JP3254308B2 - 高分子量ポリエステルの製造方法 - Google Patents

高分子量ポリエステルの製造方法

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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、高分子量ポリエステル
の製造方法に関する。詳しくは、無水コハク酸を主成分
とする環状酸無水物と酸化エチレンを主成分とする環状
エーテルおよび分子中に少なくとも二個エポキシ基を有
するエポキシ化合物とを開環反応させて得られる高分子
量ポリエステルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】脂肪族ポリエステルは一般に生分解性が
認められており、単独あるいは種々の添加剤を配合して
シートやフィルム状に成形され包装材料等に使用され
る。このようなポリエステルを製造する方法としては、
ジカルボン酸とグリコールとを直接エステル化させる
か、又はジカルボン酸のアルキルエステルとグリコール
とをエステル交換させてグリコールエステル及び/又は
その低重合体を得、次いでこれを高真空下で長時間加熱
撹拌して重縮合させる方法が一般に実施されている。
【0003】また、このようにして得られたポリエステ
ルをさらに高分子量化するためにポリエステル末端のヒ
ドロキシル基とジイソシアナートを反応して高分子量ポ
リエステルを製造する方法(たとえば特開平4−189
822号)も開示されている。
【0004】しかしながら、高真空下に長時間加熱撹拌
して重縮合するという方法は、高真空を保つための真空
装置と高い動力が必要であり、工業的に効率のよいもの
でなかった。
【0005】また、長時間加熱攪拌したポリエステルと
イソシアナートを反応させるために得られるポリマーの
着色はさけられなかった。
【0006】さらにポリエステルとイソシアナートの反
応部位には窒素が含まれるためポリマーの燃焼に際して
は窒素酸化物の発生がさけられないこと、ポリエステル
末端とエポキシ基との反応によってできるエステル結合
やエーテル結合にくらべてポリエステル末端とイソシア
ナート基との反応によってできるウレタン結合は生分解
性が劣るなどの欠点を有していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決するものである。したがって、本発明
の目的は、無水コハク酸と酸化エチレンと分子中に少な
くとも二個エポキシ基を有するエポキシ化合物を反応さ
せて高融点で、生分解性を有する高分子量ポリエステル
を短い反応時間で工業的に効率よく製造する方法を提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、無水コハ
ク酸と酸化エチレンと分子中に少なくとも二個エポキシ
基を有するエポキシ化合物とを開環反応させることによ
り上記目的を達成できることを見出し、本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、無水コハク酸を主成分とする
環状酸無水物(A)および酸化エチレンを主成分とする
環状エーテル(B)と分子中に少なくとも二個エポキシ
基を有するエポキシ化合物(C)とを開環反応させるこ
とを特徴とする高分子量ポリエステルの製造方法に関す
る。
【0009】
【作用】本発明に用いる環状酸無水物(A)としては、
主成分として無水コハク酸を用いるが、必要により無水
コハク酸の一部を、例えば無水マレイン酸、無水イタコ
ン酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水シトラコ
ン酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸などの他の環
状酸無水物で置換することは可能である。環状酸無水物
(A)中の無水コハク酸の割合は、50モル%以上とす
るのが好ましい。本発明で用いる環状エーテル(B)は
酸化エチレンを主成分として含有するものであるが、酸
化エチレンの一部を他の環状エーテルで置換したもので
もよい。酸化エチレンと置換可能なものとしては、例え
ばプロピレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、スチ
レンオキシド、エピクロロヒドリン、アリルグリシジル
エーテル、フェニルグリシジルエーテル、テトラヒドロ
フラン、オキセパン、1,3−ジオキソランなどが挙げ
られる。
【0010】本発明で用いるエポキシ化合物(C)は分
子中に少なくとも二個エポキシ基を有するものであり、
例えば、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエー
テル、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエー
テル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエー
テル、レゾルシンジグリシジルエーテル、ネオペンチル
グリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジ
オールジグリシジルエーテル、アジピン酸ジグリシジル
エステル、ο−フタル酸ジグリシジルエステル、テレフ
タル酸ジグリシジルエステル、ハイドロキノンジグリシ
ジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテ
ル、グリセロールジグリシジルエーテル、ソルビトール
ポリグリシジルエーテル、ソルビタンポリグリシジルエ
ーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ペ
ンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ジグリセ
ロールポリグリシジルエーテル、トリグリシジルトリス
(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、グリセロ
ールトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパン
ポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。
【0011】環状酸無水物(A)、環状エーテル(B)
およびエポキシ化合物(C)との開環反応は、まず環状
酸無水物(A)と環状エーテル(B)を開環重合させ、
得られたポリエステルとエポキシ化合物(C)を反応さ
せる方法あるいは環状酸無水物(A)と環状エーテル
(B)とエポキシ化合物(C)を同時に開環反応させる
方法あるいは環状酸無水物(A)と環状エーテル(B)
とエポキシ化合物(C)を同時に開環反応させ、さらに
エポキシ化合物(C)を反応させる方法がある。
【0012】本発明で用いられる無水コハク酸等の環状
酸無水物は、これまで単独重合しないことが知られてい
た。このような単独重合しない環状酸無水物に対し、重
合触媒の存在下に環状エーテルを逐次的に添加して重合
させるか、あるいは環状酸無水物に対し、重合触媒の存
在下に環状エーテル、エポキシ化合物を逐次的に添加し
て重合させることによって、実質的に酸成分とアルコー
ル成分が交互共重合したポリエステルが短時間で生成
し、さらに必要によりエポキシ化合物を反応させること
により高分子量ポリエステルが得られる点に、本発明の
意味がある。
【0013】重合は溶媒中での重合や塊状重合等の方法
により行うことができる。溶媒中での重合では環状酸無
水物(A)は溶媒に溶解させて用い、塊状重合では環状
酸無水物(A)を溶融させてから本発明に用いる。
【0014】溶媒中での重合は、回分式でも連続式でも
行うことができ、その際使用される溶媒としては、例え
ばベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n
−ヘキサン、ジオキサン、クロロホルム、ジクロロエタ
ンなどの不活性溶媒をあげることができる。
【0015】重合触媒としては、例えばアルミニウムイ
ソプロポキシド、アルミニウムsec−ブトキシド、モ
ノsec−ブトキシアルミニウムジイソプロピレート、
アルミニウムエトキサイドなどのトリアルコキシアルミ
ニウム化合物;五塩化アンチモン、塩化亜鉛、臭化リチ
ウム、塩化すず(IV)、塩化カドミウム、三フッ化ホ
ウ素ジエチルエーテルなどのハロゲン化物;トリメチル
アルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジエチルアル
ミニウムクロライド、エチルアルミニウムジクロライ
ド、トリ−iso−ブチルアルミニウムなどのアルキル
アルミニウム;ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、ジイソプ
ロピル亜鉛などのアルキル亜鉛;トリアリルアミン、ト
リエチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、ベンジル
ジメチルアミンなどの三級アミン;リンタングステン
酸、リンモリブデン酸、ケイタングステン酸などのヘテ
ロポリ酸およびそのアルカリ金属塩等が挙げられ、中で
もトリアルコキシアルミニウム化合物、ハロゲン化物、
三級アミンが特に好ましい。重合触媒の使用量には特に
制限はないが、通常環状酸無水物(A)および環状エー
テル(B)の合計量に対して0.001〜10重量%で
ある。重合触媒の添加方法は環状酸無水物(A)に添加
しておいてもよく、環状エーテル(B)のように逐次添
加してもよい。
【0016】開環反応温度は環状酸無水物(A)と環状
エーテル(B)とエポキシ化合物(C)が反応する温度
であれば特に制限はないが、10〜250℃、好ましく
は50〜150℃、さらに好ましくは100〜150℃
である。反応に際して、反応容器内の圧力は反応温度お
よび溶媒の有無や溶媒の種類によって異なるが、環状エ
ーテル(B)の逐次的な添加による圧力の上昇に伴う未
反応環状エーテルの増加は、反応生成物中のポリエーテ
ル成分を増やすことになり好ましくない。したがって、
反応容器内の圧力は常圧〜50kgf/cm2 、好ましくは常
圧〜15kgf/cm2 となるように環状エーテル(B)を添
加する。
【0017】本発明において環状エーテル(B)および
エポキシ化合物(C)の逐次添加は、環状酸無水物
(A)100重量部に対し1時間あたり環状エーテル
(B)および必要によりエポキシ化合物(C)との合計
を3〜90重量部、好ましくは14〜50重量部の割合
で行なう。
【0018】環状エーテル(B)の添加速度あるいは環
状エーテル(B)とエポキシ化合物(C)との合計の添
加速度が下限の3重量部より遅い場合には、反応が長時
間となり生産性が低下するなど工業的に好ましくない。
また、上限の90重量部より速い場合には、反応生成物
中のポリエーテル成分が増加して融点の低いポリエステ
ルしか得られなくなる。
【0019】なお、環状エーテル(B)およびエポキシ
化合物(C)の逐次添加とは、環状エーテル(B)およ
びエポキシ化合物(C)を一括して添加しないことであ
り、連続的に滴下する方法や多段階に分割して断続的に
添加する方法のいずれでもよい。好ましくは添加量が経
時的に大きく変動しないように連続的に添加するのがよ
い。
【0020】本発明における環状酸無水物(A)および
環状エーテル(B)の反応比率は、これらのモル比で40
/60〜60/40の比率となるようにするのが好ましく、エ
ポキシ化合物(C)の反応比率は、環状酸無水物(A)
および環状エーテル(B)の合計に対してエポキシ基と
して0.01〜10モル%が好ましい。この比率の範囲
をはずれると、未反応モノマーが増大して収率が低下し
たり目的の高分子量ポリエステルが得られないことがあ
る。本発明で前記モル比を考慮して決定した所定量の環
状エーテル(B)およびエポキシ化合物(C)を逐次添
加し終わった後、前記反応温度で重合を継続して熟成す
るのが好ましい。熟成反応後に重合系から生成したポリ
エステルを分離すればよく、得られたポリエステルはさ
らに必要によりエポキシ化合物(C)と反応させる。
【0021】なお、ポリエステルとエポキシ化合物
(C)との反応を促進するために、必要に応じて、3級
アミン、4級アンモニウム塩、イミダゾール化合物等の
公知の触媒を用いることは自由である。
【0022】このようにして得られた高分子量ポリエス
テルは成形加工して各種用途に有効に適用できる。
【0023】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらにより限定されるものでは
ない。なお、例中の部は重量部を表わす。
【0024】(実施例1)オートクレーブに無水コハク
酸386.2部および重合触媒としてアルミニウムイソ
プロポキシド2.09部を加え、窒素置換を行った。次
いで撹拌下にオートクレーブを徐々に130℃まで昇温
して無水コハク酸を溶融し、同温度でオートクレーブ内
の圧力を0〜7.0kgf/cm2 に維持しながら、酸化エチ
レン187.0部を1時間あたり75部の添加速度で
2.5時間にわたって連続的に導入した。酸化エチレン
導入後130℃で2.0時間熟成反応を行ってから系を
常温にもどすことにより、重合生成物を得た。
【0025】得られた重合生成物66.30部を窒素気
流中で加熱攪拌し、190℃でアジピン酸ジグリシジル
エステルを1.71部を加え50分反応させ、反応生成
物を得た。得られた反応生成物をクロロホルムに溶解さ
せてテトラヒドロフラン中で沈澱精製する操作を3回繰
り返して高分子量ポリエステル(1)を得た。この高分
子量ポリエステル(1)の収率を求めたところ96.9
%であった。また、GPC測定による数平均分子量は3
5000、DSCによる融点は97.3℃であった。
【0026】(実施例2)オートクレーブに無水コハク
酸386.2部および重合触媒としてアルミニウムイソ
プロポキシド2.09部を加え、窒素置換を行った。次
いで撹拌下にオートクレーブを徐々に130℃まで昇温
して無水コハク酸を溶融し、同温度でオートクレーブ内
の圧力を0〜7.2kgf/cm2 に維持しながら、酸化エチ
レン170.0部とアジピン酸ジグリシジルエステル
1.70部の合計を1時間あたり77部の添加速度で
2.2時間にわたって連続的に導入した。導入後さらに
酸化エチレン17.0部を30分間で連続的に導入し
た。導入後130℃で40分間熟成反応を行ってから系
を常温にもどすことにより、重合生成物を得た。得られ
た重合生成物を実施例1と同様にして精製して高分子量
ポリエステル(2)を得た。この高分子量ポリエステル
(2)の収率を求めたところ95.1%であった。ま
た、GPC測定による数平均分子量は41000、DS
Cによる融点は94.2℃であった。
【0027】(比較例1)オートクレーブに無水コハク
酸250.0部、酸化エチレン110.0部およびトル
エン200.0部を加え、撹拌下に無水コハク酸を溶解
し、十分窒素置換を行った。次いでオートクレーブを8
0℃まで徐々に昇温した後、重合触媒としてアルミニウ
ムイソプロポキシド4.2部をトルエン50部に溶解し
てオートクレーブに加え、80℃に4時間維持して重合
を行った。重合終了後に系を常温にもどし、トルエンを
留去して重合生成物を得た。得られた重合生成物を実施
例1と同様にして精製して比較ポリエステル(1)を得
た。この比較ポリエステル(1)の収率を求めたところ
78.5%であった。また、GPC測定による数平均分
子量は11000、DSCによる融点は63.5℃であ
った。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、生分解性を有する高分
子量ポリエステルを短い反応時間で合成することができ
る。本発明で得られる高分子量ポリエステルは、構造中
にポリエーテル成分をほとんど有しない高融点のもので
あるため、フィルムやシート等への成形加工が容易とな
り、成形品としての耐久性にもすぐれている。したがっ
て、本発明で得られる高分子量ポリエステルは、使い捨
ての包装材料や日用雑貨品等に有効に使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 森川 聡 (56)参考文献 特開 平7−252354(JP,A) 特開 平7−53691(JP,A) 特開 平7−33862(JP,A) 特開 平6−306154(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 63/00 - 63/91

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無水コハク酸を主成分とする環状酸無水
    物(A)、酸化エチレンを主成分とする環状エーテル
    (B)および分子中に少なくとも二個エポキシ基を有す
    るエポキシ化合物(C)とを開環反応させることを特徴
    とする高分子量ポリエステルの製造方法。
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