JPS62199617A - ポリブチレンテレフタレ−ト系重合体の製造法 - Google Patents

ポリブチレンテレフタレ−ト系重合体の製造法

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JPS62199617A
JPS62199617A JP4257886A JP4257886A JPS62199617A JP S62199617 A JPS62199617 A JP S62199617A JP 4257886 A JP4257886 A JP 4257886A JP 4257886 A JP4257886 A JP 4257886A JP S62199617 A JPS62199617 A JP S62199617A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はポリブチレンテレフタレート(以下、PBTと
いう)の製造方法、ざらに詳しくはテレフタル酸(以下
、TPAという)と1,4−ブタンジオール(以下、B
Gという)との直接重合方法(以下、直重法という)に
おいて、新規触媒の適用による濁りの少ないPBTの製
法に関する。
[従来技術] 一般に、PBTの製造法としてはポリエチレンテレフタ
レート(以下、PETという)の場合と同様にTPAの
アルキルエステル、特にジメチルテレフタレートとBG
とのエステル交換反応を経由する重合方法と、TPAと
BGとのエステル化の後、重合する、所謂直重法とが知
られているが、前者は工程の迂回に伴う経済性の低下が
あり、一方接者にはBGがテトラヒドロフランに転化し
易く、PETとして好適な製造条件であってもPBTの
エステル化ないし重縮合反応には全く適合しないところ
があった。
PBTのかかる問題に対して、これまでも数多くの提案
が為されてきた。そしてその多くはTPAとBGとのエ
ステル化反応触媒として有機チタン化合物(特開昭48
−47594号公報)、有機スズ化合物(特公昭55−
34829号公報)、あるいは有機チタン化合物と有機
スズ化合物との併用(特公昭55−30010@公報)
等であった。
しかしながら、TPAとBGとの反応による直接エステ
ル化反応では、反応水が生成し、また反応場が酸性なる
が故にBGの脱水環化反応によってテトラヒドロフラン
(以下、THFという)と共に水が生成する。
チタン酸エステルに代表される有機チタン化合物はその
エステル化反応に対する優れた触媒活性を有する反面、
水によって容易に加水分解を受け。
かつ失活し易いという本質的な欠点を有するため、前記
した反応の場にあっては触媒活性に持続性が保てず、エ
ステル化反応のみならず、引続き行なわれる重縮合反応
過程では失活弁に見合う触媒を補填する等の煩雑な手段
が新たに必要となった。
該エステル化反応の前半と後半とに有機チタン化合物を
分割添加する等(特開昭49−57092号公報)もそ
の−例でおる。
チタン酸エステル触媒がエステル化反応または重縮合反
応過程で生成する水によって加水分解されて失活した触
媒残渣は、エステル化生成物または重合体中に不溶化し
、溶融状態の重合体にあっては透明性の悪化、溶液状態
の重合体にあっては溶液へイズの悪化となってあられれ
る。かかる重合体中の不溶化物は時に異物となり、それ
が著しい場合には成形物または糸に対して強度斑ないし
強度低下の原因となるなどの問題を有していた。
ここでTPAとBGとのエステル化反応触媒として公知
のチタン酸エステル、例えば T、(OR>4 (ここでRはアルキル基)で示される
テトラアルキルチタネートの問題点を具体的に説明する
と、通常TPAとBGとのエステル化反応は前記特開昭
48−47594号公報にも示されているように、BG
/TPA (モル比)が1.2〜3゜0において行なう
ことができるが、実際には前記テトラアルキルチタネー
ト触媒を用いると、BG/TPA (モル比)が大きい
場合にはエステル化反応速度も大きく、また得られるポ
リマの透明性も優れているが、BGの分解による副生T
HFの生成が著しく増加するようになる。一方、BG/
TPA(モル比)が小ざい場合にはエステル化反応性が
悪化する。しかもポリマの透明性も低下し、特にBG/
TPA (モル比)が1.8以下になると透明性の低下
が顕著である。
また直重法の一原料であるTPAの製造法として、より
経済的に有利な方法が種々提案されているが、近年その
多くがp−キシレンの空気酸化を基礎とした方法によっ
て製造され、このTPA中には、その製造工程で混入し
てくる酢酸を含有するため、充分に精製されるが、精製
後においても約0.003〜0.3重量%程度の酢酸が
残留するのが普通でおる。
他方、PBTは、前述したように、TPAIモルにつき
1.2〜3.0モルの過剰量のBGを用い、かつ触媒と
して有機チタン化合物を使用してエステル化し、得られ
たBHBTを高温、高真空下で重縮合する方法によって
製造される。ここで経済的観点から、エステル化工程で
過剰に使用されるBGは重縮合反応で留出、回収される
のが普通である。従って、PBTの製造原料の一部にこ
の回収BGを循環再使用することの工業的または商業的
意義は極めて大きい。
しかしながら、このエステル化工程で前記酢酸を含有す
るTPAを使用する場合には、酢酸が容易にBGと反応
してBGのモノアセテートと少量のジアセテート化合物
、即ち酢酸のグリコールエステルに転化する。この酢酸
のグリコールエステルとBGとはその沸点が極めて近接
しているため、BGの回収において、両者を容易に分離
することができない。従って、回収BGをそのまま原料
として使用すれば、回収BG中には酢酸および/または
酢酸のグリコールエステル成分が当然蓄積されてくる。
このような酢mおよびそのグリコールエステルを含有す
るBGを原料としてエステル化に供給すると、エステル
化およびそれに続く重縮合反応が著しく遅延し、極端な
場合にはエステル化反応が完結しないことさえあり、こ
のことがPBT製造の経済性を著しく損うのみならず、
ポリマの品質を低下させることが判明した。かかるエス
テル化反応の遅延現像の理由は明らかではないが、Pa
T合成反応の触媒として有効、かつ広く使用されている
チタン系化合物は、酢酸等の存在下に生成した水によっ
てそれ自身の加水分解が促進され、触媒活性が失活する
ことが主な原因と考えられる。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、TPAを主とするジカルボン酸とBG
を主とするグリコールとから、濁りの少ない高品質PB
Tの工業的製造法を提供するにある。また他の目的は、
酢酸を含有するTPA並びに酢酸および/またはそのグ
リコールエステルを含有するBGを原料として濁りの少
ないPBTの工業的製造法を提供するにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の上記目的は、TPAを主とするジカルボン酸成
分と、BGを主とするグリコール成分とからエステル化
反応、及び重縮合反応を経由してポリブチレンテレフタ
レートを製造するに際し、下記一般式(I>で示される
チタン酸エステル、及び一般式(II)で示されるアル
カノールアミンを添加することを特徴とするポリブチレ
ンテレフタレート系重合体の製造法。
(R10) nT i (OR2)a−n ・−−−−
・(I )ここで、R1、R2は炭素数1から10の脂
肪族、脂環族、芳香族炭化水素、nは1から3の数字(
小数を含む)である。
ここで、L1、12.L3は水素原子、アルキル基、ア
リル基、もしくは−X−OHを示し、L1〜L3のうち
少なくとも1つは−X−OHであり、Xは01〜C6の
脂肪族炭化水素残基でおる。
によって達成することができる。
以下、本発明の構成を具体的に説明する。
本発明におけるジカルボン酸としては、少なくとも50
モル%が丁PAであり、該TPAには、通常のTPAは
もちろん、0.3M量%以下、0゜01重量%以上の酢
酸を含有するものも使用される。該TPA以外のジカル
ボン酸としては、例えばイソフタル酸、ナフタリンジカ
ルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルエタン
ジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、セバ
シン酸、蓚酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、
ドデカンジオン酸、アジピン酸などの芳香族、脂肪族、
脂環族ジカルボン酸のような共重合成分を50モル%未
満の量使用することができるが、これらに限定されるも
のではない。
また、グリコール成分としては、少なくとも50モル%
がBGであり、BG塩以外グリコール成分としては、例
えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエ
チレングリコール、トリメチレングリコール、1.6−
ヘキサングリコール、シクロヘキサン1,4−ジメチノ
ール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコ
ール、ポリテトラメチレングリコール、およびこれらの
変性物などを50モル%以内で用いることができる。
これらBGを主としたグリコール成分は、TPAを主と
したジカルボン酸成分に対するモル比として、1.8以
下、好ましくは1.05〜1.7の範囲がよい。1.8
を越えるとBGの分解による副生THEが多量に生成し
、原料コストの上昇など経済性が損われるので好ましく
ない。
本発明におけるエステル化または重縮合反応触媒として
は、前記(I)式で示されるチタン酸エステルで、具体
的にはチタン酸のメチルエステル、テトラ−n−プロピ
ルエステル、テトライソプロピルエステル、テトラ−n
−ブチルエステル、テトライソブチルエステル、テトラ
−tert−ブチルエステル、シクロヘキシルエステル
、フェニルエステル、ベンジルエステル、トリルエステ
ル、あるいはこれらのアルキル混合エステル等でおる。
これらのうち、特にテトラ−n−プロピルエステル、テ
トライソプロピルエステル、テトラ−n−ブチルエステ
ルが好ましい。
これらのチタン酸エステルは、一種もしくは二種以上を
組み合せて用いてもよく、またエステル化1重縮合反応
時に同一種または異種の有機チタ ・ン化合物を用いて
もよく、ざらに該有機チタン化合物を適当な有機溶剤と
一緒に添加するのもよい。
この場合の有機溶剤には通常エタノール、イソプロパツ
ール、n−プロパツール、n−ブタノール、i−ブタノ
ール、2−エチルヘキサノール、エチレングリコール、
BGなどが用いられる。
また該チタン酸エステルの添加量は最終的に得られるポ
リマに対し通常0.005〜0.5重量%、好ましくは
0.01〜0.2重量%である。
さらに該チタン酸エステルの添加時期は、エステル化反
応前の一括添加、あるいは反応途中の分割添加であって
もよい。
かかるチタン酸エステルと共に併用される一般式(■)
゛で示されるアルカノールアミンには、例えば、モノエ
タノールアミン、ジェタノールアミン、トリエタノール
アミン、2−メチルアミンエタノール、2−エチルアミ
ノエタノール、2−ブチルアミノエタノール、2−ジメ
チルアミノエタノール、2−ジエチルアミノエタノール
、2−ジブチルアミノエタノール、N−メチルジェタノ
ールアミン、N−エチルジェタノールアミン、N−ブチ
ルジェタノールアミン、アミノプロパツール、ジメチル
アミツブロバノール、2−アミノブタノール、ジエチル
アミノペンチン−2−オール−4、トリイソプロパツー
ルアミン、2−アミノ−2−メチルプロパツール、ジシ
クロへキシルアミツブロバノール、ジフェニルアミノエ
タノール等がある。これらのうち、特に脂肪族系アルカ
ノールアミンを中心としたものが好ましく、ジェタノー
ルアミン、トリエタノールアミン、N−メチル−ジェタ
ノールアミン等が特に好ましい。
これらのアルカノールアミン 二種以上を組み合せて用いてもよく、またエステル化,
重縮合反応時に同一種または異種のアルカノールアミン
を用いてもよく、ざらに該アルカノールアミンをBG等
の適当な有機溶剤と一緒に添加するのもよい。
該アルカノールアミンの添加量は最終的に得られるポリ
マに対し通常0.005〜0.5重量%、好ましくは0
.01〜0.2重量%である。
また該アルカノールアミンの添加時期は、エスチル化反
応前の一括添加、あるいは反応途中の分割添加であって
もよいが、濁りの少ないPBTを得るためには反応系内
において前記(I>式で示されるチタン酸エステルが存
在する場合には、必ず前記一般式(n)で示されるアル
カノールアミンの相当量が存在するように添加時期を考
慮する必要がある。
なお、ここで所望とあれば、前記(I)式で示されるチ
タン酸エステル、及び一般式(II)で示されるアルカ
ノールアミンと一緒に、公知の反応触媒も併用できるが
、特に本発明においてエステル化時に添加するチタン酸
エステルには有機スズ化合物、例えば。
(Rはアルキル、またはアリール基、Xlはアルキル、
アリール、アシルオキシ、シクロアルキル、ヒドロオキ
シ、ハロゲンからなる群から選ばれる1価の基、また×
2は酸素、または硫黄)で示されるスズ化合物等を組み
合せて用いると、ポリマの透明化効果が一層優れ、また
BGの分解によるTHEの生成も著しく抑制される。こ
の時、本発明におけるチタン化合物と該スズ化合物との
比率はS。/Ti  (原子比>0.05〜2.0の範
囲内において特に効果的である。該スズ化合物の有する
ポリマの透明化効果はBGのTHFへの転化を押え、水
の生成を減少せしめる結果として説明される。
本発明の実施に当って、エステル化反応温度は180〜
240℃の範囲で行なうのがよく、エステル化反応開始
時から該反応が完結するまでの間。
一定温度で行なってもよく、また反応を開始してから随
時反応温度を上昇させる方法を採ってもよい。
ここでエステル化反応が完結するとは、エステル化反応
率が約95%以上に達した時点をいう。
またエステル化反応圧力は、通常200〜76Q m1
llH(Jの範囲で行なわれるが、BGの分解を押える
上からエステル化反応を減圧状態で行なうと一層効果的
でおる。
ざらに同様の目的でTPAを主とするジカルボンM1モ
ルに対して、0.4〜1.3モルの8Gを添加してエス
テル化反応を開始し、しかる後必要口のBGを追添加し
てエステル化反応を完結せしめ、次いで重縮合せしめる
ことを行なってもよい。
なお、この場合の反応圧力は弱減圧状態から開始し、反
応の途中から減圧度を高める方法を用いるのが通例であ
る。
エステル化反応生成物は引続き重縮合反応せしめるが、
該方法は通常のPBTの製造に用いられる重縮合条件を
そのまま適用すればよい。従って、この際必要に応じて
他の重縮合用触媒、艶消剤、蛍光増白剤、安定剤、紫外
線吸収剤、難燃化剤、帯電防止剤、結晶核剤などを添加
できるのは勿論である。
[発明の効果] 本発明は直重法PBHの製造のように、就中水の多い反
応の場にあって耐加水分解性とエステル化反応活性とい
う背反的効果を有する系において、前記チタン酸エステ
ルと、アルカノールアミンとの併用により、BG/TP
Aモル比が1.8以下という、比較的小さい範囲におい
て濁り度の著しく小さいPBTを与えることができる。
またPBTの主原料であるTPA中にチタン化合物の加
水分解を促進せしめる酢酸を含有するものであっても、
本発明における如きチタン酸エステルと、アルカノール
アミンとの併用により、エステル化および重縮合反応を
円滑に行なえ、しかも濁り度の著しく少ないPBTを与
えることができる。
本発明のかかる効果は、前記(1)で示されるチタン酸
エステルが本来、水と接すると速やかに作用して不溶解
物(濁り原因物質)となり易いが、(II>で示される
アルカノールアミンの添加によって、チタン酸エステル
本来の反応活性を些かも損うことなく、水に対する作用
を緩和し、不溶解物(濁り原因物質)を生成し難くする
、即ち、水に対して弱いチタン化合物を水から保護する
役割を為しているものと考えられる。その結果、チタン
酸エステル本来の優れた反応活性を低下させず、透明性
の優れたPBT系ポリマを得ることができるのである。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
なお、本例中9部とは重量部、また固有粘度とは、オル
ソクロロフェノール中25℃で測定した値、ざらに溶液
へイズとはフェノールと四塩化エタン(60:40wt
%)混合溶媒40rnlにポリマチップ5gを加熱溶解
し、該ポリマ溶液を30111111の石英セルに入れ
、積分球式へイズメータ(日本精密光学製)で測定した
実施例1 0.08重量%の酢酸を含有するTPA755部、BG
696部(BG/TPAモル比1.7)およびテトラ−
n−ブチルチタネート0.50部とジェタノールアミン
0.50部とを精留塔の付いた反応器に仕込み、180
℃で、常圧下にエステル化反応を開始し、徐々に昇温し
、最終的に230℃に到達させた。エステル化反応開始
後、3時間25分後に反応が完結した。この時の副生T
HF」は94部であった。得られた反応生成物の一部を
オートクレーブに移し、前記チタン化合物を生成ボリア
100部に対してさらに0.05部とジェタノールアミ
ン0.05部とを追添加し、245℃で徐々に減圧にし
、’l mmHg以下で重縮合反応を行わせた。3時間
35分後に固有路゛度が0.90の溶融透明性に優れた
ポリマが得られた。またポリマの溶液へイズは0.2%
であった。
比較例1 実施例1において、エステル化ないし重縮合反応触媒と
してテトラ−n−ブチルチタネートを各0゜5部添加し
、反応を実施した結果、副生T HE 95部の副生を
伴い、エステル化時間3時間45分で反応を完結した。
また重縮合時間は3時間50分であった。そして生成ポ
リマの溶融時の透明性がやや不良で、ポリマの溶液へイ
ズは8%、固有粘度は0.90であった。
実施例2 TPA (酢酸含有率0.02wt%) 529部、イ
ソフタルII(IPA)(酢酸含有率o、o3wt%)
226部およびBG327部[BG/(TPA+IPA
)モル比0.8]並びに触媒としてテトラ−n−プチル
チタネー1−0.50部、トリエタノールアミン0.5
0部、及びモノブチルスズヒドロキシド0.50部を精
留塔の付いた反応器に仕込み、180℃で、500 m
mHgの減圧下にエステル化反応を開始し、徐々に昇温
すると共にBG164部(BG/二塩基酸モル比0.4
)を連続的に追添加した。エステル化反応開始後、3時
間24分くこのときの温度は240℃)後に反応を完結
させた。
この時の反応率は98.4%であった。得られた反応生
成物の一部をオートクレーブに移し、前記チタン化合物
を生成ボリア100部に対してさらに0.05部と亜燐
酸0.02部とを添加し、245℃で徐々に減圧にし、
1 mmHg以下で重縮合反応を行わせた。3時間20
分後に固有粘度が0゜91の溶融透明性に優れたポリマ
が得られた。またポリマの溶液へイズは0.6%であっ
た。
比較例2 実施例2において、エステル化ないし重縮合反応をトリ
エタノールアミン無添加で実施した結果、エステル化時
間3時間40分、重縮合時間は3時間45分で、固有粘
度0.90のポリマが得られた。溶融状態でのポリマは
やや白濁しており、溶液へイズは12%であった。
実施例3 TPA(酢酸含有率−>、15wt%)755部、BG
614部(BG/TPAモル比1.5)にテトラ−n−
ブチルチタネート0.90部、トリエタノールアミン0
.90部、及びモノブチルヒドロキシスズオキサイド0
.6部を精留塔の付いた反応器に仕込み、実施例1と同
様にエステル化反応を行わせた。エステル化反応開始後
、3時間15分後に反応が完結した。得られ・た反応生
成物の一部をオートクレーブに移し、前記チタン化合物
とフルカノールアミンを生成ボリア100部に対して各
々0.05部、リン酸0.01部を添加し、実施例1と
同様に重縮合反応を行わせた。3時間27分後に固有粘
度が0.91の溶融透明性に優れたポリマが得られた。
またポリマの溶液へイズは0゜5%であった。
比較例3 実施例3において、エステル化ないし重縮合反応をトリ
エタノールアミン無添加で実施した結果、エステル化反
応は反応開始後4時間15分後に完結した。生成物の一
部をオートクレーブに移し、テトラ−ロープチルチタネ
ート、及びリン酸を生成ボリア100部に対し夫々0.
05部、及び0゜01部添加し、実施例3と同様に重縮
合反応を行なった。4時間5分後に固有粘度0.90の
ポリマが(qられた。ポリマの溶液へイズは14%であ
った。
実施例4 TPA (酢酸含有率0.15wt%)1132部、実
施例3で得られた重縮合留出液(BG86.1%、酢酸
とBGとのエステル1.6%、水6.3%およびTHF
5.9%からなる混合物)175部及びBG840部に
テトラ−n−ブチルチタネート1.40部、!・リエタ
ノールアミン1.40部。
及びモノブチルヒドロキシスズオキサイド0.90部を
精密基材き反応器に仕込み、実施例3と同様の条件下に
エステル化を行い、引続き実施例3と同様の条件下に重
縮合反応を行わせた。
このように重縮合反応工程から留出されるBGを循環、
再使用する反応を10回繰り返し実施したところ、重縮
合留出液の組成はBG71%、酢酸のBGエステル14
%、水9%およびTHF6%になった。この留出液16
5部にBG780部を混合してエステル化のBG酸成分
して使用し、3時間30分のエステル化(エステル化反
応率98.3x)および3時間30分の重縮合を行わせ
、固有粘度0.91、ポリマの溶液へイズ0.8%のポ
リマが得られた。この場合のエステル化反応系に存在す
る酢酸およびそのグリコールエステルの量は酢酸換算で
1.05重量% (対TPA)であった。
比較例4 実施例4において、エステル化ないし重縮合反応をトリ
ーエタノールアミン無添加で、実施例4と同様に重縮合
反応からの留出液を循環使用する反応を10回繰り返し
実施したところ、固有粘度0゜90(ポリマの溶液へイ
ズ0.8%)のポリマを得るのに4時間25分のエステ
ル化(エステル化反応率98.0%)および4時間35
分の重縮合時間を要した。またその場合のエステル化反
応系に存在する酢酸およびそのグリコールエステルの量
は酢酸換算で1.09重量% (対重PA)、ポリマの
溶液へイズは16%であった。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)テレフタル酸を主とするジカルボン酸成分と、1
    ,4−ブタンジオールを主とするグリコール成分とから
    エステル化反応、及び重縮合反応を経由してポリブチレ
    ンテレフタレートを製造するに際し、下記一般式( I
    )で示されるチタン酸エステル、及び一般式(II)で示
    されるアルカノールアミンを添加することを特徴とする
    ポリブチレンテレフタレート系重合体の製造法。 (R_1O)_nT_i(OR_2)_4_−_n……
    ( I )ここで、R_1、R_2は炭素数1から10の
    脂肪族、脂環族、芳香族炭化水素、nは1から3の数字
    (小数を含む)である。 ▲数式、化学式、表等があります▼………(II) ここで、L_1、L_2、L_3は水素原子、アルキル
    基、アリル基、もしくは−X−OHを示し、L_1〜L
    _3のうち少なくとも1つは−X−OHであり、XはC
    _1〜C_6の脂肪族炭化水素残基である。
  2. (2)特許請求の範囲第(1)項において、アルカノー
    ルアミンが下記一般式(III)で示されるアルカノール
    アミンであるポリブチレンテレフタレート系重合体の製
    造法。 ▲数式、化学式、表等があります▼………(III) ここで、L_1、L_2、L_3は水素原子、アルキル
    基、アリル基、もしくは−CH_2CH_2−OHを示
    し、L_1〜L_3のうち少なくとも1つは−CH_2
    CH_2−OHである。
  3. (3)特許請求の範囲第(1)及び(2)項において、
    チタン酸エステル、及びアルカノールアミンの添加量が
    生成ポリマに対して各々0.005〜0.5重量%であ
    るポリブチレンテレフタレート系重合体の製造法。
  4. (4)特許請求の範囲第(1)または(2)項において
    、テレフタル酸が約0.3以下の重量%の酢酸を含有す
    るポリブチレンテレフタレート系重合体の製造法。
  5. (5)特許請求の範囲第(1)乃至(3)項において、
    テレフタル酸を主とするジカルボン酸成分と、1,4−
    ブタンジオールを主とするグリコールとのエステル化反
    応系がテレフタル酸中の不純物に由来する酢酸およびそ
    のグリコールエステルを酢酸換算でジカルボン酸単位重
    量当たり約0.01〜10重量%含有するポリブチレン
    テレフタレート系重合体の製造法。
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