JP2005162801A - 脂肪族ポリエステルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ジオール単位及び脂肪族ジカルボン酸単位を有するポリエステルを製造するに際し、触媒として、カルボキシレート配位子を含有する周期表4〜6族の金属含有化合物を用いることを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法。
【選択図】 なし
Description
例えば、チタン化合物やジルコニウム化合物を触媒として溶融重合を行い、鎖延長剤としてジイソシアネートやジフェニルカーボネートを添加してポリマー鎖長を延ばすことによりポリマーの溶融粘度を高める方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これらの鎖延長剤を添加する方法は、ポリエステルの分子量を容易に増大させることができるため、一見、脂肪族ポリエステルの有効な製造方法と考えられるが、通常、反応工程が2段階になり工程が煩雑になること、また、得られるポリエステルについては、その結晶性や融点が若干低下することに加えて、分子中にウレタン結合が含まれているので生分解性が低下する傾向にあること、などの問題がある。また、生分解性樹脂として使用する観点からは、ジイソシアネートは分解過程で毒性の強いジアミンが生成され土中に蓄積する恐れがある問題点が残され、ジフェニルカーボネート系についてもやはり毒性の高い副生フェノールならびに未反応ジフェニルカーボネートがポリエステル中に残存する問題点が残されている。
ある。また、失活した触媒が製品中に混入して、プラスチック成形過程やその成型品形状などに不具合が生じる問題が残される。
<触媒成分>
本発明において使用される脂肪族ポリエステルの製造触媒は、少なくとも、カルボキシ
レート配位子を有する周期表4〜6族の金属含有化合物である。
本発明におけるカルボキシレート配位子としては、炭素数が1以上36以下の鎖状脂肪族カルボン酸、脂環式カルボン酸、芳香族カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、或いはアミノ酸から誘導されるカルボキシレート配位子が挙げられる。
すなわち、これらのカルボキシレート配位子は、金属に対してキレート様式で結合したり、複数の金属間に架橋した様式で結合したりする配位子である。このような配位子が金属に結合すると、配位子の立体的な嵩高さから水の金属への反応が抑制され、金属塩の耐加水分解性が向上する。
アミノ酸のように複数の部位で金属と結合しうる配位子の場合は、これらが同一の金属にキレート結合した形態であっても、複数の金属に架橋結合した形態であってもよい。
アルコキシ基としては、例えば、特に限定はされないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノニルアルコール、デカノール、ラウリルアルコール、ステアリルアルコールなどに由来するアルコキシ基など、炭素数1〜20の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルコキシ基が挙げられる。
スルホン酸基などが挙げられる。
更に、カルボキシレート配位子を含有する周期表4〜6族の金属含有化合物としては、特に限定はされないが、下記一般式(3)または式(4)で表されるような金属多量体も触媒として好適に用いることができる。また、下記一般式(3)と式(4)の両構造を含む金属多量体も触媒として用いることができる。
キシレート配位子と同一である。 Z1、Z2、−O−Z4、−O−Z6のアルコキシ基、有機スルホン酸基などの有機配位子やハロゲン基、水酸基などの無機配位子は、上記のYと同一である。
本発明で用いられる周期表4族の金属含有化合物としてチタン含有化合物をより具体的に例示すると、カルボキシレート配位子を有するチタン化合物としては、チタンビス(ラクテート)ジヒドロキシドやチタンビス(アンモニウムラクテート)ジヒドロキシド等のチタンラクテート、シュウ酸チタンカリウムやシュウ酸チタンアンモニウム等のシュウ酸チタン塩、ポリヒドロキシチタンステアレート等のポリヒドロキシチタンカルボキシレート、チタンビス(エチルアセトアセテート)ジ(i−プロポキシド)ならびにそれらの混合物が例示される。これらの中では、シュウ酸チタンアンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、ポリヒドロキシチタンステアレートならびにそれらの混合物が好ましく、特に、シュウ酸チタンアンモニウム、ポリヒドロキシチタンステアレートが着色のない高重合度のポリエステルが容易に得られる理由から特に好ましい。
これらのカルボキシレート配位子を含有する周期表4〜6族の金属含有化合物は、金属アルコキシド或いは金属ハロゲン化物と上記のカルボン酸類、ヒドロキシカルボン酸とを混合ならびに反応させて製造される。
ポキシド、ブチルチタネートダイマーが好ましい。一方、ハロゲン化チタンとしては四塩化チタン、四臭化チタン、三塩化チタン等が挙げられる。これらの中では、四塩化チタンが好ましい。
層状珪酸塩としては、具体的には、ディッカイト、ナクライト、カオリナイト、アノーキサイト、メタハロイサイト、ハロイサイト等のカオリン族、クリソタイル、リザルダイト、アンチゴライト等の蛇紋石族、モンモリロナイト、ザウコナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等のスメクタイト族、バーミキュライト等のバーミキュライト族、雲母、イライト、セリサイト、海緑石等の雲母族、アタパルジャイト、セピオライト、パリゴルスカイト、ベントナイト、パイロフィライト、タルク及び緑泥石群等が挙げられる。
本発明においてジオール単位とは、芳香族ジオール及び/又は脂肪族ジオールから誘導されるものであり、公知の化合物を用いることができるが、脂肪族ジオールを使用するのが好ましい。脂肪族ジオールとは、2個のOH基を有する脂肪族及び脂環式化合物であれば特に制限はされないが、炭素数の下限値が2以上であり、上限値が通常10以下、好ましくは6以下の脂肪族ジオールが挙げられる。
この内、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−プロピレングリコ−ル及び1,4−シクロヘキサンジメタノ−ルが好ましく、その中でも、エチレングリコール及び1,4−ブタンジオ−ルが好ましく、更には、1,4−ブタンジオ−ルが特に好ましい。全ジオール成分中の脂肪族ジオールの割合は、通常、全ジオール成分中、70モル%以上、好ましくは80モル%以上である。
また、両末端ヒドロキシポリエーテルを上記の脂肪族ジオールと混合して使用してもよ
い。両末端ヒドロキシポリエーテルとしては、炭素数が下限値が通常4以上、好ましくは10以上であり、上限値が通常1000以下、好ましくは200以下、更に好ましくは100以下である。
本発明において脂肪族ジカルボン酸単位とは、脂肪族ジカルボン酸又はその誘導体から誘導されるものである。脂肪族ジカルボン酸としては、具体的には、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸ならびにシクロヘキサンジカルボン酸等の、通常、炭素数が2以上12以下の鎖状或いは脂環式ジカルボン酸が挙げられる。また、脂肪族ジカルボン酸の誘導体として、上記脂肪族ジカルボン酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル及びブチルエステル等の低級アルキルエステルや例えば無水コハク酸等の上記脂肪族ジカルボン酸の環状酸無水物も使用できる。これらは、単独でも2種以上の混合物として使用してもよい。これらの内、脂肪族ジカルボン酸としては、アジピン酸、コハク酸、またはこれらの混合物が好ましく、脂肪族ジカルボン酸の誘導体としては、アジピン酸及びコハク酸のメチルエステル、またはこれらの混合物が好ましい。
<その他の共重合成分>
本発明においては、上記のジオール成分とジカルボン酸成分に加えて、共重合成分を加えてもよい。
めに3官能以上の多価アルコール及び3官能以上の多価カルボン酸またはその無水物および3官能以上のオキシカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の多官能化合物が挙げられる。これらの共重合成分の中では、高重合度のポリエステルが容易に製造できる傾向があるためオキシカルボン酸が好適に使用される。
3官能以上の多価カルボン酸またはその無水物としては、具体的には、プロパントリカルボン酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、シクロペンタテトラカルボン酸無水物等が挙げられ、単独でも、二種以上の混合物として使用することもできる。
上記の3官能以上の化合物の使用量は、ゲルの発生原因となるため通常、ポリエステルを構成する全単量体単位に対して、通常、5モル%以下、好ましくは、0.5モル%以下、より好ましくは0.2モル%以下である。
本発明の方法においては、ポリエステルの製造の際に、ジイソシアネート化合物等の鎖延長剤を使用することもできる。しかしながら、本発明のポリエステルを生分解性樹脂として使用する観点からは、ジイソシアネートは分解過程で毒性の強いジアミンが生成され土中に蓄積する恐れがある問題点があり、その使用量は、最終的に製造される脂肪族ポリエステル100重量部に対して通常3重量部以下、好ましくは0.09重量部以下、より好ましくは0.01重量部以下、更に好ましくは0.001重量部以下である。カーボネート化合物もまた鎖延長剤として使用することができるが、カーボネート化合物として一般に用いられるジフェニルカーボネート系についてもやはり毒性の高い副生フェノールならびに未反応ジフェニルカーボネートがポリエステル中に残存する問題点がある。そのため、その使用量は、ポリエステルを構成する全単量体単位に対し、カーボネート結合が1モル%以下、好ましくは、0.5モル%以下、より好ましくは0.1モル%である。
2,4−トリレンジイソシアネートと2,6−トリレンジイソシアネートとの混合体、ジ
フェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジ
イソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の公知のジイソシアネートなどが例示される。
更に、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してもよい。
<ポリエステルの製造方法>
本発明におけるポリエステルの製造方法としては、従来の公知の方法が使用でき、例えば、上記の脂肪族ジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応を行った後、減圧下での重縮合反応を行うといった溶融重合の一般的な方法や、有機溶媒を用いた公知の溶液加熱脱水縮合方法によっても製造することができるが、経済性ならびに製造工程の簡略性の観点から、無溶媒下で行う溶融重合でポリエステルを製造する方法が好ましい。
これらの重合触媒の添加量は、生成するポリエステルに対する金属量として、下限値が通常、1ppm以上、好ましくは10ppm以上であり、上限値が通常、5000ppm以下、好ましくは1500ppm以下、より好ましくは600ppm以下、特に好ましくは300ppm以下である。使用する触媒量が多すぎると、経済的に不利であるばかりでなくポリマーの熱安定性が低くなるのに対し、逆に少なすぎると重合活性が低くなり、それに伴いポリマー製造中にポリマーの熱分解が誘発されやすくなる。
温度、時間、圧力などの条件は、従来公知の範囲を採用できる。
反応時間は、通常1時間以上であり、上限が通常10時間以下、好ましくは、4時間以下である。
.01×103Pa以上であり、上限が通常1.4×103Pa以下、好ましくは0.4×103Pa以下の真空度下として行う。この時の反応温度は、下限が通常150℃以上、
好ましくは180℃以上であり、上限が通常260℃以下、好ましくは250℃以下の範囲である。反応時間は、下限が通常2時間以上であり、上限が通常15時間以下、好まし
くは10時間以下である。
ルを製造する場合には、末端カルボン酸量の多い方が重合が有利であるため、従来の方法で用いられるような原料としてより過剰なジオールの使用は必要ではない。この場合もやはり目的とするポリエステルの重合度や種類によってジオール成分とジカルボン酸成分とのモル比の好ましい範囲は異なるが、酸成分1モルに対するジオール成分の量が、下限が通常0.8モル以上、好ましくは、0.9モル以上、更に好ましくは0.95以上であり、上限が通常1.15モル以下、好ましくは1.12モル以下、更に好ましくは1.09モル以下である。
本発明で製造されるポリエステルの還元粘度(ηsp/c)値は、実用上十分な力学特性が得られる理由から、1.6以上であり、中でも1.8以上が好ましく、特に2.0以上が特に好ましい。還元粘度(ηsp/c)値の上限は、ポリエステルの重合反応後の抜き出し易さならびに成形のし易さ等の操作性の観点から、通常、6.0以下、好ましくは5.0以下、更に好ましくは4.0以下である。
〔還元粘度(ηsp/c)測定条件〕
粘度管:ウベローデ粘度管
測定温度:30℃
溶媒:フェノール/テトラクロロエタン(1:1重量比)溶液
ポリエステル濃度:0.5g/dl
本発明の方法で製造されたポリエステルは、通常、ポリマーの熱安定性に著しく悪影響を与えるカルボン酸末端量が少ない特徴があるため、熱安定性に優れ、成形時の品質の低下が少ない、即ち、溶融成形時に末端基の切断や、主鎖の切断等の副反応が少ないという特徴を有する。本発明によって得られるポリエステルの末端COOH基数は、ポリエステルの重合度にもよるが、通常、40eq/トン以下となる。従って、本発明において製造される好ましいポリエステルの末端COOH基数は、通常、40eq/トン以下、好ましくは35eq/トン以下、より好ましくは25eq/トン以下である。
また、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、TiO2、シリカ等の強化剤及び増量剤を添加して成形することもできる。
具体的な用途としては、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)等が挙げられ、更にその他農業用のフィルム、コーティング資材、肥料用コーティング材、ラミネートフィルム、板、
延伸シート、モノフィラメント、マルチフィラメント、不織布、フラットヤーン、ステープル、捲縮繊維、筋付きテープ、スプリットヤーン、複合繊維、ブローボトル、発泡体、ショッピングバッグ、ゴミ袋、コンポスト袋、化粧品容器、洗剤容器、漂白剤容器、ロープ、結束材、手術糸、衛生用カバーストック材、保冷箱、クッション材フィルム及び合成紙などに利用可能である。
<末端カルボキシル基量>
得られた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。
1H NMRにより求めた値であり、1×106 g当たりのOH基当量である。
<溶融重縮合>
実施例1
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧用排気口を備えた反応容器に、原料としてコハク酸101.3g(0.86mol)、1,4−ブタンジオール81.2g(0.90mol)、リンゴ酸0.37g(2.8×10-3mol)、コハク酸に対して0
.33mol%)及びシュウ酸チタンアンモニウム・n水和物(キシダ化学製)0.09
4g(製造ポリマー中のTi含量:1×102ppm)を仕込み、窒素−減圧置換によっ
て系内を窒素雰囲気下にした。
るように減圧し、更に0.07×103Paの減圧下で4時間反応させポリエステルを得
た。尚、減圧下での重縮合反応中は、反応容器の減圧用排気口を130℃に加熱し続けた。得られたポリエステルの還元粘度(ηsp/c)は2.4であり、その製造再現性は良かった。また、本触媒系で得られたポリエステルには、触媒分解物に由来する異物の著しい混入は観察されなかった。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧用排気口を備えた反応容器に、原料としてコハク酸100.3g(0.85mol)、1,4−ブタンジオール80.4g(0.89mol)、リンゴ酸0.37g(2.8×10-3mol)、コハク酸に対して0
.33mol%)及び触媒としてオルガチックスTPHS(ポリヒドロキシチタンステア
レート、[Ti(OCOC17H35)O)n]、(株)マツモト交商製)0.15g(製造ポリマー中のTi含量:1×102ppm)を仕込み、窒素−減圧置換によって系内
を窒素雰囲気下にした。
るように減圧し、更に0.07×103Paの減圧下で4時間反応させポリエステルを得
た。尚、減圧下での重縮合反応中は、反応容器の減圧用排気口を130℃に加熱し続けた。得られたポリエステルの還元粘度(ηsp/c)は2.5であり、その製造再現性は良かった。また、得られたポリエステルの末端カルボキシル基量は16eq/トン、末端OH基
量は66eq/トンであった。本触媒系で得られたポリエステルには、触媒分解物に由来す
る異物の著しい混入は観察されなかった。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧用排気口を備えた反応容器に、原料としてコハク酸100.3g(0.85mol)、1,4−ブタンジオール82.7g(0.92mol)、リンゴ酸0.37g(2.8×10-3mol)、コハク酸に対して0
.33mol%)、チタンテトラ−n−ブトキシド0.107g(製造ポリマー中のTi
含量:1×102ppm)を仕込み、窒素−減圧置換によって系内を窒素雰囲気下にした
。
るように減圧し、更に0.07×103Paの減圧下で5時間反応させポリエステルを得
た。尚、減圧下での重縮合反応中は、反応容器の減圧用排気口を130℃に加熱し続けた。得られたポリエステルの還元粘度(ηsp/c)は2.4であり、その製造再現性は低かった。また、本触媒系で得られたポリエステルには、触媒の分解物と考えられる数mmオーダーの白色固体が混入していた。この様な異物の混入は、成形体の形状を損ねる要因になると一般に考えられている。
Claims (6)
- ジオール単位及び脂肪族ジカルボン酸単位を有するポリエステルを製造するに際し、触媒として、カルボキシレート配位子を有する周期表4〜6族の金属含有化合物を用いることを特徴とする脂肪族ポリエステルの製造方法。
- ポリエステル製造に使用されるジイソシアネート化合物の量が、ポリエステル100重量部に対して0.09重量部以下であることを特徴とする請求項1に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。
- 脂肪族ジカルボン酸及び/又はその誘導体と脂肪族ジオールとを触媒存在下で溶融重縮合する、請求項1または2に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。
- 溶融重縮合を、脂肪族ジカルボン酸及びその酸無水物のうち少なくとも1種を留去しながら行う、請求項3に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。
- 溶融重縮合を、減圧用排気口を具備した攪拌槽型反応器を用い、且つ、該減圧用排気口の温度を、脂肪族ジカルボン酸無水物の融点又は重縮合反応時の真空度における脂肪族ジカルボン酸無水物の沸点のいずれか低い方の温度以上に保持しながら行う、請求項3または4に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。
- 得られるポリエステルの還元粘度(ηsp/c)が1.6以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。
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