JPH07330898A - ラクタムの開環反応方法および生分解性ポリラクトンアミド樹脂の製造方法 - Google Patents

ラクタムの開環反応方法および生分解性ポリラクトンアミド樹脂の製造方法

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JPH07330898A
JPH07330898A JP12886994A JP12886994A JPH07330898A JP H07330898 A JPH07330898 A JP H07330898A JP 12886994 A JP12886994 A JP 12886994A JP 12886994 A JP12886994 A JP 12886994A JP H07330898 A JPH07330898 A JP H07330898A
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acid
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biodegradable
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JP12886994A
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Mikio Shin
幹雄 新
Takuhei Kimura
拓平 木村
Tadanori Fukuda
忠則 福田
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 アミノカルボン酸を用いることを特徴とする
ラクタムの開環反応方法。 【効果】 本発明の生分解性ポリラクトンアミド樹脂の
製造方法によって製造した樹脂は、安価で良好な生分解
性と優れた耐熱性および機械的強度を兼ね備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はラクタムの開環反応方法
および本反応方法を用いた生分解性ポリラクトンアミド
樹脂の製造方法に関する。さらに詳しくは、生分解性と
ともに安価で耐熱性や機械的強度にも優れた生分解性ポ
リラクトンアミド樹脂の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】合成高分子の工業、医療、農業をはじめ
とする各種分野への利用の増加にともなって、合成高分
子廃棄物処理問題が高まる中、近年、生分解性を有する
合成高分子の研究が盛んになり、脂肪族ポリエステルが
ある種の酵素によって加水分解されることが見出されて
きた。しかしながら、これらの脂肪族ポリエステルは、
生分解性を示すものの、融点が低く実用性の面で劣り、
広い分野での利用が不可能であった。そこで、生分解性
を有しないが物理的性質に優れた高分子量脂肪族ポリア
ミドと、物理的性質は劣るが生分解性に優れた高分子量
ポリカプロラクトンを出発原料に用いて、エステルアミ
ド交換反応を利用し、良好な物性を有するとともに、生
分解性をも合わせ持つポリエステルアミド共重合体を製
造することが特公昭57−26688号公報に開示され
ている。また、一方、ポリラクトンをソフトセグメント
成分とする熱可塑性エラストマについて、例えば衝撃吸
収性のポリカプロラクトンアミドエラストマの製造法が
特開昭61−171731号公報に、またポリアミドと
ポリラクトンからなるブロック共重合体の製造方法が特
開昭42−19265号公報および特開昭44−294
68号公報に、さらに芳香族ポリエステルとポリラクト
ンからなる耐熱性、耐加水分解性、耐摩耗性などに優れ
たゴム状弾性ポリエステルの製造方法が特開昭48−4
116号公報に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記特公昭57−26
688号公報に開示されたポリエステルアミド共重合体
の製造法は、高分子量のポリカプロラクトンと高分子量
の脂肪族ポリアミドを出発原料に用いるもので、工業的
に生産されている樹脂から製造できるという大きな利点
を有する。しかし、両者の溶融時の相溶性があまり良く
ないため、エステルアミド交換反応触媒存在下に長時間
加熱混合しても、重合度の高い均一な共重合体を得るの
が通常の技術では難しいようである。そのため、通常の
技術を持ってすると、生分解性を有する組成では耐熱性
や機械的強度が低く、耐熱性や機械的強度の高い組成で
は生分解性が低くなる傾向があった。生分解性と耐熱性
や機械的強度のどちらもが優れた共重合体を容易に得る
のは難しく、またコスト的にも不利であった。
【0004】よって本発明は安価で生分解性とともに機
械的強度にも優れた生分解性ポリラクトンアミド樹脂の
製造方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、アミノカル
ボン酸を用いることを特徴とするラクタムの開環反応方
法によって達成されるものである。
【0006】ラクタムを開環反応させて用いる場合、通
常の反応法ではラクタムの開環速度が遅いため、所定の
アミド量まで開環反応する頃には、開環生成物同士の反
応が過剰に進行して、必要以上に大きい自己重合物等の
目的外の生成物が生じる。しかし、ここで予め、微量の
アミノカルボン酸を添加しておくことにより、ラクタム
の開環反応速度は、顕著に大きくなり、反応時間の短縮
化と生成物の純度・性能が向上するものである。これに
より、特に、生分解性ポリラクトンアミド樹脂の製造方
法において、著しい進歩が認めらるものである。
【0007】以下、生分解性ポリラクトンアミド樹脂の
製造方法の例により、本発明の構成を説明するが、何ら
これに限定されるものではない。
【0008】本発明の生分解性ポリラクトンアミド樹脂
の製造方法においては、ポリアミド形成性化合物(a)
を用いる。
【0009】本発明のポリアミド形成性化合物(a)と
は、アミド結合により、アミドオリゴマーないしアミド
ポリマーを形成できる化合物を意味し、分子の一端にカ
ルボキシル基、もう一端にアミノ基を有する鎖状化合
物、あるいは、環中に開環可能なアミド結合を有する環
式化合物などが挙げられる。
【0010】かかる化合物として、本発明では、炭素数
4〜12のアミノカルボン酸および炭素数4〜12のラ
クタムからなるナイロンの化合物を好適に用いる。
【0011】具体的には、炭素数4〜12のアミノカル
ボン酸としては、ω−アミノ酪酸、ω−アミノバレリア
ン酸、ω−アミノカプロン酸、ω−アミノエナント酸、
ω−アミノカプリル酸、ω−アミノペラルゴン酸、ω−
アミノウンデカン酸、ω−アミノドデカン酸などを挙げ
ることができ、中でも、ω−アミノカプロン酸、ω−ア
ミノウンデカン酸、ω−アミノドデカン酸などが好まし
い。
【0012】炭素数4〜12のラクタムとしてはγ−ブ
チロラクタム、ε−カプロラクタム、エナントラクタ
ム、カプリロラクタム、ラウロラクタムなどを挙げるこ
とができ、中でも、ε−カプロラクタム、ラウロラクタ
ムなどが好ましい。
【0013】炭素数4〜12のジカルボン酸としては、
コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベ
リン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジオン酸
などの脂肪族ジカルボン酸、水添テレフタル酸、水添イ
ソフタル酸などの脂環族ジカルボン酸、テレフタル酸、
イソフタル酸、フタル酸などの芳香族ジカルボン酸など
を挙げることができるが、中でも脂肪族ジカルボン酸が
好ましく、特にアジピン酸、セバシン酸などが好まし
い。
【0014】また、本発明の生分解性ポリラクトンアミ
ド樹脂の製造方法においては、炭素数4〜12のジカル
ボン酸と(b)と平均分子量500〜4000のポリラ
クトンジオール(c)を用いる。
【0015】ポリアミド形成性化合物のモノマとしてラ
クタムを用いる場合、通常の重合法ではラクタムの開環
速度が遅く所定のアミド量まで反応するとエステルとの
相溶性が低下してブレンド体になり、耐熱性と生分解性
が低下する。耐熱性と生分解性が良好なポリマを合成す
るためには、アミドモノマとして炭素数4〜12のラク
タムとアミノカルボン酸を特定の割合で組合わせて用い
る事が必要である。
【0016】平均分子量が500〜4000のポリラク
トンジオール(c)はグリコール化合物を反応開始剤に
用いて、炭素数3〜12のラクトン化合物から導かれ
る。ラクトン化合物としては、β−プロピオラクトン、
β−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロ
ラクトン、エナントラクトン、カプリロラクトン、ラウ
ロラクトンなどを挙げることができ、これらの中でもε
−カプロラクトンから導かれるポリカプロラクトンジオ
ールが好ましい。ポリラクトンジオール(c)の平均分
子量は500〜4000である。500より低い場合は
重合性が悪くなり、4000より高い場合は相溶性が低
下し不均一なポリマとなる。
【0017】ジカルボン酸(b)とポリラクトンジオー
ル(c)は、下記式を満たすように使用すると、モルバ
ランスが良くなるためより高重合度の樹脂を得ることが
できる。
【0018】0.95≦ジカルボン酸のモル数/ポリラ
クトンジオ−ルのモル数≦1.05 さらに、本発明の生分解性ポリラクトンアミド樹脂の製
造方法においては、上記したようなポリアミド形成化合
物(a)と、ジカルボン酸(b)およびポリラクトンジ
オール(c)を反応させて、ポリアミド単位(A)5〜
80重量%、好ましくは、10〜80重量%、さらに好
ましくは、20〜80重量%で、ポリラクトン単位(こ
こではジカルボン酸(b)とポリラクトンジオール
(c)が反応して形成されたセグメントをポリラクトン
単位とする)(B)が20〜95重量%、好ましくは、
20〜90重量%、さらに好ましくは、20〜80重量
%である共重合体を得る。ポリアミド単位(A)が5重
量%未満では、耐熱性や機械的強度が十分ではなく、8
0重量%を越すと生分解性が低下する。
【0019】反応に用いる炭素数4〜12のアミノカル
ボン酸の量はアミド成分中3重量%以上、好ましくは4
重量%以上、特に好ましくは5重量%以上必要で、それ
以下ではラクタムの開環が十分におこなわれず、目的と
する分子量と組成の共重合体が得られない。
【0020】反応性の点からは、アミノカルボン酸量の
上限は特にないが、アミノカルボン酸はラクタムより
も、かなり高価であるので、経済性の観点からは、アミ
ノカルボン酸は少ないほうが好ましく、80%以下、よ
り好ましくは40%以下、特に好ましくは、20%以下
である。
【0021】共重合体を得る具体的な方法の一例を示す
と、ポリアミド形成化合物(a)とジカルボン酸(b)
およびポリラクトンジオール(c)を反応容器に仕込
み、十分窒素置換を行ったのち、撹拌しながら好ましく
は180℃〜260℃の範囲の温度まで昇温し、窒素気
流下、例えば、約1〜3時間予備反応を行う。
【0022】ついで好ましくは230℃〜260℃の範
囲の温度まで昇温するとともに好ましくは10mmHg
以下さらに好ましくは1mmHg以下の減圧にして重縮
合反応を行い所定の重合度に達したら吐出する。この
際、重合触媒を用いることが好ましく重合触媒としては
テトラブチルチタネ−トなどのチタン化合物、ジブチル
錫オキサイドなどの錫化合物、三酸化アンチモンなどの
アンチモン化合物などをあげることができる。
【0023】このようにして製造したポリラクトンアミ
ド樹脂のオルトクロルフェノ−ルを溶媒とし、0.5%
濃度のポリマ溶液を25℃で測定した相対粘度は、1.
1から2.5の範囲にあることが好ましい。
【0024】本発明の製造方法による生分解性ポリラク
トンアミド樹脂は、相分離していない均一な共重合体
で、生分解性とともに耐熱性や機械的性質に優れ、フィ
ルムを始めとする各種成形品や繊維などに加工して多用
な用途に使用することができるものである。
【0025】また、本発明の製造方法によるポリラクト
ンアミド樹脂組成物には、必要に応じて耐熱剤、酸化防
止剤、耐光剤、耐加水分解改良剤、着色剤(染料、顔
料)、帯電防止剤、導電剤、難燃剤、補強剤、充填剤、
可塑剤などの任意の添加剤を加えることができる。
【0026】以下、本発明を実施例によってさらに詳細
に説明する。
【0027】
【実施例】実施例によって本発明を説明する。なお、実
施例中の部はすべて重量基準である。また、実施例およ
び比較例中に示される各測定項目は以下の方法に従っ
た。結果を表1〜4に示した。
【0028】・相対粘度 樹脂0.125gをオルトクロルフェノール25mlに
溶解し25℃で測定した。
【0029】・軟化温度 厚約5mmのサンプルを用い、荷重10g、昇温速度1
0℃/分でTMAにより測定した。
【0030】・引張破断物性 各樹脂の厚さ約1mmのプレスシ−トを、JIS K6
301の4号形ダンベルに打ち抜き、引張試験機を用い
て、23℃、50%RHの雰囲気において、歪速度50
0%/minで測定した。
【0031】・生分解性 各樹脂の100μm厚さのプレスフィルム10mgを、
リゾ−プス・アリザスリパ−ゼ(シグマ化学社製)1m
gを、0.2Mリン酸緩衝液40mlに溶解したリパ−
ゼ溶液5mlに投じ、37℃で18時間作用させ、重量
減少率を測定した。また、好気性活性汚泥曝気槽中に先
のフィルムを浸漬し、30℃で6ヶ月経過後、取り出し
て状態を観察した。
【0032】・ポリマ組成 試料を重水素化HFIP/重水素化ベンゼン(1:1)
に溶解し1 H−NMRで測定した。
【0033】次に本発明のポリラクトンアミド樹脂の製
造方法を示した。
【0034】・重合方法(1) ε−カプロラクム60部、アミノカプロン酸5部、アジ
ピン酸2.4部、ポリカプロラクトンジオール(ダイセ
ル株式会社製プラクセル220、分子量2000)3
3.2部、開環反応触媒として三酸化アンチモン0.1
部を反応容器に仕込み、十分窒素置換を行った。攪拌し
ながら240℃まで昇温し、窒素気流下約1時間予備反
応を行った。その後、脱水縮合反応触媒としてテトラブ
トキシチタネート0.1部を加え260℃まで昇温する
と共に約1時間かけて1mmHg以下の減圧にして重縮
合反応を約1.5時間行い透明なポリラクトンアミド樹
脂(A−1)を得た。
【0035】得られたポリラクトンアミド樹脂(A−
1)の相対粘度は1.72でNMRより求めたナイロン
6からなるポリアミド単位の割合は55重量%であっ
た。以下同様にして、表1、表2に示されるポリラクト
ンアミド樹脂(A−2〜6、B−1〜3)を製造した。
【0036】・重合方法(2) ε−カプロラクム40部、アミノカプロン酸5部、アジ
ピン酸4.5部、触媒としてモノブチルモノヒドロキシ
錫オキサイド0.05部、三酸化アンチモン0.05部
を反応容器に仕込み、十分窒素置換を行った。攪拌しな
がら240℃まで昇温し、窒素気流下約0.5時間予備
反応を行ない、その後ポリカプロラクトンジオール(分
子量2000)62.1部を添加し窒素気流下約2時間
予備反応を行った。その後、触媒としてテトラブトキシ
チタネート0.1部を加え260℃まで昇温すると共に
約1時間かけて1mmHg以下の減圧にして重縮合反応
を約1.5時間行い透明なポリラクトンアミド樹脂(A
−6)を得た。
【0037】得られたポリラクトンアミド樹脂(A−
6)の相対粘度は1.60でNMRより求めたナイロン
6からなるポリアミド単位の割合は35重量%であっ
た。以下同様にして、表1、表2に示されるポリラクト
ンアミド樹脂(A−7〜10、B−4〜5)を製造し
た。
【0038】本発明のポリラクトンアミド樹脂A−1〜
10および比較例のポリラクトンアミド樹脂B−1〜6
について軟化温度、引張破断物性、生分解性を測定し
た。結果を表3〜4に示す。表から明かなように、本発
明のポリラクトンアミド樹脂は軟化温度が高くて耐熱性
を有し、機械的物性が良好であることに加え、生分解性
にも優れている。
【0039】本発明のポリラクトンアミド樹脂A−1〜
A−10および比較例のポリラクトンアミド樹脂B−1
〜6について軟化温度、引張破断物性、生分解性を測定
した。結果を表3〜4に示す。表3〜4から明かなよう
に、本発明のポリラクトンアミド樹脂は軟化温度が高く
て耐熱性を有し、機械的物性が良好であることに加え、
生分解性にも優れている。
【0040】
【発明の効果】本発明のラクタム開環反応方法により、
特に安価で良好な生分解性と優れた耐熱性および機械的
強度を兼ね備えた生分解性ポリラクトンアミド樹脂を製
造することが可能となった。
【0041】
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アミノカルボン酸を用いることを特徴と
    するラクタムの開環反応方法。
  2. 【請求項2】 ラクタムおよびアミノカルボン酸の炭素
    数が、4〜12であることを特徴とする請求項1記載の
    ラクタムの開環反応。
  3. 【請求項3】 アミノカルボン酸量が、ラクタムおよび
    アミノカルボン酸の3〜80重量%であることを特徴と
    する請求項1乃至2記載のラクタムの開環反応方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の開環反応方法を用いたこ
    とを特徴とする重縮合反応方法。
  5. 【請求項5】 炭素数4〜12のラクタム20〜97重
    量%、および炭素数4〜12のアミノカルボン酸3〜8
    0重量%からなるポリアミド形成性化合物(a)、炭素
    数4〜12のジカルボン酸(b)、平均分子量が500
    〜4000のポリラクトンジオール(c)を反応させ
    て、ポリアミド単位(A)が5〜80重量%で、ポリラ
    クトン単位(B)が20〜95重量%である共重合体を
    得ることを特徴とする生分解性ポリラクトンアミド樹脂
    の製造方法。
JP12886994A 1994-06-10 1994-06-10 ラクタムの開環反応方法および生分解性ポリラクトンアミド樹脂の製造方法 Pending JPH07330898A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012025971A (ja) * 1999-01-18 2012-02-09 Quadrant Polypenco Japan Ltd 帯電防止性ポリエステルアミド樹脂成形体
KR20120077819A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 코오롱인더스트리 주식회사 폴리아미드 수지의 제조 방법 및 폴리아미드 수지
CN113215678A (zh) * 2021-06-15 2021-08-06 闽江学院 一种荧光透明锦纶长丝的制备方法

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