JP3501780B2 - 脂肪族ポリエステル共重合体およびその製造方法 - Google Patents
脂肪族ポリエステル共重合体およびその製造方法Info
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Description
酸のホモポリマーより十分低く、成形加工に適したポリ
グリコール酸を主成分とする脂肪族ポリエステル共重合
体およびその製造方法に関するものである。
ィルム、包装材、建築資材、その他様々な分野に使用さ
れ、大量消費されてきた。しかしながら、近年、地球環
境汚染が顕在化し、産業廃棄物はもちろん家庭からのゴ
ミも、環境への配慮が必要になっている現在、工業材料
であるプラスチックも例外ではなく、環境への負荷を軽
減した処理、あるいはそのような処理の可能な新素材の
研究開発が強く求められている。
加水分解し、汎用プラスチックとして使用する場合、廃
棄後、土中に埋めると微生物によって水と二酸化炭素に
分解される生分解性を有している。その為、ポリグリコ
ール酸は環境に優しいプラスチックであり、汎用プラス
チックの代替として注目されている。
て、特公昭62−31736号公報に、グリコール酸の
環状2量体を触媒の存在下に開環重合する方法が記載さ
れ、その方法で得たポリグリコール酸の融点は220
℃、分解温度は245〜263℃であることが記載され
ている。
ール酸のホモポリマーは結晶性が高いため、融点が高
く、融点および分解温度が近い。このため、グリコール
酸のホモポリマーを溶融し成形品やフィルム等に成形加
工しようとすると、グリコール酸のホモポリマーが熱劣
化を起こす場合があり、得られる成形品の性能が不十分
となる場合があった。
マーは高融点を有しているため、融点と分解温度が近
く、溶融成形時にポリマーが熱分解して分子量が低下す
る場合があり、成形加工性が不十分の場合があった。
は、適度な融点を有しているため、溶融加工性に優れる
ポリグリコール酸を主成分とする脂肪族ポリエステル共
重合体を提供することを目的とする。
の本発明によれば、溶融後に成形するための脂肪族ポリ
エステル共重合体であって、少なくとも下記式(I)及
び(II)で示される繰り返し単位を有し、融点が80
℃以上180℃以下であることを特徴とする脂肪族ポリ
エステル共重合体が提供される。
脂肪族ポリエステル共重合体においては、グリコール酸
由来の繰り返し単位(I)に2−ヒドロキシイソカプロ
ン酸由来の繰り返し単位(II)が導入されている。繰
り返し単位(II)は側鎖にイソブチル基を有している
ため、本発明の脂肪族ポリエステル共重合体について
は、ポリグリコール酸のホモポリマーと比較して、分解
温度が余り低下しないのに対し、融点が大幅に低下す
る。このため、融点と分解温度との温度差が大きくな
り、低温で溶融成形できる。結果として、溶融成形時に
分子量が低下するなどの熱分解が低減され、溶融加工性
に優れるポリグリコール酸を主成分とする脂肪族ポリエ
ステル共重合体を実現できる。
合体の融点は、得られる成形品の耐熱性を確保する観点
から、80℃以上とされ、90℃以上がより好ましい。
一方、十分な溶融加工性を実現する観点から、180℃
以下とされ、160℃以下がより好ましい。
測できる。
合比としては、得られる脂肪族ポリエステル共重合体の
十分な結晶性を確保する観点から、式(I)で示される
繰り返し単位の脂肪族ポリエステル共重合体に占める割
合は65モル%以上が好ましく、70モル%以上がより
好ましい。一方、融点を十分に低下させるためには、9
0モル%以下が好ましく、86モル%以下がより好まし
い。
れる繰り返し単位の脂肪族ポリエステル共重合体に占め
る割合は10モル%以上が好ましく、14モル%以上が
より好ましく、一方、35モル%以下が好ましく、30
モル%以下がより好ましい。
る繰り返し単位(I)のモル濃度が上記の範囲内であれ
ば、脂肪族ポリエステル共重合体の分解温度は、グリコ
ール酸のホモポリマーと同様に十分高く、例えば240
〜250℃とできる。
ては、十分な熱安定性を確保する観点から、対数粘度数
が0.50dL/g以上であることが好ましい。一方、
適度な溶融粘度を実現し、良好な加工性を確保するた
め、1.00dL/g以下が好ましい。
0mL当り脂肪族ポリエステル共重合体を0.1g溶解
した溶液を用いて、20℃で測定できる。
である2−ヒドロキシイソカプロン酸としては、一般に
入手可能な高純度品を使用でき、L体、D体、ラセミ体
のいずれでもよい。
て、廃セルロース及び廃デンプン等の廃グルカンや、セ
ルロース及びヘミセルロースを含む古紙などより得られ
るものを使用すれば、デンプン、セルロース及びヘミセ
ルロース等の資源化を実現できるため好ましい。
ミセルロース等を加水分解して、グルコース及びキシロ
ースとし、これらを2−ヒドロキシイソカプロン酸に変
換する。又は、デンプンを、2−ヒドロキシイソカプロ
ン酸に直接変換する。
は、微生物による発酵によって行うことができる。
しく、嫌気性細菌としてはクロストリジウム属細菌が好
ましく、クロストリジウム属細菌としては、2−ヒドロ
キシイソカプロン酸を生成できるクロストリジウム ベ
イジリンキ(Clostridium beijeri
nckii) HICA432菌株が好ましい。
総合研究所 特許生物寄託センターに、平成13年6月
6日付けで寄託されている(受託番号:FERM P−
18373)。
は、少なくともグリコール酸および2−ヒドロキシイソ
カプロン酸を、触媒存在下、有機溶媒中で縮合重合する
ことにより製造できる。
シイソカプロン酸との縮合重合に際し、重合触媒として
は、例えば、スズ粉末や亜鉛粉末等の金属、酸化スズ、
酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化アルミ
ニウム等の金属酸化物、2塩化スズ、4塩化スズ、2臭
化スズ、4臭化スズ、塩化亜鉛、塩化マグネシウム、塩
化アルミニウム等の金属ハロゲン化物、テトラフェニル
スズ、オクチル酸スズ、p−トルエンスルホン酸等を用
いることができる。
2−ヒドロキシイソカプロン酸に対し、0.001〜1
0質量%、好ましくは、0.01〜5質量%である。
シイソカプロン酸との縮合重合に際し、重合溶媒として
は、容易に水と分液分離できるものが好ましい。例え
ば、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,3,5
−テトラメチルベンゼン、クロロベンゼン、1,2−ジ
クロロベンゼン、1,3−ジクロロベンゼン、ブロモベ
ンゼン、1,2−ジブロモベンゼン、1,3−ジブロモ
ベンゼン、ヨードベンゼン、1,2−ジヨードベンゼ
ン、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル等の溶媒
等を用いることができ、これらは混合して用いてもよ
い。
2−ヒドロキシイソカプロン酸の濃度で5〜50質量%
であることが好ましい。
シイソカプロン酸との縮合重合に際し、重合温度は、ポ
リマーの生成速度と生成したポリマーの熱分解速度を考
慮して、50〜200℃、好ましくは、100〜180
℃である。縮合重合反応は、通常、常圧下で使用する有
機溶媒の留出温度で行われる。高沸点の有機溶媒を用い
る場合には、減圧下で行ってもよい。
ン酸との縮合重合に際し、不活性ガス雰囲気下で行うこ
とが好ましく、不活性ガスで反応装置を置換しながら、
または不活性ガスでバブリングしながら行っても良い。
また、重合反応過程で生成した水は、適宜、反応装置か
ら除去する。
体には、本発明の目的を損なわない範囲で、耐熱安定
剤、耐候安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、滑
剤、染料、顔料、紫外線吸収剤、架橋剤等を配合するこ
とができる。その配合割合は特に限定されず、適宜決め
ればよい。
溶融成形性が良好であることから、多くの用途に利用で
きる。例えば、包装用フィルム、ボトル、カップ、トレ
イ、スプーン、ナイフ、フォーク、ゴミ袋類等を挙げる
ことができるが、これらに限定されるものではない。
明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定される
ものではない。また、特に明記しない限り、試薬等は市
販の高純度品を使用した。
NMR解析を、FT−NMR DPX400(ブルカー
社製)を用いて行った。
体の対数粘度数(η)を、ウベローデ粘度計を用い、脂
肪族ポリエステル共重合体を塩化メチレン100mL当
り0.1g溶解した溶液を用いて20℃で測定し、下記
式から算出した; η=ln(t/t0)/C ここで、tは溶液の流出時間、t0は溶媒の流出時間、
Cは溶液の濃度(g/dL)を表す。
の分解温度を、TG−DTA2000S(マック・サイ
エンス製)を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/
分で測定し、分解温度(熱安定性)を評価した。
点を、DSC3100S(マック・サイエンス製)を用
いて、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で測定した。
apを備えた反応装置を用い、グリコール酸60質量
部、2−ヒドロキシイソカプロン酸45質量部、および
2塩化スズ0.24質量部にメシチレン600質量部を
加え、窒素雰囲気下で共沸脱水を行い、Dean St
ark trap内に溜まった水を適宜除去した。重合
温度は164℃であり、重合時間は40時間であり、得
られた脂肪族ポリエステル共重合体のNMR解析を行っ
たところ、以下に示す結果が得られたことから、目的の
脂肪族ポリエステル共重合体が合成され、グリコール酸
由来の繰り返し単位が70モル%、2−ヒドロキシイソ
カプロン酸由来の繰り返し単位が30モル%含まれてい
ることを確認した。
δ/ppm;0.90〜1.10(m)、1.72〜
1.90(m)4.56〜4.97(m)、5.06〜
5.24(m)。
l3)δ/ppm;169.75、166.48、7
1.39、60.82、39.30、24.55、2
2.97、21.44。
体の対数粘度数は0.78dL/gであった。更に、D
SC分析による融点は92℃であり、TG分析による分
解温度は243℃であった。ポリグリコール酸(比較例
1)と比較すると、分解温度はほぼ同じであるにも関わ
らず、融点は130℃近く低下していることが分った。
apを備えた反応装置を用い、グリコール酸60質量
部、2−ヒドロキシイソカプロン酸33質量部、および
亜鉛粉末0.2質量部に1,3−ジクロロベンゼン50
0質量部を加え、窒素雰囲気下で共沸脱水を行い、De
an Stark trap内に溜まった水を適宜除去
した。重合温度は172℃であり、重合時間は42時間
であり、得られた脂肪族ポリエステル共重合体のNMR
解析を行ったところ、実施例1と同様の結果が得られ、
目的の脂肪族ポリエステル共重合体が合成され、グリコ
ール酸由来の繰り返し単位が75モル%、2−ヒドロキ
シイソカプロン酸由来の繰り返し単位が25モル%含ま
れていることを確認した。得られた脂肪族ポリエステル
共重合体の対数粘度数は0.84dL/gであった。D
SC分析による融点は122℃であり、TG分析による
分解温度は244℃であった。ポリグリコール酸(比較
例1)と比較すると、分解温度はほぼ同じであるにも関
わらず、融点は約100℃近く低下していることが分っ
た。
apを備えた反応装置を用い、グリコール酸60質量
部、2−ヒドロキシイソカプロン酸26質量部、および
酸化スズ0.17質量部にメシチレン400質量部を加
え、窒素雰囲気下で共沸脱水を行い、Dean Sta
rk trap内に溜まった水を適宜除去した。重合温
度は164℃であり、重合時間は41時間であり、得ら
れた脂肪族ポリエステル共重合体のNMR解析を行った
ところ、実施例1と同様の結果が得られ、目的の脂肪族
ポリエステル共重合体が合成され、グリコール酸由来の
繰り返し単位が80モル%、2−ヒドロキシイソカプロ
ン酸由来の繰り返し単位が20モル%含まれていること
を確認した。得られた脂肪族ポリエステル共重合体の対
数粘度数は0.90dL/gであった。DSC分析によ
る融点は148℃であり、TG分析による分解温度は2
45℃であった。ポリグリコール酸(比較例1)と比較
すると、分解温度はほぼ同じであるにも関わらず、融点
は約70℃近く低下していることが分った。
apを備えた反応装置を用い、グリコール酸60質量
部、2−ヒドロキシイソカプロン酸17質量部、および
スズ粉末0.15質量部にジフェニルエーテル380質
量部を加え、130℃/12mmHgで共沸脱水を行
い、Dean Stark trap内に溜まった水を
適宜除去した。重合時間は45時間であり、得られた脂
肪族ポリエステル共重合体のNMR解析を行ったとこ
ろ、実施例1と同様の結果が得られ、目的の脂肪族ポリ
エステル共重合体が合成され、グリコール酸由来の繰り
返し単位が86モル%、2−ヒドロキシイソカプロン酸
由来の繰り返し単位が14モル%含まれていることを確
認した。得られた脂肪族ポリエステル共重合体の対数粘
度数は0.98dL/gであった。DSC分析による融
点は179℃であり、TG分析による分解温度は247
℃であった。ポリグリコール酸(比較例1)と比較する
と、分解温度はほぼ同じであるにも関わらず、融点は約
40℃近く低下していることが分った。
グリコリド20質量部、オクタン酸0.006質量部、
ラウリルアルコール0.012質量部をアルゴン雰囲気
下、180℃、3時間加熱してポリグリコール酸を得
た。このポリグリコール酸の対数粘度数は0.95dL
/gであり、DSC分析による融点は220℃(ピーク
温度)であり、TG分析による分解温度は247℃であ
った。
よれば、グリコール酸と2−ヒドロキシイソカプロン酸
とを縮合重合する事によって得られる脂肪族ポリエステ
ル共重合体は、グリコール酸のホモポリマーと比較し
て、その分解温度を下げることなく融点を下げることが
でき、成形時に熱分解による分子量低下を引き起こすこ
とがないことから、成形加工に優れている。
Claims (4)
- 【請求項1】 溶融後に成形するための脂肪族ポリエス
テル共重合体であって、少なくとも下記式(I)及び
(II)で示される繰り返し単位を有し、融点が80℃
以上180℃以下であることを特徴とする脂肪族ポリエ
ステル共重合体。 【化1】 【化2】 - 【請求項2】 前記式(I)で示される繰り返し単位の
前記脂肪族ポリエステル共重合体に占める割合は65モ
ル%以上90モル%以下であり、前記式(II)で示さ
れる繰り返し単位の前記脂肪族ポリエステル共重合体に
占める割合は10モル%以上35モル%以下であること
を特徴とする請求項1記載の脂肪族ポリエステル共重合
体。 - 【請求項3】 対数粘度数が0.50dL/g以上1.
00dL/g以下であることを特徴とする請求項1又は
2記載の脂肪族ポリエステル共重合体。 - 【請求項4】 溶融後に成形するための脂肪族ポリエス
テル共重合体の製造方法であって、少なくともグリコー
ル酸および2−ヒドロキシイソカプロン酸を、触媒存在
下、有機溶媒中で縮合重合することにより、下記式
(I)及び(II)で示される繰り返し単位を有し、融
点が80℃以上180℃以下である脂肪族ポリエステル
共重合体を製造する方法。 【化3】 【化4】
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JP2001215278A JP3501780B2 (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 脂肪族ポリエステル共重合体およびその製造方法 |
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- 2001-07-16 JP JP2001215278A patent/JP3501780B2/ja not_active Expired - Fee Related
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