JPWO2017038949A1 - ポリエステル樹脂及び該ポリエステル樹脂の製造方法並びにポリエステル樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願人らは、ジカルボン酸単位として2,5−フランジカルボン酸単位を有し、ジオール単位としてエチレングリコール、トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオールの各単位を有するポリエステル樹脂について、分子量が高く、耐熱性、機械物性及び耐候性に優れたポリエステル樹脂を開発した(特許文献1)。
特許文献1に記載のポリエステルは、PETやPBT等の芳香族ポリエステルと比べて融点が低いため耐熱性が不十分であり、成形品としての用途展開に限界がある。また、特許文献2の製造方法では、PCFを製造する際に、結晶化速度が遅くなる場合があり、耐熱性が悪化したり溶融時の熱安定性や耐加水分解性に問題が生じる場合がある。
一方、特許文献3に記載のPCFは、製造条件によっては結晶化速度が遅くなる場合がある。また、重合反応中に分解反応が起こりやすいため、カルボン酸末端濃度やビニル末端濃度が大きくなる場合があり、その際は分子量が上がりにくく、また耐熱性が悪化したり溶融時の熱安定性や耐加水分解性に問題が生じる傾向がある。
さらに、2,5−フランジカルボン酸に由来する構造単位と、特定のジオールに由来する構造単位を有するポリエステル樹脂であって、特定量のアルカリ金属を含有する新規ポリエステル樹脂を見出した。
[1]2,5−フランジカルボン酸単位と1,4−シクロヘキサンジメタノール単位を主たる構成成分とするポリエステル樹脂であって、
下記(I)及び(II)を満たす、ポリエステル樹脂。
(I)還元粘度(ηsp/c)が0.7dL/g以上。
(II)下記式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び下記式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端の総和が80μeq/g以下。
[2]DSCで測定した融点(Tm)と降温時結晶化温度(Tmc)との差が50℃以下である、[1]に記載のポリエステル樹脂。
[3]更に下記(III)を満たす、[1]または[2]に記載のポリエステル樹脂。
(III)カルボン酸末端が30μeq/g以下。
[4]0.5〜1000ppmのアルカリ金属を含有する、[1]〜[3]のいずれかに記載のポリエステル樹脂。
[5]2,5−フランジカルボン酸に由来する構造単位、及び炭素数が2以上、10以下のジオールに由来する構造単位を含むポリエステル樹脂であって、
0.5〜1000ppmのアルカリ金属を含有するポリエステル樹脂。
[6][1]〜[5]のいずれかに記載のポリエステル樹脂を含有するポリエステル樹脂組成物。
[7]さらに、リン系化合物、イオウ系化合物およびフェノール系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物を含有する、[6]に記載のポリエステル樹脂組成物。
[8]さらに、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物およびカルボジイミド系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物を含有する、[6]又は[7]に記載のポリエステル樹脂組成物。
[9]さらに、フィラーを含有する[6]〜[8]のいずれかに記載のポリエステル樹脂組成物。
[10]ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステル、並びにジオールを用いて、溶融重合によりポリエステル樹脂を製造する方法であって、
前記ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステルが2,5−フランジカルボン酸及び/又は2,5−フランジカルボン酸エステルを含み、
前記ジオールが1,4−シクロヘキサンジメタノールを含み、
下記工程(IV)及び工程(V)を有する、ポリエステル樹脂の製造方法。
(IV)エステル化又はエステル交換反応を行う工程。
(V)次いで、減圧下において、下記式(3)で示される温度(t1)にて重縮合する工程。
Tm≦t1≦Tm+15℃ (3)
Tm:ポリエステル樹脂の融点
[11]更に、下記工程(VI)を有する、[10]に記載のポリエステル樹脂の製造方法。
(VI)溶融重合後、下記式(4)で示される温度(t2)で固相重合する工程。
t2≦Tm (4)
Tm:ポリエステル樹脂の融点
[ポリエステル樹脂]
<2,5−フランジカルボン酸単位>
本発明の一実施形態は、ポリエステル樹脂である。ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸単位とジオール単位とを主たる構成単位として含む。「主たる」構成単位とは、ポリエステル樹脂を構成する構成単位中、最も大きい構成割合を占める構成単位であり、全構成単位中通常50質量%以上を占め、好ましくは60質量%以上を占め、より好ましくは70質量%以上を占め、更に好ましくは80質量%以上を占め、特に好ましくは90質量%以上を占める。
ポリエステル樹脂は、2,5−フランジカルボン酸単位以外のジカルボン酸単位が共重合されていてもよい。2,5−フランジカルボン酸単位以外のジカルボン酸単位が共重合されている場合、好ましくは全ジカルボン酸単位の10質量%以下であり、より好ましくは5質量%以下である。また、好ましくは0.1質量%以上である。これらの範囲であることで、結晶性を損なうことなく融点を若干下げることができる。それによって重合温度や加工温度を低目に設定することができ、溶融時の分解反応や分子量低下を抑制することが可能となる傾向にある。
共重合可能なジカルボン酸単位としては、芳香族ジカルボン酸化合物、脂肪族(脂環式も含む)ジカルボン酸、これらをエステル化等した誘導体等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
ポリエステル樹脂を構成するジオール単位は、1,4−シクロヘキサンジメタノール単位を含むことが好ましい。
ポリエステル樹脂の製造に用いられる際には、主に1,4−シクロヘキサンジメタノールが用いられる。1,4−シクロヘキサンジメタノールは、シス体、トランス体、又はこれらの混合物が挙げられる。混合物の場合は、トランス体の比率が、好ましくは60%以上であり、より好ましくは65%以上、さらに好ましくは70%以上である。また、好ましくは90%以下であり、より好ましくは80%以下である。トランス体の割合が上記範囲であることで、融点が適当な範囲となり、耐熱性及び製造性に優れる傾向にある。
ポリエステル樹脂は、1,4−シクロヘキサンジメタノール以外のジオール単位が少量共重合されていてもよい。好ましくは、ジオール単位の1モル%未満である。その他のジオール単位が上記未満であることで、融点が下がり過ぎず、耐熱性が得られる傾向にある。
共重合可能なジオール単位としては、炭素数2〜10の脂肪族及び/又は脂環式ジオールが好ましく、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、イソソルバイド等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
一実施形態において、ポリエステル樹脂は、2,5−フランジカルボン酸に由来する構造単位、及び炭素数2以上、10以下のジオールに由来する構造単位を含むポリエステル樹脂である。この場合の炭素数2以上、10以下のジオールは、脂肪族ジオールであってもよく、脂環式ジオールであってもよい。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、イソソルバイド等があげられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸単位及びジオール単位以外の、少量の共重合成分を含んでいてもよい。その場合含有量は、ポリマー中の10モル%以下、好ましくは5モル%以下である。前記上限値以下であることで、ポリエステル樹脂の結晶性が維持され、耐熱性が得られる傾向にある。少量の共重合成分としては、芳香族ジヒドロキシ化合物、ビスフェノール、ヒドロキシカルボン酸、ジアミン、これらの誘導体等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
また、これらに光学異性体が存在する場合には、D体、L体、又はラセミ体のいずれでもよく、形態としては固体、液体又は水溶液であってもよい。
3官能以上の官能基を有する構成単位を構成する化合物としては、3官能以上の多価アルコール;3官能以上の多価カルボン酸或いはその無水物、酸塩化物、又はエステル;3官能以上のヒドロキシカルボン酸或いはその無水物、酸塩化物、又はエステル;及び3官能以上のアミン類;からなる群から選ばれた少なくとも1種の3官能以上の多官能化合物が挙げられる。
3官能以上の多価カルボン酸又はその無水物としては、具体的には、トリメシン酸、プロパントリカルボン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、シクロペンタテトラカルボン酸無水物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
3官能以上のヒドロキシカルボン酸としては、具体的には、リンゴ酸、ヒドロキシグルタル酸、ヒドロキシメチルグルタル酸、酒石酸、クエン酸、ヒドロキシイソフタル酸、ヒドロキシテレフタル酸等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
これらのうち、特に入手のし易さから、リンゴ酸、酒石酸又はクエン酸が好ましい。
ポリエステル樹脂中の3官能以上の官能基を有する構成単位の含有割合が上記上限値以下であることで、ポリマーの架橋が過度に進行せず、安定にストランドを抜き出せ、成形性、各種物性等が得られる傾向にある。また、ポリエステル樹脂中の3官能以上の官能基を有する構成単位の含有割合が上記下限値以上であることで、適度な溶融粘度を有するポリエステル樹脂が得られ、成形性が向上する傾向にある。
ポリエステル樹脂の製造に際し、ジイソシアネート、ジフェニルカーボネート、ジオキサゾリン、珪酸エステル等の鎖延長剤を使用してもよい。特に、ジフェニルカーボネート等のカーボネート化合物を使用する場合は、これらのカーボネート化合物をポリエステル樹脂の全構成成分に対して20モル%以下、好ましくは10モル%以下添加して、ポリエステルカーボネートを得ることも好ましい。
この場合、カーボネート化合物としては、具体的には、ジフェニルカーボネート、ジトリールカーボネート、ビス(クロロフェニル)カーボネート、m−クレジルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチレンカーボネート、ジアミルカーボネート、ジシクロヘキシルカーボネート等が例示される。その他、フェノール類、アルコール類のようなヒドロキシ化合物から誘導される、同種、又は異種のヒドロキシ化合物からなるカーボネート化合物も使用可能である。
珪酸エステルとしては、具体的には、テトラメトキシシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジフェニルジヒドロキシラン等が例示できる。
また、溶融テンションを高めるために、少量のパーオキサイドを添加してもよい。
これらはいずれも1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
この場合、末端封止剤のカルボジイミド化合物としては、分子中に1個以上のカルボジイミド基を有する化合物(ポリカルボジイミド化合物を含む)が挙げられ、具体的には、モノカルボジイミド化合物として、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジメチルカルボジイミド、ジイソブチルカルボジイミド、ジオクチルカルボジイミド、t−ブチルイソプロピルカルボジイミド、ジフェニルカルボジイミド、ジ−t−ブチルカルボジイミド、ジ−β−ナフチルカルボジイミド、N,N’−ジ−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミド等が例示される。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
一実施形態において、ポリエステル樹脂は、0.5ppm以上、1000ppm以下のアルカリ金属を含有することが好ましい。ポリエステル樹脂が、少量のアルカリ金属を含有することで、熱分解反応が抑制され、溶融安定性が改善される傾向にあり好ましい。
アルカリ金属の種類は特段限定されず、Li、Na、K、Rb、Cs、Frのいずれでもよいが、入手の容易性よりLi、Na、Kが好ましい。
アルカリ金属の含有量は、1ppm以上であることが好ましく、5ppm以上であることがより好ましい。また500ppm以下であることが好ましく250ppm以下であることがより好ましい。
ポリエステル樹脂は、下記(I)及び(II)を満たす。また、好ましくは(III)を満たす。
(I)還元粘度(ηsp/c)が0.7dL/g以上。
(II)下記式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端の総和が80μeq/g以下。
ポリエステル樹脂の還元粘度(ηsp/c)は、0.7dL/g以上であるが、0.5dL/g以上であってよく、0.6dL/g以上であってよく、好ましくは0.75dL/g以上、より好ましくは0.76dL/g以上であり、更に好ましくは0.77dL/g以上である。還元粘度の上限は通常3.0dL/g以下、好ましくは2.5dL/g以下、より好ましくは2.0dL/g以下、さらに好ましくは1.5dL/g以下、よりさらに好ましくは1.2dL/g以下、殊更好ましくは1.1dL/g以下、特に好ましくは1.0dL/g以下である。還元粘度が上記下限値以上であることで、フィルムや射出成形品を成形しやすくなり、また、得られた成形体の強度が得られる傾向にある。一方、還元粘度が上記上限値以下であることで、成形が容易となる傾向にある。
還元粘度(ηsp/c)を0.7dL/g以上とする方法は特に限定されないが、溶融重合法を用いること、触媒、重合温度等をコントロールすることで、還元粘度を特定値以上にし易くなる傾向がある。
ポリエステル樹脂は、式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び/又は式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端を有する。式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端の総和は、通常80μeq/g以下であり、70μeq/g以下であることが好ましく、より好ましくは65μeq/g以下、更に好ましくは60μeq/g以下である。下限は特に限定されないが、0以上が好ましい。上記上限値以下であることで、重縮合反応が進行しやすくなる傾向にある。また、ポリエステル樹脂の耐熱性、溶融安定性等が得られる傾向にある。なお、本明細書中において、式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び/又は式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端を、ビニル末端と表すことがある。
ポリエステル樹脂のカルボン酸末端は、好ましくは30μeq/g以下である。より好ましくは25μeq/g以下、更に好ましくは20μeq/g以下である。また、下限は特に限定されないが、0以上である。カルボン酸末端が上記上限値以下であることで、耐熱性、耐加水分解性、溶融安定性等が得られる傾向にある。
カルボン酸末端を上記範囲にする方法は特に限定されないが、後記のt1等の重縮合反応温度をコントロールする方法等が挙げられる。
ポリエステル樹脂は、DSCで測定した融点(Tm)と降温時結晶化温度(Tmc)の差(以下、Tm−Tmcと表すことがある。)が60℃以下であってよく、55℃以下であってよく、好ましくは50℃以下であり、より好ましくは45℃以下であり、さらに好ましくは40℃以下である。また、下限は特になく、0(Tm=Tmc)でもよい。なお、Tm≧Tmcである。
Tm−Tmcが上記上限値以下であることで、成形時に結晶化が進みやすく、耐熱性の良好な成形体が得られる傾向にある。また、射出成形時の型離れが良好となりやすいため、生産性向上に寄与する。
DSCの測定条件は、ポリエステル樹脂を、速度10℃/minで30℃から300℃まで昇温し、引き続き同速度で30℃まで降温し、さらに同速度で300℃まで昇温する。2回目の昇温工程でみられる最大の吸熱ピークをTm、降温工程でみられる発熱ピークをTmcとしピークトップの温度を読み取る。
ポリエステル樹脂のDSCで測定したTmは、Tm−Tmcが前記範囲となれば特に限定されない。好ましくは290℃以下であり、更に好ましくは280℃以下である。また、好ましくは240℃以上であり、更に好ましくは250℃以上である。これらの範囲であることで成形性が良好で耐熱性に優れた成形体が得られる傾向にある。
なお、Tmの測定方法は、前記Tm−Tmcで挙げた測定方法と同じである。
ポリエステル樹脂の製造方法は、ポリエステル樹脂の製造に関する公知の方法が採用できる。例えば、ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステルとジオールを用い、エステル化反応及び/又はエステル交換反応を行った後、減圧下での重縮合反応を行うといった溶融重合の一般的な方法が採用できる。また、後記の溶融重合によりポリエステル樹脂を製造する方法、更に固相重合を行う方法等を用いることができる。
ポリエステル樹脂は、好ましくは、触媒の存在下で製造される。用いられる触媒は、後記の触媒が挙げられ、添加するタイミング、量等も適宜調整することができる。
ジカルボン酸、ジカルボン酸エステル、ジオール等のポリエステル樹脂の原料は、上記ポリエステル樹脂で挙げた各材料が挙げられる。
溶融重合により、ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステル、並びにジオールを用いてポリエステル樹脂を製造する方法は、以下、(IV)工程及び(V)工程を有することが好ましい。
(IV)エステル化又はエステル交換反応を行う工程。
(V) 次いで、減圧下において、下記式(3)で示される重縮合反応温度(t1)にて重縮合反応を行う工程。
Tm≦t1≦Tm+15℃ (3)
Tm:ポリエステル樹脂の融点
なお、一実施形態において、前記ジカルボン酸は2,5−フランジカルボン酸及び/又は2,5−フランジカルボン酸エステルを含み、前記ジオールは1,4−シクロヘキサンジメタノールを含む。
溶融重合によるポリエステル樹脂の製造は、触媒を用いて製造することができる。触媒の添加時期は、特に限定されず、原料仕込み時に添加してもよく、製造工程の途中で添加してもよい。また、原料仕込み時と製造工程の途中に分けて添加してもよい。つまり、上記(IV)工程及び/又は(V)工程は触媒の存在下で行うことができる。
触媒としては、ポリエステルの製造に用いることのできる任意の触媒を選択することができるが、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アンチモン、スズ、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、アルミニウム、コバルト、鉛、セシウム、マンガン、リチウム、カリウム、ナトリウム、銅、バリウム、カドミウム等の金属化合物が好適である。中でも、ゲルマニウム化合物、チタン化合物、マグネシウム化合物、スズ化合物、亜鉛化合物又は鉛化合物が好適であり、特に好適には、チタン化合物又はマグネシウム化合物が挙げられる。
これらの中では、テトラ−n−プロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラオクチルチタネート、チタン(オキシ)アセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンビス(アンモニウムラクテイト)ジヒドロキシド、ポリヒドロキシチタンステアレート、テトラステアリルチタネート、チタンラクテート、ブチルチタネートダイマー、酸化チタン又はチタニア/シリカ複合酸化物が好ましい。さらに、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラオクチルチタネート、チタン(オキシ)アセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、ポリヒドロキシチタンステアレート、テトラステアリルチタネート、チタンラクテート、ブチルチタネートダイマー又はチタニア/シリカ複合酸化物がより好ましい。
触媒として、テトラアルコシキチタンとマグネシウム化合物の組み合わせは、高活性のため特に好ましく、テトラブチルチタネートと酢酸マグネシウムの組み合わせが特に好ましい。
(IV)工程は、ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステル、並びにジオールのエステル化又はエステル交換反応を行うものである。
(IV)工程における温度、時間、圧力等の条件は、従来公知のポリエステル製造法の範囲を採用できる。
ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステルとジオールとのエステル化又はエステル交換反応の反応温度は、下限が通常100℃以上であり、120℃以上が好ましい。また、通常300℃以下であり、290℃以下が好ましく、280℃以下が更に好ましい。これらの範囲であることで、効率的に反応が進行する傾向にある。
反応雰囲気は、通常、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下である。反応圧力は、通常、常圧から10kPaであるが、常圧が好ましい。
反応時間は、通常1時間以上であり、上限が通常10時間以下、好ましくは8時間以下である。
(V)工程は、(IV)工程に引き続き、減圧下において、下記式(3)で示される重縮合反応温度(t1)にて重縮合反応を行うものである。
(V)工程の温度、時間、圧力等の条件は、従来公知のポリエステル製造法の範囲を採用できる。
その後の重縮合反応は、任意の温度に到達した時点で減圧を開始し、最終的な圧力は、下限が通常0.01×103Pa以上であり、0.05×103Pa以上が好ましい。また、通常1.4×103Pa以下であり、0.6×103Pa以下が好ましく、0.3×103Pa以下が好ましい。重縮合反応時の圧力が上記上限以下であることで、ポリエステルの製造時間が長くなり過ぎず、ポリエステルの熱分解による分子量低下や着色が抑制され、実用上十分な特性を示すポリエステルの製造ができる傾向にある。また、上記下限値以上であることで、極端な高真空に対応する高額な設備を用いずに製造することができる。
重縮合反応の反応時間は、下限が通常1時間以上であり、上限が通常15時間である。好ましくは10時間以下、より好ましくは8時間以下である。反応時間が上記下限以上であることで、反応が十分となり、重合度の高いポリエステルが得られ、機械物性が得られる傾向にある。反応時間が上記上限以下であることで、ポリエステルの熱分解による低分子量低下を抑制することができ、機械物性が得られる傾向にある。また、カルボン酸末端やビニル末端を低く抑えられるため、耐熱性、耐加水分解性、溶融熱安定性等が得られる傾向にある。
(V)工程において、前記溶融重合における重縮合反応温度(t1)は、式(3)で示される範囲であることが好ましい。
Tm≦t1≦Tm+15℃ (3)
Tmは、得られるポリエステル樹脂の融点を示す。なお、Tmの好ましい範囲は、前記ポリエステル樹脂の物性で示した範囲と同じである。
重縮合反応温度(t1)は、より好ましくはTm+13℃以下であり、さらに好ましくはTm+10℃以下である。
t1がTm以上であることで、溶融状態が得られ、撹拌が十分行える傾向にある。また、Tm+15℃以下であることで、製造されたポリエステル樹脂の結晶化速度が大きくなり、耐熱性の良好な成形体が得られる傾向にある。また、射出成形等を行った場合、金型離れが良くなり、成形品の外観が損なわれない傾向にある、さらに、熱分解、着色、副反応等が抑制され、カルボン酸末端やビニル末端の濃度が過剰になり難い。そのため、十分な重合度を有するポリエステル樹脂が得られ、機械物性、耐熱性、溶融熱安定性、耐加水分解性等の物性が得られる傾向にある。
さらに、溶融重合の後に、後記の固相重合の工程を有する場合、t1が上記範囲であることで、結晶化温度が高くなり、ビニル末端が抑制される等の特徴が、固相重合後も引き継がれる傾向にある。また、固相重合の反応が効率的に行われ、高分子量のポリエステル樹脂を得られる傾向にある。
ポリエステル樹脂がアルカリ金属を含有する場合、製造方法における(IV)工程の際にアルカリ金属含有原料を添加してもよく、(V)工程に入る前にアルカリ金属含有原料を添加してもよく、また、重縮合反応終了後にアルカリ金属含有原料を添加してもよく、固相重合終了後にアルカリ金属含有原料を添加してもよい。添加するアルカリ金属含有原料としては、アルカリ金属化合物があげられる。
アルカリ金属化合物としては、特に限定されるものではない。好適には、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、酸化物、水酸化物、塩化物、リン酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩やクエン酸塩などの有機酸塩等があげられる。炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩等がより好ましい。
添加量は、ポリエステル樹脂中のアルカリ金属含有量が0.5〜1000ppmとなるように添加させればよい。
ポリエステル樹脂を製造する反応装置としては、公知の縦型又は横型撹拌槽型反応器を用いることができる。例えば、溶融重合を同一又は異なる反応装置を用いて、エステル化及び/又はエステル交換の工程と減圧重縮合の工程の2段階で行う場合において、減圧重縮合の反応器としては、真空ポンプと反応器とを結ぶ減圧用排気管の間には、凝縮器が結合されており、該凝縮器にて重縮合反応中に生成する揮発成分や未反応モノマーが回収される方法が好んで用いられる。
ポリエステル樹脂を連続式に製造する反応装置としては、エステル化及び/又はエステル交換反応槽の型式として特に限定されるものではないが、例えば公知の縦型撹拌完全混合槽、縦型熱対流式混合槽、塔型連続反応槽等を使用することができる。重縮合反応の型式としても同様、特に限定されるものではなく、例えば公知の縦型撹拌重合槽、横型撹拌重合槽、薄膜蒸発式重合槽等を使用することができる。エステル化及び/又はエステル交換反応槽と重縮合反応槽は、1基とすることも出来るし、異種の複数基の層を直列させた複数槽とすることも出来る。
ポリエステルの製造方法において、ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステルとジオールとの仕込みモル比は、特に限定されない。ジカルボン酸及びジカルボン酸エステルの和1モルに対するジオールの量として、0.9モル以上が好ましく、1.0モル以上がより好ましく、1.01モル以上が更に好ましい。また、3.0モル以下が好ましく、2.5モル以下がより好ましく、2.0モル以下が更に好ましい。これらの範囲で仕込みモル比を設定することで、製造時の昇華物が抑制され、留出配管を閉塞しない傾向にある。また、得られるポリエステル樹脂の分子量を十分に上げることができる傾向にある。
ポリエステルの製造方法において、上記溶融重合後、更に、固相重合を行うことが好ましい。特に好ましくは、溶融重合後、下記(VI)工程を有することが好ましい。
(VI)下記式(4)に示される反応温度(t2)で固相重合する工程
t2≦Tm (4)
Tmは、得られるポリエステル樹脂の融点を示す。なお、Tmの好ましい範囲は、前記ポリエステル樹脂の物性で示した範囲と同じである。
ポリエステル樹脂は高い結晶性を有するため、固相重合によって容易に分子量を上げることが可能である。
また、固相重合の反応温度(t2)は、溶融重合の重縮合反応温度(t1)より低い温度であることが好ましい。t1より低い温度であることで、熱分解や副反応が抑えられ、カルボン酸末端やビニル末端濃度が低く、着色化抑制が良好で、分子量の大きなポリエステル樹脂が得られやすい。
固相重合反応の反応時間は、通常0.5時間以上であり、1時間以上が好ましく、2時間以上がより好ましい。また、30時間以下が好ましく、25時間以下がより好ましく、20時間以下が更に好ましい。上記下限以上であることで、高分子量となり、機械物性が十分得られる傾向にある。また、上記上限以下であることで、着色を抑制できる傾向にある。
固相重合を施されるポリエステル樹脂のカルボン酸末端は、30μeq/g以下であることが好ましい。さらに好ましくは25μeq/g以下、より好ましくは20μeq/g以下である。また、下限は特に限定されないが、0以上である。
また、シクロビニリデン末端とメチルシクロヘキセン末端の総和が、通常80μeq/g以下であり、70μeq/g以下であることが好ましい。さらに好ましくは65μeq/g以下、より好ましくは60μeq/g以下である。下限は特に限定されないが、0以上が好ましい。
カルボン酸末端とビニル末端が上記範囲であることで、固相重合が効率的に進行し、高分子量のポリエステル樹脂を得られる傾向にある。
ポリエステル樹脂の製造において、熱安定剤を使用することも可能である。重合反応中の熱分解を抑え、カルボン酸末端やビニル末端を低減することができる点で好ましい。
熱安定剤としては公知の安定剤が使用でき、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、リン系化合物等がある。これらの中でも、リン系化合物が好ましい。上記熱安定剤は、原料仕込み時に入れても製造工程の途中又は抜出の段階のいずれに入れてもよい。
これらの添加剤は、重合反応前に反応装置に添加してもよいし、重合反応開始から重合反応終了の前に搬送装置等に添加してもよいし、重合反応終了後、生成物の抜出前に添加してもよい。また、抜出後の生成物に添加してもよい。
また、ポリエステル樹脂の成形時には、上に示した各種の添加剤の他に、ガラス繊維、炭素繊維、チタンウィスカー、マイカ、タルク、窒化ホウ素、CaCO3、TiO2、シリカ、層状ケイ酸塩、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等の結晶核剤、強化剤、増量剤等を添加して成形してもよい。
本発明の別の実施形態は、ポリエステル樹脂組成物であり、上記説明したポリエステル樹脂に加え、フィラー、リン系化合物、イオウ系化合物、フェノール系化合物、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、カルボジイミド系化合物を含有させることができる。
ポリエステル樹脂組成物には、各種無機系又は有機系フィラーを添加してもよい。無機系フィラーとしては、無水シリカ、雲母、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、ケイ藻土、アロフェン、ベントナイト、チタン酸カリウム、ゼオライト、セピオライト、スメクタイト、カオリン、カオリナイト、ガラス、石灰石、カーボン、ワラステナイト、焼成パーライト、珪酸カルシウム、珪酸ナトリウム等の珪酸塩、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、炭酸第二鉄、酸化亜鉛、酸化鉄、リン酸アルミニウム、硫酸バリウム等の塩類等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
無機系フィラーを含むポリエステル樹脂組成物の場合、ポリエステル樹脂組成物中のこれらの無機系フィラーの含有量は、通常1〜80重量%であり、好ましくは3〜70重量%、より好ましくは5〜60重量%である。
有機系フィラーを含むポリエステル樹脂組成物の場合、ポリエステル樹脂組成物中のこれらの有機系フィラーの含有量は、通常0.1〜70重量%であり、好ましくは1〜50重量%である。
無機系フィラー、有機系フィラーの重量%が上記範囲より少ないと、フィラー添加量が少ない為、その添加効果を十分に得ることができず、上記範囲より多いと引張り伸び率、耐衝撃性が低下する等機械物性が悪化する。
ポリエステル樹脂組成物は、リン系化合物、イオウ系化合物およびフェノール系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物を含有することが好ましい。これらの化合物を含有することで、優れた耐熱性、機械物性、成形性を有するポリエステル樹脂組成物となる。
(R1O)3−nP(=O)OHn
(式中、R1は、アルキル基またはアリール基であり、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。nは0〜2の整数を示す。)
で表される化合物である。より好ましくは、R1が炭素原子数8〜30の長鎖アルキルアシッドホスフェート化合物が挙げられる。炭素原子数8〜30のアルキル基の具体例としては、オクチル基、2−エチルヘキシル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、エイコシル基、トリアコンチル基等が挙げられる。
R2−P(OR3)(OR4)
(式中、R2、R3及びR4は、それぞれ水素原子、炭素原子数1〜30のアルキル基又は炭素原子数6〜30のアリール基であり、R2、R3及びR4のうちの少なくとも1つは炭素原子数6〜30のアリール基である。)で表される化合物が挙げられる。
ポリエステル樹脂組成物は、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物およびカルボジイミド系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物を含有することが好ましい。これらの化合物を含有することで、優れた耐熱性、滞留熱安定性、機械物性を有するポリエステル樹脂組成物となる。
イソシアネート系化合物としては、イソシアネート基を有する化合物であれば特に限定されない。イソシアネート系化合物中の官能基の数は単官能性又は2官能性以上でもよいが、滞留熱安定性を向上させる点から、2官能性以上のイソシアネート系化合物が好ましく、1分子中に2個以上のイソシアネート基を有する化合物がより好ましい。
樹脂組成物の熱滞留安定性の観点から、ジフェニルメタンジイソシアネートが好ましく用いられる。
カルボジイミド系化合物としては、分子中に1個以上のカルボジイミド基を有する化合物(ポリカルボジイミド化合物を含む)である。カルボジイミド系化合物中の官能基の数は単官能性又は2官能性以上でもよい。
エポキシ系化合物、カルボジイミド系化合物、イソシアネート系化合物が単官能化合物の場合は、分解の起点となる末端カルボン酸基を封止することで、滞留熱安定性が向上すると考えられる。
またエポキシ系化合物、カルボジイミド系化合物、イソシアネート系化合物が多官能化合物の場合は、熱滞留中に分解したポリエステル分子鎖に対して、鎖延長又は架橋反応を促進し、再結合することで滞留熱安定性が大幅に向上したと考えられる。
即ち、熱分解速度と同程度の反応性を有する化合物であるエポキシ系化合物、カルボジイミド系化合物またはイソシアネート系化合物を用いることで、溶融混練時のゲル化を抑制しながら、滞留熱安定性を向上させたと考える。
本発明の実施形態であるポリエステル樹脂は結晶性に優れているが、さらに結晶化度を高めるために結晶核剤を添加してもよい。結晶核剤としては、タルク、窒化ホウ素、シリカ、層状ケイ酸塩、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスが好ましく、さらには、タルク、ポリエチレンワックスが好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 結晶核剤が無機材料の場合、核剤効果としてはその粒径が小さいほど好ましい。好ましい結晶核剤の平均粒径は5μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましく、1μm以下が更に好ましく、0.5μm以下が特に好ましい。なお、結晶核剤の平均粒径の下限については0.1μmである。
なお、核剤としての機能を目的として添加しない場合でも、他の効果の目的、例えば剛性改良のため添加する無機フィラー、熱安定剤として添加する有機安定剤等も核剤として作用したり、樹脂の製造過程或いは成形加工過程で混入した無機物或いは有機物の異物等も結晶核剤として作用したりする。従って、本発明でいう結晶核剤とは常温で固体であるすべての無機物及び有機物が該当する。
ポリエステル樹脂及びポリエステル樹脂組成物は、汎用プラスチックに適用される各種成形法により成形に供することが出来る。
その成形法としては例えば、圧縮成形(圧縮成形、積層成形、スタンパブル成形)、射出成形、押し出し成形や共押し出し成形(インフレ法やTダイ法によるフィルム成形、ラミネート成形、パイプ成形、電線/ケーブル成形、異形材の成形)、中空成形(各種ブロー成形)、カレンダー成形、発泡成形(溶融発泡成形、固相発泡成形)、固体成形(一軸延伸成形、二軸延伸成形、ロール圧延成形、延伸配向不織布成形、熱成形(真空成形、圧空成形)、塑性加工)、粉末成形(回転成形)、各種不織布成形(乾式法、接着法、絡合法、スパンボンド法等)等が挙げられる。
ポリエステル樹脂及びポリエステル樹脂組成物は、特に、射出成形体、押出し成形体、発泡成形体、中空成形体への適用が好ましく、具体的な形状としては、電気・電子分野や自動車等の各種部品、フィルム、容器及び繊維への適用が好ましい。
また、これらの成形品には、化学的機能、電気的機能、磁気的機能、力学的機能、摩擦/磨耗/潤滑機能、光学的機能、熱的機能等の表面機能等の付与を目的として、各種合目的的二次加工を施すことも可能である。二次加工の例としては、エンボス加工、塗装、接着、印刷、メタライジング(めっき等)、機械加工、表面処理(帯電防止処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、フォトクロミズム処理、物理蒸着、化学蒸着、コーティング、等)等が挙げられる。
特に、各種のフィルム用途や射出成形品の用途に使用するのに適している。
なお、実施例A及び比較例Aにおける各種物性等の測定方法や成形体の評価方法は次の通りである。
実施例及び比較例で得られたポリエステル樹脂を、フェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタン(1:1重量比)中、濃度0.5g/dLとした溶液について30℃で測定した溶液粘度から求めた。
測定装置はSII製DSC6100を用いた。サンプルは、溶融重合後の抜出直後に冷却してカッティングしたペレット、または固相重合後のペレットを使用した。サンプル5〜7mgを精秤し、10℃/minの速度で30℃から300℃まで昇温し、その後30℃まで降温し再び300℃まで昇温した。2回目の昇温時の最大の吸熱ピークを融点Tm、降温時の発熱ピークを降温時結晶化温度Tmcとし、それぞれピークトップの温度を読み取った。
実施例及び比較例で得られたポリエステル樹脂0.4〜0.5gを精秤し、ベンジルアルコール25mLを加え、195℃で9分間攪拌し、完全に溶解させた。溶解後、氷浴中で冷却した。冷却後、エタノール2mLを加え、三菱化学(株)製自動滴定装置「GT100」で0.01NのNaOHベンジルアルコール溶液を用いて滴定を行った(滴定量をA(ml)とする。)。次に、ベンジルアルコールのみで同様の測定を行いブランク値(B(ml))とし、カルボン酸末端を下記の式から算出した。
カルボン酸末端(μeq/g)=(A−B)×F×10/W
A(ml):測定滴定量
B(ml):ブランク滴定量
F:0.01N NaOHベンジルアルコール溶液のファクター
W(g):サンプル重量
サンプルをヘキサフルオロイソプロパノール−d2/重水素化クロロホルムの混合溶媒(1/5重量比)に溶解し、Brucker製400MHzNMRを用いて1H−NMRを測定した。式(1)で示されるシクロビニリデン末端は4.6〜4.7ppm、式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端は5.3〜5.4ppmのピークより求めた。また、シフト化剤としてピリジン−d5又はPr[fod]3を使用した。
以下の測定機器、測定条件によってGPC測定を行い、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を測定した。
測定機器:Tosoh HLC−8220 GPC(L)
検出器 :RI
移動相 :ヘキサフルオロイソプロパノール
(トリフルオロ酢酸ナトリウム5mM添加)
流速 :0.2ml/min
注入 :0.1wt%×10μL
カラム :Tosoh TSKgel GMHhr−M
カラム温度:40℃
較正法 :PMMA換算
溶融重合を終了した後のペレットを240℃の真空オーブン(約130Pa)に入れ、6時間処理し、固相重合後のηsp/cを測定した。
(固相重合後のηsp/c)−(溶融重合後のηsp/c)を固相重合反応時間(6時間)で割った値を固相重合速度(Δ(ηsp/c)/hr)として示した。
得られたポリエステル樹脂を290℃に加熱した島津製作所製フローテスターCFT−500を用いて30分間熱処理を行った。熱処理後のηsp/cとカルボン酸末端を測定した。
得られたポリエステル樹脂をDSM Xplore社製小型射出成形機(10cc)を用いて射出成形を行い、曲げ試験片を作製した。バレルの設定温度は290℃、金型温度は80℃とした。更に作製した曲げ試験片は150℃、8時間のアニールを行った。
上記射出成形で得られた試験片を用いて、ISO178に準じた方法で曲げ試験を行った。
得られたポリエステル樹脂を、井元製作所製小型プレス機を用いて5cm×5cm×1mm厚のシートを成形した。プレス温度は290℃とした。冷却は同型のプレス機によって80℃で行った。
上記で得られたプレスシートを、スガ試験機械製ヘーズコンピュータを用いてヘーズを測定した。
上記で得られたプレスシートを6mm幅にカットし、SII製DMS6100を用いて動的粘弾性試験を行った。測定は引張モード、測定周波数は10Hz、チャック間距離は20mmとした。温度条件は、30℃から200℃まで2℃/分とした。30℃の貯蔵弾性率(E’30)、90℃の貯蔵弾性率(E’90)から耐熱性を判定した。また、180℃到達時点のサンプルシートの伸び率からも耐熱性を判断した。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=29/71)60.0重量部、チタンテトラブチレートを予め2重量%溶解させたトルエン溶液0.36重量部を仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=29/71)55.7重量部、チタンテトラブチレートを予め4重量%溶解させた1,4−ブタンジオール溶液0.53重量部を仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=27/73)65.5重量部、チタンテトラブチレートを予め6重量%溶解させた1,4−ブタンジオール溶液0.12重量部を仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=27/73)60.0重量部、チタン触媒としてマツモトファインケミカル製オルガチックスTC−1040を0.01重量部、250℃到達時点で0.02重量部仕込んだ以外は実施例A3同様に製造した。減圧開始から4時間25分経過したところで重縮合反応を終了し、ポリエステル樹脂A4を得た。得られたポリエステル樹脂A4の評価結果は表1に示した。
原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=27/73)60.0重量部、最終到達温度を290℃とした以外は実施例A3と同様に製造した。減圧開始から2時間40分経過したところで撹拌トルクの上昇が止まったので、重縮合反応を終了し、ポリエステル樹脂A5を得た。得られたポリエステル樹脂A5の評価結果は表1に示した。
原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.0重量部、テレフタル酸ジメチル0.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=29/71)56.2重量部、チタンテトラブチレートを予め2重量%溶解させたトルエン溶液0.18重量部を仕込み、実施例1と同様に反応させた。275℃到達時点でチタンテトラブチレートを予め6重量%溶解させた1,4−ブタンジオール溶液0.24重量部添加した。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸15.6重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=29/71)15.8重量部、チタンテトライソプロポキシドを予め6重量%溶解させたエチレングリコール溶液0.13重量部を仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸59.1重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=27/73)57.3重量部、チタンテトラブチレートを予め6重量%溶解させた1,4−ブタンジオール溶液0.42重量部、イルガノックス1330を0.2重量部仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
重縮合反応温度を290℃に変えた以外は実施例A1と同様に行った。減圧開始から2時間30分経過したところで、撹拌トルクの上昇が止まったので、重縮合反応を終了し、ポリエステル樹脂A9を得た。得られたポリエステル樹脂A9の評価結果は表1に示した。
原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=27/73)70.9重量部、とした以外は実施例A3と同様に製造した。減圧開始から4時間45分経過したところで重縮合反応を終了し、ポリエステル樹脂A10を得た。得られたポリエステル樹脂A10の評価結果は表1に示した。
最終到達温度を293℃とした以外は実施例A6と同様に製造した。減圧開始から2時間10分経過したところで撹拌トルクの上昇が止まったので、重縮合反応を終了し、ポリエステル樹脂A11を得た。得られたポリエステル樹脂A11の評価結果は表1に示した。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸15.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=29/71)15.1重量部、チタンテトライソプロポキシドを予め10重量%溶解させたエチレングリコール溶液0.079重量部を仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
実施例A2及び比較例A1で得られた各ポリエステル樹脂のペレット2gを240℃に加熱した真空オーブンに入れ、真空下、6時間処理し固相重合反応を行った。それぞれ順に実施例A9(ポリエステル樹脂A13)、比較例A5(ポリエステル樹脂A14)とした。固相重合後のポリエステル樹脂A13及びA14の評価結果は表2に示した。
カルボン酸末端濃度が大きいと耐加水分解性が悪化する傾向がある。
ビニル末端濃度が大きいと分子量が十分に上がらない傾向がある。また、ビニル末端濃度が大きいと溶融安定性試験後のηの低下やカルボン酸末端の増大が促進される傾向があり、溶融安定性に問題が生じる可能性がある。
分子量が十分に上がらない(ηsp/cが小さい)と曲げ強度、曲げ変位量が低下することが示される。
結晶化温度が低いと、結晶化度の低い成形片が得られる傾向があり、その場合プレス成形片の透明度が上がることがヘーズ測定より示される。また、粘弾性測定より、結晶化度が低い場合、高温での弾性率の低下が大きくなることが示される。同様に、結晶化度が低い場合、高温になった時点のサンプルの伸びが大きくなるなど、耐熱性が懸念される傾向がある。
実施例A9と比較例A5で示したように、ビニル末端濃度が大きいと固相重合速度が小さくなってしまうことが示される。また、固相重合後のビニル末端濃度と結晶化温度(Tmc)は、固相重合前の値とほぼ変わらないことが示される。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル69.7重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(cis/trans比=30/70)60.0重量部、チタンテトラブチレートを予め6重量%溶解させた1,4−ブタンジオール溶液0.12重量部、生成されるポリマーに対してナトリウムが15ppmとなるように炭酸水素ナトリウムを仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
生成されるポリマーに対してナトリウムが30ppmとなるように炭酸水素ナトリウムを仕込んだ以外は、実施例A10と同様に行った。減圧開始から4時間5分経過したところで重縮合反応を終了し、ポリエステル樹脂A16を得た。得られたポリエステル樹脂A16を290℃で溶融熱安定性試験を行った。評価結果は表3に示した。
攪拌装置、窒素導入口、加熱装置、温度計及び減圧口を備えた反応容器に、原料として、2,5−フランジカルボン酸ジメチル87.6重量部、1,4−ブタンジオール66.4重量部、チタンテトライソプポキシドを予め2重量%溶解させた1,4−ブタンジオール溶液2.2重量部、生成されるポリマーに対してナトリウムが15ppmになるように炭酸水素ナトリウムを仕込み、窒素ガスの導入と減圧を繰り返し窒素雰囲気にした。
炭酸水素ナトリウムを仕込まなかった以外は、実施例A12と同様に行った。減圧開始から2時間42分経過したところで、重縮合反応を終了、ポリエステル樹脂A18を得た。得られたポリエステル樹脂A18を240℃で溶融熱安定性試験を行った。評価結果は表3に示した。
<原料>
[樹脂]
ベースレジン100重量部に対して、ガラス繊維が43重量部配合された樹脂として(GF強化30%品)以下を使用した。
樹脂B1;後述する製造例のとおり
樹脂B2:ポリブチレンテレフタレート ガラス繊維30%強化グレード;三菱エンジニアリングプラスチックス社製ノバデュラン 5010G30
樹脂B3:シンジオタクチックポリスチレン ガラス繊維30%強化グレード;出光興産社製ザレック C132S
樹脂B4:ポリフェニレンサルファイド ガラス繊維30%強化グレード;ポリプラスチックス社製ジュラファイド 1130A1
樹脂B5:ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート ガラス繊維30%強化グレード;Celanese社製Thermix TXCG033
樹脂B6:ポリブチレンテレフタレート;三菱エンジニアリングプラスチックス社製ノバデュラン 5010R5
樹脂B7:シンジオタクチックポリスチレン;出光興産社製ザレック S100
樹脂B8:ポリフェニレンサルファイド;ポリプラスチックス社製ジュラファイド 0220C9
B−1;ADEKA社製リン系熱安定剤「PEP36」(ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト)
B−2;イオウ系化合物;ペンタエリスリトール−テトラキス−(3−ドデシルチオプロピオネート)、シプロ化成社製「シーノックス412S」
C−1;日本精蝋(株)製パラフィンワックス 「155°Fワックス」
C−2;日本精蝋(株)製マイクロクリスタリンワックス 「Hi−Mic−1080」
D−1; 日本電気硝子社製ガラス繊維 T187
ポリエステル樹脂あるいは各樹脂組成物の評価は以下の方法により行った。
(1)試験片作成方法
各ペレットを、窒素雰囲気下、120℃で6時間乾燥した。次に、乾燥したペレットを射出成形機(東芝機械株式会社製EC−75SX)に供給し、所定の樹脂温度、所定の金型温度で、ISO試験片及び射出成形板(幅100mm×長さ100mm×厚さ1mm)を成形した。樹脂温度、金型温度は表4に示す。
ISO試験片は、各種評価(機械物性測定、ハンダ耐熱試験)をする前に高温アニール処理(150℃×8hr)を行った。
射出成形板の成形は、約95%程度の充填率までは50mm/secで射出し、その後、保圧に切り替えた。保圧力は徐々に高くして成形品がヒケない程度に設定した。
上記(1)で得られたISO試験片を使用して、ISO178に準じた方法で曲げ試験を行った。また、ISO試験片を使用して、ISO179に準じた方法でノッチ付きシャルピー試験を行った。
上記(1)で得られたISO試験片を、所定温度にコントロールした日本電熱計器社製のハンダ浴に20秒間浸漬し変形度合を以下の基準で評価した。
○;ほぼ変形なし △;変形あり ×;変形大
上記(1)で得られた射出成形板のサイドゲートから10mm程離れた位置を、ハイロックス社製デジタルマイクロスコープ(KH−7700)で観察してバリ量を測定した。尚、バリ量はJIS B 0051の定義に沿って、目的とする成形体の外側の残留物の長さを測定した。
上記(1)で得られた射出成形板を定盤の上に置き、4隅の反り量を測定して平均値を各材料の反り量とした。但し、非強化系は離形時に若干変形するものがあったため、反りの評価は行わなかった。
実施例及び比較例で得られたポリエステル樹脂を、フェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタン(1:1重量比)中、濃度0.5g/dLとした溶液について30℃で測定した溶液粘度から求めた。
サンプルをヘキサフルオロイソプロパノール−d2/重水素化クロロホルムの混合溶媒(1/5重量比)に溶解し、Brucker製400MHzNMRを用いて1H−NMRを測定した。式(1)で示されるシクロビニリデン末端は4.6〜4.7ppm、式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端は5.3〜5.4ppmのピークより求めた。また、シフト化剤としてピリジン−d5又はPr[fod]3を使用した。
製造例B1
樹脂A3と同様に製造し、還元粘度(ηsp/c)が0.850dl/gである樹脂B1を得た。また、式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端の総和(ビニル末端濃度)は60μeq/gであった。
樹脂B1、化合物B−1、離型剤C−1、フィラーD−1を表5に示す割合で、テクノベル社製2軸押出機(KZW−15−30MG−NH)にて溶融混練し、該2軸押出機の出口からストランド状に押し出し、水で冷却固化させた後、回転式カッターでペレット化した。得られたペレットは、窒素流通下120℃にて6時間乾燥を行い、ポリエステル樹脂組成物を得た。なお、混練時の設定温度は280℃、スクリュー回転数は200rpmとした。
得られたポリエステル樹脂組成物を用いて、上述の通り、ISO試験片と射出成形板を射出成形した。
得られた試験片を用いて、各種評価を行った。結果を表5に示す。
表5に示す処方で溶融混練した以外は、実施例B1と同様に各種評価を行った。結果を表5に示す。
表5に示す樹脂を実施例B1と同様の条件で射出成形し、ISO試験片と射出成形板を成形した。得られた試験片を用いて、各種評価を行った。結果を表5に示す。
表6に示す処方で溶融混練した以外は、実施例B1と同様に各種評価を行った。結果を表6に示す。
表6に示す樹脂を実施例B1と同様の条件で射出成形し、ISO試験片と射出成形板を成形した。得られた試験片を用いて、各種評価を行った。結果を表6に示す。なお、表6の評価結果の空欄は評価未実施である。
[添加剤]
E−1; 三菱化学社製エポキシ「jER152」(フェノールノボラックのポリグリシジルエーテル)
E−2; 三菱化学社製エポキシ「jER828」(4,4'−イソプロピリデンジフェノールと1−クロロ−2,3−エポキシプロパンの重縮合物)
E−3; 日清紡ケミカル社製カルボジイミド化合物「カルボジライト LA−1」(カルボジイミド変性イソシアネート)
(1)滞留熱安定性評価
各ポリエステル樹脂組成物8gを、東洋精機製作所製キャピラリーレオメーター(キャピログラフ1B)のシリンダーに仕込み、5分、10分、20分経過時点の溶融粘度を測定した。また5分時点を基準として、10分経過時点(10η/5η)及び20分経過時点(20η/5η)の溶融粘度保持率を算出した。尚、測定時のシリンダーの設定温度は290℃、剪断速度は91.2sec-1、キャピラリーの長さは10mm、キャピラリーの直径は1mmとした。
また、各ポリエステル樹脂組成物8gで評価できるように、ピストン下降は2〜5分後、7〜10分後、17〜20分後で行い、それ以外はピストンは動かさなかった。
耐熱性評価として、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製高感度型示差走査熱量計(DSC7020)を用いて行った。尚、融点は、試料を30℃から300℃まで10℃/minの昇温速度で昇温中に見られる吸熱ピークの温度とした。
曲げ試験片(ISO試験片)を使用して、ISO178に準じた方法で曲げ試験を行った。
実施例及び比較例で得られたポリエステル樹脂を、フェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタン(1:1重量比)中、濃度0.5g/dLとした溶液について30℃で測定した溶液粘度から求めた。
サンプルをヘキサフルオロイソプロパノール−d2/重水素化クロロホルムの混合溶媒(1/5重量比)に溶解し、Brucker製400MHzNMRを用いて1H−NMRを測定した。式(1)で示されるシクロビニリデン末端は4.6〜4.7ppm、式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端は5.3〜5.4ppmのピークより求めた。また、シフト化剤としてピリジン−d5又はPr[fod]3を使用した。
製造例C1
樹脂A3と同様に製造し、還元粘度(ηsp/c)が0.879dl/gである樹脂C1を得た。また、式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端の総和(ビニル末端濃度)は63μeq/gであった。
製造例C1と同様にして樹脂C2を得た。樹脂C2の還元粘度(ηsp/c)は0.929dl/gであった。また、式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端の総和(ビニル末端濃度)は56μeq/gであった。
樹脂C1、化合物E−1を表1に示す割合で、DSM Xplore社製小型混練機(Xplore15)にて溶融混練し、該機器の出口からストランド状に押し出し、空冷した後、回転式カッターでペレット化した。得られたペレットは、100℃にて4時間真空乾燥を行い、滞留熱安定性評価用のポリエステル樹脂組成物を得た。尚、混練時の設定温度は280℃、スクリュー回転数は100rpm、滞留時間は3分とした。
融点測定及び曲げ試験用の曲げ試験片(ISO試験片)は、上記と同様に溶融混練し、該機器の出口から専用バレルに抜出し、この専用バレルをDSM Xplore社製小型射出成形機(10cc)にセット後、射出成形する事により作成した。尚、成形時の専用バレルの設定温度は290℃、金型温度は80℃とした。さらに、作成した曲げ試験片は150℃にて8時間の高温アニールを行い、融点測定、曲げ試験に用いた。
得られたポリエステル樹脂組成物や高温アニール後の曲げ試験片を用いて、各種評価を行った。結果を表7に示す。
表7に示す処方で溶融混練した以外は、実施例C1と同様の条件で製造した。得られた樹脂組成物を用いて実施例C1と同様に各種評価を行った。結果を表7に示す。なお、表7の評価結果の空欄は評価未実施である。
Claims (11)
- 2,5−フランジカルボン酸単位と1,4−シクロヘキサンジメタノール単位を主たる構成成分とするポリエステル樹脂であって、
下記(I)及び(II)を満たす、ポリエステル樹脂。
(I)還元粘度(ηsp/c)が0.7dL/g以上。
(II)下記式(1)で示されるシクロビニリデン末端及び下記式(2)で示されるメチルシクロヘキセン末端の総和が80μeq/g以下。
- DSCで測定した融点(Tm)と降温時結晶化温度(Tmc)との差が50℃以下である、請求項1に記載のポリエステル樹脂。
- 更に下記(III)を満たす、請求項1または2に記載のポリエステル樹脂。
(III)カルボン酸末端が30μeq/g以下。 - 0.5〜1000ppmのアルカリ金属を含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂。
- 2,5−フランジカルボン酸に由来する構造単位、及び炭素数が2以上、10以下のジオールに由来する構造単位を含むポリエステル樹脂であって、
0.5〜1000ppmのアルカリ金属を含有するポリエステル樹脂。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂を含有するポリエステル樹脂組成物。
- さらに、リン系化合物、イオウ系化合物およびフェノール系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物を含有する、請求項6に記載のポリエステル樹脂組成物。
- さらに、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物およびカルボジイミド系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物を含有する、請求項6または7に記載のポリエステル樹脂組成物。
- さらに、フィラーを含有する請求項6〜8のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
- ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステル、並びにジオールを用いて、溶融重合によりポリエステル樹脂を製造する方法であって、
前記ジカルボン酸及び/又はジカルボン酸エステルが2,5−フランジカルボン酸及び/又は2,5−フランジカルボン酸エステルを含み、
前記ジオールが1,4−シクロヘキサンジメタノールを含み、
下記工程(IV)及び工程(V)を有する、ポリエステル樹脂の製造方法。
(IV)エステル化又はエステル交換反応を行う工程。
(V)次いで、減圧下において、下記式(3)で示される温度(t1)にて重縮合する工程。
Tm≦t1≦Tm+15℃ (3)
Tm:ポリエステル樹脂の融点 - 更に、下記工程(VI)を有する、請求項10に記載のポリエステル樹脂の製造方法。
(VI)溶融重合後、下記式(4)で示される温度(t2)で固相重合する工程。
t2≦Tm (4)
Tm:ポリエステル樹脂の融点
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