JPH10512510A - 結晶性ポリマーペレットを製造する方法および装置 - Google Patents

結晶性ポリマーペレットを製造する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明はポリエステルポリマーを粒子にする方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、非晶質のポリエステル溶融物から均一な結晶性ペレットを成形する方法および装置に関する。このポリエステルペレットは、例えば、より高い分子量を有するポリエステルを製造する方法の原料などとして有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 結晶性ポリマーペレットを製造する方法および装置 発明の分野 本発明はポリマーを粒子にする方法および装置に関する。より詳細には、本発 明は、非晶質のポリエステル溶融物から均一な結晶性ペレットを成形する方法お よび装置に関する。 背景 粒子の成形は粘性のある材料を用いて行われることはよく知られている。通常 の方法および装置は、しばしば、液状部分、即ち液滴を生じさせた後にこれらを 集めて固化させることを伴う。例えばFroeschkeの米国特許第4,27 9,579号には、流動し得る塊を押出し加工してコンベヤ上に置く装置が開示 されている。その装置には同軸の筒状容器が外側と内側に備わっている。外側の 容器内に位置する内側の容器には、その流動し得る塊を分与する通路が備わって いる。外側の容器にはオリフィスが多数備わっていて、内側の容器の回りを回転 する。外側の容器が回転する時、この外側容器に備わっているオリフィスは、周 期的に、上記内側容器に備わっている通路と整列する。その流動し得る塊は各整 列で内側の容器からその整列したオリフィスを通って流れ、コンベヤ、例えばコ ンベヤベルト上に分配されて付着することにより、しばしばパスチル(past illes)と呼ばれるものが生じる。 Chang他の米国特許第5,340,509号には、極めて高い溶融流れを 示す結晶性ポリマー類、即ちポリオレフィンのホモポリマー、ポリオレフィンの コポリマーまたはそれらのブレンド物である結晶性ポリマーをペレット状にする パスチレーション(pastillatio n)方法が開示されている。最初に、溶融させたポリマーを液滴形成用手段(d roplet−forming means)に移す。その液滴形成用手段は一 般に外側に位置していてオリフィスが備わっている容器であり、その容器は内側 に位置する容器の回りを回転することにより、ポリマーの溶融物が均一な量で液 滴としてそこから出て行く。その液滴をコンベヤで集め、そのコンベヤで上記液 滴をこの液滴が固化するに充分な時間冷す。 ポリエステル材料の強健で均一なペレットを成形するのは困難であるか或は厄 介であった。例えば、オリゴマーまたはプレポリマーとして特徴づけられる低分 子量のポリエステル類は、最初、それを粒子にするのが困難であり得るような低 い粘度を有する可能性がある。このようなオリゴマーは過度に液状であることか ら、これを均一な形状とサイズを有する粒子またはペレットにするのは不可能で あり得る。これは、オリゴマー類が有する鎖長は比較的短くて鎖が絡み合う度合 が比較的低いことに加えて分子間結合または結合力が限定されていることによる 。 公知のポリエステル粒子成形方法では、結果として、構造的一体性が不足して いる粒子がもたらされる可能性がある。このように粒子が弱いことから、これら を取り扱うのは困難でありかつこれらは輸送中または他の機械的取り扱い中に摩 滅を受け易い。摩滅が起こると望ましくない量で微細物が生じる可能性がある。 ポリエステル粒子は、より高い分子量を有するポリマーを製造する方法の原料 として用いるに有用であり、そのような方法には固相(「固体状態」)重合方法 が含まれる。このような方法では上記粒子に特定の特性を持たせるのが望ましい 。例えば、各粒子内で均一な重合を起こさせ るには、粒子に比較的均一なサイズと形状を持たせるのが望ましい可能性がある 。固体状態重合では、上記粒子が凝集することなく固体状態重合の高温に耐える に充分なほどそれを強健にするのが望ましい。 ポリエステルの強健な粒子は、通常、粒子に熱処理またはアニーリング(an nealing)段階を受けさせることで入手可能であるが、それには長時間要 しかつ費用がかかる。このようなアニーリングを粒子に受けさせると、その粒子 の結晶度と強健度が向上する。しかしながら、このようなアニーリングを行うと 、典型的に、高い分子量を有する生成物を製造する工程全体に時間と費用が加わ る。このようなアニーリングを短縮するか或はなくすことができれば、望ましい ことである。 上記を鑑み、ポリエステル粒子の改良製造方法および装置が求められている。 高品質、例えばさらなる重合で原料として使用するに先立って行うべき前処理が 僅かのみでありかつ厳しい環境下で使用するに有用な品質のポリエステル粒子を より経済的かつ効率良く製造することが求められている。更に、低分子量のポリ エステルオリゴマーを結晶性粒子に成形する改良方法も求められている。加うる に、結果として生じる粒子が通常方法に比較して向上した結晶形態または関連し た特性を示すならば、更に有利であろう。 発明の要約 本発明は、ポリマーのペレットをそのポリマーの溶融物から製造する装置を提 供し、この装置は、 (a)ポリマーの溶融物を計量してコンベヤの表面に置くための出口(これは 相当して直径が0.5から5mmの開口部を限定している)が複数備わっている 回転可能容器を含むペレット成形装置(pellet former)、 (b)該ペレット成形装置の出口に関係して動くに適合した表面を含んでいて 該ポリマー溶融物を複数の液滴、即ち結晶化するペレットの形態で該ペレット成 形装置から受け取って該ペレットを結晶化セクションの中に通して運ぶに適合し たコンベヤ、および (c)該ペレットが該コンベヤの表面上で受け取られる地点から少なくとも該 コンベヤの一部に沿って広がって下流地点にまで広がる結晶化セクション、 を含み、 該結晶化セクションは、更に、該コンベヤの表面が該結晶化セクションの中を 通る時に該コンベヤの表面温度を50℃以上で前以て決めた温度範囲内になるよ うに調節する手段を含む。 商業的実施では、該結晶化セクションに、更に、該ペレットが前以て決めた温 度範囲内の表面に前以て決めた時間さらされるように該結晶化セクション内にお ける該表面の温度を調節するための温度制御装置を含めてもよい。 この上に記述した装置は多様な用途を有する可能性があり、そのような用途に は、約25℃以上のガラス転移温度(Tg)を示すポリエステルポリマーのペレ ットを製造することが含まれる。このような1つの方法は、 (a)該ポリエステルポリマーのポリマー溶融物を計量して回転可能容器内の 複数の出口(各出口は直径が0.5から5mmのオリフィスを限定している)に 通すことにより、複数の溶融液滴を生じさせ、 (b)この溶融液滴を、これが生じた後直ちに、動いている固体状表 面上で集めるが、この動いている固体状表面を、加熱ゾーン内において、前以て 決めた温度範囲内に維持し、それによって、該加熱ゾーン内で該ペレットをそれ が上記動いている固体状表面と接触した状態に前以て決めた時間維持する、 ことを含む。 図の簡単な説明 図1は、ポリマーペレットの製造で用いるに好適な方法および装置の図である 。 図2は、図1の装置に備わっている結晶化セクションの断面図である。 発明の詳細な説明 本発明は、低い分子量を有するポリマーの粒子またはペレットを製造する装置 および方法を提供するものである。このポリマーのペレットを、パスチレーター (pastillator)と通常呼ばれるペレット成形装置で生じさせて熱表 面上で集める。この熱表面で、上記ペレットが比較的冷える(溶融状態から)速 度と上記ペレットが比較的冷却されて到達する温度を調節する。このようにして 生じさせたペレットは比較的均一なサイズと形状を持ち得る。用語「比較的均一 」は、ペレットの少なくとも90重量パーセントが平均直径のプラス/マイナス 30パーセント以内に入ることを意味する。好適には、上記粒子の少なくとも9 5重量パーセントが平均直径のプラス/マイナス10パーセント以内に入る。 本方法では、他のいろいろな通常方法および装置で製造されたペレットよりも 強くて高い耐摩滅性を示すペレットを製造することができる。このようなペレッ トは、輸送に適切であるか、或は追加的アニーリング を行うか否かに拘らず後で行う固体状態重合による処理で用いるに適切である。 ペレット製造用装置を包含する本発明の1つの態様を図1および2に図式的に 示す。 本発明の目的で、用語「ペレット」は、与えられた材料の何らかの個々別々の 単位または部分を意味し、規則的であるか或は不規則的であるかに拘らず如何な る形状もしくは形態を有していてもよい。従って、用語「ペレット」は、与えら れた材料の粒子、液滴、片、部分またはパスチルを包含し得る。用語「ポリマー 」は、モノマーと呼ぶ繰り返し構造単位から本質的に成る化合物または化合物の 混合物を意味し、そしてこの用語にプレポリマーもしくはオリゴマー、即ち低い 分子量を有するポリマー、またはより高い分子量のポリマーを得るための原料と して意図されたポリマーを包含させることを意味する。 用語「溶融ポリマー」は、それの溶融温度またはそれより高い温度のポリマー を意味する。同様に、用語「溶融滴」または「液滴」は、少なくともある程度ポ リマーの融点またはそれより高い温度のポリマーの部分を意味する。従って、生 成直後に結晶化を開始し得る液滴の中には温度勾配が存在している可能性がある 。 ポリマーの融点(Tm)を、好適には、示差走査熱量計(DSC)で測定する 第一加熱における主要溶融吸熱の最大値として測定する。ペレットサイズは、与 えられたペレットの最大断面寸法を意味する。 液滴成形装置を、一体式工程の一部として、導管または他の材料移送手段によ り、ポリマーを溶融形態で製造する手段につながげてもよい。ポリマー溶融物を 製造する手段は数多くの変形を包含し得る。例えば、 この手段は押出し加工機であってもよく、この場合、ポリマーを原料としてフレ ーク、ペレットまたはチップの形態で用いる。押出し加工機は、上記原料を溶融 温度またはそれ以上の温度に加熱して溶融ポリマーをいろいろな形態で押出し加 工する能力を有し、その後で上記溶融ポリマーを液滴成形装置に移送する。 また、ポリマー製造用手段に重合用反応槽を含めることも可能である。このよ うな反応槽は本技術分野でよく知られている。重合はしばしば溶融状態で実施さ れ、従ってまたポリマーを本発明に従う溶融形態で製造する手段として溶融重合 装置を用いるのも適切である。ポリマー溶融物の製造で用いるに好適な反応槽の 例を共通譲渡で同時係属中の出願S.N. (処理予定番号CR−9524 )に記述し、それによって、上記出願は引用することによって全体が本明細書に 組み入れられる。勿論、また、本装置および方法のための原料として用いる目的 でポリマーを商業的に購入するか或は前以て製造しておいたポリマーを貯蔵して それらを後でポリマー溶融物を製造する手段に導入することも可能である。 本装置の1つの好適な態様を図1に図式的に示す。ペレット成形装置10がポ リマー溶融物を反応槽または溶融重合装置(示していない)から受け取る。通常 の溶融重合装置(用いる場合)には、通常、反応体を受け取る入り口と、ポリマ ー溶融物をペレット成形装置10に輸送する導管に連結している出口が備わって いる。この出口を出るポリマー温度は、典型的に、それの溶融温度であるか或は それ以上の温度である。何らかの加圧移送デバイス(pressure dis placing device)、例えば可変速移送ポンプまたはメルトギアポ ンプ(melt gea pump)などでポリマーをペレット形成装置に移送 してもよい。 ペレット成形装置10は、この言葉が持つ最も幅広い意味で、パスチレーショ ン装置またはパスチレーターと通常呼ばれる。本技術分野ではいろいろな用途で いろいろな種類のパスチレーターが知られている。1つの態様において、上記パ スチレーターに典型的には同軸の筒状容器を外側と内側に含めてもよい。従って 、反応槽から輸送されてきたポリマー溶融物を内側の容器またはシリンダーに受 け取らせてもよい。この外側の容器は、この外側容器の周囲に間隔を置いて円周 上に位置するオリフィスを複数有する。この複数のオリフィスは、外側のシリン ダーが回転した時にそれらが内側の容器に備わっている計量用バーまたは溝と整 列するように位置している。外側の容器に取り付けるオリフィスのサイズは典型 的に約0.5mmから約5mmの範囲であってもよい。ポリマー溶融物が入って いる内側のシリンダーは加圧下にあり、これにより、上記外側シリンダーに備わ っている複数のオリフィス各々が内側のシリンダーに備わっている計量用バーま たは溝に整列する時に上記溶融物が均一な量で分与される。この記述する如きパ スチレーターは商業的に入手可能であり、例えばSandvik Proces s Systems(Totawa、NJ)が製造しているロトフォーマー(R OTOFORMER)(商標)などである。商業的使用では、経済的効率の基準 、即ち生産量を最大限にする目的で、上記パスチレーターの外側シリンダーに数 多くのオリフィスを存在させてもよく、典型的には、運転規模に応じて、少なく とも100、例えば100から50,000個存在させてもよい。適切には、1 時間当たり1kgから10メートルトン、好適には1時間当たり1から10メー トルトンの規模でペレットを製造して もよい。このような運転の場合、ペレットをコンベヤの表面に所望の生産速度で 供給するに充分な速度で回転するように上記パスチレーターを適合させる。 このパスチレーター10で生じさせた液滴、即ち結晶化するペレット18は、 コンベヤベルトの動く表面12(これは実質的に水平である)上に直接受け取ら れる。「実質的に水平」は、水平から10°以上変化しないことを意味する。「 動く表面」は、ペレットを支持して輸送し得る如何なる表面も意味する。この動 く表面12は、一般に、上記パスチレーターに関係して、このパスチレーターの 外側容器が回転する方向に対して接線方向に動く。この動く表面12は、下表面 16と上表面14を有し、この後者は、上記ペレットを支持する実質的に水平に 動く表面を含む。この動く表面12によって上記ペレットは結晶化セクションの 中に運ばれるが、この結晶化セクションを加熱セクションと呼ぶことも可能であ る。上記動く表面の速度を、一般に、上記ペレットが上記結晶化セクションの中 を通る速度が一定になるように維持するが、ペレットが結晶化セクション内に存 在する時間を変えることができるように、選択する速度を変えることも可能であ る。 本装置の鍵となる特徴または構成要素は結晶化セクションである。この結晶化 セクションは、ペレットがパスチレーター10から上記動く表面に受け取られる 地点またはその地点に非常に近い地点から始まって、コンベヤの動く表面の少な くとも一部に沿って広がっている。 本装置に含める結晶化セクションの重要な特徴は、上記動く表面が高温で上記 結晶化セクションの中を通る時にその表面の温度を調節する手段を含める点であ る。加熱用コイルが入っているオーブンを用いてもよ い。本発明の好適な装置では、上表面14の温度を、上記結晶化セクション内で 、コンベヤの表面材料に応じて50℃以上に維持する。この表面材料が金属であ る場合、通常のヒーターは実際上その温度を少なくとも50℃、好適には少なく とも100℃、より好適には100℃から225℃の範囲の温度にまで上昇させ る能力を有するはずであり、これは、その表面の伝熱係数に依存し得る。しかし ながら、本発明の幅広い方法において、コンベヤの表面が鋼などの如き金属より 低い伝熱係数を有するならば、温度を50℃以下で変えることも可能である。 結晶化では温度を比較的一定に維持することができるようにすべきであるが、 結晶化セクションに沿っていくらか勾配が存在していても許容され得る。好適に は、以下に更に説明するように、結晶化セクション内では、上記表面の温度を注 意深く管理する。 好適には、上記動く表面12の下表面の一部を上記結晶化セクション内で加熱 する。また、ペレットがコンベヤの表面に受け取られる地点より前にヒーターを 位置させることも可能であり、この場合の結晶化セクションに必要なのは絶縁お よび/または若干の加熱のみであり得る。この結晶化セクションに、更に、熱交 換用流体の温度および/または流れを調節してその熱交換用流体の流れを下表面 16に供給する手段、例えば図1において結晶化セクション20内に示す如き手 段を含めてもよい。図1に示す態様では、空気加熱装置26で加熱された空気を 下方空間24(これは上記動いている表面12の下表面16の一部を囲っている )に供給する。この下方空間24は一般に熱交換用流体の入り口および出口を含 み、その結果として、この熱交換用流体は下方空間24の中を通って連続的に循 環し得る。この下方空間24は、上記動く表面12の一部 (結晶化セクションを構成する)に沿って広がっている。このようにして、ペレ ット18は、生成後直ちに適当な加熱を受けた後、上記動く表面12上に集めら れる。 上記動くコンベヤ表面からその生じたばかりのポリマーペレットに熱を迅速に 伝達するには、このコンベヤの動く表面12の材料に比較的高い伝熱係数を持た せるのが好適である。この目的で用いるに特に金属が有効であり、特に高い伝熱 係数を有する金属、例えば鋼などが有効である。従って、コンベヤの動く表面に は金属が好適な材料であるが、他の材料、例えばプラスチックまたはプラスチッ クコーティングなども使用可能である。 結晶化セクション内における上記動く表面12の上表面14の温度は、この結 晶化セクション内に位置させた温度センサー28を用いて自動的にか或は手動で 調節可能である。しかしながら、好適には、温度制御装置を用いて、結晶化セク ション内における上記動くコンベヤ表面12の上表面14の温度を前以て決めた 温度範囲内に自動的に管理してもよい。このように温度を管理することに加えて 、上記ペレットを支持しているコンベヤの動く表面の速度を管理すると、結果と して、ペレット18に前以て決めた温度範囲を最低限の時間(これは前以て決定 可能である)受けさせることが可能になる。これを、ペレット18が結晶化セク ションを通っている時に行う。上記温度制御装置に、一般的には、結晶化セクシ ョン内における上表面14の温度を測定するセンサー28、このセンサーが測定 した温度と設定点を前以て決めた温度範囲内で比較する比較器(示していない) 、そして上記動く表面12の下表面16に供給される熱交換用流体の温度を調節 する温度調節装置(示していない)を含 める。通常の温度制御装置は、技術者が理解するであろうように本技術分野でよ く知られており、幅広く多様な給源から商業的に入手可能である。 ベルトの金属表面温度を管理する場合には時として熱交換用流体または下表面 16から熱を奪う、即ち関係させて冷却する必要があり得るが、周囲に関係させ て結晶化セクションを加熱することも可能である。典型的には、熱交換用流体を 下表面16に連続流として供給しそして温度が設定点温度を越えた場合、典型的 に、さらなる熱の入力は必要ないと言ったシグナルを制御装置が発する。しかし ながら、このことは本発明の精神に矛盾しない、と言うのは、一般的な結果は下 表面16の加熱であり、その結果として上表面14が加熱されるからである。 図1の場合、動く表面12の下表面16用のヒーターは結晶化セクション内に 位置している。このヒーターの主要な機能は、上表面14が前以て決めた温度範 囲内になるように上記動く表面12を加熱することにある。この動く表面12が 前以て決めた温度範囲内の温度に維持されるように加熱を行うことは、本分野の 技術者に知られる多様な手段を用いて達成可能である。加熱ではいろいろな態様 および装置が本発明の範囲内に包含される。 図1の好適な態様では、主に、動く表面12の下表面16を加熱することで加 熱を行う。また、このシステム全体に補助加熱手段を追加的に含めることも可能 である。例えば、温度を管理した(即ち一般的には加熱した)2番目の熱交換用 流体、好適にはペレット18の劣化を避ける目的で不活性ガスを、上記ペレット を支持している上表面14の一部(結晶化セクション内において)に熱を供給す ることも可能である。このガ スは好適には不活性である。適切なガスには、窒素、貴ガス、例えばアルゴンお よびヘリウムなど、酸素、空気などが含まれる。 この好適な態様では、動く熱表面12と加熱した不活性ガス流の両方で、ペレ ット18に温度管理を高温で受けさせる。好適には、不活性ガスの温度を上表面 14の温度より低くする。例えば、PETの場合、不活性ガス、例えば窒素など の温度を典型的には25℃から100℃の範囲にするが、温度をより高くするこ とも可能である。 加熱した不活性ガスを上記ペレットの上に流すことにより、各ペレットの厚み を通して存在する温度勾配を制御することも可能であり、従って、より均一な結 晶化を各ペレット全体に渡って達成する役割をそれに果させることも可能である 。前以て決めた最低限の時間に渡ってペレット全体を貫く温度が均一になればな るほど、各ペレット中で結晶化がより均一に起こるが、ペレットが結晶化セクシ ョン内に存在している間にはペレット中に温度勾配がある程度生じる可能性があ る。結晶化セクションの重要な目標は、ポリマーペレットの温度をできるだけ迅 速に所望の結晶化温度に持って行ってそれを前以て決めた温度に最低限の時間維 持することである。 上に示したように、連続的に流す不活性ガスの温度を管理している間、設定点 温度が得られるように一時的に上記ガスを加熱しない時間を置いてもよい。しか しながら、全体としての効果は、上記ガスを用いて温度、即ち生じたばかりのペ レット18を取り巻く環境を管理することにある。 第二熱交換用流体の連続流を加熱して供給する第二手段を、上方空間20に供 給する窒素流を加熱するヒーター22として図1に示す。この上方空間20は、 結晶化セクション内で、上表面14を囲んでいてもよ く、そして一般に、この上方空間20の中を連続的に循環する窒素用の入り口と 出口を有する。 図2は、結晶化セクションを包む上方空間および下方空間の断面図である。図 2に示すように、下方空間24の開放上部はコンベヤベルト12で覆われている 。このベルト用のローラーを下に点線で示す。コンベヤベルト12はまた上方空 間20の開放下部を覆う役割も果す。ベルト上に位置するシール42は典型的に テフロン[TEFLON(商標)、デュポン社(DuPont)、Wilmin gton、DE]で作られていて、これを用いて、上方空間22の中を通って循 環する熱交換用流体が過剰に失われないようにする。 上表面14の温度を前以て決めた範囲内に維持する補助として働く補助加熱の 例として、3番目の熱交換用流体を、コンベヤの上流ローラー30内に位置する 内部チャンバ34に供給してもよい。内部チャンバ34に入り口と出口を含めて もよく、これらを、上記3番目の熱交換用流体を加熱して循環させる手段に導管 で連結させる。また、図1に加熱ポンプ38も示し、これは熱オイルバス43内 に位置していて、3番目の熱交換用流体、例えば熱オイルなどを導管36に通し て上流ローラー30の内部チャンバ34に供給する。このローラーを、好適には 、加熱オイルに由来する熱が内部チャンバ34からローラー30を通ってコンベ ヤベルトの下表面16に効率良く導かれることを確保するように、伝熱材料で構 成させる。記述するように、上流ロール30を加熱することで、通常起こる熱損 失に対抗しかつ主要ヒーター26にかかる負荷を和らげる補足的加熱を得る。し かしながら、また、上記ペレットがベルトに受け取られる地点の後に補足的加熱 および/または断熱を設けることと組 み合わせて上流でペレットの主要加熱を行うことも可能である。 結晶化セクションの後、ここに結晶化した低分子量のペレット18を集めて移 送することにより、それにさらなる処理を受けさせることも可能である。 本装置を用いると、ポリエステルポリマーの比較的強健で均一なペレットを製 造することが可能になる。特に有利である1つのそのような方法をここに記述す る。 好適な方法では、所望の固有粘度(IV)を有する溶融形態のポリエステルポ リマーを本発明に従う装置で処理する。一般的には、約0.05から約0.40 dl/gの範囲のIVを示すポリマーが適切である。約0.09から約0.36 dl/gの範囲のIVが好適である。 このIVを下記の如く測定する。1体積のトリフルオロ酢酸と3体積の塩化メ チレンを混合することで溶媒を調製する。次に、PETを重量測定して、0.0 50gの量で、乾燥させた奇麗な小びんに入れた後、メスピペットを用いてそれ に上記溶媒を10mL加える。この小びんを密封し(溶媒が蒸発しないように) 、そしてPETが溶解するまでか或は30分間振とうする。この溶液を、25℃ の水浴内に位置させた#50 Cannon−Fenske(商標)粘度計に備 わっている大型管に注ぎ込んだ後、平衡状態に到達させてその温度にする。次に 、上方マーカーと下方マーカーの間を落下する時間を3回測定し、そしてこれら の落下時間は、0.4秒の範囲内で一致しているべきである。この粘度計を用い て溶媒単独に関しても同様な測定を実施する。次に、IVを式: で計算する。 本方法を、ポリマーを溶融形態で製造する方法と一体化することも可能である 。溶融形態のポリマー製造は、この上で考察したように、いろいろな方法で達成 可能であり、そのような方法には、最初にポリマーをフレーク、ペレットまたは チップの形態で押出し加工することが含まれる。更に、例えばこの上で考察した 如き溶融重合などで反応体を重合用反応槽内で重合させることを工程全体に含め ることも可能である。 好適な方法では、最初に、ポリエステルの温度を、それの溶融温度またはそれ より高い第一温度にする。興味の持たれるポリエステルの場合、このような初期 温度は200℃以上になるであろう。PETの場合、このような初期温度は約2 50℃に等しい温度またはそれ以上の温度になるであろう。ポリマー溶融物が本 質的に非晶質、即ち結晶性が約5%未満、好適には1%未満であるのが好ましい 。このポリマー溶融物が最初非晶質でなくて半結晶性である場合、その半結晶性 領域が充分に溶融することを確保する目的で、そのポリマーをそれの溶融温度よ り高い温度に完全かつ均一に加熱するのが望ましい。 ポリエステルポリマー類を、この上で述べた第一温度において、この上に記述 した如き液滴成形装置またはペレット成形装置で成形してペレットを生じさせる 。このペレットを生じさせながら実質的に水平な表面上でこれらを集め、それを 結晶化ゾーン内で第二温度に維持する(実質的に水平は水平から10°以内であ ることを意味する)。本発明の装置に関連させて記述したように、特にベルトが 金属である場合、上記結晶化ゾーン内でペレットに加熱を受けさせてもよい。こ の結晶化ゾーンの鍵となる特徴は、ペレットが生じた直後にそれらが所望の結晶 化温度を受 けるように、生じたばかりのペレットの温度管理を可能にすることにある。従っ て、低い分子量を有するポリマーを伴う場合でも、強健で均一なペレットを生じ させることができる。このようなペレットは、輸送およびさらなる重合、例えば 固体状態の重合などで用いるに適切である。 輸送およびさらなる処理、例えば固体状態の重合などで用いるに適切なポリエ ステルペレットを生じさせるには、そのペレットを、これらが生じた後できるだ け迅速に、前以て決めた温度範囲内の温度で、コンベヤ表面に接触させる必要が ある。この前以て決めた温度範囲は、ポリエステルの場合、好ましくは約80℃ から約230℃、好適には約110℃から約190℃の範囲である。 また、好適な方法の追加的態様を、同時に提出した共譲渡の出願S.N. (処理予定番号CR−9638)、S.N. (処理予定番号CR−96 07)およびS.N. (処理予定番号CR−9524)(この3出願は全 部引用することによって全体が本明細書に組み入れられる)にも記述する。 この生じたばかりのポリマーペレットを前以て決めた温度範囲内の表面温度に さらすと、結果として直ちに、最初それの溶融温度またはそれに近い温度で、ポ リマーペレットとそれを取り巻く領域の間に温度勾配が生じる。所望の結晶形態 が得られるようにするには、上記をできるだけ迅速に行う必要がある。結晶形態 は、上記ペレットの強健さと耐摩滅性、特に後で行う重合中の強健さに関係する 。 上記ペレットを前以て決めた時間の間熱表面に接触させた状態で維持するが、 ポリエステルの場合、この時間を約3秒以上、好適には約10から60秒にすべ きである。一般に、低い分子量を有する結晶性ポリエ ステルペレットに所望の結晶度を持たせてそれを製造するに要する時間はほぼ数 分を越えないが、そのペレットを所望温度に長時間、例えば30分以上維持して も有害ではないであろう。 本明細書では、結晶度含有量(crystallinity content )が約15%以上、好適には20%以上、最も好適には30%以上を意味すると して用語「結晶性」を定義し、これらはそれぞれ、例えばPETの場合、密度が 約1.36g/cc以上、好適には約1.37g/cc以上、最も好適には1. 39g/ml以上であることに相当する。従って、用語「本質的に結晶性または 結晶性」を本明細書で用いる場合、この用語は、興味の持たれる大部分のポリエ ステルのように「半結晶性」と通常呼ばれるものも包含する。結晶度の量はDS C(示差走査熱量計)で測定可能である。例えば、本質的に結晶性のPETは、 J/gで表される全融解熱が少なくとも約20、より好適には約35であること を特徴とする(純粋な結晶性PETの全融解熱として140J/gを用いた場合 )。融解熱がより高いことは、ポリマーの結晶性がより高いことを示す。ポリエ ステル材料またはペレットのサンプルにおける結晶度パーセントは、存在する結 晶子の融解熱(J/g)を「純粋な」結晶性ポリエステルの融解熱と比較するこ とで測定可能である。 本発明または本方法で用いるポリエステル類は二酸もしくはジエステル構成成 分を含み、これらには、適切には、炭素原子を4から36個含むアルキルジカル ボン酸、炭素原子を6から38個含むアルキルジカルボン酸ジエステル、炭素原 子を8から20個含むアリールジカルボン酸、炭素原子を10から22個含むア リールジカルボン酸ジエステル、炭素原子を9から22個含むアルキル置換アリ ールジカルボン酸、または炭 素原子を11から22個含むアルキル置換アリールジカルボン酸ジエステルが含 まれる。好適なアルキルジカルボン酸は炭素原子を4から12個含む。このよう なアルキルジカルボン酸の代表的ないくつかの例には、グルタル酸、アジピン酸 、ピメリン酸などが含まれる。好適なアルキルジカルボン酸ジエステルは炭素原 子を6から12個含む。このようなアルキルジカルボン酸ジエステルの代表的例 はアゼライン酸である。好適なアリールジカルボン酸は炭素原子を8から16個 含む。アリールジカルボン酸の代表的ないくつかの例はテレフタル酸、イソフタ ル酸およびオルトフタル酸である。好適なアリールジカルボン酸ジエステルは炭 素原子を10から18個含む。アリールジカルボン酸ジエステルの代表的ないく つかの例には、テレフタル酸ジエチル、イソフタル酸ジエチル、オルトフタル酸 ジエチル、ナフタル酸ジメチル、ナフタル酸ジエチルなどが含まれる。好適なア ルキル置換アリールジカルボン酸は炭素原子を9から16個含み、そして好適な アルキル置換アリールジカルボン酸ジエステルは炭素原子を11から15個含む 。 本発明で用いるポリエステルのジオール構成成分に、本明細書では適切に、炭 素原子を2から12個含むグリコール類、炭素原子を4から12個含むグリコー ルエーテル類、および構造式HO−(AO)nH[式中、Aは、炭素原子を2か ら6個含むアルキレン基であり、そしてnは2から400の整数である]で表さ れるポリエーテルグリコール類を含める。上記ポリエーテルグリコール類に一般 的には約400から4000の分子量を持たせる。 好適なグリコール類は、適切には、炭素原子を2から8個含み、好適なグリコ ールエーテル類は炭素原子を4から8個含む。ポリエステルの ジオール構成成分として使用可能なグリコール類の代表的ないくつかの例には、 エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリ コール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1 ,3−プロパンジオール、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール 、2−エチル−2−イソブチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジ オール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサ ンジオール、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサンジオール、1,3−シ クロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2,2,4 ,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオールなどが含まれる。代表的な いくつかの例はポリエーテルグリコール[Polymeg(商標)]およびポリ エチレングリコール[Carbowax(商標)]。 また、分枝もしくは未分枝のポリエステルも使用可能である。本方法はポリエ ステルホモポリマーおよびポリエステルコポリマー類の両方に適用可能である。 更に、本発明の方法は、容易には結晶化しないポリエステル、即ち結晶化で本方 法に従う加熱を必要とするポリエステルの場合に特に有用である。これには、例 えばポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリ(エチレンナフタレート )(PEN)、ポリ(トリメチレンテレフタレート)(3G−T)およびポリ( トリメチレンナフタレート)(3G−N)などが含まれる。一般に、上記ポリエ ステル類は約25℃以上のガラス転移温度(Tg)および通常約200℃から約 320℃の範囲の溶融温度(Tm)を示す。 特に好適なポリエステルは、10重量%以下の量のコモノマーで修飾したポリ エステルである。コモノマー類にはジエチレングリコール(D EG)、トリエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、イソ フタル酸(IPA)、2,6−ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸およびそれ らの混合物が含まれ得る。PETに好適なコモノマー類には0−5重量%量のI PAおよび0−3重量%量のDEGが含まれる。 この上に示したように、本発明に従って製造した結晶性ポリマーペレットを固 体状態重合用反応槽に導入してそのポリマーの分子量を高くすることができる。 好適には、上記ペレットにおけるポリエステルのIV(固有粘度)を0.4以下 、好適には0.36以下、最も好適には0.3以下にし、そして固体状態重合用 の反応槽で生じさせるポリエステル生成物のIVを0.5以上、好適には0.6 から1.2にする。例えば、PETの場合、固体状態の重合を適切には200か ら270℃の範囲の温度、好適には220から250℃の範囲の温度で好適には 24時間以内の時間行うが、但しその温度がポリマーの融点より低いことを条件 とする。 実施例1 この実施例では実証用装置のデザインを説明する。溶融相重合方法で製造した 、COOH末端を92.5Eq/106g有していて0.21 dl/gのIV を示すPETの加工を、加熱ゾーンが6カ所備わっている28mmのバレル2軸 押出し加工機で74rpmに設定して行った。上記ゾーンの温度は下記の通りで ある: この押出し加工機の排出口を可変速のZenithギアポンプに連結し て、溶融させたポリマー材料を加圧下50ポンド/時の流量で幅が60cm(約 2フィート)のロトフォーマー(商標)ドロップフォーマー(dropform er)[Sandvik Process Systems、Totowa、N Jが製造している]にポンプ輸送した。このロトフォーマー(商標)に沿って並 列配列しているオリフィスの直径は1.5mmである。このロトフォーマー(商 標)の入り口の所における溶融ポリマー材料の供給温度を約285℃にする。そ の溶融させたポリマー材料を液滴の形態でコンベヤ13上に落下させて成形する (dropformed)が、このコンベヤ13の長さは18フィートであり、 これには連続的に動く鋼製ベルトが含まれていて、このベルトもまたSandv ik Process Systems製である。エアブロアー(air bl ower)を用いて強制的に対流を起こさせて上記ベルトの底をそれのほぼ全長 に渡って約160℃に加熱することにより、このベルトの加熱を行う。溶融して いるポリマーの液滴が上記ベルト上で固化することで均一な半球形粒子が生じ、 この粒子を収集用箱に運ぶ。このベルトを本発明に従う高温に加熱しなかった実 験を基にして、この実施例に記述した条件下で製造を行うならばシリンダーのヘ ッド速度、ベルト速度および粒子の平均重量は下記の如くになるであろうと推定 することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),UA(AZ,BY,KZ,RU,TJ,TM),A L,AM,AU,BB,BG,BR,CA,CN,CZ ,EE,FI,GE,HU,IS,JP,KG,KP, KR,LK,LR,LT,LV,MD,MG,MK,M N,MX,NO,NZ,PL,RO,SG,SI,SK ,TR,TT,UA,UZ,VN (72)発明者 レヒユウ,ケネス・ウエイン アメリカ合衆国ペンシルベニア州19348− 1551ケネツト スクエア・ヒツコリードラ イブ295

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. ポリマーのペレットをそのポリマーの溶融物から製造する装置であって 、 (a)ポリマーの溶融物を計量してコンベヤの表面に置くための、各々が約0 .5mmから約5mmの範囲の最大断面寸法を有する開口部を限定している出口 が複数備わっている回転可能容器を含むペレット成形装置、 (b)該ペレット成形装置に関係して動くに適合した表面を含んでいて該ポリ マー溶融物を複数の液滴、即ち結晶化するペレットの形態で該ペレット成形装置 から受け取ってそのペレットを結晶化セクションに通して運ぶに適したコンベヤ 、および (c)該ペレットが該コンベヤの表面上で受け取られる地点から少なくとも該 コンベヤの一部に沿って広がって下流地点にまで広がる結晶化セクション、 を含み、 該結晶化セクションが、更に、該表面が該結晶化セクションの中を通る時に該 表面の温度が50℃以上で前以て決めた温度範囲内になるように調節する手段を 含む、 装置。 2. 該ペレットが前以て決めた温度範囲内の表面に前以て決めた時間さらさ れ得るように、該結晶化セクションが、更に、この結晶化セクション内における 該表面の上記温度を管理する自動温度制御装置を含み、ここで、上記温度制御装 置が、温度測定手段、測定温度を所望温度または設定点と比較する比較装置、お よび上記比較に応答して該表面の温度 を調整する手段を含む請求の範囲第1項の装置。 3. 該表面の温度を管理する手段が該表面を温度が50℃から240℃の範 囲内になるように管理する請求の範囲第1項の装置。 4. 該ペレット成形装置が、更に、該回転可能容器の内側表面に隣接する細 長い溝を有する静止容器を含み、ここで、該細長い溝が該回転可能容器の縦軸に 平行であり、そしてこの細長い溝が上記複数の出口とつながった時に該ポリマー 溶融物の液滴部分が定期的に複数の出口から出るように該細長い溝が周期的に各 出口とつながるに適合している請求の範囲第1または2項の装置。 5. 該コンベヤがコンベヤベルトを少なくとも1本含み、このコンベヤベル トが上表面と下表面を含んでいて、この上表面が、ペレットを該ペレット成形装 置から受け取るに適した動く表面を形成している請求の範囲第1または2項の装 置。 6. 該表面温度を管理する手段が、熱交換用流体の温度および/または流れ を調整する手段、および該熱交換用流体を供給してそれを該コンベヤベルトの下 表面の少なくとも一部と伝熱接触させる手段である請求の範囲第5項の装置。 7. 該表面温度を管理する手段が、該コンベヤベルトの下表面の少なくとも 一部に沿って広がる空間を含み、ここで、上記空間が熱交換用流体のための入り 口と出口を含み、そしてここで、上記空間が少なくとも部分的に上記下表面の下 に位置していて、熱交換用流体が上記下表面の上を連続的に流れることができる ように、上記空間の開口部が少なくとも部分的に該下表面に面している請求の範 囲第5項の装置。 8. 該表面温度を管理する上記手段が、熱が該コンベヤベルトの上 表面、下表面または両表面に直接か或は間接的に伝達されるように気体の形態の 熱交換用流体の温度および/または流れを管理する手段を含む請求の範囲第5項 の装置。 9. 該コンベヤベルトが、更に、このコンベヤベルトを連続的に動かすため の回転ローラーを少なくとも2本含み、ここで、上記回転する2本のローラーが 該コンベヤベルトの遠方末端に位置していて、1番目のローラーが該ペレット成 形装置の少なくとも部分的に上流に位置しそして2番目のローラーが該ペレット 成形装置の下流に位置する請求の範囲第5項の装置。 10. 該1番目のローラーがこの1番目のローラー内に位置する内部チャン バを含み、ここで、熱を該熱交換用流体から該ローラーの外側の円柱形表面に伝 達しそしてそこから該コンベヤの下表面に伝達しそしてそこから該ペレットを該 ペレット成形装置から受け取るコンベヤベルトの上表面に伝達して該コンベヤベ ルト上に存在するペレットの温度を該結晶化セクション内で管理するように、該 チャンバが、入り口と出口を通して、熱交換用流体を該内部チャンバの中に循環 させるための手段につながっている請求の範囲第9項の装置。 11. 少なくとも部分的に該コンベヤの一部の上に広がっている空間を更に 含み、この空間が、該コンベヤに少なくとも部分的に面する開口部を有し、そし てここで、上記空間が更にそれぞれ加熱ガスを受け取って排出させるための入り 口と出口を含む請求の範囲第1または2項の装置。 12. 該表面温度を管理する上記手段が上記表面を加熱するいろいろなヒー ターを複数含む請求の範囲第1または2項の装置。 13. 該回転可能容器が、長さ方向に沿った実質的に水平な軸に沿って回転 し得る筒状ドラムである請求の範囲第1または2項の装置。 14. 該表面温度を管理する上記手段が、該ペレットが該コンベヤ上に導入 される地点の上流および下流の両方に位置するヒーターを含む請求の範囲第5項 の装置。 15. 該出口が該回転可能容器の軸方向に沿って並列配列している請求の範 囲第1項の装置。 16.出口が100から50,000個存在している請求の範囲第1項の装置 。 17. ポリマーのペレットをそのポリマーの溶融物から製造する装置であっ て、 (a)該ポリマーの溶融物をペレット成形装置に移送するための導管に連結 している出口を少なくとも含んでいてポリマーを溶融形態で製造するに適した手 段、 (b)該ポリマーの溶融物を計量してコンベヤの表面に置くための、該ポリ マー溶融物のための入り口と各直径が0.5から5mmの出口開口部を複数有す る回転可能容器を含むペレット成形装置、 (c)該ペレット成形装置に関係して動く表面を含んでいて該ポリマー溶融 物を複数の液滴、即ち結晶化するペレットの形態で該ペレット成形装置から受け 取ってそのペレットを結晶化セクションに通して運ぶに適合しているコンベヤ、 および (d)該ペレットが該コンベヤの表面上で受け取られる地点から少なくとも 該コンベヤの一部に沿って広がって下流地点にまで広がる結晶化セクション、 を含み、 該結晶化セクションが、該ペレットを支持する表面が該結晶化セクションの中 を通る時に該表面の温度が50℃以上で前以て決めた温度範囲内になるように調 節する手段を含む、 装置。 18. 該ペレットが前以て決めた温度範囲内の表面に前以て決めた時間さら され得るように、該結晶化セクションが、更に、この結晶化セクション内におけ る該表面の温度を管理する温度制御装置を含み、ここで、上記温度制御装置が、 温度測定手段、測定温度を所望温度または設定点と比較する比較装置、および上 記比較に応答して該表面の温度を調整する手段を含む請求の範囲第15項の装置 。 19. ポリマーを溶融形態で製造する手段が押出し加工機、溶融重合用装置 および反応槽から成る群から選択される請求の範囲第17または18項の装置。 20. 該ペレットを固体状態で重合する手段、および該ペレットを該コンベ ヤから該ペレットの固体状態重合用手段に輸送する手段を更に含む請求の範囲第 17項の装置。 21. 約25℃以上のガラス転移温度Tgを示すポリエステルポリマーのペ レットをそのポリマーの溶融物から製造する方法であって、 (a)ポリマーの溶融物を計量して表面に置くための各直径が0.5から5 mmの出口を複数有する回転可能容器を含む液滴成形装置で溶融液滴を生じさせ ることで該ポリマーの溶融物を溶融液滴にし、そして (b)溶融液滴、即ち結晶化するペレットを、それらが生じる時に、上記表 面上に集めるが、該表面を結晶化ゾーン内において50℃以上で 前以て決めた温度範囲内に維持して、該結晶化するペレットを、結晶化中、該結 晶化ゾーン内において該表面に接触させた状態で前以て決めた時間維持すること により、結晶化したポリエステル粒子を500ミクロンから2cmの平均直径で 生じさせる、 ことを含む方法。 22. 上記表面が少なくとも1本のコンベヤベルトの一部であり、このコン ベヤベルトが上表面と下表面を含んでいて、この上表面が、ペレットを該ペレッ ト成形装置から受け取る上記表面を形成している請求の範囲第21項の方法。 23. 該表面が金属であり、そして該前以て決めた温度範囲が、80℃から 、該ポリエステルの融点より30℃低い温度に至る範囲である請求の範囲第21 項の方法。 24. 該ポリエステルがポリエチレンテレフタレートであり、該表面が金属 であり、そして該前以て決めた温度範囲が80℃から230℃の範囲である請求 の範囲第21項の方法。 25. 該ポリマーのモノマー単位に二酸もしくはジエステルを含め、ジオー ルを1,3−プロパンジオール、エチレンジオールおよび1,4−ブタンジオー ルから成る群から選択する請求の範囲第21項の方法。 26. 該ポリマーをポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(エチレンナフ タレート)、ポリ(ブチレンナフタレート)、ポリ(トリメチレンテレフタレー ト)およびポリ(トリメチレンナフタレート)から成る群から選択する請求の範 囲第21項の方法。 27. 約10重量%以下の量でコモノマーを用いて該ポリマーを修飾する請 求の範囲第26項の方法。 28. 該コモノマーをジエチレングリコール、イソフタル酸、トリエチレン グリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2,6−ナフタレンジカル ボン酸、アジピン酸およびそれらの混合物から成る群から選択する請求の範囲第 27項の方法。 29. 生じさせるペレットに約1から10mmの平均ペレットサイズを持た せる請求の範囲第21項の方法。 30. 該前以て決めた時間が少なくとも3秒である請求の範囲第21項の方 法。 31. 該前以て決めた時間が3秒から10分の範囲である請求の範囲第30 項の方法。 32. 請求の範囲第21項の方法で生じさせたペレット。 33. 約25℃以上のガラス転移温度Tgを示すポリエステルポリマーを固 体状態で重合させる方法であって、 (a)ポリマーの溶融物を計量して回転可能容器内の各直径が0.5から5 mmの複数の出口に通すことで溶融液滴を生じさせ、そして (b)溶融液滴、即ち結晶化するペレットを、それらが生じる時に、動いて いる固体表面上に集めて、それを結晶化ゾーン内において前以て決めた温度範囲 内に維持して、該ペレットを該結晶化ゾーン内において該表面に接触させた状態 で前以て決めた時間維持し、 (c)段階(b)で生じさせたペレットを固体状態重合用の反応槽に導入す ることで該ポリマーの分子量を高くする、 ことを含む方法。 34. 該ペレットにおける該ポリエステルの固有粘度を約0.36以下にし そして該固体状態重合用の反応槽で生成させるポリエステル生 成物の固有粘度を0.5以上にする請求の範囲第33項の方法。 35. 該ポリエステルがPETである請求の範囲第34項の方法。
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