JP3463107B2 - 脂肪族ポリエステル共重合体及びその製造方法 - Google Patents

脂肪族ポリエステル共重合体及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、包装材料、園芸、
農業、酪農、漁業、土木材料及び医療材料等の広範な分
野への用途が期待される生分解性の新規な脂肪族ポリエ
ステル共重合体及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ポリγ−ブチロラクトンユニット
を含む共重合体を製造する方法には、微生物が産出する
方法及び化学合成法が知られている。その化学合成によ
るポリγ−ブチロラクトンユニットを含む共重合体の製
造方法としては、γ−ブチロラクトンとグルコール酸と
を、ルイス酸の存在下60℃で重合反応させることによ
り共重合体が得られた例(Macromol.Che
m.,186,977−997(1985年))が報告
されている。しかし、この方法ではγ−ブチロラクトン
の重合能が低いために、得られたポリマー組成に制限が
あり、γ−ブチロラクトンユニットが26モル%を超え
る共重合体は得られていない。また、その得られた共重
合体の収率は、1.4%に過ぎず、極めて低いものであ
った。また、この方法に使用されたモノマーは、グリコ
ール酸に限られており、グリコール酸無水物を用いた合
成例は知られていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における上記した実状に鑑みてなされたものである。す
なわち、本発明の目的は、工業的に大量に生産され安価
なγ−ラクトンを原料とし、広範囲の分野に使用される
生分解性の脂肪族ポリエステル共重合体である新規なγ
−ラクトン−グルコ−ル酸共重合体、及びそれらの製造
方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、ルイス酸の存在下、
下記一般式(1)
【化5】 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を
示す)で表されるγ−ラクトン類と、下記一般式(2)
【化6】 で表されるグリコール酸無水物とを、超高圧下で30〜
130℃に加熱して開環重合させて得られることを特徴
とする数平均分子量が500〜30,000であるポリ
γ−ラクトン−グリコール酸共重合体の製造方法が提供
される。その共重合体は、γ−ラクトン由来のエステル
ユニットAを60〜95モル%含有するものであること
が好ましい。
【0005】また、本発明によれば、下記一般式(1)
【化7】 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を
示す)で表されるγ−ラクトン類と、下記一般式(2)
【化8】 で表されるグリコール酸無水物とからなる数平均分子量
が500〜30,000の共重合体であって、該一般式
(1)のγ−ラクトン由来のエステルユニットAの含有
量が60〜95モル%であることを特徴とするポリγ−
ラクトン−グリコール酸共重合体が提供される。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明においては、前記一般式
(1)のγ−ラクトン類と前記一般式(2)のグリコー
ル酸無水物とを超高圧の加熱条件下に開環重合反応させ
て、前記一般式(1)で表されるγ−ラクトン由来のエ
ステルユニット(γ−ラクトン単量体単位)Aと、前記
一般式(2)で表されるグリコール酸無水物由来のエス
テルユニット(グリコール酸無水物単量体単位)Bから
なる脂肪族ポリエステル共重合体を得るものである。
【0007】この場合、γ−ラクトン由来のエステルユ
ニットAは、下記一般式(3)で表すことができる。
【化9】 また、グリコール酸無水物由来のエステルユニットB
は、下記一般式(4)で表すことができる。
【化10】 前記一般式(1)で表されるγ−ラクトンにおいて、R
は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示すが、そ
のアルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロ
ピル、ブチル、アミル及びヘキシル等が挙げられる。
【0008】本発明の製法に用いるルイス酸としては、
従来公知の各種のものを用いることができる。このよう
なものには、ホウ素のハロゲン化物、金属のハロゲン化
物及び金属アルコキシド等が包含される。これらのルイ
ス酸は、必要に応じて有機溶媒と混合して用いることが
できる。ホウ素のハロゲン化物としては、三フッ化ホウ
素(BF)が挙げられる。この三フッ化ホウ素は、ア
ルキルエーテルとの錯体として好ましく用いられる。ま
た、金属のハロゲン化物としては、塩化物やフッ化物が
挙げられる。この場合、金属としては、アルミニウム、
銅、鉄、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、スズ、亜
鉛等が挙げられる。本発明では、これらの金属ハロゲン
化物は、ヘキサン、ジクロロメタン、トルエン、ジエチ
ルエエーテル等の有機溶媒中に溶解させて用いることが
できる。
【0009】また、金属アルコキシドとしては、下記一
般式(5)で表されるものが用いられる。 M(OR)n (5) 上記式中、Mは金属元素であり、Rはアルキル基であ
り、nは金属元素Mの価数に対応する数である。その金
属元素Mには、アルミニウム、銅、鉄、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム等が包含される。また、アルキル基
Rとしては、炭素数1〜8、好ましくは1〜4のものが
挙げられる。ルイス酸の使用割合は、ラクトンモノマー
に対して、0.01〜5モル%、好ましくは0.01〜
1モル%である。
【0010】本発明による開環重合反応では、重合反応
装置に仕込む供給原料のモル比に相当するモノマーユニ
ット(成分比)を有する共重合体を得ることができる。
すなわち、一般式(1)で表されるγ−ラクトンと一般
式(2)で表されるグリコール酸無水物との仕込みモル
比に略相当する成分比(共重合体中に供給原料由来の成
分が占めるモル比)を有するポリγ−ラクトン−グリコ
ール酸共重合体が得られる。また、その開環重合の反応
温度は、40〜130℃、好ましくは70〜100℃の
範囲で行う。
【0011】本発明において、反応圧力としては超高圧
を採用するが、この場合の超高圧とは2000気圧以
上、好ましくは1万気圧以上であり、その上限値は特に
制約されないが、1.5万気圧程度である。本発明で
は、特に、1〜1.25万気圧の範囲の超高圧を使用す
ることが好ましい。また、その反応時間は、通常、10
〜70時間、好ましくは15〜40時間程度である。
【0012】本発明における反応原料の仕込みモル数
は、特に制約されないが、一般的には前記一般式(1)
のγ−ラクトンと前記一般式(2)のグリコール酸無水
物との合計量、即ち、全モノマー量に対して、前記一般
式(1)のγ−ラクトンの仕込み数は、5〜99モル
%、好ましくは10〜95モル%である。本発明では、
得られる共重合体中のγ−ラクトン由来のエステルユニ
ットAは、全供給原料中のγ−ラクトンの仕込みモル比
割合を多くする程、得られる共重合体中のγ−ラクトン
由来のエステルユニットAの含有量を増加させることが
できる。本発明の場合、そのγ−ラクトンの仕込みモル
数を5〜99モル%に設定することにより、10〜95
モル%のγ−ラクトン由来のエステルユニットAを含有
する共重合体を容易に得ることができる。特に、γ−ラ
クトンの仕込みモル%を70〜99モル%に設定する
と、エステルユニットAを60〜95モル%の割合で含
む共重合体を得ることができる。
【0013】本発明により得られる脂肪族ポリエステル
共重合体は、その数平均分子量(Mn)で500以上、
好ましくは3,000以上であり、その上限値は、通
常、3万程度のものである。その数平均分子量Mnと重
量平均分子量Mwとの比:Mw/Mnは、1.5〜8で
あり、好ましくは1.5〜6である。また、本発明で得
られる共重合体において、そのγ−ラクトン由来のエス
テルユニットAの含有量は、5〜95モル%、好ましく
は60〜95モル%である。この共重合体において、特
に、そのγ−ラクトン由来のエステルユニットAの含有
量が60〜95モル%のものは、未知のポリエステル共
重合体である。
【0014】本発明の方法により共重合体を製造する場
合、得られる共重合体の収率の点からは、そのγ−ラク
トンの仕込みモル数を、10〜99モル%、好ましくは
10〜95モル%の範囲に設定することが好ましく、こ
れにより、共重合体を高収率で得ることができる。本発
明の共重合体は、生分解性を有するから、単独で、或い
は必要に応じて他のポリマーや各種の添加剤等と混合し
て、フィルム、シート或いは成形体等に加工することに
より、包装材料、園芸、農業、酪農、漁業、土木材料及
び医療材料等の広範な分野に使用できるものである。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。なお、以下において示すポリマー組成は、
NMR(核磁気共鳴スペクトル)により決定した。ま
た、分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグ
ラム)装置を用いて標準ポリスチレンで校正して分子量
を得た。
【0016】実施例1 γ−ブチロラクトン(BL)1.58gとグリコール酸
無水物(GA)0.12g(仕込みのモル比BL:GA
=95:5)と三フッ化ホウ素エチルエーテル0.02
gをテフロンチューブに充填し、1.25GPa、(約
1.25万気圧)、100℃に20時間保持した。得ら
れたポリエステルをエチルエーテルにて洗浄し、これを
減圧下で乾燥して0.56g(モノマーに基づく収率3
3%)を得た。得られたポリエステルは、組成(モル
%)がBL:GA=96:4であり、数平均分子量(M
n)5,700、重量平均分子量(Mw)14,500
であり、分子量分布の指標(Mw/Mn)は2.54で
あった。
【0017】実施例2 γ−ブチロラクトン1.65gとグリコール酸無水物
0.12g(仕込みのモル比BL:GA=95:5)と
三フッ化ホウ素エチルエーテル0.004gをテフロン
チューブに充填し、1.2GPa、100℃に20時間
保持した。得られたポリエステルをエチルエーテルにて
洗浄し、これを減圧下で乾燥して0.62g(モノマー
に基づく収率35%)を得た。得られたポリエステル
は、組成(モル%)がBL:GA=95:5であり、数
平均分子量(Mn)3,500、重量平均分子量(M
w)9,200であり、分子量分布の指標(Mw/M
n)は2.63であった。
【0018】実施例3 γ−ブチロラクトン1.55gとグリコール酸無水物
0.23g(仕込みのモル比BL:GA=90:10)
と三フッ化ホウ素エチルエーテル0.011gをテフロ
ンチューブに充填し、1.2GPa、100℃に20時
間保持した。得られたポリエステルをエチルエーテルに
て洗浄し、これを減圧下で乾燥して0.61g(モノマ
ーに基づく収率34%)を得た。得られたポリエステル
は、組成(モル%)がBL:GA=94:6であり、数
平均分子量(Mn)700、重量平均分子量(Mw)
3,700であり、分子量分布の指標(Mw/Mn)は
5.3であった。
【0019】実施例4 γ−ブチロラクトン1.39gとグリコール酸無水物
0.46g(仕込みのモル比BL:GA=80:20)
と三フッ化ホウ素エチルエーテル0.007gをテフロ
ンチューブに充填し、1.2GPa、100℃に20時
間保持した。得られたポリエステルをエチルエーテルに
て洗浄し、これを減圧下で乾燥して0.53g(モノマ
ーに基づく収率29%)を得た。得られたポリエステル
は、組成(モル%)がBL:GA=90:10であり、
数平均分子量(Mn)1,100、重量平均分子量(M
w)4,200であり、分子量分布の指標(Mw/M
n)は3.82であった。
【0020】実施例5 γ−ブチロラクトン1.45gとグリコール酸無水物
0.69g(仕込みのモル比BL:GA=74:26)
と三フッ化ホウ素エチルエーテル0.009gをテフロ
ンチューブに充填し、1.2GPa、100℃に20時
間保持した。得られたポリエステルをエチルエーテルに
て洗浄し、これを減圧下で乾燥して0.96g(モノマ
ーに基づく収率45%)を得た。得られたポリエステル
は、組成(モル%)がBL:GA=85:15であり、
数平均分子量(Mn)600、重量平均分子量(Mw)
2,100であり、分子量分布の指標(Mw/Mn)は
3.5であった。
【0021】実施例6 γ−ブチロラクトン1.63gとグリコール酸無水物
0.12g(仕込みのモル比BL:GA=95:5)と
三フッ化ホウ素エチルエーテル0.009gをテフロン
チューブに充填し、1GPa、100℃に20時間保持
した。得られたポリエステルをエチルエーテルにて洗浄
し、これを減圧下で乾燥して0.75g(モノマーに基
づく収率43%)を得た。得られたポリエステルは、組
成(モル%)がBL:GA=98:2であり、数平均分
子量(Mn)1,000、重量平均分子量(Mw)1,
600であり、分子量分布の指標(Mw/Mn)は1.
6であった。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、工業的に大量に生産さ
れ、かつ安価なγ−ラクトンとグリコール酸無水物か
ら、これらの原料のほぼ仕込み比通りのポリマー成分比
を有するポリγ−ラクトン−グリコール酸共重合体を工
業的に有利に製造方法することができる。本発明のポリ
γ−ラクトン−グリコール酸共重合体は、γ−ラクトン
を主成分とする比較的高分子量のものであり、生分解性
のポリエステル共重合体であって、各種の包装材料、園
芸、農業、酪農、漁業、土木材料及び医療材料等の広範
な分野に使用できるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 嘉一 茨城県つくば市東1丁目1番 経済産業 省産業技術総合研究所 物質工学工業技 術研究所内 (72)発明者 増田 隆志 茨城県つくば市東1丁目1番 経済産業 省産業技術総合研究所 物質工学工業技 術研究所内 (56)参考文献 特開 平10−60101(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 63/00 - 63/91

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ルイス酸の存在下、下記一般式(1) 【化1】 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を
    示す)で表されるγ−ラクトン類と、下記一般式(2) 【化2】 で表されるグリコール酸無水物とを、2000気圧以上
    超高圧下で30〜130℃に加熱して開環重合させて
    得られることを特徴とする数平均分子量が500〜3
    0,000であるポリγ−ラクトン−グリコール酸共重
    合体の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記共重合体が、γ−ラクトン由来のエ
    ステルユニットAを60〜95モル%含有する請求項1
    に記載のポリγ−ラクトン−グリコール酸共重合体の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 下記一般式(1) 【化3】 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を
    示す)で表されるγ−ラクトン類と、下記一般式(2) 【化4】 で表されるグリコール酸無水物とからなる数平均分子量
    が500〜30,000の共重合体であって、該一般式
    (1)のγ−ラクトン由来のエステルユニットAの含有
    量が60〜95モル%であることを特徴とするポリγ−
    ラクトン−グリコール酸共重合体。
  4. 【請求項4】 数平均分子量が3,000〜30,00
    0である請求項3の記載のポリγ−ラクトン−グリコー
    ル酸共重合体。
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