JP4902813B1 - 高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法 - Google Patents

Abstract

融点以上の溶融状態の脂肪族ポリエステルプレポリマーにジイソシアネートを混合するに際して、ジイソシアネートが蒸発することを防止し、ジイソシアネートと脂肪族ポリエステルプレポリマーが均一に混合されて、高分子量化された脂肪族ポリエステルを連続的かつ効率的に製造する方法を提供することを本発明の課題とする。
上記課題を解決するため、本発明では、（ｉ）数平均分子量が５０００以上で、末端基がヒドロキシル基であり、酸成分の少なくとも一種類がコハク酸類である脂肪族ポリエステルプレポリマーをその融点以上の溶融状態にしたものに、該脂肪族ポリエステルプレポリマーのヒドロキシル基の１／１０〜２当量相当のジイソシアネートを定量的に圧入する工程、（ｉｉ）定量かつ連続に（ｉ）で得られたジイソシアネートを含有する脂肪族ポリエステルプレポリマーを混合槽に流入し、これらを攪拌しながら混合槽から流出し、増粘用反応槽に供給する工程、（ｉｉｉ）増粘用反応槽において、脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートを反応させる工程を含む、高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高分子量化された脂肪族ポリエステルの連続的かつ効率的な製造方法に関する。そして得られる高分子量化されたポリエステルは高品質な樹脂である。

従来、フィルムやシート、繊維、その他の成形品に使用される高分子量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などの芳香族ポリエステルがほとんどであった。
近年、環境保護等の観点から、一般に生分解性を有するとされる脂肪族ポリエステルが注目されている。この脂肪族ポリエステルを製造する方法としては、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとを直接エステル化させるか、又は脂肪族ジカルボン酸のアルキルエステルまたはその無水物と脂肪族ジオールとをエステル交換させてグリコールエステル又はその低重合体を得、次いでこれを高真空下で加熱攪拌して重縮合させる方法が知られている。

このような重縮合反応では、脱離成分を系外に除去することにより高分子量化が進行する。その方法としては、系を高温かつ高真空条件とし、該脱離成分を留去するのが一般的である。例えば、特許文献１には、グリコール成分と脂肪族ジカルボン酸とをエステル化し、生成したポリエステルジオールを触媒の存在下、１８０〜２３０℃の温度、および０．００５〜０．１ｍｍＨｇの高真空下で脱グリコール反応を行う高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法が開示されている。

しかしながら、系を高真空条件にするだけでは不十分で、重縮合反応物の表面積を十分に大きくし、かつ、その表面が効果的に更新される必要がある。これは、反応物の表層に存在する脱離成分ほど容易に留去されるためである。特に重縮合反応の後半では反応物の粘度が大きくなり、反応物中の脱離成分の拡散が困難となるため、機械的な攪拌によって反応物の表面積を大きくし、表面更新を効果的に行なうことが必要となる。従来の攪拌翼を備えた重合装置を用いた場合には、このような表面積の確保と効果的な表面更新が行なわれないため、反応が十分に進行せず、高分子量の脂肪族ポリエステルが得られないという問題が生じる。低分子量のポリブチレンサクシネートではフィルム、またはシート成形等が困難である。

また、このような直接重合には限界があるため、たとえば、特許文献２に末端基が実質的にヒドロキシル基である脂肪族ポリエステルプレポリマーに、その融点以上の溶融状態において、ヒドロキシル基の１／１０〜２当量相当のイソシアネート基を有するジイソシアナートを添加することにより、脂肪族ポリエステルを高分子量化することが提案されている。この方法により得られた高分子量脂肪族ポリエステルは、従来の直接重合方法では得られない、重量平均分子量（Ｍｗ）が２００，０００以上の樹脂が得られ、フィルムなどの成形性および物性が良好であることが知られている。しかし、この方法では、イソシアネートを従来のように重合槽で添加した場合には、分子量の制御精度の低下や、ゲル化、フィッシュアイの発生などが生じることがあった。

特開平５−３１０８９８号公報 特許第２８２５９６９号公報

本発明者らは上記の分子量の制御精度の低下や、ゲル化、フィッシュアイの発生について検討した結果、高分子量化のためにイソシアネートを脂肪族ポリエステルプレポリマーの融点以上の高温で重合槽に添加とすると、イソシアネートが高温で蒸発し、添加量のすべてが反応に寄与できているわけではなく、また、蒸発したイソシアネートが気相部の反応槽壁面に付着していることを見出した。
従って、本発明は、融点以上の溶融状態の脂肪族ポリエステルプレポリマーにジイソシアネートを混合するに際して、ジイソシアネートが蒸発することを防止し、ジイソシアネートと脂肪族ポリエステルプレポリマーが均一に混合されて、高分子量化された脂肪族ポリエステルを連続的かつ効率的に製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、融点以上の溶融状態の脂肪族ポリエステルプレポリマーに定量的にジイソシアネートを圧入し、これを十分に撹拌、混合して両成分が均一になった後にカップリング反応させると、ゲル化もしくはフィッシュアイが抑制された高品質の高分子量脂肪族ポリエステルを得られることを見出した。

すなわち、本発明は、
（１）（ｉ）数平均分子量が５０００以上で、末端基がヒドロキシル基であり、酸成分の少なくとも一種類がコハク酸類である脂肪族ポリエステルプレポリマーをその融点以上の溶融状態にしたものが配管中を一定速度で移動する際に、該脂肪族ポリエステルプレポリマーのヒドロキシル基の１／１０〜２当量相当のジイソシアネートを定量的に圧入する工程、
（ｉｉ）定量かつ連続的に（ｉ）で得られたジイソシアネートを含有する脂肪族ポリエステルプレポリマーを混合槽に流入し、これらを攪拌しながら混合槽から流出し、増粘用反応槽に供給する工程、
（ｉｉｉ）増粘用反応槽において、脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートを反応させる工程を含む、高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（２）前記（ｉｉ）の混合槽は、上部に前記ジイソシアネートを含有する脂肪族ポリエステルプレポリマーの流入口、底部に脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートの混合物を流出する流出口、かつ１以上の仕切板および撹拌翼を有する、（１）の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（３）前記１以上の仕切板及び撹拌翼が交互に間隔をあけて上下に配置されている、（２）の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（４）前記撹拌翼が多段翼である、（２）または（３）の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（５）前記（ｉ）の工程においてジイソシアネートを無脈動ポンプにより圧入する、（１）〜（４）のいずれかの高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（６）前記（ｉｉｉ）の工程での反応を攪拌しながら行う、（１）〜（５）のいずれかの高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（７）前記（ｉｉｉ）の工程での反応をヘリカルリボン翼又はねじり格子翼で攪拌しながら行う、（６）の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（８）前記（ｉｉｉ）の工程での反応を攪拌せずに行う、（１）〜（５）のいずれかの高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、
（９）脂肪族ポリエステル中の多価アルコール成分の少なくともひとつがエチレングリコールである、（１）〜（８）のいずれかの高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法、および
（１０）脂肪族ポリエステル中の多価アルコール成分の少なくともひとつが１，４−ブタンジオールである、（１）〜（８）のいずれかの高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法である。

本発明の方法によれば、脂肪族ポリエステルを高分子量化する場合に、ゲル化、フィッシュアイの発生が極力少ない高品質の高分子量脂肪族ポリエステルを連続して生産することができる。また、本発明の製造方法では得られる高分子量化脂肪族ポリエステルのメルトフローレート（ＭＦＲ）の制御精度が高い。

本発明の製造方法の概略を示した図である。 比較例に対応する製造方法の概略を示した図である。 本発明で使用する混合槽６の一実施形態である。

本発明では、数平均分子量が５０００以上で、末端基がヒドロキシル基であり、酸成分の少なくとも一種類がコハク酸類である脂肪族ポリエステルプレポリマーに、その融点以上の溶融状態において、ヒドロキシル基の１／１０〜２当量相当のイソシアネート基を有するジイソシアナートを圧入して添加することにより、高分子量の脂肪族ポリエステルを連続して、安定的に工業的に製造する方法である。
本発明で使用するコハク酸類は、コハク酸もしくはその誘導体（ジエステル、モノエステル、無水物など）である。具体例としては、コハク酸；コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチルなどのコハク酸エステル；無水コハク酸などが挙げられる。これらの中でも、コハク酸、コハク酸ジメチル、無水コハク酸が好ましい。コハク酸またはその誘導体は単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。

上記酸成分として、その一部をコハク酸類以外のジカルボン酸類で置換してもよい。具体的には、アジピン酸、スベリン酸、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、オクタデカンジカルボン酸、ダイマー酸等の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基を有するジカルボン酸；アジピン酸ジメチル、マロン酸ジメチルなどの前記ジカルボン酸のエステル；無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水アジピン酸等の酸無水物；リンゴ酸、酒石酸、クエン酸などのオキシカルボン酸などが挙げられる。これらの中でも、アジピン酸またはアジピン酸ジメチル等のアジピン酸誘導体が好ましい。

上記コハク酸類以外のジカルボン酸成分の使用量は、酸成分としてのジカルボン酸全体の０〜３５モル％程度、好ましくは０〜２５モル％程度である。

本発明の製造方法で使用する脂肪族ポリエステルを製造するための、多価アルコールとして、グリコールを用いる。例えば、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４-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、１，２−ペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、２，２−ジエチル−１，３−プロパンジオール等の直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基を有する脂肪族グリコール類；１，２−グリコールに対応するエポキシド；トリメチロールプロパンなどの３価以上のアルコール；ジエポキシド類などが挙げられる。これらの中でも、エチレングリコールおよび１，４−ブタンジオールが好ましく、１，４−ブタンジオールが更に好ましい。

用いるグリコール成分の量は、所望するポリエステルの物性によっても異なるが、一般には、ジカルボン酸成分１モルに対して、１．０２〜１．５モル、好ましくは１．０３〜１．２モルである。１．０２モルより少ないと、末端基がヒドロキシル基の脂肪族ポリエステルプレポリマーの含有量が少なくなる。

脂肪族ポリエステル形成は、通常、触媒の存在下で行われる。触媒は単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。触媒としては、エステル交換反応に用いられる広範な触媒を使用できる。例えば、該触媒として、硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸、リン酸などのプロトン酸またはその誘導体、または、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｎなどの金属を含む金属化合物、例えば、有機酸塩、金属アルコキシド、金属錯体（アセチルアセトナートなど）等の有機金属化合物；金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、硝酸塩、塩化物などの無機金属化合物が例示される。これらの金属化合物触媒の中でも、チタン化合物、特に、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシドなどのチタンアルコキシド等の有機チタン化合物が好ましい。これらの金属化合物触媒の使用量は、酸成分の合計量１００モルに対して、０．００５〜１モル程度、好ましくは０．０１〜０．３モル程度である。

また本発明の方法では、触媒として、上記の金属化合物触媒（例えば、有機チタン化合物）とともに、有機または無機のリン化合物を併用することもできる。上記金属化合物と有機または無機のリン化合物とを併用すると、短い重合時間で高分子量のポリマーが得られる。

有機または無機のリン化合物には、例えば次のものがあげられる。
（ａ）リン酸およびその有機エステル類：入手可能な市販品としては、リン酸、アルキルまたはアリール酸性ホスフェート類（アルキル基またはアリール基がメチル、イソプロピル、ブチル、オクチル、フェニル、ナフチル基など）などがある。
（ｂ）ホスホン酸およびその有機エステル類：入手可能な市販品としては、メチルホスホン酸、エチルホスホン酸、フェニルホスホン酸やナフチルホスホン酸等のアリールホスホン酸、ジブチルブチルホスホネートなどがある。前記アリールホスホン酸の芳香環には、例えば、アルキル基（メチル基などのＣ１−４アルキル基等）、ハロゲン原子（フッ素、塩素原子等）、アルコキシ基（メトキシ基などのＣ１−４アルコキシ基等）、ニトロ基等の置換基が結合していてもよい。
（ｃ）亜リン酸およびその有機エステル類：例えば、ジブチル水素ホスファイト、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、トリスイソデシルホスファイトなどが挙げられる。

触媒として金属化合物触媒と有機または無機のリン化合物とを併用する場合の有機または無機のリン化合物の使用量は、金属化合物触媒（例えば、有機チタン化合物）１００モルに対して、１〜１００モル、好ましくは５〜３３モルである。

本発明に使用されるジイソシアナートの種類に特に制限はないが、市販のものがそのまま用いられる。
それらの例としては、例えば２，４−トリレンジイソシアナート、２、４−トリレンジイソシアナートと２、６−トリレンジイソシアナートとの混合体、ジフェニルメタンジイソシアナート、Ｐ，Ｐ´−ジフェニルジイソシアナート、１，６−ナフチレンジイソシアナート、キシリレンジイソシアナート、水素化キシリレンジイソアナート、イソホロンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナートである。

次に、図１を参照して本発明の実施形態を説明する。ここで、図１は本発明の製造方法のスキームの一例である。
本明細書では、コハク酸類を含む酸成分をエステル化槽３に供給する計量ホッパー１、グリコール成分をエステル化槽３に供給するグリコール貯槽タンク２、酸成分とグリコール成分とを混合しエステル化するエステル化槽３、エステル化槽３で形成された脂肪族ポリエステルプレポリマーをエステル交換反応で脱グリコール化するエステル交換反応槽４、ジイソシアネート貯槽タンク５、脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートを混合する混合槽６、混合された脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートを反応させて高分子量化脂肪族ポリエステルを得るための増粘用反応槽７、最終的に得られた高分子量化脂肪族ポリエステルをペレット化するペレタイザー８として記載する。
また、グリコール貯槽タンク２とエステル化槽３は配管９ａで接続され、エステル化槽３とエステル交換反応槽４は配管９ｂで接続され、エステル交換反応槽４と混合槽６は配管９ｃで接続され、ジイソシアネート貯槽タンク５は配管９ｄを介して配管９ｃに接続し、混合槽６と増粘用反応槽７は配管９ｅで接続され、増粘用反応槽７とペレタイザー８は配管９ｆで接続される。

コハク酸類を含む酸成分は計量ホッパー１からエステル化槽３に供給される。コハク酸類以外の酸成分を使用するときは、予めコハク酸類との混合物を調製して計量ホッパー１よりエステル化槽３に供給することもでき、また、別の計量ホッパーを使用して、コハク酸類とは別個にエステル化槽３に供給することができる。
また、触媒は触媒を供給するためのタンク（図示せず）からエステル化槽３に添加される。なお、各反応で使用する触媒を一括してエステル化槽３に添加してもよく、エステル交換反応槽４で必要な触媒を添加してもよい。

グリコールは配管９ａを通じてエステル化槽３に供給される。この配管９ａにはポンプ１０ａが設けられており、さらに、グリコールの供給量を計量するための計量計が設置され、ポンプの供給を自動停止することが可能である。ここで使用するポンプとしては、渦巻きポンプ、タービンポンプ、プロペラポンプ等が挙げられる。
また、配管９ａはグリコールの結晶化を予防するために温度をグリコールの融点以上に設定してある。グリコールの種類によりその温度は異なるが、一般に３０℃〜５０℃に維持しておくことが望ましい。

エステル化槽３では、反応を効率的に行うために原料を攪拌しながら反応させることが好ましい。そのため、エステル化槽３では攪拌翼が設けられていることが好ましく、例えば、垂直回転軸を有する攪拌翼（例えば、パドル翼、タービン翼等）を備えた縦型攪拌槽などが使用される。

エステル化槽３に、所定量の酸成分、グリコール成分、触媒を供給した後、窒素ガス雰囲気下でエステル反応を行う。反応時の温度は、一般に、１４０℃〜２５０℃で、好ましくは１４５〜２４５℃である。１４０℃よりも低い温度では反応速度が遅く実用性に乏しい。また、２５０℃を超える温度では生成したポリマーが熱分解する恐れがある。反応圧力は、通常、常圧であるが、反応時間を短縮するため、反応の後半で系内を減圧、例えば、５ｍｍＨｇ〜１００ｍｍＨｇ（６６５Ｐａ〜１３３００Ｐａ）にすることもできる。反応時間は、特に限定されないが、一般には６〜１２時間である。
このようにして、エステル化槽３で得られる脂肪族ポリエステルプレポリマーは、数平均分子量が５００〜５，０００程度である。

エステル化槽３で得られた脂肪族ポリエステルプレポリマーは、配管９ｂを介して速やかにエステル交換反応槽４に移送される。必要に応じて触媒を添加し、エステル交換反応を行う。この工程では、主に脂肪族ポリエステルプレポリマー同士のエステル交換反応（脱グリコール縮合反応）により高分子量化が進行して、数平均分子量が５０００以上で、末端基がヒドロキシル基の脂肪族ポリエステルプレポリマーが生成する。
ここでのエステル交換反応における温度は、２００〜２５０℃、好ましくは２１０〜２４０℃である。重合温度が低すぎると反応時間が長くなり、生産効率が低下しやすい。また、重合温度が高すぎるとポリマーが着色したり、分解生成物が生じやすくなったりする。脱グリコール縮合反応を進行させるためには、系内を減圧にする必要がある。反応終了時の最終到達圧力は０．１ｍｍＨｇ〜５．０ｍｍＨｇ（１３Ｐａ〜６６６Ｐａ）であり、反応時間は、５〜１０時間程度である。
なお、本発明におけるエステル化反応及びエステル交換反応は溶媒を用いない塊状重合であるが、必要により溶媒を使用してもよい。

エステル交換反応槽４としては、上記のエステル化槽３のようなポリエステルプレポリマーを製造する際に通常使用する重合装置や、高粘度用重合装置を利用できる。このような重合装置として、例えば、垂直回転軸を有する攪拌翼（例えば、ダブルヘリカルリボン翼、ねじり格子翼等）を備えた縦型攪拌槽などが挙げられる。

数平均分子量が５０００以上で、末端基がヒドロキシル基の脂肪族ポリエステルプレポリマーは配管９ｃを介して混合槽に移送される。通常、エステル交換反応を経て得られる脂肪族ポリエステルプレポリマーは数平均分子量で５０００〜３０，０００、好ましくは１０，０００〜２０，０００である。
ここでの脂肪族ポリエステルプレポリマーは粘度が高いため、ジイソシアネートと混合するためには温度を上げて溶融状態にする必要がある。しかしながら、溶融状態下の脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートを単純に混合すると、ジイソシアネートが気化して混合槽のヘッドスペースに偏在し、所定の割合で均一に混合することができない。また、気相部の混合槽壁面にジイソシアネートが付着し、ジイソシアネートが反応に寄与しないため、十分な高分子量化が不可能になる。
そのため、配管９ｃにジイソシアネートが圧入できる注入口を設け、ポンプを用いて定量的にジイソシアネートを気相部なしに脂肪族ポリエステルプレポリマーの内部へ直接注入することでジイソシアネートの気化を抑えることができる。

配管９ｃにはポンプ１０ｂが備えられる。このポンプは高温、高粘度の脂肪族ポリエステルプレポリマーを移送するためのものであり、そして定量的にかつ連続的に配管９ｃを移送させる定量ポンプであることを要する。ここで使用する定量ポンプは、容積ポンプが好ましく、高粘度でも使用可能な回転式ポンプが好ましい。具体的には、回転式ポンプとして、ギヤポンプ、ねじポンプ、ベーンポンプが挙げられる。これらの中でも定量性が高く、高粘度流体を移送するのに最も適しているギアポンプが好ましい。
定量性をより高めるため、定量ポンプをサーボモーター駆動にして流量制御してもよい。

配管９ｃを脂肪族ポリエステルプレポリマーが移送される速度は、装置のスケール、配管９ｃの口径等により影響されるが、一般に、後段の混合槽での平均滞留時間が２〜１０分に相当する速度の範囲で一定の速度で維持される。この速度より早いとジイソシアネートと脂肪族ポリエステルプレポリマーの混合が不十分になる場合があり、遅すぎると反応が進行して重合物の粘度が上がり混合槽からの排出が困難になる。
なお、この速度は、主にポンプ（１０ｂ）の回転数により調整する。

溶融状態の脂肪族ポリエステルプレポリマーは、配管９ｃにおいて充満された状態で移送される。つまり、配管９ｃはほとんど空隙がない状態で脂肪族ポリエステルプレポリマーにより満たされる。配管９ｃにおける空隙率は５％未満、好ましくは２％未満、更に好ましくは１％未満である。ジイソシアネートは脂肪族ポリエステルプレポリマー中へ配管９ｃの空隙部（気相部）と接触することなく注入されることが望ましい。空隙率が多いと配管９ｄから圧入されたジイソシアネートが気化してその空間に留まり、後の混合工程で効率よく、ジイソシアネートと脂肪族ポリエステルプレポリマーが混合されなくなる。

ジイソシアネート貯槽タンク５は配管９ｄを介し、配管９ｃに設けられた注入口で連結される。配管９ｄには定量ポンプ１０ｃが設けられており、ジイソシアネートが定量的、連続的に脂肪族ポリエステルプレポリマーに供給される。使用する定量ポンプとして、無脈動定量ポンプが望ましく、この場合は、少量輸送の低粘度流体に適した往復動式ポンプが好ましく、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプが挙げられる。流量を安定させ、精度を高めるために、多連のプランジャーポンプを使用することも好ましい。さらに、定量性をより高めるため、定量ポンプをサーボモーター駆動にして流量制御してもよい。
なお、無脈動ポンプとは、複数のポンプを並列配置し、複数のポンプの流量の総和が一定となる、すなわち流量が無脈動となるポンプを言い、現在多岐にわたり使用されている。

ジイソシアネートを、脂肪族ポリエステルプレポリマーのヒドロキシル基の１／１０〜２当量相当で定量的に圧入する。この時、常温下、ポンプを用いて配管９ｄのジイソシアネートに０．５〜１ＭＰａの圧力を与える。

ジイソシアネートが圧入された脂肪族ポリエステルプレポリマーが、配管９ｃを通じて混合槽６の注入口より定量的、連続的に供給される。
混合槽６として、縦型混合機を用い、これは攪拌軸に攪拌翼を備える。攪拌翼として、プロペラ型、パドル型、タービン型、リボン型、特殊パドル型などが挙げられるこれらの撹拌機は２種以上組み合わせてもよい。

さらに、混合槽６の一実施形態を図３に基づき説明する。図３における混合槽６は上部に原料の流入口６ａ、底部に混合物の流出口６ｂ、攪拌軸６ｃ、仕切板６ｄ、攪拌翼６ｅ、６ｆおよび窒素注入口６ｇを備える。
流入口６ａは配管９ｃと接続され、ジイソシアネートが圧入された脂肪族ポリエステルプレポリマーが、破線矢印で示されるように、ここから流入される。流入された原料は高粘度の液体であり、底部へ攪拌されながら移送される。高分子量化脂肪族ポリエステルを高品質で得るには原料が十分に均一化されることが重要である。そのため、仕切板６ｄを設けて適度な滞留時間を保ちながら、攪拌翼による攪拌が十分に行われるようにする。なお、６ｄ（仕切板）は６ｃ（撹拌軸）に固定されている。

仕切板６ｄの上下には攪拌翼が備えられる。図３では６ｅおよび６ｆ攪拌翼に該当する。攪拌翼６ｅは水平面に対して９０°の角度にある攪拌翼であり、６ｆは水平面に対して４５°もしくは１３５°に傾けた攪拌翼を表す。攪拌翼は１以上設けることができ、図３に示すような多段翼で使用する方がより効率的に攪拌できるため好ましい。

混合槽６内で、ジイソシアネートと脂肪族ポリエステルプレポリマーは一定速度で移送されることが重要である。
流入された原料は、混合槽６のスケール等によるが、一般に混合槽６内に２〜１０分滞留して混合槽６から流出される。
なお、窒素流入口６ｇから注入される窒素は、混合槽内の重合物の排出を促す目的で使用する。この時の窒素による加圧は、０．０５ＭＰａ〜０．４ＭＰａ、望ましくは０．１ＭＰａ〜０．３ＭＰａとなるように調整する（すなわち、混合槽内の圧力を０．１５ＭＰａ〜０．５ＭＰａ、望ましくは０．２〜０．４ＭＰａとなるように調節する。）。また、撹拌翼回転数は５０〜２００ｒｐｍとなるように調整する。

混合槽６で均一に混合された混合物は、配管９ｅを通って増粘用反応槽７に移送される。増粘用反応槽は、エステル交換反応槽４で使用可能な重合装置や、高粘度用重合装置を利用できる。このような重合装置として、例えば、垂直回転軸を有する攪拌翼（例えば、ダブルヘリカルリボン翼、ねじり格子翼等）を備えた縦型攪拌槽などが挙げられる。なお、増粘用反応槽７では攪拌せずに反応させることも可能であるが、その場合には、攪拌槽の攪拌翼を回転させずに用いるか、攪拌翼の無い反応槽を用いればよい。

増粘用反応槽７での反応温度は１３０〜２１０℃、好ましくは１６０〜２００℃である。反応温度が低すぎるとプレポリマーが結晶化し、流動性がなくなり攪拌できなくなる。温度が高すぎると、反応速度が速くなりすぎて、十分な攪拌ができなくなる。また、ここでは、常圧下、上記温度条件下で、一般に２〜１０時間、好ましくは３〜８時間反応させる。

なお、上記反応終了後に、必要に応じて、結晶核剤、顔料、染料、熱安定剤、酸化防止剤、耐候剤、滑剤、帯電防止剤、充填剤、強化剤、難燃剤、可塑剤、他のポリマー等を添加してもよい。

上記の方法で製造された高分子量化された脂肪族ポリエステルは、配管９ｆを通ってペレタイザー８に移送され、そこで所望の形状（例えば、ペレット状）に裁断される。
また、高分子量化された脂肪族ポリエステルは高粘度であるため、配管９ｆにはポンプ１０ｄが備えられる。ポンプ１０ｄは、上記ポンプ１０ｂと同様なポンプが使用可能である。

本発明の製造法により得られる高分子量脂肪族ポリエステルは、射出成形、中空成形、押出成形などの慣用の成形法により、フィルムやシート、繊維、発泡体、その他の成形品に成形することができる。また、本発明の製造法により得られる高分子量脂肪族ポリエステルは生分解性を有しているため、ゴミ袋、農業用フィルム、化粧品や洗剤等の容器、釣り糸、漁網、ロープ、手術糸、食品包装材料、医療用容器などの用途に好適である。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
分子量測定は次のＧＰＣ測定により行った。
Ｓｈｏｄｅｘ ＧＰＣ ＳＹＳＴＥＭ−１１（昭和電工社製）
溶離液：ＣＦ₃ＣＯＯＮａ ５ｍＭ／ＨＦＩＰ（ヘキサフロロイソプロパノール）
サンプルカラム：ＨＦＩＰ−８００ＰおよびＨＦＩＰ−８０Ｍ×２本
リファレンスカラム：ＨＦＩＰ−８００Ｒ×２本
ポリマー溶液：０.１ｗｔ％ＨＦＩＰｓｏｌ．、２００μｌ
カラム温度：４０℃ 流量 １.０ｍｌ／分 圧力 ３０ｋｇ／ｃｍ²
検出器：Ｓｈｏｄｅｘ ＲＩ
分子量スタンダード：ＰＭＭＡ（Ｓｈｏｄｅｘ ＳＴＡＮＦＡＲＤ Ｍ−７５）
ＭＦＲ（メルトフローレート）測定は、ＪＩＳ−Ｋ−７２１０に準拠し、温度１９０℃、荷重２.１６ｋｇにて行った。

Ｇｅｌ・ＦＥ(ゲル化、フィッシュアイ)の測定については、インフレーション成形により成形温度１８０℃で厚さ３０μｍのフィルムを成形し、５０ｃｍ×５０ｃｍに切り出す。切り出したフィルムの中央３０ｃｍ×３０ｃｍ角の中のＧｅｌ、ＦＥ（０．２ｍｍ以上）を目視により数える。０．２ｍｍ〜０．５ｍｍのＧｅｌ、ＦＥ１０個分を０．５ｍｍ以上のＧｅｌ、ＦＥ１個分と評価し、以下の式から５段階の評価とする。
Ｎｓ＝（Ｎ×２５）／Ｔ
Ｔ：フィルム厚み(μｍ)、Ｎ：０．５ｍｍ以上のＧｅｌ、ＦＥの数
評価１： Ｎｓ＜１
２： １≦Ｎｓ＜３
３： ３≦Ｎｓ＜１０
４：１０≦Ｎｓ＜２０
５：２０≦Ｎｓ

異物測定については、樹脂ペレット２００ｇ中の異物（黒点など）を目視により探索し、その大きさと数によりＡ〜Ｅランクに評価する。
A：0.1mm以下10個以下、0.1〜0.5ｍｍ5個以下、0.5mm以上1個以下
B：0.1mm以下20個以下、0.1〜0.5ｍｍ10個以下、0.5mm以上2個以下
C：0.1mm以下30個以下、0.1〜0.5ｍｍ20個以下、0.5mm以上3個以下
D：0.1mm以下31個以上、0.1〜0.5ｍｍ50個以下、0.5mm以上3個以下
E：0.1mm以下31個以上、0.1〜0.5ｍｍ51個以上、0.5mm以上4個以上

［実施例１］
図１に示す製造フローに従って脂肪族ポリエステルを製造した。
（エステル化反応）
窒素雰囲気下、パドル翼を備えたジャケット付き縦型攪拌槽（エステル化槽３）に、１，４−ブタンジオール３５８９ｋｇ（39.8×10³mol：グリコール過剰率104.4％）をグリコール貯槽タンク２から渦巻きポンプを使用して供給し、また計量ホッパー１からコハク酸４５００ｋｇ（38.1×10³mol）を、触媒供給用タンクからチタンテトライソプロポキシド８１０ｇを供給し、一括仕込みした。常圧下、１４５〜２２５℃の温度にて攪拌し、エステル化反応を行った。エステル化反応にしたがって生成する水を留出し、その留出液の量が１３９０ｋｇを超えたところで、６０ｍｍＨｇ（８０００Ｐａ）まで減圧し、１時間保持して、エステル化反応工程を終了し、反応液をリボン翼を備えたジャケット付き縦型攪拌槽（エステル交換反応槽４）に移送した。移送された反応液を２２５〜２４０℃の温度にて攪拌し、最終的に２ｍｍＨｇ（２６７Ｐａ）以下にまで減圧し、１０時間経過したところで、冷却を開始し、１９０℃に達した時点で減圧を解除し、窒素雰囲気下とした。その後、イルガノックス１０１０（ＢＡＳＦ製：ヒンダードフェノール系酸化防止剤）を３．２８ｋｇ添加し、さらに１８０℃まで冷却して亜燐酸を１．０５ｋｇ添加して脱グリコール反応（エステル交換反応）を行った。GPC測定による平均分子量は１０，６００であった。

（増粘反応工程）
前記エステル交換反応工程で得られた脂肪族ポリエステルプレポリマーを、１８０℃の温度にてギアポンプ（ポンプ１０ｂ）により混合槽内の溶液の滞留時間が３分に相当する一定流量（３２５０ｋｇ／ｈ）（総量６５００ｋｇ）で混合槽６へ移送した。この時、配管９ｃは脂肪族ポリエステルプレポリマーで充満されており、配管中に空隙はない状態であった。その配管中に無脈動定量ポンプ（ポンプ１０ｃ）によりヘキサメチレンジイソシアネートを３５．１５ｋｇ／ｈ（ＯＨ／ＮＣＯ＝１／０．６８：総量７０．３ｋｇ）で圧入し、混合槽６に移送した。混合槽６は３個の仕切板、４個の攪拌翼を備える。この時の攪拌翼の回転速度は１００ｒｐｍであった。混合槽６にて混合攪拌を行い、増粘用反応槽７へ移送し、回転可能な限りヘリカルリボン翼で攪拌しながらさらに混合増粘反応を１８０℃で７時間実施した。
反応終了後ギアポンプにより押出機に移送しペレタイザー８によってペレタイズを実施し、高分子量脂肪族ポリエステルのペレットを得た。
この一連の重合操作を反応装置の分解、清掃を行うことなく、１０回繰り返したときのＭＦＲとＧｅｌ、ＦＥの実績値を表１に示す。

［実施例２］
攪拌翼の無い増粘用反応槽７を用いて、当該反応槽内における反応を攪拌せずに行った以外は実施例１と同様にして、高分子量脂肪族ポリエステルのペレットを得た。

［比較例１］
比較例１の製造工程の概略を図２に示す。エステル交換反応までは実施例１と同じである。比較例１では、混合槽６が存在せず、またジイソシアネート貯槽タンク５が配管９ｄを介して直接増粘用反応槽７に連絡している。

比較例１では、エステル化反応工程とエステル交換反応を実施例１と同様に終了し、図２に示されたフローにしたがって、得られた脂肪族ポリエステルプレポリマーを増粘用反応槽７に移送した（移送速度：３，０００ｋｇ／ｈｒ、総量：６５００ｋｇ）。移送完了後、所定量（７０．３ｋｇ）のヘキサメチレンジイソシアネートを増粘槽の上部（気相部）から注入し、ヘリカルリボン翼により混合攪拌を実施し、１８０℃で８時間保持した後、ペレタイザー８によってペレタイズを実施し、高分子量脂肪族ポリエステルを得た。
なお、ここではジイソシアネート貯層タンク５にジイソシアネートを計量した後仕込み、これを窒素加圧して圧送した。（窒素の圧力を調整して移送できるため、ここではポンプを使用しなくても定量的にジイソシアネートを移送できる。）
この重合操作を１０回繰り返したときのＭＦＲとＧｅｌ、ＦＥの実績値を表１に示す。

ＭＦＲの値は１ｇ／１０分を目標値とする。実施例は分散も少なく１０回の平均値も比較的目標値に近い値となっているが、比較例では、分散が大きく、目標値から大きくずれている。さらに比較例では、Ｇｅｌ、ＦＥおよび異物が重合回数を重ねるごとに悪くなっていく傾向にあり、このことからも連続で製造した場合、品質を保つことが難しいことがわかる。

１：計量ホッパー、２：グリコール貯槽タンク、３：エステル化槽、４：エステル交換反応槽、５：ジイソシアネート貯槽タンク、６：混合槽、６ａ：流入口、６ｂ：流出口、６ｃ：攪拌軸、６ｄ：仕切板、６ｅおよび６ｆ：攪拌翼、６ｇ：窒素注入口、７：増粘用反応槽、８：ペレタイザー、９ａ〜ｆ：配管、１０ａ〜ｄ：ポンプ

Claims (10)

1. （ｉ）数平均分子量が５０００以上で、末端基がヒドロキシル基であり、酸成分の少なくとも一種類がコハク酸類である脂肪族ポリエステルプレポリマーをその融点以上の溶融状態にしたものが配管中を一定速度で移動する際に、該脂肪族ポリエステルプレポリマーのヒドロキシル基の１／１０〜２当量相当のジイソシアネートを定量的に圧入する工程、
   （ｉｉ）定量かつ連続的に（ｉ）で得られたジイソシアネートを含有する脂肪族ポリエステルプレポリマーを混合槽に流入し、これらを攪拌しながら混合槽から流出し、増粘用反応槽に供給する工程、
   （ｉｉｉ）増粘用反応槽において、脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートを反応させる工程を含む、高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
2. 前記（ｉｉ）の混合槽は、上部に前記ジイソシアネートを含有する脂肪族ポリエステルプレポリマーの流入口、底部に脂肪族ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートの混合物を流出する流出口、かつ１以上の仕切板および撹拌翼を有する、請求項１に記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
3. 前記１以上の仕切板及び撹拌翼が交互に間隔をあけて上下に配置されている、請求項２に記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
4. 前記撹拌翼が多段翼である、請求項２または３に記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
5. 前記（ｉ）の工程においてジイソシアネートを無脈動ポンプにより圧入する、請求項１〜４のいずれかに記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
6. 前記（ｉｉｉ）の工程での反応を攪拌しながら行う、請求項１〜５のいずれかに記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
7. 前記（ｉｉｉ）の工程での反応をヘリカルリボン翼又はねじり格子翼で攪拌しながら行う、請求項６に記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
8. 前記（ｉｉｉ）の工程での反応を攪拌せずに行う、請求項１〜５のいずれかに記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
9. 脂肪族ポリエステル中の多価アルコール成分の少なくともひとつがエチレングリコールである、請求項１〜８のいずれかに記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。
10. 脂肪族ポリエステル中の多価アルコール成分の少なくともひとつが１，４−ブタンジオールである、請求項１〜８のいずれかに記載の高分子量化された脂肪族ポリエステルの製造方法。

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