JPH08311178A - Pen樹脂の製造方法 - Google Patents

Pen樹脂の製造方法

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JPH08311178A
JPH08311178A JP11669195A JP11669195A JPH08311178A JP H08311178 A JPH08311178 A JP H08311178A JP 11669195 A JP11669195 A JP 11669195A JP 11669195 A JP11669195 A JP 11669195A JP H08311178 A JPH08311178 A JP H08311178A
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慎一郎 森
Yasuhiro Harada
泰宏 原田
Yoichiro Inoue
洋一郎 井上
Eiichi Kai
栄一 加井
Kazuhiro Hamaji
和広 浜氏
Shinichi Sekine
伸市 関根
Takashi Shirane
隆志 白根
Yuzo Fukawa
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形した容器の肉厚が不均一となる問題点を
解決して、透明性に優れた成形性の良好なPEN樹脂の
製造方法を提供する。 【構成】 主たる繰り返し単位がエチレン−2,6−ナ
フタレートであるPEN樹脂を120℃〜170℃で樹
脂の密度が1.34g/cm3〜1.38g/cm3に到
達するまで乾燥結晶化を行った後、減圧および/または
不活性ガス流通下、170℃〜220℃でアセトアルデ
ヒド含有量が10ppm以下になるまで熱処理を行い、
最終PEN樹脂の極限粘度が0.45〜0.6dl/g
であることを特徴とするPEN樹脂の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPEN樹脂の製造方法に
関する。更に詳しくは、透明性に優れた、成形性の良好
なPEN樹脂の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ポリエチレンテレフタレート
(以下、PETと略記)を中心とするポリエステル製容
器は、その優れた透明性、力学特性、ガスバリヤー性及
び優れた衛生性に着目され、醤油、ジュース、ビール、
炭酸飲料等の食品用ボトルや洗剤、化粧品、医薬品等の
容器に広く使用されている。
【0003】しかし、近年、PET製容器は充填物の殺
菌及び保存性等の観点からさらに耐熱性とガスバリヤー
性の向上が望まれている。
【0004】一方、ナフタレン骨格を有するポエチレン
−2,6−ナフタレート(以下、PENと略記)は、そ
の分子鎖の剛直性、平面性から、PETに比べて機械的
強度(ヤング率、破断強度)、耐熱性、化学的性質(耐
薬品性、ガスバリヤー性)等が優れており、近年脚光を
浴びている。
【0005】例えば、ガスバリヤー性、耐熱性および透
明性に優れた中空容器の素材として、PENを用いる方
法が提案されている(特開昭52−45466号公
報)。
【0006】また、PENの透明性、色相を改良するた
めに、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属お
よびアンモニウム化合物を反応中に添加する方法が提案
されている(特開平6−116378号公報)。
【0007】一方、特定の溶液ヘイズのPETを固相重
合することにより、ポリマー中に含有されるアセトアル
デヒド量の少ない樹脂として透明性に優れた樹脂の製造
方法が提案されている(特開昭58−47024号公
報)。
【0008】さらに、PET系ポリエステルにおいて、
透明性、生産性を改良するために、特定のゲルマニウム
原子とアルカリ金属原子を含むプレポリマーを固相重合
する方法が提案されている(特開平6−9763号公
報)。
【0009】また、テレフタル酸成分を共重合したPE
N系コポリマー製耐熱ボトルがある(特開昭64−85
732号公報)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来公
知のPENは、ある種の触媒や添加剤等により、ある程
度色調は改良されるものの、ボトルに成形する際には、
PETに比べ融点および溶融粘度が高いため成形しづら
かった。そのため、ボトルの肉厚が不均一となりやすい
という問題があり、成形品の透明性や外観が未だ十分満
足できるものではなかった。
【0011】さらに、PET系ポリエステルでは、アセ
トアルデヒドを低減しつつ、成形品の強度等の力学的性
質向上のために、固相重合によって重合度を上げている
場合が一般的である。しかし、PENの場合には、固相
重合によってPETと同様にアセトアルデヒドは低減で
きるものの、同時に高重合度化も進み、成形時の溶融粘
度が極端に高くなり、ますます成形品の肉厚の制御が困
難となる欠点があった。
【0012】またテレフタル酸成分を共重合した、ある
いはPET樹脂と積層したPEN樹脂系ボトルは透明性
はあるが、高温高湿下では白化を生じて透明性を損なう
欠点もあり、リサイクル性の面からも問題があった。
【0013】本発明の目的は、成形した容器の肉厚が不
均一となる問題点を解決して、透明性に優れた成形性の
良好なPEN樹脂の製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、肉厚が均
一で、透明性に優れた容器が容易に得られる方法を開発
するべく鋭意検討したところ、PEN樹脂をある密度を
持つまで乾燥結晶化した後、通常の固相重合温度より低
い、ある特定の温度範囲において特定の極限粘度をもつ
まで熱処理を行うことにより上記の目的を達成できるこ
とを見いだした。
【0015】すなわち、本発明は主たる繰り返し単位が
エチレン−2,6−ナフタレートであるPEN樹脂を1
20℃〜170℃で樹脂の密度が1.34g/cm3
1.38g/cm3に到達するまで乾燥結晶化を行った
後、減圧および/または不活性ガス流通下、170℃〜
220℃でアセトアルデヒド含有量が10ppm以下に
なるまで熱処理を行い、最終PEN樹脂の極限粘度が
0.45〜0.6dl/gであることを特徴とする、透
明性に優れた、成形性の良好なPEN樹脂の製造方法を
提供する。
【0016】以下に、本発明に係るPEN樹脂の製造方
法について具体的に説明する。
【0017】本発明でいうPEN樹脂とは、その構成単
位が実質的にエチレン−2,6−ナフタレート単位から
構成されているポリマーを指すが、少量例えば10mo
l%以下、好ましくは5mol%以下の第三成分によっ
て変性されたポリエチレン−2,6−ナフタレートも含
まれる。
【0018】PEN樹脂は一般にナフタレン−2,6−
ジカルボン酸またはその機能的誘導体、例えばナフタレ
ン−2,6−ジカルボン酸ジメチルとエチレングリコー
ルとを触媒の存在下で、適当な反応条件の下に縮合せし
めることによって合成される。
【0019】ナフタレン−2,6−ジカルボン酸の機能
的誘導体は炭素数が1〜10、好ましくは1〜3の低級
アルキルエステル等である。
【0020】第三成分として例えばテレフタル酸、イソ
フタル酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、ナフタ
レン−2,5−ジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸お
よびその低級アルキルエステル、アジピン酸、セバシン
酸、デカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸または
その低級アルキルエステル、p−ヒドロキシ安息香酸、
p−ヒドロキシエトキシ安息香酸等のヒドロキシジカル
ボン酸またはその低級アルキルエステル、1,4−シク
ロヘキサンジカルボン酸、シクロプロパンジカルボン
酸、ヘキサヒドロテレフタル酸などの脂環族ジカルボン
酸またはその低級アルキルエステル、あるいはプロピレ
ングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレ
ングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチ
レングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノー
ル、p−キシレングリコール、ビスフェノールA等の2
価アルコール等を挙げることができる。好ましくは、テ
レフタル酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、p−
ヒドロキシ安息香酸、1,4−シクロヘキサカルボン酸
である。
【0021】本発明で処理される原料のPEN樹脂は、
2,6−ジメチルナフタレートのジカルボン酸またはそ
の低級アルキルエステルと、エチレングリコールを主た
る出発原料としこれらを重縮合させるのであるが、先
ず、ビス−βヒドロキシエチル−2,6−ナフタレート
を主とするエステル交換反応物を得る第一工程と、それ
をさらに重縮合する第二工程に分けるのが通例である。
【0022】第一工程は、ジカルボン酸成分とグリコー
ル成分をエステル化させるか、もしくはジカルボン酸の
低級アルキルエステルとグリコール成分をエステル交換
反応させることにより達成されるが、本発明に於いては
これらのいずれの方法を採用しても良い。
【0023】エステル化反応は2,6−ナフタレンジカ
ルボン酸とおよそ0.8倍モル以上好ましくは、1〜5
倍モルのグリコール成分とを反応させることにより、達
成される。
【0024】第一工程のエステル交換反応によるエステ
ル交換体合成方法は、公知の方法に従う。
【0025】エステル交換触媒は、PET等のポリエス
テルの合成に使用出来るものであればよく、例えばL
i、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、
Al、Ge、Sn、Pb、Ti、Cr、Mn、Fe、N
i、Sb、Coからなる群から選ばれた金属のカルボン
酸アルコラート、酸化物または酢酸塩等の塩を挙げる事
が出来る。これらは単独であってもよく、二種以上を存
在させることも可能である。触媒の使用量はジカルボン
酸成分に対し1〜1000mmol%程度、好ましくは
10〜200mmol%程度、である。耐熱性、透明性
の点からMn化合物が特に好ましい。
【0026】第二工程は、第一工程により得られた低重
合体物を減圧下加熱し、重縮合反応を行うが、本発明に
おいては第二工程を開始する前後、具体的には、第一工
程が実質的に終了した後で、かつ極限粘度が0.2をこ
えない時期に重縮合触媒、例えばMn、Ge、Sn、T
i、Sbからなる群から選ばれた金属のカルボン酸、ア
ルコラートまたは酸化物等の一種または二種以上を添加
し重縮合反応を行う。触媒の使用量はジカルボン酸成分
に対し10〜1000mol%程度、好ましくは20〜
100mmol%程度、でよい。色調および透明性の点
で二酸化Geが特に好ましい。
【0027】この時必要に応じ、各種の添加剤、例え
ば、耐光剤、耐候剤、静電防止剤、熱安定化剤、遮光
剤、顔料等を単独或いは幾つかを組み合わせて添加する
ことが出来る。更にこれらの添加剤のうち幾つかは、第
一工程および/または第二工程の中期或いは後期さらに
はボトル成形直前に配合することもできる。添加量は樹
脂に対して1〜1200mmol%、好ましくは5〜1
000mmol%である。
【0028】重縮合触媒を添加した後、脱グリコール反
応により高重合度のPEN樹脂を得る第二工程にはい
り、溶融法による重合が終了すると、通常ポリマーは不
活性ガス特に窒素ガスで加圧され吐出させられ、冷却、
切断されたあと、所望の形状に揃えられる。プレポリマ
ーチップは、通常2.0〜7.0mm、好ましくは2.5
〜5.0mmの平均粒系を有することが望ましい。
【0029】こうして得られたPEN樹脂はアセトアル
デヒドの含有量が30〜300ppm程度、通常50〜
150ppm程度であり、樹脂密度が1.327〜1.3
44g/cm3程度、特に1.328〜1.340g/c
3程度、そして35℃における極限粘度(フェノール
/1,1,2,2−テトラクロロエチレン=60/40
wt%溶液)が0.4〜0.6程度、特に0.43〜
0.57程度である。
【0030】続いて該PEN樹脂は樹脂密度が1.34
g/cm3〜1.38g/cm3になるように乾燥結晶化
工程に供される。この時の乾燥結晶化温度であるが12
0℃、より好ましくは135℃以上で、高温側は170
℃、より好ましくは160℃以下である。120℃以下
の温度では結晶化に多大の時間を要し、実際的ではな
い。また170℃より高い温度では、樹脂の融着や着色
の問題を生じる。乾燥結晶化時間は、乾燥温度の条件に
もよるが、0.2、より好ましくは2時間以上である。
上限は40時間、より好ましくは15時間以下である。
【0031】結晶化は、結晶化しているものは、熱分析
を行うと、発熱ピークが検出され、結晶化していないも
のは、このピークがみられず、DSC測定装置により容
易に確認できる。又、密度は23℃の標準状態で測定し
た値である。
【0032】さらに、このPEN樹脂のチップは熱処理
工程に供給される。熱処理工程は少なくとも1段からな
り、熱処理温度が通常170℃以上、好ましくは185
℃以上である。また上限の温度は220℃以下、好まし
くは200℃以下である。この時、重合温度が170℃
より低い場合、樹脂中に残存するアセトアルデヒドが十
分に除去することが出来ない。また、重合温度が220
℃より高い場合、重縮合反応が進み樹脂の分子量が大き
くなり、成形性が悪化し、成形品の肉厚の制御が困難と
なる。
【0033】また、圧力は酸素存在下では1Torr以
下(好ましくは0.8以下)が好ましく、下限値につい
ては、低い程望ましいが、現実的には0.3Torr程
度である。あるいは、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化
炭素等の不活性ガス雰囲気下にすれば、圧力1kg/c
2G〜0.5Torrの範囲で行うこともできる。
【0034】不活性ガスの中では特に窒素ガスが好まし
い。
【0035】この熱処理はPEN樹脂のアセトアルデヒ
ド含有量が10ppm以下、好ましくは5ppm以下に
なるまで行う。特に食品用途に成形品を供する場合に
は、アセトアルデヒドは内容物の味覚等を害するために
できる限り少ない方が良い。
【0036】こうして製造されたPEN樹脂の極限粘度
は0.45以上、好ましくは0.47以上であり0.45
未満では成形品が脆くなる。また上限は0.6、好まし
くは0.58以下であり、0.6より大になると成型時
の溶融粘度が高くなり肉厚が不均一になる。
【0037】こうして得られたPEN樹脂を用いてボト
ルを製造する場合には、このPEN樹脂をインジェクシ
ョン二軸延伸ブロー成形、ホットパリソン法或いはコー
ルドパリソン法によってボトルを成形すればよい。
【0038】
【作用】本発明の方法においては、重縮合して得られた
PEN樹脂をまず、120〜170℃で乾燥結晶化させ
ているが、これは水分の存在下で高温の熱処理を行うと
加水分解を受けて分子量が極端に下がり、また樹脂が非
晶の状態で高温の熱処理を行うと、樹脂の融着等の問題
が発生するためである。また、この乾燥結晶化品を次い
で170〜220℃で熱処理しているが、これは重縮合
の更なる進行を抑制しながらアセトアルデヒドを十分に
除去するためである。
【0039】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、これらは本発明を限定するものではない。以下
の実施例における各物性の測定方法は次の通りである。
【0040】〔測定法〕 極限粘度:極限粘度の測定方法は、被測定樹脂をフェノ
ールと1,1,2,2−テトラクロロエタン(重量比6
0/40)の混合溶媒に100℃、2時間30分で濃度
が0.2〜1.0g/dlになるように溶解させ、ウベ
ローデ型毛細管粘度計を用いて35℃で測定し、溶液粘
度を0g/dlの値に外挿して値を得た。
【0041】密度:四塩化炭素/n−ヘプタンの混合溶
媒を用いた密度勾配管を使用し、JISK 7112に
準ずる方法で、23℃で測定した。
【0042】ボトルの厚みむらの測定:ボトルに胴部の
円周方向10点とそれに対して垂直方向5点の合計50
点についてボトルの厚みを測定する。ボトルの厚みの測
定は安立電子製マイクロメーターを用いて行った。
【0043】すべての測定値のうち最大値をXmax、
最小値をXmin、相加平均値をXavとするとき、
(Xmax−Xmin)/Xavをボトルの厚みむらとす
るが、この値は小さいほど好ましい。
【0044】ヘイズ:ボトルの胴部をカットして、株式
会社東洋精機製作所製、直読ヘイズメーターを使用し、
ASTM D 1003に準ずる方法にて、試験片の曇度
(ヘイズ)を3回測定し、その平均値により評価した。
【0045】アセトアルデヒド含有量:試料を蒸留水の
入ったガラス容器に入れて密閉し、160℃,2時間加
熱をし、冷却後、水層を株式会社島津製作所製ガスクロ
マトグラフィーGC−14Aで測定した。
【0046】〔実施例1〕2,6−ナフタレンジカルボ
ン酸ジメチル24400重量部、エチレングリコール1
3035重量部及び酢酸マンガン四水和塩7.35重量
部、酢酸コバルト四水和塩1.25重量部を反応器にと
りエステル交換反応を行った。メタノールの留出と共に
温度を徐々に180〜230℃まで上昇させ、メタノー
ルの留出がほとんどなくなった時点でエステル交換反応
を終了した。それから二酸化ゲルマニウム4.71重量
部、リン酸トリメチル4.90重量部の順で加えて約1
0分間常圧で反応をさせ、重合反応槽に移した。その
後、230℃から300℃まで昇温するとともに、1T
orrまで減圧し高真空とした。この温度及び圧力に保
持して溶融重縮合反応を行い、極限粘度(I.V.)
0.50、アセトアルデヒド含有量70ppmのPEN
樹脂を得た。
【0047】この樹脂を140℃、12時間、1Tor
rの真空下で乾燥結晶化を行い、樹脂密度が1.346
g/cm3の樹脂を得た。それから、温度を200℃に
昇温し、12時間、1Torrの高真空下で熱処理を行
った。得られた樹脂の極限粘度は0.51、そしてアセ
トアルデヒド含有量は2ppmであった。
【0048】続いて、製造されたPEN樹脂を、バレル
前部温度280〜290℃、バレル中部温度280〜2
90℃、バレル後部温度280〜290℃、ホットラン
ナーのノズル部温度280〜300℃で射出成形により
パリソンを成形し、それをそのまま70〜90℃まで冷
却し温調工程へ移動、温調工程では130〜150℃ま
で加熱しブロー工程へ移動、ブロー圧力25kg/cm
2、金型のチラー温度10〜30℃、サイクルタイム1
5secで二軸延伸ブローを行い、容量500mlの透
明なボトルを成形した。
【0049】得られたボトルの厚みむら、透明性(ヘイ
ズ)を測定し、結果を表1に示す。
【0050】〔実施例2〕実施例1の乾燥結晶化工程ま
で行った樹脂を220℃、5時間、1Torrの真空下
で熱処理を行った。得られた樹脂の極限粘度は0.5
2、そしてアセトアルデヒド含有量は1.8ppmであ
った。
【0051】続いて実施例1と同様に成形を行い、透明
なボトルを得、厚みむら、透明性の結果を表1に示す。
【0052】〔実施例3〕実施例1と同様の合成をおこ
ない、溶融重縮合反応で極限粘度0.46、アセトアル
デヒド含有量57ppmのPEN樹脂を得た。
【0053】この樹脂を130℃、12時間、1Tor
rの真空下で乾燥結晶化を行い、樹脂密度1.344g
/cm3の樹脂を得た。その後、温度を180℃に昇温
し、15時間、1Torrの真空下で熱処理を行った。
得られた樹脂の極限粘度は0.47、アセトアルデヒド
含有量1.4ppmであった。
【0054】続いて実施例1と同様に成形を行い、透明
なボトルを得、厚みむら、透明性の結果を表1に示す。
【0055】〔実施例4〕実施例1と同様の合成をおこ
ない、溶融重縮合反応で極限粘度0.56、アセトアル
デヒド含有量84ppmのPEN樹脂を得た。
【0056】この樹脂を150℃、10時間、1Tor
rの真空下で乾燥結晶化を行い、樹脂密度1.35g/
cm3の樹脂を得た。その後温度を200℃に昇温し、
12時間、1Torrの真空下で熱処理を行った。得ら
れた樹脂の極限粘度は0.58、アセトアルデヒド含有
量2.8ppmであった。
【0057】続いて実施例1と同様に成形を行い、透明
なボトルを得、厚み、透明性の結果を表1に示す。
【0058】〔実施例5〕実施例1で溶融重合法によっ
て得られた極限粘度0.50dl/g、アセトアルデヒ
ド含有量70ppmの樹脂を、165℃,20時間,1
Torrの真空下で乾燥結晶化を行い、樹脂密度1.3
70g/cm3の樹脂を得た。その後、200℃に昇温
し、10時間,1Torrの真空下で熱処理を行った。
得られた樹脂の極限粘度は0.51dl/g、アセトア
ルデヒド含有量は2.0ppmであった。
【0059】続いて実施例1と同様に成形を行い、透明
なボトルを得、厚み、透明性の結果を表1に示す。
【0060】〔参考例1〕実施例1の乾燥結晶化工程ま
で行った樹脂を240℃、12時間、1Torrの真空
下で固相重合を行った。得られた樹脂の極限粘度は0.
64、アセトアルデヒド含有量11.3ppmであっ
た。
【0061】続いて実施例1と同様に成形を行ったがボ
トルの肉厚が不均一となり、透明性の満足なボトルが得
られなかった。結果を表1に示す。
【0062】〔参考例2〕実施例1と同様の合成をおこ
ない、溶融重縮合反応で極限粘度0.66、アセトアル
デヒド含有量126ppmのPEN樹脂を得た。
【0063】この樹脂を140℃、12時間、1Tor
rの真空下で乾燥結晶化を行い、樹脂密度1.346g
/cm3の樹脂を得た。その後、温度を200℃に昇温
し、12時間、1Torrの真空下で熱処理を行った。
得られた樹脂の極限粘度は0.66、アセトアルデヒド
含有量18.5ppmであった。
【0064】続いて実施例1と同様に成形を行ったがボ
トルの肉厚が不均一となり、透明性の満足なボトルが得
られなかった。結果を表1に示す。
【0065】〔参考例3〕実施例1で乾燥結晶化工程ま
で行った樹脂を160℃,12時間,1Torrの真空
下で熱処理を行った。得られた樹脂の極限粘度は0.5
0dl/g、アセトアルデヒド含有量60ppmとな
り、熱処理温度が低いため、樹脂中のアセトアルデヒド
がほとんど減少しなかった。
【0066】続いて実施例1と同様に成形を行い、その
結果を表1に示す。
【0067】〔参考例4〕実施例1で溶融重合法で得ら
れた極限粘度0.50dl/g、アセトアルデヒド含有
量70ppmの樹脂を、110℃,12時間,1Tor
rの真空下で乾燥結晶化を行い、樹脂密度1.335g
/cm3の樹脂を得た。その後、200℃に昇温し、1
2時間,1Torrの真空下で熱処理を行ったが、乾燥
結晶化が不十分なため樹脂が融着を起こし、成形ができ
なかった。結果を表1に示す。
【0068】
【表1】
【0069】
【発明の効果】本発明のPEN樹脂の製造方法は、成形
した容器の肉厚が均一となり、透明性に優れた成形性の
良好なPEN樹脂を効率よく製造できるため、PEN樹
脂の耐熱性、ガスバリヤー性等の特徴を活かした該樹脂
の用途の拡大が図れ、産業上の利用価値も高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 泰宏 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 井上 洋一郎 東京都文京区小石川4丁目14番12号 共同 印刷株式会社内 (72)発明者 加井 栄一 東京都文京区小石川4丁目14番12号 共同 印刷株式会社内 (72)発明者 浜氏 和広 東京都文京区小石川4丁目14番12号 共同 印刷株式会社内 (72)発明者 関根 伸市 東京都文京区小石川4丁目14番12号 共同 印刷株式会社内 (72)発明者 白根 隆志 東京都文京区小石川4丁目14番12号 共同 印刷株式会社内 (72)発明者 府川 雄三 東京都文京区小石川4丁目14番12号 共同 印刷株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主たる繰り返し単位がエチレン−2,6
    −ナフタレートであるPEN樹脂を120℃〜170℃
    で樹脂の密度が1.34g/cm3〜1.38g/cm3
    到達するまで乾燥結晶化を行った後、減圧および/また
    は不活性ガス流通下、170℃〜220℃でアセトアル
    デヒド含有量が10ppm以下になるまで熱処理を行
    い、最終PEN樹脂の極限粘度が0.45〜0.6dl
    /gであることを特徴とするPEN樹脂の製造方法。
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