JP2860184B2 - 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
ステルの製造にかかわるものである。
【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、亜鉛化合物は、鉛、錫、アン
チモン、カドミウム、クロム、といった重金属の示す毒
性がなく(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1頁)、人体における必須
微量金属であることから、極力少量の亜鉛化合物を触媒
に用いて実用性のある高分子量ポリエステルを製造する
ことができるならば食品関係の包装材料として頗る望ま
しいことである。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。しかし、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2,000〜2,5
00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1
5〜20部にも及ぶ必要がある。しかしながら、例えば
10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、フォーム
あるいは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記のように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、亜鉛化合
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、
0.01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、これにより少量の亜鉛触媒の活性の乏しさと、
それに基づく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1
00重量部に対して0.001〜3重量部のアセトアセ
トイル型亜鉛キレート化合物または有機酸の亜鉛塩を脱
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、グリコール成分を幾分
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亜鉛化合物は、アセトア
セトキシ型亜鉛キレート化合物、並びに有機酸の亜鉛塩
である。それらの例としては、例えば、亜鉛アセチルア
セトネート、酢酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、オクチル酸
亜塩である。併用も可能であるが、その必要性は少な
い。亜鉛化合物の使用割合は、ポリエステル100重量
部に対して0.001〜3重量部、望ましくは0.05〜
1重量部である。亜鉛化合物はエステルの最初から加え
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仕込み、190〜200
℃、窒素ガス気流中にエステル化して酸価6.7とした
後(数平均分子量約2,600)、日本化学産業(株)
“ナーセム亜鉛”(アセチルアセトネート亜塩)0.7
gを加え、200〜205℃約18時間、最終的には
0.5Torr迄減圧し、数平均分子量15,500、淡黄色
ワックス状の高分子量ポリエステル(A)が得られた。
融点約115℃であった。分子量の測定は“Shoclex GP
C SYSTEM-11”を用い、溶離液5mM CF3COONa 4HFTPで
行った。さらに、ポリエステル(A)の205℃における
熔融状態で、ヘキサメチレンジイソシアナート7gを加
え、撹拌、反応させた。急速に粘度が上昇したが、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35,000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/cm
2の圧力で成形し、半透明の円板状に成形して、3cm×
3cmに切断した。これを2軸延伸機にかけ、縦、横を各
5倍に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反し
て、ポリエステル(B)からは厚さ約30μの透明に延伸
された強靱なフィルムが得られ、その引張り強さは55
0kg/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を仕込み、195〜200℃にエ
ステル化して酸価9.0とした後、酢酸亜鉛1gを加え、
温度205〜210℃で16時間、最終的には0.7Tor
rの減圧として脱グリコール反応を行った。室温では固型
のポリエステル(C)が数平均分子量12,500で得ら
れた。全部のポリエステル(C)に201℃でイソホロニ
ジイソシアナート8gを加え、ウレタン化による高分子
量化をはかった。ゲル化は生じなかった。10分間反応
後の数平均分子量は36,000となり、やゝ黄褐色ワ
ックス状のポリエステル(D)が得られた。ポリエステル
(C)およびポリエステル(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℃で半透明の円板状に成形し
た。ポリエステル(C)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が、少量のウレタン結合
を含むポリエステル(D)は頗る強靱で、人手で引裂くこ
とが出来なかった。縦、横共に5倍の2軸延伸を70℃
で行ったところ、約35μの強靭で透明なフィルムが得
られた。その引張り強さは610kg/cm2であった。
【0010】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、亜
鉛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0.00
    1〜3重量部のアセトアセトイル型亜鉛キレート化合物
    または有機酸の亜鉛塩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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