JP4746787B2 - ポリエステルポリオールの製造方法、および、ポリエステルポリオールの製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエステルポリオールの製造方法、および、その製造方法によって製造するためのポリエステルポリオールの製造装置、および、その製造方法によって得られるポリエステルポリオール、さらには、そのポリエステルポリオールを用いることによって得られるポリウレタンフォームに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、硬質ポリウレタンフォームの難燃性能を向上させるために、原料のポリオール成分として、芳香族化合物が導入されているポリエステルポリオールを使用することが知られている。
【0003】
このようなポリエステルポリオールは、例えば、エチレングリコールやジエチレングリコールなどの短鎖グリコールと、フタル酸などの二塩基酸とを反応させることにより得られるものであって、二塩基酸としてテレフタル酸を用いると、難燃性能を大幅に改善することができるため、そのような、テレフタル酸が導入されているポリエステルポリオールを、硬質ポリウレタンフォームの原料のポリオール成分として使用することが広く実施されている。
【0004】
しかし、テレフタル酸を原料とするポリエステルポリオールは、その結晶性が極めて高いため、硬質ポリウレタンフォームの製造時において、他成分との相溶性の低下や作業性の低下といった不具合を生じる場合がある。
【0005】
一方、近年、回収ペットボトルや回収ペットフィルムなど、回収ポリエチレンテレフタレートのリサイクルが各種の分野で実施されており、そのため、例えば、特開昭60−130620号公報には、再利用ポリエチレンテレフタレートを、ジエチレングリコールおよび少なくとも1つの他のオキシアルキレングリコールと反応させ、次いで、十分なエチレングリコールをストリップすることにより、放置しても固化および分離せず、硬質ポリウレタンフォームの製造において有用となるポリエステルポリオールが得られることが記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭60−130620号公報に記載の方法では、十分なエチレングリコールをストリップしているが、そのストリップされたエチレングリコールを、そのまま後処理するため、原料の効率的な利用が図れず、生産効率の大幅な向上を図ることは困難である。また、ストリップされたエチレングリコールを後処理するために、工程が煩雑になるとともにそのための設備が必要とされる。さらに、得られるポリエステルポリオールは、原料として用いられるジエチレングリコールおよび少なくとも1つの他のオキシアルキレングリコールの処方のわずかな相違により、製造当初は正常な品質を有していても、経時変化によって、白濁、増粘あるいは結晶化などを生じる場合がある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、簡易な工程によって、生産効率を大幅に向上させることができるとともに、品質の安定したポリエステルポリオールを得ることのできる、ポリエステルポリオールの製造方法、および、その製造方法によって製造するためのポリエステルポリオールの製造装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ポリエチレンテレフタレートと、原料ポリオールとを反応させて、ポリエステルポリオールを製造する方法であって、ポリエチレンテレフタレートと原料ポリオールとの反応において副生するエチレングリコールを留去し、その留去されたエチレングリコールを変性して、その変性されたエチレングリコールを、原料ポリオールとして使用することを特徴としている。
【0009】
また、この方法においては、副生するエチレングリコールを、アルキレンオキサイドによって変性することが好ましく、また、変性されたエチレングリコールとともに、低分子量ポリオールを原料ポリオールとして使用してもよい。また、原料ポリオールの水酸基価は、400〜1000mgKOH/gであることが好ましい。
【0010】
また、本発明は、ポリエチレンテレフタレートと、原料ポリオールとを反応させる反応槽と、反応槽から留出するエチレングリコールを変性するための変性槽と、変性槽において変性されたエチレングリコールを、原料ポリオールとして反応槽に供給するための供給ラインとを備えているポリエステルポリオールの製造装置をも含むものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明のポリエステルポリオールの製造方法では、ポリエチレンテレフタレートと、原料ポリオールとを反応させることによって、ポリエステルポリオールを得る。
【0014】
本発明において、ポリエチレンテレフタレートとしては、例えば、未使用のポリエチレンテレフタレートや、使用後の回収ポリエチレンテレフタレートなどを用いることができるが、リサイクルという観点より、回収ポリエチレンテレフタレートを用いることが好ましい。回収ポリエチレンテレフタレートとしては、回収ペットボトルや回収ペットフィルム、あるいは、工場などから廃棄物として搬出されるものなど、その形態は特に限定されるものではないが、使用時には、切断、破砕あるいは粉砕されているものが好ましい。
【0015】
また、本発明において、原料ポリオールは、少なくとも、このポリエチレンテレフタレートとの反応において副生するエチレングリコールを変性することによって得られる変性されたエチレングリコールを含むものである。
【0016】
すなわち、原料ポリオールは、図1に示すように、まず、ポリエチレンテレフタレートとの反応において副生するエチレングリコールを含む留出液をストリップし、次いで、この留出液に含まれるエチレングリコールを変性することにより、原料グリコールとして、再び、用いるものである。
【0017】
より具体的には、原料ポリオールとポリエチレンテレフタレートとの反応においては、ポリエチレンフタレート中のオキシエチレン基が、エステル交換反応によって、原料ポリオールと交換され、それによって、エチレングリコールが留出されるようになる。なお、この反応における留出液中には、実際には、エチレングリコールや、ジエチレングリコールなどのエチレングリコール誘導体の他に、水、ジオキサン、メタノールなどの低沸分が含まれているので、それら低沸分を、例えば、90〜180℃、好ましくは、100〜150℃でストリップする。90℃未満では、効率のよい低沸分の除去を行なうことができず、また、180℃を超えると、エチレングリコールが留去される場合がある。また、このストリップにおいては、窒素バブリングを行なうと、さらに効率よく低沸分を除去することができる。
【0018】
そして、このようなストリップによって、低沸分が除去された後の留出分中のエチレングリコールの含有量が、40〜90重量%、さらには、50〜80重量%、その平均重合度nが、1.50〜1.05、さらには、1.40〜1.09、その水酸基価が、1300〜1750mgKOH/g、さらには、1400〜1700mgKOH/gとなるようにすることが好ましい。
【0019】
続いて、低沸分が除去された留出液を変性処理する。留出液の変性処理は、エチレングリコールを再び原料グリコールとして使用した時に、得られるポリエステルポリオールの結晶性を阻害するような性状となるように、エチレングリコールに変性剤を加えて変性する処理であって、例えば、エチレングリコールに変性剤としてアルキレンオキサイドを加えて付加させるアルキレンオキサイド変性や、エチレングリコールに変性剤としてグリシジルエーテルを加えて反応させるエポキシ変性などが用いられる。好ましくは、アルキレンオキサイド変性が用いられる。アルキレンオキサイド変性によれば、簡易かつ安定した変性処理を行なうことができる。
【0020】
より具体的には、このアルキレンオキサイド変性は、アルキレンオキサイドとして、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなどを用いて、反応温度90〜130℃、反応圧力0.05〜1.00MPa、公知のアルカリ触媒下において、これらアルキレンオキサイドを留出液に対して連続的にフィードすることにより行なうことができる。好ましくは、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを、留出液に対して連続的にフィードする。
【0021】
このような変性処理によって、変性されるエチレングリコールの水酸基価を、300〜800mgKOH/g、さらには、400〜700mgKOH/gとすることが好ましい。
【0022】
そして、このようにして得られた、変性されたエチレングリコールを含む留出液を、原料ポリオールとして使用する。原料ポリオールとして使用するには、留出液とともに、低分子量ポリオールを配合して、水酸基価を調整することが好ましい。
【0023】
配合する低分子量ポリオールとしては、エチレングリコールを除く低分子量ポリオールであって、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどのグリコールや、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジグリセリン、ペンタエスリトール、メチルグルコシドなどの3官能以上の多官能ポリオールなどを用いることができる。これらのうち、ジエチレングリコールを用いることが好ましく、また、多官能ポリオールを用いることにより、得られるポリエステルポリオールが用いられる硬質ポリウレタンフォームの強度を向上させることができる。
【0024】
そして、このようにして、必要により他の低分子量ポリオールが適宜配合される原料ポリオールの水酸基価は、400〜1000mgKOH/g、さらには、500〜900mgKOH/gであることが好ましい。水酸基価がこれより高いと、エチレングリコールやジエチレングリコールが多く残存して、ポリエステルポリオールの結晶化を阻害することができず、また、水酸基価がこれより低いと、高分子量ポリオールの割合が多くなり、得られるポリエステルポリオールが用いられるポリウレタンフォームの難燃性能が低下し、さらには、フィードするアルキレンオキサイドの量が増大して経済的に不利となる場合がある。
【0025】
なお、低分子量ポリオールは、図1に示したように変性処理がなされた留出液に配合または留出液とともに配合してもよく、また、例えば、図1には示していないが、変性処理をする前の留出液に配合して、留出液とともに変性処理するようにしてもよい。
【0026】
そして、得られる原料ポリオールを、再び、ポリエチレンテレフタレートと反応させる。この反応は、上記したようにエステル交換反応であって、例えば、ポリエチレンテレフタレート100重量部に対して、原料ポリオール90〜200重量部、好ましくは、100〜150重量部となる割合で、窒素雰囲気下、反応温度180〜250℃で連続的に反応させればよく、例えば、鉛、亜鉛、マンガン、カルシウム、コバルト、カドミウムの酢酸塩や炭酸塩、鉛、亜鉛、アンチモンの酸化物、有機チタン化合物、ルイス酸、硫酸、塩酸などの公知のエステル化触媒を用いることが好ましい。
【0027】
この反応により得られるポリエステルポリオールは、その水酸基価が、100〜500mgKOH/g、さらには、200〜400mgKOH/gであることが好ましい。水酸基価がこれより高いと、ポリエステルポリオール中の未反応の原料ポリオールが多くなり、例えば、得られるポリエステルポリオールが用いられるポリウレタンフォームの十分な物性を得ることができず、また、水酸基価がこれより低いと、粘度が高くなり、例えば、得られるポリエステルポリオールを用いてポリウレタンフォームを製造する時の作業性および成形性が低下する場合がある。
【0028】
このような、本発明のポリエステルポリオールの製造方法によれば、回収ポリエチレンテレフタレートを有効にリサイクルすることができ、しかも、原料ポリオールについても、留出液から再使用するので、原料ポリオールの効率的な利用を図ることにより、廃棄物が少なく環境にやさしい、しかも、留出液の後処理工程がなく、簡易な工程によって、生産効率の大幅な向上を実現することができる。
【0029】
そして、このような製造方法によると、留出液を変性して再使用することが繰り返されるので、常に品質の一定した原料ポリオールを安定供給することができる。そのため、品質の安定したポリエステルポリオールを得ることができる。したがって、従来のポリエステルポリオールでは、原料ポリオールのわずかな品質の相違に起因して、製造当初は正常な品質を有していても、経時変化によって、白濁、増粘あるいは結晶化などを生じる場合があるが、本発明の製造方法により得られるポリエステルポリオールでは、そのような品質についての経時変化を生じることが少なく、常に良好な品質が確保される。
【0030】
図2は、本発明の製造方法が適用されるポリエステルポリオールの製造装置の一実施形態の概略構成図である。次に、図2を参照して、このポリエステルポリオールの製造装置について説明する。図2において、この製造装置は、反応槽1、精留塔2、変性槽3、変性エチレングリコール貯留槽4、低分子量ポリオール貯留槽5、回収PET(ポリエチレングリコール)貯留槽6などを備えている。反応槽1の下流側には、順次、精留塔2、変性槽3、変性エチレングリコール貯留槽4が、配管などの接続ラインを介して接続されるとともに、その変性エチレングリコール貯留槽4の下流側に、配管などの供給ライン9を介して、反応槽1が接続されることにより、これら反応槽1、精留塔2、変性槽3、変性エチレングリコール貯留槽4がクローズドラインとして接続されている。また、低分子量ポリオール貯留槽5および回収PET貯留槽6は、それぞれ独立して、配管などの接続ラインを介して、反応槽1に接続されている。また、変性エチレングリコール貯留槽4には、上記した変性されたエチレングリコールが貯留され、低分子量ポリオール貯留槽5には、上記した低分子量ポリオールが貯留され、回収PET貯留槽6には、上記した回収ポリエチレンテレフタレートの粉砕品が貯留されている。
【0031】
そして、まず、変性エチレングリコール貯留槽4から変性されたエチレングリコールを、低分子量ポリオール貯留槽5から低分子量ポリオールを、さらに、回収PET貯留槽6から回収ポリエチレンテレフタレートの粉砕品を、それぞれ上記した割合で、反応槽1に供給し、上記したエステル交換反応により、ポリエステルポリオールを合成する。得られたポリエステルポリオールは、反応槽1から取り出され、一方、副生するエチレングリコールを含む留出液は、精留塔2に供給される。次いで、精留塔2において、留出液中から上記した低沸分を除去した後、その低沸分が除去された留出液は、変性槽3に供給され、この変性槽3において、上記した所定の水酸基価となるように変性される。変性槽3は、上記したように、例えば、エポキシ合成装置やアルキレンオキサイド付加合成装置などから構成されており、この変性槽3に接続される変性剤貯留槽8には、エポキシ変性の場合にはグリシジルエーテルなどが、また、アルキレンオキサイド変性の場合にはアルキレンオキサイドが変性剤として貯留されており、適宜、この変性剤貯留槽8から変性槽3に供給される。そして、変性されたエチレングリコールを含む留出液は、変性エチレングリコール貯留槽4に戻されて、この変性エチレングリコール貯留槽4から、ポンプ7によって、供給ライン9を介して、再び、反応槽1に供給される。
【0032】
このようなポリエステルポリオールの製造装置によって、ポリエステルポリオールを製造すれば、留出するエチレングリコールを変性して原料ポリオールとして再使用するため、留出液を後処理するための設備が不要となる。一方、留出液を変性するための設備を要するが、このような設備を設けることによって、原料ポリオールの効率的な利用を図ることができ、廃棄物が少なく環境にやさしい、しかも、簡易な工程によって、生産効率の大幅な向上を実現することができる。
【0033】
そして、このようにして得られるポリエステルポリオールは、何ら制限されることなく、ポリウレタン樹脂や、硬質、半硬質、軟質のポリウレタンフォームなどに用いることができるが、ポリウレタンフォーム、とりわけ、硬質ポリウレタンフォームの原料のポリオール成分として有効に用いることができ、硬質ポリウレタンフォームの製造時においては、他成分と良好に相溶するとともに、作業性を向上させることができ、得られる硬質ポリウレタンフォームの難燃性能を向上させることができる。また、このポリエステルポリオールを硬質ポリウレタンフォームの原料のポリオール成分として用いれば、微細セル化が可能となり、断熱性能を高めることも可能である。
【0034】
すなわち、ポリエステルポリオールは、一般に、シクロペンタンやHFC−245fa、HFC−365mfcといった代替フロンとの相溶性が良くないが、このポリエステルポリオールは、副生するエチレングリコールを、例えば、アルキレンオキサイドなどによって変性して、その変性されたエチレングリコールを原料として用いているので、シクロペンタンあるいは代替フロンとの相溶性が良好で、高い比率で混合することができる。そのため、このようなこのポリエステルポリオールを用いれば、得られる硬質ウレタンフォームに高い断熱性能を付与することができる。
【0035】
次に、ポリウレタンフォームとして、例えば、硬質ポリウレタンフォームを製造する方法について説明する。
【0036】
硬質ポリウレタンフォームの成形は、特に制限はなく、従来より公知の方法を用いることができる。例えば、上記のポリエステルポリオールを含むポリオール成分とポリイソシアネート成分とを、反応触媒、発泡剤、整泡剤および必要によりその他の添加剤の存在下において、発泡させればよい。
【0037】
ポリオール成分としては、上記したポリエステルポリオールを必須成分として、その他、目的および用途に応じて、硬質ポリウレタンフォームの原料として通常使用されるポリオール成分を適宜配合すればよい。
【0038】
そのようなポリオール成分としては、例えば、ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールが用いられる。ポリエーテルポリオールとしては、例えば、2〜8個の活性水素基を有する低分子ポリオールおよび/または低分子ポリアミンを開始剤として、これにエチレンオキサイドおよび/またはプロピレンオキサイドを開環付加重合させることにより得ることができ、その水酸基価が、300〜700mgKOH/g程度のものが好ましく用いられる。
【0039】
また、ポリエステルポリオールとしては、例えば、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マレイン酸などの二塩基酸またはその無水物と、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパンなどのグリコールやトリオールとを重合させることにより得ることができ、その水酸基価が、200〜450mgKOH/g程度のものが好ましく用いられる。また、ポリオール成分として、反応性のメチロール基を有するフェノールレジンなどを用いることもできる。これらポリオール成分は、同種または異種のものを、単独または併用して用いることができる。
【0040】
なお、上記した方法により得られるポリエステルポリオールは、その目的および用途により、他のポリエーテルポリオールとともに配合することが好ましく、その場合のポリエステルポリオールの使用量としては、例えば、ポリオール成分100重量部に対して、例えば、5〜90重量部、さらには、10〜70重量部の範囲で配合されることが好ましい。
【0041】
ポリイソシアネート成分としては、硬質ポリウレタンフォームの原料として通常使用されるポリイソシアネート成分であれば、特に制限はなく、一般的には、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI、クルードMDI)が用いられる。また、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、クルードTDI、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)や、これらのポリオール変性体、トリマー変性体、カルボジイミド変性体、ビウレット変性体、アロファネート変性体、ウレットジオン変性体などを用いてもよい。これらポリイソシアネート成分は、同種または異種のものを、単独または併用して用いることができる。また、ポリイソシアネート成分の使用量は、例えば、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)として、1.0〜3.0の範囲で用いられる。
【0042】
反応触媒としては、硬質ポリウレタンフォームの触媒として通常使用されるものであれば、特に制限はなく、例えば、ジメチルヘキシルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルプロパンジアミンなどの3級アミン類およびこれらのカルボン酸塩または4級アンモニウム塩、例えば、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸鉛、酢酸カリウム、オクチル酸カリウムなどの有機金属化合物などが用いられる。これらの触媒は、単独または併用して用いることができる。触媒の使用量は、例えば、ポリオール成分100重量部に対して、0.01〜20重量部程度である。
【0043】
発泡剤としては、硬質ポリウレタンフォームの発泡剤として通常使用されるものであれば、特に制限はなく、例えば、HCFC−141b、HFC−134a、HFC−245fa、HFC−365mfcなどのフロン系化合物(代替フロン)、例えば、シクロペンタン、n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ブタンなどの低沸点炭化水素化合物が用いられる。これらの発泡剤は、単独または併用して用いることができる。発泡剤の使用量は、例えば、ポリオール成分100重量部に対して、5〜50重量部程度である。
【0044】
また、これらの発泡剤とともに、水を併用することもできる。水を併用した場合には、フォームの流動性、強度、耐熱性、低温寸法安定性の向上を図ることができる。すなわち、水を併用すると、水とイソシアネート基との反応で炭酸ガスを発生するとともに尿素結合を生成し、その尿素結合の生成によって、極性基が増加してフォーム骨格の強度や耐熱性が向上するとともに、生成する炭酸ガスが、セル内で冷凍温度である−30℃といった低温下でも気体として存在して、セル内圧力を保持するため、低温寸法安定性の向上を図ることができる。水を併用する場合には、最終製品の密度や断熱性にもよるが、通常の25〜50kg/m3程度の硬質ポリウレタンフォームにおいては、ポリオール100重量部に対して、0.1〜2.5重量部程度で用いることが好ましい。
【0045】
整泡剤としては、硬質ポリウレタンフォームの整泡剤として通常使用されるものであれば、特に制限はなく、例えば、ポリジメチルシロキサンとポリオキシアルキレン鎖とを有する、いわゆるシリコーン系界面活性剤が用いられる。整泡剤の使用量は、例えば、ポリオール成分100重量部に対して、0.2〜10重量部程度である。
【0046】
その他の添加剤としては、その目的および用途によって、粘度やプレミックスとポリイソシアネート成分との配合比率の調整、フォーム発泡時のスコーチ防止、フォームの難燃性付与などの目的で、例えば、プロピレンカーボネートなどの粘度調整剤、酸化防止剤、難燃剤などが適宜用いられる。
【0047】
そして、硬質ポリウレタンフォームを得るには、特に制限はなく、公知の発泡方法を用いることができ、例えば、ポリイソシアネート成分以外の成分、すなわち、ポリオール成分、反応触媒、発泡剤、整泡剤および必要によりその他の添加剤を、予め混合してプレミックスを調製し、発泡機などを用いて、このプレミックスとポリイソシアネート成分と混合して、所定の金型などに注入することにより、発泡成形すればよい。
【0048】
そして、このように、上記のポリエステルポリオールを用いて製造されたポリウレタンフォームは、上記したように、微細セル化が可能となり、断熱性能の向上を図ることができる。
【0049】
【実施例】
以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例に限定されることはない。また、特に記載のない限り、「部」および「%」は重量基準による。
【0050】
実施例1
留出液の製造:
攪拌機、温度計、窒素導入管および精留塔が接続された1000mlの4つ口コルベンに、PETボトルフレークIFN−10((株)アーク社製)500gとジエチレングリコール465gとを加え、チタンテトラブトキシド200ppmの存在下、220〜240℃で窒素を吹き込みながら攪拌して反応させた。PETボトルフレークは220℃付近から溶解し始めた。窒素によって、副生するエチレングリコールを留去させ、20時間後に冷却して反応を停止した。留出液は150gであった。この留出液の組成は、水6%、エチレングリコール70%、ジエチレングリコール22%、ジオキサン2%であった。この留出液を130℃で30分、窒素によって強制的に低沸分をストリップした結果、135gとなり、その水酸基価は、1500mgKOH/gとなった。
【0051】
変性処理:
このようにして得られた留出液100gに、N−エチルモルホリン2.5gの存在下、130℃、0.25MPaでエチレンオキサイドを連続的に127g添加して付加反応させた。反応後、水酸基価を測定したところ、660mgKOH/gであった。
【0052】
ポリエステルポリオールの製造:
攪拌機、温度計、窒素導入管および精留塔が接続された1000mlの4つ口コルベンに、PETボトルフレークIFN−10((株)アーク社製)200gと、上記のエチレンオキサイド変性液(水酸基価660mgKOH/g)130gと、ジエチレングリコール130gとを加え、チタンテトラブトキシド200ppmの存在下、220〜240℃で窒素を吹き込みながら攪拌して反応させた。PETボトルフレークは220℃付近から溶解し始めた。窒素によって、副生するエチレングリコールを留去させ、20時間後に冷却して反応を停止した。留出液は60gであった。得られたポリエステルポリオールは、水酸基価250mgKOH/g、粘度5700mPa・s/25℃の褐色透明の液体で、3ヶ月常温で保管しても、白濁、増粘および結晶化のいずれも生じなかった。
【0053】
実施例2
攪拌機、温度計、窒素導入管および精留塔が接続された1000mlの4つ口コルベンに、PETボトルフレークIFN−10((株)アーク社製)200gと、実施例1のポリエステルポリオールの製造工程で得られたエチレンオキサイド変性液(水酸基価660mgKOH/g)140gと、ジエチレングリコール140gとを加え、チタンテトラブトキシド200ppmの存在下、220〜240℃で窒素を吹き込みながら攪拌して反応させた。PETボトルフレークは220℃付近から溶解し始めた。窒素によって、副生するエチレングリコールを留去させ、20時間後に冷却して反応を停止した。留出液は70gであった。得られたポリエステルポリオールは、水酸基価310mgKOH/g、粘度1800mPa・s/25℃の褐色透明の液体で、3ヶ月常温で保管しても、白濁、増粘および結晶化のいずれも生じなかった。
【0054】
実施例3
実施例1の留出液の製造工程において得られた留出液(水酸基価1500mgKOH/g)100gに、ジエチレングリコール30gを加えた後、その留出液に、1.0gの水酸化カリウムのフレークを130℃にて溶解させ、プロピレンオキサイドを連続的に128g添加して反応させた。反応終了後、添加した水酸化カリウムを除去するために、5gの水および3.0gのキョーワード600(協和化学製両性吸着剤)を添加し、脱水ろ過処理後、水酸基価700mgKOH/gのグリコール混合物を得た。
【0055】
次いで、攪拌機、温度計、窒素導入管および精留塔が接続された1000mlの4つ口コルベンに、PETボトルフレークIFN−10((株)アーク社製)200gと、上記のグリコール混合物260gとを加え、チタンテトラブトキシド200ppmの存在下、220〜240℃で窒素を吹き込みながら攪拌して反応させた。PETボトルフレークは220℃付近から溶解し始めた。窒素によって、副生するエチレングリコールを留去させ、20時間後に冷却して反応を停止した。留出液は60gであった。得られたポリエステルポリオールは、水酸基価248mgKOH/g、粘度5400mPa・s/25℃の褐色透明の液体で、3ヶ月常温で保管しても、白濁、増粘および結晶化のいずれも生じなかった。
【0056】
相溶性試験
実施例1および実施例3で得られたポリエステルポリオール100部、および、ポリエステルポリオールの市販品であるアクトコールES−40(商品名、ジエチレンフタレート、水酸基価260mgKOH/g、三井武田ケミカル社製)100部に対し、表1に示す各発泡剤を添加し、各発泡剤の各ポリエステルポリオールに対する溶解性を比較した。その結果を表1に示す。
【0057】
【表1】
表1から明らかなように、実施例1および実施例3はアクトコールES−40と比較して、シクロペンタン、HFC−245faおよびHFC−365mfcとの溶解性が良好であり、特に、ポリプロピレンオキサイドで変性した実施例3は、その相溶性が著しく向上していることがわかる。
【0058】
製造例1〜3および製造比較例1
各実施例で得られたポリエステルポリオールをポリオール成分として用い、表2に示す処方の硬質ポリウレタンフォームを製造例1〜3として製造した。なお、各実施例で得られたポリエステルポリオールを配合しない処方の硬質ポリウレタンフォームを、製造比較例1として同様に製造した。
【0059】
すなわち、表2に示すように、まず、ポリオール成分、反応触媒、発泡剤、整泡剤を表2に示す割合で混合して25℃に調製した。次いで、この混合物に、25℃に調製したポリイソシアネート成分を、表3に示す部数で加え、激しく6秒間撹拌した後、木製ボックス(25cm×25cm×25cm)に注入し、硬質ポリウレタンフォームを発泡させた。
【0060】
【表2】
アクトコールGR−36B:芳香族蔗糖系ポリオール、水酸基価420mgKOH/g、三井武田ケミカル社製
DMCHA:ジメチルシクロヘキシルアミン
PMDETA:ペンタメチルジエチレントリアミン
CP:シクロペンタン
B−8462:シリコーン系整泡剤、ゴールドシュミット社製
4040MC:クルードTDIとクルードMDIとの混合物、三井武田ケミカル社製
得られた製造例1〜3および製造比較例1の硬質ポリウレタンフォームの、クリームタイム(CT)、ゲルタイム(GT)、ライズタイム(RT)、フォーム密度(Df)および熱伝導率(Kf)を表2に併せて示す。表2から、製造例1〜3は製造比較例1と比較して、断熱性能(Kf)に優れていることがわかる。
【0061】
製造例4〜7および製造比較例2、3
実施例1および実施例3で得られたポリエステルポリオールをポリオール原料として、表3に示す組成の硬質ポリウレタンフォームを製造例4〜7として製造した。なお、ポリエステルポリオールの市販品であるアクトコールES−40を配合する組成の硬質ポリウレタンフォームを、製造比較例2、3として同様に製造した。
【0062】
すなわち、表3に示すように、まず、ポリオール成分、反応触媒、発泡剤、整泡剤を表3に示す割合で混合して25℃に調製した。次いで、この混合物に、25℃に調製したイソシアネート成分を、表3に示す部数で加え、激しく6秒間撹拌した後、木製ボックス(25cm×25cm×25cm)に注入し、硬質ポリウレタンフォームを発泡させた。
【0063】
【表3】
アクトコールIR−45:エチレンジアミン系ポリオール、水酸基価510mgKOH/g、三井武田ケミカル社製
アクトコールES−40:ジエチレンフタレート、水酸基価260mgKOH/g、三井武田ケミカル社製
TMHDA:テトラメチルヘキサメチレンジアミン
K−13:オクチル酸カリウム
SH−193:シリコーン系整泡剤、ダウコーニング社製
M−200:クルードMDI、三井武田ケミカル社製
得られた製造例4〜7および製造比較例2、3の硬質ポリウレタンフォームの、クリームタイム(CT)、ゲルタイム(GT)およびフォーム密度(Df)を表3に併せて示す。表3から、製造例4、5は製造比較例2と比較して、また、製造例6、7は製造比較例3と比較して、HFC−245fa、HFC−365mfcとの相溶性が優れているため、それを原料として製造された硬質ポリウレタンフォーム(実施例4〜7)が、セル荒れを生じていないことがわかる。
【0064】
【発明の効果】
本発明のポリエステルポリオールの製造方法によれば、回収ポリエチレンテレフタレートを有効にリサイクルすることができ、しかも、原料ポリオールについても、留出液から再使用するので、原料ポリオールの効率的な利用を図ることにより、廃棄物が少なく環境にやさしい、しかも、留出液の後処理工程がなく、簡易な工程によって、生産効率の大幅な向上を実現することができる。
【0065】
そのため、本発明のポリエステルポリオールの製造装置は、留出液を後処理するための設備が不要であり、また、留出液を変性するための設備を備えることにより、原料ポリオールの効率的な利用を図ることができる。
【0066】
そして、この方法により得られるポリエステルポリオールは、品質についての経時変化を生じることが少なく、常に良好な品質が確保されている。
【0067】
その結果、この方法により得られるポリエステルポリオールを用いて製造されたポリウレタンフォームは、微細セル化が可能となり、断熱性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリエステルポリオールの製造方法における、留出液の再利用プロセスを説明するための概念図である。
【図2】本発明のポリエステルポリオールの製造装置の一実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
1 反応槽
3 変性槽
9 供給ライン
Claims (5)
- ポリエチレンテレフタレートと、原料ポリオールとを反応させて、ポリエステルポリオールを製造する方法であって、ポリエチレンテレフタレートと原料ポリオールとの反応において副生するエチレングリコールを留去し、その留去されたエチレングリコールを変性して、その変性されたエチレングリコールを、原料ポリオールとして使用することを特徴とする、ポリエステルポリオールの製造方法。
- 副生するエチレングリコールを、アルキレンオキサイドによって変性することを特徴とする、請求項1に記載のポリエステルポリオールの製造方法。
- 変性されたエチレングリコールとともに、低分子量ポリオールを原料ポリオールとして使用することを特徴とする、請求項1または2に記載のポリエステルポリオールの製造方法。
- 原料ポリオールの水酸基価が、400〜1000mgKOH/gであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のポリエステルポリオールの製造方法。
- ポリエチレンテレフタレートと、原料ポリオールとを反応させる反応槽と、反応槽から留出するエチレングリコールを変性するための変性槽と、変性槽において変性されたエチレングリコールを、原料ポリオールとして反応槽に供給するための供給ラインとを備えていることを特徴とする、ポリエステルポリオールの製造装置。
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