JPS5952894B2 - グリコ−ルとジカルボン酸のポリエステルの製造法 - Google Patents

グリコ−ルとジカルボン酸のポリエステルの製造法

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JPS5952894B2
JPS5952894B2 JP8756379A JP8756379A JPS5952894B2 JP S5952894 B2 JPS5952894 B2 JP S5952894B2 JP 8756379 A JP8756379 A JP 8756379A JP 8756379 A JP8756379 A JP 8756379A JP S5952894 B2 JPS5952894 B2 JP S5952894B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジカルボン酸のジアルキルエステルをグリコ
ールによりエステル交換することによつて分子量が60
0〜8、000のグリコールとジカルボン酸のポリエス
テルを製造する方法に関する。
反応生成物は主として種々の重合体、実質的にポリ塩化
ビニル、ニトロセルロース、ゴムの可塑剤として使用さ
れる。また、反応生成物は、ケーブルプラスチックに、
リノリウム、トラクターおよび自動車用の耐油−ガソリ
ン性燃料管、冷凍機キャビネットのガスケット等の製造
等に使用される。グリコールとジカルボン酸のポリエス
テルを製造する方法は当業界で知られている (ソ連発
明者証書遥311950、Cl、c08g63/16;
B、V、Petuknov“PolyesterFib
res’’、MoscowGoskhimi2datP
ublisningHouse、、1960、pp、1
9〜22、41〜44参照)。これらの従来技術法によ
れば、試薬すなわちジカルボン酸のジアルキルエステル
およびグリコールは化学量論比でまたグリコールの過剰
で反応器に仕込まれる。工程をエステル交換触媒の存在
下で行う場合、触媒たとえば酢酸亜鉛および活性炭がさ
らに反応器に仕込まれる。反応混合物は生成物および触
媒の個々の特性に応じて100−300℃の温度に加熱
され、反応器圧力は1気圧(絶対圧)〜残圧5mmHg
の範囲に維持される。エステル交換は可逆反応であり、
したがつて、平衡を右へ移動させるためには、反応副生
物、すなわち脂肪族一価アルコールが反応器から連続的
に留去される。このアルコールと共にグリコールが留去
されるのは不可避である。このため、留去生成物は分離
にかけられてアルコールとグリコールに分離され、アル
コールは工程から抜き出され、一方グリコールは工程に
再循環される。上記分離は、充填物を設けかつ反応器の
頂部カバーに装着された精留塔で行われる。反応器の充
填部分はラツシヒリング(Raschigrings)
が充填され、カラムの上部には凝縮器−冷却器が設けら
れる。脂肪族一価アルコールの蒸気は上方に移動し、凝
縮器−冷却器で凝縮される。凝縮器−冷却器から、凝縮
アルコールの一部は塔の噴霧に還流として供給さ゜れ、
アルコールの残りの部分は系から取り出される。グリコ
ールは、塔の低部分から連続的に排出され、工程に再循
還される。塔の分離効率は、塔出口の蒸気温度により制
御され、還流比の変化により調節される。したがつて、
従来技術法の1つ門によりポリエチレンテレフタレート
を製造する場合、反応副生物はメタノールであり、精留
充填塔の上部分は65〜70℃の温度に維持される。従
米技術の上記ポリエステル製造法は下記のような本質的
欠点を有する:ク1 エステル交換の際留去される蒸気
の組成および量は、工程が進行するにつれて実質的に変
化する。
工程の開始時点で、蒸気は最大90%のグリコールを含
有し、工程の終了時点で、上記蒸気は最大90%の脂肪
族一価アルコールを含有す5 る。従来技術の分離法は
、分離を受ける混合物の組成および量の狭い範囲の変化
内でのみ有効である。このため、下記の例1で分るよう
に、上記分離法は工程の全時間にわたつて完全な分離を
保証しない。2 留去された(精留充填塔の後)脂肪族
一価アルコールには、4〜6%のグリコールが存在する
グリコールの損失は出発物質および反応塊組成の不調整
に関して増大された評価(ratingcoeffic
ients)係数をもたらす。このため商業的に許容出
来る生成物を得ることがしばしば不可能になる。3 反
応帯域に再循環されるグリコールは15〜20%の脂肪
族一価アルコールを含有する。
アルコールが反応帯域に進入すると、エステル交換工程
が遅<なり、その工程時間が長くなる。4 増大された
工程時間は、所望生成物の損われたカラー値(鉄一銅−
コバルト・スケールによりA2)および生成物の最大1
0mgK0H/gの増大された酸数をもたらす。
5 留去脂肪族一価アルコールと共に失われるグリコー
ルの損失に基づく反応塊の不正確な組成は、計算値の1
/1.5−1/3の分子量を有し、したがつて低減され
た粘度値および密度値の生成物をもたらす。
本発明の目的は、工程時間を低減し、出発物質に関して
評価係数を低下させかつ最終生成物の品質を改良するこ
とが出来るグリコールとジカルボン酸のポリエステルを
製造するそのような方法を提供することである。
本発明のこのおよび他の目的は、ジカルボン酸のジアル
キルエステルをグリコールによりエステル交換触媒の存
在下で100〜300℃の温度および1気圧(絶対圧)
〜残圧5mmHgの圧力でエステル交換を行い、反応過
程中に発生するグリコールと脂肪族一価アルコールの混
合物を連続的に留去し、上記化合物を精留により分離し
、脂肪族一価アルコールを工程から分離しそしてグリコ
ールを工程に戻しながらグリコールとジカルボン酸のポ
リエステルを製造する方法において、上記グリコールと
脂肪族一価アルコールの混合物の精留による上記分離を
二段階で行い、第一ー段階において脂肪族一価アルコー
ルおよびグリコールと脂肪族一価アルコールとのグリコ
ールを60〜95%、好ましくは80〜90%含有する
混合物を形成し、第二段階において上記混合物をグリコ
ールと脂肪族一価アルコールおよびグリコールのグリコ
ールを2 〜40%、好ましくは5 〜10%含有する
混合物とに分離し、上記混合物を分離の第一段階に再循
環することを特徴とする、上記方法を提供することによ
り達成される。
脂肪族一価アルコールとグリコールをこの方式で分離す
ると、エステル交換の全工程期間にわたつて系から実質
的に純粋なアルコールを抜き出すことが出来かつ工程に
再循環されるグリコール中のアルコール含量を3−5%
に低減出来ることが見い出された。
また、本発明による方法は、分離の第二段階をグリコー
ルをその沸点またはグリコールの沸点より最大20℃低
い温度に加熱する際に行う場合にさらに改良出来ること
が見い出された。
このようにすると、グリコール中のアルコール含量は0
一0.5%に低減され、この結果工程時間をさらに低減
することが出来る。したがつて、本発明によるグリコー
ルとジカルボン酸のポリエステルを製造する方法は下記
の利点を有する:1 工程の全期間にわたつて脂肪族一
価アルコールをグリコールと完全に分離することが出来
る(下記の例1参照)。
2 留出アルコール中にはグリコールは実質的に存在せ
ず、このためグリコール損失を6 〜12%低減するこ
とが出来、したがつて、出発物質に関して消費評価係数
を低下させることが出来る。
従来技術法の条件下では、留出アルコールと共に失われ
るグリコールは25%という大きな量である。3 工程
に再循環されるグリコール中において、7 アルコール
含量を5−0%に低減することが出来る。
このようにすると、反応塊中のアルコール濃度は低減さ
れ、反応時間も1/1.2−1/2に低減される(例1
参照)。4 この低減された反応時間(1/1.2−1
/2)およθ びグリコール損失の防止により所望生成
物のカラー特性を鉄−銅−コバルトスケールによる遥2
に相当するように改良しかつ所定の分子量(600〜8
,000)および最大3mgK0H/gの酸価を有する
所望生成物を得ることが出来る。
5 本発明の方法を実施することが出来る装置は、連続
または不連続作動の反応器およびグリコールと脂肪族一
価アルコールとの混合物を分離する装置からなる。
エステル交換工程の不連続実施態様において、ダリコー
ルーアルコール混合物の組成フおよび量は合成中変化し
、一方工程の連続実施態様では、これらのパラメータは
一定のま・である。本発明による方法を実施するための
反応器として、任意のエステル化装置たとえば、蒸留装
置(Stillapparatus)、区分化(Sec
tiOned)装置またはカスケード式反応器を使用す
ることが出来る。
分離装置は、たとえば二系列連結精留塔として具体化す
ることが出来る。第一塔(分離の第一段階)におけるス
プレー条件は、その上部から純粋アルコールが流出し、
一方塔の蒸留釜からグリコールとアルコールのグリコー
ル含量が60〜95%、好ましくは80〜90%の混合
物が放出されるように選ばれる。第一精留塔で留去され
る純粋アルコールは工程から抜き出され、グリコール含
量が60〜95%のグリコールとアルコールの混合物は
第二精留塔(分離の第二段階)に送られる。
第二塔における操作条件は、純粋グリコールがその蒸留
釜から抜き出され、グリコール含量が2 〜40%、好
ましくは5〜10%のアルコールとグリコールの蒸気混
合物が頂部から留去されるように選ばれる。純粋なグリ
コールはエステル交換工程に再循環され、一方グリコー
ル含量が2 〜40%のアルコールグリコール混合物は
第一精留塔に供給される。すでに前述したように、第二
精留塔における分離は塔の蒸留釜中のグリコールをその
沸点またはグリコール沸点より最大20℃低い温度に加
熱する際行うのが得策である。
これにより、エステル交換工程に再循環されるグリコー
ル中のアルコール含量を0.5−0%に低下させること
が出来、その結果全体の工程期間を低減させることが出
来る。分離工程は、単一精留塔で脂肪族一価アルコール
とグリコールの蒸気混合物を塔の中間点に導入しながら
実施することができる。入口点の位置は、アルコールお
よびグリコールの性質ならびに塔の操作条件に左右され
る。蒸気入口点は、それが精留塔を2つの帯域、すなわ
ち第一分離段階の条件下で操作される第一(上部)帯域
と第二分離段階の条件下で操作される第二(下部)帯域
に区分するように実験的に選ばれる。第一分離段階(塔
の上部帯域)において、出発蒸気混合物は塔頂部から抜
き出されるアルコールおよび60〜〜95%、好ましく
は80〜90%のグリコールを含有するグリコールとア
ルコールの混合物に分割される。液相であるこの混合物
は、第二分離段階(塔の下部帯域)に連続的に供給され
、塔を下方に流れ下る。第二段階において、上記混合物
はグリコールとグリコール含量が2 〜40%、好まし
くは5 〜10%のアルコールおよびグリコールの混合
物に分離される。グリコールは塔の蒸留釜から連続的に
放出され、エステル交換工程に再循環される。蒸気相を
なすグリコール含量が2 〜40%のアルコールとグリ
コールの混合物は第一分離段階(塔の上部帯域)へ連続
的に供給される。アルコールとグリコールの上記蒸気混
合物が塔に導入される入口点は塔をその高さに沿つて上
部帯域および下部帯域を各々2:1〜5:1の比率で分
割することが実験的に見い出された。単一精留塔におけ
るグリコ−ルーアルコール混合物の分離において、塔の
蒸留釜のグリコールをその沸点またはグリコール沸点よ
り最大20℃低い温度に加熱することが得策である。
精留塔の中で、加熱温度を具備する充填塔またはタナ段
塔を使用することが最も有利である。
本発明による方法において、ジカルボン酸の出発ジアル
キルエステルとして、脂肪族および芳香族系列に属する
酸たとえばアジピン酸、セバシン酸、フタル酸と脂肪族
一価アルコールたとえばメチルアルコール、ブチルアル
コールとの種々のエステルを使用することが出来る。グ
リコール類の中で、たとえば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ー1,2を使
用することが出来る。触媒として、任意の通常のエステ
ル交換触媒たとえばテトラブトキシチタン、酢酸亜鉛、
n−ジブチル錫ジカプリレート、活性炭、酢酸亜鉛と活
性炭の混合物、n−ジブチル錫ジカプリレートと活性炭
の混合物を使用するフことが出来る。本発明のより良い
理解のために、特定例を下記に説明する。
例1 攪拌機を具備する容量1旧の蒸留装置、加熱一・冷却マ
ントルおよび二つの精留塔からなる分離装置からなる間
欠的作動プラントにおいて、ジブチルアジペートをプロ
ピレングリコールー4,2により酢酸亜鉛および活性炭
からなる触媒系の存在下でエステル交換することにより
ポリプロピレンJグリコールアジペートを製造する。
反応器に、6,200gのアジピン酸ジブチル、1,5
00gのプロピレングリコールー1,2、21gの酢酸
亜鉛、42gの活性炭を仕込む。
工程は、200℃の温度および200mmHgの残圧で
行う。合成中沸騰放出されるブチルアルコールとプロピ
レングリコーノレー1,2の蒸気を、寸法8×8×2m
mのセラミツクラツシヒリングを充填した直径50mm
および高さ1,000mmを有しかつ熱交換表面積0.
5m2の冷却凝縮器、0.51の蒸留釜および21の留
b出物受器を設けた精留充填塔で行われる第一分離段階
に送る。上記蒸気混合物を塔の頂部で取り出し、冷却凝
縮器で凝縮し、そして留出物受器で集められるブチルア
ルコールおよび塔の蒸留釜から第二分離段階に供給され
るプロピレングリコールl−1,2とブチルアルコール
の混合物に分離される。塔頂部は、84℃に維持され、
塔の蒸留釜温度は135℃に維持される。留去されたア
ルコール中にはプロピレングリコールー1,2は検出さ
れない。第二分離段階に供給される混合物中のプロピ.
レングリコールー1,2の含量は、80%である。8×
8×2mmの寸法を有するセラミツクラツシヒリングが
充填された直径50mmおよび高さ500mmを有しか
つ0.51の蒸留釜を設けた精留充填塔で行われる第二
分離段階では、第一分離段階から供給された混合物は、
水シールを介して塔の蒸留釜から反応器に流れ込むプロ
ピレングリコールー1,2および塔頂部から抜き出され
そして第一分離段階に供給されるブチルアルコールとグ
リコールの混合物に分けられる。
塔頂部の温度は110℃に維持され、塔の蒸留釜の温度
は145℃に維持される。反応器に再循環されるプロピ
レングリコールー1,2中のブチルアルコール含量は5
%であり、第一分離段階に供給される混合物中のプロピ
レングリコールー1,2の含量は20%である。エステ
ル交換工程は、反応塊のヒドロキシル値が0.3%にな
つたら停止する。反応時間は360分である。比較目的
のために、従来技術法により同様の合成を行う。
この場合、プロピレングリコールー1,2とブチルアル
コールの蒸気混合物の分離は反応器カバーの所に装置さ
れた精留充填塔で行う。塔は直径50mmおよび高さ1
,500mmを有し、寸法8×8×2mmのラツシヒリ
ングが充填され、熱交換表面積0.5m2の冷却凝縮器
および21の留出物受器が設けられている。プロピレン
グリコールー1,2とブチルアルコールの上記蒸気混合
物を塔の底部に供給する。ブタノール蒸気が上昇し、冷
却凝縮器で凝縮される。凝縮器から凝縮アルコールの一
部を塔頂部温度を84℃に維持するために塔のスプレー
に還流として供給し、アルコールの残りの部分を系から
抜き出す。プロピレングリコールー1,2を塔の底部か
ら連続的に放出し、工程に再循還する。この場合、0.
3%のヒドロキシル値を達成するのに必要な時間は48
0分である。留去されたブチルアルコール中のプロピレ
ングリコールー1,2の含量は6%である。再循環プロ
ピレングリコールー1,2中のブチルアルコール含量は
20%である。従来技術法および本発明の方法により調
整したエステルの品質を比較するために、生成物のサン
プルを抜き出し、定性分析を行つた。
この分析で得られた結果を下記の表に示す。−;ヨ 例2 例1に記載のプラントを用いて、アジピン酸ジブチルを
プロピレングリコールー1,2により酢酸亜鉛と活性炭
からなる触媒系の存在下でエステル交換を行つてポリプ
ロピレングリコールアジペテートを製造する。
6,200gのアジピン酸ジブチル、1,500gのプ
ロピレングリコールー1,2、21gの酢酸亜鉛、42
gの活性炭を反応器に仕込む。
工程は200℃の温度および200mmHgの残圧で行
う。反応器からのプロピレングリコールー1,・2お;
よびブチルアルコール流出物の蒸気混合物の分離を例1
に記載の方法により行う。第一分離段階で留去されたブ
チルアルコール中には、プロピレングリコールー1,2
は検出されない。第二分離段階に供給される混合物中の
プロピレングリコールー1,2含量は85%である。第
一精留塔の頂部温度は84℃に維持され、塔の蒸留釜の
温度は138℃に維持される。第二分離段階では、第一
段階から供給される混合物は水シールを介して反応器に
流れるプロピレングリコールー1,2および塔頂部から
第一分離段階に供給されるブチルアルコールとプロピレ
ングリコールー1,2の混合物に分離される。
第二分離段階は精留塔の蒸留釜中のプロピレングリコー
ルー1,2をその沸点(200mmHg圧力下149℃
)に加熱した際行われ、この場合、塔頂部の温度は12
0℃に維持される。反応器に供給されるプロピレングリ
コールー1,2中には、ブチルアルコールは検出されな
い。第一分離工程に供給される混合物中のプロピレング
リコールー1,2含量は40%である。エステル交換工
程は、反応塊のヒドロキシル値が03%に達する場合に
停止する。
反応時間は240分である。このようにして製造された
ポリエステルは、次のような特性を有する:鉄−銅−コ
バルトスケールによるカラーA2.5;分子量−1,5
00;25℃粘度−800cp;酸数−2.35mgK
0H/G。
例3例1に記載のプラントを用いて、セバシン酸ジブチ
ルをジエチレングリコールによりn−ジブチル錫ジカプ
リレートおよび活性炭の触媒系の存在下でエステル交換
することによりポリエチレングリコールセバケートを製
造する。
6,200gのセバシン酸ジブチル、1,800gのジ
エチレングリコール、4.95g(7)n−ジブチル錫
ジカプリレートおよび135gの活性炭を反応器に仕込
む。
工程は、200℃の温度および5mmHgの残圧で行う
。反応器からのジエチレングリコールおよびプタ.ノー
ル流出物の蒸気混合物の分離は例1に記載の方法により
行う。
第一分離工程で留去されるブチルアルコール中には、ジ
エチレングリコールは検出されない。第二分離段階に供
給される混合物中のジエチレングリコール含量は60%
である。第一.精留塔頂部の温度は20℃に維持され、
蒸留釜温度は78℃である。第二分離段階で、第一段階
から供給される混合物はジエチレングリコールおよびブ
チルアルコールとジエチレングリコールとの混合物に分
離されiる。
分離は、精留塔の蒸留釜中のジエチレングリコールをそ
の沸点(120℃/5mmHg)より20℃低い100
℃に加熱した際行われ、その際カラム頂部の温度は45
℃に維持される。反応器に供給されるジエチレングリコ
ール中のブチルアルコール含量は0.5%である。第一
分離段階に供給される混合物中のジエチレングリコール
含量は20%である。エステル交換工程は、反応塊のヒ
ドロキシル値が0.3%になるときに中止する。反応時
間は280分である。生成ポリエステルは、下記の特性
を有する:鉄−銅一コバルトススケールによるカラ−ー
A2;分子量−2,000;25℃粘度−1,500c
P;酸数フー2.55mgK0H/GO例4 例1に記載のプラントを用いて、ジメチルフタレートを
エチレングリコールによりテトラブトキシチタン触媒の
存在下でエステル交換することに門より、ポリエチレン
グリコールフタレートを得る。
6,200gのジメチルフタレート2,300gのエチ
レングリコールおよび8.05gのテトラブトキシチタ
ンを反応器に仕込む。
工程は300℃の温度’および1気圧(絶対圧)の圧力
で行う。反応器からエチレングリコールおよびメチルア
ルコール流出物の蒸気混合物の分離は、例1と同様の方
法により行う。
第一精留塔頂部の温度は68℃に維持し、塔の蒸留釜の
温度は135℃である。第二精留塔の頂部は120℃の
温度を有し、この第二精留塔の蒸留釜温度は142℃で
ある。第一分離段階で留去されるメタノール中のエチレ
ングリコール含量は0.05%である。
第二段階に供給される混合物中のエチレングリコール含
量は95%である。反応器に再循環されるエチレングリ
コール中のメチルアルコール含量は3%である。第一分
離段階に供給される混合物中のエチレングリコール含量
は2%である。360分後にエステル交換工程を中止す
る。
生成ポリエステルは下記の特性を有する:鉄−銅−コバ
ルトスケールによるカラーA3;分子量−600;25
℃粘度−180cP0例5 例1に記載のプラントを用いて、セバシン酸ジブチルを
プロピレングリコールー1,2により酢酸亜鉛触媒の存
在下でエステル交換することによりポリプロピレングリ
コールセバケートを製造する。
6,200gのセバシン酸ジブチル、1,150gのプ
ロピレングリコールー1,2および19.5gの酢酸亜
鉛と反応器に仕込む。
工程は100℃の温度および5mmHgの残圧で行う。
反応器からのプロピレングリコールー1,2およびブチ
ルアルコール流出物の蒸気混合物の分離.は、例1と同
様の方法で行う。
第一ー分離段階で留去されるブチルアルコール中には、
プロピレングリコールー1,2は検出されない。第二分
離段階に供給される混合物中のプロピレングリコールー
1,2含量は75%である。第二精留塔頂部の温度lは
20℃であり、蒸留釜は48℃である。第二分離段階で
、第一分離段階から供給される混合物は、プロピレング
リコールおよびブチルアルコールとプロピレンダリコー
ルー1,2の混合物に分けられる。
分離は、精留塔の蒸留釜中のプロピレングリコールー1
,2をその沸点(5mmHgで69℃)より10℃低い
59℃に加熱した際に行われる。この際、塔頂温度は3
4℃に維持される。反応器に供給されるプロピレングリ
コールー1,2中のブチルアルコール含量は0.5%で
ある。第一分離段階に供給される混合物中のプロピレン
グリコールー1,2含量は35%である。エステル交換
工程は400分後に中止する。
生成ポリエステルは下記特性を有する:鉄−銅一コバル
トスケールによるカラーA2.5;分子量−600;2
5℃粘度−150cP0例6 攪拌機を具備する容量1旧の蒸留装置、冷却−加熱マン
トルおよび1個の精留塔からなる不連続作動プラントで
、アジピン酸ジブチルをジエチレングリコールによりn
−ジブチル錫ジカプリレートー活性炭触媒系の存在下で
エステル交換することによりポリエチレングリコールア
ジペートを製造する。
5,800gのアジピン酸ジブチル、2,400gのジ
エチレングリコール、5.15g(7)n−ジブチル錫
ジカプリレート、145gの活性炭を反応器に仕込む。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ジカルボン酸のジアルキルエステルをグリコールに
    よりエステル交換触媒の存在下で100〜300℃の温
    度および1気圧(絶対圧)〜残圧5mmHgの圧力でエ
    ステル交換を行い、反応過程中に発生するグリコールと
    脂肪族一価アルコールの混合物を連続的に留去し、上記
    化合物を精留により分離し、脂肪族一価アルコールを工
    程から抜き出しそしてグリコールを工程に戻しながらグ
    リコールとジカルボン酸のポリエステルを製造する方法
    において、上記グリコールと脂肪族一価アルコールの混
    合物の精留による上記分離を二段階で行い、第一段階に
    おいて脂肪族一価アルコールおよびグリコールと脂肪族
    一価アルコールとのグリコールを60〜95%含有する
    混合物を形成し、第二段階において上記混合物をグリコ
    ールと脂肪族一価アルコールおよびグリコールのグリコ
    ールを2〜40%含有する混合物とに分離し、上記混合
    物を第一分離段階に再循環することを特徴とする上記方
    法。 2 第一段階におけるグリコールと脂肪族一価アルコー
    ルの混合物の分離が、脂肪族一価アルコールおよびグリ
    コール含量が80〜90%のグリコールと脂肪族一価ア
    ルコールとの混合物の生成を伴つて行われ、第二段階に
    おけるグリコール含量80〜90%の上記混合物の分離
    がグリコール含量が5〜10%の脂肪族一価アルコール
    とグリコールの混合物の生成を伴つて行われる、特許請
    求の範囲第1項に記載の方法。 3 第二分離段階が、グリコールをその沸点またはグリ
    コールの沸点より最大20℃低い温度に加熱した際に行
    われる、特許請求の範囲第1項に記載の方法。
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