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JP2022149744A - 脂肪族芳香族ポリエステル樹脂 - Google Patents

脂肪族芳香族ポリエステル樹脂 Download PDF

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JP2022149744A
JP2022149744A JP2021052028A JP2021052028A JP2022149744A JP 2022149744 A JP2022149744 A JP 2022149744A JP 2021052028 A JP2021052028 A JP 2021052028A JP 2021052028 A JP2021052028 A JP 2021052028A JP 2022149744 A JP2022149744 A JP 2022149744A
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polyester resin
mol
acid
unit
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JP2021052028A
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俊資 田中
Shunsuke Tanaka
厚 笠井
Atsushi Kasai
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】コハク酸単位、フランジカルボン酸単位、ブタンジオール単位、および炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位を有する、結晶性の良好な脂肪族芳香族ポリエステル樹脂を提供する。
【解決手段】ブタンジオール単位、コハク酸単位およびフランジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂であって、更に、炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位および3官能以上の官能基を有する単位を有し、全ジカルボン酸単位に対し、前記フランジカルボン酸単位を51~90モル%有し、全構成単位に対する、全ジカルボン酸単位、全ジオール単位および3官能以上のモノマー由来の単位の合計が99.4モル%以上である、ポリエステル樹脂により、課題を解決する。
【選択図】なし

Description

本発明は、コハク酸単位、フランジカルボン酸単位およびブタンジオール単位を有し、結晶性の良好なポリエステル樹脂に関する。
各種食品、薬品、雑貨用等の液状物や粉粒物、固形物の包装用資材、農業用資材、建築資材などの用途に、紙、プラスチック、アルミ箔等の様々な材料が用いられている。中でも、プラスチックは、強度、耐水性、成形性、透明性、コスト等において優れていることから、袋や容器などの多様な用途で使用されている。現在、これらの用途には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート等が用いられている。しかしながら、これらのプラスチック製品は、自然環境下において分解され難いために、使用後、埋設処理された場合に土中に残存したり、投棄された場合に景観を損ねたりすることがある。また、焼却処理された場合でも、有害なガスを発生したり、焼却炉を傷めたりするなどの問題がある。
これらの問題を解決する環境にやさしいプラスチックとして、生分解性樹脂が注目されてきている。生分解性樹脂は、使用後に生分解されやすいため、地球温暖化防止、環境汚染防止を図ることができる。そのため、近年は、ゴミ袋、買い物袋等に生分解性樹脂製のフィルムが利用されつつある。
生分解性樹脂としては、例えば、ポリブチレンサクシネートフラノエート(PBSF)等の脂肪族芳香族ポリエステル樹脂が提案されている。脂肪族芳香族ポリエステル樹脂は、エステル化反応及び/またはエステル交換反応を経て重縮合反応させることにより製造することができる(特許文献1、2参照)。
しかしながら、一般的に、コポリエステル樹脂を含む共重合ポリマーは、主鎖中に共重合成分を含むため、対応するホモポリマーに比べて、結晶性に劣る傾向にある。特にポリブチレンサクシネート(PBS)に芳香族ジカルボン酸成分としてフランジカルボン酸成分を共重合する場合、フランジカルボン酸はテレフタル酸よりも樹脂の熱物性への影響が大きい傾向があり、5重量%共重合するだけでも結晶化度が大きく低下することが知られている(非特許文献1参照)。
特開2008-31457号公報 特願2020-033686号公報
このようにPBSFは、結晶化速度が遅いことから、成形性や生産性の面で改善が必要と考えられる。また、本発明者らがPBSFを製造したところ、結晶化が遅く、得られるポリエステル樹脂の結晶化が不十分であるために、ポリエステルペレット同士がブロッキ
ングしてしまうことが判明した。そこで、PBSFをフィルムやインフレーション成形してなる袋などの成形品にしても、フィルム同士の融着によりカッティングし難い、袋の口開きが不十分になる等の問題が起こることが懸念された。また、一方で、結晶化時間を長くすると、高温ポリマーの冷却プロセスが長大となり、高コストで非効率なプロセスとなる恐れのあることが懸念された。
本発明は上記課題を解決するものであり、良好な結晶性を発現するポリエステル樹脂を提供する。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。この結果、PBSFに、さらに特定の構成単位を導入することにより、ポリエステル樹脂が良好な結晶性を発現し、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の要旨は、以下の[1]~[6]に存する。
[1]ブタンジオール単位、コハク酸単位およびフランジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂であって、更に、炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位および3官能以上の官能基を有する単位を有し、全ジカルボン酸単位に対し、前記フランジカルボン酸単位を51~90モル%有し、全構成単位に対する、全ジカルボン酸単位、全ジオール単位および3官能以上のモノマー由来の単位の合計が99.4モル%以上である、ポリエステル樹脂。
[2][1]に記載のポリエステル樹脂であって、3官能以上の官能基を有する単位を全構成単位の0.0001~2モル%有する、ポリエステル樹脂。
[3][1]または[2]に記載のポリエステル樹脂であって、全ジカルボン酸単位に対し、前記炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位を1~48モル%有する、ポリエステル樹脂。
[4]ブタンジオール単位、コハク酸単位およびフランジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂であって、更に、炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位を有し、示差走査熱量計により、下記条件で測定した融解エンタルピーが2J/g以上である、ポリエステル樹脂。
日立ハイテクサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC7020」を用いて、25℃から200℃に10℃/minで昇温した後、200℃から-50℃まで10℃/minで冷却し、更に-50℃から200℃まで10℃/minで2回目の昇温を行い、この2回目の昇温過程における試料の融解に対応する吸熱ピークの面積を融解エンタルピー(ΔHm)とする。
[5][1]~[3]の何れかに記載のポリエステル樹脂であって、示差走査熱量計(DSC)により、下記条件で測定した融解エンタルピーが2J/g以上である、ポリエステル樹脂。
日立ハイテクサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC7020」を用いて、25℃から200℃に10℃/minで昇温した後、200℃から-50℃まで10℃/minで冷却し、更に-50℃から200℃まで10℃/minで2回目の昇温を行い、この2回目の昇温過程における試料の融解に対応する吸熱ピークの面積を融解エンタルピー(ΔHm)とする。
[6][1]乃至[5]の何れかに記載のポリエステル樹脂であって、全ジカルボン酸単位に対し、コハク酸単位が1~48モル%、フランジカルボン酸単位が51~80モル%、炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位のモル比が1~48モル%である、ポリエステル樹脂。
本発明によれば、コハク酸単位、フランジカルボン酸単位およびブタンジオール単位を有し、結晶性が高く、ポリエステルペレット同士がブロッキングし難く生産性に優れ、フ
ィルムに成形してもフィルム同士の融着が起こり難くカッティングしやすく、インフレーション成形して袋に成形しても袋の口開きが十分で成形性に優れる脂肪族芳香族ポリエステル樹脂を得ることができる。
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定はされない。なお、本発明において、「芳香族」は、「複素芳香族」を包含する。
[脂肪族芳香族ポリエステル樹脂]
本発明の脂肪族芳香族ポリエステル樹脂(以下、「本発明のポリエステル樹脂」または単に「ポリエステル樹脂」と称す場合がある。)は、ブタンジオール単位、コハク酸単位、フランジカルボン酸単位、及び炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位(以下、「その他の脂肪族ジカルボン酸単位」と称す場合がある。)を有する。
本発明のポリエステル樹脂は、環境負荷軽減の観点から、バイオマス(植物原料)由来の単位を有することが好ましく、バイオマス(植物原料)由来の単位が多いことがより好ましい。そこで、本発明に係るフランジカルボン酸単位、コハク酸単位並びにその他のジカルボン酸単位などのジカルボン酸単位およびジオール単位などは、バイオマス(植物原料)由来の単位とすることが好ましい。特に、バイオマス(植物原料)由来のアジピン酸単位、アゼライン酸単位、セバシン酸単位、ブラッシル酸単位などを有することが好ましい。
<2,5-フランジカルボン酸単位>
本発明のポリエステル樹脂が有するフランジカルボン酸単位(以下、「本発明に係るフランジカルボン酸単位」または単に「フランジカルボン酸単位」と称す場合がある。)の割合は、ポリエステル樹脂の耐熱性、結晶性、力学特性、成形性等の観点から、多いことが好ましく、フランジカルボン酸単位を主たるジカルボン酸単位として有することがより好ましい。具体的には、全ジカルボン酸単位に対して、51モル%以上であり、より好ましくは53モル%以上であり、さらに好ましくは55モル%以上であり、特に好ましくは60モル%以上であり、殊更好ましくは65モル%以上であり、とりわけ好ましくは70モル%以上であり、最も好ましくは80モル%以上であるまた、上限は90モル%以下でであり、好ましくは80モル%以下である。
<コハク酸単位>
本発明のポリエステル樹脂が有するコハク酸単位(以下、「本発明に係るコハク酸単位」または単に「コハク酸単位」と称す場合がある。)の割合は、耐熱性、生分解性、力学特性の観点では多いことが好ましい。そこで、全ジカルボン酸単位に対して、好ましくは1モル%以上であり、より好ましくは5モル%以上であり、さらに好ましくは10モル%以上であり、特に好ましくは20モル%以上であり、殊更好ましくは25モル%以上であり、とりわけ好ましくは30モル%以上であり、最も好ましくは40モル%以上である。また、一方で、上限は好ましくは48モル%であり、より好ましくは47モル%であり、さらに好ましくは44モル%であり、特に好ましくは40モル%であり、殊更好ましくは30モル%であり、とりわけ好ましくは25モル%であり、最も好ましくは20モル%である。
<その他の脂肪族ジカルボン酸単位>
本発明のポリエステル樹脂が有するその他の脂肪族ジカルボン酸単位の割合は、ポリエステル樹脂の結晶性、力学特性の観点では多いことが好ましい。そこで、全ジカルボン酸単位に対して、好ましくは1モル%以上であり、より好ましくは5モル%以上であり、さらに好ましくは10モル%以上であり、特に好ましくは20モル%以上であり、殊更好ま
しくは25モル%以上であり、とりわけ好ましくは30モル%以上であり、最も好ましくは40モル%以上である。また、一方で、上限は好ましくは48モル%であり、より好ましくは45モル%以下であり、さらに好ましくは40モル%以下であり、特に好ましくは30モル%以下であり、殊更好ましくは20モル%以下であり、とりわけ好ましくは10モル%以上であり、最も好ましくは5モル%以下である。
その他の脂肪族ジカルボン酸単位は、原料として脂肪族ジカルボン酸化合物を用いた場合にポリエステル樹脂に導入される脂肪族ジカルボン酸化合物由来の単位であればよく、脂環式構造でも鎖状構造であってもよい。ポリエステル樹脂の結晶性及び機械物性の観点からは、好ましくは鎖状構造であり、より好ましくは直鎖状構造である。また、ポリエステル樹脂の耐熱性や機械物性に優れる点から、その他の脂肪族ジカルボン酸単位を構成する炭素数の上限は36であり、好ましくは30、より好ましくは25、さらに好ましくは20、特に好ましくは18、殊更好ましくは15、とりわけ好ましくは13、最も好ましくは10である。また、一方で、炭素数の下限は6であり、好ましくは7、より好ましくは8、さらに好ましくは9、特に好ましくは10である。その他の脂肪族ジカルボン酸単位は、具体的には、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、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、ブラッシル酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、ヘキサデカン二酸、ヘプタデカン二酸、オクタデカン二酸、ノナデカン二酸、エイコサン二酸、ドコサン二酸などの直鎖状のジカルボン酸、ダイマー酸および1,4-シクロヘキサンジカルボン酸などの環構造を有するジカルボン酸並びに脂環式ジカルボン酸などに由来する単位が挙げられる。これらのうち、アジピン酸単位、アゼライン酸単位、セバシン酸単位、ブラッシル酸単位を有することが好ましく、バイオマス(植物原料)由来のアジピン酸単位、アゼライン酸単位、セバシン酸単位、ブラッシル酸単位を有することがより好ましい。その他の脂肪族ジカルボン酸単位は、1種類でも、2種類以上でもよい。
<その他のジカルボン酸単位>
本発明のポリエステル樹脂が有するジカルボン酸単位は、フランジカルボン酸単位、コハク酸単位およびその他の脂肪族ジカルボン酸単位を主たる構成単位とする。具体的には、これらの単位の合計が、全ジカルボン酸単位に対して51モル%以上であり、好ましくは60モル%以上、より好ましくは70モル%以上、特に好ましくは90モル%である。また、上限は、100モル%である。
本発明のポリエステル樹脂は、フランジカルボン酸単位、コハク酸単位、その他の脂肪族ジカルボン酸単位以外のジカルボン酸単位(以下、「その他のジカルボン酸単位」と称す場合がある。)を有していてもよい。
その他のジカルボン酸単位としては、フランジカルボン酸単位以外の芳香族ジカルボン酸単位(以下、「その他の芳香族ジカルボン酸単位」と称す場合がある。)、炭素数5以下の脂肪族ジカルボン酸単位、炭素数37以上の脂肪族ジカルボン酸単位が挙げられる。その他の芳香族ジカルボン酸単位としては、具体的には、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、あるいはそのアルキルエステル、酸無水物等の誘導体等に由来する単位が挙げられる。炭素数5以下の脂肪族ジカルボン酸単位としては、具体的には、シュウ酸、マロン酸、メチルマロン酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、あるいはそのアルキルエステル、酸無水物等の誘導体等に由来する単位が挙げられる。その他のジカルボン酸単位は、1種類でも、2種類以上でもよい。
ポリエステル樹脂が有する脂肪族ジカルボン酸単位の割合は、ポリエステル樹脂の耐熱性、生分解性、力学特性等の観点から多いことが好ましい。そこで、全ジカルボン酸単位に対する脂肪族ジカルボン酸単位の割合は、20モル%以上であることが好ましく、30モル%以上であることがより好ましく、35~49モル%であることが特に好ましい。
<ブタンジオール単位>
本発明のポリエステル樹脂が有するブタンジオール単位(以下、「本発明に係るブタンジオール単位」または単に「ブタンジオール単位」と称す場合がある。)の割合は、ポリエステル樹脂の耐熱性、力学特性に優れる点では多いことが好ましい。そこで、全ジオール単位に対して、好ましくは50モル%以上、より好ましくは60モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上、特に好ましくは90モル%以上である。また、一方で、上限は100モル%である。
安価で反応性に優れることから、ブタンジオール単位は1,4-ブタンジオール単位であることが好ましい。
<その他のジオール単位>
本発明のポリエステル樹脂は、ブタンジオール単位以外のジオール単位(以下、「その他のジオール単位」と称す場合がある。)を有していてもよい。
その他のジオール単位としては、反応性が高く、機械物性に優れるポリエステル樹脂を得やすいことから、ブタンジオール単位以外の脂肪族ジオール単位が好ましい。ブタンジオール単位以外の脂肪族ジオール単位としては、例えば、原料として、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、ネオペンチルグリコールなどのアルキレンジオール;ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどのオキシアルキレンジオール;及び1,2-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,2-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジメタノールなどのシクロアルキレンジオール等を用いた場合にポリエステル樹脂に導入される単位等が挙げられる。
これらの中でも、ポリエステル樹脂の物性の面から、アルキレンジオール単位及びシクロアルキレンジオール単位が好ましい。また、その炭素数は、10以下であることが好ましく、6以下であることがより好ましい。すなわち、炭素数10以下のアルキレンジオール単位またはシクロアルキレンジオール単位が好ましく、炭素数6以下のアルキレンジオール単位またはシクロアルキレンジオール単位がより好ましい。
ブタンジオール単位以外の脂肪族ジオール単位は、1種類でも、2種類以上でもよい。
<3官能以上の官能基を有する単位>
本発明のポリエステル樹脂は、ポリエステル樹脂の結晶性、力学特性、成形性等の観点から、3官能以上の官能基を有する単位を有していることが好ましい。
3官能以上の官能基を有する単位は、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;及び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;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官能以上の多官能を有する化合物に由来する単位などが挙げられる。
3官能以上の多価アルコールに由来する単位としては、具体的には、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等に由来する単位などが挙げられる。3官能以上の多価カルボン酸又はその無水物に由来する単位は、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、シクロペンタテトラカルボン酸、およびこれらの無水物等に由来する単位などが挙げられる。3官能以上のヒドロキシカルボン酸に由来する単位としては、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、ジメチロールプロピオン酸、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に由来する単位などが挙げられる。これらのうち、特に入手のし易さから、トリメチロールプロパン、リンゴ酸、酒石酸およびクエン酸に由来する単位が好ましく、トリメチロール
プロパンに由来する単位が特に好ましい。
本発明のポリエステル樹脂が、3官能以上の官能基を有する単位を有する場合、その割合は、ポリエステル樹脂の溶融粘度が適度で成形性に優れる点では多いことが好ましい。また、一方で、架橋が過度に進行せず、ストランドとして安定して抜き出されやすく、成形性等に優れる点では少ないことが好ましい。そこで、本発明のポリエステル樹脂が有する3官能以上の官能基を有する単位の割合は、本発明のポリエステル樹脂を構成する全構成単位に対して、下限は0.0001モル%であることが好ましく、0.003モル%であることがより好ましく、0.005モル%であることがさらに好ましく、0.01モル%であることが特に好ましい。また、一方で、上限は5モル%であることが好ましく、2モル%であることがより好ましく、1モル%であることがさらに好ましく、0.9モル%であることが特に好ましく、0.8モル%であることが殊更に好ましく、0.7モル%であることが最も好ましい。
また、ジカルボン酸単位、ジオール単位および3官能以上の官能基を有する単位の合計量は、本発明のポリエステル樹脂を構成する全構成単位に対し、99.4モル%以上であることが好ましく、99.5モル%以上であることがより好ましく、99.6モル%以上であることがさらに好ましく、99.8モル%以であることが特に好ましく、99.9モル%以上であることが殊更に好ましく、99.95モル%以上であることが最も好ましい。なお、上限は100モル%である。
<その他の単位>
本発明のポリエステル樹脂は、ジカルボン酸単位、ジオール単位または3官能以上の官能基を有する単位以外の単位(以下、単に「その他の単位」と称す場合がある。)を有していてもよい。また、その他の単位を有する場合、1種類のみでも、2種類以上の単位を有していてもよい。
その他の単位としては、芳香族ジヒドロキシ化合物由来の単位、ビスフェノール単位、ヒドロキシカルボン酸単位、ジアミン単位、単官能化合物から誘導される単位(以下、単に「単官能化合物単位」と称す場合がある)などが挙げられる。本発明のポリエステル樹脂がその他の単位を有する場合、ポリエステル樹脂の耐熱性等が向上する点では、多いことが好ましい。また、一方で、ポリエステル樹脂の結晶性を損なわず、成形性に優れる点では少ないことが好ましい。そこで、本発明のポリエステル樹脂がその他の単位を有する場合における全構成単位に対するその他の単位の割合は、10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましく、2モル%以下であることがさらに好ましく、1モル%以下であることが特に好ましく、0.7モル%以下であることが殊更に好ましく、0.6モル%以下であることがとりわけ好ましく、0.5モル%以下であることが最も好ましい。
ヒドロキシカルボン酸単位は、単位中に1個の水酸基とカルボキシル基を有する化合物由来の単位であれば特に限定されない。ヒドロキシカルボン酸単位の具体例としては、乳酸、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、2-ヒドロキシカプロン酸、6-ヒドロキシカプロン酸、2-ヒドロキシ-3,3-ジメチル酪酸、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸、2-ヒドロキシイソカプロン酸、マンデル酸、サリチル酸、3-ヒドロキシ安息香酸、4-ヒドロキシ安息香酸及びこれらのエステル、酸塩化物、酸無水物等に由来する単位などが挙げられる。
単官能化合物単位は、水酸基やカルボキシル基と反応して結合を形成し得る官能基を1つ有している単位のことを言う。具体例としては、モノアルコール類、モノカルボン酸類、モノアミン類、モノフェノール類、ならびにそれらの誘導体に由来する単位などが挙げられる。本発明のポリエステル樹脂が単官能化合物単位を有する場合、ポリエステル樹脂の耐加水分解性が向上する点では多いことが好ましい。また、一方で、生分解性に優れる
点では少ないことが好ましい。そこで、本発明のポリエステル樹脂が単官能化合物単位を有する場合における、本発明のポリエステル樹脂を構成する全構成単位に対する、単官能化合物単位の割合は、2モル%以下であることが好ましく、1モル%以下であることがより好ましく、0.8モル%以下であることがさらに好ましく、0.7モル%以下であることが特に好ましく、0.6モル%以下であることが殊更に好ましく、0.5モル%以下であることが最も好ましい。
本発明のポリエステル樹脂が有する構成単位の種類と割合については、任意の分析方法により確認することができる。具体的には、例えば、後述する実施例に記載の核磁気共鳴スペクトル(H-NMR)測定などによって定量することができる。
<鎖延長剤由来の構造>
本発明のポリエステル樹脂の製造に際し、ジイソシアネート、オキサゾリン、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物等の鎖延長剤を使用してもよい。ジイソシアネート化合物としては、具体的には、2,4-トリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネートと2,6-トリレンジイソシアネートとの混合体、ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が好ましい。
鎖延長剤を用いる場合、ポリエステル樹脂の成形性や機械物性に優れる点から、ポリエステル樹脂中に鎖延長剤由来の構造が10重量%以下であることが好ましく、5重量%以下であることがさらに好ましく、2重量%以下であることが特に好ましい。
<バイオマス由来の成分>
本発明のポリエステル樹脂を構成する単位は、バイオマスに由来する単位であることが好ましい。この場合、バイオマス原料由来のアルカリ金属やMg、Caなどの周期表第2族元素がポリエステル樹脂に含まれることがある。しかしながら、これらの成分は、ポリエステル製造時の重合反応を阻害することがあることから少ないことが好ましい。具体的には、アルカリ金属の量は、30ppm以下であることが好ましく、20ppm以下であることがより好ましく、10ppm以下であることがさらに好ましい。また、周期表第2族元素の量は、300ppm以下であることが好ましく、200ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であることがさらに好ましく、50ppm以下であることが特に好ましい。
[添加剤]
本発明のポリエステル樹脂は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、末端封止剤、核剤、塩基性化合物、リン化合物などの添加剤を含有してもよい。
本発明のポリエステル樹脂が添加剤を含有する場合における含有量は、特に制限はなく、その添加剤を含有することによる効果が得られやすい点では多いことが好ましい。また、一方で、添加剤が高分散しやすく、成形性や機械物性などに優れる点、及びプロセス全体の負荷を低減できる点では少ないことが好ましい。添加剤は1種類を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。これらの添加剤は、環境負荷軽減の観点から、バイオマス(植物原料)由来の単位であることが好ましい。
また、本発明のポリエステル樹脂には、後述する本発明のポリエステル樹脂の製造に用いた触媒由来の金属成分も含有される。
<末端封止剤>
末端封止剤としては、カルボジイミド、エポキシ化合物などが挙げられる。末端封止材を用いる場合、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挙げられる。
末端封止剤を用いる場合、高分子鎖末端の官能基数が減少し難いことからその使用量は少ないことが好ましい。
<核剤>
核剤の種類は特に限定されず、任意の物質を用いることができる。具体的には、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等の炭化水素系核剤;ポリエーテル系核剤;アイオノマー;タルク、窒化ホウ素、シリカ、層状ケイ酸塩、金属酸化物等の無機系核剤;脂肪族アミド系核剤;脂肪酸アミド系核剤;金属石鹸等の有機酸金属塩;及びフェニルホスホン酸金属塩系核剤などを用いることができる。これらのうち、ポリエステル樹脂の色調や重合性への影響の観点からは、炭化水素系核剤及びタルクが好ましく、ポリエチレンワックス及びタルクが特に好ましい。核剤は1種類を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
<塩基性化合物>
塩基性化合物は、有機化合物でも無機化合物でもよい。
塩基性無機化合物としては、金属原子を含有する塩基性化合物等が挙げられる。例えば、炭酸塩、炭酸水素塩、水酸化物、リン酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩、安息香酸塩やクエン酸塩などの金属塩類等が挙げられる。これらのうち、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩、水酸化物などが好ましく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水酸化物などがより好ましく、最も好ましくは水酸化ナトリウムである。
塩基性有機化合物としては、有機アルカリが好ましい。具体的には、アンモニア、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等のアンモニウム化合物;テトラアルキルホスホニウムヒドロキシド等のホスホニウム化合物;ジエチルアミン、トリエチルアミン等の脂肪族アミン化合物及びアニリン、ピリジン等の芳香族アミン化合物が好ましく、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドがより好ましく、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドが特に好ましい。
本発明のポリエステル樹脂が塩基性化合物を含有する場合における含有量は、反応中や成形時にテトラヒドロフランが発生し難く、ポリエステル樹脂の末端酸価が低くなりやすい点では多いことが好ましい。また、一方で、重合活性が低下し難く、ジカルボン酸成分との反応により生じる副生物量が少ない点では少ないことが好ましい。
<リン化合物>
リン化合物としては、例えば、正リン酸、ポリリン酸、及び、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリ-n-ブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリス(トリエチレングリコール)ホスフェート、エチルジエチルホスホノアセテート、メチルアシッドホスフェート、エチルアシッドホスフェート、イソプロピルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、モノブチルホスフェート、ジブチルホスフェート、ジオクチルホスフェート、トリエチレングリコールアシッドホスフェート等の5価のリン化合物;亜リン酸、次亜リン酸、ジエチルホスファイト、トリスドデシルホスファイト、トリスノニルデシルホスファイト、トリフェニルホスファイト等の3価のリン化合物等が挙げられる。その中で、酸性リン酸エステル化合物が好ましい。
酸性リン酸エステル化合物の具体例としては、メチルアシッドホスフェート、エチルアシッドホスフェート、イソプロピルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート
及びオクチルアシッドホスフェートなどが挙げられ、これらのうち、エチルアシッドホスフェート及びブチルアシッドホスフェートが好ましい。
酸性リン酸エステル化合物は、下記一般式(I)及び/または(II)で表される少なくとも1個の水酸基を有するリン酸のエステル構造を有するものがより好ましい。
Figure 2022149744000001
式中、R、R’、R”は各々炭素数1以上6以下のアルキル基、シクロヘキシル基、アリール基または2-ヒドロキシエチル基を表し、RとR’は同一であっても異なっていてもよい。
酸性リン酸エステル化合物には、上記一般式(I)で表されるジエステル体と上記一般式(II)で表されるモノエステル体があるが、リン化合物の使用効果が高いことから、モノエステル体、または、モノエステル体とジエステル体の混合物を用いるのが好ましい。モノエステル体とジエステル体の混合重量比(モノエステル体:ジエステル体)は、80以下:20以上が好ましく、更に好ましくは70以下:30以上、特に好ましくは、60以下:40以上であり、また、一方で、20以上:80以下が好ましく、更に好ましくは、30以上:70以下、特に好ましくは、40以上:60以下である。
リン化合物は、1種類を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
[ポリエステル樹脂の製造方法]
本発明のポリエステル樹脂は、各構成単位が上述の割合や組成となるように、原料や添加剤を選択すれば、公知のポリエステル樹脂の製造方法により製造することができる。ここで、ジカルボン酸は、ジカルボン酸の誘導体を用いてもよい。すなわち、ジカルボン酸および/またはジカルボン酸の誘導体とジオールを用いて、エステル化反応および/また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で製造することができる。また、溶融重合に続いて、固相重合を行ってもよい。
<フランジカルボン酸>
フランジカルボン酸単位となる原料としては、フランジカルボン酸及びこれらの誘導体を用いることができる。原料コスト、ポリマー製造時の重合速度、留出液の処理のしやすさの点から、フランジカルボン酸が好ましく、2、5-フランジカルボン酸がより好ましい。フランジカルボン酸の誘導体としては、炭素数1~4のアルキルエステルなどが挙げられ、中でもメチルエステル、エチルエステル、n-プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステル等が好ましく、メチルエステルがさらに好ましい。
<ジオール>
原料ジオールは、上述のジオール単位となるジオールを用いればよい。
<フランジカルボン酸以外のジカルボン酸>
フランジカルボン酸以外のジカルボン酸は、ジカルボン酸の低級アルキルエステルや酸無水物、酸クロリド等の誘導体であってもよい。ジカルボン酸の誘導体としては、炭素数1~4のアルキルエステルが挙げられ、中でもメチルエステル、エチルエステル、n-プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステル等が好ましく、メチルエステルがより好ましい。
なお、原料として、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、原料の形態は固体、液体又は水溶液であってもよい。
<原料仕込みモル比>
本発明のポリエステル樹脂の製造において、ジカルボン酸とジカルボン酸の誘導体の合計量(以下、両者を合わせて「ジカルボン酸成分」と言う場合がある。)とジオールとの仕込みモル比は、本発明のポリエステルが製造できれば特に限定されない。ジカルボン酸成分に対するジオールのモル比は、反応槽の気相及び反応液相に存在する、ジカルボン酸成分及びエステル化されたジカルボン酸に対する、ジオール及びエステル化されたジオールのモル比であり、反応系で分解される等により反応に寄与しないジカルボン酸成分やジオール及びそれらの分解物等は含まれない。分解されて反応に寄与しないものとしては、例えば、1,4-ブタンジオールが分解して生じたテトラヒドロフラン等が挙げられ、テトラヒドロフランは、このモル比には含まれない。この点を考慮して、本発明のポリエステル樹脂の製造における、反応に供するジカルボン酸成分に対するジオールのモル比は、通常0.90以上であり、好ましくは1.00以上、より好ましくは1.05以上、さらに好ましくは1.10以上である。また、一方で、同モル比は、通常4.00以下、好ましくは3.00以下、より好ましくは2.50以下、さらに好ましくは2.30以下である。反応モル比が高いとエステル化反応及び/またはエステル交換反応とその後の重縮合反応が進みやすく、高重合度のポリエステルを得やすい。また、一方で、反応モル比が低いと、原料ジオール、ジカルボン酸成分の分解が起こり難い。この反応モル比を好ましい範囲に保つように、反応でジオールを適宜補給するのは好ましい方法である。
<触媒>
本発明の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。触媒を添加するタイミングや量等は適宜調整すればよい。すなわち、触媒は、原料仕込み時に添加しても、製造工程の途中で添加してもよい。原料仕込みから製造工程の間にかけて複数回に分けて添加してもよい。触媒を反応槽の気相部に供給すると、得られるポリエステルのヘーズが高くなることがあり、また触媒が異物化することがあるので反応液中に供給することが好ましい。
触媒の仕込み方法としては、触媒化合物単体を仕込んでも、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどのアルコール類;エチレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオールなどのジオール類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトニトリル等のニトリル類;ヘプタン、トルエン等の炭化水素化合物、水ならびにそれらの混合物等の溶媒を用いて、触媒化合物濃度が通常0.05~10重量%、好ましくは0.05~5重量%となるように調製された触媒溶液もしくは分散液の状態で仕込んでもよい。
触媒は、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。
触媒としては、一般的には、周期表の第1~14族の金属元素のうち少なくとも1種を含む化合物が用いられる。ここで、周期表とは、長周期型周期表(Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005)をさす。金属元素としては、具体的には、スカンジウム、イットリウム、サマリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム、モリブデン、タ
ングステン、錫、アンチモン、セリウム、ゲルマニウム、亜鉛、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、ナトリウム及びカリウム等が挙げられる。その中で、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、タングステン、亜鉛、鉄、ゲルマニウムが好ましく、特に、チタン、ジルコニウム、タングステン、鉄、ゲルマニウムが好ましい。
また、ポリエステルの熱安定性に影響を与えるポリエステル末端濃度を低減させる為には、これらの金属のうち、ルイス酸性を示す周期表第3~6族の金属元素が好ましい。具体的には、スカンジウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンであり、特に、入手のし易さからチタン、ジルコニウムが好ましく、更に反応活性の点からチタンが特に好ましい。
チタン化合物としては、テトラアルキルチタネート及びその加水分解物が好ましく、具体的には、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-t-ブチルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラベンジルチタネート及びこれらの混合チタネート、ならびにこれらの加水分解物が挙げられる。
また、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(ジイソプロキシド)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、チタンビス(エチルアセトアセテート)ジイソプロポキシド、チタン(トリエタノールアミネート)イソプロポキシド、ポリヒドロキシチタンステアレート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネート、及びブチルチタネートダイマー等も好ましく用いられる。
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、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、チタンラクテート、ブチルチタネートダイマーが好ましく、テトラ-n-ブチルチタネート、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、チタンラクテート、ブチルチタネートダイマーがより好ましく、特に、テトラ-n-ブチルチタネート、ポリヒドロキシチタンステアレート、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が好ましい。
これらの触媒は、1種類を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
<エステル化反応、エステル交換反応工程>
ジカルボン酸とジオールとのエステル化反応およびジカルボン酸エステルとジオールとのエステル交換反応工程における温度、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。
反応温度は、反応速度を速めることができるという点で、好ましくは170℃以上、より好ましくは180℃以上、更に好ましくは200℃以上、特に好ましくは210℃以上である。また、一方で、ポリエステルが着色し難いことから、反応温度は270℃以下であることが好ましく、より好ましくは260℃以下、更に好ましくは250℃以下である。反応温度が高いと、エステル化反応速度が速く、反応時間が短くなり、ジオールの脱水分解などが起こり難い。また、反応温度が低いと、原料成分の分解が起こり難く、また反応槽内に飛散物が出ることによる異物発生が起こり難く、生成物に濁り(ヘーズ)が生じ難い。
反応雰囲気は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下であることが好ましい。
反応時間は、好ましくは1時間以上であり、上限は好ましくは10時間、より好ましく
は5時間である。
反応圧力は、50kPa以上であることが好ましく、60kPa以上であることがより好ましく、70kPa以上であることが更に好ましい。また、一方で、反応圧力は130kPa以下であることが好ましく、110kPa以下であることがより好ましい。すなわち、反応圧力は50~200kPaであることが好ましい。反応圧力が高いと反応槽内における飛散物が少なく、ヘーズが低く、異物の少ない生成物が得られやすく、またジオールの反応系外への留出が少なく、重縮合反応速度が低下し難い。一方で、反応圧力が低いと、ジオールの脱水分解が起こり難く、重縮合反応速度が低下し難い。
<重縮合反応工程>
上述の反応に続き、減圧下において、重縮合反応を行うことにより、さらに重合度を向上させる。重縮合反応工程の温度、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。
反応温度は、通常215℃以上、好ましくは220℃以上であり、また、一方で、通常270℃以下、好ましくは260℃以下とする。反応温度が高いと、重縮合反応速度が速く、短時間で高重合度のポリエステルの製造でき、低揚力の攪拌機でも攪拌しやすくなるため、経済的にも有利である。一方で、反応温度が低いと、ポリエステルの熱分解が起こり難い。
反応時間は、通常1時間以上であり、また、一方で、通常15時間以下、好ましくは10時間以下、より好ましくは8時間以下とする。反応時間が長いと、高重合度のポリエステルを得やすく、機械物性に優れる成形品を得やすい。一方で、反応時間が短いと、ポリエステルの熱分解による分子量低下が起こり難く、機械物性に優れる成形品を得やすく、カルボキシル基末端量が少なく、耐久性に優れるポリエステルを得やすい。
最終的に到達する反応圧力は、通常0.01kPa以上、好ましくは0.03kPa以上であり、また、一方で、通常1.4kPa以下、好ましくは0.4kPa以下である。最終重縮合反応槽の圧力が高いと、重縮合時間が短く、それに伴いポリエステルの熱分解による分子量低下や着色が起こり難く、実用上充分な特性を示すポリエステルを得やすい。一方で、経済的には、高額な設備が不要な点では、反応圧力は低いことが好ましい。
重縮合反応工程を終了した後、通常、溶融状態を保持した状態でストランド状に抜き出す。ストランドを冷却、カッティングすることによりペレットを得ることができる。
<反応装置>
上述の反応を行う反応装置としては、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、エステル化反応及び/又はエステル交換反応の工程と重縮合反応工程の2段階の工程を行う場合、1つの反応装置を用いて行っても複数の反応装置を用いて行ってもよい。重縮合反応工程を行う反応器としては、真空ポンプと反応器とを結ぶ減圧用排気管の間に、凝縮器が結合され、この凝縮器により重縮合反応中に生成する揮発成分や未反応モノマーを回収できる装置が好ましい。各反応槽が備える攪拌翼の種類も公知のものが選択でき、具体的にはプロペラ翼、スクリュー翼、タービン翼、ファンタービン翼、デイスクタービン翼、ファウドラー翼、フルゾーン翼、マックスブレンド翼等が挙げられる。
また、ポリエステル樹脂を連続式に製造できる反応装置としては、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、複数基の反応槽を並べて多段式に行うのが一般的である。また、特に反応液の粘度が上昇する重縮合の後期においては、界面更新性とプラグフロー性、セルフクリーニング性に優れた薄膜蒸発機能を有した横型攪拌重合機を選定することが好ましい。
固相重合反応の反応装置としては、公知の反応装置を使用することができる。例えば、攪拌機を備えた予備結晶化槽によって加熱しながら樹脂ペレットの結晶化を促進させ、続
いて、乾燥槽、固相重合槽へと送るプロセスを備えた装置などが知られている。固相重合槽では、真空ないし不活性ガスの流通下、攪拌または無攪拌で行われる。
[ポリエステル樹脂の物性]
<固有粘度(IV)>
本発明のポリエステル樹脂の固有粘度は、通常0.5dL/g以上である。また、好ましくは0.6dL/g以上であり、より好ましくは0.7dL/g以上であり、さらに好ましくは0.8dL/g以上であり、特に好ましくは1.0dL/g以上である。また、一方で、本発明のポリエステル樹脂の固有粘度は、好ましくは2.5dL/g以下であり、より好ましくは2.2dL/g以下であり、さらに好ましくは2.0dL/g以下であり、特に好ましくは、1.6dL/g以下である。上述の好ましい固有粘度とすることにより、ポリエステル樹脂が適度な溶融粘度となり、成形性に優れ、機械強度の高い成形品を製造することができる。本発明において、固有粘度は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
<融点>
本発明のポリエステル樹脂の融点は、耐熱性や機械物性を損なわない限り特に制限はない。例えば、100~160℃であることが好ましい。ポリエステル樹脂の融点の測定方法は、任意の方法を用いることができ、本発明においては、後述する実施例に記載の方法により測定する。融点は、示差熱分析法等の熱分析法等でも測定することができる他、簡易的には、目視法(JIS K6220)で測定することもできる。
<結晶性>
本発明のポリエステル樹脂の結晶性は、良好な各種物性を損なわない限り、特に制限はない。結晶性の評価は、任意の方法から選択することができる。例えば、溶融状態のポリエステル樹脂の冷却時の結晶化発熱ピーク時間(後述の降温結晶ピーク時間)から結晶性を評価してもよい。また、ポリエステル樹脂が特に結晶化し難く、結晶化発熱ピーク時間によりその結晶性を評価できない場合には、融解エンタルピー(実施例にて後述)によって評価してもよい。
<降温結晶ピーク時間>
本発明のポリエステル樹脂の結晶化速度は、溶融状態のポリエステル樹脂の冷却時の結晶化発熱ピーク時間、即ち降温結晶ピーク時間により評価することができる。
ポリエステル樹脂の降温結晶ピーク時間は、以下のようにして測定することができる。
示差走査熱量計(DSC)の測定用のアルミ製オープンパンに、ポリエステル樹脂を10±1mg載せ、窒素雰囲気下で200℃にて10分間加熱溶融する。溶融状態のまま、DSC6220(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)に当該サンプルパンをセットし、10℃での等温測定を行う。結晶化による発熱が極大値となる時間を記録し、同様の測定を20℃、30℃、40℃で実施し、発熱極大値までの時間が最も短い時間を、降温結晶化ピーク時間とする。
この等温DSC測定において、降温結晶ピーク時間が短いほど結晶化が速いことがわかる。
本発明のポリエステル樹脂の降温結晶ピーク時間は、120秒以下であることが好ましく、100秒以下であることがより好ましい。なお、降温結晶ピーク時間の下限には特に制限はないが、通常30秒である。
<融解エンタルピー(ΔHm)>
本発明のポリエステル樹脂の結晶化速度は、融解エンタルピーによっても評価することができる。同一の測定条件で観測された融解エンタルピーが大きいほど、結晶化速度が速いことがわかる。本発明のポリエステル樹脂の融解エンタルピーは、後述する実施例に記
載の方法で測定した場合において、2J/g以上であることが好ましく、2.5J/g以上であることがより好ましく、3J/g以上であることがさらに好ましく、5J/g以上であることが特に好ましく、8J/g以上であることが殊更に好ましく、10J/g以上であることが最も好ましい。なお、融解エンタルピーの上限には特に制限はない。
[ポリエステル樹脂組成物]
本発明のポリエステル樹脂には、用途や要求性能等に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲で、更に、本発明のポリエステル樹脂以外の樹脂や添加剤等を混合してもよい。これらの樹脂や添加剤は、1種類を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
本発明のポリエステル樹脂以外の樹脂としては、例えば、脂肪族ポリエステル、脂肪族オキシカルボン酸系ポリエステル等を用いてもよい。また、ポリカプロラクトン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、セルロースエステル等の生分解性樹脂;澱粉、セルロース、紙、木粉、キチン・キトサン質、椰子殻粉末、クルミ殻粉末等の動植物粉末;カルボジイミド化合物;充填材;可塑剤及びこれらの混合物を用いることもできる。本発明のポリエステル樹脂には、更に、熱安定剤、滑剤、ブロッキング防止剤、核剤、無機フィラー、着色剤、顔料、紫外線吸収剤、光安定剤等の添加剤、改質剤、架橋剤等を含有させてもよい。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
各物性及び評価項目の測定方法は、次の通りである。
<ポリエステル樹脂の組成>
ポリエステル樹脂の組成は、ブルカー社製の核磁気共鳴スペクトル装置「AVANCENEO 400」を用いて、H-NMRスペクトルを測定し、各構成単位に対応するシグナルの積分値の比率から求めた。例えば、コハク酸単位とフランジカルボン酸単位から構成されるポリエステル樹脂であれば、2.63ppmと7.22ppmに現れるシグナルの積分比からコハク酸単位/フランジカルボン酸のモル比を決定した。また、三官能の多価アルコールとしてトリメチロールプロパンを用いた場合であれば、トリメチロールプロパンが有する3つの水酸基の結合様式、すなわち水酸基とエステル結合した脂肪族ジカルボン酸成分と芳香族ジカルボン酸成分の数の比に応じ、1.1~0.8ppmに特徴的な多重線のシグナルが複数現れ、これらの積分値から分岐構造の量ならびにその結合様式の構成割合(モル%)を決定した。
<固有粘度(IV)(dL/g)>
ウベローデ型粘度計を使用して、次の要領で求めた。すなわち、フェノール/テトラクロロエタン(重量比1/1)の混合溶媒を使用し、30℃において、濃度0.5g/dLのポリエステル組成物溶液及び溶媒のみの落下秒数を測定し、以下の式(2)より求めた。
IV=((1+4KηSP0.5-1)/(2KC) …(2)
式(2)中、ηSP=η/η-1であり、ηは試料溶液の落下秒数、ηは溶媒の落下秒数、Cは試料溶液の濃度(g/dL)、Kはハギンズの定数である。Kは0.33を採用した。
<ポリエステル樹脂の融点(℃)>
ポリエステル樹脂について、示差走査熱量計「DSC7020」(日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、室温(25℃)から250℃に、10℃/minの速度で昇温した時の吸熱ピーク温度を測定し、ポリエステル樹脂の融点とした。
<融解エンタルピー(ΔHm)>
測定は、DSC7020(日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、室温(25℃)から200℃へ10℃/minの速度で昇温した後、200℃から-50℃まで10℃/minの速度で冷却し、更に-50℃から200℃まで10℃/minで昇温することにより行う。この際、2回目の昇温過程における試料の融解に対応する吸熱ピークの面積を融解エンタルピー(ΔHm)とし、結晶性の指標とした。
[実施例1]
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、コハク酸5.6重量部、セバシン酸9.6重量部、2,5-フランジカルボン酸59.2重量部、1,4-ブタンジオール85.4重量部、及びトリメチロールプロパン0.138重量部を仕込み、更にテトラ-n-ブチルチタネートを得られるポリエステルあたりチタン原子として120重量ppmとなるように添加した。ここで、コハク酸/セバシン酸/フランジカルボン酸のモル比は、10/10/80である。
反応容器の内容物を攪拌しながら、容器内に窒素ガスを導入し、減圧置換によって系内を窒素雰囲気下にした。次に、系内を攪拌しながら170℃から190℃に1時間かけて昇温し、この温度で1時間反応させた。その後、テトラ-n-ブチルチタネートを得られるポリエステルあたりチタン原子として70重量ppmとなる量を更に添加し、1.5時間かけて240℃まで昇温すると同時に、1.5時間かけて0.07×10Pa以下になるように減圧し、加熱減圧状態を保持したまま重縮合を継続し、1時間経ったところで重合を終了し、ポリエステル樹脂を製造した。
[比較例1]
実施例1において、反応容器にコハク酸17.8重量部、2,5-フランジカルボン酸55.0重量部、1,4-ブタンジオール90.7重量部、及びトリメチロールプロパン0.138重量部を仕込んだ以外は実施例1と同様にして、ポリエステル樹脂を製造した。ここで、コハク酸/フランジカルボン酸のモル比は30/70である。
[実施例2~7及び比較例1、2]
実施例1において、反応容器への仕込み量を表1のように変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す組成のポリエステル樹脂を製造した。
Figure 2022149744000002
表1において、実施例と比較例との比較より、本発明のポリエステル樹脂は、その他の
脂肪族ジカルボン酸単位を有することにより、結晶化が促進されていることが裏付けられた。また、本発明のポリエステル樹脂は、その他の脂肪族ジカルボン酸単位を含まないポリエステル樹脂と同等の耐熱性(融点)で、結晶性がより良好となることが裏付けられた。

Claims (6)

  1. ブタンジオール単位、コハク酸単位およびフランジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂であって、更に、炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位および3官能以上の官能基を有する単位を有し、全ジカルボン酸単位に対し、前記フランジカルボン酸単位を51~90モル%有し、全構成単位に対する、全ジカルボン酸単位、全ジオール単位および3官能以上のモノマー由来の単位の合計が99.4モル%以上である、ポリエステル樹脂。
  2. 請求項1に記載のポリエステル樹脂であって、3官能以上の官能基を有する単位を全構成単位の0.0001~2モル%有する、ポリエステル樹脂。
  3. 請求項1または2に記載のポリエステル樹脂であって、全ジカルボン酸単位に対し、前記炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位を1~48モル%有する、ポリエステル樹脂。
  4. ブタンジオール単位、コハク酸単位およびフランジカルボン酸単位を有するポリエステル樹脂であって、更に、炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位を有し、示差走査熱量計により、下記条件で測定した融解エンタルピーが2J/g以上である、ポリエステル樹脂。
    日立ハイテクサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC7020」を用いて、25℃から200℃に10℃/minで昇温した後、200℃から-50℃まで10℃/minで冷却し、更に-50℃から200℃まで10℃/minで2回目の昇温を行い、この2回目の昇温過程における試料の融解に対応する吸熱ピークの面積を融解エンタルピー(ΔHm)とする。
  5. 請求項1~3の何れか1項に記載のポリエステル樹脂であって、示差走査熱量計(DSC)により、下記条件で測定した融解エンタルピーが2J/g以上である、ポリエステル樹脂。
    日立ハイテクサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC7020」を用いて、25℃から200℃に10℃/minで昇温した後、200℃から-50℃まで10℃/minで冷却し、更に-50℃から200℃まで10℃/minで2回目の昇温を行い、この2回目の昇温過程における試料の融解に対応する吸熱ピークの面積を融解エンタルピー(ΔHm)とする。
  6. 請求項1乃至5の何れか1項に記載のポリエステル樹脂であって、全ジカルボン酸単位に対し、コハク酸単位が1~48モル%、フランジカルボン酸単位が51~80モル%、炭素数6~36の脂肪族ジカルボン酸単位のモル比が1~48モル%である、ポリエステル樹脂。
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CN116375990A (zh) * 2023-02-07 2023-07-04 中化学科学技术研究有限公司 一种聚酯复合材料及制备方法
WO2024128614A1 (ko) * 2022-12-16 2024-06-20 코오롱인더스트리 주식회사 생분해성 폴리에스테르 수지 및 이 제조 방법

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