JP2860183B2 - ウレタン結合を含むポリエステルの製造方法 - Google Patents

ウレタン結合を含むポリエステルの製造方法

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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、実用上十分な高分子量
をもった、少量のウレタン結合を含む飽和の脂肪族ポリ
エステル(脂環式グリコールを含む、以下単にポリエス
テルと略称する)の製造方法に関するものであり、特に
淡色が要求され、その上有害な重金属を含まないポリエ
ステルの製造に関するものである。
【0002】
【従来の技術および課題】実用上十分な分子量をもった
ポリエチレンテレフタレートを合成する際、脱グリコー
ル反応の触媒として、チタン、亜鉛、マンガン、鉄、
鉛、アンチモン等の重金属の有機アルコキシ化合物、な
らびに有機酸の金属塩を触媒に利用することはよく知ら
れている。これらの触媒が十分な量用いられるのであれ
ば、短時間に必要な分子量迄高めることができるかも知
れず、そうであれば問題はないが、例えば食品関係に用
いられる包装材料には、これら触媒量は極力少ないこと
が望まれている。中でもチタン化合物は、鉛、錫、アン
チモン、カドミウム、クロム等で代表される重金属の示
す毒性がないとされ(例えば“ザックス”有害物質デー
タブック、藤原鎮男監訳、丸善株式会社、360頁)、
極力少量のチタン化合物を用いて実用性のある高分子量
ポリエステルを製造出来るならば、食品関係の包装材料
として頗る望ましいことが期待される。ポリエステルの
高分子量化のためには、ポリエステルをジイソシアネー
トで結合して高分子量にすることも考えられる。
【0003】例えば従来から、末端基がヒドロキシル基
である分子量2,000〜2,500程度のポリエステル
を、ポリウレタン樹脂の原料成分とし、ジイソシアナー
トと反応させて、ゴム、フォーム、塗料、接着剤とする
ことは広く行われている。然し、既存のポリウレタンに
用いられるポリエステルは、分子量2,000〜2,50
0の、いわばプレポリマーであり、この低分子量ポリエ
ステル100重量部(以下重量を省略)に対して、実用
的な物性を得るためには、ジイソシアナートの分子量に
もよるが、ジイソシアナートの使用量は10部以上15
〜20部にも及ぶ必要がある。しかしながら、例えば1
0部以上のジイソシアナートを熔融ポリエステル(種類
にもよるがほぼ150℃以上)に添加すると、低分子量
ポリエステルであると、高分子量ポリエステルであると
に拘わらず、必ずゲル化して、取扱可能な樹脂は得られ
ない。実際には、10部以上のジイソシアナートの添加
は、溶剤に溶解した溶液状態で行われるか、或はフォー
ム或はRIM成形にみられるように、一度で最終硬化樹
脂を得るか、である。またゴムの場合、ヒドロキシル基
をイソシアナート基に転換し(ジイソシアナートを加え
て)、さらにグリコールで分子量を増大することも行わ
れているが、イソシアナートの量は前述のように10部
以上という多さである。このような場合、ポリエステル
の合成に重金属系の触媒を用いると、これがイソシアナ
ート基の反応性を著しく促進して、保存性不良、望まし
からざる架橋(分岐)をもたらすことから、一般にポリ
ウレタン樹脂原料の低分子量ポリエステルは、無触媒で
合成されている。従って、分子量は高くても2,500
位が限界である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、極力少な
いチタン化合物を脱グリコール反応の触媒に用いて、数
平均分子量5,000以上、望ましくは10,000以上
のポリエステルを合成し、さらに該ポリエステルの熔融
状態で、0.1重量部以上5重量部以下のジイソシアナ
ートを加えることによって、ポリエステルの分子量を2
〜5倍に高め、それに基づきポリエステルの分子量を希
望の水準迄高めることの困難な点を解消することを見出
して、本発明を完成することができた。すなわち本発明
は、(a)飽和脂肪族ポリエステル樹脂の合成過程で、
生成する樹脂100重量部に対して0.01重量部を超
え3重量部以下のアセトアセトイル型チタンキレート化
合物、またはアルコキシチタン化合物を脱グリコール触
媒として用いて、末端基が実質的にヒドロキシル基であ
る数平均分子量5,000以上の飽和脂肪族ポリエステ
ルを合成し、(b)熔融状態の該飽和脂肪族ポリエステ
ルに0.1〜5重量部のジイソシアナートを加えること
よりなる、数平均分子量10,000以上のウレタン結
合を含むポリエステルの製造方法を提供するものであ
る。 以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0005】(飽和ポリエステル)本発明においては、
ジイソシアナートと反応させる飽和ポリエステルは、末
端基が実質的にヒドロキシル基である、数平均分子量
5,000以上、好ましくは10.000以上の飽和ポリ
エステルでなければならない。これが低分子量ポリエス
テル、例えば数平均分子量が2,500程度であると、
本発明で利用する0.1〜5重量部のジイソシアナート
を用いても、良好な物性を有する最終樹脂を得ることが
出来ないばかりか、熔融添加にあっては、前出した0.
1〜5重量部でも、量によっては反応中にゲル化を生ず
ることが認められる等の不都合がある。したがって、末
端ヒドロキシル基の単位重量当たりの数(即ち分子の大
きさ)がほぼ30以下位でなければ、安全な反応が行え
ない。本発明の分子量5,000以上ポリエステルは、
必然的にこのレベルまたは以下のヒドロキシル価であ
り、少量のジイソシアナートの使用で、熔融状態といっ
た苛酷な条件下でも、安全に高分子量ポリエステルを合
成することができる。したがって、本発明でいうポリエ
ステルは、少なくとも分子量5,000当たり1個のウ
レタン結合を含むことになる。本発明により得られる分
子量10,000以上、望ましくは20,000以上のポ
リエステルは、融点が60℃以上で結晶性があれば、強
靭なフィルムとすることが出来、包装材料として利用す
ることが可能である。このために用いられるグリコール
類としては、例えばエチレングリコール、ブタンジオー
ル1,4、ヘキサンジオール1,6、デカメチレングリコ
ール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサ
ンジメタノール等があげられる。エチレンオキシドも利
用することができる。これらグリコールと反応してポリ
エステルを形成する多塩基酸(またはその酸無水物)に
は、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、
ドデカン酸、無水コハク酸、無水アジピン酸、などが一
般に市販されており、本発明に利用することができる。
特に、ブタンジオール1,4とコハク酸(融点110〜
115℃)、ならびにエチレングリコールとコハク酸
(融点約105℃)の組合せが、ポリエチレンと類似の
融点を示し、本発明にとっては、最も望ましい組合せと
いえる。当然のことながら、目的を損なわない範囲で、
グリコール、多塩基酸相互の併用は可能である。本発明
の飽和ポリエステルは、末端基が実質的にヒドロキシル
基であるが、そのためには、合成反応に使用するグリコ
ール成分および酸成分の割合は、グリコールを幾分過剰
に使用する必要がある。ポリエステルを合成する方法は
特別なものではなく、一般にエステル化に続く脱グリコ
ール反応により高分子量化される。
【0006】(触媒)本発明の飽和脂肪族ポリエステル
合成に、触媒として使用されるチタン化合物は、アセト
アセトイル型チタンキレート化合物、並びに有機アルコ
キシチタン化合物である。併用も出来るが、その必要性
は少ない。これらの例としては、例えばジブトキシ,ジ
アセトアセトキシチタン(日本化学産業(株)社製“ナ
ーセムチタン”)、テトラエトキシチタン、テトラプロ
ポキシチタン、テトラブトキシチタン等があげられ、い
ずれも市販品があり入手可能である。チタン化合物の使
用割合は、ポリエステル100重量部に対して0.01
重量部を超え3重量部以下、望ましくは0.05〜2重
量部である。チタン化合物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直前に加えてもよ
い。
【0007】(ジイソシアナート成分)さらに、本発明
の構成要素である生成した分子量5,000以上、望ま
しくは10,000以上の末端基が実質的にヒドロキシ
ル基であるポリエステルに、さらに分子量を高めるため
に加えられるジイソシアナート類には特に制限はない
が、例えば市販の次の種類があげられる。2,4−トリ
レンジイソシアナート、2,4−トリレンジイソシアナ
ートと2,6−トリレンジイソシアナートとの混合体、
ジフェニルメタンジイソシアナート、1,5−ナフチレ
ンジイソシアナート、キシリレンジイソシアナート、水
素化キシリレンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイ
ソシアナート、イソホロンジイソシアナート、特に、ヘ
キサメチレンジイソシアナートが、生成樹脂の色相、ポ
リエステル添加時の反応性、などの点から好ましい。こ
れらジイソシアナートの添加量は、分子量にもよるが、
ポリエステル100部に対して0.1〜5重量部、望ま
しくは0.5〜3重量部である。添加は、ポリエステル
が均一な熔融状態で溶剤を含まず、容易に撹拌可能な条
件下で行われることが望ましい。別に、固形状のポリエ
ステルに添加し、エクストルーダーを通して熔融、混合
することも不可能ではないが、一般にはポリエステル製
造装置内か、或は熔融状態のポリエステル(例えばニー
ダー内での)に添加することが実用的である。本発明に
よる少量のウレタン結合を含むポリエステルはフィル
ム、シートなどに成形可能で、主として色装関係に利用
されるが、使用に際して滑剤、着色剤、他ポリマー、離
型剤、フィラー、補強材、などを必要に応じ使用出来る
ことは勿論である。
【0008】
【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 1 撹拌機、分溜コンデンサー、温度計、ガス導入管を付し
た1lセパラブルフラスコに、ブタンジオール1,4を
315g、コハク酸を348g、チタンアセチルアセトネ
ート0.35g(日本化学産業(株)社製“ナーセムチタ
ン”)を仕込み、190〜200℃、窒素ガス気流中で
エステル化して酸価9.4とした後(数平均分子量2,3
00)、さらに200〜205℃で約12時間、最終的
には0.5Torr迄減圧し、脱グリコール反応による高分
子量化を行った。得られたポリエステル(A)の数平均分
子量は15,800、室温では白色の固いワックス状
で、融点は110〜115℃であった。分子量の測定
は、“Shoclex GPC SYSTEM-11”を用い、溶離液5mM CF
3COONa4HFTPで行った。さらに、ポリエステル(A)の2
06℃における熔融状態で、ヘキサメチレンジイソシア
ナート6gを加え、撹拌、反応させた。ゲル化は生じな
かった。生成した少量のウレタン結合を含むポリエステ
ル(B)の数平均分子量は33,000となった。130
℃の離型剤を塗布した熱板上に、5gのポリエステル
(A)ならびにポリエステル(B)を10Kg/cm2でプレス
成形し、不透明な円板状に成形し、室温で3cm×3cmに
切断した。これを縦、横、5倍づつの2軸延伸機にか
け、温度80℃で延伸したところ、ポリエステル(A)は
途中で引裂かれ、延伸フィルムが得られなかったのに対
して、ポリエステル(B)からは厚さ約30μの透明に延
伸された強靭なフィルムが得られ、その引張り強さは5
30Kg/cm2であった。
【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1lセパラブルフラスコに、エチレングリコール21
5g,コハク酸354g、テトライソプロポキシチタン
0.3gを仕込み、195〜200℃にエステル化して酸
価8.8とした後、温度205〜210℃で12時間、
最終的には0.4Torrの減圧として脱グリコールを行っ
た。室温では白色固形のポリエステル(C)が、数平均分
子量13,400で得られた。ポリエステル(C)全部に
温度201℃で、ジフェニルメタンジイソシアナート6
gを加え、ウレタン化を行った。10分間反応後の数平
均分子量は、36,000となった。室温迄冷却した少
量のウレタン結合を含むポリエステル(D)は淡黄色ワッ
クス状であった。ポリエステル(C)、ポリエステル(D)
各5gを、厚さ100μのポリエチレンテレフタレート
フィルムにはさみ、10Kg/cm2の圧力下130℃で厚
さ約150μの不透明な円板状に成形した。ポリエステ
ル(C)よりのシートはこの状態で容易に手で引裂くこと
ができ、もろい感じを与えたのに反して、少量のウレタ
ン結合を含むポリエステル(D)は非常に強靭で、人力で
は引裂くことができず、縦、横5倍づつの延伸フィルム
は透明で、その引張り強さは590Kg/cm2であった。
【0010】実施例 3 撹拌機、分溜コンデンサー、温度計を付した1lセパラ
ブルフラスコに、ヘキサンジオール1,6を272g、ド
デカン酸460g、テトラブトキシチタネートを0.4g
を仕込み、200〜205℃、窒素気流中でエステル化
して酸価4.9とした後、205〜210℃で12時
間、最終的には0.5Torr迄減圧して脱グリコール反応
を行って、数平均分子量15,600のポリエステル
(E)が常温ではやや黄味を帯びた融点約80℃の常温で
は白色ワックス状で得られた。温度を200℃に下げ、
イソホロンジイソシアナートを10g加えた。粘度は急
速に増大した。10分間同温度で撹拌し、少量のウレタ
ン結合を含むポリエステル(F)が、数平均分子量約4
0,000で得られた。やや黄味を帯びたワックス状で
あった。実施例2同様、ポリエチレンテレフタレートフ
ィルム間で120℃、10Kg/cm2でプレスし、円板上
の130μ前後のシートを得た。ポリエステル(E)から
のシートは容易に手で引き裂くことが出来たが、少量の
ウレタン結合を含むポリエステルは、人力では引裂くこ
とは出来ず、5×5倍に延伸して透明な厚さ約30μと
したフィルムの引張り強さは凡そ420Kg/cm2であっ
た。
【0011】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、重
金属を極めて少ししか含まない高分子量のポリエステル
を製造することができ、食品関係の包装等に用途を拡大
することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 18/42 C08G 63/685 C08G 63/91

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)飽和脂肪族ポリエステル樹脂の合
    成過程で、生成する樹脂100重量部に対して0.01
    重量部を超え3重量部以下のアセトアセトイル型チタン
    キレート化合物、またはアルコキシチタン化合物を脱グ
    リコール触媒として用いて、末端基が実質的にヒドロキ
    シル基である数平均分子量5,000以上の飽和脂肪族
    ポリエステルを合成し、 (b)熔融状態の該飽和脂肪族ポリエステルに0.1〜
    5重量部のジイソシアナートを加えることよりなる、数
    平均分子量10,000以上のウレタン結合を含むポリ
    エステルの製造方法。
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