JP2702298B2 - 芳香族ポリエステルの製造法 - Google Patents

芳香族ポリエステルの製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、すぐれた耐熱性と機械
特性及び耐薬品性を有する光学的に等方性の芳香族ポリ
エステルを工業的に有利に製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、イソフタル酸を主たる酸成分
とし、ハイドロキノンを主たるジオール成分とする芳香
族ポリエステルはよく知られている。その中でビスフェ
ノール−Aを共重合成分とする芳香族ポリエステルに関
しては、例えば特公昭63−49610号及び特公昭6
3−49611号の実施例に、イソフタル酸ジフェニ
ル、ハイドロキノン、ビスフェノール−Aよりなるポリ
エステルの記載がある。
【0003】しかしながら、イソフタル酸ジフェニルは
比較的高価であり、それを主たる原料とする上記のポリ
エステルはコスト高になるという問題がある。また、上
記特公昭63−49610号及び特公昭63−4961
1号には、イソフタル酸、芳香族ジオール及びフェノー
ルを加熱反応させエステル化せしめた後、ビスフェノー
ル−Aと反応・重合させてポリマーを得る実施例の記載
があるが、このようにして得られたポリマーは、着色し
やすく、また末端カルボキシル基が多いため加水分解さ
れやすいものである。
【0004】
【発明の目的】そこで、本発明者らは、成形性に優れ、
カルボキシル基末端が少なく、耐加水分解性が良好であ
り、かつ着色の少ない芳香族ポリエステルを得ることを
目的として鋭意研究を行った結果本発明に到達した。
【0005】
【発明の構成】本発明は、イソフタル酸(A)、ハイド
ロキノン(B)及び置換基を有していてもよいフェノー
ル(C)の各成分を、触媒の存在下反応せしめる方法に
おいて、上記イソフタル酸(A)の50%以上をエステ
ル化せしめ、次いで、下記式(I)
【0006】
【化2】 で示される繰り返し単位を有するアリールカーボネート
(D)のポリマー及び/又はオリゴマーを添加して加熱
溶融せしめることを特徴とする芳香族ポリエステルの製
造法である。
【0007】すなわち、本発明は、アリールカーボネー
ト(D)成分を、ポリマー及び/またはオリゴマーの状
態で添加することにより、上記目的を達成することが可
能となったものである。
【0008】本発明において、原料の一つであるA成分
としては、イソフタル酸を用いるが、その小割合を例え
ば10モル%以下の割合で他種芳香族ジカルボン酸で置
換えてもよい。かかる芳香族ジカルボン酸としては、例
えばテレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン
酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、ジフェニルジ
カルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェ
ニルスルホンジカルボン酸などが例示できる。
【0009】C成分として用いられる置換基を有してい
てもよいフェノールとしては、フェノール、m−クレゾ
ール、p−クレゾール、m−クロルフェノール、p−ブ
チルフェノール、p−アミルフェノール、p−クロルフ
ェノール等が例示され、これらのうち、フェノール、ク
レゾールが好ましく、特にフェノールが好ましい。
【0010】このC成分は生成するポリエステルの構成
成分とはならず、以下に述べる初期反応の反応媒体とし
て作用するものである。
【0011】D成分としては、上記式(I)で示される
繰り返し単位を有するアリールカーボネートのポリマー
及び/またはオリゴマーが用いられる。かかるアリール
カーボネートの重合度は特に制約されない。
【0012】本発明において、上記(A),(B),
(C)及び(D)成分は、下記式(II) 0.9≦(B+D)/A≦1.3 …(II) [ここで、AはA成分のモル数、BはB成分のモル数、
Dは上記式(I)で示される繰り返し単位のモル数であ
る。] 下記式(III ) 0.07≦D/(A+B+D)≦0.3 …(III ) [ここで、A,B,Dは式(II)の定義に同じであ
る。]及び下記式(IV) 0.05≦C/A …(IV) [ここで、Aは式(II)の定義に同じであり、CはC成
分のモル数である。] を同時に満足する条件で反応せしめることが好ましい。
【0013】ここで、式(II)において、(B+D)/
Aの割合が0.9に満たない場合にはポリマーの重合度
が上がりにくく、また反応に際し着色などを起すので好
ましくなく、また1.3を越える場合にはそれ以上の効
果が期待できない。
【0014】また、式(II)は0.95〜1.2の範囲
にあることが特に好ましい。
【0015】式(III )においては、D/(A+B+
D)の割合が0.07に満たない場合には、得られるポ
リマーの融点が高くなり過ぎ、溶融重合及び成形が困難
になるので好ましくない。またこの割合が0.3を超え
る場合には、本来期待されるすぐれた耐熱性、耐薬品性
及び機械特性が損われるため好ましくない。
【0016】また、式(III )は、0.1〜0.25の
範囲にあることが特に好ましい。
【0017】式(IV)においては、C/Aの割合が、
0.05に満たない場合には、反応が遅く、また反応物
が分解して着色し易いなどの問題が生じて好ましくな
い。好ましい使用量は0.1〜5倍モル、より好ましく
は0.2〜2倍モル、特に好ましくは0.3〜1.5倍
モルである。
【0018】本発明方法においては、上記各成分のほか
に触媒を用いるが、触媒としては通常エステル化及びエ
ステル交換触媒として用いられる化合物が好ましく用い
られる。
【0019】好ましい触媒の例としては、三酸化アンチ
モン,酢酸第1錫,ジブチル錫オキシド,酸化ゲルマニ
ウム,チタニウムテトラブトキシド等が例示される。
【0020】本発明方法は、エステル化とエステル交換
反応とによってポリエステルを得る方法であるが、大き
く初期反応と重合反応との2つの反応に分けることがで
き、さらに初期反応は、A成分のカルボキシル基をB成
分及びC成分の2成分によってエステル化する前段階
と、引き続きD成分を添加して反応せしめる後段階の二
つにかけられる。
【0021】初期反応の前段階においては、カルボキシ
ル基の少なくとも50%がヒドロキシ成分(B,C)と
反応しエステル化される段階であり、この段階では反応
によって水が生成するのでこれを反応系外に留去する。
この段階ではC成分が反応系外に留去しないようにする
必要がある。
【0022】初期反応の後段階においては、新たに添加
されたD成分がカルボン酸成分及びヒドロキシ成分と反
応してエステル化反応が進行するとともに、前段階での
反応がより進行する。
【0023】次の重合反応は、更にエステル化が進むと
同時にそれまでに生じたカルボン酸成分とC成分とのエ
ステルと他種のヒドロキシ成分、すなわちB成分及び/
またはD成分との交換反応も進み重合が進行する段階で
あり、この段階では水とともにC成分も反応系外に留去
する。初期反応と重合反応とは、明確に分けることはで
きないが、初期反応ではC成分の反応系外への留去を積
極的に抑え、重合反応では留去させる点で区別する。
【0024】初期反応の反応温度は、触媒によっても異
なるが、150℃以上、好ましくは180℃以上、特に
好ましくは230℃以上であり、反応の進行とともに昇
温するのが好ましい。この場合の上限は330℃、好ま
しくは300℃程度である。
【0025】初期反応は常圧〜加圧下で行うことができ
るが、C成分の常圧における沸点が反応温度に比べ特に
低い場合には、加圧条件下で反応することが好ましい。
また、反応系は窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下
とすることが好ましい。
【0026】反応時間は、上記エステル化反応が十分に
進行するに足る時間であればよく、またこの時間は反応
時間、反応スケール等によっても異なるが30分〜20
時間、好ましくは1〜10時間程度である。
【0027】上記反応に際しては、エステル化により発
生する水を反応系外に除去せしめることが好ましい。エ
ステル化反応は平衡反応であり、生成する水を系外に除
去するに従って、反応が進行し、生成物の収率、純度が
向上する。生成した水は、C成分との沸点差により、反
応系外に除去することができるが、水と共沸混合物を形
成する有機溶媒を用いて共沸により、反応系外に除去す
ることもできる。該有機溶媒としては、それ自身反応条
件で分解することなく、反応系で実質的に安定で、水と
共沸するものであればよい。具体的には、トルエン、キ
シレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素が好ましく
使用できる。
【0028】初期反応におけるエステル化反応の反応率
は50%以上とすることが好ましい。このエステル化反
応率は反応により生成する水の量により知ることができ
るが、より正確に求めるためには反応生成物の一部を取
出し、未反応−COOH価を測定することによっても知
ることができる。
【0029】初期反応におけるエステル化率は、より好
ましくは60%以上、特に好ましくは70%以上であ
る。重合反応における反応温度は初期反応温度乃至38
0℃で好ましく実施される。本発明方法においては、該
重合反応はポリエステルの溶融下で実施することが必要
である。重合が進行するに従って反応物の融点は上昇し
ていくので、徐々に昇温しながら行うのが好ましく、例
えば、ポリマーの固有粘度が0.5程度までは好ましく
は330℃以下の温度で実施され、それ以上の場合、好
ましくは330℃以上360℃以下の温度で溶融重合さ
れる。
【0030】本発明方法により得られる芳香族ポリエス
テルは比較的溶融粘度が高いため、溶融重合で高重合度
化する場合、ルーダー型の反応器等で実施することが好
ましい。
【0031】重合反応は減圧下または不活性ガスを流
し、強制的に反応の結果生成する水、C成分および必要
に応じて過剰に用いたB成分などのジヒドロキシ芳香族
化合物を反応系外に除去しつつ行う。
【0032】本発明方法において得られるポリエステル
の固有粘度は、好ましくは0.4〜2.0、より好まし
くは0.6〜1.5である。
【0033】本発明方法においては安定剤を適宜使用で
き、安定剤として好ましくは従来公知の3価もしくは5
価のリン化合物またはそのエステル類で、例えば亜リン
酸、リン酸、フェニルホスホン酸、トリフェニルホスフ
ァイト、トリフェニルホスフェート、トリフェニルホス
フィン等が使用できる。
【0034】
【発明の効果】以上の如き本発明方法によれば、安価な
原料を用い、溶融重合のみで光学的に等方性で、線状の
高重合度芳香族ポリエステルを製造することができる。
更に本発明方法によれば成形性の優れ、カルボキシル基
末端が少なく、耐加水分解性の良好なポリエステルが得
られる。また、かかるポリエステルは着色の少ないもの
である。該ポリエステルは押出成形、射出成形等の通常
の溶融成形が可能である。しかも該ポリエステルを溶融
成形して得られた成形品は、機械的特性、寸法安定性、
耐熱性、耐薬品性に優れているばかりでなく、吸水性も
小さいので、このポリエステルはエンジニアリングプラ
スチックス繊維、フイルム等の素材として極めて有用
である。
【0035】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明を詳述する。実施
例中単に「部」とあるは「重量部」を意味し、ポリマー
の固有粘度はP−クロロフェノール/テトラクロルエタ
ン混合溶媒(重量比40/60)を用い35℃で測定し
た値である。またポリマーの融点(Tm)およびガラス
転移温度(Tg)はDSCを用い昇温速度10℃/分で
測定した。また、ポリマーの末端カルボキシル基(C
V)は、上記混合溶媒に溶解したポリマーを、NaOH
/ベンジルアルコール溶液を用いて逆滴定により定量し
た。
【0036】なお、本実施例は、本発明の内容を何ら限
定するものでない。
【0037】
【実施例1】イソフタル酸191部、ハイドロキノン1
07.5部、フェノール108部および三酸化アンチモ
ン0.10部を、攪拌装置、留出系を備えた反応器に仕
込み、窒素で加圧し280℃に加熱した。圧力を5kg/
cm2 から2kg/cm2 に徐々に下げつつ、且つ反応によっ
て生成する水を系外に留去し、5時間反応させた。この
間に29.8部の水が生成した(エステル化反応率72
%)。次いで反応系を常圧に戻し、分子量約2万のポリ
(4,4' −イソプロピリデンジフェニレンカーボネー
ト)102部を加え窒素気流下、揮発成分を系外に留去
させつつ60分反応させた。ここで、A/B/C/Dの
比は100/85/100/35に相当し、式(II)=
1.2、式(III )=0.16、式(IV)=1となる。
この間に反応温度は280℃より340℃まで昇温し
た。次いで系内を徐々に減圧とし60分後には約0.5
mmHgの高真空下として60分反応させポリマーを得た。
【0038】得られたポリマーは固有粘度0.70、融
点308℃、Tg153℃であった。このポリマーは溶
融状態で等方性を示し、色調の良好な着色の少ないポリ
マーであった。このポリマーのCVは16(等量/10
6 g)であった。
【0039】
【実施例2】A/B/C/Dのモル比を100/70/
100/35としポリカーボネートの分子量を約100
0とした以外は全て実施例1に示す方法にてポリマーを
重合した。ここで実施例2において、式(II)=1.0
5、式(III )=0.17、式(IV)=1である。得ら
れたポリマーは、固有粘度0.69、CV=1.3(等
量/106 g)であった。
【0040】このポリマーは、等方性の溶融状態を示
す、色調の良好なポリマーであった。
【0041】このポリマーを粉砕後、オートクレーブ中
150℃にて水中で10時間加熱した後の固有粘度は
0.67であった。
【0042】
【比較例】実施例1に示す方法にて、イソフタル酸19
1部、ハイドロキノン80.5部、フェノール108部
を反応せしめエステル化反応を行った。留出した水から
計算したエステル化反応率は60%であった。
【0043】次いで、反応系を常圧に戻し、ビスフェノ
ール−A91.7部を加え、窒素気流下、揮発成分を系
外に留去しつつ60分間反応せしめた。ここでA/B/
C/D=100/70/100/35であり、式(II)
=1.05、式(III )=0.13、式(IV)=1であ
る。さらに、実施例1に示すのと同様の方法で反応を進
めポリマーを得た。
【0044】ポリマーの固有粘度は0.71、CV=7
8(等量/106g)であった。
【0045】このポリマーを実施例2に示したのと同様
の方法で耐加水分解性を調べたところ、加熱処理後の固
有粘度は0.33であった。
【0046】
【実施例3〜5】実施例1に示す方法と同様の方法にて
ポリマーを重合した。結果を次表に示した。
【0047】
【表1】

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イソフタル酸(A)、ハイドロキノン
    (B)及び置換基を有していてもよいフェノール(C)
    の各成分を、触媒の存在下反応せしめる方法において、
    上記イソフタル酸(A)の50%以上をエステル化せし
    め、次いで、下記式(I) 【化1】 で示される繰り返し単位を有するアリールカーボネート
    (D)のポリマー及び/又はオリゴマーを添加して加熱
    溶融せしめることを特徴とする芳香族ポリエステルの製
    造法。
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