JPS5943049B2 - ポリエステルの連続製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ポリエステルの連続製造法に関するもので
ある。

ポリエチレンテレフタレートを主成分とする線状ポリ
エステルは通常テレフタル酸にエチレングリコールを反
応させるエステル化反応あるいはジメチルテレフタレー
ートにエチレングリコールを反応させるエステル交換反
応によつて、ビス−β上ドロキシエチルテレフタレート
および／またはその低重合体を作り、それを減圧下でエ
チレングリコールを除去しながら重合することによつて
製造されている。

そしてポリエステルの製造方式としては従来より実施
されてきた回分法と最近の技術の進歩により可能となり
、一部に回分法よりの転換がなされつつある連続法があ
る。

従来より実施されてきた回分法に対する連続法の主たる
メリットは重合反応よりえられた重合体を溶融状態のま
ま紡糸工程に導びきノズルより紡出して、未延伸原糸を
製造する直接紡糸が可能となり、回分法では避けえなか
つた造粒、乾燥および再溶融の各工程を省略できること
によるコストダウンが成しえることおよび連続で重合体
を製造するために重合反応に寄与しない不必要な滞留時
間をほとんどなくすことができ、それによつて良好な品
質でしかもバラツキの少ない均質な重合体を製造するこ
とが可能となることである。 しかしながら、特に連続
法のメリットを引き出すために直接紡糸を行なう場合に
は、重合反応によつて製造される重合体の品質のバラツ
キがある場合には、それが紡糸ノズルから紡出される未
延伸原糸の品質のバラツキとなつて現われる場合が多い
ので、重合体の品質（特に重合度）の制御方式の開発が
この連続法の重要な課題となつている。

従来、重合体の重合度を一定に保持する方法の一例と
して、重合度と一次的な関係にある重合反応器より取り
出される重合体の溶融枯度を連続的に測定し、この測定
値を一定に保つように重合反応器の真空度を調節する方
法があるが、重合反応を乱す外乱が系に加わつた場合に
、その影響が取り出される重合体の溶融粘度変化になつ
て現われるのにかなりの時間的な遅れを生じ、溶融粘度
変化が現われた時点で、真空度を調節しても、もはや手
遅れとなつて重合体の重合度を一定に制御することがで
きなくなる。本発明者らは、従来法では重合反応を乱す
外乱が系に加わつた場合の重合体の重合度と一次的な関
係にある反応器出口重合体の溶融粘度変化への応答速度
が非常に遅いことが従来の制御方式の最大の障害となつ
ており、もし応答速度の速い測定可能な制御媒体が他に
存在するならば溶融粘度とその制御媒体を置きかえるこ
とによつて従来のような制御方式が可能となることに注
目した。

すなわち、ポリエステルの回分式重合法では、製品の重
合度を一定値に保つ方法として低重合体を投入した反応
器で真空をかけ、逐次高真空にする過程において重合度
も逐次向上するので、重合度と一次的な関係を有する溶
融粘度を攪拌軸に加わる反力等によつて検出し、所望の
粘度に到達した時点で真空を破壊すれば容易に所望の重
合度製品がえられることはすでに広く実施されている。
回分式重合法では、反応器内の重合体の溶融粘度が均一
であるため、攪拌軸の反力と一次的な関係を持つており
、また、溶融粘度変化は数ポイズより数千ポイズに逐次
上昇していくので、攪拌軸の反力変化が大きく、反力に
よる重合体の重合度の管理が可能であるが、連続重合法
では、反応器内の重合体は入口部より出口部にかけて上
昇する粘度勾配を持つており、攪拌軸の反力はこの粘度
勾配に支配されるのでかならずしも反応器出口の重合体
の溶融粘度と一次的な関係をもたないこと、また定常運
転状態に入ると反応器内の溶融粘度変化も小さく、その
ために攪拌軸の反力の変化も小さく、鈍感となるので、
従来より反応器出口重合体の重合度の攪拌軸反力による
管理は困難であると考えられていた。本発明者らは、鋭
意研究の結果、下記の事実によつて重合反応器内の重合
体を攪拌するに必要な動力（以下攪拌動力と略称する）
、あるいは重合体を攪拌する攪拌機の軸の受けるねじり
モーメント（以下攪拌軸反力と略称する）が、重合反応
器から取り出される重合体の溶融粘度に取つてかわる制
御媒体となりえること、および、この制御媒体の指示値
を一定値に保持するために、その変化に応じて真空度を
調節することによつて、重合反応器より取り出される重
合体の重合度を精度高く制御することが可能であること
を見い出した。

１．重合反応を乱す外乱に対し、それが攪拌動力変化あ
るいは、攪拌軸反力変化になつて現われる応答時間が数
分以内であること。

２．攪拌動力あるいは攪拌軸反力は反応器内の入口部よ
り出口部にかけての粘度勾配に支配されるが、定常運転
状態下では反応器入口部に対し、出口部の重合体の溶融
粘度比は数倍以上となるので、攪拌動力あるいは攪拌軸
反力は主として反応器出口部の溶融粘度に支配されるこ
と。

３．重合反応器より取り出される重合体の極限粘度〔η
〕が０．２５以上（フェノール〜４塩化エタン等重量混
合溶媒、２０℃測定）の重合反応器に対し、重合反応器
が空の状態での空攪拌動力あるいは空攪拌軸反力に比べ
て重合反応を行つている状態での攪拌動力あるいは攪拌
軸反力が非常に大きいので、重合反応器内の重合体の溶
融粘度変化に対し、攪拌動力変化あるいは攪拌軸反力変
化が非常に敏感に現われること。

４．攪拌動力あるいは攪拌軸反力を自動的に連続測定し
、その値を一定に維持するために、その変化に応じて、
重合反応器の真空度をＰＩＤ動作によるカスケード制御
を行なうことにより、定常運転状態下で起りうる重合反
応を乱す外乱すなわち直接紡糸工程における紡出量変動
を吸収するための重合反応系への低重合体の供給量の変
動、あるいは低重合体の反応性の変動を吸収し、重合反
応器より取り出される重合体の重合度を精度よく制御す
ることが可能であること。

本発明は前記の知見に基づき、連続重合プロセスの重合
度制御を行つてバラツキの少ない均質な重合体を連続し
て製造することを目的とするものである。本発明方法は
ビスーβ−ヒドロキシエチルテレフタレートおよび／ま
たはその低重合体を直列に配された攪拌機を備えた複数
個の減圧反応器を用いて連続的に重合するポリエステル
の連続製造法において、重合反応器より取り出される重
合体の極限粘度〔η〕が０．２５以上の重合反応器のう
ち少なくとも最終重合反応器に対し、重合反応器の攪拌
動力あるいは攪拌機反力を自動的に連続して測定し、そ
の測定値が所定の値を維持するようにその変化に応じ、
重合反応器の真空度を調節することによつて重合反応器
より取り出される重合体の重合度を制御することを特徴
とするポリエステルの連続製造法である。

本発明方法を図面に基づき詳しく説明する。

ビスーβ−ヒドロキシエチルテレフタレートおよび／ま
たはその低重合体は供給ポンプ４により ．第１段重合
反応器１へ連続的に供給される。第１段反応器１より第
２段反応器２への重合体の供給、第２段重合反応器２よ
り第３段重合反応器３への重合体の供給および第３段重
合反応器３より中間タンク６への重合体の抜出しは重力
流によつてな１される。中間タンク６の重合反応の完結
した重合体は昇圧ポンプＴにより真空中より取り出され
、溶融粘度計８、紡糸ポンプ９を経て紡糸ノズル１０か
ら紡出される。重合反応の副生成体であるエチレングリ
コールの蒸気はエチレングリコールｌ凝縮器１１，１２
，１３にて凝縮し、系外へ連続的に抜き出される。第１
、第２、第３段反応器１，２，３の反応温度は、各重合
反応器にもうけられている加熱ジャケットにより所定の
温度に維持される。第１、第２、第３段重合反応器１，
２，３２の所定の真空度は真空発生装置１４，１７，２
２、コントロール弁１５，１８，２３および真空度記録
調節計１６，１９，２４によつて作り出されるが、その
制御方法は第１段反応器１にあつては、出口極限粘度〔
η〕が通常０．２５以下となるので、定値制御すなわち
所定の真空度を維持する制御がなされるのに対し、第２
、第３段重合反応器２，３では攪拌動力記録調節計（ま
たは攪拌軸反力記録調節計）２０，２５で測定された動
力あるいは反力測定値が常に所定値を維持するようにそ
の変 ．’化に応じて真空度の設定値を真空度記録調節
計１９，２４に送りカスケード制御によつて自動的に制
御される。本発明の制御方法を実施することによつて、
定常状態運転下で工業上実際に起りえる範囲の重合 ．
反応を乱す外乱すなわち直接紡糸工程における紡出量変
動に対し、中間タンク６の液位（液面計で液位測定）を
所定の範囲内に維持するための第１段重合反応器１への
供給量の変更あるいはビスーβ−ヒドロキシエチルテレ
フタレートおよび／ま −たはその低重合体の反応特性
の変動等に対し、十分その外乱を吸収し、均質でバラツ
キの極めて少ない重合体を連続して製造することが可能
である。

第２段重合反応器２から第３段反応器３への重合体の移
送ラインに取りつけられている溶融粘度計５とその記録
計２１および紡糸工程への重合体の移送ラインに取りつ
けられている溶融粘度計８とその記録計２６は本発明方
法を実施する場合には、なくても支障をきたすものでは
ない。以上の説明は制御を実施するための道具として工
業計器が主体となつているが、攪拌動力あるいは攪拌軸
反力を連続的に測定し、その値が一定値を維持するよう
に真空度を調節するという制慨の本質が変わらない限り
道具には関係なく本発明は適用できる。

なお、取り出される重合体の極限粘度〔η〕が０．２５
未満の重合反応器では〔η〕が多少変化してもそれによ
る攪拌動力あるいは攪拌軸反力の変化を検出することは
困難であつて上述のような制御は実際上不町能であり、
このような重合反応器に対しては定値制御が行われ、ま
たそれで十分である。

また、重合度の制御を非常に高精度に行うには〔η〕が
０．２５以上となる全ての重合反応器に対して本発明の
制御法を適用することが望ましいが、最終重合反応器に
対してのみ適用しても従来法に比べれば重合度のバラツ
キは著しく小さくなり、許容範囲内に維持することが可
能である。

次に本発明を適用した実施例並びに比較例について説明
する。

実施例１ テレフタル酸１００部、エチレングリコール１１２部を
混合しスラリー化した混合体を重合反応工程の前工程で
あるエステル化工程に連続して供給し、ビスーβ−ヒド
ロキシエチルテレフタレートおよびその重合体を連続的
に製造Ｌ，た。

これに酸化アンチモン０．０２部および必要な添加剤を
添加し、図面に示した第１段反応器１に連続的に供給し
た。第１段重合反応器１の反応温度は２７５℃、真空度
は２０トルを維持した。第２段重合反応器２は反応温度
２７５℃を維持し攪拌機回転数は２０ｒｐｍとし、その
攪拌動力を連続的に測定し、その測定値が２０．０ｋｗ
を維持するようにＰＩＤ動作により真空度をカスケード
制御した。

第３段重合反応器３は反応温度２７５℃維持とし攪拌機
の回転数は１５ｒｐｍとし、その攪拌動力を連続的に測
定し、その測定値が２４．甲Ｋｗを維持するようにＰＩ
Ｄ動作により真空度をカスケード制御した。

重合反応の完結した重合体は第３段反応器３より中間タ
ンク６に連続的に抜き出され、昇圧ポンプ７、紡糸ポン
プ９を経て、紡糸ノズル１０より連続的に紡出させた。

また紡糸側の紡出量の変動は中間タンク６の液面計で連
続的に測定された液位の指示の増減になつて現われるの
でその液位指示値を所定の範囲内に押えるため第１段重
合反応器１への供給量を調節した。１週間の連続運転を
実施し、その期間中２時間毎に第３段重合反応器３より
抜き出される重合体をサンプリングし、その極限粘度〔
η〕を測定した。

得られた結果を第１表に示す。なお、第１重合反応器出
および第２重合反応器出の重合体の〔η〕はそれぞれ０
．１５〜０．２０および０．４０−０．４５である。

実施例２ 実施例（１）と同様な条件で実施したが、第２段重合反
応器２の真空度は常に３．２トルを維持するよ ユうに
制御し攪拌動力は指示のみとし、実施何１）で行つたよ
うな攪拌動力指示値を一定値に維持するための真空度の
カスケード制御は行わなかつた。

第３段重合反応器３は実施例（１）と同様攪拌動力によ
つて真空度をカスケード制御した。１週間の連続運転よ
り得られた結果を第１表に示す。

比較例１ 第２段重合反応器２より第３段重合反応器３へ供給され
る重合体の溶融粘度を溶融粘度計５で測定し、溶融粘度
記録計２１を記録調節計に置きかえるとともに、その指
示値が２７５℃で５５０ポイズを維持するようにＰＩＤ
動作による真空度のカスケード制御を行つた。

従つて攪拌動力記録調節計２口は記録計に変更し攪拌動
力の記録のみとした。第３段重合反応器３においても、
第２段重合反応器２と全つたく同じ方法で溶融粘度と真
空度のカスケード制御を実施した。但し、溶融粘度目標
値は２７５℃で２８００ポイズとした。その他の実施方
法に関しては実施叫１）と同じである。

１週間の連続運転より得られた結果を第１表に示す。

第１表より明らかな如く、本発明の制御方法で実施した
実施例（１）では重合度の制御が非常に精度よく実施さ
わ、長時間重合度のバラツキを許容範ｊ囲内（±０．０
０４０以下）に維持することができ、第３段反応器３の
みについて適用した実施例（２）においても実施何１は
りは若干おちるが、これも長時間重合度のバラツキを許
容範囲内に維持している。

一方、第２、第３重合反応器２，３の出口重 こ合体の
溶融粘度を測定し、その測定値が所定の値を維持するよ
うに真空度のカスケード制御を行つた比較例（１）では
重合反応を乱す外乱に対する反応器出口重合体の溶融粘
度への応答性が悪いことが最大の障害となつて長時間重
合度のバラツキを工業上許容できる範囲内に維持するこ
とができない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するポリエステル連続重合
工程の一例を示し、図中１〜３は反応器、１１〜１３は
凝縮器、１４，ＩＴ，２２は真空発生装置、１５，１８
，２３はコントロール弁、４，？，９はポンプ、５，８
は粘度計、６は中間タンク、１０は紡糸ノズル、１６，
１９，２４は真空記録調節計、２０，２５は動力記録調
節計、２１，２６は粘度記録計を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビス−β−ヒドロキシエチルテレフタレートおよび
   ／またはその低重合体を直列に配された撹拌機を備えた
   複数個の減圧重合反応器を用いて連続的に重合するポリ
   エステルの連続製造法において、重合反応器より取り出
   される重合体の極限粘度〔η〕が０．２５以上の重合反
   応器のうち少なくとも最終重合反応器に対し、重合反応
   器の撹拌動力あるいは、撹拌軸反力を自動的に連続して
   測定し、その測定値が所定の値を維持するようにその変
   化に応じ、重合反応器の真空度を調節することによつて
   重合反応器より取り出される重合体の重合度を制御する
   ことを特徴とするポリエステルの連続製造法。