CN115066452A - 芳香族聚酯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有多个功能性官能团的芳香族聚酯及其合成方法。一种芳香族聚酯,其是含有多元羧酸成分和多元醇成分作为共聚成分的芳香族聚酯,将全部多元羧酸成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的具有功能性官能团的多元羧酸成分,将全部多元醇成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的芳香族多元醇成分。
Description
技术领域
本发明涉及具有官能团的芳香族聚酯。更详细而言,涉及一种可以保留来自羧酸成分的功能性官能团而不会引起凝胶化的、具有功能性官能团的芳香族聚酯。
背景技术
共聚聚酯树脂广泛用作涂料、涂剂及粘合剂等中使用的树脂组合物的原料。共聚聚酯树脂通常由多元羧酸和多元醇构成。多元羧酸和多元醇的选择与组合、分子量的高低可以自由地控制,得到的共聚聚酯树脂用于以涂料用途及粘合剂用途为代表的各种用途中。特别是,芳香族聚酯具有优异的耐热性和耐化学药品性,因此在工业上特别有用。
其中,具有羟基、羧基等不参与聚合的支化官能团(功能性官能团)的芳香族聚酯,与固化剂等的反应性良好,因此在工业上特别有用。例如,专利文献1公开了含有聚合性双键的聚酯树脂,另外在专利文献2中公开了含有衣康酸酯单元作为反应性不饱和位点的不饱和聚酯树脂。
另一方面,作为具有多个功能性官能团的脂肪族聚酯,报道有使用了稀土三氟甲基磺酸盐催化剂的合成例(专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2001-302779号公报
专利文献2:日本特表2012-521469号公报
专利文献3:日本特开2003-306535号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是,专利文献1的聚酯树脂虽然具有聚合性双键作为官能团,但由于大量使用不具有功能性官能团的单体作为共聚成分,因此其浓度低,不能说工业利用价值高。另外,已知若增加所述聚酯树脂的聚合性双键的浓度,则会在聚合时会引起由异构化和三维交联导致的凝胶化。此外,专利文献2中记载了使至少一种多元醇和作为不饱和羧酸的衣康酸、柠康酸和/或中康酸缩聚而得到的聚酯树脂,但不具有芳香族骨架,为了进一步抑制聚合时的异构化及凝胶化,将自由基抑制剂作为必要成分。因此,它的工业利用价值不高,并且成为杂质的原因。另外,专利文献3中对具有参与聚合的官能团以外的各种官能团(功能性官能团)的脂肪族单体的缩聚进行了研究,但没有对芳香族单体进行研究。作为其原因可列举在二羧酸与二醇的直接聚合法的情况时,通常使熔点为300℃以上的芳香族二羧酸与二醇在二醇的沸点以上的高温(例如200~240℃)下发生酯化反应,缩聚中的能量消耗大;进一步地,除了通常用作芳香族聚酯原料的对苯二甲酸、间苯二甲酸的熔点均为300℃以上,并且还由于升华性结晶,因此难以处理这样的技术性理由。
本发明的目的在于提供一种到目前为止难以合成的、具有多个不参与聚合的功能性官能团的芳香族聚酯及其合成方法。
解决课题的手段
本发明人经过深入研究,发现可以通过以下所示的手段解决上述课题,从而完成了本发明。即,本发明具有以下构成。
一种芳香族聚酯,其是含有多元羧酸成分和多元醇成分作为共聚成分的芳香族聚酯,将全部多元羧酸成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的具有功能性官能团的多元羧酸成分,将全部多元醇成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的芳香族多元醇成分。
所述功能性官能团优选为选自由羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基、卤素、二硫基、磺酰基、亚磺酰基以及亚甲基构成的组中的1种以上。
所述芳香族聚酯优选含有由下式(1)表示的结构单元。
[化1]
(式(1)中,在X1、X2、Y1和Y2分别独立地为氢、烷基、羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基、卤素、氧或亚甲基。Z1-X1键、Z1-X2键、Z2-Y1键及Z2-Y2键分别独立地为单键或双键,Z1-Z2键是单键、双键或S-S键。当X1、X2、Y1及Y2均为氢或烷基时,Z1-X1键、Z1-X2键、Z2-Y1键及Z2-Y2键均为单键,Z1-Z2键是双键。当Z1-Z2键是S-S键时,X1、X2、Y1和Y2分别独立地为氧,或者不存在。X1为亚甲基时,Z1-X1键为双键,X2不存在,Z1-Z2键为单键。X2为亚甲基时,Z1-X2键为双键,X1不存在,Z1-Z2键为单键。当Y1为亚甲基时,Z2-Y1键为双键,Y2不存在,Z1-Z2键为单键。Y2为亚甲基时,Z2-Y2键为双键,Y1不存在,Z1-Z2键为单键。A是芳香族多元醇的残基。R1、R2、R3和R4分别独立地为氢或烷基;m和n分别独立地为0~10的整数,p是1~10的整数。)
所述芳香族聚酯优选含有500质量ppm以上的氟和250质量ppm以上的硫,优选实质上不含有有机溶剂。另外,芳香族聚酯优选为通过80~150℃的低温熔融缩聚法得到的聚酯。
一种粘合剂或涂料,其含有所述芳香族聚酯。
发明的效果
本发明的芳香族聚酯含有指定量的功能性官能团。因此,功能性官能团为双键、在主链中具有双键的芳香族聚酯,成为硫醇-烯反应或迈克尔加成反应的反应点。此外,功能性官能团为卤素、主链中导入了卤素的芳香族聚酯可以实现成为活性自由基聚合的引发点等的各种化学修饰。
具体实施方式
本发明的芳香族聚酯含有多元羧酸成分和多元醇成分作为共聚成分,其是将全部多元羧酸成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的具有功能性官能团的多元羧酸成分,将全部多元醇成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的芳香族多元醇成分的树脂。
作为所述功能性官能团,优选为参与聚合的官能团(二羧酸)以外的反应性官能团,具体而言,优选为选自由羟基(-OH)、硫醇基(-SH)、羧基(-CO2H)、醛基(-CHO)、叠氮基(-N3)、卤素(-F、-Cl、-Br、-I)、二硫基(-S-S-)、亚磺酰基(-S(=O)-)、磺酰基(-S(=O)2-)及亚甲基(=CH2)构成的组中的1种以上。
作为具有功能性官能团的多元羧酸成分,可列举具有功能性官能团的芳香族多元羧酸、具有功能性官能团的脂肪族多元羧酸或具有功能性官能团的脂环族多元羧酸,优选为具有功能性官能团的芳香族二羧酸、具有功能性官能团的脂肪族二羧酸或具有功能性官能团的脂环族二羧酸,更优选为具有功能性官能团的脂肪族二羧酸。
作为所述具有功能性官能团的多元羧酸成分,没有特别限定,例如可列举马来酸(不饱和键)、富马酸(不饱和键)、柠康酸(不饱和键)、衣康酸(不饱和键)、苹果酸(OH)、酒石酸(OH)、硫代苹果酸(SH)、溴代琥珀酸(Br)、叠氮基琥珀酸(N3)、3,3-二硫代二丙酸(S-S)、三羧酸(COOH)等。其中,可以选择使用1种或2种以上。
将芳香族聚酯的多元羧酸成分设为100摩尔%时,需要含有50摩尔%以上的所述具有功能性官能团的多元羧酸成分,优选为60摩尔%以上,更优选为70摩尔%以上,进一步优选为80摩尔%以上,更进一步优选为90摩尔%以上,特别优选为95摩尔%以上,最优选为99摩尔%以上,可以为100摩尔%。
进一步地,作为共聚成分,可以并用所述具有功能性官能团的多元羧酸成分以外的多元羧酸成分。所谓具有功能性官能团的多元羧酸成分以外的多元羧酸成分,优选是不含有参与聚合的官能团(二羧酸)以外的反应性官能团的多元羧酸(以下又称为不具有功能性官能团的多元羧酸成分)。作为不具有功能性官能团的多元羧酸成分,可以列举以下所示的脂环族多元羧酸、脂肪族多元羧酸或芳香族多元羧酸等。作为脂环族多元羧酸的例子,可列举1,4-环己烷二羧酸、1,3-环己烷二羧酸、1,2-环己烷二羧酸及其酸酐等脂环族二羧酸。作为脂肪族多元羧酸的例子,可列举琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷酸、二聚酸、1,2,3-丙烷三羧酸、1,3,5-戊烷三羧酸等的脂肪族二羧酸。作为芳香族多元羧酸的例子,可列举对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘二甲酸、二苯基二甲酸(BiphenyldicarboxylicAcid)、联苯二甲酸(diphenic acid)、5-羟基间苯二甲酸等芳香族二羧酸。另外,磺基对苯二甲酸、5-磺基间苯二甲酸、4-磺基邻苯二甲酸、4-磺基萘-2,7-二羧酸、5-(4-磺基苯氧基)间苯二甲酸、磺基对苯二甲酸和/或它们的金属盐、铵盐等具有磺酸基或磺酸盐基的芳香族二羧酸等。其中,可以选择使用1种或2种以上。
不具有所述功能性官能团的多元羧酸成分的含量,将芳香族聚酯的多元羧酸成分设为100摩尔%时,优选为50摩尔%以下,更优选为40摩尔%以下,进一步优选为30摩尔%以下,更进一步优选为20摩尔%以下,更进一步优选为10摩尔%以下,特别优选为5摩尔%以下,最优选为1摩尔%以下,也可以为0摩尔%。
作为本发明的芳香族聚酯中使用的芳香族多元醇成分,可以具有所述功能性官能团(参与聚合的官能团(二醇)以外的反应性官能团),也可以不具有。优选为不具有功能性官能团的芳香族多元醇成分,更优选为不具有功能性官能团的芳香族二醇成分。作为不具有功能性官能团的芳香族二醇,没有特别限定,优选为芳香族二醇化合物、芳香族二醇化合物的二醇改性产物、芳香族二羧酸的二醇改性产物,更优选为芳香族二醇化合物的二醇改性产物或芳香族二羧酸的二醇改性产物。作为芳香族二醇化合物的具体例子,没有特别限定,可列举1,2-苯二醇、1,3-苯二醇、1,4-苯二醇、萘二醇、双酚A、双酚F等。另外,作为芳香族二醇化合物的二醇改性产物的具体例子,没有特别限定,可列举1,2-苯二醇的环氧乙烷加合物、1,2-苯二醇的环氧丙烷加合物、1,3-苯二醇的环氧乙烷加合物、1,3-苯二醇的环氧丙烷加合物、1,4-苯二醇的环氧乙烷加合物、1,4-苯二醇的环氧丙烷加合物、萘二醇的环氧乙烷加合物、萘二醇的环氧丙烷加合物、双酚A的环氧乙烷加合物、双酚A的环氧丙烷加合物、双酚F的环氧乙烷加合物、双酚F的环氧丙烷加合物等。另外,作为芳香族二羧酸的二醇改性产物的具体例子,没有特别限定,可举出对苯二甲酸的乙二醇改性产物、对苯二甲酸的丙二醇改性产物、间苯二甲酸的乙二醇改性产物、间苯二甲酸的丙二醇改性产物、邻苯二甲酸的乙二醇改性产物、邻苯二甲酸的丙二醇改性产物等。进一步地,作为芳香族二羧酸的二醇改性产物的其他例子,可举出萘二甲酸、二苯基二甲酸、联苯二甲酸、5-羟基间苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、5-磺基间苯二甲酸、4-磺基邻苯二甲酸、4-磺基萘-2,7-二甲酸、5-(4-磺基苯氧基)间苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、和/或它们的金属盐、铵盐等具有磺酸基或磺酸基盐基的芳香族二羧酸等的二醇改性产物。它们可以单独地使用,或并用2种以上。其中更优选的是可以使用1,4-苯二醇的环氧乙烷加合物、双酚A、双酚A的环氧乙烷加合物(三洋化成工业株式会社制造、Nieuport(注册商标)BPE-20T)以及环氧丙烷加合物(三洋化成工业株式会社制造、NieuportBP-5P)等在双酚类的两个酚式羟基上分别加成1~数摩尔的环氧乙烷或环氧丙烷而得到的二醇类、BHET(对苯二甲酸的乙二醇改性产品)等。
将芳香族聚酯的多元醇成分设为100摩尔%时,所述芳香族二醇成分需要含有50摩尔%以上,优选为60摩尔%以上,更优选为70摩尔%以上,进一步优选为80摩尔%以上,更进一步优选为90摩尔%以上,特别优选为95摩尔%以上,最优选为99摩尔%以上,也可以为100摩尔%。
进一步地,作为所述芳香族多元醇成分以外的多元醇成分,可以并用以下所示的脂肪族多元醇、脂环族多元醇、含醚键的二醇等。
作为脂肪族多元醇的例子,可列举乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、2-乙基-2-丁基丙二醇、羟基新戊酸新戊二醇酯、二羟甲基庚烷、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、聚碳酸酯二醇(旭化成株式会社制造,多耐乐(注册商标))等。作为脂环族多元醇的例子,可列举1,4-环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、三环癸二醇、三环癸烷二羟甲基、螺二醇、氢化双酚A或氢化双酚A的环氧乙烷加合物及环氧丙烷加合物等。作为含醚键的二醇的例子,可以举出二甘醇、三甘醇、二丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、新戊二醇环氧乙烷加合物或新戊二醇环氧丙烷加合物。其中,可以选择使用1种或2种以上。
进一步地,作为所述芳香族多元醇成分以外的多元醇成分,也可以使用用二醇对2元以上的脂环族多元羧酸成分或脂肪族多元羧酸成分的两末端进行改性得到的多元醇成分。作为脂环族多元羧酸的例子,可列举1,4-环己烷二甲酸、1,3-环己烷二甲酸、1,2-环己烷二甲酸和其酸酐等脂环族二羧酸。作为脂肪族多元羧酸的例子,可列举琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、二聚酸等脂肪族二羧酸。
将芳香族聚酯的多元醇成分设为100摩尔%时,所述脂肪族多元醇、脂环族多元醇以及含醚键的二醇成分的含量优选为50摩尔%以下,更优选为40摩尔%以下,进一步优选为30摩尔%以下,更进一步优选为10摩尔%以下,进一步优选为10摩尔%以下,特别优选为5摩尔%以下,最优选为1摩尔%以下,也可以为0摩尔%。
本发明的芳香族聚酯优选具有下式(1)的结构单元。
[化1]
式(1)中,X1、X2、Y1和Y2分别独立地为氢(-H)、烷基、羟基(-OH)、硫醇基(-SH)、羧基(-CO2H)、醛基(-CHO)、叠氮基(-N3)、卤素(-F、-Cl、-Br、-I)、氧(=O)或亚甲基(=CH2)。烷基优选为碳原子数1~10的烷基,更优选为碳原子数1~5,进一步优选为碳原子数1~3。另外,烷基可以为直链状或支链状的任意种。卤素只要为氟、氯、溴、碘的任意种即可,但优选为溴。
Z1-X1键、Z1-X2键、Z2-Y1键及Z2-Y2键分别独立地为单键或双键,Z1-Z2键是单键、双键或S-S键。
当X1、X2、Y1及Y2均为氢或烷基时,Z1-X1键、Z1-X2键、Z2-Y1键及Z2-Y2键均为单键,Z1-Z2键是双键。当Z1-Z2键是S-S键时,X1、X2、Y1和Y2分别独立地为氧(-S(=O)-S-、-S(=O)-S(=O)-、-S(=O)2-S-、-S(=O)2-S(=O)-或-S(=O)2-S(=O)2-)或不存在(-S-S-)。优选为不存在(-S-S-)。
X1为亚甲基时,Z1-X1键为双键,X2不存在,Z1-Z2键为单键。X2为亚甲基时,Z1-X2键为双键,X1不存在,Z1-Z2键为单键。当Y1为亚甲基时,Z2-Y1键为双键,Y2不存在,Z1-Z2键为单键。Y2为亚甲基时,Z2-Y2键为双键,Y1不存在,Z1-Z2键为单键。
R1、R2、R3和R4分别独立地为氢或烷基。m和n分别独立地为0~10的整数,优选为1~5的整数,更优选为1~3的整数。
另外,式(1)中,A是芳香族多元醇的残基,优选为芳香族二醇的残基。作为芳香族多元醇,没有特别限定,优选为芳香族二醇化合物、芳香族二醇化合物的二醇改性产物、芳香族二羧酸的二醇改性产物,更优选为芳香族二醇化合物的二醇改性产物或芳香族二羧酸的二醇改性产物。作为芳香族二醇化合物的具体例子,没有特别限定,可列举1,2-苯二醇、1,3-苯二醇、1,4-苯二醇、萘二醇、双酚A、双酚F等。另外,作为芳香族二醇化合物的二醇改性产物的具体例子,没有特别限定,可列举1,2-苯二醇的环氧乙烷加合物、1,2-苯二醇的环氧丙烷加合物、1,3-苯二醇的环氧乙烷加合物、1,3-苯二醇的环氧丙烷加合物、1,4-苯二醇的环氧乙烷加合物、1,4-苯二醇的环氧丙烷加合物、萘二醇的环氧乙烷加合物、萘二醇的环氧丙烷加合物、双酚A的环氧乙烷加合物、双酚A的环氧丙烷加合物、双酚F的环氧乙烷加合物、双酚F的环氧丙烷加合物等。另外,作为芳香族二羧酸的二醇改性产物的具体例子,没有特别限定,可列举对苯二甲酸的乙二醇改性产物、对苯二甲酸的丙二醇改性产物、间苯二甲酸的乙二醇改性产物、间苯二甲酸的丙二醇改性产物、邻苯二甲酸的乙二醇改性产物、邻苯二甲酸的丙二醇改性产物等。它们可以单独使用,或可以并用2种以上。其中,优选为双酚A的环氧乙烷加合物、双酚A的环氧丙烷加合物、或对苯二甲酸的乙二醇改性产物。p是1~10的整数,优选为1~5的整数,更优选为1~3的整数。
将芳香族聚酯的全部结构单元设为100摩尔%时,本发明的芳香族聚酯优选含有50摩尔%以上的式(1)的结构单元,更优选为60摩尔%以上,进一步优选为70摩尔%以上,更进一步优选为80摩尔%以上,特别地更进一步优选为90摩尔%以上,特别优选为95摩尔%以上,最优选为99摩尔%以上,也可以为100摩尔%。
作为所述式(1)的优选的结构,可列举下式(2)~(5)。
[化2]
式(2)中,优选X1、X2、Y1和Y2分别独立地为氢、烷基、羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基或卤素。其中,X1、X2、Y1和Y2不会全部为氢或烷基。更优选的是X1和/或Y1为羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基或卤素,进一步优选的是X1为羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基或卤素,Y1为氢。通过具有式(2)的结构,可以实现成为活性自由基聚合的引发点等各种化学修饰。
[化3]
式(3)中,优选X1及Y1分别独立地为亚甲基。更优选的是X1或Y1中的一者为亚甲基,另一者为氢,进一步优选X1为亚甲基,Y1为氢。
[化4]
式(4)中,优选X1以及Y1分别独立地为氢或烷基,更优选为氢。X1和/或Y1为烷基时,优选其碳原子数为1~10,更优选为碳原子数1~5,进一步优选为碳原子数1~3。另外,烷基可以为直链状或支链状的任意种。通过具有式(4)的结构,可以实现成为硫醇-烯反应或迈克尔加成反应的反应点等的各种化学修饰。
[化5]
式(5)中,优选X1、X2、Y1以及Y2分别独立地为不存在(二硫键)、或为氧(=O)。更优选X1、X2、Y1以及Y2均不存在(二硫键)。
所述式(2)~(5)中,优选R1、R2、R3以及R4分别独立地为氢或烷基,更优选为氢。R1~R4分别独立地为氢或烷基时,优选其碳原子数为1~10,更优选为碳原子数1~5,进一步优选为碳原子数1~3。另外,烷基可以是直链状或支链状的任意种。m及n分别独立地为0~10的整数,优选为1~5的整数,更优选为1~3的整数。特别是,在式(2)及式(3)时,优选m为0,n为1,在式(4)时,优选m、n同时为0,在式(5)时,优选m、n同时为2。在式(2)~(5)中的任一者时,p也优选为1~10的整数,更优选为1~5的整数,进一步优选为1~3的整数。
作为式(1)的优选的具体例子,没有特别限定,可列举下述结构。
[化6]
[化7]
[化8]
本发明的芳香族聚酯优选含有500质量ppm以上的氟。由于具有显示拒水性和拒油性的倾向,因此更优选为1000质量ppm以上,进一步优选为2000质量ppm以上。另外,从耐热性、耐化学药品性变良好出发,优选为10000质量ppm以下,更优选为8000质量ppm以下,进一步优选为5000质量ppm以下。
本发明的芳香族聚酯优选含有250质量ppm以上的硫。从具有成为高熔点的倾向出发,更优选为500质量ppm以上,进一步优选为1000质量ppm以上。另外,从耐热性、耐化学药品性变良好出发,优选为5000质量ppm以下,更优选为4000质量ppm以下,进一步优选为3000质量ppm以下。
本发明的芳香族聚酯优选实质上不含有有机溶剂。通过实质上不含有有机溶剂,可以制作对于人体以及环境友好的粘合剂以及涂料。实质上不含有有机溶剂是指,芳香族聚酯100质量%中,优选有机溶剂为5质量%以下,更优选为2质量%以下,进一步优选为1质量%以下,特别优选为0质量%。
作为所述有机溶剂,可列举苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃;己烷、庚烷、辛烷等脂肪族烃;丙酮、甲乙酮等酮系溶剂;乙酸乙酯、乙酸丙酯等酯系溶剂;二甲醚、二乙醚等醚系溶剂;N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等非质子系溶剂等。
本发明的芳香族聚酯的数均分子量优选为2,000以上、30,000以下,更优选为3,000以上、25,000以下,进一步优选为4,000以上、20,000以下。通过使数均分子量为所述下限值以上,涂膜变得强韧,加工时的涂膜物性变得良好。另外,通过使数均分子量为所述上限值以下,可以抑制缩聚中的熔融粘度变得过高,能够容易地从反应容器(烧瓶)中取出。
本发明的芳香族聚酯的芳香族成分来自芳香族多元醇成分。一般而言,含芳香族的单体的熔点为200~300℃,较高,因此聚合聚酯时需要在所述熔点以上的温度下反应,难以在150℃以下的温度熔解、均匀化。但是,通过将芳香族羧酸的两末端用二醇成分改性而降低熔点,变得可以进行低温聚合。例如,作为PET的原料的对苯二甲酸的熔点为300℃,但将两末端用乙二醇进行改性得到的BHET(双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯)的熔点为110℃,可以在150℃以下的温度下缩聚。
除了BHET之外,双酚的2摩尔乙二醇加合物和5摩尔丙二醇加合物,通过用二醇成分对双酚的两末端进行改性,熔点降低,可以进行低温聚合。
此外,通过使用三氟甲基磺酸盐催化剂(trifluoromethanesulfonate催化剂),可以在80~150℃左右的低温下进行酯化反应。即,目前在使用具有参与聚合的官能团以外的官能团(羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基、卤素、亚甲基等)的单体时,由于高温反应,因此这些官能团发生水解(加溶剂分解)、解离等副反应,难以得到芳香族聚酯。另一方面,本发明中,低温反应变得可能,即使使用所述具有参与聚合的官能团以外的官能团(功能性官能团)的单体,也不会发生副反应,可以得到芳香族聚酯。即,可以通过80~150℃左右的低温熔融缩聚法得到芳香族聚酯。
作为三氟甲基磺酸盐催化剂,可列举稀土三氟甲基磺酸盐催化剂。作为稀土三氟甲基磺酸盐催化剂中使用的稀土金属,具体地可列举钪(Sc)、钇(Y),作为镧系元素,有效的是包含镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等的金属。所述稀土金属可以单独使用或并用2种以上。其中,优选钪。作为稀土金属以外的三氟甲基磺酸盐催化剂,具体地,有效的是包含铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、铪(Hf)、铋(Bi)等的催化剂。作为所述三氟甲基磺酸盐,可以例示X(OSO2CF3)。在此,X为稀土或其他元素,其中,X优选为钪(Sc)。
芳香族聚酯可以在低温下聚合(低温熔融缩聚法)。具体地,优选在150℃以下。由于可以抑制参与聚合的官能团以外的官能团(功能性官能团)的副反应,因此更优选为140℃以下,进一步优选为130℃以下,更进一步优选为120℃以下,特别优选为110℃以下。下限没有特别限定,优选为60℃以上。另外,由于可以缩短反应时间,因此更优选为70℃
以上,进一步优选为80℃以上,特别优选为90℃以上。
芳香族聚酯可以实质上不使用有机溶剂而进行聚合。实质上不使用有机溶剂是指,相对于得到的芳香族聚酯100质量份,优选为5质量份以下,更优选为2质量份以下,进一步优选为1质量份以下,特别优选为0质量份。通过实质上不使用有机溶剂,不仅可以提高反应的容积效率,还可以制造对人体及环境友好的树脂。
芳香族聚酯可以实质上不使用自由基抑制剂而进行聚合。实质上不使用自由基抑制剂是指,相对于得到的芳香族聚酯100质量份,优选为5质量份以下,更优选为2质量份以下,进一步优选为1质量份以下,特别优选为0质量份。由于实质上不使用自由基抑制剂,可以有效地制造芳香族聚酯,进一步地不会含有来自自由基抑制剂的杂质。作为自由基抑制剂,例如可列举氢醌、2-甲基氢醌、苯醌、2-甲基苯醌等。
反应时间可以根据单体(多元羧酸成分和芳香族二醇成分)的种类、催化剂的种类或或反应温度等适当设定。具体地,优选为1~20小时,更优选为2~15小时,为3~12小时。
本发明的芳香族聚酯可以用于粘合剂或涂料用途。芳香族聚酯优选在粘合剂或涂料中以固体成分换算计含有50质量%以上,更优选为60质量%以上,进一步优选为70质量%以上。另外,优选为95质量%以下,更优选为90质量%以下。
实施例
以下,列举实施例对本发明进行更具体的说明,但本发明固然不受下述实施例的限制,可以在本发明的主旨的适当的范围内进行适当的变更来实施,其均包含在本发明的技术范围之内。
另外,以下,没有特别说明时,份表示质量份。另外,本说明书中采用的测定、评价方法如下所述。
<树脂组成>
将芳香族聚酯溶解在氘代氯仿中,使用VARIAN公司制造的NMR装置400-MR,进行1H-NMR分析,通过其积分值求得摩尔比。
<数均分子量(Mn)>
将芳香族聚酯样品溶解在N,N-二甲基甲酰胺中,使树脂浓度成为0.5质量%左右,用孔径为0.5μm的聚四氟乙烯制的膜过滤器过滤,将得到的物质作为测定样品。分子量通过将N,N-二甲基甲酰胺作为流动相、将差示折射计作为检测器的凝胶渗透色谱法(GPC)来测定。流速设为1mL/分钟、柱温设为30℃。使用昭和电工株式会社制造的KF-802、804L、806L作为色谱柱。使用单分散聚苯乙烯作为分子量标准。数均分子量通过省去相当于小于1000的分子量的部分来计算。
<元素分析(氟、硫含量)>
<预处理法、测定法>
将20mg样品(芳香族聚酯)收集在磁舟中并在石英管管式炉(三菱化学analytech株式会社制造的AQF-2100H)中燃烧,燃烧气体以0.3质量%-过氧化氢水吸收。然后,使用离子色谱仪(由赛默飞世尔科技公司制造的ICS-1600型)测定吸收液中的氟化物离子、硫酸根离子。
<自动燃烧炉条件>
装置:三菱化学analytech株式会社制造的自动燃烧炉AQF-2100H
样品分解温度:1000℃
燃焼程序:15分钟
吸收液组成:0.3质量%的过氧化氢水水溶液
<离子色谱分析条件>
装置:赛默飞世尔科技公司制造的离子色谱仪ICS-1600
色谱柱:阴离子交换色谱AS12A
洗脱液组成:碳酸钠/碳酸氢钠混合水溶液
分离程序:15分钟
检测器:电导率检测器
<有机溶剂含量>
在铝盘(将此物称为A)中称量约0.5g样品(芳香族聚酯)。接着,将样品放入150℃的干燥机中,在5mmHg以下的减压下干燥2小时。干燥完成后,将样品冷却至室温,取出样品(将此物称为B)。通过下式求出有机溶剂含量。
式:有机溶剂含量(质量%)=(A-B)/A×100
实施例1
芳香族聚酯No.1的制造
在具有搅拌机的50ml的玻璃烧瓶中装入100摩尔%的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯(BHET)、100摩尔%的马来酸、1.0摩尔%的三氟甲基磺酸钪,在100℃下进行均质化。原料溶解后,逐渐降低体系内的压力,用30分钟减压至5mmHg,在0.3mmHg以下的真空下,在110℃下进行缩聚反应4小时,然后取出内容物,冷却。得到的芳香族聚酯No.1的组成、数均分子量等示于表1。
实施例2~11、比较例1~3
芳香族聚酯No.2~14的制造
以与芳香族聚酯No.1相同地实施,其中改变要加入的原料和它们的比率,以合成芳香族聚酯No.2~14,进行与芳香族聚酯No.1相同的评价。评价结果如表1~表2所示。另外,在实施例7中,多元醇成分使用多耐乐-T5650E(旭化成化学株式会社制造的聚碳酸酯二醇:1,5-戊二醇/1,6-己二醇的混合物,数均分子量约500)和己二酸各50摩尔%,在实施例11中,多元醇成分使用50摩尔%的1,5-戊二醇。
[表1]
[表2]
认为:作为No.3多元醇成分,使用了双酚A的环氧丙烷加合物(BP-5P)的体系中,参与反应的仲OH基与其他伯OH基相比,由于反应速度慢,因此尽管反应时间长达11.5小时,具有式(1)的结构,但分子量没有增加。
在使用与No.5No.4相同的原料,将催化剂从1.0摩尔%减少至0.5摩尔%时,虽然得到了具有式(1)的结构的芳香族聚酯,但为了得到相同分子量的聚合物,反应时间需要4小时。
在使用与No.6No.4相同的原料,将催化剂从1.0摩尔%减少至0.2摩尔%时,虽然得到了具有式(1)的结构的芳香族聚酯,但为了得到相同分子量的聚合物,反应时间需要6小时。
以No.12无催化剂体系进行相同的反应时,不进行酯化反应,由于分子量未增大,因此未能得到具有式(1)的结构的聚酯。
在使用如No.13Al催化剂这样的通常的酯交换催化剂时,酯化反应没有进行,分子量未增加。未能得到具有式(1)的结构的芳香族聚酯。
使用No.14硫代苹果酸作为二羧酸成分时,在高温下长时间反应时会引起凝胶化,因此未能得到具有式(1)的结构的芳香族聚酯。认为这是因为通过熔融缩聚产生的聚酯分子中的支链SH基团彼此在分子间偶联而形成三维交联。
产业上的可利用性
本发明的芳香族聚酯具有特定的结构单元。另外,通过使用特定的多元羧酸成分以及芳香族二醇成分,可以在不使用溶剂的情况下通过在温和的条件下的脱水缩聚来合成。通过使用该方法,可以合成在主链及其侧链上具有双键的聚酯、具有进行缩聚的官能团以外的官能团的聚酯。主链上具有双键的聚酯成为硫醇-烯反应或迈克尔加成反应的反应点;在侧链具有卤素的聚酯可以实现成为活性自由基聚合的引发点等的各种化学修饰;在侧链具有巯基的聚酯由于成为迈克尔加成反应的反应点,因此是非常有用的聚合物。
Claims (8)
1.一种芳香族聚酯,其是含有多元羧酸成分和多元醇成分作为共聚成分的芳香族聚酯,
将全部多元羧酸成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的具有功能性官能团的多元羧酸成分,
将全部多元醇成分设为100摩尔%时,含有50摩尔%以上的芳香族多元醇成分。
2.根据权利要求1所述的芳香族聚酯,所述功能性官能团为选自由羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基、卤素、二硫基、磺酰基、亚磺酰基以及亚甲基构成的组中的1种以上。
3.根据权利要求1或2所述的芳香族聚酯,其含有由下式(1)表示的结构单元,
式(1)中,X1、X2、Y1和Y2分别独立地为氢、烷基、羟基、硫醇基、羧基、醛基、叠氮基、卤素、氧或亚甲基;Z1-X1键、Z1-X2键、Z2-Y1键及Z2-Y2键分别独立地为单键或双键,Z1-Z2键是单键、双键或S-S键;当X1、X2、Y1及Y2均为氢或烷基时,Z1-X1键、Z1-X2键、Z2-Y1键及Z2-Y2键均为单键,Z1-Z2键是双键;当Z1-Z2键是S-S键时,X1、X2、Y1和Y2分别独立地为氧,或者不存在;X1为亚甲基时,Z1-X1键为双键,X2不存在,Z1-Z2键为单键;X2为亚甲基时,Z1-X2键为双键,X1不存在,Z1-Z2键为单键;当Y1为亚甲基时,Z2-Y1键为双键,Y2不存在,Z1-Z2键为单键;Y2为亚甲基时,Z2-Y2键为双键,Y1不存在,Z1-Z2键为单键;A是芳香族多元醇的残基;R1、R2、R3和R4分别独立地为氢或烷基;m和n分别独立地为0~10的整数,p是1~10的整数。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的芳香族聚酯,其含有500质量ppm以上的氟、250质量ppm以上的硫。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的芳香族聚酯,其特征在于,实质上不含有有机溶剂。
6.权利要求1~5中任一项所述的芳香族聚酯的制造方法,其通过80~150℃的低温熔融缩聚法进行。
7.一种粘合剂,其含有权利要求1~5中任一项所述的芳香族聚酯。
8.一种涂料,其含有权利要求1~5中任一项所述的芳香族聚酯。
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