JP6713534B2 - ポリエステル重合用触媒、ポリエステル樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、トナーの結着樹脂に用いられるポリエステル樹脂の製造に用いられる触媒としては、触媒活性のみならず、帯電性等のトナー性能に与える影響を考慮して、酸化ジブチル錫等の錫化合物が汎用されているが、近年、安全性等の観点から、酸化ジブチル錫等のSn−C結合を有する錫化合物よりも、チタン化合物が触媒として好ましく使用される傾向がある(特許文献1参照)。
しかしながら、特定のチタン化合物を触媒として使用すると、反応時間が極端に長くなり樹脂が着色するという課題がある。そこで、反応時間を短縮させるため、種々の添加剤が検討されている。例えば、特許文献2では酢酸マグネシウム・4水和物が例示されている。しかしながら、これらのマグネシウム化合物では反応時間の短縮にはつながるものの、更なる改善の余地があった。
Mg−O−(C)a−Q (1)
(aは1〜4で表される整数であり、Qは窒素原子または硫黄原子である)
本発明のポリエステル重合用触媒は、マグネシウム化合物(A)を必須成分として含む。また、この触媒は、チタン化合物(B)や、その他の触媒成分を含んでもよい。
マグネシウム化合物(A)は、式(1)で表される結合部を有する。マグネシウム化合物(A)がこのような結合部を有する場合、アルコール成分および酸成分の縮重合反応が促進される。aは、1〜4で表される整数(1,2,3,又は4)である。Qは窒素原子または硫黄原子である。(C)aは、aが1の場合は1つの炭素原子であり、aが2〜4の場合は、直鎖状に結合されたa個の炭素原子を意味する。
Mg−O−(C)a−Q (1)
Ti−O結合を有さないマグネシウム化合物(A1)は、好ましくは、式(3)で表される構造を有する。X1は、−(CR1 2)a−N(−Y1)2であるか、−(CR1 2)a−S−Y1であるか、又は2つのX1が式(4)又は式(19)で置換される。Y1は、R2であるか、又は2つのY1が式(5)で置換される。R2は、置換基を有してもよい炭素数1〜28のアルキル基である。R2の炭素数は、好ましくは1〜4である。R2の炭素数は、具体的には例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。置換基としては、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アミノ基、アミノアルコキシ基などが挙げられる。R2としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ステアリル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシイソプロピル基、ヒドロキシブチル基等があげられる。
アミノアルコールとしてはモノアルカノールアミン化合物、ジアルカノールアミン化合物、トリアルカノールアミン化合物等のアルカノールアミン化合物、トリアルキルアミン等のアルキルアミン化合物等が挙げられ、これらの中ではアルカノールアミンが好ましく、トリアルカノールアミンがより好ましい。
Ti−O結合を有するマグネシウム化合物(A2)は、好ましくは、式(6)で表される結合部を有する。式(6)の結合部は、式(1)の結合部に含まれるQから始まるQ−(C)a−O−Ti結合部を有する。Q−(C)a−O−Ti結合部は、マグネシウム化合物(A2)の安定化に寄与するので、マグネシウム化合物(A2)が式(6)の結合部を有することによってマグネシウム化合物(A2)が長期間に渡って高い触媒活性を維持する。Mgに対するTiの原子比は、0.1〜10が好ましく、0.2〜5がさらに好ましく、0.5〜2がさらに好ましい。
チタン化合物(B)としては、例えば、上述したチタンアルコキシドを用いることができ、特に、反応性及び着色性の観点から、チタンジイソプロポキシビストリエタノールアミネートが好ましい。チタン化合物(B)をマグネシウム化合物(A)と併用することによって、アルコール成分および酸成分の縮重合反応がさらに促進される。また、チタン化合物(B)は、マグネシウム化合物(A1),(A2)のどちらと併用してもよいが、マグネシウム化合物(A1)と併用した場合の方が併用効果が顕著である。
本発明のポリエステル樹脂は、必要に応じて、他の触媒成分、例えば、ピロガロール、没食子酸及び没食子酸エステルを含むことができる。
他の触媒成分としては、例えば、ジブチル錫オキサイド、三酸化アンチモン、酢酸鉄、酢酸亜鉛、酢酸カルシウム、酢酸アルミニウム、酢酸鉛、ホウ酸亜鉛、ホウ酸鉛、塩化亜鉛、塩化アルミニウムなどの既知の触媒が挙げられる。
本発明のポリエステル樹脂は、ポリエステル重合用触媒の存在下で、アルコール成分および酸成分を縮重合させて得られる。ポリエステル重合用触媒を反応系に添加する時期は、反応開始前及び反応途中のいずれであってもよいが、縮重合反応の促進に対してより高い効果が得られる観点から、反応温度に達するより前の時点であることが好ましく、反応開始前であることがより好ましい。なお、本発明において、反応開始前とは、縮重合反応に伴う水が生成されていない状態を意味する。
また、前記縮重合反応は、不活性ガス雰囲気中にて、180〜250℃の温度で行うことが好ましい。更に、前記縮合反応は、常圧又は減圧下で行うことが好ましく、具体的には、4〜102kPaの圧力下で行うことが好ましい。
また、縮重合反応におけるチタン化合物(B)の含有量は、特に制限されないが、通常、アルコール成分と酸成分との合計固形分100質量部に対して、0.001〜2.0質量部が好ましく、0.05〜1.5質量部がより好ましく、0.1〜1.0質量部がさらに好ましい。
アルコール成分としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチルペンタンジオール、ジエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−メチル−1、3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、水添ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物またはプロピレンオキサイド付加物、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等の二価以上の多価アルコールが挙げられる。また、1価のアルコールを、分子量調整や耐オフセット性向上の観点から、適宜含有させてもよい。これらのアルコール成分は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸成分としては、例えば、安息香酸、p−t−ブチル安息香酸等のモノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、n-ドデシルコハク酸、n-ドデセニルコハク酸等の脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;トリメリット酸、ピロメリット酸等の3価以上の多価カルボン酸;及びこれらの酸の無水物、アルキル(炭素数1〜3)エステル;ロジン;フマル酸、マレイン酸、アクリル酸等で変性されたロジン等が挙げられる。モノカルボン酸及び、芳香族ジカルボン酸及び飽和脂肪族ジカルボン酸等の二塩基酸は、各々1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、3価以上の多塩基酸も1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
1−1.Ti−O結合を有さないマグネシウム化合物(A1)の製造
<製造例1 マグネシウム化合物A1aの製造>
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにトリエタノールアミンを27.9g入れ、撹拌を開始した後、10.70gのマグネシウムジエトキシドを加えた。80℃まで加熱して1時間反応させた。その後、30Torrの減圧下で濃縮を行い、生成するエタノールを留去した。白色固体のマグネシウム化合物A1aを18.44g得た。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにN-ブチルジエタノールアミンを19.7g入れ、撹拌を開始した後、7.00gのマグネシウムジエトキシドを加えた。80℃まで加熱して1時間反応させた。その後、30Torrの減圧下で濃縮を行い、生成するエタノールを留去した。高粘調褐色液体のマグネシウム化合物A1bを18.23g得た。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにN,N−ジブチルエタノールアミンを39.40g入れ、撹拌を開始した後、3.10gのマグネシウムジエトキシドを加えた。100℃まで加熱して1時間反応した。さらに30Torrの減圧下で濃縮を行った。N,N−ジブチルエタノールアミンの希釈溶液として黄白色液体のマグネシウム化合物A1cを38.48g得た。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにジエタノールアミンを52.13g入れ、撹拌を開始した後、14.76gのマグネシウムジエトキシドを加えた。90℃まで加熱して1時間反応した。さらに30Torrの減圧下で濃縮を行った。ジエタノールアミンの希釈溶液として黄白色液体のマグネシウム化合物A1dを53.85g得た。
撹拌子を入れた10mlのガラス製ナス型フラスコにN,N−ジブチルブタノールアミンを0.70g入れ、撹拌を開始した後、0.23gのマグネシウムジエトキシドを加えた。100℃まで加熱して1時間反応させた。その後、20Torrの減圧下で濃縮を行った。褐色液体のマグネシウム化合物A1eを0.82g得た。
撹拌子を入れた50mlのガラス製ナス型フラスコに2,2−チオジエタノールを4.23gとブタノールを25.65g入れ、撹拌を開始した後、3.96gのマグネシウムジエトキシドを加えた。150℃まで加熱してブタノールおよび生成するエタノールを留去しながら1時間反応させた。その後、20Torrの減圧下で濃縮を行った。白色個体のマグネシウム化合物A1fを5.39g得た。
<製造例7 マグネシウム化合物A2aの製造>
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにトリエタノールアミンを53.99g入れ、撹拌を開始した後、17.15gのチタンテトライソプロポキシドを滴下して加えた。発熱反応が収まったのを確認後、100℃まで加熱して生成するイソプロパノールを留去した。さらに30Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。橙色の透明な粘調液体を得た。続いて、マグネシウムジエトキシドを6.90g入れ、85℃まで加熱して生成するエタノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。濃橙色の粘調液体54.49gを得た(A2a)。A2aのIR測定の結果、795cm−1付近に新たなピークの出現が認められた。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにトリエタノールアミンを45.76g入れ、撹拌を開始した後、21.81gのチタンテトライソプロポキシドを滴下して加えた。発熱反応が収まったのを確認後、90℃まで加熱して生成するイソプロパノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。橙色の透明な粘調液体を得た。続いて、マグネシウムジエトキシドを4.39g入れ、85℃まで加熱して生成するエタノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。濃橙色の粘調液体44.48gを得た(A2b)。A2bのIR測定の結果、795cm−1付近に新たなピークの出現が認められた。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにトリエタノールアミンを54.91g入れ、撹拌を開始した後、17.44gのチタンテトライソプロポキシドを滴下して加えた。発熱反応が収まったのを確認後、100℃まで加熱して生成するイソプロパノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。橙色の透明な粘調液体を得た。続いて、マグネシウムジエトキシドを3.51g入れ、90℃まで加熱して生成するエタノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。濃橙色の粘調液体51.45gを得た(A2c)。A2cのIR測定の結果、795cm−1付近に新たなピークの出現が認められた。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにトリエタノールアミンを36.82g入れ、撹拌を開始した後、17.54gのチタンテトライソプロポキシドを滴下して加えた。発熱反応が収まったのを確認後、90℃まで加熱して生成するイソプロパノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。橙色の透明な粘調液体を得た。続いて、マグネシウムジエトキシドを2.35g入れ、90℃まで加熱して生成するエタノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。濃橙色の粘調液体33.63gを得た(A2d)。A2dのIR測定の結果、795cm−1付近に新たなピークの出現が認められた。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにトリエタノールアミンを36.82g入れ、撹拌を開始した後、マグネシウムジエトキシドを2.35g入れた。90℃まで加熱して生成するエタノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。橙色懸濁液を得た。続いて、21.01gのチタンテトラブトキシドを滴下して加えた。発熱反応が収まったのを確認後、115℃まで加熱して1時間反応を行った。冷却後ろ過により不溶物を除去し、78%ブタノール溶液として、橙色の透明液体52.77gを得た(A2e)。A2eのIR測定の結果、797cm−1付近に新たなピークの出現が認められた。
撹拌装置付き100mlのガラス製ナス型フラスコにジエタノールアミンを35.38g入れ、撹拌を開始した後、マグネシウムジエトキシドを4.81g入れた。90℃まで加熱して生成するエタノールを留去した。さらに20Torrの減圧下でさらに濃縮を行った。橙色透明溶液を得た。続いて、28.63gのチタンテトラブトキシドを滴下して加えた。発熱反応が収まったのを確認後、ブタノール15.06gを加え、115℃まで加熱して1時間反応を行った。50%ブタノール溶液として、白色エマルジョン78.26gを得た(A2f)。A2fのIR測定の結果、781cm−1付近に新たなピークの出現が認められた。
ポリオキシプロピレン(2.1)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(BPA−PO)124.27g(0.36モル)、テレフタル酸49.88g(BPA−PO100モルに対して80モル)、表1に示す触媒を、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した300ミリリットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、230〜235℃で反応率が93%に到達するまで反応させた後、さらに8KPaで軟化点が100℃に達するまで反応させて、ポリエステルを得た。反応率が93%に到達したときの反応時間を表1に示す。なお、表1中の触媒組成の数値は、BPA−PO及びテレフタル酸の合計質量を100質量部としたときの質量部である。
マグネシウムジエトキシド:和光純薬工業株式会社製
酢酸マグネシウム4水和物:関西触媒化学社製
チタンジイソプロポキシビストリエタノールアミネート:Aldrich社製
テトラブチルチタネート:和光純薬工業株式会社製
チタンジイソプロポキシビスアセチルアセトナート、75%イソプロピルアルコール溶液:東京化成工業社製
Claims (7)
- マグネシウム化合物(A)を含むポリエステル重合用触媒であって、
前記マグネシウム化合物(A)は、式(8)で表される構造を有する、ポリエステル重合用触媒。
X 2 −O−Mg−O−X 2 (8)
(X 2 は、−(CR 1 2 ) a −N(−Y 2 ) 2 であるか、−(CR 1 2 ) a −S−Y 2 であるか、又は2つのX 2 が式(9)又は式(20)で置換され、Y 2 は、R 2 であるか、又は2つのY 2 が式(10)又は(11)で置換され、R 2 は、置換基を有してもよい炭素数1〜28のアルキル基である。)
- R 2 は、−(CR 1 2 ) b −Z 2 である、請求項1に記載のポリエステル重合用触媒。
(bは、1〜28であり、Z 2 は、水素、水酸基、−O−Mg−O−X 2 、又は−O−Ti(−O−X 2 ) 3 であり、X 2 の定義は、式(8)と同じであり、R 1 は、水素又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。) - 前記マグネシウム化合物(A)は、Ti−O結合を有さない、請求項1又は請求項2に記載のポリエステル重合用触媒。
- 更に、チタン化合物(B)を含む、請求項1〜請求項3の何れか1つに記載のポリエステル重合用触媒。
- 前記マグネシウム化合物(A)と前記チタン化合物(B)との含有割合が、モル比(前記マグネシウム化合物(A)中のマグネシウム原子/前記チタン化合物(B)中のチタン原子)で0.01〜2.0である、請求項4に記載のポリエステル重合用触媒。
- 請求項1〜請求項5の何れか1つに記載のポリエステル重合用触媒の存在下で、アルコール成分および酸成分を縮重合させる工程を備える、ポリエステル樹脂の製造方法。
- 縮重合の際に、前記ポリエステル樹脂の原料モノマー100質量部に対して、前記マグネシウム化合物(A)存在量が0.01〜2質量部である、請求項6に記載のポリエステル樹脂の製造方法。
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