JPH10158371A - 脂肪族ポリエステルの製造方法 - Google Patents
脂肪族ポリエステルの製造方法Info
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- JPH10158371A JPH10158371A JP33635996A JP33635996A JPH10158371A JP H10158371 A JPH10158371 A JP H10158371A JP 33635996 A JP33635996 A JP 33635996A JP 33635996 A JP33635996 A JP 33635996A JP H10158371 A JPH10158371 A JP H10158371A
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Abstract
ポリエステルの製造方法を提供する。 【解決手段】 水分含有率が80ppm以下であり、か
つ酸価が0.10mgKOH/g以下の環状エステルモ
ノマーを開環重合させることを特徴とする脂肪族ポリエ
ステルの製造方法である。重合開始剤にアルコールを用
いて開環重合させる、金属化合物を重合触媒に用いるこ
とができる。
Description
ルの製造方法に関し、更に詳しくは、効率的に製造する
ことにより色調、耐加水分解性等の品質に優れた脂肪族
ポリエステルを製造する方法に関する。
破壊が深刻になり、安定さゆえに用いられていたプラス
チック樹脂は法的に規制されつつある。このため、生分
解性を有する脂肪族ポリエステルが注目されている。特
に、脂肪族ポリエステルの1つであるポリカプロラクト
ン、特に低分子量のものは、ウレタンやポリエステルの
原料、塗料等の原料として工業的に重要な物質である。
生分解性を有するポリカプロラクトンの実用例として
は、コンポスト用のビニール袋、釣り糸、ゴルフ用のテ
ィーなどがある。
性、且つ融点が比較的低いという特性を有するため、上
記生分解性の用途以外にも、人体各部の型取りを行なう
用途、人体にフィットさせて使用する用途にも最適な材
料として幅広く用いられている。例えば、倍力操作用物
体(特開昭60−240692号公報)、プラスチック
性粘土(特開昭61−42679号公報)、医療用ギブ
ス(特開昭58−81042号公報)、スプリント剤、
放射線照射用フェイス用マスク、あるいは、かつらの型
取り剤(特開昭60−215018号公報)などがあ
る。
としては、環状エステルモノマーをアルカリ金属系化合
物(特公昭40−26557号公報、U.S.P3,0
21,314号)、アルカリ土類金属化合物(U.S.
P3,021,310号、3,021,311号)、ス
ズ系化合物(特公昭41−19559号公報、特公昭6
4−1491号公報)、チタン系化合物、アルミニウム
系化合物(特公昭43−2473号公報)などの各種金
属化合物を用いて開環重合させる方法が知られている。
は重合速度が非常に遅いため、長時間加熱して反応を続
ける必要がある。従って長時間の高温下で生成した脂肪
族ポリエステルが黄色に着色するという問題があった。
このため、H.K.Hall,Jr.等(Polyme
r Bulletin 1990,24,227)は、
(アセテート)トリフェニルスズを用いて反応時間を短
縮させ、重合率90%を達成した。しかしこの方法で
は、用いる金属化合物量が0.25mol%以上と大量
であり、ポリマー中に金属残存量が多く、熱安定性、耐
加水分解性ひいては保存安定性が不十分となる。
すると同時に、熱分解や加水分解も受けやすい。しか
し、従来の合成法で脂肪族ポリエステルを合成すると、
酸価が0.70mgKOH/g以上のポリマーとなる。
酸価が高い脂肪族ポリエステルは、熱安定性、加水分解
安定性が悪く、保存時の分子量低下や成形の際で加熱に
より低分子量化し樹脂の性質を損ねる場合がある。これ
を解決すべく、ラクトン類の連続重合法として、ニーダ
ーやエクストルーダーのようなスクリューまたはパドル
型の撹拌翼を反応器内部に有し、反応系を撹拌し、且つ
内容物を原料仕込口から製品取出し口に移送する装置を
使用する方法がある。例えば、ラクトン類を原料とする
弾性ポリエステルの連続製造方法が、特開昭61−28
1124、61−283619、61−287922、
62−20525、60−27425、特開平2−30
2428、2−302429、2−302433、2−
302434号公報に開示されている。しかし、これら
の方法はいずれも動的撹拌器を用いる反応装置である。
高分子量の脂肪族ポリエステルを連続的に製造すると、
反応物が高粘度化し、均一的な撹拌が困難になるが、こ
の点が解決されていない。さらに、水分量、酸価等によ
って反応速度が異なる反応系では、これらのファクター
の正確な制御が困難で、臨機応変に反応系の制御をする
ことが難しい。従って、生成したポリマーの滞留時間の
調整も難しく、必要以上の加熱が生じたり、場合によっ
ては反応時間の不足が起こる。
く、効率的な生産により色調に優れるとともに、耐熱性
および耐加水分解性に優れた脂肪族ポリエステルを製造
する方法の開発が望まれている。
モノマーの開環重合について鋭意検討した結果、環状エ
ステルモノマーに含まれる水分含有率と酸価が、重合速
度および得られる分子量に大きな影響を及ぼしているこ
とを見い出し、本発明を完成するに至った。
m以下であり、かつ酸価が0.10mgKOH/g以下
の環状エステルモノマーを開環重合させることを特徴と
する脂肪族ポリエステルの製造方法を提供するものであ
る。また、重合開始剤にアルコールを用いて開環重合さ
せることを特徴とする前記脂肪族ポリエステルの製造方
法を提供するものである。また、金属化合物を重合触媒
に用いることを特徴とする前記脂肪族ポリエステルの製
造方法を提供するものである。また、環状エステルモノ
マーがラクトンまたはラクチドのいずれか1種以上であ
る前記脂肪族ポリエステルの製造方法を提供するもので
ある。更に、連続重合装置に環状エステルモノマーを連
続的に供給することを特徴とする前記脂肪族ポリエステ
ルの製造方法を提供するものである。加えて、酸価が
0.70mgKOH/g以下の脂肪族ポリエステルであ
ることを特徴とする前記脂肪族ポリエステルの製造方法
を提供するものである。以下、本発明を詳細に説明す
る。なお、「ppm」は重量ppmを表し、「mgKO
H/g」はモノマーまたはポリマー1g中の酸を中和す
るのに要するKOHの量(mg)を表わすものとする。
造方法で使用する環状エステルモノマーは、ラクトン、
ラクチドである。ラクトンは分子内環状エステル構造を
有する化合物であり、具体的には、ε−カプロラクト
ン、α,α−ジメチル−β−プロピオラクトン、ドデカ
ノラクトン、β−プロピオラクトン、ブチロラクトン、
γ−バレロラクトン等が例示できる。また本発明でいう
ラクチドとは、脂肪族ヒドロキシカルボン酸の2分子環
状エステルであり、具体的には、乳酸、グリコール酸、
エチルグリコール酸またはジメチルグリコール酸等の2
分子環状エステルであるジグリコリド、ジラクチド、ジ
エチルグリコリド、ジメチルグリコリド、α,α−ジメ
チルグリコリド、L−ジラクチド、D−ジラクチド、
D,L−ジラクチド,MESO−ジラクチド等が例示で
きる。本発明では、これらを単独でまたは2種以上を併
用して使用することができる。
含有率が80ppm以下であることが好ましく、より好
ましくは60ppm以下、さらに好ましくは50ppm
以下である。環状エステルモノマー中の水分は、重合速
度と分子量の両方に影響を及ぼすため、水分含有率を8
0ppm以下に減少させると重合速度が速くすると共に
高分子量のポリマーを得ることができる。
は、モレキュラシーブス、活性アルミナなどをカラムに
詰めモノマーを流し込む方法、モレキュラシーブスをモ
ノマー中に直接投入し、しばらく静置する方法、モレキ
ュラシーブスを投入し減圧下放置する方法、あるいは金
属ナトリウム、CaH2上で減圧蒸留する方法、ビス
(4−イソシアナートフェニル)メタンオリゴマー上で
減圧蒸留する方法、芒硝を入れ攪拌する方法などがあ
る。これらによって、水分含有率80ppm以下の環状
エステルモノマーを得ることができる。
は、0.10mgKOH/g以下であることが好まし
く、より好ましくは0.06mgKOH/g以下、さら
に好ましくは0.03mgKOH/gである。0.10
mgKOH/g以下であれば、酸による重合反応の阻害
を回避することができる。更に、モノマー中の酸はポリ
マー中に残存するため、酸価の低いモノマーを使用する
ことにより、ポリマーの酸価を低下させ、加水分解や着
色等の品質の低下を防止することができる。加えて、酸
は重合速度を低下させるため、0.10mgKOH/g
以下であれば、品質に優れる脂肪族ポリエステルを効率
よく短時間で製造することができる。
aH2上で減圧蒸留する方法、脱酸剤を用いる方法など
がある。脱酸剤としては、水酸化アルミニウムゲル、水
酸化アルミニウム−水酸化マグネシウム共沈物、塩基性
アルミニウム・ナトリウム・カーボネート、合成ハイド
ロタルサイト、6ケイ酸マグネシウム、合成ケイ酸アル
ミニウム、酸化マグネシウムとアルミナの固溶体などが
用いられる。脱酸能は、酸を含む化学物質と酸そのもの
の種類により、用いる脱酸剤によって大きく異なるが、
環状エステルモノマー中の酸を取り除く場合には、脱酸
剤は合成ハイドロタルサイト、酸化マグネシウムとアル
ミナの固溶体などが好ましい。これらによって、環状エ
ステルモノマーの酸価を0.10mgKOH/g以下に
することができる。なお、本発明においては、水分含有
率と酸価が共に少ないことが好ましい。
開環重合に際し、アルコールを重合開始剤として使用す
ることが好ましい。アルコールを開始剤として重合系に
存在させることにより、系内に含まれる水分が開始剤と
して作用する割合が相対的に低下するので、末端にカル
ボキシル基を有するポリマーの生成が抑えられ、品質の
よい脂肪族ポリエステルを製造することができる。使用
できるアルコールとしては、メタノール、エタノール、
1−プロパノールなどの他、エチレングリコール、1,
3−プロパンジール、1,4−ブタンジオール、ジエチ
レングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−
ヘキサンジオールなどのジオール類を使用することがで
きる。これらは単独でも、2種以上を併用してもよい。
重合に際し、金属化合物を重合触媒に用いることが好ま
しい。例えば、表−1に示す金属化合物を使用すること
ができる。尚、表中、RおよびR’は、各々水素原子ま
たは炭素数1〜40のアルキル基、アシル基もしくはア
リル基を示し、同一であっても異なっていてもよい。
には、トリ(イソプロポキシ)アルミニウム、ジ(イソ
プロポキシ)エチルアルミニウム、イソプロポキシジエ
チルアルミニウム、塩化アルミニウム、テトラ(ブトキ
シ)チタン、テトラ(プロキシ)ジルコニウム、ジ(ブ
トキシ)亜鉛、ジ(2,2−ジメチル−3,5−ヘプタ
ンジオネート)亜鉛、塩化亜鉛、テトラ(アセテート)
スズ、トリ(アセテート)ブチルスズ、ジ(アセテー
ト)ジブチルスズ、アセテートトリブチルスズ、トリ
(アセテート)フェニルスズ、ジ(アセテート)ジフェ
ニルスズ、(アセテート)トリフェニルスズ、ジ(メト
キシ)ジブチルスズ、メトキシトリブチルスズ、トリ
(2−エチルヘキサノエート)ブチルスズ、ビス(2−
エチルヘキサノエート)ジブチルスズ、ジ(ラウレー
ト)ジブチルスズ、ジ(オクタノエート)スズ、ジ
(2,4−ペンタンジオネート)スズ、二塩化スズ、四
塩化スズ、塩化鉄などが用いられる。これらのうち特に
アルミニウム化合物、スズ化合物が好ましい。
を使用すると共に金属化合物を重合触媒として併用する
ことが、触媒活性を向上させるためにより好ましい。重
合触媒と重合開始剤の組み合わせとして、例えば、1,
5−ペンタンジオールとジ(ラウレート)ジブチルス
ズ、1,4−ブタンジオールとアセテートトリブチルス
ズ、エチレングリコールとトリ(2−エチルヘキサノエ
ート)ブチルスズ等がある。組み合わせにより、金属化
合物を単独で用いた場合よりも重合速度が速くなる。
重合に際し、連続重合装置に環状エステルモノマーを連
続的に供給することが好ましい。使用する連続重合装置
としては、撹拌槽型反応器やプラグフロー型の反応器お
よびこれらを組み合わせたものを使用することができ
る。より具体的には、撹拌槽型反応器、スタティック・
ミキサー、塔型反応器等を組み合わせた装置を使用する
ことができる。
おいて、得られる脂肪族ポリエステルの酸価は、0.7
0mgKOH/g以下であることが好ましく、特には
0.50mgKOH/g以下であることが好ましい。ポ
リマーの酸価は、耐熱性、耐加水分解性に関わり、酸価
が低いほど安定性が向上する。本発明では酸価、水分含
有率が低い環状エステルモノマーの使用をすることで、
高効率で高分子量の脂肪族ポリエステルを得ることがで
き、しかも得られた脂肪族ポリエステルは高品質のもの
となる。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。
し減圧下で脱水縮合することにより、低分子量の乳酸オ
リゴマーを得た。これをSb2O3触媒の存在下で解重合
することによりラクチドを得た。このラクチドにキョウ
ワード2015(酸化マグネシウムとアルミナの固溶
体:共和化学工業(株)製)を5wt%入れ2時間攪拌
し、これにモレキュラシーブスを入れ一晩静置し乾燥さ
せ、酸価0.01mgKOH/g、水分含有率32pp
mのラクチドモノマーを得た。このモノマー144.4
g(90wt%−1,2−ジクロロベンゼン溶液、90
2.5mmol)をN2雰囲気下、180℃まで加熱
し、そこへ1,4−ブタンジオール0.08ml(0.
90mmol)、トリ(2−エチルヘキサノエート)ブ
チルスズ1.0×10-2ml(0.018mmol)を
添加しポリラクチドを合成した。重合は3時間行ない、
このときの重合率は89.8%であった。得られたポリ
乳酸の数平均分子量は97,500で、酸価は0.21
mgKOH/gであった。
ワード500−7(合成ハイドロタルサイト:共和化学
工業(株)製)を5wt%を入れ2時間攪拌し、ε−カ
プロラクトンの酸価を約0.20mgKOH/gから
0.03mgKOH/gまで脱酸し、モレキュラシーブ
スにより乾燥させた。得られた酸価0.03mgKOH
/g、水分含有率60ppmのε−カプロラクトン10
0ml(902.4mmol)をN2雰囲気下、180
℃まで加熱し、エチレングリコール0.1ml(1.8
1mmol)、トリ(2−エチルヘキサノエート)ブチ
ルスズ0.2×10-2ml(0.0036mmol)を
添加しポリカプロラクトンを合成した。重合は3時間行
ない、このときの重合率は99.5%であった。得られ
たポリカプロラクトンの数平均分子量は45,800
で、酸価は0.38mgKOH/gであった。
0−7に代えて、キョウワード1015(ハイドロタル
サイト類化合物:共和化学工業(株)製)を5wt%用
い、その他は実施例2と同様にしてε−カプロラクトン
の酸価を約0.20mgKOH/gから0.05mgK
OH/gまで脱酸し、その後モレキュラシーブスを入れ
一晩静置し乾燥させた。得られた酸価0.05mgKO
H/g、水分含有率60ppmmのε−カプロラクトン
100ml(902.4mmol)をN2雰囲気下、1
80℃まで加熱し、そこへ1,4−ブタンジオール0.
08ml(0.90mmol)、トリ(2−エチルヘキ
サノエート)ブチルスズ1.0×10-2ml(0.01
8mmol)を添加しポリカプロラクトンを合成した。
重合は4時間行ない、このときの重合率は99.6%で
あった。得られたポリカプロラクトンの数平均分子量は
75,600で、酸価は0.34mgKOH/gであっ
た。
様にして予めラクチドを得た。このラクチドを実施例2
と同様にキョウワード500−7、モレキュラシーブス
を用いて脱酸、脱水し、酸価0.04mgKOH/g、
水分含有率12ppmのモノマーを得た。このモノマー
144.4g(90wt%−1,2−ジクロロベンゼン
溶液、902.5mmol)をN2雰囲気下、180℃
まで加熱し、そこへ1,4−ブタンジオール0.08m
l(0.90mmol)、トリ(2−エチルヘキサノエ
ート)ブチルスズ1.0×10-2ml(0.018mm
ol)を添加しポリラクチドを合成した。重合は2時間
行ない、このときの重合率は83.5%であった。得ら
れたポリ乳酸の数平均分子量は99,200で、酸価は
0.18mgKOH/gであった。
2上で減圧蒸留し、その後モレキュラシーブスを入れ一
晩静置し乾燥させた。得られた酸価0.01mgKOH
/g、水分含有率40ppmのモノマーを用い、実施例
1に記載の方法と同様にして1,4−ブタンジオールと
トリ(2−エチルヘキサノエート)ブチルスズとを添加
しポリカプロラクトンを合成した。重合は3時間行な
い、このときの重合率は99.6%であった。得られた
ポリカプロラクトンの数平均分子量は80,300で、
酸価は0.19mgKOH/gであった。
理したε−カプロラクトンを用い、スタティック・ミキ
サーを備えた連続重合装置において、ε−カプロラクト
ンを1.5kg/h、予め調製しておいた触媒溶液(ト
リ(2−エチルヘキサノエート)ブチルスズ、エチレン
グリコールおよびε−カプロラクトンの重量比1.1
5:6.0:1000の混合物)を0.15kg/hで
供給し、反応器温度174〜180℃の条件で重合をお
こなった。このときの重合率は96.8%であった。得
られたポリカプロラクトンの数平均分子量は68,40
0で、酸価は0.31mgKOH/gであった。
ュラシーブスを入れ一晩静置し乾燥させ、水分含有率4
5ppm、酸価0.02mgKOH/gのε−カプロラ
クトンを得た。このε−カプロラクトン100ml(9
02.4mmol)に水分含有率が600ppmとなる
ように水を加え、180℃まで加熱し、そこへエチレン
グリコール0.05ml(0.90mmol)、トリ
(2−エチルヘキサノエート)ブチルスズ0.5×10
-2ml(0.0090mmol)を添加しポリカプロラ
クトンを合成した。重合は6時間行ない、このときの重
合率は58.2%であった。得られたポリカプロラクト
ンの数平均分子量は13,500で、酸価は2.2mg
KOH/gであった。
0.20mgKOH/g)に実施例1と同様にキョウワ
ード2015とモレキュラーシブスを用いて脱酸、脱水
し、酸価0.06mgKOH/g、水分含有率200p
pmのε−カプロラクトンを得た。このε−カプロラク
トン100ml(902.4mmol)をN2雰囲気
下、180℃まで加熱し、エチレングリコール0.05
ml(0.90mmol)、トリ(2−エチルヘキサノ
エート)ブチルスズ0.5×10-2ml(0.0090
mmol)を添加しポリカプロラクトンを合成した。重
合は6時間行ない、このときの重合率は98.7%であ
った。得られたポリカプロラクトンの数平均分子量は4
3,500で、酸価は0.78mgKOH/gであっ
た。
ヘキサノエート)ブチルスズに代えてトリ(アセテー
ト)ブチルスズを用いた以外は、比較例2と同様に操作
した。なお、ε−カプロラクトンは、酸価0.06mg
KOH/g及び水分含有率200ppmであり、ε−カ
プロラクトン100mlのN2雰囲気下、180℃での
重合時間は6時間重合であった。このときの重合率は5
2.1%であった。得られたポリカプロラクトンの数平
均分子量は25,700で、酸価は0.76mgKOH
/gであった。
理したε−カプロラクトンを使用し、モノマー中に30
0ppmの水添加を行った。得られた酸価0.03mg
KOH/g、水分含有率360ppmのモノマーを用
い、実施例6と同様の条件で連続重合をおこなった。重
合率は97.7%であった。得られたポリカプロラクト
ンの数平均分子量は32,800で、酸価は1.2mg
KOH/gであった。
含有率の低下に対応して、分子量が高く、酸価の低い脂
肪族ポリエステルを得ることができた。 (2)実施例2の結果から、触媒の使用量が0.003
6mmolと極めて低濃度であっても、重合率99.5
%と優れた効果が得られた。 (3)実施例3と6との比較より、連続重合装置の使用
によっても、同程度の分子量の脂肪族ポリエステルを製
造することができた。 (4)各実施例と比較例1、2、3とを比較すると、水
分含有率が高い原料モノマーを使用すると、重合反応に
要する時間が長くなり、得られた脂肪族ポリエステルの
分子量も低下した。 (5)実施例6と比較例4との比較から、連続重合装置
を使用しても、原料モノマーの水分含有率に比例して、
得られた脂肪族ポリエステルの分子量が低下した。
よび酸価を一定値以下にすることで、高い重合速度で酸
価の低い脂肪族ポリエステルを製造することが可能とな
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 水分含有率が80ppm以下であり、か
つ酸価が0.10mgKOH/g以下の環状エステルモ
ノマーを開環重合させることを特徴とする脂肪族ポリエ
ステルの製造方法。 - 【請求項2】 重合開始剤にアルコールを用いて開環重
合させることを特徴とする請求項1記載の脂肪族ポリエ
ステルの製造方法。 - 【請求項3】 金属化合物を重合触媒に用いることを特
徴とする請求項1または2記載の脂肪族ポリエステルの
製造方法。 - 【請求項4】 環状エステルモノマーがラクトンまたは
ラクチドのいずれか1種以上である請求項1から3のい
ずれかに記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。 - 【請求項5】 連続重合装置に環状エステルモノマーを
連続的に供給することを特徴とする請求項1から4のい
ずれかに記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。 - 【請求項6】 酸価が0.70mgKOH/g以下の脂
肪族ポリエステルであることを特徴とする請求項1から
5のいずれかに記載の脂肪族ポリエステルの製造方法。
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---|---|---|---|
JP33635996A JP3547275B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 脂肪族ポリエステルの製造方法 |
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