JP2006274254A - 低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル、その製造方法、成形品及びフィルム - Google Patents

低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル、その製造方法、成形品及びフィルム Download PDF

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弘 片山
Yoshimichi Okano
善道 岡野
Hisayoshi Ito
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Abstract

【課題】 成形時の分子量低下や着色が少ない、低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法の提供。
【解決手段】 脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸類及び脂肪族ヒドロキシカルボン酸類を原料に、脂肪族ジカルボン酸類100mol%の内100〜75mol%がコハク酸又はその誘導体であり、それに含まれるリンゴ酸の濃度が0.60重量%以下であり、2A族、2B族、及び4A族元素化合物触媒を存在させて脂肪族ポリエステルを製造する際、所定の反応温度で所定エステル化率までエステル化反応を進め、所定重量平均分子量、所定酸価の低分子量体を得る工程と、所定反応温度で重縮合させて高分子量化する工程からなり、反応液の粘度が特定以上の高分子量化工程で、二軸連続重合反応装置を使用する。
【選択図】 なし

Description

本発明はエーテル結合や分岐点のような異種結合が少なく、耐熱性、成形性に優れ、かつ、成形時の分子量低下や着色が少なく、ゲルがなく、延性及び耐衝撃性等の力学特性に優れているとともに、生分解性の制御性に優れた特性を有する高分子量脂肪族ポリエステル及びその製造方法に関するものである。
従来、フィルムやシート、繊維、その他の成形品に使用される高分子量ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステルがほとんどであった。
近年、環境保護等の観点から、一般に生分解性を有するとされる脂肪族ポリエステルが注目されている。この脂肪族ポリエステルを製造する方法としては、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとを直接エステル化させるか、又は脂肪族ジカルボン酸のアルキルエステル又はその無水物と脂肪族ジオールとをエステル交換させてグリコールエステル又はその低重合体を得、次いでこれを高真空下で加熱攪拌して重縮合させる方法が知られている。
このような重縮合反応では、高真空下で脱離成分を系外に除去することにより高分子量化が進行するが、これらのポリマーは熱安定性に乏しく、重縮合時に分解反応を併発するので、高分子量体が得られ難いという問題があった。
特開平4−189822号公報、及び特開平5−287043号(特許第3179177号)公報には、数平均分子量が5000以上、望ましくは10,000以上、で、末端基が実質的にヒドロキシル基であるポリエステルジオールに、その融点以上の溶融状態において、カップリング剤としてのジイソシアナート類を添加することにより、ウレタン結合を含む高分子量の脂肪族ポリエステルが得られることが記載されている。しかし、この方法では、分子量を増大させる効果があるものの、鎖延長剤を用いて高分子量化することは製造工程を煩雑にするだけでなく、成形加工時の条件によっては着色したり、ミクロゲルが発生したりするなどの可能性がある。また、得られたポリエステルについては、分子鎖中に相当量のウレタン結合が含まれるので、本来の構造のみからなるポリマーよりも結晶性が低下し、その結果、融点が低下してしまうため、耐熱性に劣るという問題がある。
イソシアネート類を使用せずに重縮合反応により高分子量体を得るため、これまでに多数の触媒種が検討されてきた。現在までに、触媒化合物としては、Ti、Ge、Zn、Fe、Mn、Co、Zr、V、Ir、La、Ce、Li、Caなどの金属化合物、好ましくは有機酸塩、アルコキシド、アセチルアセトネートなどの有機金属化合物が知られている。これらの金属系化合物の中でTi系触媒が、最も活性の高い触媒として幅広く検討されてきた。
特開平5−310898号公報には、脂肪族ジオール成分と脂肪族ジカルボン酸とをエステル化し、生成したポリエステルジオールをTi系触媒の存在下、180〜230℃の温度、及び0.005〜0.1mmHgの高真空下で脱グリコール反応を行う高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法が開示されている。しかしながら、この方法では、分子量を高くするために特定の真空ポンプを使用しなければならず、工業的な生産方法として非常に大きな問題がある。さらに、得られた高分子量脂肪族ポリエステルは、副反応による異種結合を含まない本来の構造から想定されるよりも低融点であり、分子量分布が広いものである。
特開平5−70566号(特許第3387936号)公報及び特開平5−70574号(特許第3046660号)公報では、チタンオキシアセチルアセトネートやアルコキシチタン化合物を触媒として用いて脂肪族ポリエステルを合成する方法が提案されているが、得られるポリマーの分子量は15,000程度までしか増大しないという問題があった。
特開平6−322081号公報には、触媒としてIVA族元素系化合物に他の金属化合物(例えば、IIA族金属化合物)を併用して重合速度を向上させることが提案されている。しかし、小規模のバッチ反応による結果が開示されているのみであり、工業的な量産化技術として十分なものであるとは言えないだけでなく、フィルムなどに使用する場合は重合度が不足するという欠点があり、また、色相も悪いものであった。
特開平8−27262号(特許第3342578号)公報には、コハク酸又はその酸無水物と1,4−ブタンジオールとを反応させてオリゴマーを得、次いで得られたオリゴマーを触媒の存在下で重縮合させて脂肪族ポリエステルを製造するに際し、触媒としてゲルマニウム化合物と、チタン、アンチモン、亜鉛、マグネシウム、ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種の金属化合物とを用いることで高分子量脂肪族ポリエステルを製造する方法が示されている。しかし、この方法で得られるポリエステルの分子量は、GPCで測定したポリスチレン換算の数平均分子量で6万以下であり、成形品、特にフィルムとして十分な強度を発現するのに必要な分子量には到達していない。また、小規模のバッチ式反応装置による製造技術のみが開示されているに過ぎない。
特開平8−239461号(特許第3402006号)公報には、重合成分に乳酸を加えて3元系(1,4−ブチレングリコール、コハク酸、乳酸)又は4元系(1,4−ブチレングリコール、コハク酸、アジピン酸、乳酸)にした時に、触媒としてGe系触媒を用いると、高活性で高重合度のポリエステルが製造できることが提案されている。ここでは、乳酸あるいはグリコール酸を特定量共重合させることにより、重合速度の著しい増大が見られ、結果的に鎖延長剤を使用することなしに、極めて容易に、数平均分子量1万以上の高分子量脂肪族ポリエステル共重合体が得られることが示されているが、触媒を多量に使用しているため、重合中に副反応が頻繁に起こり、エーテル結合のような異種結合を多く含むものであった。
重合の際、触媒のTi含量を増やすと、生成ポリエステルの末端COOH基が増大して、耐加水分解性が悪化するという問題がある。特開2001−31749号公報では、特定のチタン系複合触媒(チタン化合物と共に共触媒成分として、マグネシウム化合物を、チタンに対し金属の原子比、即ち、Mg/Tiの比が0.1から10の範囲)使用することにより、ポリエステル製造時の重合活性が優れ、また、生成ポリエステルの成形時に副反応、例えば主鎖切断による分子量低下やガス発生が少なくて成形加工時の安定性が高い脂肪族ポリエステルが製造できることが提案され、末端COOH量が少ない安定性に優れた脂肪族ポリエステルが得られることが示されている。しかし、小規模でのバッチ式反応装置による製造方法が開示されているに過ぎないだけでなく、得られる脂肪族ポリエステルの数平均分子量は30,000以下であり、フィルム等の成形品用途には使えるのもではない。
特開2001−98065号公報には、1,4−ブタンジオールを主成分とするグリコール成分とコハク酸、アジピン酸及びこれらの低級アルキルエステルから選ばれる成分を主成分とする二官能性カルボン酸成分とを、重合触媒として、〔A〕チタン化合物及び〔B〕該チタン化合物のチタンに対しマグネシウムとして0.5〜3モル倍のマグネシウム化合物の存在下で、溶融重合、好ましくは250℃より高く、275℃以下の温度で溶融重合させることよりなる脂肪族ポリエステルの製造方法が開示されている。しかし、しかし、小規模でのバッチ式反応装置による製造方法が開示されているに過ぎないだけでなく、高温で長時間反応させるため副反応による異種結合を多く含むものであった。
重縮合反応により高分子量脂肪族ポリエステルを製造する方法においては、系を高真空条件にするだけでは不十分で、重縮合反応物の表面積を十分に大きくし、かつ、その表面が効果的に更新される必要がある。これは、反応物の表層に存在する脱離成分ほど容易に留去されるためである。特に重縮合反応の後半では反応物の粘度が大きくなり、反応物中の脱離成分の拡散が困難となるため、機械的な攪拌によって反応物の表面積を大きくし、表面更新を効果的に行うことが必要となる。従来の攪拌翼を備えた重合装置を用いた場合には、このような表面積の確保と効果的な表面更新が行なわれないため、反応が十分に進行せず、高分子量の脂肪族ポリエステルが得られないという問題が生じる。
特開平8−59801号公報には、ジオールとジカルボン酸又はそのエステル又は酸無水物を表面積A(cm2)と体積V(cm3)の比A/Vが1以上500以下で示される薄膜状にして製造することにより、0.1mmHg以下の高真空を用いなくても高分子量の脂肪族ポリエステルを得られることが開示されている。しかし、開示されている方法では高温下での重合中の副反応によるエーテル結合のような異種結合の形成が起こり、副反応による異種結合を含まない本来の構造から想定されるよりも低融点となる問題があった。
特開平7−324125号公報には、2段目の反応で各種の高粘度用反応装置を用いてポリスチレン換算の数平均分子量25,000〜100,000の脂肪族ポリエステル樹脂を製造する技術が記載されている。また、特開平9−221542号(特許第2968466号)公報には、反応温度180〜280℃、反応圧力0.3〜5.0mmHgという条件下で前段反応と後段反応に分けてポリスチレン換算の数平均分子量10,000〜100,000の脂肪族ポリエステル樹脂を得ることが記載されている。前段反応では、180〜280℃で、1.0mmHg〜常圧で数平均分子量5,000〜10,000のプレポリマーを製造し、次いで、後段反応では、180〜280℃で、0.3mmHg〜5.0mmHgで数平均分子量10,000〜100,000のポリマーを製造している。この後段反応で使用できる装置としては、各種の高粘度用反応装置が挙げられている。また、特開2002−105184号公報には、前段でバッチ反応によりポリスチレン換算の重量平均分子量を100,000以上とし、次いで、後段で横型の高粘度用反応装置を用いて連続反応により重量平均分子量を200,000以上に増大させる技術が開示されている。
しかしながら、これらの技術は小規模の装置による製造であったり、工業的規模で製造された脂肪族ポリエステル樹脂であっても、重合度(分子量)と酸価(末端構造)に応じた重合条件(反応温度、減圧度、反応装置)の選択が不適切なため、酸価が2.0(mgKOH/g)以上と高く、着色し、かつ、副反応によって生じるエーテル結合のような異種結合の多い樹脂しか得られない。
特開平4−189822号公報 特開平5−287043号公報 特開平5−310898号公報 特開平5−70566号公報 特開平5−70574号公報 特開平6−322081号公報 特開平8−27262号公報 特開平8−239461号公報(請求項6、各実施例) 特開2001−31749号公報(請求項1) 特特開2001−98065号公報(請求項1、段落0014) 特特開平8−59801号公報 特開平7−324125号公報 特開平9−221542号公報
近年の生分解性プラスチックの需要拡大に伴い、高分子量脂肪族ポリエステルの、耐熱性、成形性、熱安定性、及び、延性及び耐衝撃性等の力学特性等の品質・性能のさらなる改善と、品質・性能に優れた高分子量脂肪族ポリエステルを工業的規模で安価に製造する技術の確立が急務となっている。本発明の目的は、1,4−ブタンジオールのような脂肪族ジオールとコハク酸のような脂肪族ジカルボン酸類及び必要に応じて加えられる脂肪族ヒドロキシカルボン酸類とから、耐熱性、成形性に優れ、かつ、成形時の分子量低下や着色が少なく、ゲルがなく、延性及び耐衝撃性等の力学特性に優れているとともに、生分解性の制御性に優れた特性を有する低分岐度で高分子量の脂肪族ポリエステル、その成形品、特にフィルムを提供することにある。また、本発明の目的は、上記の品質・性能に優れた低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを工業的規模で安価に製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸類及び必要に応じて加えられる脂肪族ヒドロキシカルボン酸類とから得られた低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルであって、エーテル結合や分岐点のような異種結合が少なく、かつ酸価が低い脂肪族ポリエステルが、異種結合を多く含むものより融点やガラス転移温度が高く、耐熱性、成形性に優れ、かつ、成形時の分子量低下や着色が少なく、ゲルがなく、延性及び耐衝撃性等の力学特性に優れているとともに、生分解性の制御性に優れていることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の第1は、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸類及び必要に応じて加えられる脂肪族ヒドロキシカルボン酸類を原料とし、
2A族、2B族、及び4A族元素化合物からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物を触媒として使用する低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法であって、製造工程が、
反応温度160〜250℃でエステル化率85〜98%までエステル化反応を進め、重量平均分子量2,000〜9,000、酸価10.0〜30.0mgKOH/gの低分子量体を得る工程と、反応温度220〜250℃での重縮合反応により、反応液の粘度が10Pa・sec以上になるように高分子量化する工程からなり、
前記脂肪族ジカルボン酸類100mol%のうち100〜75mol%の割合でコハク酸又はその誘導体を使用し、前記コハク酸又はその誘導体中のリンゴ酸の濃度が0.60重量%以下であり、
前記高分子量化工程において、二軸連続重合反応装置を使用することを特徴とする低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法を提供する。
本発明の第2は、コハク酸及び/又はその誘導体が、コハク酸及び/又はコハク酸無水物であることを特徴とする本発明の第1に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法を提供する。
本発明の第3は、触媒としてチタン化合物とリン化合物及び/又はマグネシウム化合物とからなる混合触媒を使用することを特徴とする本発明の第1又は2に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法を提供する。
本発明の第4は、本発明の第1〜3のいずれか1項に記載の方法により得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第5は、重量平均分子量(Mw)が70,000以上であり、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が3.0以下であり、下記式(4)で示される分岐構造の1H−NMR測定によるCH基:
−O−C(=O)−CH(O−C(=O)−)CH2−C(=O)O− (4)
の含有率が10.0×10−6mol/g以下であり、かつ、副反応により形成されたエーテル結合の含有率が7.0×10−6mol/g以下である本発明の第4に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第6は、酸価が2.0mgKOH/g以下である本発明の第4又は5に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第7は、1H−NMR測定による水酸基末端濃度が40×10−6mol/g以下である本発明の第4〜6のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第8は、脂肪族ジカルボン酸類100mol%のうち0〜25mol%がアジピン酸である本発明の第4〜7のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第9は、脂肪族ジオールが1,4−ブタンジオール及び/又はエチレングリコールである本発明の第4〜8のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第10は、脂肪族ヒドロキシカルボン酸類が、ε−カプロラクトン、4−メチル−ε−カプロラクトン、3,3,5−トリメチル−ε−カプロラクトン、3,5,5−トリメチル−ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、エナントラクトン、グリコール酸、乳酸、及び3−ヒドロキシ酪酸からなる群から選ばれた少なくとも1種である本発明の第4〜9のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第11は、脂肪族ジオール、脂肪族ジカルボン酸類、及び脂肪族ヒドロキシカルボン酸類の合計に対する、脂肪族ヒドロキシカルボン酸類のモル分率が0.04〜0.25である本発明の第4〜10のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第12は、低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルが、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート−ブチレンアジペート)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−ε−カプロラクトン)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−乳酸)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−ブチレンアジペート−乳酸)共重合体、及び/又はポリエチレンサクシネートである本発明の第4〜11のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを提供する。
本発明の第13は、本発明の第4〜12のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを成形してなる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品を提供する。
本発明の第14は、成形が、押出成形、射出成形、圧縮成形、射出圧縮成形、トランスファ成形、注型成形、スタンパブル成形、ブロー成形、延伸フィルム成形、インフレーションフィルム成形、積層成形、カレンダー成形、発泡成形、RIM成形、FRP成形、粉末成形又はペースト成形である本発明の第13に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品を提供する。
本発明の第15は、厚み1.5mmの圧縮成形品をASTM D3763に基づく落錐衝撃試験による、歪み−応力曲線における降伏点までの弾性変形エネルギーEp(単位:J)と、降伏点以降破壊点までの伝播エネルギーEg(単位:J)を測定した場合に、全吸収エネルギーEg+Ep(単位:J)が10J以上である本発明の第13又は14に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品を提供する。
本発明の第16は、伝播エネルギーEgが5.5J以上である本発明の第15に記載の低分岐度脂肪族ポリエステル成形品を提供する。
本発明の第17は、本発明の第13〜16のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品が、厚みが5μm〜0.5mmのフィルムであって、無延伸又は一軸もしくは二軸延伸されてなる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルムを提供する。
本発明の第18は、直径19mm、重さ28gの球を用いた落球衝撃試験高さH(d=厚み)が、フィルム厚み20μmに換算した場合に20cm以上である本発明の第17に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルムを提供する。
本発明の第19は、MD方向の熱収縮応力(SMD)が0.4MPa以下であり、TD方向の熱収縮応力(STD)との比SMD/STDが10以下である本発明の第17又は18に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルムを提供する。
本発明の第20は、フィルムのTD方向の高速引張試験(ダイセル法)による、破断点伸度の平均値が750%以上で、その変動率が15%以下である本発明の第17〜19のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルムを提供する。
本発明の第21は、フィルムのTD方向のシャルピー衝撃試験(ダイセル法)による、吸収エネルギーの平均値が150MPa以上で、その変動率が50%以下である本発明の第17〜20のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルムを提供する。
本発明により、エーテル結合や分岐点のような異種結合が少なく、耐熱性、成形性に優れ、かつ、成形時の分子量低下や着色が少なく、ゲルがなく、延性及び耐衝撃性等の力学特性に優れているとともに、生分解性の制御性に優れた特性を有する低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルが容易に得られる。
<低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法>
本発明は、
(I)脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸類及び必要に応じて加えられる脂肪族ヒドロキシカルボン酸類を、
(II)2A族、2B族、及び4A族元素化合物から選ばれた少なくとも1種以上の触媒の存在下で反応させ、高分子量脂肪族ポリエステルを製造する際に、
(III)反応温度250℃以下でエステル化率85〜98%、好ましくは90〜96%までエステル化反応を進め、重量平均分子量2,000〜9,000、酸価10.0〜30.0mgKOH/gの低分子量体を形成させる工程と、
(IV)反応温度220〜250℃で重縮合反応により反応液の粘度が10Pa・sec以上になるように高分子量化する工程を有し、
前記高分子量化する工程において二軸連続重合反応装置を使用することにより、低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを製造することができる。
ここで、エステル化率は、原料として使用した脂肪族ジカルボン酸類及び脂肪族ヒドロキシカルボン酸類に含まれるカルボキシル基の内、脂肪族ポリエステル低分子量体中のエステル結合になった割合であり、反応系外へ留出した水の量と原料として使用したカルボン酸の量から計算した。
以下、(I)〜(IV)の構成要件を製造条件(I)〜(IV)として説明する。
製造条件(I)<原料>
脂肪族ジカルボン酸類としては、好ましくは下記一般式(1)で示される構造単位を与えるものが使用され、脂肪族ジオールとしては、好ましくは下記一般式(2)で示される構造単位を与えるものが使用され、必要に応じて加えられる脂肪族ヒドロキシカルボン酸類としては、好ましくは下記一般式(3)で示される構造単位を与えるものが使用される。
−CO−R1−CO− (1)
(式中、R1は炭素数1〜12の二価脂肪族基を表す。)
−O−R2−O− (2)
(式中、R2は炭素数2〜12の二価脂肪族基を表す。)
及び必要に応じて加えられる下記一般式(3)で示される構造単位
−CO−R3−O− (3)
(式中、R3は炭素数1〜10の二価脂肪族基を表す。)
(脂肪族ジカルボン酸類)
本発明の製造法においては、式(1)で示される構造単位のうち100〜75mol%がコハク酸残基であるために、原料脂肪族ジカルボン酸類の100〜75mol%はコハク酸又は重合に関与し得るその誘導体を選択する。コハク酸又は重合に関与し得るその誘導体(以下、「コハク酸類」と呼ぶ場合がある)としては、コハク酸、無水コハク酸、コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチルなどが挙げられる。このうち工業的経済性の観点からコハク酸又は無水コハク酸を用いるのが好ましく、コハク酸を用いるのが特に好ましい。
コハク酸残基以外の、式(1)で示されるジカルボン酸残基を与える脂肪族ジカルボン酸類としては、脂肪族ジカルボン酸、その無水物、又はそのモノ又はジエステル体が挙げられ、下記一般式(1’)で表される。
4−OCO−R1−COO−R5 (1’)
(式中、R1は炭素数1〜12の二価脂肪族基、R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜6の脂肪族基もしくは芳香族基を表す。R4及びR5は同一でも異なっていてもよい。)
1で示される二価脂肪族基としては、好ましくは2〜8の鎖状又は環状のアルキレン基であり、−(CH2)4−、−(CH2)6−等の炭素数2〜6の直鎖状低級アルキレン基が挙げられる。また、R1は反応に不活性な置換基、例えば、アルコキシ基やケト基等を有することができるし、R1は酸素やイオウ等のヘテロ原子を主鎖に含有することができ、例えばエーテル結合、チオエーテル結合等で隔てられた構造を含有することもできる。
4及びR5が水素原子であるときには脂肪族ジカルボン酸を表わす。脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、スベリン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、セバシン酸、ジグリコール酸、ケトピメリン酸、マロン酸、メチルマロン酸などが挙げられる。
4及びR5で示される脂肪族基としては、炭素数1〜6、好ましくは1〜4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基の他、シクロヘキシル基等の炭素数5〜12のシクロアルキル基が挙げられる。
4及びR5で示される芳香族基としては、フェニル基、ベンジル基等が挙げられる。中でも、R4及びR5は炭素数1〜6、好ましくは炭素数1〜3の低級アルキル基である。このようなジアルキルエステルとしては、例えば、グルタル酸ジメチル、グルタル酸ジエチル、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、ピメリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、スベリン酸ジエチル、セバシン酸ジメチル、セバシン酸ジエチル、デカンジカルボン酸ジメチル、ドデカンジカルボン酸ジメチル、ジグリコール酸ジメチル、ケトピメリン酸ジメチル、マロン酸ジメチル、メチルマロン酸ジメチル等が挙げられる。これらのものは単独で用いてもよいし2種以上組合わせて用いてもよい。
(脂肪族ジオール)
式(2)の構造単位を与える脂肪族ジオールは下記一般式(2’)で表わされる。
HO−R2−OH (2’)
(式中、R2は炭素数2〜12の二価脂肪族基を表す。)
二価の脂肪族基としては、炭素数2〜12、好ましくは2〜8の鎖状又は環状のアルキレン基が挙げられる。好ましいアルキレン基は、−(CH2)2−、−(CH2)3−、−(CH2)4−等の炭素数2〜6の直鎖状低級アルキレン基である。また、二価脂肪族基R2は反応に不活性な置換基、例えば、アルコキシ基やケト基等を有することができる。R2は酸素やイオウ等のヘテロ原子を主鎖に含有することができ、例えばエーテル結合、チオエーテル結合等で隔てられた構造を含有することもできる。
脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3‐プロパンジオール、1,2‐プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタメチレングリコール、へキサメチレングリコール、オクタメチレングリコール、デカメチレングリコール、ドデカメチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、分子量1000以下のポリエチレングリコール等を用いることができる。これらのものは単独でも、2種以上組合せて用いてもよい。
(脂肪族ヒドロキシカルボン酸)
式(3)の構造単位を与える脂肪族ヒドロキシカルボン酸類としては、下記一般式(3’)で表されるヒドロキシカルボン酸もしくはヒドロキシカルボン酸エステル、又はその環状エステルであるラクトン類が挙げられる。
6OCO−R3−OH (3’)
(式中、R3は炭素数1〜10の二価脂肪族基、R6は水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族基又は芳香族基を表す。)
式(3’)で、二価脂肪族基R3としては、炭素数2〜10、好ましくは2〜8の鎖状又は環状のアルキレン基が挙げられる。また、R3は反応に不活性な置換基、例えば、アルコキシ基やケト基等を有することができる。R3は酸素やイオウ等のヘテロ原子を主鎖に含有することができ、例えばエーテル結合、チオエーテル結合等で隔てられた構造を含有することもできる。
式(3’)で、R6は水素、又は脂肪族基もしくは芳香族基である。脂肪族基としては、炭素数1〜6、好ましくは1〜4の直鎖状又は分岐鎖状の低級アルキル基や、シクロヘキシル基等の炭素数5〜12のシクロアルキル基、芳香族基としては、フェニル基、ベンジル基等が挙げられる。
ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、グリコール酸、L−乳酸、D−乳酸、D,L−乳酸、2−メチル乳酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、2−ヒドロキシ−n−酪酸、2−ヒドロキシ−3,3−ジメチル酪酸、2−ヒドロキシ−2−メチル酪酸、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸、ヒドロキシピバリン酸、ヒドロキシイソカプロン酸、ヒドロキシカプロン酸等を挙げることができる。
前記ヒドロキシカルボン酸はその2分子が脱水縮合した環状二量体エステルであることができる。その具体例としては、乳酸から得られるラクチドや、グリコール酸から得られるグリコリド等が挙げられる。
ヒドロキシカルボン酸エステルとしては、例えば、上記ヒドロキシカルボン酸のメチルエステル、エチルエステル等や、酢酸エステル等が挙げられる。
ラクトン類としては、二価脂肪族基として、炭素数4〜10、好ましくは4〜8の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基のものが挙げられる。また、二価脂肪族基は反応に不活性な置換基、例えば、アルコキシ基やケト基等を有することができ、酸素やイオウ等のヘテロ原子を主鎖に含有することができ、例えばエーテル結合、チオエーテル結合等で隔てられた構造を含有することもできる。
ラクトン類の具体例としては、例えば、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、β−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、4−メチルカプロラクトン、3,5,5−トリメチルカプロラクトン、3,3,5−トリメチルカプロラクトンなどの各種メチル化カプロラクトン;β−メチル−δ−バレロラクトン、エナントラクトン、ラウロラクトン等のヒドロキシカルボン酸の環状1量体エステル;グリコリド、L−ラクチド、D−ラクチド等の上記ヒドロキシカルボン酸の環状2量体エステル;その他、1,3−ジオキソラン−4−オン、1,4−ジオキサン−3−オン、1,5−ジオキセパン−2−オン等の環状エステル−エーテル等を挙げることができる。これらは2種以上のモノマーを混合して使用してもよい。
前記脂肪族ジオールと前記脂肪族ジカルボン酸類の仕込み比[脂肪族ジオール]/[脂肪族ジカルボン酸類]([脂肪族ジオール]は原料として用いた脂肪族ジオールのモル数、[脂肪族ジカルボン酸類]は原料として用いた脂肪族ジカルボン酸類のモル数を表す。)は、1.01〜1.25の範囲であることが好ましいが、1.05〜1.20の範囲であることがより好ましい。
エステル化反応中には、生成した水とともに微量の脂肪族ジオールも反応系外へ留去されるため、前記比率[脂肪族ジオール]/[脂肪族ジカルボン酸類]を上記範囲内で行わないと、所定のエステル化率に達したときに、所望の重量平均分子量及び酸価を有する低分子量体を生成させることができなくなる。
本発明において、脂肪族ヒドロキシカルボン酸類が用いられる場合は、原料脂肪族ジカルボン酸類及び脂肪族ヒドロキシカルボン酸類の仕込み比は以下の条件式(ii)に合致するように選択することが好ましい。
0≦R’≦0.25 (ii)
(式中、R’は[脂肪族ヒドロキシカルボン酸類]/([脂肪族ジカルボン酸類]+[脂肪族ヒドロキシカルボン酸類])で表される比率を示す。このとき、[脂肪族ジカルボン酸類]は脂肪族ジカルボン酸類の使用モル数、[脂肪族ヒドロキシカルボン酸]は脂肪族ヒドロキシカルボン酸類の使用モル数を示す。)
上記式中のR’は、低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルが脂肪族ジカルボン酸類と脂肪族ジオールから生成する繰り返し単位(P)及び脂肪族ヒドロキシカルボン酸類から生成する繰り返し単位(Q)から構成される場合には、繰り返し単位Qのモル分率にも等しい。
式(3)で示される構造単位(すなわち、前記繰り返し単位(Q))を導入する場合は、前記R’の数値が、好ましくは0.04〜0.25、さらに好ましくは0.06〜0.23、特に好ましくは0.08〜0.20の範囲である。
この値が0.25より大きい場合は、得られるポリマーの融点が低く、さらに結晶性が極端に低下するために耐熱性が無く実用に不向きである。また、この値が0でなく、0.04より大きい場合は、適度な柔軟性と生分解性を兼ね備えたより実用性の高いポリマーが得られる。
製造条件(II)<触媒>
本発明に係る低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを製造する際、触媒はエステル化反応後に加えてもよいが、エステル化反応前に加えるのが好ましく、原料として用いられる脂肪族ジカルボン酸類1モルに対して、10−7〜10−3モル、好ましくは10−6〜5×10−4モルの量で用いる。この範囲より触媒量が少なくなると反応が速く進行せず、反応に長時間を要するようになる。一方、この範囲より多くなると重合時のポリマーの熱分解や着色、エーテル結合形成等の副反応の原因となり、また、ポリマーの成形加工において熱分解等の原因となり好ましくない。
触媒は、2A族、2B族、及び4A族元素化合物から選ばれる少なくとも1種である。具体的には、Mg、Ca、Ba、Ti、Zr、Znなどの金属を含む金属化合物、例えば、有機酸塩、金属アルコキシド、金属錯体(アセチルアセトナートなど)等の有機金属化合物;金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、硝酸塩、塩化物などの無機金属化合物が例示される。これらの金属化合物触媒の中でも、チタン化合物、特に、チタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシドなどのチタンアルコキシド等の有機チタン化合物が好ましい。これらの触媒は2種以上併用することもできる。
中でも、触媒としてチタン化合物とリン化合物及び/又はマグネシウム化合物とからなる混合触媒を使用することにより、重合速度が速くなるため、副反応により形成されるエーテル結合のような異種結合の少ないものが得られるので、特に好ましい。
この場合、好ましくはMg/Ti原子比が0.05〜2.0モル倍の範囲であり、好ましくは0.1〜1.2モル倍、より好ましくは0.2〜0.8モル倍の範囲である。Mg/Ti原子比が0.05モル倍未満では、得られる樹脂が着色することがあり、逆に2.0モル倍を超えると反応速度が遅くなる。
製造条件(III)<エステル化工程>
反応温度160〜250℃でエステル化率85〜98%までエステル化反応を進め、重量平均分子量2,000〜9,000、酸価10.0〜30.0mgKOH/gの低分子量体を得る。エステル化反応は、通常、常圧下で行うが、500mmHg程度までの微減圧下で行ってもよい。
反応温度は170〜245℃が好ましく、180〜240℃がより好ましい。エステル化反応を250℃より高い温度で行うと、脱離成分として留出する水とともにグリコール成分が多量に留出してしまい、所定のエステル化率まで反応を進めた際に生成する低分子量体の酸価が所望の範囲から外れてしまう。さらに、グリコール成分として、1,4−ブタンジオールを使用する場合、反応温度が高くなると、1,4−ブタンジオールからTHFが生成する反応が激しくなるため、上述の低分子量体の酸価がより大きく外れてしまう。エステル化反応では、通常、3〜6時間で所定のエステル化率に達することができる。
エステル化反応により低分子量体を形成させる工程において、エステル化率85%未満で次の重縮合反応による高分子量化工程に移すと、減圧下で行う高分子量化工程初期の段階に、未反応のグリコール成分が多量に反応系外へ留去されてしまうため、分子量が上がり難くなり、反応に長時間必要となる。その結果、高分子量体が得られたとしても、エーテル結合等の異種結合を多く含むものとなり、また、酸価が高くなってしまう。一方、エステル化率を98%以上まで上げるには、長時間の反応が必要となるとともに、エステル化反応終盤においては、留出する水の量に対して、相当量のグリコール成分が留出するようになるため効率的でない。
一般に、ジオールとジカルボン酸類との重縮合反応においては、必要に応じてヒドロキシカルボン酸類が使用される場合も含めて、反応の進行とともに酸価が小さくなり、分子量が高くなっていく。分子量が2,000〜9,000の範囲にあって、酸価が10.0mgKOH/gより小さい場合は、アルコール末端が多すぎるため重合速度が小さくなり、反応時間が長くなるため異種結合の生成量が多くなる。酸価が30.0mgKOH/gより大きい場合は、得られる高分子量脂肪族ポリエステルの酸価が高くなってしまう。
製造条件(IV)<高分子量化工程>
本発明の製造方法では、反応温度220〜250℃での重縮合反応により、反応液の粘度が10Pa・sec以上になるように高分子量化する工程において、二軸連続重合反応装置を使用して製造する。
重縮合反応の反応温度が250℃を超えると、反応は速く進むが、副反応が激しくなり、得られるポリマーの酸価が増大したり分子量の低下が生じるだけでなく、エーテル結合のような異種結合の生成が無視できなくなり品質が悪化する。反応温度が220℃よりも低い場合、脱グリコール反応の進行が遅く分子量が所定の数値まで増大しない。また、反応系の粘度が高くなり、撹拌が困難となるので好ましくない。かつ、反応時間が長くなることにより、エーテル結合のような異種結合が増大するため好ましくない。
また、二軸連続反応装置を使用する高分子量化工程の減圧度は通常5mmHg以下であるが、好ましくは3mmHg以下、さらに好ましくは1.5mmHg以下である。減圧度が高いほど、エーテル結合のような異種結合の生成を抑制することができるので、好ましい。
高分子量化工程では、反応液の粘度が10Pa・sec以上になるように重縮合反応をさせるため、連続式の重合反応装置を使用することが必須である。使用できる二軸連続重合反応装置としては、例えば、撹拌翼が偏芯ディスク状のセルフクリーニング式リアクター(三菱重工業株式会社製「SCR」)、撹拌翼が中空円板翼又は三枚羽翼(三菱重工業株式会社製「HVR」)、横型二軸式リアクター(三菱重工業株式会社製)、KRCニーダー(株式会社栗本鐵工所製)、TEX-K(株式会社日本製鋼所製)、ハイブリッド型反応機(株式会社日立製作所製)、日立メガネ翼重合機(株式会社日立製作所製)、日立格子翼重合機(株式会社日立製作所製)等が挙げられる。これらの装置は、内部において重合物の表面の更新が効率よく行なわれるため、脱グリコール反応がスムーズに進行し、所望の分子量まで増大させるのに好都合である。
<低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル及びそれを含む組成物>
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、分子鎖が、前記一般式(1)及び(2)で示される構造単位及び必要に応じて加えられる一般式(3)で示される構造単位からなり、
前記一般式(1)で示される脂肪族ジカルボン酸残基100mol%のうち100〜75mol%、好ましくは100〜80%、さらに好ましくは100〜85mol%がコハク酸又はその誘導体の残基である。
また、本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、一般式(1)及び(3)で示される構造単位量のモル数の和に占める一般式(3)で示される構造単位のモル数の割合で示されるモル分率が、0〜0.25の範囲であることが好ましく、特に(3)で示される構造単位を含む場合は、好ましくは0.04〜0.25、さらに好ましくは0.06〜0.23、特に好ましくは0.08〜0.20である。
コハク酸残基の比率が上記範囲外である場合、得られる脂肪族ポリエステルの融点が80℃よりも低くなる。一般式(3)で示される構造単位のモル分率が上記範囲外である場合も、前記理由から好ましくない。或いはその両方が同時に上記範囲外である場合には、得られる脂肪族ポリエステルの融点が80℃よりも低くなり、実用上の耐熱性を保てなくなる。さらに、双方が上記範囲内であっても、得られる脂肪族ポリエステルの融点が80℃以上となるよう条件を選ぶことが好ましい。
以下に、式(2)として1,4−ブタンジオール残基が含まれる場合を具体例に説明する。本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルがコハク酸残基、1,4−ブタンジオール残基及び、式(1)〜(3)で示されるその他の少なくとも1種以上の構造単位で構成される場合、下記式(Y)によって示される共重合組成比率(R):
R={[B]・[SA]+([A]+[C])・([BG]+[B])}/{([SA]+[A]+[C])・([BG]+[B])} (Y)
(式中、[SA]は式(1)〜(3)で示される構造単位それぞれの平均モル数の総和(S)を分母とするコハク酸単位のモル濃度、[BG]は(S)を分母とする1,4−ブタンジオール単位のモル濃度、[A]〜[C]は、コハク酸残基と1,4−ブタンジオール残基を除くそれぞれ式(1)〜(3)で示される構造単位の、(S)を分母とするモル濃度を表す。)
の値が0〜0.25であり、共重合成分を使用する場合は、好ましくは0.04〜0.25、さらに好ましくは0.06〜0.23、特に好ましくは0.08〜0.20となるように選ぶことが好ましい。
なお、本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、式(1)及び(2)で示される構造単位の量は実質的に等モルである。
前記式(1)で示される構造単位と前記式(2)で示される構造単位は、通常、隣り合って連結して前記繰り返し単位(P)を生成するが、繰り返し単位(P)は下記式(6)のような一般式で表される:
−CO−R1−COO−R2−O− (6)
(式中、R1は炭素数1〜12の二価脂肪族基を表し、R2は炭素数2〜12の二価脂肪族基を表す。)
前記式(6)で示される繰り返し単位(P)中では、式(1)及び(2)で示される構造単位の量は等モルである。なお、式(1)で示される構造単位は、繰り返し単位(P)中以外に、例えば、水酸基末端や、副反応で生じるエーテル結合部分に含まれることがある。また、式(2)で示される構造単位は、繰り返し単位(P)中以外に、例えば、酸末端部分に含まれることがある。よって、式(1)及び(2)で示される構造単位の量の間にわずかな差が生じうるが、本発明の脂肪族ポリエステル(a)に含まれる、式(1)及び(2)で示される構造単位の量の差異は、その比率を、下記式(X)によって示されるRM:
Figure 2006274254
で表した場合に、RMの値が、通常1.030〜0.980、例えば、1.025〜0.995となる範囲である。従って、本発明の脂肪族ポリエステル(a)に含まれる、式(1)及び(2)で示される構造単位の量は、モル分率が十分に近い数値範囲内であり、実質的に等モルである。また、脂肪族ポリエステル(a)が式(3)で示される構造単位を含む共重合体である場合には、前記式(6)で示される繰り返し単位(P)と式(3)で示される構造単位(すなわち、前記繰り返し単位(Q))のモル比は、式(1)で示される構造単位と式(3)で示される構造単位のモル比に等しい。
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、重量平均分子量(Mw)が70,000以上、好ましくは100,000以上、さらに好ましくは150,000以上、特に好ましくは200,000以上である。
分子量が小さい場合、例えばフィルムの成形時、特にインフレーション成形や二軸延伸のような延伸成形性が大きく低下する。延伸成形性を改良する目的で、脂肪族ポリエステルに分岐構造を導入し、溶融状態での歪み硬化性を持たせるなどの手法が開示されているが、この方法では、衝撃強度などの実用物性を向上させることが出来無い。一方、分子量が十分に高い場合、成形性の確保のために、分岐構造をもたせる必要はなく、むしろ分岐構造の含有率が上記範囲を超えて大きい場合、延性、耐衝撃性が低下するなど、分岐構造の増加による実用物性の低下を引き起こす。
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が3.0以下、好ましくは2.7以下、さらに好ましくは2.5以下である。Mw/Mn比が大きすぎる場合は、たとえ重量平均分子量が十分な大きさであっても、低分子量成分の含有率の高い組成物となり低分量成分の影響により実用物性が低下する。
一般に脂肪族ポリエステルは、塑性変形領域は、ラメラ状の結晶が開裂して伸張される冷延伸領域、及び伸張された分子鎖が解けていく領域からなり、これらを経て破壊に至ることで延性を発揮し、高い衝撃強度を実現している。しかし、上記のように低分子量成分が多い場合、あるいは分岐濃度が高すぎる場合には、これらの成分が応力集中点となったり、冷延伸による延性の発現が十分でなかったりするため、十分な延性を発揮できずに、衝撃強度の低下を引き起こす。
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、下記式(4)で示される分岐構造の1H−NMR測定によるCH基:
−O−C(=O)−CH(O−C(=O)−)CH2−C(=O)O− (4)
の含有率が、10×10−6mol/g以下、好ましくは8.0×10−6mol/g以下であり、副反応で生成するエーテル結合の含有率が、7.0×10−6mol/g以下であり、好ましくは、3.0×10−6mol/g以下である。
前記エーテル結合濃度が7.0×10−6mol/gを超えて上昇すると、色相が悪くなるとともに、結晶性が低下するため、融点が低下し、耐熱性が悪くなる。また、生分解性の制御に悪影響が出る。また、分岐点濃度が10.0×10−6mol/gを超えて上昇すると、分子量分布が広くなるとともに、溶融成形時の流動特性が変わるため、成形条件を変えなければならず、運転管理が極めて複雑になる。さらに、分岐点を多く含むポリマーは、成形品の力学的特性、特に引張伸度が大幅に低下し、耐衝撃性にも悪影響を与える。
前記エーテル結合は使用する脂肪族ジオールの2分子以上が脱水反応することにより生じると考えられる。また、式(4)で示される分岐構造は、コハク酸又はその誘導体中に不純物として含まれるリンゴ酸に起因して生成する。
前記エーテル結合及び分岐構造の形成は1H−NMR測定により分析することができる。前記エーテル結合については、脂肪族ジオール成分として、例えば、1,4−ブタンジオールを使った場合は3.37ppmに、エチレングリコールを使った場合には3.68ppmにエーテル酸素に隣接するCH基に由来するピークが観測され、分析することができる。
分岐点については、コハク酸又はそのジアルキルエステル体や酸無水物を使用した場合には、式(4)で示されるリンゴ酸由来の分岐構造の1H−NMR測定によるCH基のピークが5.43ppmに観測され、分析することができる。
式(4)で示されるリンゴ酸由来の分岐構造の含有率が、式(1)〜(3)で示される構造単位で構成される直鎖状の高分子量脂肪族ポリエステルにおいて高くなると、延性という成形品の機械的特性上の特徴の低下を招き、直鎖状、すなわち低分岐度の脂肪族ポリエステルの特徴である耐衝撃性、引張破断点伸度のような重要な物性に影響を与える。
係る分岐構造は、仕込み原料中にリンゴ酸又はその誘導体が存在することにより生成するので、存在量を減らす又は無くすことによって低減させることが可能である。しかし一方、工業的に製造されるコハク酸は、無水マレイン酸を水和してマレイン酸にした後、マレイン酸に水素添加する方法で製造されるため、工業的に製造されるコハク酸中には、無視できない量のリンゴ酸が不純物として含まれている。かかる製造方法によって得られるコハク酸は水などを主たる溶媒とする晶析法などによって通常精製されるが、不純物となるリンゴ酸が完全に除去されることはない。従って、従来、工業用原料として入手可能なコハク酸を主たる原料として使用して得られた脂肪族ポリエステルには、全てリンゴ酸に起因する分岐構造が含まれている。
なお、係る分岐構造は、仕込み原料中にリンゴ酸が存在することにより生成するが、生成ポリマー中に分岐点として取り込まれる量は、使用する原料種・触媒や反応条件・プロセスによって変化する。
また、特開平11−196888号公報、及び特開2005−27533号公報に開示されているような発酵法によってコハク酸を生化学的に効率良く製造する場合においてもリンゴ酸の副生は避けることが出来ない問題である。
すなわち、成形品の機械物性的に優れた低分岐度の高分子量脂肪族ポリエステルを工業的に供給するには、工業用原料として入手可能なコハク酸中のリンゴ酸濃度の低減が重要である。
本発明では、主な原料となるコハク酸又は重合に関与し得るその誘導体に対するリンゴ酸の混入比率を特定の値以下とすることにより、成形品の延性、耐衝撃性を改善すると共に、そのバラツキを飛躍的に改善することができる。
本発明では、原料ジカルボン酸類と原料ヒドロキシカルボン酸類の合計100mol%中に、リンゴ酸の混入比率を、0.60mol%以下、好ましくは0.35mol%以下、さらに好ましくは0.21mol%以下にする。
これにより、採用する反応条件やプロセスを最適化することによって、得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル中の酸成分全体に対するリンゴ酸含有率を0.21モル%以下にすることができる。
このとき、特に、コハク酸又は重合に関与し得るその誘導体がコハク酸又は無水コハク酸である場合、通常リンゴ酸は0.005モル%以上混入している。工業的に安価に入手するために、リンゴ酸の混入比率は、上記範囲の中であれば0.05モル%以上であっても好ましく使用できる。
例えば、コハク酸を工業的に製造して使用する場合には、溶媒再結晶して精製して、リンゴ酸の混入比率を上記範囲内に低下させることが必要である。再結晶溶媒としては、コハク酸とリンゴ酸を溶解するものであれば、特に制限はなく、水、アルコール、エーテル、ケトン、エステル、エーテルエステルなどの有機溶媒、これらの混合物などが、使用できるが、水又は水と上記有機溶媒との混合物が好ましく使用できる。
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、酸価(末端カルボキシル基含量)が2.0mgKOH/g未満であり、好ましくは1.5mgKOH/g未満である。酸価が高くなると、溶融成形時の分子量低下が大きくなるとともに、成形品が加水分解を受けやすいものとなってしまう。
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、特に好ましくは重量平均分子量が200,000以上である。また融点は、通常80℃以上であり、熱成形も容易である。
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、特に前記一般式(1)〜(3)においてR1及びR2が(CH22又は(CH24で、R3が(CH25であるものは、融点が高くかつ結晶性が高いので好ましい。
本発明の製造方法で得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルは、具体的には、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート−ブチレンアジペート)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−ε−カプロラクトン)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−乳酸)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−ブチレンアジペート−乳酸)共重合体、及び/又はポリエチレンサクシネート等が挙げられ、耐熱性・柔軟性・生分解性などの用途条件によっては、ポリブチレンサクシネートが好ましい。
本発明では、低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルのみからなる組成物、又は低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルと共に、必要に応じて他の添加剤を含有する組成物にすることができる。
添加剤としては可塑剤、熱安定剤、滑剤、ブロッキング防止剤、光分解剤、生分解促進剤、酸化防止剤、紫外線安定剤、帯電防止剤、難燃剤、流滴剤、抗菌剤、防臭剤、充填材、着色剤又はこれらの混合物が挙げられる。
可塑剤としては、脂肪族二塩基酸エステル、フタル酸エステル、ヒドロキシ多価カルボン酸エステル、ポリエステル系可塑剤、脂肪酸エステル、エポキシ系可塑剤、又はこれらの混合物が例示される。具体的には、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル(DOP)、フタル酸ジブチル(DBP)、フタル酸ジイソデシル(DIDP)等のフタル酸エステル、アジピン酸−ジ−2−エチルヘキシル(DOA)、アジピン酸ジイソデシル(DIDA)等のアジピン酸エステル、アゼライン酸−ジ−2−エチルヘキシル(DOZ)等のアゼライン酸エステル、アセチルクエン酸トリ−2−エチルヘキシル、アセチルクエン酸トリブチル等のヒドロキシ多価カルボン酸エステル、ポリプロピレングリコールアジピン酸エステル等のポリエステル系可塑剤であり、これらは一種又は二種以上の混合物で用いられる。
これら可塑剤の添加量としては、フィルムであると、5〜15重量部の範囲が好ましい。3重量部未満であると、破断伸びや衝撃強度が低くなり、また30重量部を超えると、破断強度や衝撃強度の低下を招く場合がある。
熱安定剤としては、脂肪族カルボン酸塩がある。脂肪族カルボン酸としては、特に脂肪族ヒドロキシカルボン酸が好ましい。脂肪族ヒドロキシカルボン酸としては、乳酸、ヒドロキシ酪酸等の天然に存在するものが好ましい。
塩としては、ナトリウム、カルシウム、アルミニウム、バリウム、マグネシウム、マンガン、鉄、亜鉛、鉛、銀、銅等の塩が挙げられる。これらは、一種又は二種以上の混合物として用いることができる。
添加量としては、低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル100重量部に対して、0.5〜10重量部の範囲である。上記範囲で熱安定剤を用いると、衝撃強度(アイゾット衝撃値)が向上し、破断伸び、破断強度、衝撃強度のばらつきが小さくなる効果がある。
滑剤としては、内部滑剤、外部滑剤として一般に用いられるものが使用可能である。例えば、脂肪酸エステル、炭化水素樹脂、パラフィン、高級脂肪酸、オキシ脂肪酸、脂肪酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミド、脂肪族ケトン、脂肪酸低級アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールエステル、脂肪酸ポリグリコールエステル、脂肪族アルコール、多価アルコール、ポリグリコール、ポリクリセロール、金属石鹸、変性シリコーン又はこれらの混合物が挙げられる。好ましくは、脂肪酸エステル、炭化水素樹脂等が挙げられる。
配合量は、フィルムとして、低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル100重量部に対し、滑剤を0.05〜5重量部を添加する。0.05重量部未満であると効果が充分でなく、5重量部を超えるとロールに巻きつかなくなり、物性も低下する。
フィルム用として、環境汚染を防止する観点から、安全性が高く、且つFDA(米国食品医薬品局)に登録されているエチレンビスステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミドが好ましい。
上記光分解促進剤としては、例えば、ベンゾイン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンゾフェノン、4,4−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノンなどのベンゾフェノンとその誘導体;アセトフェノン、α,α−ジエトキシアセトフェノンなどのアセトフェノンとその誘導体;キノン類;チオキサントン類;フタロシアニンなどの光励起材、アナターゼ型酸化チタン、エチレン−ー酸化炭素共重合体、芳香族ケトンと金属塩との増感剤などが例示される。これらの光分解促進剤は、1種又は2種以上併用できる。
上記生分解促進剤には、例えば、オキソ酸(例えば、グリコール酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸などの炭素数2〜6程度のオキソ酸)、飽和ジカルボン酸(例えば、修酸、マロン酸、コハク酸、無水コハク酸、グルタル酸などの炭素数2〜6程度の低級飽和ジカルボン酸など)などの有機酸;これらの有機酸と炭素数1〜4程度のアルコールとの低級アルキルエステルが含まれる。好ましい生分解促進剤には、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸などの炭素数2〜6程度の有機酸、及び椰子殻活性炭等が含まれる。これらの生分解促進剤は1種又は2種以上併用できる。
上記充填剤(増量剤、ブロッキング防止剤を含む)としては、種々の充填剤、例えば炭酸カルシウムやタルクの他に、マイカ、珪酸カルシウム、微粉末シリカ(無水物)、ホワイトカーボン(含水物)、石綿、陶土(焼成)、麦飯石、各種の酸化チタン、ガラス繊維等の無機充填剤や、天然素材の粒子等の有機充填剤を挙げることができる。ブロッキングを防止する場合には、粒子径は0.1〜7μmのものが好ましい。無機充填剤としての微粉末シリカは、湿式法でつくられたシリカや、四塩化ケイ素の酸水素焔中での高温加水分解により製造されたシリカでもよい。
無機充填材を添加することにより生分解性が更に向上すると共に溶融強度(粘度)が大きくなるので、溶融成形時のドローダウンが防がれ、真空成形、ブロー成形、インフレーション成形等の成形性が向上する。
また、無機充填剤、例えばタルクを添加することにより、耐衝撃性を大きく損なうことなく、すべり性に優れたフィルムを得ることができる。具体的には、フィルムの表面・裏面とも、JIS K7125に準拠する摩擦係数が、動摩擦係数・静摩擦係数共に好ましくは0.1〜0.5、さらに好ましくは0.15〜0.4、最も好ましくは0.2〜0.3であるフィルムを得ることができる。
摩擦係数が大きすぎる場合は、フィルムをロール状から巻き解く際に、巻き解きがスムーズに行えず、使用性の悪化を招き、フィルムの破断を引き起こす場合もある。摩擦係数が小さすぎる場合には、フィルムの製造時などにロール状に巻き取る際にロールがずれるなどの取り扱い上の問題が起こる。
充填剤の添加量は特に限定するものではないが、充填剤/低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルで表される重量比が0.01〜60/99.99〜40(例えば、0.1〜60/99.9〜40、1〜60/99〜40)、好ましくは3〜50/97〜50、さらに好ましくは5〜45/95〜55である。
有機充填剤としては、直径が50ミクロン以下の、紙より製造した微粉末粒子が挙げられる。有機充填剤の添加量や粒径は上記無機充填剤の場合と同じである。
増量剤としては、木粉、ガラスバルーン等が挙げられる。増量剤の添加量は無機充填剤の場合と同じである。
低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルと必要に応じて加えられる添加剤とは、混練しても混練せずに成形してもよい。混練方法は、一般的な方法が好ましく使用でき、具体的には原料樹脂ペレットや粉体、固体の細片等をヘンシェルミキサーやリボンミキサーで乾式混合し、単軸や2軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダー、ミキシングロールなどの公知の溶融混合機に供給して溶融混練することができる。
<低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品>
本発明の成形品は、上記低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル又は必要に応じて加えられる添加剤との樹脂組成物を、押出成形、射出成形、圧縮成形、射出圧縮成形、トランスファ成形、注型成形、スタンパブル成形、ブロー成形、延伸フィルム成形、インフレーションフィルム成形、積層成形、カレンダー成形、発泡成形、RIM成形、FRP成形、粉末成形又はペースト成形して得られる。
本発明のフィルムは、上記組成物をT−ダイ成形、インフレーション成形、カレンダー成形、押出ラミネート成形等によりフィルム成形して得られる。本発明のフィルムは、厚みが5μm〜1mm、好ましくは10〜100μmである。
本発明のフィルムとしては、シート、フィルム、テープを含む。またフィルムは単層でも用いられるが、他の基材との積層体であってもよい。積層フィルムを得る場合には、本発明に係る樹脂組成物から得られる熱融着性を有するフィルムと他の基材とを多層ダイを用いて共押出フィルムとしてよい。また予め得られた基材に該樹脂組成物を押出しラミネートして積層フィルムとしてもよいし、あるいは夫々別個に得たフィルム等を貼り合わせて積層フィルムとしてもよい。尚、基材としてはポリ乳酸などの脂肪族ポリエステル、又はポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステルから得られるフィルム、シート、カップ、トレー状物、あるいはその発泡体、ガラス、金属、アルミニウム箔、紙等が挙げられる。基材が熱可塑性樹脂からなるフィルムの場合は、無延伸であっても一軸あるいは二軸延伸フィルムであってもよい。勿論、基材は1層でも2層以上としてもよい。
本発明のフィルムは透明性に優れており、買い物袋製袋用原反フィルム、包装袋製袋用原反フィルム、又はごみ袋製袋用原反フィルムや、2次成形して農業用ハウスフィルム、農業用マルチフィルム、ラベル用フィルム等に加工することができる。
本発明の成形品は次のような特徴を有する。厚み1.5mmのプレス成形板をASTM D3763に基づく落錐衝撃試験により、弾性変形エネルギーEp(単位:J)と弾性変形後の伝播エネルギーEg(単位:J)を測定した場合に、Ep+Egが10J以上、好ましくは11J以上、さらに好ましくは12J以上である。また、伝播エネルギーEgが5.5J以上、好ましくは6.0J以上、更に好ましくは7.0J以上である。
アニール処理
上記で得られたフィルムは、アニール処理を行ってもよい。アニール処理温度としては、組成比にもよるが、通常、30〜60℃、好ましくは35〜50℃、さらに好ましくは35〜45℃の範囲にある。60℃より高すぎるとフィルムが軟かくなりすぎてブロッキングするおそれがある。アニール処理時間としては、温度にもよるが、通常、10時間以上、好ましくは24〜480時間、さらに好ましくは72〜360時間である。上限は特には限定されないが、480時間を超えると効果の発現が飽和する。
成形品の物性
本発明の成形品は、次のような特徴を有する。
(1)フィルムのTD方向の高速引張試験(ダイセル法)による、破断点伸度の平均値が750%以上好ましくは770%以上、さらに好ましくは800%以上である。また、バラツキが変動率で、15%以下、好ましくは13%以下、さらに好ましくは10%以下である。
(2)フィルムのTD方向のシャルピー衝撃試験(ダイセル法)による、吸収エネルギーの平均値が150MPa(1530kg/cm2)以上、好ましくは170MPa(1734kg/cm2)以上、さらに好ましくは200MPa(2040kg/cm2)以上である。また、バラツキが変動率で50%以下、好ましくは45%以下、さらに好ましくは40%以下である。
フィルムの物性
本発明のフィルムは、機械物性が次のようである。
(i)厚さ20μmのフィルムにおいて、後述の引張試験(JIS K6781に基づく)で得られる各物性値は次のとおり;
引張弾性率:50〜500MPa、好ましくは100〜400MPa
破断点応力:10〜40MPa、好ましくは15〜30MPa
破断点伸び:100〜2000%、好ましくは300〜1500%
引裂強度:0.2〜5N、好ましくは0.5〜3N
(ii)厚さ40μmのフィルムで、後述の引張試験(JIS K6781に基づく)で得られる各物性値は次のとおり;
引張弾性率:50〜500MPa、好ましくは100〜400MPa
破断点応力:10〜40MPa、好ましくは15〜30MPa
破断点伸び:100〜3000%、好ましくは500〜2000%
引裂強度:0.2〜5N、好ましくは0.5〜3N。
本発明のインフレーションフィルムは、下記の特徴を有する。
(落球衝撃試験)
(i')厚さ20μmのフィルムにおいて、落球衝撃試験(試験方法は後述する)による数値は以下のとおり;
Φ41mm、286gの落球を用いた場合におけるH(d=厚み)が5cm以上、好ましくは10〜50cm
Φ19mm、28gの落球を用いた場合におけるH(d=厚み)が20cm以上、好ましくは30〜500cm
(ii')厚さ40μmのフィルムで、落球衝撃試験(試験方法は後述する)による数値は以下のとおり;
Φ41mm、286gの落球を用いた場合におけるH(d=厚み)が8cm以上、好ましくは10〜1000cm
Φ19mm、28gの落球を用いた場合におけるH(d=厚み)が30cm以上、好ましくは50〜2000cm。
(熱収縮試験)
(iii’)厚さ20μmのフィルムにおいて、MD方向の熱収縮応力(SMD)が0.35MPa以下、好ましくは0.3MPa以下、さらに好ましくは0.25MPa以下であり、TD方向の熱収縮応力(STD)との比SMD/STDが10以下、好ましくは7.5以下、さらに好ましくは5以下である。
任意の厚さのフィルムの上記各物性値を、厚さ20μm又は40μmのフィルムの物性値から正確に推算する式は無いので、或る任意の脂肪族ポリエステル樹脂のフィルムが本発明に係る脂肪族ポリエステルのフィルムの範囲内に入るか否かを判断する基準として、厚さ20μmのフィルムを成形した場合の物性値を判断基準とする。本発明では、「厚さ20μmに換算した場合に」とは、この意味のことである。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、本発明の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法、及び、係る製造方法によって得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル組成物を製造実施例により具体的に説明するが、本発明の製造方法及び組成物はこれらに限定されるものではない。製造実施例又は製造比較例における各特性値は以下の方法により測定したものである。
(1)コハク酸中のリンゴ酸
検出器として電気伝導度検出器を備えたイオンクロマトグラフィー装置により、コハク酸中のリンゴ酸を定量した。溶離液には1mM/Lオクタンスルホン酸を用い、カラムは日本ダイオネクス(株)製IonPac ICE-AS1を用いた。
(2)分子量及び分子量分布
検出器として示差屈折率系と差圧粘度計を備えたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)装置により、標準ポリスチレンから作成した較正曲線を用いて、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)を求めた。溶離液にはクロロホルムを用い、カラムは昭和電工(株)製Shodex 806Lを3本連結して用いた。
分子量(Mn、Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)を溶出曲線から算出する際には、差圧粘度計による溶出曲線からピークの開始点と終点を決定し、開始点から終点までの各溶出時間における示差屈折計の応答強度から、分子量(Mn、Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)を算出した。図5で、上段は示差屈折率計で得られた溶出曲線、下段は差圧粘度計で得られた溶出曲線である。
(3)酸価
JIS K0070に基づいて測定した。
(4)ポリマー組成、水酸基末端濃度、分岐点濃度、エーテル結合濃度
1H−NMRスペクトルにより、使用した各モノマーに由来するピークの面積から、ポリマー中に含まれる各モノマー単位のモル分率を算出し、それらからポリマー組成を決定した。また、水酸基末端、分岐構造、及びエーテル結合に由来するピークから、水酸基末端濃度、分岐点濃度、及びエーテル結合濃度を算出した。
図4は、1,4−ブタンジオール、コハク酸、ε−カプロラクトンを主原料とした本発明の脂肪族ポリエステル(a)の1H−NMRスペクトルの一例である。図4において、水酸基末端に由来するピークcは垂直方向100倍、水平方向2倍の倍率で拡大して示した。同様にコハク酸中に不純物として混入していたリンゴ酸由来の下記式(4)で示される分岐構造:
−O−C(=O)−CH(O−C(=O)−)CH2−C(=O)O− (4)
に基づくピークeは垂直方向500倍、水平方向2倍の倍率で拡大して示した。また同様に副生エーテル結合に由来するピークfは垂直方向200倍、水平方向2倍の倍率で拡大して示した。
同図から読取れるように、1,4−ブタンジオール残基の酸素原子に隣接するメチレン基2つ分のピークとε−カプロラクトン残基の酸素原子に隣接するε−メチレン基のピークは、重なって4.07ppmにピークd(triplet)として観測される。一方、ε−カプロラクトン残基のカルボニル基に隣接するα−メチレン基のピークは2.28ppmにピークa(triplet)として観測される。また、コハク酸残基の2つの等価なメチレン基のピークは2.57ppmにピークb(triplet)として観測される。
水酸基に隣接するα−メチレン基のピークは3.61ppmにピークc(triplet)として観測される。式(4)の分岐構造については、メチン基のピークが5.43ppmにピークe(triplet)として観測される。
また、副生エーテル結合のエーテル酸素に隣接する2つの等価なメチレン基のピークが3.37ppmにピークf(triplet)として観測される。
(5)融点
示差走査熱量分析装置(DSC)により融点を求めた。具体的には、本発明の高分子量脂肪族ポリエステルペレットから3〜6mgを採取し、測定に供した。係るペレットをまず、室温から−120℃に20℃/分の速度で冷却し(冷却過程1)、次に3分間−120℃で保持し、その後20℃/分の速度で−120℃から220℃まで昇温した(昇温過程1)。引続き試料を220℃で3分間保持した後、再度20℃/分の速度で−120℃まで冷却し(冷却過程1)、−120℃で3分間保持した後、再び20℃/分の速度で−120℃から220℃まで昇温し(昇温過程2)、測定を終了した。融点は昇温過程2で現れる吸熱ピークのピークトップとして求めた。
[製造実施例1]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%(仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.31mol%)含むコハク酸43.18Kg、1,4−ブタンジオール36.25Kg、チタンテトライソプロポキシド36.35g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)7.43gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が141℃になり、水の留出が開始した。表1に示すように、時間の経過とともに反応液の温度が上昇し、微量の1,4−ブタンジオールとTHFを含む水が留出した。
Figure 2006274254
昇温開始後、5.5時間で留出液の量が13.0Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は92.8%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は5,700、酸価は16.1mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で4.5時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量55.0Kg)。このポリマーの重量平均分子量は112,000、酸価は2.5mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)の重量平均分子量は188,000、分子量分布は2.28、酸価は1.4mgKOH/gであった。原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基49.7mol%、1,4−ブタンジオール残基50.3mol%であった。水酸基末端濃度は14.6×10−6mol/g、分岐点濃度は3.5×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.6×10−6mol/gであった。融点は91.6℃であった。
[製造実施例2]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール32.05Kg、ε‐カプロラクトン9.67Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)4.92gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.25mol%であった。製造実施例1と同様に、昇温開始後、1.5時間で反応液温度が141℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.5時間で留出液の量が12.1Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.9%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は7,900、酸価は25.5mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で5.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量56.5Kg)。このポリマーの重量平均分子量は128,000、酸価は1.9mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は205,000、分子量分布は2.33、酸価は1.0mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位80.7mol%、ε‐カプロラクトン単位19.3mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.6mol%、1,4−ブタンジオール残基44.7mol%、ε−カプロラクトン残基10.7mol%)であり、水酸基末端濃度は19.1×10−6mol/g、分岐点濃度は4.7×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.8×10−6mol/gであった。融点は91.6℃であった。
[製造実施例3]
製造実施例1と同様に、パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸34.54Kg、アジピン酸10.69Kg、1,4−ブタンジオール36.25Kg、チタンテトライソプロポキシド36.35g、酢酸マグネシウム四水和物(Mg(OAc)2・4H2O)9.14gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.25mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が142℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.75時間で留出液の量が13.1Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.8%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は6,200、酸価は12.4mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で5.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量54.0Kg)。このポリマーの重量平均分子量は121,000、酸価は0.6mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は207,000、分子量分布は2.30、酸価は0.6mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位79.8mol%、ブチレンアジペート単位20.2mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基39.9mol%、アジピン酸残基10.1mol%、1,4−ブタンジオール残基50.0mol%)であり、水酸基末端濃度は19.6×10−6mol/g、分岐点濃度は2.3×10−6mol/g、エーテル結合濃度は1.0×10−6mol/gであった。融点は90.4℃であった。
[製造実施例4]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.18重量%含むコハク酸38.00Kg、エチレングリコール21.97Kg、ε‐カプロラクトン5.01Kg、チタンテトライソプロポキシド45.73g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)9.26gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.13mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が141℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.25時間で留出液の量が11.5Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は94.4%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は7,500、酸価は18.3mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で8.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量52.5Kg)。このポリマーの重量平均分子量は110,000、酸価は0.7mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって4.9Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度245℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.5時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は171,000、分子量分布は2.23、酸価は0.6mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はエチレンサクシネート単位88.3mol%、ε−カプロラクトン単位11.7mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基46.9mol%、1,4−ブタンジオール残基46.9mol%、ε−カプロラクトン残基6.2mol%)であり、水酸基末端濃度は19.6×10−6mol/g、分岐点濃度は7.5×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.4×10−6mol/gであった。融点は101.1℃であった。
[製造実施例5]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸38.00Kg、1,4−ブタンジオール30.45Kg、L−乳酸(90%水溶液)3.89Kg、チタンテトライソプロポキシド48.14g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)9.35gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.28mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が142℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.25時間で留出液の量が11.6Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.7%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は7,200、酸価は24.1mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で6.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量53.0Kg)。このポリマーの重量平均分子量は125,000、酸価は2.8mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は198,000、分子量分布は2.31、酸価は1.5mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位91.4mol%、乳酸単位8.6mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基47.7mol%、1,4−ブタンジオール残基47.8mol%、乳酸残基4.5mol%)であり、水酸基末端濃度は15.3×10−6mol/g、分岐点濃度は5.2×10−6mol/g、エーテル結合濃度は1.1×10−6mol/gであった。融点は104.3℃であった。
[製造実施例6]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.15重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール33.58Kg、ε‐カプロラクトン9.67Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)4.92gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.11mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が141℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.0時間で留出液の量が12.5Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は95.4%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は7,000、酸価は17.1mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で4.5時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量54.0Kg)。このポリマーの重量平均分子量は129,000、酸価は1.4mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。0.5mmHgの減圧下、反応液温度235℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は212,000、分子量分布は2.35、酸価は0.8mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位80.8mol%、εーカプロラクトン単位19.2mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.7mol%、1,4−ブタンジオール残基44.7mol%、ε−カプロラクトン残基10.6mol%)であり、水酸基末端濃度は19.5×10−6mol/g、分岐点濃度は5.4×10−6mol/g、エーテル結合濃度は1.1×10−6mol/gであった。融点は91.8℃であった。
[製造実施例7]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.15重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール35.10Kg、ε‐カプロラクトン9.67Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)4.92gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.11mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が142℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、4.75時間で留出液の量が12.5Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.5%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は5,200、酸価は11.8mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で6.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量52.5Kg)。このポリマーの重量平均分子量は130,000、酸価は0.7mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。0.5mmHgの減圧下、反応液温度235℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は183,000、分子量分布は2.26、酸価は0.7mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位80.5mol%、εーカプロラクトン単位19.5mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.6mol%、1,4−ブタンジオール残基44.6mol%、ε−カプロラクトン残基10.8mol%)であり、水酸基末端濃度は19.7×10−6mol/g、分岐点濃度は4.4×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.6×10−6mol/gであった。融点は91.4℃であった。
[製造実施例8]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.15重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール32.05Kg、ε‐カプロラクトン9.67Kgを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が141℃になり、水の留出が開始した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.11mol%であった。昇温開始後、5.0時間で留出液の量が11.9Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は92.3%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は6,600、酸価は24.5mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)4.92gを添加した後、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で5.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量53.5Kg)。このポリマーの重量平均分子量は107,000、酸価は0.9mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって4.9Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。0.5mmHgの減圧下、反応液温度235℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.5時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は201,000、分子量分布は2.32、酸価は0.9mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位80.8mol%、εーカプロラクトン単位19.2mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.7mol%、1,4−ブタンジオール残基44.7mol%、ε−カプロラクトン残基10.6mol%)であり、水酸基末端濃度は19.9×10−6mol/g、分岐点濃度は3.7×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.4×10−6mol/gであった。融点は91.8℃であった。
[製造実施例9]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.15重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール33.58Kg、ε‐カプロラクトン9.67Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)4.92gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.11mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が140℃になり、水の留出が開始した。この時点で、反応機内を徐々に600mmHgまで減圧した。昇温開始後、4.25時間で留出液の量が12.4Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は95.5%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は6,300、酸価は15.8mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で5.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量54.5Kg)。このポリマーの重量平均分子量は128,000、酸価は1.4mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって4.9Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。0.5mmHgの減圧下、反応液温度235℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.5時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は213,000、分子量分布は2.35、酸価は1.0mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位81.0mol%、εーカプロラクトン単位19.0mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.7mol%、1,4−ブタンジオール残基44.8mol%、ε−カプロラクトン残基10.5mol%)であり、水酸基末端濃度は17.7×10−6mol/g、分岐点濃度は4.8×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.9×10−6mol/gであった。融点は92.0℃であった。
[製造実施例10]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.23重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール33.58Kg、ε‐カプロラクトン9.67Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)4.92gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.16mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が142℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.0時間で留出液の量が12.2Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.2%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は6,000、酸価は15.4mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を230℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で7.5時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量54.0Kg)。このポリマーの重量平均分子量は109,000、酸価は1.4mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって14.8Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度245℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間0.5時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は179,000、分子量分布は2.25、酸価は1.1mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位80.3mol%、εーカプロラクトン単位19.7mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.5mol%、1,4−ブタンジオール残基44.6mol%、ε−カプロラクトン残基10.9mol%)であり、水酸基末端濃度は19.8×10−6mol/g、分岐点濃度は2.8×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.7×10−6mol/gであった。融点は91.1℃であった。
[製造実施例11]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール33.58Kg、ε‐カプロラクトン4.30Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、酢酸マグネシウム四水和物(Mg(OAc)2・4H2O)6.05gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.28mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が141℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.5時間で留出液の量が12.2Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.0%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は5,800、酸価は13.6mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で5.5時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量54.5Kg)。このポリマーの重量平均分子量は111,000、酸価は0.5mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度245℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は201,000、分子量分布は2.31、酸価は0.5mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位90.3mol%、εーカプロラクトン単位9.7mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基47.4mol%、1,4−ブタンジオール残基47.5mol%、ε−カプロラクトン残基5.1mol%)であり、水酸基末端濃度は19.8×10−6mol/g、分岐点濃度は4.8×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.9×10−6mol/gであった。融点は103.2℃であった。
[製造実施例12]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸38.00Kg、1,4−ブタンジオール30.45Kg、ε‐カプロラクトン12.24Kg、チタンテトライソプロポキシド48.14g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)9.35gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.23mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が141℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.5時間で留出液の量が11.5Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.4%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は6,810、酸価は23.8mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で4.5時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量52.5Kg)。このポリマーの重量平均分子量は113,000、酸価は1.7mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度245℃で、6rp
mで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は202,000、分子量分布は2.32、酸価は1.1mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位76.1mol%、ε−カプロラクトン単位23.9mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基43.2mol%、1,4−ブタンジオール残基43.2mol%、ε−カプロラクトン残基13.6mol%)であり、水酸基末端濃度は19.6×10−6mol/g、分岐点濃度は5.3×10−6mol/g、エーテル結合濃度は1.2×10−6mol/gであった。融点は85.0℃であった。
[製造実施例13]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸38.00Kg、1,4−ブタンジオール31.91Kg、ε−カプロラクトン5.98Kg、L−ラクチド1.33Kg、チタンテトライソプロポキシド48.14gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.25mol%であった。製造実施例1と同様にエステル化反応を行い、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を225〜245℃に保ち、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で6.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物は重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は237,000、分子量分布は2.42、酸価は1.4mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位84.8mol%、ε−カプロラクトン単位11.3mol%、乳酸単位3.9mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基45.6mol%、1,4−ブタンジオール残基46.2mol%、ε−カプロラクトン残基6.1mol%、乳酸残基2.1mol%)であり、水酸基末端濃度は7.5×10−6mol/g、分岐点濃度は3.9×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.8×10−6mol/gであった。融点は97.0℃であった。
[製造実施例14]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール30.17Kg、エチレングリコール1.30Kg、ε−カプロラクトン6.82Kg、チタンテトライソプロポキシド48.14g、リン酸水素マグネシウム三水和物9.84gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.25mol%であった。製造実施例1と同様にエステル化反応を行い、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で7.5時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物は重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は210,000、分子量分布は2.34、酸価は1.2mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位82.8mol%、エチレンサクシネート単位4.6mol%、ε−カプロラクトン単位12.6mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基46.5mol%、1,4−ブタンジオール残基44.3mol%、エチレングリコール残基2.5mol%、ε−カプロラクトン残基6.7mol%)であり、水酸基末端濃度は17.2×10−6mol/g、分岐点濃度は6.0×10−6mol/g、エーテル結合濃度は1.3×10−6mol/gであった。融点は94.5℃であった。
[製造実施例15]
製造実施例10で得られた重量平均分子量179,000、酸価1.1mgKOH/gのペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製格子翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は216,000、分子量分布は2.36、酸価は1.1mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位80.7mol%、εーカプロラクトン単位19.3mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.6mol%、1,4−ブタンジオール残基44.7mol%、ε−カプロラクトン残基10.7mol%)であり、水酸基末端濃度は13.6×10−6mol/g、分岐点濃度は3.0×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.8×10−6mol/gであった。融点は91.6℃であった。
[製造実施例16]
製造実施例1で得られた重量平均分子量188,000、酸価1.4mgKOH/gのペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製格子翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)の重量平均分子量は221,000、分子量分布は2.37、酸価は1.1mgKOH/gであった。原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基49.7mol%、1,4−ブタンジオール残基50.3mol%であった。水酸基末端濃度は13.8×10−6mol/g、分岐点濃度は3.9×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.8×10−6mol/gであった。融点は114.2℃であった。
[製造実施例17]
製造実施例5で得られた重量平均分子量198,000、酸価1.5mgKOH/gのペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製格子翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は224,000、分子量分布は2.38、酸価は1.1mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位91.7mol%、乳酸単位8.3mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基47.8mol%、1,4−ブタンジオール残基47.9mol%、乳酸残基4.3mol%)であり、水酸基末端濃度は15.6×10−6mol/g、分岐点濃度は5.9×10−6mol/g、エーテル結合濃度は1.3×10−6mol/gであった。融点は104.7℃であった。
[製造比較例1]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.88重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール33.58Kg、ε‐カプロラクトン9.67Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム水和物(MgHPO4・3H2O)4.92gを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.62mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が142℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、3.25時間で留出液の量が10.5Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は83.5%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は1,900、酸価は37.7mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を230℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で11.0時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量54.0Kg)。このポリマーの重量平均分子量は136,000、酸価は4.4mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度250℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.5時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
得られた高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は219,000であったが、分子量分布は2.72と広がった。酸価は1.0mgKOH/g、ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位80.7mol%、ε−カプロラクトン単位19.3mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基44.6mol%、1,4−ブタンジオール残基44.7mol%、ε−カプロラクトン残基10.7mol%)であり、水酸基末端濃度は23.7×10−6mol/g、分岐点濃度は10.6×10−6mol/g、エーテル結合濃度は2.8×10−6mol/gであった。融点は91.6℃であった。
[製造比較例2]
製造実施例1と同様の条件でエステル化反応及び高粘度バッチ式重合機での重縮合反応を行って得たペレット状の重量平均分子量110,000、酸価2.6mgKOH/gのポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度255℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
この脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)の重量平均分子量は238,000、分子量分布は2.83、酸価は2.3mgKOH/gであった。原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基49.7mol%、1,4−ブタンジオール残基50.3mol%であった。水酸基末端濃度は4.3×10−6mol/g、分岐点濃度は11.3×10−6mol/g、エーテル結合濃度は3.2×10−6mol/gであった。融点は111.8℃であった。
[製造比較例3]
パドル翼を備えたジャケット付き縦型反応槽内を窒素置換した後、リンゴ酸を0.88重量%含むコハク酸38.00Kg、1,4−ブタンジオール30.45Kg、酸化ゲルマニウムをあらかじめ1重量%溶解させた90%L−乳酸水溶液3.85Kgを仕込み、窒素雰囲気下で、室温から徐々に240℃まで昇温した。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.69mol%であった。昇温開始後、1.5時間で反応液温度が140℃になり、水の留出が開始した。昇温開始後、5.0時間で留出液の量が11.3Kgになった時点でエステル化反応を終了した。留出液に含まれる水の量から計算したエステル化率は93.2%であった。エステル化反応終了時点で生成している脂肪族ポリエステル低分子量体の重量平均分子量は3,830、酸価は26.5mgKOH/gであった。
続いて、得られた脂肪族ポリエステル低分子量体を高粘度バッチ式重合機に移し、反応液の温度を240℃に保ち撹拌し、常圧から徐々に減圧にして最終的に1.0mmHg(133Pa)で5.5時間撹拌して重縮合反応を行った。反応生成物を重合槽から排出し、水槽で冷却し、カッターで裁断してペレット状のポリマーを得た(収量53.0Kg)。このポリマーの重量平均分子量は66,700、酸価は2.5mgKOH/gであった。
得られたペレット状ポリマーを定量フィーダーによって7.4Kg/hの流量で押出機に送り溶融させた後、二軸連続重合反応装置((株)日立製作所製メガネ翼重合機、標準張込み量6L)に連続的に供給した。1.0mmHgの減圧下、反応液温度240℃で、6rpmで撹拌し、平均滞留時間1.0時間で重縮合反応を連続的に行った。高分子量化されたポリマーは反応装置から連続的に排出され、水槽での冷却、カッターでの裁断を経てペレット状の高分子量ポリエステルを得た。
得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は188,000であり、分子量分布は2.40、酸価は1.9mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位93.3mol%、乳酸単位6.7mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基47.9mol%、1,4−ブタンジオール残基48.6mol%、乳酸残基3.5mol%)であり、水酸基末端濃度は23.8×10−6mol/g、分岐点濃度は12.2×10−6mol/g、エーテル結合濃度は12.2×10−6mol/gであった。融点は106.1℃であった。
[製造実施例18](樹脂1の製造)
リンゴ酸を0.47重量%(0.41mol%)含むコハク酸43.18Kg、1,4−ブタンジオール34.60Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム三水和物4.92gを仕込み、製造実施例1及び16と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。
得られた高分子量脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)の重量平均分子量は242,000、分子量分布は1.94、酸価は0.9mgKOH/gであった。原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基49.4mol%、1,4−ブタンジオール残基50.6mol%であった。水酸基末端濃度は16.6×10−6mol/g、分岐点濃度は7.8×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.9×10−6mol/gであった。融点は114.2℃であった。
[製造実施例19](樹脂2の製造)
リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸35.07Kg、アジピン酸10.04Kg、1,4−ブタンジオール34.60Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム三水和物4.92gを仕込み、製造実施例1及び16と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.25mol%であった。
得られた高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は268,000、分子量分布は1.97、酸価は1.1mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位81.2mol%、ブチレンアジペート単位18.8mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基40.3mol%、アジピン酸残基9.3mol%、1,4−ブタンジオール残基50.4mol%)であり、水酸基末端濃度は11.7×10−6mol/g、分岐点濃度は4.6×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.5×10−6mol/gであった。融点は92.3℃であった。
[製造実施例20](樹脂3の製造)
リンゴ酸を0.11重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール32.05Kg、ε−カプロラクトン8.70Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム三水和物4.92gを仕込み、製造実施例2と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.08mol%であった。
得られた高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は231,000、分子量分布は1.99、酸価は0.9mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位82.8mol%、ε−カプロラクトン単位17.2mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基45.1mol%、1,4−ブタンジオール残基45.6mol%、ε−カプロラクトン残基9.3mol%)であり、水酸基末端濃度は10.5×10−6mol/g、分岐点濃度は0.8×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.5×10−6mol/gであった。融点は94.6℃であった。
[製造実施例21](樹脂4の製造)
リンゴ酸を0.35重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール32.05Kg、ε−カプロラクトン8.70Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム三水和物4.92gを仕込み、製造実施例2と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.25mol%であった。
得られた高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は228,000、分子量分布は2.24、酸価は1.0mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位82.8mol%、ε−カプロラクトン単位17.2mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基45.0mol%、1,4−ブタンジオール残基45.6mol%、ε−カプロラクトン残基9.4mol%)であり、水酸基末端濃度は13.2×10−6mol/g、分岐点濃度は4.6×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.2×10−6mol/gであった。融点は94.6℃であった。
[製造比較例4](樹脂5の製造)
リンゴ酸を0.91重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール32.05Kg、ε−カプロラクトン8.26Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム三水和物4.92gを仕込み、製造実施例2と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.66mol%であった。
得られた高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は262,000であったが、分子量分布は2.75と広がった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位83.5mol%、ε−カプロラクトン単位16.5mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基45.2mol%、1,4−ブタンジオール残基45.9mol%、ε−カプロラクトン残基8.9mol%)であり、酸価は0.9mgKOH/g、水酸基末端濃度は21.1×10−6mol/g、分岐点濃度は11.2×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.1×10−6mol/gであった。融点は95.4℃であった。
[製造比較例5](樹脂6の製造)
リンゴ酸を0.91重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール32.05Kg、ε−カプロラクトン8.26Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム三水和物4.92gを仕込み、製造実施例2と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.66mol%であった。
得られた高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は266,000であったが、分子量分布は2.93と広がった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位83.5mol%、ε−カプロラクトン単位16.5mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基45.1mol%、1,4−ブタンジオール残基46.0mol%、ε−カプロラクトン残基8.9mol%)であり、酸価は1.0mgKOH/g、水酸基末端濃度は21.5×10−6mol/g、分岐点濃度は11.5×10−6mol/g、エーテル結合濃度は0.7×10−6mol/gであった。融点は95.4℃であった。
[製造比較例6](樹脂7の製造)
リンゴ酸を0.77重量%含むコハク酸40.00Kg、1,4−ブタンジオール32.05Kg、ε−カプロラクトン3.04Kg、チタンテトライソプロポキシド24.07g、リン酸水素マグネシウム三水和物4.92gを仕込み、製造実施例2と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.63mol%であった。
得られた高分子量脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は230,000であったが、分子量分布は2.72と広がった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位93.2mol%、ε−カプロラクトン単位6.8mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基47.9mol%、1,4−ブタンジオール残基48.6mol%、ε−カプロラクトン残基3.5mol%)であり、酸価は1.0mgKOH/g、水酸基末端濃度は20.3×10−6mol/g、分岐点濃度は10.8×10−6mol/g、エーテル結合濃度は1.1×10−6mol/gであった。融点は106.1℃であった。
[製造比較例7](樹脂8の製造)
リンゴ酸を0.77重量%含むコハク酸38.00Kg、1,4−ブタンジオール30.45Kg、酸化ゲルマニウムをあらかじめ1重量%溶解させた90%L−乳酸水溶液2.07Kgを仕込み、製造比較例2と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.64mol%であった。
得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は189,000であり、分子量分布は2.63、酸価は1.8mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位95.8mol%、乳酸単位4.2mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基49.0mol%、1,4−ブタンジオール残基48.9mol%、乳酸残基2.1mol%)であり、水酸基末端濃度は14.3×10−6mol/g、分岐点濃度は12.0×10−6mol/g、エーテル結合濃度は12.1×10−6mol/gであった。融点は108.5℃であった。
[製造比較例8](樹脂9の製造)
リンゴ酸を0.97重量%含むコハク酸29.96Kg、アジピン酸9.91Kg、1,4−ブタンジオール30.45Kg、酸化ゲルマニウムをあらかじめ1重量%溶解させた90%L−乳酸水溶液2.07Kgを仕込み、製造比較例2と同様にエステル化反応、高粘度バッチ式重合機での重縮合反応、二軸連続重合反応装置での連続的重縮合反応を順に行い、ペレット状の高分子量脂肪族ポリエステルを得た。仕込み時点における酸成分全体に対するリンゴ酸濃度は0.64mol%であった。
得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は181,000であり、分子量分布は2.38、酸価は1.7mgKOH/gであった。ポリマー共重合組成はブチレンサクシネート単位75.6mol%、ブチレンアジペート単位20.2mol%、乳酸単位4.2mol%(原料モノマー由来の構造単位を100mol%として表すと、コハク酸残基38.7mol%、アジピン酸残基10.3mol%、1,4−ブタンジオール残基48.8mol%、乳酸残基2.2mol%)であり、水酸基末端濃度は13.5×10−6mol/g、分岐点濃度は12.0×10−6mol/g、エーテル結合濃度は10.9×10−6mol/gであった。融点は84.3℃であった。上記で得られた樹脂1〜樹脂9の分析値及び物性値を表2に示す。
Figure 2006274254
次に、本発明の製造法によって得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル組成物の成形品について実施例により具体的に説明するが、本発明の成形品はこれらに限定されるものではない。前記樹脂1〜9は下記の条件にて各種成形、及び、各種測定に供した。
フィルム成形:下記の押出機とインフレーションフィルム成形機を用い、下記条件でフィルムを得た。
(i)押出機仕様
スクリュー径:40mm、一軸
シリンダーL/D:28
ダイ径:50mmφ
ダイリップ開度:2.5mm
(ii)押出条件
スクリュー回転数:50rpm
押出機シリンダー設定温度:170℃
ブロー比(TD延伸倍率):4.0倍
MD延伸倍率:31倍(フィルム厚み20μm)及び15.5倍(フィルム厚み40μm)
引き取り速度:17.0(フィルム厚み20μm)及び8.5m/分(フィルム厚み40μm)
本発明における以下で使用する各種測定方法は以下の通りである。
(6)引張試験
JIS K6781に基づき、試験片の引張弾性率(MPa)、伸度(%(GL基準))を求めた。試験片は同規格の引張試験片を使用し、引張試験はクロスヘッドスピード500mm/分で行った。使用機器:オリエンテック社製テンシロン万能試験機UCT−5。測定値は20回の平均値である。
(7)高速引張試験(ダイセル法)
高速引張試験は、下記のフィルム試験片、及び、図6に例示されるような高速引張試験装置を用いて行い、フィルム試験片破断時の引張伸度を測定した。
フィルム試験片:試験片は、JIS K6781に定められた引張試験片を使用した。この試験片の標線間距離は40mmである
試験装置:本高速引張試験に使用する試験装置は、前記フィルム試験片を一方向に一定速度で伸長可能な高速引張試験装置である。前記高速引張試験装置は、フィルム試験片を固定可能な2つのチャックを有し、片方のチャックは固定されており、他方のチャックを50mm/秒〜1000mm/秒の一定速度で移動させてフィルムを伸長することができる。
図6に例示されるような高速引張試験装置では、平らな試験台(5)上にフィルム試験片固定用のチャック(21、41)を備えた固定端(2)と非伸長性連結片(4)が一直線上に配置されている。非伸長性連結片(4)に備えられた移動端チャック(41)は、巻取り装置(3)がフィルム状の非伸長性連結帯(42)を巻き取ることによって、前記範囲の一定速度で巻取り装置の方向に移動する。固定端チャック(21)と移動端チャック(41)の間の最大距離は600mmである。
試験を開始するにあたっては、フィルム試験片は片端を固定端(2)のチャック(21)に、他端を移動端チャック(41)に、巻取り方向に対してゆがみがないように固定した。その後、巻取り装置(3)を作動させ、移動端チャック(41)を一定速度で移動し、フィルム試験片の伸長(高速引張試験)を行った。試験は、フィルム試験片が破断するか、チャック間距離が前記最大距離に達したところで終了とした。
試験の開始から終了までの様子は、画像撮影装置(6)にて経時的に撮影し、得られた動画から、試験の開始から終了までの時間を測定し、所要時間と移動端チャック(41)の移動速度から、フィルム試験片の破断時における移動端チャック(41)の移動距離を算出し、前記移動距離をフィルム試験片の標線間距離で除した数値を本試験における引張破断伸度(%)とした。
その他の試験条件は下記のとおり;
試験雰囲気:室温23℃、湿度50%RH
チャック間距離:8cm
試験スピード:100mm/秒
引張条件:等速引張
試験回数:繰り返し回数20回の測定で得られた破断点伸度の平均値及び標準偏差を算出し、さらに変動率〔(標準偏差/平均値)×100(%)〕を求めた。
(8)落球衝撃試験
フィルムを直径12cmの円形の枠に固定し、23℃、50%RH雰囲気下で、下記球を電磁石方式の重錘離脱装置を用いて落下させた時の試験片の数の50%が破れる時の球の落下高さH(d)(ここで、dはフィルム厚さ(μm)を示す。)を測定する。繰り返し試験回数n=20である。
落球(イ)Φ41mm、質量286g。
落球(ロ)Φ19mm、質量28g。
以下の実施例では、「落球高さ(cm)」として表示してある。
(9)熱収縮応力
所定厚みのフィルム状試験片を幅1cm、長さ10cmの短冊状に切り出し、合計厚みが100〜200μmの範囲になるよう複数枚重ねたものを測定サンプルとして使用する。東洋精機(株)製伸張粘度計を用いて、チャック間距離を10cmとして、125℃のオイルバス中に浸漬した際にチャック間に発生する応力を測定し、応力が最大になった点を以って熱収縮応力とする。
(10)落錘衝撃試験
ASTM D3763よる。厚み1.5mmのプレス成形板を用いて、面衝撃落錘衝撃試験により荷重−歪み曲線を測定し、降伏点までの領域を弾性変形領域とし、降伏点以降破断点までの領域を伝播領域として、弾性変形エネルギーEp(単位:J)と伝播エネルギーEg(単位:J)を求めた。
プレス成形板成形条件:樹脂を190℃、5分予熱した後、同温度で、10MPa加圧下に5分プレスした後、20℃で10MPa加圧下に3分冷却した。
サンプル形状:100mm×100mm×1.5mm
計装式落錘衝撃試験機(図1):東洋精機(株)社製グラフィックインパクトテスタ(ロードセル付きストライカーの衝撃端部径12.7mm、サンプルホルダー径76mm、落錘重量6.5kgf、落錘高さ80cm)
図2は、落錘衝撃試験により得られたプレス成形板の荷重−歪み曲線の一例である。図2において、開始点(荷重0)から降伏点(荷重最大値)までの領域が弾性変形領域であり、降伏点から破壊点(荷重0)までの領域が伝搬領域である。延性比は、弾性変形領域のエネルギーEp(単位:J)と、伝播領域のエネルギーEg(単位:J)の比Eg/(Eg+Ep)である。
(11)シャルピー衝撃試験(ダイセル法)
サンプル、及びその固定方法以外は、JIS K7111のシャルピー衝撃試験方法に準拠した。
フィルム試験片:JIS K6781準拠のダンベル形引張試験片。このときダンベル平行部の長尺方向をフィルムのTD方向に合わせた
使用機器:安田精機製作所(株)製インパクトテスター
フィルム状サンプルの固定器具を図3に示す。図3において、フィルム状サンプルは、一対の固定用治具1によって固定される。固定用治具1はボルト部2をレンチなどを用いて回転させることによりフィルム状サンプルを挟み込み固定する。締め付け強さは、試験実施時にフィルム状サンプルと固定用治具1の間に滑りが発生しない程度とする。
フィルム状サンプルを、つかみ治具間の間隔を40mmとして、インパクトテスターに取り付けられた衝撃刃の中央部に、衝撃刃に対して垂直にサンプルのダンベル平行部分の中央部が当るように、つかみ治具の高さ、位置を調整した。
ハンマー質量90kgf、衝撃速度2.9m/秒の条件で、サンプルの破壊によるハンマーのエネルギー損失を測定した。繰り返し回数20回。測定値の平均値及び標準偏差を算出し、さらに変動率=(標準偏差/平均値)×100を求めた。
〔実施例I-1〜I-4、比較例I-1〜I-5〕
樹脂1〜9を用いて、厚み1.5mmの圧縮成形品をASTM D3763に基づく落錐衝撃試験により、降伏点までの弾性変形エネルギーEp(単位:J)と、降伏点以降破壊点までの伝播エネルギーEg(単位:J)を測定し、延性比Eg/(Eg+Ep)を求めた。結果をまとめて表3に示す。
Figure 2006274254
以下、本発明の製造法によって得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル組成物を使用した高耐衝撃フィルムについて実施例により説明する。
[実施例II−1〜II−2、比較例II−1〜II−2]
前記製造実施例で得られた表3に示す樹脂を用い、インフレーション成形機を使用してフィルム引き取り速度17.0m/分で厚さ約20μmのフィルムを得た。
[実施例II−3、比較例II−3]
前記製造実施例で得られた表3に示す樹脂を用い、インフレーション成形機を使用してフィルム引き取り速度8.5m/分で厚さ約40μmのフィルム(実施例II−3)を、34.0m/分で厚さ約20μmのフィルム(比較例II−3)を得た。上記のフィルムの組成及び物性をまとめて表4に示す。
Figure 2006274254
圧縮成形品の落錘衝撃試験の概要を示す図である。 落錘衝撃試験により得られた荷重−歪み曲線の一例である。 シャルピー衝撃試験におけるフィルム状サンプル固定器具の一例を示す図である。 本発明の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの1H−NMRスペクトルの一例である。 本発明の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルのGPC溶出曲線の一例である。 高速引張試験に使用する、試験装置の概念図の一例である。
符号の説明
1 試験片
2 固定端
21 固定端チャック
3 巻取り装置
31 回転ロール
32 モータ
33 巻取り紐
4 非伸長性連結片
41 移動端チャック
42 非伸長性連結帯
5 試験台
6 画像撮影装置

Claims (21)

  1. 脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸類及び必要に応じて加えられる脂肪族ヒドロキシカルボン酸類を原料とし、
    2A族、2B族、及び4A族元素化合物からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物を触媒として使用する低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法であって、製造工程が、
    反応温度160〜250℃でエステル化率85〜98%までエステル化反応を進め、重量平均分子量2,000〜9,000、酸価10.0〜30.0mgKOH/gの低分子量体を得る工程と、反応温度220〜250℃での重縮合反応により、反応液の粘度が10Pa・sec以上になるように高分子量化する工程からなり、
    前記脂肪族ジカルボン酸類100mol%のうち100〜75mol%の割合でコハク酸又はその誘導体を使用し、前記コハク酸又はその誘導体中のリンゴ酸の濃度が0.60重量%以下であり、
    前記高分子量化工程において、二軸連続重合反応装置を使用することを特徴とする低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法。
  2. コハク酸及び/又はその誘導体が、コハク酸及び/又はコハク酸無水物であることを特徴とする請求項1に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法。
  3. 触媒としてチタン化合物とリン化合物及び/又はマグネシウム化合物とからなる混合触媒を使用することを特徴とする請求項1又は2に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルの製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法により得られる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  5. 重量平均分子量(Mw)が70,000以上であり、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が3.0以下であり、下記式(4)で示される分岐構造の1H−NMR測定によるCH基:
    −O−C(=O)−CH(O−C(=O)−)CH2−C(=O)O− (4)
    の含有率が10.0×10−6mol/g以下であり、かつ、副反応により形成されたエーテル結合の含有率が7.0×10−6mol/g以下である請求項4に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  6. 酸価が2.0mgKOH/g以下である請求項4又は5に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  7. 1H−NMR測定による水酸基末端濃度が40×10−6mol/g以下である請求項4〜6のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  8. 脂肪族ジカルボン酸類100mol%のうち0〜25mol%がアジピン酸である請求項4〜7のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  9. 脂肪族ジオールが1,4−ブタンジオール及び/又はエチレングリコールである請求項4〜8のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  10. 脂肪族ヒドロキシカルボン酸類が、ε−カプロラクトン、4−メチル−ε−カプロラクトン、3,3,5−トリメチル−ε−カプロラクトン、3,5,5−トリメチル−ε−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、エナントラクトン、グリコール酸、乳酸、及び3−ヒドロキシ酪酸からなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項4〜9のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  11. 脂肪族ジオール、脂肪族ジカルボン酸類、及び脂肪族ヒドロキシカルボン酸類の合計に対する、脂肪族ヒドロキシカルボン酸類のモル分率が0.04〜0.25である請求項4〜10のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  12. 低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルが、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート−ブチレンアジペート)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−ε−カプロラクトン)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−乳酸)共重合体、ポリ(ブチレンサクシネート−ブチレンアジペート−乳酸)共重合体、及び/又はポリエチレンサクシネートである請求項4〜11のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル。
  13. 請求項4〜12のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルを成形してなる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品。
  14. 成形が、押出成形、射出成形、圧縮成形、射出圧縮成形、トランスファ成形、注型成形、スタンパブル成形、ブロー成形、延伸フィルム成形、インフレーションフィルム成形、積層成形、カレンダー成形、発泡成形、RIM成形、FRP成形、粉末成形又はペースト成形である請求項13に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品。
  15. 厚み1.5mmの圧縮成形品をASTM D3763に基づく落錐衝撃試験による、歪み−応力曲線における降伏点までの弾性変形エネルギーEp(単位:J)と、降伏点以降破壊点までの伝播エネルギーEg(単位:J)を測定した場合に、全吸収エネルギーEg+Ep(単位:J)が10J以上である請求項13又は14に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品。
  16. 伝播エネルギーEgが5.5J以上である請求項15に記載の低分岐度脂肪族ポリエステル成形品。
  17. 請求項13〜16のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステル成形品が、厚みが5μm〜0.5mmのフィルムであって、無延伸又は一軸もしくは二軸延伸されてなる低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルム。
  18. 直径41mm、重さ286gの球を用いた落球衝撃試験高さH(d=厚み)が、フィルム厚み20μmに換算した場合に20cm以上である請求項17に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルム。
  19. MD方向の熱収縮応力(SMD)が0.4MPa以下であり、TD方向の熱収縮応力(STD)との比SMD/STDが10以下である請求項17又は18に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルム。
  20. フィルムのTD方向の高速引張試験(ダイセル法)による、破断点伸度の平均値が750%以上で、その変動率が15%以下である請求項17〜19のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルム。
  21. フィルムのTD方向のシャルピー衝撃試験(ダイセル法)による、吸収エネルギーの平均値が150MPa以上で、その変動率が50%以下である請求項17〜20のいずれか1項に記載の低分岐度高分子量脂肪族ポリエステルフィルム。
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