JP2534053B2 - Method for producing lactone polymer - Google Patents

Method for producing lactone polymer

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JP2534053B2 JP62028042A JP2804287A JP2534053B2 JP 2534053 B2 JP2534053 B2 JP 2534053B2 JP 62028042 A JP62028042 A JP 62028042A JP 2804287 A JP2804287 A JP 2804287A JP 2534053 B2 JP2534053 B2 JP 2534053B2
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lactone
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憲昭 岡部
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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、ラクトン重合体の製法に関し、さらに詳し
くは殆んど分子量分布をもたない単分散ラクトン重合体
の製法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a lactone polymer, and more particularly to a method for producing a monodisperse lactone polymer having almost no molecular weight distribution.

(従来の技術) 分子量が500〜5000のラクトン重合体はポリウレタン
樹脂、ポリエステル樹脂、人工皮革、コーティング材等
の原料として特に有用なものである。
(Prior Art) A lactone polymer having a molecular weight of 500 to 5000 is particularly useful as a raw material for polyurethane resins, polyester resins, artificial leather, coating materials and the like.

ラクトン重合体は、例えばε−カプロラクトン、δ−
バレロラクトンのようなラクトン類を開環重合して得ら
れるが、従来はテトラブチルチタネートのようなアニオ
ン系開環重合触媒が使用されたり、また100℃〜200℃の
高温で反応が行われていたためエステル交換反応等の副
反応が併発して分子量分布が広いばかりでなく{重量平
均分子量/数平均分子量(以下w/nと略す)=2.5
〜3.5}、低重合体も多量に含まれるものであった。
The lactone polymer is, for example, ε-caprolactone, δ-
It is obtained by ring-opening polymerization of lactones such as valerolactone, but conventionally, an anionic ring-opening polymerization catalyst such as tetrabutyl titanate is used, and the reaction is performed at a high temperature of 100 ° C to 200 ° C. Therefore, not only the molecular weight distribution is wide due to side reactions such as transesterification, but also {weight average molecular weight / number average molecular weight (hereinafter abbreviated as w / n) = 2.5.
.About.3.5}, and a low polymer was also contained in a large amount.

(発明が解決しようとする課題) 分子量分布の広いラクトン重合体は、各種樹脂の物性
は勿論、それ自身高粘度、成形加工性、ハンドリングな
どの点で実用上問題点が多く、従来からその改良が望ま
れていた。ラクトン重合体の分子量分布改良に関し、最
近になって特開昭57−155230号公報の方法が提案されて
いるが、その実施例に示されているようにw/n=1.
5〜1.8とかなり分布をもったラクトン重合体であり、満
足できるものではない。
(Problems to be Solved by the Invention) Lactone polymers having a wide molecular weight distribution have many practical problems in terms of physical properties of various resins, high viscosity, molding processability, handling, etc. Was desired. Regarding the improvement of the molecular weight distribution of the lactone polymer, the method disclosed in JP-A-57-155230 has recently been proposed. As shown in the examples, w / n = 1.
It is a lactone polymer with a considerable distribution of 5 to 1.8 and is not satisfactory.

(課題を解決するための手段) 本発明者らは上記実情に鑑み、ラクトン重合体の分子
量分布改良法につき検討を行った結果、w/n=1.0
〜1.2という殆んど分子量分布をもたない単分散ラクト
ン重合体を得る方法を見出し、本発明に到った。
(Means for Solving the Problems) In view of the above circumstances, the present inventors have studied a method for improving the molecular weight distribution of a lactone polymer, and as a result, w / n = 1.0
The inventors have found a method for obtaining a monodispersed lactone polymer having almost no molecular weight distribution of 1.2, and arrived at the present invention.

すなわち1個以上の活性水素原子含有化合物の存在下
に無機酸触媒を用いて温度100℃以下においてラクトン
を開環重合する方法である。
That is, this is a method of ring-opening polymerization of a lactone at a temperature of 100 ° C. or lower using an inorganic acid catalyst in the presence of one or more active hydrogen atom-containing compounds.

6個以上の炭素原子を有するラクトン類とアミノ基ま
たは水酸基を有する有機化合物とを無機酸触媒の存在下
に反応させる方法は特公昭35−497号公報に記載されて
いるが、反応温度は反応時間の関係で60℃以上を好まし
いとしている。しかし本発明者らは工業的に重要な分子
量分布について検討したところ反応温度が高いほど分布
は広がる傾向にあり約100℃以上の温度では急激に分布
が広がってくる。逆に60℃以下の反応温度では殆んど分
布をもたない単分散ラクトン重合体が得られることを見
い出した。反応温度と分子量分布の傾向から低い温度ほ
ど理想的重合体が得られるが、工業的見地から−20℃程
度が下限であり、従って好ましい温度範囲は−20℃〜60
℃である。
A method for reacting a lactone having 6 or more carbon atoms with an organic compound having an amino group or a hydroxyl group in the presence of an inorganic acid catalyst is described in JP-B-35-497, but the reaction temperature is 60 ° C or higher is preferable because of time. However, the present inventors have examined industrially important molecular weight distribution, and the distribution tends to widen as the reaction temperature increases, and the distribution rapidly widens at a temperature of about 100 ° C. or higher. On the contrary, it was found that a monodisperse lactone polymer having almost no distribution was obtained at a reaction temperature of 60 ° C or lower. An ideal polymer can be obtained at a lower temperature from the tendency of the reaction temperature and the molecular weight distribution, but from an industrial viewpoint, the lower limit is about -20 ° C, and therefore the preferable temperature range is -20 ° C to 60 ° C.
° C.

本発明においてラクトンとは一般式、 (式中、Rは水素原子或は炭素原子1〜4個のアルキル
基を表わし、かつnは4〜5の整数を表わす。)で表わ
され、具体的な例としてδ−バレロラクトン、ε−カプ
ロラクトン及びこれらのアルキル置換体などがあげられ
る。
In the present invention, lactone is a general formula, (Wherein R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an integer of 4 to 5), and specific examples include δ-valerolactone and ε. -Caprolactone and alkyl-substituted products of these.

活性水素原子含有化合物とは水酸基、アミノ基、メル
カプト基を含むものである。水酸基を含む化合物の例と
してメタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタ
ノール、第2−、第3−ブタノール、アリルアルコー
ル、2−ヒドロキシエチルメタクリレートなどの脂肪族
アルコール、ベンジルアルコールやフェニルメチルカル
ビノールのような芳香族アルコール、シクロヘキサノー
ルやトリメチルヘキサノールのような脂環式アルコー
ル、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4
−ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロ
ピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコー
ル、またグリセリン、トリメチロールプロパン、シクロ
ヘキサンジオール、キシリレングリコールなどのポリオ
ール類であり、その他各種フェノール類、有機カルボン
酸類、アミノ基を含む化合物の例としてはメチル−、エ
チル−、n−プロピル−、イソプロピル−、n−ブチル
−、第2−、第3−ブチルのような第一脂肪族アミン及
びこれらに対応するジアルキルアミンのような第2脂肪
族アミン、アニリン、トリイジン、ジフエニルアミン、
シクロヘキシルアミン、ピペリジンのような芳香族、脂
環族及び複素環式アミン、エチレンジアミン、プロピレ
ンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、o−、m−、p
−フェニレンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミ
ン、ピペラジン、ジエチレントリアミン、4,4′,4″−
メチリダイントリアニリンなどの脂肪族、芳香族、脂環
族及び複素環式ポリアミンである。メルカプト基含有化
合物の例としてはメチル−、エチル−、プロピル−、ブ
チル−のような脂肪族メルカプタン、ベンジルメルカプ
タンのような芳香族メルカプタン、エチレンジチオグリ
コール、キシリレンジメルカプタン、メルカプトエタノ
ールなどである。
The active hydrogen atom-containing compound is a compound containing a hydroxyl group, an amino group and a mercapto group. Examples of the compound containing a hydroxyl group include methanol, ethanol, propanol, n-butanol, 2-, 3-butanol, allyl alcohol, aliphatic alcohols such as 2-hydroxyethyl methacrylate, benzyl alcohol and phenylmethylcarbinol. Aromatic alcohols, cycloaliphatic alcohols such as cyclohexanol and trimethylhexanol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4
-Butanediol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyoxytetramethylene glycol, and polyols such as glycerin, trimethylolpropane, cyclohexanediol, xylylene glycol, and other various phenols, organic carboxylic acids, compounds containing amino groups Examples of are primary aliphatic amines such as methyl-, ethyl-, n-propyl-, isopropyl-, n-butyl-, tert- and tert-butyl and their corresponding dialkylamines. 2 aliphatic amines, aniline, triidine, diphenylamine,
Aromatic, alicyclic and heterocyclic amines such as cyclohexylamine, piperidine, ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine, o-, m-, p
-Phenylenediamine, 1,4-cyclohexanediamine, piperazine, diethylenetriamine, 4,4 ', 4 "-
Aliphatic, aromatic, alicyclic and heterocyclic polyamines such as methylidyne trianiline. Examples of the mercapto group-containing compound include aliphatic mercaptans such as methyl-, ethyl-, propyl- and butyl-, aromatic mercaptans such as benzyl mercaptan, ethylene dithioglycol, xylylene dimercaptan, mercaptoethanol and the like.

本発明に使用する触媒のルイス酸としては三弗化ホウ
素、五弗化リン、五弗化アンチモン、五塩化アンチモ
ン、塩化アルミニウム、四塩化チタン、四塩化スズなど
の金属または非金属ハロゲン化物が挙げられる。固体酸
としては二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニ
ウム、酸化アルミニウム、ヘテロポリ酸などが挙げられ
る。さらにこれらの触媒使用時の形態としては、三弗化
ホウ素、五塩化アンチモンなどとジエチルエーテル、テ
トラヒドロフランなどの鎖状及び環状エーテルとの錯体
などをあげることができる。
Examples of the Lewis acid of the catalyst used in the present invention include boron trifluoride, phosphorus pentafluoride, antimony pentafluoride, antimony pentachloride, aluminum chloride, titanium tetrachloride, tin tetrachloride, and other metal or non-metal halides. To be Examples of the solid acid include silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide, and heteropoly acid. Further, examples of the form when these catalysts are used include complexes of boron trifluoride, antimony pentachloride and the like with chain and cyclic ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran.

本発明を実施する上で好ましい重合反応温度は、100
℃以下であり、特に好ましくは−20℃〜60℃であるが、
最適温度は開始剤の種類、使用量、目的とする重合体の
品質、分子量等によって決められ、通常0℃〜60℃であ
る。重合反応は不活性有機溶媒下に実施できる。比較的
低温度における塊状重合では重合の進行と共に結晶化が
起こり易くなるのでベンゼン、トルエン、キシレンのよ
うな不活性有機溶媒下に実施するのが好ましい。100℃
を越える温度では分子量分布が極端に広がるほかに副反
応に基ずく品質劣化、たとえば着色が著しい。一方重合
反応時間は反応速度と関係し、温度、開始剤の種類、使
用量等によって変ってくる。一般に2〜10時間以上とさ
れる。この重合系においては未反応のラクトンが消失す
るまで重合を行うほうが重合体の精製操作の簡略化、品
質向上のため好ましく、熟成を充分行う必要がある。
A preferred polymerization reaction temperature for carrying out the present invention is 100.
℃ or less, particularly preferably -20 ℃ ~ 60 ℃,
The optimum temperature is determined depending on the kind of the initiator, the amount used, the quality of the desired polymer, the molecular weight, etc., and is usually 0 ° C to 60 ° C. The polymerization reaction can be carried out in an inert organic solvent. In bulk polymerization at a relatively low temperature, crystallization tends to occur as the polymerization progresses, so it is preferable to carry out in an inert organic solvent such as benzene, toluene, xylene. 100 ° C
At a temperature exceeding 1, the molecular weight distribution is extremely widened and the quality deterioration due to side reaction, for example, coloration is remarkable. On the other hand, the polymerization reaction time is related to the reaction rate and changes depending on the temperature, the type of initiator, the amount used, and the like. Generally, it is set to 2 to 10 hours or more. In this polymerization system, it is preferable to carry out the polymerization until the unreacted lactone disappears, in order to simplify the purification operation of the polymer and improve the quality, and it is necessary to carry out aging sufficiently.

本発明において重合反応終了液は公知の方法たとえば
アルカリ中和−水洗、或は吸着濾過などの方法によって
触媒成分を除き、精製すれば目的の重合体が得られる。
精製段階で前記のような不活性有機溶媒を用いることも
でき、これらは蒸留回収して再使用される。
In the present invention, the polymerization reaction completed liquid is obtained by removing the catalyst component by a known method such as alkali neutralization-washing with water or adsorption filtration to purify the polymer.
It is also possible to use an inert organic solvent as described above in the purification step, and these are distilled and recovered and reused.

本発明の方法によって得られるラクトン重合体はw/
n=1.0〜1.2であり、単分散に近く、低重合体も含ま
ず、粘度が低い。従ってスパンデツクス、ウレタンエラ
ストマー、ウレタン接着剤、ウレタン塗料、ポリエステ
ルエラストマー等の原料として物性、加工性、ハンドリ
ング等、非常に有用なものである。
The lactone polymer obtained by the method of the present invention is w /
n = 1.0 to 1.2, which is close to monodisperse, does not contain a low polymer, and has a low viscosity. Therefore, it is very useful as a raw material for spandex, urethane elastomer, urethane adhesive, urethane paint, polyester elastomer, etc. in terms of physical properties, processability, handling and the like.

(実施例) 次に本発明を実施例によってさらに詳しく説明する。
なお以下に示す例はいかなる場合も本発明を限定するも
のではない。
(Example) Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
The following examples do not limit the present invention in any case.

実施例における収率は重量パーセント、ヒドロキシル
価はピリジン−無水酢酸法により、単位はmgKOH/gであ
る。またゲルパーミェーションクロマトグラフィー(GP
C)は東洋曹達工業(株)製高速液体クロマトグラフィ
ー(8000シリーズ)を使用、カラム:TSK−G2500HX/G400
0HX、溶媒;テトラヒドロフランの条件で実施した。GPC
により数平均分子量(n)、重量平均分子量(w)
を市販ポリエチレングリコール標準試薬を基準に求め、
さらに分子量分布を示すwとnの比を求めた。60℃
におけるバルク粘度は東京計器製E型粘度計によって測
定した。
The yield in the examples is percent by weight and the hydroxyl number is in units of mgKOH / g according to the pyridine-acetic anhydride method. In addition, gel permeation chromatography (GP
C) uses high performance liquid chromatography (8000 series) manufactured by Toyo Soda Industry Co., Ltd., column: TSK-G2500HX / G400
It was carried out under the conditions of 0HX, solvent; tetrahydrofuran. GPC
Number average molecular weight (n), weight average molecular weight (w)
Based on a commercially available polyethylene glycol standard reagent,
Furthermore, the ratio of w and n showing the molecular weight distribution was determined. 60 ° C
The bulk viscosity in was measured with an E-type viscometer manufactured by Tokyo Keiki.

実施例1 500cc四ツ口セパラブルフラスコにε−カプロラクト
ン114g(1モル)、1,4−ブタンジオール4.5g(0.05モ
ル)を仕込み、温度計、N2シール、撹拌装置を付け、撹
拌混合下に恒温浴に20℃に保温した。これに三弗化ホウ
素テトラヒドロフラン錯体3.5g(0.025モル)を50cc滴
下ロートによって注加し、以後20℃で5時間反応を行っ
た。次にこの反応混合物にトルエン100cc及び珪藻土20g
を加えて充分混合し、濾過助剤を併用して濾過を行っ
た。濾液からトルエンを減圧蒸留にて除き、重合体112g
を得た。分析結果は表−1に掲載した。
Example 1 A 500 cc four-necked separable flask was charged with 114 g (1 mol) of ε-caprolactone and 4.5 g (0.05 mol) of 1,4-butanediol, and a thermometer, a N 2 seal, and a stirrer were attached and mixed with stirring. It was kept at 20 ° C in a constant temperature bath. To this, 3.5 g (0.025 mol) of boron trifluoride-tetrahydrofuran complex was added by a 50 cc dropping funnel, and then reacted at 20 ° C. for 5 hours. Next, 100 cc of toluene and 20 g of diatomaceous earth were added to this reaction mixture.
Was added and mixed well, and the mixture was filtered with a filter aid. Toluene was removed from the filtrate by vacuum distillation to obtain 112 g of polymer.
I got The analysis results are shown in Table-1.

実施例2〜4及び比較例 重合反応温度を40℃、60℃、80℃、120℃(比較例)
とした以外は実施例1と同条件、同操作によって重合反
応を行った。得られた重合体の分析結果を表−1にまと
めた。
Examples 2 to 4 and Comparative Example Polymerization reaction temperature is 40 ° C., 60 ° C., 80 ° C., 120 ° C. (Comparative Example)
Polymerization reaction was carried out under the same conditions and operations as in Example 1, except that The analysis results of the obtained polymer are summarized in Table 1.

以上から明らかなように本発明で得られる重合体は分
布1.06〜1.20であり、粘度及び色数においても極めて優
れていた。
As is clear from the above, the polymer obtained in the present invention had a distribution of 1.06 to 1.20 and was extremely excellent in viscosity and color number.

本発明の製造方法によれば、得られるラクトン重合体
w/値は1.0〜1.2で単分散に近いので粘度が低
い。このことにより、ポリウレタンやポリエステル等の
原料として従来のラクトン重合体が有していた問題点で
ある物性、加工性、ハンドリング等の改善が可能になっ
た。
According to the production method of the present invention, the w / n value of the obtained lactone polymer is 1.0 to 1.2, which is close to monodisperse and therefore has a low viscosity. As a result, it has become possible to improve the physical properties, processability, handling, etc., which are problems that conventional lactone polymers have as raw materials for polyurethane and polyester.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一般式 (式中、Rは水素原子または炭素原子1〜4個のアルキ
ル基を表し、nは4〜5の整数を表す。)で表されるラ
クトンを少なくとも1個の活性水素原子を有する有機化
合物の存在下に、ルイス酸または固体酸を触媒に用いて
重合するにあたり、温度100℃以下で重合することを特
徴とする単分散ラクトン重合体の製造方法。
1. A general formula (In the formula, R represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an integer of 4 to 5.) A lactone represented by an organic compound having at least one active hydrogen atom A method for producing a monodisperse lactone polymer, which comprises polymerizing at a temperature of 100 ° C. or lower in the presence of a Lewis acid or a solid acid as a catalyst.
【請求項2】活性水素原子含有化合物が水酸基、アミノ
基、メルカプト基を含む化合物である特許請求の範囲第
1項記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the active hydrogen atom-containing compound is a compound containing a hydroxyl group, an amino group and a mercapto group.
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