JP4676932B2 - ベンジルジグリセリンアセテートおよび該化合物を含有するポリエステル樹脂組成物 - Google Patents

ベンジルジグリセリンアセテートおよび該化合物を含有するポリエステル樹脂組成物 Download PDF

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Description

本発明は、新規なベンジルジグリセリンアセテート化合物および該化合物の可塑剤としての使用に関する。
ポリエステル樹脂は、可塑剤を含有させることにより柔軟性が付与され、様々な用途に使用されている。
従来の可塑剤としてはフタル酸系、アジピン酸系、リン酸系、ポリエステル系化合物が知られている。また、近年の人体や自然環境への問題意識の高まりから、環境への負荷を軽減した可塑剤も開発されており、ポリ乳酸などの生分解性プラスチックに使用することができる可塑剤も開発されている。これらの可塑剤として、アセチル化トリブチルシトレート(例えば、非特許文献1)やモノアルキルジアリルトリグリセリド(例えば、特許文献1)やジグリセリンテトラアセテート(例えば、特許文献2)などのエステル化合物が開示されている。
しかし、これらの可塑剤を用いた場合、加工時や高温下での使用時に樹脂からの可塑剤の揮発が起こり、機能が低下するという問題点が指摘されている。
特開2003−221462号公報 特開2003−231798号公報 JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE 90 p.1731 (2003)
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ポリエステル系樹脂の可塑剤として優れた作用を有する新規な化合物を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、下記化学式(I)で表されるベンジルジグリセリンアセテート化合物:
Figure 0004676932
(式中、AはCHCO−、またはRCH−(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基またはヒドロキシル基を表す);
BはRCH−(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基またはヒドロキシル基を表す))を提供するものである。
本発明のベンジルジグリセリンアセテート化合物は、新規な化合物であり、ポリエステル樹脂組成物に含有させて使用すると、低い揮発性と高い可塑化性能を発揮し、樹脂からのブリードアウトが少なく、樹脂の透明性を阻害しない。
本発明が提供する新規なベンジルジグリセリンアセテート化合物は、下記化学式(I)で表される。
Figure 0004676932
上記一般式(I)中、AはCHCO−、またはRCH−(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、またはヒドロキシル基を表す)である。
を構成するヒドロキシル基はエステルであってもよい。好ましいRは水素原子である。
上記一般式(I)中、BはRCH−(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、またはヒドロキシル基を表す)である。
を構成するヒドロキシル基はエステルであってもよい。好ましいRは水素原子である。
特に、化学式(I)で表されるベンジルジグリセリンアセテート化合物の中で、好ましい化合物は、
Figure 0004676932
である。
化学式(I)で表されるベンジルジグリセリンアセテート化合物は下記反応経路を経て合成できる。
Figure 0004676932

ジグリセリン(上記化合物(1))は、市販品、例えば東京化成工業(株)から容易に入手可能なものをそのまま用いることができる。
上記化合物(2)は、例えば、ジグリセリン(上記化合物(1))と置換基Rを有していてもよいベンジルクロライドを1:1.2のモル比で、無水DMF中60℃で9時間反応させることにより得られる。
上記化合物(3)は、例えば、上記化合物(2)と無水酢酸を1:7のモル比で、ピリジン中室温で18時間反応させることにより得られる。
上記化合物(4)は、例えば、ジグリセリン(上記化合物(1))と置換基Rおよび/またはRを有していてもよいベンズアルデヒドを1:10のモル比で、酸触媒としてのp−トルエンスルホン酸存在下、DMF−ベンゼン混合溶媒中110℃で11時間反応させることにより得られる。
上記化合物(5)は、例えば、ジベンジリデングリセリン(上記化合物(4))を還元剤であるジイソブチルアルミニウムハイドライドと1:5.6のモル比で、室温で18時間反応させることにより得られる。
上記化合物(6)は、例えば、1,1'−O−ジベンジルグリセリン(上記化合物(5))と無水酢酸を1:10のモル比で、ピリジン中室温で18時間反応させることにより得られる。
本発明のベンジルジグリセリンアセテート化合物は、樹脂、特にポリエステル樹脂の可塑剤として有用である。ポリエステル樹脂に対し少量の本発明のベンジルジグリセリンアセテート化合物を加えることで、適度な強度、耐熱性を保持する程度に樹脂の結晶性を抑制し、柔軟なポリエステル樹脂組成物が得られる。ベンジルジグリセリンアセテートは相対的に高い分子量をもつことから、ジグリセリンテトラアセテート等の従来の可塑剤よりも樹脂からの揮発性が低い。
ポリエステル樹脂としては、特に限定されるものではないが、本発明のベンジルジグリセリンアセテート化合物は生分解性プラスチックであるポリ乳酸樹脂、中でもポリ(L−乳酸)(PLLA)への使用に適している。特に、本発明のベンジルジグリセリンアセテート化合物は、本発明者らが先にした出願である特願2006−146833号におけるポリ乳酸樹脂組成物における可塑剤として効果的に使用できるものである。そのポリ乳酸樹脂組成物は結晶性ポリ乳酸、非結晶性ポリ乳酸および可塑剤から本質的になり、非結晶性ポリ乳酸が、結晶性ポリ乳酸と非結晶性ポリ乳酸との合計量の5〜33質量%、可塑剤が組成物全量の30質量%以下の割合で含まれる、ポリ乳酸樹脂組成物である。
「結晶性ポリ乳酸」という用語における「結晶性」という用語は、適度な条件下で結晶化後、偏光顕微鏡等で結晶ドメインが観察されるものの意味で使用している。結晶性ポリ乳酸とは、D体乳酸の重合体(以下、「ポリD乳酸」という)またはL体乳酸の重合体(以下、「ポリL乳酸」という)を包含する意味で使用している。ポリD乳酸とポリL乳酸の混合物(100/0〜0/100:質量比)であってもよい。ポリD乳酸あるいはポリL乳酸はすでに公知の化合物であり、それ自体は、本質的に硬くて脆い性質を有している。本発明においては、上記「結晶性」という定義に当てはまる限り、ポリD乳酸の場合であれば、L乳酸モノマー単位、または脂肪族ヒドロキシカルボン酸、脂肪族ジオール、脂肪族ジカルボン酸等の乳酸モノマーと共重合可能な他のモノマー単位を含んでいてもよい。ポリL乳酸の場合も同様である。本発明においてはそのような共重合体も結晶性ポリ乳酸に含まれる。
結晶性ポリ乳酸は、適当な溶媒に溶解し、その溶液から溶媒を除去しポリ乳酸のフィルムが形成できる程度の分子量を有していれば特に限定されない。このような結晶性ポリ乳酸として、重量平均分子量(Mw)50,000〜1,000,000、好ましくは100,000〜500,000の範囲で製造あるいは入手可能であり、目的とする用途あるいは成形品により、結晶性ポリ乳酸を適宜選定選択されるものである。市販品としてはレイシアH−100(三井化学社製)、トヨタエコプラスチックU’s(トヨタ自動車社製)等が入手可能である。
なお、本発明で使用する重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)は、サイズ排除クロマトグラフにより測定された標準ポリスチレン換算値を使用している。以下同様である。
「非結晶性ポリ乳酸」における「非結晶性」という用語は、適度な条件下で結晶化後、偏光顕微鏡等で結晶ドメインが観察されないものの意味で使用している。非結晶性ポリ乳酸とは、D体乳酸とL体乳酸の共重合体(以下、「ポリDL乳酸」という)であるという意味で使用している。D体とL体の比率は上記非結晶性が確保する限りどのような重合比率であってもよく、D乳酸:L乳酸の共重合比90:10〜10:90の範囲から適宜選択選定される。また共重合体の形態は、ブロック共重合体、グラフト共重合体、ランダム共重合体等いずれであってもよい。本発明においては、上記「非結晶性」という定義に当てはまる限り、脂肪族ヒドロキシカルボン酸、脂肪族ジオール、脂肪族ジカルボン酸等の乳酸モノマーと共重合可能な他のモノマー単位を含んでいてもよい。本発明においてはそのような共重合体も非結晶性ポリ乳酸に含まれる。
非結晶性ポリ乳酸は、重量平均分子量(Mw)50,000〜1,000,000、好ましくは100,000〜500,000の範囲で製造あるいは入手可能であり、市販品としてはレイシアH−280(三井化学社製)等が入手可能である。
非結晶性ポリ乳酸は、結晶性ポリ乳酸と非結晶ポリ乳酸との合計量の50質量%以下、好ましくは33質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは少なくとも5質量%以上の量を使用するようにする。このように非結晶性ポリ乳酸を結晶性ポリ乳酸に添加することにより、本発明の可塑剤との添加と相俟って、実用可能な強度と耐熱性を保持する程度に結晶化の進行を抑制し、柔軟性、透明性の経時での低下を低減させることができる。非結晶性ポリ乳酸の割合が多すぎても、添加量に見合うさらなる効果の向上が見られず、また強度および熱的耐性の低下、ブロッキングが生じ、少なすぎると上記効果を十分に享受できない恐れが生じる。
本発明の可塑剤を上記のようなポリ乳酸樹脂組成物に利用すると、結晶性ポリ乳酸の結晶の大きさ、結晶の分散性、結晶化度を制御することができ、その結果、強度と柔軟性の両立を図れ、かつ透明性を確保することができる。
下記実施例で使用した材料
・ポリ(L−乳酸)(PLLA)(H−100;、三井化学社製)
[α]20 589=−151deg・dm−1・g−1・cm
重量平均分子量(Mw)=156000、
分散係数(M/M)=2.1
・ジグリセリンテトラアセテート(DGTA)(PL−710:理研ビタミン社製)
・アセチル化トリブチルシトレート(ATBC)(シトロフレックスA−4:森村商事製)
・特に言及していない限り、市場で入手可能な材料(物質)はそれらを使用した。但し、ピリジンはCaHを使用し蒸留乾燥した。
測定装置
H−NMRスペクトルの測定:溶媒としてCDODを使用し、JEOL LNM-GSX 400(400Hz)(日本電子社製)を使用した。
・元素分析の測定:Perkin-Elmer 240C CHN-Corder(パーキンエルマー社製)を使用した。
X線回折の測定:CuKα源を装備したRigaku RINT InPlanc(リガク社製)を使用した。
顕微鏡観察:偏光顕微鏡(BX 51;オリンパス社製)
・引張強度、伸張率:200Nのロードセルを装備した引張試験機(LUR-A-200NSA1;共和電業社製)を使用した。
試験片;ゲージ長さ10mm、少なくとも3個
クロスヘッドスピード;1mm/min
TGA(熱重量分析)の測定:TG/DTA6200(SII社製)により測定。
雰囲気:空気
昇温速度:10℃/min
透明性の測定:NDH2000(日本電色工業社製)によりJIS K 7136に従い全光線透過率,HAZEを測定。
[1−O−ベンジルジグリセリンの合成]
ジグリセリン(10g、60mmol)の無水DMF(40mL)溶液を、窒素雰囲気下、水素化ナトリウム(1.7g,72mmol)に滴下した。混合物を2時間室温で攪拌した。ベンジルクロライド(7.6g,60mmol)を室温で添加した。次に、温度を60℃に上げた。9時間攪拌後、溶媒を蒸発させた。残渣をn−ブタノール(160mL)−水(160mL×2)で抽出した。n−ブタノール層をMgSOで乾燥し、ろ過、濃縮した。
粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを使用し、メタノール/クロロホルム(1:4)で溶出し、1−O−ベンジルジグリセリン(Rf=0.57,1:9メタノール:クロロホルム)3.0g(17%)を得た。
H−NMRスペクトルを図1に示す。
H−NMR(CDOD)δ7.34−7.01(m,5H,芳香族プロトン)、4.63−4.35(m,2H,−O−CH−Ph),3.87−3.24(m,10H,メチレンおよびメチンプロトン)。
質量分析
MS(CI):m/z(強度)=257(M+1,100)
赤外スペクトル
IR(cm−1):3314(幅広),2883,2855,1026
[1−O−ベンジルジグリセリントリアセテートの合成]
1−O−ベンジルジグリセリン(2.5g、10mmol)のピリジン(11mL,140mmol)溶液に、0℃で無水酢酸(7.1g,70mmol)を添加した。反応を室温で行った。18時間攪拌後、ピリジンを除去した。
残渣を、ジエチルエーテル(100mL)および水(80mL×2)で抽出した。ジエチルエーテル層をMgSOで乾燥し、ろ過、濃縮し、1−O−ベンジルジグリセリントリアセテート2.17g(57%)を得た。
H−NMRスペクトルを図2に示す。
H−NMR(CDOD)δ7.31−7.11(m,5H,芳香族プロトン)、5.12−5.00(m,2H,メチレンプロトン)、4.61−4.32(m,2H,−O−CH−Ph),4.30−3.39(m,8H,メチレンプロトン)、1.99−1.85(m,9H,メチルプロトン)
質量分析
MS(CI):m/z(強度)=233(100),383(M+1,17)
元素分析
1926(382.40):
計算値C 59.68, H 6.85,
実測値C 59.41, H 6.61
赤外スペクトル
IR(cm−1):2836,1732,1215,1038
1−O−ベンジルジグリセリントリアセテート(BGTA)のTGAを図6に示した。アセチル化トリブチルシトレート(ATBC)と比較して揮発性が良好であることがわかる。
1,1’,2,2’−O−ジベンジリデンジグリセリンの合成
ジグリセリン(8.3g、50mmol)のDMF(100mL)溶液に、ベンゼン(50mL),ベンズアルデヒド(53g,500mmol)およびp−トルエンスルホン酸(5mmol)を添加した。冷却器付きディーンスタークトラップ(Dean-Stark trap)を取り付けた。温度を110℃に上げた。11時間攪拌後、混合物をNaCO(10mmol)で中和した。溶液を濃縮し、水(80mL)−ジクロロメタン(100mL×2)で抽出した。ジクロロメタン層をMgSOで乾燥し、ろ過、濃縮した。
残渣を、カラムクロマトグラフィーを使用し、アセトン/ジクロロメタン(1:4)で精製し、1,1’,2,2’−O−ジベンジリデンジグリセリン(Rf=0.87,1:9メタノール:ジクロロメタン)7.2g(42%)を得た。
H−NMRスペクトルを図3に示す。
H−NMR(CDOD)δ7.58−7.20(m,10H,芳香族プロトン)、5.95−5.67(m,2H,−O−(−O−)CH−Ph),4.48−3.42(m,10H,メチレンおよびメチンプロトン)、
質量分析
MS(CI):m/z(強度)=343(M+1,100)
元素分析
2022(342.39):
計算値C 70.16, H 6.48,
実測値C 69.94, H 6.37
[1,1’−O−ジベンジルジグリセリンの合成]
ジベンジリデングリセリン(4.8g、14mmol)の無水ジエチルエーテル(10mL)溶液を、窒素雰囲気下、1mol/Lのジイソブチルアルミニウムハイドライドトルエン溶液(56mL,56mmol)に滴下した。混合物を18時間室温で攪拌した。メタノールおよび飽和NHClを添加し15分間攪拌した。その後、溶液をろ過し溶媒を除去した。ジエチルエーテル(25mL)を添加し、不溶物をろ別した後、エーテル層を水(50mL×2)で洗浄した。エーテル層をMgSOで乾燥し、ろ過、濃縮した。
残渣を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを使用し、アセトン/ジクロロメタン(1:4)で精製し、1,1’−O−ジベンジルジグリセリン(Rf=0.87,1:9メタノール:ジクロロメタン)0.4g(7%)を得た。
H−NMRスペクトルを図4に示す。
H−NMR(CDOD)δ7.45−7.07(m,10H,芳香族プロトン)、4.69−4.41(m,4H,−O−CH−Ph),4.00−3.39(m,10H,メチレンおよびメチンプロトン)、
質量分析
MS(CI):m/z(強度)=181(100)、347(M+1,33)
元素分析
20260.5HO(355.47):
計算値C 67.57, H 7.67,
実測値C 67.99, H 7.39
赤外スペクトル
IR(cm−1):3431(幅広),2882,2858,1736,1231,
1024,735,697
[1,1’−O−ジベンジルジグリセリンジアセテートの合成]
1,1’−O−ジベンジルジグリセリン(0.2g、0.6mmol)のピリジン(5mL,60mmol)溶液に、0℃で無水酢酸(0.6g,6mmol)を添加した。室温で18時間攪拌後、ピリジンを除去した。
残渣を、ジエチルエーテル(30mL)−水(50mL×2)で抽出した。ジエチルエーテル層をMgSOで乾燥し、ろ過、濃縮し、1,1’−O−ジベンジルジグリセリンジアセテート0.2g(83%)を得た。
H−NMRスペクトルを図5に示す。
H−NMR(CDOD)δ7.39−7.16(m,10H,芳香族プロトン)、5.21−4.95(m,2H,メチンプロトン)、4.68−4.41(m,4H,−O−CH−Ph),4.32−3.37(m,8H,メチレンプロトン)、2.09−1.90(m,6H,メチルプロトン)
質量分析
MS(CI):m/z(強度)=233(100),431(M+1,2)
元素分析
2430(430.49):
計算値C 66.96, H 7.02,
実測値C 66.78, H 7.07
赤外スペクトル
IR(cm−1):2851,1734,1214,1043,697
1,1’−O−ジベンジルジグリセリンジアセテート(DBGDA)のTGAを図6に示した。アセチル化トリブチルシトレート(ATBC)と比較して揮発性が良好であることがわかる。
[ポリ乳酸フィルムの作製]
PLLAを、BGTAまたはDBGDAと、100/0、95/5、90/10、80/20、70/30、60/40、50/50比(PLLA/BGTAまたはDBGDA)で混合し、キャスティング法によりポリ乳酸フィルムを作製した。PLLA、BGTAおよびDBGDAは混合前に1g/dlの濃度になるようにクロロホルムに溶解させた。各混合物(10ml)を、テフロン製プレート(直径5cm)上に注ぎ、48時間室温で乾燥した。
得られたフィルムの引張強度、破断点伸びを測定した。結果を下記表1に示す。
Figure 0004676932
得られたフィルムの透明性を測定した。また、得られたフィルムのブリードアウトを観察した。ブリードアウトはフィルム表面を目視にて観察し、ブリードアウトが見られない場合を◎、少々ブリードアウトが見られる場合を△、激しいブリードアウトが見られる場合を×で評価ランク付した。結果を表2に示した。本発明の可塑剤を用いた場合、透明性は維持されており、ブリードアウトも少ない。
Figure 0004676932
1−O−ベンジルジグリセリンのH−NMRスペクトル。 1−O−ベンジルジグリセリントリアセテートのH−NMRスペクトル。 1,1’,2,2’−O−ジベンジリデンジグリセリンのH−NMRスペクトル。 1,1’−O−ジベンジルジグリセリンのH−NMRスペクトル。 1,1’−O−ジベンジルジグリセリンジアセテートのH−NMRスペクトル。 1−O−ベンジルジグリセリントリアセテート、1,1’−O−ジベンジルジグリセリンジアセテート、アセチル化トリブチルシトレートのTGAデータ。

Claims (4)

  1. 下記化学式(I)で表されるベンジルジグリセリンアセテート化合物:
    Figure 0004676932
    (式中、AはCHCO−、またはRCH−(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基またはヒドロキシル基)を表す;
    BはRCH−(式中、Rは、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基またはヒドロキシル基を表す)。
  2. 下記化学式(I)で表されるベンジルジグリセリンアセテート化合物を含有する可塑剤:
    Figure 0004676932
    (式中、AはCH CO−、またはR CH −(式中、R は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基またはヒドロキシル基)を表す;
    BはR CH −(式中、R は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基またはヒドロキシル基を表す)。
  3. ポリエステルおよび請求項1に記載の化学式(I)で表されるベンジルジグリセリンアセテートを含有するポリエステル樹脂組成物。
  4. ポリエステルが、ポリ乳酸である、請求項に記載の組成物。
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