JP2848640B2 - 低吸水性ポリエステル樹脂組成物 - Google Patents

低吸水性ポリエステル樹脂組成物

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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、親水性末端基数の少ない低吸水性の優れた
ポリエステル樹脂組成物に関する。
〈従来の技術〉 ポリエチレンテレフタレートに代表されるポリエステ
ルは、剛性、耐熱性、ガスバリヤー性などの性質が優れ
ており、フィルム、シート、積層体、容器などの種々の
形状の成形体用途の素材として利用されている。ポリエ
ステルは、ポリアミド等に比べて疎水性(低吸水性)の
ポリマーと言われており、吸水や吸湿による影響は極め
て少ないと考えられていた。しかし、疎水性ポリマーで
あるポリエステルであっても非晶部分は吸水し、ガラス
転移温度(Tg)が低下する。吸水率によって低下の割合
は異なるが、通常5〜10℃の低下がある。Tg以上の温度
において、熱可塑性のポリマーは機械的応力が加わると
変形を起こし易くなるため、Tgの低下は耐熱性の低下に
つながる。
ポリエステルの非晶部分への水分子の吸着は、ポリエ
ステルの末端基である水酸基及びカルボキシル基といっ
た親水基の存在によって促進されるため、吸水率の低減
は前記の親水基を疎水基に置換することで達成されるこ
とが知られている。即ち、ポリエステルの末端水酸基に
対しては1価のカルボン酸を、末端カルボキシル基に対
しては1価のアルコールを反応させることで達成され
る。この方法については、種々提案がなされており、例
えば、一官能のアルコールを添加する方法がある(特開
昭61−42575号公報)。しかし、通常のポリエステルの
重合は、240℃以上の温度、常圧から1Torr以下の減圧下
で行われるため、この方法で使用されている沸点の低い
低級アルコールは反応中に蒸散してしまい、使用に際し
てはアルコールの添加量を必要量よりも増加させる必要
があり、効率的な末端カルボキシル基の封鎖方法とはい
えない。
〈発明が解決しようとする課題〉 本発明者らは、上記従来技術の欠点を解消すべく鋭意
検討した結果、末端カルボキシル基封鎖剤として、アル
キルフェニルエーテルを使用すれば、反応中における添
加剤の蒸散が少なく、効率的に低カルボキシル基数のポ
リエステルが得られることを見出して本発明に到達し
た。
即ち、本発明の目的は、ポリエステルの末端基を少な
くする事で、ポリエステルの吸水によるTgの低下、つま
り、耐熱性の低下を抑え得る低吸水性ポリエステル樹脂
組成物を製造するに際し、末端カルボキシル基を封鎖す
るのに用いる封鎖剤の蒸散が少なく、効率的に製造され
得る低吸水性ポリエステル樹脂組成物を提供するにあ
る。
〈課題を解決するための手段〉 上述の目的は、ポリエチレンテレフタレートの少なく
とも末端カルボキシル基が下記式(I)で表わされるア
ルキルフェニルエーテルで部分封鎖されていることを特
徴とする低吸水性ポリエステル樹脂組成物によって達成
される。
(式中、Rは水素原子、又は炭素数1〜9のアルキル基
であり、mは1以上5以下の数である。) 次に本発明を詳細に説明する。
本発明に用いるポリエチレンテレフタレート(以下、
PETと記す)は、エチレンテレフタレートを主たる繰り
返し単位とするものであるが、グリコール成分、及び/
又はジカルボン酸成分の一部を他のグリコールやジカル
ボン酸と置き換えることが可能である。例えば、トリメ
チレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオペ
ンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノー
ル、2,2−ビス(4−β−ヒドロキシエトキシフェニ
ル)プロパン、ビス(4−β−ヒドロキシエトキシフェ
ニル)スルホン、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカ
ルボン酸、4,4′−ジフェニルカルボン酸、ジフェン
酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が挙げら
れる。
また、本発明のPETの重合は、通常公知の方法で行う
ことができ、特に特殊な条件を必要としない。
本発明で用いる末端カルボキシル基を封鎖するアルキ
ルフェニルエーテルは、下記式(I)で表わされる化合
物である。
但し、炭素鎖の長過ぎるものは骨格となるPETの機械
的物性、熱的特性例えば、結晶性、ガラス転移温度、機
械的強度の低下につながることが多く、式中、Rは水素
原子又は炭素数1〜9のアルキル基、mは1以上5以下
の数であることが必要である。
また、上記アルキルフェニルエーテルの添加は、骨格
となるPETの重合工程からボトル成形等の製品製造工程
の任意の段階で行い、末端カルボキシル基と反応させ、
所望のポリマーを得ることが可能であるが、反応を完結
させるためには、重合工程で行うことが好ましい。重合
(エステル交換反応を含む)は、通常240℃以上の温
度、常圧から1Torr以下の減圧下で行われるため、沸点
の低い添加剤は、反応中に蒸散してしまう危険性が高
い。従って、封鎖剤は、200℃以上の沸点を有すること
が好ましい。220℃以上の方が更に好ましく、240℃以上
が最も好ましい。
本発明で用いるアルキルフェニルエーテルは、上記の
条件を十分に満足しうるものであり、具体例としては、
下記のような化合物が挙げられる。
また、通常使用されるPETは、末端水酸基と末端カル
ボキシル基の割合が2/1〜5/1程度であることが多いの
で、末端カルボキシル基だけでなく、末端水酸基を封鎖
することが望ましい。このとき、封鎖剤としての1価の
カルボン酸は、脂肪族モノカルボン酸、芳香族モノカル
ボン酸等いずれでもよいが芳香族モノカルボン酸が好ま
しい。芳香族モノカルボン酸としては、安息香酸、ナフ
トエ酸等が挙げられる。
また、1価のカルボン酸は、重合系内の酸性度を高
め、ジエチレングリコールの発生を促進し、Tgの低下を
招く傾向がある。したがって、1価のカルボン酸は、そ
のエステル化物として反応させることが好ましい。
上記1価のカルボン酸は、前述のアルキルフェニルエ
ーテルと同様に骨格となるPETの重合工程からボトル成
形等の製造工程の任意の段階で活性末端基と反応させ、
所望のポリマーを得ることが可能であるが、反応を完結
させるためには重合工程行うのが好ましい。また、前述
のように、重合(エステル交換反応を含む)は、240℃
以上の温度、常圧から1Torr以下の減圧下で行われるた
め、沸点の低い添加剤は反応中に蒸散してしまう可能性
が高い。従って、添加剤は240℃以上の沸点を有するこ
とが好ましい。
本発明で用いるカルボン酸、及びアルキルフェニルエ
ーテルの総添加量は、PETの重合度によって総末端基数
が異なるため、最終的に必要とされるPETの粘度(重合
度)によって異なる。末端基(カルボキシル基、水酸
基)数は実際に定量することが可能であるが、平均重合
度からも近似的に求めることができる。例えば、Griehl
−Neueの式を用いれば総末端基数(NE)は次式より算出
できる。
(式中、nは平均重合度、〔η〕は所望の極限粘度で
20℃のフェノール/テトラクロロエタン=1/1の混合溶
媒中で測定したものである。) 所望の粘度(重合度)を有するポリマーを得るために
は、添加する末端封鎖剤の量は上記式で求めたNEの好ま
しくは90%以下、より好ましくは80%以下に止めるのが
良い。末端封鎖剤の添加量が多過ぎると重合度が低下
し、生産性を悪くする上、所望する粘度に到達しないこ
とも起こり得るためである。
通常使用されるPETは、末端カルボキシル基と末端水
酸基の割合が、1/5〜1/2程度であることが多い。従っ
て、末端封鎖剤として用いるアルキルフェニルエーテル
とカルボン酸の割合は1/5〜1/2とするのが好ましい。
理想的には、末端カルボキシル基及び末端水酸基が全
て封鎖されることが好ましいが、好ましくは50モル%以
上、最も好ましくは70モル%以上が封鎖されていること
が望ましい。封鎖率が50モル%未満であると、本発明の
目的であるTgの低下を抑制することが十分にできない傾
向にある。
本発明によるポリエステル樹脂組成物は、必要に応じ
て着色剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、熱酸化劣化防止
剤、滑剤、核剤などを本発明の目的を損なわない範囲で
含有することができる。
また、上述のようにして得られた本発明の低吸水性ポ
リエステル樹脂組成物は、必要な場合、固相重合を経て
フィルム・ボトル等の成形品用途へ供する。
〈発明の効果〉 通常の重合条件で得られたPETの両末端はカルボキシ
ル基(−COOH)と水酸基(−OH)であり、いずれも親水
性の基である。本発明により、これらの基を他端がアル
キル基、アリール基の如き疎水性の基であるカルボン酸
やアルキルフェニルエーテルで封鎖することでポリマー
全体をより疎水性とすることができる。即ち、より低吸
水性の高いPETとすることができる。また、カルボキシ
ル基の封鎖はポリエステルの自己触媒作用による加水分
解を抑制し、PETの吸水による耐熱性低下を減少させる
ことができる。
また、アルキルフェニルエーテルを用いて末端カルボ
キシル基を封鎖することにより、製造工程中において、
添加剤のアルキルフェニルエーテルが蒸散することがな
く、効率的に低吸水性ポリエステル樹脂組成物を得るこ
とができる。更に、アルキルフェニルエーテルを用いる
ことにより、ポリエステル樹脂組成物に色が付いたりし
て品質を悪くすることがない。
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
なお、実施例中の極限粘度はフェノール/テトラクロ
ロエタン=1/1の混合溶媒中20℃、1.0g/100mlの条件で
測定した。
平均重合度は前述のGriehl−Neueの式 〔η〕=0.118×10-1×n0.87 より求めた。
また、カルボキシル基はベンジルアルコール溶液を水
酸化カリウムで滴定する方法により求めた。一方の水酸
基は、α−メチルナフタレン中で無水コハク酸と反応さ
せてカルボキシル基に変換した後、前述の方法で測定
し、元のカルボキシル基との差として求めた。
(実施例1〜2、比較例1) 精留塔付き反応器にジメチルテレフタレート194重量
部、エチレングリコール136.4重量部、酢酸カルシウム
0.17重量部、及び第1表に示した各種の末端基封鎖剤
(実施例1〜2)を仕込み、微量の窒素を流しながら25
0℃迄加熱・撹拌した。この間、精留塔温度を60〜65℃
に維持することでエチレングリコールを還流させ、メタ
ノールだけを系外に留出させた。ほぼ理論量のメタノー
ルが留出してから酸化ゲルマニウム0.8%水溶液4重量
部、トリメチルリン酸5%水溶液1.5重量部を加え、280
℃の温度で徐々に減圧に移行し反応系の圧力が1Torr以
下の高真空下で重縮合反応を行った。得られたポリマー
の極限粘度、末端カルボキシル基量、ジエチレングリコ
ール量、吸水率、及び吸水処理前後のTg(ガラス転移温
度)を測定し、第1表に示した。ここで、吸水率は23℃
・65%RH雰囲気中に5日間エージングした後の重量変化
で表わした。また、TgはDSCにて測定した。比較のため
末端基封鎖剤を使用しないで、それ以外は実施例1と同
様にして重合したポリマーの測定結果を第1表に併記し
た。
以上の結果より、フェノキシエタノールを使用するこ
とにより、末端カルボキシル基が少なく耐加水分解性に
優れた、即ち、吸水や吸湿による耐熱性低下の少ないポ
リエステル樹脂組成物を得られることがわかった。
(実施例3) ビス(β−ヒドロキシエチル)テレフタレート254重
量部、テレフタル酸110重量部、酸化ゲルマニウムの0.8
%水溶液4重量部、トリメチルリン酸5%水溶液1.5重
量部を精留塔を有する重合缶に投入後、微量の窒素を流
しながら250℃迄加熱、撹拌した。この間、精留塔温度
を90〜95℃に維持することでエチレングリコールを還流
させ、水だけを系外に留出させた。収集した水の量より
計算して、エステル交換率が約90%に達したところで末
端封鎖剤として安息香酸n−ブチル2.7重量部とフェノ
キシエタノール1.0重量部を投入し、約30分間250℃でエ
ステル化を行った。次いで、加熱・撹拌を続けながら徐
々に減圧し、約1時間かけて283℃迄上昇させた。この
状態で約4時間重合を続けた後、常圧に戻しガット状に
押出し、水で冷却後カッターを用いてペレット状のポリ
マーを得た。得られたポリマーの極限粘度、末端カルボ
キシル基、ガラス転移温度(Tg)、吸水率を測定し結果
を第2表に示した。ここで、吸水率は23℃、65%RH雰囲
気中に5日間エージングした後の重量変化で表わした。
又、TgはDSCにて測定した。
(実施例4) 末端封鎖剤のフェノキシエタノールに替えて、 とした以外は実施例3と同様の実験を行った。結果を第
2表に示す。
(比較例2) 末端封鎖剤を添加しない以外は実施例3と同様の実験
を行った。結果を第2表に示す。
以上の結果より、ポリエステルの末端水酸基をカルボ
ン酸で封鎖すると同時に、末端カルボキシル基をアルキ
ルフェニルエーテルで封鎖することによって、低吸水性
であり、かつ吸水によるTgの低下即ち耐熱性低下の少な
いポリエステル樹脂組成物が得られることがわかった。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 63/00 - 63/91 C08L 67/00 - 67/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリエチレンテレフタレートの少なくとも
    末端カルボキシル基が、下記式(I)で表されるアルキ
    ルフェニルエーテルで部分封鎖されていることを特徴と
    する低吸水性ポリエステル樹脂組成物 (式中、Rは水素原子、又は炭素数1〜9のアルキル基
    であり、mは1以上5以下の数である。)
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