JP3711207B2 - 熱可塑性ポリエステルエラストマー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は新規なポリエステルエラストマー、特にポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)とテレフタル酸又はそのアルキルエステルとを主原料とする熱可塑性ポリエステルエラストマーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
熱可塑性ポリエステルエラストマー(以下TPEEと称することもある)は、機械物性、電気特性、成形性に優れたバランスのとれたエラストマーであり、且つ結晶化速度が高く、しかもTgが高いためエンジニアリングエラストマーとして今後有望視されているエラストマー素材で、その成形品は、等速ジョイントブーツ等の自動車部品やチューブ、ホース、フィルム、シート、パッキング、吸音防振動材などとして大きな市場が期待されている。また、このTPEEは、ある種のエラストマーとアロイ化し、そのポリマーは例えば、商標「プリマロイ」で用途開発が行われている。更に、TPEEはその結晶化速度が高いためにシートとしても期待されている材料である。
【0003】
しかしながら、TPEEはその分子構造上、熱安定性が非常に悪く、特にチタン化合物が存在すると分解反応が促進し、重合度が低下したり末端COOH基の濃度が増大したりするため、その力学特性や耐加水分解性が悪化すると共に、着色等の色調も低下し、加えて末端ビニル基も増大するという問題があった。
また、熱安定性に劣るため、成形時の熱に基因して分子量の低下や末端COOH基が増大し、その結果、成形後の製品の力学特性や耐加水分解性が更に低下するという問題もあった。
【0004】
ポリマーの耐加水分解性や熱安定性、更には色調を改良するため、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)の場合、特公昭57−85818号公報、特開平5−23020l号公報には、次亜燐酸塩等を用いる方法が提案されている。これらの方法によると、耐加水分解性、熱安定性、色調をある程度改良できるものの、溶融重合速度を低下させるために生産性をダウンさせるという問題があった。又、溶融時の安定性が悪いために、製品の力学特性や耐加水分解性が低下するという問題もあった。溶融重合性を高めるために重合温度を高めると、末端COOH基、末端ビニル基が増大し、耐加水分解性が低下したり、溶融重合性を却って低下させてしまうという問題があった。
【0005】
一般に、1,4−ブタンジオールを主とするグリコール成分とポリテトラメチレンエーテルグリコール成分とをジメチルテレフタレートを主とする二官能性カルボン酸の低級アルキルエステル成分及び/又はテレフタル酸を主とする二官能性カルボン酸と反応せしめてTPEEを製造するに際し、重合触媒としてチタン化合物を用いることは知られている(例えば、特開昭62−56896,特公昭55−27097)。しかし、これらの方法では重合活性が高くないばかりか、副反応が活発に生起するため、高重合度体の製造が困難であった。
【0006】
TPEEの場合、特開昭57−125218によると、Ti/Mg比を6/1〜30/1(モル比)にすると熱安定性がよくなり、それ以上のマグネシウム量を用いて反応を行うと生成したTPEEの熱安定性が悪化することが示されているが、このモル比範囲では、耐加水分解性、着色、重合度、重合速度の点で難があった。また、特公昭55ー27097では、Mg/Tiの組み合わせ触媒を使用しているが、この場合、マグネシウム添加による効果が何ら示唆されておらず、また、使用されているソフト成分であるポリエーテル成分も少量である。
PBTに関し、本発明者等は、先にXAFSを用いて良好なPBTを提案した(特開平8−41182号)が、本発明はこれとは対象とするポリエステルが相違し、且つXAFSに係わる規定要素を異にする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、力学特性、熱安定性及び耐加水分解性に優れ、特に成形後の製品においても熱安定性、耐加水分解性に優れ、且つ色調も優れている熱可塑性ポリエステルエラストマーを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その第1の要旨は、下記(A)、(B)及び(C)で表される特性を有し、且つ全ポリマーの33重量%以上がポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分からなることを特徴とするチタン含有熱可塑性ポリエステルエラストマーに存する。
(A) TiのX線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収端構造(XANES)のバックグラウンドを差し引いた後のスペクトルにおいて、TiのK吸収端のジヤンプ高さに対する、該吸収端近傍の4.965〜4.972keV付近のプリエッジピークのうちの主ピークの強度の割合をR1とし、且つTiのK吸収端のジヤンプ高さに対する該主ピークの最大傾きと最小傾きの差をr1として表し、Ti含有複合触媒CAで合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR1とr1をそれぞれRlAとrlAとし、該複合触媒と同じモル濃度のTi単独触媒CB(CAがTiを含む複数種の添加型触媒の場合、その中のTi単独触媒を指し、また、CAがTiから成る他金属との複合化合物の場合、その複合化合物を合成するために使用したTi単独金属の化合物を指す。)で合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR1とr1をそれぞれRlBとrlBとした場合、式(1)及び(2)のいずれかの関係を満たすR1AとrlAを呈すること、
[数3]
RlA/RlB>1.02 (1)
rlA/rlB>1 (2)
(B) 該ポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が2300eq/トン・wt%未満であり、且つ該ポリエステルエラストマーを260℃、1時間放置した後のポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が4300eq/トン・wt%未満であること、
(C) 固有粘度はIV≧0.6であること。
【0009】
本発明の第2の要旨は、下記(a)、(b)及び(c)で表される特性を有し、且つ全ポリマーの33重量%以上がポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分からなることを特徴とするチタン含有熱可塑性ポリエステルエラストマーに存する。
(a) TiのX線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収端構造(XANES)のスペクトルにおいて、バックグラウンドを差し引き1階微分したとき、チタンのK吸収端に相当する4.98keV付近の分裂ピークの高エネルギー側(4.982keV付近)ピーク強度NHに対する低エネルギー側(4.978keV付近)ピーク強度NLの比をR2(=NL/NH)とし、Ti含有複合触媒CAで合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR2をR2Aとし、該複合触媒と同じモル濃度のTi単独触媒CBで合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR2をR2Bとした場合、式(3)の関係をみたすR2Aを与えること、
[数4]
R2A/R2B>1.02 (3)
(b) 該ポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が2300eq/トン・wt%未満であり、且つ該ポリエステルエラストマーを260℃、1時間放置した後のポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が4300eq/トン・wt%未満であること、
(c) 固有粘度はIV≧0.6であること。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明につき詳細に説明する。本発明のTPEEは、特定の状態の、換言すれば、Tiの近傍に存在する他の原子との配置が特定の状態であるTiを含有し、該TPEE中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が2300eq/トン・wt%未満であり、且つ該TPEEを260℃、1時間放置した後のTPEE中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が4300eq/トン・wt%未満であり、更に固有粘度がIV≧0.6であることを特徴とする。
【0011】
本発明のこのTi含有TPEEは特性として、第一にそのX線吸収端微細構造解析(XAFS:X-ray Absorption Fine Structure)のX線近吸収端構造(XANES:X-ray Absorption Near-Edge Structure)のバックグラウンドを差し引いたスペクトルにおいて、TiのK吸収端のジヤンプ高さに対する、該吸収端近傍の4.965〜4.972keV付近のプリエツジピークのうちの主ピークの強度の割合をR1とし、TiのK吸収端のジヤンプ高さに対する該主ピークの最大傾きと最小傾きの差をr1とし、Ti含有複合触媒CAで合成したTPEEのR1とr1をそれぞれRlAとrlAとし、該複合触媒と同じTiモル濃度のTi単独触媒CBで合成したTPEEのR1とrlをそれぞれRlBとrlBとする場合、式(1):RlA/RlB>l.02、及び式(2):rlA/rlB>lのいずれかの関係を満たすRlAとrlAを与えるものである。
【0012】
又、本発明のTi含有TPEEの第二の特性は、そのX線吸収端微細構造解析(XAFS)のX線近吸収端構造(XANES)のバックグラウンドを差し引いたスペクトルの微分形で、チタンのK吸収端に相当する4.98keV付近の分裂ピークの高エネルギー側(4.982keV付近)ピーク強度NHに対する低エネルギー側(4.978keV付近)ピーク強度NLの比をR2(=NL/NH)とし、Ti含有複合触媒CAで合成したTPEEのR2をR2Aとし、該複合触媒と同じモル濃度のTi単独触媒CBで合成したTPEEのR2をR2Bとした場合、式(3):R2A/R2B>1.02の関係をみたすR2Aを与えるものである。
そして、本発明のTPEEは上記両特性を兼ね備えることも出来る。但し、上記のCBとは、CAがTiを含む複数種の添加型触媒の場合、その中のTi単独触媒を指し、また、CAがTiから成る他金属との複合化合物の場合、その複合化合物を合成するために使用したTi単独金属の化合物を指す。例えば、CAがテトラブチルチタネート/酢酸マグネシウム触媒の場合、CBはテトラブチルチタネートである。
【0013】
XAFSのXANESスペクトルに見られる本プリエッジピークは、Tiの1sから3d軌道への遷移過程に帰属され、Ti元素近傍に配位・結合する原子の点対称なオクタヘドラル構造が歪み、異なる配位構造に変化する時、その強度が強くなる(Journal of Non-Crysta11ine Solids,81(l986)201、その他)。すなわち、このプリエッジピークの強度はその変化の程度を表す。本発明のTPEE製造用のTi系触媒は、Ti触媒のオクタヘドラルの完全対称な配位・結合構造を崩し、反応中、反応原料の分子がTi原子と相互作用できるような主反応の特定活性サイトを生じやすくする特定の構造を実現したものである。Ti単独金属の化合物のみを触媒としたTiの配位・結合構造に対し、それよりもさらに点対称なオクタヘドラル性から逸脱した構造、すなわち、本プリエッジピーク(4.965〜4.972keV付近の主ピーク)の強度がTi単独触媒のものより大きい触媒構造をもつ状態が、重合活性が高く、固有粘度が改善された高分子を実現するのである。該主ピークは、強度が大きくなるとき、その最大傾きと最小傾きの差が大きくなる傾向を持ち、この差で強度を比較すると分かりやすいことがある。
【0014】
更に又、本発明においては、Tiの不均一な特定の強い酸性サイトを抑制し、不要な副生物の生成を抑えることができる。不要な副生物としては、末端ヒドロキシブチル基の種々の分解反応によるテトラヒドロフランの生成や末端ビニル基の生成、およびエステル基の分解反応によるCOOH基の生成等がある。また、主鎖切断が起こる場合もある。
このTiの特定な酸塩基性に関わるTiの電子状態がXAFSのXANES領域に表されている。Tiの4.98keV付近のK吸収端ジャンプは主に2種類のものを含み、高エネルギー側(4.982keV付近)のジャンプと低エネルギー側(4.978keV付近)のジャンプとが存在するが、両者の傾きの違いから、低エネルギー側と高エネルギー側の2つの遷移の強さの違いがわかる。
高エネルギー側ジャンプの傾きに対する低エネルギー側ジャンプの傾きの割合(最大の傾きの割合R2でみると比較しやすい。)は、低エネルギー側の遷移が高エネルギー側の遷移に対してどの程度強くなっているかの尺度となる。一般に、測定元素の電子密度が増大するとき、吸収端ジャンプの位置が低エネルギー側にシフトするので、このR2は、チタンの特定の電子密度の大きさ、チタンの特定サイトの酸性質の抑制度を示す。
【0015】
本発明は、Ti単独触媒系に比べチタンの特定サイトの酸性質がどの程度抑制されているかを表す尺度であるこのXANESのR2A/R2B(但し、R2BはTi単独触媒系ポリマーのR2である)が1.02を超えるようなR2を持つTPEEが、不要な副生物が抑制された良好な重合活性を有し、その結果として溶融重合性、耐加水分解性、熱安定性、色調等が良好であるとの知見に基づいているものである。
【0016】
本発明のTPEEは、前記定義におけるそのRlAとrlAが前記式(1)及び/又は(2)を充たすが、好ましいTPEEは、そのRlAについては、Ti単独触媒の時のR1、即ちR1Bに対する比が1.02を越えるもの、より好ましくはl.04を越えるものであり、rlAについては、Ti単独触媒の時のr1、即ちrlBに対する比がlを越えるものである。
R2Aについては、Ti単独触媒の時のR2、即ちR2Bに対する比が1.02を越えるもの、より好ましくは1.03を越えるものである。
【0017】
上述した特定の状態のチタンは、通常、重合時に用いられた特定の触媒系から生じるものであり、こうした状態のチタンを有する本発明TPEEは、特定のTi系触媒がTi単独系触媒に比較して重合工程での重合活性を向上させると共に、分解反応を抑制し末端COOH基の副生を防ぐので、Ti単独系触媒からのTPEEに比べ熱安定性が向上し、耐加水分解性に優れている。
更に、本発明TPEEは熱安定性に優れているために、成形時にも熱による分子量の低下や末端COOH基の増大度合いが低く、その結果、製品の力学特性や耐加水分解性の低下を招く度合いが少ない。
【0018】
本発明の特定Ti触媒系から得られたTPEEは、その特定のチタンの分解反応の抑制によって、分子量低下が低減され、末端ビニル基及び末端COOH基が少なく、熱安定性が向上し、その結果、成形時の末端COOH基の増大度が小さいので、成形後でも製品の熱安定性、耐加水分解性が向上し、色調も良好である。しかも、その特定のチタンは重合工程での重合活性を向上し優れた溶融重合性を呈するのである。
【0019】
本発明TPEEにおいては、末端COOH基は、ポリマー中のポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分(以下、PTMG構成分と称する)の重量割合と相関性を有し、該PTMG構成分の量が多くなるほど少なくなる。そこで、この関係を末端COOH基数とポリマー中のPTMG構成分の重量%との積で規定することにより表示する。
本発明方法によるTPEEでは末端COOH基数とポリマー中のPTMG構成分の重量%との積が2300eq/トン・wt%未満であり、好ましくは2000eq/トン・wt%未満、より好ましくは1700eq/トン・wt%未満であり、1400eq/トン・wt%未満が最も好ましい。末端COOH基数が少なくなると共に、耐加水分解性、熱安定性が向上し、溶融成形後の製品の力学特性や耐加水分解性も低下する度合いが小さい。
【0020】
更に、本発明方法によるTPEEは、260℃で1時間放置した後、それの末端COOH基数とポリマー中のPTMG構成分の重量%との積が4300eq/トン・wt%未満であることが重要である。これはTPEEを溶融させても末端COOH基の増大度が小さければ、溶融成形により製造した製品の熱安定性をさほど低下させない、即ち力学特性や耐加水分解性の低下の度合いが小さいことをことを示す。
従って、260℃で1時間放置した後の末端COOH基数とポリマー中のPTMG構成分の重量%との積は4300eq/トン・wt%未満、好ましくは3800eq/トン・wt%未満、更に好ましくは3500eq/トン・wt%未満であり、2800eq/トン・wt%未満が最も好ましい。
【0021】
本発明のTPEEにおいては、通常、末端ビニル基は10eq/トン未満であることが好ましい。末端ビニル基が10eq/トン未満であれば、熱安定性に優れ、耐加水分解性にも優れているので、溶融成形後の製品においても力学特性の低下する度合いが小さい。好ましくは末端ビニル基は8eq/トン以下、更に好ましくは、6eq/トン以下であり、4eq/トン以下が最も好ましい。末端ビニル基が10eq/トン以上であれば、熱安定性に劣り、力学特性、特に溶融成形後の製品の力学特性が低下する。
【0022】
本発明TPEEの固有粘度IVは機械的強度の点から通常IV≧0.6であり、成形性も考慮すると0.7≦IV≦2.8が好ましく、より好ましくは1.3≦IV≦2.5である。
色調は、L値で80以上が明るさの点で好ましい。特に81以上が好ましい。80未満では見た目に暗く好ましくない。
b値は4.0以下が好ましく、4.0を超えると黄味があり汚く感じる。4.5を超えるとかなり印象が悪い。
【0023】
本発明のTPEEは、例えば、次の方法により製造することができる。すなわち、1,4−ブタンジオールとPTMGを主とするグリコール成分とジメチルテレフタレートを主とする二官能性カルボン酸の低級アルキルエステル成分とを反応せしめるか、または、1,4−ブタンジオールとPTMGを主とするグリコール成分とテレフタール酸を主とする二官能性カルボン酸成分とを反応せしめてPTEEを製造するに際し、重合触媒としてチタン化合物及びマグネシウム化合物を用い溶融重合することにより製造することができる。特にチタンに対するマグネシウムが0.5〜3モル倍であるマグネシウム化合物の共存下、かつ溶融重合温度を245℃未満で重合することにより製造できる。
【0024】
本発明において用いられるグリコール成分としては、1,4−ブタンジオール成分及び分子量500〜6000のPTMG成分を主成分とするが、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−へキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ポリ(オキシ)エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリメチレングリコール等のアルキレングリコールの1種、または2種以上を混合してもよく、目的により任意に選ぶことができる。さらに少量のグリセリンのような多価アルコール成分を用いてもよい。また少量のエポキシ化合物を用いてもよい。
【0025】
PTMGの分子量(数平均分子量)は、500〜6000、好ましくは800〜3000、更に好ましくは800〜2500のものである。
PTMGの使用量は、全ポリマー(TPEE)の33%以上(重量比)、好ましくは35%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上80%以下である。PTMGの使用量が33%未満の時は、エラストマー性が低く好ましくない。
ポリテトラメチレンエーテルグリコールの一部に代えて、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどの他のエーテル系のグリコールを使用してもよいが、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが好ましい。
また、ポリテトラメチレンエーテルグリコールの一部に代えて、ポリカプロラクトン(末端ジオール)、ポリグリコール酸、ポリ乳酸(末端ジオール)などのエステル系の化合物を使用してもよい。特にポリカプロラクトンが好ましく、その場合耐熱性が向上する。
【0026】
本発明において用いられる二官能性カルボン酸の低級アルキルエステル成分としては、ジメチルテレフタレートを主たる対象とするが、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸等の芳香族のジカルボン酸の低級アルキルエステル、アジピン酸、セバシン酸、コハク酸、シュウ酸等の脂肪族ジカルボン酸の低級アルキルエステル等が挙げられ、これらの1種、または2種以上を混合してもよく、目的により任意に選ぶことができる。
本発明において用いられる二官能性カルボン酸成分としては、テレフタル酸を主たる対象とするが、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸等の芳香族のジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、コハク酸、シュウ酸等の脂肪族ジカルボン酸等が挙げられ、これらの1種、または2種以上を混合してもよく、目的により任意に選ぶことができる。
又、少量のトリメリツト酸のような三官能性以上のカルボン酸成分を用いてもよい。無水トリメリツト酸のような酸無水物を少量使用してもよい。
【0027】
低級アルキルエステル成分としては、メチルエステルを主たる対象とするが、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル等の1種、または2種以上を混合してもよく、目的により任意に選ぶことができる。
【0028】
本発明において用いられるチタン化合物としては、シュウ酸チタン酸カリウム、アルコキシチタン化合物、炭酸チタン化合物、ハロゲン化チタン化合物、チタンアセチルアセトネート等が挙げられる。中でもシュウ酸チタン酸カリウム、アルコキシチタン化合物、チタンアセチルアセトネートが好ましく、特にアルコキシチタン化合物が最も好ましい。この中でもテトラアルキルチタネートが好ましく、具体的には、テトラ−n−プロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラーn−ブチルチタネート、テトラ−t−ブチルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラベンジルチタネート、あるいはこれらの混合チタネートである。これらのうち特にテトラ−n−プロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートが好ましく、テトラ−n−ブチルチタネートが最も好ましい。又、これらのチタン化合物の2種以上を併用して用いてもよい。
【0029】
チタン化合物の添加量はチタン量として生成PTEEに対して10〜400ppm、好ましくは50〜350ppm、より好ましくは70〜300ppmである。
本発明においては特許請求の範囲に記載のTPEEを生成し得る限り、チタン化合物と他のどんな化合物を組合せて用いても良いが、その一例としてはマグネシウム化合物が挙げられる。そのマグネシウム化合物としては、酢酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、マグネシウムアルコキサイド、燐酸水素マグネシウム等が挙げられ、特に重合速度や1,4−ブタンジオールへの溶解性(異物生成)等の点で酢酸マグネシウムが最も好ましい。
【0030】
マグネシウムの量は金属の原子比、即ち、Mg/Tiの比で表して0.2〜3.0である。Mg/Ti<0.2の場合には、重合速度の向上が十分でなく、生成PTEEの末端COOH基の濃度が高く、かつ色調が悪化するので好ましくない。Mg/Ti>3.0の場合には重合速度が同一金属量見合いで低下すると共に、生成PTEEの耐加水分解性や色調も悪化するので好ましくない。Mg/Ti比はより好ましくは0.22〜2.5、最も好ましくは0.25〜2.0である。
【0031】
溶融重合温度(内温)は245℃未満、特に溶融重合終了時(末期)の内温を245℃未満で行う。245℃を超える温度で行うと末端ビニル基や末端COOH基が大幅に上昇し、耐加水分解性が悪化したり、色調が悪化したり、熱安定性が悪化したりする。溶融重合温度は、好ましくは245℃未満、更に好ましくは235℃以上242℃以下である。
この場合、溶融重合速度が高いために増し仕込を行うことが可能となり、生産性の向上に寄与することができる。
【0032】
本発明においては、1,4−ブタンジオール成分及びPTMG成分を主成分とするグリコール成分とジメチルテレフタレート成分を主成分とする二官能性カルボン酸の低級アルキルエステル成分とのエステル交換反応工程、または、1,4−ブタンジオール成分及びPTMG成分を主成分とするグリコール成分とテレフタル酸成分を主成分とする二官能性カルボン酸とのエステル化反応工程と、それに続く重縮合反応工程とを経由してTPEEの製造を行うが、これらの反応条件は重合触媒及び溶融重合時の温度を除いて、特に限定されるものでなく、公知の反応条件がそのまま適用される。
【0033】
例えば、エステル交換反応時のグリコール成分/二官能性カルボン酸の低級アルキルエステル成分のモル比は2.0以下、好ましくはl.0〜1.6とし、エステル交換反応として120〜245℃、好ましくは150〜230℃で、2〜4時間行われる。また、直接エステル化の場合は、グリコール成分/二官能性カルボン酸成分のモル比は2.5以下、好ましくはl.6〜2.2とし、エステル化応として120〜245℃、好ましくは150〜230℃で、2〜4時間行われる。
次いで重縮合反応を行うが、その条件は通常、3Torr以下の減圧下、230〜245℃未満であり、重合時間は、2〜8時間である。本発明では、重縮合反応温度を245℃未満に保持することが重要であり、特に、重合度が増大する重合後期においては、攪拌によるシェア発熱が伴うこともあるので設定温度に注意して内温を245℃未満、好ましくは243℃以下に制御することが必要である。
【0034】
チタン化合物の添加時期はエステル交換(又はエステル化)の開始時、エステル交換中、エステル交換後、重縮合時等ありうるが、エステル交換開始時と重縮合反応前に分割して添加するのが好ましい。
チタン化合物に組み合わせて用いるマグネシウム化合物等他の添加化合物の添加時期もエステル交換の開始時、エステル交換中、エステル交換後、重縮合時等ありうるが、エステル交換終了時、重合開始前に添加するのが重合活性及ぴ色調等の点で好ましい。
【0035】
ジメチルテレフタレートを主成分とするエステル交換法の場合においては、エステル交換触媒として、チタン化合物を使用することが好ましい。即ち、エステル交換法の場合は、エステル交換触媒としてチタン化合物を使用し、エステル交換後、重合反応前にマグネシウム化合物添加と更にチタン化合物を追加添加するのが好ましい。
テレフタル酸を主成分とする二官能性カルボン酸とグリコール成分とのエステル化反応の場合には、重縮合反応時にチタン化合物とマグネシウム化合物を添加するのがよい。この場合、エステル化時、又は重合時にスズ化合物や亜鉛化合物等を添加してもよいが、場合により色調を若干悪化させることがある。
本発明における製造方法によると重合速度が従来法に比べて大幅に向上するので、仕込量を増量したりして更に生産性を向上することができる。一方仕込量を下げることも可能となり、その結果、更にTPEEの末端COOH基の濃度を下げることも可能になり、色調もより良くなる。
【0036】
その他、TPEEの特性が損なわれない範囲において各種の添加剤、例えば熱安定剤、酸化防止剤、結晶核剤、難燃剤、帯電防止剤、離型剤、紫外線吸収剤等を添加してもよい。本発明のTPEEは、溶融重合後、種々の用途に用いることができるし、また、射出成形を通じて成型品にすることが可能であり、その際Ti単独触媒からのTPEEに比べその末端COOH基の増大度は少ないので、製品の耐加水分解性、熱安定性は良好であり、更に高粘度化してフィルムにすることも可能である。いずれの場合も熱安定性に優れているので、溶融時(成形時)に副反応が起こりにくく、できあがった成型品やフィルムは本発明の条件を満たさないTPEEからの製品より耐加水分解性、熱安定性等の性能のよいTPEE製品が得られる。
成形時に上に示した各種の添加剤の他に、ガラス繊維、炭素繊維、チタンウィスカー、マイカ、タルク、CaCO3等の強化剤、増量剤を添加して成形してもよい。
【0037】
本発明のTPEEにおけるXAFSの測定、解析方法、末端ビニル基、固有粘度lV、末端COOH基及び色調は以下の方法に基づき実施した。
(l)XAFSの測定、解析方法
XAFSのXANESのスペクトルの測定は、高エネルギー加速器研究機構、放射光実験施設ビームライン12C(BL12C)の蛍光XAFS測定装置で実施した。分光結晶は、Si(111)2結晶タイプを用い、入射X線強度I0は、混合ガスHe/N2=70/30を封入したl7cmのイオンチェンバー、蛍光X線強度Ifは、Arガスを使用した蛍光XAFS測定用チェンバー(通称ライトルデイテクター)を用いて測定した。
【0038】
解析は、得られたスペクトルIf/I0の吸収端前領域(平坦なプリエッジ領域)に対してビクトリーンまたはマツクマスターの計算式を用いて最小2乗フィッティングを行い、それを外挿することによってバックグラウンドを差し引いた後、微分を行う。Ti金属のXANESスペクトルの微分の最大値におけるエネルギー値を4.9645keVと定めて較正した。この較正済みのスペクトルに関し次の解析を施した。
▲1▼ TiのK吸収端ジヤンプ高さが等しくなるように規格化し、プリエッジピーク(4.965〜4.972keV付近)に低エネルギー側で近接した平坦な4.955〜4.965keVのバックグラウンド領域を最小自乗法で直線近似(直線L)し、その主プリエッジピークの最高位置の縦軸成分と、直線Lの同−エネルギーにおける縦軸成分との差を、ジヤンプ高さで割った値をRlとして求めた。
▲2▼ その微分形のTiのK吸収端ジャンプの高エネルギー側(4.982keV付近)と低エネルギー側(4.978keV付近)の最大の傾き(微分形ピークの高さ)を求めた。
【0039】
(2) 末端ビニル基
TPEEをへキサフルオロイソプロパノール/重水素化クロロホルム=3/7(vo1比)に溶解し、40OMHz H−NMRで測定した値であり、1×106g(トン)当たりのビニル基当量である。
(3) 固有粘度IV
TPEEをフェノール/テトラクロロエタン(1:1重量比)中、30℃で測定した溶液粘度から求めたものである。
【0040】
(4) 末端COOH基
TPEEをベンジルアルコールに溶解し0.1N NaOHにて滴定した値であり、1×106g当たりのCOOH基当量である。
(5)色調
TPEEの円柱状チップサンプルを用いて日本電色工業(株)製測色色差計によりL値,a値,b値を測定した。
【0041】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の「部」とあるものは、「重量部」を表す。溶融重合性は、溶融重合後のIVを溶融重合時間(Hr)で割った値で、溶融重合速度IV/Hrで示した。
【0042】
耐加水分解性の評価は、平山製作所製プレッシヤークッカー装置にTPEEを入れ、120℃の加湿下(ゲージ圧:1.1kg/cm2)で96時問処理(PCT処理)を行った後IVを測定し、IVの保持率[(処理後のIV)/(処理前のIV)×100]で行った。
【0043】
熱定性の評価は、枝付き試験管にTPEEを入れ、N2下260℃で1時間処理(溶融熱安定性試験)後のIV及び末端COOH基を測定し、処理前TPEEのIV及び末端COOH基と対比した。即ち、
IVの保持率[(処理後のIV)/(処理前のIV)×100]と末端COOH基数の差ΔCOOH[(処理前の末端COOH基数)−(処理後の末端COOH基)]により評価した。
【0044】
実施例1
ジメチルテレフタレート69.6部、1,4−ブタンジオール49.9部、分子量1000のポリテトラメチレンエーテルグリコール78.0部にテトラブチルチタネート0.107部(100ppmTi/ポリマー)を加え、150℃から230℃まで3時間かけて昇温し、エステル交換反応を行った。エステル交換反応終了15分前に、テトラブチルチタネート0.107部(100ppmTi/ポリマー)を加え、酢酸マグネシウム・四水塩0.1336部(101ppmMg/ポリマー;モル比(Mg/Ti)=1.0)を1,4−ブタンジオールに溶解して添加し、引き続き重縮合反応にはいった。
【0045】
重縮合反応は常圧から1Torrまで85分かけて徐々に減圧し、同時に所定の重合温度242℃まで昇温し、重合温度242℃、1Torrで継続し、所定の撹拌トルクに到達した時点で反応を終了し、TPEEを取り出した。その際の重合時間、得られたTPEEの固有粘度,色調,溶融重合性、末端基(COOH基、ビニル基)、耐加水分解性及び溶融熱安定性を測定し、その結果を表−1に示した。
実施例1のTPEEのXAFSの測定結果を示すチャートを図−1及び図−2に示す。
【0046】
比較例1
実施例1において酢酸マグネシウム・四水塩を添加しない以外は実施例lと同様の反応を行ないTPEEを得た。実施例1と同様にして得られたポリマーの各物性を測定し、その結果を表−1に示し、又比較例1のTPEEのXAFSの測定結果を示すチャートを図−1及び図−2に示す。
【0047】
比較例2
実施例1において酢酸マグネシウム・四水塩の添加を0.0133部(10ppmMg/ポリマー;(Mg/Ti)モル比=0.1)に変更し、重合温度を245℃とした以外は実施例1と同様にしてTPEEを得た。実施例1と同様にして得られたポリマーの各物性を測定し、その結果を表−1に示した。
【0048】
【表1】
【0049】
【発明の効果】
本発明のPTEEは、耐加水分解性や熱安定性に優れ、特に成形時に末端COOH基の増大度が小さいため、それを用いた成形後の製品の耐加水分解性や熱安定性が優れているので、高湿度下や高温度下で使用される電気・電子材料や、自動車部品等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例l、比較例1のTPEEについてのX線吸収微細構造のうちのX線近吸収端構造のスペクトルにおいて、バックグラウンドを差し引いた後、TiのK吸収端ジヤンブ高さが等しくなるように規格化したチャート図であり、RlA/RlB=1.06、r1A/r1B=1.02である。図中、実線は実施例1を、点線は比較例lを表す。
【図2】 実施例1、比較例1のTPEEについてのX線吸収微細構造のうちのX線近吸収端構造のスペクトルにおいて、バックグラウンドを差し引いた後、1階微分したときのチャート図でり、図中、R2A/R2B=1.05である。図中、実線は実施例1を、点線は比較例lを表す。
Claims (2)
- 下記(A)、(B)及び(C)で表される特性を有し、且つ全ポリマーの33重量%以上がポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分からなることを特徴とするチタン含有熱可塑性ポリエステルエラストマー。
(A) TiのX線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収端構造(XANES)のバックグラウンドを差し引いた後のスペクトルにおいて、TiのK吸収端のジヤンプ高さに対する、該吸収端近傍の4.965〜4.972keV付近のプリエッジピ一クのうちの主ピークの強度の割合をR1とし、且つTiのK吸収端のジヤンプ高さに対する該主ピークの最大傾きと最小傾きの差をr1として表し、Ti含有複合触媒CAで合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR1とr1をそれぞれRlAとrlAとし、該複合触媒と同じモル濃度のTi単独触媒CB(CAがTiを含む複数種の添加型触媒の場合、その中のTi単独触媒を指し、また、CAがTiから成る他金属との複合化合物の場合、その複合化合物を合成するために使用したTi単独金属の化合物を指す。)で合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR1とr1をそれぞれRlBとrlBとした場合、式(1)及び(2)のいずれかの関係を満たすR1AとrlAを呈すること、
[数1]
RlA/RlB>1.02 (1)
rlA/rlB>1 (2)
(B) 該ポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が2300eq/トン・wt%未満であり、且つ該ポリエステルエラストマーを260℃、1時間放置した後のポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が4300eq/トン・wt%未満であること、
(C) 固有粘度はIV≧0.6であること。 - 下記(a)、(b)及び(c)で表される特性を有し、且つ全ポリマーの33重量%以上がポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分からなることを特徴とするチタン含有熱可塑性ポリエステルエラストマー。
(a) TiのX線吸収微細構造解析(XAFS)のX線近吸収端構造(XANES)のスペクトルにおいて、バックグラウンドを差し引き1階微分したとき、チタンのK吸収端に相当する4.98keV付近の分裂ピークの高エネルギー側(4.982keV付近)ピーク強度NHに対する低エネルギー側(4.978keV付近)ピーク強度NLの比をR2(=NL/NH)とし、Ti含有複合触媒CAで合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR2をR2Aとし、該複合触媒と同じモル濃度のTi単独触媒CBで合成した熱可塑性ポリエステルエラストマーのR2をR2Bとした場合、式(3)の関係をみたすR2Aを与えること、
[数2]
R2A/R2B>1.02 (3)
(b) 該ポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が2300eq/トン・wt%未満であり、且つ該ポリエステルエラストマーを260℃、1時間放置した後のポリエステルエラストマー中の末端COOH基数とポリテトラメチレンエーテルグリコール構成分の重量%との積が4300eq/トン・wt%未満であること、
(c) 固有粘度はIV≧0.6であること。
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