JP2001026641A - 脂肪族芳香族ポリエステル - Google Patents
脂肪族芳香族ポリエステルInfo
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Abstract
に優れ、しかも成形時の副反応が抑制されて成形品の力
学特性の低下が少なく、且つ成形時のガスの発生も殆ど
ない新規な脂肪族芳香族ポリエステルを提供する。 【解決手段】(A)及び(B)、更に(C)の特性を有する、例
えば、1,4−ブタンジオール、コハク酸(又はアジピ
ン酸)及びテレフタル酸を構成成分モノマーとする新規
なチタン含有脂肪族芳香族ポリエステル。 (A) 該ポリエステルのX線吸収微細構造解析(XAFS)の
X線吸収端構造(XANES)のスペクトルから定義される特
定状態のTi、即ちTiの近傍に存在する原子との配置
が特定の状態にあるTiを含有すること、 (B) 末端COOH基30eq/トン未満、 (C) 還元粘度(ηsp/c)≧0.6。
Description
ポリエステルに関するものである。詳しくは、溶融成形
時における主鎖切断等の副反応が抑制されるため、成形
品の力学特性の低下が少なく、且つ成形時のガスの発生
が抑制される利点を有すると共に、成形時の耐加水分解
性や生分解性にも優れている新規な脂肪族芳香族ポリエ
ステルに関するものである。
しては、ICI社が開発した微生物産生の「バイオポー
ル(商品名)」を最初として、ポリ乳酸(カーギル社、
三井化学社、島津製作所等開発)、ポリカプロラクトン
(ダイセル社等開発)、ポリグリコール酸(大塚化学社
等開発)等のオキシカルボン酸系の脂肪族ポリエステル
や、昭和高分子社が開発した「ビオノーレ(商品名)」
等のグリコール/ジカルボン酸からなる脂肪族ポリエス
テル、更に、本出願人等が開発したグリコール/ジカル
ボン酸/オキシカルボン酸併用系のポリエステル等が提
案されてきた。これらのポリエステルは、それなりの生
分解性を有するものの、原料価格が高価であったり、生
産性が不足したり、結晶化が遅くて抜き出し性に問題が
あったり、かなり高い重合度のものを製造しようとする
と動力的に困難であったり、更には重合活性が低すぎた
りして、製造コスト面でも高くなってしまうため、ポリ
エチレンを代替するには及ばず、市場を拡大出来ないで
いた。
エステルでは、成形時に副反応が多発し、その結果主鎖
が切断されたりして、製品の物性が低下すると言った問
題もあった。BASF社、イーストマン・コダック社及
びGBFなどは、コスト的に安価にするために、脂肪族
ポリエステルに芳香族ジカルボン酸(エステル)成分を
加えて、脂肪族芳香族ポリエステルとし、このポリエス
テルが生分解性を有していることを報告している[WO 9
6/07687 ( PCT/EP95/02722)、WO 96/025446 (PCT/EP96
/00457 )等 ]。しかしながら、従来提案されている重
合方法では重合活性が低いので高重合体が生成されず、
そのため粘度が上がらず、得られた脂肪族芳香族ポリエ
ステルではインフレフィルムが成形出来ないと言った問
題があった。例えば、Witt(GBF)らはZn化合物を
使用して、190℃で36時間も重合しており( WO 96
/07687 ( PCT/EP95/02722 ))、またBASFの場合は
Sn化合物を使用している( WO 96/025446 ( PCT/EP96
/00457 ))が、これらのZnやSn化合物では重合速度
が遅く高重合体のポリエステルを生成し得ない。
P 5,446,079 (イーストマン社)では、Ti(OBu)3やTi(O
iPr)3のようなTi単独触媒を使用して重合を行ってい
る。しかし、Ti単独触媒を使用した場合、重合活性が
他の触媒系よりは速いものの、やはり未だ充分な活性で
ない上に、重合時に副反応が多発し、その結果、脂肪族
芳香族ポリエステルでは高重合体が生成しないのでイソ
シアネート等の鎖延長剤を要したり(例えば、DE19
640269の実施例)、又成形時にも副反応が多発
し、主鎖が切断されたり、末端COOH基が非常に増大し
て、製品の物性(力学特性や耐加水分解性)が低下する
と言った問題もあった。更に、白浜(広島大学)らも、
脂肪族芳香族ポリエステルの重合度が向上しないため、
鎖延長剤を使用したことを報告している(第47回高分
子討論会 3024-3025 ('98))が、これらいずれの方法に
おいても重合活性が低く、重合時副反応が多く起こるた
めに得られたポリエステルは重合度が低い問題点を有し
ていた。ポリブチレンテレフタレート(PBT)に関し
て、本発明者等は、先にXAFSを用いて、良好なPB
Tを提案した(特開平8−41182号)が、本発明
は、このPBTの規定とは異なるXAFSに係わる規定
要素により特徴付けられる脂肪族芳香族ポリエステルが
成形加工性や生分解性に優れているとの知見に基づくも
のである。
な脂肪族芳香族ポリエステル、特に重合時の重合活性が
高く、且つ副反応が少ないために、鎖延長剤を使用しな
くても高重合体が生成できる方法で得られたもので、色
調に優れ、耐加水分解性が良く、しかも溶融成形時の主
鎖切断等の副反応が抑制されるため、成形後の製品の力
学特性の低下が少なく、耐加水分解性の低下の度合いも
低く、色調に優れ、且つ成形時のガスの発生が抑制され
る新規な脂肪族芳香族ポリエステルを提供することにあ
る。
決するためになされたものであり、その第一の要旨は、
下記(A)及び(B)で表される特性を有することを
特徴とするチタン含有脂肪族芳香族ポリエステルに存す
る。 (A)X線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収
端構造(XANES)のバックグラウンドを差し引いた
後のスペクトルにおいて、チタンのK吸収端のジャンプ
高さに対する、吸収端近傍の4.965〜4.972k
eV付近のプリエッジピークのうちの主ピークの強度の
割合をR1とし、且つチタンのK吸収端のジャンプ高さ
に対する該主ピークの最大傾きと最小傾きの差をr1と
して表し、Ti含有複合触媒CAで合成した脂肪族芳香
族ポリエステルのR1とr1をそれぞれR1Aとr1Aとし、
該複合触媒と同一Tiモル濃度のTi単独触媒CB(CA
がTiを含む複数種の添加型触媒の場合、その中のTi
単独触媒を指し、また、C AがTiから成る他金属との
複合化合物の場合、その複合化合物を合成するために使
用したTi単独金属の化合物を指す。)で合成した脂肪
族芳香族ポリエステルのR1とr1をそれぞれR1Bとr1B
とした場合、式(i)及び/又は(ii)の関係を満たす
R1Aとr1Aを与えること
される特性を有することを特徴とするチタン含有脂肪族
芳香族ポリエステルに存する。 (a)X線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収
端構造(XANES)のスペクトルにおいて、バックグ
ラウンドを差し引き1階微分したとき、チタンのK吸収
端に相当する4.98keV付近の分裂ピークの高エネ
ルギー側(4.982keV付近)ピーク強度NHに対す
る低エネルギー側(4.978keV付近)ピーク強度
NLの比をR2(=NL/NH)とし、Ti含有複合触媒C
Aで合成した脂肪族芳香族ポリエステルのR2をR2Aと
し、該複合触媒と同一Tiモル濃度のTi単独触媒CB
で合成した脂肪族芳香族ポリエステルのR2をR2Bとし
た場合、式(iii)及び/又は(iv)の関係を満たすR
2Aを与えること
4−ブタンジオールからなるジオール成分、主としてコ
ハク酸及び/又はアジピン酸から成る脂肪族ジカルボン
酸成分、並びに主としてテレフタル酸及び/又はテレフ
タル酸低級アルキルエステルから成る芳香族ジカルボン
酸成分から形成された脂肪族芳香族ポリエステルであ
り、またその還元粘度は、ηsp/c≧0.6であるこ
と、更に260℃で30分熱処理した後の還元粘度(η
sp/c)の粘度保持率が60%以上であり、末端COOH基
の増大が、40eq/トン以下である脂肪族芳香族ポリ
エステルが好ましい。
る。本発明の脂肪族芳香族ポリエステルは、特定の状態
の、換言すれば、Tiの近傍に存在する他の原子との配
置が特定の状態であるTiを有し、且つ末端COOH基が3
0eq/トン未満であることを特徴とするものであり、
更にその還元粘度がηsp/c≧0.6であることが好ま
しい。本発明のTi含有脂肪族芳香族ポリエステルは、
第1の特性としてX線吸収端微細構造解析(XAFS;
X−ray Absorption fine str
ucture)のX線近吸収端構造(XANES;X−
ray Absorption Near−Edge
Structure)のバックグラウンドを差し引いた
スペクトルにおいて、チタンのK吸収端のジャンプ高さ
に対する、該吸収端近傍の4.965〜4.972ke
V付近のプリエッジピークのうちの主ピークの強度の割
合をR1とし、チタンのK吸収端のジャンプ高さに対す
る該主ピークの最大傾きと最小傾きの差をr1とし、T
i含有複合触媒CAで合成した脂肪族芳香族ポリエステ
ルのR1とr1をそれぞれR1Aとr1Aとし、該複合触媒と
同じTiモル濃度のTi単独触媒CBで合成した脂肪族
芳香族ポリエステルのR1とr 1をそれぞれR1Bとr1Bと
する場合、式(i):R1A/R1B>1.05、及び式
(ii):r1A/r1B>1.05の少なくともいずれかの
関係を有するR1Aとr1Aを与えるものである。
ルの第2の特性は、X線吸収端微細構造解析(XAF
S)のX線近吸収端構造(XANES)のバックグラウ
ンドを差し引いたスペクトルにおいて、バックグラウン
ドを差し引き1階微分したとき、チタンのK吸収端に相
当する4.98keV付近の分裂ピークの高エネルギー
側(4.982keV付近)ピーク強度NHに対する低エ
ネルギー側(4.978keV付近)ピーク強度NLの
比をR2(=NL/NH)とし、Ti含有複合触媒C Aで合
成した脂肪族芳香族ポリエステルのR2をR2Aとし、該
複合触媒と同一Tiモル濃度のTi単独触媒CBで合成
した脂肪族芳香族ポリエステルのR2をR2Bとした場
合、式(iii):R2A>0.90及び式(iv):R2A/
R2B>1.05の少なくともいずれかの関係を満たすR
2Aを与えるものである。但し、上記のCBとは、CAがT
iを含む複数種の添加型触媒の場合、その中のTi単独
触媒を指し、また、CAがTiから成る他金属との複合
化合物の場合、その複合化合物を合成するために使用し
たTi単独金属の化合物を指す。例えば、CAがテトラ
ブチルチタネート/酢酸マグネシウム触媒の場合、CB
はテトラブチルチタネートである。
る本プリエッジピークは、Tiの1sから3d軌道への
遷移過程に帰属され、Ti元素近傍に配位・結合する原
子の点対称なオクタヘドラル構造が歪み、異なる配位構
造に変化する時、その強度が強くなる(Journal
of Non−Crystalline Solid
s,81(1986)201、その他)。すなわち、こ
のプリエッジピークの強度はその変化の程度を表す。本
発明の脂肪族芳香族ポリエステル製造用のTi触媒は、
Ti触媒のオクタヘドラルの完全対称な配位・結合構造
を崩し、反応中、反応原料の分子がTi原子と相互作用
できるような主反応の特定活性サイトを生じやすくする
特定の構造を実現したものである。Ti単独金属の化合
物のみを触媒としたTiの配位・結合構造に対し、それ
よりもさらに点対称なオクタヘドラル性から逸脱した構
造、すなわち、本プリエッジピーク(4.965〜4.
972keV付近の主ピーク)の強度がTi単独触媒の
ものより大きい触媒構造をもつ状態が、重合活性が高
く、高重合度の高分子を実現するのである。該主ピーク
は、強度が大きくなるとき、その最大傾きと最小傾きの
差が大きくなる傾向を持ち、この差で強度を比較すると
判りやすいことがある。
一な特定の強い酸性サイトを抑制し、不要な副生物の生
成を抑えることができる。不要な副生物としては、末端
ヒドロキシブチル基の種々の分解反応によるテトラヒド
ロフランや末端ビニル基の生成、およびエステル基の分
解反応によるカルボキシル基の生成等がある。このTi
の特定な酸塩基性に関わるTiの電子状態がXAFSの
XANES領域に表されている。Tiの4.98keV
付近のK吸収端ジャンプは主に2種類のものを含み、高
エネルギー側(4.982keV付近)のジャンプと低
エネルギー側(4.978keV付近)のジャンプとが
存在するが、両者の傾きの違いから、低エネルギー側と
高エネルギー側の2つの遷移の強さの違いがわかる。高
エネルギー側ジャンプの傾きに対する低エネルギー側ジ
ャンプの傾きの割合(最大の傾きの割合R2でみると比
較しやすい。)は、低エネルギー側の遷移が高エネルギ
ー側の遷移に対してどの程度強くなっているかの尺度と
なる。一般に、測定元素の電子密度が増大するとき、吸
収端ジャンプの位置が低エネルギー側にシフトするの
で、このR2は、Tiの特定の電子密度の大きさ、Ti
の特定サイトの酸性質の抑制度を示す。本発明は、Ti
の特定サイトの酸性質の抑制度を表すこのXANESの
R2が0.90を超える脂肪族芳香族ポリエステルは、
良好な重合活性により不要な副生物が抑制された結果と
して高重合度体が生成できるとの知見に基づくのであ
る。
記定義におけるR1Aとr1Aが前記式(i)及び/又は(i
i)を満たすが、好ましい脂肪族芳香族ポリエステル
は、そのR1A についてはTi単独触媒の時のR1、即ち
R1Bに対する比が、1.05を越えるもの、より好まし
くは1.1を越えるもの、さらに好ましくは1.2を越
えるものである。又r1Aについては、Ti単独触媒の時
のr1、即ちr1Bに対する比が1.05を超えるもの、
より好ましくは1.2を越えるもの、さらに好ましくは
1.3を越えるものである。また、前記定義におけるR
2AとR2Bが前記式(iii)及び/又は(iv)を満たす
が、好ましい脂肪族芳香族ポリエステルは、R2Aについ
ては、0.90を越えるもの、より好ましくは0.95
を越えるもの、さらに好ましくは1.00を越えるもの
である。R2AとR2Bの比は、1.05を越えるもの、よ
り好ましくは1.1を越えるもの、さらに好ましくは
1.15を越えるものである。
いられた特定の触媒系から生じるものであり、こうした
状態のチタンを有する触媒で重合して得た脂肪族芳香族
ポリエステルは、特定のTi系触媒がTi単独系触媒に
比較して重合工程での重合活性が高く、副反応が少ない
ため、鎖延長剤を使用しなくても、高重合体で取得さ
れ、また色調に優れるという長所も有する。更に、本発
明の脂肪族芳香族ポリエステルは、成形時に熱による副
反応が抑制されるために主鎖切断が抑制され、分子量の
低下度が小さいので成形後の製品の力学特性の低下が小
さく、又末端COOH基の増大の度合いが低下し製品の品質
安定性が増大する。加えて、成形時にガスの発生が少な
い等のメリットもある。
ては、末端COOH基数は平均して30eq/トン未
満、好ましくは25eq/トン以下、より好ましくは2
0eq/トン以下、更に好ましくは15eq/トン以下
であり、10eq/トン以下が最も好ましい。末端CO
OH基数が少なくなると共に、耐加水分解性が向上する
し、成形時に水分管理を特に要しないポリオレフィン系
の成形機等でも成形できるという利点を有する。
粘度(ηsp/c)は、機械的強度の点から通常ηsp/c
≧0.6であり、成形性も考慮すると1.0≦ηsp/c
≦3.6が好ましく、より好ましくは1.5≦ηsp/c
≦3.3である。更に好ましくは1.8≦ηsp/c≦
3.0、であり、2.1≦ηsp/C≦2.9が最も好ま
しい。
融成形後(溶融処理後)の末端COOH基の向上の度合
いが少なく、且つ分子量、つまり還元粘度(ηsp/c)
の低下の度合いが低い特徴を有しているので、従来のT
i単独系触媒で製造したポリエステルに比べ、溶融成形
による力学特性の低下度が低く、又耐加水分解性の低下
度も低いために、成形後の製品の品質の向上・安定性の
向上が得られる。本発明の脂肪族芳香族ポリエステル
は、熱安定性に優れており、例えば、260℃で30分
間溶融処理した場合、溶融処理後の末端COOH基の増大
は、40eq/トン以下、好ましくは、30eq/トン
以下、更に好ましくは、25eq/トン以下、最も好ま
しくは、20eq/トン以下である。又、260℃で3
0分間溶融処理した後の還元粘度(ηsp/c)を処理前
の粘度に対する割合で表した粘度保持率は60%以上で
あり、好ましくは70%以上、更に好ましくは、80%
以上、最も好ましくは90%以上である。粘度保持率が
60%未満であれば、製品の力学特性が低下し、末端C
OOH基の増加が40eq/トンを超えると耐加水分解
性が低下して好ましくない。
ルとは、該ポリエステルを形成する主たるモノマ−とし
て、少なくとも2個のOH基を持つ脂肪族化合物及び/又
は脂環式化合物、並びに少なくとも2個のCOOH基又はカ
ルボン酸エステル基を持つ脂肪族化合物及び芳香族化合
物を用いて製造されるポリエステルを意味するものであ
る。従って、該ポリエステルは、そのモノマー成分に相
応して、以下の式(1),(2),(3)で示される構成分単位か
ら主としてなるが、場合により任意に加えられるオキシ
カルボキシ化合物に由来する式(4)で示される構成分単
位を含んでいても差し支えない。
レン基及び/又は炭素数6〜10の脂環式アルキレン基
を意味する。) (2) −OC−Rb−CO− (式中、Rbは、主として、炭素数0〜10の鎖状アルキ
レン基及び/又は炭素数6〜10の脂環式アルキレン基
を意味する。) (3) −OC−Arb−CO− (式中、Arb は、主として、炭素数6〜18の2価の芳
香族基を意味する。) (4) −O−Rc−CO− (式中、Rcは、主として、炭素数1〜10の分岐してい
ても良い鎖状アルキレン基を意味する。)
ルでは、例えば、ジオキシ化合物としての、脂肪族グリ
コール化合物、ジカルボキシ化合物としての芳香族ジカ
ルボン酸化合物と脂肪族ジカルボン酸化合物の両化合物
から構成され、場合により使用されるオキシカルボキシ
化合物が、脂肪族化合物であることを意味し、上記式
(1),(2),(3)の構成単位は全て含まれ、(4)は含んでも含
まなくてもよいことを示すのである。
も2個のOH基を持つ脂肪族化合物及び/又は脂環式化合
物モノマーに由来し、式中、Raは、主として、炭素数2
〜10の鎖状アルキレン基及び/又は炭素数6〜10の
脂環式アルキレン基を意味する。 Raとしては、耐熱性
の観点から、炭素数2〜6のアルキレン基と炭素数8の
脂環式アルキレン基が好ましく、更に炭素数3、4或い
は6のアルキレン基と炭素数8の脂環式アルキレン基が
好ましく、炭素数4のアルキレン基が最も好ましい。
としては、エチレングリコール、1,3-プロピレングリコ
−ル、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、シ
クロヘキサンジメタノ−ル、シクロヘキサングリコー
ル、ネオペンチルグリコ−ル等を挙げることができる。
なお、これらのグリコール類は少量のジエチレングリコ
−ル、トリエチレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−
ル、ポリオキシエチレングリコ−ル、ポリテトラメチレ
ングリコ−ルを含んでもよい。上記グリコール中、1,3-
プロピレングリコ−ル、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキ
サンジオール、シクロヘキサンジメタノ−ルが好まし
く、特に、1,4-ブタンジオールが好ましい。更に、必要
に応じポリエステルを分岐構造にするために、少量の3
官能以上のグリコール(例えばグリセリン、エリスリト
ールなど)やエポキシ化合物も含んでも良い。
も2個のCOOH基又はカルボン酸エステル基を持つ脂肪族
化合物モノマーに由来し、式中、Rbは、主として、炭素
数0〜10の鎖状アルキレン基及び/又は炭素数6〜1
0の脂環式アルキレン基を意味する。Rbとしては、特に
炭素数2〜6のアルキレン基が好ましく、炭素数2及び
/又は4の非置換直鎖状アルキレン基のものが最も好ま
しい。ジカルボキシ脂肪族化合物として、具体的には、
シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライ
ン酸、セバシン酸等の飽和脂肪族カルボン酸及びその低
級アルキルエステル、フマル酸、マレイン酸等の不飽和
脂肪族カルボン酸及びその低級アルキルエステル等を挙
げることができる。これらの中、コハク酸、アジピン酸
が特に好ましい。ジカルボキシ脂環式化合物としては、
シクロヘキサンジカルボン酸やそのジアルキルエステル
を挙げることができる。更に、必要に応じポリエステル
を分岐構造にするため、これらのジカルボキシ化合物は
少量の3官能以上の多塩基酸化合物(例えば、リンゴ
酸、クエン酸等ヒドロキシポリカルボン酸)を含んでも
よい。
も2個のCOOH基又はカルボン酸エステル基を持つ芳香族
化合物モノマーに由来し、式中、Arbは、主として、炭
素数6〜18の2価の芳香族基を意味する。Arbとして
は、炭素数6〜18の芳香族基で、フェニレン基、ナフ
タレン基が挙げられるが、特に1,4-フェニレン基、2,6-
ナフチレン基の如き、構造対称位にカルボキシル基との
結合手を有するものが好ましい。ジカルボキシ芳香族化
合物として、具体的には、テレフタル酸、その低級アル
キルエステルの1種であるジメチルテレフタレート、2,
6-ナフタレンジカルボン酸、その低級アルキルエステル
であるジメチルナフタレート、イソフタル酸等を挙げる
ことができる。特にテレフタル酸、及びジメチルテレフ
タレートが好ましい。更に、必要に応じポリエステルを
分岐構造にするため、これらのジカルボン酸は、少量の
3官能以上の多塩基酸化合物(例えば、トリメリット
酸、ピロメリット酸など)を含んでもよい。
えられるオキシカルボキシ化合物モノマー成分に由来
し、式中、Rcは、主として、炭素数1〜10のメチル基
等の側鎖を有していても良い鎖状アルキレン基を意味す
る。オキシカルボキシ化合物として、具体的には、乳
酸、グリコール酸等のモノヒドロキシモノカルボン酸、
またカプロラクトン、ブチロラクトン、ピバロラクトン
等のラクトン類を挙げることもできる。分岐構造にする
ために、このオキシカルボキシ化合物は少量の3官能基
以上の官能基を有する化合物を含んでいてもよく、この
多官能化合物はOH基とCOOH基の両方を含んでいても良
く、また、芳香族化合物であっても良い(例えば、トリ
メリット酸、ピロメリット酸など)。
記構成単位以外に少量(20モル%以下、特に10モル
%以下)のカーボネート構造やアミド構造を含んでもよ
く、製造時に例えば、ジフェニルカーボネートやジアミ
ン、オキシアミン、アミノカルボン酸等を用い、これら
の構造を導入することができる。更に、製造時分子量の
向上のために、ジイソシアネート化合物やオキサゾリン
化合物などで鎖延長をしてもよい。
えば、次の方法により製造することができる。すなわ
ち、1、4−ブタンジオールを主とするグリコール成
分、コハク酸エステル及び/又はアジピン酸エステルを
主とする二官能性脂肪族カルボン酸の低級アルキルエス
テル成分及びジメチルテレフタレートを反応せしめるこ
と、または、1、4−ブタンジオールを主とするグリコ
ール成分、コハク酸及び/又はアジピン酸を主とする脂
肪族カルボン酸並びにテレフタル酸及び/又はジメチル
テレフタレートを主とする二官能性カルボン酸(エステ
ル)成分とを反応せしめることによりポリエステルを製
造するに際し、重合触媒としてチタン化合物及びマグネ
シウム化合物の存在下、特に好ましくはマグネシウムと
チタンの当量比が0.1〜10の範囲で存在させ、重合
することにより製造できる。
としては、例えば1、4−ブタンジオールを主たる対象
とするが、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ネオペンチルグリコール、ヘキサメチレングリコー
ル、デカメチレングリコール、シクロヘキサンジメタノ
ール、ポリ(オキシ)エチレングリコール、ポリテトラ
メチレングリコール、ポリメチレングリコール等のアル
キレングリコールの1種、または2種以上を混合しても
よく、目的により任意に選ぶことができる。さらに少量
のグリセリンのような多価アルコール成分を用いてもよ
い。また少量のエポキシを用いてもよい。
香族の二官能性カルボン酸又はその低級アルキルエステ
ル成分が使用されるが、その脂肪族ジカルボン酸及びそ
のエステルとしては、例えばコハク酸及び/又はアジピ
ン酸、並びにそれらの低級アルキルエステルを主たる対
象とするが、セバシン酸、シュウ酸等の脂肪族ジカルボ
ン酸及びその低級アルキルエステルを混合して使用する
こともできる。本発明では、脂肪族ジカルボン酸成分と
してはそのエステルよりもカルボン酸を使用するのが好
ましい。また、芳香族ジカルボン酸及びその低級アルキ
ルエステルとしては、テレフタル酸及びそのメチルエス
テルを主たる対象とするが、イソフタル酸、2,6-ナフタ
レンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸等の芳香族
のジカルボン酸及びその低級アルキルエステルの1種、
または2種以上を混合してもよく、目的により任意に選
ぶことができる。
ルエステル成分としては、メチルエステルを主たる対象
とするが、エチルエステル、プロピルエステル、ブチル
エステル等の1種、または2種以上を混合してもよく、
目的により任意に選ぶことができる。
は、グリコール酸や乳酸等のオキシカルボン酸、カプロ
ラクトン等のラクトン類を少量使用してもよく、更に3
官能以上のオキシカルボン酸、無水トリメリット酸、無
水ピロメリット酸のような3官能以上酸無水物やカルボ
ン酸を用いてもよい。また鎖延長剤を使用しなくても本
発明の方法によると、所定の重合度を達成することがで
きるが、ジイソシアネート、ジフェニルカーボネート、
ジオキサゾリンなどの鎖延長剤を使用してもよく、特
に、ジフェニルカーボネートを使用する場合は、20%
以下添加して、ポリエステルカーボネートにするのが好
ましい。また、溶融テンションを高めるために、少量の
パーオキサイドを添加することも、もちろんよい。更
に、生成ポリエステルの親水性を高めるために、スルホ
ン基やリン酸基などの親水性基を側鎖に導入してもよ
く、そのような性質のものを得るための化合物として、
4-スルホン化-2,6-イソフタル酸等を挙げることが出来
る。
えば、脂肪族二官能性カルボン酸としてコハク酸(又は
アジピン酸)を、又芳香族二官能性カルボン酸としてテ
レフタル酸を使用した場合、通常75モル%以上の1,
4−ブチレンサクシネート(又はアジペート)テレフタ
レート結合を有しているものであり、好ましくは80モ
ル%以上の1、4−ブチレンサクシネート(又はアジペ
ート)テレフタレート結合を有しているものであり、よ
り好ましくは、90モル%以上の1,4−ブチレンサク
シネート(又はアジペート)テレフタレート結合を有し
ているものである。
て、該ポリエステルを構成する脂肪族及び芳香族の二官
能性カルボン酸に由来する下記式(2)及び(3)で示される
構成分単位の割合は特に制限されないが、通常、1/9
<(2)/(3)(当量比)<9/1が好ましく、2/8≦
(2)/(3)(当量比)≦8/2 が特に好ましく、3/7
≦(2)/(3)(当量比)≦7/3が更に好ましく、4/6
≦(2)/(3)(当量比)≦6/4が最も好ましい。 (2) −OC−Rb−CO− (3) −OC−Arb−CO−
タン化合物は、テトラアルキルチタネートが好ましく、
具体的には、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ
イソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネー
ト、テトラ−t−ブチルチタネート、テトラフェニルチ
タネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラベ
ンジルチタネート、あるいはこれらの混合チタネートで
ある。これらのうち特にテトラ−n−プロピルチタネー
ト、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチ
ルチタネートが好ましく、テトラ−n−ブチルチタネー
トが最も好ましい。又、これらのチタン化合物の2種以
上を併用して用いてもよい。チタン化合物の添加量はチ
タン量として生成脂肪族芳香族ポリエステルに対して3
0〜200ppm、好ましくは40〜150ppm、よ
り好ましくは50〜130ppmである。
求項1及び2に規定する物性を有するポリエステルを生
成し得る限り上記チタン化合物と共に他のどんな化合物
を組み合わせて用いても良く、その一例としてマグネシ
ウム、亜鉛、及びカルシウムなどの化合物が挙げられ
が、マグネシウム化合物が好ましい。マグネシウム化合
物としては、酢酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、
炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、マグネシウムア
ルコキサイド、燐酸水素マグネシウム等が挙げられ、特
に重合速度や1,4−ブタンジオールへの溶解性(異物
生成)等の点で酢酸マグネシウムが最も好ましい。
用量は特に制限されないが、チタンに対し金属の原子
比、即ち、Mg/Tiの比が、0.1〜10が好まし
く、更に0.5〜3.0が好ましい。Mg/Ti<0.
1の場合には、重合速度の向上が十分でなく、末端CO
OH基の濃度が高く、かつ色調が悪化するので好ましく
ない。Mg/Ti>10の場合には重合速度が同一金属
量見合いで低下すると共に、生成脂肪族芳香族ポリエス
テルの耐加水分解性や色調も悪化するので好ましくな
い。Mg/Ti比は好ましくは0.7〜2.5、より好
ましくは0.85〜2.0である。この場合、色調はT
iのみの場合よりも向上する。
度、特に溶融重合終了時(末期)の内温を250℃未満
の温度で行うことが好ましい。より好ましくは240℃
未満、更に好ましくは235℃以下、最も好ましくは2
30℃以下である。この場合、溶融重合速度が高いため
に増し仕込を行うことが可能となり、生産性の向上に寄
与することができる。
ル成分を主とするアルキレングリコール成分とコハク
酸、アジピン酸成分を主とする脂肪族二官能性カルボン
酸の低級アルキルエステル成分、及びテレフタル酸を主
とする芳香族二官能性カルボン酸の低級アルキルエステ
ル成分とのエステル交換反応工程、及び/または1,4
−ブチレングリコール成分を主とするアルキレングリコ
ール成分とコハク酸、アジピン酸成分を主とする脂肪族
二官能性カルボン酸、及びテレフタル酸を主とする芳香
族二官能性カルボン酸とのエステル化反応工程と、それ
に続く重縮合反応工程を経由して脂肪族芳香族ポリエス
テルの製造を行うが、これらの反応条件は重合時の温度
を除いて、特に限定されるものでなく、公知の反応条件
がそのまま適用される。本発明方法で、生成ポリエステ
ルの原料として、例えばコハク酸等の脂肪族ジカルボン
酸とテレフタル酸ジメチル等の芳香族ジカルボン酸低級
アルキルエステルのような二官能性カルボン酸のエステ
ルとを組合せ使用する場合には、エステル化反応とエス
テル交換反応工程は同時に実施される。
ングリコール成分)/(脂肪族及び芳香族二官能性カル
ボン酸の低級アルキルエステル成分)のモル比は2.0
以下、好ましくは1.0〜1.6とし、エステル交換反
応として180℃以上〜250℃以下、好ましくは19
0〜245℃で、2〜4時間行われる。又エステル化反
応の場合には、(アルキレングリコール成分)/(脂肪
族及び芳香族二官能性カルボン酸成分)のモル比は2.
0以下、好ましくは1.1〜1.6とし、エステル化反
応として180℃以上〜250℃以下、好ましくは18
5〜230℃で、2〜4時間行われる。次いで行う重縮
合反応としては、3Torr以下の減圧下、200℃以
上〜250℃未満で、2〜7時間行う条件等を採用する
ことができる。
(又はエステル化)の開始時、エステル交換中、エステル
交換後、重縮合時等ありうるが、エステル交換開始時と
重縮合反応前に分割して添加するのが好ましい。マグネ
シウム化合物等他の添加物の添加時期もエステル交換の
開始時、エステル交換中、エステル交換後、重縮合時等
ありうるが、エステル交換終了時、重合開始前に添加す
るのが重合活性及び色調等の点で好ましい。コハク酸及
び/又はアジピン酸、並びにテレフタル酸を主成分に使
用するエステル化法の場合は、重縮合反応時にチタン化
合物とマグネシウム化合物を添加するのがよい。この場
合、エステル化時、又は重合時にスズ化合物や亜鉛化合
物等を添加してもよいが、場合により色調を若干悪化さ
せることがあるので注意を要する。本発明における製造
方法によると重合速度が従来法に比べて大幅に向上する
ので、仕込量を増量したりして更に生産性を向上するこ
とができる。
が損なわれない範囲において各種の添加剤、例えば熱安
定剤、酸化防止剤、結晶核剤、難燃剤、帯電防止剤、離
型剤、紫外線吸収剤等を添加してもよい。本発明の脂肪
族芳香族ポリエステルは、溶融重合後、種々の用途に用
いることができ、射出成形を通じて成形品にすることも
可能であるし、高粘度化してフィルムにすることも可能
である。いずれの場合も、熱安定性に優れているので、
溶融時(成形時)に主鎖切断等の副反応が起こり難く、
末端COOH基の増大度が小さいために、できあがった成形
品やフィルムは本発明の条件を満たさない脂肪族芳香族
ポリエステルからの成形品より性能のよい脂肪族芳香族
ポリエステル製品として得られる。成形時に上に示した
各種の添加剤の他に、ガラス繊維、炭素繊維、チタンウ
ィスカー、マイカ、タルク、CaCO3等の強化剤、増量剤
を添加して成形してもよい。
熱性、色調に優れ、更に成形時の耐加水分解性や生分解
性にも優れ、しかも安価に製造されるので、各種のフィ
ルム用途や射出成形品用途に使用するのに適している。
末端COOH基数が少なくなると共に、耐加水分解性が
向上するため、成形時に水分管理を特に要しないポリオ
レフィン系の成形機等でも成形できるという特徴を有す
る。その用途としては、射出成型品(例えば、生鮮食品
のトレーやファーストフードの容器、野外レジャー製品
など)、押出成型品(フィルム、シート等、例えば釣り
糸、漁網、植生ネット、保水シートなど)、中空成型品
(ボトル等)等を挙げることができ、その他農業用のコ
ーティング資材、肥料用コーティング材等の用途にも利
用される。
るXAFSの測定、解析方法、還元粘度(ηsp/c)、
末端カルボキシル基、生分解性の評価は以下の方法に基
づき実施した。
ギー加速器研究機構、放射光実験施設ビームライン12
C(BL12C)の蛍光XAFS測定装置で実施した。
分光結晶は、Si(111)2結晶タイプを用い、入射
X線強度I0は、混合ガスHe/N2=70/30を封入
した17cmのイオンチェンバー、蛍光X線強度I
fは、Arガスを使用した蛍光XAFS測定用チェンバ
ー(通称ライトルディテクター)を用いて測定した。
収端前領域(平坦なプリエッジ領域)に対してビクトリ
ーンまたはマックマスターの計算式を用いて最小2乗フ
ィッティングを行い、それを外挿することによってバッ
クグラウンドを差し引いた後、微分を行う。Ti金属の
XANESスペクトルの微分の最大値におけるエネルギ
ー値を4.9645keVと定めて較正した。この較正
済みのスペクトルに関し次の解析を施した。
なるように規格化し、プリエッジピーク(4.965〜
4.972keV付近)に低エネルギー側で近接した平
坦な4.955〜4.965keVのバックグラウンド
領域を最小自乗法で直線近似(直線L)し、その主プリ
エッジピークの最高位置の縦軸成分と、直線Lの同一エ
ネルギーにおける縦軸成分との差を、ジャンプ高さで割
った値をR1として求めた。 :その微分形のTiのK吸収端ジャンプの高エネルギ
ー側(4.982keV付近)と低エネルギー側(4.
978keV付近)の最大の傾き(微分形ピークの高
さ)を求めた。
は、脂肪族芳香族ポリエステルをベンジルアルコールに
溶解し0.1N NaOHにて滴定した値であり、1×
106 g当たりのカルボキシル基当量である。 (3)還元粘度(ηsp/c)は、脂肪族芳香族ポリエス
テルをフェノール/テトラクロロエタン(1:1重量
比)中、30℃で溶液濃度=0.5dl/gで測定した
溶液粘度から求めたものである。
差計(Z−1001P型)を用いてL値、a値、b値を
測定した。
脂肪族芳香族ポリエステルを入れ、N 2 下260℃で3
0分間熱処理(溶融熱安定性試験)後の還元粘度(ηsp
/c)、末端COOH基を測定し、処理前の該ポリエステル
の還元粘度(ηsp/c)及び末端COOH基と対比した。即
ち、粘度保持率(%){[(溶融熱安定性試験後のηsp/
c)/(溶融熱安定性試験前のηsp/c)]×100}と
末端COOH基の差(△COOH)[(溶融熱安定性試験後の末
端COOH基)−(溶融熱安定性試験前の末端COOH基)]で
評価した。
するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。なお、実施例中の「部」
とあるものは、「重量部」を表す。
1,4−ブタンジオール49.2部、コハク酸28.1
部、ジメチルテレフタレート46.2部を仕込み、窒素
−減圧置換によって系内を窒素雰囲気にした。次に系内
を攪拌しながら185℃に昇温し、30分保持した。そ
の後、1時間30分かけて220℃まで昇温し、反応に
より生成した水を留去し、エステル化反応を行った。こ
こで、触媒としてテトラブチルチタネート0.071g
と酢酸マグネシウム4水和物0.045gを1,4−ブ
タンジオールに溶解し、系内に添加した。次に、1時間
かけて230℃まで昇温し、同時に1時間30分かけて
0.5mmHgになるように徐々に減圧を適用した。2
30℃に到達してから4時間後に重合反応を終了した。
c)は2.21であり、末端カルボキシル基の量は6.
3eq/トンであった。また、該ポリエステルを260℃
で30分間熱処理した後の末端カルボキシル基量は2
4.3eq/トンであり、還元粘度(ηsp/c)は2.0
2であった。粘度保持率は、91.4%であり、末端C
OOH基の増大(△COOH)は、18.0eq/トンであっ
た。色調は、L値=85.3、b値=0.5であった。
該ポリエステルをサンプル管中、250℃で15分処理
し、発生したガスをガスクロマトグラフィーにより測定
した結果、テトラヒドロフラン(THF)は殆ど認められな
かった。この結果は成形時にTHFガスの発生が殆ど生
じないことを示す。また成形品の還元粘度(ηsp/c)
は2.18と粘度の低下は殆ど無かった。
い、酢酸マグネシウムを使用しなかった以外は実施例1
と同様にして重合を行った。得られたポリエステルの還
元粘度(ηsp/c)は1.74であり、末端カルボキシ
ル基の量は26.9eq/トンであった。該ポリエステル
を260℃で30分間放置した後の末端カルボキシル基
量は67.7eq/トンであり、また 還元粘度ηsp/cは
1.03であった。 粘度保持率は、59.2%であ
り、末端COOH基の増大(△COOH)は、40.8eq/
トンであった。色調は、L値=73.6、b値=2.1
であった。実施例1と同様にして250℃で処理したと
ころTHFガスの発生は多かった。また成形品の還元粘
度(ηsp/c)は1.51と粘度の低下は大きかった。
香族ポリエステルのXAFSの測定結果を図−1及び図
−2に示す。図−1および2におけるR1A/R1B=1.
33、r1A/r1B=1.35、R2A=1.07、R2A/
R2B=1.27であった。
量(34.7部)使用した以外は、実施例1と同様にし
て重合を行い脂肪族芳香族ポリエステルを得た。得られ
たポリエステルの還元粘度(ηsp/c)は2.11であ
り、末端カルボキシル基の量は10.4eq/トンであっ
た。また、該ポリエステルを260℃で30分間熱処理
した後の末端カルボキシル基量は32.3eq/トンであ
り、還元粘度(ηsp/c)は1.84であった。粘度保
持率は、87.2%であり、末端COOH基の増大(△
COOH)は、21.9eq/トンであった。色調は、L値=
81.5、b値=1.2であった。該ポリエステルを用
い、実施例1と同様にして250℃で処理したところT
HFガスの発生は殆ど認められなかった。また成形品の
還元粘度(ηsp/c)は2.07と粘度の低下は殆ど無
かった。実施例2及び下記比較例2で得られたポリエス
テルのXAFSの測定結果(図示せず)から、R1A/R
1B=1.13、r1A/r1B=1.33、R2A=1.0
2、R2A/R2B=1.13であった。
酢酸マグネシウムを使用しなかった以外は実施例2と同
様にして重合を行った。得られたポリエステルの還元粘
度(ηsp/c)は1.62であり、末端カルボキシル基
の量は21.6eq/トンであった。該ポリエステルを2
60℃で30分間放置した後の末端カルボキシル基量は
63.7eq/トンであり、また 還元粘度ηsp/cは0.
94であった。 粘度保持率は、58.0%であり、末
端COOH基の増大(△COOH)は、42.1eq/トンで
あった。色調は、L値=71.4、b値=2.4であっ
た。実施例2と同様に250℃で処理したところTHF
ガスの発生は多かった。また成形品の還元粘度(ηsp/
c)は1.38と粘度の低下は大きかった。
耐熱性に優れ、溶融成形時の副反応が抑制されるため、
主鎖切断が生起し難く、末端COOH基の増大度も少な
いので、製品の力学特性の低下が抑制され、且つ成形時
のガスの発生も抑制される。また、本発明ポリエステル
は安価に製造され色調に優れ、更に耐加水分解性や生分
解性にも優れているので、各種のフィルム用途や射出成
形品用途に使用することに適している。
族ポリエステルについてのX線吸収微細構造のうちのX
線近吸収端構造のスペクトルにおいて、バックグラウン
ドを差し引いた後、TiのK吸収端ジャンプ高さが等し
くなるように規格化したチャート図であり、本図におけ
るR1A/R1B=1.33、r1A/r1B=1.35であ
る。図中、実線は実施例1、点線は比較例1を表す。
族ポリエステルについてのX線吸収端微細構造のうちの
X線近吸収端構造のスペクトルにおいて、バックグラウ
ンドを差し引いた後、1階微分したときのチャート図で
あり、本図におけるR2A=1.07、R2A/R2B=1.
27である。図中、実線は実施例1、点線は比較例1を
表す。
Claims (6)
- 【請求項1】下記(A)及び(B)で表される特性を有
することを特徴とするチタン含有脂肪族芳香族ポリエス
テル。 (A)X線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収
端構造(XANES)のバックグラウンドを差し引いた
後のスペクトルにおいて、チタンのK吸収端のジャンプ
高さに対する、吸収端近傍の4.965〜4.972k
eV付近のプリエッジピークのうちの主ピークの強度の
割合をR1とし、且つチタンのK吸収端のジャンプ高さ
に対する該主ピークの最大傾きと最小傾きの差をr1と
して表し、Ti含有複合触媒CAで合成した脂肪族芳香
族ポリエステルのR1とr1をそれぞれR1Aとr1Aとし、
該複合触媒と同一Tiモル濃度のTi単独触媒CB(CA
がTiを含む複数種の添加型触媒の場合、その中のTi
単独触媒を指し、また、C AがTiから成る他金属との
複合化合物の場合、その複合化合物を合成するために使
用したTi単独金属の化合物を指す。)で合成した脂肪
族芳香族ポリエステルのR1とr1をそれぞれR1Bとr1B
とした場合、式(i)及び/又は(ii)の関係を満たす
R1Aとr1Aを与えること 【数1】R1A/R1B>1.05 (i) r1A/r1B>1.05 (ii) (B)末端COOH基数<30eq/トンであること。 - 【請求項2】下記(a)及び(b)で表される特性を有
することを特徴とするチタン含有脂肪族芳香族ポリエス
テル。 (a)X線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収
端構造(XANES)のスペクトルにおいて、バックグ
ラウンドを差し引き1階微分したとき、チタンのK吸収
端に相当する4.98keV付近の分裂ピークの高エネ
ルギー側(4.982keV付近)ピーク強度NHに対す
る低エネルギー側(4.978keV付近)ピーク強度
NLの比をR2(=NL/NH)とし、Ti含有複合触媒C
Aで合成した脂肪族芳香族ポリエステルのR2をR2Aと
し、該複合触媒と同一Tiモル濃度のTi単独触媒CB
で合成した脂肪族芳香族ポリエステルのR2をR2Bとし
た場合、式(iii)及び/又は(iv)の関係を満たすR
2Aを与えること 【数2】R2A>0.90 (iii) R2A/R2B>1.05 (iv) (b) 末端COOH基数<30eq/トンであること。 - 【請求項3】脂肪族芳香族ポリエステルの還元粘度がη
sp/c≧0.6であることを特徴とする請求項1及び2
記載の脂肪族芳香族ポリエステル。 - 【請求項4】主として1,4−ブタンジオールから成る
ジオール成分、主としてコハク酸及び/又はアジピン酸
から成る脂肪族ジカルボン酸成分、並びに主としてテレ
フタル酸及び/又はテレフタル酸低級アルキルエステル
からなる芳香族ジカルボン酸成分から形成された請求項
1乃至3のいずれか一項記載の脂肪族芳香族ポリエステ
ル。 - 【請求項5】260℃で30分熱処理した後の還元粘度
(ηsp/c)の粘度保持率が60%以上であることを特
徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の脂肪族芳
香族ポリエステル。 - 【請求項6】260℃で30分熱処理した後の末端COOH
基の増大が、40eq/トン以下であることを特徴とす
る請求項1乃至5のいずれか1項記載の脂肪族芳香族ポ
リエステル。
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