JP5291273B2 - Method for producing aliphatic polyester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、汎用樹脂の代替として有用な生分解性ポリマーである、脂肪族二価アルコールと脂肪族二価カルボン酸からなる脂肪族ポリエステルを非金属の揮発性触媒の存在下、固相重合する脂肪族ポリエステルの製造方法に関する。さらに、本発明は、非金属の揮発性触媒を使用することにより、特別な触媒除去工程を必要とすることなく、安定性に優れた脂肪族ポリエステルを製造することができる脂肪族ポリエステルの製造方法に関する。 In the present invention, an aliphatic polyester composed of an aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic dicarboxylic acid, which is a biodegradable polymer useful as an alternative to a general-purpose resin, is subjected to solid phase polymerization in the presence of a nonmetallic volatile catalyst. The present invention relates to a method for producing an aliphatic polyester. Furthermore, the present invention provides a method for producing an aliphatic polyester capable of producing an aliphatic polyester having excellent stability without using a special catalyst removal step by using a non-metallic volatile catalyst. About.
近年、廃棄物処理が環境保護と関連して問題となっている。特に、一般的な汎用の高分子材料の成形品や加工品は、廃棄物として埋め立てた場合、微生物等による分解性・崩壊性がないため、異物として半永久的に残存すること、さらに、可塑剤等の添加剤が溶出して環境を汚染すること等が問題となっている。
また、廃棄物として焼却する場合には、燃焼により発生する高い熱量により、炉を損傷すること、燃焼により発生する排煙・排ガスが、大気汚染、オゾン層破壊、地球温暖化、酸性雨等の原因となり得ること等がクローズアップされてきた。In recent years, waste disposal has become a problem in connection with environmental protection. In particular, general-purpose molded and processed products of general-purpose polymer materials, when buried as waste, do not have degradability or disintegration due to microorganisms, etc., and therefore remain semi-permanently as a foreign substance. It is a problem that the additives such as elution dissolve and pollute the environment.
In addition, when incinerated as waste, the high amount of heat generated by combustion damages the furnace, and the flue gas and exhaust gas generated by combustion may cause air pollution, ozone depletion, global warming, acid rain, etc. Things that could be the cause have been highlighted.
このような背景の中、自然環境中で生分解するポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ−3−ヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン等のポリヒドロキシカルボン酸やポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート等の脂肪族ポリエステルが脚光を浴び、近年、盛んに研究開発が行われている。 In such a background, polyhydroxycarboxylic acid such as polylactic acid, polyglycolic acid, poly-3-hydroxybutyric acid, polycaprolactone, polyethylene succinate, polybutylene succinate, polyethylene adipate, etc. that biodegrade in the natural environment In recent years, aliphatic polyester has attracted attention, and research and development has been actively conducted.
脂肪族ポリエステルに関しては、例えば、特開平4−189822、並びに特開平4−189823に開示されたような、溶融状態で、ポリマー末端とジイソシアネートを反応させることにより高分子量の脂肪族ポリエステルを得る方法や、US−5,401,796に開示されたような、有機溶媒を使用して脱水縮合反応することにより、ジイソシアネートを使用することなく高分子量の脂肪族ポリエステルを得る方法がある。 Regarding the aliphatic polyester, for example, as disclosed in JP-A-4-189822 and JP-A-4-189823, a method for obtaining a high molecular weight aliphatic polyester by reacting a polymer terminal with diisocyanate in a molten state, US Pat. No. 5,401,796 discloses a method for obtaining a high molecular weight aliphatic polyester without using a diisocyanate by carrying out a dehydration condensation reaction using an organic solvent.
脂肪族ポリエステルの固相重合に関する従来技術には、次のものがある。
特開平8−34843号において、相対粘度が1.5以上を有する脂肪族ポリエステルを結晶化させた後、その融点よりも低い温度で不活性ガス雰囲気下又は減圧下で固相重合することを特徴とする高分子量の脂肪族ポリエステルの製造方法に関する技術が開示されている。
ここに開示された触媒は、チタン、ゲルマニウム、アンチモン、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、鉄、ジルコニウム、バナジウム、リチウム、コバルト、マンガン等の金属化合物であり、金属アルコキシド、金属アセチルアセトナート、金属酸化物、金属錯体、金属水酸化物、有機酸塩等の形態で用いられる、と記されている。つまり、有機スルホン酸系化合物といった非金属の揮発性触媒を使用する開示はない。Conventional techniques relating to solid phase polymerization of aliphatic polyesters include the following.
In JP-A-8-34843, an aliphatic polyester having a relative viscosity of 1.5 or more is crystallized and then solid-phase polymerized at a temperature lower than its melting point in an inert gas atmosphere or under reduced pressure. A technique relating to a method for producing a high molecular weight aliphatic polyester is disclosed.
The catalyst disclosed here is a metal compound such as titanium, germanium, antimony, magnesium, calcium, zinc, iron, zirconium, vanadium, lithium, cobalt, manganese, metal alkoxide, metal acetylacetonate, metal oxide, It is described that it is used in the form of a metal complex, a metal hydroxide, an organic acid salt or the like. That is, there is no disclosure using a non-metallic volatile catalyst such as an organic sulfonic acid compound.
また、上記の固相重合法の場合も含めて、重合に使用した触媒がその活性を維持したままポリエステル中に残存していると、そのようなポリエステルを、例えば、成形加工した場合には、熱により分子量低下を起こしてしまうことが知られており、このようなポリエステルは成形加工性、耐熱性において十分な機能を有しているとは言い難い。そのため、ポリエステルの安定性を確保する目的で、リン酸、亜リン酸等の様々な種類の触媒不活化剤、あるいはポリマー安定剤と呼ばれる添加剤を添加して、重合後に触媒を失活させる方法や、ポリエステルから触媒を除去する方法が実施されている。 In addition, including the case of the solid phase polymerization method described above, if the catalyst used in the polymerization remains in the polyester while maintaining its activity, for example, when such a polyester is molded, It is known that the molecular weight is lowered by heat, and it is difficult to say that such a polyester has a sufficient function in molding processability and heat resistance. Therefore, in order to ensure the stability of the polyester, a method of deactivating the catalyst after polymerization by adding various kinds of catalyst deactivators such as phosphoric acid and phosphorous acid or additives called polymer stabilizers In addition, a method of removing the catalyst from the polyester has been practiced.
添加剤を添加してポリエステルの安定性を確保する方法は、溶媒を用いた溶液重合法や、ポリエステルを溶融した状態で重合する溶融重合法に対して、重合終了後に重合系に添加剤を添加するという簡単な方法で実施できるが、固相重合法に対しては重合終了後、固体状態のポリマーを溶融させてから添加剤を添加しなければならないという点で工程が一つ増え煩雑になる。しかし、いずれにしても得られたポリエステル中に添加剤や失活した触媒が残留するという問題点がある。 Additives are added to the polymerization system after the completion of polymerization, compared to solution polymerization methods using solvents and melt polymerization methods that polymerize polyesters in a molten state. However, in the solid phase polymerization method, after the polymerization is completed, the solid state polymer must be melted and then the additive must be added to make the process one more complicated. . However, in any case, there is a problem that additives and deactivated catalyst remain in the obtained polyester.
一方、ポリエステルから触媒を除去する方法は、ポリエステル中の残留物が除去できるという意味で添加剤を添加する方法よりも好ましいが、ポリエステルから触媒を除去する方法は、重合工程とは全く異なる操作条件及び設備が必要なので、結果として工程数が増え、操作が煩雑になるという問題点がある。 On the other hand, the method of removing the catalyst from the polyester is preferable to the method of adding an additive in the sense that the residue in the polyester can be removed, but the method of removing the catalyst from the polyester is different from the polymerization step in the operating conditions. In addition, since the equipment is necessary, there are problems that the number of processes increases and the operation becomes complicated.
そこで、本発明の目的は、脂肪族二値アルコールと脂肪族二価カルボン酸からなる脂肪族ポリエステルを製造するに際し、特別な触媒除去工程を必要とすることなく、安定性に優れた脂肪族ポリエステルの製造方法を提供するものである。 Accordingly, an object of the present invention is to produce an aliphatic polyester excellent in stability without the need for a special catalyst removal step when producing an aliphatic polyester comprising an aliphatic binary alcohol and an aliphatic dicarboxylic acid. The manufacturing method of this is provided.
本発明者らは、上に記した従来技術の問題点に鑑み、鋭意検討した結果、脂肪族二価アルコールと脂肪族二価カルボン酸からなる脂肪族ポリエステルを製造するに際し、揮発性触媒を使用して固相重合することにより、特別な触媒除去工程を必要とすることなく、安定性に優れた脂肪族ポリエステルを製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明に係る脂肪族ポリエステルの製造方法は、以下の[1]〜[8]に記載した事項により特定される。As a result of intensive investigations in view of the problems of the prior art described above, the present inventors use a volatile catalyst in producing an aliphatic polyester composed of an aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic dicarboxylic acid. As a result of solid phase polymerization, it was found that an aliphatic polyester excellent in stability can be produced without requiring a special catalyst removal step, and the present invention has been completed.
That is, the method for producing an aliphatic polyester according to the present invention is specified by the matters described in [1] to [8] below.
[1] 数式(1)(数10)で示される数値範囲にある重量平均分子量(Mw1)を有する、結晶化された脂肪族二価アルコールと脂肪族二価カルボン酸からなる脂肪族ポリエステルプレポリマーを、揮発性触媒の存在下、固相重合することにより、数式(2)(数11)と数式(3)(数12)で示される数値範囲にある重量平均分子量(Mw2)を有する脂肪族ポリエステルを得ることを特徴とする、脂肪族ポリエステルの製造方法。
【数10】
2×103 ≦ Mw1 ≦ 1×105 (1)
【数11】
5×104 ≦ Mw2 ≦ 1×106 (2)
【数12】
Mw1 < Mw2 (3)[1] An aliphatic polyester prepolymer comprising a crystallized aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic dicarboxylic acid having a weight average molecular weight (Mw 1 ) in the numerical range represented by the formula (1) (Equation 10) By solid-phase polymerization of the polymer in the presence of a volatile catalyst, the polymer has a weight average molecular weight (Mw 2 ) in the numerical range represented by Equation (2) (Equation 11) and Equation (3) (Equation 12). A method for producing an aliphatic polyester, comprising obtaining an aliphatic polyester.
[Expression 10]
2 × 10 3 ≦ Mw 1 ≦ 1 × 10 5 (1)
## EQU11 ##
5 × 10 4 ≦ Mw 2 ≦ 1 × 10 6 (2)
[Expression 12]
Mw 1 <Mw 2 (3)
[2] 数式(4)(数13)で示される、触媒残留率Rが、50%以下であることを特徴とする[1]に記載した脂肪族ポリエステルの製造方法。
【数13】
R[%] = CA[ppm] ÷ CB[ppm] × 100 (4)
(数式(4)において、Rは、固相重合前後における触媒濃度の変化の尺度である触媒残留率[%]であり、CB[ppm]は、数式(5)(数14)により算出される、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒が全て脂肪族ポリエステル中に残留する場合の理論触媒濃度であり、CA[ppm]は、数式(6)(数15)により算出される、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度である)
【数14】
CB[ppm] = WB[g] ÷ WP[g] × 106 (5)
(数式(5)において、WB[g]は、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒の合計重量であり、WP[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステルの重量である)
【数15】
CA[ppm] = WA[g] ÷ WP[g] × 106 (6)
(数式(6)において、WA[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中に含有される触媒重量であり、WP[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル重量である)[2] The method for producing an aliphatic polyester as described in [1], wherein the catalyst residual ratio R represented by Formula (4) (Equation 13) is 50% or less.
[Formula 13]
R [%] = C A [ ppm] ÷ C B [ppm] × 100 (4)
(In Formula (4), R is a catalyst residual rate [%] which is a measure of change in catalyst concentration before and after solid-phase polymerization, and C B [ppm] is calculated by Formula (5) (Formula 14). The theoretical catalyst concentration in the case where all of the catalyst charged in the reaction system before solid phase polymerization and / or during solid phase polymerization remains in the aliphatic polyester, and C A [ppm] is the formula (6) ( The catalyst concentration in the aliphatic polyester finally obtained after completion of solid-phase polymerization, calculated by equation 15))
[Expression 14]
C B [ppm] = W B [g] ÷ W P [g] × 10 6 (5)
(In Formula (5), W B [g] is the total weight of the catalyst charged in the reaction system before and / or during the solid phase polymerization, and W P [g] is the end of the solid phase polymerization. And the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
[Expression 15]
C A [ppm] = W A [g] ÷ W P [g] × 10 6 (6)
(In Formula (6), W A [g] is the weight of the catalyst finally contained in the aliphatic polyester obtained after completion of the solid phase polymerization, and W P [g] is the end of the solid phase polymerization. And the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
[3] 脂肪族ポリエステルプレポリマーが、コハク酸と1,4−ブタンジオールからなるポリブチレンサクシネートプレポリマーであり、脂肪族ポリエステルが、ポリブチレンサクシネートである[1]又は[2]に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。
[4] 揮発性触媒が有機スルホン酸系化合物であることを特徴とする[1]又は[2]に記載した脂肪族ポリエステルの製造方法。[3] The aliphatic polyester prepolymer is a polybutylene succinate prepolymer composed of succinic acid and 1,4-butanediol, and the aliphatic polyester is polybutylene succinate, described in [1] or [2] Of producing aliphatic polyester.
[4] The method for producing an aliphatic polyester as described in [1] or [2], wherein the volatile catalyst is an organic sulfonic acid compound.
[5] 有機スルホン酸系化合物がメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、m−キシレン−4−スルホン酸からなる群から選択された少なくとも一種を含有するものである[4]に記載した脂肪族ポリエステルの製造方法。
[6] 最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度が、硫黄分に換算して0〜300ppmであることを特徴とする、[4]又は[5]に記載した脂肪族ポリエステルの製造方法。[5] The organic sulfonic acid compound is at least one selected from the group consisting of methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-chlorobenzenesulfonic acid, and m-xylene-4-sulfonic acid. [4] The method for producing an aliphatic polyester described in [4].
[6] The production of the aliphatic polyester according to [4] or [5], wherein the catalyst concentration in the finally obtained aliphatic polyester is 0 to 300 ppm in terms of sulfur content. Method.
[7] (A)工程として、脂肪族二価アルコールと脂肪族二価カルボン酸を、触媒の存在下又は非存在下、溶媒の存在下又は非存在下、重縮合反応して数式(1)(数16)で示される数値範囲にある重量平均分子量(Mw1)を有する脂肪族ポリエステルプレポリマーを製造する工程、
【数16】
2×103 ≦ Mw1 ≦ 1×105 (1)
(B)工程として、(A)工程で得られた脂肪族ポリエステルプレポリマーを結晶化する工程、
(C)工程として、(B)工程で得られた結晶化した脂肪族ポリエステルプレポリマーを、揮発性触媒の存在下、固相重合する工程、
からなる工程で構成される、数式(2)(数17)と数式(3)(数18)で示される数値範囲にある重量平均分子量(Mw2)を有する脂肪族ポリエステルの製造方法。
【数17】
5×104 ≦ Mw2 ≦ 1×106 (2)
【数18】
Mw1 < Mw2 (3)[7] As the step (A), an aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic divalent carboxylic acid are subjected to a polycondensation reaction in the presence or absence of a catalyst, in the presence or absence of a solvent, and the formula (1). A step of producing an aliphatic polyester prepolymer having a weight average molecular weight (Mw 1 ) in the numerical range represented by (Expression 16);
[Expression 16]
2 × 10 3 ≦ Mw 1 ≦ 1 × 10 5 (1)
As the step (B), a step of crystallizing the aliphatic polyester prepolymer obtained in the step (A),
(C) As a step, a step of solid-phase polymerization of the crystallized aliphatic polyester prepolymer obtained in (B) step in the presence of a volatile catalyst,
Composed of steps consisting of, equation (2) (number 17) and Equation (3) the production method of aliphatic polyester having a weight average molecular weight in the numerical range indicated by (Equation 18) (Mw 2).
[Expression 17]
5 × 10 4 ≦ Mw 2 ≦ 1 × 10 6 (2)
[Formula 18]
Mw 1 <Mw 2 (3)
[8] 脂肪族二価アルコールが1,4−ブタンジオール、脂肪族二価カルボン酸がコハク酸であり、揮発性触媒が、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、m−キシレン−4−スルホン酸からなる群から選択される少なくとも一種を含むものである[7]に記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。[8] The aliphatic dihydric alcohol is 1,4-butanediol, the aliphatic divalent carboxylic acid is succinic acid, and the volatile catalyst is methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, benzenesulfonic acid. , P-chlorobenzenesulfonic acid, m-xylene-4-sulfonic acid, The manufacturing method of the aliphatic polyester as described in [7] containing at least 1 type selected from the group.
本発明はの製造方法は、数式(1)(数19)で示される数値範囲にある重量平均分子量(Mw1)を有する、脂肪族二価アルコールと脂肪族二価カルボン酸からなる、結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマーを、揮発性触媒の存在下、固相重合することにより、数式(2)(数20)と数式(3)(数21)で示される数値範囲にある重量平均分子量(Mw2)を有する脂肪族ポリエステルを得ることを特徴とする。
【数19】
2×103 ≦ Mw1 ≦ 1×105 (1)
【数20】
5×104 ≦ Mw2 ≦ 1×106 (2)
【数21】
Mw1 < Mw2 (3)The production method of the present invention comprises a crystallization comprising an aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic divalent carboxylic acid having a weight average molecular weight (Mw 1 ) in the numerical range represented by the formula (1) (Equation 19). The obtained aliphatic polyester prepolymer is subjected to solid-phase polymerization in the presence of a volatile catalyst, so that the weight average molecular weight in the numerical range represented by the formulas (2), (20), and (3), (21) An aliphatic polyester having (Mw 2 ) is obtained.
[Equation 19]
2 × 10 3 ≦ Mw 1 ≦ 1 × 10 5 (1)
[Expression 20]
5 × 10 4 ≦ Mw 2 ≦ 1 × 10 6 (2)
[Expression 21]
Mw 1 <Mw 2 (3)
[本出願明細書において使用する語の概念]
(1)語「揮発性触媒」の概念
本明細書に記されている「揮発性触媒」なる語の概念は、固相重合により脂肪族ポリエステルを製造することにより、数式(4)(数22)で定義される触媒残留率Rを、数式(7)(数25)で示される範囲の中の任意の数値にすることができる機能を有する触媒を意味する。
【数22】
R[%] = CA[ppm] ÷ CB[ppm] × 100 (4)
(数式(4)において、Rは、固相重合前後における触媒濃度の変化の尺度である触媒残留率[%]であり、CB[ppm]は、数式(5)(数23)により算出される、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒が全て脂肪族ポリエステル中に残留する場合の理論触媒濃度であり、CA[ppm]は、数式(6)(数24)により算出される、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度である)
【数23】
CB[ppm] = WB[g] ÷ WP[g] × 106 (5)
(数式(5)において、WB[g]は、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒の合計重量であり、WP[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステルの重量である)
【数24】
CA[ppm] = WA[g] ÷ WP[g] × 106 (6)
(数式(6)において、WA[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中に含有される触媒重量であり、WP[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル重量である)
【数25】
0[%] ≦ R[%] < 100[%] (7)
(数式(7)において、R[%]は、数式(4)により算出される、固相重合前後における触媒濃度の変化の尺度である触媒残留率[%]である)[Concept of terms used in this application specification]
(1) The concept of the term “volatile catalyst” The concept of the term “volatile catalyst” described in the present specification is obtained by producing an aliphatic polyester by solid-phase polymerization. ) Means a catalyst having a function capable of setting the catalyst residual ratio R defined by () to any numerical value within the range represented by Formula (7) (Formula 25).
[Expression 22]
R [%] = C A [ ppm] ÷ C B [ppm] × 100 (4)
(In Formula (4), R is a catalyst residual rate [%] which is a measure of a change in catalyst concentration before and after solid phase polymerization, and C B [ppm] is calculated by Formula (5) (Formula 23). The theoretical catalyst concentration in the case where all of the catalyst charged in the reaction system before solid phase polymerization and / or during solid phase polymerization remains in the aliphatic polyester, and C A [ppm] is the formula (6) ( The catalyst concentration in the aliphatic polyester finally obtained after completion of solid-phase polymerization, calculated by equation 24))
[Expression 23]
C B [ppm] = W B [g] ÷ W P [g] × 10 6 (5)
(In Formula (5), W B [g] is the total weight of the catalyst charged in the reaction system before and / or during the solid phase polymerization, and W P [g] is the end of the solid phase polymerization. And the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
[Expression 24]
C A [ppm] = W A [g] ÷ W P [g] × 10 6 (6)
(In Formula (6), W A [g] is the weight of the catalyst finally contained in the aliphatic polyester obtained after completion of the solid phase polymerization, and W P [g] is the end of the solid phase polymerization. And the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
[Expression 25]
0 [%] ≦ R [%] <100 [%] (7)
(In Equation (7), R [%] is the catalyst residual rate [%], which is a measure of the change in catalyst concentration before and after solid phase polymerization, calculated by Equation (4)).
すなわち、本発明の方法で揮発性触媒を使用することにより、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度CA[ppm]は、数式(5)で表される固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒重量から算出される触媒濃度CB[ppm]よりも小さくなる。
触媒残留率R[%]の値が小さいほど、揮発性触媒としての特性が優れていると言え、得られるポリエステルの安定性が高くなる。
触媒残留率R[%]の値は、揮発性触媒の種類、使用量、反応方式、反応条件によって変化するが、一般的に触媒残留率R[%]の値は、50%以下であることが好ましく、20%以下であることがさらに好ましい。That is, by using the volatile catalyst in the method of the present invention, the catalyst concentration C A [ppm] in the aliphatic polyester finally obtained after completion of the solid-phase polymerization is expressed by Equation (5). It becomes smaller than the catalyst concentration C B [ppm] calculated from the weight of the catalyst charged in the reaction system before and / or during the solid phase polymerization.
It can be said that the smaller the value of the catalyst residual ratio R [%], the better the characteristics as a volatile catalyst, and the higher the stability of the resulting polyester.
The value of the catalyst residual rate R [%] varies depending on the type of volatile catalyst, the amount used, the reaction method, and the reaction conditions. Generally, the value of the catalyst residual rate R [%] is 50% or less. Is preferable, and it is further more preferable that it is 20% or less.
このような機能を有する触媒の一例としては固相重合を行う温度において、蒸気圧を有しているものが挙げらる。このような触媒を用いて脂肪族ポリエステルプレポリマーを固相重合すると、脂肪族ポリエステルプレポリマーは、重縮合して分子量が増大し、触媒は自身の有する蒸気圧により、ポリマー中から揮発してポリマー中の触媒濃度が低減する。 An example of a catalyst having such a function is one having a vapor pressure at the temperature at which solid-phase polymerization is performed. When the aliphatic polyester prepolymer is solid-phase polymerized using such a catalyst, the aliphatic polyester prepolymer is polycondensed to increase the molecular weight, and the catalyst is volatilized from the polymer by its own vapor pressure, and the polymer is polymerized. The catalyst concentration in the medium is reduced.
(2)語「プレポリマー」の概念
本明細書において、「プレポリマー」なる語の概念は、固相重合に供するために重縮合反応したオリゴマーやポリマーを包含する。(2) Concept of the term “prepolymer” In the present specification, the concept of the term “prepolymer” includes oligomers and polymers subjected to a polycondensation reaction for use in solid phase polymerization.
[脂肪族二価カルボン酸と脂肪族二価アルコールからなる脂肪族ポリエステルプレポリマーの製造方法]
本発明において使用する脂肪族二価カルボン酸と脂肪族二価アルコールからなる脂肪族ポリエステルプレポリマーは、脂肪族二価カルボン酸と脂肪族二価アルコールを、触媒の存在下又は非存在下、溶媒の存在下又は非存在下に、重縮合反応することにより製造される。
本発明において使用する脂肪族二価カルボン酸は、得られる脂肪族ポリエステルプレポリマーが結晶性を有しているものであれば特に制限されない。[Method for producing aliphatic polyester prepolymer comprising aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic dihydric alcohol]
An aliphatic polyester prepolymer composed of an aliphatic divalent carboxylic acid and an aliphatic dihydric alcohol used in the present invention comprises an aliphatic divalent carboxylic acid and an aliphatic dihydric alcohol in a solvent in the presence or absence of a catalyst. In the presence or absence of a polycondensation reaction.
The aliphatic divalent carboxylic acid used in the present invention is not particularly limited as long as the resulting aliphatic polyester prepolymer has crystallinity.
本発明において使用する脂肪族二価カルボン酸の具体例としては、例えば、コハク酸、シュウ酸、マロン酸、グルタン酸、アジピン酸、ピメリン酸、ズベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、3,3−ジメチルペンタン二酸等の脂肪族ジカルボン酸や、シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸等が挙げられる。また、上記酸の酸無水物も使用できる。これらは、単独で、又は、2種類以上組み合わせて使用することができる。 これらの中では、コハク酸が好ましい。
さらに、分子内に不斉炭素を有する場合には、D体、L体及びそれらの等量混合物(ラセミ体)が存在するが、それらの何れも使用することができる。
また、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸などの、3個以上のカルボキシル基を有する脂肪族多価カルボン酸及び/又はその酸無水物を少量添加しても良い。Specific examples of the aliphatic divalent carboxylic acid used in the present invention include, for example, succinic acid, oxalic acid, malonic acid, glutamic acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, Examples include aliphatic dicarboxylic acids such as dodecanedioic acid and 3,3-dimethylpentanedioic acid, and alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexanedicarboxylic acid. Moreover, the acid anhydride of the said acid can also be used. These can be used alone or in combination of two or more. Of these, succinic acid is preferred.
Furthermore, when it has an asymmetric carbon in the molecule, there are D-form, L-form, and an equivalent mixture (racemic form) thereof, any of which can be used.
A small amount of an aliphatic polyvalent carboxylic acid having 3 or more carboxyl groups and / or an acid anhydride thereof, such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, may be added.
本発明において使用する脂肪族二価アルコールは、得られる脂肪族ポリエステルプレポリマーが結晶性を有しているものであれば特に制限されない。
本発明において使用する脂肪族二価アルコールの具体例としては、例えば、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、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。これらは、単独、又は、2種類以上を組み合わせて使用できる。
これらの中では、エチレングリコール、1,4−ブタンジオールが好ましい。
また、分子内に不斉炭素を有する場合には、D体、L体及びそれらの等量混合物(ラセミ体)が存在するが、それらの何れも使用することができる。
また、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3個以上の水酸基を有する脂肪族多価アルコールを少量添加しても良い。The aliphatic dihydric alcohol used in the present invention is not particularly limited as long as the resulting aliphatic polyester prepolymer has crystallinity.
Specific examples of the aliphatic dihydric alcohol used in the present invention include, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 3- Methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, etc. Can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more.
Among these, ethylene glycol and 1,4-butanediol are preferable.
Moreover, when it has an asymmetric carbon in a molecule | numerator, although D body, L body, and those equivalent mixtures (racemic body) exist, any of them can be used.
A small amount of an aliphatic polyhydric alcohol having three or more hydroxyl groups such as trimethylolpropane and pentaerythritol may be added.
重縮合反応の方法には、脂肪族二値カルボン酸と脂肪族二価アルコールを有機溶媒中で重縮合反応する溶液重合法や、無溶媒で重縮合反応する溶融重合法があり、所望の重量平均分子量(Mw)や操作の簡便性に応じて適宜公知の方法を選択して用いられる。
溶液重合法は例えば、US−5,401,796の記載に準じた方法が用いられる。The polycondensation reaction includes a solution polymerization method in which an aliphatic binary carboxylic acid and an aliphatic dihydric alcohol are subjected to a polycondensation reaction in an organic solvent, and a melt polymerization method in which a polycondensation reaction is performed without a solvent. A known method is appropriately selected and used depending on the average molecular weight (Mw) and the ease of operation.
As the solution polymerization method, for example, a method according to the description of US-5,401,796 is used.
溶融重合法による脂肪族ポリエステルプレポリマーの製造方法については、特に制限されず、不活性ガス雰囲気下及び/又は減圧下で重縮合反応することができる。反応温度は、反応系に存在するモノマー(脂肪族二価カルボン酸と脂肪族二価アルコール)及び生成する脂肪族ポリエステルプレポリマーが溶融状態であり、重縮合反応の進行を維持できれば特に制限されないが、脂肪族ポリエステルの生成速度と熱分解速度を考慮して、100〜200℃の範囲が好ましく、110〜180℃の範囲がより好ましい。 The method for producing the aliphatic polyester prepolymer by the melt polymerization method is not particularly limited, and a polycondensation reaction can be performed under an inert gas atmosphere and / or under reduced pressure. The reaction temperature is not particularly limited as long as the monomer (aliphatic dicarboxylic acid and aliphatic dihydric alcohol) present in the reaction system and the resulting aliphatic polyester prepolymer are in a molten state and the progress of the polycondensation reaction can be maintained. In consideration of the production rate of the aliphatic polyester and the thermal decomposition rate, a range of 100 to 200 ° C is preferable, and a range of 110 to 180 ° C is more preferable.
有機溶媒中で重縮合反応する方法は、重量平均分子量が15000以上の脂肪族ポリエステルプレポリマーが容易に得られる点で優れている。また、無溶媒中で重縮合反応する方法は、有機溶媒を留去する手間が省けるので、操作的に簡便である点で優れている。 The method of polycondensation reaction in an organic solvent is excellent in that an aliphatic polyester prepolymer having a weight average molecular weight of 15000 or more can be easily obtained. In addition, the method of polycondensation reaction without solvent is excellent in that it is easy to operate because it eliminates the trouble of distilling off the organic solvent.
また、脂肪族ポリエステルプレポリマーを製造する際、触媒の存在下で重縮合反応しても、非存在下で重縮合反応しても良いが、通常は触媒の存在下で重縮合反応を行う。
本発明において使用する触媒は、固相重合前後で、ポリマー中の触媒含有量を減少させることができる、揮発性触媒である。
本発明において使用する揮発性触媒は、重縮合反応の進行を実質的に促進すると共に、揮発性を有するものであれば特に制限されない。
本発明において使用する揮発性触媒の具体例としては、例えば、有機スルホン酸系化合物が挙げられる。Further, when the aliphatic polyester prepolymer is produced, the polycondensation reaction may be carried out in the presence of a catalyst or in the absence thereof, but the polycondensation reaction is usually carried out in the presence of a catalyst.
The catalyst used in the present invention is a volatile catalyst that can reduce the catalyst content in the polymer before and after solid phase polymerization.
The volatile catalyst used in the present invention is not particularly limited as long as it substantially accelerates the progress of the polycondensation reaction and has volatility.
Specific examples of the volatile catalyst used in the present invention include organic sulfonic acid compounds.
有機スルホン酸の具体例としては、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、1−ブタンスルホン酸、1−ペンタンスルホン酸、1−ヘキサンスルホン酸、1−ヘプタンスルホン酸、1−オクタンスルホン酸、1−ノナンスルホン酸、1ーデカンスルホン酸等のアルカンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等のハロゲン置換アルカンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、p−キシレン−2−スルホン酸、m−キシレン−4−スルホン酸、p−エチルベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、p−ニトロベンゼンスルホン酸、o−ニトロベンゼンスルホン酸、p−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、スルホ安息香酸等のベンゼンスルホン酸及びベンゼンスルホン酸誘導体、ナフタレン−1−スルホン酸、ナフタレン−2−スルホン酸、2,5−ナフタレンジスルホン酸等のナフタレンスルホン酸及びナフタレンスルホン酸誘導体等が挙げられ、これらの中では、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、m−キシレン−4−スルホン酸が好ましく、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸が特に好ましい。これらは、単独で又は2種類以上組み合わせて使用することができる。 Specific examples of the organic sulfonic acid include, for example, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, 1-butanesulfonic acid, 1-pentanesulfonic acid, 1-hexanesulfonic acid, 1-heptanesulfonic acid, 1 -Alkanesulfonic acid such as octanesulfonic acid, 1-nonanesulfonic acid, 1-decanesulfonic acid, halogen-substituted alkanesulfonic acid such as trifluoromethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, p-xylene-2-sulfonic acid Benzenesulfonic acid such as m-xylene-4-sulfonic acid, p-ethylbenzenesulfonic acid, p-chlorobenzenesulfonic acid, p-nitrobenzenesulfonic acid, o-nitrobenzenesulfonic acid, p-hydroxybenzenesulfonic acid, sulfobenzoic acid, and the like Benzenesulfonic acid derivative , Naphthalene-1-sulfonic acid, naphthalene-2-sulfonic acid, naphthalenesulfonic acid such as 2,5-naphthalenedisulfonic acid, and naphthalenesulfonic acid derivatives. Among them, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid 1-propanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-chlorobenzenesulfonic acid and m-xylene-4-sulfonic acid are preferable, and methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid and 1-propanesulfonic acid are particularly preferable. These can be used alone or in combination of two or more.
上記有機スルホン酸の種類によっては結晶水を有するものもあり、この場合、触媒を添加する際に、結晶水による重量平均分子量の低下を考慮しなければならない場合もある。触媒添加の際の重量平均分子量(Mw)が1,000以下の時は結晶水を有したまま触媒を添加しても構わないが、重量平均分子量(Mw)が1,000を越える場合は重量平均分子量(Mw)が高くなるほど、触媒が有する結晶水により、脂肪族ポリエステルの重量平均分子量が低下しやすくなるので予め触媒が有する結晶水を除去してから触媒添加する方が、反応の進行を阻害しないので好ましい。 Some of the above organic sulfonic acids have water of crystallization, and in this case, when adding a catalyst, it may be necessary to consider a decrease in weight average molecular weight due to water of crystallization. When the weight average molecular weight (Mw) at the time of adding the catalyst is 1,000 or less, the catalyst may be added with water of crystallization, but when the weight average molecular weight (Mw) exceeds 1,000, the weight may be increased. The higher the average molecular weight (Mw), the easier the weight average molecular weight of the aliphatic polyester to decrease due to the water of crystallization of the catalyst. It is preferable because it does not inhibit.
本発明において揮発性触媒の使用量は、触媒の揮発性や酸強度等の触媒自身の性質、反応条件を考慮して、実質的に、反応を促進させることができれば特に制限されない。
揮発性触媒の好ましい使用量は、使用する触媒の種類によって異なるが、一般的には、得られる脂肪族ポリエステルプレポリマー又は脂肪族ポリエステルの0.00005〜10重量%の範囲が好ましく、経済性を考慮すると、0.001〜5重量%の範囲がより好ましく、0.1〜2重量%の範囲がさらに好ましい。In the present invention, the amount of the volatile catalyst used is not particularly limited as long as the reaction can be substantially accelerated in consideration of the properties of the catalyst itself such as the volatility of the catalyst and the acid strength, and the reaction conditions.
The preferred use amount of the volatile catalyst varies depending on the type of the catalyst used, but generally it is preferably in the range of 0.00005 to 10% by weight of the resulting aliphatic polyester prepolymer or aliphatic polyester. In consideration, the range of 0.001 to 5% by weight is more preferable, and the range of 0.1 to 2% by weight is more preferable.
本発明において、脂肪族ポリエステルプレポリマーの重量平均分子量(Mw)及び分子量分布については、脂肪族ポリエステルプレポリマーが結晶化し、固相重合により充分高分子量の脂肪族ポリエステルが得られれば特に制限されず、触媒の種類及び量、反応温度、反応時間等の反応条件を適宜選択することにより所望のものに制御することができるが、脂肪族ポリエステルプレポリマー中に未反応の脂肪族二価カルボン酸や脂肪族二価アルコールが含まれていると、固相重合中に前記の未反応モノマーが揮発してしまい、反応するカルボキシル基と水酸基の当量比が合わずに充分な機械強度を持つ高分子量の脂肪族ポリエステルが得られないこともある。それゆえ、脂肪族ポリエステルプレポリマーの重量平均分子量は、プレポリマー中に実質的に未反応モノマーが残存していない程度の分子量を有することが好ましい。 In the present invention, the weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution of the aliphatic polyester prepolymer are not particularly limited as long as the aliphatic polyester prepolymer is crystallized and a sufficiently high molecular weight aliphatic polyester is obtained by solid phase polymerization. The reaction conditions such as the type and amount of the catalyst, the reaction temperature, the reaction time, etc. can be appropriately selected to control the catalyst, but the aliphatic polyester prepolymer contains unreacted aliphatic divalent carboxylic acid and If an aliphatic dihydric alcohol is contained, the unreacted monomer volatilizes during the solid-phase polymerization, and the high molecular weight having sufficient mechanical strength is obtained because the equivalent ratio of the reacting carboxyl group and hydroxyl group is not matched. Aliphatic polyester may not be obtained. Therefore, the weight average molecular weight of the aliphatic polyester prepolymer preferably has a molecular weight such that substantially no unreacted monomer remains in the prepolymer.
これらのことを勘案すると、本発明で使用する脂肪族ポリエステルプレポリマーの重量平均分子量は、一般的には、2,000〜100,000であるが、5,000〜100,000であることが好ましく、6,000〜100,000であることがより好ましく、8,000〜100,000であることが更に好ましく、10,000〜100,000であることが最も好ましい。 Considering these, the weight average molecular weight of the aliphatic polyester prepolymer used in the present invention is generally 2,000 to 100,000, but may be 5,000 to 100,000. Preferably, it is 6,000 to 100,000, more preferably 8,000 to 100,000, and most preferably 10,000 to 100,000.
EP−0953589A2には、本発明者らにより、脂肪族ヒドロキシカルボン酸ユニットを50%以上含む、重量平均分子量が2,000〜100,000の結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマーを触媒の存在下、固相重合することにより重量平均分子量が50,000〜1,000,000の脂肪族ヒドロキシカルボン酸ユニットを50%以上含む脂肪族ポリエステルの製造方法が開示されている。このEP−0953589A2で開示されている触媒には、有機スルホン酸化合物といった揮発性触媒も含まれている。
脂肪族ヒドロキシカルボン酸ユニットを50%以上含む脂肪族ポリエステルプレポリマーを固相重合する場合、主に脂肪族ヒドロキシカルボン酸ユニットが脱水重縮合反応して分子量が上昇していく。L−乳酸等の脂肪族ヒドロキシカルボン酸は分子内に水酸基とカルボキシル基をそれぞれ1個ずつ有しているため、脱水重縮合反応により脂肪族ポリエステルを製造する過程で水酸基とカルボキシル基の当量比(水酸基のモル数/カルボキシル基のモル数)が1からずれることは殆どない。EP-0953589A2 includes a crystallized aliphatic polyester prepolymer containing 50% or more of an aliphatic hydroxycarboxylic acid unit and having a weight average molecular weight of 2,000 to 100,000 in the presence of a catalyst. A process for producing an aliphatic polyester containing 50% or more of an aliphatic hydroxycarboxylic acid unit having a weight average molecular weight of 50,000 to 1,000,000 by solid phase polymerization is disclosed. The catalyst disclosed in EP-0935589A2 includes volatile catalysts such as organic sulfonic acid compounds.
When an aliphatic polyester prepolymer containing 50% or more of an aliphatic hydroxycarboxylic acid unit is solid-phase polymerized, the aliphatic hydroxycarboxylic acid unit mainly undergoes a dehydration polycondensation reaction to increase the molecular weight. Since aliphatic hydroxycarboxylic acids such as L-lactic acid each have one hydroxyl group and one carboxyl group in the molecule, the equivalent ratio of hydroxyl groups to carboxyl groups in the process of producing an aliphatic polyester by dehydration polycondensation reaction ( The number of moles of hydroxyl groups / number of moles of carboxyl groups) hardly deviates from 1.
一方、本願の脂肪族ポリエステルのように、脂肪族二価カルボン酸と脂肪族二価アルコールを重縮合反応することにより得られる脂肪族ポリエステルは、重縮合反応中に脂肪族二価カルボン酸や脂肪族二価アルコールが揮発する等の原因で水酸基とカルボキシル基の当量比が1から大きくずれてしまうと高分子量の脂肪族ポリエステルを得ることができない。そのため、本願の脂肪族二価カルボン酸と脂肪族二価アルコールからなる脂肪族ポリエステルプレポリマーにおける水酸基とカルボキシル基の当量比(水酸基のモル数/カルボキシル基のモル数)は、脂肪族ポリエステルプレポリマーがポリブチレンサクシネートの場合、0.99〜1.01であることが好ましい。更に、上記理由に基づき、固相重合中に脂肪族二価カルボン酸や脂肪族二価アルコールが揮発して水酸基とカルボキシル基の当量比が1から大きくずれることがないように、脂肪族ポリエステルプレポリマーが実質的にモノマー成分である脂肪族二価カルボン酸や脂肪族二価アルコールを含んでいないことが好ましい。 On the other hand, an aliphatic polyester obtained by polycondensation reaction between an aliphatic divalent carboxylic acid and an aliphatic dihydric alcohol, like the aliphatic polyester of the present application, is an aliphatic divalent carboxylic acid or fatty acid during the polycondensation reaction. If the equivalent ratio of hydroxyl group to carboxyl group deviates significantly from 1 due to volatilization of the aliphatic dihydric alcohol, a high molecular weight aliphatic polyester cannot be obtained. Therefore, the equivalent ratio of hydroxyl groups to carboxyl groups (number of moles of hydroxyl groups / number of moles of carboxyl groups) in the aliphatic polyester prepolymer comprising the aliphatic divalent carboxylic acid and the aliphatic dihydric alcohol of the present application is the aliphatic polyester prepolymer. Is a polybutylene succinate, it is preferably 0.99 to 1.01. Further, based on the above reasons, the aliphatic polyester pre-polymer is prevented so that the aliphatic dicarboxylic acid and the aliphatic dihydric alcohol are not volatilized during the solid phase polymerization and the equivalent ratio of the hydroxyl group to the carboxyl group is not greatly deviated from 1. It is preferable that the polymer does not substantially contain an aliphatic divalent carboxylic acid or an aliphatic dihydric alcohol, which are monomer components.
[プレポリマー固体化工程]
プレポリマー固体化工程は、脂肪族二価アルコールと脂肪族二価カルボン酸を重縮合反応した後、固体状のプレポリマーを得る工程である。
固体状のプレポリマーを得る方法については、特に制限されないが、有機溶媒の有無や、プレポリマーの結晶性、量に応じて適宜選択される。
プレポリマー固体化する方法としては、例えば、有機溶媒中で重縮合反応した場合には、単に冷却してプレポリマーを晶析させたり、有機溶媒を留去する方法や、特に有機溶媒の使用量が少ない場合(例えば、プレポリマーの濃度が90%以上の場合等)には、液に接触させる方法等が、また、無溶媒で重縮合反応した場合には、単に冷却する方法や液に接触させる方法、ペレット製造装置によりペレット化する方法等が挙げられる。
さらに、所望の形状(例えば、粉末状、粒状、顆粒状、ペレット状等)や粒子直径に応じた固体状プレポリマーを得るために、以下の適当な処理を行う場合がある。[Prepolymer solidification process]
The prepolymer solidification step is a step of obtaining a solid prepolymer after a polycondensation reaction between an aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic divalent carboxylic acid.
The method for obtaining the solid prepolymer is not particularly limited, but is appropriately selected according to the presence or absence of an organic solvent, the crystallinity and the amount of the prepolymer.
As a method for solidifying the prepolymer, for example, in the case of polycondensation reaction in an organic solvent, it is simply cooled to crystallize the prepolymer, or the organic solvent is distilled off. When there is little (for example, when the prepolymer concentration is 90% or more, etc.), a method of contacting with a liquid is used. And a method of pelletizing with a pellet manufacturing apparatus.
Furthermore, in order to obtain a solid prepolymer corresponding to a desired shape (for example, powder, granule, granule, pellet, etc.) and particle diameter, the following appropriate treatment may be performed.
(1)固体状プレポリマーを粉末状とする方法
固体状プレポリマーを粉末状とする方法は、特に制限されないが、例えば、ポリエステルプレポリマー製造工程の終了時にプレポリマーを晶析させてからプレポリマーと有機溶媒を分離する方法等が挙げられる。
(2)固体状プレポリマーを粒子状、ペレット状とする方法
固体状プレポリマーを粒子状、ペレット状とする方法は、特に制限されないが、例えば、少量の有機溶媒を使用して重縮合反応した場合のプレポリマーの溶液や無溶媒で重縮合反応した場合のプレポリマーの溶融液を液と接触させる方法等が挙げられる。(1) Method for making solid prepolymer into powder The method for making solid prepolymer into powder is not particularly limited. For example, the prepolymer is crystallized after the prepolymer is crystallized at the end of the polyester prepolymer production step. And a method of separating the organic solvent.
(2) Method for making solid prepolymer particles and pellets The method for making solid prepolymer particles and pellets is not particularly limited. For example, a polycondensation reaction was performed using a small amount of an organic solvent. Examples thereof include a method of bringing a prepolymer solution into contact with a liquid of a prepolymer in the case of polycondensation reaction without solvent or a prepolymer.
溶液状態(有機溶媒を使用した場合)もしくは、溶融状態(有機溶媒を使用しなかった場合)で、液と接触させる方法は何ら限定されるものではない。例えば、プレポリマーの溶融液を、水に滴下して固体化させると球状のペレットが得られる。
また液と接触させて固体化する場合、固体化させた後、液と接触させたまま結晶化させることもできる。
さらに、重縮合反応終了後、反応液を押出機に移しペレット化することによりペレットを得る方法や、ペレット製造装置によりペレットを製造する方法等も挙げられる。There is no limitation on the method of contacting the liquid in a solution state (when an organic solvent is used) or a molten state (when an organic solvent is not used). For example, when a prepolymer melt is dropped into water and solidified, spherical pellets are obtained.
Moreover, when solidifying by making contact with a liquid, after making it solidify, it can also crystallize, making it contact with a liquid.
Furthermore, after completion of the polycondensation reaction, a method of obtaining pellets by transferring the reaction solution to an extruder and pelletizing, a method of producing pellets by a pellet production apparatus, and the like are also included.
ペレット製造装置は、特に限定されるものではないが、例えば、サンドビック社製ストリップフォーマー、ロートフォーマー、ダブルロールフィーダー、カイザー社製ロータリー式ドロップフォーマー、及び、ピストン式ドロップフォーマー、三菱化成エンジニアリング社製ドラムクーラー、日本ベルディング社製スチールベルトクーラーおよびハイブリッドフォーマー等が挙げられる。
脂肪族ポリエステルプレポリマーの溶融液滴発生装置、並びに溶液液滴発生装置は、特に限定されるものではないが、それらの具体例としては、カイザー社製パスチレータ等が挙げられる。The pellet manufacturing apparatus is not particularly limited. For example, Sandvik's strip former, funnel former, double roll feeder, Kaiser rotary drop former, piston drop former, Mitsubishi Examples include a drum cooler manufactured by Kasei Engineering, a steel belt cooler manufactured by Nippon Belling, and a hybrid former.
An aliphatic polyester prepolymer melt droplet generator and a solution droplet generator are not particularly limited, and specific examples thereof include a Kastor pastilator.
また、サンドビック社のロートフォーマーを使用すれば、相対粘度が1.5より小さい、比較的低い重量平均分子量の脂肪族ポリエステルプレポリマーも造粒することができる。ただし、ここでの相対粘度は、溶媒としてフェノール/テトラクロロエタン(1/1、重量比)混合溶媒を用い、濃度0.5g/デシリットルでのポリマー溶液の粘度を、ウベローデ粘度計を用いて、30℃で測定することにより得られる。 In addition, if a Sandvik Rohtoformer is used, an aliphatic polyester prepolymer having a relative viscosity of less than 1.5 and a relatively low weight average molecular weight can be granulated. However, the relative viscosity here uses a mixed solvent of phenol / tetrachloroethane (1/1, weight ratio) as a solvent, and the viscosity of the polymer solution at a concentration of 0.5 g / deciliter is 30 by using an Ubbelohde viscometer. Obtained by measuring at ° C.
ペレット形状や粒形状は、特に限定されるものではない。ペレット形状や粒形状は、粉砕状、チップ状、球状、円柱状、マーブル状、タブレット状など特定の形状の必要はないが、一般には、球状、円柱状、又は、マーブル状が好ましい。
固体状プレポリマーの粒子直径は、特に制限されるものではないが、通常、工程における操作容易性や、固相重合においてポリエステルから揮発性触媒が揮散していく速度や効率を考慮して設定される。
特に、揮発性触媒が有する揮発性(固相重合において、重合しているポリエステルから触媒が揮散していく機能)が充分に発現されることを考慮して、固体状プレポリマーの粒子直径が設定される。
このような揮発性が充分に発現されるような固体状プレポリマー単位重量当たりの固体状プレポリマー表面積を考慮すると、一般的には、固体状プレポリマーの粒子直径は、10μm〜10mmであることが好ましく、0.1mm〜10mmがより好ましく、1mm〜5mmがさらに好ましい。The pellet shape and grain shape are not particularly limited. The pellet shape and particle shape need not be a specific shape such as a pulverized shape, a chip shape, a spherical shape, a cylindrical shape, a marble shape, or a tablet shape, but in general, a spherical shape, a cylindrical shape, or a marble shape is preferable.
The particle diameter of the solid prepolymer is not particularly limited, but is usually set in consideration of the ease of operation in the process and the speed and efficiency with which the volatile catalyst evaporates from the polyester in solid phase polymerization. The
In particular, the particle diameter of the solid prepolymer is set taking into account that the volatility of the volatile catalyst (the ability of the catalyst to evaporate from the polymerized polyester in solid phase polymerization) is fully expressed. Is done.
In consideration of the solid prepolymer surface area per unit weight of the solid prepolymer so that the volatility is sufficiently developed, generally, the particle diameter of the solid prepolymer is 10 μm to 10 mm. Is preferable, 0.1 mm to 10 mm is more preferable, and 1 mm to 5 mm is more preferable.
固体状プレポリマーを製造する工程で、固相重合工程で用いる触媒を添加してもよい。この触媒の添加方法は特に制限されない。触媒をプレポリマー中に均一に分散させることが好ましいので、その具体例は、例えば、塊状のプレポリマーを粉砕する際に触媒を添加したり、ペレット化する際に触媒を添加したりすることができる。 In the step of producing the solid prepolymer, a catalyst used in the solid phase polymerization step may be added. The method for adding the catalyst is not particularly limited. Since it is preferable to uniformly disperse the catalyst in the prepolymer, specific examples thereof include, for example, adding the catalyst when pulverizing the bulk prepolymer or adding the catalyst when pelletizing. it can.
[プレポリマー結晶化工程]
プレポリマー結晶化工程は、プレポリマー固体化工程で得られた固体状プレポリマーを結晶化させる工程である。
プレポリマー結晶化工程におけるプレポリマーを結晶化させる方法は、特に制限されず、例えば、温めた窒素ガス雰囲気下等、気相中で加熱する等の従来公知の様々な方法や、液と接触させることにより結晶化させる方法等を用いることができる。また、必要に応じて結晶核剤を添加しても良い。[Prepolymer crystallization process]
The prepolymer crystallization step is a step of crystallizing the solid prepolymer obtained in the prepolymer solidification step.
The method for crystallizing the prepolymer in the prepolymer crystallization step is not particularly limited. For example, various methods known in the art such as heating in a gas phase such as in a heated nitrogen gas atmosphere, or contacting with a liquid. For example, a method for crystallization can be used. Moreover, you may add a crystal nucleating agent as needed.
結晶化のために、脂肪族ポリエステルプレポリマーと液体の接触方法は特に制限されるものではない。例えば、脂肪族ポリエステルプレポリマーが固体状態の場合、脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物を液体中に装入して液と接触させる方法や、逆に液体を脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物に注いで液と接触させる方法などが挙げられる。 The method for contacting the aliphatic polyester prepolymer with the liquid for crystallization is not particularly limited. For example, when the aliphatic polyester prepolymer is in a solid state, the aliphatic polyester prepolymer solid is charged into a liquid and brought into contact with the liquid, or conversely, the liquid is poured into the aliphatic polyester prepolymer solid to obtain a liquid. The method of making it contact with is mentioned.
結晶化のために、脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物を液体中に装入する方法としては、例えば、槽を用いる方法、塔を用いる方法などがある。槽を用いる場合、攪拌はしてもしなくてもよいが、プレポリマー同士が接触しないようするために攪拌した方が好ましい。塔を用いる場合は、脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物と液とを向流で接触させることも並流で接触させることもできる。また、流れている液体中に脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物を装入することもできる。 Examples of a method for charging the aliphatic polyester prepolymer solid into the liquid for crystallization include a method using a tank and a method using a tower. When using a tank, it may or may not be stirred, but it is preferable to stir to prevent the prepolymers from contacting each other. When a tower is used, the aliphatic polyester prepolymer solids and the liquid can be contacted in countercurrent or in parallel. It is also possible to charge the aliphatic polyester prepolymer solids into the flowing liquid.
結晶化のために、液体を脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物に注いで接触させる方法は、脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物に液体を散布したり、脂肪族ポリエステルプレポリマー固形物の充填された塔に液体を流通させるなどの方法でもよい。 For crystallization, the method of pouring the liquid into the aliphatic polyester prepolymer solids and bringing them into contact with each other can be carried out by spraying the liquid on the aliphatic polyester prepolymer solids or by applying it to a column packed with the aliphatic polyester prepolymer solids. A method of circulating a liquid may be used.
結晶化に使用する液体としては、結晶化させる液温で脂肪族ポリエステルプレポリマーが溶解しないものであればよく、水、アルコール、脂肪族炭化水素、ケトン類、エーテル類、エステル類等の、一般的に使用される汎用溶媒を使用することができる。これらは単一組成でもよく、混合して用いてもよい。また必要に応じて、液に有機酸を添加しても良い。 The liquid used for crystallization is not particularly limited as long as the aliphatic polyester prepolymer does not dissolve at the liquid temperature to be crystallized, and water, alcohol, aliphatic hydrocarbons, ketones, ethers, esters, etc. Any commonly used solvent can be used. These may have a single composition or may be used as a mixture. Moreover, you may add an organic acid to a liquid as needed.
結晶化に使用する液体として用いるアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、iso−プロパノール、ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、ペンタノール、iso−ペンタノール、tert−ペンタノール、ヘキサノール、iso−ヘキサノール、tert−ヘキサノール、シクロヘキサノールが挙げられる。脂肪族炭化水素としては、ヘキサン、シクロヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ウンデカン、n−ドデカン、n−トリデカン、n−テトラデカンが挙げられる。ケトンとしては、アセトン、メチルエチルケトンが挙げられ、エーテルとしては、メチル−t−ブチルエーテル、ジブチルエーテルが挙げられ、エステル類としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルが挙げられる。これらの中でも水が好ましい。 Examples of the alcohol used as the liquid used for crystallization include methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, butanol, iso-butanol, sec-butanol, tert-butanol, pentanol, iso-pentanol, and tert-pentanol. Hexanol, iso-hexanol, tert-hexanol, and cyclohexanol. Examples of the aliphatic hydrocarbon include hexane, cyclohexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n-decane, n-undecane, n-dodecane, n-tridecane, and n-tetradecane. Examples of the ketone include acetone and methyl ethyl ketone, examples of the ether include methyl-t-butyl ether and dibutyl ether, and examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, and butyl lactate. Among these, water is preferable.
また、結晶化に使用する液体の量は、プレポリマー同士が融着しなければ特に制限されない。
液体と接触させることにより脂肪族ポリエステルプレポリマーを結晶化した後、公知の方法により結晶化させたプレポリマーと液体とを分離することができる。液体と分離後、公知の方法により乾燥させ、結晶化させた脂肪族ポリエステルプレポリマーを得ることができる。Further, the amount of liquid used for crystallization is not particularly limited as long as the prepolymers are not fused together.
After the aliphatic polyester prepolymer is crystallized by contacting with a liquid, the prepolymer crystallized by a known method and the liquid can be separated. After separation from the liquid, an aliphatic polyester prepolymer that is dried and crystallized by a known method can be obtained.
[固相重合工程]
固相重合工程は、結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマーを、前述の揮発性触媒の存在下、固相重合する工程である。
固相重合反応条件は、反応系に存在するポリマー(脂肪族ポリエステルプレポリマー及び反応生成物である脂肪族ポリエステル)が実質的に固体状態を維持し、固相重合後における脂肪族ポリエステル中の触媒濃度が、固相重合前の触媒濃度の数値以下であり、かつ、固相重合後の脂肪族ポリエステルの重量平均分子量(Mw)が、固相重合前の重量平均分子量(Mw)の数値以上であれば特に制限されない。[Solid-state polymerization process]
The solid phase polymerization step is a step of solid phase polymerization of the crystallized aliphatic polyester prepolymer in the presence of the volatile catalyst.
The solid-state polymerization reaction conditions are such that the polymer (aliphatic polyester prepolymer and reaction product aliphatic polyester) existing in the reaction system is maintained in a substantially solid state, and the catalyst in the aliphatic polyester after solid-phase polymerization. The concentration is less than or equal to the value of the catalyst concentration before solid phase polymerization, and the weight average molecular weight (Mw) of the aliphatic polyester after solid phase polymerization is greater than or equal to the value of the weight average molecular weight (Mw) before solid phase polymerization. If there is no particular limitation.
固相重合反応条件は、反応系に存在するポリマー(脂肪族ポリエステルプレポリマー及び反応生成物である脂肪族ポリエステル)が実質的に固体状態を維持し、固相重合後における脂肪族ポリエステル中の触媒濃度が、固相重合前の触媒濃度の数値以下であり、固相重合前の脂肪族ポリエステルプレポリマーの重量平均分子量(MW1)が、数式(1)(数26)で示される数値範囲にあり、固相重合後の脂肪族ポリエステルの重量平均分子量(Mw2)が、数式(2)(数27)と数式(3)(数28)で示される数値範囲であれば特に制限されない。
【数26】
2×103 ≦ Mw1 ≦ 1×105 (1)
【数27】
5×104 ≦ Mw2 ≦ 1×106 (2)
【数28】
MW1 < Mw2 (3)The solid-state polymerization reaction conditions are such that the polymer (aliphatic polyester prepolymer and reaction product aliphatic polyester) existing in the reaction system is maintained in a substantially solid state, and the catalyst in the aliphatic polyester after solid-phase polymerization. The concentration is equal to or less than the value of the catalyst concentration before solid-phase polymerization, and the weight average molecular weight (MW 1 ) of the aliphatic polyester prepolymer before solid-phase polymerization is in the numerical range represented by Equation (1) (Equation 26). Yes, the weight average molecular weight (Mw 2 ) of the aliphatic polyester after solid-phase polymerization is not particularly limited as long as it is in the numerical range represented by the formula (2) (formula 27) and the formula (3) (formula 28).
[Equation 26]
2 × 10 3 ≦ Mw 1 ≦ 1 × 10 5 (1)
[Expression 27]
5 × 10 4 ≦ Mw 2 ≦ 1 × 10 6 (2)
[Expression 28]
MW 1 <Mw 2 (3)
この様にして固相重合後、数式(4)(数30)により計算される触媒残留率R[%]は、数式(7)(数29)により示される数値範囲内に制御される。Rは50%以下が好ましく、20%以下がより好ましい。。
【数29】
0[%] ≦ R[%] < 100[%] (7)
(数式(7)において、R[%]は、数式(4)により算出される、固相重合後における触媒濃度の変化の尺度である触媒残留率[%]である)
【数30】
R[%] = CA[ppm] ÷ CB[ppm] × 100 (4)
(数式(4)において、CB[ppm]は、数式(5)(数31)により算出される、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒が全て脂肪族ポリエステル中に残留する場合の理論触媒濃度であり、CA[ppm]は、数式(6)(数32)により算出される、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度である)
【数31】
CB[ppm] = WB[g] ÷ WP[g] × 106 (5)
(数式(5)において、WB[g]は、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒の合計重量であり、WP[g]は、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステルの重量である)
【数32】
CA[ppm] = WA[g] ÷ WP[g] × 106 (6)
(数式(6)において、WA[g]は、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中に含有される触媒重量であり、WP[g]は、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル重量である)In this way, after solid phase polymerization, the catalyst residual rate R [%] calculated by Equation (4) (Equation 30) is controlled within the numerical range indicated by Equation (7) (Equation 29). R is preferably 50% or less, and more preferably 20% or less. .
[Expression 29]
0 [%] ≦ R [%] <100 [%] (7)
(In Equation (7), R [%] is the catalyst residual rate [%], which is a measure of change in catalyst concentration after solid-phase polymerization, calculated by Equation (4)).
[30]
R [%] = C A [ppm] ÷ C B [ppm] x 100 (4)
(In Formula (4), C B [ppm] is calculated by Formula (5) (Formula 31), and the catalyst charged in the reaction system before and / or during solid phase polymerization is all aliphatic. The theoretical catalyst concentration in the case of remaining in the polyester, and C A [ppm] is the catalyst in the aliphatic polyester finally obtained after solid-phase polymerization, calculated by Equation (6) (Equation 32) Concentration)
[31]
C B [ppm] = W B [g] ÷ W P [g] × 10 6 (5)
(In Formula (5), W B [g] is the total weight of the catalyst charged in the reaction system before and / or during solid phase polymerization, and W P [g] is after solid phase polymerization. Is the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
[Expression 32]
C A [ppm] = W A [g] ÷ W P [g] × 10 6 (6)
(In Formula (6), W A [g] is the catalyst weight contained in the aliphatic polyester finally obtained after solid phase polymerization, and W P [g] is It is the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
固相重合工程における反応温度は、反応系に存在するポリマー(脂肪族ポリエステルプレポリマー及び反応生成物である脂肪族ポリエステル)が実質的に固体状態を維持していれば特に制限されない。
一般的には、反応温度が高い程、重合速度が速く、また揮発性触媒が揮散しやすくなる。このため、高分子量のポリエステルを得るには、ポリマー(プレポリマー及び反応生成物であるポリエステル)のガラス転移温度以上(Tg)、融点(Tm)以下の温度範囲で、触媒の揮散速度を考慮して、反応温度を設定する。The reaction temperature in the solid phase polymerization step is not particularly limited as long as the polymer (aliphatic polyester prepolymer and aliphatic polyester as a reaction product) existing in the reaction system is maintained in a substantially solid state.
In general, the higher the reaction temperature, the faster the polymerization rate and the easier the volatile catalyst will evaporate. For this reason, in order to obtain a high molecular weight polyester, the volatilization rate of the catalyst is taken into consideration in the temperature range from the glass transition temperature (Tg) to the melting point (Tm) of the polymer (the prepolymer and the reaction product polyester). To set the reaction temperature.
本発明の固相重合工程は、重合により生成した水を除去するために、流通ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
固相重合工程で使用する流通ガス、すなわち、反応系に流通させるガスの具体例としては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガス等の不活性ガスや、乾燥空気等が挙げられる。The solid phase polymerization step of the present invention is preferably performed in a flowing gas atmosphere in order to remove water generated by the polymerization.
Specific examples of the gas used in the solid phase polymerization process, that is, the gas to be circulated in the reaction system include, for example, inert gas such as nitrogen gas, helium gas, argon gas, xenon gas, krypton gas, dry air, etc. Is mentioned.
流通ガスの含水量については、できるだけ低く、実質的に無水状態のガスであることが好ましい。含水量が多いと重縮合反応で生成した水が効率よく除去できないため重合速度が遅くなり好ましくない。この場合、ガスをモレキュラーシーブ類やイオン交換樹脂類等を充填した層に通すことにより脱水して使用することができる。
流通ガスの含水量を、露点で示すと、ガスの露点が、−20℃以下であることが好ましく、−50℃以下であることがより好ましい。The water content of the circulating gas is preferably as low as possible and is substantially anhydrous. If the water content is high, the water produced by the polycondensation reaction cannot be removed efficiently, which is not preferable because the polymerization rate becomes slow. In this case, the gas can be used after being dehydrated by passing it through a layer filled with molecular sieves or ion exchange resins.
When the moisture content of the circulating gas is indicated by a dew point, the dew point of the gas is preferably −20 ° C. or lower, and more preferably −50 ° C. or lower.
流通ガスの流量は、重合速度や、揮発性触媒の種類及び使用量、固相重合工程において脂肪族ポリエステルから揮発性触媒が揮散していく速度や効率、固相重合により生成した水を除去する速度や効率、到達重量平均分子量(Mw)等を考慮して設定される。
流通ガスを反応系内に流通させる効果は、固相重合で生成した水を効率よく系外へ除去することができ、それにより十分に高い重量平均分子量の脂肪族ポリエステルを効率よく得ることができることにある。
従って、一般的に、流通ガスの流量が多いほど、固相重合において生成した水を効率よく除去することができると考えられるが、一方で、固相重合における脂肪族ポリエステルから揮発性触媒の揮散速度も速くなるので、高い重量平均分子量(例えば、Mw=5×104〜1×106)を有する脂肪族ポリエステルを所望する場合には、脱水重縮合反応の過程の少なくとも一部において、流通ガスの流量を一定水準に抑制する必要がある。The flow rate of the flow gas is the polymerization rate, the type and amount of volatile catalyst used, the rate and efficiency at which the volatile catalyst is stripped from the aliphatic polyester in the solid phase polymerization process, and the water generated by solid phase polymerization is removed. It is set in consideration of speed, efficiency, reached weight average molecular weight (Mw) and the like.
The effect of circulating the flow gas into the reaction system is that water generated by solid phase polymerization can be efficiently removed out of the system, and thereby a sufficiently high weight average molecular weight aliphatic polyester can be obtained efficiently. It is in.
Therefore, it is generally considered that the higher the flow rate of the flow gas, the more efficiently the water generated in the solid phase polymerization can be removed. On the other hand, the volatilization of the volatile catalyst from the aliphatic polyester in the solid phase polymerization. Since the speed is also increased, when an aliphatic polyester having a high weight average molecular weight (for example, Mw = 5 × 10 4 to 1 × 10 6 ) is desired, it is distributed in at least a part of the process of the dehydration polycondensation reaction. It is necessary to control the gas flow rate to a certain level.
通常、高い重量平均分子量(例えば、Mw=5×104〜1×106)を有する脂肪族ポリエステルを所望する場合には、プレポリマー1g当たりの流通ガスの流量は、0.02〜200[ml/分]が好ましく、0.3〜150[ml/分]がより好ましく、0.5〜100[ml/分]がさらに好ましい。
プレポリマー1g当たりの流通ガスの流量が、0.02[ml/分]未満では、重縮合反応において、生成した水を除去する効率が顕著に悪くなり、高い重量平均分子量(例えば、Mw=5×104〜1×106)を有するポリエステルを得られない。線速で表すと、0.01〜500[cm/秒]であることが好ましい。Usually, when an aliphatic polyester having a high weight average molecular weight (for example, Mw = 5 × 10 4 to 1 × 10 6 ) is desired, the flow rate of the flow gas per 1 g of the prepolymer is 0.02 to 200 [ ml / min] is preferred, 0.3 to 150 [ml / min] is more preferred, and 0.5 to 100 [ml / min] is even more preferred.
When the flow rate of the circulating gas per 1 g of the prepolymer is less than 0.02 [ml / min], the efficiency of removing the produced water in the polycondensation reaction is remarkably deteriorated, and a high weight average molecular weight (for example, Mw = 5 A polyester having × 10 4 to 1 × 10 6 ) cannot be obtained. In terms of linear velocity, it is preferably 0.01 to 500 [cm / sec].
減圧下で固相重合工程を行う場合、反応系内の減圧度は、実質的に重縮合反応の進行を維持して、充分に高い重量平均分子量(例えば、Mw=5×104〜1×106)を有する脂肪族ポリエステルが得られれば、特に制限されない。
減圧下で固相重合工程を行う場合、反応系内の減圧度は、重合速度や、揮発性触媒の種類及び使用量、固相重合において脂肪族ポリエステルから揮発性触媒が揮散していく速度や効率、固相重合により生成した水を除去する速度や効率、到達重量平均分子量(Mw)等を考慮して設定される。When the solid-phase polymerization step is performed under reduced pressure, the degree of reduced pressure in the reaction system is such that the progress of the polycondensation reaction is substantially maintained and a sufficiently high weight average molecular weight (for example, Mw = 5 × 10 4 to 1 ×). If an aliphatic polyester having 10 6 ) is obtained, there is no particular limitation.
When the solid-phase polymerization step is performed under reduced pressure, the degree of vacuum in the reaction system depends on the polymerization rate, the type and amount of the volatile catalyst, the rate at which the volatile catalyst evaporates from the aliphatic polyester in the solid-phase polymerization, The efficiency is set in consideration of the speed and efficiency of removing water generated by solid phase polymerization, the reached weight average molecular weight (Mw), and the like.
加圧下で固相重合工程を行う場合、反応系内の圧力は、実質的に重縮合反応の進行を維持して、充分に高い重量平均分子量(例えば、Mw=5×104〜1×106)を有する脂肪族ポリエステルが得られれば、特に制限されない。
加圧下で固相重合工程を行う場合、反応系内の圧力は、重合速度や、揮発性触媒の種類及び使用量、固相重合において脂肪族ポリエステルから揮発性触媒が揮散していく速度や効率、脱水重縮合反応により生成した水を除去する速度や効率、到達重量平均分子量(Mw)等を考慮して設定される。一般的に、加圧下で固相重合工程を行うと、揮発性触媒は揮散しにくくなる。When the solid phase polymerization step is performed under pressure, the pressure in the reaction system substantially maintains the progress of the polycondensation reaction and is sufficiently high in weight average molecular weight (for example, Mw = 5 × 10 4 to 1 × 10 If aliphatic polyester which has 6 ) is obtained, it will not restrict | limit in particular.
When the solid phase polymerization process is performed under pressure, the pressure in the reaction system depends on the polymerization rate, the type and amount of volatile catalyst used, and the rate and efficiency with which the volatile catalyst evaporates from the aliphatic polyester in the solid phase polymerization. It is set in consideration of the speed and efficiency of removing water produced by the dehydration polycondensation reaction, the reached weight average molecular weight (Mw), and the like. Generally, when a solid phase polymerization process is performed under pressure, the volatile catalyst is less likely to be volatilized.
脂肪族ポリエステル中の触媒濃度を低減させるための方法は、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度が、固相重合前及び/又は固相重合中に、反応系に仕込まれた触媒が全て脂肪族ポリエステル中に残留した場合の理論触媒濃度よりも小さくなっていれば特に制限されない。
例えば、固相重合を行いながら同時並行して脂肪族ポリエステル中の触媒濃度を低減させるか、もしくは、反応条件を多段階又は連続的に変更して固相重合を行う場合、反応前半の固相重合においては、脂肪族ポリエステル中の触媒濃度をできるだけ低減させずに固相重合を行い、反応後半の固相重合において固相重合を行いながら同時並行して脂肪族ポリエステル中の触媒濃度を低減させることができる。
さらに、固相重合に際し、重量平均分子量が増加しなくなった後、脂肪族ポリエステル中の触媒濃度をさらに低減させるために、反応条件を保持したまま触媒除去を行ってもよい。The method for reducing the catalyst concentration in the aliphatic polyester is that the catalyst concentration in the finally obtained aliphatic polyester after the solid phase polymerization is changed before the solid phase polymerization and / or during the solid phase polymerization. There is no particular restriction as long as the catalyst charged in the catalyst is less than the theoretical catalyst concentration when all of the catalyst is left in the aliphatic polyester.
For example, in the case where the catalyst concentration in the aliphatic polyester is simultaneously reduced while performing the solid phase polymerization, or when the solid state polymerization is performed by changing the reaction conditions in multiple stages or continuously, the solid phase in the first half of the reaction In the polymerization, solid phase polymerization is performed without reducing the catalyst concentration in the aliphatic polyester as much as possible, and the catalyst concentration in the aliphatic polyester is simultaneously reduced while performing the solid phase polymerization in the solid phase polymerization in the latter half of the reaction. be able to.
Further, in the solid phase polymerization, after the weight average molecular weight does not increase, the catalyst may be removed while maintaining the reaction conditions in order to further reduce the catalyst concentration in the aliphatic polyester.
一般的には、反応条件と触媒の揮発性との関係は、以下の(1)〜(4)のとおりである。
(1)反応圧力を上げると、揮発性触媒は、脂肪族ポリエステルから揮散しにくくなる。
(2)反応温度を上げると、揮発性触媒は、脂肪族ポリエステルから揮散しやすくなる。
(3)反応時間を長くすると、揮発性触媒は、脂肪族ポリエステルから揮散しやすくなる。
(4)流通ガスの流量を上げると、揮発性触媒は、脂肪族ポリエステルから揮散しやすくなる。In general, the relationship between the reaction conditions and the volatility of the catalyst is as follows (1) to (4).
(1) When the reaction pressure is increased, the volatile catalyst is less likely to be volatilized from the aliphatic polyester.
(2) When the reaction temperature is increased, the volatile catalyst is easily volatilized from the aliphatic polyester.
(3) When the reaction time is lengthened, the volatile catalyst is easily volatilized from the aliphatic polyester.
(4) When the flow rate of the circulation gas is increased, the volatile catalyst is easily volatilized from the aliphatic polyester.
本発明において、揮発性触媒を使用し、固相重合と同時に及び/又は固相重合後に同一反応系で、揮発性触媒を揮散させることにより、煩雑な触媒除去工程を経ることなく、高分子量かつ、安定性に優れた脂肪族ポリエステルを製造することができる。 In the present invention, by using a volatile catalyst and volatilizing the volatile catalyst in the same reaction system at the same time and / or after the solid phase polymerization, the high molecular weight and without a complicated catalyst removal step. An aliphatic polyester having excellent stability can be produced.
[固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度(CA)]
一般的に、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度(CA)は、加工時の安定性や、使用時における触媒の溶出やブリードアウトを考慮するとできるだけ低いことが好ましい。[Catalyst concentration (C A ) in aliphatic polyester finally obtained after solid-phase polymerization]
Generally, after solid-phase polymerization, the final catalyst concentration (C A ) in the aliphatic polyester should be as low as possible in consideration of stability during processing and catalyst elution and bleed out during use. Is preferred.
本発明の方法で揮発性触媒として有機スルホン酸系化合物を使用する場合、有機スルホン酸系化合物の種類によって、触媒残留濃度と安定性の関係が大きく異なるため、一般的に、有機スルホン酸系化合物の触媒活性に関係しているスルホン酸官能基の濃度又は硫黄元素の濃度等で表す方が好ましい。
上記の点を考慮し、揮発性触媒として有機スルホン酸系化合物を使用する場合、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度(CA)は、硫黄分に換算して、300[ppm]以下であることが好ましく、150[ppm]以下であることがより好ましい。When an organic sulfonic acid compound is used as a volatile catalyst in the method of the present invention, the relationship between the residual catalyst concentration and the stability varies greatly depending on the type of the organic sulfonic acid compound. It is preferable to express it by the concentration of the sulfonic acid functional group or the concentration of the elemental sulfur related to the catalyst activity.
In consideration of the above points, when using an organic sulfonic acid compound as a volatile catalyst, the catalyst concentration (C A ) in the aliphatic polyester finally obtained after solid-phase polymerization is converted to a sulfur content. Therefore, it is preferably 300 [ppm] or less, and more preferably 150 [ppm] or less.
[脂肪族ポリエステルの重量平均分子量(Mw)]
本発明に係る脂肪族ポリエステルの重量平均分子量(Mw)及び分子量分布は、触媒の種類及び量、反応圧力、反応温度、反応時間、流通ガスの流量、脂肪族ポリエステルの粒子直径等の反応条件を適宜選択することにより、所望のものに制御することができる。
本発明に係る脂肪族ポリエステルの重量平均分子量(Mw)は、一般的には、約50,000〜1,000,000の範囲のものが好ましく、70,000〜500,000の範囲のものがより好ましく、100,000〜300,000の範囲のものが特に好ましい。[Weight average molecular weight (Mw) of aliphatic polyester]
The weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution of the aliphatic polyester according to the present invention are the reaction conditions such as the type and amount of the catalyst, the reaction pressure, the reaction temperature, the reaction time, the flow rate of the flow gas, and the particle diameter of the aliphatic polyester. By selecting appropriately, it can control to a desired thing.
The weight average molecular weight (Mw) of the aliphatic polyester according to the present invention is generally preferably in the range of about 50,000 to 1,000,000, and in the range of 70,000 to 500,000. More preferred are those in the range of 100,000 to 300,000.
[脂肪族ポリエステルの成形加工法と用途]
本発明に係る脂肪族ポリエステルは、本出願前に公知・公用であった医療用途、食料品包装用途や汎用に使用されている樹脂の代替物として好適に使用することができる。
本発明に係る脂肪族ポリエステルの用途は、特に制限されるものではないが、重量平均分子量が顕著に高く、機械的物性(引張強度、引張伸度等)に優れるので、食品容器、工業繊維、フィルム等への応用も好適である。
本発明に係る脂肪族ポリエステルの成形加工法は、特に制限されないが、具体的には、射出成形、押出成形、インフレーション成形、押出中空成形、発泡成形、カレンダー成形、ブロー成形、バルーン成形、真空成形、紡糸等の成型加工法が挙げられる。[Molding method and application of aliphatic polyester]
The aliphatic polyester according to the present invention can be suitably used as a substitute for a resin that has been publicly known and used for medical purposes, food packaging, and general purpose before the present application.
The use of the aliphatic polyester according to the present invention is not particularly limited. However, since the weight average molecular weight is remarkably high and the mechanical properties (tensile strength, tensile elongation, etc.) are excellent, food containers, industrial fibers, Application to films and the like is also suitable.
The method for molding the aliphatic polyester according to the present invention is not particularly limited, and specifically, injection molding, extrusion molding, inflation molding, extrusion hollow molding, foam molding, calendar molding, blow molding, balloon molding, vacuum molding. And a molding method such as spinning.
また、該脂肪族ポリエステルは、適当な成形加工法により、例えば、ボールペン・シャープペン・鉛筆等の筆記用具の部材、ステーショナリーの部材、ゴルフ用ティー、始球式用発煙ゴルフボール用部材、経口医薬品用カプセル、肛門・膣用座薬用担体、皮膚・粘膜用張付剤用担体、農薬用カプセル、肥料用カプセル、種苗用カプセル、コンポスト、釣り糸用糸巻き、釣り用浮き、漁業用擬餌、ルアー、漁業用ブイ、狩猟用デコイ、狩猟用散弾カプセル、食器等のキャンプ用品、釘、杭、結束材、ぬかるみ・雪道用滑り止め材、ブロック、弁当箱、食器、コンビニエンスストアで販売されるような弁当や惣菜の容器、箸、割り箸、フォーク、スプーン、串、つまようじ、カップラーメンのカップ、飲料の自動販売機で使用されるようなカップ、鮮魚、精肉、青果、豆腐、惣菜等の食料品用の容器やトレイ、鮮魚市場で使用されるようなトロバコ、牛乳・ヨーグルト・乳酸菌飲料等の乳製品用のボトル、炭酸飲料・清涼飲料等のソフトドリンク用のボトル、ビール・ウイスキー等の酒類ドリンク用のボトル、シャンプーや液状石鹸用のポンプ付き、又は、ポンプなしのボトル、歯磨き粉用チューブ、化粧品容器、洗剤容器、漂白剤容器、保冷箱、植木鉢、浄水器カートリッジのケーシング、人工腎臓や人工肝臓等のケーシング、注射筒の部材、テレビやステレオ等の家庭電化製品の輸送時に使用するための緩衝材、コンピューター・プリンター・時計等の精密機械の輸送時に使用するための緩衝材、ガラス・陶磁器等の窯業製品の輸送時に使用するための緩衝材等に使用することができる。 In addition, the aliphatic polyester is produced by a suitable molding method, for example, a writing instrument member such as a ballpoint pen, a mechanical pencil, or a pencil, a stationery member, a golf tee, a starting ball-type smoke ball member, or an oral drug product. Capsules, anal / vaginal suppository carrier, skin / mucosal suppository carrier, agricultural chemical capsule, fertilizer capsule, seedling capsule, compost, fishing line spool, fishing float, fake fishing bait, lure, fishery buoy, Hunting decoys, hunting shot capsules, tableware and other camping equipment, nails, stakes, binding materials, anti-slip materials for muddy and snowy roads, blocks, lunch boxes, tableware, lunch boxes and side dishes sold at convenience stores Containers, chopsticks, disposable chopsticks, forks, spoons, skewers, toothpicks, cup ramen cups, cups used in beverage vending machines Containers and trays for foodstuffs such as fresh fish, meat, fruits and vegetables, tofu, sugar beets, trobaco used in the fresh fish market, bottles for dairy products such as milk, yogurt, and lactic acid bacteria beverages, carbonated drinks, soft drinks, etc. Bottles for soft drinks, bottles for liquor drinks such as beer and whiskey, bottles with or without pumps for shampoo and liquid soap, tubes for toothpaste, cosmetic containers, detergent containers, bleach containers, cold boxes, Flower pots, water purifier cartridge casings, casings for artificial kidneys and livers, syringe barrels, cushioning materials for use in transporting home appliances such as TVs and stereos, precision machines such as computers, printers and watches It can be used as a cushioning material for use during transportation, and as a cushioning material for use in transportation of ceramic products such as glass and ceramics. That.
以下に合成例、実施態様、実施例をあげて本発明を詳述する。なお、本出願の明細書における合成例、態様、実施例の記載は、本発明の内容の理解を支援するための説明であって、その記載は本発明の技術的範囲を狭く解釈する根拠となる性格のものではない。 The present invention is described in detail below with reference to synthesis examples, embodiments, and examples. Note that the descriptions of synthesis examples, embodiments, and examples in the specification of the present application are explanations for supporting the understanding of the contents of the present invention, and the descriptions are based on the basis for narrowly interpreting the technical scope of the present invention. Is not of a character.
この実施例で用いた評価方法は、以下の通りである。
(1)重量平均分子量
得られた脂肪族ポリエステルの重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、カラム温度40℃、クロロホルム溶媒)により、ポリスチレン標準サンプルとの比較で求めた.
(2)脂肪族ポリエステル中の触媒濃度(硫黄濃度)
脂肪族ポリエステル中の触媒濃度(硫黄濃度)は、イオンクロマトグラフィーにより定量した。
すなわち、試料を密閉系の中、900℃に加熱し(Ar/O2)灰化した際に発生するガスを、定容した吸収液(1%−H2O2溶液)に吸収させ、イオンクロマトグラフィーにより定量した。
イオンクロマトグラフィーの測定には、ダイオネクス社製イオンクロマトDX−300型を使用した。The evaluation method used in this example is as follows.
(1) Weight average molecular weight The weight average molecular weight (Mw) of the obtained aliphatic polyester was calculated | required by the gel permeation chromatography (GPC, column temperature 40 degreeC, chloroform solvent) by the comparison with a polystyrene standard sample.
(2) Catalyst concentration (sulfur concentration) in aliphatic polyester
The catalyst concentration (sulfur concentration) in the aliphatic polyester was quantified by ion chromatography.
That is, the gas generated when the sample is heated to 900 ° C. (Ar / O 2 ) and incinerated in a closed system is absorbed in a constant volume of absorption liquid (1% -H 2 O 2 solution) Quantified by chromatography.
The ion chromatography DX-300 type made by Dionex Co., Ltd. was used for the ion chromatography measurement.
(3)触媒残留率(R)
触媒残留率(R)は、本発明の詳細な説明の中で示した数式に従って計算した。但し、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度CAについては(2)で定量した硫黄分析値を、実施例で使用した各種有機スルホン酸系化合物に換算した。
以下の実施例中では、固相重合後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度CA、及び固相重合前及び/又は固相重合中に仕込まれた触媒が全てポリエステル中に残留する場合の理論触媒濃度CBは、それぞれ、単に触媒濃度CA、触媒濃度CBと記した。(3) Catalyst residual ratio (R)
The catalyst residual ratio (R) was calculated according to the mathematical formula shown in the detailed description of the present invention. However, after the solid phase polymerization, the catalyst concentration C A of the finally obtained aliphatic polyester sulfur analysis value was determined by (2), was converted to various organic sulfonic acid compounds used in Examples.
In the following examples, after the solid-phase polymerization, the catalyst concentration C A in the aliphatic polyester finally obtained, and the catalyst charged before and / or during the solid-phase polymerization are all contained in the polyester. The theoretical catalyst concentration C B in the case of remaining is simply referred to as catalyst concentration C A and catalyst concentration C B , respectively.
(4)プレス時重量分子量保持率
プレス時重量分子量保持率は、150℃で加熱プレスフィルムを作成する前の重量平均分子量と熱プレスフィルムを作成した後の重量平均分子量の比より算出した。
プレスフィルムは固相重合で得られた脂肪族ポリエステルを60℃で5時間真空乾燥処理を行った後、プレス温度150℃で、保持時間3分、プレス圧力10MPaで1分の計4分間加熱して、厚さ100μmのフィルムを作製した。(4) Weight molecular weight retention ratio during pressing The weight molecular weight retention ratio during pressing was calculated from the ratio of the weight average molecular weight before producing the heated press film at 150 ° C. and the weight average molecular weight after producing the hot press film.
The press film was prepared by subjecting the aliphatic polyester obtained by solid-phase polymerization to a vacuum drying treatment at 60 ° C. for 5 hours, followed by heating at a pressing temperature of 150 ° C. for 3 minutes and a pressing pressure of 10 MPa for 1 minute for a total of 4 minutes. Thus, a film having a thickness of 100 μm was produced.
実施例1
コハク酸118.1g(=1モル)、1,4−ブタンジオール91.0g(=1.01モル)、メタンスルホン酸0.86gをディーンスタークトラップが装着された、500mlの丸底フラスコに装入し、150℃/窒素雰囲気下で9時間、さらに、150℃/15mmHgで0.5時間、系外に水を留去しながら加熱撹拌した。この時の重量平均分子量は27,000であった。
この後、フラスコの底部から滴下ができる、ヒーター付きのセパラブルフラスコに反応液を移し、液温を140℃に保温しながらフラスコの底部から水中へ反応液を滴下して、固体化及び結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマー158.2g(収率92%)を得た。
このプレポリマー60gを窒素雰囲気下で乾燥させた後、SUS製の固相重合用反応器に装入して、100℃/窒素流量50ml/minに条件で100時間、固相重合を行った。使用した窒素ガスの露点は−60℃であった。
さらに、触媒を除去するために、105℃/窒素流量6000ml/minで30時間加熱を継続した。
このようにして脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)57g(収率95%)を得た。諸物性を以下に示す。
重量平均分子量(Mw)=108,000
引張強度=260[kg/cm2]
引張伸度=480[%]
触媒濃度CA=420[ppm](硫黄分析値:140[ppm])
触媒濃度CB=5700[ppm]
触媒残留率R=7.4[%]
プレス時分子量保持率=94[%]Example 1
115.1 g (= 1 mol) of succinic acid, 91.0 g (= 1.01 mol) of 1,4-butanediol, and 0.86 g of methanesulfonic acid were placed in a 500 ml round bottom flask equipped with a Dean-Stark trap. The mixture was stirred at 150 ° C./nitrogen atmosphere for 9 hours and further at 150 ° C./15 mmHg for 0.5 hour while distilling off water outside the system. The weight average molecular weight at this time was 27,000.
Thereafter, the reaction solution can be dropped from the bottom of the flask, transferred to a separable flask equipped with a heater, and the reaction solution is dropped into water from the bottom of the flask while keeping the liquid temperature at 140 ° C. to solidify and crystallize. 158.2 g (yield 92%) of the aliphatic polyester prepolymer thus obtained was obtained.
After 60 g of this prepolymer was dried under a nitrogen atmosphere, it was charged into a solid phase polymerization reactor made of SUS, and solid phase polymerization was carried out for 100 hours under the conditions of 100 ° C./nitrogen flow rate of 50 ml / min. The dew point of the nitrogen gas used was −60 ° C.
Furthermore, in order to remove the catalyst, heating was continued at 105 ° C./nitrogen flow rate of 6000 ml / min for 30 hours.
In this way, 57 g (yield 95%) of aliphatic polyester (polybutylene succinate) was obtained. Various physical properties are shown below.
Weight average molecular weight (Mw) = 108,000
Tensile strength = 260 [kg / cm 2 ]
Tensile elongation = 480 [%]
Catalyst concentration C A = 420 [ppm] (sulfur analysis value: 140 [ppm])
Catalyst concentration C B = 5700 [ppm]
Catalyst residual ratio R = 7.4 [%]
Pressing molecular weight retention = 94 [%]
実施例2
コハク酸118.1g(=1モル)、1,4−ブタンジオール91.0g(=1.01モル)、エタンスルホン酸0.86gをディーンスタークトラップが装着された、500mlの丸底フラスコに装入し、150℃/窒素雰囲気下で9時間、さらに、150℃/15mmHgで0.5時間、系外に水を留去しながら加熱撹拌した。この時の重量平均分子量は26,000であった。
この後、フラスコの底部から滴下ができる、ヒーター付きのセパラブルフラスコに反応液を移し、液温を140℃に保温しながらフラスコの底部から水中へ反応液を滴下して、固体化及び結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマー157.7g(収率92%)を得た。
このプレポリマー60gを窒素雰囲気下で乾燥させた後、SUS製の固相重合用反応器に装入して、100℃/窒素流量50ml/minに条件で100時間、固相重合を行った。使用した窒素ガスの露点は−60℃であった。
さらに、触媒を除去するために、105℃/窒素流量6000ml/minで30時間加熱を継続した。
このようにして脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)56g(収率93%)を得た。諸物性を以下に示す。
重量平均分子量(Mw)=103,000
引張強度=250[kg/cm2]
引張伸度=480[%]
触媒濃度CA=520[ppm](硫黄分析値:150[ppm])
触媒濃度CB=5800[ppm]
触媒残留率R=9.0[%]
プレス時分子量保持率=93[%]Example 2
115.1 g (= 1 mol) of succinic acid, 91.0 g (= 1.01 mol) of 1,4-butanediol, and 0.86 g of ethanesulfonic acid were placed in a 500 ml round bottom flask equipped with a Dean-Stark trap. The mixture was stirred at 150 ° C./nitrogen atmosphere for 9 hours and further at 150 ° C./15 mmHg for 0.5 hour while distilling off water outside the system. The weight average molecular weight at this time was 26,000.
Thereafter, the reaction solution can be dropped from the bottom of the flask, transferred to a separable flask equipped with a heater, and the reaction solution is dropped into water from the bottom of the flask while keeping the liquid temperature at 140 ° C. to solidify and crystallize. 157.7 g (yield 92%) of the aliphatic polyester prepolymer thus obtained was obtained.
After 60 g of this prepolymer was dried under a nitrogen atmosphere, it was charged into a solid phase polymerization reactor made of SUS, and solid phase polymerization was carried out for 100 hours under the conditions of 100 ° C./nitrogen flow rate of 50 ml / min. The dew point of the nitrogen gas used was −60 ° C.
Furthermore, in order to remove the catalyst, heating was continued at 105 ° C./nitrogen flow rate of 6000 ml / min for 30 hours.
In this way, 56 g (yield 93%) of aliphatic polyester (polybutylene succinate) was obtained. Various physical properties are shown below.
Weight average molecular weight (Mw) = 103,000
Tensile strength = 250 [kg / cm 2 ]
Tensile elongation = 480 [%]
Catalyst concentration C A = 520 [ppm] (Sulfur analysis value: 150 [ppm])
Catalyst concentration C B = 5800 [ppm]
Catalyst residual ratio R = 9.0 [%]
Pressing molecular weight retention = 93 [%]
実施例3
コハク酸118.1g(=1モル)、1,4−ブタンジオール91.0g(=1.01モル)、1−プロパンスルホン酸0.86gをディーンスタークトラップが装着された、500mlの丸底フラスコに装入し、150℃/窒素雰囲気下で9時間、さらに、150℃/15mmHgで0.5時間、系外に水を留去しながら加熱撹拌した。この時の重量平均分子量は26,000であった。
この後、フラスコの底部から滴下ができる、ヒーター付きのセパラブルフラスコに反応液を移し、液温を140℃に保温しながらフラスコの底部から水中へ反応液を滴下して、固体化及び結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマー157.0g(収率91%)を得た。
このプレポリマー60gを窒素雰囲気下で乾燥させた後、SUS製の固相重合用反応器に装入して、100℃/窒素流量50ml/minに条件で100時間、固相重合を行った。使用した窒素ガスの露点は−60℃であった。
さらに、触媒を除去するために、105℃/窒素流量6000ml/minで30時間加熱を継続した。
このようにして脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)56g(収率93%)を得た。諸物性を以下に示す。
重量平均分子量(Mw)=103,000
引張強度=250[kg/cm2]
引張伸度=480[%]
触媒濃度CA=580[ppm](硫黄分析値:150[ppm])
触媒濃度CB=5900[ppm]
触媒残留率R=9.8[%]
プレス時分子量保持率=93[%]Example 3
A 500 ml round bottom flask equipped with a Dean-Stark trap containing 118.1 g (= 1 mol) of succinic acid, 91.0 g (= 1.01 mol) of 1,4-butanediol, and 0.86 g of 1-propanesulfonic acid. The mixture was stirred at 150 ° C./nitrogen atmosphere for 9 hours and further at 150 ° C./15 mmHg for 0.5 hour while distilling off water outside the system. The weight average molecular weight at this time was 26,000.
Thereafter, the reaction solution can be dropped from the bottom of the flask, transferred to a separable flask equipped with a heater, and the reaction solution is dropped into water from the bottom of the flask while keeping the liquid temperature at 140 ° C. to solidify and crystallize. 157.0 g (yield 91%) of the aliphatic polyester prepolymer thus obtained was obtained.
After 60 g of this prepolymer was dried under a nitrogen atmosphere, it was charged into a solid phase polymerization reactor made of SUS, and solid phase polymerization was carried out for 100 hours under the conditions of 100 ° C./nitrogen flow rate of 50 ml / min. The dew point of the nitrogen gas used was −60 ° C.
Furthermore, in order to remove the catalyst, heating was continued at 105 ° C./nitrogen flow rate of 6000 ml / min for 30 hours.
In this way, 56 g (yield 93%) of aliphatic polyester (polybutylene succinate) was obtained. Various physical properties are shown below.
Weight average molecular weight (Mw) = 103,000
Tensile strength = 250 [kg / cm 2 ]
Tensile elongation = 480 [%]
Catalyst concentration C A = 580 [ppm] (Sulfur analysis value: 150 [ppm])
Catalyst concentration C B = 5900 [ppm]
Catalyst residual ratio R = 9.8 [%]
Pressing molecular weight retention = 93 [%]
比較例1
コハク酸118.1g(=1モル)、1,4−ブタンジオール91.0g(=1.01モル)、金属錫0.86gをディーンスタークトラップが装着された、500mlの丸底フラスコに装入し、150℃/窒素雰囲気下で9時間、さらに、150℃/15mmHgで0.5時間、系外に水を留去しながら加熱撹拌した。この時の重量平均分子量は24,000であった。
この後、フラスコの底部から滴下ができる、ヒーター付きのセパラブルフラスコに反応液を移し、液温を140℃に保温しながらフラスコの底部から水中へ反応液を滴下して、固体化及び結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマー157.7g(収率92%)を得た。
このプレポリマー60gを窒素雰囲気下で乾燥させた後、SUS製の固相重合用反応器に装入して、100℃/窒素流量50ml/minに条件で100時間、105℃/窒素流量6000ml/minで30時間、の合計130時間、固相重合を行った。固相重合が終了した時点での脂肪族ポリエステルの収量は55g(収率92%)であった。また、使用した窒素ガスの露点は−60℃であった。
その後、固相重合が終了したポリマーを500mlのクロロホルムに溶解し、6000mlのアセトンでポリマーを沈殿させた。その後、触媒を除去するために、塩酸0.5wt%含有するメチルターシャリーブチルエーテル500mlでスラッジしてから、ろ過する操作を2回行った。最後に、1000mlのメチルターシャリーブチルエーテルで洗浄したポリマーを乾燥して、脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)52g(収率87%)を得た。
諸物性を以下に示す。なお、触媒濃度(錫濃度)は蛍光X線分析法により定量した。
重量平均分子量(Mw)=98,000
引張強度=230[kg/cm2]
引張伸度=470[%]
触媒濃度(錫濃度)CA=5900[ppm]
触媒濃度(錫濃度)CB=5900[ppm]
触媒残留率R=100[%]
触媒除去後の錫濃度=20[ppm]
プレス時分子量保持率=93%Comparative Example 1
A 500 ml round bottom flask equipped with a Dean-Stark trap was charged with 118.1 g (= 1 mol) of succinic acid, 91.0 g (= 1.01 mol) of 1,4-butanediol and 0.86 g of metallic tin. The mixture was heated and stirred while distilling water out of the system at 150 ° C./nitrogen atmosphere for 9 hours and further at 150 ° C./15 mmHg for 0.5 hour. The weight average molecular weight at this time was 24,000.
Thereafter, the reaction solution can be dropped from the bottom of the flask, transferred to a separable flask equipped with a heater, and the reaction solution is dropped into water from the bottom of the flask while keeping the liquid temperature at 140 ° C. to solidify and crystallize. 157.7 g (yield 92%) of the aliphatic polyester prepolymer thus obtained was obtained.
After 60 g of this prepolymer was dried in a nitrogen atmosphere, it was charged into a solid phase polymerization reactor manufactured by SUS, and was subjected to 100 ° C./nitrogen flow rate of 50 ml / min for 100 hours, 105 ° C./nitrogen flow rate of 6000 ml / min. Solid phase polymerization was carried out for 130 hours in total for 30 hours in min. The yield of the aliphatic polyester at the time when the solid phase polymerization was completed was 55 g (yield 92%). The dew point of the nitrogen gas used was −60 ° C.
Thereafter, the polymer after the solid phase polymerization was dissolved in 500 ml of chloroform, and the polymer was precipitated with 6000 ml of acetone. Thereafter, in order to remove the catalyst, sludge was performed with 500 ml of methyl tertiary butyl ether containing 0.5 wt% hydrochloric acid, followed by filtration twice. Finally, the polymer washed with 1000 ml of methyl tertiary butyl ether was dried to obtain 52 g (yield 87%) of an aliphatic polyester (polybutylene succinate).
Various physical properties are shown below. The catalyst concentration (tin concentration) was quantified by fluorescent X-ray analysis.
Weight average molecular weight (Mw) = 98,000
Tensile strength = 230 [kg / cm 2 ]
Tensile elongation = 470 [%]
Catalyst concentration (tin concentration) C A = 5900 [ppm]
Catalyst concentration (tin concentration) C B = 5900 [ppm]
Catalyst residual ratio R = 100 [%]
Tin concentration after catalyst removal = 20 [ppm]
Pressing molecular weight retention = 93%
比較例2
コハク酸118.1g(=1モル)、1,4−ブタンジオール91.0g(=1.01モル)、金属錫0.86gをディーンスタークトラップが装着された、500mlの丸底フラスコに装入し、150℃/窒素雰囲気下で9時間、さらに、150℃/15mmHgで0.5時間、系外に水を留去しながら加熱撹拌した。この時の重量平均分子量は24,000であった。
この後、フラスコの底部から滴下ができる、ヒーター付きのセパラブルフラスコに反応液を移し、液温を140℃に保温しながらフラスコの底部から水中へ反応液を滴下して、固体化及び結晶化された脂肪族ポリエステルプレポリマー157.7g(収率92%)を得た。
このプレポリマー60gを窒素雰囲気下で乾燥させた後、SUS製の固相重合用反応器に装入して、100℃/窒素流量50ml/minに条件で100時間、105℃/窒素流量6000ml/minで30時間、の合計130時間、固相重合を行った。固相重合が終了した時点での脂肪族ポリエステル(ポリブチレンサクシネート)の収量は55g(収率92%)であった。また、使用した窒素ガスの露点は−60℃であった。
諸物性を以下に示す。なお、触媒濃度(錫濃度)は蛍光X線分析法により定量した。
重量平均分子量(Mw)=98,000
触媒濃度(錫濃度)CA=5900[ppm]
触媒濃度(錫濃度)CB=5900[ppm]
触媒残留率R=100[%]
プレス時分子量保持率=30%Comparative Example 2
A 500 ml round bottom flask equipped with a Dean-Stark trap was charged with 118.1 g (= 1 mol) of succinic acid, 91.0 g (= 1.01 mol) of 1,4-butanediol and 0.86 g of metallic tin. The mixture was heated and stirred while distilling water out of the system at 150 ° C./nitrogen atmosphere for 9 hours and further at 150 ° C./15 mmHg for 0.5 hour. The weight average molecular weight at this time was 24,000.
Thereafter, the reaction solution can be dropped from the bottom of the flask, transferred to a separable flask equipped with a heater, and the reaction solution is dropped into water from the bottom of the flask while keeping the liquid temperature at 140 ° C. to solidify and crystallize. 157.7 g (yield 92%) of the aliphatic polyester prepolymer thus obtained was obtained.
After 60 g of this prepolymer was dried in a nitrogen atmosphere, it was charged into a solid phase polymerization reactor manufactured by SUS, and was subjected to 100 ° C./nitrogen flow rate of 50 ml / min for 100 hours, 105 ° C./nitrogen flow rate of 6000 ml / min. Solid phase polymerization was carried out for 130 hours in total for 30 hours in min. The yield of the aliphatic polyester (polybutylene succinate) at the time when the solid phase polymerization was completed was 55 g (yield 92%). The dew point of the nitrogen gas used was −60 ° C.
Various physical properties are shown below. The catalyst concentration (tin concentration) was quantified by fluorescent X-ray analysis.
Weight average molecular weight (Mw) = 98,000
Catalyst concentration (tin concentration) C A = 5900 [ppm]
Catalyst concentration (tin concentration) C B = 5900 [ppm]
Catalyst residual ratio R = 100 [%]
Pressing molecular weight retention = 30%
本発明の脂肪族ポリエステルの製造方法は、触媒として揮発性触媒用いるので、固相重合と同時に及び/又は固相重合後に同一反応系を保ったまま、触媒を除去することができるので、煩雑な触媒除去工程を必要とする従来の技術と比較して、製造プロセスを合理化することができる。従って、本発明により得られる高分子量の脂肪族ポリエステルは、従来の触媒除去を行った脂肪族ポリエステルと同等の安定性を有する。さらに、本発明に係る脂肪族ポリエステルの製造方法は、有機溶媒中で重縮合反応を行う製造方法と比較して、設備の容積効率を向上できるので設備費を低く押さえることができる。 Since the aliphatic polyester production method of the present invention uses a volatile catalyst as a catalyst, the catalyst can be removed while maintaining the same reaction system simultaneously with and / or after solid-phase polymerization. Compared with conventional techniques that require a catalyst removal step, the manufacturing process can be streamlined. Therefore, the high molecular weight aliphatic polyester obtained by the present invention has the same stability as the conventional aliphatic polyester subjected to catalyst removal. Furthermore, since the production method of the aliphatic polyester according to the present invention can improve the volumetric efficiency of the equipment as compared with the production method in which the polycondensation reaction is performed in an organic solvent, the equipment cost can be kept low.
Claims (7)
【数1】
【数2】
【数3】
An aliphatic polyester prepolymer comprising a crystallized aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic divalent carboxylic acid having a weight average molecular weight (Mw 1 ) in the numerical range represented by the formula (1) (Equation 1), By solid-phase polymerization in the presence of a volatile catalyst that is an organic sulfonic acid compound , the weight average molecular weight (Mw) in the numerical range represented by Formula (2) (Formula 2) and Formula (3) (Formula 3) 2 ) A method for producing an aliphatic polyester, comprising obtaining an aliphatic polyester having
[Expression 1]
[Expression 2]
[Equation 3]
【数4】
(数式(4)において、Rは、固相重合前後における触媒濃度の変化の尺度である触媒残留率[%]であり、CB[ppm]は、数式(5)(数5)により算出される、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒が全て脂肪族ポリエステル中に残留する場合の理論触媒濃度であり、CA[ppm]は、数式(6)(数6)により算出される、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中の触媒濃度である)
【数5】
(数式(5)において、WB[g]は、固相重合前及び/又は固相重合中に反応系に仕込まれた触媒の合計重量であり、WP[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステルの重量である)
【数6】
(数式(6)において、WA[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル中に含有される触媒重量であり、WP[g]は、固相重合終了後、最終的に得られた脂肪族ポリエステル重量である)
2. The method for producing an aliphatic polyester according to claim 1, wherein the catalyst residual ratio R represented by Formula (4) (Equation 4) is 50% or less.
[Expression 4]
(In Formula (4), R is a catalyst residual rate [%] which is a measure of a change in catalyst concentration before and after solid phase polymerization, and C B [ppm] is calculated by Formula (5) (Formula 5). The theoretical catalyst concentration in the case where all of the catalyst charged in the reaction system before solid phase polymerization and / or during solid phase polymerization remains in the aliphatic polyester, and C A [ppm] is the formula (6) ( The catalyst concentration in the aliphatic polyester finally obtained after completion of solid-phase polymerization, calculated by Equation 6))
[Equation 5]
(In Formula (5), W B [g] is the total weight of the catalyst charged in the reaction system before and / or during the solid phase polymerization, and W P [g] is the end of the solid phase polymerization. And the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
[Formula 6]
(In Formula (6), W A [g] is the weight of catalyst contained in the aliphatic polyester finally obtained after completion of solid-phase polymerization, and W P [g] is the end of solid-state polymerization. And the weight of the aliphatic polyester finally obtained)
The aliphatic polyester prepolymer is a polybutylene succinate prepolymer comprising succinic acid and 1,4-butanediol, and the aliphatic polyester is polybutylene succinate. The aliphatic polyester prepolymer according to claim 1 or 2, wherein the aliphatic polyester prepolymer is a polybutylene succinate. Production method.
The organic sulfonic acid compound contains at least one selected from the group consisting of methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-chlorobenzenesulfonic acid, and m-xylene-4-sulfonic acid. The method for producing an aliphatic polyester according to any one of claims 1 to 3 .
The production of the aliphatic polyester according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst concentration in the finally obtained aliphatic polyester is 0 to 300 ppm in terms of sulfur content. Method.
【数7】
(B)工程として、(A)工程で得られた脂肪族ポリエステルプレポリマーを結晶化する工程、
(C)工程として、(B)工程で得られた結晶化した脂肪族ポリエステルプレポリマーを、有機スルホン酸系化合物である揮発性触媒の存在下、固相重合する工程、
からなる工程で構成される、数式(2)(数8)と数式(3)(数9)で示される数値範囲にある重量平均分子量(Mw2)を有する脂肪族ポリエステルの製造方法。
【数8】
【数9】
As the step (A), an aliphatic dihydric alcohol and an aliphatic divalent carboxylic acid, the presence or absence of a catalyst of a volatile catalyst is an organic sulfonic acid compound, the presence or absence of a solvent, heavy A step of producing an aliphatic polyester prepolymer having a weight average molecular weight (Mw 1 ) in a numerical range represented by Formula (1) (Equation 7) by a condensation reaction;
[Expression 7]
As the step (B), a step of crystallizing the aliphatic polyester prepolymer obtained in the step (A),
(C) As the step, the step of solid-phase polymerization of the crystallized aliphatic polyester prepolymer obtained in the step (B) in the presence of a volatile catalyst that is an organic sulfonic acid compound ,
Composed of steps consisting of, equation (2) (8) and Equation (3) the production method of aliphatic polyester having a weight average molecular weight in the numerical range indicated by (Equation 9) (Mw 2).
[Equation 8]
[Equation 9]
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