加え、更には新たにポリマーを加え、残ったオリゴマーと共に解重合を繰り返すことで解重合反応工程全体として回収収率を大幅に向上できることを見いだした。
【0009】
すなわち、本発明は、ポリアルキレンテレフタレートとメタノールを150〜200℃で反応させて、テレフタル酸ジメチルを生成させる解重合方法であって、(1)反応物から連続的にあるいは非連続的にテレフタル酸ジメチルを含む、100〜200℃のメタノール層を取り出し、取り出したメタノール層からテレフタル酸ジメチル、メタノール及びグリコールを分離すること、(2)テレフタル酸ジメチルを含むメタノール層を取り出した後の残った反応物に新たにメタノールを追加し、必要に応じてポリアルキレンテレフタレートも追加した後、再度テレフタル酸ジメチルを生成させる解重合反応を行うことを特徴とするポリアルキレンテレフタレートの解重合方法である。
【0010】
本発明において、ポリアルキレンテレフタレートは、テレフタル酸あるいはその低級アルコールエステルと、グリコールの重縮合物であり、PET、PBT、PTT等が例示される。また、ポリアルキレンテレフタレートは、3元以上の共重合ポリマーでもよく、例えば、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸テトラブチルホスホニウム、イソフタル酸、1,4−ブタンジオール、アジピン酸、ポリアルキレングリコール等が、例えば0.05〜98wt%共重合されていてもよい。また、複数のポリアルキレンテレフタレートが混在していてもよい。極限粘度としては、一般的には0.2〜1.5dl/gである。
【0011】
ポリアルキレンテレフタレートの形態としては、未使用又は使用したチップ屑、押出機のドレインポリマー、糸(マルチフィラメント、スフ、トウ、サイドバイサイド糸、モノフィラメント等)、フィルム、屑樹脂製品、衣料、産業資材、不織布、カーペット等で、特に制限はない。また、染色、表面処理剤等の加工剤処理が施されていてもよく、更には、乳化液、懸濁液、溶液等であってもよい。また、ポリアルキレンテレフタレートを解重合する時には、ナイロン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブチレン、ABS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、アラミド、芳香族ポリエステル、天然ゴム、カーボン繊維、ポリナフタレンテレフタレート、ポリ乳酸、セルロース等の公知のポリマー、鉄、銅、ステンレス等の金属、食品、ガラス製品、紙、食品、砂、石等が混在していてもよく、解重合モノマーの回収効率を高めるためにはこれら混在物が30wt%未満であることが好ましい。
【0012】
本発明の解重合方法は、ポリアルキレンテレフタレートとメタノールを反応させて、テレフタル酸ジメチルとグリコールを生成させる解重合方法である。ポリアルキレンテレフタレートに対するメタノールの使用量としては、反応物の全テレフタレート単位(例えば、PETの場合は繰り返し単位に1つのテレフタレート単位を有するので、192を1モルと考える。)の3倍モル以上であり、好ましくは3〜100倍モル、回収収率向上とメタノール使用量を過度に高くしないためには5〜30倍モル、特に好ましくは7〜25倍モルである。解重合反応を促進するために、触媒を使用することは好ましい。触媒としては、例えば酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸亜鉛、酢酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、炭酸バリウム、炭酸リチウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸カルシウム、ギ酸亜鉛、ギ酸マグネシウム等の酢酸塩、炭酸塩、ギ酸塩が挙げられる。これらの金属塩の使用量としては特に制限はないが、解重合するポリアルキレンテレフタレート混合物の重量の0.001〜20wt%、解重合速度の速さから好ましくは0.01〜5wt%である。
【0013】
反応温度としては100℃以上が好ましく、反応速度が高く、しかも回収収率向上の観点から、120〜300℃、特に好ましくは高圧により過度に設備費が高くならないことと、反応速度、回収率の高さから140〜250℃であり、最も好ましくは150〜200℃である。反応時間は温度との関数ではあるが、上記の温度範囲では10分〜25時間である。
本発明においては、解重合反応後に得られた反応物から連続的にあるいは非連続的にテレフタル酸ジメチルを含む、100℃以上のメタノール層を取り出し、取り出したメタノール層からテレフタル酸ジメチル、メタノール及びグリコールを分離することがモノマーの回収収率を高めるために必要である。ポリアルキレンテレフタレートとメタノールを反応させる解重合反応は定量的に進行しない。反応終了後には、テレフタル酸ジメチルとグリコールの他に、完全に解重合されなかったオリゴマー、分解されないゴミ等が残存する。テレフタル酸ジメチルは常温ではメタノールに余り溶解しないが、100℃、好ましくは120℃以上、更に好ましくは145℃以上ではメタノールと完全に混合する。このような温度ではグリコールも完全にメタノールと混合する。
【0014】
これに対して、ポリアルキレンテレフタレートのオリゴマー、ゴミ等は、ほとんどメタノールに溶解しない。そこで、解重合反応終了後にメタノール層のみを取り出すことで、オリゴマーやゴミ等とは物理的に分離することができる。例えば、解重合反応の終了後、撹拌を停止すると、オリゴマーやゴミは沈降する。沈降した部分より上部から100℃以上のメタノール層を取り出し、その後、メタノール層からテレフタル酸ジメチル、グリコール、メタノールを分離精製すれば、効率よく高純度のモノマーを回収することが可能となる。取り出すメタノール層は仕込量の通常10〜90%、回収率を高める観点から50〜90%が好ましい。
次に、回収収率を高めるためには、解重合反応槽に残ったオリゴマーを再度解重合することが必要である。もちろん、新たにメタノールや触媒、更にはより多くの解重合反応を進めるために、新たにポリアルキレンテレフタレートを追加してもよい。これらの量、比率については、特に制限はないが、既に述べた反応開始時点での量、比率を守ることが好ましい。
【0015】
以上のように、ポリアルキレンテレフタレートとメタノールを反応させて、テレフタル酸ジメチルを生成させる解重合方法であって、(1)反応物から連続的にあるいは非連続的にテレフタル酸ジメチルを含む、100℃以上のメタノール層を取り出し、取り出したメタノール層からテレフタル酸ジメチル、メタノール及びグリコールを分離すること、(2)テレフタル酸ジメチルを含むメタノール層を取り出した後の残った反応物に新たにメタノールを追加し、必要に応じてポリアルキレンテレフタレートも追加した後、再度テレフタル酸ジメチルを生成させる解重合反応を行うことを繰り返して行うことにより極めて高い収率でモノマーを回収することが可能となる。
解重合反応槽から取り出した熱メタノール層は、一旦95℃以下、好ましくは0〜60℃、更に好ましくは0〜30℃に冷却後、あるいは冷却することなく、テレフタル酸ジメチル、グリコール、メタノールを蒸留等によって分離精製することができる。この場合、好ましくは一旦冷却する方法であり、冷却することによりテレフタル酸ジメチルがメタノール層から結晶化によって析出し、グリコールを含むメタノール層からの分離が容易になるからである。
【0016】
冷却を行った場合、テレフタル酸ジメチルをメタノール層から分離する方法としては、ろ過、遠心分離等、特に制限はない。遠心分離に用いる遠心分離器は、特に制限はなく、連続式であっても、バッチ式であってもよい。遠心分離を行うときには、回転速度と時間が重要であり、回転速度は300rpm以上であることが好ましい。回転速度が300rpm未満であると、分離が不十分で粗テレフタル酸ジメチル中に含まれるPDO、他のグリコールが多くなり、また更に液体層に微結晶のテレフタル酸ジアルキルが残り、回収率が悪くなる。好ましくは、500rpm以上である。遠心分離の時間は10分間以上が好ましい。遠心分離の時の温度は、特に制御する必要はないが、安全性の観点から30℃以下に設定することが好ましい。
【0017】
分離されたメタノール層には、グリコールと少量のテレフタル酸ジメチルが含有されるが、蒸留によって各々の成分は精製することができる。好ましくは、実質常圧蒸留によってメタノールを回収し、その後減圧蒸留によってグリコールを単離することができる。
一方、単離された粗テレフタル酸ジメチルは、減圧蒸留で精製することが好ましく、分解を抑制しかつ回収収率を高めるために、120〜250℃、2.7〜33kPaで蒸留することが好ましい。圧力が33kPaを超えると、沸点が高くなり、蒸留過程でテレフタル酸ジアルキルが着色したり、また酸価値が高くなるなどの問題を生じる。逆に2.7kPa未満では、温度は低く設定できるが、真空度が高すぎるために真空ポンプに吸入され、回収率が低くなってしまう。好ましくは、120〜220℃、4〜20kPaである。
【0018】
【実施例】
以下、本発明を具体的に挙げて更に詳細に説明する。本発明の実施例等で用いる各種の測定値は以下の測定法により測定した。
(1)モノマー純度
下記ガスクロマトグラフィーを使用して、ピーク面積比から純度を算出した。カラム:DURABOND DB−WAX 0.25mmI.D.×30m
Film thickness:0.25μm
昇温方法:50℃で5min保持後、230℃まで昇温速度20℃/minで昇
温後、230℃でそのまま保持した。検出器はFIDを使用した。
(2)極限粘度
極限粘度[η]は次式の定義に基づいて求められる値である。
[η]=lim(ηr−1)/C
C→0
定義式中のηrは、純度98%のo−クロロフェノールで溶解したPTTまたはPETの希釈溶液の35℃での粘度を、同一温度で測定した上記溶媒自体の粘度で割った値であり、相対粘度と定義されているものである。また、Cは上記溶液100ml中のグラム単位による溶質重量値である。
【0019】
【実施例1】
極限粘度0.9dl/gのポリトリメチレンテレフタレート10.3g(テレフタレート単位としては0.05モルに相当)、メタノール32g(1モル)、炭酸ナトリウム0.13g(1.3wt%/ポリマー、この単位はポリマー質量に対するwt%を示す。)を、オートクレーブに仕込み、温度150℃、圧力1.3MPaで8時間撹拌しながら反応させた。反応後、撹拌を止め150℃、0.5MPa下でメタノール層を30gオートクレーブ外に取り出し、そのまま圧力を解放することなく10℃まで冷却した。冷却後、結晶化した粗テレフタル酸ジメチルをろ別し、粗テレフタル酸ジメチルは220℃、6.7kPaで減圧蒸留精製した。また1,3−プロパンジオールを含むメタノール溶液については、70℃、13kPaでメタノールを完全に留去し、次いで、150℃、6.7kPaでPDOの単離を行った。
【0020】
一方、メタノール層の一部を取り出した後のオートクレーブは、トリメチレンテレフタレートオリゴマーが含まれていた。これに再度150℃、1.3MPaを維持したまま、ポリトリメチレンテレフタレート5.9g、メタノール24.0g、炭酸ナトリウム0.10gを追加し、同じ条件で解重合と150℃でのメタノール層の取り出しと分離精製を行った。このような解重合反応、取り出し、及び分離精製を10回繰り返した。テレフタル酸ジメチルの回収率は98%、1,3−プロパンジオールの回収率は97%であった。回収されたテレフタル酸ジメチルの純度は99.9%、PDOの純度は98.4%であった。
【0021】
【実施例2】
ポリトリメチレンテレフタレートの代わりに、極限粘度0.65dl/gのポリエチレンテレフタレートを用い、解重合反応温度を150℃から200℃に変更して実施例1を繰り返した。テレフタル酸ジメチルの回収率は97%、エチレングリコールの回収率は95%であった。回収されたテレフタル酸ジメチルの純度は98.5%、エチレングリコールの純度は98.1%であった。
【実施例3】
ポリトリメチレンテレフタレートの代わりに、極限粘度1.20dl/gのポリブチレンテレフタレートを用い、解重合反応温度を150℃から200℃に変更して実施例1を繰り返した。テレフタル酸ジメチルの回収率は94%、1,4−ブタンジオールの回収率は95%であった。回収されたテレフタル酸ジメチルの純度は95.0%、1,4−ブタンジオールの純度は86.3%であった。
【0022】
【比較例1】
極限粘度0.9dl/gのポリトリメチレンテレフタレート10.3g(テレフタレート単位としては0.05モルに相当)、メタノール32g(1モル)、炭酸ナトリウム0.13g(1.3wt%/ポリマー、この単位はポリマー質量に対するwt%を示す。)を、オートクレーブに仕込み、温度150℃、圧力1.3MPaで8時間撹拌しながら反応させた。反応後、撹拌を止めそのまま圧力を解放することなく25℃まで冷却した。冷却後、結晶化した粗テレフタル酸ジメチルをろ別し、粗テレフタル酸ジメチルは220℃、6.7kPaで減圧蒸留精製した。また1,3−プロパンジオールを含むメタノール溶液については、70℃、13kPaでメタノールを完全に留去し、次いで、150℃、6.7kPaでPDOの単離を行った。
テレフタル酸ジメチルの回収率は71%、1,3−プロパンジオールの回収率は68%であった。
【比較例2】
ポリトリメチレンテレフタレートの代わりに、極限粘度0.65dl/gのポリエチレンテレフタレートを用い、解重合反応温度を150℃から200℃に変更して比較例1を繰り返した。テレフタル酸ジメチルの回収率は75%、エチレングリコールの回収率は73%であった。
【0023】
【発明の効果】
本発明を活用することによって、ポリアルキレンテレフタレートを使った繊維、フィルム、樹脂製品、製造段階で排出された屑ポリマーから、高純度の原料モノマーを効率よく回収できる。
本発明を用いれば、市販品と同様もしくはそれ以上の高品質のモノマーを高収率で回収することができ、原料を無駄なく使用できるという点において、環境保護、製造コスト削減の観点から本発明は極めて有用な技術である。回収されたモノマーは、繊維、フィルム、成型品の他、様々な化学製品、医薬品の中間体原料としても有用である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for depolymerizing polyalkylene terephthalate. More specifically, the present invention relates to a depolymerization method for obtaining dimethyl terephthalate and diol from polyalkylene terephthalate in a high yield with a one-stage reaction.
[0002]
[Prior art]
Once a new synthetic fiber business or synthetic resin business occurs, the amount of fiber waste, polymer waste, used fiber waste, and product waste generated in the manufacturing stage becomes enormous. Therefore, it is necessary to establish recycling technology for fiber waste, product waste, etc. from the viewpoint of reducing manufacturing costs. In particular, it is indispensable to establish a so-called chemical recycling technique in which miscellaneous collected fiber waste and product waste are chemically decomposed and recycled to useful raw materials.
[0003]
In the synthetic fiber business and synthetic resin business, the most used polymers are polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), and polytrimethylene terephthalate (PTT) that has recently been commercialized with resins and fibers. Representative polyalkylene terephthalates. In particular, PET has already been industrially chemically recycled. Specifically, after PET is reacted with ethylene glycol in the presence of a transesterification catalyst, bis (2-hydroxyethyl) terephthalate is once generated (glycolysis). Reaction), and further reacting with methanol to recover dimethyl terephthalate and ethylene glycol (methanolysis reaction), a two-stage reaction method has been put into practical use.
[0004]
-(OC-Ph-COCH 2 CH 2 O) n- + HO-CH 2 CH 2 -OH →
HOCH 2 CH 2 OOC-Ph-COOCH 2 CH 2 OH (Glycolysis reaction)
HOCH 2 CH 2 OOC-Ph-COOCH 2 CH 2 OH + CH 3 OH →
H 3 COOC-Ph-COOCH 3 + HOCH 2 CH 2 OH (Methanolysis reaction)
Further, although not industrialized, there is known a one-step method for recovering dimethyl terephthalate or terephthalic acid together with ethylene glycol by directly reacting PET with methanol or water (for example, Patent Documents 1 and 2). ).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 49-041329 [Patent Document 2]
JP-A-48-068537
[Problems to be solved by the invention]
The above two-stage method is a very effective method because there are few by-products and the recovered monomer purity is high. However, since both the glycolysis reaction and the methanolysis reaction are equilibrium reactions, it has been substantially impossible to increase the yield to 90% or more unless the amount of glycol or methanol used is extremely increased. The PET oligomer that could not be completely decomposed into the monomer remained in the reaction product and had to be discarded as a distillation residue of dimethyl terephthalate or ethylene glycol. In such a state, of course, the recycling rate cannot approach 100%.
[0007]
On the other hand, the one-step method is superior to the two-step method in that the purity of the recovered monomer is high, less reaction solvent and catalyst are used, and the equipment is simple. However, the fact that the reaction yield is not quantitative is the same for the one-step method. Although depending on the reaction conditions, it is usually difficult to achieve a yield of 80%, and a low recovery rate is a problem. In this case, the remaining 20% is an oligomer in which polyalkylene terephthalate is partially depolymerized. If the reaction yield can be significantly increased by the one-step method, it can be the most suitable method for chemical recycling technology of polyalkylene terephthalate typified by PET, but it can be recovered without applying special equipment or depolymerization conditions. A method for significantly increasing the rate has not been proposed.
The problem to be solved by the present invention is to provide a method for depolymerizing polyalkylene terephthalate in methanol by a high-yield one-stage reaction.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have studied in detail a method for depolymerizing polyalkylene terephthalate using methanol at high temperature and pressure. As a result, the end point of this reaction was found to be an equilibrium mixture of dimethyl terephthalate, glycol depolymerization product and methanol, and further alkylene terephthalate oligomer. Therefore, using the fact that the reaction is an equilibrium reaction and that high-temperature methanol above the boiling point dissolves dimethyl terephthalate and glycol at a high concentration, but hardly dissolves oligomers, a high temperature is obtained after a one-step reaction. Take out the methanol layer containing dimethyl terephthalate and glycol as it is, add new methanol to the reaction tank, add a new polymer, and repeat depolymerization with the remaining oligomers to recover the overall depolymerization reaction step. It was found that can be greatly improved.
[0009]
That is, the present invention is a depolymerization method in which polyalkylene terephthalate and methanol are reacted at 150 to 200 ° C. to produce dimethyl terephthalate, and (1) terephthalic acid is continuously or discontinuously formed from the reaction product. The methanol layer at 100 to 200 ° C. containing dimethyl is taken out, and dimethyl terephthalate, methanol and glycol are separated from the taken out methanol layer. (2) Remaining reaction product after taking out the methanol layer containing dimethyl terephthalate This is a method for depolymerizing polyalkylene terephthalate, characterized in that after adding methanol and adding polyalkylene terephthalate as necessary, a depolymerization reaction is performed to form dimethyl terephthalate again.
[0010]
In the present invention, polyalkylene terephthalate is a polycondensate of terephthalic acid or its lower alcohol ester and glycol, and examples thereof include PET, PBT, and PTT. Further, the polyalkylene terephthalate may be a copolymer of ternary or higher, such as 5-sodium sulfoisophthalic acid, tetrabutylphosphonium 5-sulfoisophthalate, isophthalic acid, 1,4-butanediol, adipic acid, polyalkylene. Glycol or the like may be copolymerized, for example, 0.05 to 98 wt%. A plurality of polyalkylene terephthalates may be mixed. The intrinsic viscosity is generally 0.2 to 1.5 dl / g.
[0011]
Polyalkylene terephthalate forms include unused and used chip waste, extruder drain polymer, yarn (multifilament, sufu, tow, side-by-side yarn, monofilament, etc.), film, waste resin products, clothing, industrial materials, non-woven fabric There are no particular restrictions on carpets. Moreover, processing agents processing, such as dyeing | staining and a surface treating agent, may be given, Furthermore, an emulsion, suspension, a solution, etc. may be sufficient. When depolymerizing polyalkylene terephthalate, nylon, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polybutylene, ABS resin, modified polyphenylene ether, polycarbonate, phenol resin, urea resin, polyurethane, melamine resin, aramid, aromatic Known polymers such as polyester, natural rubber, carbon fiber, polynaphthalene terephthalate, polylactic acid, and cellulose, metals such as iron, copper, and stainless steel, food, glass products, paper, food, sand, stones, etc. In order to improve the recovery efficiency of the depolymerized monomer, it is preferable that these inclusions are less than 30 wt%.
[0012]
The depolymerization method of the present invention is a depolymerization method in which polyalkylene terephthalate and methanol are reacted to produce dimethyl terephthalate and glycol. The amount of methanol used with respect to the polyalkylene terephthalate is at least three times the total terephthalate units of the reaction product (for example, in the case of PET, 192 is considered to be 1 mol because it has one terephthalate unit as a repeating unit) The amount is preferably 3 to 100 times mol, more preferably 5 to 30 times mol, particularly preferably 7 to 25 times mol in order not to excessively increase the recovery yield and use amount of methanol. In order to accelerate the depolymerization reaction, it is preferable to use a catalyst. Examples of the catalyst include sodium acetate, potassium acetate, calcium acetate, zinc acetate, magnesium acetate, sodium carbonate, magnesium carbonate, potassium carbonate, barium carbonate, lithium carbonate, sodium formate, potassium formate, calcium formate, zinc formate, magnesium formate, etc. Acetate, carbonate and formate. Although there is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of these metal salts, Preferably it is 0.01-5 wt% from the speed of 0.001-20 wt% of the weight of the polyalkylene terephthalate mixture to depolymerize, and the speed of a depolymerization rate.
[0013]
The reaction temperature is preferably 100 ° C. or higher, the reaction rate is high, and from the viewpoint of improving the recovery yield, 120 to 300 ° C., particularly preferably, the equipment cost is not excessively increased due to the high pressure, and the reaction rate and the recovery rate. It is 140-250 degreeC from height, Most preferably, it is 150-200 degreeC. The reaction time is a function of temperature, but is 10 minutes to 25 hours in the above temperature range.
In the present invention, a methanol layer containing dimethyl terephthalate containing dimethyl terephthalate continuously or discontinuously from the reaction product obtained after the depolymerization reaction is taken out, and dimethyl terephthalate, methanol and glycol are taken out from the taken-out methanol layer. Is necessary to increase the monomer recovery yield. The depolymerization reaction in which polyalkylene terephthalate reacts with methanol does not proceed quantitatively. After completion of the reaction, in addition to dimethyl terephthalate and glycol, oligomers that have not been completely depolymerized, garbage that cannot be decomposed, and the like remain. Although dimethyl terephthalate is not very soluble in methanol at room temperature, it is completely mixed with methanol at 100 ° C., preferably 120 ° C. or higher, more preferably 145 ° C. or higher. At such temperatures, the glycol is also completely mixed with methanol.
[0014]
In contrast, polyalkylene terephthalate oligomers, dusts and the like hardly dissolve in methanol. Therefore, by removing only the methanol layer after the completion of the depolymerization reaction, it can be physically separated from the oligomers and dust. For example, when the stirring is stopped after completion of the depolymerization reaction, oligomers and dust settle. If a methanol layer at 100 ° C. or higher is taken out from the upper part of the settled portion, and then dimethyl terephthalate, glycol, and methanol are separated and purified from the methanol layer, it becomes possible to efficiently recover a high-purity monomer. The methanol layer to be taken out is preferably 10 to 90% of the charged amount and 50 to 90% from the viewpoint of increasing the recovery rate.
Next, in order to increase the recovery yield, it is necessary to depolymerize the oligomer remaining in the depolymerization reaction tank again. Of course, a new polyalkylene terephthalate may be added in order to proceed with a new methanol, a catalyst, or a further depolymerization reaction. These amounts and ratios are not particularly limited, but it is preferable to keep the amounts and ratios at the start of the reaction described above.
[0015]
As described above, a depolymerization method in which polyalkylene terephthalate is reacted with methanol to produce dimethyl terephthalate, (1) containing dimethyl terephthalate continuously or discontinuously from the reaction product, Take out the above methanol layer, separate dimethyl terephthalate, methanol and glycol from the taken out methanol layer. (2) Add methanol to the remaining reactant after removing the methanol layer containing dimethyl terephthalate. Then, after adding polyalkylene terephthalate as necessary, it is possible to recover the monomer in an extremely high yield by repeatedly performing a depolymerization reaction for generating dimethyl terephthalate again.
The hot methanol layer taken out from the depolymerization reaction tank once distills dimethyl terephthalate, glycol and methanol after cooling to 95 ° C or lower, preferably 0 to 60 ° C, more preferably 0 to 30 ° C or without cooling. Etc., and can be separated and purified. In this case, the method is preferably a method of once cooling, since dimethyl terephthalate is precipitated from the methanol layer by crystallization and is easily separated from the methanol layer containing glycol.
[0016]
In the case of cooling, the method for separating dimethyl terephthalate from the methanol layer is not particularly limited, such as filtration and centrifugation. The centrifuge used for centrifugation is not particularly limited, and may be a continuous type or a batch type. When performing centrifugation, the rotation speed and time are important, and the rotation speed is preferably 300 rpm or more. When the rotational speed is less than 300 rpm, separation is insufficient, and PDO and other glycols contained in the crude dimethyl terephthalate increase, and further, microcrystalline dialkyl terephthalate remains in the liquid layer, resulting in poor recovery. . Preferably, it is 500 rpm or more. The centrifugation time is preferably 10 minutes or longer. The temperature at the time of centrifugation does not need to be particularly controlled, but is preferably set to 30 ° C. or less from the viewpoint of safety.
[0017]
The separated methanol layer contains glycol and a small amount of dimethyl terephthalate, but each component can be purified by distillation. Preferably, the methanol can be recovered by substantial atmospheric distillation and then the glycol can be isolated by vacuum distillation.
On the other hand, the isolated crude dimethyl terephthalate is preferably purified by distillation under reduced pressure, and is preferably distilled at 120 to 250 ° C. and 2.7 to 33 kPa in order to suppress decomposition and increase the recovery yield. . When the pressure exceeds 33 kPa, the boiling point is increased, and problems such as dialkyl terephthalate being colored during the distillation process and an acid value being increased are caused. On the other hand, if the pressure is less than 2.7 kPa, the temperature can be set low, but the degree of vacuum is too high, so that it is sucked into the vacuum pump and the recovery rate becomes low. Preferably, it is 120-220 degreeC and 4-20 kPa.
[0018]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described in detail. Various measured values used in the examples of the present invention were measured by the following measuring methods.
(1) Monomer purity Purity was calculated from the peak area ratio using the following gas chromatography. Column: DURABOND DB-WAX 0.25 mmI. D. × 30m
Film thickness: 0.25 μm
Temperature raising method: After holding at 50 ° C. for 5 minutes, the temperature was raised to 230 ° C. at a temperature raising rate of 20 ° C./min and then kept at 230 ° C. as it was. The detector used was FID.
(2) Intrinsic viscosity Intrinsic viscosity [η] is a value determined based on the definition of the following equation.
[Η] = lim (ηr−1) / C
C → 0
Ηr in the definition formula is a value obtained by dividing the viscosity of a diluted solution of PTT or PET dissolved in o-chlorophenol having a purity of 98% at 35 ° C. by the viscosity of the solvent itself measured at the same temperature. It is defined as viscosity. C is the solute weight value in grams in 100 ml of the solution.
[0019]
[Example 1]
10.3 g of polytrimethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 0.9 dl / g (corresponding to 0.05 mol as a terephthalate unit), 32 g (1 mol) of methanol, 0.13 g of sodium carbonate (1.3 wt% / polymer, this unit Represents wt% relative to the mass of the polymer.) Was charged into an autoclave and allowed to react with stirring at a temperature of 150 ° C. and a pressure of 1.3 MPa for 8 hours. After the reaction, stirring was stopped and the methanol layer was taken out from the autoclave at 150 ° C. and 0.5 MPa, and cooled to 10 ° C. without releasing the pressure as it was. After cooling, the crystallized crude dimethyl terephthalate was filtered off, and the crude dimethyl terephthalate was purified by distillation under reduced pressure at 220 ° C. and 6.7 kPa. Moreover, about the methanol solution containing 1, 3- propanediol, methanol was distilled off completely at 70 degreeC and 13 kPa, and PDO was then isolated at 150 degreeC and 6.7 kPa.
[0020]
On the other hand, the autoclave after taking out a part of the methanol layer contained a trimethylene terephthalate oligomer. While maintaining 150 ° C. and 1.3 MPa again, 5.9 g of polytrimethylene terephthalate, 24.0 g of methanol, and 0.10 g of sodium carbonate were added, and depolymerization under the same conditions and removal of the methanol layer at 150 ° C. Separation and purification were performed. Such depolymerization reaction, removal, and separation and purification were repeated 10 times. The recovery rate of dimethyl terephthalate was 98%, and the recovery rate of 1,3-propanediol was 97%. The recovered dimethyl terephthalate had a purity of 99.9% and PDO had a purity of 98.4%.
[0021]
[Example 2]
Example 1 was repeated by using polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 0.65 dl / g instead of polytrimethylene terephthalate and changing the depolymerization reaction temperature from 150 ° C. to 200 ° C. The recovery rate of dimethyl terephthalate was 97%, and the recovery rate of ethylene glycol was 95%. The recovered dimethyl terephthalate had a purity of 98.5% and ethylene glycol had a purity of 98.1%.
[Example 3]
Example 1 was repeated by using polybutylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 1.20 dl / g instead of polytrimethylene terephthalate and changing the depolymerization reaction temperature from 150 ° C. to 200 ° C. The recovery rate of dimethyl terephthalate was 94%, and the recovery rate of 1,4-butanediol was 95%. The recovered dimethyl terephthalate had a purity of 95.0% and 1,4-butanediol had a purity of 86.3%.
[0022]
[Comparative Example 1]
10.3 g of polytrimethylene terephthalate with an intrinsic viscosity of 0.9 dl / g (corresponding to 0.05 mol as a terephthalate unit), 32 g (1 mol) of methanol, 0.13 g of sodium carbonate (1.3 wt% / polymer, this unit Represents wt% relative to the mass of the polymer. After the reaction, stirring was stopped and the mixture was cooled to 25 ° C. without releasing the pressure. After cooling, the crystallized crude dimethyl terephthalate was filtered off, and the crude dimethyl terephthalate was purified by distillation under reduced pressure at 220 ° C. and 6.7 kPa. Moreover, about the methanol solution containing 1, 3- propanediol, methanol was distilled off completely at 70 degreeC and 13 kPa, and PDO was then isolated at 150 degreeC and 6.7 kPa.
The recovery rate of dimethyl terephthalate was 71%, and the recovery rate of 1,3-propanediol was 68%.
[Comparative Example 2]
Comparative Example 1 was repeated using polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 0.65 dl / g instead of polytrimethylene terephthalate and changing the depolymerization reaction temperature from 150 ° C. to 200 ° C. The recovery rate of dimethyl terephthalate was 75%, and the recovery rate of ethylene glycol was 73%.
[0023]
【The invention's effect】
By utilizing the present invention, high-purity raw material monomers can be efficiently recovered from fibers, films, resin products using polyalkylene terephthalate, and scrap polymers discharged in the production stage.
By using the present invention, it is possible to recover a high-quality monomer similar to or higher than a commercially available product in a high yield, and the present invention can be used without waste in terms of environmental protection and manufacturing cost reduction. Is a very useful technique. The recovered monomer is useful as an intermediate material for various chemical products and pharmaceuticals in addition to fibers, films and molded products.
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