JP2507491B2 - ポリエステル組成物 - Google Patents

ポリエステル組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ポリエステル組成物に関し、さらに詳しく
はシリカと結合可能な金属酸化物およびシリカを主な構
成成分とし、平均粒径が0.01〜5μmの無機酸化物を含
有してなるポリエステル組成物に関する。
[従来の技術] ポリエステル特にポリエチレンテレフタレートは、そ
の優れた物理的、科学的特性を有するため、繊維、フィ
ルム、その他成形品として広く使用されている。しか
し、その優れた特性とは逆に、上記成形品を得る成形工
程における工程通過性、あるいは製品自体での取り扱い
における滑り性不良による作業性の悪化、製品価値の低
下といった好ましくないトラブルが発生することも知ら
れている。
これらの問題に対して、ポリエステル中に微粒子を含
有せしめて成形品の表面に適度の凹凸を付与し、成形品
の表面の滑り性を向上させる方法が数多く提案され、そ
の一部は実用化されている。例えば酸化ケイ素、二酸化
チタン、炭酸カルシウム、タルク、カオリナイトなどの
不活性無機粒子をポリエステル合成反応系に添加する方
法がある(例えば特開昭55-133431号公報)。
しかし、かかる不活性無機粒子を添加する場合、添加
量が増加するにつれてポリエステルの重要な特性である
透明度が減少する。フィルムに成形した場合、特に粒子
とポリエステルの屈折率の影響および延伸による粒子ま
わりのボイド発生等により著しく透明性が損われること
が知られている。粒子の屈折率に関してはポリエステ
ル、特にポリエチレンテレフタレートの屈折率に近い粒
子は少なく、屈折率の近い粒子があっても易滑性に劣る
などの問題がある。
近年、特に易滑性と透明性に優れたフィルムが要求さ
れる製版印刷用、エックス線写真用、マイクロフィルム
用、電子写真用、ジアゾ写真用等の複写用途において、
易滑性および透明性という二律排反の現象をより高度に
満足させることが要求されるようになった。しかし未だ
解決に至っていないのが現状である。
そこで、本発明者らは、上記従来使用されている不活
性無機粒子添加方式の欠点を改良し、特に易滑性と透明
性のバランスに優れたポリエステルフィルムを得るため
に鋭意検討した結果、シリカと結合可能な金属酸化物お
よびシリカを主な構成成分とする無機酸化物を用いるこ
とによって本発明の目標を達成できることが判明した。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、シリカと結合可能な金属酸化物およ
びシリカを主な構成成分とする無機酸化物を含有し、従
来技術では達成し得なかった易滑性および透明性に優れ
たポリエステル組成物を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 前記した本発明の目的は、平均粒径が0.01〜5μmで
あって、かつシリカのシリコン原子と金属酸化物とが酸
素を仲介に結合してなる複合酸化物を主な構成成分とす
る無機酸化物を含有するポリエステル組成物によって達
成される。
本発明におけるポリエステルは、芳香族ジカルボン酸
を主とする二官能性酸性分と、少なくとも一種のグリコ
ール成分よりなるポリエステルである。
本発明のポリエステルの二官能性酸成分は、芳香族ジ
カルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体を主とす
るものであり、具体的にはテレフタル酸、2,6−ナフタ
リンジカルボン酸、1,2−ビス(2−クロロフェノキ
シ)エタン−4,4′−ジカルボン酸、そのエステル形成
性誘導体としてテレフタル酸ジメチル、2,6−ナフタリ
ンジカルボン酸ジメチル、1,2−ビス(2−クロロフェ
ノキシ)エタン−4,4′−ジカルボン酸ジメチルなどが
挙げられ、なかでもテレフタル酸もしくはテレフタル酸
ジメチルが好ましい。また、グリコール成分としてはエ
チレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレング
リコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコ
ール、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどが挙げら
れ、なかでもエチレングリコールが好ましい。これらジ
カルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体およびグ
リコール成分以外に他の成分を共重合してもよく、その
成分は例えば、ジ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、ポリアルキレングリ
コール、p−キシリレングリコール、1,4−シクロヘキ
サンジメタノール、5−ナトリウムスルホレゾルシンな
どのジオール成分、アジピン酸、セバシン酸、フタル
酸、イソフタル酸、2,6−ナフタリンジカルボン酸、5
−ナトリウムスルホイソフタル酸などのジカルボン酸成
分、トリメリット酸、ピロメリット酸などの多官能ジカ
ルボン酸成分、p−オキシエトキシ安息香酸などのオキ
シジカルボン酸成分などが挙げられる。
ジカルボン酸成分がジカルボン酸の場合はグリコール
とエステル化反応後、またジカルボン酸エステルの場合
はグリコールとエステル交換反応後、高温、減圧下にて
重縮合せしめポリエステルを得る。
また、プレポリマー自身を出発物質として重縮合させ
ることもできる。
本発明に用いる無機酸化物はシリカのシリコン原子と
金属酸化物が酸素を仲介に結合しており、主にシリカと
一種類以上の金属酸化物とがその構成成分となってい
る。本粒子の特徴はシリカと金属酸化物の構成比率によ
り屈折率を変化させることができるという点にある。す
なわち、構成比率を選択することにより屈折率をポリエ
ステルの屈折率に近いところに設定でき、特にフィルム
に成形した場合、非常に透明なフィルムが得られる。従
ってシリカと結合可能な金属酸化物の種類は特に限定さ
れないがシリカよりも屈折率の高い金属酸化物が好まし
く、例えば酸化チタニウム、酸化ジルコニウム、酸化ゲ
ルマニウム、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化マグネ
シウムなどが挙げられる。中でも酸化チタニウム、酸化
ジルコニウムがフィルムの透明性の点から特に好まし
い。もちろん金属酸化物としてアルカリ金属酸化物を含
んでいてもよい。屈折率の範囲はフィルムの透明性の点
から1.50〜1.80が好ましく、1.55〜1.70がさらに好まし
い。
また、粒子の形状は易滑性の点から球形状が好まし
く、体積形状係数が0.30〜0.52のものが好ましく、さら
には0.40以上のものが好ましい。
[ただし、体積形状係数fは次式で表わされる。f=V/
D3 Vは粒子体積(μm3)、Dは粒子の投影面における最
大径(μm)]本発明に用いる無機酸化物を製造する方
法は、有機ケイ素化合物(アルコキシシラン又はその低
縮合物)と有機金属化合物(例えばTiの場合、テトラブ
チルチタネート)とを予め混合し、混合溶液として調整
する。その後有機ケイ素化合物と有機金属化合物には溶
解するが反応生成物には実質的に溶解しないアルカリ性
溶媒中に調整液を添加し、シリカと金属酸化物とを主な
構成成分とする無機酸化物を析出させて得る方法が好ま
しく用いられるが、特にこの方法に限定されるものでは
ない。このような方法で得られた無機酸化物において、
両成分が化学的に結合していることは通常無機酸化物の
赤外スペクトル及び屈折率を測定することで確認でき
る。例えば赤外スペクトルについては金属酸化物がTiO2
のときは950cm-1に特異な吸収を認めることができる
し、無機酸化物の屈折率がその構成成分それぞれの屈折
率の間にあり、金属酸化物の成分、例えばTiO2、ZrO2
増加するとともにシリカ単独の屈折率より高くなる事か
ら確認することができる。
本発明に用いる無機酸化物の平均粒径は0.01〜5μm
とする必要があり、より好ましくは0.05〜2μmであ
る。平均粒径が0.01μm未満ではフィルムにした場合、
滑り性が低下してくる。また平均粒径が5μmを越える
とボイドの発生、粗大突起に起因するフィルム表面の散
乱の増加等によるフィルムの透明性が減少する。
また、無機酸化物のポリエステルに対する添加量は0.
001〜10重量%であることが好ましく、より好ましくは
0.002〜2重量%である。
本発明に用いる無機酸化物を用いると、シリカと金属
酸化物の構成比率によりポリエステルに近い屈折率に設
計できるので、二軸延伸フィルムにした場合、透明性に
優れたフィルムが得られ、易滑性および透明性という二
律排反の現象をより高度に満足させることができる。無
機酸化物粒子のポリエステルへの添加時期、方法は特に
限定されないが重合開始前から重合反応中の段階で添加
するのが粒子分散性の点で特に好ましい。ポリエステル
組成物製造前駆段階または重縮合段階における粒子の添
加はエチレングリコールに分散させたスラリー状態で添
加するのが好ましい。
エチレングリコール等の分散媒への分散法は例えば高
速分散機、サンドミル、ロールシール等を用いてもよ
い。
また分散時にはリン酸、亜リン酸、ヘキサメタリン酸
ナトリウムなどのリン原子含有化合物、テトラエチルア
ンモニウムハイドロオキサイド、ヒドロキシルアミンな
どの窒素原子含有化合物、アルカリ化合物、陽イオン、
陰イオン、両性もしくは非イオン性などの界面滑性剤等
の分散剤を使用するとスラリーおよびポリマー中の無機
酸化物粒子の分散性がさらに向上し、特に好ましい。
さらにポリエステルの製造時に通常用いられるリチウ
ム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、マンガ
ン、亜鉛、アンチモン、ゲルマニウム、チタン等の化合
物の金属化合物触媒、着色防止剤としてのリン化合物、
無機酸化物粒子以外の無機粒子および有機高分子微粒子
も必要に応じて適宜添加できる。
[実施例] 以下に実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
なお、得られたポリエステルの各特性値の測定は次の
方法に従って行なった。
(A)粒子の粒径 平均粒径は粒子の電子顕微鏡写真によって測定した50
体積%の点にあたる粒子の等価球直径により求めた。等
価球直径とは粒子と同じ体積を有する球の直径である。
(B)粒子の屈折率 試料の無機酸化物の屈折率と同じ屈折率の溶媒を調整
し、その溶媒の屈折率を試料の屈折率とした。溶媒の調
整方法としては、試料を溶媒に懸濁させ、肉眼観察によ
り透明に見えるような溶媒組成を一定温度下で調整し
た。使用した溶媒はペンタン、ヘキサン、シクロヘキサ
ン、トルエン、スチレンおよびヨウ化メチレン等であ
り、溶媒の屈折率はアッベの屈折計で測定した。
(C)粒子の組成比 本発明に用いる無機酸化物の構成比率は、ICP(誘導
結合プラズマ)発光分光分析法により各成分を定量化
し、比率を求めた。
(D)ポリマーの極限粘度 o−クロロフェノールを溶媒として25℃にて測定し
た。
(E)ポリマー中の粒子分散状態 ポリマーを超薄膜作成装置によって800Å前後の超薄
切片にしたのち、透過型電子顕微鏡により、ポリマー中
の粒子分散状態を観察した。
分散状態の判定は次のとおりに行なった。
○:二次凝集粒子はほとんど観察されず、目的を達成す
る。
△:わずかに二次凝集粒子が存在し、目的を達成しな
い。
×:ほとんどの粒子が二次凝集粒子であるので目的を達
成しない。
(F)フィルム特性 1)表面粗さ:Ra(μm) 触針式表面粗さによる測定値で示した(カットオフ値
0.08mm、測定長0.5mm。ただし、JIS-B-8601に従っ
た。) 2)滑り性 ASTM-D-1894B-63に従い、スリップテスターを用い
て、静摩擦係数(μs)ならびに動摩擦係数(μd)を
測定した。
3)フィルムヘイズ ASTM-D1003-52に従って測定した。
4)ボイド 延伸倍率として縦3.3倍、横3.6倍、延伸温度85〜95℃
で延伸した25μ厚さ2軸配向フィルムをスライドグラス
上に流動パラフィンでマウントし、透過型光学顕微鏡を
暗視野にして高輝度部分(白色部分)の面積Aをイメー
ジアナライザー(QTM900、ケンブリッジインストルメン
ト製)で求める。次に、位相差顕微鏡にて上記高輝度部
分と同一場所中の低輝度部分(灰色〜黒色部分)の面積
Bを上記と同様にしてイメージアナライザーで求め両者
の面積の比(B/A)をボイド比率とした。
評価基準は下記の通りである。
ボイド比率 ◎:0.1未満で目的を達成する。
○:0.13〜0.1で目的を達成する。
△:0.2〜0.13で目的を達成しない。
×:0.2を越え、目的を達成しない。
実施例1 テレフタル酸ジメチル100重量部とエチレングリコー
ル70重量部から酢酸カルシウム0.09重量部を触媒として
常法により、エステル交換反応を行ない、その生成物に
三酸化アンチモン0.03重量部、リン酸トリメチル0.2重
量部および10重量%濃度のエチレングリコールスラリー
として分散させた平均粒径0.6μmのシリカと酸化チタ
ニウムからなる球形の無機酸化物粒子(SiO2・TiO2、組
成比SiO2:TiO2=80:20、体積形状係数0.45)0.1重量部
を添加し、常法により重合して、極限粘度0.610、軟化
点260.5℃のポリエチレンテレフタレートを得た。ポリ
マー中の粒子を透過型電子顕微鏡によって観察した結
果、粒子分散状態は二次凝集が少なく、ほぼ単分散状態
で存在していた。該ポリマーを290℃で溶融押し出し
し、85℃で縦方向に3.3倍、95℃で横方向に3.6倍延伸し
た。その後205℃で熱固定し、厚さ25μmの二軸延伸フ
ィルムを得た。該フィルム特性を評価した結果、滑り性
および透明性が良好であった(第1表)。
実施例2〜8および比較例1,2 含有する無機酸化物粒子の種類、それを構成する成分
の比、平均粒径および含有量(体積形状係数がSiO2・TiO
2:0.45、SiO2・ZrO2:0.47、SiO2・TiO2・Al2O3:0.42)を種
々変えて実施例1と同様にポリエチレンテレフタレート
の二軸配向フィルムとした。含有する無機酸化物の種
類、平均粒径が本発明の範囲内であるものはフィルムに
した場合、滑り性、透明性共に優れていた(実施例2〜
8)。
しかし、含有する無機酸化物粒子の平均粒径が本発明
外であるときは滑り性と透明性を共に満足させることは
できなかった。(比較例1,2) 比較例3〜6 実施例1と同様にして、コロイダルシリカ粒子(体積
形状係数0.50)、二酸化チタン粒子(体積形状係数0.2
0)、α−アルミナ粒子(体積形状係数0.22)を含有し
た2軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルムを得
た。いずれの場合も滑り性と透明性を共に満足させるこ
とはできなかった。
実施例9 添加する無機酸化物粒子を平均粒径0.4μmのシリカ
と酸化アルミニウムからなる球形の無機酸化物粒子(Si
O2・Al2O3、組成比SiO2:Al2O3=70:30(但しアルカリ金
属としてNaをAlと等モル含有する)、体積形状係数0.5
2)0.1重量部とする以外は実施例1と同様にしてポリエ
チレンテレフタレートを得た。ポリマ中に二次凝集粒子
はほとんど観察されず粒子分散性は良好であった。ま
た、実施例1と同様にして得られた二軸延伸フィルムの
表面粗さRaは0.008μm、フィルムヘイズは1.3%、静摩
擦係数は1.2μs、ボイド比率の評価は○であり、滑り
性、透明性などが良好であった。
[発明の効果] 本発明のポリエステルは、シリカと結合可能な金属酸
化物およびシリカを主な構成成分とした無機酸化物粒子
を含有するので次のような優れた効果が発揮される。
(1)本発明の無機酸化物粒子は、ポリマー中に極めて
均一に分散されるので本発明のポリエステル組成物から
得られる繊維、フィルムあるいは成形品相互間の易滑性
に優れ、また押出しなどの成形機の目詰りや糸切れ、フ
ィルム破れ等のトラブルが生じない。
(2)本発明の粒子は、シリカと金属酸化物の構成比率
を選択することにより、ポリエステルに近い屈折率に設
計できるので、フィルムにした場合透明性良好なフィル
ムが得られる。かかるフィルムは写真、製版用途に好適
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−82325(JP,A) 特開 昭63−72729(JP,A) 特開 昭63−235337(JP,A) 特開 昭63−238136(JP,A) 特開 昭60−166435(JP,A) 特開 昭60−56531(JP,A) 特開 昭59−100156(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均粒径が0.01〜5μmであって、かつシ
    リカのシリコン原子と金属酸化物とが酸素を仲介に結合
    してなる複合酸化物を主な構成成分とする無機酸化物を
    含有するポリエステル組成物。
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