JP4655496B2 - ポリエステル樹脂配合用エステル化合物 - Google Patents
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Description
ポリ乳酸樹脂用の可塑剤として、(i)揮発性溶剤(例えば、特許文献1、2)、(ii)環状乳酸オリゴマー(例えば、特許文献3)、(iii)特定の構造を有するエーテルエステル系可塑剤(例えば、特許文献4)、(iv)アセチルクエン酸エステル(例えば、特許文献5)が提案されている。
本発明が解決しようとする課題は、ポリエステル樹脂に配合して優れた柔軟性、透明性を付与し、耐ブリードアウト性に優れ、且つこれらの経時変化が少ないエステル化合物及びエステル樹脂組成物を提供することである。
即ち本発明は、以下である。
ポリエステル樹脂(C)100重量部に対して、エステル化合物を5〜300重量部含有することを特徴とするポリエステル樹脂組成物であって、
前記エステル化合物は、アルコール化合物(a1)のアルキレンオキシド付加物(A)及びオキシカルボン酸の2〜3量体の環状エステル(B)が反応してなる、数平均分子量が200〜100,000のエステル化合物であり、
前記アルコール化合物(a1)は、ひまし油及び/又は3〜8価のアルコールであり、
前記アルキレンオキシド付加物(A)において、アルコール化合物(a1)に付加するアルキレンオキシド(AO)は、エチレンオキサイド(EO)、プロピレンオキサイド(PO)、1,2−ブチレンオキサイド、2,3−ブチレンオキサイド、1,3−ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α−オレフィンオキサイド、及びエピクロルヒドリンからなる群より選ばれるいずれかであることを特徴とする、ポリエステル樹脂組成物。
(i)柔軟性、透明性に優れる。
(ii)耐ブリードアウト性に優れる。
(iii)(i)(ii)の経時安定性に優れる。
活性水素基含有化合物(a)としては、例えばアルコール化合物(a1)、カルボキシル基含有化合物(a2)、アンモニア若しくは1〜2級アミノ基含有化合物(a3)、フェノール化合物(a4)、チオール基含有化合物(a5)及びリン酸化合物(a6)等が挙げられる。
具体的には、グリセリン、トリメチロールプロパン等の3価アルコール;ペンタエリスリトール、ジグリセリン、α−メチルグルコシド、ソルビトール、キシリット、マンニット、ジペンタエリスリトール、グルコース、フルクトース、ショ糖等の4〜8価のアルコール;ポリブタジエンポリオール;ひまし油系ポリオール;ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの(共)重合体、ポリビニルアルコール類等の多官能(3〜100価)ポリオール;トリアルカノールアミン(トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン等);モノ−、ジ−のアルカノールアミンのアルキル(C1〜C4)置換体〔N,N−ジアルキルモノアルカノールアミン(N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミンなど)、N−アルキルジアルカノールアミン(N−メチルジエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン等)〕等が挙げられる。
また、ひまし油系ポリオールとしては、ひまし油、硬化ひまし油及び変性ひまし油(トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールで変性されたひまし油等)が挙げられる。
これらの内、好ましくは3〜8価アルコール、ひまし油である。
(vi)リン酸化合物(a6)としては燐酸、亜燐酸、ホスホン酸等が挙げられる。
これらのAOのうちで好ましいものはEO単独、PO及びEOの併用(併用の場合、ランダム、ブロック及び両者の混合系)である。
活性水素基含有化合物へのアルキレンオキサイドの付加モル数は活性水素1モルに対して好ましくは1〜300モル、より好ましくは1〜200モル、特に好ましくは1〜150モルである。
AOを付加する方法は、単独付加、二種以上の(b)を用いる場合のランダム付加、ブロック付加等が挙げられるが限定はない。好ましくは単独付加である。
(a)へのAOの付加は、通常の方法で行うことができ、無触媒又は触媒(アルカリ触媒、アミン系触媒、酸性触媒)の存在下(とくにAO付加の後半の段階で)に常圧又は加圧下に1段階又は多段階で行なわれる。
オキシカルボン酸としては、好ましくは炭素数1〜23、ヒドロキシル基数1〜3、カルボン酸数1〜3のものが挙げられ、具体的には例えばグリコール酸、乳酸、ヒドロアクリル酸、β−オキシ酪酸、γ−オキシ酪酸、2−オキシ吉草酸、3−オキシ吉草酸、6−オキシカプロン酸等を挙げることができ、さらに、オキシカルボン酸の2〜3量体(好ましくは2量体)の環状エステル、例えばグリコール酸の二量体であるグリコリド、乳酸の二量体であるラクチド、又は6−オキシカプロン酸の環状エステルであるε−カプロラクトンを挙げることができる。これらは、単独で又は二種以上組合せて使用することができる。
これらの内で好ましいのは6−オキシカプロン酸、ε−カプロラクトンであり、より好ましいのは乳酸、ラクチドである。
オキシカルボン酸とその他の有機カルボン酸との併用としては特に限定はないが、好ましくはオキシカルボン酸と炭素数7〜23の脂肪酸との併用であり、より好ましくは乳酸と炭素数7〜23の脂肪酸との併用である。
(B)中のオキシカルボン酸とその他のカルボン酸の比率は、好ましくは
官能基数比で1:1〜100:0であり、より好ましくは1:1〜100:1である。
この比が2:1〜1:2の範囲内であると、該エステル化合物を含有したエステル樹脂組成物の透明性や耐ブリードアウト性が良好であり、またこの経時安定性も良好である。
(A)の水酸基数とオキシカルボン酸の水酸基数の比率は好ましくは1:1〜1:1500であり、より好ましくは1:1〜1:500であり、特に好ましくは1:1〜1:100である。
エステル化合物は、上記の原料に対応するアルキレンオキシド付加物(A)及び有機カルボン酸(B)等を原料に、公知慣用の製法によって製造することができる。例えば反応温度は好ましくは80〜250℃、より好ましくは80〜200℃である。反応時間は好ましくは5〜48時間、より好ましくは 5〜24時間である。反応は脱水反応であり、反応が進行するに従い減圧下で行うのが好ましい。減圧度は好ましくは5〜100mmHgである。
反応の終点は酸価(AV)か水酸基価(OHV)で管理が可能である。AVやOHVはエステル化合物の末端基は水酸基でもカルボン酸基でもよいので、目的とするAVやOHVを反応の終点とすることになる。
けん化価は、JIS K0070「化学製品の酸価、けん化価、エステル価、よう素価、水酸基価及び不けん化物の試験方法」によって測定する。
本発明のエステル化合物のMnは200〜100,000であり、400〜60,000が好ましく、400〜50,000がより好ましい。Mnが200未満であると、樹脂組成物を成形加工して得られた成形体の機械物性が不良であり、100,000を超えると、成形加工時の溶融粘度が極端に高くなり取扱い困難となったり、製造上不経済となったりする。分子量分布は、実質的に成形加工が可能であれば特に制限されない。
このうち本発明のポリエステル樹脂としては、生分解性に優れることが望ましく、ポリ乳酸樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリエチレンサクシネート樹脂等が好ましい。より好ましくは、ポリ乳酸樹脂である。
ポリエステル樹脂は、上記したポリエステルの原料に対応するジオール、ジカルボン酸、オキシカルボン酸等を原料に、公知慣用の製法によって製造することができる。
(i)ポリ乳酸
(ii)乳酸と他の脂肪族オキシカルボン酸とのコポリマー
(iii)乳酸、脂肪族多価アルコールと脂肪族多塩基酸とのコポリマー
(iv)(i)〜(iii)のいずれかの組み合わせによる混合物
等が挙げられる。
本発明で用いられる乳酸としては、L−乳酸、D−乳酸、DL−乳酸若しくはそれらの混合物、若しくは乳酸の環状二量体であるラクチドを挙げることができる。
(i)乳酸又は乳酸と脂肪族オキシカルボン酸の混合物を原料として、直接脱水重縮合する方法(例えば米国特許5310865号に示されている製造方法)
(ii)乳酸の環状二量体(ラクチド)を溶融重合する開環重合法(例えば米国特許2758987号に開示されている製造方法)
(iii)乳酸と脂肪族オキシカルボン酸の環状二量体、例えばラクチドやグリコリドとε−カプロラクトンを、触媒の存在下、溶融重合する開環重合法(例えば米国特許4057537号に開示されている製造方法)
(iv)乳酸、脂肪族二価アルコールと脂肪族二塩基酸の混合物を、直接脱水重縮合する方法(例えば米国特許5428126号に開示されている製造方法)
(v)ポリ乳酸と脂肪族二価アルコールと脂肪族二塩基酸とのポリマーを、有機溶媒存在下に縮合する方法(例えば欧州特許公報0712880 A2号に開示されている製造方法)
(vi)乳酸を触媒の存在下、脱水重縮合反応を行うことによりポリエステル重合体を製造するに際し、少なくとも一部の工程で固相重合を行う方法
等を挙げることができるが、その製造方法は特に限定されない。
[評価方法]
(i)引張弾性率
JIS K7127に準じて測定した。
(ii)HAZE
JIS K−6714に従い、東京電色製Haze Meterを使用して測定した。
Dien−Starkトラップを設置した反応器に、90%L−乳酸10kg、錫末45gを装入し、150℃/50mmHgで3時間撹拌しながら水を留出させた後、150℃/30mmHgでさらに2時間撹拌してオリゴマー化した。このオリゴマーにジフェニルエーテル21.1kgを加え、150℃/35mmHg共沸脱水反応を行い、留出した水と溶媒を水分離器で分離して溶媒のみを反応器に戻した。2時間後、反応器に戻す有機溶媒を4.6kgのモレキュラーシーブ3Aを充填したカラムに通してから反応器に戻るようにして、130℃/17mmHgで20時間反応を行い、数平均分子量(Mn)(GPCにより測定)15.0万のポリ乳酸樹脂溶液を得た。この溶液に脱水したジフェニルエーテル44kgを加え希釈した後、40℃まで冷却して、析出した結晶を濾過した。この結晶に0.5N−塩酸12kgとエタノール12kgを加え、35℃で1時間撹拌した後濾過し、60℃/50mmHgで乾燥して、ポリ乳酸樹脂粉末6.1kgを得た。この粉末を押出機で溶融しペレット化し、ポリ乳酸樹脂を得た。このポリ乳酸樹脂のMnは14.7万であった。
撹拌装置、温度制御装置付きの容積10Lのガラス製反応器に、「サンニックスGE−200」(グリセリンエチレンオキサイド付加物;分子量約200;三洋化成工業社製)3.37kg、ラクチド3.63kg、オクチル酸錫0.007kgを投入し、窒素気流下、反応温度130〜140℃に保持しながら時間反応させた。反応後、ゆっくりと減圧とし、過剰のラクチドを留去した。さらに140℃/30mmHgで5時間留去して、Mn:416、けん化価:404のエステル化合物(a)6.65kgを得た。
撹拌装置、温度制御装置付きの容積10Lのガラス製反応器に、「トキサノンAH」(ひまし油エチレンオキサイド付加物;分子量約3,000;三洋化成工業社製)3.28kg、ラクチド3.72kg、オクチル酸スズ0.007kgを投入し、窒素気流下、反応温度130〜140℃に保持しながら時間反応させた。反応後、ゆっくりと減圧とし、過剰のラクチドを留去した。さらに140℃/30mmHgで5時間留去して、Mn:6100、けん化価:440のエステル化合物(b)6.63kgを得た。
撹拌装置、温度制御装置付きの容積10Lのガラス製反応器に、「トキサノンAH」4.09kg、ラクチド2.05kg、オクチル酸錫0.007kgを投入し、窒素気流下、反応温度130〜140℃に保持しながら時間反応させた。反応後、ゆっくりと減圧とし、過剰のラクチドを留去し、さらに140℃/30mmHgで5時間留去した。ラウリン酸0.86kgを投入し、150℃/17mmHgで20時間反応して、Mn:6700、けん化価:400のエステル化合物(c)6.77kgを得た。
製造例1で得られたポリ乳酸樹脂と実施例1〜3で得られたエステル化合物(a)〜(c)を、表−1に記載した割合で東洋精機製ラボプラストミルで190℃、5分間混練し、厚さ200μmのプレスフィルムを作成した。このフィルムを50℃×50%RH条件下で7日間放置した後、ブリードの有無の確認、引張弾性率及びHAZEの測定を行った。
実施例6と同様の方法で、エステル化合物(c)を20%含有した厚さ200μmのプレスフィルムを得た。次にバッチ式二軸延伸機(岩村製作所製)を使用し、温度45℃で2.5×2.5倍に同時二軸延伸した後、120℃で1分間熱固定し、二軸延伸フィルムを得た。このフィルムを50℃×50%RH条件下で7日間放置した後、ブリードの有無の確認、引張弾性率及びHAZEの測定を行った。
製造例1で得られたポリ乳酸樹脂と市販のアセチルクエン酸トリブチル(ATBC)を、表−1に記載した割合で東洋精機製ラボプラストミルで190℃、5分間混練し、厚さ100μmのプレスフィルムを作成した。このフィルムを50℃×50%RH条件下で7日間放置した後、ブリードの有無の確認、引張弾性率及びHAZEの測定を行った。
実施例7と同様の方法で、ATBCを20%含有した厚さ200μmのプレスフィルムを得た。次にバッチ式二軸延伸機(岩村製作所製)を使用し、温度45℃で2.5×2.5倍に同時二軸延伸した後、120℃で1分間熱固定し、二軸延伸フィルムを得た。このフィルムを50℃×50%RH条件下で7日間放置した後、ブリードの有無の確認、引張弾性率及びHAZEの測定を行った。
Claims (4)
- ポリエステル樹脂(C)100重量部に対して、エステル化合物を5〜300重量部含有することを特徴とするポリエステル樹脂組成物であって、
前記エステル化合物は、アルコール化合物(a1)のアルキレンオキシド付加物(A)及びオキシカルボン酸の2〜3量体の環状エステル(B)が反応してなる、数平均分子量が200〜100,000のエステル化合物であり、
前記アルコール化合物(a1)は、ひまし油及び/又は3〜8価のアルコールであり、
前記アルキレンオキシド付加物(A)において、アルコール化合物(a1)に付加するアルキレンオキシド(AO)は、エチレンオキサイド(EO)、プロピレンオキサイド(PO)、1,2−ブチレンオキサイド、2,3−ブチレンオキサイド、1,3−ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α−オレフィンオキサイド、及びエピクロルヒドリンからなる群より選ばれるいずれかであることを特徴とする、ポリエステル樹脂組成物。 - 前記オキシカルボン酸の2〜3量体の環状エステル(B)が、ラクチドである請求項1に記載のポリエステル樹脂組成物。
- 前記エステル化合物のけん化価が30〜750である請求項1又は2の何れか記載のポリエステル樹脂組成物。
- ポリエステル樹脂がポリ乳酸樹脂である請求項1〜3のいずれかに記載のポリエステル樹脂組成物。
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