JPS6137820A - サーモトロピツク高剛性芳香族ポリエステル、その製造法及びその用途 - Google Patents

サーモトロピツク高剛性芳香族ポリエステル、その製造法及びその用途

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JPS6137820A
JPS6137820A JP16217185A JP16217185A JPS6137820A JP S6137820 A JPS6137820 A JP S6137820A JP 16217185 A JP16217185 A JP 16217185A JP 16217185 A JP16217185 A JP 16217185A JP S6137820 A JPS6137820 A JP S6137820A
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acid
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polyester
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JP16217185A
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English (en)
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ハンス‐ルドルフ・デイツケ
ヘルマン・カウト
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Bayer AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/60Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from the reaction of a mixture of hydroxy carboxylic acids, polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/605Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from the reaction of a mixture of hydroxy carboxylic acids, polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds the hydroxy and carboxylic groups being bound to aromatic rings

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高い剛性と好適な溶融粘度を有する高分子量
サーモトロ−ツク全芳香族ポリエステル、その製造法及
びその成形品、フィラメント、短繊維及びフィルム製造
のための使用に関する。
サーモトロ2ツク(Thertn、otropic )
という用語は液晶溶融物を形成する物質に適用される。
サーモトロピック重縮合物はよく知られておシ、例えば
下記の文献に記載されている; F、 E、 McFarlane他、Liquid C
rystalPolyrn、ers IT、Conte
mporary Topics inpolymer 
5cience、 Vol、 2 、 Pletnbt
n publi−shing Corporation
 1977年発行;F、 J、 Jackson及びH
,F、 Kwhfuss、 J。
polymer Sci、 polymer Chem
istry Ed、 14 。
2[]42(1976)i F、 C,Wooten他、A、 Clerri編集”
 Ultra −high kfodulws pol
yrners ” νApplied Scイonce
 publ、社(Londott )1979年発行、
662頁以降; A、 Blumstein他、” Liquid Cr
ystallineOrder in polyrn、
ers、 Academic press社1978年
発行; A、  C1eferri、  W、  R,Krig
ba1L??+、、  R,B。
Mayer、po’1yner Liquid Cry
stals ” 。
Academic pretts社(New York
 ) 1982年発行 ヨーロッパ特許公開明細書:第1185.1340.8
855.11640.15856.17310.181
45.18709.22344.44205.4961
5.51934.67618.71447.72155
及び7tS133号米国特許明細番:第3804805
.3991013、!+991014.4066/)2
0.4067852.4.075262.408382
9.4130545.4140846.4153779
.4161470.4169933.4181792.
4188476.4201856.4224433、4
230817、423859B、4256624.42
67304.4284757.4285852.431
1B24.4337191及び4347349号; Fo  79/797.79/1034及び79/10
40゜ 、7? リマー溶融物の液晶状態は偏光顕微鏡を用いて
調べることが出来る。調べるためには、接眼部に接眼レ
ンズの焦点位置に合せて光ダイオードを組込んだアタッ
チメントを取り付ける。スイッチをオンにし、ニコルプ
リズムが平行の位置にある際の顕微鏡の値を、試料は入
れずに制禦装置のついた倍増管をオンにして測定し、目
盛100にセットする。ニコルプリズムを交差させると
とにより、目盛精度0.01で値が得られる。
棟側する重縮合溶融物の層の厚さは100ミクロンであ
る。
C− ポリマーの測定は、同試料を280〜400℃の温度で
溶融してから行なう。若し、交差しているニコルプリズ
ムの間で、その溶融物を観察し、全域又は部分が明るけ
れば、その重縮合物はサーモトロピック液晶と見做す。
液晶重縮合物は1度以上、多くは3度ないし90度の測
定値を有する。反対に非品性熔融物、例えば芳香族、j
r リカーボネートでは0.1度以下の価が測定される
上に述べた方法は実験室で迅速に測定するのに特に適し
ており、殆どの場合で明確な価が得られる。反対に疑わ
しい場合には、液晶の存在は溶融物のX線散乱を、例え
ばG、 W、 Gray及びP。
A、 Finder著、”plasiイc Cryst
als。
phyaico −Chemical propert
ies and Methodsof Investi
gation”、特に第6章、JohnFilmy &
 5ons社(Raw York、 5ydney。
Toromto )  1974年発行に記載されてい
る様に用いて知るのが有用である。
ドイツ国特許公告明細書(DB−O5)第202597
1号は、p−ヒドロキシ安息香酸、芳香族ジカルボン酸
(例えばテレフタル酸又はイソフタル酸)及びジフェノ
ール(例えばハイドロキノ/又は4.4′−ジヒドロキ
シジフェニル)から得られる高分子量全芳香族ポリエス
テルに関する。
これらのポリエステルは使用した成分のためにサーモト
ロピックである。これらは例えば繊維に加工することが
できる。実施例での13個のポリエステル中、唯1個だ
けが融点が300℃以下である。そのためにこれらのポ
リエステルの加工は困難でおる。
加工温度が380℃以下のサーモトロピック液晶ポリエ
ステルは、その製造の際に2,6一ソ置換ナフタレン誘
導体を、ドイツ国特許公告公報(DE−O5)第202
5971号で定義している構造単位以外に使用して得る
ことができ乙。
特徴的な構造単位として2.6−ソヒドロキシナフタレ
ンを含むポリエステルは、例えばヨーロッパ特許公開明
細書(published Erbrepeanpat
ent Application ; p E p A
 )第1340号及び第18145号から公知である。
サーモトロピック芳香族ポリエステルを製造するために
、2.6−ナフタレンジカルボン酸を使用することは、
例えばヨーロツ・ぞ特許公開明細書(pEPA)第11
85号、第18973号及び第63881号に記載され
ている。必須モノマ一単位として、6−ヒドロキシ−2
−ナフタレンカルボン酸ヲ使用することも同様にすでに
色々と、例えばヨーロッパ特許公開明細書(pEPA>
第22344号、第44205号、第49S15号、第
49617号、第67618号及び第71447号に記
載されている。
上述公開明細書に記載されている。ff リエステルは
優れた機械的性質例えば高弾性率及び高強度を有する。
しかし力からこれらの性質を達成するには、比較的多量
の2,6−ジー置換ナフタレン化合物、通常使用する単
量体化合物を基準にして。
20モル%以上を必要とする。
2.6−ジー置換ナフタレン誘導体の製造法は複紺であ
り、そしてそのために製造コストが高いので、このポリ
エステルは経済的に満足できるものとけ云い難い。
最近になって公開された特許が、比較的少量の2.6−
ノー置換す7タレン誘導体を使用したサーモトロピック
ポリエステルの製造について述べている。例えばヨーロ
ッパ特許出願(EPA)第76133号、第92617
号及び第102160号である。
本発明の目的は、ドイツ国特許公告明細書(DB−O5
)第2025971号よりも容易に加工でき、そしてそ
れでも優れた機械的性質を有するサーモトロピック全芳
香族ポリエステルを提供することである。
好ましい新規のサーモトロピック全芳香族ポリエステル
は370℃以下の温度で、好ましくは350℃以下の温
度で、特には330℃以下の温度で熱可塑的に加工可能
であるべきである。
本発明のもう一つの目的は、上述したヨー四ツ/4′特
許出願(EPA)に記載されたポリエステルとは対照的
に、2,6−ジー置換ナフタレン化合物は含有せずに、
しかもなお加工して優れた機械的強度を有する成形品を
あたえることのできるサーモトロピック全芳香族ぼりエ
ステルを製造することである。
好ましい新規々サーモトロピック全芳香族ポリエステル
は、少くとも6[100MPAの、好ましくは少くとも
700QMPAの、特に好ましくは少くとも8000M
PAの曲げ弾性率を有すべきである。更にこれらの好ま
しいポリエステルti少くとも100MPAの、好まし
くは少くとも120MpAの、特に少くも140MPA
の曲げ強度を有すべきである。
驚くべきことに、p−ヒドロキシ安息香酸、ハイドロキ
ノン及び/又は4,4′−ジヒドロキシジフェニル、並
びに一方にイソフタル酸、随時テレフタル酸そして他方
に3.4′−及び/又け4゜4′−ベンゾフエノンジカ
ルボン酸の縮合基を含む全芳香族ポリエステルが、望ま
しい有利な性質を有することが発見された。
本発明は、 (a)(随時置換されていてよい)p−ヒドロキシ安息
香酸、 (b)ハイド四キノン及び/又は4,4′−ジヒドロキ
シジフェニル、 (c)イソフタル酸及び随時テレフタル酸及びcカ 3
,4′−及び/又は4.47−ベンゾフエノンジカルボ
ン酸 から得られ、縮合基((t) 、 (c)及び(d)の
合計に対して縮合基(a)を40〜80モル%、好まし
くは50〜75モル%、特に60〜70モル%、縮合基
(6)を15〜58モル%、好ましくは20〜46モル
%、特には20〜35モル%、そして 縮合(d)を2〜40モル%、好ましくは4〜30モル
%、4?に5〜20モル%含み、縮合基b / (e 
+ d )のモル比が095〜1.05であシ、そして
基(Aに対するテレフタル酸の比率が高々30モル%で
あることを@徴とするサーモトロピック全芳香族ポリエ
ステルを相供する。
好ましい成分(a)のp−ヒドロキシ安り1香酸は、そ
のベンゼン核がC1−C4−アルキル、C1〜C4−ア
ルコキシ、C6〜C10−アリール、C1〜”12−ア
ルキルアリール(例えばフェニル、トリル、ナフチル)
又はノ・口rン(好ましくけ塩素)で置換されたp−ヒ
ドロキシ安息香を、例えば4−ヒドロキシ−2−メチル
安re香酸、4−ヒドロキシ−3−メチル−安唐香酸、
2−エチル−4−ヒドロキシ安、中香酸、3−エチル−
4−ヒドロキシ安、!’香IF’、4−ヒドロキシ−2
−フェニル安息香酸、4−ヒドロキシ−3−フェニル安
、I香e 又は3−クロ0−4−ヒドロキシ安息香酸、
好ましくはしかし未置換のp−ヒドロキシ安府香酸であ
る。
モノマ一単位(d)の製造はずっと以前から公知である
(例えば、IArnpricht、 A、3ユヱ 92
゜96又はH,Startdinger+ K C1a
r、 B、 441632又はり、 Lavaux A
、 Ch、  (8) 21144参照)。4.4′−
ベンゾフエノンジカルボン酸は、単純な方法で安価外原
料のトルエン及びホスダンから得るととができる。その
場合、第一段階でトルエンとホスケゝンとかう4 、4
’−ジメチルベンゾフェノンが得られそして第2段階で
それを酸化して4.4′−ベンゾフエノンジカルボン酸
にする。
本発明の、I? IJエステルは、化合物(a)及び(
c)の基を、ランダム分布で、セグメント状で、又はブ
ロックとして含むことができる。成分(a)に関しては
、そのブロックが比較的長いものとなると、ポリエステ
ルの融点及び溶融粘度をかなり増加させることを考慮す
べきである。
本発明のポリエステルは末端基として、−COOH。
−H,−OH,−QC6H,、アシロキシ、又は連鎖停
止剤から誘導される基を含むことができる。
好ましい連鎖停止剤は単官能性芳香族ヒドロキシ化合物
、例えば4−ヒドロキシジフェニル、7’−ノニルフェ
ニル、4−(111,313−テトラメチルブチル)−
フェノール、β−ナフトール、及び芳香族モノカルボン
酸、例えばジフェニルカルボン酸及びナフタレンカルボ
ン酸である。連鎖停止剤は、成分(a)及び(b)の合
計量に対して0.5〜5モル%使用することができる。
分校性3官能性又はよシ高次の官能性の、好ましくは芳
香族であるモノマー、例えばフロログルシノール、j、
3.5−ベンゼントリカルボン酸、及び3,5−ジヒド
ロキシ安息香酸を、成分(a)及び(b)の合計量に対
して0.1〜1モル%随時使用することもできる。
本発明のポリエステルは、一般に少くとも0.3、好ま
しくは少くともt o d l / yの対数粘度(ポ
リエステル5 yq / ml p−クロロフェノール
溶液ヲ用いて45℃で測定)を有する。ポリエステルが
p−クロロフェノールに不溶の場合は、同ポリエステル
は最小の粘度を有すると見做し、主要請求範囲のパラメ
ーターを満す場合、そのプリエステルは本発明に該当す
る。
本発明のぼりエステルは、その溶融粘度を長さ/径比が
20のノズルを用い、10’agc″″の剪断速度で3
60℃以下の温度で、好ましくは330℃以下の温度で
測定した場合、1,000pa、sの粘度を有する。
本発明のポリエステルは種々の方法で、例えば化合物(
a)〜(ゐの反応性誘導体、例えばそのエステル又は酸
塩化物の縮合又はエステル交換反応、次いで重縮合反応
を行なって製造することができる。
従って、好捷しい出発化合物は、例えばそのアリールエ
ステル、アシルエステル又は酸塩化物である。
製造法として好ましくは、化合物(a)及び(b)の低
級アシルエステル、好ましくは酢酸エステルを、イソフ
タル酸(c)及び随時テレフタル酸並びにペンゾフエノ
ンソカルボン酸(d)と反応させる。このアシルエステ
ルは重合の際、その反応中に(inBits)製造する
こともできる。
これらの反応は溶融相で実施できるが、高い沸点を有す
る液状熱媒の存在下に行なうことも可能である。
化合物(a)〜(d)の残基は、反応開始時に使用した
割合でポリエステル中に取り込まれる。
縮合又はエステル交換反応及び重縮合反応のどちらとも
触媒を使用して加速することが可能である。この様々触
媒としては例えばルイス酸、)・ロケ゛ン化水素酸、ア
ルカリ土類金属、例えばマグネシウム又はカルシウム、
遷移金属、例えばノくナソウム、チタン、マンガン、コ
バルト、ニッケル、亜鉛、ランタン、セリウム、ツルコ
ニウム又は周期律表のその他の族の元素、例えばケ°ル
マニウム、錫、鉛及びアンチモンの酸化物、水素化物、
水酸化物、ノ・ロケ゛ン化物、アルコラード、フェノラ
ート、及び無機酸又は有機酸塩(好ましくはカルボン酸
塩)、錯体塩又はそれらの混合物、或いはアルカリ金属
又はアルカリ土類金属それ自体も知られており、特にナ
トリウム金属、水酸化ナトリウム、酢酸リチウム、酢酸
ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸マグ
ネシウム、酢酸コバルト、酢酸亜鉛、安唐香酸カルシウ
ム、マグネシウムアセチルアセトナート、亜鉛アセチル
アセトナート、バナジル−〇、〜C,アルコキシド、チ
タンアルコキシド、例えばチタンテトラブチラード又は
チタンテトラフェノラート、硅酸アルコキシチタン、ジ
ルコニウムブーy−ラ−)、ジルコニウムプロピラード
、チタンテトラフェノラート、ナトリウムフェノラート
、二酸化rルマニウム、三酸化アンチモン、ジアルキル
及びジアリール錫酸化物、ジブチル錫ジアセテート及び
ジブチルジメトキシ錫が誉げられる。マグネシウム、マ
ンガン、ナトリウム、カリウム及び亜鉛の酢酸塩が特に
好ましい。
触媒量は使用するモノマーの全重量に対して好ましくは
0.001〜1、特に好ましくは0.01〜0.2重量
%である。
本発明のポリエステルは160〜570℃で、一般に低
温度で出発し、反応が進むに従って連続的に温度を上げ
て行って製造することができる。
反応速度が遅くなるに従い真空にし、好ましくは常圧か
ら0.1tnbaτに連続、的に圧力を下げて行く。
生成物は好ましくは粒状で得、続いて減圧下に200〜
300℃で固相拶縮合を行なうことができる。5〜25
時間後に、分子量は増大し、得られるポリエステルの性
状は著しく改善される。
かくして本発明は又、成分((Z)及び(d)又は反応
中に製造することも出来るそれらの反応性誘導体を、随
時連鎖停止剤、分枝剤及び触媒の存在下に、160〜3
70℃の温度で、随時減圧下に反応させる新規なポリエ
ステルの製造法を提供する。
本発明のサーモトロピックポリエステルは、比較的低溶
融粘度故にその溶融物から有利に加工され、射出成形品
、フィラメント、短繊維、帯状物(band )及びフ
ィルムを製造することができ、その分子は剪断応力によ
り配向され、配向は剪断応力の強さに高度に影響される
。更に同ポリエステルは著しい構造粘性を有し、剪断応
力が大きくなる程、その溶融粘度は大きく低下する。加
工法としては、射出成形、押し出し成形、加圧成形及び
溶融紡糸が適している。
本発明のポリエステルから高い引張強さ及び大きな寸法
安定性を有する成形品を製造することができる。本ポリ
エステルは非常に高い化学抵抗性及び耐歪性を有し、特
に下記の製品の製造に適している: −電子工業製品、例えば絶縁体、印刷回路、プラグ接点
(phbg contact )及び機器i9ネルの部
品、 一化学工業機器、パイグ、コンテナーライニング、回転
子、滑り支承(5lide bearing )、ノぞ
ツキフグ、 一航空機用内装備品の部品 一医薬工業機器の部品、例えば空調系構成部品バルブ部
品 本発明のポリエステルは、しかし、粉末又は懸濁液の形
で被覆又は塗布物質として使用することもできる。同ポ
リエステルは又強化剤又は充填剤をその重量に対して5
〜65重量%含む強化用又は充填剤入υ成形用組成物を
製造するのが最も適している。
本発明はかくして、新規なポリエステルの成形品、フィ
ラメント、短繊維及びフィルム製造のだめの使用に関す
る。
実施例 衝撃強度a、rL及びノツチ付衝撃強度αにはDIN(
ドイツ工業規格)53453 (ISO/R179)に
従って標準棒状小片を夫々104m1ずつ使用して行な
った。曲げ強度の測定1l−1DIN53457(15
0/R178)に従って標準棒状小片について実施した
。加熱下寸法安定性はDIN53460 (15030
6>に従って、Vicαt−B軟化温度を測定して行な
った。
比較実施例1 表面を研削した蓋、攪拌器、窒素導入部、及び冷却器に
連結した蒸留用付属器を備えた表面を研削した1)の容
器に下記の化合物を秤量導入する。
2.4モル(331,49F)のp−ヒドロキシ安、1
香酸、 1.2モル(199,36f )のテレフタル酸、1.
24モル(2o2.34f)の2.6−ジヒドロキシナ
フタレン、 5.76−E−ル(58ao f ) ノ無水酢酸、0
.52の酢酸マグネシウム、そして 0.5fの三酸化アンチモン 窒素雰囲気下、塩浴を用いて170℃に加熱する。
酢酸の留出が減少(約35分後)したら直ちに、反応容
器内の温度を上げ、1時間に渉って550℃迄上昇させ
る。留出が終ったら、30分かけヤ圧力を1mbar迄
下ける。
この真空をかけている間に、ポリマー溶融物の粘度が大
きく上昇する。従って溶融物は更にゆっくりと攪拌する
真空の終点迄には合計6701の酢酸(残存無水酢酸も
含めて)が留出する。
灰褐色のポリエステルが得られ、これを磨砕し、続いて
250℃で(約1tnbarの真空下で、20時間)固
相後重合にかけた。
この様にして得られたポリエステルはp−クロロフェノ
ールに不溶である。290〜400℃の温度範囲で溶融
物に光学異方性が観察された。
実施例1 下記の化合物を、比較実施例で述べた反応器に導入する
: 2.4モル<331.49F)のp−ヒドロキシ安息香
酸、 1.44モル(158,56f)のハイドロキノン、1
.2モル(199,36F )のイソフタル酸、0.2
4モル(64,8F)の4.4′−ペンゾフエノンゾカ
ルボン酸、 6.3モル(643,17y )の無水酢酸、0.5f
の酢酸マグネシウム及び 0.5fの二酸化rルマニウム 窒素雰囲気下に塩浴を用いて170℃に加熱する。反応
温度は1時間稜に170から200℃に上げ、更に4時
間かけて320℃に上げる。□蒸留が終ったら、圧力を
約20分間で2.5mbar迄低下させる。この真空状
態では、残留生成物は容易に攪鋒できる。真空終了時に
は、(残存無水酢酸も含めて)全部で730Fの酢酸が
回収される。
淡いベージュ色の生成物が得られ、これを磨砕し、25
0℃で(jmbar724時間)固相徒縮介を行なう。
この方法で処理したポリエステルの対数粘度は1.20
dlltである。310〜400℃の温度範囲で溶融物
に光学異方性が観察された。
実施例2〜5 実施例1に記載した反応器を用いて、又そこで述べた方
法で更にポリエステルを製造した。出発化合物の種類及
び量は表1に掲げる。
表   1 2 2.6 1.4Hy 1.21s O,24,4’
−D15 1.6B51.56Hy 1.39I、50
.174,4’ −1)+4 2.6 1.8 H’j
t 1.I IS O,44t4’ −7)+0.3 
TS 5 2.4 1.44DOD 1.2 IS O,24
4,4’ −1)+6 2.4  ’1.44H11,
2IS O,243+4’ −DI略号:  Hy=ハ
イドロキノン DOD=4.4’−ソヒドロキシジフェニルIs  =
イソフタル酸 TS  =テレフタル酸 DCB=ペンゾフェノンソカルボン酸 Th     6.4     1.96   29o
−4oo0c’:’B     5.7      1
.05   260−400℃’:’B     7.
4     2.46   320−4000G’:B
     6.5      1.84   300−
4000C2B     6.3     2.31 
  310−400℃標準棒状小片は比較実施例1及び
実施例1〜6でのポリエステルから射出成形して製造し
、機械的性質を試験する。測定値を表2に掲げる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)随時置換していてもよいp−ヒドロキシ安息
    香酸、 (b)ハイドロキノン及び/又は4,4′−ジヒドロキ
    シジフエニル、 (c)イソフタル酸及び随時テレフタル酸、(d)3,
    4′−及び/又は4,4′−ベンゾフエノンジカルボン
    酸 に基づくサーモトロピック全芳香族ポリエステルであつ
    て、縮合基(a)、(c)及び(d)の合計量に対して
    夫々 縮合基(a)を40〜80モル%、 縮合基(c)を15〜58モル%、 縮合基(d)を2〜40モル%含み、 (b)/(c+d)のモル比が0.95〜1.05であ
    り、そして基(c)に対するテレフタル酸基の比率が高
    々30モル%であることを特徴とするサーモトロピック
    全芳香族ポリエステル。 2、縮合基(a)、(c)及び(d)の合計量に対して
    夫々、縮合基(a)を50〜75モル%、 縮合基(c)を20〜46モル%そして 縮合基(d)を4〜30モル% 含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のポリ
    エステル。 3、縮合基(a)、(c)及び(d)の合計量に対して
    夫々縮合基(a)を60〜70モル%、 縮合基(c)を20〜35モル%そして 縮合基(d)を5〜20モル% 含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項
    記載のポリエステル。 4、随時その場で製造することもできる成分(a)から
    (d)の反応性誘導体を、随時連鎖停止剤、分枝剤及び
    触媒の存在下に、160〜370℃の温度で、随時減圧
    下に、反応させることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項ないし第3項記載のポリエステルを製造する方法。 5、固相での後縮合反応を引続き実施することを特徴と
    する特許請求の範囲第4項記載の方法。 6、特許請求の範囲第1項ないし第3項記載のポリエス
    テルの、成形品、フィラメント、短繊維及びフィルム製
    造のための使用。
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