JPS5851017B2 - ポリ(1,4−ブチレンテレフタラ−ト)の固態重合法 - Google Patents

ポリ(1,4−ブチレンテレフタラ−ト)の固態重合法

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JPS5851017B2
JPS5851017B2 JP50015520A JP1552075A JPS5851017B2 JP S5851017 B2 JPS5851017 B2 JP S5851017B2 JP 50015520 A JP50015520 A JP 50015520A JP 1552075 A JP1552075 A JP 1552075A JP S5851017 B2 JPS5851017 B2 JP S5851017B2
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    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高分子量のポリ(1・4−ブチレンテレフタラ
ート)の改良された製造方法に関するものである。
更に詳しく言えば、本発明は不活性ガスおよび少量の1
・4−ブタンジオールの存在下でポリ(1・4−ブチレ
ンテレフタラート)を型態重合させる新規な水沫に関す
る。
ポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)から製作され
た製品は、強度、靭性、耐溶剤性、光沢などの点で数多
くの優れた特性を有している。
かかる製品は一所望の形状に応じ、射出成形、回転成形
、吹込成形、押出成形などのごとき各種の公知技術によ
って製作され得る。
これらの技術中のあるもの、とりわけ吹込成形および押
出成形は、軟らかな予備成形状態における圧潰や破裂を
防止するため、溶融したポリ(1・4−ブチレンテレフ
タラート)が不十分に高い(たとえば1ooooポイズ
を越える)融解粘度を有することを必要とする。
しかるに、ポリエステル製造のために通例使用される伝
統的な塊状重合方法によってかかる高い融解粘度のポリ
(1・4−ブチレンテレフタラート)を得るには大きな
困難の伴なうことが判明した。
これは、恐らく、分子量を増大させるために1・4−ブ
タンジオールを排除しなげればならないにもかかわらず
、それの最後の痕跡量を高温で粘稠な溶融物から除去す
ることが困難なためである。
大抵の場合、(フェノールとテトラクロルエタンとの6
0:40混合物中において30℃で測定された)固有粘
度は約0.2〜1.2dl/fのレベルに到達し、次い
で安定化するのであって、実際上の最大値は一般に0.
85〜1.0!Ml/グである。
また、融解粘度が10000ポイズを越えると重合体溶
融物を取扱ったり通常の塊状重合設備から取出したりす
ることが益々困難となり、そのため製品の劣化や変色を
もたらすことにもなる。
固態重合はポリ(エチレンテレフタラート)の固有粘度
を増大させるための公知技術である。
それに従って得られたポリエステルを使用すれば、強力
な工業用糸が製造される。
英国特許第1066162号明細書中には、真空中にお
いて線状ポリエステルをそれの熱分解点より低い温度に
加熱した場合、重合体の鎖同士の結合が起って分子量の
増大をもたらすことが明記されている。
とは言えかかる条件下では、鎖同士の結合による分子量
の増大と共に、エステル交換による望ましくない解重合
もまた起り易いことが知られている。
エッチ・ニー・ポール(H,A、 P ohl )は相
対的な分解速度を研究し、そしてエチレングリコールの
テレフタル酸ポリエステルの方がデカメチレングリコー
ルのテレフタル酸ポリエステルよりも遥かに安定である
ことを報告した(J、Am。
Chem、 Soc 、、73.5660.1951)
換言すれば、エチレングリコールのテレフタル酸ポリエ
ステルに比べると、デカメチレングリコールのテレフタ
ル酸ポリエステルは加熱時にガスを放出し、変色し、か
つ酸を遊離しながら遥かに容易に分解するのである。
ところで、米国羽許出願第415161号明細書中には
、(約1.05 dll 9以上の固有粘度に相当する
)極めて高い融解粘度を有するポリ(1・4−ブチレン
テレフタラート)の製造方法が記載されている。
それに従えば、たとえば0.7〜1.0d13/?とい
う低い固有粘度を有する固体粒子状態のポリ(1・4−
ブチレンテレフタラート)を約150’Cより高くかつ
粒子の融点ないし粘着点より低い温度に加熱すればよく
、その場合の加熱時間は温度および所望の固有粘度に応
じて%時間から数日あるいはそれ以上にまでわたり得る
かかるポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)はまた
少量の分岐成分を含有することが好ましい。
上記のポールの報告を考え合わせると、ポリ(エチレン
テレフタラート)の場合よりも多数の炭素原子をアルキ
レン単位中に有するポリエステルが分解なしに加熱でき
ると判明したことは全く意外である。
その上ポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)の固態
重合をポリ(エチレンテレフタラート)の場合と比較す
ると、前者においては比較的低い温度および(高度の真
空下ではなく)大気圧の下で固有粘度の増大が迅速に起
ることも意外である。
とは言え、上記の方法に従って固体粒子状態のポリ(1
・4−ブチレンテレフタラート)を重合させた場合、個
々の粒子の外面上の重合体分子は個々の粒子の内部の重
合体分子よりも早く重合することが判明した。
これは、重合副生物であるグリコールが粒子の表面はど
除去され易いからである。
その結果、原料の本体が所望の程度まで重合する以前に
個々の粒子の「表層」がゲル化する傾向を示す。
かかる不溶性かつ不融性のゲル化粒子が熱可塑性材料中
に存在すると、正常な加工操作が妨害を受ける上、成形
品の性質や外観も影響を受けるから不都合である。
とりわけ分岐共ポリエステルの場合には、これが重大な
問題となることもある。
それ故、本発明の目的は制御された速度でポリ(1・4
−ブチレンテレフタラート)を固態重合させる方法を提
供することにある。
また、高分子量のポリ(1・4−ブチレンテレフタラー
ト)を製造するために使用し得る固態重合方法を提供す
ることも本発明の目的を成す。
本発明の上記およびその他の目的は、以下に示される本
発明の説明および好適な実施例の記載を読めば容易に理
解されるはずである。
さて本発明に従えば、ポリ(1・4−ブチレンテレフタ
ラート)および少なくとも3個のエステル生成基を有す
る分岐成分をテレフタル酸単位の0.01〜3(モル)
%の割合で含有するそれの分岐共ポリエステルの両者中
から選ばれ、しかもフェノールとテトラクロルエタンと
の60:40混合物中における溶液として30℃で測定
した場合に約1.05dll?以上の固有粘度を有する
高融解粘度のポリエステルを製造するため、(a)フェ
ノールとテトラクロルエタンとの60 : 40混合物
における溶液として30℃で測定した場合に約0.1(
好ましくは約0.5)〜約1.0 dll ?の固有粘
度を有する対応ポリエステルを固体粒子状態に変え、そ
れから(b)固有粘度の所望の増大が得られるまで前記
ポリエステルの固体粒子を不活性ガスおよび少量の1・
4−ブタンジオールの存在下で150℃より高くかつ前
記ポリエステルの融点より低い温度に加熱することを特
徴とする固態重合方法が提供される。
融解粘度は後記実施例中に規定された条件下で測定され
る。
典型的には、「高融解粘度」の樹脂とは250℃で約7
500ポイズとりわけ約10000ポイズを越える融解
粘度を有するものである。
一般的に言えば、かかる高融解粘度の樹脂は後述の条件
下で測定した場合に約1.1. dl/ ?を越える固
有粘度を有する。
本発明に関与するポリエステル樹脂は、一般的に言えば
、1・4−ブタンジオールとテレフタル酸またはそれの
反応性誘導体(たとえばテレフタル酸ジメチル)との飽
和縮合生成物である。
それらはまた、化学結合を介しての架橋やその他公知の
方式によって分岐していることが好ましい。
少量たとえば1・4−ブチレン単位全体の0.5〜15
(モル)%であれば、その他の脂肪族結合単位たとえば
2〜10個の炭素原子を有するジメチレン単位、トリメ
チレン単位、ヘキサメチレン単位、デカメチレン単位な
ど並びに環式脂肪族結合単位たとえば1・4−ジメチレ
ン−シクロヘキサン単位が含有されていてもよい。
また、やはり少量たとえば酸単位全体の約0.5〜約1
5(モル)%であれば、テレフタル酸単位以外のジカル
ボン酸単位たとえばアジピン酸単位、ナフタリンジカル
ボン酸単位、イソフタル酸単位、O−フタル酸単位など
が含有されていてもよい。
特に有用なのは、少なくとも3個のエステル生成基を有
する少量の分岐成分を含有したポリ(1・4−ブチレン
テレフタラート)の分岐共ポリエステルである。
分岐成分はポリエステルの酸単位部分およびグリコール
単位部分のいずれに分岐をもたらすものであってもよい
し、またそれらの混成物であってもよい。
かかる分岐成分の実例としては、トリないしテトラカル
ボン酸(たとえばトリメシン酸やピロメリト酸)および
それらの低級アルキルエステルなど、好ましくはポリオ
ールとりわけテトロール(たとえばペンタエリトリット
)およびトリオール(たとえばトリメチロールプロパン
)、並びにジヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシジカル
ボン酸およびそれらの誘導体(たとえばヒドロキシテレ
フタル酸ジメチル)が挙げられる。
融解粘度の高いことが肝要であるような広範囲の用途に
適した最終特性が得られる点から見れば、かかる分岐共
ポリエステルは特に好適な出発原料である。
その上、現在ではまだ解明されていない理由により、か
かる分岐共ポリエステルはやはり本発明方法において使
用可能な分岐なしの線状ポリエステルよりも早く高い固
有粘度に到達するように思われる。
分岐成分の相対量は様々に変わり得るとは言え、少量た
とえば分岐共ポリエステル中のチルフタル酸単位100
モル当り最高5(モル)%までに保たれるのを常とする
好ましくは、エステル化混合物(そして一般には生成物
中)に含有される分岐成分の範囲はテレフタル酸単位の
0.01〜3(モル)%である。
また、分岐成分がテレフタル酸単位の約0.02〜約1
(モル)%を占めれば特に好ましい。
本発明方法において使用されるポリエステル出発原料の
製造方法は当業者にとって公知である。
とりわけ、米国特許第3465319. 3047539および3692744号明細書中の記載
は有用である。
次に、若干の分岐共ポリエステルに関する手順を以下に
詳述しよう。
出発原料としてのポリエステルの一般的な製造方法は、
過剰量のブタンジオール、チルフタル酸ジアルキルない
しテレフタル酸、および任意所望の分岐成分を使用しな
がら、溶融状態で縮合を行なわせるというものである。
その際、揮発性副生物の除去によって分子量を増大させ
るため、高い温度(250〜260°C)および高度の
真空(0,2〜1. OmmHg)が十分長い時間たと
えば3〜12時間にわたって使用される。
本発明の型態重合方法における出発原料として使用され
るポリエステルは少なくとも約0.1 dll? (好
ましくは015dll?)かつ約1.0 dl12以下
の固有粘度を有するべきであることが判明した。
その上、かかるポリエステルは主として水酸基で末端停
止されることも必要である。
固有粘度が0.5dl/?を下回っていても最低1.0
5 dll?の値が達成されるけれど、そのためには長
い時間がかかる。
なお、これら2つの要請はいずれも容易に達成される。
すなわち、第一の要請のためには試料が所望の固有粘度
に到達するまでの十分長い時間にわたって縮合を行なわ
せればよく、また第二の要請のためには反応混合物中に
過剰量のジオール成分を使用すればよい。
さて、本発明方法は2つの工程において実施される。
その第一はポリエステルを固体粒子状態に変える工程、
そして第二は固有粘度の所望の増大が得られるまで固体
粒子を加熱する工程である。
実験によれば、粉砕された重合体ばかりでなく、最大寸
法にインチまでのベレット(たとえば押し出されかつ細
断された立方体状、円柱状、球状、不規則形状などのペ
レット)も時間をかければ型態で反応することが示され
た。
とは言え、特に分岐共ポリエステルを使用した場合、よ
り均質な重合体を得るためには供給原料を粉砕すること
が好ましい。
その際には、たとえば粗いスクリーンを使用しながらド
ライアイス冷却下の粉砕機に通すことによって供給原料
を粉砕するのが簡便である。
加熱工程について述べれば、型態重合は約150℃より
高い温度下で容易に進行することが実験によって示され
た。
その速度は200ないし210’Cでは特に早く、また
150ないし160°Cではかなり遅い。
好適な温度範囲は180〜210℃であり、また190
〜210°Cであれば特に好適である。
好適な不活性ガスは窒素である。
とは言え所望ならば、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素
またはそれらの混合物を単独で使用したり、あるいは窒
素と併用することもできる。
1・4−ブタンジオールの濃度は、1・4−ブタンジオ
ールが所定の温度に加熱されている区域内へ不活性ガス
を吹込むことによって制御できる。
そうすれば、不活性ガス流中にj・4−ブタンジオール
の所定の蒸気圧が確立されることになる。
一般に、■・4−ブタンジオールの蒸気圧が約0.2〜
約3.0 mmH,gとなるように不活性ガス流中の1
・4−ブタンジオール濃度を維持することが好ましい。
反応区域の温度および圧力はこの値が達成されるように
変化させればよいことは勿論である。
たとえば、約0.3 mmHgの1・4−ブタンジオー
ル蒸気圧は約60”Cの温度および大気圧の下で達成さ
れることが判明した。
所望ならば、本発明方法は大気圧以上ないし以下の圧力
下でも実施できるが、その場合の1・4−ブタンジオー
ル濃度は適当に加減すればよい。
あるいはまた、言isされた量の1・4−フ゛タンジオ
ールを加熱蒸発区域内へ計量供給することによっても不
活性ガス流中に所望の1・4−ブタンジオール濃度を得
ることができる。
かかる加熱蒸発区域から反応区域内へ蒸気を送入するた
めには、主要な不活性ガス流を使用してもよいし、ある
いは反応区域へ入る前に主要な不活性ガス流と合流する
補助の不活性ガス流を使用してもよい。
加熱工程の際、固体粒子は固定層および流動層のいずれ
を戒していてもよL・。
所望ならば、任意適宜な方法によって固体粒子を攪拌す
ることができろ。
窒素をゆっくりと流せば、攪拌、揮発分の除去および不
活性雰囲気の確立が全て達成されることになる。
本発明方法の加熱工程の所要寺間は温度および所望の固
有粘度に応じて様々に変わり得る。
一般に、それは約%時間から数日(たとえば96時間ま
で)あるいはそれ以」二にまでわたる。
実施例かられかるごとく、1.80 dll ?まであ
るいはそれ以上の固有粘度を有する非ゲル化重合体は2
00℃の温度および大気圧の下では僅か16時間で得る
ことができる。
本出願人は本発明方法の作用に関する理論によって拘束
されることを望まないけれど、不活性ガス中に1・4−
ブタンジオールが存在すれば、不活性ガス中の1・4−
ブタンジオールの蒸気圧と平衡状態にある分子量を越え
て重合が進行するのが妨げられるものと信じられる。
その結果、原料中の表層、微粉および残滓の重合は本質
的に停止する一方、原料の本体は平衡分子量に到達する
まで重合し続けることになる。
本発明のもう1つの特徴は、高温の1・4−ブタンジオ
ールの作用によるものと信じられるが、本発明方法に従
って製造された高分子量のポリ(1・4−ブチレンテレ
フタラート)の色が白いという意外な所見である。
このことは、ポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)
から白色またはパステル色の物体を形成する場合に特に
重要である。
本発明のポリエステル生成物は、伝統的な添加剤たとえ
ば補強剤、安定剤、抗酸化剤、可塑剤、潤滑促進剤、染
料、顔料、難燃剤などと共に使用できる。
かかる生成物は全ての製作目的とりわけ吹込成形および
押出成形にとって有用である。
本発明の実施を例証するため、以下に実施例が示される
なお、これらの実施例は本発明の範囲を制限するもので
はない。
実施例 1〜2 0.215(モル)%のペンタエリトリットの添加によ
り、1・4−ブタンジオールおよびテレフタル酸ジメチ
ルから分岐共ポリエステルが製造された。
生成物はX2 インチの立方体状にペレット化された。
固有粘度は(フェノールとテトラクロルエタンとの60
: 40混合物中において30°Cで測定したところ
) 0.88dll?であった。
かかるペレットの一部が中粒度の粉末に粉砕さレタ。
その後、粉末とペレットとの混合物が4本★★の25m
mX 200mm試験管内に充填され、それから200
℃に保たれた油浴中へ■6時間にわたって浸漬された。
これらの試料中には、窒素ガス流中に各種のジオール蒸
気圧が得られるよう各種の温度に保たれた1・4−ブタ
ンジオール中を通された後の窒素ガスが(勿分75cc
の流量で)流された。
4つの試料に関する結果は下記の通りである。
以上の結果を見れば、窒素ガス中のジオール濃度が生成
物の固有粘度を左右することがわかる。
最高のジオール蒸気圧(対照B)においては、固有粘度
を元の値より低くすることさえ可能である。
なお実施例1〜2の場合、ペレットおよび粉末は同程度
まで重合した。
実施例 3〜7 分岐剤として各種濃度のトリメチロールエタン■■を含
有するポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)の各種
共重合体が溶融重合によって製造された。
生成物は粉砕され、油浴中に浸漬された攪拌反応フラス
コ内に充填され、それから210℃で固態重合を施され
た。
その際には、各種の温度下で1・4−ブタンジオールを
飽和させた窒素ガスが流された。
結果は下記の通りである。いずれの生成物も不溶性のゲ
ルを含有していなかった。
実施例 8〜11 実施例3〜7の場合と同様な手順により、分岐剤として
ペンタエリトリットを含有する一連の分岐共重合体が2
10℃で固態重合を施された。
実施例8および9の出発原料は%インチの立方体状のペ
レットから成り、また実施例10および11の出発原料
は粉末から成っていた。
いずれの場合にも不溶性のゲルの生成は認められなかっ
た。
対照実施例 C 0,215(モル)%のペンタエリトリットを含有する
ポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)の共重合体(
固有粘度08dl/7)500ポンドが油ジャケット付
きの混転乾燥機内に充填された。
高温の油をジャケット内に循環させることにより、約2
%インチの立方体状のペレットが210℃に加熱された
11時間にわたって加熱および混転を続ける一方、乾燥
窒素が毎時5立方フイートの流量で反応器内に流された
その後、下記のごとき分析が行なわれた。
ペレット1グがフェノールとテトラクロルエタンとの6
0:40混合物25m1中に投入され、そしてペレット
の外部が溶解してしまうまで攪拌しながら加熱が行なわ
れた。
こうして得られた溶液をペレットの残部から傾瀉によっ
て分離した後、過剰量のメタノールを添加することによ
って溶解した生成物が沈澱させられた。
かかる沈澱が遠心分離によって回収され、メタノールで
繰返し洗浄され、そして乾燥された。
ペレットの残部はやはりフェノールとテトラクロルエタ
ンとの60 : 40の混合物25TILl中に溶解さ
れ、沈澱させられ、メタノールで洗浄され、そして乾燥
された。
こうして得られた2つの分画に関して固有粘度の測定が
行なわれた。
その結果、(試料の全重量の23.5%を占める)ペレ
ットの外部から戒る第一の分画は1.71dll?の固
有粘度を有するのに対し、(残り76.5%を占める)
ペレットの内部から戒る第二の分画は1.4.0 dl
l?の固有粘度を有することが判明した。
これは、不活性ガス中に1・4−ブタンジオールが存在
しないと、ペレット中に顕著な固有粘度勾配が生じるこ
とを示している。
実施例 12 対照実施例Cの手順が繰返された。
ただし、この場合には、約1.2 mmHgの蒸気圧を
与えるに足るだけの1・4−ブタンジオール蒸気が窒素
ガス流中に注入された。
161時間後、生成物が反応器から取出され、それから
対照実施例Cの場合と同様にして分析が行なわれた。
その結果、ペレットの外部33%は1.、18dll?
の固有粘度を有するのに対し、内部67%はL23dl
l’ffの固有粘度を有することが判明した。
このように窒素ガス中に1・4−ブタンジオールが存在
すると、反応が抑制され、そしてペレットの内部と外部
との間における分子量の差が最小となることがわかる。
本発明方法によって得られる生成物の示す均質性(すな
わち固有粘度の差の小さいこと)は重要である。
なぜなら、分子量の差が太きいと押出条件が不安定とな
り、そのため(押出成形や吹込成形によって製作される
)製品の表面が粗雑となり、しかも機械的強度が最適と
は言えなくなるからである。
自明のことながら、以上の記載に照らせばその他の変形
や変更も可能である。
それ故、前記特許請求の範囲によって定義された本発明
の範囲内に包含される限り、上記の実施例に各種の変形
や変更を加え得ることは言うまでもない。
次に、本発明の実施態様を列挙すれば下記の通りである
1、前記(b)の加熱工程が150〜210℃の温度下
で実施される、前記特許請求の範囲記載の方法。
2、前記(b)の加熱工程が180〜210℃の温度下
で実施される、前記第1項記載の方法。
3.前記(b)の加熱工程が190〜210℃の温度下
で実施される、前記第2項記載の方法。
4、前記不活性ガスが窒素である、前記特許請求の範囲
記載の方法。
5、前記ポリエステルがポリ(1・4−ブチレンテレフ
タラート)である、前記特許請求の範囲記載の方法。
6、前記分岐成分がポリオールである、前記特許請求の
範囲記載の方法。
7、前記分岐成分がトリメチロールエタンである、前記
第6項記載の方法。
8、前記分岐成分がペンタエリトリットである、前記第
6項記載の方法。
9、前記分岐成分がトリカルボン酸、テトラカルボン酸
またはそれらの低級アルキルエステルである、前記特許
請求の範囲記載の方法。
10、前記分岐成分がトリメシン酸トリメチルである、
前記第9項記載の方法。
11、少なくとも3個のエステル生成基を有する分岐成
分をテレフタル酸単位の0.01〜3(モル)%の割合
で含有するポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)の
分岐共ポリエステルから成り、しかもフェノールとテト
ラクロルエタンとの60:40混合物中における溶液と
して30℃で測定した場合に約1.05dll?以上の
固有粘度を有する高融解粘度のポリエステルを製造する
ため、(a)約0.5〜約LOdl/?の固有粘度を有
する対応ポリエステルを固体粒子状態に変え、それから
(b)固有粘度の所望の増大が得られるまで前記ポリエ
ステルの固体粒子を不活性ガスおよび少量の1・4−ブ
タンジオールの存在下で150℃より高くかつ前記ポリ
エステルの融点より低い温度に加熱することを特徴とす
る型態重合方法。
[2,ポリ(1・4−ブチレンテレフタラート)および
少なくとも3個のエステル生成基を有する分岐成分をテ
レフタル酸単位の0.01〜3(モル)%の割合で含有
するそれの分岐共ポリエステルの両者中から選ばれ、し
かも約1.05dll ?以上の固有粘度を有する高融
解粘度のポリエステルを製造するための型態重合に際し
、少量の1・4−ブタンジオールを含有する不活性ガス
を型態重合区域内へ供給することによってゲル土族を防
止する方法。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ポリ(l・4−ブチレンテレフタラート)および少
    なくとも3個のエステル生成基を有する分岐成分をテレ
    フタル酸単位のo、oi〜3(モル)%の割合で含有す
    るそれの分岐共ポリエステルの両者中から選ばれ、しか
    もフェノールとテトラクロルエタンとの60:40混合
    物中における溶液として30℃で測定した場合に約1.
    05dll?以上の固有粘度を有する高融解粘度のポリ
    エステルを製造するため、(a)フェノールとテトラク
    ロルエタンとの60 : 40混合物中における溶液と
    して30℃で測定した場合に約0.1〜約1.0dll
    ?の固有粘度を有する対応ポリエステルを固体粒子状態
    に変え、それから(b)固有粘度の所望の増大が得られ
    るまで前記ポリエステルの固体粒子を不活性ガスおよび
    少量の1・4−ブタンジオールの存在下で150℃より
    高くかつ前記ポリエステルの融点より低い温度に加熱す
    ることを特徴とする型態重合方法。
JP50015520A 1974-02-07 1975-02-07 ポリ(1,4−ブチレンテレフタラ−ト)の固態重合法 Expired JPS5851017B2 (ja)

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