JP2527506B2 - Method for producing unsaturated polyester - Google Patents

Method for producing unsaturated polyester

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JP2527506B2
JP2527506B2 JP3106008A JP10600891A JP2527506B2 JP 2527506 B2 JP2527506 B2 JP 2527506B2 JP 3106008 A JP3106008 A JP 3106008A JP 10600891 A JP10600891 A JP 10600891A JP 2527506 B2 JP2527506 B2 JP 2527506B2
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unsaturated polyester
acid
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unsaturated
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栄一郎 滝山
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、分子量(数平均分子
量、以下同様)が5000以上である、高分子量不飽和
ポリエステルの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high molecular weight unsaturated polyester having a molecular weight (number average molecular weight, the same applies hereinafter) of 5000 or more.

【0002】[0002]

【従来の技術および課題】ポリエステル樹脂(不飽和ポ
リエステルをこれと共重合可能なモノマーに溶解したも
のをこう呼ぶことにする)は、汎用FRPのマトリック
ス樹脂として、浴槽、浄化槽、洗面化粧台等の住設機
器、ならびに漁船、レジャー関係の器具、設備、例えば
ボート、ヨット等の舟艇、さらには耐食性の機器、自動
車部品などに多量に用いられている他、樹脂自体の用途
として塗料、化粧板、注形関係、などにも活用されてい
る。例えば、ポリエステル樹脂にフィラー、ガラス繊
維、硬化剤、増粘剤を混合、熟成して、シートモールデ
ィングコンパウンド Sheet Molding Compaund(SM
C)とし、浴槽等の住設機器、または自動車の外板など
に用いられている。しかしながら、用途の拡大につれて
樹脂の物性がより高度のものが求められるようになって
おり、例えば耐煮沸性、あるいは強度、弾性度などをよ
り一層レベルアップする必要に迫られてもいる。このよ
うな要求を充たすために、樹脂改良の方法は種々試みら
れてはいるが、その分子量を高めることもその一つであ
る。すなわちポリエステル樹脂を構成する不飽和ポリエ
ステルの分子量を高めることにより、傾向として熱変形
温度、強度のレベルアップがみられるようになる。しか
し、現在の不飽和ポリエステルの分子量は2000〜2
500程度のいわばプレポリマー的なものであって、エ
ステル化法に依存する限り、分子量をこれ以上高めるこ
とは、ゲル化の危険性の点から、甚だしく困難なものと
なる。すなわち、エステル化に続く脱グリコール反応に
おいて、数平均分子量はほゞ一定値に達した段階から大
きく変化することがないのに反して、重量平均分子量は
反応時間と共に増加を続け、遂にはゲル化するに至る。
この点が熱可塑性ポリエステル(飽和ポリエステル)と
は根本的に異なる点である。
2. Description of the Related Art Polyester resin (unsaturated polyester dissolved in a copolymerizable monomer is referred to as below) is used as a general-purpose FRP matrix resin in baths, septic tanks, vanities, etc. Residential equipment, fishing boats, leisure-related equipment and facilities, such as boats, yachts and other boats, as well as corrosion-resistant equipment, automobile parts, etc. It is also used for cast relations. For example, polyester resin is mixed with filler, glass fiber, curing agent, thickener and aged, and then sheet molding compound Sheet Molding Compaund (SM
C), it is used for housing equipment such as bathtubs, or outer panels of automobiles. However, as the applications are expanded, the physical properties of the resin are required to be higher, and it is necessary to further improve the boiling resistance, the strength, the elasticity, etc., for example. In order to meet such requirements, various methods for improving resins have been tried, but one of them is to increase the molecular weight. That is, by increasing the molecular weight of the unsaturated polyester that constitutes the polyester resin, the heat distortion temperature and the strength tend to increase. However, the current molecular weight of unsaturated polyester is 2000-2.
It is a so-called prepolymer of about 500, and as long as it depends on the esterification method, it is extremely difficult to further increase the molecular weight from the viewpoint of gelation risk. That is, in the deglycolization reaction following the esterification, the number average molecular weight does not change much from the stage where it reached a substantially constant value, while the weight average molecular weight continues to increase with the reaction time and finally gels. To reach.
This point is fundamentally different from the thermoplastic polyester (saturated polyester).

【0003】[0003]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、以前から
試みられたことのない、少なくとも公表されたことのな
い方法として、不飽和ポリエステルの製造に、ポリエチ
レンテレフタレートの製造にみられる脱グリコール反応
を適用し、ほゞ次の条件が満足されるならば、分子量5
000以上の高分子量ポリエステルが合成可能なことを
明らかにした(特願平1-292354)。すなわち、 (i) エステル化後の酸価は15以下、望ましくは10
以下とし、 (ii) 5mmHg以下の減圧、望ましくは1mmHg以下の減圧
状態で、 (iii) 脱グリコール反応の触媒として、テトラアルキ
ルチタン化合物を使用する。本発明は、前記のテトラア
ルキルチタンに代わる脱グリコール反応の触媒に関する
ものである。すなわち本発明は、α,β-不飽和多塩基酸
(またはその酸無水物)を、任意の飽和または不飽和の
多塩基酸(またはその酸無水物)で変性しまたはせず
に、多価アルコールで酸価10以下までエステル化し、
次いで脱グリコール反応を行って、不飽和ポリエステル
を製造する方法であって、生成不飽和ポリエステル10
0重量部に対して0.01〜3重量部の、亜鉛、カドミ
ウム、ジルコニウム、コバルト、マンガン、錫からなる
群より選ばれた少なくとも一種の金属の有機酸塩または
アルコキシ化合物を、該エステル化または脱グリコール
反応の段階で添加することを特徴とする、不飽和ポリエ
ステルの製造方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have proposed, as a previously untried, at least unpublished method, the deglycolization found in the production of unsaturated polyesters and in the production of polyethylene terephthalate. A molecular weight of 5 is applied if the reaction is applied and the following conditions are met:
It was clarified that a high molecular weight polyester of 000 or more can be synthesized (Japanese Patent Application No. 1-292354). That is, (i) the acid value after esterification is 15 or less, preferably 10
In the following, (ii) a reduced pressure of 5 mmHg or less, preferably a reduced pressure of 1 mmHg or less, (iii) a tetraalkyl titanium compound is used as a catalyst for the deglycolization reaction. The present invention relates to a catalyst for a deglycolization reaction which replaces the above tetraalkyl titanium. That is, the present invention provides a polycarboxylic acid having or without modifying an α, β-unsaturated polybasic acid (or an acid anhydride thereof) with or without any saturated or unsaturated polybasic acid (or an acid anhydride thereof). Esterified with alcohol to an acid value of 10 or less ,
Then, a method for producing an unsaturated polyester by carrying out a deglycolization reaction, which comprises producing an unsaturated polyester 10
The esterification or alkoxy compound of 0.01 to 3 parts by weight based on 0 part by weight of an organic acid salt or alkoxy compound of at least one metal selected from the group consisting of zinc, cadmium, zirconium, cobalt, manganese, and tin is used. The present invention provides a method for producing an unsaturated polyester, which is characterized in that it is added at the stage of deglycolization reaction.

【0004】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明において前記金属の有機酸塩またはアルコキシ化
合物を用いる理由は、生成する不飽和ポリエステルの数
平均分子量を増大させながら、重量平均分子量の増加を
極力抑制し、合成反応をゲル化させることなく、安全に
行うことにある。本発明は、上述の金属の有機酸塩また
はアルコキシ化合物が、数平均分子量の上昇には有効に
作用しながら、一般の有機金属化合物を用いた場合より
も重量平均分子量を増大させる傾向は少ないことを見出
した点に基づいている。重金属の有機酸塩の中には、例
えばバナジウム、鉄、クロム等のように、脱グリコール
反応の触媒として有用なものもあるが、これらを使用し
て得られた不飽和ポリエステルを、スチレン等のモノマ
ーに溶解して製造されるポリエステル樹脂では、保存安
定性が悪い、着色が著しい、硬化性を損なう等の欠点が
あるため、触媒としては必ずしも適当なものではない。
この点が飽和ポリエステル合成の際とは異なることの一
例である。前出したように、本発明の一条件は、不飽和
ポリエステル合成の際に、脱グリコール反応を適用して
分子量5000以上の高分子量化をはかることである。
また、不飽和ポリエステルの合成に当たっては、エステ
ル化に続く脱グリコール反応において、数平均分子量
は、ほぼ一定値に達した段階から大きく変化することが
ないのに反して、重量平均分子量は、反応時間とともに
増加を続け、ついにはゲル化に至る。この点が熱可塑性
ポリエステル(飽和ポリエステル)とは根本的に異なる
点であり、飽和ポリエステル合成の知見では、不飽和ポ
リエステル製造の条件を知ることのできない理由であ
る。故に、脱グリコール反応の触媒には、重量平均分子
量の増大を極力抑制するタイプでなければならず、反応
を安全性を考慮するならば、前出した種類が適当といえ
る。本発明で使用できる前記金属の有機酸塩としては、
各種の有機酸塩を使用できるが、例えば酢酸塩、ナフテ
ン酸塩、オクチル酸塩、シュウ酸塩等を挙げることがで
きる。具体的には、酢酸亜鉛、酢酸カドミウム、オクチ
ル酸ジルコニウム、酢酸コバルト、酢酸マンガン、シュ
ウ酸第一錫、ジブチル錫オキサイド、トリイソプロピル
ジルコネート、トリブチルジルコネート等である。また
前記の有機酸塩のほかに、前記金属のアルコキシ化合物
も使用できる。上記金属の有機酸塩またはアルコキシ化
合物の使用量は、生成不飽和ポリエステル100重量部
に対して0.01〜3重量部、好ましくは0.05〜1重
量部である。
The present invention will be described in more detail below.
The reason for using the organic acid salt or alkoxy compound of the metal in the present invention is to increase the number average molecular weight of the unsaturated polyester to be produced, to suppress the increase of the weight average molecular weight as much as possible, without gelling the synthetic reaction, To do it safely. In the present invention, the above-mentioned metal organic acid salt or alkoxy compound is effective in increasing the number average molecular weight, but has less tendency to increase the weight average molecular weight as compared with the case of using a general organic metal compound. It is based on the point of finding. Some organic salts of heavy metals are useful as catalysts for deglycolization reaction, such as vanadium, iron, chromium, etc., and unsaturated polyesters obtained by using these are converted into styrene and the like. A polyester resin produced by dissolving it in a monomer is not always suitable as a catalyst because it has drawbacks such as poor storage stability, marked coloring, and impairing curability.
This is an example of what is different from the saturated polyester synthesis. As described above, one condition of the present invention is to apply a deglycolization reaction to obtain a high molecular weight of 5000 or more during the synthesis of unsaturated polyester.
Further, in the synthesis of unsaturated polyester, in the deglycolization reaction following the esterification, the number average molecular weight does not change significantly from the stage where it reached an almost constant value, while the weight average molecular weight is the reaction time. Along with that, gelation is finally reached. This is a point that is fundamentally different from the thermoplastic polyester (saturated polyester), and is the reason that the conditions for producing unsaturated polyester cannot be known from the knowledge of saturated polyester synthesis. Therefore, the catalyst for the deglycolization reaction must be of a type that suppresses an increase in the weight average molecular weight as much as possible, and the above-mentioned types can be said to be appropriate when considering the safety of the reaction. Examples of the organic acid salt of the metal that can be used in the present invention include:
Various types of organic acid salts can be used, and examples thereof include acetate, naphthenate, octylate, and oxalate. Specific examples thereof include zinc acetate, cadmium acetate, zirconium octylate, cobalt acetate, manganese acetate, stannous oxalate, dibutyltin oxide, triisopropyl zirconate, and tributyl zirconate. In addition to the above organic acid salts, alkoxy compounds of the above metals can also be used. The amount of the organic acid salt of the metal or the alkoxy compound used is 0.01 to 3 parts by weight, preferably 0.05 to 1 part by weight, based on 100 parts by weight of the produced unsaturated polyester.

【0005】本発明に用いられる不飽和ポリエステルの
原料には、特に制限を加える必要はないが、分子量50
00以上とするためには、使用する多価アルコールの5
0モル(%)以上は、沸点(760mmHg)300℃以下
であることが好ましい。フマル酸,無水マレイン酸で代
表されるα,β-不飽和多塩基酸またはその酸無水物の使
用は必須であり、任意の飽和あるいは不飽和の多塩基酸
(またはその酸無水物)を併用して、樹脂物性に多様性
を持たせることは一般に行われている。本発明による不
飽和ポリエステルの合成は、一般のエステル化に引き続
いて、脱グリコール反応を実施するが、前記金属の有機
酸塩またはアルコキシ化合物の添加はエステル化の最初
から加えてもよく、また脱グリコール反応の開始時期で
もよい。また、反応時のゲル化を防ぐために、重合防止
剤を加えることは有利である。本発明による不飽和ポリ
エステルは、共重合可能なモノマー類に溶解してポリエ
ステル樹脂として、各種用途に活用されるが、その時必
要に応じて、補強材、フィラー、着色剤、離型剤、増粘
剤、熱可塑性ポリマー、硬化剤等を併用することのでき
ることは勿論である。
The raw material of the unsaturated polyester used in the present invention is not particularly limited, but has a molecular weight of 50.
In order to make it more than 00, 5 of the polyhydric alcohol used
It is preferable that the boiling point (760 mmHg) of 300 ° C. or less is 0 mol (%) or more. Use of α, β-unsaturated polybasic acid represented by fumaric acid and maleic anhydride or its acid anhydride is essential, and any saturated or unsaturated polybasic acid (or its acid anhydride) can be used in combination. Then, it is common practice to provide resin with various physical properties. In the synthesis of the unsaturated polyester according to the present invention, general esterification is followed by a deglycolization reaction, but the addition of the organic acid salt or alkoxy compound of the metal may be added from the beginning of the esterification. It may be the start time of the glycol reaction. Also, it is advantageous to add a polymerization inhibitor in order to prevent gelation during the reaction. The unsaturated polyester according to the present invention is dissolved in a copolymerizable monomer and used as a polyester resin for various purposes. At that time, if necessary, a reinforcing material, a filler, a colorant, a release agent, and a thickening agent. Of course, an agent, a thermoplastic polymer, a curing agent and the like can be used in combination.

【0006】次に本発明の理解を助けるために、以下に
実施例を示す。 (エステル化反応例)撹拌機、分溜コンデンサー、温度
計、ガス導入管を付した30 lステンレス製反応容器
に、プロピレングリコール8.8kg、イソフタル酸8.3
kg を仕込み、窒素ガス気流中180〜190℃でエス
テル化して酸価18.1とした後、フマル酸5.8kg を
加え、さらにエステル化温度を190〜205℃とし反
応末期10〜12mmHgの減圧を約2時間実施して、最終
酸価6.5とし、ハイドロキノン4gを加え、金属製バ
ットに流出、固化させた。軟化点約75℃、分子量約2
300の淡黄褐色、固形の不飽和ポリエステル(I)が
得られた。
Next, in order to help understanding of the present invention, examples will be shown below. (Example of esterification reaction) In a 30-liter stainless steel reaction vessel equipped with a stirrer, a fractionating condenser, a thermometer, and a gas introduction tube, 8.8 kg of propylene glycol and 8.3 isophthalic acid.
After charging kg and esterifying in a nitrogen gas stream at 180 to 190 ° C to an acid value of 18.1, 5.8 kg of fumaric acid was added, the esterification temperature was set to 190 to 205 ° C, and the pressure was reduced to 10 to 12 mmHg at the end of the reaction. Was carried out for about 2 hours to give a final acid value of 6.5, 4 g of hydroquinone was added, and the mixture was allowed to flow into a metal vat and solidified. Softening point about 75 ° C, molecular weight about 2
300 light tan, solid unsaturated polyesters (I) were obtained.

【0007】実施例 1〜10 撹拌機、溜出コンデンサー、温度計、ガス導入管を付し
た1lセパラブルフラスコに、反応例で製造した不飽和
ポリエステル(I)をそれぞれ500g仕込み、実施例
として表1に示すように、金属の有機酸塩を添加した。
Examples 1-10 Into a 1 liter separable flask equipped with a stirrer, a distilling condenser, a thermometer, and a gas introduction tube, 500 g of each of the unsaturated polyester (I) produced in the reaction example was charged, As shown in 1, an organic acid salt of the metal was added.

【0008】[0008]

【表1】 [Table 1]

【0009】これらの混合物をそれぞれ溶融し、200
〜205℃で減圧を開始し、6時間かけて5mmHgから
0.5mmHgにまで下げ、0.7〜0.5mmHgで約2時間減
圧し、撹拌し、脱グリコール反応を行った。脱グリコー
ル反応触媒の種類による相違を表2に要約する。触媒を
加えない場合に比較し、いずれも分子量5000以上を実現
しており、50%スチレン溶液のポリエステル樹脂の色
相、硬化性から、十分な実用性をもつものと判断され
た。
Each of these mixtures was melted to obtain 200
Depressurization was started at -205 ° C, the pressure was reduced from 5 mmHg to 0.5 mmHg over 6 hours, and the pressure was reduced to 0.7 to 0.5 mmHg for about 2 hours, followed by stirring to carry out a deglycol reaction. Table 2 summarizes the differences depending on the type of deglycolization catalyst. Compared to the case where no catalyst was added, all of them achieved a molecular weight of 5,000 or more, and it was judged that they have sufficient practicality from the hue and curability of the polyester resin in a 50% styrene solution.

【0010】[0010]

【表2】 [Table 2]

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、ゲ
ル化を起こすことなく脱グリコール反応を進めることが
でき、従来得られなかった高分子量の不飽和ポリエステ
ルを製造することができ、家電、自動車、住宅設備等の
広範な分野に応用することのできる、高性能のポリエス
テル樹脂を提供する。
EFFECTS OF THE INVENTION Since the present invention is constructed as described above, the deglycolization reaction can proceed without causing gelation, and it is possible to produce a high molecular weight unsaturated polyester which has not been obtained in the past. Provide high-performance polyester resin that can be applied to a wide range of fields such as automobiles and housing equipment.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 α,β-不飽和多塩基酸(またはその酸無
水物)を、任意の飽和または不飽和の多塩基酸(または
その酸無水物)で変性しまたはせずに、多価アルコール
酸価10以下までエステル化し、次いで脱グリコール
反応を行って、不飽和ポリエステルを製造する方法であ
って、生成不飽和ポリエステル100重量部に対して
0.01〜3重量部の、亜鉛、カドミウム、ジルコニウ
ム、コバルト、マンガン、錫からなる群より選ばれた少
なくとも一種の金属の有機酸塩またはアルコキシ化合物
を、該エステル化または脱グリコール反応の段階で添加
することを特徴とする、不飽和ポリエステルの製造方
法。
1. An α, β-unsaturated polybasic acid (or its acid anhydride) is modified with or without any saturated or unsaturated polybasic acid (or its acid anhydride) to give a polyvalent polyhydric acid. esterified until an acid value of 10 or less in an alcohol, then under deglycol reaction, der process for producing an unsaturated polyester
Thus , 0.01 to 3 parts by weight of at least one metal organic acid salt or alkoxy selected from the group consisting of zinc, cadmium, zirconium, cobalt, manganese, and tin based on 100 parts by weight of the produced unsaturated polyester. A process for producing an unsaturated polyester, which comprises adding a compound at the stage of the esterification or deglycolization reaction.
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