ポリエステル組成物
【課題】
チタン触媒を使用し、製膜性に優れ、環状三量体析出による欠点の少ない成形体の原料となるポリエチレンテレフタレートを提供する。
【解決手段】
９０ｍｏｌ％以上がエチレンテレフタレート単位からなり、エチレンテレフタレート環状三量体の含有量が０．９ｗｔ％より大きく、１．３ｗｔ％以下であるポリエステルであって、重合反応触媒がチタン化合物であって、かつ結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むことを特徴とするポリエステル組成物。
チタン触媒を使用し、製膜性に優れ、環状三量体析出による欠点の少ない成形体の原料となるポリエチレンテレフタレートを提供する。
【解決手段】
９０ｍｏｌ％以上がエチレンテレフタレート単位からなり、エチレンテレフタレート環状三量体の含有量が０．９ｗｔ％より大きく、１．３ｗｔ％以下であるポリエステルであって、重合反応触媒がチタン化合物であって、かつ結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むことを特徴とするポリエステル組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリエステル組成物に関する。詳しくは、成形性、製膜性に優れ、エチレンテレフタレート環状三量体含有量の少ないポリエステル組成物の原料として最適なポリエステル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステル組成物はジカルボン酸成分とジオール成分の重縮合によって得られ、特に、テレフタル酸またはそのエステル形成性誘導体とエチレングリコールから製造される線状高分子であり、汎用性、実用性の点で優れており、フィルム、シート、繊維などの素材として好適に使用されている。
【０００３】
しかし、ポリエステルの成形工程等において、環状化合物の析出が問題となっている。例えば、磁気記録材料用のベースフィルムであれば、環状化合物が析出によって粗大突起を形成して磁気記録を阻害したり、光学用ベースフィルムであれば、加工工程での加熱により環状化合物が析出して光学的な濁りや輝点を発生させ、鋼板貼り合わせ用フィルムであれば、鋼板に貼り合わせた後の外観に曇りを発生させる。
【０００４】
これらの環状化合物については、種々の報告がなされており、例えばポリエチレンテレフタレートについては、環状化合物の主たる成分はエチレンテレフタレート環状三量体（以下環状三量体）であり、これらはポリエチレンテレフタレートの重縮合反応時に平衡反応で生成することが、例えば非特許文献１、２により報告されている。
【０００５】
また、これらポリエチレンテレフタレートの製造には、重縮合触媒として主にアンチモン化合物が使用されている。しかしながら、重縮合触媒としてアンチモン化合物を使用して重合したポリエステル組成物は、固相重合等で環状三量体含有量を低減したポリエステルを用いても、溶融成形時に環状三量体が増加する速度が速いため、成形品に含まれる環状三量体量が多くなりやすい。そこで、アンチモンを全く使用しないかまたは使用しても極低量とすること、または他の金属を使用することが望まれている。
【０００６】
アンチモン系触媒の代わりに、ゲルマニウム化合物を使用して重合したポリエステル組成物も公知である。しかし、ゲルマニウム化合物はアンチモン化合物よりも溶融成形時の環状三量体の増加速度が若干遅いものの、埋蔵量が僅かであるため、非常に高価であり、その代替として使用可能な触媒が望まれていた。そこで、安価なチタン化合物を使用して重合したポリエステル組成物が各種提案されている。チタン触媒は、アンチモン触媒やゲルマニウム触媒に比べ活性が高く少量の使用ですみ、更にアンチモン触媒やゲルマニウム触媒に比べて溶融成形時の環状三量体の増加速度が遅いため、チタン触媒を用いたポリエステル組成物は工業上価値ある検討課題である。
【０００７】
上記課題を解決すべく、規定量、規定種の重合触媒で重合したポリエステルチップを固相重合（特許文献１、２）する方法、リン水溶液でチップを処理（特許文献３）する方法、固有粘度や末端カルボキシル基濃度を特定の値にする（特許文献４）方法等が検討されている。しかし、これらの方法では、得られるポリエステル中の環状三量体量が変動するため、一定品質のポリエステルを工業的に得ることが非常に困難であった。
【０００８】
また、かかる固相重合法により環状化合物を減少させる技術では、同時にポリエステルの重縮合反応も進行し、重合度の上昇も大きくなるため、環状化合物含有量の少ない成形品製造用原料としては不適当であった。
【０００９】
すなわち、ポリエステルの重合度が大きくなると成形する際に溶融時のポリマーの粘度が大きくなり、そのために押し出し時の負荷が大きくなったり、また剪断発熱によりポリマー温度が上昇し、熱分解などの問題を生じたりすることとなる。
【００１０】
そこで、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより環状化合物を減少させる加熱処理が実施されている。しかし、チタン触媒を用いて重合したポリエステル組成物は、加熱処理しても環状三量体減少速度が著しく遅いため、長時間の加熱処理が必要である。
【００１１】
そこで本発明者らは、鋭意検討の結果、チタン触媒で重合したポリエステルは結晶化速度が十分でないために環状三量体が十分に減少しないことを明らかにした。すなわち、ポリエステルの結晶化は結晶核を中心として開始するが、チタン触媒は他の重合触媒のように金属メタルを生成せず、結晶核を持たないため、結晶化速度が十分でない。
【００１２】
更なる検討の結果、ポリエステルの環状三量体含有量が０．９ｗｔ％を超えるものでも、結晶核剤を添加することで、加熱処理時の環状三量体減少速度が大幅に上昇し、ポリエステルの環状三量体含有量を０．４ｗｔ％以下に下げられることを見出した。
【非特許文献１】ピー・ジェイ・フローリー著「高分子化学」（岡小天、金丸競共訳、丸善出版社発行）Ｐ９０〜９７
【非特許文献２】湯木 和男著 飽和ポリエステル樹脂ハンドブック（日刊工業新聞社）Ｐ１６７〜１７８
【特許文献１】特開２００１−０４８９６６号公報
【特許文献２】特開２００３−０８９７４７号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６２２３号公報
【特許文献４】特開２００６−０９６８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記した従来の課題を解決し、チタン触媒を使用し、成形性、製膜性に優れ環状三量体の含有量の少ないポリエチレンテレフタレート組成物の原料として最適なポリエステル組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記した本発明の目的は、９０ｍｏｌ％以上がエチレンテレフタレート単位からなり、エチレンテレフタレート環状三量体の含有量が０．９ｗｔ％より大きく、１．３ｗｔ％以下であるポリエステルであって、重合反応触媒がチタン化合物であって、かつ結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むことを特徴とするポリエステル組成物により達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チタン触媒を使用し、成形性、製膜性に優れ環状三量体の含有量の少ないポリエチレンテレフタレート組成物の原料として最適なポリエステル組成物を提供することができる。本発明のポリエステル組成物は、成形体の使用時の環状三量体の析出による欠点を防止でき、繊維、フィルム、ボトルなどに有効に使用することができる。特に磁気テープなどの磁気記録媒体用途や光学フィルムなどの光学基材用途、食品用の容器、鋼板貼り合わせ用、包装用途や電気絶縁フィルムとして有効である。また通常使用されている条件を特に変更することなく紡糸、製膜、成形を行うことができ、しかも環状三量体による製糸時の油剤の汚染や製膜時のキャスティング・延伸設備の汚染などを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のポリエステル組成物は、ポリエチレンテレフタレートが好ましく、ポリエチレンテレフタレートは共重合してもかまわないが、ポリエステル構成単位の９０モル％以上がエチレンテレフタレート単位であることが好ましい。エチレンテレフタレート成分が９０モル％未満である場合、ポリエステルの結晶性が悪くなり、本発明のポリエステル組成物の製造方法における結晶化度を満足することが難しくなる場合がある。
【００１７】
これらポリエステルの共重合成分としてジカルボン酸成分、グリコール成分、多官能成分を挙げることができ、例えばジカルボン酸成分としては、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、スルホイソフタル酸ナトリウムおよびこれらのアルキルエステルなどの芳香族ジカルボン酸成分、アジピン酸、セバシン酸、およびこれらのアルキルエステルなどの脂肪族ジカルボン酸成分、１，４シクロヘキサンジカルボン酸およびこれアルキルエステルなどの脂環族ジカルボン酸成分を挙げることができる。グリコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、１，４シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール、スピログリコール、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物、イソソルベート等をあげることができる。また多官能成分としては、トリメリット酸、ピロメリット酸などの多官能カルボン酸成分、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの多官能アルコールを挙げることができる。さらにｐヒドロキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸を共重合成分として用いても良い。
【００１８】
さらに、上記のポリエステルは、他に、ポリエステルと非反応性のスルホン酸のアルカリ金属塩誘導体、該ポリエステルに実質的に不溶なポリアルキレングリコールなどの少なくとも一つを５重量％を超えない程度に含有または共重合されていてもよい。
【００１９】
本発明においてはポリエステル組成物に酸化防止剤を添加することが好ましい。酸化防止剤としてはフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、ラクトン系酸化防止剤などが好適である。特にリン系酸化防止剤は、ポリエステル組成物溶融時における環状三量体再生を抑制する観点でも好ましい。リン系酸化防止剤としては、従来ポリエステルの製造工程で添加されるリン化合物であり、特に限定されないが、正リン酸、亜リン酸、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリ−ｎ−ブチルホスフェート、トリエチルフォスフォノアセテートが好ましく挙げられる。
【００２０】
本発明のポリエステルの重合触媒として用いるチタン触媒としては、チタンキレート化合物やテトラアルコキシチタン化合物が好ましい。例えばチタンアセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンオクチレングリコレート、チタンラクテート、チタンエチルアセトアセテート、クエン酸チタン、シュウ酸チタン、乳酸チタン、チタンペルオキソクエン酸チタンアンモニウムなどのチタンキレートやテトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、テトラ（２−エチルヘキシル）チタネート、テトラメチルチタネートなどのアルキルチタネートなどを挙げることができるが、なかでも、チタンキレート、テトラブチルチタネートを用いることが好ましい。
【００２１】
結晶核剤は、無機物でも有機物でもよい。具体的には、例えば、タルク、クレーなどの粘土類；酸化亜鉛、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化鉄などの金属酸化物；炭酸塩（例えば炭酸マグネシウムなど）、ケイ酸塩、硫酸塩（例えば硫酸バリウムなど）、リン酸塩などの無機塩；モノカルボン酸の金属塩（例えばリチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩など）、安息香酸の金属塩（例えばナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩など）、有機燐化合物の金属塩（例えばマグネシウム塩、亜鉛塩など）などの有機酸塩；アイオノマー、ポリエステルオリゴマーのアルカリ金属塩、全芳香族ポリエステルなどの高分子微粉末；カーボンブラック、グラファイト、アルミニウムなどの無機単体粉末を挙げることができる。これらの結晶核剤は、単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、これらの結晶核剤の中でも、酢酸ナトリウムが好ましい。なお、平均粒径が０．１〜１００μｍのものが最も好ましく用いられる。
【００２２】
結晶化促進剤を添加することもできる。結晶化促進剤としては、ＰＥＴの可塑剤として作用する低分子化合物又は高分子化合物を用いることができ、特に融点が８０°以下のものが好適に使用できる。上記低分子化合物としては、例えばベンゾフェノンなどのケトン；テトラクロルエタンなどのハロゲン化炭化水素；ネオペンチルグリコールジベンゾエート、トリフェニルフォスフェート、フタル酸エステルなどのエステル；Ｎ−置換芳香族アミドなどのアミド類を挙げることができる。上記高分子化合物としては、例えばカプロラクトンその他の各種脂肪族ポリエステル類；末端封鎖脂肪族ポリエステル類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコールなどのポリグリコール類；末端封鎖ポリグリコール類；脂環式カルボン酸変性ポリオレフィンなどのポリオレフィン類；ナイロン６などのポリアミドを挙げることができる。これらの結晶化促進剤は、単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２３】
本発明における結晶核量は、ＰＥＴに対して０．１〜１０００ｐｐｍであることが好ましく、５〜６００ｐｐｍであることが更に望ましい。結晶核量が０．１ｐｐｍ以下である場合には、溶融成形時での剪断発熱発生速度が遅く、溶融時間が長くなるために環状三量体の生成量が増加する。また、１０００ｐｐｍ以上含有している場合は、ポリマー中の結晶核が多すぎ、異物となるため好ましくない。
【００２４】
本発明における結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むポリエステル組成物を得るためには、結晶核剤にもよるが、一般的に結晶核剤をＰＥＴに対して０．０５〜８００ｐｐｍ添加することが好ましい。
【００２５】
上記結晶化促進剤の添加量は、使用するＰＥＴの種類によっても相違するが、少な過ぎると、結晶化度が小さくなりやすく、逆に多過ぎると、結晶化度は高くなるが、ＰＥＴ本来の物性が損なわれやすく、いずれも得られる成形品の機械的強度が低下しやすくなる。
【００２６】
酢酸ナトリウム等のエチレングリコールに可溶の金属塩は、エチレングリコールを５０〜１００℃に加熱し、３０分以上攪拌した後に反応系に添加することで粒径の優れた結晶核が得られる。５０℃以下または１００℃以上の場合、結晶核が上手く形成されない。また、該エチレングリコール溶液は、溶融重縮合前または溶融重縮合中に添加することができる。
【００２７】
本発明のポリエステル組成物は、末端カルボキシル基濃度が２０〜５０ｅｑ／ｔの範囲で、更に好ましくは２５〜４０ｅｑ／ｔ、最も好ましくは２８〜４０ｅｑ／ｔである。２０ｅｑ／ｔ未満では、加熱処理後のポリエステルの末端カルボキシル基濃度が少なく、製膜時に破れの原因となる。また、５０ｅｑ／ｔを超えた場合、加熱処理時の環状三量体の減少速度が遅くなり好ましくない。
【００２８】
本発明のポリエステル組成物は、固有粘度が０．５０〜０．７５の範囲にある。０．５０未満では、環状三量体は減少しやすいものの得られたポリエステル成型体は機械特性が不十分となる。固有粘度が０．７５を超える場合には環状三量体の減少速度が遅く、長時間の加熱処理が必要になり経済的に不利である。好ましい固有粘度は０．５５〜０．７０の範囲、さらには０．６０〜０．６８の範囲が好ましい。このような範囲の固有粘度を有するポリエステル組成物は、通常の溶融重合において重合撹拌トルクを制御することで得ることができる。
【００２９】
上記したポリエステル組成物を得る方法について次に示す。
【００３０】
ポリエチレンテレフタレートはたとえば、次のいずれかのプロセスにより製造することができる。すなわち、（１）テレフタル酸とエチレングリコールを原料とし、直接エステル化反応によって低重合体を得、さらにその後の重縮合反応によって高分子量ポリマーを得るプロセス、（２）ジメチルテレフタレートとエチレングリコールを原料とし、エステル交換反応によって低重合体を得、さらにその後の重縮合反応によって高分子量ポリマーを得るプロセスである。本発明においては、（１）または（２）のいずれの方法でも採ることができる。（１）または（２）どちらの方法においても、結晶核剤、結晶化促進剤はエステル化反応またはエステル交換反応の前及び／または反応中、及び／または重縮合反応の及び／または反応中に添加することができる。さらに必要に応じて酸化防止剤、ブロッキング防止剤などを反応前、反応中に添加することができる。
【００３１】
ポリエステル組成物の固有粘度は、重合の終点をポリマーの撹拌トルクで判定することができる。撹拌トルクが高い場合にはポリマーの溶融粘度が高く、固有粘度も高くなる。目的とする固有粘度になるように重合装置の終点判定撹拌トルクを設定すればよい。
【００３２】
得られた重合の終了したポリエステル組成物は重合装置下部からストランド状に吐出し、水冷しながらカッターによってカッティングすればよい。
【００３３】
得られたポリエステル組成物は、加熱処理する前に乾燥することが好ましい。乾燥はチップを減圧下または熱風流通下で１２０℃〜１８０℃に加熱し、２時間以上加熱すればよい。このような乾燥工程によってポリエステル組成物の結晶化度も３０％以上とすることができる。
【００３４】
本発明のポリエステル組成物から成形性、製膜性に優れたポリエステル組成物を得るための加熱処理方法について以下に説明する。
【００３５】
圧力が９６０ｈＰａ以上、１１６０ｈＰａ以下、流通量がポリエステル１ｋｇあたり０．１リットル／ｈｒ未満の不活性ガスの雰囲気下、１９０℃以上２５０℃以下の温度で、０．５時間以上６０時間以下加熱する方法を好ましく採用することが出来る。
【００３６】
不活性ガス雰囲気としては、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスや窒素ガス、炭酸ガス等を挙げることができる。このうち窒素ガスが入手しやすく、好ましく用いることができる。これらの不活性ガスに含有される酸素や水の濃度は、５００体積ｐｐｍ以下であることが好ましい。酸素や水の濃度が５００ｐｐｍを超える場合にはポリエステルの劣化が起こりやすくなり、ポリエステルの着色などの原因となる。
【００３７】
上記処理において、圧力が高いほど末端カルボキシル基濃度が増加する傾向にあり、圧力が１１６０ｈＰａを越えると、末端カルボキシル基濃度が多くなりすぎるためか、フィルムの巻き取り特性が低下、フィルムに傷が発生しやすくなり、環状三量体の析出が多くなる傾向がある。
【００３８】
一方、圧力が低いほど固相重合に近い状態となって、末端カルボキシル基濃度が低下する傾向にあり、９６０ｈＰａ未満になると、フィルム成形工程において延伸ロールとフィルムの密着性が低下して滑りやすくなり、フィルム表面に傷が付きやすくなり、環状三量体の析出抑制が困難となる傾向がある。１０００ｈＰａ〜１１００ｈＰａが更に好ましい。
【００３９】
不活性ガスの流通量が１ｋｇあたり０．１リットル／ｈｒ以下であると、いわゆる固相重合が起きないので、ポリエステルの末端カルボキシル基濃度が低下せず、環状三量体の抑制が良好となり好ましい。
【００４０】
加熱処理を施す温度は、１９０℃〜２５０℃の範囲である。１９０℃未満では環状三量体減少速度が遅いために処理時間が長くなり、経済的に不利であり、一方処理温度が２５０℃を超える場合にはポリエステル組成物の融着が起こりやすく、さらには熱劣化も起こるためにポリエステルの着色が激しくなる。好ましい温度範囲は２００℃〜２４０℃であり、さらには２２０℃〜２３５℃の範囲が好ましい。
【００４１】
加熱処理を施す時間は０．５〜６０時間の範囲である。ポリエステル組成物に残存する重合触媒の量や処理温度によって時間は変わるが、０．５時間未満では十分に環状三量体を減少させることが困難であり、６０時間を超える場合には経済的に不利となる。上記した製造方法によって、ポリエステルの重合度を上昇させず、着色などさせずに環状三量体のみを減少させることができる。更に好ましくは１０〜５０時間、最も好ましくは１５〜３５時間である。
【００４２】
加熱処理を施すポリエステル組成物は、結晶化度が３０％以上である。環状三量体はポリエステル組成物の非晶部に存在するため、結晶化が進行すれば環状三量体は非晶部に濃縮されることになる。このような状態のポリエステルは、非晶部において過飽和となった環状三量体が平衡量まで減少するために、ポリエステル組成物全体としての環状三量体量を低減することができる。結晶化度が３０％未満である場合、非晶部における環状三量体の過飽和度が不十分なために大きな環状三量体低減効果を期待することができない。なお、結晶化度は加熱処理の最中にも高めることができ、最終的には７０％以上の結晶化度とすることが好ましい。結晶化度を３０％以上とする方法は、加熱処理の前に結晶化処理工程を設けることが好ましく、例えばポリエステル組成物を減圧下、または熱風流通下において１２０〜１８０℃で２時間以上加熱することが好ましい。該工程を乾燥工程と兼ねても良い。
【００４３】
ポリエステル組成物の結晶化度は密度変化によって確認することができ、例えば完全非晶部の密度を１．３３５ｇ／ｃｍ３ 、結晶密度を１．４５５ｇ／ｃｍ３ とすれば、結晶化度＝（チップ密度−１．３３５）／（１．４５５−１．３３５）で求めることができる。
【００４４】
上記の加熱処理に使用する熱処理装置としては、ポリエステルを均一に加熱できるものが好ましい。具体的には静置式乾燥機、回転式乾燥機、流動式乾燥機や種々の撹拌翼を有する乾燥機、連続式タワー乾燥機などを用いることができる。
【００４５】
加熱処理後のポリエステル組成物は、末端カルボキシル基濃度が２０〜５０当量／トンの範囲である。２０当量／トン未満の場合、フィルム成形工程において延伸ロールとフィルムの密着性が低下して滑りやすくなり、フィルム表面に傷が付きやすくなる。さらに、フィルム表面に加工を施す際の接着性が不十分となる。一方、５０当量／トンを超える場合、フィルムの巻き取り特性が低下し、フィルムに傷が発生しやすくなり、環状三量体の析出が多くなる傾向がある。好ましい範囲は２５〜４０当量／トンであり、最も好ましい範囲は２８〜４０当量／トンである。
【００４６】
加熱処理後のポリエステル組成物は、固有粘度が０．５０〜０．７５の範囲にある。本発明において固有粘度とは、オルトクロロフェノールを溶媒として２５℃で測定したものであるが、これが０．５０未満では成型品として不十分な機械特性となり、一方０．７５を超える場合、溶融押し出しの際に剪断発熱が著しくなりポリマーの熱分解を誘発することがある。好ましい範囲は０．５５〜０．７０であり、最も好ましくは０．６０〜０．６８の範囲である。
【００４７】
加熱処理後のポリエステル組成物中の環状三量体の含有量は０．４重量％以下、好ましくは０．３重量％以下である。ポリエステル組成物中の環状三量体の含有量が０．４重量％を超えると、フィルム等の成形時に環状三量体の含有量が０．６重量％を超えることとなり、成形体の表面から環状三量体が析出し、析出物が表面欠点となるため好ましくない。
【００４８】
加熱処理が終了したポリエステル組成物は冷却して槽内から取り出す。
【００４９】
フィルムに成形する際にはポリエステル組成物を押出機に投入し、押出機に備え付けたスリット口金から連続して溶融シートを押し出す。押し出された溶融シートは静電印加法によって鏡面冷却ドラムに密着させ、非晶のキャストシートを得る。なお、積層フィルムとする際には、２台以上の押出機を用いてポリマーを溶融し、溶融したポリマーを積層ブロックや口金内で合流させて積層することができる。
【００５０】
得られた非晶性のシートは次いで、種々の延伸法、たとえば、ロール延伸法あるいはテンター延伸法により二軸に延伸しこれを巻き取る。延伸の順序は逐次でも同時でもいずれでも良い。
【００５１】
ここで縦方向への延伸とはフィルムに長手方向の分子配向を与えるための延伸をいい、例えば、延伸ロールを用いてロールの周速差により施される。この延伸は１段階で行ってもよく、また複数本のロール対を使用して多段階に行っても良い。延伸の倍率としては２〜１５倍が好ましく、より好ましくは２．５〜７倍である。
【００５２】
横方向の延伸とはフィルムに幅方向の配向を与えるための延伸をいい、例えば、テンターを用いてフィルムの両端をクリップで把持しながら搬送して幅方向に延伸する。延伸の倍率としては２〜１０倍が好ましい。
【００５３】
同時二軸延伸の場合はテンター内にてフィルムの両端をクリップで把持しながら搬送しつつ、縦方向および横方向に同時に延伸するものであり、この方法を用いてもよい。
【００５４】
こうして二軸延伸されたフィルムは平面性、寸法安定性を付与するためにテンター内で延伸温度以上融点以下の熱処理を行うのが好ましく、均一に除冷後、室温まで冷やして巻き取られる。本発明のフィルムにおいては熱処理温度としては１２０〜２４０℃であることが平面性、寸法安定性などの点から好ましい。
【００５５】
また、易接着層、粒子層等を形成する場合は、グラビアコートやメタリングバーなどのコーティング技術を用いて、延伸前、または縦延伸と横延伸の間でコーティング成分をインラインで塗布してもよいし、延伸後オフラインコーティングしてもよい。
【００５６】
上記ポリエステルフィルムの環状三量体の含有量は０．６重量％より小さいことが好ましく、０．５重量％より小さいことが好ましい。環状三量体はポリエステルの結晶部では存在できないため、フィルム成形の過程でポリエステルの結晶化が進行すれば非晶部へ偏在するようになる。非晶部で高濃度に偏在する環状三量体は、ポリエステル表面に析出しやすい状態にあり、非晶部での環状三量体量がおよそ１．２重量％を超えると析出してしまう。このため、ポリエステル組成物の結晶化度をｃ％（体積％）とすれば、環状三量体の含有量（重量％）は１．２×（（１００−ｃ）／１００）よりも小さいことが好ましい。よって結晶化度が５０％のフィルムであれば、環状三量体の含有量は０．６重量％より小さいことが好ましく、０．５重量％より小さいことが好ましい。
【００５７】
本発明のポリエステル組成物から得られるポリエステルフィルムは、長期の保管においても環状三量体がフィルム表面に析出しにくく、さらに加熱した状態でフィルムを処理しても環状三量体がフィルム表面に析出しにくいので、磁気記録媒体や光学用、包装用フィルムに好適である。フィルムの特定表面だけ環状三量体の析出を抑制したい場合であれば、積層フィルムとすることもできる。前記のポリエステル組成物を積層すれば、積層した面だけでなく、積層していない面の環状三量体析出を少なくすることもできる。積層を行う場合は、少なくとも一方の表面が上記した本発明のポリエステル組成物を含んでいることが好ましい。
【００５８】
上記ポリエステル組成物およびポリエステルフィルムは、磁気記録媒体用や光学基材用のフィルム、鋼板貼り合わせ用フィルムおよび包装用フィルムに好適である。
【実施例】
【００５９】
以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（１）ポリエステル中の環状三量体の測定
試料２０ｍｇをＯＣＰ（オルトクロロフェノール）に１５０℃で３０分間溶解し、室温で冷却する。その後、内部標準として１、４−ジフェニルベンゼンを添加後、メタノール２ｍｌを加えて、高速遠心分離機でポリマーを分離後、液層部を測定する。
【００６０】
装置：島津製ＬＣ−１０ＡＤｖｐ
カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ ＯＤＳ−２ １５０ｍｍ×４．６ｍｍ
カラム温度：４０℃
流量：１．３ｍｌ／ｍｉｎ
注入量：１０μｍ
検出器：ＵＶ２４０ｎｍ
溶離液：Ａ液（純水）：Ｂ液（メタノール）＝２５：７５
（２）結晶核含有量の測定
ポリエステルをオルトクレゾール／クロロホルム（重量比７／３）に９０〜１００℃で溶解し、遠心分離器で遠心分離し、沈殿物をオルトクレゾール／クロロホルム（重量比７／３）で洗浄し、乾燥後重量を測定した。
（３）固有粘度
オルトクロロフェノールを用いて２５℃で測定した。
（４）末端カルボキシル基濃度
ポリエステルをオルトクレゾール／クロロホルム（重量比７／３）に９０〜１００℃で溶解し、アルカリで電位差測定して求めた。
（５）環状三量体析出量
縦・横５ｃｍ角のフィルムを１５０℃で３０分間熱風オーブン内で加熱した後、走査型電子顕微鏡でフィルム表面を観察し、１００μｍ四方あたりの直径が１μｍ以上の環状三量体析出物個数をカウントした。
（参考例）乳酸チタンナトリウムキレート化合物の合成方法
攪拌機、凝縮器及び温度計を備えた３Ｌのフラスコ中の温水（３７１ｇ）に乳酸（２２６．８ｇ、２．５２モル）を溶解させた。この攪拌されている溶液に滴下漏斗からチタンテトライソプロポキシド（２８５ｇ、１．００モル）をゆっくり加えた。この混合物を１時間加熱、還流させて曇った溶液を生成させ、これよりイソプロパノール／水混合物を減圧下で蒸留した。その生成物を７０℃より低い温度まで冷却し、そしてその攪拌されている溶液にＮａＯＨ（３８０ｇ、３．０４モル）の３２重量／重量％水溶液を滴下漏斗によりゆっくり加えた。得られた生成物をろ過し、次いでエチレングリコール（５０４ｇ、８０モル）と混合し、そして減圧下で加熱してイソプロパノール／水を除去し、わずかに曇った淡黄色の生成物（チタン含有量５．６重量％）を得た。｛乳酸チタンナトリウムキレート化合物｝
実施例１
テレフタル酸ジメチル１００重量部とエチレングリコール６２重量部をエステル交換反応槽に仕込み、１５０℃で溶融した。ついで酢酸マグネシウム４水塩を０．０５重量部仕込んでメタノールを留出させながらエステル交換反応をおこなった。反応物の温度を３時間かけて２３５℃まで昇温し、エステル交換反応が終了したのち酢酸ナトリウムを０．０２５重量部、ポリエチレングリコール０．０１重量部をエチレングリコール８０℃で１時間攪拌後、添加した。ついで参考例で準備した乳酸チタンナトリウムキレート化合物をチタン元素としてテレフタル酸ジメチルに対して５ｐｐｍ（重量）となるように添加した。その後、反応物を重縮合装置に移行した。
【００６１】
低重合体を３０ｒｐｍで撹拌しながら、反応系を２３５℃から２８５℃まで徐々に昇温するとともに、圧力を１３０Ｐａまで下げた。最終温度、最終圧力到達までの時間はともに９０分とした。所定の撹拌トルクとなった時点で反応系を窒素ガスによって常圧に戻し重縮合反応を停止し、冷水中にストランド状に吐出、直ちにカッティングしてポリエステルチップを得た。
【００６２】
得られたポリエステルチップの固有粘度は０．６４、末端カルボキシル基濃度は３４当量／トン、環状三量体の含有量は１．２重量％であった。
【００６３】
このポリエステルを１７０℃で減圧下に乾燥し、結晶化度が６０％であるポリエステルを得た。ついで乾燥済みのチップ１００重量部を回転式熱処理機に仕込み、内部を水分率、酸素濃度が４０ｐｐｍ以下である窒素ガスで満たし、内部圧力を１０２４ｈＰａとした。ついで槽内温度を昇温し、２３０℃となった時点から２０時間温度を保持したのちチップを取り出した。
【００６４】
得られたチップの固有粘度は０．６４ｄｌ／ｇ、末端カルボキシル基濃度が３４当量／トン、環状三量体量は０．２５重量％、結晶化度は７０％であった。その他特性を表１に示す。
【００６５】
処理の終わったチップを押出機に投入し、２８５℃で溶融し、口金からシート状に押し出した。溶融シートは、表面温度が２５℃に制御された鏡面ドラムへ静電印加法によって密着させて冷却した。ついで得られた非晶性ポリエステルシートは９０℃に加熱された延伸ロールによって長手方向に３．３倍延伸し、ついてテンター式延伸機によって１１０℃で幅方向に３．８倍延伸した。延伸の終了したフィルムは２３０℃で熱固定してロールに巻き取った。フィルム厚みは３０μｍであり、フィルムに含まれる環状三量体の含有量は０．４２重量％であった。環状三量体析出量を測定したところ、環状三量体析出はみられなかった。
【００６６】
実施例２、３
実施例１における重合触媒をテトラ−ｎ−ブチルチタネートおよびシュウ酸チタンに変更した以外は実施例１と同様に重合をおこない、チップを加熱処理したのちフィルムを製膜した。
【００６７】
実施例４、５、６、７
実施例１における酢酸ナトリウムの添加量のみを変更して同様に重合をおこない、チップを加熱処理したのちフィルムを製膜した。
【００６８】
実施例８、９
重合終了判定トルクを変更し、固有粘度をそれぞれ０．５０ｄｌ／ｇ、０．７５ｄｌ／ｇと変更する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。
ポリマーの固有粘度が低いまたは高いために押出のシートの厚みを均一にすることが難しかった。
【００６９】
実施例１０
加熱処理条件を表１のように変更する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。
【００７０】
実施例１１
酢酸ナトリウムの代わりにタルクを添加する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。
【００７１】
比較例１
酢酸ナトリウムを添加しない以外は実施例１と同様にしてフィルムを得た。環状三量体析出量が多く、製品として適さないものであった。
【００７２】
比較例２
実施例１における酢酸ナトリウムの添加量のみを変更して同様に重合をおこない、チップを加熱処理したのちフィルムを製膜した。異物が多く見られ、製膜中での破れも高頻度で発生し、製品として適さないものであった。
【００７３】
比較例３、４
重合触媒を三酸化アンチモン（２００ｐｐｍ添加）、二酸化ゲルマニウム（５０ｐｐｍ添加）に変更する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。環状三量体析出量が多く、製品として適さないものであった。
【００７４】
結果を表１にまとめた。
【００７５】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリエステル組成物に関する。詳しくは、成形性、製膜性に優れ、エチレンテレフタレート環状三量体含有量の少ないポリエステル組成物の原料として最適なポリエステル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステル組成物はジカルボン酸成分とジオール成分の重縮合によって得られ、特に、テレフタル酸またはそのエステル形成性誘導体とエチレングリコールから製造される線状高分子であり、汎用性、実用性の点で優れており、フィルム、シート、繊維などの素材として好適に使用されている。
【０００３】
しかし、ポリエステルの成形工程等において、環状化合物の析出が問題となっている。例えば、磁気記録材料用のベースフィルムであれば、環状化合物が析出によって粗大突起を形成して磁気記録を阻害したり、光学用ベースフィルムであれば、加工工程での加熱により環状化合物が析出して光学的な濁りや輝点を発生させ、鋼板貼り合わせ用フィルムであれば、鋼板に貼り合わせた後の外観に曇りを発生させる。
【０００４】
これらの環状化合物については、種々の報告がなされており、例えばポリエチレンテレフタレートについては、環状化合物の主たる成分はエチレンテレフタレート環状三量体（以下環状三量体）であり、これらはポリエチレンテレフタレートの重縮合反応時に平衡反応で生成することが、例えば非特許文献１、２により報告されている。
【０００５】
また、これらポリエチレンテレフタレートの製造には、重縮合触媒として主にアンチモン化合物が使用されている。しかしながら、重縮合触媒としてアンチモン化合物を使用して重合したポリエステル組成物は、固相重合等で環状三量体含有量を低減したポリエステルを用いても、溶融成形時に環状三量体が増加する速度が速いため、成形品に含まれる環状三量体量が多くなりやすい。そこで、アンチモンを全く使用しないかまたは使用しても極低量とすること、または他の金属を使用することが望まれている。
【０００６】
アンチモン系触媒の代わりに、ゲルマニウム化合物を使用して重合したポリエステル組成物も公知である。しかし、ゲルマニウム化合物はアンチモン化合物よりも溶融成形時の環状三量体の増加速度が若干遅いものの、埋蔵量が僅かであるため、非常に高価であり、その代替として使用可能な触媒が望まれていた。そこで、安価なチタン化合物を使用して重合したポリエステル組成物が各種提案されている。チタン触媒は、アンチモン触媒やゲルマニウム触媒に比べ活性が高く少量の使用ですみ、更にアンチモン触媒やゲルマニウム触媒に比べて溶融成形時の環状三量体の増加速度が遅いため、チタン触媒を用いたポリエステル組成物は工業上価値ある検討課題である。
【０００７】
上記課題を解決すべく、規定量、規定種の重合触媒で重合したポリエステルチップを固相重合（特許文献１、２）する方法、リン水溶液でチップを処理（特許文献３）する方法、固有粘度や末端カルボキシル基濃度を特定の値にする（特許文献４）方法等が検討されている。しかし、これらの方法では、得られるポリエステル中の環状三量体量が変動するため、一定品質のポリエステルを工業的に得ることが非常に困難であった。
【０００８】
また、かかる固相重合法により環状化合物を減少させる技術では、同時にポリエステルの重縮合反応も進行し、重合度の上昇も大きくなるため、環状化合物含有量の少ない成形品製造用原料としては不適当であった。
【０００９】
すなわち、ポリエステルの重合度が大きくなると成形する際に溶融時のポリマーの粘度が大きくなり、そのために押し出し時の負荷が大きくなったり、また剪断発熱によりポリマー温度が上昇し、熱分解などの問題を生じたりすることとなる。
【００１０】
そこで、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより環状化合物を減少させる加熱処理が実施されている。しかし、チタン触媒を用いて重合したポリエステル組成物は、加熱処理しても環状三量体減少速度が著しく遅いため、長時間の加熱処理が必要である。
【００１１】
そこで本発明者らは、鋭意検討の結果、チタン触媒で重合したポリエステルは結晶化速度が十分でないために環状三量体が十分に減少しないことを明らかにした。すなわち、ポリエステルの結晶化は結晶核を中心として開始するが、チタン触媒は他の重合触媒のように金属メタルを生成せず、結晶核を持たないため、結晶化速度が十分でない。
【００１２】
更なる検討の結果、ポリエステルの環状三量体含有量が０．９ｗｔ％を超えるものでも、結晶核剤を添加することで、加熱処理時の環状三量体減少速度が大幅に上昇し、ポリエステルの環状三量体含有量を０．４ｗｔ％以下に下げられることを見出した。
【非特許文献１】ピー・ジェイ・フローリー著「高分子化学」（岡小天、金丸競共訳、丸善出版社発行）Ｐ９０〜９７
【非特許文献２】湯木 和男著 飽和ポリエステル樹脂ハンドブック（日刊工業新聞社）Ｐ１６７〜１７８
【特許文献１】特開２００１−０４８９６６号公報
【特許文献２】特開２００３−０８９７４７号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６２２３号公報
【特許文献４】特開２００６−０９６８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記した従来の課題を解決し、チタン触媒を使用し、成形性、製膜性に優れ環状三量体の含有量の少ないポリエチレンテレフタレート組成物の原料として最適なポリエステル組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記した本発明の目的は、９０ｍｏｌ％以上がエチレンテレフタレート単位からなり、エチレンテレフタレート環状三量体の含有量が０．９ｗｔ％より大きく、１．３ｗｔ％以下であるポリエステルであって、重合反応触媒がチタン化合物であって、かつ結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むことを特徴とするポリエステル組成物により達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チタン触媒を使用し、成形性、製膜性に優れ環状三量体の含有量の少ないポリエチレンテレフタレート組成物の原料として最適なポリエステル組成物を提供することができる。本発明のポリエステル組成物は、成形体の使用時の環状三量体の析出による欠点を防止でき、繊維、フィルム、ボトルなどに有効に使用することができる。特に磁気テープなどの磁気記録媒体用途や光学フィルムなどの光学基材用途、食品用の容器、鋼板貼り合わせ用、包装用途や電気絶縁フィルムとして有効である。また通常使用されている条件を特に変更することなく紡糸、製膜、成形を行うことができ、しかも環状三量体による製糸時の油剤の汚染や製膜時のキャスティング・延伸設備の汚染などを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のポリエステル組成物は、ポリエチレンテレフタレートが好ましく、ポリエチレンテレフタレートは共重合してもかまわないが、ポリエステル構成単位の９０モル％以上がエチレンテレフタレート単位であることが好ましい。エチレンテレフタレート成分が９０モル％未満である場合、ポリエステルの結晶性が悪くなり、本発明のポリエステル組成物の製造方法における結晶化度を満足することが難しくなる場合がある。
【００１７】
これらポリエステルの共重合成分としてジカルボン酸成分、グリコール成分、多官能成分を挙げることができ、例えばジカルボン酸成分としては、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、スルホイソフタル酸ナトリウムおよびこれらのアルキルエステルなどの芳香族ジカルボン酸成分、アジピン酸、セバシン酸、およびこれらのアルキルエステルなどの脂肪族ジカルボン酸成分、１，４シクロヘキサンジカルボン酸およびこれアルキルエステルなどの脂環族ジカルボン酸成分を挙げることができる。グリコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、１，４シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール、スピログリコール、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物、イソソルベート等をあげることができる。また多官能成分としては、トリメリット酸、ピロメリット酸などの多官能カルボン酸成分、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの多官能アルコールを挙げることができる。さらにｐヒドロキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸を共重合成分として用いても良い。
【００１８】
さらに、上記のポリエステルは、他に、ポリエステルと非反応性のスルホン酸のアルカリ金属塩誘導体、該ポリエステルに実質的に不溶なポリアルキレングリコールなどの少なくとも一つを５重量％を超えない程度に含有または共重合されていてもよい。
【００１９】
本発明においてはポリエステル組成物に酸化防止剤を添加することが好ましい。酸化防止剤としてはフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、ラクトン系酸化防止剤などが好適である。特にリン系酸化防止剤は、ポリエステル組成物溶融時における環状三量体再生を抑制する観点でも好ましい。リン系酸化防止剤としては、従来ポリエステルの製造工程で添加されるリン化合物であり、特に限定されないが、正リン酸、亜リン酸、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリ−ｎ−ブチルホスフェート、トリエチルフォスフォノアセテートが好ましく挙げられる。
【００２０】
本発明のポリエステルの重合触媒として用いるチタン触媒としては、チタンキレート化合物やテトラアルコキシチタン化合物が好ましい。例えばチタンアセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンオクチレングリコレート、チタンラクテート、チタンエチルアセトアセテート、クエン酸チタン、シュウ酸チタン、乳酸チタン、チタンペルオキソクエン酸チタンアンモニウムなどのチタンキレートやテトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、テトラ（２−エチルヘキシル）チタネート、テトラメチルチタネートなどのアルキルチタネートなどを挙げることができるが、なかでも、チタンキレート、テトラブチルチタネートを用いることが好ましい。
【００２１】
結晶核剤は、無機物でも有機物でもよい。具体的には、例えば、タルク、クレーなどの粘土類；酸化亜鉛、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化鉄などの金属酸化物；炭酸塩（例えば炭酸マグネシウムなど）、ケイ酸塩、硫酸塩（例えば硫酸バリウムなど）、リン酸塩などの無機塩；モノカルボン酸の金属塩（例えばリチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩など）、安息香酸の金属塩（例えばナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩など）、有機燐化合物の金属塩（例えばマグネシウム塩、亜鉛塩など）などの有機酸塩；アイオノマー、ポリエステルオリゴマーのアルカリ金属塩、全芳香族ポリエステルなどの高分子微粉末；カーボンブラック、グラファイト、アルミニウムなどの無機単体粉末を挙げることができる。これらの結晶核剤は、単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、これらの結晶核剤の中でも、酢酸ナトリウムが好ましい。なお、平均粒径が０．１〜１００μｍのものが最も好ましく用いられる。
【００２２】
結晶化促進剤を添加することもできる。結晶化促進剤としては、ＰＥＴの可塑剤として作用する低分子化合物又は高分子化合物を用いることができ、特に融点が８０°以下のものが好適に使用できる。上記低分子化合物としては、例えばベンゾフェノンなどのケトン；テトラクロルエタンなどのハロゲン化炭化水素；ネオペンチルグリコールジベンゾエート、トリフェニルフォスフェート、フタル酸エステルなどのエステル；Ｎ−置換芳香族アミドなどのアミド類を挙げることができる。上記高分子化合物としては、例えばカプロラクトンその他の各種脂肪族ポリエステル類；末端封鎖脂肪族ポリエステル類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコールなどのポリグリコール類；末端封鎖ポリグリコール類；脂環式カルボン酸変性ポリオレフィンなどのポリオレフィン類；ナイロン６などのポリアミドを挙げることができる。これらの結晶化促進剤は、単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２３】
本発明における結晶核量は、ＰＥＴに対して０．１〜１０００ｐｐｍであることが好ましく、５〜６００ｐｐｍであることが更に望ましい。結晶核量が０．１ｐｐｍ以下である場合には、溶融成形時での剪断発熱発生速度が遅く、溶融時間が長くなるために環状三量体の生成量が増加する。また、１０００ｐｐｍ以上含有している場合は、ポリマー中の結晶核が多すぎ、異物となるため好ましくない。
【００２４】
本発明における結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むポリエステル組成物を得るためには、結晶核剤にもよるが、一般的に結晶核剤をＰＥＴに対して０．０５〜８００ｐｐｍ添加することが好ましい。
【００２５】
上記結晶化促進剤の添加量は、使用するＰＥＴの種類によっても相違するが、少な過ぎると、結晶化度が小さくなりやすく、逆に多過ぎると、結晶化度は高くなるが、ＰＥＴ本来の物性が損なわれやすく、いずれも得られる成形品の機械的強度が低下しやすくなる。
【００２６】
酢酸ナトリウム等のエチレングリコールに可溶の金属塩は、エチレングリコールを５０〜１００℃に加熱し、３０分以上攪拌した後に反応系に添加することで粒径の優れた結晶核が得られる。５０℃以下または１００℃以上の場合、結晶核が上手く形成されない。また、該エチレングリコール溶液は、溶融重縮合前または溶融重縮合中に添加することができる。
【００２７】
本発明のポリエステル組成物は、末端カルボキシル基濃度が２０〜５０ｅｑ／ｔの範囲で、更に好ましくは２５〜４０ｅｑ／ｔ、最も好ましくは２８〜４０ｅｑ／ｔである。２０ｅｑ／ｔ未満では、加熱処理後のポリエステルの末端カルボキシル基濃度が少なく、製膜時に破れの原因となる。また、５０ｅｑ／ｔを超えた場合、加熱処理時の環状三量体の減少速度が遅くなり好ましくない。
【００２８】
本発明のポリエステル組成物は、固有粘度が０．５０〜０．７５の範囲にある。０．５０未満では、環状三量体は減少しやすいものの得られたポリエステル成型体は機械特性が不十分となる。固有粘度が０．７５を超える場合には環状三量体の減少速度が遅く、長時間の加熱処理が必要になり経済的に不利である。好ましい固有粘度は０．５５〜０．７０の範囲、さらには０．６０〜０．６８の範囲が好ましい。このような範囲の固有粘度を有するポリエステル組成物は、通常の溶融重合において重合撹拌トルクを制御することで得ることができる。
【００２９】
上記したポリエステル組成物を得る方法について次に示す。
【００３０】
ポリエチレンテレフタレートはたとえば、次のいずれかのプロセスにより製造することができる。すなわち、（１）テレフタル酸とエチレングリコールを原料とし、直接エステル化反応によって低重合体を得、さらにその後の重縮合反応によって高分子量ポリマーを得るプロセス、（２）ジメチルテレフタレートとエチレングリコールを原料とし、エステル交換反応によって低重合体を得、さらにその後の重縮合反応によって高分子量ポリマーを得るプロセスである。本発明においては、（１）または（２）のいずれの方法でも採ることができる。（１）または（２）どちらの方法においても、結晶核剤、結晶化促進剤はエステル化反応またはエステル交換反応の前及び／または反応中、及び／または重縮合反応の及び／または反応中に添加することができる。さらに必要に応じて酸化防止剤、ブロッキング防止剤などを反応前、反応中に添加することができる。
【００３１】
ポリエステル組成物の固有粘度は、重合の終点をポリマーの撹拌トルクで判定することができる。撹拌トルクが高い場合にはポリマーの溶融粘度が高く、固有粘度も高くなる。目的とする固有粘度になるように重合装置の終点判定撹拌トルクを設定すればよい。
【００３２】
得られた重合の終了したポリエステル組成物は重合装置下部からストランド状に吐出し、水冷しながらカッターによってカッティングすればよい。
【００３３】
得られたポリエステル組成物は、加熱処理する前に乾燥することが好ましい。乾燥はチップを減圧下または熱風流通下で１２０℃〜１８０℃に加熱し、２時間以上加熱すればよい。このような乾燥工程によってポリエステル組成物の結晶化度も３０％以上とすることができる。
【００３４】
本発明のポリエステル組成物から成形性、製膜性に優れたポリエステル組成物を得るための加熱処理方法について以下に説明する。
【００３５】
圧力が９６０ｈＰａ以上、１１６０ｈＰａ以下、流通量がポリエステル１ｋｇあたり０．１リットル／ｈｒ未満の不活性ガスの雰囲気下、１９０℃以上２５０℃以下の温度で、０．５時間以上６０時間以下加熱する方法を好ましく採用することが出来る。
【００３６】
不活性ガス雰囲気としては、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスや窒素ガス、炭酸ガス等を挙げることができる。このうち窒素ガスが入手しやすく、好ましく用いることができる。これらの不活性ガスに含有される酸素や水の濃度は、５００体積ｐｐｍ以下であることが好ましい。酸素や水の濃度が５００ｐｐｍを超える場合にはポリエステルの劣化が起こりやすくなり、ポリエステルの着色などの原因となる。
【００３７】
上記処理において、圧力が高いほど末端カルボキシル基濃度が増加する傾向にあり、圧力が１１６０ｈＰａを越えると、末端カルボキシル基濃度が多くなりすぎるためか、フィルムの巻き取り特性が低下、フィルムに傷が発生しやすくなり、環状三量体の析出が多くなる傾向がある。
【００３８】
一方、圧力が低いほど固相重合に近い状態となって、末端カルボキシル基濃度が低下する傾向にあり、９６０ｈＰａ未満になると、フィルム成形工程において延伸ロールとフィルムの密着性が低下して滑りやすくなり、フィルム表面に傷が付きやすくなり、環状三量体の析出抑制が困難となる傾向がある。１０００ｈＰａ〜１１００ｈＰａが更に好ましい。
【００３９】
不活性ガスの流通量が１ｋｇあたり０．１リットル／ｈｒ以下であると、いわゆる固相重合が起きないので、ポリエステルの末端カルボキシル基濃度が低下せず、環状三量体の抑制が良好となり好ましい。
【００４０】
加熱処理を施す温度は、１９０℃〜２５０℃の範囲である。１９０℃未満では環状三量体減少速度が遅いために処理時間が長くなり、経済的に不利であり、一方処理温度が２５０℃を超える場合にはポリエステル組成物の融着が起こりやすく、さらには熱劣化も起こるためにポリエステルの着色が激しくなる。好ましい温度範囲は２００℃〜２４０℃であり、さらには２２０℃〜２３５℃の範囲が好ましい。
【００４１】
加熱処理を施す時間は０．５〜６０時間の範囲である。ポリエステル組成物に残存する重合触媒の量や処理温度によって時間は変わるが、０．５時間未満では十分に環状三量体を減少させることが困難であり、６０時間を超える場合には経済的に不利となる。上記した製造方法によって、ポリエステルの重合度を上昇させず、着色などさせずに環状三量体のみを減少させることができる。更に好ましくは１０〜５０時間、最も好ましくは１５〜３５時間である。
【００４２】
加熱処理を施すポリエステル組成物は、結晶化度が３０％以上である。環状三量体はポリエステル組成物の非晶部に存在するため、結晶化が進行すれば環状三量体は非晶部に濃縮されることになる。このような状態のポリエステルは、非晶部において過飽和となった環状三量体が平衡量まで減少するために、ポリエステル組成物全体としての環状三量体量を低減することができる。結晶化度が３０％未満である場合、非晶部における環状三量体の過飽和度が不十分なために大きな環状三量体低減効果を期待することができない。なお、結晶化度は加熱処理の最中にも高めることができ、最終的には７０％以上の結晶化度とすることが好ましい。結晶化度を３０％以上とする方法は、加熱処理の前に結晶化処理工程を設けることが好ましく、例えばポリエステル組成物を減圧下、または熱風流通下において１２０〜１８０℃で２時間以上加熱することが好ましい。該工程を乾燥工程と兼ねても良い。
【００４３】
ポリエステル組成物の結晶化度は密度変化によって確認することができ、例えば完全非晶部の密度を１．３３５ｇ／ｃｍ３ 、結晶密度を１．４５５ｇ／ｃｍ３ とすれば、結晶化度＝（チップ密度−１．３３５）／（１．４５５−１．３３５）で求めることができる。
【００４４】
上記の加熱処理に使用する熱処理装置としては、ポリエステルを均一に加熱できるものが好ましい。具体的には静置式乾燥機、回転式乾燥機、流動式乾燥機や種々の撹拌翼を有する乾燥機、連続式タワー乾燥機などを用いることができる。
【００４５】
加熱処理後のポリエステル組成物は、末端カルボキシル基濃度が２０〜５０当量／トンの範囲である。２０当量／トン未満の場合、フィルム成形工程において延伸ロールとフィルムの密着性が低下して滑りやすくなり、フィルム表面に傷が付きやすくなる。さらに、フィルム表面に加工を施す際の接着性が不十分となる。一方、５０当量／トンを超える場合、フィルムの巻き取り特性が低下し、フィルムに傷が発生しやすくなり、環状三量体の析出が多くなる傾向がある。好ましい範囲は２５〜４０当量／トンであり、最も好ましい範囲は２８〜４０当量／トンである。
【００４６】
加熱処理後のポリエステル組成物は、固有粘度が０．５０〜０．７５の範囲にある。本発明において固有粘度とは、オルトクロロフェノールを溶媒として２５℃で測定したものであるが、これが０．５０未満では成型品として不十分な機械特性となり、一方０．７５を超える場合、溶融押し出しの際に剪断発熱が著しくなりポリマーの熱分解を誘発することがある。好ましい範囲は０．５５〜０．７０であり、最も好ましくは０．６０〜０．６８の範囲である。
【００４７】
加熱処理後のポリエステル組成物中の環状三量体の含有量は０．４重量％以下、好ましくは０．３重量％以下である。ポリエステル組成物中の環状三量体の含有量が０．４重量％を超えると、フィルム等の成形時に環状三量体の含有量が０．６重量％を超えることとなり、成形体の表面から環状三量体が析出し、析出物が表面欠点となるため好ましくない。
【００４８】
加熱処理が終了したポリエステル組成物は冷却して槽内から取り出す。
【００４９】
フィルムに成形する際にはポリエステル組成物を押出機に投入し、押出機に備え付けたスリット口金から連続して溶融シートを押し出す。押し出された溶融シートは静電印加法によって鏡面冷却ドラムに密着させ、非晶のキャストシートを得る。なお、積層フィルムとする際には、２台以上の押出機を用いてポリマーを溶融し、溶融したポリマーを積層ブロックや口金内で合流させて積層することができる。
【００５０】
得られた非晶性のシートは次いで、種々の延伸法、たとえば、ロール延伸法あるいはテンター延伸法により二軸に延伸しこれを巻き取る。延伸の順序は逐次でも同時でもいずれでも良い。
【００５１】
ここで縦方向への延伸とはフィルムに長手方向の分子配向を与えるための延伸をいい、例えば、延伸ロールを用いてロールの周速差により施される。この延伸は１段階で行ってもよく、また複数本のロール対を使用して多段階に行っても良い。延伸の倍率としては２〜１５倍が好ましく、より好ましくは２．５〜７倍である。
【００５２】
横方向の延伸とはフィルムに幅方向の配向を与えるための延伸をいい、例えば、テンターを用いてフィルムの両端をクリップで把持しながら搬送して幅方向に延伸する。延伸の倍率としては２〜１０倍が好ましい。
【００５３】
同時二軸延伸の場合はテンター内にてフィルムの両端をクリップで把持しながら搬送しつつ、縦方向および横方向に同時に延伸するものであり、この方法を用いてもよい。
【００５４】
こうして二軸延伸されたフィルムは平面性、寸法安定性を付与するためにテンター内で延伸温度以上融点以下の熱処理を行うのが好ましく、均一に除冷後、室温まで冷やして巻き取られる。本発明のフィルムにおいては熱処理温度としては１２０〜２４０℃であることが平面性、寸法安定性などの点から好ましい。
【００５５】
また、易接着層、粒子層等を形成する場合は、グラビアコートやメタリングバーなどのコーティング技術を用いて、延伸前、または縦延伸と横延伸の間でコーティング成分をインラインで塗布してもよいし、延伸後オフラインコーティングしてもよい。
【００５６】
上記ポリエステルフィルムの環状三量体の含有量は０．６重量％より小さいことが好ましく、０．５重量％より小さいことが好ましい。環状三量体はポリエステルの結晶部では存在できないため、フィルム成形の過程でポリエステルの結晶化が進行すれば非晶部へ偏在するようになる。非晶部で高濃度に偏在する環状三量体は、ポリエステル表面に析出しやすい状態にあり、非晶部での環状三量体量がおよそ１．２重量％を超えると析出してしまう。このため、ポリエステル組成物の結晶化度をｃ％（体積％）とすれば、環状三量体の含有量（重量％）は１．２×（（１００−ｃ）／１００）よりも小さいことが好ましい。よって結晶化度が５０％のフィルムであれば、環状三量体の含有量は０．６重量％より小さいことが好ましく、０．５重量％より小さいことが好ましい。
【００５７】
本発明のポリエステル組成物から得られるポリエステルフィルムは、長期の保管においても環状三量体がフィルム表面に析出しにくく、さらに加熱した状態でフィルムを処理しても環状三量体がフィルム表面に析出しにくいので、磁気記録媒体や光学用、包装用フィルムに好適である。フィルムの特定表面だけ環状三量体の析出を抑制したい場合であれば、積層フィルムとすることもできる。前記のポリエステル組成物を積層すれば、積層した面だけでなく、積層していない面の環状三量体析出を少なくすることもできる。積層を行う場合は、少なくとも一方の表面が上記した本発明のポリエステル組成物を含んでいることが好ましい。
【００５８】
上記ポリエステル組成物およびポリエステルフィルムは、磁気記録媒体用や光学基材用のフィルム、鋼板貼り合わせ用フィルムおよび包装用フィルムに好適である。
【実施例】
【００５９】
以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（１）ポリエステル中の環状三量体の測定
試料２０ｍｇをＯＣＰ（オルトクロロフェノール）に１５０℃で３０分間溶解し、室温で冷却する。その後、内部標準として１、４−ジフェニルベンゼンを添加後、メタノール２ｍｌを加えて、高速遠心分離機でポリマーを分離後、液層部を測定する。
【００６０】
装置：島津製ＬＣ−１０ＡＤｖｐ
カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ ＯＤＳ−２ １５０ｍｍ×４．６ｍｍ
カラム温度：４０℃
流量：１．３ｍｌ／ｍｉｎ
注入量：１０μｍ
検出器：ＵＶ２４０ｎｍ
溶離液：Ａ液（純水）：Ｂ液（メタノール）＝２５：７５
（２）結晶核含有量の測定
ポリエステルをオルトクレゾール／クロロホルム（重量比７／３）に９０〜１００℃で溶解し、遠心分離器で遠心分離し、沈殿物をオルトクレゾール／クロロホルム（重量比７／３）で洗浄し、乾燥後重量を測定した。
（３）固有粘度
オルトクロロフェノールを用いて２５℃で測定した。
（４）末端カルボキシル基濃度
ポリエステルをオルトクレゾール／クロロホルム（重量比７／３）に９０〜１００℃で溶解し、アルカリで電位差測定して求めた。
（５）環状三量体析出量
縦・横５ｃｍ角のフィルムを１５０℃で３０分間熱風オーブン内で加熱した後、走査型電子顕微鏡でフィルム表面を観察し、１００μｍ四方あたりの直径が１μｍ以上の環状三量体析出物個数をカウントした。
（参考例）乳酸チタンナトリウムキレート化合物の合成方法
攪拌機、凝縮器及び温度計を備えた３Ｌのフラスコ中の温水（３７１ｇ）に乳酸（２２６．８ｇ、２．５２モル）を溶解させた。この攪拌されている溶液に滴下漏斗からチタンテトライソプロポキシド（２８５ｇ、１．００モル）をゆっくり加えた。この混合物を１時間加熱、還流させて曇った溶液を生成させ、これよりイソプロパノール／水混合物を減圧下で蒸留した。その生成物を７０℃より低い温度まで冷却し、そしてその攪拌されている溶液にＮａＯＨ（３８０ｇ、３．０４モル）の３２重量／重量％水溶液を滴下漏斗によりゆっくり加えた。得られた生成物をろ過し、次いでエチレングリコール（５０４ｇ、８０モル）と混合し、そして減圧下で加熱してイソプロパノール／水を除去し、わずかに曇った淡黄色の生成物（チタン含有量５．６重量％）を得た。｛乳酸チタンナトリウムキレート化合物｝
実施例１
テレフタル酸ジメチル１００重量部とエチレングリコール６２重量部をエステル交換反応槽に仕込み、１５０℃で溶融した。ついで酢酸マグネシウム４水塩を０．０５重量部仕込んでメタノールを留出させながらエステル交換反応をおこなった。反応物の温度を３時間かけて２３５℃まで昇温し、エステル交換反応が終了したのち酢酸ナトリウムを０．０２５重量部、ポリエチレングリコール０．０１重量部をエチレングリコール８０℃で１時間攪拌後、添加した。ついで参考例で準備した乳酸チタンナトリウムキレート化合物をチタン元素としてテレフタル酸ジメチルに対して５ｐｐｍ（重量）となるように添加した。その後、反応物を重縮合装置に移行した。
【００６１】
低重合体を３０ｒｐｍで撹拌しながら、反応系を２３５℃から２８５℃まで徐々に昇温するとともに、圧力を１３０Ｐａまで下げた。最終温度、最終圧力到達までの時間はともに９０分とした。所定の撹拌トルクとなった時点で反応系を窒素ガスによって常圧に戻し重縮合反応を停止し、冷水中にストランド状に吐出、直ちにカッティングしてポリエステルチップを得た。
【００６２】
得られたポリエステルチップの固有粘度は０．６４、末端カルボキシル基濃度は３４当量／トン、環状三量体の含有量は１．２重量％であった。
【００６３】
このポリエステルを１７０℃で減圧下に乾燥し、結晶化度が６０％であるポリエステルを得た。ついで乾燥済みのチップ１００重量部を回転式熱処理機に仕込み、内部を水分率、酸素濃度が４０ｐｐｍ以下である窒素ガスで満たし、内部圧力を１０２４ｈＰａとした。ついで槽内温度を昇温し、２３０℃となった時点から２０時間温度を保持したのちチップを取り出した。
【００６４】
得られたチップの固有粘度は０．６４ｄｌ／ｇ、末端カルボキシル基濃度が３４当量／トン、環状三量体量は０．２５重量％、結晶化度は７０％であった。その他特性を表１に示す。
【００６５】
処理の終わったチップを押出機に投入し、２８５℃で溶融し、口金からシート状に押し出した。溶融シートは、表面温度が２５℃に制御された鏡面ドラムへ静電印加法によって密着させて冷却した。ついで得られた非晶性ポリエステルシートは９０℃に加熱された延伸ロールによって長手方向に３．３倍延伸し、ついてテンター式延伸機によって１１０℃で幅方向に３．８倍延伸した。延伸の終了したフィルムは２３０℃で熱固定してロールに巻き取った。フィルム厚みは３０μｍであり、フィルムに含まれる環状三量体の含有量は０．４２重量％であった。環状三量体析出量を測定したところ、環状三量体析出はみられなかった。
【００６６】
実施例２、３
実施例１における重合触媒をテトラ−ｎ−ブチルチタネートおよびシュウ酸チタンに変更した以外は実施例１と同様に重合をおこない、チップを加熱処理したのちフィルムを製膜した。
【００６７】
実施例４、５、６、７
実施例１における酢酸ナトリウムの添加量のみを変更して同様に重合をおこない、チップを加熱処理したのちフィルムを製膜した。
【００６８】
実施例８、９
重合終了判定トルクを変更し、固有粘度をそれぞれ０．５０ｄｌ／ｇ、０．７５ｄｌ／ｇと変更する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。
ポリマーの固有粘度が低いまたは高いために押出のシートの厚みを均一にすることが難しかった。
【００６９】
実施例１０
加熱処理条件を表１のように変更する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。
【００７０】
実施例１１
酢酸ナトリウムの代わりにタルクを添加する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。
【００７１】
比較例１
酢酸ナトリウムを添加しない以外は実施例１と同様にしてフィルムを得た。環状三量体析出量が多く、製品として適さないものであった。
【００７２】
比較例２
実施例１における酢酸ナトリウムの添加量のみを変更して同様に重合をおこない、チップを加熱処理したのちフィルムを製膜した。異物が多く見られ、製膜中での破れも高頻度で発生し、製品として適さないものであった。
【００７３】
比較例３、４
重合触媒を三酸化アンチモン（２００ｐｐｍ添加）、二酸化ゲルマニウム（５０ｐｐｍ添加）に変更する以外は実施例１と同様にフィルムを製膜した。環状三量体析出量が多く、製品として適さないものであった。
【００７４】
結果を表１にまとめた。
【００７５】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
９０ｍｏｌ％以上がエチレンテレフタレート単位からなり、エチレンテレフタレート環状三量体の含有量が０．９ｗｔ％より大きく、１．３ｗｔ％以下であるポリエステルであって、重合反応触媒がチタン化合物であって、かつ結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むことを特徴とするポリエステル組成物。
【請求項２】
末端カルボキシル基濃度が２０ｅｑ／ｔ以上、５０ｅｑ／ｔ以下、かつ固有粘度が０．５０ｄｌ／ｇ以上、０．７５ｄｌ／ｇ以下である、請求項１に記載のポリエステル組成物。
【請求項１】
９０ｍｏｌ％以上がエチレンテレフタレート単位からなり、エチレンテレフタレート環状三量体の含有量が０．９ｗｔ％より大きく、１．３ｗｔ％以下であるポリエステルであって、重合反応触媒がチタン化合物であって、かつ結晶核を０．１〜１０００ｐｐｍ含むことを特徴とするポリエステル組成物。
【請求項２】
末端カルボキシル基濃度が２０ｅｑ／ｔ以上、５０ｅｑ／ｔ以下、かつ固有粘度が０．５０ｄｌ／ｇ以上、０．７５ｄｌ／ｇ以下である、請求項１に記載のポリエステル組成物。
【公開番号】特開２００８−２３１２８１（Ｐ２００８−２３１２８１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７４１１０（Ｐ２００７−７４１１０）
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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