JP4147148B2 - ポリエステル樹脂 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸、炭素数４以下の脂肪族ジオールを共重合し、特定の密度領域にあるポリエステル樹脂に関するものである。さらに、詳しくは、グリコール酸を主成分とするオキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸、炭素数４以下の脂肪族ジオールを共重合し、特定の密度領域にある高度なガスバリア性を有するポリエステル樹脂に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食品包装等に高分子材料を用いる場合、内容物の変質を防ぐためガス透過性が低いことが望まれている。ポリエステル樹脂ではポリエチレンテレフタレートが成形性、機械物性、ガスバリア性のバランスが優れるため各種の飲料容器などの食品包装材料に使用される例が多かった。しかしながら、特に長期保存性が求められる食品包装に対してはポリエチレンテレフタレート樹脂をもってしてもガスバリア性が必ずしも十分であるとはいえず、ガスバリア性に優れるポリエステル樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂のガスバリア性改質材が種々提案されてきた。
特公昭６３−４０４４４号にはイソフタル酸とエチレングリコールおよび１，３ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼンの共重合体が二酸化炭素、酸素透過性の低い樹脂として提案されているが、これでもガスバリア性能が充分であると言えない。
【０００３】
オキシカルボン酸を共重合したポリエステル、例えばポリグリコール酸を利用した検討もなされてきた。米国特許４５６５８５１号には、ポリエチレンテレフタレートへのポリグリコール酸のブレンドによるガスバリア性の改良が開示されている。しかしながら、ポリエチレンテレフタレートとポリグリコール酸は混和性が悪いため、透明な樹脂組成物を得るのは難しく、外観が良好な包装材料にするのは難しいという問題点を有している。また、特開平１０−１３８３７１号にはポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂とポリグリコール酸の多層容器が、特開平１０−３３７７７２号にはポリグリコール酸からなる中空成形容器が開示されている。しかしながら、ポリエチレンテレフタレートとポリグリコール酸とを多層成形容器にすると接着性が悪いため、実用性を出すためには界面の接着に接着剤を用いらざるを得ず、さらにポリグリコール酸は加水分解しやすく、実用的な包装材料には使用しにくいという問題点を有している。多層成形ボトルとして用いた場合には、ポリグリコール酸はポリエチレンテレフタレートと混和性が良くないため、回収、再資源化することが困難であるという問題点も有している。
【０００４】
また、オキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸を共重合したポリエステルについては特許第２５６４４６９号、特公平７−２１１０７号、特開昭６１−１７９２２６号などで提案されている。特許第２５６４４６９号、特公平７−２１１０７号では、ポリエチレンテレフタレート成分と、脂肪族オキシカルボン酸を共重合したポリエチレンイソフタレート成分とを多層構造化、あるいはブレンドして用いているが、このオキシカルボン酸含むポリエチレンイソフタレートはオキシカルボン酸を充分に多くは含んでおらず、ガスバリア性が十分ではない。
さらに特開昭６１−１７９２２６号でもイソフタル酸とオキシカルボン酸の共重合体が提案されている。しかしながら、この共重合体は、２６０℃以上の高温で製造され、結果として低い密度の共重合体になっており、ガスバリア性が充分に高いとは言えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような状況を改善するため、高濃度のオキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸とを共重合し、特定の密度領域にあり高度なガスバリア性と実用上問題のない耐加水分解性を有し、ポリエチレンテレフタレートとともに包装材料として使用しても、その回収、再資源化に支障のないポリエステル樹脂を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポリエステル樹脂の全構成単位を１００モル％とするとき、炭素数５以下のオキシカルボン酸単位を４５〜９９モル％含み、炭素数５以下のオキシカルボン酸単位と芳香族ジカルボン酸単位と炭素数４以下の脂肪族ジオール単位を合計で９５モル％以上含有するポリエステル樹脂であって、オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、ポリエステル樹脂の密度ρ（kg/m3）との関係が、ρ≧１３４５＋Ｍ×０．７５の式を満たすことを特徴とするポリエステル樹脂に関するものである。
【０００７】
また、本発明のポリエステル樹脂の好ましい態様は、オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、炭酸ガス透過係数ＰCO2（ml・mm/m2・day・atm）との関係が、PCO2≦３．４−Ｍ×０．０２５の式を満たすことを特徴としている。 特に上記ポリエステル中の炭素数５以下のオキシカルボン酸単位がグリコール酸であることが好ましい。 また、本発明のポリエステル中の芳香族ジカルボン酸単位が、イソフタル酸単位および／または２，６−ナフタレンジカルボン酸単位および／またはテレフタル酸単位であることが好ましく、中でもイソフタル酸単位がとりわけ好ましい。
【０００８】
また、本発明は炭素数５以下のオキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、炭素数４以下の脂肪族ジオールとをエステル化し、さらに１５０℃〜２５０℃の温度範囲で溶融重縮合させることを特徴とするポリエステル樹脂に関するものである。
さらに、本発明は炭素数５以下のオキシカルボン酸エステル、芳香族ジカルボン酸エステル、炭素数４以下の脂肪族ジオールとをエステル交換させ、さらに１５０℃〜２５０℃の温度範囲で溶融重縮合させることを特徴とするポリエステル樹脂に関するものである。
【０００９】
【発明の実施の態様】
ポリエステル樹脂
本発明のポリエステル樹脂は、ポリエステル樹脂の全構成単位を１００モル％とするとき、炭素数５以下のオキシカルボン酸単位を４５〜９９モル％含み、炭素数５以下のオキシカルボン酸単位と芳香族ジカルボン酸単位と炭素数４以下の脂肪族ジオール単位を合計で９５モル％以上含有するポリエステル樹脂であって、オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、ポリエステル樹脂の密度ρ（kg/m3）との関係が、ρ≧１３４９＋Ｍ×０．８５の式を満たすことを特徴とするポリエステル樹脂である。
ここで用いられる炭素数５以下のオキシカルボン酸としては、グリコール酸、乳酸、４−ヒドロキシｎ−酪酸、２−ヒドロキシイソ酪酸、５−ヒドロキシｎ−吉草酸、３−ヒドロキシプロピオン酸などを例示することができる。これらは単独で使用しても２種以上を混合して使用しても良い。
【００１０】
これらのオキシカルボン酸の中でも、ガスバリア性が高いポリエステル樹脂が得られることから、グリコール酸、３−ヒドロキシカルボン酸などが好ましく、グリコール酸がより好ましい。これらのオキシカルボン酸は該ポリエステル樹脂の全構成単位を１００モル％とするとき、通常、４５〜９９モル％、好ましくは５０〜９８モル％、更に好ましくは６０〜９７モル％含まれる。
【００１１】
本発明において使用される芳香族ジカルボン酸としては、炭素数８〜１２の芳香族ジカルボンが挙げられる。具体的にはイソフタル酸、テレフタル酸、フタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸などが例示される。 これらの芳香族ジカルボン酸は単独で使用しても、２種以上を混合して使用しても良い。 これらの芳香族ジカルボン酸の中でも、ガスバリア性、機械物性に優れたポリエステルが得られる点で、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、テレフタル酸から選択される少なくとも１種であることが好ましい。特にイソフタル酸を使用することが好ましい。
【００１２】
本発明において使用される炭素数４以下の脂肪族ジオール単位としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール等があげられる。これらの脂肪族ジオールは単独で使用しても、２種以上を混合して使用しても良い。これらの中でも、エチレングリコールを使用するのが好ましい。
本発明のポリエステル樹脂は上述したオキシカルボン酸単位、芳香族ジカルボン酸単位、炭素数４以下の脂肪族ジオール単位を合計で、通常９５モル％以上、好ましくは９７モル％以上、更に好ましくは９９モル％以上含有している。 上記のような範囲でオキシカルボン酸単位、芳香族ジカルボン酸単位、炭素数４以下の脂肪族ジオール単位を共重合することで、高度なガスバリア性を有し、実用上の耐加水分解性と他のポリエステル樹脂特にポリエチレンテレフタレートとの混和性、接着性の高いポリエステル樹脂を供することができ、好ましい。
【００１３】
本発明のポリエステル樹脂において、オキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、炭素数４以下の脂肪族ジオール以外にも、組成が範囲を外れない限り、下記に挙げた単位を含むことができる。 含有してもよいジカルボン酸の単位としては、具体的に、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、デカンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸が、また、含有してもよいジオール類の単位としては、具体的に、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ドデカメチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどの脂肪族ジオール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール、1,3-ビス（2-ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、1,2-ビス（2-ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、1,4-ビス（2-ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ）フェニル]スルホン、2,2-ビス（4-β-ヒドロキシエトキシフェニル）プロパン、ビスフェノール類、ハイドロキノン、レゾルシンなどの芳香族基を含むジオール類が挙げられる。
【００１４】
また、本発明に用いるポリエステル樹脂は必要に応じてエステル形成能を有する官能数３以上のモノマー単位を０．００１〜２モル％含有してもよく、、より好ましくは０．０１〜０．４モル％含有してもよい。 官能数３以上のモノマー単位としては、３以上のカルボキシル基を有する多官能カルボン酸類、または３以上のヒドロキシル基を有する多官能アルコール類から導かれる単位、３以上のカルボキシル基およびヒドロキシル基を有する多官能ヒドロキシ酸類が挙げられる。 これらの中では、特に３以上のヒドロキシル基を有する多官能アルコール類から導かれる単位を含有するのが好ましい。具体的には、グリセリン、ジグリセリン、（トリスヒドロキシメチル）メタン、1,1,1-（トリスヒドロキシメチル）エタン、1,1,1-（トリスヒドロキシメチル）プロパン、ペンタエルスリトール、ジペンタエリスリトールや、ソルビトール、グルコース、ラクトース、ガラクトース、フルクトース、サッカロースなどの糖類、1,3,5トリスヒドロキシエトキシイソシアヌレートなどの窒素含有多価アルコールから導かれる単位が挙げられる。 これらの中でも、グリセリン、1,1,1（トリスヒドロキシメチル）エタン、1,1,1（トリスヒドロキシメチル）プロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールから選ばれるのがより好ましい。
【００１５】
本発明のポリエステル樹脂は、オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、ポリエステル樹脂の密度ρ（Kg/m3）との関係が、ρ≧１３４９＋Ｍ×０．８５の式を満たすことを特徴としている。この様な関係が成り立つポリエステルは、ガスバリア性と機械物性のバランスに優れており、ボトル、フィルムなどの包材として使用する際に特に適している。ここで、密度ρは、溶融状態のポリエステル樹脂を氷水中に急冷したペレットを室温で２４時間減圧乾燥した後、２３℃における四塩化炭素−ヘプタン溶液による密度勾配管を用いて測定した値であり、Ｍは、重クロロホルム溶液中の４００ＭＨｚ水素核磁気共鳴スペクトルを測定することによって求めた値である。
【００１６】
例えば、グリコール酸(ＧＡ)、イソフタル酸（ＩＡ）、エチレングリコール（ＥＧ）からなるポリエステルの場合、観測されるシグナルは、▲１▼副生成したジエチレングリコールユニット（ＤＥＧ）のエーテル酸素隣接メチレンに由来するもの、▲２▼ＧＡユニットのメチレンと、ＥＧユニットのメチレン、さらにＤＥＧユニットのエーテル酸素非隣接メチレンが重なったもの、▲３▼ＩＡユニットの環プロトン、の三つに大別される。これら三つのシグナルの強度比を用いて、各モノマーのユニット比を求める。
【００１７】
まず、末端の官能基数を考慮すると、ＩＡ由来のカルボン酸ユニット数は、ＥＧおよびＤＥＧ由来のヒドロキシルユニット数の和に等しいと仮定できる。そこで、ＥＧユニット数は、シグナル▲３▼から求められるＩＡユニット数と、シグナル▲１▼から求められるＤＥＧユニット数の差であるといえる。次に、シグナル▲２▼の積分強度は、ＧＡユニット、ＥＧユニット、ＤＥＧユニットからなるので、ＧＡユニット数は、シグナル▲２▼の積分強度から、ＥＧユニットおよびＤＥＧユニットに起因する積分強度を減じれば求めることができる。 以上より、ＧＡ、ＩＡ、ＥＧ、ＤＥＧの各ユニット比を求めることができる。
【００１８】
また、本発明のポリエステル樹脂は、オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、炭酸ガス透過係数ＰCO2（ml・mm/m2・day・atm）との関係が、PCO2≦２．７−Ｍ×０．０２３の式を満たすことを特徴としている。ここで、炭酸ガス透過係数は、ポリエステル樹脂のプレスフィルムを成型した後、ジーエルサイエンス社製ＧＰＭ−２５０装置を用いて２５℃で測定した値である。
【００１９】
また本発明のポリエステル樹脂は、透明性に優れる成形品が得られる点から、結晶性が低く冷結晶化温度が１００℃以上であるか、または結晶性がなく実質的に非晶であることが好ましい。
【００２０】
ここで、結晶性とは、乾燥した室温で１日以上、好ましくは１４日以上保管したポリエステル樹脂をＤＳＣにてガラス転移点以下の温度に−５０℃／ｍｉｎ．以上、好ましくは−１００℃以上の速度で冷却し、その温度に５〜１５分の保持の後、再び溶融成形加工の可能な温度、好ましくは２３０℃以上の温度まで１０℃／ｍｉｎ．の昇温速度で測定した際に認められる融解ピークの大きさで評価することができる。本発明のポリエステル樹脂は、融解ピークの大きさが７０Ｊ／ｇ以下であることが好ましく、５０Ｊ／ｇ以下であることがより好ましい。また、冷結晶化温度とは、上記条件でＤＳＣを測定した際に、ガラス転移点以上、融解温度以下の領域で観察される発熱ピーク温度のことであり、このピーク温度は１００℃以上であることが好ましく、１１０℃以上であることがより好ましい。さらに、実質的に非晶性とは、上記条件でＤＳＣを測定した際に、ガラス転移による熱容量の変化以外に、少なくとも０．５Ｊ／ｇ以上のピークが確認できないもののことである。
本発明のポリエステル樹脂の還元粘度（ＩＶ）は、通常０．３〜２．５、好ましくは０．４〜２．０、更に好ましくは０．５〜１．５である。
【００２１】
また、上記ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、通常２０℃〜９０℃、好ましくは２５℃〜８０℃、更に好ましくは３０℃〜７０℃である。
ポリエステル樹脂の製造方法
本発明のポリエステル樹脂は、上記のオキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、炭素数４以下の脂肪族ジオールとをエステル化し、さらに１５０℃〜２５０℃の温度範囲で溶融重縮合させる方法か、オキシカルボン酸エステル、芳香族ジカルボン酸エステル、炭素数４以下の脂肪族ジオールとをエステル交換させ、さらに１５０℃〜２５０℃の温度範囲で溶融重縮合させる方法のいずれかの方法によって製造することができる。
【００２２】
本発明において、オキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、及び炭素数４以下の脂肪族ジオールをエステル化する方法としては、所定のオキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、炭素数４以下の脂肪族ジオールを同時にあるいは遂次的に、好ましくは１３０〜２２０℃の温度で加圧あるいは常圧にて、直接エステル化する方法が挙げられる。 尚、ここで用いるオキシカルボン酸としては、単量体のオキシカルボン酸でも、オキシカルボン酸の環状単量体でも環状多量体、または鎖状多量体でもかまわない。多量体の具体例としては、グリコライド、ラクタイドや各種ラクトン類が挙げられる。
【００２３】
上記の反応を行う際には、ジカルボン酸原料合計１モルに対して、ジオール原料１．０１〜３．５モル、好ましくは１．１〜３．０モル、オキシカルボン酸原料を１．３５モル〜１８モル、好ましくは２モル〜１８モル、より好ましくは３モル〜１８モルの割合で仕込み、反応させるのが好ましい。 上記のエステル化反応は、全く触媒を添加しなくてもよいし、濃硫酸やp-トルエンスルホン酸などの酸や金属錯体などの触媒の存在下行っても良いが、無触媒で行うのが好ましい。
【００２４】
また、本発明において、オキシカルボン酸エステル、芳香族ジカルボン酸エステル、及び炭素数４以下の脂肪族ジオールをエステル交換させる方法としては、所定量のオキシカルボン酸エステル、芳香族ジカルボン酸エステル、炭素数４以下の脂肪族ジオールとを、１３０〜２２０℃の温度で常圧下に、低級モノアルコールを留出しながらエステル交換を行う方法が挙げられる。
上記の反応は、ジカルボン酸原料合計１モルに対して、ジオール原料１．０１〜４モル、好ましくは１．２〜３．２モル、オキシカルボン酸エステル原料を１．３５モル〜１８モル、好ましくは２モル〜１８モル、より好ましくは３モル〜１８モルの割合で仕込み、反応させるのが好ましい。上記のエステル交換反応は、通常、各種の酢酸マンガン、酢酸亜鉛などの金属錯体の存在下に行われる。
【００２５】
次いで、上記のような方法で得た低重合体を、重合触媒と安定剤の存在下に、１５０℃〜２５０℃の温度範囲、好ましくは１９０〜２３０℃の温度範囲で、１０Torr以下好ましくは２Torr以下の減圧条件にて攪拌を加えながらエチレングリコールなどのジオールを主体とする成分を溜出しながら１時間〜２４時間、好ましくは２時間〜１２時間、溶融重縮合を行うことで所定のポリエステル樹脂を製造することができる。
また、ここで用いる重合触媒としては、ナトリウムなどのアルカリ金属、マグネシウムなどのアルカリ土類金属や、アルミニウム、亜鉛、スズ、チタン、銅、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、ゲルマニウム、鉄、アンチモン、バナジウム、などの金属の有機錯体、酸化物、単体を用いることができるが、特に、亜鉛、スズ、チタン、コバルト、ゲルマニウム、アンチモンなどの遷移金属の有機錯体あるいは、酸化物が好ましく、二酸化ゲルマニウムが特に好ましい。
【００２６】
さらに、これらの反応は、各種安定剤や着色防止剤の存在下で行っても構わない。安定剤や着色防止剤としては、リン化合物や、ヒンダードフェノール化合物などが例示される。これらの中では、特にリン化合物を含有するのが好ましい。リン化合物としては、リン酸、亜リン酸、ポリリン酸などの無機リン化合物、トリメチルリン酸やジフェニルリン酸などのリン酸エステル化合物、トリフェニルホスファイト、トリス（2,4ジ-t-ブチルフェニル）ホスファイトなどの亜リン酸エステル化合物などがあげられる。
【００２７】
このように１５０℃〜２５０℃の温度範囲、好ましくは１９０℃〜２３０℃以下の低温で溶融重縮合を行うと、少量のオリゴマーしか溜出しないため効率よく重合でき、分子量も充分に高いポリエステル樹脂が得られる。その結果、密度が高く、ガスバリア性、機械強度、色相が優れるポリエステル樹脂が得られ好ましい。
【００２８】
ポリエステル樹脂の用途
本発明のポリエステル樹脂は通常の成形方法によりフィルム、シート、中空成形容器その他種々の形状をした成形体の素材として未延伸の状態で使用することもできる。さらに、該ポリエステル樹脂を延伸状態でフィルム、シート、中空成形容器として成形しても、ガスバリア性がさらに優れた成形体が得られる。
本発明のポリエステル樹脂には必要に応じて従来のポリエステルに配合されている耐熱安定剤、耐候安定剤、紫外線吸収剤、核剤、無機充填剤、滑剤、スリツプ剤、アンチブロツキング剤、安定剤、帯電防止剤、防曇剤、顔料、酸素吸収剤、末端封止剤など適宜量が配合されていても差しつかえない。
【００２９】
本発明のポリエステル樹脂は、他の樹脂のガスバリア性改質材としてブレンドして用いてもいい。本発明のポリエステル樹脂を添加する他の樹脂の種類としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィンなどのポリオレフィン樹脂や、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂が挙げられ、これらの中ではポリエステル樹脂が均一に混合されるという点で好ましい。本発明のポリエステル樹脂を添加するポリエステル樹脂としては、具体的に、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリエチレン２，６ナフタレート、ポリトリメチレン２，６ナフタレート、ポリブチレン２，６ナフタレート、ポリヘキサメチレン２，６ナフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリトリメチレンイソフタレート、ポリブチレンイソフタレート、ポリヘキサメチレンイソフタレート、ポリ１，４シクロヘキサンジメタノールテレフタレートの芳香族ポリエステルや、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペートなどの脂肪族ポリエステルが挙げられる。 これらの中では、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン２，６ナフタレートが好ましく、ポリエチレンテレフタレートがより好ましい。
【００３０】
本発明のポリエステル樹脂は、上記のような他のポリエステル樹脂と溶融混合して添加するのが好ましい。または、溶融混合後さらに固相重合を行っても構わない。溶融混合を行う温度は、本発明のポリエステル樹脂と他のポリエステル樹脂の流動温度以上の温度であればどの温度でも構わないが、１８０〜３００℃の温度範囲、好ましくは２２０〜２９０℃の温度範囲であることが望ましい。また、溶融混合を行う時間は、３０秒〜４時間の間が好ましく、１分〜２時間の間がより好ましい。
この溶融混合を行う装置としては、一軸押出機、二軸押出機、プラストミル、ニーダーや、各種の押出成形機や射出成形機、あるいは、攪拌装置、減圧装置の付いた反応器などが挙げられる。また、この溶融混合は不活性気体雰囲気下および／または減圧下で行われるのが望ましい。
【００３１】
さらに、溶融混合にて得られたポリエステル樹脂組成物は、さらに、その融点以下の温度で、減圧下あるいは不活性気流下にて２０分〜１００時間の範囲で保持し、固相重合を行ってもよい。固相重合の方法は公知の方法を採用することができ、例えば、不活性ガス雰囲気下にポリエステル樹脂組成物のペレットを８０℃〜融解ピーク温度以下３０℃の温度範囲の下に１〜３００分保つことにより予備結晶化を行った後、１３０℃〜融解ピーク温度以下１０℃の温度範囲で１〜１００時間保つことにより固相重合を行うことができる。固相重合を行った樹脂は、分子量が大きくなり、機械的強度が向上するとともに、低分子量成分含有量が低減するため好ましい。
【００３２】
得られた樹脂組成物は通常の成形方法によりフィルム、シート、中空成形容器その他種々の形状をした成形体の素材として未延伸の状態で使用することもできる。
さらに、該樹脂組成物を延伸状態でフィルム、シート、中空成形容器として成形しても、ガスバリア性がさらに優れた成形体が得られる。
さらに、本発明のポリエステル樹脂は、他の樹脂と積層した形態で製造することも可能である。成形体としては、シート、板状物、管状物のみならず、種々の中空体、容器などの形状の成形体に適用できる。該積層成形体は従来から公知の方法によって製造することができる。
【００３３】
本発明のポリエステル樹脂と積層するのに用いる他の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィンなどのポリオレフィン樹脂や、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂が挙げられ、これらの中ではポリエステル樹脂が界面の安定性が良好で、特別な接着剤を用いる必要がないため好ましい。
本発明のポリエステル樹脂と積層するのに用いるポリエステル樹脂としては、具体的に、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレン2,6ナフタレートやこれら共重合体などの芳香族ポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ポリ乳酸やこれら共重合体などの脂肪族ポリエステルやこれら２種以上のポリエステルの混合物を例示することができる。これらの中でもポリエチレンテレフタレートが好ましい。
【００３４】
本発明のポリエステル樹脂およびポリエチレンテレフタレートから構成される積層成形体としては、延伸、未延伸のフィルム、シートの他に、例えば中空成形容器、コップ等、延伸を伴う成形方法により得られる容器や未延伸のシートを深絞り成形して得られる容器などの材料に好適に用いられる。 多層中空成形容器の場合、多層中空成形体用プリフォームを加工して成形される。多層中空成形体用プリフォームは、本発明のポリエステル樹脂層およびポリエチレンテレフタレート層から構成される積層構造を有する多層中空成形体用プリフォームである。多層中空成形体用プリフォームのうちでは、本発明のポリエステル樹脂を中間層としかつ両外側層をポリエチレンテレフタレート層の三層から構成される積層構造を有するプリフォームから延伸多層中空成形体を形成させると、機械的強度に優れ、透明性およびガスバリヤー性などの性質に優れた延伸多層中空成形体を得ることができるので好ましい。 本発明のポリエステル樹脂から得られる多層中空成形体用プリフォームは従来から公知の方法によって作成される。たとえば、積層構造を有する管状成形体を成形加工することによつて、多層中空成形体用プリフォームが得られる。または複数個の溶融射出装置を有する成形機により、内層から順次段階的に成形することにより、あるいは複数台の射出シリンダーを有する成形機を用い、単一の金型に１回型締め動作で、溶融したポリエチレンテレフタレート及び本発明のポリエステルを、タイミングをずらして連続的かつ交互に、もしくはほぼ同時に射出することにより、先に射出したポリエチレンテレフタレートを内、外層に、後から射出した本発明によるポリエステルを中間層に形成することによって多層中空成形体用プリフォームが得られる。
【００３５】
本発明の共縮合ポリエステルから得られる延伸多層中空成形体は、ポリエステル樹脂相およびポリエチレンテレフタレート層から構成される延伸多層中空成形体であり、前記多層中空成形体用プリフォームを延伸ブロー成形することにより製造される。該延伸多層中空成形体は、本発明のポリエステル樹脂相およびポリエチレンテレフタレート層から構成された延伸二層中空成形体である場合もあるし、ポリエステル樹脂相とポリエチレンテレフタレート層とが交互に積層した三層から構成された延伸三層中空成形体である場合もあるし、ポリエステル樹脂相とポリエチレンテレフタレートとが交互に積層した四層以上に多層から構成された延伸多層中空成形体である場合もある。該延伸多層中空成形体は一軸延伸成形体である場合もあるし、二軸延伸成形体である場合もあるが、一般には二軸延伸成形体が機械的強度およびガスバリヤー性に優れているので好適である。
本発明のポリエステル樹脂から得られる延伸多層中空成形体は前記多層中空成形体中空成形体用プリフォームを延伸ブロー成形することにより製造される。その方法としては、前記の温度のプリフォームを縦軸方向に延伸した後にさらにブロー成形することによつて横軸方向に延伸する方法（二軸延伸ブロー成形）などを例示することができる。さらに、延伸多層中空成形体にヒートセットを施すことも可能である。ヒートセットをすることで容器の寸法安定性が増し、熱水充填などが必要な耐熱ボトルの用途に用いることも可能である。
特に、本発明のポリエステル樹脂は非晶性または結晶性が低く、ポリエチレンテレフタレートとの接着性が良好なので、延伸多層成形中空成形体の成形の際にポリエチレンテレフタレートの成形条件をそのまま適用しても透明性や成形性などに悪影響をおよぼすことがなく、得られた延伸多層成形中空成形体は機械的強度、耐熱特性、ガスバリア性および透明性も良好であり、種々の用途に利用することができる。
【００３６】
さらに、本発明のポリエステル樹脂は、芳香族ポリエステルのユニットを有しているため、ポリエチレンテレフタレートとの混和性に優れ、ポリエチレンテレフタレートと一括で溶融混合させても、もとのポリエチレンテレフタレートの物性をさほど低下させないという特徴を有している。そのため、上記の積層成形体、とりわけポリエチレンテレフタレートとの延伸多層中空成形容器として用いた後に、分離する手間をかけることなく、既存のＰＥＴボトルリサイクルシステムを用いて、再生樹脂として再資源化にすることが可能である。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
▲１▼密度 ポリエステル樹脂の密度は、密度勾配管法（２３℃）により測定した。
▲２▼還元粘度 ポリエステル樹脂の還元粘度ＩＶは、フェノールとテトラクロルエタン混合溶液（重量比１/１）中、２５℃で測定した。
▲３▼組成 ポリエステル樹脂の組成は、重クロロホルム溶液の４００ＭＨｚ水素核磁気共鳴スペクトルを測定することによって求めた。例えば実施例１について、各シグナルの帰属は、以下の通りであり、積分強度比より組成を算出した。
δ3.5 − 4.0ppm（1.02Ｈ、ジエチレングリコールユニットのエーテル酸素隣接メチレン）、δ4.1 − 5.1ppm（13.88Ｈ、グリコール酸ユニットのメチレン、エチレングリコールユニットのメチレンおよびジエチレングリコールユニットのエーテル酸素非隣接メチレン）、δ7.4 − 8.8ppm（4.0Ｈ、イソフタル酸ユニットの環プロトン）
・ＤＥＧ＝１．０２/４＝０．２５５ユニット
・ＩＡ ＝４．０/４＝１．０ユニット
・ＥＧ＝ＩＡ―ＤＥＧ＝１．０−０．２５５＝０．７４５ユニット
・ＧＡ＝（１３．８８−４ＥＧ−４ＤＥＧ）／２＝（１３．８８−２．９８−１．０２）／２＝４．９４ユニット
従って、ＧＡ／ＩＡ／ＥＧ／ＤＥＧ＝４．９４／１．０／０．７４５／０．２５５（ユニット）＝７１．２／１４．４／１０．７／３．７（モル％）となる。
▲４▼ガラス転移温度 ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、示差走査型熱量計ＳＳＣ５２００Ｈ型（セイコー電子工業社製）を用いて測定した。あらかじめよく乾燥させた樹脂から試料をサンプルパンに１０ｍｇ秤量し、窒素雰囲気中、室温から２００℃まで昇温（昇温速度 １００℃／分）して２００℃で５分間保持した後、−５０℃まで急冷（降温速度 １００℃／分）して−５０℃で１０分間保持し、次いで２００℃までの昇温（昇温速度＝１０℃／分）過程で測定を行った。付属の解析ソフトでガラス転移温度、融点における融解熱、冷結晶化温度を求めた。
▲５▼ガスバリア性 ポリエステル樹脂のプレスフィルムのガスバリア性について、炭酸ガス透過係数はジーエルサイエンス社製ＧＰＭ−２５０装置を用いて、また酸素ガス透過係数は、モコン（MOCON）社製オキシトラン（OXTRAN）装置を用いて、それぞれ２５℃で測定した。
▲６▼透明性 ポリエステル樹脂の透明性はヘイズメーター（日本電光社製）を用いてプレスフィルムの値にて求めた。
▲７▼耐加水分解性 ポリエステル樹脂の耐加水分解性は２３℃相対湿度５０％下に２ヶ月フィルムを保存して、フィルムの状態変化を観察し、下の評点で評価した。
○：変化無し ×：フィルムの強度が著しく低下する
【００３８】
実施例１ （ポリエステル合成）
グリコール酸４４９ｇ（５．９１モル）、イソフタル酸１３３．２ｇ（０．８０モル）、エチレングリコール１７４．８ｇ（２．３７モル）、トリメチロールエタン０．３５ｇ（０．００３モル）を反応槽に仕込み、窒素雰囲気の常圧下、攪拌下に１３０〜２００℃で、生成する水を留去しながら約２４時間、透明化するまでエステル化反応を行った。
得られたポリエステルオリゴマーを攪拌装置、留出管を装備したガラス製反応器に仕込んだ。留出管は真空ポンプと減圧調整器からなる真空装置に接続されており、蒸発物を留去可能な構造となっている。ここにゲルマニウム系触媒（二酸化ゲルマニウム ６．７ｗｔ％含有）を２．７１ｇ添加した。まず窒素気流下２００℃で攪拌下約３０分反応し、その後その系を２００℃に保ったまま、約１時間で約０．８torrまで減圧にし、その後約１０時間で約０．８〜０．５torrの条件で、２２５℃まで攪拌しながら昇温して反応を行い、生成するエチレングリコールを系外に留去した。この重縮合反応の間、反応物の粘度は時間の経過とともに増大した。
この反応によって得られたポリエステル樹脂の密度は、１４２６kg/m3であった。還元粘度ＩＶは、０．６３５ dl/gであった。また、この重縮合物中のグリコール酸、イソフタル酸、エチレングリコール、およびジエチレングリコールの各成分単位の組成はそれぞれ７１．０モル％、１４．５モル％、１０．１モル％、および４．４モル％であった。また、このポリエステル樹脂は非晶であり、ガラス転移温度は４１．０℃であった。
【００３９】
このポリエステル樹脂を約４０℃で約２０時間減圧下に乾燥後、２枚の真鍮板、アルミ板および離型フィルムの間に所定量をはさみ、２００℃で溶融させ、１０ＭＰａで１分間圧縮したのち、２０℃の温度に設定した圧縮成形機で再び１０ＭＰａで圧縮冷却し、約７０μの厚みをもつプレスフィルムを作製した。得られたフィルムを用い、そのガスバリア性を測定した結果、炭酸ガス透過係数は０．８５cm3・mm/m2・day・atm、酸素透過係数は０．３４cm3・mm/m2・24h・atmであった。また得られたフィルムは透明でヘイズ値は０．５％であった。このフィルムを所定の条件に保持して耐加水分解性を評価したが、特に変化はなく、良好な耐加水分解性を示した。これら結果を表１に示す。
【００４０】
実施例２
実施例１と同様に、グリコール酸１００．０ｇ（１．３２モル）、イソフタル酸２４．３ｇ（０．１５モル）、エチレングリコール２５．０ｇ（０．４０モル）、トリメチロールエタン０．１１ｇ（０．０００９モル）を仕込み、所定の方法でエステル化反応を実施した（７時間）。その後、ゲルマニウム系触媒（二酸化ゲルマニウム ６．７ｗｔ％含有）を０．４ｇ添加し、所定の方法で７．５時間反応を行った。 得られたポリエステル樹脂について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００４１】
実施例３
実施例１と同様に、グリコール酸９１．０ｇ（１．２モル）、イソフタル酸５０．０ｇ（０．３モル）、エチレングリコール４７．５ｇ（０．７７モル）、トリメチロールエタン０．４ｇ（０．００３３モル）を仕込み、所定の方法でエステル化反応を実施した（６時間）。その後、ゲルマニウム系触媒（二酸化ゲルマニウム ６．７ｗｔ％含有）を０．５ｇ添加し、所定の方法で６．３時間反応を行った。 得られたポリエステル樹脂について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００４２】
実施例４
実施例１と同様に、グリコール酸 １３６．９ｇ（１．８モル）、イソフタル酸 １６．６ｇ（０．１モル）、エチレングリコール ８．１ｇ（０．１３モル）とを所定の方法でエステル化反応を実施した（６時間）。その後、ゲルマニウム系触媒（二酸化ゲルマニウム ６．７ｗｔ％含有）を０．６ｇ添加し、所定の方法で３．５時間反応を行った。
得られたポリエステル樹脂について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００４３】
実施例５
２，６ナフタレンジカルボン酸ジメチル ２４４．２ｇ（１モル）とエチレングリコール １２２．１ｇ（２モル）、酢酸マンガン ０．１２ｇとを１６０℃〜２２０℃の温度でメタノールを溜出させることでエステル交換反応を行った。次いで、実施例１と同様に、先に得られた反応物１５．２ｇ （２，６ナフタレンジカルボン酸換算 ０．０５モル）とグリコール酸 ３７２．６ｇ（４．９モル）とを所定の方法でエステル化反応を実施した（６時間）。その後、ゲルマニウム系触媒（二酸化ゲルマニウム ６．７ｗｔ％含有）を１．４ｇ添加し、所定の方法で７．５時間反応を行った。
得られたポリエステル樹脂について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００４４】
比較例１
グリコライド（ベーリンガー・インゲルハイム社製）４００ｇとラウリルアルコール２４０ｍｇを溶解したクロロホルム溶液、塩化スズ１２０ｍｇを溶解したクロロホルム溶液とを攪拌装置、留出管を装備したガラス製反応器に仕込み、充分に窒素ガス置換を行った後、常圧、１８０℃で攪拌し加熱を行った。約１時間で系内は固化したので、攪拌を停止し、次いで１時間そのまま加熱を続けた。その後、２５０℃に加熱し、固体を溶解させ、ポリマーを取り出した。このように得られたポリグリコール酸樹脂（Ｔｇ=４３℃、Ｔｍ＝２２３℃、ＰＭＭＡ換算数平均分子量１０万［ヘキサフルオロ−２−プロパノール溶媒］）について、実施例１と溶融温度を２４０℃にする以外は同様の方法でプレスフィルムを作成した。このフィルムのガスバリア性を測定した結果、炭酸ガス透過係数は０．１cm3・mm/m²・day・atm、酸素透過係数は０．０３cm3・mm/m2・24h・atmであったが、得られたフィルムのヘイズは６５％であり不透明であった。このフィルムについて所定の方法で耐加水分解性を評価したところ、手で持ち上げるだけでボロボロに崩壊した。
【００４５】
比較例２
ポリエチレンテレフタレート（ＩＶ＝０．８１８dl/g）について、実施例１と溶融温度を２８０℃にする以外は同様の方法でプレスフィルムを作成した。このフィルムのガスバリア性を測定した結果、炭酸ガス透過係数は２６cm3・mm/m2・day・atm、酸素透過係数は５．３cm3・mm/m2・24h・atmであった。
【００４６】
【表１】

*1 ガラス転移温度が不明瞭
*2 溶媒に溶解しなかったため推定値
*3 GA：グリコール酸、IA：イソフタル酸、TA：テレフタル酸、
2,6NDA：2,6-ナフタレンジカルボン酸、EG：エチレングリコール、
DEG：ジエチレングリコール
【００４７】
実施例６
２０ｍｍφ一軸押出機２台から構成され、一方から押し出された樹脂が他方から押し出された樹脂の層間に入るように設計されたＴダイを装着した２種３層フィルム成形機において、ポリエチレンテレフタレート（７０℃で２４時間真空乾燥、ＩＶ＝０．８１８dl/g）をシリンダー温度２７０〜２８０℃、実施例１のポリエステル樹脂（５０℃で２４時間真空乾燥）をシリンダー温度２００〜２２０℃、ダイ温度を２６０℃で共押出し、６５℃に設定されたロールにて冷却してフィルムを成形した。グリコール酸共重合ポリエステル樹脂が内層、ポリエチレンテレフタレートが外層の２種３層のフィルムが得られた。得られたフィルムは透明で、各層は互いに引き剥がすことができず、断面を顕微鏡で観察し、厚みを測定した。外層は、それぞれ厚み３５ミクロンのポリエチレンテレフタレート、中間層は、厚み３５ミクロンのグリコール酸系ポリエステルから構成されていた。このフィルムについて、二軸延伸装置（岩本製作所製）を用いて予熱温度１００℃、予熱時間３分、延伸倍率３倍×３倍、延伸速度２５ｍｍ/秒の同時二軸延伸を試みたところ、延伸性は良好で、良好な延伸フィルムが得られた。結果を表２に示す。
【００４８】
比較例３
実施例１に換え、比較例１のポリグリコール酸を用い、そのシリンダ温度を２４０℃〜２２０℃にした以外は、実施例４と同様の方法で２種３層フィルムを得た。得られたフィルムは不透明で、各層間にノッチを入れると簡単に剥離した。次いで、得られた多層フィルムについて実施例４と同様の方法で二軸延伸を試みたが、延伸性が悪く、延伸フィルムに成形することはできなかった。
【００４９】
【表２】

【００５０】
【本発明の効果】
本発明により、高濃度のオキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸とを共重合した特定の密度領域のポリエステル樹脂が提供される。この樹脂は高度なガスバリア性を有し、機械的性質、透明性、耐加水分解性などに優れ、各種、ガスバリア包装材料に利用される。また、ポリエチレンテレフタレートとの混和性、接着性に優れるため、ポリエチレンテレフタレートのガスバリア性改質材として、さらにはポリエチレンテレフタレートと積層成形する材料として好適に用いることができる。ポリエチレンテレフタレートとの樹脂組成物やポリエチレンテレフタレートとの積層成形体は、ガスバリア性に優れ、機械的性質、耐熱性、透明性に優れるため、フィルム、シート、中空成形容器などの形状で食品包装、食品容器、医用材料、工業材料などに幅広く利用することができ、さらに、その使用後、回収、再資源化もポリエチレンテレフタレート同様に行うことが可能である。

Claims (5)

1. ポリエステル樹脂であって、その全構成単位を１００モル％とするとき、炭素数５以下のオキシカルボン酸単位と、芳香族ジカルボン酸単位と、炭素数４以下の脂肪族ジオール単位を合計で９５モル％以上含有し、かつ炭素数５以下のオキシカルボン酸単位を４５〜９９モル％含み、
   オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、ポリエステル樹脂の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）との関係が、
   ρ≧１３４９＋Ｍ×０．８５
   の式を満たすことを特徴とするポリエステル樹脂。
2. ポリエステル樹脂であって、その全構成単位を１００モル％とするとき、炭素数５以下のオキシカルボン酸単位と、芳香族ジカルボン酸単位と、炭素数４以下の脂肪族ジオール単位を合計で９５モル％以上含有し、かつ炭素数５以下のオキシカルボン酸単位を４５〜９９モル％含み、
   オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、ポリエステル樹脂の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）との関係が、
   ρ≧１３４９＋Ｍ×０．８５
   の式を満たし、１９０〜２３０℃で溶融重縮合をしてなることを特徴とするポリエステル樹脂。
3. オキシカルボン酸の含有量をＭモル％とするとき、炭酸ガス透過係数ＰCO2（ml・mm/m2・day・atm）との関係が、
   PCO2≦２．７−Ｍ×０．０２３
   の式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のポリエステル樹脂。
4. 前記炭素数５以下のオキシカルボン酸単位がグリコール酸であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリエステル樹脂。
5. 前記芳香族ジカルボン酸単位が、イソフタル酸単位および／または2,6-ナフタレンジカルボン酸単位および／またはテレフタル酸である請求項１〜３のいずれかに記載のポリエステル樹脂。