JP3313480B2 - 生分解性高分子量ポリエステルの製造方法 - Google Patents

生分解性高分子量ポリエステルの製造方法

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
    • C08G18/42Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain
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    • C08G18/4255Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain containing oxygen in the form of ether groups derived from polyols containing at least one ether group and polycarboxylic acids derived from polyols containing oxyalkylated carbocyclic groups and polycarboxylic acids

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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、従来生分解性があると
は考えられなかった、芳香族構造を有する生分解性高分
子量ポリエステルの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】脂肪族ポリエステルは生分解性のあるこ
とはよく知られているが、ポリエチレンテレフタレート
のように、ベンゼン核に直接エステル結合が付加した形
の芳香族構造を有するポリエステルは生分解性を示さな
い。このために、従来より芳香族構造を有する他のポリ
エステルもすべてベンゼン核に直接エステル結合が付加
した形の芳香族構造を有するポリエステルと同一視され
ていたように思われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、重量平均分
子量が30,000以上で、芳香族構造を有する、成形
品、フィルム、繊維等の従来のポリマーが用いられてい
た各分野に有用な生分解性高分子量ポリエステルの製造
方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、エステル結合が直接ベンゼン核に付しておらず、
脂肪族アルコールの形であれば、これとジカルボン酸ま
たはその誘導体とをエステル化すると、得られるポリエ
ステルは生分解性(ここでいう生分解性とは、ポリエス
テルを土中に埋めた場合または曝気槽中に浸漬した状態
で、ある期間後崩壊して消失する現象を意味する)を示
し、前記目的を達成できることを知り、本発明を完成す
ることができた。
【0005】すなわち、本発明は、〔I〕一般式(1)
【化3】 (式中、nは2〜10の範囲の偶数であり、Mは15以
上の数である)で示される重量平均分子量が10,00
0以上のポリエステル100重量部に対して、〔II〕多
価イソシアナート化合物および/または変性多価イソシ
アナート化合物0.1〜10重量部を反応させることに
より、ポリエステルの重量平均分子量を30,000以
上とすることを特徴とする、生分解性高分子量ポリエス
テルの製造方法に関する。
【0006】本発明の方法によれば、実用的に有用な生
分解性の高分子量ポリエステルを得ることができる。
【0007】本発明において用いられる、前記一般式
(1)で示されるポリエステルは、例えばビスフェノー
ルAとエチレンオキシドの付加物を多価アルコール成分
とし、この多価アルコール成分に、
【化4】 (式中、mは2〜10の範囲の偶数である)で示される
ジカルボン酸またはその誘導体とを反応させて得られる
ものである。
【0008】本発明に用いられる多価アルコール成分
は、ビスフェノールAにエチレンオキシドを付加させて
製造することができ、市販品もある。多価アルコール成
分を製造するには、エチレンオキシドの他にエチレンカ
ーボネートをアルカリ触媒の存在下にビスフェノールA
と反応させる方法もあるが、エチレンカーボネートのコ
ストがやや高いことから、一般にはエチレンオキシド付
加物が用いられ、本発明の目的には十分である。
【0009】このビスフェノールAとエチレンオキシド
の付加物{2,2′−ビス〔P−(ヒドロキシ−n−エト
キシ)フェニル〕プロパン}とエステル化してポリエス
テルとするためのジカルボン酸またはその誘導体として
は、前記一般式(2)で示されるものであり、具体的に
はコハク酸、無水コハク酸、アジピン酸、無水アジピン
酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等のカルボ
キシル間のメチレン基数の偶数のタイプ、およびジカル
ボン酸のジメチルエステルがあげられる。メチレン基数
の数が本発明の範囲の10より多いジカルボン酸も利用
可能であるが、コスト的に不利となることから実用的な
面からは重要性に欠ける。
【0010】多価アルコール成分であるビスフェノール
Aとエチレンオキシドの付加物とジカルボン酸またはそ
の誘導体の使用割合は、ジカルボン酸またはその誘導体
1モルに対して、ビスフェノールAとエチレンオキシド
の付加物は実質的に1モル位が好適である。
【0011】本発明においては、エステル化の際に目的
を損なわない範囲内の3官能以上の多価アルコール、3
官能以上の多価カルボン酸またはその無水物および3官
能以上のオキシカルボン酸からなる群から選ばれた少な
くとも1種の多官能化合物を併用すれば、例えば分枝が
導入されてその分子量分布が広がり、その結果優れた物
性を有するフィルムやシート等に成形可能となるため好
ましい。
【0012】3官能以上の多価アルコールの例として
は、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリ
スリット、トリアリルイソシアヌレートエチレンオキシ
ド付加物等があげられる。また、脱水した形のモノエポ
キシ化合物であるグリシドールも使用し得る。
【0013】3官能以上の多価オキシカルボン酸または
その無水物としては、市販品がいずれも利用可能ではあ
るが、低コストで入手できるといった点からは、リンゴ
酸、酒石酸並びにクエン酸が好適である。
【0014】3官能以上の多価カルボン酸またはその無
水物の例としては、トリメシン酸、プロパントリカルボ
ン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベン
ゾフェノンテトラカルボン酸無水物、シクロペンタテト
ラカルボン酸無水物等があげられる。とくに無水トリメ
リット酸、無水ピロメリット酸が好適である。
【0015】上記の多官能化合物の各成分は、必要に応
じて混合して用いることができる。多官能化合物の使用
量は、ジカルボン酸またはその誘導体成分全体100モ
ル%に対して、合計0.1〜5モル%であり、エステル
化の当初から加えることができる。多官能化合物の使用
量が0.1モル%未満では、添加する意味が乏しく、5
モル%より多い場合は、反応中でのゲル化の危険性が増
大する。
【0016】本発明においては、一般式(1)で示され
るポリエステルの重量平均分子量が10,000以上で
あることが必要であるが、そのためには、上記に示した
各原料をエステル化反応し、続いて高減圧下で反応を行
うことにより達成することができる。なお、一般式
(1)で示されるポリエステルの重量平均分子量が1
0,000未満の場合は、その後、多価イソシアナート
化合物および変性多価イソシアナート化合物と反応させ
て重量平均分子量を高めたとしても、必要とする物性を
有する成形品を得ることができない。本発明でとくに重
量平均分子量を規定した理由は、それが成形性、熔融粘
度に支配的であるからに他ならない。
【0017】エステル化反応は、金属化合物触媒の存在
下の脱水反応によるが、脱アルコール反応は生成が困難
であり、むしろ比較的沸点の低いコハク酸、アジピン酸
等が脱酸反応により、ポリエステルが高分子量化する傾
向がみられる。
【0018】エステル化反応は、160〜230℃、5
〜16時間、好ましくは不活性ガス雰囲気下で実施する
ことができる。この温度より低温では反応速度が遅く実
用性に乏しい。またこの温度より高温では分解の危険性
が高くなり避けた方がよい。従って180〜220℃の
間の温度でエステル化反応を実施することが好ましい。
エステル化反応は、一般式(1)で示されるポリエステ
ルの酸価が30以下、好ましくは15以下、さらに好適
には11以下に達するまで実施される。この場合、重量
平均分子量が大きい程高減圧下での反応による分子量増
大が円滑に行えるので、高分子量のものが望ましい。
【0019】高減圧下での反応は、5Torr以下の減圧
下、170〜230℃で2〜16時間実施される。より
好適には、1Torr以下の高真空下、180〜220℃で
実施することが、反応速度および分解防止の点から望ま
しい。得られるポリエステルは、末端基が実質的にヒド
ロキシル基であり、酸価はゼロとなる。高減圧下での反
応の際は、触媒を併用する必要がある。それらの例に
は、チタン、錫、アンチモン、セリウム、ゲルマニウ
ム、亜鉛、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、マ
グネシウム、カルシウムおよびストロンチウムからなる
群から選ばれた、少なくとも一種の金属の有機または無
機の金属化合物があげられ、使用量としては、生成する
ポリエステル100重量部に対し、0.001〜0.5
重量部である。金属化合物触媒の使用量が0.001重
量部未満では、エステル化反応が遅くなって実用的では
なくなり、0.5重量部より多く用いても逆に分解反応
を強める結果となり好ましくない。望ましい使用量は、
金属の種類によっても異なるが、0.005〜0.2重
量部である。金属化合物触媒としては、例えば金属のア
ルコキサイド、有機酸塩、キレート、酸化物等が用いら
れ、とくにチタンの有機化合物、例えばチタン酸アルキ
ルエステル、チタンオキシアセチルアセトネート、シュ
ウ酸チタン等の化合物が有用である。いわゆる生分解性
ポリエステルは土中で微生物崩壊を受けるが、金属触媒
または金属は土中に残留するとみられるので、安全なタ
イプでなければならない。そのような観点からすれば、
望ましい金属としては、チタン、ゲルマニウム、亜鉛、
マグネシウム、カルシウム等があげられる。
【0020】前記ジカルボン酸の低級アルコールエステ
ルを用いるエステル交換法により、目的とする高分子量
ポリエステルを得ることも可能であるが、原料エステル
類のコスト高から経済的に有利なものとはならない。
【0021】本発明は、実質的に末端基がヒドロキシル
基である重量平均分子量10,000以上の一般式
(1)で示されるポリエステルに、イソシアナート化合
物を反応させることにより、重量平均分子量を30,0
00以上とすることよりなるものであるが、そのために
用いられるイソシアナート化合物としては、多価イソシ
アナート化合物および/または変性多価イソシアナート
化合物があげられる。
【0022】多価イソシアナート化合物および変性多価
イソシアナート化合物の例には、例えばヘキサメチレン
ジイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、水素
化キシリレンジイソシアナート、水素化ジフェニルメタ
ンジイソシアナート、リジンジイソシアナート、並びに
これらの3量体、多価アルコールとの付加体、マスク型
化合物があげられる。多価イソシアナート化合物と変性
多価イソシアナート化合物は併用してもよい。
【0023】これらの多価イソシアナート化合物および
変性多価イソシアナート化合物の中で生成ポリエステル
の着色を防ぐ意味からは、脂肪族、環状脂肪族の多価イ
ソシアナート化合物、およびそのマスク型多価イソシア
ナート化合物の使用が望ましい。多価イソシアナート化
合物に付加させる、いわゆるマスク剤は、加熱によりマ
スク剤が離脱し、イソシアナート基を再生するものであ
れば特に制限を加える必要はないが、生分解性プラスチ
ックといった立場からは毒性の疑われる化合物の使用は
好ましくない。そのような観点からは、マスク剤として
はマロン酸低級アルコールエステル類、アセチルアセト
ン、アセト酢酸の低級アルコールエステル類、2級アル
コール類が望ましい。
【0024】多価イソシアナートおよび/または変性多
価イソシアナートの使用量は、一般式(1)で示される
ポリエステル100重量部に対して0.1〜10重量部
である。0.1重量部未満では、添加の効果に乏しく、
また10重量部より多く添加してもゲル化の危険性が増
大するのみで増量の意味がない。
【0025】ポリエステルと多価イソシアナート化合物
および/または変性多価イソシアナート化合物との反応
は、150℃以上の高温下、多価イソシアナート化合物
および/または変性多価イソシアナート化合物を添加す
ることにより行うことが好ましい。
【0026】本発明によるウレタン結合を含む生分解性
高分子量ポリエステルは、フィルム、各種成形品、繊維
等に成形が可能であり、それぞれの用途に適用される
が、その実用化に際して、必要に応じて無機、並びに有
機の充てん剤、補強剤、着色剤、滑剤、ワックス類、安
定剤、ポリマー類を併用できることは勿論である。
【0027】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。なお、分子量の測定は、次の条件によった。 GPC Shodex GPC SYSTEM−11 溶離液 CF3 COONa 5mmol/HFIP (ヘキサフロロイソプロパノール 1リットル) カラム サンプルカラム HFIP−800P HFIP−80M×2本 リファレンスカラム HFIP−800R×2本 カラム温度 40℃ 流量 1.0ml/min 検出器 Shodex RI STD:PMMA(Shodex STANDARD
M−75)
【0028】実施例1〜3 撹拌機、分溜コンデンサー、温度計、ガス導入管を付し
た1リットルのセパラブルフラスコに、次の各成分を秤
取した。実施例1〜3の共通成分として、日本乳化剤
(株)社製、商品名、ニューコール #1900(ビスフ
ェノールA−エチレンオキシド付加物)をそれぞれ32
0g、更に 実施例1として コハク酸 118g、 実施例2として アジピン酸 146g、 実施例3として セバシン酸 202g、 をそれぞれ加えた。
【0029】次に、触媒としてテトライソプロピルチタ
ネートをそれぞれ0.05g添加し、210〜215
℃、窒素気流下にエステル化して、酸価および数平均分
子量を、 実施例1 8.2 数平均分子量 7,890、 実施例2 10.0 数平均分子量 7,600、 実施例3 10.1 数平均分子量 4,000、 とした後、同温度で最終的にはいずれも0.7Torrの減
圧下、180分間反応した。分子量は次の如くに変化し
た。 実施例1 数平均分子量 16,200 重量平均分子
量 40,000 実施例2 数平均分子量 16,600 重量平均分子
量 46,000 実施例3 数平均分子量 8,200 重量平均分子
量 35,200
【0030】更に、温度を200℃に下げ、ヘキサメチ
レンジイソシアナート各5gを加えた。粘度は急速に増
大したがゲル化はしなかった。得られた高分子量化ポリ
エステルの分子量は次のようになった。 実施例1 数平均分子量 31,400 重量平均分子
量 102,200 実施例2 数平均分子量 33,200 重量平均分子
量 108,800 実施例3 数平均分子量 23,300 重量平均分子
量 118,300 実施例1〜3で得られたポリエステルは、いずれも淡黄
褐色、透明な固型レジンであった。融点は、実施例1が
105℃、実施例2が90℃、実施例3が80℃(いず
れも熔融法)であった。
【0031】実施例1〜3で得られたそれぞれのポリエ
ステルを150℃、100kg/cm2でプレス成形し、常
温で3倍に一軸延伸した厚さ約50μのフィルムはいず
れも透明で、その引張り強さは、 実施例1 10.9kg/mm2 実施例2 8.7kg/mm2 実施例3 8.2kg/mm2 であった。
【0032】各フィルムを、黒ボク土中約20cm下に埋
め、生分解テストを行った所、実施例3で得られたフィ
ルムは6ケ月後に完全分解して原形が消失していたが、
実施例2で得られたフィルムはボロボロとなってはいる
ものの原形を止めていた。また、実施例1で得られたフ
ィルムは部分的に虫喰い状態となり分解の徴候が認めら
れた。
【0033】実施例4 撹拌機、分溜コンデンサー、温度計、ガス導入管を付し
た1リットルのセパラブルフラスコに、ニューコール #
1900を320g、無水コハク酸100g、テトライ
ソプロピルチタネート0.05gを仕込み、窒素気流
中、210〜215℃でエステル化して酸価9.6とし
た後、同温度で最終的には0.6Torrの減圧下120分
間反応を行った。得られたポリエステルは淡黄色透明、
数平均分子量11,000、重量平均分子量37,50
0であった。これに、イソホロンジイソシアナート5g
を加えた。粘度は急速に増加したが、ゲル化はしなかっ
た。200℃で15分反応後の高分子量ポリエステルの
分子量は、数平均で15,600、重量平均で112,
000となった。このポリエステルは、加熱により軟化
し、150℃、150kg/cm2 の條件でプレス成形でシ
ートを得ることは可能であったが、明確な融点は示さな
かった。
【0034】
【発明の効果】本発明のウレタン結合を含むポリエステ
ルは、高分子量であって、強度および成形性が良好であ
り、その上芳香族構造を有しているにもかかわらず生分
解性を有しているのでフィルム等の成形品として種々な
用途が期待される。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 〔I〕一般式(1) 【化1】 (式中、nは2〜10の範囲の偶数であり、Mは15以
    上の数である)で示される重量平均分子量が10,00
    0以上のポリエステル100重量部に対して、 〔II〕多価イソシアナート化合物および/または変性多
    価イソシアナート化合物0.1〜10重量部を反応させ
    ることにより、ポリエステルの重量平均分子量を30,
    000以上とすることを特徴とする、生分解性高分量ポ
    リエステルの製造方法。
  2. 【請求項2】 一般式(1)で示されるポリエステル
    が、ビスフェノールAとエチレンオキシドの付加物に一
    般式(2) 【化2】 (式中、mは2〜10の範囲の偶数である)で示される
    ジカルボン酸またはその誘導体とを反応して得られるも
    のである、請求項1記載の生分解性高分子量ポリエステ
    ルの製造方法。
  3. 【請求項3】 一般式(1)で示されるポリエステル
    が、ビスフェノールAとエチレンオキシドの付加物と一
    般式(2)で示されるジカルボン酸またはその誘導体の
    ほかに、3官能以上の多価アルコール、3官能以上の多
    価カルボン酸またはその無水物および3官能以上のオキ
    シカルボン酸からなる群から選ばれた少なくとも1種の
    多官能化合物を用いる、請求項1または請求項2記載の
    生分解性高分子量ポリエステルの製造方法。
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