发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题在于:提供有效制备具有高分子量,在优选的实施方式下具有高熔点,热稳定性和色调也优异的脂肪族聚酯树脂的方法。
解决课题的手段
本发明进行了可解决上述课题的研究,结果发现了可有效制备具有高分子量,在优选的实施方式下具有高熔点,热稳定性和色调也优异的脂肪族聚酯树脂的方法,从而完成了本发明。
即,本发明为如下(1)~(20):
(1)脂肪族聚酯树脂的制备方法,所述制备方法是以含磺酸基化合物为催化剂,包括熔融聚合工序及接下来的固相聚合工序的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,相对于原料单体在熔融聚合时含磺酸基化合物的添加量换算成硫原子为300~3000ppm,相对于生成的聚合物在固相聚合后含磺酸基化合物的含量换算成硫原子为300~3000ppm,且在固相聚合后含磺酸基化合物的残留率超过50%;(2)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,相对于生成的聚合物在固相聚合后含磺酸基化合物的含量换算成硫原子为300~3000ppm,且在固相聚合后含磺酸基化合物的残留率为80% 以上;
(3)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,所述含磺酸基化合物在1分子中具有2个以上的磺酸基;
(4)上述(3)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,所述1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物为选自甲二磺酸、乙二磺酸、丙二磺酸、丁二磺酸、苯二磺酸、萘二磺酸、联苯二磺酸、酚二磺酸、邻苯二酚二磺酸、联苯胺二磺酸、萘酚二磺酸、苯三磺酸中的1种以上化合物;
(5)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,在从熔融聚合工序开始前至固相聚合工序开始前的任一阶段添加含磺酸基化合物;
(6)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,进一步添加选自含氮有机化合物、碱金属化合物、碱土金属化合物中的1种以上化合物;
(7)上述(6)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,所述含氮有机化合物为选自芳香族胺化合物、碳原子数为4以上的烷基胺化合物、具有嘧啶骨架的化合物中的1种以上化合物,所述碱金属化合物为选自碳原子数为4以上的有机羧酸碱金属化合物中的1种以上化合物,所述碱土金属化合物为选自碳原子数为4以上的有机羧酸碱土金属化合物中的1种以上化合物;
(8)上述(6)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,在添加含磺酸基化合物后添加选自含氮有机化合物、碱金属化合物、碱土金属化合物中的1种以上化合物;
(9)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,进一步添加选自锡化合物、钛化合物、铅化合物、锌化合物、钴化合物、铁化合物、锂化合物、稀土类化合物中的1种以上金属化合物;
(10)上述(9)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,在 固相聚合后含磺酸基化合物的硫原子摩尔量与锡化合物、钛化合物、铅化合物、锌化合物、钴化合物、铁化合物、锂化合物、稀土类化合物的总金属摩尔量之比为3.0~50;
(11)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,至少在包括以下2个阶段的条件下连续进行熔融聚合工序,且至少在包括以下2个阶段的条件下连续进行固相聚合工序:
熔融聚合工序条件1140℃~160℃、13.3~66.6kPa
条件2160℃~180℃、1.3~6.5kPa
固相聚合工序条件1130℃~150℃
条件2超过150℃~165℃;
(12)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,在从熔融聚合工序开始前至固相聚合工序结束后的任一阶段添加稳定剂;
(13)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,通过连续法进行熔融聚合工序和固相聚合工序各自的聚合反应;
(14)上述(1)中记载的脂肪族聚酯树脂的制备方法,其特征在于,所述脂肪族聚酯树脂为聚乳酸类树脂;
(15)脂肪族聚酯树脂组合物,其特征在于,相对于生成的聚合物,换算成硫原子在脂肪族聚酯中含有300~3000ppm的1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物;
(16)上述(15)中记载的脂肪族聚酯树脂组合物,其特征在于,所述1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物为选自甲二磺酸、乙二磺酸、丙二磺酸、丁二磺酸、苯二磺酸、萘二磺酸、联苯二磺酸、酚二磺酸、邻苯二酚二磺酸、联苯胺二磺酸、萘酚二磺酸、苯三磺酸中的1种以上化合物;
(17)上述(15)中记载的脂肪族聚酯树脂组合物,其特征在于,进一步含有选自含氮有机化合物、碱金属化合物、碱土金属化合物中的1种以上化合物;
(18)上述(17)中记载的脂肪族聚酯树脂组合物,其特征在于,所述含氮有机化合物的氮原子摩尔量与1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物的硫原子摩尔量之比为0.3~3.3;
(19)上述(15)中记载的脂肪族聚酯树脂组合物,其特征在于,重均分子量为10万以上,重均分子量与数均分子量之比为1.4~3,在氮气流下于200℃保持20分钟时的重量减少率为0.6%以下;
(20)上述(15)中记载的脂肪族聚酯树脂组合物,其特征在于,所述脂肪族聚酯树脂为聚乳酸类树脂。
发明效果
可有效制备具有高分子量,在优选的实施方式下具有高熔点,热稳定性和色调也优异的脂肪族聚酯树脂。
实施发明的最佳方式
以下对本发明进行详细说明。在本发明中,脂肪族聚酯树脂是指基本构成单元含有酯键和脂肪族基的聚合物,作为成分单元,例如可列举出脂肪族多元羧酸、脂肪族多元醇、脂肪族羟基羧酸、脂肪族内酯,具体而言可列举出丁二酸、己二酸、癸二酸、富马酸等脂肪族多元羧酸或它们的衍生物,乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、辛二醇、新戊二醇、甘油、异山梨醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、向三羟甲基丙烷或季戊四醇中加成环氧乙烷或环氧丙烷而成的脂肪族多元醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇等脂肪族多元醇类或它们的衍生物,乳酸、枸橼酸、苹果酸、羟基乙酸、3-羟基丁酸、4-羟基丁酸、4-羟基戊酸、6-羟基己酸等脂肪族羟基羧酸类,以及乙交酯、ε-己内酯乙交酯、ε-己内酯、β-丙内酯、δ-丁内酯、β-或γ-丁内酯、新戊内酯、δ-戊内酯等脂肪族内酯类等。可将多种成分单元进行共聚,但从熔点等物理性质的观点出发,优选2种以下成分单元占全部成分单元的50%摩尔以上。
作为脂肪族聚酯树脂,在上述所列举的成分单元中,从高分子量化和高熔点的层面考虑优选作为以L-乳酸和/或D-乳酸为主要成分的聚合物的聚乳酸类树脂。需要说明的是,当L-乳酸为主要成分时,称为聚-L-乳酸;当D-乳酸为主要成分时,称为聚-D-乳酸。
当聚乳酸类树脂为聚-L-乳酸时,优选含有70%摩尔以上、优选含有80%摩尔以上、更优选含有90%摩尔以上、进一步优选含有95%摩尔以上、特别优选含有98%以上的L-乳酸单元。
当聚乳酸类树脂为聚-D-乳酸时,优选含有70%摩尔以上、优选含有80%摩尔以上、更优选含有90%摩尔以上、进一步优选含有95%摩尔以上、特别优选含有98%以上的D-乳酸单元。
在本发明中,在通过直接缩聚制备聚乳酸类树脂时,优选使用作为90%乳酸水溶液中的杂质醇类合计为70ppm以下、有机酸合计为800ppm以下、醛类合计为50ppm以下且酯类合计为400ppm以下的高纯度乳酸为主要原料。
所使用的乳酸的光学纯度优选为95%以上,进一步优选为98%以上,特别优选为99%以上。当乳酸为L-乳酸时,优选D-乳酸的含量为2.5%以下,进一步优选为1%以下,特别优选为0.5%以下。当乳酸为D-乳酸时,L-乳酸的含量优选为2.5%以下,进一步优选为1%以下,特别优选为0.5%以下。
另外,作为聚乳酸类树脂,也优选为含有聚-L-乳酸和聚-D-乳酸的聚乳酸立构复合物或含有聚-L-乳酸和聚-D-乳酸的嵌段共聚物。
在本发明中,在不损害通过本发明制得的脂肪族聚酯树脂性能的范围内,可含有其它成分单元。具体而言可列举出对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠、磺酸基间苯二甲酸-5-四丁基膦(5-tetrabutylphosphonium sulfoisophthalic acid,5-テトラブチルホスホニウムスルホイソフタル酸)等芳香族多元羧酸类或它们的衍生物,使双酚与环氧乙烷发生加成反应而成的芳香族多元醇等。
本发明的脂肪族聚酯的制备方法以含磺酸基化合物为催化剂,包括熔融聚合工序和接下来的固相聚合工序。在这里所谓的含磺酸基化合物是指具有质子生成能力的酸性化合物。
首先,对熔融聚合工序进行说明。在本发明中,使用含磺酸基化合物作为催化剂。含磺酸基化合物只要是在下文中定义的在固相聚合后残留率超过50%的化合物即可,可优选使用在常压下的沸点为200℃以上或熔点为160℃以上的含磺酸基化合物。进一步优选为熔点为180℃以上的含磺酸基化合物。具体而言可列举出正丁基苯磺酸、正辛基苯磺酸、正十二烷基苯磺酸、十五烷基苯磺酸、2,5-二甲基苯磺酸、2,5-二丁基苯磺酸、邻氨基苯磺酸、间氨基苯磺酸、对氨基苯磺酸、3-氨基-4-羟基苯磺酸、5-氨基-2-甲基苯磺酸、3,5-二氨基-2,4,6-三甲基苯磺酸、2,4-二硝基苯磺酸、2,5-二氯苯磺酸、对羟基苯磺酸、异丙基苯磺酸、二甲苯磺酸、邻甲酚磺酸、间甲酚磺酸、对甲酚磺酸、2-萘磺酸、1-萘磺酸、异丙基萘磺酸、十二烷基萘磺酸、二壬基萘磺酸、二壬基萘二磺酸、1,5-萘二磺酸、1,6-萘二磺酸、2,6-萘二磺酸、2,7-萘二磺酸、1,3,6-萘三磺酸、4,4-联苯二磺酸、蒽醌-2-磺酸、邻苯二磺酸、间苯二磺酸、对苯二磺酸、2,5-二氨基-1,3-苯二磺酸、苯酚-2,4-二磺酸、苯胺-2,4-二磺酸、蒽醌-1,5-二磺酸、联苯胺二磺酸、1-萘酚-2-磺酸、2-萘酚-3,6-二磺酸、2-萘酚-6,8-二磺酸、1,3,5-苯三磺酸、聚苯乙烯磺酸等芳香族磺酸,正辛基磺酸、十五烷基磺酸、1,2-乙二磺酸、1,3-丙二磺酸、甲二磺酸、1,4-丁二磺酸、戊二磺酸、己二磺酸、庚二磺酸、辛二磺酸、壬二磺酸、癸二磺酸、1,11-十一烷二磺酸、1,12-十二烷二磺酸、邻苯二酚-3,5-二磺酸、环戊烷磺酸、环己烷磺酸和樟脑磺酸、牛磺酸等脂肪族磺酸或脂环式磺酸等。
在可制得具有高分子量或高熔点,特别是热稳定性也优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选为1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物,特别优选为二磺酸化合物或多元磺酸化合物。
作为1分子中具有2个磺酸基的含磺酸基化合物,包括芳香族二磺酸和芳香族多元磺酸,具体而言可列举出二壬基萘二磺酸、1,5-萘二磺酸、1,6-萘二磺酸、2,6-萘二磺酸、2,7-萘二磺酸、1,3,6-萘三磺酸、4,4-联苯二磺酸、邻苯二磺酸、间苯二磺酸、对苯二磺酸、2,5-二氨基-1,3-苯二磺酸、苯酚-2,4-二磺酸、苯胺-2,4-二磺酸、蒽醌-1,5-二磺酸、联苯胺二磺酸、2-萘酚-3,6-二磺酸、2-萘酚-6,8-二磺酸、1,3,5-苯三磺酸、聚苯乙烯磺酸等。
作为1分子中具有2个磺酸基的含磺酸基化合物,可列举出以分子式HO3S-R-SO3H所表示的脂肪族二羧酸,R为C1~C20的烷撑(C表示碳,Cn表示碳原子数为n个。以下相同。)、C1~C20的亚烷基、C3~C20的亚环烷基、C3~C20的亚烯基、C4~C20的亚炔基、C1~C20的取代亚烷基、C3~C20的取代亚环烷基、C3~C20的取代亚烯基或C4~C20的取代亚炔基。具体而言,R为亚甲基、亚乙基、直链或支链的亚丙基、直链或支链的亚丁基、直链或支链的亚戊基、直链或支链的亚己基、直链或支链的亚庚基、直链或支链的辛烯基、直链或支链的-C9H18-、直链或支链的-C10H20-、直链或支链的-C11H22-、直链或支链的-C12H24-、直链或支链的-C13H26-、直链或支链的-C10H20-、直链或支链的-C10H20-、直链或支链的-C10H20-、直链或支链的-C14H28-、直链或支链的-C15H30-、直链或支链的-C18H36-、或者直链或支链的-C20H40-。R可以是至少含有烷基、环烷基、氨基、羟基、烷氧基、羧基、酯基、file(フアイル)、醛基、酰胺基、氰基、硝基或卤素基团的取代亚烷基,R可以是C3~C20的亚环烷基或取代亚环烷基,或R可以是乙烯键位于任意位置的C3~C20亚烯基或取代的乙烯键位于任意位置的C3~C20的亚烯基。R还可以是缩醛键位于任意位置的C4~C20的取代亚炔基或取代的缩醛键位于任意位置的C4~C20的取代亚炔基。
作为脂肪族二磺酸的具体实例,可列举出甲二磺酸、乙二磺酸、丙二磺酸、丁二磺酸、戊二磺酸、己二磺酸、庚二磺酸、辛二 磺酸、壬二磺酸、癸二磺酸、1,11-十一烷二磺酸或1,12-十二烷二磺酸。
作为含磺酸基化合物,特别优选为甲二磺酸、乙二磺酸、丙二磺酸、丁二磺酸、苯二磺酸、萘二磺酸、联苯二磺酸、酚二磺酸、邻苯二酚二磺酸、联苯胺二磺酸、萘酚二磺酸、苯三磺酸。另外,含磺酸基化合物可使用1种或将2种以上合用。
在本发明中,在可有效制得具有高分子量和高熔点的脂肪族聚酯树脂的观点下,相对于所使用的原料(L-乳酸和/或D-乳酸等),在熔融聚合工序中使用的作为催化剂的含磺酸基化合物的添加量换算成硫原子为300~3000ppm,更优选为350~2700ppm,进一步优选为400~2500ppm,特另优选为450~2200ppm。
另外,在不损害本发明的效果的范围内,作为其它催化剂,可添加金属催化剂和含磺酸基化合物以外的酸催化剂。作为金属催化剂,可列举出锡化合物、钛化合物、铅化合物、锌化合物、钴化合物、铁化合物、锂化合物、稀土类化合物等金属化合物,作为化合物的种类,优选为金属醇盐、金属卤化物、有机羧酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化物等。具体而言可列举出锡粉、氯化锡(II)、氯化锡(IV)、溴化锡(II)、溴化锡(IV)、乙醇锡(II)、叔丁醇锡(IV)、异丙醇锡(IV)、醋酸锡(II)、醋酸锡(IV)、辛酸锡(II)、十二烷酸锡(II)、十四烷酸锡(II)、十六烷酸锡(II)、硬脂酸锡(II)、油酸锡(II)、亚油酸锡(II)、乙酰丙酮锡(II)、草酸锡(II)、乳酸锡(II)、酒石酸锡(II)、焦磷酸锡(II)、对羟基苯磺酸锡(II)、二(甲磺酸)锡(II)、硫酸锡(II)、氧化锡(II)、氧化锡(IV)、硫化锡(II)、硫化锡(IV)、二甲基氧化锡(IV)、甲基苯基氧化锡(IV)、二丁基氧化锡(IV)、二辛基氧化锡(IV)、二苯基氧化锡(IV)、三丁基氧化锡、三乙基氢氧化锡(IV)、三苯基氢氧化锡(IV)、三丁基氢化锡、一丁基氧化锡(IV)、四甲基锡(IV)、四乙基锡(IV)、四丁基锡(IV)、二丁基二苯基锡(IV)、四苯基锡(IV)、三丁基醋酸锡(IV)、三异丁基醋酸锡(IV)、三苯基醋酸锡(IV)、二丁基二醋酸 锡、二丁基二辛酸锡、二丁基二(十二烷酸)锡(IV)、二丁基马来酸锡(IV)、二丁基二(乙酰丙酮)锡、三丁基氯化锡(IV)、二丁基二氯化锡、一丁基三氯化锡、二辛基二氯化锡、三苯基氯化锡(IV)、三丁基硫化锡、三丁基硫酸锡、三氟甲磺酸锡(II)、六氯代锡(IV)酸铵、二丁基硫化锡、二苯基硫化锡、三乙基硫酸锡和酞菁锡(II)等锡化合物,其中优选为氯化锡(II)以外的锡化合物。
另外,也可列举出甲醇钛、丙醇钛、异丙醇钛、丁醇钛、异丁醇钛、环己醇钛、苯氧基钛、氯化钛、二醋酸钛、三醋酸钛、四醋酸钛、氧化钛(IV)等钛化合物,二异丙醇铅(II)、一氯化铅、醋酸铅、辛酸铅(II)、异辛酸铅(II)、异壬酸铅(II)、十二烷酸铅(II)、油酸铅(II)、亚油酸铅(II)、环烷酸铅、新癸酸铅(II)、氧化铅、硫酸铅(II)等铅化合物,锌粉、甲基丙醇锌、氯化锌、醋酸锌、辛酸锌(II)、环烷酸锌、碳酸锌、氧化锌、硫酸锌等锌化合物,氯化钴、醋酸钴、辛酸钴(II)、异辛酸钴(II)、异壬酸钴(II)、十二烷酸钴(II)、油酸钴(II)、亚油酸钴(II)、环烷酸钴、新癸酸钴(II)、碳酸亚钴、硫酸亚钴、氧化钴(II)等钴化合物,氯化铁(II)、醋酸铁(II)、辛酸铁(II)、环烷酸铁、碳酸铁(II)、硫酸铁(II)、氧化铁(II)等铁化合物,丙醇锂、氯化锂、醋酸锂、辛酸锂、环烷酸锂、碳酸锂、硫酸二锂、氧化锂等锂化合物,三异丙醇铕(III)、三异丙醇钕(III)、三异丙醇镧、三异丙醇钐(III)、三异丙醇钇、异丙醇钇、氯化镝、氯化铕、氯化镧、氯化钕、氯化钐、氯化钇、三醋酸镝(III)、三醋酸铕(III)、醋酸镧、三醋酸钕、醋酸钐、三醋酸钇、碳酸镝(III)、碳酸镝(IV)、碳酸铕(II)、碳酸镧、碳酸钕、碳酸钐(II)、碳酸钐(III)、碳酸钇、硫酸镝、硫酸铕(II)、硫酸镧、硫酸钕、硫酸钐、硫酸钇、二氧化铕、氧化镧、氧化钕、氧化钐(III)、氧化钇等稀土类化合物。
此外,还可列举出异丙醇钾、氯化钾、醋酸钾、辛酸钾、环烷酸钾、叔丁基碳酸钾、硫酸钾、酸化钾等钾化合物、二异丙醇铜(II)、氯化铜(II)、醋酸铜(II)、辛酸铜、环烷酸铜、硫酸铜(II)、碳酸 二铜等铜化合物,氯化镍、醋酸镍、辛酸镍、碳酸镍、硫酸镍(II)、氧化镍等镍化合物,四异丙醇锆(IV)、三氯化锆、醋酸锆、辛酸锆、环烷酸锆、碳酸锆(II)、碳酸锆(IV)、硫酸锆、氧化锆(II)等锆化合物,三异丙醇锑、氟化锑(III)、氟化锑(V)、醋酸锑、氧化锑(III)等锑化合物,二异丙醇镁、氯化镁、醋酸镁、乳酸镁、碳酸镁、硫酸镁、氧化镁等镁化合物,二异丙醇钙、氯化钙、醋酸钙、辛酸钙、环烷酸钙、乳酸钙、硫酸钙等钙化合物,铝、异丙醇铝、氯化铝、醋酸铝、辛酸铝、硫酸铝、氧化铝等铝化合物,锗、四异丙氧基锗烷、氧化锗(IV)等锗化合物,三异丙氧基锰(III)、三氯化锰、醋酸锰、辛酸锰(II)、环烷酸锰(II)、硫酸亚锰等锰化合物,氯化铋(III)、铋粉、氧化铋(III)、醋酸铋、辛酸铋、新癸酸铋等铋化合物等。另外,还优选为锡酸钠、锡酸镁、锡酸钾、锡酸钙、锡酸锰、锡酸铋、锡酸钡、锡酸锶、钛酸钠、钛酸镁、钛酸铝、钛酸钾、钛酸钙、钛酸钴、钛酸锌、钛酸锰、钛酸锆、钛酸铋、钛酸钡、钛酸锶等含有2种以上金属元素的化合物等。
另外,作为含磺酸基化合物以外的酸催化剂,可以是属于质子供体的布郎斯台德酸,也可以是属于电子对受体的路易斯酸,还可以是有机酸和无机酸中的任一种。可列举出例如甲酸、醋酸、丙酸、庚酸、辛酸(octanoic acid)、辛酸(octylic acid)、壬酸、异壬酸、三氟醋酸和三氯醋酸等一元羧酸化合物,草酸、琥珀酸、马来酸、酒石酸和丙二酸等二元羧酸化合物,枸橼酸和丙三羧酸等三羧酸化合物,天冬氨酸或谷氨酸等酸性氨基酸,抗坏血酸、视黄酸、磷酸、偏磷酸、亚磷酸、次亚磷酸、多聚磷酸、磷酸单十二烷基酯和磷酸单十八烷基酯等磷酸单酯、磷酸二(十二烷基)酯和磷酸二(十八烷基)酯等磷酸二酯、亚磷酸单酯和亚磷酸二酯等磷酸化合物,硼酸,盐酸,硫酸等。另外,作为含磺酸基化合物以外的酸催化剂,其形状无特殊限定,可以是固体酸催化剂和液体酸催化剂中的任一种,例如作为固 体酸催化剂,可列举出酸性白土、高岭土、膨润土、蒙脱石、滑石粉、硅酸锆和沸石等天然矿物,二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化锆等氧化物或氧化硅-氧化铝、氧化硅-氧化镁、氧化硅-氧化硼、氧化铝-氧化硼、氧化硅-氧化钛和氧化硅-氧化锆等氧化物复合物,氯化氧化铝,氟化氧化铝,阳离子交换树脂等。另外,当使用具有立体选择聚合性的催化剂,以作为L-乳酸和D-乳酸的等量混合物的外消旋体为原料,进行聚乳酸类树脂的聚合时,可分别同时制备聚-L-乳酸和聚-D-乳酸。
在本发明中,在可制得具有高分子量和高熔点的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选锡化合物、钛化合物、铅化合物、锌化合物、钴化合物、铁化合物、锂化合物、稀土类化合物、锑化合物、铋化合物、含磺酸基化合物以外的酸催化剂,在生产能力优异的观点下,更优选锡化合物、钛化合物、铅化合物、锌化合物、钴化合物、铁化合物、锂化合物、稀土类化合物、磺酸化合物、磷化合物,进一步优选锡化合物、钛化合物、稀土类化合物、磺酸化合物、磷化合物。另外,在可制得热稳定性和色调也优异的聚乳酸类树脂的观点下,作为金属催化剂,进一步优选配体为2个的锡类有机羧酸盐,特别优选醋酸锡(II)或辛酸锡(II)。另外,也可将2种以上合用,优选使用选自锡化合物中的1种以上化合物和选自磺酸化合物中的1种以上化合物,更优选使用醋酸锡(II)和/或辛酸锡(II)及选自甲二磺酸、乙二磺酸、丙二磺酸、丁二磺酸、苯二磺酸、萘二磺酸、联苯二磺酸、酚二磺酸、邻苯二酚二磺酸、联苯胺二磺酸、萘酚二磺酸、苯三磺酸中的1种以上化合物,进一步优选使用醋酸锡(II)和/或辛酸锡(II)及选自萘二磺酸、丙二磺酸、联苯二磺酸中的1种以上化合物。
对其它催化剂的添加量无特殊限定,但相对于100重量份的脂肪族聚酯树脂,优选为0.0001~2重量份,更优选为0.001~1重量份,进一步优选为0.005~0.5重量份,特别优选为0.01~0.3重量份。
在本发明中,熔融聚合工序的反应条件并无特殊限制,可在各 种条件下进行,可在1个阶段下进行或在2个阶段以上的多个阶段下进行,可分批或连续地进行,但优选在至少包括以下2个阶段的条件下连续进行熔融聚合工序。
条件1140℃~160℃、13.3~66.6kPa
条件2160℃~180℃、1.3~6.5kPa
在本发明中,在可有效制得具有高分子量的脂肪族聚酯树脂的观点下,就熔融聚合工序而言,作为实际的反应温度,优选为120~220℃,进一步优选为130~200℃,特别优选为140~180℃,在可有效制得具有高熔点,色调也优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选在145~175℃的温度下进行,更优选在140~170℃的温度下进行。另外,熔融聚合工序的温度可以是1个阶段或2个阶段以上的多个阶段,但在可有效制得具有高分子量和高熔点的聚乳酸类树脂的观点下,优选为2个阶段以上的多个阶段,例如可列举出在140~160℃的温度下进行反应,然后在160~180℃的温度下进行反应的方法等。
在本发明中,在可有效制得具有高分子量的脂肪族聚酯树脂的观点下,就熔融聚合工序而言,作为实际的反应压力,优选在0.13~130kPa的压力下进行,在可有效制得色调也优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选在1~100kPa的压力下进行,更优选在10~90kPa的压力下进行,进一步优选在10~80kPa的压力下进行,特别优选在20~70kPa的压力下进行。另外,熔融聚合工序的压力可以是1个阶段或2个阶段以上的多个阶段,但在可高分子量化,色调优异的观点下,优选为2个阶段以上的多个阶段,例如可列举出在13.3~66.6kPa的压力下进行反应,然后在1.3~6.5kPa的压力下进行反应的方法等。
在本发明中,熔融聚合工序优选在0.5~50小时的反应时间下进行,在可有效制得色调也优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选在1~45小时的反应时间下进行,更优选在2~40小时的反应时间下进 行,进一步优选在3~35小时的反应时间下进行,特别优选在4~30小时的反应时间下进行。另外,当熔融聚合工序的温度和压力为2个阶段以上的多个阶段时,例如可列举出在140~160℃的温度、13.3~66.6Pa的压力下、在2~15小时的反应时间下进行反应,然后在160~180℃的温度、1.3~6.5kPa的压力下、在2~15小时的反应时间下进行反应的方法等。需要说明的是,即使温度和压力为2个阶段以上的多个阶段时,熔融聚合工序的总反应时间优选为0.5~50小时。
熔融聚合工序可以是分批法或连续法,但在分批法的情况下,从室温至达到条件1所示的实际反应温度的时间优选为工序时间内的30%以内,更优选为20%以内,进一步优选为10%以内。另外,从常压至达到条件1所示的实际反应压力的时间优选为工序时间内的50%以内,更优选为40%以内,进一步优选为30%以内。
在本发明中,熔融聚合工序可以是分批法或连续法,另外,对反应槽无特殊限定,例如可使用搅拌槽型反应槽、混合机型反应槽、塔型反应槽和挤压机型反应槽等,上述反应槽可将2种以上组合使用。另外,从生产能力的观点出发,优选采用连续法进行。
在本发明中,熔融聚合工序也可使用各种反应装置,但在可有效制得具有高分子量和高熔点,热稳定性和色调也优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选使用将反应槽与回流装置连接的装置。
在本发明中,反应槽的反应室可以是一个,也可由被隔板等分割成的二个以上反应室构成,但在可有效制得具有高分子量的聚乳酸类树脂的观点下,优选为由二个以上反应室构成的反应槽。
在本发明中,回流装置优选被连接到反应槽的上部,更优选将真空泵连接到回流装置上。需要说明的是,在本发明中回流装置是指分离挥发成分的装置,只要是具有发挥将一部分挥发成分排除到反应体系外的作用的气化部件和具有发挥将一部分挥发成分送回到反应体系内的作用的浓集部件(凝
部)的装置即可,具体而言,只要是在挥发成分中除去水,将乳酸和丙交酯或它们的低分子量聚合物 送回到熔融聚合工序的反应槽的装置均可使用。在这里,作为构成浓集部件的浓集器,例如可列举出双管式、多管式、螺管式(coil)、板式(plate)、板翅式(plate fin)、涡流式、夹套式(jacket)等方式。
在本发明的熔融聚合工序中,对在反应结束后从反应槽中取出生成的低分子量化合物的方法无特殊限定,可列举出通过用氮等惰性气体挤出从而取出的方法、通过齿轮泵等取出的方法等,从作为低粘度的低分子量化合物的操作性观点出发,优选为通过用氮等惰性气体挤出从而取出的方法。
在本发明中,优选在熔融聚合工序中制备重均分子量超过1万、不足10万的预聚物,优选制备重均分子量为1万~9万的预聚物,更优选制备重均分子量为1.2万~8万的预聚物,进一步优选制备重均分子量为1.5万~7万的预聚物,特别优选制备重均分子量为1.7万~5万的预聚物。需要说明的是,重均分子量是指通过使用六氟异丙醇作为溶剂的凝胶渗透色谱法(GPC)测定得到的换算成标准聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量的值,或通过使用氯仿作为溶剂的GPC测定得到的换算成标准聚苯乙烯的重均分子量的值。
其次对固相聚合工序进行说明。在本发明中,对固相聚合工序的反应条件并无特殊限制,可在各种条件下进行,可在1个阶段下进行或在2个阶段以上的多个阶段下进行,可分批或连续地进行,但优选在至少包括以下2个阶段的条件下连续进行固相聚合工序。
条件1130℃~150℃
条件2超过150℃~165℃
在本发明中,固相聚合工序优选在预聚物熔点以下的温度下进行,在可有效制得具有高分子量和高熔点,色调也优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选在90℃~170℃的温度下进行,更优选在130℃~165℃的温度下进行,更优选在135℃~160℃的温度下进行,进一步在140℃~160℃的温度下进行。另外,固相聚合工序的温度可以是1个阶段或2个阶段以上的多个阶段,但在短时间内易高分子 量化,色调也优异的观点下,优选为2个阶段以上的多个阶段,更优选在反应进行的同时逐步提高温度,例如可列举出在130℃~150℃的温度下进行反应,然后在超过150℃~165℃的温度下进行反应的方法等。
在本发明中,在可有效制得具有高分子量和高熔点,热稳定性和色调也优异的聚乳酸类树脂的观点下,固相聚合工序优选在1~100小时的反应时间下进行,在可有效制得色调也优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,优选在3~80小时的反应时间下进行,更优选在5~50小时的反应时间下进行,进一步优选在10~30小时的反应时间下进行。
另外,当固相聚合工序的温度为2个阶段以上的多个阶段时,例如可列举出作为第1阶段在130℃~150℃的温度下在1~50小时内,作为第2阶段在超过150℃~165℃的温度下在1~50小时内进行的方法,在短时间内易高分子量化,色调也优异的观点下,更优选作为第1阶段在120℃~140℃的温度下在5~20小时内,作为第2阶段在140℃~150℃的温度下在5~20小时内,作为第3阶段在150℃~160℃的温度下在10~30小时内进行。需要说明的是,即使在温度为2个阶段以上的多个阶段时,固相聚合工序的总反应时间为1~100小时。
在本发明中,对固相聚合工序的压力条件无特殊限定,可以是减压条件、常压条件和加压条件中的任一种,但在可有效制得具有高分子量的聚乳酸类树脂的观点下,优选为减压条件或常压条件。当在减压条件下进行时,优选在0.13~1300Pa的压力下进行。另外,优选在1~1000Pa的压力下进行,更优选在10~900Pa的压力下进行,进一步优选在100~800Pa的压力下进行,特别优选在500~700Pa的压力下进行。另外,固相聚合工序的压力可以是1个阶段或2个阶段以上的多个阶段,但优选为2个阶段以上的多个阶段,例如可列举出在700~1300Pa的压力下进行反应,然后在0.13~700Pa的压力 下进行反应的方法等。当在常压条件下进行时,优选在干燥氮等惰性气体气流下进行。
在本发明中,在进行固相聚合工序时,对预聚物的性状无特殊限定,可以是块状、薄膜、颗粒和粉末等的任一种,但在可有效进行固相聚合的观点下,优选使用颗粒或粉末。作为成颗粒的方法,可列举出如下方法:将熔融状态的预聚物挤成条状,用线料切粒机(strand cutter,ストランドカツタ一)进行造粒的方法,使用滴下喷嘴(dropping nozzle)滴成液滴状,使之与气体或液体接触,从而颗粒化的方法等。另外,作为制成粉末的方法,可列举出使用混合机、搅拌器、球磨和锤式粉碎机进行粉碎的方法。在粉末的情况下,在可有效进行固相聚合的观点下,优选平均粒径为0.01~3mm,更优选为0.1~1mm。
在本发明中,固相聚合工序可以是分批法或连续法,另外,反应槽可使用搅拌槽型反应槽、混合机型反应槽和塔型反应槽等,上述反应槽可将2种以上组合使用。另外,从生产能力的观点出发,优选采用连续法进行。
对通过本发明的方法制得的脂肪族聚酯树脂的重均分子量无特殊限定,但在机械物理性质的观点下,优选为3万以上,特别优选为10万以上。特别是在成形性和和机械物理性质优异的观点下,优选为10万~120万,更优选为12万~30万,进一步优选为14万~25万。需要说明的是,重均分子量是指通过使用六氟异丙醇作为溶剂的凝胶渗透色谱(GPC)测定得到的换算成标准聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量的值,或通过使用氯仿作为溶剂的GPC测定得到的换算成标准聚苯乙烯的重均分子量的值。另外,从聚合物物理性质均一性的观点出发,重均分子量与数均分子量之比优选为1.4~3,更优选为1.5~2.5。
另外,在耐热性优异的观点下,在氮气流下于200℃保持20分钟时的重量减少率为2%以下、特别是1%以下、甚至是0.6%以下是 优选的,更优选为0.4%以下,进一步优选为0.1%以下。作为热重量减少速度,在0.1%重量/min以下、特别是0.05%重量/min以下、甚至是0.03%重量/min以下是优选的,更优选为0.02%重量/min以下,进一步优选为0.005%重量/min以下。重量减少率例如可通过热重量测定装置(TGA)进行测定,作为氮的流速,优选为20~200ml/min,更优选为60~120ml/min。
在本发明中,相对于生成的聚合物,在固相聚合后含磺酸基化合物的含量换算成硫原子为300~3000ppm,且在固相聚合后含磺酸基化合物的残留率超过50%。这里所谓的残留率(R)是指聚合反应前后作为催化剂的含磺酸基化合物的浓度变化尺度,可以由下述式(1)~(3)表示。
R[%]=Ca[ppm]/Cb[ppm]×100(1)
(Cb:根据式(2)计算出的添加的催化剂全部残留于聚合物时的理论催化剂浓度,Ca:根据式(3)计算出的聚合反应后残留于聚合物中的实际催化剂浓度)
Cb[ppm]=Wb[g]/Wp[g]×106(2)
(Wb:聚合工序中添加的催化剂的重量,Wp:聚合反应后的聚合物的重量)
Ca[ppm]=Wa[g]/Wp[g]×106(3)
(Wa:聚合反应后的聚合物中催化剂的重量,Wp:聚合反应后的聚合物的重量)
相对于生成的聚合物,在固相聚合后含磺酸基化合物的含量换算成硫原子优选为350~2500ppm,进一步优选为400~2000ppm,特别优选为500~1500ppm。
残留率也可以由下述式(4)表示。
R[%]=(mp×Csp)/(m0×Cs0)×100(4)
(m0为聚合过程中加入的单体的重量,mp为聚合后制得的聚合物的重量,Cs0为聚合时硫相对于单体的浓度,Csp为聚合后硫的浓度)。
残留率优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为 80%以上,特别优选为90%以上。
当使用锡化合物、钛化合物、铅化合物、锌化合物、钴化合物、铁化合物、锂化合物、稀土类化合物时,在金属化合物与含磺酸基化合物的相互作用的观点下,优选含磺酸基化合物的硫原子摩尔量与固相聚合后的总金属摩尔量之比为3.0~50,更优选为4.0~40。
在本发明中,在进行固相聚合工序时,优选使预聚物结晶化,更优选在熔融聚合工序结束后且固相聚合工序开始前进行结晶化处理。
对使之结晶化的方法无特殊限定,可利用公知的方法。例如可列举出在气相中或液相中在结晶化温度下进行处理的方法、使预聚物溶于溶剂制成溶液后使溶剂挥发的方法、使预聚物与溶剂接触的方法和在对熔融状态的预聚物进行伸展或剪切操作的同时使之冷却固化的方法等,在操作简便的观点下优选在气相中或液相中在结晶化温度下进行处理的方法。
这里所谓的结晶化温度只要是比可通过熔融聚合工序制得的预聚物的玻璃转化温度高、比熔点低的温度范围则无特殊限定,更优选在预先通过差示扫描量热计(DSC)测定得到的升温结晶化温度和降温结晶化温度的范围内,当脂肪族聚酯树脂为聚乳酸类树脂时,在可有效制得具有高分子量和高熔点,色调优异的聚乳酸类树脂的观点下,优选为50~150℃,进一步优选为55~145℃,最优选为60~140℃。
另外,对使之结晶化时的时间无特殊限定,但只要是在3小时以内,即可使之充分结晶化,即使在2小时以内也优选。需要说明的是,结晶化处理中的压力条件可以是减压、常压和加压中的任一条件。
在本发明中,对在结晶化处理时的预聚物的形状无特殊限定,可以是块状、薄膜、颗粒和粉末等的任一种,在可有效使之结晶化 的观点下,优选使用颗粒或粉末。作为成颗粒的方法,可列举出如下方法:将熔融状态的预聚物挤成条状,用线料切粒机(strand cutter,ストランドカツタ一)进行造粒的方法,使用滴下喷嘴滴成液滴状,使之与气体或液体接触,从而颗粒化的方法,在从喷丝头中挤出到气体或液体中的同时进行切割的方法等。另外,作为制成粉末的方法,可列举出使用混合机、搅拌器、球磨和锤式粉碎机进行粉碎的方法。在粉末的情况下,在可有效使之结晶化的观点下,优选平均粒径为0.01~3mm,更优选为0.1~1mm。
在本发明中,在耐水解性优异的观点下,优选在从熔融聚合工序开始时起至固相聚合工序结束后的任一阶段添加选自含氮有机化合物、碱金属化合物、碱土金属化合物中的至少1种化合物。当聚合催化剂,特别是含有酸的催化剂残留时,此残留催化剂可抑制脂肪族聚酯树脂在熔融捏和时和熔融成形时的水解,提高耐水解性。
本发明中的含氮有机化合物是指选自脂肪族胺化合物、芳香族胺化合物、含氮杂环化合物等中的1种或1种以上化合物。
作为含氮有机化合物的具体实例,可列举出甲基乙胺、三乙胺、二甲基丙胺、乙胺、异戊胺、丁胺、丙胺、乙二胺、丁二胺、六亚甲基二胺、1,2,3-三氨基丙烷、氢氧化四乙铵、苯胺、萘胺、萘二胺、环己二胺、苯二胺、联苯胺、二氨基二苯醚、二氨基二苯基甲烷、二苄胺、双十二烷胺、嘧啶、2-氨基嘧啶、2-氨基-4-甲基-6-甲氧基嘧啶、嘧啶-2,4,6-三胺、N-(2-氨基乙基)-N-嘧啶-2-基胺、6-叔丁基嘧啶-4-胺、4,6-二甲氧基-5-苯基嘧啶-2-胺、2-乙氧基嘧啶-4,6-二胺、5-苯基嘧啶-4-胺、3,9-双[2-(3,5-二氨基-2,4,6-三氮杂苯基)乙基]-2,4,8,10-四氧螺[5.5]十一烷、乙二胺-四乙酸、乙二胺-四乙酸的碱金属盐(Li、Na、K)盐、N,N’-二亚水杨基-乙二胺、N,N’-二亚水杨基-1,2-丙二胺、N,N”-二亚水杨基-N’-甲基-二丙烯三胺、3-水杨酰基氨基-1,2,4-三唑、N,N,N′-三甲基乙二胺、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮、2,3-二甲基吡嗪、2,4,6-三甲基吡啶、2,4,7-三氨基-6-苯基蝶 呤、2,6-二氨基嘌呤、2,6-二甲基吡啶、2-乙酰基吡咯、2-氨基-4,6-二甲基嘧啶、2-氨基-4-甲氧基-6-甲基嘧啶、2-氨基-4-甲基吡啶、2-氨基-4-甲基嘧啶、2-氨基-4-甲基苄腈、3-氨基-4-甲基苯甲酰胺、3-硝基吡啶、3-甲基吲哚、3-甲基二苯胺、4,6-二甲基嘧啶、4-甲基咪唑、4-甲基吡啶、4-甲基嘧啶、4-氯苯二胺、4-碘嘧啶、5-氨基吖啶、5-氟苯胺、6-苄基氨基嘌呤、9-氨基吖啶、间苯二胺、N-苄基吡咯、N-甲基咪唑、邻苯二胺、对甲苯胺、对苯二胺、吖啶、异喹啉、咪唑、吲哚、二十烷基二胺、乙醇胺、草酰胺、喹啉、二异丙胺、二乙醇胺、二氯苯胺、二环己胺、二癸胺、二苯胺、十亚甲基二胺、四丁基溴化铵、四亚甲基二胺、十二烷基苯胺、十二烷基二胺、三乙醇胺、三羟甲基氨基甲烷、三己胺、三月桂胺、吡嗪、吡啶、吡咯、蝶呤、嘌呤、己胺、苄胺、甲胺、1,2-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)-乙烷、1-[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}-丁基]-4-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(乙基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(环己基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、氨基嘧啶、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-己二酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-草酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-癸二酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-对苯二甲酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-六亚甲基-1,6-二氨基甲酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-丙二酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-碳酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基亚苯基-2,4-氨基甲酸酯、二氨基癸烷、二癸胺、二己胺、二甲基嘧啶、三丁胺、羟基嘧啶,也可列举出4-乙酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-硬脂酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基乙酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-十八烷氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苄氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯氧基-2,2,6,6-四甲基哌 啶、4-(乙基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(环己基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-碳酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-草酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-丙二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-癸二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-己二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-对苯二甲酸酯、1,2-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)-乙烷、α,α’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)-对二甲苯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基苯亚甲基-2,4-二氨基甲酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-六亚甲基-1,6-二氨基甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,5-三甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,4-三甲酸酯、1-[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}丁基]-4-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]2,2,6,6-四甲基哌啶、1,2,3,4-丁烷四甲酸与1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇、及β,β,β’,β’,-四甲基-3,9-[2,4,8,10-四氧螺(5,5)十一烷]二乙醇的缩合物、琥珀酸二甲基-1-(2-羟基乙基)-4-羟基-2,2,6,6,-四甲基哌啶的缩聚物等受阻胺化合物,还可列举出3,9-双[2-(3,5-二氨基-2,4,6-三氮杂苯基)乙基]-2,4,8,10-四氧螺[5.5]十一烷、乙二胺-四乙酸、乙二胺-四乙酸的碱金属盐(Li、Na、K)盐、N,N’-二亚水杨基-乙二胺、N,N’-二亚水杨基-1,2-丙二胺、N,N”-二亚水杨基-N’-甲基-二丙烯三胺、3-水杨酰基氨基-1,2,4-三唑等多元胺,其中优选含有至少1种芳香族胺化合物、碳原子数为4以上的烷基胺化合物、具有嘧啶骨架的化合物。
作为碱金属化合物的具体实例,可列举出异丙醇锂、氯化锂、醋酸锂、乳酸锂、辛酸锂、硬脂酸锂、环烷酸锂、叔丁基碳酸锂、硫酸锂、氧化锂等锂化合物,异丙醇钠、氯化钠、醋酸钠、乳酸钠、辛酸钠、硬脂酸钠、环烷酸钠、叔丁基碳酸钠、硫酸钠、氧化钠等钠化合物,异丙醇钾、氯化钾、醋酸钾、乳酸钾、辛酸钾、硬脂酸钾、环烷酸钾、叔丁基碳酸钾、硫酸钾、氧化钾等钾化合物,其中优选含有至少1种碳原子数为4以上的有机羧酸碱金属化合 物。
作为碱土金属化合物的具体实例,可列举出异丙醇镁、氯化镁、醋酸镁、乳酸镁、硬脂酸镁、碳酸镁、硫酸镁、酸化镁等镁化合物,异丙醇钙、氯化钙、醋酸钙、辛酸钙、环烷酸钙、乳酸钙、硬脂酸钙、硫酸钙等钙化合物,异丙醇钡、氯化钡、醋酸钡、辛酸钡、环烷酸钡、乳酸钡、硬脂酸钡、硫酸钡等钡化合物,其中优选含有至少1种碳原子数为4以上的有机羧酸碱土金属化合物。
对含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的添加量无特殊限定,但在耐水解性优异的观点下,相对于100重量份的脂肪族聚酯树脂,优选为0.001~2重量份,更优选为0.01~1重量份,进一步优选为0.05~0.5重量份,最优选为0.08~0.3重量份。另外,当使用含氮有机化合物时,在固相聚合后的聚合物中,含氮有机化合物的氮原子摩尔量与含磺酸基化合物的硫原子摩尔量之比优选为0.2~5,进一步优选为0.25~4,特别优选为0.3~3.3,更优选为0.4~2.5。另外,当含氮有机化合物为脂肪胺时,优选为0.3~0.9。
对含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的添加时间无特殊限定,可以是熔融聚合工序和固相聚合工序的各自工序的开始前和结束后的任一时间,但在可制得高熔点、高分子量的聚乳酸类树脂的观点下,优选在熔融聚合工序阶段添加,在生产能力优异的观点下,更优选在熔融聚合工序的条件1临结束前或条件2开始时添加,进一步优选分别在熔融聚合工序的条件1临结束前和条件2开始时添加。另外,同样在生产能力优异的观点下,优选在添加含磺酸基化合物后添加。需要说明的是,当在熔融聚合工序的条件2开始时添加时,优选在添加含氮有机化合物、碱金属、碱土金属后添加固相聚合用催化剂。
当在熔融聚合工序的条件1或条件2的各个阶段添加时,相对于100重量份的脂肪族聚酯树脂,优选每次添加0.001~1重量份,在生产能力优异的观点下,更优选每次添加0.01~0.5重量份,进一步 优选每次添加0.01~0.1重量份。另外,在可制得耐水解性优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,也优选在固相聚合工序结束后添加。
在本发明中,对添加含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的方法无特殊限定,可列举出在脂肪族聚酯树脂的熔点以上进行熔融捏和的方法或使之溶解于溶剂中进行混合后除去溶剂的方法等,在可有效制备的观点下,优选在脂肪族聚酯树脂的熔点以上进行熔融捏和的方法。需要说明的是,作为熔融捏和的方法,可以是分批法或连续法,作为装置,可使用单轴挤出机、双轴挤出机、多轴挤出机、炼塑机(プラストミル)、捏和机和带减压装置的搅拌型反应器等,在可有效进行均匀捏和的观点下,优选使用单轴挤出机或双轴挤出机。
作为其它的添加方法,有在脂肪族聚酯树脂的熔点以下使之吸收含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的方法,可列举出在脂肪族聚酯的玻璃转化温度以上的温度下使之吸收气相中的含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的方法或在液相中使之吸收溶解于溶剂中的含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的方法等。
在本发明中,添加含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的温度优选为170℃~250℃,进一步优选为180~240℃的温度,在机械物理性质优异的观点下,更优选为190~230℃的温度。
在本发明中,添加含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的压力可以是减压、常压和加压中的任一种,在可除去熔融捏和时产生的气体的观点下,优选设定为减压。
在本发明中,作为熔融捏和时的气氛条件,可以是大气气氛下或氮等惰性气体气氛下中的任一种,但在可降低熔融捏和时产生的气体量的观点下,优选在惰性气体气氛下进行。
当在溶剂中进行混合时,使用溶解聚合物和单体的溶剂。作为溶剂溶媒,例如可使用氯仿、二氯甲烷和乙腈等。当有必要在混合后除去溶剂时,作为除去溶剂的方法,无特殊限定,例如可采用室温下挥发溶剂的方法和减压下在溶剂的沸点以上温度下挥发溶剂的 方法等。
需要说明的是,就本发明而言,也可使用氨代替含氮有机化合物。
在本发明中,在热稳定性优异的观点下,优选在从熔融聚合工序开始时起至固相聚合工序结束后的任一阶段添加稳定剂。
作为本发明中所谓的稳定剂,可列举出受阻酚类化合物、硫醚类化合物、维生素类化合物、三唑类化合物、肼衍生物类化合物、磷类化合物等,也可合用这些化合物。其中优选含有至少1种磷类化合物,进一步优选为磷酸酯类化合物、亚膦酸酯类化合物。具体实例中进一步优选的实例有ADEKA制“Adeka Stab(アデカスタブ)”AX-71(磷酸二(十八烷)酯)、PEP-8(二硬脂酰二亚磷酸季戊四醇酯)、PEP-36(环状新戊烷四基双(2,6-叔丁基-4-甲基苯基)亚磷酸酯)(cyclic neopentatetraylbis(2,6-t-butyl-4-methylphenyl)phosphite)。
作为受阻酚类化合物的具体实例,可列举出3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)-丙酸正十八烷酯、3-(3’-甲基-5’-叔丁基-4’-羟基苯基)-丙酸正十八烷酯、3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)-丙酸正十四烷酯、双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸]1,6-己二醇酯、双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸]1,4-丁二醇酯、2,2’-亚甲基双-(4-甲基-叔丁基苯酚)、双-[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)-丙酸]三乙二醇酯、四[3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸亚甲酯]甲烷、3,9-双[2-{3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基}-1,1-二甲基乙基]2,4,8,10-四氧螺(5,5)十一烷、N,N’-双-3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酰基六亚甲基二胺、N,N’-四亚甲基-双-3-(3’-甲基-5’-叔丁基-4’-羟基苯酚)丙酰基二胺、N,N’-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯酚)丙酰基]肼、N-水杨酰基-N’-亚水杨基肼、3-(N-水杨酰基)氨基-1,2,4-三唑、N,N’-双[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}乙基]羟基酰胺、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N’-六亚甲基双-(3,5-二叔丁基-4-羟基-氢化肉桂酰胺等。优选双-[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)-丙酸] 三乙二醇酯、四[3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸亚甲酯]甲烷、双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸]1,6-己二醇酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N’-六亚甲基双-(3,5-二叔丁基-4-羟基-氢化肉桂酰胺。作为受阻酚类化合物的具体商品名,可列举出ADEKA制“Adeka Stab(アデカスタブ)”AO-20、AO-30、AO-40、AO-50、AO-60、AO-70、AO-80、AO-330,Ciba Specialty Chemicals(チバスペシヤリテイケミカル)制“Irganox(イルガノツクス)”245、259、565、1010、1035、1076、1098、1222、1330、1425、1520、3114、5057,住友化学工业制“Sumilizer(スミライザ一)”BHT-R、MDP-S、BBM-S、WX-R、NW、BP-76、BP-101、GA-80、GM、GS,Cyanamide(サイアナミド)制“Cyanox(サイアノツクス)”CY-1790等。
作为硫醚类化合物的具体实例,可列举出硫代二丙酸双十二烷酯、硫代二丙酸双十三烷酯、硫代二丙酸双十四烷酯、硫代二丙酸双十八烷酯、四(3-十二烷基硫代丙酸)季戊四醇酯、四(3-十二烷基硫代丙酸)季戊四醇酯、四(3-十八烷基硫代丙酸)季戊四醇酯、四(3-十四烷基硫代丙酸)季戊四醇酯、四(3-十八烷基硫代丙酸)季戊四醇酯等。作为硫醚类化合物的具体商品名,可列举出ADEKA制“AdekaStab(アデカスタブ)”AO-23、AO-412S、AO-503A,Ciba SpecialtyChemicals(チバスペシヤリテイケミカル)制“Irganox(イルガノツクス)”PS802,住友化学工业制“Sumilizer(スミライザ一)”TPL-R、TPM、TPS、TP-D,API Corporation(エ一ピ一アイコ一ポレ一ション)制DSTP、DLTP、DLTOIB、DMTP,Shipro Kasei Kaisha,Ltd.(シプロ化成)制“SEENOX(シ一ノツクス)”412S,Cyanamide(サイアナミド)制“Cyanox(サイアノツクス)”1212等。
作为维生素类化合物的具体实例,可列举出醋酸d-α-生育酚、琥珀酸d-α-生育酚、d-α-生育酚、d-β-生育酚、d-γ-生育酚、d-δ-生育酚、d-α-生育三烯酚、d-β-tocophetrienol(d-β-トコフエトリエノ一ル)、d-γ-tocophetrienol(d-γ-トコフエトリエノ一ル)、d-δ-tocophetrienol(d- δ-トコフエトリエノ一ル)等天然品,d1-α-生育酚、醋酸d1-α-生育酚、琥珀酸d1-α-生育酚钙、烟酸d1-α-生育酚等合成品。作为维生素类化合物的具体商品名,可列举出Eisai.Co.,Ltd.(エイザイ)制“Tocopherol(トコフエロ一ル)”、Ciba Specialty Chemicals(チバスペシヤリテイケミカル)制“Irganox(イルガノツクス)”E201等。
作为三唑类化合物的具体实例,可列举出苯并三唑、3-(N-水杨酰基)氨基-1,2,4-三唑等。
作为肼衍生物类化合物的具体实例,可列举出十亚甲基二甲酸-双(N’-水杨酰肼)、异酞酸双(2-苯氧基丙酰肼)、N-甲酰基-N’-水杨酰肼、2,2-草酰氨基双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]、草酰基-双-苯亚甲基-酰肼、镍-双(1-苯基-3-甲基-4-癸酰基-5-吡唑特)、2-乙氧基-2’-乙基草酰替苯胺、5-叔丁基-2-乙氧基-2’-乙基草酰替苯胺、N,N-二乙基-N’,N’-二苯基草酰胺、N,N’-二乙基-N,N’-二苯基草酰胺、草酸-双(苯亚甲基酰肼)、硫代二丙酸-双(苯亚甲基酰肼)、双(水杨酰肼)、N-亚水杨基-N’-水杨酰腙、N,N’-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]酰肼、N,N’-双[2-〔3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基〕乙基]草酰胺等。
作为磷类化合物,例如可列举出亚磷酸酯类化合物、磷酸酯类化合物。作为上述亚磷酸酯类化合物的具体实例,可列举出四[2-叔丁基-4-硫代(2’-甲基-4’-羟基-5’-叔丁基苯基)-5-甲基苯基]-1,6-六亚甲基-双(N-羟基乙基-N-甲基氨基脲)-二亚磷酸酯、四[2-叔丁基-4-硫代(2’-甲基-4’-羟基-5’-叔丁基苯基)-5-甲基苯基]-1,10-十亚甲基-二甲酸-二羟基乙基羰基酰肼-二亚磷酸酯、四[2-叔丁基-4-硫代(2’-甲基-4’-羟基-5’-叔丁基苯基)-5-甲基苯基]-1,10-十亚甲基-二甲酸-二水杨酰肼-二亚磷酸酯、四[2-叔丁基-4-硫代(2’-甲基-4’-羟基-5’-叔丁基苯基)-5-甲基苯基]-二(羟基乙基羰基)酰肼-二亚磷酸酯、四[2-叔丁基-4-硫代(2’-甲基-4’-羟基-5’-叔丁基苯基)-5-甲基苯基]-N,N’-双(羟基乙基)草酰胺-二亚磷酸酯等,但更优选为至少1个P-O键键合于芳香族基的化合 物,作为具体实例,可列举出三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基)4,4’-联亚苯基亚膦酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇-二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇-二亚磷酸酯、2,2-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)辛基亚磷酸酯、4,4’-亚丁基-双(3-甲基-6-叔丁基苯基-二(十三烷基))亚磷酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-二(十三烷基)亚磷酸酯-5-叔丁基-苯基)丁烷、三(混合单和二壬基苯基)亚磷酸酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯、4,4’-异亚丙基双(苯基-二烷基亚磷酸酯)等,可优选使用三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2,2-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)辛基亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇-二亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4’-联亚苯基亚膦酸酯等。作为亚磷酸酯类化合物的具体商品名,可列举出ADEKA制“Adeka Stab(アデカスタフ)”C、PEP-4C、PEP-8、PEP-11C、PEP-24G、PEP-36、HP-10、2112、260、522A、329A、1178、1500、C、135A、3010、TPP,Ciba Specialty Chemicals(チバスペシヤリテイケミカル)制“Irgafos(イルガフ才ス)”168,住友化学工业制“Sumilizer(スミライザ一)”P-16,Clariant(クラリアント)制“Sandostab(サンドスタブ)”P-EPQ,GE制“Weston(ウエストン)”618、619G、624等。
作为磷酸酯类化合物的具体实例,可列举出单十八烷基酸式磷酸酯、二(十八烷基)酸式磷酸酯、酸式磷酸甲基酯、酸式磷酸异丙基酯、酸式磷酸丁基酯、酸式磷酸辛基酯、酸式磷酸异癸基酯等,其中优选为单十八烷基酸式磷酸酯、二(十八烷基)酸式磷酸酯。作为磷酸酯类化合物的具体商品名,可列举出Ciba Specialty Chemicals(チスペシヤリテイケミカル)制“Irganox(イルガノツクス)”MD1024,Eastman Kodak(イ一ストマン·コダツク)制“Inhibitor(インヒビタ一)”OABH,ADEKA制“Adeka Stab(アデカスタブ)”CDA-1、CDA-6、AX-71等。
对稳定剂的添加量无特殊限定,但在热稳定性优异的观点下,相对于100重量份的脂肪族聚酯树脂,优选为0.001~2重量份,更优 选为0.01~1重量份,进一步优选为0.05~0.5重量份,最优选为0.08~0.3重量份。对稳定剂的添加时间无特殊限定,可以是熔融聚合工序和固相聚合工序的各自工序开始前和结束后的任一时间,但在可制得高熔点、高分子量的聚乳酸类树脂的观点下,优选在熔融聚合工序阶段添加,在生产能力优异的观点下,更优选在熔融聚合工序的条件1临结束前或条件2开始时添加,进一步优选分别在熔融聚合工序的条件1临结束前和条件2开始时添加。需要说明的是,当在熔融聚合工序的条件2开始时添加时,优选在添加稳定剂后添加固相聚合用催化剂。当在熔融聚合工序的条件1或条件2的各个阶段添加时,相对于100重量份的脂肪族聚酯树脂,优选每次添加0.001~1重量份,在生产能力优异的观点下,更优选每次添加0.01~0.5重量份,进一步优选每次添加0.01~0.1重量份。另外,在可制得热稳定性优异的脂肪族聚酯树脂的观点下,也优选在固相聚合工序结束后添加稳定剂。
在本发明中,对添加稳定剂的方法无特殊限定,可列举出在脂肪族聚酯树脂的熔点以上进行熔融捏和的方法或使之溶解于溶剂中进行混合后除去溶剂的方法等,在可有效制备的观点下,优选在聚乳酸类树脂的熔点以上进行熔融捏和的方法。需要说明的是,作为熔融捏和的方法,可以是分批法或连续法,作为装置,可使用单轴挤出机、双轴挤出机、多轴挤出机、炼塑机(プラストミル)、捏和机和带减压装置的搅拌型反应器等,在可有效进行均匀捏和的观点下,优选使用单轴挤出机或双轴挤出机。
在本发明中,添加稳定剂的温度优选为170℃~250℃的温度,进一步优选为180~240℃的温度,在机械物理性质优异的观点下,更优选为190~230℃的温度。在本发明中,添加稳定剂的压力可以是减压、常压和加压中的任一种,在可除去熔融捏和时产生的气体的观点下,优选设定为减压。
在本发明中,作为熔融捏和时的气氛条件,可以是大气气氛下 或氮等惰性气体气氛下的任一条件,在可降低熔融捏和时产生的气体量的观点下,优选在惰性气体气氛下进行。当在溶剂中进行混合时,使用溶解聚合物和单体的溶剂。作为溶剂,例如可使用氯仿、二氯甲烷和乙腈等。当有必要在混合后除去溶剂时,作为除去溶剂的方法,无特殊限定,例如可采用在室温下挥发溶剂的方法和在减压下在溶剂的沸点以上温度下挥发溶剂的方法等。
接着,对本发明的脂肪族聚酯树脂组合物进行叙述。本发明的脂肪族聚酯树脂组合物的特征在于,相对于生成的聚合物,换算成硫原子,在脂肪族聚酯树脂中含有300~3000ppm的1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物。作为脂肪族聚酯树脂,可使用上述记载的化合物,但优选聚乳酸类树脂。
作为1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物,可使用上述化合物,具体而言可列举出1,5-萘二磺酸、1,6-萘二磺酸、2,6-萘二磺酸、2,7-萘二磺酸、1,3,6-萘三磺酸、4,4-联苯二磺酸、邻苯二磺酸、间苯二磺酸、对苯二磺酸、2,5-二氨基-1,3-苯二磺酸、苯胺-2,4-二磺酸、蒽醌-1,5-二磺酸、聚苯乙烯磺酸、1,2-乙二磺酸、1,3-丙二磺酸、甲二磺酸、1,4-丁二磺酸、戊二磺酸、己二磺酸、庚二磺酸、辛二磺酸、壬二磺酸、癸二磺酸、1,11-十一烷二磺酸、1,12-十二烷二磺酸、苯酚-2,4-二磺酸、邻苯二酚-3,5-二磺酸、联苯胺二磺酸、2-萘酚-3,6-二磺酸、2-萘酚-6,8-二磺酸、1,3,5-苯三磺酸等脂肪族或芳香族磺酸等。特别优选为选自甲二磺酸、乙二磺酸、丙二磺酸、丁二磺酸、苯二磺酸、萘二磺酸、联苯二磺酸、酚二磺酸、邻苯二酚二磺酸、联苯胺二磺酸、萘酚二磺酸、苯三磺酸的1种以上化合物。
以相对于生成的聚合物换算成硫原子含有300~3000ppm的1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物为特征,但优选为350~2500ppm,进一步优选为400~2000ppm,特别优选为500~1500ppm。
本发明的脂肪族聚酯树脂组合物中也可进一步含有选自含氮有机化合物、碱金属化合物、碱土金属化合物的1种以上化合物。
本发明中的含氮有机化合物是指选自脂肪族胺化合物、芳香族胺化合物、含氮杂环化合物等的1种或1种以上化合物。
作为含氮有机化合物的具体实例,可列举出甲基乙胺、三乙胺、二甲基丙胺、乙胺、异戊胺、丁胺、丙胺、乙二胺、丁二胺、六亚甲基二胺、1,2,3-三氨基丙烷、氢氧化四乙铵、苯胺、萘胺、萘二胺、环己二胺、苯二胺、联苯胺、二氨基二苯醚、二氨基二苯基甲烷、二苄胺、双十二烷胺、嘧啶、2-氨基嘧啶、2-氨基-4-甲基-6-甲氧基嘧啶、嘧啶-2,4,6-三胺、N-(2-氨基乙基)-N-嘧啶-2-基胺、6-叔丁基嘧啶-4-胺、4,6-二甲氧基-5-苯基嘧啶-2-胺、2-乙氧基嘧啶-4,6-二胺、5-苯基嘧啶-4-胺、3,9-双[2-(3,5-二氨基-2,4,6-三氮杂苯基)乙基]-2,4,8,10-四氧螺[5.5]十一烷、乙二胺-四乙酸、乙二胺-四乙酸的碱金属盐(Li、Na、K)盐、N,N’-二亚水杨基-乙二胺、N,N’-二亚水杨基-1,2-丙二胺、N,N”-二亚水杨基-N’-甲基-二丙烯三胺、3-水杨酰基氨基-1,2,4-三唑、N,N,N’-三甲基乙二胺、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮、2,3-二甲基吡嗪、2,4,6-三甲基吡啶、2,4,7-三氨基-6-苯基蝶呤、2,6-二氨基嘌呤、2,6-二甲基吡啶、2-乙酰基吡咯、2-氨基-4,6-二甲基嘧啶、2-氨基-4-甲氧基-6-甲基嘧啶、2-氨基-4-甲基吡啶、2-氨基-4-甲基嘧啶、2-氨基-4-甲基苄腈、3-氨基-4-甲基苯甲酰胺、3-硝基吡啶、3-甲基吲哚、3-甲基二苯胺、4,6-二甲基嘧啶、4-甲基咪唑、4-甲基吡啶、4-甲基嘧啶、4-氯苯二胺、4-碘嘧啶、5-氨基吖啶、5-氟苯胺、6-苄基氨基嘌呤、9-氨基吖啶、间苯二胺、N-苄基吡咯、N-甲基咪唑、邻苯二胺、对甲苯胺、对苯二胺、吖啶、异喹啉、咪唑、吲哚、二十烷基二胺、乙醇胺、草酰胺、喹啉、二异丙胺、二乙醇胺、二氯苯胺、二环己胺、二癸胺、二苯胺、十亚甲基二胺、四丁基溴化铵、四亚甲基二胺、十二烷基苯胺、十二烷基二胺、三乙醇胺、三羟甲基氨基甲烷、三己胺、三月桂胺、吡嗪、吡 啶、吡咯、蝶呤、嘌呤、己胺、苄胺、甲胺、1,2-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)-乙烷、1-[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}-丁基]-4-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(乙基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(环己基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、氨基嘧啶、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-己二酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-草酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-癸二酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-对苯二甲酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-六亚甲基-1,6-二氨基甲酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-丙二酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-碳酸酯、二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基亚苯基-2,4-氨基甲酸酯、二氨基癸烷、二癸胺、二己胺、二甲基嘧啶、三丁胺、羟基嘧啶,也可列举出4-乙酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-硬脂酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基乙酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-十八烷氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苄氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(乙基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(环己基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-碳酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-草酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-丙二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-癸二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-己二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-对苯二甲酸酯、1,2-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)-乙烷、α,α’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)-对二甲苯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基苯亚甲基-2,4-二氨基甲酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-六亚甲基-1,6-二氨基甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,5-三甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,4-三甲酸酯、1-[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}丁基]-4-[3-(3,5-二叔 丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]2,2,6,6-四甲基哌啶、1,2,3,4-丁烷四甲酸与1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇、及β,β,β’,β’,-四甲基-3,9-[2,4,8,10-四氧螺(5,5)十一烷]二乙醇的缩合物、琥珀酸二甲基-1-(2-羟基乙基)-4-羟基-2,2,6,6,-四甲基哌啶的缩聚物等受阻胺化合物,还可列举出3,9-双[2-(3,5-二氨基-2,4,6-三氮杂苯基)乙基]-2,4,8,10-四氧螺[5.5]十一烷、乙二胺-四乙酸、乙二胺-四乙酸的碱金属盐(Li、Na、K)盐、N,N’-二亚水杨基-乙二胺、N,N’-二亚水杨基-1,2-丙二胺、N,N”-二亚水杨基-N’-甲基-二丙烯三胺、3-水杨酰基氨基-1,2,4-三唑等多元胺,其中优选含有至少1种芳香族胺化合物、碳原子数为4以上的烷基胺化合物、具有嘧啶骨架的化合物。
作为碱金属化合物的具体实例,可列举出异丙醇锂、氯化锂、醋酸锂、乳酸锂、辛酸锂、硬脂酸锂、环烷酸锂、叔丁基碳酸锂、硫酸锂、氧化锂等锂化合物,异丙醇钠、氯化钠、醋酸钠、乳酸钠、辛酸钠、硬脂酸钠、环烷酸钠、叔丁基碳酸钠、硫酸钠、氧化钠等钠化合物,异丙醇钾、氯化钾、醋酸钾、乳酸钾、辛酸钾、硬脂酸钾、环烷酸钾、叔丁基碳酸钾、硫酸钾、氧化钾等钾化合物,其中优选含有至少1种碳原子数为4以上的有机羧酸碱金属化合物。
作为碱土金属化合物的具体实例,可列举出二异丙醇镁、氯化镁、醋酸镁、乳酸镁、硬脂酸镁、碳酸镁、硫酸镁、氧化镁等镁化合物,二异丙醇钙、氯化钙、醋酸钙、辛酸钙、环烷酸钙、乳酸钙、硬脂酸钙、硫酸钙等钙化合物,二异丙醇钡、氯化钡、醋酸钡、辛酸钡、环烷酸钡、乳酸钡、硬脂酸钡、硫酸钡等钡化合物,其中优选含有至少1种碳原子数为4以上的有机羧酸碱土金属化合物。
对含氮有机化合物、碱金属、碱土金属的添加量无特殊限定,但在耐水解性优异的观点下,相对于100重量份的脂肪族聚酯树脂,优选为0.001~2重量份,更优选为0.01~1重量份,进一步优选 为0.05~0.5重量份,最优选为0.08~0.3重量份。另外,当使用含氮有机化合物时,在固相聚合后的聚合物中,含氮有机化合物的氮原子摩尔量与1分子中具有2个以上磺酸基的含磺酸基化合物的硫原子摩尔量之比优选为0.2~5,进一步优选为0.25~4,特别优选为0.3~3.3,进一步优选为0.4~2.5。另外,当含氮有机化合物为脂肪族胺时,优选为0.3~0.9。
对本发明的脂肪族聚酯树脂组合物中的脂肪族聚酯树脂的重均分子量无特殊限定,但在3万以上、特别是10万以上是优选的,优选为10万~120万,更优选为12万~30万,进一步优选为14万~25万。需要说明的是,重均分子量是指通过使用六氟异丙醇作为溶剂的凝胶渗透色谱法(GPC)测定得到的换算成标准聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量的值,或通过使用氯仿作为溶剂的GPC测定得到的换算成标准聚苯乙烯的重均分子量的值。
另外,从聚合物物理性质均一性的观点出发,重均分子量与数均分子量之比优选为1.4~3,更优选为1.5~2.5。
另外,在氮气流下于200℃保持20分钟时的重量减少率为2%以下、特别是1%以下、甚至是0.6%以下在耐热性优异的观点下是优选的,更优选为0.4%以下,进一步优选为0.1%以下。热重量减少速度为0.1%重量/min以下、特别是0.05%重量/min以下、甚至是0.03%重量/min以下是优选的,更优选为0.02%重量/min以下,进一步优选为0.005%重量/min以下。重量减少率可通过例如热重量测定装置(TGA)进行测定,氮的流速优选为20~200ml/min,更优选为60~120ml/min。
在本发明的脂肪族聚酯树脂组合物中,优选重均分子量为10万以上,重均分子量与数均分子量之比为1.4~3,在氮气流下于200℃保持20分钟时的重量减少率为0.6%以下。
在不损害本发明目的的范围内,本发明的脂肪族聚酯树脂组合物中可添加通常的添加剂,例如填充剂(玻璃纤维、碳纤维、金属纤 维、天然纤维、有机纤维、玻璃片、玻璃珠、陶瓷纤维、陶瓷珠、石棉、硅灰石、滑石粉、粘土、云母、绢云母、沸石、膨润土、蒙脱石、合成云母、白云石、高岭土、微粉硅酸、长石粉、钛酸钾、shirasu balloon(シラスバル一ン)、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、氧化钙、氧化铝、氧化钛、硅酸铝、氧化硅、石膏、均密石英岩、碳钠铝石或白陶土等)、紫外线吸收剂(间苯二酚、水杨酸盐、苯并三唑、二苯甲酮等)、热稳定剂(受阻酚、氢醌、亚磷酸酯类及它们的取代物等,包含上述记载的稳定剂)、润滑剂、释放剂(褐霉酸及其盐、其酯、其半酯,硬脂醇,硬脂酰胺和聚乙烯蜡等)、包含染料(苯胺黑等)和颜料(硫化镉、酞菁等)的着色剂、防着色剂(亚磷酸盐、次磷酸盐等)、防燃剂(红磷、磷酸酯、溴化聚苯乙烯、溴化聚苯醚、溴化聚碳酸酯、氢氧化镁、密胺和氰尿酸或其盐等)、导电剂或着色剂(碳黑等)、滑动性改善剂(石墨、氟树脂等)、结晶成核剂(滑石粉等无机类成核剂,乙烯二月桂酰胺(ethylenebislauric acid amide)、乙烯二-12-二羟基硬脂酰胺(ethylene bis-12-dihydroxystearic acid amide)和三苯六甲酸三环己基酰胺等有机酰胺类化合物,酞菁铜和颜料黄110等颜料类成核剂,有机羧酸金属盐,苯基膦酸锌等)、抗静电剂等中的1种或2种以上成分。
另外,在不损害本发明目的的范围内,本发明的脂肪族聚酯树脂组合物中可进一步含有其它热塑性树脂(例如聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸树脂、聚酰胺、聚苯硫醚树脂、聚醚醚酮树脂、聚酯、聚砜、聚苯醚、聚缩醛、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺等)或热固性树脂(例如酚树脂、密胺树脂、聚酯树脂、硅酮树脂、环氧树脂等)或软质热塑性树脂(例如乙烯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、聚酯弹性体、聚酰胺弹性体、乙烯/丙烯三元共聚物、乙烯/丁烯-1共聚物等)等的至少1种以上化合物。
本发明的脂肪族聚酯树脂组合物在加工成成形品等时,一旦使之热熔融固化后也具有高分子量,在优选的实施方式下易形成具有 高熔点、热稳定性和色调也优异的脂肪族聚酯树脂组合物。
通过本发明的制备方法制得的脂肪族聚酯树脂组合物可广泛用作成形品。作为成形品,例如可列举出薄膜、薄板、纤维·布、无纺布、注塑成形品、挤出成形品、真空压空成形品、吹塑成形品和与其它材料的复合体等,上述成形品可用于农业用材料、园艺用材料、渔业用材料、土木·建筑用材料、文具、医疗用品、汽车用零件、电气·电子零件或其它用途。
实施例
以下通过实施例对本发明进行具体说明,但本发明的内容不受这些实施例所限定。在这里,实施例中的份数表示重量份。
以下示出本发明中采用的测定方法和判定方法。
<1>实施例1~16、比较例1~5
实施例1~16、比较例1~5中采用的测定方法和判定方法如下所示。
(1)重均分子量(Mw)
为使用六氟异丙醇作为溶剂通过Waters公司(ウ才一タ一ズ社)制凝胶渗透色谱(GPC)进行测定,换算成标准聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量的值。
(2)熔点
通过Perkin Elmer公司(パ一キンエルマ一社)制差示扫描量热计(DSC)DSC7,在氮气氛中于200℃保持2分钟后,以120℃/分降温至30℃,然后以20℃/分的升温速度升温至200℃,测定熔点。
(3)D体量
在氢氧化钠水溶液下将聚合物水解,然后用盐酸中和,接着通过安装有光学拆分柱(optical resolution column)的液相色谱进行测定。
(4)热稳定性
通过Perkin Elmer公司(パ一キンエルマ一社)制热重量测定装置 (TGA)在氮气流下于200℃保持20分钟,测定重量保持率、重量减少率。可以说重量保持率越大,热稳定性越优异。需要说明的是,100-重量保持率为重量减少率。
(5)耐水解性
在Espec公司(エスペツク社)制恒温恒湿槽中,在温度60℃、相对湿度95%的条件下进行24小时的湿热处理,通过处理前后的重均分子量测定分子量保持率。
(6)色调
通过目测判断,采用下列标准进行判断。
5:无着色
4:3和5之间
3:染成黄色
2:1和3之间
1:染成褐色
(7)含磺酸基化合物的含量(硫原子含量)
使用三菱化学社制自动样品燃烧装置,在密闭系统中将样品加热至900~1000℃(Ar/氧),用定容的吸收液(90ppm-过氧化氢溶液)吸收灰化时产生的气体,然后通过离子色谱进行定量。
[实施例1]
向带有搅拌装置、回流装置的反应容器中加入100份的90%L-乳酸(D体量0.4%)水溶液,作为催化剂加入1,3-丙二磺酸,使之相对于除去水后的L-乳酸量换算成硫原子达到800ppm,使温度达到150℃后,缓慢减压至800Pa,在除去水的同时使之反应3.5小时,然后于170℃的温度、400Pa的压力下使之进行6小时的聚合反应,制得预聚物。将制得的预聚物粉碎,然后在氮下于110℃进行1小时的结晶化处理,然后在50Pa的压力下于140℃进行3小时、于150℃进行3小时、于160℃进行18小时的固相聚合,制得聚乳酸类树脂。制得的聚乳酸类树脂(组合物)的特性如表1所示。
[实施例2~7、比较例1~5]
除了采用如表1和表2所示的使用催化剂的种类和添加量外,采用与实施例1同样的方法进行。结果如表1和表2所示。
[实施例8]
向100重量份的在实施例1中制得的聚乳酸类树脂中混合0.2重量份的作为含氮有机化合物的嘧啶,使用蒸发器在茄形烧瓶中于140℃、常压、氮气氛下在使之旋转的同时进行浸渍处理,然后进行耐水解性的评价。制得的聚乳酸类树脂(组合物)的特性如表3所示。
[实施例9~10]
除了采用如表3所示的使用含氮有机化合物的种类、添加量外,采用与实施例8相同的方法进行。结果如表3所示。
[实施例11~14]
向100重量份的在实施例1中制得的聚乳酸类树脂中混合如表3所示添加量的如表3所示种类的含氮有机化合物,接着使用双轴挤出机于190℃进行熔融捏和,然后进行耐水解性的评价。结果如表3所示。
[实施例15~16]
向100重量份的在实施例1中制得的聚乳酸类树脂中混合如表3所示添加量的如表3所示种类的碱土金属,接着使用双轴挤出机于190℃进行熔融捏和,然后进行耐水解性的评价。结果如表3所示。
[表1]
[表2]
[表3]
<2>实施例17~39、比较例6~10
在实施例17~39、比较例6~10中采用的测定方法和判定方法如下所示。
(1)重均分子量(Mw)
为使用氯仿作为溶剂,通过岛津制作所制凝胶渗透色谱(GPC)LC solution测定的换算成标准聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量的值。
(2)熔点
通过TA Instrument公司(テイ一·エイ·インスツルメント社)制差示扫描量热计(DSC)Q-100,于200℃保持2分钟后,以20℃/分降温至0℃,然后以20℃/分的升温速度升温至200℃,测定熔点。
(3)D体量
在氢氧化钠水溶液下将聚合物水解,然后用盐酸中和,接着通过安装有光学拆分柱的液相色谱进行测定。
(4)热稳定性(热重量减少率)
通过TA Instrument公司制热重量测定装置(TGA)在100ml/min氮气氛中于200℃下保持,测定重量减少率。
(5)耐水解性
在Espec公司(エスペツク社)制恒温恒湿槽GL-04KA中,在温度60℃、相对湿度95%的条件下进行5日的湿热处理,通过处理前后的重均分子量测定分子量保持率。
(6)色调
通过目测对熔融时的色调进行观察。
(7)含磺酸基化合物的含量(硫原子含量)
使用三菱化学社制自动样品燃烧装置AQF-100,在密闭系统内 将样品加热至900~1000℃(Ar/氧),用定容的吸收液(90ppm-过氧化氢溶液)吸收灰化时产生的气体,然后通过Dionex公司制离子色谱ICS-2000进行定量。
(8)氮化合物含量(氮原子含量)
在氮化合物的残留率为100%的前提下,通过氮化合物添加量和聚合物的产量计算含量。
[实施例17]
向500mL的四颈瓶中加入200g的90%重量L-乳酸水溶液,然后将该烧瓶浸泡于油浴中。将搅拌器安装到烧瓶上,插入温度计的热电偶,连接真空线和氮气线(nitrogen gas line),重复3次减压和导入氮气,将气氛置换为氮后使油浴温度升至120℃,开始脱水。在脱水初期的60分钟内将系统内压力从常压降至5kPa,直接于5kPa下使之脱水1.5小时(总脱水时间为2.5小时),接着用氮气将系统内压力升至常压,然后在氮气氛下添加作为催化剂的362.7mg 1,3-丙二磺酸(添加量相对于原料L-乳酸换算成硫原子为632ppm)。接着,使系统内温度升至160℃,在2小时内将压力从常压降至0.3kPa,直接保持于0.3kPa,在4小时(总计6小时)的熔融聚合后排出,冷却,制得聚乳酸预聚物。在100℃的真空干燥器内使预聚物进行2小时的结晶化,冷却至常温后粉碎。将100g的粒径为100~250μm的结晶化预聚物粉末加入1L的梨形烧瓶中,安装到旋转蒸发器上,然后重复2次减压和导入氮气,将气氛置换为氮,在60分钟内将压力降至0.2kPa。直接于0.2kPa下保持,将梨形烧瓶浸泡于油浴中,在使之旋转的同时将油浴温度升至110℃,保持2小时,进一步升温至158℃,使之进行24小时的固相聚合。冷却至常温,然后导入氮气,恢复至常压,制得粉末状的脂肪族聚酯树脂。脱水和聚合过程中的表观收率Y%为71%。制得的脂肪族聚酯树脂(组合物)的物理性质如表4所示。
[实施例18~22、比较例6~9]
除了采用如表4所示的使用催化剂的种类和添加量、熔融聚合条件外,采用与实施例17同样的方法进行。结果如表4所示。
[实施例23~26]
除了采用如表5所示的使用单体的种类和添加量、催化剂的种类和添加量、滑石粉和抗氧化剂的种类和量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件外,采用与实施例17同样的方法进行。结果如表5所示。
[表4-1]
[表4-2]
[表5]
[实施例27]
向500mL的四颈瓶中加入200g的90%重量L-乳酸水溶液,然后将该烧瓶浸泡于油浴中。将搅拌器安装到烧瓶上,插入温度计的热电偶,连接真空线和氮气线,重复3次减压和导入氮气,将气氛置换为氮后使油浴温度升至120℃,开始脱水。在脱水初期的60分钟内将系统内压力从常压降至5kPa,直接于5kPa下使之脱水1.5小时(总脱水时间为2.5小时),接着用氮气将系统内压力升至常压,然后在氮气氛下添加作为催化剂的226.4mg 1分子中具有2个磺酸基的1,3-丙二磺酸(添加量相对于单体重量换算成硫原子为395ppm)。接着,使系统内温度升至160℃,在2小时内将压力从常压降至0.3kPa,直接保持于0.3kPa,在4小时(总计6小时)的熔融聚合后排出,冷却,制得聚乳酸预聚物。在100℃的真空干燥器内使预聚物进行2小时的结晶化,冷却至常温后粉碎。将100g的粒径为100~250μm的结晶化预聚物粉末加入1L的梨形烧瓶中,安装到旋转蒸发器上,然后重复2次减压和导入氮气,将气氛置换为氮,在60分钟内将压力降至0.2kPa。直接于0.2kPa下保持,将梨形烧瓶浸泡于油浴中,在使之旋转的同时将油浴温度升至110℃,保持2小时,进一步升温至155℃,使之进行24小时的固相聚合。冷却至常温,然后导入氮气,恢复至常压后向梨形烧瓶中加入280.5mg的2-氨基-4甲氧基-6-甲基嘧啶,然后将梨形烧瓶在180℃的硅酮油浴中浸渍30分钟,冷却,制得聚乳酸类树脂。脱水和聚合过程中的表观收率Y%为70%。制得的聚乳酸类树脂(组合物)的物理性质如表6所示。
[实施例28]
除了采用如表5所示的使用催化剂的种类和添加量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件外,采用与实施例27相同的方法合成聚合物。此时,就固相聚合而言,将20g粒径为1~3mm的预聚物加入不锈钢管(内径2cm、长10cm)中,从管底导入加热的氮气(100L/h),将管和氮加热用管放入油浴中。接着,从制得的聚合物中取10g,将其与9.6mg的嘧啶、10.9mg的甲基咪唑用高速混合机预混合50分钟,将该混合物加入双轴捏和机中使之颗粒化。需要说明的是,捏和机的温度设定如下:原料投入部为120℃,混合部为175℃,熔融部为180℃,机头部为175℃。结果如表6所示。
[实施例29]
除了采用如表6所示的使用催化剂的种类和添加量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件外,采用与实施例27同样的方法合成聚合物,于175℃使之熔融,添加含氮化合物,进行30分钟的搅拌后使之冷却。结果如表6所示。
[实施例30、35~38]
除了采用如表6所示的使用催化剂的种类和添加量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件,以及与催化剂同时添加到熔融氮化合物的脱水反应物中外,采用与实施例27相同的方法进行。结果如表6所示。
[实施例31]
除了采用如表6所示的使用催化剂的种类和添加量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件外,采用与实施例27同样的方法合成聚合物。在梨形烧瓶中加入聚合物10g和含氮化合物,将梨形烧瓶在180℃的油浴中浸泡30分钟,然后取出使之冷却。结果如表6所示。
[实施例32]
除了采用如表6所示的使用催化剂的种类和添加量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件外,采用与实施例27同样的方法进行。结果如表6所示。
[实施例33、34]
除了采用如表6所示的使用催化剂的种类和添加量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件外,采用与实施例27同样的方法合成聚合物,将10g的聚合物和含氮化合物装入玻璃管并密封后,在180℃的恒温干燥器中静置30分钟。结果如表6所示。
[实施例39、比较例10]
除了采用如表6所示的使用催化剂的种类和添加量、脱水条件、熔融聚合条件、固相聚合条件外,采用与实施例27同样的方法进行。结果如表6所示。
[表6-1]
[表6-2]
产业上的利用可能性
根据本发明可提供有效制备具有高分子量、高熔点,热稳定性和色调优异的脂肪族聚酯树脂的方法,通过本发明制得的组合物可用作纤维、薄膜、成型品的原料。