説明

ポリエステル樹脂の製造方法

【課題】ポリエステル樹脂の生産性を高める。
【解決手段】ポリエステル樹脂の製造方法は、反応液中のアルコール成分と多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含む酸成分とをエステル化反応させる。(I)エステル化反応の酸基準の反応率が76〜94%且つ(II)反応液に未溶解の酸成分が存在するという条件下において、反応圧力条件を加圧から常圧乃至減圧に変更する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルコール成分と多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含む酸成分とをエステル化反応させるポリエステル樹脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリエステル樹脂は、ボトル、フィルム、繊維、トナー用バインダー等の材料として広く使用されている。
【0003】
そして、かかるポリエステル樹脂の製造方法として、特許文献1には、ビスフェノールAとテレフタル酸とを反応容器に投入し、それらを撹拌しながら反応容器を加圧状態としてエステル化反応させ、次いで、触媒を添加し、反応容器内を真空状態とすると共に反応系からジオール成分を流出させて縮重合反応させるものが開示されている。
【0004】
特許文献2には、エチレングリコールとジカルボン酸とを混合し、これらを常圧乃至加圧下でエステル化反応させ、引き続いて、得られた反応生成物を、常圧から減圧として縮重合反応させるものが開示されている。
【0005】
特許文献3には、エチレングリコールとテレフタル酸とを混合し、これらを加圧下で水を常時系外に留去しつつエステル化反応させて低次縮合物を得、次いで、これに触媒を添加して縮重合反応させるものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平6−138702号公報
【特許文献2】特許3690255号公報
【特許文献3】国際公開WO2004/111105号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の課題はポリエステル樹脂の生産性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、反応液中のアルコール成分と多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含む酸成分とをエステル化反応させるポリエステル樹脂の製造方法であって、下記(I)且つ(II)の条件下において、反応圧力条件を加圧から常圧乃至減圧に変更するものである。
【0009】
(I)エステル化反応の酸基準の反応率が76〜94%
(II)反応液に未溶解の酸成分が存在する
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、特定の条件が満たされるまでは加圧下でエステル化反応させ、その特定の条件が満たされた後に常圧乃至減圧下でエステル化反応させることにより、ポリエステル樹脂の製造において高い生産性を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施形態について詳細に説明する。
【0012】
本実施形態に係るポリエステル樹脂の製造方法は、例えば、トナー用バインダーのポリエステル樹脂を製造するものである。
【0013】
本実施形態に係るポリエステル樹脂の製造方法では、反応液中のアルコール成分と多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含む酸成分とをエステル化反応させる。そして、(I)エステル化反応の酸基準の反応率が76〜94%且つ(II)反応液に未溶解の酸成分が存在するという条件下において、反応圧力条件を加圧から常圧乃至減圧に変更する。
【0014】
このように、特定の条件が満たされるまでは加圧下でエステル化反応させ、その特定の条件が満たされた後に常圧乃至減圧下でエステル化反応させることにより、ポリエステル樹脂の製造において高い生産性を得ることができる。
【0015】
化学平衡理論からすれば、エステル化反応の場合、反応圧力条件を減圧にして脱水することにより反応が促進される。しかしながら、本実施形態に係るポリエステル樹脂の製造方法では、特定の条件が満たされるまでは加圧下でエステル化反応させることにより反応が促進される。これは、反応液に分散していた固体の酸成分がエステル化反応によって生成する水に溶解することにより、その反応性が高められるためではないかと考えられる。
【0016】
<アルコール成分>
アルコール成分としては、例えば、下記一般式(I)で表されるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が挙げられる。
【0017】
【化1】

【0018】
(式中、ROはアルキレンオキサイドであり、Rは炭素数2又は3のアルキレン基であり、x及びyはアルキレンオキサイドの平均付加モル数を示す正の数である。xとyとの和は1〜16であり、1.5〜5であることが好ましい。)
ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、ポリオキシエチレン-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンなどのRが炭素数2のエチレンオキサイド付加物、ポリオキシプロピレン-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンなどのRが炭素数3のプロピレンオキサイド付加物が挙げられる。
【0019】
その他にアルコール成分としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-ブテンジオール、2,3-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオールなどのジオール類、グリセリン、ペンタエリスリトールなどのトリオール類、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールAが挙げられる。
【0020】
これらのうち、1,2-プロピレングリコール、2,3-ブタンジオール、グリセリン、2,3-ペンタンジオール等の第2級アルコールは、反応性が低く、そのため反応時間が長くなることから、アルコール成分がこれらの第2級アルコールを含む場合には、上記のエステル化反応の促進効果は顕著となる。アルコール成分が、2,3-ブタンジオールや2,3-ペンタンジオールのように、各々、水酸基が結合すると共に相互に隣接して結合した一対の第2級炭素を有する第2級アルコール、すなわち、隣接した炭素にそれぞれ第2級水酸基が結合した第2級アルコールを含む場合には、特にエステル化反応の促進効果がより顕著となる。
【0021】
アルコール成分は、単一種を含んでいてもよく、また、複数種を含んでいてもよい。後者の場合、複数のアルコール成分を別々のステップで投入してもよい。
【0022】
<酸成分>
酸成分は、多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含む。
【0023】
多価カルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸、ドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸などの脂肪族ジカルボン酸;1,2,4-ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸などのトリカルボン酸;ピロメリット酸などのテトラカルボン酸が挙げられる。
【0024】
多価カルボン酸のエステル形成誘導体としては、例えば、上記多価カルボン酸の無水物やアルキルエステルが挙げられる。
【0025】
酸成分は、反応場において固体のものの場合に特に高い生産性を得ることができる。そのような固体の酸成分原料の体積平均粒子径は、溶解性の観点から500μm以下であることが好ましく、200μm以下であることが更に好ましい。また、微粉が少なく取扱いやすい観点から5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることが更に好ましい。
【0026】
酸成分は、単一種の多価カルボン酸又はそのエステル形成誘導体を含んでいてもよく、また、複数種の多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含んでいてもよい。後者の場合、複数種の多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を別々のステップで投入してもよい。
【0027】
酸成分は、その他に多価カルボン酸以外の酸及びそのエステル形成誘導体を含んでいてもよい。これらの酸成分として例えばロジンが挙げられる。ロジンの酸価は100〜200mgKOH/gであることが好ましく、150〜170mgKOH/gであることが更に好ましい。この場合、その他の酸成分を上記多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体の投入とは別のステップで投入してもよい。
【0028】
<アルコール成分と酸成分との仕込み割合>
アルコール成分と酸成分との仕込み割合は、アルコール成分/酸成分(モル比)=1.0〜3.0とすることが好ましく、1.05〜2.0とすることが更に好ましい。
【0029】
アルコール成分がビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物の場合には、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物と酸成分における多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体との割合は、(ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物)/(多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体)(モル比)=1.0〜3.0とすることが好ましく、1.05〜2.5とすることが更に好ましい。
【0030】
<その他の成分>
反応液は、その他に、溶剤、エステル化触媒等を含んでいてもよい。
【0031】
エステル化触媒としては、例えば、錫化合物、チタン化合物等が挙げられる。有機錫化合物としては、例えば、モノブチル錫、トリブチル錫、ジブチル錫オキシド等が挙げられる。また、無機錫としては、例えば、2-エチルヘキサン酸錫のような酸化錫を用いることが好ましい。本実施形態に係るポリエステル樹脂の製造方法では、反応速度がやや緩やかである無機錫触媒系でのエステル化反応の場合に特に高い生産性を得ることができる。
【0032】
反応液には、外部より水を液体又は水蒸気の状態で加えてもよい。水を加える時期は、エステル化反応の酸基準の反応率が50%以下である時点が好ましく、昇温工程前に加えることがより好ましい。このように水を加えることによりエステル化反応初期において反応を更に促進することができる。
【0033】
<反応温度>
反応温度は、反応速度を高める観点から200℃以上とすることが好ましく、210℃以上とすることが更に好ましく、220℃以上とすることが特に好ましい。また、副反応を抑制する観点からは260℃以下とすることが好ましく、250℃以下とすることが更に好ましく、245℃以下とすることが特に好ましい。なお、複数種のアルコール成分及び/又は複数種の酸成分を別々のステップで投入する場合には、その投入に併せて反応温度条件を変更してもよい。
【0034】
<反応圧力>
反応初期の加圧時の反応圧力は、反応液において固体の酸成分の溶解を促進する観点から、0.2MPa・abs以上とすることが好ましく、0.3MPa・abs以上とすることが更に好ましく、0.4MPa・abs以上とすることが特に好ましい。また、反応器の耐圧の観点及びエステル化の正反応速度を促進する観点からは、1.1MPa・abs以下とすることが好ましく、0.8MPa・abs以下とすることが更に好ましく、0.6MPa・abs以下とすることが特に好ましい。なお、absは絶対圧力を意味する。以下の記載ではabsの記載を省略するが、圧力の単位はいずれも絶対圧力である。
【0035】
反応初期の反応圧力条件を加圧とするために、反応器はエステル化反応が始まる前から予め後述する不活性ガスで加圧にしておくことが好ましい。特に、エステル化反応の酸基準の反応率が20%以下の条件下において不活性ガス下でエステル化反応させることが好ましく、それによりエステル化反応を更に促進することができる。
【0036】
反応終期の常圧乃至減圧時の反応圧力は、エステル化の正反応速度を促進する観点から、30KPa以下とすることが好ましく、15KPa以下とすることが更に好ましい。また、真空設備の負荷を軽減する観点から、3KPa以上とすることが好ましく、5KPa以上とすることが更に好ましい。
【0037】
本実施形態に係るポリエステル樹脂の製造方法では、以上のように、反応初期、具体的には、反応液に未溶解の酸成分が存在する期間(未溶解の酸成分が存在する全期間又は一部の期間)の反応圧力条件を加圧とし、反応終期、具体的には、未溶解の酸成分が少なくなったときに反応圧力条件を常圧乃至減圧に切り換えることにより、ポリエステル樹脂の生産において高い生産性を得ることができる。
【0038】
<圧力変更の時期>
以下では、加圧時の反応を反応I及び常圧乃至減圧時の反応を反応IIという。
【0039】
反応Iは、ほぼ一定の圧力で反応を行う定常加圧反応(反応I−a)、及び反応I−aの状態から圧力を減少させて常圧に達するまでの間に行う脱圧反応(反応I−b)からなる。なお、加圧時の反応圧力の態様は、これらの反応I−aや反応I−bに限定されるものではなく、例えば、反応圧力を経時的に増減する態様等であってもよい。
【0040】
反応IIは、常圧反応(反応II−a)、及び減圧反応(反応II−b)からなる。
【0041】
圧力変更の時期は、この反応Iから反応IIの変更時点を意味し、そして、(I)エステル化反応の酸基準の反応率が76〜94%且つ(II)反応液に未溶解の酸成分が存在するという条件が満たされる時点である。
【0042】
エステル化反応の酸基準の反応率は、反応液をサンプリングし、未反応の酸成分の酸価を分析することにより求めることができる。酸価は、JIS K0070に基づいた方法により測定することができ、また、留出した水と反応液中の水との合計量から計算して求めることもできる。
【0043】
反応液の未溶解の酸成分の有無は、反応液をサンプリングすることにより確認することにより行うことができ、また、反応液の混濁状態を反応器のサイトグラスから確認することにより行うこともできる。
【0044】
圧力変更の時期は、エステル化の正反応を促進する観点から、エステル化反応の酸基準の反応率が94%以下の時点であるが、90%以下の時点とすることが好ましく、87%以下の時点とすることが更に好ましい。また、未溶解の酸成分を少なくする観点から、エステル化反応の酸基準の反応率が76%以上の時点であるが、78%以上の時点とすることが好ましく、80%以上の時点とすることが更に好ましい。
【0045】
反応時間の短縮の観点からは、エステル化反応の酸基準の反応率が上記範囲内となったときに速やかに圧力を変更することが好ましい。また、酸成分が溶解して反応液が透明な状態になってから圧力を変更したのでは反応時間の増加を招くこととなるので不適である。
【0046】
なお、上記特許文献1〜3のいずれにも、反応圧力条件を加圧から常圧乃至減圧に変更する時期や具体的な加圧反応方法について何等開示されていない。
【0047】
<ガス置換>
製造されるポリエステル樹脂への着色等を抑制する観点からは、昇温前に反応器内を不活性ガスで置換しておくことが好ましい。ここで、不活性ガスとは、エステル化反応や副反応に実質的に影響しないガスであり、例えば、窒素、アルゴン等が挙げられる。
【0048】
<ポリエステル樹脂>
以上のようにして製造されるポリエステル樹脂は、定着性及び保存性の観点から、ガラス転移点(Tg)が35〜70℃であることが好ましく、40〜65℃であることがより好ましい。また、ポリエステル樹脂は、定着性の観点から、軟化点(Tm)が60〜160℃であることが好ましく、85〜155℃であることがより好ましい。
【0049】
本実施形態に係るポリエステル樹脂の製造方法で製造されたポリエステル樹脂は、たとえば、トナー用バインダーとして、着色剤、離型剤、荷電制御剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物質等の補強充填剤、酸化防止剤、老化防止剤等を添加してトナーへと加工される。
【実施例】
【0050】
(ポリエステル樹脂の製造)
以下の実施例1〜5及び比較例1〜3並びに参考例1のポリエステル樹脂の製造を行った。なお、反応液の組成及びそれぞれの内容については表1及び2にも示す。
【0051】
<実施例1>
容量1Lの反応器に、アルコール成分としてポリオキシプロピレン-(2,4)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(商品名:G-1652、花王社製)160g、及びポリオキシエチレン-(2,4)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(商品名:G-1672、花王社製)276g、酸成分としてテレフタル酸(体積平均粒子径115μm)205gを組成1−1の反応液として仕込んだ。仕込んだ反応液の合計量は641gであった。
【0052】
次いで、エステル化触媒として、2-エチルヘキサン酸錫(商品名:ネオスタンE-80、日東化成社製)3.2gを仕込み、反応器内を窒素ガスで加圧した後に常圧に戻す操作を複数回行った。
【0053】
続いて、反応器の設定圧力を0.40MPaとすると共に窒素ガスで0.40MPaに加圧し、また、撹拌機の回転数を300rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。48分後に反応器内の温度は235℃に達し、この時点を反応開始時とした。反応開始時の反応器内の圧力は0.40MPaであった。以後、反応温度を235℃、反応圧力を0.40MPaに維持してエステル化反応させた。
【0054】
そして、反応開始時から2.5時間後から反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は69.0%であった。また、反応液は白濁して未溶解の酸成分が多量に認められた。
【0055】
次いで、反応開始時から3.5時間後に反応圧力が常圧(0.10MPa)となった。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は82.8%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0056】
続けて反応温度を235℃及び反応圧力を常圧に維持して2.0時間エステル化反応させた。反応開始時から5.5時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は94.4%であった。また、反応液は透明で、未溶解の酸成分は認められなかった。
【0057】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は3.2時間、及び90%に達するまでの時間は4.3時間であった。
【0058】
<実施例2>
容量2Lの反応器に、アルコール成分としてポリオキシプロピレン-(2,4)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(商品名:G-1652、花王社製)673g、及びポリオキシエチレン-(2,4)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(商品名:G-1672、花王社製)270g、酸成分としてテレフタル酸(体積平均粒子径115μm)232g、及びテトラプロペニル無水コハク酸286gを組成2の反応液として仕込んだ。仕込んだ反応液の合計量は1461gであった。
【0059】
次いで、エステル化触媒として、2-エチルヘキサン酸錫(商品名:ネオスタンE-80、日東化成社製)7.4gを仕込み、反応器内を窒素ガスで加圧した後に常圧に戻す操作を複数回行った。
【0060】
続いて、反応器の設定圧力を0.45MPaとすると共に窒素ガスで0.45MPaに加圧し、また、撹拌機の回転数を300rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。154分後に反応器内の温度は235℃に達し、この時点を反応開始時とした。反応開始時の反応器内の圧力は0.45MPaであった。以後、反応温度を235℃、反応圧力を0.45MPaに維持してエステル化反応させた。
【0061】
そして、反応開始時から1.8時間後から反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は64.2%であった。また、反応液は白濁して未溶解の酸成分が多量に認められた。
【0062】
次いで、反応開始時から3.0時間後に反応圧力が常圧となった。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は85.8%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0063】
続けて反応温度を235℃及び反応圧力を8.0kPaとして1.5時間エステル化反応させた。反応開始時から4.5時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は98.0%であった。また、反応液は透明で、未溶解の酸成分は認められなかった。
【0064】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が90%に達するまでの時間は3.5時間であった。
【0065】
<実施例3>
容量2mの反応器に、アルコール成分としてポリオキシプロピレン-(2,4)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(商品名:G-1652、花王社製)471Kg、及びポリオキシエチレン-(2,4)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(商品名:G-1672、花王社製)812Kg、酸成分としてテレフタル酸(体積平均粒子径115μm)600Kgを組成1−2の反応液として仕込んだ。仕込んだ反応液の合計量は3344Kgであった。
【0066】
次いで、エステル化触媒として、2-エチルヘキサン酸錫(商品名:ネオスタンE-80、日東化成社製)9.4Kgを仕込み、反応器内を窒素ガスで加圧した後に常圧に戻す操作を複数回行った。
【0067】
続いて、反応器の設定圧力を0.30MPaとすると共に窒素ガスで0.30MPaに加圧し、また、撹拌機の回転数を50rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。95分後に反応器内の温度は235℃に達し、この時点を反応開始時とした。反応開始時の反応器内の圧力は0.30MPaであった。以後、反応温度を235℃、反応圧力を0.30MPaに維持してエステル化反応させた。
【0068】
そして、反応開始時から4.0時間後から反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は84.0%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0069】
次いで、反応開始時から5.0時間後に反応圧力が常圧となった。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は84.5%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0070】
続けて反応温度を235℃及び反応圧力を10.7kPaとして3.3時間エステル化反応させた。反応開始時から8.3時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は97.8%であった。また、反応液は透明で、未溶解の酸成分は認められなかった。
【0071】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は2.7時間、及び90%に達するまでの時間は5.8時間であった。
【0072】
<実施例4>
容量2mの反応器に実施例3と同一の組成1−2の反応液及びエステル化触媒を仕込み、反応器内を窒素ガスで加圧した後に常圧に戻す操作を複数回行った。
【0073】
続いて、反応器の圧力を常圧とし、また、撹拌機の回転数を50rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。昇温に伴い反応器内の圧力も徐々に上昇するが、圧力が0.30MPaに達した後は反応器の設定圧力を0.30MPaとして一定に維持した。95分後に反応器内の温度は235℃に達し、この時点を反応開始時とした。以後、反応温度を235℃、反応圧力を0.30MPaに維持してエステル化反応させた。
【0074】
そして、反応開始時から5.0時間後から反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は84.5%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0075】
次いで、反応開始時から5.3時間後に反応圧力が常圧となった。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は85.0%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0076】
続けて反応温度を235℃及び反応圧力を常圧に維持して2.0時間エステル化反応させ、反応圧力10.7kPaで2.0時間エステル化反応させた。反応開始時から9.3時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は98.0%であった。また、反応液は透明で、未溶解の酸成分は認められなかった。
【0077】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は3.0時間、及び90%に達するまでの時間は6.4時間であった。
【0078】
<実施例5>
容量2Lの反応器に、アルコール成分として1,2-プロパンジオール330g、及び2,3-ブタンジオール400g、酸成分としてテレフタル酸(体積平均粒径115μm)1100gを組成3の反応液として仕込んだ。仕込んだ反応液の合計量は1830gであった。
【0079】
次いで、エステル化触媒として、2-エチルヘキサン酸錫(商品名:エオスタンE-80、日東化成社製)8.0gを仕込み、反応器内を加圧した後に窒素ガスを用いて常圧に戻す操作を複数回行った。
【0080】
続いて、反応器の圧力を常圧とし、また、攪拌機の回転数を300rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。反応器内の温度が200℃に達し、反応水の生成を確認し、この時点を反応開始時とした。反応開始後、210℃への昇温を開始した。また、昇温に伴い反応器内の圧力も徐々に上昇するが、圧力が0.45MPaに達した後は反応器の設定圧力を0.45MPaとして一定に維持した。反応開始から7.5時間後に210℃に到達し、その後、その状態を2時間維持してエステル化反応させた。
【0081】
そして、反応開始時から9.5時間後、反応水の生成がほぼ収まったことを確認し、反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。また、反応液は白濁して未溶解の酸成分が多量に認められた。
【0082】
次いで、反応開始時から10.5時間後に反応圧力が常圧となった。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は、83.5%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0083】
続けて反応温度を210℃及び反応圧力を80.0kPaとして0.5時間エステル化反応させた。反応開始から11.0時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は95.2%であった。また、反応液は透明で、未溶解の酸成分は認められなかった。
【0084】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は10時間、及び90%に達するまでの時間は10.8時間であった。
【0085】
<比較例1>
容量1Lの反応器に実施例1と同一の組成1−1の反応液及びエステル化触媒を仕込み、反応器内を窒素ガスで加圧した後に常圧に戻す操作を複数回行った。
【0086】
続いて、反応器の設定圧力を0.40MPaとすると共に窒素ガスで0.40MPaに加圧し、また、撹拌機の回転数を300rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。53分後に反応器内の温度は235℃に達し、この時点を反応開始時とした。反応開始時の反応器内の圧力は0.40MPaであった。以後、反応温度を235℃、反応圧力を0.40MPaに維持してエステル化反応させた。
【0087】
そして、反応開始時から1.0時間後から反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は46.8%であった。また、反応液は白濁して未溶解の酸成分が多量に認められた。
【0088】
次いで、反応開始時から2.0時間後に反応圧力が常圧となった。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は70.6%であった。また、反応液は白濁して未溶解の酸成分が多量に認められた。
【0089】
続けて反応温度を235℃及び反応圧力を常圧に維持して1.0時間エステル化反応させ、反応圧力10.7kPaで2.0時間エステル化反応させた。反応開始時から5.0時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は82.9%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0090】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は4.6時間であった。
【0091】
<比較例2>
容量1Lの反応器に実施例1と同一の組成1−1の反応液及びエステル化触媒を仕込み、反応器内を窒素ガスで加圧した後に常圧に戻す操作を複数回行った。
【0092】
続いて、反応器の設定圧力を0.40MPaとすると共に窒素ガスで0.40MPaに加圧し、また、撹拌機の回転数を300rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。53分後に反応器内の温度は235℃に達し、この時点を反応開始時とした。反応開始時の反応器内の圧力は0.40MPaであった。以後、反応温度を235℃、反応圧力を0.40MPaに維持してエステル化反応させた。
【0093】
そして、反応開始時から1.5時間後から反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は55.5%であった。また、反応液は白濁して未溶解の酸成分が多量に認められた。
【0094】
次いで、反応開始時から2.5時間後に反応圧力が常圧となった。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は75.4%であった。また、反応液は白濁して未溶解の酸成分が多量に認められた。
【0095】
続けて反応温度を235℃及び反応圧力を10.7kPaとして3.0時間エステル化反応させた。反応開始時から5.5時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は87.5%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0096】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は4.1時間であった。
【0097】
<比較例3>
容量2Lの反応器に、アルコール成分として1,2-プロパンジオール330g、及び2,3-ブタンジオール400g、酸成分としてテレフタル酸(体積平均粒径115μm)1100gを組成3の反応液として仕込んだ。仕込んだ反応液の合計量は1830gであった。
【0098】
次いで、エステル化触媒として、2-エチルヘキサン酸錫(商品名:エオスタンE-80、日東化成社製)8.0gを仕込んだ。
【0099】
続いて、反応器の圧力を常圧とし、また、攪拌機の回転数を300rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。反応器内の温度が200℃に達し、反応水の生成を確認し、この時点を反応開始時とした。反応開始後、210℃への昇温を開始した。14.8時間後に210℃に到達し、その後、その状態を3.2hr維持してエステル化反応させた。
【0100】
反応開始時から17.0時間後、反応水の生成がほぼ収まったことを確認した。また、反応液は透明で、未溶解の酸成分は認められなかった。
【0101】
続けて反応温度を210℃及び反応圧力を80.0kPaとして0.5時間エステル化反応させた。反応開始から17.5時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は95.4%であった。
【0102】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は14.5時間、及び90%に達するまでの時間は17.2時間であった。
【0103】
<参考例1>
容量1Lの反応器に実施例1と同一の組成1−1の反応液及びエステル化触媒を仕込み、反応器内を窒素ガスで加圧した後に常圧に戻す操作を複数回行った。
【0104】
続いて、反応器の圧力を常圧とし、また、撹拌機の回転数を300rpmとし、反応液の加熱昇温を開始した。昇温に伴い反応器内の圧力も徐々に上昇するが、圧力が0.40MPaに達した後は反応器の設定圧力を0.40MPaとして一定に維持した。50分後に反応器内の温度は235℃に達し、この時点を反応開始時とした。反応開始時の反応器内の圧力は0.40MPaであった。以後、反応温度を235℃、反応圧力を0.40MPaに維持してエステル化反応させた。
【0105】
そして、反応開始時から7.5時間後から反応器内の反応圧力を徐々に下げ始めた。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0106】
次いで、反応開始時から0.1時間後に反応圧力を常圧にした。この時点でのエステル化反応の酸基準の反応率は83.9%であった。また、反応液は透明だが、未溶解の酸成分が分散しているのが認められた。
【0107】
続けて反応温度を235℃及び反応圧力を常圧としてさらに1.4時間エステル化反応させた。反応開始時から9.0時間後におけるエステル化反応の酸基準の反応率は93.2%であった。また、反応液は透明で、未溶解の酸成分は認められなかった。
【0108】
なお、反応開始時からエステル化反応の酸基準の反応率が80%に達するまでの時間は7.5時間、及び90%に達するまでの時間は8.1時間であった。
【0109】
【表1】

【0110】
【表2】

【0111】
(ポリエステル樹脂の生産性について)
表2に示す実施例1〜5及び比較例1〜3並びに参考例1の結果から次のことが分かる。
【0112】
仕込み組成が同一である実施例1と比較例1及び2とを比較すれば、反応I(加圧反応)から反応II(常圧乃至減圧反応)への切り替えをエステル化反応の酸基準の反応率80%以上で行った実施例1では、切り替えを80%未満で行った比較例1及び2よりも反応時間が大幅に短いことが分かる。
【0113】
仕込み組成が同一である実施例1と参考例1とを比較すれば、エステル化反応の酸基準の反応率が80%以上では、反応I(加圧反応)から反応II(常圧乃至減圧反応)への切り替えを速やかに行うことが、反応時間の短縮の観点からは好ましいことが分かる。
【0114】
仕込み組成が同一である実施例3と実施例4とを比較すれば、昇温初期の加圧操作により反応時間を短縮することができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0115】
本発明は、反応液中のアルコール成分と多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含む酸成分とをエステル化反応させるポリエステル樹脂の製造方法について有用である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応液中のアルコール成分と多価カルボン酸及び/又はそのエステル形成誘導体を含む酸成分とをエステル化反応させるポリエステル樹脂の製造方法であって、
下記(I)且つ(II)の条件下において、反応圧力条件を加圧から常圧乃至減圧に変更するポリエステル樹脂の製造方法。
(I)エステル化反応の酸基準の反応率が76〜94%
(II)反応液に未溶解の酸成分が存在する
【請求項2】
上記加圧時の反応圧力が0.2〜1.1MPa・absである、請求項1に記載されたポリエステル樹脂の製造方法。
【請求項3】
反応温度が200〜260℃である、請求項1又は2に記載されたポリエステル樹脂の製造方法。
【請求項4】
上記アルコール成分がビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物を含む、請求項1乃至3のいずれかに記載されたポリエステル樹脂の製造方法。
【請求項5】
上記アルコール成分であるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物がビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物又はプロピレンオキサイド付加物である、請求項4に記載されたポリエステル樹脂の製造方法。
【請求項6】
上記アルコール成分が、各々、水酸基が結合すると共に相互に隣接して結合した一対の第2級炭素を有する第2級アルコールを含む、請求項1乃至3のいずれかに記載されたポリエステル樹脂の製造方法。
【請求項7】
上記多価カルボン酸がテレフタル酸を含む、請求項1乃至6のいずれかに記載されたポリエステル樹脂の製造方法。
【請求項8】
上記エステル化反応の酸基準の反応率が20%以下の条件下において不活性ガス下でエステル化反応させる、請求項1乃至7のいずれかに記載されたポリエステル樹脂の製造方法。
【請求項9】
上記エステル化反応を酸化錫触媒の存在下で行う、請求項1乃至8のいずれかに記載されたポリエステル樹脂の製造方法。

【公開番号】特開2010−155978(P2010−155978A)
【公開日】平成22年7月15日(2010.7.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−269181(P2009−269181)
【出願日】平成21年11月26日(2009.11.26)
【出願人】(000000918)花王株式会社 (8,290)
【Fターム(参考)】