JP5152608B2 - Polyester polymerization catalyst, polyester produced using the same, and method for producing polyester - Google Patents

Polyester polymerization catalyst, polyester produced using the same, and method for producing polyester Download PDF

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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およびこれを用いて製造されたポリエステル、並びに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、ゲルマニウム、アンチモン化合物を触媒主成分として用いない新規のポリエステル重合触媒、およびこれを用いて製造されたポリエステル、並びに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)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等に代表されるポリエステルは、機械的特性、及び化学的特性に優れており、それぞれのポリエステルの特性に応じて、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フィルムやシート、中空成形品であるボトル、電気・電子部品のケーシング、その他エンジニアリングプラスチック成形品等の広範な分野において使用されている。
【0003】
代表的なポリエステルである芳香族ジカルボン酸とアルキレングリコールを主構成成分とするポリエステルは、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)の場合には、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重縮合法等により、工業的に製造されている。
【0004】
従来から、このようなポリエステルの重縮合時に用いられるポリエステル重合触媒としては、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、これを主成分、即ち、実用的な重合速度が発揮される程度の添加量にて使用すると、重縮合時に金属アンチモンが析出するため、ポリエステルに黒ずみや異物が発生するという問題点を有している。このような経緯で、アンチモンを全く含まないか或いはアンチモンを触媒主成分として含まないポリエステルが望まれている。
【0005】
なおポリエステル中の上記の異物は以下のような問題を起こす。
(1)フィルム用のポリエステルにおいては、金属アンチモンの析出は、ポリエステル中の異物となり、溶融押し出し時の口金汚れの原因になるだけでなく、フィルムの表面欠点の原因にもなる。また、中空の成形品等の原料とした場合には、透明性の優れた中空成形品を得ることが困難である。
【0006】
(2)繊維用のポリエステル中の異物は、繊維中に強度低下をもたらす異物となり、製糸時の口金汚れの原因となる。ポリエステル繊維の製造においては、主に操業性の観点から、異物の発生のないポリエステル重合触媒が求められる。
【0007】
上記の問題を解決する方法として、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、結局ポリエステル中のアンチモンの含有量を低減するという目的は達成できない。
【0008】
PETボトル等の透明性が要求される用途について、アンチモン触媒の有する問題点を解決する方法として、例えば特開平6−279579号公報では、アンチモン化合物とリン化合物の使用量比を規定することにより透明性を改良される方法が開示されている。しかしながら、この方法で得られたポリエステルからの中空成形品は透明性が十分なものとはいえない。
【0009】
また、特開平10−36495号公報には、三酸化アンチモン、リン酸およびスルホン酸化合物を使用して透明性に優れたポリエステルの連続製造法が開示されている。しかしながら、このような方法で得られたポリエステルは熱安定性が悪く、得られた中空成形品のアセトアルデヒド含量が高くなるという問題を有している。
【0010】
三酸化アンチモン等のアンチモン系触媒に代わる重縮合触媒の検討も行われており、テトラアルコキシチタネートに代表されるチタン化合物やスズ化合物がすでに提案されているが、これらを用いて製造されたポリエステルは溶融成形時に熱劣化を受けやすく、またポリエステルが著しく着色するという問題点を有する。
【0011】
このような、チタン化合物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、これらの技術では、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、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。
【0012】
チタン化合物を触媒として用いて重合したポリエステルの溶融成形時の熱劣化を抑制する他の試みとして、例えば、特開平10−259296号では、チタン化合物を触媒としてポリエステルを重合した後にリン系化合物を添加する方法が開示されている。しかし、重合後のポリマーに添加剤を効果的に混ぜ込むことは技術的に困難であるばかりでなく、コストアップにもつながり実用化されていないのが現状である。
【0013】
アルミニウム化合物にアルカリ金属化合物を添加して十分な触媒活性を有するポリエステル重合触媒とする技術も公知である。かかる公知の触媒を使用すると熱安定性に優れたポリエステルが得られるが、アルカリ金属化合物を併用した公知の触媒は、実用的な触媒活性を得ようとするとそれらの添加量が多く必要であり、その結果、アルカリ金属化合物に起因する異物量が多くなり、繊維に使用したときには製糸性や糸物性が、またフィルムに使用したときはフィルム物性などが悪化する他に、耐加水分解性も低下するという問題も発生する。
【0014】
アンチモン化合物以外で優れた触媒活性を有しかつ熱安定性並びに耐加水分解性に優れたポリエステルを与える触媒としては、ゲルマニウム化合物がすでに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課題を有しており、触媒主成分として使用することには問題がある。
【0015】
また、ポリエステルの溶融成形時の熱劣化を抑制する方法として、ポリエステルから触媒を除去する方法も挙げられる。ポリエステルから触媒を除去する方法としては、例えば特開平10−251394号では、酸性物質の存在下にポリエステル樹脂と超臨界流体である抽出剤とを接触させる方法が開示されている。しかし、このような超臨界流体を用いる方法は技術的に困難である上にコストアップにもつながるので好ましくない。
【0016】
以上のような経緯で、アンチモンおよびゲルマニウム以外の金属成分を触媒の主たる金属成分とする重合触媒であり、触媒活性に優れかつ溶融成形時に熱劣化をほとんど起こさない熱安定性並びに耐加水分解性に優れたポリエステルを与える重合触媒が望まれている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アンチモン化合物又はゲルマニウム化合物を触媒主成分として含まず、アルミニウムを主たる金属成分とし、触媒活性に優れ、かつ触媒の失活もしくは除去をすることなしに、溶融成形時の熱劣化が効果的に抑制されて熱安定性に優れ、さらには耐加水分解性にも優れたポリエステルを与えるポリエステル重合触媒を提供する。本発明はまた、前記触媒を使用した、フィルム、ボトル等の中空成形品、繊維等の溶融成形を行う際の熱安定性、並びに耐加水分解生が改善されており、バージンの樹脂を使用してもまた成形時に発生する屑を再利用しても品位に優れた製品が得られるポリエステル、並びに前記ポリエステル重合触媒を使用したポリエステルの製造方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポリエステル重合触媒であって、アルミニウムおよびその化合物からなる群より選ばれる1種以上を第1金属含有成分として含み、その触媒を用いて重合したポリエチレンチレフタレート(PET)の耐加水分解性パラメータ(HS)が下記式(1)を満たすことを特徴とする。
【0019】
(1)HS<0.10
HSは溶融重合して得られる固有粘度が約0.65dl/g(試験前:[IV]i )のPETのチップを冷凍粉砕して20メッシュ以下の粉末として130℃で12時間真空乾燥した後、その1gを純水100mlと共にビーカーに入れ、密閉系にして130℃に加熱、加圧した条件下に6時間撹拌した後の固有粘度([IV]f2)から、次式
HS=0.245{[IV]f2 -1.47 −[IV]i -1.47
により計算される数値である。
【0020】
HSの測定に使用するビーカーは、酸やアルカリの溶出のないものを使用する。具体的にはステンレスビーカー、石英ビーカーの使用が好ましい。
【0021】
かかる構成の触媒を使用することにより、耐加水分解性に優れた成形品を与えるポリエステル重合体を得ることができる。
【0022】
HSは0.09以下であることがより好ましく、0.085以下であることが特に好ましい。
【0023】
上述の発明においては、さらに、前記PETの熱安定性パラメータ(TS)が下記式(2)を満たすことが好ましい。
【0024】
(2)TS<0.30
TSは、固有粘度([IV]i )が約0.65dl/gのPET1gをガラス試験管に入れ130℃で12時間真空乾燥した後、非流通窒素雰囲気下で300℃にて2時間溶融状態に維持した後の固有粘度([IV]f1)から、次式
TS=0.245{[IV]f1 -1.47 −[IV]i -1.47
により計算される数値である。
【0025】
非流通窒素雰囲気とは、流通しない窒素雰囲気を意味し、例えば、レジンチップを入れたガラス試験管を真空ラインに接続し、減圧と窒素封入を5回以上繰り返した後に100Torrとなるように窒素を封入して封管した状態である。
【0026】
かかる構成の触媒の使用によりフィルム、ボトル、繊維等の成形品を製造する際等の加熱溶融に対する溶融熱安定性に優れ、かつ耐加水分解性にも優れた成形品を与えるポリエステルが得られる。
【0027】
TSは、0.25以下であることがより好ましく、0.20以下であることが特に好ましい。
【0028】
上述の発明においては、重合の活性パラメータ(AP)が下記式(3)を満たすことが好ましい。
【0029】
(3)AP(min)<2T(min)
APは所定量の触媒を用いて275℃、0.1Torrの減圧度で固有粘度が0.65dl/gのポリエチレンテレフタレートを重合するのに要する時間(min)を示し、Tは三酸化アンチモンを触媒として生成ポリエチレンテレフタレート中の酸成分に対してアンチモン原子として0.05mol%となるように添加した場合のAPである。
【0030】
Tの測定においては、純度99%以上の三酸化アンチモン、例えば、市販品のAntimony(III)oxide(ALDRICH CHEMICAL社製、純度99.999%)を使用する。
【0031】
APの測定方法は、具体的には以下の通りである。
1)(BHET製造工程)テレフタル酸とその2倍モル量のエチレングリコールを使用し、エステル化率が95%のビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレート(BHET)及びオリゴマーの混合物(以下、BHET混合物という)を製造する。
【0032】
2)(触媒添加工程)上記のBHET混合物に所定量の触媒を添加し、窒素雰囲気下常圧にて245℃で10分間撹拌し、次いで50分間を要して275℃まで昇温しつつオリゴマーの混合物の反応系の圧力を徐々に下げて0.1Torrとする。
【0033】
3)(重縮合工程)275℃、0.1Torrで重縮合反応を行い、ポリエチレンテレフタレートの固有粘度(IV)が0.65dl/gに到達するまで重合する。
【0034】
4)重縮合工程に要した重合時間をAP(min)とする。
これらは、バッチ式の反応装置を用いて行う。
【0035】
1)(BHET製造工程)におけるBHET混合物の製造は、公知の方法で行われる。例えば、テレフタル酸とその2倍モル量のエチレングリコールを撹拌機付きのバッチ式オートクレーブに仕込み、0.25MPaの加圧下に245℃にて水を系外に留去しつつエステル化反応を行うことにより製造される。
【0036】
活性パラメータAPを上記範囲内とすることにより、反応速度が速く、重縮合によりポリエステルを製造する時間が短縮される。APは1.5T以下であることがより好ましく、1.3T以下であることがさらに好ましく、1.0T以下であることが特に好ましい。
【0037】
2)(触媒添加工程)における「所定量の触媒」とは、触媒の活性に応じて変量して使用される触媒量を意味し、活性の高い触媒では少量であり、活性の低い触媒ではその量は多くなる。触媒の使用量は、テレフタル酸のモル数に対してアルミニウム化合物として最大0.1モル%である。これ以上多く添加するとポリエステル中の残存量が多く、実用的な触媒ではなくなる。
【0038】
本発明において、HSおよびTSを測定するために使用するPETレジンチップは、上記1)〜3)の工程を経た後、溶融状態からの急冷によって作製されたものを使用する。これらの測定に用いるレジンチップの形状としては、例えば、長さ約3mm、直径約2mmのシリンダー形状のレジンチップを使用する。
【0039】
また上述の触媒は、リン化合物を共存させたものであることが好適であり、リン化合物の中でも、ホスホン酸系化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を共存させたものであることが好ましい。これらの中でも芳香環構造を有する化合物を使用することが好ましい。特に下記一般式(化5)、(化6)にて表されるホスホン酸系化合物から選ばれる少なくとも1種を共存させることが好ましい。
【0040】
【化5】
Ph−P(=O)(OR1 )(OR2
(式(化5)中、R1 ,R2 はそれぞれ独立に水素、炭素数1〜50のアルキル基、アリール基を表す。)
【化6】
Me−P(=O)(OR3 )(OR4
(式(化6)中、R3 ,R4 はそれぞれ独立に水素、炭素数1〜50のアルキル基、アリール基を表す。)
前記(化5)、(化6)にて表される化合物はアリール基を少なくとも一つ有する化合物を使用すると重合反応中に系外に留去されにくくなるために添加効果が大きく、好ましい。アリール基を少なくとも一つ有するリン化合物は、フェニルホスホン酸ジメチル、メチルホスホン酸ジフェニルから選択される1種以上であることが好ましく、フェニルホスホン酸ジメチルの使用が特に好ましい。
【0041】
また本発明のポリエステル重合触媒は、アルミニウムおよびその化合物から選ばれる少なくとも1種を第1金属含有成分として含み、かつ下記一般式(化7)、(化8)で表されるリン化合物の少なくとも1種を共存させることを特徴とする。
【化7】
Ph−P(=O)(OR1 )(OR2
(式(化7)中、R1 ,R2 はそれぞれ独立に水素、炭素数1〜50のアルキル基、アリール基を表す。)
【化8】
Me−P(=O)(OR3 )(OR4
(式(化8)中、R3 ,R4 はそれぞれ独立に水素、炭素数1〜50のアルキル基、アリール基を表す。)。
【0042】
前記(化7)、(化8)にて表される化合物においては、アリール基を少なくとも一つ有する化合物を使用すると重合反応中に系外に留去されにくくなるために添加効果が大きく好ましい。アリール基を少なくとも一つ有するリン化合物としてはフェニルホスホン酸ジメチル、メチルホスホン酸ジフェニルから選択される1種以上であることが特に好ましい。
【0043】
リン化合物は、一般に酸化防止剤としてはよく知られていたが、これらのリン化合物を従来の金属含有ポリエステル重合触媒と組み合わせて使用しても、溶融重合を大きく促進することは知られていない。実際に、ポリエステル重合の代表的な触媒であるアンチモン化合物、チタン化合物、スズ化合物あるいはゲルマニウム化合物を重合触媒としてポリエステルを溶融重合する際に、リン化合物を添加しても、実質的に有用なレベルまで重合が促進されることは認められない。
【0044】
本発明のリン化合物の使用量としては、得られるポリエステルのポリカルボン酸成分の全構成ユニットのモル数に対して0.0001〜0.1モル%が好ましく、0.005〜0.05モル%であることがさらに好ましい。
【0045】
本発明のリン化合物を併用することにより、ポリエステル重合触媒中のアルミニウムとしての添加量が少量でも十分な触媒効果を発揮する触媒が得られる。リン化合物の添加量が0.0001モル%未満の場合には添加効果が発揮されない場合があり、0.1モル%を超えて添加すると逆にポリエステル重合触媒としての触媒活性が低下する場合があり、その低下の傾向は、アルミニウムの使用量等により変化する。
【0046】
アルミニウム化合物の使用量を低減し、さらにコバルト化合物を添加してアルミニウム化合物を触媒とした場合の熱安定性の低下による着色を防止する技術があるが、コバルト化合物を十分な触媒活性を有する程度に添加するとやはり熱安定性が低下する。従って、両者を両立することは難しい。
【0047】
またコバルト化合物を十分な触媒活性を有する程度に添加すると、得られるポリエステル重合体の耐加水分解性等が低下するという問題も発生する。
【0048】
本発明によれば、本発明のリン化合物の使用により、耐加水分解性の低下、熱安定性の低下、異物発生等の問題を起こさず、しかも第1金属含有成分のアルミニウムとしての添加量が少量でも十分な触媒効果を有するポリエステル重合触媒が得られ、このポリエステル重合触媒を使用することによりポリエステルフィルム、ボトル等の中空成形品、繊維の溶融成形時の熱安定性や溶融成形品の耐水性が改善される。本発明のリン化合物に代えてリン酸やトリメチルリン酸等のリン酸エステルを添加しても添加効果が小さく、実用的ではない。また、本発明のリン化合物を本発明の添加量の範囲で従来のアンチモン化合物、チタン化合物、スズ化合物、ゲルマニウム化合物等の金属含有ポリエステル重合触媒と組み合わせて使用しても、溶融重合を促進する効果は認められない。なお、本発明のリン化合物を単独で本発明の添加量の範囲で使用しても触媒活性は認められない。
【0049】
上述の触媒は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、もしくはこれらの化合物を含有していないものであることが好ましい。
【0050】
また一方で、本発明においてアルミニウムもしくはその化合物に加えて少量のアルカリ金属、アルカリ土類金属並びにその化合物から選択される少なくとも1種を第2金属含有成分として共存させることが好ましい態様である。かかる第2金属含有成分を触媒系に共存させることは、ジエチレングリコールの生成を抑制する効果に加えて触媒活性を高め、従って反応速度をより高めた触媒成分が得られ、生産性向上に有効である。
【0051】
アルミニウム化合物にアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を添加して十分な触媒活性を有する触媒とする技術は公知である。かかる公知の触媒を使用すると熱安定性に優れたポリエステルが得られるが、アルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を併用した公知の触媒は、実用的な触媒活性を得ようとするとそれらの添加量が多く必要であり、アルカリ金属化合物を使用したときは得られるポリエステルの耐加水分解性が低下すると共にアルカリ金属化合物に起因する異物量が多くなり、繊維に使用したときには製糸性や糸物性が、またフィルムに使用したときはフィルム物性などが悪化する。またアルカリ土類金属化合物を併用した場合には、実用的な活性を得ようとすると得られたポリエステルの熱安定性が低下し、加熱による着色が大きく、異物の発生量も多くなり、耐加水分解性も低下する。
【0052】
アルカリ金属、アルカリ土類金属並びにその化合物を添加する場合、その使用量M(モル%)は、ポリエステルを構成する全ポリカルボン酸ユニットのモル数に対して、1×10-6以上0.1モル%未満であることが好ましく、より好ましくは5×10-6〜0.05モル%であり、さらに好ましくは1×10-5〜0.03モル%であり、特に好ましくは、1×10-5〜0.01モル%である。アルカリ金属、アルカリ土類金属の添加量が少量であるため、熱安定性低下、異物の発生、着色、耐加水分解性の低下等の問題を発生させることなく、反応速度を高めることが可能である。アルカリ金属、アルカリ土類金属並びにその化合物の使用量Mが0.1モル%以上になると熱安定性の低下、異物発生や着色の増加、並びに耐加水分解性の低下が製品加工上問題となる場合が発生する。Mが1×10-6未満では、添加してもその効果が明確ではない。
【0053】
【発明の実施の形態】
本発明の重縮合触媒を構成するアルミニウムないしアルミニウム化合物としては、金属アルミニウムのほか、公知のアルミニウム化合物は限定なく使用可能である。
【0054】
アルミニウム化合物としては、具体的には、ギ酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム、プロピオン酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、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、酸化アルミニウムなどが挙げられる。これらのうちカルボン酸塩、無機酸塩およびキレート化合物が好ましく、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、水酸化塩化アルミニウムおよびアルミニウムアセチルアセトネートがとくに好ましい。
【0055】
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0.001〜0.05モル%が好ましく、更に好ましくは0.005〜0.02モル%である。このようにアルミニウム成分の添加量が少なくても本発明の重合触媒は十分な触媒活性を示す点に大きな特徴を有する。その結果、耐加水分解性が優れ、HS<0.10が充足される。
【0056】
本発明においてアルミニウムもしくはその化合物に加えて使用することが好ましい第2金属含有成分を構成するアルカリ金属、アルカリ土類金属としては、Li,Na,K,Rb,Cs,Be,Mg,Ca,Sr,Baから選択される少なくとも1種であることが好ましく、アルカリ金属ないしその化合物の使用がより好ましい。アルカリ金属ないしその化合物を使用する場合、特にLi,Na,Kの使用が好ましい。アルカリ金属やアルカリ土類金属の化合物としては、例えば、これら金属のギ酸、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酸塩、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、硫化水素、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、tert−ブトキシなどのアルコキサイド、アセチルアセトネートなどとのキレート化合物、水素化物、酸化物、水酸化物などが挙げられる。
【0057】
これらのアルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらの化合物のうち、水酸化物等のアルカリ性の強いものを用いる場合、これらはエチレングリコール等のジオールもしくはアルコール等の有機溶媒に溶解しにくい傾向があるため、水溶液で重合系に添加しなければならず重合工程上問題となる場合が有る。さらに、水酸化物等のアルカリ性の強いものを用いた場合、重合時にポリエステルが加水分解等の副反応を受け易くなるとともに、重合したポリエステルは着色し易くなる傾向があり、耐加水分解性も低下する傾向がある。従って、本発明のアルカリ金属またはそれらの化合物あるいはアルカリ土類金属またはそれらの化合物として好適なものは、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の飽和脂肪族カルボン酸塩、不飽和脂肪族カルボン酸塩、芳香族カルボン塩、ハロゲン含有カルボン酸塩、ヒドロキシカルボン酸塩、硫酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、リン酸水素、硫化水素、亜硫酸、チオ硫酸、塩酸、臭化水素酸、塩素酸、臭素酸から選ばれる無機酸塩、有機スルホン酸塩、有機硫酸塩、キレート化合物、および酸化物である。これらの中でもさらに、取り扱い易さや入手のし易さ等の観点から、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の飽和脂肪族カルボン酸塩、特に酢酸塩の使用が好ましい。
【0058】
本発明のポリエステル重合触媒には、さらに、コバルト化合物をコバルト原子としてポリエステルに対して10ppm未満の量で添加することが好ましい態様である。
【0059】
コバルト化合物はそれ自体ある程度の重合活性を有していることは知られているが、前述のように十分な触媒効果を発揮する程度に添加すると耐加水分解性や熱安定性が低下する。本発明によれば得られるポリエステルは耐加水分解性が良好であるが、コバルト化合物を上記のような少量で添加による触媒効果が明確でないような添加量にて添加することにより、得られるポリエステルの着色をさらに効果的に消去できる。なお本発明におけるコバルト化合物は、着色の消去が目的であり、添加時期は重合のどの段階であってもよく、重合反応終了後であってもかまわない。
【0060】
本発明によるポリエステルの製造は、触媒として本発明のポリエステル重合触媒を使用する点以外は従来公知の工程を備えた方法で行うことができる。例えば、PETの重合方法においては、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。
【0061】
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。例えば、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による重合は、通常チタン化合物や亜鉛化合物などのエステル交換触媒の存在下で行われるが、これらの触媒に代えて、もしくはこれらの触媒に共存させて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しており、いずれの方法によってもポリエステルを製造することが可能である。
【0062】
本発明の重縮合触媒は、重合反応の任意の段階で反応系に添加することができる。例えば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もしくは重縮合反応の開始直前あるいは反応途中に反応系へ添加することができる。特に、アルミニウムないしその化合物は重縮合反応の開始直前に添加することが好ましい。
【0063】
本発明の重縮合触媒の添加方法は、粉末状ないしはニート状での添加であってもよいし、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状での添加であってもよく、特に限定されない。また、アルミニウム金属もしくはその化合物と他の成分、好ましくは本発明のリン化合物とを予め混合した混合物として添加してもよいし、これらを別々に添加してもよい。またアルミニウム金属もしくはその化合物と他の成分、好ましくはリン化合物とを同じ添加時期に重合系に添加してもよく、それぞれの成分を別々の添加時期に添加してもよい。
【0064】
本発明の重縮合触媒は、アンチモン化合物、ゲルマニウム化合物、チタン化合物などの他の重縮合触媒を、これらの成分の添加が前述のようなポリエステルの特性、加工性、色調等製品に問題を生じない添加量の範囲内において共存させて用いることは、重合時間の短縮による生産性を向上させる際に有効であり、好ましい。
【0065】
ただし、アンチモン化合物は、重合して得られるポリエステルに対してアンチモン原子として50ppm以下の量で添加可能である。より好ましい添加量は、30ppm以下である。アンチモンの添加量を50ppm以上にすると、金属アンチモンの析出が起こり、ポリエステルに黒ずみや異物が発生するため好ましくない。
【0066】
ゲルマニウム化合物は、重合して得られるポリエステルに対してゲルマニウム原子として20ppm以下の量で添加可能である。より好ましい添加量は10ppm以下である。ゲルマニウムの添加量を20ppm以上にすると、コスト的に不利になるため好ましくない。
【0067】
添加可能なアンチモン化合物としては、好適な化合物として三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、酢酸アンチモン、アンチモングリコキサイドなどが挙げられ、特に三酸化アンチモンの使用が好ましい。また、ゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウム、四塩化ゲルマニウムなどが挙げられ、特に二酸化ゲルマニウムが好ましい。
【0068】
また、チタン化合物、スズ化合物などの他の重合触媒としては、テトラ−n−プロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトライソブチルチタネート、テトラ−tert−ブチルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラベンジルチタネートなどが挙げられ、特にテトラブチルチタネートの使用が好ましい。またスズ化合物としては、ジブチルスズオキサイド、メチルフェニルスズオキサイド、テトラエチルスズ、ヘキサエチルジスズオキサイド、トリエチルスズハイドロオキサイド、モノブチルヒドロキシスズオキサイド、トリイソブチルスズアセテート、ジフェニルスズジラウレート、モノブチルスズトリクロライド、ジブチルスズサルファイド、ジブチルヒドロキシスズオキサイド、メチルスタンノン酸、エチルスタンノン酸などが挙げられ、特にモノブチルヒドロキシスズオキサイドの使用が好ましい。
【0069】
本発明に言うポリエステルとは、ジカルボン酸を合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適ばれる一種又は二種以上とグリコールを合む多価アルコールから選ばれる一種又は二種以上とから成るもの、又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、又は環状エステルから成るものをいう。
【0070】
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、アジビン酸、ビメリン酸、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、3−シクロブタンジカルボン酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、2,5−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又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又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、ジフェニン酸、1,3−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、4,4’−ビフェニルスルホンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルエーテルジカルボン酸、1,2−ビス(フェノキシ)エタン−p,p’−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又はこれらのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【0071】
上記のジカルボン酸のなかでも、特に、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸の使用が、得られるポリエステルの物理特性等の点で好ましく、必要に応じて他のジカルボン酸を構成成分とする。
【0072】
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’−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。
【0073】
グリコールとしてはエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−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−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジエタノール、1,10−デカメチレングリコール、1,12−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’−ジヒドロキシビスフェノ−ル、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(β−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−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−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されたグリコール、などに例示される芳香族グリコールが挙げられる。
【0074】
上記のグリコールのなかでも、特に、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノールを主成分として使用することが好適である。
【0075】
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−ル、ヘキサントリオールなどが挙げられる。
【0076】
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−ヒドロキシ酪酸、p−ヒドロキシ安息香酸、p−(2−ヒドロキシエトキシ)安息香酸、4−ヒドロキシシクロヘキサンカルボン酸、又はこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
【0077】
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。
【0078】
多価カルボン酸、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、酸無水物などが例示される。
【0079】
本発明で用いられるポリエステルは、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もしくはナフタレンジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であり、主たるグリコール成分がアルキレングリコールであるポリエステルが好ましい。
【0080】
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であるポリエステルとは、全酸成分に対してテレフタル酸またはそのエステル形成性誘導体を合計して70モル%以上含有するポリエステルであることが好ましく、より好ましくは80モル%以上含有するポリエステルであり、さらに好ましくは90モル%以上含有するポリエステルである。主たる酸成分がナフタレンジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であるポリエステルも同様に、ナフタレンジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を合計して70モル%以上含有するポリエステルであることが好ましく、より好ましくは80モル%以上含有するポリエステルであり、さらに好ましくは90モル%以上含有するポリエステルである。
【0081】
主たるグリコール成分がアルキレングリコールであるポリエステルとは、全グリコール成分に対してアルキレングリコールを合計して70モル%以上含有するポリエステルであることが好ましく、より好ましくは80モル%以上含有するポリエステルであり、さらに好ましくは90モル%以上含有するポリエステルである。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よい。
【0082】
本発明で用いられるナフタレンジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体としては、上述のジカルボン酸類に例示した1,3−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、またはこれらのエステル形成性誘導体が好ましい。
【0083】
本発明で用いられるアルキレングリコールとしては、上述のグリコールとして例示したエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,3−ブチレングリコール、,4−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジエタノール、1,10−デカメチレングリコール、1,12−ドデカンジオール等の使用が好適である。これらは同時に2種以上を使用してもよい。
【0084】
また、本発明のポリエステルには公知のリン系化合物を共重合成分として含むことができる。リン系化合物としては二官能性リン系化合物が好ましく、例えば(2−カルボキシルエチル)メチルホスフィン酸、(2−カルボキシルエチル)フェニルホスフィン酸、9,10−ジヒドロ−10−オキサ−(2,3−カルボキシプロピル)−10−ホスファフェナンスレン−10−オキサイドなどが挙げられる。これらのリン系化合物を共重合成分として含むことで、得られるポリエステルの難燃性等を向上させることが可能である。
【0085】
本発明のポリエステルの構成成分として、ポリエステルを繊維として使用した場合の染色性改善のために、スルホン酸アルカリ金属塩基を有するポリカルボン酸を共重合成分とすることは好ましい態様である。
【0086】
共重合モノマーとして用いる金属スルホネート基含有化合物としては、特に限定されるものではないが、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、2−ナトリウムスルホテレフタル酸、5−リチウムスルホイソフタル酸、2−リチウムスルホテレフタル酸、5−カリウムスルホイソフタル酸、2−カリウムスルホテレフタル酸、又はそれらの低級アルキルエステル誘導体などが挙げられる。本発明では特に5−ナトリウムスルホイソフタル酸又はそのエステル形成性誘導体の使用が好ましい。
【0087】
金属スルホネート基含有化合物の共重合量はポリエステルを構成する酸成分に対して、0.3〜10.0モル%が好ましく、より好ましくは0.80〜5.0モル%である。共重合量が少なすぎると塩基性染料可染性に劣り、多すぎると繊維とした場合、製糸性に劣るだけでなく、増粘現象により繊維として十分な強度が得られなくなる。また、金属スルホネート基含有化合物を2.0モル%以上共重合すると、得られた改質ポリエステル繊維に常圧可染性を付与することも可能である。また適切な易染化モノマーを選択することで金属スルホネート基含有化合物の使用量を適宜減少させることは可能である。易染化モノマーとしては特に限定はしないが、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコールに代表される長鎖グリコール化合物やアジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸に代表される脂肪族ジカルボン酸が挙げられる。
【0088】
本発明のポリエステル重合触媒を使用して製造する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−シクロへ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、ポリプロピレンナフタレート、及びこれらの共重合体が好ましい重合体として例示でき、特に好ましい重合体は、ポリエチレンテレフタレート及びその共重合体である。
【0089】
本発明の方法に従ってポリエステルを重合した後に、このポリエステルから触媒を除去するか、又はリン系化合物などの添加によって触媒を失活させることにより、ポリエステルの耐加水分解性や熱安定性をさらに高めることができる。
【0090】
本発明のポリエステル中には、有機系、無機系、および有機金属系のトナー、ならびに蛍光増白剤などを含むことができ、これらを一種もしくは二種以上含有することによって、ポリエステルの黄み等の着色をさらに優れたレベルにまで抑えることができる。また他の任意の重合体や制電剤、消泡剤、染色性改良剤、染料、顔料、艶消剤、蛍光増白剤、安定剤、酸化防止剤、その他の添加剤が含有されていてもよい。酸化防止剤としては、芳香族アミン系、フェノール系等の酸化防止剤が使用可能であり、安定剤としては、リン酸やリン酸エステル系等のリン系、硫黄系、アミン系等の安定剤が使用可能である。
【0091】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を実施例に基づいて説明するが、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。
【0092】
〔評価方法〕
1)固有粘度(IV)
ポリエステルをフェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタンの6/4(重量比)混合溶媒を使用して溶解し、温度30℃にて測定した。
【0093】
2)熱安定性パラメータ(TS)
溶融重合したIVが約0.65dl/g(溶融試験前:[IV]i )のPETレジンチップ1gを内径約14mmのガラス試験管に入れ130℃で12時間真空乾燥した後、ガラス試験管を真空ラインに接続し、減圧と窒素封入を5回以上繰り返した後に100Torrとなるように窒素を封入して封管した。この試験管を300℃の塩バスに浸漬して2時間溶融状態に維持した後、サンプルを取り出して冷凍粉砕し、真空乾燥後、IV(溶融試験後:[IV]f1)を測定した。この[IV]f1から、下記計算式を用いてTSを求めた。式は、既報(上山ら:日本ゴム協会誌嬉63巻第8号497頁1990年)から引用した。
【0094】
TS=0.245{[IV]f1 -1.47 −[IV]i -1.47
3)耐加水分解性パラメータ(HS)
溶融重合して得られた固有粘度が約0.65dl/g(試験前:[IV]i )のPETレジンチップを常法により冷凍粉砕して20メッシュ以下の粉末にして130℃にて12時間乾燥する。加水分解試験は、ミニカラー装置((株)テクサム技研製 TYPE MC12.ELB)を用いて行った。上記PETの乾燥粉末1gを純水100mlと共に専用ステンレスビーカーに入れ、さらに専用の撹拌翼を入れて密閉系とし、ミニカラー装置にセットして130℃に加熱、加圧した条件下に6時間撹拌した。試験後のPETをグラスフィルターで濾取し、真空乾燥した後、IVを測定し([IV]f2)、以下の式により耐加水分解性パラメータ(HS)を求めた。
【0095】
冷凍粉砕は、フリーザーミル(米国スベックス社製6750型)を用いて行った。専用セルに約2gのレジンチップと専用のインパクターを入れた後、セルを装置にセットし液体窒素を装置に充填して約10分間保持し、その後、RATE10(インパクターが1秒間に約20回前後する)にて5分間粉砕を行った。
【0096】
HS=0.245{[IV]f2 -1.47 −[IV]i -1.47
4)フィルムの熱安定性
(i)フィルムの製膜
後述する各実施例および比較例において製造した、溶融重合で得られたPETレジンチップを135℃で6時間真空乾燥した。その後、押出機に供給し、280℃でシート状に溶融押し出しして、表面温度20℃に保った金属ロール上で急冷固化し、厚さ1400μmのキャストフィルムを得た。
【0097】
次に、このキャストフィルムを加熱されたロール群及び赤外線ヒーターで100℃に加熱し、その後周速差のあるロール群で長手方向に3.5倍延伸して一軸配向PETフィルムを得た。引き続いて、テンターで、120℃で幅方向に4.0倍に延伸し、フィルム幅長を固定した状態で、260℃、0.5秒間赤外線ヒーターで加熱し、さらに200℃で23秒間3%の弛緩処理をし、厚さ100μmの二軸配向PETフィルムを得た。
【0098】
(ii)回収ペレットによるフィルムの製膜
上記(i)に記載の方法で得られたPETフィルムを短冊状に裁断し、真空乾燥後、押出機に投入し、温度設定280℃で溶融樹脂を直径5mmのノズルから押し出した後、水で冷却、切断することによって回収ペレットを得た。
【0099】
溶融重合で得られたPETレジンチップと前述の回収ベレットを50:50の重量比で混合し、135℃で6時間真空乾燥した。その後、押出機に供給し、280℃でシート状に溶融押し出しして、表面温度20℃に保った金属ロール上で急冷固化し、厚さ1400μmのキャストフィルムを得た。
【0100】
次に、このキャストフィルムを加熱されたロール群及び赤外線ヒーターで100℃に加熱し、その後周速差のあるロール群で長手方向に3.5倍延伸して一軸配向PETフィルムを得た。続いて、テンターで、120℃で幅方向に4.0倍に延伸し、厚さ100μmの二軸配向PETフィルムを得た。
【0101】
(iii)フィルムの熱安定性評価
得られたフィルムの外観を目視で観察し、フィルムの着色の程度により、着色の少ないものほど良好として評価した。
【0102】
5)フィルム耐水性
上記した4)(i)の方法により得られたフィルムを、長さ8cm、幅4cmの試験片に切り出し、その試験片を沸水中で5日間煮沸した。煮沸後のフィルム試験片を長さ方向に引っ張り、その切れやすさにより評価した。
【0103】
〔ポリエステル合成例〕
(実施例)
高純度テレフタル酸とエチレングリコールから常法に従って製造したビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレートおよびオリゴマーの混合物に対し、重縮合触媒として塩化アルミニウムの13g/lの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原子として0.015mol%とフェニルホスホン酸ジメチルの10g/lエチレングリコール溶液を酸成分に対してフェニルホスホン酸ジメチルとして0.02mol%、及び酢酸リチウム二水和物50g/lのエチレングリコール溶液を酸成分に対してリチウム原子として0.025モル%を加えて、窒素雰囲気下常圧にて245℃で10分間撹拌した。次いで50分間を要して275℃まで昇温しつつ反応系の圧力を徐々に下げて0.1Torrとしてさらに275℃、0.1Torrで重縮合反応を行った。
【0104】
ポリエチレンテレフタレートのIVが0.65dl/gに到達するまでに要した重合時間(AP)は70(min)であり、重縮合触媒は実用的な重合活性を有するものであった。
【0105】
また、上記の重縮合にて得られたIV([IV]i )が0.65(dl/g)のポリエチレンテレフタレートを常法に従って長さが約3mm、直径が約2mmのチップとした。このPETレジンチップを用いて溶融試験を行い熱安定性パラメー夕(TS)を求めた。溶融試験後のIV([IV]f1)は0.52、TSは0.18であり、熱安定性は良好であった。
【0106】
前記チップ化したPETレジンを常法に従って粉砕し、粉末を使用して加水分解性試験を行い、耐加水分解性パラメータ(HS)も求めた。加水分解試験後のIV([IV]f2)は0.58、HSは0.08であり、本発明の重縮合触媒を使用して得られたPETは耐加水分解性も優れたものであった。
【0107】
溶融重合で得られたPETレジンチップを用いてフィルムの製膜、回収ペレットの作成、ならびに回収ペレットによるフィルムの製膜を行った。フィルムの熱安定性の評価結果は、フィルムに着色は認められず良好であった。
【0108】
溶融重合で得られたバージンのPETレジンチップを用いて製膜したフィルムの耐水性を評価した結果は、強度が十分で切れにくく、耐水性に優れたものであった。
【0109】
(比較例1)
重縮合触媒として塩化アルミニウムの13g/lの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原子として0.015mol%、及び酢酸リチウム二水和物50g/lのエチレングリコール溶液を酸成分に対してリチウム原子として0.05モル%を加えた点以外は実施例1と同様の操作を行った。
【0110】
PETのIVが0.65dl/gに到達するまでに要した重合時間(AP)は62分と実用的な触媒活性を有するものであった。しかし、PETレジン粉末を用いて加水分解試験を行ったところ、加水分解試験後の固有粘度([IV]f2)は0.56、HSは0.11であり、耐加水分解性は十分ではなかった。
【0111】
溶融重合で得られたPETレジンチップを用いてフィルムの製膜、回収ペレットの作成、ならびに回収ペレットによるフィルムの製膜を行った。溶融重合で得られたバージンのPETレジンチップを用いて製膜したフィルムの耐水性は、フィルムの強度が低下して、切れやすく、満足できるものではなかった。
【0112】
(比較例2)
重縮合触媒として塩化アルミニウムの13g/lの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原子として0.015モル%添加した以外は実施例と同様の操作を行った。180分以上重合反応を行ったが、固有粘度が0.65dl/gまで到達しなかった。
【0113】
(参考例)
触媒として三酸化アンチモンを、その添加量がPET中の酸成分に対してアンチモン原子として0.05モル%となるように使用した以外は実施例と同様の操作を行った。三酸化アンチモンとしては、市販のAntimony(III)oxide(ALDRICH CHEMICAL社製、純度99.999%)を使用した。三酸化アンチモンは、濃度が約10g/lとなるようにエチレングリコールに150℃で約1時間撹拌して溶解させた溶液を使用した。
【0114】
APは65(min)、[IV]f1は0.50、熱安定性パラメータ(TS)は0.22、[IV]f2は0.61、耐加水分解性パラメータ(HS)は0.05であり、これらの特性については優れたものであった。
【0115】
以上の通り、PETレジンの耐加水分解性パラメータ(HS)が本発明の特許請求の範囲にあるものは、フィルムの耐水性が優れたものであり、フィルム品位に優れると共に、長期間水と接触しても強度低下が少ない。また、PETレジンの熱安定性パラメータ(TS)が本発明の特許請求の範囲にあるものは、フィルムの熱安定性にも優れたものであり、フィルム品位に優れると共に、屑フィルムを再利用したものも品位に優れたものとなる。
【0116】
一方、HSが本発明の特許請求の範囲外のものは、フィルムの耐水性が劣るためにフィルムの品位が低く、該フィルムを長期間水と接触する用途に使用した場合には強度低下が著しく起こり、製品としての価値に乏しいという問題が生じる。また、TSが本発明の特許請求の範囲外のものは、フィルムの熱安定性に劣るためにフィルムの品位が低く、屑フィルムを再利用したフィルムも品位の低いものしか得られないという問題が生じる。
【0117】
[産業上の利用分野]
本発明のポリエステル重合触媒及びポリエステルの製造方法は、ポリエステル重合体の製造に使用できる。本発明のポリエステルは、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フィルムやシート、中空成形品であるボトル、電気・電子部品のケーシング、その他エンジニアリングプラスチック成形品等の広範な分野において使用することができる。
[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 that does not use germanium or an antimony compound as a catalyst main component, and The present invention relates to a polyester produced using the same and a method for producing the polyester.
[0002]
[Prior art]
Polyesters typified by polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), etc. are excellent in mechanical properties and chemical properties. Depending on the properties of each polyester, for example, It is used in a wide range of fields such as textiles for clothing and industrial materials, films and sheets for packaging and magnetic tape, bottles that are hollow molded products, casings for electrical and electronic parts, and other engineering plastic molded products. .
[0003]
For example, in the case of polyethylene terephthalate (PET), a polyester mainly composed of aromatic dicarboxylic acid and alkylene glycol, which is a typical polyester, is obtained by esterification or transesterification of terephthalic acid or dimethyl terephthalate and ethylene glycol. Bis (2-hydroxyethyl) terephthalate is produced and industrially produced by a polycondensation method or the like in which polycondensation is performed using a catalyst at high temperature and under vacuum.
[0004]
Conventionally, antimony trioxide has been widely used as a polyester polymerization catalyst used in such polycondensation of polyester. Antimony trioxide is an inexpensive catalyst with excellent catalytic activity. However, if it is used in an amount of such a main component, that is, a practical polymerization rate, metal antimony is used during polycondensation. As a result of precipitation, blackening and foreign matter are generated in the polyester. Under such circumstances, a polyester that does not contain antimony at all or does not contain antimony as a main catalyst component is desired.
[0005]
The above foreign matter in the polyester causes the following problems.
(1) In the polyester for film, metal antimony deposition becomes a foreign substance in the polyester, which causes not only the contamination of the die during melt extrusion, but also the surface defect of the film. Further, when a raw material such as a hollow molded product is used, it is difficult to obtain a hollow molded product having excellent transparency.
[0006]
(2) The foreign material in the polyester for fibers becomes a foreign material that causes a decrease in strength in the fiber, and causes the base to become dirty during yarn production. In the production of polyester fibers, a polyester polymerization catalyst free from the generation of foreign substances is required mainly from the viewpoint of operability.
[0007]
As a method for solving the above problems, attempts have been made to use antimony trioxide as a catalyst and suppress the occurrence of darkening and foreign matter in PET. For example, in Japanese Patent No. 2666502, generation of black foreign substances in PET is suppressed by using a compound of antimony trioxide, bismuth and selenium as a polycondensation catalyst. Japanese Patent Laid-Open No. 9-291141 states 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 reducing the content of antimony in the polyester after all.
[0008]
As a method for solving the problems of antimony catalysts for applications requiring transparency such as PET bottles, for example, in JP-A-6-279579, it is transparent by defining the use amount ratio of an antimony compound and a phosphorus compound. A method for improving the performance is disclosed. However, it cannot be said that a hollow molded product made of polyester obtained by this method has sufficient transparency.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-36495 discloses a continuous production method of polyester having excellent transparency using antimony trioxide, phosphoric acid and sulfonic acid compounds. However, the polyester obtained by such a method has a problem that the thermal stability is poor and the acetaldehyde content of the obtained hollow molded article is high.
[0010]
Polycondensation catalysts to replace antimony-based catalysts such as antimony trioxide have also been studied, and titanium compounds and tin compounds typified by tetraalkoxy titanates have already been proposed. It has a problem that it is susceptible to thermal degradation during melt molding and that the polyester is remarkably colored.
[0011]
As an attempt to overcome such problems when a titanium compound is used as a polycondensation catalyst, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-116722 proposes a method of using tetraalkoxy titanate simultaneously with a cobalt salt and a calcium salt. ing. JP-A-8-73581 proposes a method using tetraalkoxy titanate as a polycondensation catalyst simultaneously with a cobalt compound and using a fluorescent brightening agent. However, with these techniques, although coloring of PET when tetraalkoxy titanate is used as a polycondensation catalyst is reduced, it has not been achieved to effectively suppress thermal decomposition of PET.
[0012]
As another attempt to suppress thermal degradation during the melt molding of a polyester polymerized using a titanium compound as a catalyst, for example, in JP-A-10-259296, a polyester compound is polymerized using a titanium compound as a catalyst and then a phosphorus compound is added. A method is disclosed. However, it is not only technically difficult to effectively add the additive to the polymer after polymerization, but also the cost is increased and it is not put into practical use.
[0013]
There is also known a technique for forming a polyester polymerization catalyst having sufficient catalytic activity by adding an alkali metal compound to an aluminum compound. When such a known catalyst is used, a polyester having excellent thermal stability can be obtained. However, a known catalyst using an alkali metal compound in combination requires a large amount of addition to obtain a practical catalytic activity. As a result, the amount of foreign matter resulting from the alkali metal compound is increased, and when used for fibers, the spinning property and the physical properties of the yarn are deteriorated. When used for the film, the physical properties of the film are deteriorated, and the hydrolysis resistance is also reduced. The problem also occurs.
[0014]
Germanium compounds have already been put to practical use as catalysts that give polyesters with excellent catalytic activity other than antimony compounds and excellent thermal stability and hydrolysis resistance, but this catalyst is very expensive. There are problems and problems that the catalyst concentration in the reaction system changes due to the tendency of distilling out of the reaction system during polymerization, making it difficult to control the polymerization. is there.
[0015]
Moreover, the method of removing a catalyst from polyester is also mentioned as a method for suppressing thermal degradation during melt molding of polyester. As a method for removing the catalyst from the polyester, for example, JP-A-10-251394 discloses a method of bringing a polyester resin into contact with an extractant which is a supercritical fluid in the presence of an acidic substance. However, such a method using a supercritical fluid is not preferable because it is technically difficult and increases costs.
[0016]
As described above, it is a polymerization catalyst that uses a metal component other than antimony and germanium as the main metal component of the catalyst, and has excellent catalytic activity and thermal stability and hydrolysis resistance that hardly cause thermal degradation during melt molding. Polymerization catalysts that provide excellent polyesters are desired.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention does not contain an antimony compound or a germanium compound as the main component of the catalyst, aluminum is the main metal component, has excellent catalytic activity, and is effective in heat deterioration during melt molding without deactivating or removing the catalyst. A polyester polymerization catalyst that provides a polyester that is suppressed and is excellent in thermal stability and also excellent in hydrolysis resistance is provided. The present invention is also improved in the heat stability and the hydrolysis resistance when melt molding of hollow moldings such as films and bottles, fibers, etc. using the catalyst, and using virgin resin. However, another object of the present invention is to provide a polyester capable of obtaining a product with excellent quality even if the waste generated during molding is reused, and a method for producing a polyester using the polyester polymerization catalyst.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a polyester polymerization catalyst comprising at least one selected from the group consisting of aluminum and a compound thereof as a first metal-containing component, and hydrolysis resistance of polyethylene terephthalate (PET) polymerized using the catalyst. The characteristic parameter (HS) satisfies the following formula (1).
[0019]
(1) HS <0.10
HS has an intrinsic viscosity obtained by melt polymerization of about 0.65 dl / g (before test: [IV].i The PET chip of) was frozen and pulverized and dried in a vacuum at 130 ° C. for 12 hours as a powder of 20 mesh or less, and 1 g of the mixture was placed in a beaker with 100 ml of pure water, heated to 130 ° C. in a closed system, and pressurized. Intrinsic viscosity after stirring for 6 hours ([IV]f2)
HS = 0.245 {[IV]f2 -1.47 -[IV]i -1.47 }
Is a numerical value calculated by.
[0020]
As the beaker used for the measurement of HS, a beaker having no acid or alkali elution is used. Specifically, it is preferable to use a stainless steel beaker or a quartz beaker.
[0021]
By using the catalyst having such a configuration, a polyester polymer that gives a molded article excellent in hydrolysis resistance can be obtained.
[0022]
HS is more preferably 0.09 or less, and particularly preferably 0.085 or less.
[0023]
In the above-described invention, it is further preferable that the thermal stability parameter (TS) of the PET satisfies the following formula (2).
[0024]
(2) TS <0.30
TS is the intrinsic viscosity ([IV]i ) Was placed in a glass test tube and vacuum-dried at 130 ° C. for 12 hours, and then maintained in a molten state at 300 ° C. for 2 hours in a non-circulating nitrogen atmosphere ([IV ]f1)
TS = 0.245 {[IV]f1 -1.47 -[IV]i -1.47 }
Is a numerical value calculated by.
[0025]
The non-circulating nitrogen atmosphere means a non-circulating nitrogen atmosphere. For example, a glass test tube containing a resin chip is connected to a vacuum line, and after repeating depressurization and nitrogen filling five or more times, nitrogen is added so that the pressure becomes 100 Torr. It is in a sealed and sealed state.
[0026]
By using the catalyst having such a structure, it is possible to obtain a polyester that provides a molded product having excellent melt heat stability with respect to heat-melting when a molded product such as a film, a bottle, or a fiber is produced, and also having excellent hydrolysis resistance.
[0027]
TS is more preferably 0.25 or less, and particularly preferably 0.20 or less.
[0028]
In the above-mentioned invention, it is preferable that the polymerization activity parameter (AP) satisfies the following formula (3).
[0029]
(3) AP (min) <2T (min)
AP indicates the time (min) required to polymerize polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 0.65 dl / g at a reduced pressure of 275 ° C. and 0.1 Torr using a predetermined amount of catalyst, and T is a catalyst of antimony trioxide. As AP when added at 0.05 mol% as an antimony atom with respect to the acid component in the generated polyethylene terephthalate.
[0030]
In the measurement of T, antimony trioxide having a purity of 99% or more, for example, commercially available Antimony (III) oxide (manufactured by ALDRICH CHEMICAL, purity 99.999%) is used.
[0031]
Specifically, the AP measurement method is as follows.
1) (BHET production process) A mixture of bis (2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET) and oligomer having an esterification rate of 95% using terephthalic acid and twice its molar amount of ethylene glycol (hereinafter referred to as BHET mixture) ).
[0032]
2) (Catalyst addition step) A predetermined amount of catalyst is added to the above BHET mixture, stirred at 245 ° C. for 10 minutes under a nitrogen atmosphere, and then the oligomer is heated up to 275 ° C. over 50 minutes. The pressure in the reaction system of the mixture is gradually reduced to 0.1 Torr.
[0033]
3) (Polycondensation step) A polycondensation reaction is performed at 275 ° C and 0.1 Torr, and polymerization is performed until the intrinsic viscosity (IV) of polyethylene terephthalate reaches 0.65 dl / g.
[0034]
4) The polymerization time required for the polycondensation step is AP (min).
These are performed using a batch reactor.
[0035]
1) Production of the BHET mixture in (BHET production process) is performed by a known method. For example, terephthalic acid and its 2-fold molar amount of ethylene glycol are charged into a batch-type autoclave equipped with a stirrer and subjected to esterification while distilling water out of the system at 245 ° C. under a pressure of 0.25 MPa. Manufactured by.
[0036]
By setting the activity parameter AP within the above range, the reaction rate is high and the time for producing the polyester by polycondensation is shortened. AP is more preferably 1.5T or less, further preferably 1.3T or less, and particularly preferably 1.0T or less.
[0037]
2) The “predetermined amount of catalyst” in the (catalyst addition step) means the amount of catalyst to be used in a variable amount according to the activity of the catalyst. The amount increases. The amount of the catalyst used is 0.1 mol% at maximum as an aluminum compound with respect to the number of moles of terephthalic acid. If more than this is added, the residual amount in the polyester is large and it is not a practical catalyst.
[0038]
In the present invention, the PET resin chip used for measuring HS and TS is prepared by rapid cooling from the molten state after the steps 1) to 3). As the shape of the resin tip used for these measurements, for example, a cylindrical resin tip having a length of about 3 mm and a diameter of about 2 mm is used.
[0039]
Moreover, it is preferable that the above-mentioned catalyst coexists with a phosphorus compound, and among the phosphorus compounds, it is preferable that at least one selected from the group consisting of phosphonic acid compounds coexists. Among these, it is preferable to use a compound having an aromatic ring structure. In particular, it is preferable to coexist at least one selected from phosphonic acid compounds represented by the following general formulas (Chemical Formula 5) and (Chemical Formula 6).
[0040]
[Chemical formula 5]
Ph-P (= O) (OR1 ) (OR2 )
(In the formula (Chemical Formula 5), R1 , R2 Each independently represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, or an aryl group. )
[Chemical 6]
Me-P (= O) (ORThree ) (ORFour )
(In the formula (Chemical Formula 6), RThree , RFour Each independently represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, or an aryl group. )
The compounds represented by the above (Chemical Formula 5) and (Chemical Formula 6) are preferably used when a compound having at least one aryl group is used because the compound is difficult to be distilled out of the system during the polymerization reaction. The phosphorus compound having at least one aryl group is preferably at least one selected from dimethyl phenylphosphonate and diphenyl methylphosphonate, and particularly preferably dimethyl phenylphosphonate.
[0041]
The polyester polymerization catalyst of the present invention contains at least one selected from aluminum and its compounds as a first metal-containing component, and at least one of phosphorus compounds represented by the following general formulas (Chemical Formula 7) and (Chemical Formula 8). It is characterized by coexisting species.
[Chemical 7]
Ph-P (= O) (OR1 ) (OR2 )
(In the formula (Chemical Formula 7), R1 , R2 Each independently represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, or an aryl group. )
[Chemical 8]
Me-P (= O) (ORThree ) (ORFour )
(In the formula (Chemical Formula 8), RThree , RFour Each independently represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, or an aryl group. ).
[0042]
In the compounds represented by the above (Chemical Formula 7) and (Chemical Formula 8), when a compound having at least one aryl group is used, it is difficult to distill out of the system during the polymerization reaction. The phosphorus compound having at least one aryl group is particularly preferably at least one selected from dimethyl phenylphosphonate and diphenyl methylphosphonate.
[0043]
Phosphorus compounds are generally well known as antioxidants, but it is not known that melt polymerization is greatly promoted when these phosphorus compounds are used in combination with conventional metal-containing polyester polymerization catalysts. Actually, even when a phosphorus compound is added to melt-polymerize polyester using a polymerization catalyst of an antimony compound, titanium compound, tin compound or germanium compound, which is a typical catalyst for polyester polymerization, to a substantially useful level. It is not observed that polymerization is accelerated.
[0044]
As the usage-amount of the phosphorus compound of this invention, 0.0001-0.1 mol% is preferable with respect to the number-of-moles of all the structural units of the polycarboxylic acid component of polyester obtained, 0.005-0.05 mol% More preferably.
[0045]
By using the phosphorus compound of the present invention in combination, a catalyst exhibiting a sufficient catalytic effect can be obtained even when the amount of addition as aluminum in the polyester polymerization catalyst is small. If the addition amount of the phosphorus compound is less than 0.0001 mol%, the addition effect may not be exhibited. If the addition amount exceeds 0.1 mol%, the catalytic activity as a polyester polymerization catalyst may decrease. The tendency of the change varies depending on the amount of aluminum used.
[0046]
There is a technology that reduces the amount of aluminum compound used and prevents coloration due to a decrease in thermal stability when an aluminum compound is used as a catalyst by adding a cobalt compound, but the cobalt compound has sufficient catalytic activity. When added, the thermal stability is lowered. Therefore, it is difficult to achieve both.
[0047]
Moreover, when a cobalt compound is added to such an extent that it has a sufficient catalytic activity, there also arises a problem that the hydrolysis resistance of the resulting polyester polymer is lowered.
[0048]
According to the present invention, the use of the phosphorus compound of the present invention does not cause problems such as a decrease in hydrolysis resistance, a decrease in thermal stability, and the generation of foreign matter, and the amount of the first metal-containing component added as aluminum is small. A polyester polymerization catalyst having a sufficient catalytic effect can be obtained even in a small amount. By using this polyester polymerization catalyst, hollow molded products such as polyester films and bottles, heat stability during melt molding of fibers and water resistance of melt molded products Is improved. Even if a phosphoric acid ester such as phosphoric acid or trimethyl phosphoric acid is added in place of the phosphorus compound of the present invention, the effect of addition is small, which is not practical. Further, even when the phosphorus compound of the present invention is used in combination with a metal-containing polyester polymerization catalyst such as a conventional antimony compound, titanium compound, tin compound or germanium compound within the range of the addition amount of the present invention, the effect of promoting melt polymerization It is not allowed. In addition, even if it uses the phosphorus compound of this invention independently within the range of the addition amount of this invention, catalyst activity is not recognized.
[0049]
It is preferable that the catalyst described above does not contain an alkali metal, an alkaline earth metal, or a compound thereof.
[0050]
On the other hand, in the present invention, it is preferable that at least one selected from a small amount of an alkali metal, an alkaline earth metal, and the compound in addition to aluminum or a compound thereof coexists as the second metal-containing component. The coexistence of such a second metal-containing component in the catalyst system is effective in improving productivity by obtaining a catalyst component having an increased reaction rate in addition to an effect of suppressing the formation of diethylene glycol, and thus a higher reaction rate. .
[0051]
A technique of adding an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound to an aluminum compound to obtain a catalyst having sufficient catalytic activity is known. When such a known catalyst is used, a polyester having excellent thermal stability can be obtained. However, a known catalyst used in combination with an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound is added in an amount to obtain practical catalytic activity. However, when an alkali metal compound is used, the hydrolysis resistance of the resulting polyester is reduced and the amount of foreign matter resulting from the alkali metal compound is increased. Moreover, when used for a film, the film properties and the like deteriorate. In addition, when an alkaline earth metal compound is used in combination, the thermal stability of the obtained polyester is lowered when it is attempted to obtain practical activity, coloring due to heating is large, the amount of foreign matter generated is increased, and water resistance is increased. Degradability also decreases.
[0052]
When adding an alkali metal, an alkaline earth metal, or a compound thereof, the amount M (mol%) used is 1 × 10 4 with respect to the number of moles of all polycarboxylic acid units constituting the polyester.-6It is preferably less than 0.1 mol%, more preferably 5 × 10-6˜0.05 mol%, more preferably 1 × 10-FiveTo 0.03 mol%, particularly preferably 1 × 10-Five-0.01 mol%. Since the addition amount of alkali metal and alkaline earth metal is small, it is possible to increase the reaction rate without causing problems such as deterioration of thermal stability, generation of foreign substances, coloring, deterioration of hydrolysis resistance, etc. is there. When the amount M of the alkali metal, alkaline earth metal, or compound thereof is 0.1 mol% or more, the thermal stability decreases, the generation of foreign matter and coloring, and the hydrolysis resistance become problems in product processing. A case occurs. M is 1 × 10-6If it is less than 1, the effect is not clear even if it is added.
[0053]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As the aluminum or aluminum compound constituting the polycondensation catalyst of the present invention, known aluminum compounds can be used without limitation in addition to metallic aluminum.
[0054]
Specific examples of aluminum compounds include aluminum formate, aluminum acetate, basic aluminum acetate, aluminum propionate, aluminum oxalate, aluminum acrylate, aluminum laurate, aluminum stearate, aluminum benzoate, aluminum trichloroacetate, and 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 n-propoxide, aluminum iso-propoxide, aluminum n-butoxide, aluminum t-butoxa Aluminum alkoxides such as aluminum, aluminum acetylacetonate, aluminum acetylacetate, aluminum ethylacetoacetate, aluminum ethylacetoacetate diiso-propoxide, and other organic chelate compounds, trimethylaluminum, triethylaluminum and other organoaluminum compounds and their partial hydrolysis Examples include decomposed products and aluminum oxide. Of these, carboxylates, inorganic acid salts and chelate compounds are preferred, and among these, aluminum acetate, aluminum chloride, aluminum hydroxide, aluminum hydroxide chloride and aluminum acetylacetonate are particularly preferred.
[0055]
The amount of the aluminum compound used is preferably 0.001 to 0.05 mol%, more preferably 0, based on the number of moles of all constituent units of the carboxylic acid component such as dicarboxylic acid or polycarboxylic acid of the polyester obtained. 0.005 to 0.02 mol%. Thus, the polymerization catalyst of the present invention has a great feature in that it exhibits a sufficient catalytic activity even when the amount of the aluminum component added is small. As a result, hydrolysis resistance is excellent and HS <0.10 is satisfied.
[0056]
In the present invention, the alkali metal or alkaline earth metal constituting the second metal-containing component preferably used in addition to aluminum or a compound thereof includes Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr. , Ba is preferable, and use of an alkali metal or a compound thereof is more preferable. When using an alkali metal or a compound thereof, use of Li, Na, K is particularly preferable. Examples of the alkali metal and alkaline earth metal compounds include saturated aliphatic carboxylates such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, and succinic acid, and unsaturated aliphatic carboxylates such as acrylic acid and methacrylic acid. , Aromatic carboxylates 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 sulfide, sulfurous acid, thiosulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, chloric acid and bromic acid, and 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, tert-butyl Alkoxides such as alkoxy, chelate compounds and the like acetylacetonate, hydrides, oxides, and hydroxides and the like.
[0057]
Among these alkali metals, alkaline earth metals or their compounds, when using strongly alkaline substances such as hydroxides, these tend to be difficult to dissolve in diols such as ethylene glycol or organic solvents such as alcohols. However, it must be added to the polymerization system in an aqueous solution, which may cause a problem in the polymerization process. Furthermore, when a strongly alkaline material such as a hydroxide is used, the polyester is liable to undergo side reactions such as hydrolysis during the polymerization, and the polymerized polyester tends to be colored, and the hydrolysis resistance also decreases. Tend to. Accordingly, the alkali metal or their compounds or alkaline earth metals or their compounds suitable for the present invention are preferably saturated aliphatic carboxylates, unsaturated aliphatic carboxylates, aromatics of alkali metals or alkaline earth metals. Aromatic carboxylates, halogen-containing carboxylates, hydroxycarboxylates, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, hydrogen phosphate, hydrogen sulfide, sulfurous acid, thiosulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, chloric acid, bromic acid Selected inorganic acid salts, organic sulfonates, organic sulfates, chelate compounds, and oxides. Among these, from the viewpoint of ease of handling, availability, and the like, it is preferable to use an alkali metal or alkaline earth metal saturated aliphatic carboxylate, particularly acetate.
[0058]
In the polyester polymerization catalyst of the present invention, it is further preferable to add a cobalt compound as a cobalt atom in an amount of less than 10 ppm based on the polyester.
[0059]
It is known that the cobalt compound itself has a certain degree of polymerization activity, but if it is added to such an extent that it exhibits a sufficient catalytic effect as described above, the hydrolysis resistance and thermal stability are lowered. Although the polyester obtained according to the present invention has good hydrolysis resistance, the addition of a cobalt compound in such a small amount as described above does not clearly show the catalytic effect of the addition of the resulting polyester. The coloring can be erased more effectively. The cobalt compound in the present invention is for the purpose of eliminating coloration, and may be added at any stage of the polymerization or after the completion of the polymerization reaction.
[0060]
The polyester according to the present invention can be produced by a method having a conventionally known process except that the polyester polymerization catalyst of the present invention is used as a catalyst. For example, in the polymerization method of PET, after esterification of terephthalic acid and ethylene glycol, a polycondensation method, or after transesterification of an alkyl ester of terephthalic acid such as dimethyl terephthalate with ethylene glycol, Any method of polycondensation can be performed. The polymerization apparatus may be a batch type or a continuous type.
[0061]
The catalyst of the present invention has catalytic activity not only for polycondensation but also for esterification and transesterification. For example, polymerization by an ester exchange 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 an ester exchange catalyst such as a titanium compound or a zinc compound. Instead, the catalyst of the present invention can be used in combination with these catalysts. Further, the catalyst of the present invention has catalytic activity not only in melt polymerization but also in solid phase polymerization or solution polymerization, and polyester can be produced by any method.
[0062]
The polycondensation catalyst of the present invention can be added to the reaction system at any stage of the polymerization reaction. For example, it can be added to the reaction system before the start of the esterification reaction or transesterification reaction and at any stage during the reaction or immediately before the start of the polycondensation reaction or during the reaction. In particular, aluminum or a compound thereof is preferably added immediately before the start of the polycondensation reaction.
[0063]
The addition method of the polycondensation catalyst of the present invention may be addition in powder form or neat form, and may be addition in a slurry form or a solution form of a solvent such as ethylene glycol, and is not particularly limited. Further, aluminum metal or a compound thereof and other components, preferably the phosphorus compound of the present invention, may be added as a premixed mixture, or these may be added separately. Aluminum metal or a compound thereof and other components, preferably a phosphorus compound, may be added to the polymerization system at the same addition time, and each component may be added at different addition times.
[0064]
The polycondensation catalyst of the present invention is a polycondensation catalyst such as an antimony compound, a germanium compound, or a titanium compound, and the addition of these components does not cause problems in the products such as polyester characteristics, processability, and color tone as described above. Coexistence within the range of the addition amount is effective and preferable in improving productivity by shortening the polymerization time.
[0065]
However, the antimony compound can be added in an amount of 50 ppm or less as an antimony atom to the polyester obtained by polymerization. A more preferable addition amount is 30 ppm or less. When the amount of antimony added is 50 ppm or more, metal antimony is precipitated, and darkening and foreign matter are generated in the polyester.
[0066]
The germanium compound can be added in an amount of 20 ppm or less as germanium atoms to the polyester obtained by polymerization. A more preferable addition amount is 10 ppm or less. If the amount of germanium added is 20 ppm or more, it is not preferable because it is disadvantageous in terms of cost.
[0067]
Examples of the antimony compound that can be added include antimony trioxide, antimony pentoxide, antimony acetate, antimony glycoloxide, and the like, and the use of antimony trioxide is particularly preferable. Examples of the germanium compound include germanium dioxide and germanium tetrachloride, and germanium dioxide is particularly preferable.
[0068]
Other polymerization catalysts such as titanium compounds and tin compounds include tetra-n-propyl titanate, tetraisopropyl titanate, tetra-n-butyl titanate, tetraisobutyl titanate, tetra-tert-butyl titanate, tetracyclohexyl titanate, tetra Examples thereof include phenyl titanate and tetrabenzyl titanate, and tetrabutyl titanate is particularly preferable. In addition, as tin compounds, dibutyltin oxide, methylphenyltin oxide, tetraethyltin, hexaethylditin oxide, triethyltin hydroxide, monobutylhydroxytin oxide, triisobutyltin acetate, diphenyltin dilaurate, monobutyltin trichloride, dibutyltin sulfide, Examples thereof include dibutylhydroxytin oxide, methylstannoic acid, and ethylstannic acid, and the use of monobutylhydroxytin oxide is particularly preferable.
[0069]
The polyester referred to in the present invention is one or two or more types selected from polyvalent carboxylic acids that combine dicarboxylic acids and their ester-forming derivatives and one or two or more types selected from polyhydric alcohols that combine glycols. Or consisting of a hydroxycarboxylic acid and an ester-forming derivative thereof, or consisting of a cyclic ester.
[0070]
Dicarboxylic acids include succinic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adivic acid, vimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, decanedicarboxylic acid, dodecanedicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, hexadecanedicarboxylic acid, 3-cyclobutane Illustrative examples include dicarboxylic acid, 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 2,5-norbornanedicarboxylic acid, and dimer acid. 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, terephthalic acid, Diphenine 1,3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4′-biphenyldicarboxylic acid, Fragrances exemplified by 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. Group dicarboxylic acids or their ester-forming derivatives.
[0071]
Among the dicarboxylic acids described above, the use of terephthalic acid, isophthalic acid, and naphthalenedicarboxylic acid is particularly preferred from the viewpoint of the physical properties of the resulting polyester, and other dicarboxylic acids are used as constituents as necessary.
[0072]
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.
[0073]
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, polytrimethyl Aliphatic glycols exemplified by tylene glycol and polytetramethylene glycol, hydroquinone, 4,4′-dihydroxybisphenol, 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) ethane, bisphenol A, bisphenol Aromatic glycols exemplified by C, 2,5-naphthalenediol, glycols in which ethylene oxide is added to these glycols, and the like.
[0074]
Among the above glycols, it is particularly preferable to use ethylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butylene glycol, and 1,4-cyclohexanedimethanol as the main component.
[0075]
Examples of polyhydric alcohols other than these glycols include trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol, glycerol, and hexanetriol.
[0076]
Examples of hydroxycarboxylic acids 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, or these And ester-forming derivatives thereof.
[0077]
Examples of the cyclic ester include ε-caprolactone, β-propiolactone, β-methyl-β-propiolactone, δ-valerolactone, glycolide, and lactide.
[0078]
Examples of ester-forming derivatives of polyvalent carboxylic acids and hydroxycarboxylic acids include these alkyl esters, acid chlorides, acid anhydrides, and the like.
[0079]
The polyester used in the present invention is preferably a polyester in which the main acid component is terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof or naphthalene dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof, and the main glycol component is alkylene glycol.
[0080]
The polyester in which the main acid component is terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof is preferably a polyester containing 70 mol% or more of terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof in total with respect to the total acid component. A polyester containing 80 mol% or more is preferable, and a polyester containing 90 mol% or more is more preferable. Similarly, the polyester in which the main acid component is naphthalenedicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof is also preferably a polyester containing 70 mol% or more of naphthalenedicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof, more preferably 80 Polyesters containing at least mol%, more preferably polyesters containing at least 90 mol%.
[0081]
The polyester whose main glycol component is an alkylene glycol is preferably a polyester containing 70 mol% or more of the total amount of alkylene glycol with respect to all glycol components, more preferably a polyester containing 80 mol% or more, More preferably, it is a polyester containing 90 mol% or more. The alkylene glycol here may contain a substituent or an alicyclic structure in the molecular chain.
[0082]
Examples of the naphthalenedicarboxylic acid or ester-forming derivative thereof used in the present invention include 1,3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid exemplified in the above dicarboxylic acids, 2, 6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, or ester-forming derivatives thereof are preferred.
[0083]
Examples of the alkylene glycol used in the present invention include ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,2-butylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,3 exemplified as the above-mentioned glycol. -Butylene glycol, 4,4-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 and the like are suitable. is there. Two or more of these may be used at the same time.
[0084]
The polyester of the present invention can contain a known phosphorus compound as a copolymerization component. As the phosphorus compound, a bifunctional phosphorus compound is preferable. For example, (2-carboxylethyl) methylphosphinic acid, (2-carboxylethyl) phenylphosphinic acid, 9,10-dihydro-10-oxa- (2,3- Carboxypropyl) -10-phosphaphenanthrene-10-oxide and the like. By including these phosphorus compounds as copolymerization components, it is possible to improve the flame retardancy of the resulting polyester.
[0085]
As a constituent component of the polyester of the present invention, in order to improve dyeability when polyester is used as a fiber, it is a preferable embodiment to use a polycarboxylic acid having an alkali metal sulfonate as a copolymer component.
[0086]
The metal sulfonate group-containing compound used as the copolymerization monomer is not particularly limited, but 5-sodium sulfoisophthalic acid, 2-sodium sulfoterephthalic acid, 5-lithium sulfoisophthalic acid, 2-lithium sulfoterephthalic acid, Examples include 5-potassium sulfoisophthalic acid, 2-potassium sulfoterephthalic acid, or lower alkyl ester derivatives thereof. In the present invention, it is particularly preferable to use 5-sodium sulfoisophthalic acid or an ester-forming derivative thereof.
[0087]
The copolymerization amount of the metal sulfonate group-containing compound is preferably 0.3 to 10.0 mol%, more preferably 0.80 to 5.0 mol%, based on the acid component constituting the polyester. If the amount of copolymerization is too small, the dyeability of the basic dye is inferior, and if it is too large, not only the yarn-making property is inferior, but also sufficient strength as a fiber cannot be obtained due to the thickening phenomenon. Moreover, when a metal sulfonate group-containing compound is copolymerized in an amount of 2.0 mol% or more, it is possible to impart atmospheric pressure dyeability to the resulting modified polyester fiber. Moreover, it is possible to reduce the usage-amount of a metal sulfonate group containing compound suitably by selecting a suitable easily dyeable monomer. Although it does not specifically limit as an easily dyeable monomer, The aliphatic dicarboxylic acid represented by the long-chain glycol compound represented by polyethyleneglycol and polytetramethylene glycol, adipic acid, sebacic acid, and azelaic acid is mentioned.
[0088]
Polyesters produced using the polyester polymerization catalyst of the present invention include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polypropylene terephthalate, poly (1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate), polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polypropylene. Naphthalate and copolymers thereof can be exemplified as preferred polymers, and particularly preferred polymers are polyethylene terephthalate and copolymers thereof.
[0089]
After polymerizing the polyester according to the method of the present invention, the catalyst is removed from the polyester, or the catalyst is deactivated by adding a phosphorus compound or the like, thereby further improving the hydrolysis resistance and thermal stability of the polyester. Can do.
[0090]
The polyester of the present invention can contain organic, inorganic, and organometallic toners, and a fluorescent brightening agent. By containing one or more of these, yellowing of the polyester, etc. Can be suppressed to an even better level. It also contains other optional polymers, antistatic agents, antifoaming agents, dyeability improvers, dyes, pigments, matting agents, fluorescent brighteners, stabilizers, antioxidants, and other additives. Also good. As antioxidants, aromatic amine-based and phenol-based antioxidants can be used, and as stabilizers, phosphoric acid and phosphate ester-based phosphorus-based, sulfur-based, amine-based stabilizers, etc. Can be used.
[0091]
【Example】
Hereinafter, although the structure and effect of this invention are demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples from the first.
[0092]
〔Evaluation method〕
1) Intrinsic viscosity (IV)
The polyester was dissolved using a 6/4 (weight ratio) mixed solvent of phenol / 1,1,2,2-tetrachloroethane and measured at a temperature of 30 ° C.
[0093]
2) Thermal stability parameter (TS)
The melt polymerized IV was about 0.65 dl / g (before the melt test: [IV]i 1 g of PET resin chip of) is put in a glass test tube having an inner diameter of about 14 mm and vacuum-dried at 130 ° C. for 12 hours, and then the glass test tube is connected to a vacuum line, and the pressure reduction and nitrogen filling are repeated 5 times or more to 100 Torr. Thus, nitrogen was sealed and sealed. This test tube was immersed in a 300 ° C. salt bath and maintained in a molten state for 2 hours, and then a sample was taken out, freeze-ground, vacuum dried, and then IV (after the melt test: [IV]f1) Was measured. This [IV]f1From the above, TS was determined using the following formula. The formula was quoted from a previous report (Kamiyama et al .: Journal of Japan Rubber Association Vol. 63, No. 8, 497, 1990).
[0094]
TS = 0.245 {[IV]f1 -1.47 -[IV]i -1.47 }
3) Hydrolysis resistance parameter (HS)
Intrinsic viscosity obtained by melt polymerization is about 0.65 dl / g (before test: [IV]i ) And freeze-pulverize by a conventional method to obtain a powder of 20 mesh or less and dry at 130 ° C. for 12 hours. The hydrolysis test was performed using a mini-color device (TYPE MC12.ELB manufactured by Tecsum Giken Co., Ltd.). 1 g of the above dry powder of PET is put into a special stainless beaker with 100 ml of pure water, and a special stirring blade is added to make a sealed system, which is set in a mini-color device and heated and pressurized at 130 ° C. for 6 hours under stirring. did. The PET after the test was filtered with a glass filter and vacuum-dried, and then IV was measured ([IV]f2), The hydrolysis resistance parameter (HS) was determined by the following equation.
[0095]
The freeze pulverization was performed using a freezer mill (model 6750 manufactured by Svex Corporation, USA). After putting about 2 g of resin chip and a dedicated impactor in a dedicated cell, the cell is set in the apparatus, filled with liquid nitrogen and held for about 10 minutes, and then RATE10 (the impactor is about 20 per second). Crushed for 5 minutes.
[0096]
HS = 0.245 {[IV]f2 -1.47 -[IV]i -1.47 }
4) Thermal stability of film
(I) Film production
PET resin chips produced by melt polymerization, which were produced in Examples and Comparative Examples described later, were vacuum-dried at 135 ° C. for 6 hours. Then, it was supplied to an extruder, melted and extruded into a sheet form at 280 ° C., and rapidly cooled and solidified on a metal roll maintained at a surface temperature of 20 ° C. to obtain a cast film having a thickness of 1400 μm.
[0097]
Next, this cast film was heated to 100 ° C. with a heated roll group and an infrared heater, and then stretched 3.5 times in the longitudinal direction with a roll group having a difference in peripheral speed to obtain a uniaxially oriented PET film. Subsequently, the film was stretched 4.0 times in the width direction at 120 ° C. with a tenter and heated with an infrared heater at 260 ° C. for 0.5 seconds, and further 3% at 200 ° C. for 23 seconds. The biaxially oriented PET film having a thickness of 100 μm was obtained.
[0098]
(Ii) Film formation from recovered pellets
The PET film obtained by the method described in (i) above is cut into strips, vacuum dried, put into an extruder, and the molten resin is extruded from a nozzle having a diameter of 5 mm at a temperature setting of 280 ° C. Collected pellets were obtained by cooling and cutting.
[0099]
The PET resin chip obtained by melt polymerization and the above-described recovered beret were mixed at a weight ratio of 50:50, and vacuum dried at 135 ° C. for 6 hours. Then, it was supplied to an extruder, melted and extruded into a sheet form at 280 ° C., and rapidly cooled and solidified on a metal roll maintained at a surface temperature of 20 ° C. to obtain a cast film having a thickness of 1400 μm.
[0100]
Next, this cast film was heated to 100 ° C. with a heated roll group and an infrared heater, and then stretched 3.5 times in the longitudinal direction with a roll group having a difference in peripheral speed to obtain a uniaxially oriented PET film. Subsequently, the film was stretched 4.0 times in the width direction at 120 ° C. with a tenter to obtain a biaxially oriented PET film having a thickness of 100 μm.
[0101]
(Iii) Evaluation of thermal stability of film
The appearance of the obtained film was visually observed, and the less colored the film was evaluated as better depending on the degree of coloring of the film.
[0102]
5) Film water resistance
The film obtained by the method 4) (i) described above was cut into a test piece having a length of 8 cm and a width of 4 cm, and the test piece was boiled in boiling water for 5 days. The film test piece after boiling was pulled in the length direction and evaluated by its ease of cutting.
[0103]
[Polyester synthesis example]
(Example)
For a mixture of bis (2-hydroxyethyl) terephthalate and oligomer produced according to a conventional method from high-purity terephthalic acid and ethylene glycol, a 13 g / l ethylene glycol solution of aluminum chloride as a polycondensation catalyst was used for the acid component in the polyester. An ethylene glycol solution containing 0.015 mol% as aluminum atoms and 10 g / l ethylene glycol solution of dimethyl phenylphosphonate, 0.02 mol% as dimethyl phenylphosphonate based on the acid component, and 50 g / l lithium acetate dihydrate Was added at 0.025 mol% as lithium atoms with respect to the acid component and stirred at 245 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere at normal pressure. Subsequently, the reaction system was gradually heated to 275 ° C. over 50 minutes and the pressure in the reaction system was gradually reduced to 0.1 Torr, and a polycondensation reaction was further performed at 275 ° C. and 0.1 Torr.
[0104]
The polymerization time (AP) required for the polyethylene terephthalate IV to reach 0.65 dl / g was 70 (min), and the polycondensation catalyst had practical polymerization activity.
[0105]
The IV obtained by the above polycondensation ([IV]i ) Of 0.65 (dl / g) polyethylene terephthalate was made into a chip having a length of about 3 mm and a diameter of about 2 mm according to a conventional method. Using this PET resin chip, a melting test was performed to determine a thermal stability parameter (TS). IV after melting test ([IV]f1) Was 0.52 and TS was 0.18, and the thermal stability was good.
[0106]
The chip-formed PET resin was pulverized according to a conventional method, a hydrolyzability test was performed using the powder, and a hydrolysis resistance parameter (HS) was also obtained. IV after hydrolysis test ([IV]f2) Was 0.58 and HS was 0.08, and the PET obtained using the polycondensation catalyst of the present invention was excellent in hydrolysis resistance.
[0107]
Using a PET resin chip obtained by melt polymerization, a film was formed, a recovery pellet was prepared, and a film was formed from the recovery pellet. As a result of evaluating the thermal stability of the film, no coloration was observed in the film and the film was good.
[0108]
As a result of evaluating the water resistance of a film formed by using a virgin PET resin chip obtained by melt polymerization, the film was sufficiently strong and difficult to cut, and was excellent in water resistance.
[0109]
(Comparative Example 1)
As a polycondensation catalyst, an aluminum glycol solution of 13 g / l of aluminum chloride is 0.015 mol% as an aluminum atom with respect to the acid component in the polyester, and an ethylene glycol solution of lithium acetate dihydrate 50 g / l is used as the acid component. Then, the same operation as in Example 1 was performed except that 0.05 mol% was added as a lithium atom.
[0110]
The polymerization time (AP) required for the PET IV to reach 0.65 dl / g was 62 minutes, which was a practical catalytic activity. However, when a hydrolysis test was performed using PET resin powder, the intrinsic viscosity ([IV]) after the hydrolysis test was measured.f2) Was 0.56 and HS was 0.11, and the hydrolysis resistance was not sufficient.
[0111]
Using a PET resin chip obtained by melt polymerization, a film was formed, a recovery pellet was prepared, and a film was formed from the recovery pellet. The water resistance of a film formed using a virgin PET resin chip obtained by melt polymerization was not satisfactory because the strength of the film was lowered and it was easily cut.
[0112]
(Comparative Example 2)
The same operation as in the Example was performed except that 0.015 mol% of an aluminum glycol 13 g / l ethylene glycol solution as a polycondensation catalyst was added as an aluminum atom to the acid component in the polyester. The polymerization reaction was carried out for 180 minutes or more, but the intrinsic viscosity did not reach 0.65 dl / g.
[0113]
(Reference example)
The same operation as in the example was performed except that antimony trioxide was used as a catalyst so that the addition amount was 0.05 mol% as an antimony atom with respect to the acid component in PET. As antimony trioxide, commercially available Antimony (III) oxide (manufactured by ALDRICH CHEMICAL, purity 99.999%) was used. As the antimony trioxide, a solution was used which was dissolved in ethylene glycol by stirring at 150 ° C. for about 1 hour so as to have a concentration of about 10 g / l.
[0114]
AP is 65 (min), [IV]f1Is 0.50, thermal stability parameter (TS) is 0.22, [IV]f20.61 and hydrolysis resistance parameter (HS) were 0.05, and these characteristics were excellent.
[0115]
As described above, the hydrolysis resistance parameter (HS) of the PET resin is within the scope of the claims of the present invention, which is excellent in water resistance of the film, excellent in film quality, and in contact with water for a long time. However, there is little decrease in strength. Moreover, what has the thermal stability parameter (TS) of PET resin in the claim of this invention is also excellent in the thermal stability of a film, is excellent in film quality, and reused the waste film. Things are also excellent in quality.
[0116]
On the other hand, when HS is outside the scope of the claims of the present invention, the film has poor water resistance, so the quality of the film is low, and when the film is used for contact with water for a long period of time, the strength is significantly reduced. It happens and there is a problem that the value as a product is scarce. In addition, if TS is outside the scope of the claims of the present invention, the film is poor in thermal stability, so the film quality is low, and a film that reuses scrap film can only be obtained with low quality. Arise.
[0117]
[Industrial application fields]
The polyester polymerization catalyst and the polyester production method of the present invention can be used for production of a polyester polymer. The polyester of the present invention is used in a wide variety of applications, such as fibers for clothing and industrial materials, films and sheets for packaging and magnetic tape, bottles that are hollow molded products, casings for electrical and electronic parts, and other engineering plastic molded products. Can be used in various fields.

Claims (13)

下記ポリエステル重合触媒を用いて、テレフタル酸またはそのエステル形成性誘導体もしくはナフタレンジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を全酸成分に対して合計して70モル%以上含有する酸成分と、アルキレングリコールを全グリコール成分に対して合計して70モル%以上含有するグリコール成分からなるポリエステルを製造することを特徴とするポリエステルの製造方法。
(ポリエステル重合触媒)
アルミニウムのカルボン酸塩、無機酸塩、及びキレート化合物からなる群より選ばれる1種以上の第1金属含有成分と、芳香環構造を有するホスホン酸系化合物を含み、前記第1金属含有成分の使用量が、得られるポリエステルのカルボン酸成分の全構成ユニットのモル数に対して0.001〜0.05モル%であり、前記ホスホン酸系化合物の使用量が、得られるポリエステルのカルボン酸成分の全構成ユニットのモル数に対して0.0001〜0.1モル%であるポリエステル重合触媒であって、かつ、この触媒を用いて重合したポリエチレンテレフタレート(PET)の耐加水分解性パラメータ(HS)が下記式(1)を満たし、かつ、熱安定性パラメータ(TS)が下記式(2)を満たすポリエステル重合触媒。
(1)HS<0.10
(HSは溶融重合して得られる固有粘度が約0.65dl/g(試験前:[IV])のPETのチップを冷凍粉砕して20メッシュ以下の粉末として130℃で12時間真空乾燥した後、その1gを純水100mlと共にビーカーに入れ、密閉系にして130℃に加熱、加圧した条件下に6時間撹拌した後の固有粘度([IV]f2)から、次式
HS=0.245{[IV]f2 −1.47−[IV] −1.47
により計算される数値である。)
(2)TS<0.30
(TSは固有粘度([IV])が約0.65dl/gのPET1gをガラス試験管に入れ130℃で12時間真空乾燥した後、非流通窒素雰囲気下で300℃にて2時間溶融状態に維持した後の固有粘度([IV]f1)から、次式
TS=0.245{[IV]f1 −1.47−[IV] −1.47
により計算される数値である。)
Using the following polyester polymerization catalyst, the total amount of terephthalic acid or its ester-forming derivative or naphthalene dicarboxylic acid or its ester-forming derivative is 70 mol% or more in total with respect to the total acid component, and all of the alkylene glycol. A method for producing a polyester, comprising producing a polyester composed of a glycol component containing 70 mol% or more in total with respect to a glycol component.
(Polyester polymerization catalyst)
Use of the first metal-containing component comprising at least one first metal-containing component selected from the group consisting of an aluminum carboxylate, an inorganic acid salt, and a chelate compound, and a phosphonic acid-based compound having an aromatic ring structure The amount is 0.001 to 0.05 mol% with respect to the number of moles of all constituent units of the carboxylic acid component of the resulting polyester, and the amount of the phosphonic acid compound used is that of the carboxylic acid component of the resulting polyester. Hydrolysis resistance parameter (HS) of polyethylene terephthalate (PET), which is a polyester polymerization catalyst of 0.0001 to 0.1 mol% based on the number of moles of all constituent units, and polymerized using this catalyst Satisfies the following formula (1) and the thermal stability parameter (TS) satisfies the following formula (2).
(1) HS <0.10
(HS is melt-polymerized and PET chip having an intrinsic viscosity of about 0.65 dl / g (before test: [IV] i ) was freeze-ground and vacuum-dried at 130 ° C. for 12 hours as a powder of 20 mesh or less. Thereafter, 1 g of the mixture was put into a beaker with 100 ml of pure water, and the following formula HS = 0.0 was obtained from the intrinsic viscosity ([IV] f2 ) after stirring for 6 hours under the condition of heating and pressurizing at 130 ° C. in a closed system. 245 {[IV] f2 -1.47 - [IV] i -1.47}
Is a numerical value calculated by. )
(2) TS <0.30
(TS is 1 g of PET with an intrinsic viscosity ([IV] i ) of about 0.65 dl / g put in a glass test tube and vacuum dried at 130 ° C. for 12 hours, and then melted at 300 ° C. for 2 hours in a non-circulating nitrogen atmosphere. From the intrinsic viscosity ([IV] f1 ) after maintaining the following formula, TS = 0.245 {[IV] f1 −1.47 − [IV] i −1.47 }
Is a numerical value calculated by. )
さらに、前記ポリエステル重合触媒の重合の活性パラメータ(AP)が下記式(3)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のポリエステルの製造方法。
(3)AP(min)<2T(min)
(APは所定量の触媒を用いて275℃、0.1Torrの減圧度で固有粘度が0.65dl/gのポリエチレンテレフタレートを重合するのに要する時間(min)を示し、Tは三酸化アンチモンを触媒として生成ポリエチレンテレフタレート中の酸成分に対してアンチモン原子として0.05mol%となるように添加した場合のAPである。)
Furthermore, the activity parameter (AP) of superposition | polymerization of the said polyester polymerization catalyst satisfy | fills following formula (3), The manufacturing method of the polyester of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
(3) AP (min) <2T (min)
(AP represents the time (min) required to polymerize polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 0.65 dl / g at a reduced pressure of 275 ° C. and 0.1 Torr using a predetermined amount of catalyst, and T represents antimony trioxide. (AP when added to 0.05 mol% as an antimony atom with respect to the acid component in the polyethylene terephthalate produced as a catalyst.)
前記ホスホン酸系化合物が、下記一般式(化3)で表される化合物の少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリエステルの製造方法。
【化3】Ph−P(=O)(OR)(OR
(式(化3)中、R,Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜50のアルキル基、アリール基を表す。
The method for producing a polyester according to claim 1 or 2, wherein the phosphonic acid compound is at least one compound represented by the following general formula (Formula 3 ) .
Ph-P (= O) (OR 1 ) (OR 2 )
(In Formula (Chemical Formula 3), R 1 and R 2 each independently represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, or an aryl group. )
前記ポリエステル重合触媒に、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はそれらの化合物が添加されていない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の製造方法。  The method for producing a polyester according to any one of claims 1 to 3, wherein an alkali metal, an alkaline earth metal or a compound thereof is not added to the polyester polymerization catalyst. 前記ポリエステル重合触媒に、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらの化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の第2金属含有成分を共存させ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の製造方法。  4. The polyester polymerization catalyst is allowed to coexist with at least one second metal-containing component selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, or compounds thereof. Polyester production method. 前記第2金属含有成分が、アルカリ金属またはその化合物である請求項5に記載のポリエステルの製造方法。  The method for producing a polyester according to claim 5, wherein the second metal-containing component is an alkali metal or a compound thereof. 前記アルカリ金属が、Li,Na,Kから選択される少なくとも1種である請求項6に記載のポリエステルの製造方法。  The method for producing a polyester according to claim 6, wherein the alkali metal is at least one selected from Li, Na, and K. ポリエステル構成全カルボン酸成分に対する前記第2金属含有成分の添加量M(モル%)が、式(4)を満たすものである請求項5〜7のいずれかに記載のポリエステルの製造方法。
(4)M≦0.05
The method for producing a polyester according to any one of claims 5 to 7, wherein an addition amount M (mol%) of the second metal-containing component with respect to the total carboxylic acid component of the polyester satisfies the formula (4).
(4) M ≦ 0.05
前記ポリエステル重合触媒に、さらにコバルト化合物を共存させることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のポリエステルの製造方法。  The method for producing a polyester according to any one of claims 1 to 8, wherein a cobalt compound is further allowed to coexist in the polyester polymerization catalyst. 前記ポリエステル重合触媒に、さらにアンチモン化合物、ゲルマニウム化合物の少なくとも一方を共存させることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のポリエステルの製造方法。  The method for producing a polyester according to claim 1, wherein at least one of an antimony compound and a germanium compound is further allowed to coexist in the polyester polymerization catalyst. 前記アンチモン化合物の添加量が、アンチモン原子としてポリエステルに対して50ppm以下の量であることを特徴とする請求項10に記載のポリエステルの製造方法。  The method for producing a polyester according to claim 10, wherein the antimony compound is added in an amount of 50 ppm or less based on the polyester as antimony atoms. 前記ゲルマニウム化合物の添加量が、ゲルマニウム原子としてポリエステルに対して20ppm以下の量であることを特徴とする請求項10または11に記載のポリエステルの製造方法。  The method for producing a polyester according to claim 10 or 11, wherein the addition amount of the germanium compound is an amount of 20 ppm or less based on the polyester as germanium atoms. 請求項1〜12のいずれかに記載のポリエステルの製造方法により製造されたポリエステル。  The polyester manufactured by the manufacturing method of the polyester in any one of Claims 1-12.
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