JP2604069B2 - 高分子量不飽和ポリエステル樹脂の製造方法 - Google Patents

高分子量不飽和ポリエステル樹脂の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
ス、ライニング、注型の各分野に有用な高分子量を有す
る不飽和ポリエステルの製造方法、およびこの不飽和ポ
リエステルに、これと共重合するモノマーを配合する
分子量不飽和ポリエステル樹脂の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術および課題】不飽和ポリエステル樹脂(ポ
リエステル樹脂と同意語)は、ラジカル硬化型樹脂の代
表として、繊維強化プラスチックス(以下FRPと略
記)、塗料、ライニング材料、注型材料などとして広く
用いられていることは良く知られている。不飽和ポリエ
ステル樹脂の用途の拡大につれて、樹脂に要求される物
性も高度なものとなるのは当然であり、例えばジイソシ
アナートを反応させて、高分子量化による機械的性質の
向上、あるいはエポキシ樹脂を反応させて塗膜性能をレ
ベルアップする例、さらにはゴム状ポリマーを併用して
靭性を付与するといった諸方法が実用化されている。し
かし、不飽和ポリエステル樹脂を構成する不飽和ポリエ
ステル(不飽和アルキッドと同意語)の分子量を高めて問
題点解決に対処しようとする動きは、少なくとも公表さ
れた段階で見ることができない。理由は、不飽和ポリエ
ステルの分子量(数平均、以下同じ)が、たかだか20
00〜2500位であって、反応中のゲル化のために、
3000を超えることは頗る困難と見られていたことに
あるものと考えられる。事実、現在一般に不飽和ポリエ
ステル樹脂製造に用いられているエステル化反応のみで
は、分子量3000の壁を破ることは、少なくとも安定
的に製造でき、且つ使用樹脂が粘度、硬化性、成形性等
の取扱性の面で実用性のあるものを前提とする限り、難
しい。しかし、本発明者らは先に、次の条件を用いれば
従来不可能視されていた、高分子量不飽和ポリエステル
の分子量を5000以上とすることができることを見い
だした(特願平第2-303783号)。 イ)不飽和ポリエステルの酸価を15以下となるまで、
エステル化し、 ロ)この段階で、脱グリコール反応の触媒を加え、 ハ)5Torr以下、望ましくは1Torr以下の減圧として脱
グリコール反応を促進する。本発明は、このようにして
得られる不飽和ポリエステルの構造、ならびに分子量が
以下の如くである種類のものは、低分子量不飽和ポリエ
ステル樹脂と同一組成であっても、分子量3000以下
の低分子量不飽和ポリエステル樹脂に比較して、著しく
優れた物性を備えていることを見いだした点に基づいて
いる。
【0003】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、次の
一般式
【化2】 (ただし、Gは50モル%以上のグリコールがネオペン
チルグリコールであり、その他はα−グリコールである
グリコール成分残基;m=1;n=1を超え9以下;M
=数平均分子量が5000以上に対応する数)で示され
る、数平均分子量が5000以上の高分子量不飽和ポリ
エステルの製造方法であって、 (イ)ネオペンチルグリコール50モル%以上と残余の
α−グリコールからなるグリコールおよびα,β−不飽
和多塩基酸と飽和多塩基酸もしくはこれらの無水物との
エステル化反応により得られる酸価15以下、数平均分
子量1000以上のヒドロキシポリエステル100重量
部に、 (ロ)0.01〜0.5重量部のチタンの有機化合物触媒
を加え、 (ハ)5mmHg以下の減圧下で、脱グリコール反応を
することよりなる、高分子量不飽和ポリエステルの製造
方法を提供するものである。さらに本発明は、上記不飽
和ポリエステルにこれと共重合可能なモノマーを配合す
ることよりなる不飽和ポリエステル樹脂の製造方法を提
供するものである。以下に本発明をさらに詳細に説明す
る。
【0004】(使用成分)本発明による高分子量不飽和
ポリエステルを合成する原料は、例えば次のようにあげ
られる。 (イ)α,β−不飽和多塩基酸およびその酸無水物とし
ては、実用的には無水マレイン酸、フマル酸等がある。 (ロ)飽和多塩基酸類としては、ベンゼン核を有するも
のとして、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル
酸、ならびにテレフタル酸ジメチルエステル等があげら
れる。 (ハ)本発明のポリエステル樹脂に用いられるグリコー
ルは、使用割合の50モル(%)以上がネオペンチルグ
リコールであり、残余のグリコールは50モル(%)以
下がα−グリコールである。 α−グリコールを全く使用しない、ネオペンチルグリコ
ール100(%)の場合も当然本発明には含まれる。ネ
オペンチルグリコールの使用は、耐水、耐薬品性の向
上、靭性の付与、モノマー溶解性の改良等幾多の利点を
生ずる他、特に不飽和酸の使用割合が50モル(%)以
上の高反応性不飽和アルキッドの合成において、反応の
際ゲル化のおそれが少なく、高分子量の不飽和アルキッ
ドが得られる。α−グリコールはエステル化中にα−β
不飽和基に付加し、結果として不飽和アルキッドが分岐
構造をとる傾向がみられるのに反して、β−グリコール
であるネオペンチルグリコールは、不飽和結合の付加反
応が起こり難いためと考えられる。ネオペンチルグリコ
ールと併用されるα−グリコールは、プロピレングリコ
ール、エチレングリコール等である。本発明に、他のグ
リコール成分、あるいは飽和、不飽和の多塩基酸または
その酸無水物を併用することは勿論可能であるが、その
併用が本発明を上廻る特長を示さない限り意味がない。
【0005】(共重合可能なモノマー)不飽和ポリエス
テルを溶解してポリエステル樹脂とするためのモノマー
は、スチレンが代表的であるが、その他にはビニルトル
エン、メタクリル酸メチル、ジアリルフタレート、ジア
リルテレフタレート、などが用いられる。 (添加剤)本発明による高分子量不飽和ポリエステル樹
脂は、従来、一般タイプの不飽和ポリエステル樹脂の利
用されていた用途に活用でき、その際、繊維補強材、フ
ィラー、着色剤、離型剤、安定剤を併用できることは勿
論である。
【0006】 (高分子量不飽和ポリエステルの製造方法) 本発明の不飽和ポリエステルを製造する方法としては、
まず、 イ)不飽和ポリエステルの酸価を15以下とするまでエ
ステル化し、 ロ)この段階で、脱グリコール反応の触媒を加え、 ハ)5Torr以下、好ましくは1Torr以下の減圧として、
脱グリコール反応を促進する。第1段階のエステル化は
常法に従い、不活性気流中160〜230℃の温度にて
行われ、酸価15以下、望ましくは10以下で実質的に
不飽和ポリエステルを合成することで行われる。この時
の分子量は1000以上であることが必要である。第2
段階の脱グリコール反応(エステル交換反応)は、触媒
の存在下、高減圧下で行われる。この時酸価が15を超
えると、脱グリコール反応が十分に行われず、結果とし
て所望の高分子量不飽和ポリエステルを合成することは
困難なものとなる。触媒としては、チタンの有機化合物
が利用可能である。例えばテトラブチルチタネート、テ
トラプロピルチタネート、チタンのアセチルアセトネー
トである。使用量は、不飽和ポリエステル100重量部
に対して0.01重量部以上、好ましくは0.01〜0.
5重量部、さらに好ましくは0.1〜0.3重量部であ
る。
【0007】
【実施例】次に本発明の理解を助けるために、以下に実
施例を示す。実施例において部とあるのは、特記しない
限り重量部である。実施例 1 撹拌機、分溜コンデンサー、温度計、ガス導入管を付
した3リットルセパラブルフラスコに、ネオペンチルグ
リコール1200g、イソフタル酸166g を仕込み、
190〜200℃窒素気流中エステル化して酸価26.
1 とした後、フマル酸1044g を加えさらに反応し
て最終酸価9.0 とした。この段階で不飽和アルキッド
(分子量2600図1のGPC測定図参照)1000g
を取出し、0.3g のハイドロキノンを含むスチレン7
70g に溶解し、低分子量ポリエステル樹脂(A)がハ
ーゼン色数200、粘度6.4 ポイズで得られた。残さ
れた不飽和アルキッドにテトライソプロピルチタネート
3g、ハイドロキノン0.5g を加え、温度200〜20
5℃で、最終的には0.8Torrまで減圧して、脱グリコ
ール反応による高分子量化を行った。最終分子量は89
00となった(図2のGPC測定図参照)。これにスチ
レン1000g を加えて、高分子量不飽和ポリエステル
樹脂(B)が、ガードナー色数3、粘度12.7 ポイズ
で得られた。これは本発明の前記一般式における、m=
1、n=9に相当する。それぞれの両不飽和ポリエステ
ル樹脂各100部に、メチルエチルケトンパーオキシド
1.5部、ナフテン酸コバルト0.5部を加え、ゲル化後
80℃2時間、120℃2時間で硬化させた。結果は表
1にみられるように、高分子量ポリエステル樹脂は特に
耐熱性の優れていることが明らかにされた。
【0008】 表 1 物 性 樹 脂 種 類 低分子量 高分子量 ポリエステル樹脂(A) ポリエステル樹脂(B) 引張り強さ 5.2 7.4 (kg/mm2) 引張り弾性率 340 410 (kg/mm2) 伸び率 (%) 1.7 2.8 曲げ強さ 9.6 12.9 (kg/mm2) 曲げ弾性係数 360 420 (kg/mm2) シャルピー衝撃値 2.0 2.9 (kgcm/cm2) 熱変形温度(℃) 131 159
【0009】実施例 2 撹拌機、分溜コンデンサー、温度計、ガス導入管を付
した3リットルセパラブルフラスコに、ネオペンチルグ
リコール1200g、イソフタル酸464g を仕込み、
190〜200℃にてエステル化し、酸価26.4 とし
た後、フマル酸696g を加え、窒素ガス気流中、酸価
8.1 とした。分子量は約2650℃であった。この不
飽和アルキツド1000g を0.4g のハイドロキノン
を含むスチレン770g に溶解し、低分子量ポリエステ
ル樹脂(C)がハーゼン色数250、粘度6.9ポイズ
で得られた。残された不飽和アルキッドにテトライソプ
ロピルチタネート3g、ハイドロキノン0.5g を加え、
200〜205℃で最終的に0.7 Torrまで減圧し、高
分子量化した。分子量は9500に達した。これは本発
明の前記一般式における、m=1、n=1.25に相当
する。これをスチレン1000g に溶解し、高分子量ポ
リエステル樹脂(D)がガードナー色数3、粘度13.
3 ポイズで得られた。それぞれのポリエステル樹脂1
00部づつに、メチルエチルケトンパーオキシド1.5
部、ナフテン酸コバルト0.5部を加え、ボンデライト
鋼板上に100μの厚さになるように塗装、室温で一夜
放置した。低分子量ポリエステル樹脂(C)からの塗膜
はベタつきが残り、研摩不可能であった。しかるに、高
分子量ポリエステル(D)からの塗膜は表面乾燥し研摩
可能であり、塗膜硬度はF、ゴバン目密着性100/1
00であった。
【0010】実施例 3 撹拌機、分溜コンデンサ−および温度計を付した3リ
ットルセパラブルフラスコに、ネオペンチルグリコール
720g、プロピレングリコール365g、ジメチルテレ
フタレート388g、酢酸亜鉛3g を仕込み、160〜
180℃にメタノールの溜出が終了するまで反応を行っ
た後、無水マレイン酸784g を追加し、窒素気流中1
90〜200℃でエステル化して酸価8.9 とした。得
られた不飽和アルキッドの分子量は約2500であっ
た。この不飽和アルキッド1000g を0.4g のハイド
ロキノンを含むスチレン770g に溶解し、低分子量ポ
リエステル樹脂(E)がハーゼン色数150、粘度6.
5ポイズで得られた。これは前記の一般式における、m
=1、n=4に相当する。残りの不飽和アルキッドにテ
トライソプロピルチタネート3g を加え、最終的に0.
9Torrの減圧下に反応を進め、分子量7300とした。
これにスチレン1000g を加え、高分子量ポリエステ
ル樹脂(F)がガードナー色数2、粘度11.4 ポイズ
で得られた。それぞれ不飽和のポリエステル樹脂100
部に、メチルエチルケトンパーオキシド1.5部、ナフ
テン酸コバルト(6% Co)0.5部を加え、ゲル化
後80℃で2時間、12℃で2時間、後硬化させた。得
られた注型品の物性は表2にみられるようであつて、高
分子量ポリエステル樹脂の優れていることが明らかにさ
れた。
【0011】 表 2 物 性 樹 脂 種 類 低分子量 高分子量 ポリエステル樹脂(E) ポリエステル樹脂(F) 引張り強さ 5.2 6.9 (kg/mm2) 引張り弾性率 340 370 (kg/mm2) 伸び率 (%) 1.8 2.4 曲げ強さ 10.4 13.1 (kg/mm2) 曲げ弾性係数 360 390 (kg/mm2) シャルピー衝撃値 ≒ 1.6 ≒ 2.2 (kgcm/cm2) 熱変形温度(℃) 131 158 300時間煮沸後の < 10 63 強度保持率(%)
【0012】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、従
来得ることのできなかった新規な高分子量の不飽和ポリ
エステルを提供することができ、その優れた物性を利用
して、広範な用途に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における低分子量不飽和ポリエステル
のGPC測定図である。
【図2】実施例1における高分子量不飽和ポリエステル
のGPC測定図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の一般式 【化1】 (ただし、Gは50モル%以上のグリコールがネオペン
    チルグリコールであり、その他はα−グリコールである
    グリコール成分残基;m=1;n=1を超え9以下;M
    =数平均分子量が5000以上に対応する数)で示され
    る、数平均分子量が5000以上の高分子量不飽和ポリ
    エステルの製造方法であって、 (イ)ネオペンチルグリコール50モル%以上と残余の
    α−グリコールからなるグリコールおよびα,β−不飽
    和多塩基酸と飽和多塩基酸もしくはこれらの無水物との
    エステル化反応により得られる酸価15以下、数平均分
    子量1000以上のヒドロキシポリエステル100重量
    部に、 (ロ)0.01〜0.5重量部のチタンの有機化合物触媒
    を加え、 (ハ)5mmHg以下の減圧下、脱グリコール反応をす
    ることよりなる、高分子量不飽和ポリエステルの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項第1項記載の高分子量不飽和ポリ
    エステルに、これと共重合可能なモノマーを配合するこ
    とよりなる高分子量不飽和ポリエステル樹脂の製造方
    法。
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