JP6286877B2 - ポリエステル及びポリウレタンの製造方法 - Google Patents
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Description
また、上記ポリエステルポリオールタイプのポリウレタンは耐熱性、耐候性等に優れる特長を有し、幅広い用途に適用されている。
しかしながら、該文献には1,4BG中の特定のカルボニル化合物が得られるポリエステルの色調に対して大きく影響することについては記載も示唆もない。また、このような着色に対する影響の大きい特定のカルボニル化合物の含有量に関する記載もない。
尚、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書における、下限値又は上限値は、その下限値又は上限値の値を含む範囲を意味する。
まず、本発明のポリエステルの製造方法におけるポリエステル製造原料について説明する。以下の説明において、「ジカルボン酸原料」及び「ジオール原料」とは、それぞれ、ポリエステルの製造における原料としてのジカルボン酸成分およびジオール成分を意味する。なお、「ジカルボン酸成分」とは、ジカルボン酸とジカルボン酸アルキレート等のジカルボン酸誘導体との総称である。
本発明のPBTの製造に用いるジオール原料は、バイオマス資源由来のものであり、環境保護の点から好ましい。
本発明者らは鋭意検討の結果、バイオマス資源由来のジオールに含まれる炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物が、該ジオールを用いてポリエステルを製造する際、中でもPBTやPBSの製造を行う際に、得られるポリエステルに甚大な色調悪化への影響があることを見出した。
この理由としては、バイオマス資源由来のジオールには、通常、後述の如く、窒素原子含有化合物が含まれているため、PBT等のポリエステルの製造においては、ジオール原料中に、これら炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物が含まれることで、ジオール中の窒素原子含有化合物との反応で種々のアミド、アミン、アミノ酸などの誘導体を生成する可能性があり、その誘導体が強くPBT等のポリエステルの色調を悪化させる可能性が考えられる。
バイオマス資源由来のジオールのうち、特に発酵工程を経て製造されたジオール原料が含む不純物として、酢酸、酪酸、テトラヒドロフラン、2−ヒドロキシテトラヒドロフラン、ガンマブチロラクトン、1−アセトキシ−4−ヒドロキシブタン、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、2−(4−ヒドロキシブチルオキシ)テトラヒドロフランなどがある。これらは、1,4BGよりも軽沸点の成分であり、炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物を蒸留分離するための軽沸分離蒸留工程で、炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物と共に除去することができる。これらの軽沸不純物のうち、特に、1−アセトキシ−4−ヒドロキシブタン(14HAB)については、本発明におけるジオール原料として好ましく用いられる1,4BG中の含有量の上限は、好ましくは99質量ppm、更に好ましくは90質量ppm、特に好ましくは80質量ppm、最も好ましくは70質量ppmである。また、下限は、好ましくは0.1質量ppmであり、更に好ましくは0.2質量ppm、特に精製工程の経済性の観点からは下限が0.5質量ppmであることが好ましい。1,4BG中の1,4HAB含有量が少なくなるほど、PBT製造における重縮合反応速度、生成するPBTの色調などが好ましくなる傾向が強い。一方、多くなるほど、精製工程を簡便とし易く経済的に有利となる。
なお、1,4BG中の14HABの含有量は、後掲の実施例の項に記載される方法で測定される。
この場合、1,4HABは1,4BGよりも軽沸点の成分であり、1,4BGの精製工程で軽沸点成分の分離蒸留を行うことで、1,4BG中の1,4HAB含有量を調節することができる。
1,4BGがバイオマス資源の発酵により直接得られる場合に、その発酵条件、アンモニアによる中和条件、得られた1,4BGの蒸留を含む精製条件などにより1,4HAB含有量を調節することができるが、この場合も1,4BGの精製を行って、1,4HABを含む軽沸点成分を除去することが好適な手段である。
バイオマス資源由来から誘導されたジオールには、発酵処理ならびに酸による中和工程を含む精製処理に起因して不純物として窒素原子含有化合物が含まれる場合がある。具体的には、アミノ酸、蛋白質、アンモニア、尿素、発酵菌由来等の窒素原子含有化合物が含まれる。
例えば、本発明で用いるバイオマス資源由来のジオール中にはガンマブチロラクトンが含まれるが、ガンマブチロラクトンは窒素原子含有化合物と種々のアミド、アミン、アミノ酸などの誘導体を生成すると考えられ、その誘導体は二官能以上を有する反応性に富む成分であることから、これら誘導体中に強くポリエステルの色調を悪化させる成分が存在するものと考えられる。また、前述の如く、窒素原子含有化合物と炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物との反応により生成する種々のアミド、アミン、アミノ酸などの誘導体も着色原因と考えられる。
上述のバイオマス資源由来のジオールを用いる本発明のポリエステルの製造方法を好適に適用できるものとして、PBTとPBSの製造がある。以下にPBSを含む脂肪族ポリエステルの製造方法と、PBTの製造方法について説明する。
PBS等のポリエステルは、前述の脂肪族ジカルボン酸成分と、本発明に係る前述のバイオマス資源由来のジオール成分とを用い、これをエステル化及び/又はエステル変換反応させた後、減圧下に重縮合反応させることにより製造される。
なお、ポリエステルのYI値は、後掲の実施例の項に記載される方法で測定される。
本発明のポリエステルの、色調の指標は、色調b値で表した値も使用することができる。その上限は、通常13.5であることが好ましく、より好ましくは11、更に好ましくは9、特に好ましくは3であり、一方、その下限は、特には限定されないが、通常−2であることが好ましく、より好ましくは−1.5、更に好ましくは−0.8である。
また、ポリエステルの成形時には、上記の各種の添加剤の他に、ガラス繊維、炭素繊維、チタンウィスカー、マイカ、タルク、CaCO3、TiO2、シリカ等の強化剤や増量剤を添加して成形することもできる。
本発明のポリエステルの製造方法で製造するポリエステルとして、特に好ましいPBTの製造方法について、以下に説明する。
本発明におけるPBTは、テレフタル酸又はテレフタル酸アルキレートと1,4BGとをエステル化反応又はエステル交換反応させた後、重縮合反応させることにより得られる。
その共重合成分としては、例えば、グリコール酸、p−ヒドロキシ安息香酸、p−β−ヒドロキシエトキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸やアルコキシカルボン酸、ステアリルアルコール、ヘネイコサノール、オクタコサノール、ベンジルアルコール、ステアリン酸、ベヘン酸、安息香酸、t−ブチル安息香酸、ベンゾイル安息香酸等の単官能成分、トリカルバリル酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ナフタレンテトラカルボン酸、没食子酸、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、シュガーエステル等の三官能以上の多官能成分等が挙げられる。これらの共重合成分についても、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明のPBTの製造方法は、PBTを製造することができればよく、特に制限されない。
PBTの公知の製造方法は、主原料としてテレフタル酸を用いるいわゆる直接重合法と、主原料としてテレフタル酸アルキレートを用いるエステル交換法とに大別される。前者は、初期のエステル化反応で水が生成し、後者は初期のエステル交換反応でアルコールが生成するという違いがあるが、原料の入手安定性、留出物の処理の容易さ、原料原単位の高さ、また本発明による改良効果という観点からは直接重合法が好ましい。
また、触媒として有機チタン化合物を用いる場合には、異物抑制の観点から、最終的にはPBT中のチタン金属濃度(質量)は、250ppm以下であることが好ましく、100ppm以下であることが更に好ましく、60ppm以下であることが特に好ましく、50ppm以下であることが最も好ましい。
本発明により製造されるPBT(以下、“本発明のPBT”と称することがある)の固有粘度に特に制限はないが、機械的物性、ペレット化の安定性、成形性の観点からは、好ましくは0.50dL/g以上、更に好ましくは0.70dL/g以上、好ましくは1.50dL/g以下、更に好ましくは1.35dL/g以下である。PBTの固有粘度が上記下限以上であると成形品の機械物性の点で好ましく、上記上限以下であると成形性の点で好ましい傾向がある。
PBTの末端カルボキシル基濃度は、樹脂を有機溶媒に溶解し、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液を用いて滴定することにより求めることができる。より具体的には、後掲の実施例の項に記載される方法で求められる。
PBTの末端ビニル基濃度は、PBTを溶剤に溶かしてからNMRを測定することによって求めることができる。より具体的には、後掲の実施例の項に記載される方法で求められる。
通常、バイオマス資源由来の原料1,4BGを用いて製造されたPBTは色調が悪化する傾向にあるが、本発明のPBTは色調が良好である。また、前述の如く、原料1,4BG中の炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量を、1,4BGの精製工程などで調節することで、得られるPBTの色調を調節することが可能である。
本発明のPBTは、本発明の効果を大幅に損なわない範囲で、PBT以外の成分を含むPBT組成物とすることができる。そのPBT以外の成分の具体例を挙げると、熱可塑性、熱硬化性などの各種樹脂、離型剤、強化充填材等の充填材、難燃剤、その他各種添加剤などが挙げられる。
これらの樹脂は1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。このうち、熱可塑性樹脂が用いられる場合が多い。
また、その他の各種添加剤としては、紫外線吸収剤、耐候安定剤などの安定剤、染顔料などの着色剤、帯電防止剤、発泡剤、可塑剤、耐衝撃性改良剤なども挙げられる。
本発明のPBTおよびこれを含んだPBT組成物の成形加工方法は、特に制限されず、熱可塑性樹脂について一般に使用されている成形法等、具体的には、射出成形、中空成形、押し出し成形、プレス成形などを適用できる。
本発明のPBTおよびこれを含んだPBT組成物は、色調、熱安定性、透明性、品質安定性に優れ、電気、電子部品、自動車用部品などの射出成形品、フィルム、モノフィラメント、繊維などの押出し成形品用途において好適に使用できる。
次に、本発明のポリウレタンの製造原料として好適に用いられるポリエステルポリオール(以下、「本発明のポリエステルポリオール」と称す場合がある。)の製造方法について説明する。
このポリエステルポリオールは、ジカルボン酸及び/又はその誘導体(以下「ジカルボン酸成分」と称す場合がある。)とジオール化合物とをエステル化及び/又はエステル交換反応させることにより製造される。
本発明のポリエステルポリオールの製造方法においては、このジオール化合物として、前述の本発明のポリエステルの製造原料の項で説明した、炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量が0.01〜100質量ppmの、バイオマス資源由来のジオールを用いる。
本発明に用いるジカルボン酸成分としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸誘導体、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸誘導体が挙げられ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、合成・人工皮革や塗料のような耐候性を必要とされる用途には、光による黄変が少ない点で脂肪族ジカルボン酸及び/又はその誘導体を主成分とするものが好ましい。一方、弾性繊維等、強度を必要とされる用途には、凝集力の高い芳香族ジカルボン酸及び/又はその誘導体を主成分とするものが好ましい。
ここでいう「主成分とする」とは、全ジカルボン酸成分に対する含有量が、通常50モル%以上であることが好ましく、60モル%以上であることがより好ましく、70モル%以上であることが更に好ましく、90モル%以上であることが特に好ましい。
この内、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸及びイソフタル酸が好ましい。また、芳香族ジカルボン酸の誘導体としては、ジメチルテレフタレート及びジメチルイソフタレートが好ましい。例えば、ジメチルテレフタレートと1,4−ブタンジオールのポリエステルのように、任意の芳香族ジカルボン酸を使用することにより、所望の芳香族ポリエステルポリオールポリウレタンが製造できる。
炭素数が2以上40以下の、鎖状又は脂環式ジカルボン酸としては、具体的には、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、ダイマー酸及びシクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。これらの内、脂肪族ジカルボン酸としては、得られるポリウレタンの物性の面から、アジピン酸、コハク酸、セバシン酸又はこれらの混合物が好ましく、コハク酸を主成分とするものが特に好ましい。
また、脂肪族ジカルボン酸の誘導体としては、例えば、前記脂肪族ジカルボン酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル及びブチルエステル等の低級アルキルエステル、並びに無水コハク酸等の前記脂肪族ジカルボン酸の環状酸無水物等が挙げられる。これらの内、脂肪族ジカルボン酸の誘導体としては、アジピン酸及びコハク酸のメチルエステル、又はこれらの混合物が好ましい。
YI値が50以下であるジカルボン酸成分を使用することにより、得られるポリウレタンの着色を抑えることができる。一方、YI値が−20以上であるジカルボン酸成分を使用することにより、その製造に極めて高額の設備投資を要しない他、多大な製造時間を要しないなど経済的に有利である。なお、本明細書におけるYI値は、JIS−K7105に基づく方法で測定される値である。
一般に、ポリエステルポリオールの製造に用いるジオール化合物としては、2個の水酸基を有する、芳香族ジオール化合物、脂肪族ジオール化合物が挙げられ、これらの1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ジオール化合物としては、これらのうち、得られるポリエステルポリオールの取扱いのし易さや物性のバランスの点で、脂肪族ジオール化合物、即ち、直鎖又は分岐の鎖状或いは脂環式ジオール化合物が好ましく、その炭素数の下限値は好ましくは2であり、上限値が好ましくは10、より好ましくは6のものが挙げられる。
この内、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール及び3−メチル−1,5−ペンタンジオールが好ましく、その中でも、エチレングリコール及び1,4−ブタンジオール並びにこれらの混合物が好ましく、更には、1,4−ブタンジオールを主成分とするもの、又は、1,4−ブタンジオールが特に好ましい。
ここでいう「主成分とする」とは、全ジオール化合物に対して、通常50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは70モル%以上、特に好ましくは90モル%以上であることをさす。
芳香族ジオール化合物の具体例としては、例えば、ヒドロキノン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、4,4’−ジヒドロキシジフェニル、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン及びビス(p−ヒドロキシフェニル)−2,2−プロパン等が挙げられる。
両末端ヒドロキシポリエーテルの具体例としては、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリ1,3−プロパンジオール及びポリ1,6−ヘキサメチレングリコール等が挙げられる。また、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合ポリエーテル等を使用することもできる。
前記制御により、不純物自体の着色や不純物により促進されるジオール化合物の酸化反応が抑制され、例えば、1,4−ブタンジオールを使用する場合の2−(4−ヒドロキシブチルオキシ)テトラヒドロフラン等のジオール化合物の酸化生成物によるポリウレタンの着色を防止することができる。
本発明におけるポリエステルポリオールは、前記ジカルボン酸成分とジオール化合物とをエステル化及び/又はエステル交換反応させることにより製造される。
また、好ましいチタン化合物としては、例えば、チタン(オキシ)アセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタン(ジイソプロポキシド)アセチルアセトネート、チタンビス(アンモニウムラクテイト)ジヒドロキシド、チタンビス(エチルアセトアセテート)ジイソプロポキシド、チタン(トリエタノールアミネート)イソプロポキシド、ポリヒドロキシチタンステアレート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネート及びブチルチタネートダイマー等も挙げられる。
反応時間は、下限が通常10分であることが好ましく、上限が通常10時間であることが好ましく、より好ましくは5時間である。
本発明のポリウレタンの製造に用いられるポリエステルポリオールとしては、以下の組み合わせでジカルボン酸成分とジオール化合物とをエステル化又はエステル交換反応させて製造されたポリエステルポリオールが具体的に例示できる。
本発明のポリエステルポリオールは常温で固体であっても液体(液状)であっても特に制限されないが、取り扱いの上では常温で液体であるのが好ましい。
ポリエステルポリオール中に共有結合された官能基以外で含まれる窒素原子含有量は主に原料中の窒素原子に由来するものであるが、ポリエステルポリオール中に共有結合された官能基以外で含まれる窒素原子含有量が20ppm以下であると得られるポリウレタンの着色が少なくなる。
色調b値が1.5以下であるポリエステルポリオールは、例えばこのポリエステルポリオールを原料とするポリウレタンのフィルム及びシート等の使用用途が制限されないという利点を有する。一方、色調b値が−2以上であるポリエステルポリオールは、ポリエステルポリオールを製造する製造プロセスが煩雑ではなく、極めて高額の設備投資が不要であり経済的に有利である。
次に、本発明によるポリウレタンの製造方法について説明する。
本発明においては、炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量を制御して前述のポリエステルポリオールを製造し、このポリエステルポリオールとイソシアネート化合物とを反応させてポリウレタンを製造する。この際、必要に応じて鎖延長剤を用いてもよい。
本発明において用いられるイソシアネート化合物としては、例えば、2,4−もしくは2,6−トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート及びα,α,α′,α′−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香環を有する脂肪族ジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,2,4−又は2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート及び1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート(水添TDI)、1−イソシアネート−3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(IPDI)、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びイソプロピリデンジシクロヘキシル−4,4′−ジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
イソシアネート化合物の使用量を上記上限以下とすることにより、未反応のイソシアネート基が好ましくない反応を起こすのを防ぎ、所望の物性が得られ易い。また、イソシアネート化合物の使用量を上記下限以上とすることにより、得られるポリウレタンの分子量が十分に大きくなり、所望の性能を発現させることができる。
本発明においては、必要に応じて2つ以上の活性水素を有する鎖延長剤を用いてもよい。鎖延長剤は、主として、2個以上の水酸基を有する化合物及び2個以上のアミノ基を有する化合物に分類される。この中でも、ポリウレタン用途には短鎖ポリオール、具体的には2個以上の水酸基を有する化合物を、ポリウレタンウレア用途には、ポリアミン化合物、具体的には2個以上のアミノ基を有する化合物が好ましい。
また、鎖延長剤として、分子量(数平均分子量)が500以下の化合物を併用すると、ポリウレタンエラストマーのゴム弾性が向上するために、物性上更に好ましい。
これらの鎖延長剤のうち、イソシアネート化合物として芳香族ポリイソシアネートを使用する時には水酸基を有するものが、一方、脂肪族ポリイソシアネートを使用する時にはアミノ基を有するものが好ましい。また、これらの鎖延長剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
鎖延長剤の使用量を上記上限以下とすることにより、得られるポリウレタン(又はポリウレタンウレア)が硬くなりすぎるのを防ぎ、所望の特性が得られ、溶媒に溶け易く加工が容易である。また、上記下限以上とすることにより、得られるポリウレタン(又はポリウレタンウレア)が柔らかすぎることなく、十分な強度、弾性回復性能又は弾性保持性能が得られ、高温特性を向上させることができる。
本発明においてはまた、得られるポリウレタンの分子量を制御する目的で、必要に応じて1個の活性水素基を持つ鎖停止剤を使用することもできる。これらの鎖停止剤としては、水酸基を有するメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール及びヘキサノール等の脂肪族モノヒドロキシ化合物、並びにアミノ基を有するモルホリン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン及びジエタノールアミン等の脂肪族モノアミンが例示される。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明においてはまた、得られるポリウレタンの耐熱性や強度を上げる目的で、必要に応じて3個以上の活性水素基やイソシアネート基を持つ架橋剤を使用することができる。これらの架橋剤にはトリメチロールプロパンやグリセリン並びにそのイソシアネート変性物、ポリメリックMDI等が使用できる。
本発明においては、前述のポリエステルポリオールとイソシアネート化合物と、必要に応じて、上述の鎖延長剤、鎖停止剤等を用いて、原料中の炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量を制御してポリウレタンを製造する。
ポリウレタンの製造方法としては、例えば、一段法及び二段法が挙げられる。
また、二段法とは、まずポリエステルポリオールとイソシアネート化合物を反応させて両末端がイソシアネート基のプレポリマーを調製した後に、プレポリマーと鎖延長剤を反応させる方法(以下、「イソシアネート基末端の二段法」とも言う)である。また、両末端が水酸基のプレポリマーを調製した後に、プレポリマーとイソシアネート化合物とを反応させる方法も挙げられる。
プレポリマーをいったん調製した後に鎖延長剤と反応させることにより、ソフトセグメント部分の分子量を調整しやすく、ソフトセグメントとハードセグメントの相分離がしっかりとなされやすく、エラストマーとしての性能を出しやすい特徴がある。
特に鎖延長剤がジアミンの場合には、ポリエステルポリオールの水酸基と比較して、イソシアネート基との反応速度が大きく異なるため、プレポリマー法でポリウレタンウレア化を実施することがより好ましい。
一段法とは、ワンショット法とも呼ばれ、ポリエステルポリオール、イソシアネート化合物及び鎖延長剤を一緒に仕込むことで反応を行う方法である。各化合物の使用量は、上記記載の量を使用すればよい。
ワンショット法は溶媒を用いても用いなくてもよい。溶媒を用いない場合は、イソシアネート化合物とポリエステルポリオール等を低圧発泡機や高圧発泡機を使用して反応させてもよいし、高速回転混合機を使用して攪拌混合して反応させてもよい。
これら有機溶媒の中でも、溶解性の観点から、非プロトン性極性溶媒が好ましい。非プロトン性極性溶媒の好ましい具体例を挙げると、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン及びジメチルスルホキシドが挙げられ、より好ましくはN,N−ジメチルホルムアミド及びN,N−ジメチルアセトアミドが挙げられる。
前記反応当量比を1.5以下とすることにより、過剰のイソシアネート基が副反応を起こしてポリウレタンの物性に好ましくない影響を与えるのを防ぐことができる。また、0.50以上とすることにより、得られるポリウレタンの分子量が十分に上がり、強度又は熱安定性に問題を生じるのを防ぐことができる。
触媒としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジブチル錫ジラウレ−ト、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジネオデカネート、オクチル酸第一錫、酢酸、燐酸、硫酸、塩酸及びスルホン酸等が挙げられる。
安定剤としては、例えば、2,6−ジブチル−4−メチルフェノール、ジステアリルチオジプロピオネ−ト、ジ−β−ナフチルフェニレンジアミン及びトリ(ジノニルフェニル)フォスファイト等が挙げられる。
二段法は、プレポリマー法ともよばれ、あらかじめイソシアネート化合物とポリエステルポリオールとを、好ましくは0.1〜10.00の反応当量比で反応させたプレポリマーを製造する。次いで該プレポリマーにイソシアネート化合物、鎖延長剤である活性水素化合物成分を加えて2段階反応させる。特にポリエステルポリオールに対して当量以上のイソシアネート化合物を反応させて両末端NCOプレポリマーを得、続いて鎖延長剤である短鎖ジオール又はジアミンを作用させてポリウレタンを得る方法が有用である。
本発明では、これら有機溶媒の中でも、溶解性の観点から、非プロトン性極性溶媒が好ましい。非プロトン性極性溶媒の好ましい具体例を挙げると、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン及びジメチルスルホキシドが挙げられ、より好ましくはN,N−ジメチルホルムアミド及びN,N−ジメチルアセトアミドが挙げられる。
触媒としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジブチル錫ジラウレ−ト、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジネオデカネート、オクチル酸第一錫、酢酸、燐酸、硫酸、塩酸及びスルホン酸等が挙げられる。
ただし、鎖延長剤が短鎖脂肪族アミン等の反応性の高いものの場合は、触媒を添加せずに実施することが好ましい。
安定剤としては、例えば、2,6−ジブチル−4−メチルフェノール、ジステアリルチオジプロピオネ−ト、ジ−β−ナフチルフェニレンジアミン及びトリ(ジノニルフェニル)フォスファイト等が挙げられる。
本発明のポリウレタンの製造方法により製造されるポリウレタン(以下「本発明のポリウレタン」と称す場合がある。)は以下のような物性を示すことが好ましい。
本発明のポリウレタンの物性は、ポリブチレンサクシネート又はポリブチレンサクシネートアジペートのような脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸から得られるポリエステルポリオールを原料とするポリウレタンを例に説明すると、23℃における引張破断応力が5〜150MPa、破断伸度が100〜1500%、というような非常に幅広い物性特性を保有することが好ましい。
また、特定の用途を対象とした場合には、前記のような範囲の域を超えた、任意の広範囲の特性を保有するポリウレタンとすることができる。これらの特性は、使用目的に応じて、ポリウレタン原料や添加物の種類、重合条件或いは成形条件等を変えることにより任意に調整することができる。
前記硫黄含有量を50ppm以下とすることにより、ポリウレタンの熱安定性又は耐加水分解性を向上させることができる。また、0.001ppm以上とすることにより、精製コストが著しく高くなるのを防ぎ、ポリウレタンの製造においては経済的に有利である。
YI値が20以下であるポリウレタンは、フィルム及びシート等の使用用途が制限されないという利点を有する。一方、YI値が−20以上であるポリウレタンは、ポリウレタンを製造するための製造プロセスが煩雑となることが無く、極めて高額の設備投資が不要であり、経済的に有利である。
前記分子量を100万以下とすることにより、溶液粘度が高くなり過ぎるのを防ぎ、取り扱い性が向上する。また、1万以上とすることにより、得られるポリウレタンの物性が低下し過ぎるのを防ぐことができる。分子量分布を1.5以上とすることにより、ポリウレタン製造の経済性が悪化し過ぎるのを防ぎ、得られるポリウレタンの弾性率が向上する。また、3.5以下とすることにより溶液粘度が高くなり過ぎるのを防ぎ、取り扱い性が向上し、また、得られるポリウレタンの弾性率が高くなり過ぎるのを防ぎ、弾性回復性が向上する。
前記分子量を100万以下とすることにより、溶融粘度が高くなり過ぎるのを防ぎ、取り扱い性が良好となる。また、5万以上とすることにより、得られるポリウレタンの物性が低下し過ぎるのを防ぐことができる。分子量分布を1.5以上とすることにより、ポリウレタン製造の経済性が良好となり、得られるポリウレタンの弾性率を向上することができる。また、3.5以下とすることにより、溶融粘度が高くなり過ぎるのを防ぎ、取り扱い性が良好となり、また、得られるポリウレタンの弾性率が高くなり過ぎるのを防ぎ、弾性回復性を向上することができる。
ポリウレタン溶液は、特に指定はされないが、長期にわたり保存する場合は窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で保存することが好ましい。
本発明のポリウレタンには、必要に応じて各種の添加剤を加えてもよい。これらの添加剤としては、例えば、CYANOX1790[CYANAMID(株)製]、IRGANOX245、IRGANOX1010[以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ(株)製]、Sumilizer GA−80(住友化学(株)製)及び2,6−ジブチル−4−メチルフェノール(BHT)等の酸化防止剤、TINUVIN622LD、TINUVIN765[以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ(株)製]、SANOL LS−2626、LS−765[以上、三共(株)製]等の光安定剤、TINUVIN328及びTINUVIN234(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ(株)製)等の紫外線吸収剤、ジメチルシロキサンポリオキシアルキレン共重合体等のシリコン化合物、赤燐、有機リン化合物、リン及びハロゲン含有有機化合物、臭素又は塩素含有有機化合物、ポリリン酸アンンモニウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン等の添加及び反応型難燃剤、二酸化チタン等の顔料、染料及びカーボンブラック等の着色剤、カルボジイミド化合物等の加水分解防止剤、ガラス短繊維、カーボンファイバー、アルミナ、タルク、グラファイト、メラミン及び白土等のフィラー、滑剤、油剤、界面活性剤、その他の無機増量剤並びに有機溶媒などが挙げられる。また、水並びに代替フロン等の発泡剤も加えてもよく、特に靴底用ポリウレタンフォームには有用である。
本発明のポリウレタン及びそのポリウレタン溶液は、多様な特性を発現させることができ、フォーム、エラストマー、塗料、繊維、接着剤、床材、シーラント、医用材料、人工皮革等に広く用いることができる。以下、その用途[1]〜[11]を挙げるが、本発明のポリウレタン及びポリウレタン溶液の用途は何ら以下のものに限定されるものではない。
例えば、プラスチックバンパー用塗料、ストリッパブルペイント、磁気テープ用コーティング剤、床タイル、床材、紙、木目印刷フィルムなどのオーバープリントワニス、木材用ワニス、高加工用コイルコート、光ファイバー保護コーティング、ソルダーレジスト、金属印刷用トップコート、蒸着用ベースコート、食品缶用ホワイトコートなど。
以下、本発明のポリウレタンの代表的な用途の一例である人工皮革又は合成皮革について詳細に説明する。
架橋剤としては、例えば、有機ポリイソシアネート、クルードMDI、トリメチロールプロパンのTDIアダクト、トリフェニルメタントリイソシアネート等のポリイソシアネート化合物などが挙げられる。
該ポリイソシアネート化合物としては、例えば、トリメチロールプロパンのTDIアダクト等が挙げられる。触媒としては、例えば、アミン系又は錫系等の触媒が挙げられる。
製造された人工皮革又は合成皮革は衣料用、靴用、鞄用などに使用できる。
<1,4BGの窒素原子含有化合物の窒素原子換算の含有量(質量ppm)>
1,4BG15mgを石英ボートに採取して、微量全窒素分析装置((株)ダイヤインスツルメンツ製 型式:「TN−10型」)を用いて試料を燃焼し、燃焼・化学発光法により定量した。また、その際に使用した標準試料には、トルエン中にアニリンを溶解し、窒素原子換算で0,0.5,1.0,2.0μg/mLのものを作製して使用した。
島津製作所製ガスクロマト分析装置「島津GC−2014型」にて、GLサイエンス社製PEG−20Mカラム(極性)を用い、有効炭素係数より算出した修正面積百分率法により1,4BGなど各ピークの成分の含有量を求めた。
炭素原子数5又は6のケトン及び/又はアルデヒドは、GC−MS及び/又はGC−IRにて検出が可能であり、精製1,4BG中の他成分と区別することができる。これらは2−アセチルテトラヒドロフラン、2−メチルジヒドロ−2H−ピラン−3(4H)−オンと推定される。
・2−アセチルテトラヒドロフラン(以下「ATF」と記す。)
GC−MS(EI):86、71、43、29
GC−IR:2980、2885、1734、1454、1360、1176、1080、925cm−1
・2−メチルジヒドロ−2H−ピラン−3(4H)−オン(以下「MHPO」と記す。)
GC−MS(EI):114、71、42、29
GC−IR:2956、2851、1742、1240、1115cm−1
GBL:ガンマブチロラクトン
1,4HAB:1−アセトキシ−4−ヒドロキシブタン
BGTF:2−(4−ヒドロキシブチルオキシ)テトラヒドロフラン
また、以下において、成分組成を示す「ppm」、「%」はいずれも質量基準の値である。
エステル化反応における留出液について、カールフィッシャー法(三菱化学(株)製「CA−03」で測定)にて水分量を求め、水分以外は有機成分とした。有機成分中のTHF量を上記ガスクロマトグラフ法により求め、THF生成量とした。THF生成量をテレフタル酸に対するモル%で表し、転化率とした。
ウベローデ型粘度計を使用して以下の手順で求めた。即ち、フェノール/テトラクロロエタン(質量比1/1)の混合溶媒を使用し、30℃において、濃度1.0g/dLのPBT溶液および溶媒のみの落下秒数をそれぞれ測定し、下記式で算出した。
IV=((1+4KHηsp)0.5−1)/(2KHC)
但し、ηsp=(η/η0)−1であり、ηはPBT溶液落下秒数、η0は溶媒の落下秒数、CはPBT溶液のPBT濃度(g/dL)、KHはハギンズの定数である。KHは0.33を採用した。
ベンジルアルコール25mLにPBT0.5gを溶解し、水酸化ナトリウムの0.01モル/Lベンジルアルコール溶液を使用して滴定し、下記式で算出した。
末端カルボキシル基濃度=(A−B)×0.1×f/W(当量/トン)
但し、Aは、滴定に要した0.01Nの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の量(μL)、Bはブランクでの滴定に要した0.01モル/Lの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の量(μL)、WはPBT試料の量(g)、fは、0.01モル/Lの水酸化ナトリウムの力価である。
ペレット状のPBTを内径30mm、深さ12mmの円柱状の粉体測定用セルに充填し、測色色差計Color Meter ZE2000(日本電色工業(株))を使用して、反射法により測定セルを90度ずつ回転させて4箇所測定した値の単純平均値として求めた。色調は、L、a、b表色系におけるb値で評価した。b値が低いほど黄ばみが少なく色調が良好であることを示す。
ペレット状のPBS0.25gを、フェノール/テトラクロロエタン(質量比1/1)の混合液を溶媒とし、濃度(c)を0.5g/dl(デシリットル)として、110℃で30分間保持することにより溶解させた後、ウベローデ型毛細粘度管を用いて、30℃で、原液との相対粘度(ηrel)を測定し、この相対粘度(ηrel)−1から求めた比粘度(ηsp)と濃度(c)との比(ηsp/c)を求めた。
ペレット状のPBSを内径30mm、深さ12mmの円柱状の粉体測定用セルに充填し、測色色差計Color Meter ZE2000(日本電色工業(株))を使用して、JIS K7105の方法に基づいて測定した。反射法により測定セルを90度ずつ回転させて4箇所測定した値の単純平均値として求めた。
プレート状のポリエステルポリオールを内径30mm、深さ12mmの円柱状の粉体測定用セルに充填し、測色色差計Color Meter ZE2000(日本電色工業(株))を使用して、反射法により測定セルを90度ずつ回転させて4箇所測定した値の単純平均値として求めた。色調は、L、a、b表色系におけるb値で評価した。b値が低いほど黄ばみが少なく色調が良好であることを示す。
ポリエステルポリオールの数平均分子量は水酸基価(OH価:mgKOH/g)より求めた。フタル化剤と共にポリエステルポリオールサンプルを熱処理してフタル化した後、自動滴定装置を用いて水酸基価を測定した。フタル化剤は無水フタル酸(関東化学(株))70gにピリジン(関東化学(株)特級試薬)500ml加えて溶解させ、一晩静置したものを用いた。ポリエステルポリオールサンプルにフタル化剤を添加する際、水酸基数に応じてサンプル量を調整する必要があり、次式を目安にサンプル量を量り取った。
S=561/N
(S[g]:サンプル質量、N[mgKOH/g]:予想される水酸基価)
200ml三角フラスコにポリエステルポリオールサンプルを量り取り、フタル化剤をホールピペットで正確に25ml注いだ。サンプルが溶解したことを確認後、空冷式冷却管(長さ約40cm)を取り付け、100±2℃に設定したオイルバスで、撹拌せずに1時間加熱した。自動滴定装置は三菱化学アナリテック(株)製 自動滴定装置GT−100を、電極はGTPC15Bを用い、0.5mol/L NaOH水溶液(関東化学(株))で滴定した。
東ソー社製GPC装置(製品名HLC−8220、カラムTSKgelGMH−XL・2本、溶媒は臭化リチウム添加N,N−ジメチルアセトアミド)を使用し、ポリウレタンの標準ポリスチレン換算の重量平均分子量を測定した。
ポリウレタン製造時の水分の分析はカールフィッシャー法を用いて行った。装置は三菱化学(株)製の水分分析計CA−21型を用い、陽極液としてアクアミクロンAKXを、陰極液としてアクアミクロンCXUをそれぞれ使用した。
日本電色工業(株)製測色色差計(製品名ZE−2000)を使用し、内幅1cmの液セルを使用して透過測定を行った。ポリウレタンサンプルはN,N−ジメチルアセトアミドを用いて2倍に希釈し、減圧下で気泡を取り除いた後に使用した。
発酵法から直接製造された1,4BGとして、特表2010−521182号公報及び米国公報US2011/0003355号公報に記載の方法で得、更に脱水した粗1,4BGをGenomatica社より入手し、それを以下の参考例1に示す方法で精製してバイオ法1,4BG(B)(以下、“バイオ法(B)”と略記することがある)を得た。
ブタジエン法によって得られる1,4BG(以下、“ブタジエン法(C)”と略記することがある)は、ブタジエン、酢酸および酸素を用いてアセトキシ化反応を行って、中間体であるジアセトキシブテンを得、そのジアセトキシブテンを水添、加水分解することで得られる。
プロピレン法によって得られる1,4BG(以下、“プロピレン法(D)”と略記することがある)は、プロピレンの酸化により得られるアリルアルコールのオキソ反応により得られる。
バイオ法(B)を得るための粗1,4BGの精製を以下の方法で行った。なお、精製前のバイオ法(B)の粗1,4BGの組成を表1に示す。
ガラス製のロータリーエバポレーターを使用して、まず、粗1,4BGの脱水濃縮を行った。圧力を10.7kPaとし、内温度は175℃で実施した。留出率は10質量%であり、フラスコ内に残った仕込み量に対して90質量%の1,4BG溶液を回収した。この脱水後の1,4BGの組成を表1に示す。
次に、脱水後の1,4BG溶液を原料に用いてガラス製の器具を用いて回分蒸留を行い、複数のフラクションに分離して1,4BGからの高沸分および軽沸分の分離を行った。この際、理論段として3段相当の多段蒸留塔を用いた。塔頂圧力を13.3kPaとし、塔底温度を182℃に制御した。留出温度は軽沸分を除去するとともに上昇し、その後175℃で安定した。この塔頂温度が安定した留分を1,4BGとして採取した。原料仕込み量に対して1,4BGのフラクションを90質量%回収した。この精製1,4BG(バイオ法(B))のフラクションの組成も表1に示す。
<実施例1>
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計、留出管、および減圧用排気口を備えた反応容器に、テレフタル酸113g、バイオ法(B)のロット1の原料1,4BGを183gおよび触媒としてテトラブチルチタネートを予め6質量%溶解させたバイオ法(B)の1,4BG溶液0.7質量部を仕込み、窒素−減圧置換によって系内を窒素雰囲気下にした。次に、系内を攪拌しながら150℃まで加温後、大気圧下、220℃に1時間で昇温させて、さらに2時間生成する水を留出させつつエステル化反応を行った。
次に、酢酸マグネシウム4水塩を水に溶解し、さらに1,4BGに溶解させた酢酸マグネシウム4水塩1質量%のバイオ法(B)のロット1の1,4BG溶液(酢酸マグネシウム4水塩、水、1,4BGの質量比1:2:97)1.3gを添加した。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)の精製で得られたロット2に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)の精製で得られたロット3に変更した以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)の精製で得られたロット4に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)の精製で得られたロット5に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)の精製で得られたロット6に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)の精製で得られたロット7に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)の精製で得られたロット8に変更し、また、重縮合時間を表2に示す時間に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BGをバイオ法(B)に変更し、また、重縮合時間を表2に示す時間に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
実施例1において、原料1,4BG、表2に示す組成のプロピレン法(D)に変更し、また、重縮合時間を表2に示す時間に変更したこと以外は全て同様にPBTを製造した。PBT製造時のTHFへの転化率[%]、重縮合時間[hr]、重縮合速度[dL/g/hr]、PBTの上記測定法による分析結果を併せて表2に示す。
なお、図1,2において、「ND=0質量ppm」として示した。後掲の図3,4においても同様である。
これらの結果より、原料1,4BG中の全C5,C6環状カルボニル含有量、特にMHPO含有量にPBT色調b値が大きく影響を受け、非常に相関の高い近似曲線が引けることが理解できる。
従って、バイオマス資源由来の1,4BGをPBT原料として用いる場合には、原料1,4BG中のMHPO等の炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量を調節することが、色調が良好なPBTの製造に有効であることが分かる。
実施例1において原料1,4BGを、炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物を含まないブタジエン法(C)に変えたこと以外は実施例1と同様にしてPBTを製造した。得られたPBTの色調b値は1.3であった。
比較例3で使用したブタジエン法(C)に試薬4−ヒドロキシ−2−ブタノン(TCI製)(炭素原子数4)を40質量ppm添加して用いたこと以外は全て比較例3と同様にしてPBTを製造した。得られたPBTの色調b値は2.0であった。
比較例3で使用したブタジエン法(C)に試薬4−ヒドロキシ−2−ブタノン(TCI製)(炭素原子数4)を80質量ppm添加して用いたこと以外は全て比較例3と同様にしてPBTを製造した。得られたPBTの色調b値は2.4であった。
比較例3で使用したブタジエン法(C)に試薬メチルビニルケトン(TCI製)(炭素原子数4)を32質量ppm添加して用いたこと以外は全て比較例3と同様にしてPBTを製造した。得られたPBTの色調b値は3.3であった。
比較例3で使用したブタジエン法(C)に試薬ノルマルブチルアルデヒド(Wako製)(炭素原子数4)を600質量ppm添加して用いたこと以外は全て比較例3と同様にしてPBTを製造した。得られたPBTの色調b値は3.3であった。
また、1,4BG中のカルボニル化合物の含有量と得られたPBTの色調b値との相関を図3,4(図4は図3の拡大図)に示す。
色調b値の増加度=(4.9−1.1)/13=0.29
また、比較例4〜7の場合は、比較例3の、カルボニル化合物及び全C5,C6環状カルボニル含有量NDのブタジエン法(C)を用いた場合のPBTの色調b値に対する色調b値の増加量(Δb値)を、カルボニル化合物含有量(ppm)で除した値であり、例えば比較例4では下記の通り算出される。
色調b値の増加度=(2.0−1.3)/40=0.018
上記の結果より、原料1,4BG中の炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量のPBTの色調b値への影響が、他の一般的なカルボニル化合物(ケトン、アルデヒド、不飽和カルボニル)の色調b値への影響に比較して、非常に大きいことが理解できる。
<実施例9>
(重縮合用触媒の調製)
撹拌装置付きのガラス製ナス型フラスコに酢酸マグネシウム・4水和物を100g入れ、更に1500gの無水エタノール(純度99質量%以上)を加えた。更にエチルアシッドホスフェート(モノエステル体とジエステル体の混合質量比は45:55)を130.8g加え、23℃で撹拌を行った。15分後に酢酸マグネシウムが完全に溶解したことを確認後、テトラ−n−ブチルチタネートを529.5g添加した。更に10分間撹拌を継続し、均一混合溶液を得た。この混合溶液を、ナス型フラスコに移し、60℃のオイルバス中でエバポレーターによって減圧下で濃縮を行った。1時間後に殆どのエタノールが留去され、半透明の粘稠な液体を得た。オイルバスの温度を更に80℃まで上昇させ、5Torrの減圧下で更に濃縮を行い粘稠な液体を得た。この液体状の触媒を、1,4−ブタンジオールに溶解させ、チタン原子含有量が3.5質量%となるよう調製した。1,4−ブタンジオール中における保存安定性は良好であり、窒素雰囲気下40℃で保存した触媒溶液は少なくとも40日間析出物の生成は認められなかった。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧用排気口を備えた反応容器に、原料としてコハク酸68.4質量部、実施例5で使用したバイオ法(B)のロット4の1,4BG67.8質量部および、リンゴ酸0.25質量部を仕込み、窒素−減圧置換によって系内を窒素雰囲気下にした。次に、系内を撹拌しながら60分かけて230℃まで昇温し、窒素大気圧下で、生成する水やテトラヒドロフランを留去させながら230℃で60分間エステル化反応させた。エステル化反応終了後、上記の触媒溶液を添加し、重縮合反応を開始した。触媒液の添加量は、得られるポリエステルあたりチタン原子換算量として50質量ppmとなる量とした。重縮合反応は、系内を攪拌しながら30分間、230℃に保持した後、30分かけて250℃まで昇温して保持する温度条件で行った。一方、圧力は重縮合開始から90分で0.13kPaまで減圧し、更に0.13kPaの減圧下で153分反応させてPBSを得た。
得られたPBSの還元粘度は2.0dl/gで、YI値は19であった。
<実施例10>
1,4BGとして、参考例1で得られた精製1,4BGのロット8を用い、以下の方法でポリエステルポリオールを製造した。
100mlの目盛り付きエステル管、100mlの滴下漏斗、温度計と撹拌棒とを備えた1L四ツ口フラスコを用いて、オイルバス中で加熱して以下の条件で脱水縮合を行った。
アジピン酸(和光純薬(株))321.2gに1,4BG241.5gを加えて内温150℃で30分加熱した後、約1時間掛けて内温220℃まで昇温した。内温220℃到達後、600torrまで減圧して、エステル管内からフラスコへ適切な還流量になるようにトルエン(和光純薬(株))を添加した。減圧開始後10分後にチタンテトライソプロポキシド(和光純薬(株))を0.0264ml添加した。反応生成水の酸価を随時測定し、酸価が0.5KOHmg/gになるまで加熱を行った。反応生成水は79.3gであった。反応終了後、30torr、内温140℃でトルエンを留去して、484gのポリエステルポリオールを得た。得られたポリエステルポリオールの数平均分子量(Mn)は1400であり、色調b値は−0.5であった。
1,4BGとして、参考例1と同様の方法で得られた脱水蒸留後の1,4BG(参考例1とは粗1,4BGのロットが異なる)を用いた以外は実施例10と同様の方法でポリエステルポリオールを製造した。得られたポリエステルポリオールの数平均分子量(Mn)は1400であり、色調b値は9.8であった。
1,4BGとして、炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物を含まないブタジエン法(C)を用いた以外は実施例10と同様にしてポリエステルポリオールを製造した。得られたポリエステルポリオールの数平均分子量(Mn)は1400であり、色調b値は0.6であった。
<実施例11>
1,4BGとして、参考例1で得られた精製1,4BGのロット5を用いたこと以外は実施例10と同様にしてポリエステルポリオールを製造した。このときの反応生成水は79.2gで、482gのポリエステルポリオールを得た。得られたポリエステルポリオールの数平均分子量(Mn)は2000であった。
1,4BGとして、参考例1におけるバイオ法(B)を用いて、実施例10と同様にポリエステルポリオールを製造し、このポリエステルポリオールと、鎖延長剤として、バイオ法(B)の1,4BGを用いた以外は、実施例11と同様にしてポリウレタンを製造した。MDI添加量が当量に対して0.95倍の時点でポリウレタンのMwは8.4万であり、ポリウレタンの色調YIは1.12であった。このポリウレタンを密閉容器内で冷暗所に保存した。1週間経過後に再度ポリウレタンの色調YIを測定した結果、44.35であった。
参考例2で得たポリエステルポリオールを用い、鎖延長剤として炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物を含まないブタジエン法(C)を用いたこと以外は、実施例11と同様にしてポリウレタンを製造した。MDI添加量が当量に対して0.95倍の時点でポリウレタンのMwは4.9万であり、ポリウレタンの色調YIは0.75であった。このポリウレタンを密閉容器内で冷暗所に保存した。1週間経過後に再度ポリウレタンの色調YIを測定した結果、0.93であった。
Claims (16)
- ジカルボン酸成分とバイオマス資源由来物質から発酵法により直接製造されたジオールとを原料とするポリエステルの製造方法であって、該ジオール中の炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量が12質量ppm以下であり、該炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物が、下記式(I)、式(II)及び式(III)で表される構造を有する化合物からなる群より選ばれる1以上の化合物であるポリエステルの製造方法。
- 前記ジオール中の前記式(III)で表される構造を有する化合物の含有量が6質量ppm以下である請求項1に記載のポリエステルの製造方法。
- 前記ジオールが1,4−ブタンジオールであり、前記ジカルボン酸成分がテレフタル酸及びテレフタル酸アルキレートのうちの少なくとも1つであって、前記ポリエステルがポリブチレンテレフタレートである請求項1又は請求項2に記載のポリエステルの製造方法。
- 前記1,4−ブタンジオールが1−アセトキシ−4−ヒドロキシブタンを1〜99質量ppm含む請求項3に記載のポリエステルの製造方法。
- 前記ジオール中の窒素原子化合物の含有量が窒素原子換算で0.1〜50質量ppmである請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のポリエステルの製造方法。
- ジカルボン酸成分とバイオマス資源由来物質から発酵法により直接製造されたジオールとを原料とするポリエステルポリオールの製造方法であって、該ジオール中の炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量が100質量ppm以下であり、該炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物が、下記式(I)、式(II)及び式(III)で表される構造を有する化合物からなる群より選ばれる1以上の化合物であるポリエステルポリオールの製造方法。
- 前記ジオール中の前記式(III)で表される構造を有する化合物の含有量が50質量ppm以下である請求項6に記載のポリエステルポリオールの製造方法。
- 前記ジオールが1,4−ブタンジオールであり、前記ジカルボン酸成分がアジピン酸であって、前記ポリエステルポリオールがポリブチレンアジペートである請求項6又は請求項7に記載のポリエステルポリオールの製造方法。
- 前記1,4−ブタンジオールが1−アセトキシ−4−ヒドロキシブタンを1〜99質量ppm含む請求項8に記載のポリエステルポリオールの製造方法。
- 前記ジオール中の窒素原子化合物の含有量が窒素原子換算で0.1〜50質量ppmである請求項6〜請求項9のいずれか1項に記載のポリエステルポリオールの製造方法。
- 請求項6〜請求項10のいずれか1項に記載のポリエステルポリオールの製造方法で製造されたポリエステルポリオールとイソシアネート化合物とを反応させるポリウレタンの製造方法。
- ポリエステルポリオールとイソシアネート化合物とを反応させる工程を有するポリウレタンの製造方法であって、該ポリエステルポリオール及び該ポリエステルポリオールの製造原料に用いるジオールが、バイオマス資源由来物質から発酵法により直接製造されたジオールであって、該ジオール中の炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物の含有量が12質量ppm以下であり、該炭素原子数5又は6の環状カルボニル化合物が、下記式(I)、式(II)及び式(III)で表される構造を有する化合物からなる群より選ばれる1以上の化合物であるポリウレタンの製造方法。
- 前記ジオール中の前記式(III)で表される構造を有する化合物の含有量が6質量ppm以下である請求項12に記載のポリウレタンの製造方法。
- 前記ジオールが1,4−ブタンジオールであり、前記ポリエステルポリオールがポリブチレンアジペートである請求項12又は請求項13に記載のポリウレタンの製造方法。
- 前記1,4−ブタンジオールが1−アセトキシ−4−ヒドロキシブタンを1〜99質量ppm含む請求項14に記載のポリウレタンの製造方法。
- 前記ジオール中の窒素原子化合物の含有量が窒素原子換算で0.1〜50質量ppmである請求項12〜請求項15のいずれか1項に記載のポリウレタンの製造方法。
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