【実施例】
【0044】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例及び比較例で得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットの物性は以下の方法で測定した。
【0045】
(1)ジエチレングリコール共重合量の定量
試料をフラスコに精秤し、モノエタノールアミンで加水分解する。過剰のモノエタノールアミンをテレフタル酸で中和し1,6-ヘキサンジオールを内部標準として、GC(ガスクロマトグラフィー)により定量する。この分析方法で定量されたジエチレングリコール量を、用いたサンプル量で割った値をジエチレングリコールの共重合量(wt%)とする。
【0046】
(2)固有粘度(IV)の測定
固有粘度は、ポリエチレンテレフタレート樹脂0.5gをテトラクロロエタン/フェノール=50/50(wt%/wt%)混合溶液100ml中に加熱溶解した後、冷却して25℃で測定された溶液粘度から算出した。
【0047】
(3)微結晶サイズの測定
前記記載の方法で測定した。
【0048】
(4)アセトアルデヒドの測定
試料2.0gを秤量し、フリーザーミルを用いて冷凍粉砕する。粉砕試料は窒素置換したバイアル瓶に投入、さらに内部標準物質(アセトン)と水を入れて密栓する。バイアル瓶は120±2℃の乾燥機で1時間加熱した後、上澄み液をガスクロマトグラフィーに注入し測定した。
【0049】
(5)ヘイズの測定
ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを、真空乾燥機を用いて150℃、15時間乾燥した。乾燥後の樹脂ペレット中の水分量は40ppm以下であった。乾燥したポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを、スクリューフィーダを用い、5×10
-3m
3/時間に相当する回転数でフィードし(株)名機製作所射出成形機M70Bを用いて、シリンダー設定温度295℃、成形サイクル70秒、スクリュー回転数120rpm、計量18秒で成形して、段付角板状の成形品を得た。段付角板状成形体は、
図1に示すような形状を有しており、A部の厚みは約6mm、B部の厚みは約4mm、C部の厚みは約2mm、D部の厚さは約7mm、E部の厚さは約5mm、F部の厚さは3mm、重量は75gである。
【0050】
射出成形開始後、11個目〜15個目の成形品について、スガ試験機(株)製ヘイズメーター(HZ−V3)を用いて、成形品の5mm厚さ部(E部)のヘイズを測定し、5枚の平均値を5mmヘイズとして示した。
【0051】
(6)耐熱性の評価
上記ヘイズの測定と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを乾燥し、住友重機械工業製SE-180射出成形機により樹脂温度295℃でプリフォームを成形した。このプリフォームの口栓部を自家製の口栓部結晶化装置で加熱結晶化させた後、コーポプラスト社製BLOWMAX6E延伸ブロー成形機を用いて二軸延伸ブロー成形し、引き続き約150℃に設定した金型内で1.5秒間熱固定し、500mlの中空成形容器を得た。中空成形容器を40℃、95%RH雰囲気で3日間保管した後の容量(A)と40℃、95%RH雰囲気で3日間保管した後さらに87℃の熱水を充填し、キャップをした状態で23℃の室温下10分間保持し、次いで23℃の水槽に1時間保持した後の容量(B)の比から体積収縮率(|1−B/A|×100)を計算した。体積収縮率が2%以下の場合を○、2.1〜3%の場合を△、3.1%以上の場合を×とした。
【0052】
(7)可塑化下限温度
上記方法により得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを170℃の除湿エアを用いて4時間乾燥を行い、その含有水分量を50ppm以下に調整した。乾燥した樹脂ペレットを住友重機械工業社製SE180DU−C150射出成形機に投入し、シリンダー設定温度を295℃、スクリュウ回転数を150rpm、サイクルタイム25秒に設定し成形を行った。プリフォームは、1ショットに4個得られ、それぞれの重量は28gである。プリフォームの外観を観察し、未溶融による白化物の有無を確認し、白化が認められなければシリンダーの設定温度を5℃低減させ成形を行い、再びプリフォームの白化の有無を確認した。この操作をプリフォームの白化が見られるまで繰り返し、(プリフォームの白化が見られたときのシリンダーの設定温度)+5℃を可塑化下限温度とした。
【0053】
(8)成形品アセトアルデヒドの測定
上記方法により得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを、ヘイズの測定と同様の方法で乾燥した。乾燥したポリエチレンテレフタレートを、住友重機械工業製SE-180DU−C150射出成形機を用いて、シリンダー設定温度を上記で求めた可塑化下限温度とし、成形サイクル25秒、スクリュー回転数150rpm、軽量5秒で成形してプリフォームを得た。プリフォームは、1ショットに4個得られ、それぞれの重量は28gである。
【0054】
成形開始後20個目の成形品について、試料2.0gを秤量し、フリーザーミルを用いて冷凍粉砕する。粉砕試料は窒素置換したバイアル瓶に投入、さらに内部標準物質(アセトン)と水を入れて密栓する。バイアル瓶は120±2℃の乾燥機で1時間加熱した後、上澄み液をガスクロマトグラフィーに注入し測定した。
【0055】
〔実施例1〕
〔ポリエチレンテレフタレート樹脂および樹脂ペレットの製造〕
第1、第2、第3、第4および第5の反応器が槽型であり、また第6の反応器が二軸回転式の横型反応器からなる連続重縮合装置を用いて、以下のとおり操作して連続重合を行い、ポリエチレンテレフタレート樹脂を製造した。
【0056】
予め3750重量部の反応液が滞留されており、攪拌下255℃で窒素雰囲気下に0.17MPaGの条件下に維持された第1反応器に、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール520重量部を混合して調製されたスラリーと毎時酸化マグネシウム(和光純薬工業、平均粒径0.05μm、純度99.9%)0.055部とエチレングリコール55部を混合して調製されたスラリーとテトラエチルアンモニウム20%水溶液0.03重量部を連続的に供給し、第1段目のエステル化反応を行った。この第1段目のエステル化反応においては、203重量部の水と3重量部のエチレングリコールとの混合液が留去された。また、この第1段目のエステル化反応物は、平均滞留時間が2.0時間になるように制御され、連続的に攪拌下260℃で0.08MPaGの条件下に維持された第2反応器に導かれた。
【0057】
この反応器2においては、毎時0.49重量部の二酸化ゲルマニウムと49重量部のエチレングリコールとの均一溶液(非晶性GeO
2をエチレングリコールに加熱溶解してGeO
2濃度1重量%として使用)が連続的に供給されるとともに、毎時84重量部の水と7重量部のエチレングリコールとの混合液が連続的に留去されて、第2段目のエステル化反応が継続された。また、この第2段目のエステル化反応物は、平均滞留時間が2.0時間になるように制御され、連続的に攪拌下265℃で常圧の条件下に維持された第3反応器に導かれた。
【0058】
この第3反応器においては、毎時1.23重量部のトリメチルホスフェートと22重量部のエチレングリコールとが混合された均一溶液が連続的に供給されるとともに、毎時21重量部の水と38重量部のエチレングリコールとの混合液が連続的に留去され、第3段目のエステル化反応が継続された。
【0059】
この第3段目のエステル化反応物も平均滞留時間が2.0時間となるように制御され、連続的に攪拌下275℃で9kPa absに維持された第4反応器に導かれた。この第4反応器においては、毎時62重量部のエチレングリコールと6重量部の水との混合物が連続的に留去されて第1段目の重縮合反応が行われた。また、この第1段目の重縮合反応物は、平均滞留時間が1.0時間となるように制御され、連続的に攪拌下280℃で0.7kPa absに維持された第5反応器に導かれた。
【0060】
この第5反応器においては、毎時26重量部のエチレングリコールと3重量部の水との混合液が連続的に留去されて第2段目の重縮合反応が継続された。また、この第2段目の重縮合反応物は、平均滞留時間が1.0時間になるように制御され、連続的に280℃〜285℃で0.1〜0.3kPa absの条件下に維持された横型二軸回転式反応槽である第6反応器に導かれた。この第6反応器においては、毎時12重量部のエチレングリコールと1重量部の水との反応液が連続的に留去されて第3段目の重縮合反応が継続された。また、この第3段目の重縮合反応物は、平均滞留時間が2.5時間となるように制御され、連続的にポリエステル抜き出し装置によって、反応器外にストランド状で抜き出され、水中に浸漬されて冷却された後、ストランドカッターによってチップ状に裁断された。
以上の液相重合によって得られたポリエチレンテレフタレート樹脂のIVは0.59dl/gであった。
【0061】
さらに、その液相重合によるポリエチレンテレフタレート樹脂は、窒素雰囲気下約150℃で約2時間乾燥するとともに結晶化を行った後、塔型の固相重合器に装填し、窒素雰囲気下225℃で10時間固相重合を行った。このようにして得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットのIVは0.80dl/g、ジエチレングリコール(DEG)は0.9重量%、微結晶サイズは62Å、成形品の5mmヘイズは5%、ボトル耐熱性は○であり、可塑化下限温度は285℃であった。
【0062】
〔実施例2〕
実施例1の第1反応器において、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール547重量部を混合して調製されたスラリーと毎時酸化亜鉛(和光純薬工業、酸化亜鉛、平均粒径0.02μm、純度99.9%)0.028部とエチレングリコール28部のスラリーに変更した以外は、実施例1と同様にしてポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表1に示す。
【0063】
〔実施例3〕
実施例1において、第1反応器において、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール547重量部を混合して調製されたスラリーと毎時酸化マグネシウム(和光純薬工業、酸化マグネシウム、平均粒径0.2μm、純度99.9%)0.028部とエチレングリコール28部のスラリーに変更し、固相重合時間を6.5時間に変更した以外は実施例1と同様にしてポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表1に示す。
【0064】
〔実施例4〕
実施例1において、結晶化温度を170℃へ変更した以外は、実施例1と同様の方法の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表1に示す。
【0065】
〔実施例5〕
〔固体状チタン化合物の調製〕
1000mlガラス製ビーカーに脱イオン水500mlを秤取し、氷浴にて冷却した後攪拌しながら四塩化チタン5gを滴下した。塩化水素の発生が止まったら氷浴より取り出し、攪拌しながら25%アンモニア水を滴下し、液のpHを8にした。生成したチタン水酸化物の沈殿は2500回転、15分間の遠心沈降で上清と分離した。その後、得られたチタン水酸化物の沈殿を脱イオン水で5回洗浄した。洗浄後の固液分離は2500回転、15分間の遠心沈降で行った。洗浄後のチタン水酸化物を70℃、1.3kPa abs、18時間の減圧乾燥で水分を除去し、固体状チタン化合物を得た。得られた固体状チタン化合物は重縮合触媒と使用する前に10μm程度の粒子に粉砕した。
【0066】
このようにして得られた固体状チタン化合物の付着水分量をカールフィッシャー水分計により測定したところ、6.7重量%の水分を含有していることがわかった。また熱重量測定により加熱減量を測定したところ、280℃までに当初重量の7.50重量%、280℃から600℃までにさらに2.17重量%が減量し、この減量は水分および窒素化合物の脱離によるものであることが分かった。触媒に含まれる窒素は1.3重量%であり、塩素は14ppmしか含まれていないことから、窒素は塩化アンモニウムに由来するものではなく、アンモニアに由来するものであると考えられる。これらのことから、得られた固体状チタン化合物はチタン対水酸基がモル比で1:0.15であることがわかった。なお、窒素は微量全窒素分析装置(化学発光法)で、塩素はクロマトグラフィーで分析し、それぞれアンモニア、塩化水素として脱離するとして計算した。
ICP測定装置を使用して測定した溶液中のチタンの含有量は、30重量%であった。
【0067】
(ポリエチレンテレフタレート樹脂および樹脂ペレットの製造)
第1、第2、第3、第4および第5の反応器が槽型であり、また第6の反応器が二軸回転式の横型反応器からなる連続重縮合装置を用いて、以下のとおり操作して連続重合を行い、ポリエチレンテレフタレート樹脂を製造した。
【0068】
予め3750重量部の反応液が滞留されており、攪拌下255℃で窒素雰囲気下に0.17MPaGの条件下に維持された第1反応器に、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール579重量部を混合して調製されたスラリーを連続的に供給し、第1段目のエステル化反応を行った。この第1段目のエステル化反応においては、203重量部の水と3重量部のエチレングリコールとの混合液が留去された。また、この第1段目のエステル化反応物は、平均滞留時間が2.0時間になるように制御され、連続的に攪拌下260℃で0.08MPaGの条件下に維持された第2反応器に導かれた。
【0069】
この反応器2においては、毎時0.165重量部の上記で調製した固体状チタン化合物と54重量部のエチレングリコールとのスラリーが連続的に供給されるとともに、毎時84重量部の水と7重量部のエチレングリコールとの混合液が連続的に留去されて、第2段目のエステル化反応が継続された。また、この第2段目のエステル化反応物は、平均滞留時間が2.0時間になるように制御され、連続的に攪拌下265℃で常圧の条件下に維持された第3反応器に導かれた。
【0070】
この第3反応器においては、毎時0.06重量部の85%リン酸と0.3重量部のエチレングリコールとが混合された均一溶液が連続的に供給されるとともに、毎時21重量部の水と38重量部のエチレングリコールとの混合液が連続的に留去され、第3段目のエステル化反応が継続された。
【0071】
この第3段目のエステル化反応物も平均滞留時間が2.0時間となるように制御され、連続的に攪拌下275℃で9kPa abs に維持された第4反応器に導かれた。この第4反応器においては、毎時62重量部のエチレングリコールと6重量部の水との混合物が連続的に留去されて第1段目の重縮合反応が行われた。また、この第1段目の重縮合反応物は、平均滞留時間が1.0時間となるように制御され、連続的に攪拌下280℃で0.7kPa absに維持された第5反応器に導かれた。
【0072】
この第5反応器においては、毎時26重量部のエチレングリコールと3重量部の水との混合液が連続的に留去されて第2段目の重縮合反応が継続された。また、この第2段目の重縮合反応物は、平均滞留時間が1.0時間になるように制御され、連続的に280℃〜285℃で0.1〜0.3kPa absの条件下に維持された横型二軸回転式反応槽である第6反応器に導かれた。この第6反応器においては、毎時12重量部のエチレングリコールと1重量部の水との反応液が連続的に留去されて第3段目の重縮合反応が継続された。また、この第3段目の重縮合反応物は、平均滞留時間が2.5時間となるように制御され、連続的にポリエステル抜き出し装置によって、反応器外にストランド状で抜き出され、水中に浸漬されて冷却された後、ストランドカッターによってチップ状に裁断された。
以上の液相重合によって得られたポリエチレンテレフタレート樹脂のIVは0.59dl/gであった。
【0073】
さらに、その液相重合によるポリエチレンテレフタレート樹脂は、窒素雰囲気下約150℃で約2時間乾燥するとともに結晶化を行った後、塔型の固相重合器に装填し、窒素雰囲気下225℃で13時間固相重合を行い、ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを得た。結果を表1に示す。
【0074】
〔実施例6〕
実施例5の第1反応器において、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール593重量部を混合して調製されたスラリーした以外は、実施例5と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表1に示す。
【0075】
〔実施例7〕
実施例5の固相重合時間を16時間に変更した以外は、実施例5と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表1に示す。
【0076】
〔実施例8〕
実施例5の第1反応器において、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール524重量部を混合して調製されたスラリーと毎時酸化マグネシウム(和光純薬工業、酸化マグネシウム、平均粒径0.05μm、純度99.9%)0.055部とエチレングリコール55部のスラリーに変更した以外は、実施例5と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表1に示す。
【0077】
【表1】
【0078】
〔比較例1〕
実施例1の第1反応器において、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール575重量部を混合して調製されたスラリーを連続的に供給し、酸化マグネシウムスラリーを添加せず、その他は実施例1と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットは微粒子を添加していないため、微結晶サイズが大きく可塑化下限温度が高くなった。
【0079】
〔比較例2〕
実施例1の方法にて、酸化マグネシウムの粒径(タテホ化学工業、酸化マグネシウム、平均粒径0.5μm、純度99.9%)を変更した以外は、実施例1と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。微粒子径が大きいため、ヘイズ値が上昇した。
【0080】
〔比較例3〕
実施例1の方法にて、第1反応器において、毎時高純度テレフタル酸1437重量部およびエチレングリコール300重量部を混合して調製されたスラリーと毎時酸化マグネシウム(タテホ化学工業、酸化マグネシウム、平均粒径0.5μm、純度99.9%)0.275重量部およびエチレングリコール275重量部を混合して調製されたスラリーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットは微粒子添加量が多いため、ヘイズ値が上昇した。
【0081】
〔比較例4〕
実施例1の方法にて、固相重合における結晶化の温度を190℃へ変更した以外は、実施例1と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットは結晶化温度が高いため、微結晶サイズが大きくなり可塑化下限温度が上昇した。
【0082】
〔比較例5〕
実施例1の方法において、第1反応器にジエチレングリコールを12重量部添加した以外は、実施例1と同様の方法で、ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットはジエチレングリコール濃度が高いため、ボトル耐熱性が低下した。
【0083】
〔比較例6〕
実施例1の方法において、液相重合後のIVが0.70dl/gとなるよう重合し、固相重合時間を4時間に変更した以外は、実施例1と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットは微結晶サイズが小さすぎ、成形機シリンダー内でペレット同士が融着し塊となるため、成形温度を高めに設定して可塑化した。
【0084】
〔比較例7〕
実施例1の方法において、固相重合温度を200℃に変更し、固相重合時間を20時間に変更した以外は実施例1と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットは微結晶サイズが小さすぎ、成形機シリンダー内でペレット同士が融着し塊となるため、成形温度を高めに設定して可塑化した。
【0085】
〔比較例8〕
〔触媒の調製〕
1000mlガラス製ビーカーに脱イオン水500mlを秤取し、氷浴にて冷却した後、撹拌しながら四塩化チタン5gを滴下した。塩化水素の発生が止まったら氷浴より取り出し、室温下で撹拌しながら25%アンモニア水を滴下し、液のpHを9にした。これに、室温下で攪拌しながら15%酢酸水溶液を滴下し、液のpHを5にした。生成した沈殿物を濾過により、分離した。洗浄後の沈殿物を、30重量%エチレングリコール含有水でスラリー濃度2.0重量%のスラリーとして30分間保持した後、二流体ノズル式のスプレードライヤーを用いて温度90℃で造粒乾燥を行い、固体状チタン化合物を得た。
【0086】
ICP分析法により測定した固体状チタン化合物中のチタンの含有量は、34.8重量%であった。次に、300mlガラス製フラスコにエチレングリコール170gとグリセリン30gを秤取し、これに上記固体状チタン化合物を5.75g添加し、170℃で2時間加熱して溶解させた。ICP分析法により測定した溶液中のチタンの含有量は、1.0重量%であった。
【0087】
〔ポリエチレンテレフタレート樹脂および樹脂ペレットの製造〕
比較例1の第2反応器において、酸化ゲルマニウム溶液の替りに上記で調合したチタン触媒溶液を1.67重量部添加した以外は、比較例1と同様の方法でポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを調製した。結果を表2に示す。得られたポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットは微結晶サイズが大きく、可塑化下限温度が上昇した。
【0088】
【表2】