JP6819125B2 - ポリエステル - Google Patents
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Description
[1]ジカルボン酸成分とジオール成分からなるポリエステルであって、ジカルボン酸成分としてテレフタル酸が77モル%以上92モル%以下、イソフタル酸が3モル%以上10モル%以下、ダイマー酸が5モル%以上13モル%以下であり、ジオール成分としてエチレングリコールを含むポリエステル。
[2]ジオール成分として、ジエチレングリコールが2モル%以上5モル%以下である[
1]に記載のポリエステル。
[3]ポリエステルがチタン化合物を含み、チタン化合物がポリエステルに対しチタン元素として3質量ppm〜30質量ppm含有する[1]又は[2]に記載のポリエステル。
[4]ポリエステルがマグネシウム化合物を含み、マグネシウム化合物がポリエステルに対しマグネシウム元素として3質量ppm〜30質量ppm含有する[1]乃至[3]のいず
れかに記載のポリエステル。
[5]ポリエステルがリン化合物を含み、リン化合物がポリエステルに対しリン元素として3質量ppm〜30質量ppm含有する[1]乃至[4]のいずれかに記載のポリエステル。
[6]食品容器に用いる[1]乃至[5]のいずれかに記載のポリエステル。
[7]食品包装材に用いる[1]乃至[5]のいずれかに記載のポリエステル。
以下に本発明の実施するための最良の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の代表例であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
本発明のポリエステルは、ジカルボン酸成分とジオール成分からなるポリエステルであって、ジカルボン酸成分としてテレフタル酸が77モル%以上92モル%以下、イソフタル酸が3モル%以上10モル%以下、ダイマー酸が5モル%以上13モル%以下であり、ジオール成分としてエチレングリコールを含むポリエステルである。
尚、本発明におけるダイマー酸とは、炭素数16以上の不飽和脂肪族カルボン酸の二量体又はその水添物をいう。このダイマー酸は、例えば、大豆油や菜種油、牛脂、トール油などの非石油原料から抽出された炭素数16以上の不飽和カルボン酸(例えば、リノール酸やオレイン酸を主成分とする不飽和脂肪族カルボン酸)の混合物を二量体化又はそれを水添して得ることができる。このような製法を用いてダイマー酸を得ると、不純物として、過剰に反応した三量体、未反応物である不飽和脂肪族カルボン酸が含有される。該不純物はポリエステルにおいてはブリードアウトやゲル化の原因となるため、可能な限り少ないことが好ましい。
ダイマー酸は不飽和結合を含み、そのまま使用すると重合中に分岐反応が進行したり、ポリエステル樹脂の色調を悪化させる可能性があることから水添されたものであることが好ましい。
尚、ポリエステルのジカルボン酸成分は1H−NMRスペクトルを測定することにより定量することができる。
カルボン酸、4,4’−ジフェニルケトンジカルボン酸、4,4’−ジフェノキシエタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等の脂環式ジカルボン酸、及び、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカジカルボン酸、ドデカジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、並びにこれらの炭素数1〜4程度のアルキル基を有するエステル、及びハロゲン化物等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が混合して含んでいてもよい。
尚、ポリエステルの各ジオール成分はポリエステルを加水分解した後、分解物をガスクロマトグラフィーにより測定することにより定量することができる。
ポリエステル中のジエチレングリコール量を制御する方法は、まず、ポリエステル製造時に原料として使用するジエチレングリコール量を調整する方法が挙げられる。
また、ポリエステル中のジエチレングリコールはポリエステル製造時に原料として使用するエチレングリコール2分子が脱水結合し、ジエチレングリコールとなり、ポリエステル中にジオール成分として組み込まれる場合もある。その制御方法としては、原料として使用するジカルボン酸成分に対する、原料として使用するエチレングリコールを含むジオール成分の仕込みモル比を上げるとエチレングリコールの2分子化は促進されジエチレングリコール量は増加する傾向となる場合がある。又水酸化ナトリウム等の金属水酸化物やテトラエチルアンモニウムヒドロキシド等のアルカリ成分存在下でエステル化反応を行うとエチレングリコールの2分子化が抑制されジエチレングリコール量は低下する傾向となる可能性がある。
pm〜10質量ppmであることがさらに好ましい。前記範囲内であることより、ポリエステルの色調が良好になり、熱安定性が向上する傾向にある。ポリエステル中のチタン原子含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析法により定量することができる。
尚、該チタン化合物は本発明のポリエステルを製造する際のエステル交換触媒として使用されるものであることが好ましい。エステル交換触媒として使用されるチタン化合物としては、従来公知のチタン化合物から適宜選択して使用することができ、チタンの酸化物、水酸化物、アルコキシド、酢酸塩、炭酸塩、蓚酸塩、及びハロゲン化物等が挙げられる。
尚、該マグネシウム化合物は本発明のポリエステルを製造する際のエステル交換触媒として使用されるものであることが好ましい。マグネシウム化合物としては、従来公知のマグネシウム化合物から適宜選択して使用することができ、マグネシウムの酸化物、水酸化物、アルコキシド、酢酸塩及び炭酸塩等が挙げられる。
尚、該リン化合物は本発明のポリエステルを製造する際の安定剤として使用されるものであることが好ましい。
本発明のポリエステルの製造方法は特に制限されるものではなく、通常の方法を適用することができる。例えば、テレフタル酸又はそのエステル形成性誘導体、イソフタル酸又はそのエステル形成性誘導体を含むジカルボン酸成分とエチレングリコール、好ましくはジエチレングリコールを含むジオール成分とを、所定割合で攪拌下に混合して原料スラリーとする工程、次いで、該原料スラリーを常圧又は加圧下で加熱して、エステル化反応させ工ポリエステル低重合体(以下「オリゴマー」と称する場合がある。)とする工程、次いで、得られたオリゴマーにダイマー酸又はそのエステル形成性誘導体を添加し、エステル交換触媒等の存在下に、漸次減圧するとともに、加熱して、溶融重縮合反応させポリエステルを得る工程、又、必要に応じて得られたポリエステルを更に固相重縮合反応に供し
てもよい。
エステル交換触媒としては、例えば、三酸化二アンチモン等のアンチモン化合物;二酸化ゲルマニウム、四酸化ゲルマニウム等のゲルマニウム化合物;テトラメチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等のチタンアルコラート、テトラフェニルチタネート等のチタンフェノラート等のチタン化合物;ジブチルスズオキサイド、メチルフェニルスズオキサイド、テトラエチルスズ、ヘキサエチルジスズオキサイド、シクロヘキサヘキシルジスズオキサイド、ジドデシルスズオキサイド、トリエチルスズハイドロオキサイド、トリフェニルスズハイドロオキサイド、トリイソブチルスズアセテート、ジブチルスズジアセテート、ジフェニルスズジラウレート、モノブチルスズトリクロライド、トリブチルスズクロライド、ジブチルスズサルファイド、ブチルヒドロキシスズオキサイド、メチルスタンノン酸、エチルスタンノン酸、ブチルスタンノン酸等のスズ化合物;酢酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、マグネシウムアルコキサイド、燐酸水素マグネシウム等のマグネシウム化合物、酢酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、カルシウムアルコキサイド、燐酸水素カルシウム等のカルシウム化合物等が挙げられる。中でも、反応効率が良好であることよりチタン化合物、マグネシウム化合物が好ましい。チタン化合物としてテトラブチルチタネートがより好ましく、マグネシウム化合物としては酢酸マグネシウムがより好ましい。尚、これらの触媒は、単独でも2種以上混合して使用することもできる。
前記溶融重縮合反応条件、固相重縮合反応条件とすることにより所望の固有粘度を有するポリエステルとすることが可能となる。
試料約0.25gを、フェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタン(質量比1/1)の混合溶媒約25mLに、濃度が1.00g/dLとなるように溶解させた後、30℃まで冷却し、30℃において全自動溶液粘度計(センテック社製、「DT553」)にて、試料溶液の落下速度、溶媒のみの落下秒数それぞれを測定し、以下の式により、固有粘度(IV)を算出した。
IV=((1+4KHηsp)0.5−1)/(2KHC)
ここで、 ηsp=η/η0−1 であり、ηは試料溶液の落下秒数、η0は溶媒のみ
の落下秒数、Cは試料溶液濃度(g/dL)、KHはハギンズの定数である。KHは0.33を採用した。なお試料の溶解条件は、110℃で30分間とした。
試料を粉砕した後、熱風乾燥機にて140℃で15分間、乾燥させ、デシケーター内で室温まで冷却した試料から、0.1gを精秤して試験管に採取し、ベンジルアルコール3mlを加えて、乾燥窒素ガスを吹き込みながら195℃、3分間で溶解させ、次いで、クロロホルム5mlを徐々に加えて室温まで冷却した。この溶液にフェノールレッド指示薬を1〜2滴加え、乾燥窒素ガスを吹き込みながら撹拌下に、0.1Nの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液で滴定し、黄色から赤色に変じた時点で終了とした。また、ブランクとして、ポリエステル試料を溶解させずに同様の操作を実施し、以下の式によって末端カルボキシル基量(酸価)を算出した。
末端カルボキシル量(当量/トン)=(a−b)×0.1×f/w
(ここで、aは、滴定に要した0.1N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、無試料で滴定に要した0.1N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はポリエステルの試料の量(g)、fは、0.1Nの水酸化ナトリウムのベンジルアルコール溶液の力価である。)
ウィレー型粉砕機にて、1.5mm穴の目皿を用いて粉砕したポリエステル3gに、4N−KOH/メタノール溶液30mlを加えて還流冷却器をセットし、マグネチックスターラ付きホットプレート(表面温度200℃)上で攪拌しながら、90分間加熱還流し加水分解した。流水につけて冷却後、高純度テレフタル酸約12gを加えて、十分振とうして中和し、pHを9以下としたスラリーを、11G−4グラスフィルターを用いて濾過した後、メタノール2mlで2回洗浄して濾液と洗液を合わせ、ガスクロマトグラフィーへの供試液とする。供試液1μlをマイクロシリンジにて、(株)島津製作所製ガスクロマトグラフィー(形式GC−14A)に注入し、各ジオール成分のピークの面積から、全ジオール成分に対する各ジオール成分のモル%を、下式に従い計算した。
特定のジオール成分のモル%=(ACO×CfCO)/(Σ(A×Cf))×100
ACO:特定のジオール成分の面積(μV・秒), CfCO:特定のジオール成分の補正係数
A:各ジオール成分の面積(μV・秒), Cf:各ジオール成分の補正係数
なお、ガスクロマトグラフィーの使用条件としては、
カラム :J&W社製「DB−WAX」(0.53mm×30m)
カラム温度:80℃〜160℃, 気化室温度:230℃, 検出器温度:230℃, ガス流量:キャリア(窒素):10ml/min, 水素:0.5kg/cm2, 空気:0.5kg/cm2, 検出器:FID, 感度:102MΩ とした。
ポリエステル 約20mgを重クロロホルム/重ヘキサフルオロイソプロパノール(7
/3)混合溶媒0.75mlに溶解させ、重ピリジン25μlを添加して試料溶液とした。該試料溶液を外径5mmのNMR試料管に入れ、Bruker社製AVANCE400分光計を用い、室温で1H−NMRスペクトルを測定し、ポリエステルの全ジカルボン酸単位のうちの各ジカルボン酸単位の割合を求めた。
ケルダールフラスコに試料2.0gを秤量し、硫酸を12mLと過酸化水素を添加(過酸化水素は適宜添加する)し、完全に溶解するまで湿式分解を行った後、超純水で所定濃度に希釈した。この溶液中の各種元素量は誘導結合プラズマ発光分光分析装置(JOBIN YVON社製 JY46P)を用いて定量を行い、試料当たりの量(質量ppm)に換算した。
ポリエステルぺレットを60℃で12時間空気乾燥機にて乾燥し、日精樹脂工業製FE80S12ASEを用いて以下の条件で下記の機械物性測定に使用する成形片を射出成型した。
成形温度:250℃(シリンダー設定)
金型温度:80℃(表面温度)
射出速度:200mm±100mm/s(射出時間約2秒)
保圧時間:20秒
冷却時間:10秒
成形板:厚み 2mmt 25mmX30mm
この成形板の全光線透過率をヘーズメーター(日本電色工業社製「NDH−300A」)にて測定した。
ポリエステルの融点(Tm)、ガラス転移温度(Tg)、Tc(結晶化温度)はDSC(示差走査熱量計)により測定した。測定条件としては、−10℃から300℃まで20℃/minで昇温し、300℃で3分間保持したのち20℃/minで急冷した後に、再度−10℃から300℃まで20℃/minで昇温し、吸熱ピークの温度を融点(Tm)とし、ガラス転移変曲点をガラス転移温度(Tg)とし、発熱ピークを結晶化温度(Tc)とした。
ポリエステルペレットを、内径36mm、深さ15mmの円柱状の粉体測色用セルに充填し、測色色差計(日本電色工業社製「ZE2000」)を用いて、JIS Z8730の参考1に記載されるLab表色系におけるハンターの色差式の色座標b値を、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。
ポリエステルペレットを60℃で12時間、空気乾燥機にて乾燥したのち、射出成形機(住友重機械(株)製:型式S−75MIII)を使用し、シリンダー温度250℃、金型
温度80℃にて、ISO試験片に成形した。該ISO試験片についてISO527に従い、引張弾性率、破断強度、破断伸度を測定した。
ポリエステルぺレットを60℃で12時間、空気乾燥機にて乾燥し、日精樹脂工業製FE80S12ASEを用いて以下の条件で下記の機械物性測定に使用する成形片を射出成型した。
成形温度:250℃(シリンダー設定)
金型温度:80℃(表面温度)
射出速度:200mm±100mm/s(射出時間約2秒)
保圧時間:20秒
冷却時間:10秒
得られた試験片について 株式会社東洋精機製作所製 曲げ試験機:製品名:ベンドグ
ラフII 型式:B を用いて使用してJIS K7171の方法で曲げ試験を実施し、曲げ弾性率、曲げ強度を測定した。
ベンドグラフII、ロードセル2kN
試験速度=2mm/min
試験片:80mm×10mm×4mm
支点間距離:64mm
圧子=5R、支持台=5R
弾性率算出:P1=0.05%、P2=0.25%
ポリエステルぺレットを120℃で8時間空気乾燥機にて乾燥し、東洋精機社製キャピログラフを用いて熱安定性評価を行った。キャピラリーはL/D=10 (穴径1mm)を用いた。シリンダー温度を250℃に設定し、ペレット充填後を30分間ホールドした。ホールド後、50mm/minの速度で押し出し、サンプリングし固有粘度(IV)を測定した。
ポリエステルぺレットを120℃で8時間空気乾燥機にて乾燥し、プレス成形機を用いて厚さ2mm、長さ50mm、幅5mmの試験片を調製した。該試験片を、コーヒー充填されたガラス容器、ワイン充填されたガラス容器にそれぞれ封入し、アルミ袋に入れて冷蔵庫で1週間保管した。開封後の試験片を取り出し、臭いを嗅ぐことにより以下の基準で評価した。
○:臭気を感じず
△:臭気をわずかに感じる
×:臭気を感じる
ポリエステルペレット100gをガラス管に充填密封し、ポリエステルの融点+20℃の温度にて1時間加熱した。加熱後、開封し、臭いを嗅ぐことにより以下の基準で評価した。
○:臭気を感じず
△:臭気をわずかに感じる
×:臭気を感じる
テレフタル酸50.0質量部、イソフタル酸2.60質量部およびエチレングリコール53.6質量部を攪拌装置、昇温装置及び留出液分離塔を備えたエステル化反応槽に仕込み、温度250℃、圧力0.90kg/cm2にてエステル化反応を4時間行った。
次に、該エステル化反応槽にテレフタル酸33.3質量部、イソフタル酸1.89質量部及びエチレングリコール16.9質量部で調製したスラリーをエステル化反応槽に仕込み、温度250℃、常圧下で4時間エステル化反応を行ない、ポリエステル低重合体(オリゴマー)を得た。
次いで、該オリゴマーを、留出管を備えた攪拌機付き重縮合反応槽へ移送し、炭素数36の水添ダイマー酸(クローダジャパン製Pripol1009)を8.9質量部添加し、さらにエステル交換触媒として、酢酸マグネシウムのエチレングリコール溶液(3.0重量%濃度)を0.15質量部、テトラブトキシチタネートのエチレングリコール溶液(1.0重量%濃度)を0.36質量部、安定剤としてエチルアシッドホスフェートのエチ
レングリコール溶液(1.5重量%濃度)を0.15質量部添加した。
該重縮合反応槽内温度を250℃に保ちながら、2時間かけて圧力を0.13kPaに減圧し、次いで、同圧力にて3時間反応を行い、反応系を常圧に戻し反応を終了した。得られたポリエステルを該重縮合反応槽の底部からストランドとして抜き出し、水中を潜らせた後、カッターで該ストランドをカットすることによりポリエステルペレットを得た。結果を表1にまとめた。
実施例1において、エステル交換触媒のテトラブトキシチタネートのエチレングリコール溶液(1.0重量%濃度)を0.29質量部に変更し、0.13kPaの減圧度で2時間重縮合反応を行った以外は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表1にまとめた。
実施例1においてエステル交換触媒の酢酸マグネシウムのエチレングリコール溶液(3.0重量%濃度)を0.20質量部、テトラブトキシチタネートのエチレングリコール溶液(1.0重量%濃度)を0.47質量部、安定剤としてエチルアシッドホスフェートのエチレングリコール溶液(1.5重量%濃度)を0.20質量部、テレフタル酸量を30.5質量部、イソフタル酸量を1.79質量部、ダイマー酸量を12.1質量部、エチレングリコール量を16.1質量部に変更した以外は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表1にまとめた。
実施例1においてテレフタル酸量を41.1質量部、イソフタル酸量を2.16質量部、エチレングリコール量を19.4質量部にし、ダイマー酸を仕込まなかった以外は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表1にまとめた。
低密度ポリエチレン(LDPE)を用いて評価を行った。結果を表1にまとめた。
これに対し、比較例1は曲げ弾性率が大きく柔軟性に劣ることが明らかである、更に熱安定性も格段に低くなっている。
以上より、本発明のポリエステルは加工性に優れ、透明性が良好であり、熱安定性が良好であり、臭気発生が少なく、臭着性も小さいことより食品容器や食品包装材に有用である。
例えば、食品容器としては、本発明のポリエステルを射出成形により、プリフォームとし、該プリフォームを延伸ブロー成形、又は、押出成形によってパリソンとし、該パリソンをブロー成形することにより、ボトルやチューブ等の容器とし、醤油、ソース、みりん、ドレッシング、マヨネーズ等の液状調味料等を内蔵することができる。
また、該ポリエステルを押出成形によってシートとし、該シートを二軸延伸によりフィルム等とし、ジャム等の食品を包む、食品包装材として利用することが可能である。
尚、本発明のポリエステルを前記食品容器や前記食品包装材として使用する場合、ポリエステル以外の他の樹脂と併用してもよい。例えば、ポリエステルとガスバリア性を有する他の樹脂(例えばエチレン-ビニルアルコール共重合体)又はヒートシール性を有する
他の樹脂(例えばポリエチレン)との多層体とすることもできる。
Claims (7)
- ジカルボン酸成分とジオール成分からなるポリエステルであって、
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸を77モル%以上91モル%以下、イソフタル酸を3モル%以上10モル%以下、ダイマー酸を6モル%以上13モル%以下含み、
ジオール成分としてエチレングリコールを96モル%以上含むポリエステル。 - ジオール成分として、ジエチレングリコールを2モル%以上4モル%以下含む請求項1に記載のポリエステル。
- ポリエステルがチタン化合物を含み、チタン化合物をポリエステルに対しチタン元素として3質量ppm〜30質量ppm含有する請求項1又は2記載のポリエステル。
- ポリエステルがマグネシウム化合物を含み、マグネシウム化合物をポリエステルに対しマグネシウム元素として3質量ppm〜30質量ppm含有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のポリエステル。
- ポリエステルがリン化合物を含み、リン化合物をポリエステルに対しリン元素として3質量ppm〜30質量ppm含有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のポリエステル。
- 食品容器に用いる請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリエステル。
- 食品包装材に用いる請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリエステル。
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