JP2002121268A - 交互共重合ポリエステル及びその製造法 - Google Patents
交互共重合ポリエステル及びその製造法Info
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Abstract
性の交互共重合ポリエステルを提供する。 【解決手段】 テレフタル酸クロライドとヒドロキシア
ルキル基の炭素数が2〜12のビス(ω−ヒドロキシア
ルキル)イソフタレートとの反応、及び/又は、イソフ
タル酸クロライドとヒドロキシアルキル基の炭素数が2
〜12のビス(ω−ヒドロキシアルキル)テレフタレー
トとの反応により、ポリマー繰り返し単位の少なくとも
90モル%が、下記式(1) [上記式(1)中のRは炭素数2〜12の2価の脂肪族
鎖である。]で表される単位からなり、かつ、フェノー
ル/1,1,2,2−テトラクロロエタン混合溶媒(重量
比6/4)を用いて35℃で測定した極限粘度が0.1
以上であることを特徴とする交互共重合ポリエステルを
製造する。
Description
てアルキレンテレフタレート構成単位及びアルキレンイ
ソフタレート構成単位が互いに隣接するよう交互に配置
する新規な交互共重合ポリエステル及びその製造法に関
する。
ルボン酸成分として含有する熱可塑性ポリエステルは、
溶融重合が可能なこと、そして、その組成の選択により
任意の物性の重合体を目的に応じ比較的容易に製造する
ことが可能であること、等により、民生用、産業資材用
として幅広い分野で多種多様な銘柄が製造・使用されて
いる。
ート)、PEI(ポリエチレンイソフタレート)に代表
されるポリエステルは、その機械的、物理的、化学的特
性が優れているため、衣料用・産業用繊維、フィルムを
はじめとして各種成形体等に広く利用されている。特に
PETに代表されるテレフタレートポリエステルでは耐
熱性及び力学特性を、またPEIに代表されるイソフタ
レートポリエステルではガスバリア性及び低ピリング性
を、それぞれ活かした用途での使用が好適に実施されて
きた。
ピリング性の向上が求められ、また、PEIには低結晶
性、低耐衝撃性という問題がある。これら単独ポリエス
テルそれぞれの欠点を改良する手法として、従来から異
種ポリエステルを部分的に共重合する方法が知られてい
る。例えばPETのガスバリア性の向上の目的でPEI
を一部共重合する等の方法が検討されてきた。しかし、
この方法で得られる共重合体はテレフタレート単位とイ
ソフタレート単位とがランダムに配置された一次構造か
らなるために、各々のポリエステル本来の結晶性を著し
く低下させ、その結果、成形体の物理的特性が不十分な
ものとなる。
は、従来の共重合ポリエステル連鎖を規則的な一次構造
とすることで、上述した各種欠点を克服し、結晶性、機
械的性質に優れた新規な交互共重合ポリエステルを提供
することにある。本発明の他の目的は、このような新規
な交互共重合ポリエステルを製造する方法を提供するこ
とにある。
課題を解決するものとして、ポリマー繰り返し単位の少
なくとも90モル%が、下記式(1)
ル/1,1,2,2−テトラクロロエタン混合溶媒(重量
比6/4)を用いて35℃で測定した極限粘度が0.1
以上、好ましくは0.2〜2.0、であることを特徴とす
る新規な交互共重合ポリエステルが提供される。
合ポリエステルの13C−NMR測定[23℃、重水素化
クロロホルム/重水素化トリフルオロ酢酸=3/1(v
/v)中]において、上記式(1)で表される繰り返し
単位からなる交互共重合ポリエステルのイソフタル酸−
オキシエチレン(I−E)単位に両末端が挟まれるテレ
フタル酸(T)ユニット(−I−E−T−E−I−)内
のカルボニル炭素に直結した芳香族炭素C(T)に由来
するシグナルP{C(T)}-I-E- T -E-I-が133.53
ppmから133.54ppmの化学シフトに観測さ
れ、かつこのシグナルの積分強度に対する、ランダム化
した場合にP{C(T)}-I-E-T-E-I-の両隣に近接し
て現れる133.49ppm及び133.57ppmのシ
グナル(何れもP{C(T)}-T-E-T-E-I-のテレフタ
ル酸の芳香族炭素C(T)に帰属される)の二つのシグ
ナルの積分強度和の比(P{C(T)}-T-E-T-E-I-/
P{C(T)}-I-E-T-E-I-)が0.1以下であることを
特徴とする上記交互共重合ポリエステルが提供される。
互共重合ポリエステルを製造する方法として、テレフタ
ル酸クロライドとビス(2−ヒドロキシエチル)イソフ
タレートで代表されるヒドロキシアルキル基の炭素数が
2〜12のビス(ω−ヒドロキアルキル)イソフタレー
トとを反応させるか、及び/又は、イソフタル酸クロラ
イドとビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレートで
代表されるヒドロキシアルキル基の炭素数が2〜12の
ビス(ω−ヒドロキシアルキル)テレフタレートとを反
応させて上記の交互共重合ポリエステルを製造する方法
が提供される。また、本発明によれば、上記反応を極性
有機溶媒中で行うことによるポリエステルの製造方法及
び固相重合によりさらに重合度を高める方法が提供され
る。
は、ポリマー繰り返し単位の少なくとも90モル%、好
ましくは少なくとも95モル%、より好ましくは少なく
とも98モル%以上が、下記式(1)
ポリエステルである。
質的に損なわない範囲、例えば10モル%未満、好まし
くは5モル%未満、より好ましくは2モル%未満の割合
で、2個以上のエチレンテレフタレート単位又はエチレ
ンイソフタレート単位同士が隣接していても差し支えな
い。
子量は、フェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタ
ン混合溶媒(重量比6/4)を用いて35℃で測定した
極限粘度[η]の値にして0.1以上であり、好ましく
は[η]=0.2〜2.0である。なお、極限粘度[η]
が0.1より小さいものはポリマーとしての物性が十分
でなく、成型等の通常の用途への使用に適さない。
返し単位からなる交互共重合ポリエステルのTg(ガラ
ス転移温度)は0℃以上であり、より好ましくは30〜
75℃である。Tm(融点)は100℃から260℃の
間である。Tmが100℃以下のものは、ポリエステル
の結晶性が低いおそれがあるので好ましくない。
上記式(2)}で表される繰返し単位からなる交互共重
合ポリエステルは、良好な結晶性を有し、X線広角写真
及び 13C−NMR測定により同定することが可能であ
る。X線広角写真による上記式(1)、好適には上記式
(2)、で表される繰返し単位をもつ共重合ポリエステ
ルの結晶パターンは、その構成成分のホモポリマーであ
るPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEI(ポ
リエチレンイソフタレート)とは全く異なっており、X
線広角写真からも本発明の交互共重ポリエステルは新規
な結晶形態を示すポリエステル素材であることが明らか
になる。また、13C−NMR測定により上記式で表され
るポリエステルを確認することも可能である。
タル酸クロライドと炭素数2〜12のヒドロキシアルキ
ル基をもつビス(2−ヒドロキシアルキル)イソフタレ
ートとの反応、及び/又は、イソフタル酸クロライドと
ヒドロキシアルキル基の炭素数が2〜12のヒドロキシ
アルキル基をもつビス(2−ヒドロキシアルキル)テレ
フタレートとの反応により製造することができる。
(3)のテレフタル酸ジクロライドと下記式(4)のビ
ス(2−ヒドロキシエチル)イソフタレートとを反応さ
せる方法、
ロライドと下記式(6)のビス(2−ヒドロキシエチ
ル)テレフタレートとを反応させる方法、あるいは、こ
れらを組み合わせた方法により製造される。
オールとの組み合わせとしては、上記式(3)のジ酸ク
ロライドと上記式(4)のジオールの組合わせ、もしく
は、上記式(5)のジ酸クロライドと上記式(6)のジ
オールの組み合わせが用いられるが、これらの成分の組
み合わせを複数同時に用いてもよい。
イドとジオールとを実質的に等モルとすることが好まし
いが、このとき上記のジ酸クロライド成分及びジオール
成分が、ジ酸クロライド、ジオールの全成分中の90モ
ル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは
98モル〜100%となるよう用いられる。ここで、上
記成分が90モル%未満であるとポリエステルの結晶性
を著しく低下させるおそれがあるので好ましくない。
おいて、10モル%未満、好ましくは5モル%未満、さ
らに好ましくは2モル%未満の割合で、ポリマー鎖中に
上記式で表わされる繰り返し単位に加えてエチレンテレ
フタレート繰り返し単位やエチレンイソフタレート繰り
返し単位を導入することができ、その目的でビス(2−
ヒドロキシエチル)テレフタレート及び/又はビス(2
−ヒドロキシエチル)イソフタレートを過剰に使用して
もよい。
合することにより実施される。溶液重合反応に用いる有
機溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N
−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の高沸点極性
有機溶剤が用いられる。
は、それぞれのモノマー成分をあらかじめ同じ溶媒に溶
解しておき、その溶液同士を適当な方法で混合する方法
を採用するのが好ましい。反応温度は、溶媒の凝固点〜
沸点の範囲で適宜選択されるが、通常、室温〜120℃
が好ましい。反応の当初は比較的低い温度とし反応が進
行するに伴って順次温度を高める方法を採用することも
できる。反応時間は0.5〜5時間程度が適当である。
通常の場合、反応生成物(ポリマー)は溶液中に固体と
して析出するのでこれを濾別し水洗することで、目的と
するポリマーを得ることができる。
しくは0.2〜2.0、の極限粘度[η]を有するポリエ
ステルを製造しようとする場合、溶液重合のみで[η]
を1.0以上に高めることが困難であることが多いの
で、これをさらに固相重合することによって、分子量の
高められたポリエステルとすることも可能である。
[η]=0.1付近にまで重合させた上記交互共重合ポ
リエステル(プレポリマー)を、結晶化させた後、不活
性ガス気流下、常圧又は1mmHg以下の高真空状態で
ポリマーのガラス転移温度(Tg)以上でかつ融点(T
m)より5〜40℃低い温度に加熱して、固相重合せし
めることによりポリマーの重合度を高め、最終的には極
限粘度[η]0.2以上、好ましくは[η]0.5〜2.
0の高分子量交互共重合ポリエステルとすることができ
る。
れる交互共重合ポリエステルは、すでに述べたごとく、
X線広角写真及び13C−NMR測定により同定すること
が可能である。X線広角写真による上記式で表される交
互共重合ポリエステルの結晶パターンからは、その構成
成分のホモポリマーであるPET、PEIの結晶パター
ンとは全く異なっており、新規な結晶形態を示すポリエ
ステル素材であることを明らかである。また、13C−N
MR測定により上記式(1)で表されるポリエステルを
確認することが可能である。
ルの一次構造は、23℃、重水素化クロロホルム/重水
素化トリフルオロ酢酸=3/1(v/v)中での13C−
−NMR測定により明らかにすることができる。例え
ば、Macromolecules,[33],459
6(2000)には、PETとPEIのランダム共重合
体の13C−NMR測定による知見が示されており、重ト
リフルオロ酢酸中、25℃での測定においてPETとP
EIのランダム共重合体内のテレフタル酸の芳香環上の
1,4位の炭素(すなわちカルボニル炭素に直結するα
炭素)に関して、そのシグナルTC(T)に着目してい
る。これより、完全ランダム体の場合、エチレンイソフ
タレート単位(−I−E−)に両側から挟まれた場合の
シグナルP{C(T)}-I-E- T -E-I-に対して、その両
隣にランダム化したシグナルP{C(T)}-T-E- T
-E-I-が二本のシグナルとして出現し、シグナルP{C
(T)}- I-E- T -E-I-に対するこの二本のシグナルの積
分強度の和の強度比は理論的にはほぼ1:1となるが、
実際はシグナルP{C(T)}-T-E- T -E-I-のごく近傍
に−T−E−T−E−T−等のトリマー以上のPET単
位のシグナルも重なって出てくるためP{C(T)}
-T-E- T -E-I-/ P{C(T)}-T-E- T -E-I-は1.0以上
となる。しかしながら、本発明方法により製造される交
互共重合ポリエステルでは、交互単位に基づくシグナル
P{C(T)}-I-E- T -E-I-が主に観測され、この主な
シグナルに対するランダム共重合に由来する他の2種の
P{C(T)}-T -E- T -E-I-シグナルの和の面積比P
{C(T)}-T-E- T -E-I-/ P{C(T)}- T-E- T
-E-I-が0.1以下、好ましくは0.05以下、より好ま
しくは0.03以下であるという特徴を有する。
は、PETとPEIの利点を併せ持ち、結晶性でかつT
m130℃以上、Tg60℃以上にも達し得る素材であ
り、溶融成形により、機械的性質の良好な繊維・フィル
ム・成型品等とすることができ、特にボトル用として好
適である。そしてこれらの成形品においてはPEIの成
形品に見られるような低結晶性、低衝撃特性等の問題は
発生しない。また、このポリエステルは、安定剤、着色
剤、紫外線吸収剤、離型剤等の各種添加剤、ガラス繊維
等の強化材、さらには無機粒子、有機粒子等の充填材等
を添加し樹脂組成物として使用することもできる。
明するが、これらは本発明を具体的に説明するためのも
のであって、本発明はこれらによって限定されるもので
はない。なお、例中の「部」は、とくに断らない限り
「重量部」を意味するものとする。なお、例中に挙げる
各種の評価項目は次のようにして求めた。
ロロエタン混合溶液(重量比6/4)中、35℃にて測
定した。
等の測定 ガラス転移温度(Tg)、融点(Tm)及び融解エンタ
ルピー(ΔHm)の測定は、セイコーDSC220示差
走査熱量計を用い、窒素ガス気流下、10℃/minの
速度で昇温して測定を行った。
0を用い、重水素化クロロホルム/重水素化トリフルオ
ロ酢酸=3/1(v/v)混合溶媒中23℃にて測定を
行った。
/50kV/200mAのX線をサンプルに照射し、そ
のX線広角写真を測定した。
(2−ヒドロキシエチル)テレフタレート25.40部
を、乾燥ピリジン16.6部と脱水N−メチル−2−ピ
ロリドン50mlとの混合物に溶解し、氷浴上5℃下に
て、これにイソフタル酸クロライド20.31部を乾燥
N−メチル−2−ピロリドン30mlに溶解した溶液を
滴下し、5℃で0.5時間攪拌した。引き続き、室温下
で1時間、40℃で2時間、更に60℃で2時間加熱攪
拌したのちに反応溶液を室温まで冷却し、これを水3L
に注いで析出した白色固体を濾別した。これを水100
0mlで5回、アセトン500mlで2回洗浄したのち
に120℃で真空乾燥して交互共重合ポリエステル3
5.5部(収率95%)を得た。
転移温度(Tg)、融点(Tm)、融解エンタルピー
(ΔH)] を後掲の表1に記した。表1に示すとお
り、このポリマーは、極限粘度[η]=0.60、Tg
=70℃、Tm=139℃、融解エンタルピーΔH=3
5.2j/gであった。
化クロロホルム/重水素化トリフルオロ酢酸=3/1
(v/v)混合溶媒中23℃にて13C−NMR測定を行
ったところ、後掲の表2の通り帰属された。
り、交互ポリエステルのイソフタル酸−オキシエチレン
((I−E)単位に両末端が挟まれるテレフタル酸
(T)ユニット(−I−E−T−E−I−)内のカルボ
ニル炭素に直結した芳香族炭素C(T)に由来するシグ
ナルP{C(T)}-I-E-T-E-I-が133.531ppm
に観測された。また、ポリマーシークエンスがランダム
化した場合に、P{C(T)}-I-E-T-E-I-の両隣に近
接して現れる133.49ppm及び133.57ppm
のシグナル(何れもP{C(T)}-T-E-T-E-I-のテレ
フタル酸の芳香族炭素C(T)に帰属される)の二つの
シグナルは全く確認されなかった。
PEIのランダム共重合体を調製した。すなわち、10
0mlの三つ口フラスコ中にテレフタル酸ジメチル1
8.45部、イソフタル酸ジメチル18.45部、エチレ
ングリコール29.80部(0.24モル)及びテトラブ
トキシチタンの1重量%トルエン溶液0.25ml(ポ
リマーに対して約0.03モル%)を加え、窒素雰囲気
下で190℃に加熱、攪拌を開始した。エステル交換反
応の進行につれ、副生するメタノールが留出し始め、約
1時間でほぼ理論量のメタノールが留出し、ビス(2−
ヒドロキシエチル)テレフタレート/イソフタレートが
形成された。
熱し、余剰のエチレングリコールを留去し、系を水流ア
スピレータにて減圧し、240℃でV1反応を30分行
った。最終的に真空ポンプにて0.1mmHgまで減圧
してV2反応に入り、250℃で更に1時間重縮合を行
った。重縮合が充分に進みほぼ理論量のエチレングリコ
ールが留出したので、反応を終了し内容物が温かいうち
にサンプリング、ペレット化することでPET/PEI
ランダム共重合体を得た。
表1に、実施例1のポリマーと併せて記した。このポリ
マーは、極限粘度[η]=0.70、Tg=68℃であ
ったが非晶性であり、融点は観測されなかった。
ルム/重水素化トリフルオロ酢酸=3/1(v/v)混
合溶媒中23℃にて13C−NMR測定を行ったところ、
表3の通り帰属された。
共重合ポリエステルのイソフタル酸−オキシエチレン
(I−E)単位に両末端が挟まれるテレフタル酸(T)
ユニット(−I−E−T−E−I−)内のカルボニル炭
素に直結した芳香族炭素C(T)に由来するシグナルP
{C(T)}-I-E- T -E-I-が133.531ppmに観測
された。また、ランダム化した場合に、P{C(T)}
-I-E-T-E-I-の両隣に近接して現れる133.49ppm
及び133.57ppmのシグナル(何れもP{C
(T)}-T-E-T-E-I-のテレフタル酸の芳香族炭素C
(T)に帰属される)の二つのシグナルも明確に確認さ
れ、 P{C(T)}-T-E-T-E-I- / P{C(T)}
-I-E-T-E-I- 積分強度比=1.58となった。
合ポリエステル及び対照例としてのポリエチレンテレフ
タレート(PET)、ポリエチレンイソフタレート(P
EI)のチップを、それぞれ130℃真空下にて1時間
アニールし、それぞれのX線広角写真を測定した。その
結果をまとめて表4に示す。表4から明らかなように、
実施例1で得られたポリエステルはその構成成分である
PET、PEIとは全く異なり、かつホモポリマーであ
るPEIより発達した結晶パターンを示した。
ステルの13C−NMRスペクトルチャート。
合体の13C−NMRスペクトルチャート。
Claims (7)
- 【請求項1】 ポリマー繰り返し単位の少なくとも90
モル%が、下記式(1) 【化1】 [上記式(1)中のRは炭素数2〜12の2価の脂肪族
鎖である。]で表される単位からなり、かつ、フェノー
ル/1,1,2,2−テトラクロロエタン混合溶媒(重量
比6/4)を用いて35℃で測定した極限粘度が0.1
以上であることを特徴とする交互共重合ポリエステル。 - 【請求項2】 ポリマー繰り返し単位の少なくとも90
モル%が、下記式(2) 【化2】 で表される単位からなり、かつ、フェノール/1,1,
2,2−テトラクロロエタン混合溶媒(重量比6/4)
を用いて35℃で測定した極限粘度が0.1以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の交互共重合ポリエス
テル。 - 【請求項3】 交互共重合ポリエステルの13C−NMR
測定(23℃、重水素化クロロホルム/重水素化トリフ
ルオロ酢酸=3/1(v/v)中)において、上記式
(2)で表される交互ポリエステルのイソフタル酸−オ
キシエチレン(I−E)単位に両末端が挟まれるテレフ
タル酸(T)ユニット(−I−E−T−E−I−)内の
カルボニル炭素に直結した芳香族炭素C(T)に由来す
るシグナルP{C(T)}-I-E-T-E-I-が133.53p
pmから133.54ppmの化学シフトに観測され、
かつこのシグナルの積分強度に対する、ランダム化した
場合に上記P{C(T)}-I-E-T-E-I-の両隣に近接し
て現れる133.49ppm及び133.57ppmのシ
グナル(何れもP{C(T)}-T-E-T-E-I-のテレフタ
ル酸の芳香族炭素C(T)に帰属される)の二つのシグ
ナルの積分強度和の比(P{C(T)}-T-E-T-E-I-/
P{C(T)}-I-E-T-E-I-)が0.1以下であることを
特徴とする請求項2に記載の交互共重合ポリエステル。 - 【請求項4】 テレフタル酸クロライドとヒドロキシア
ルキル基の炭素数が2〜12のビス(ω−ヒドロキシア
ルキル)イソフタレートとの反応、及び/又は、イソフ
タル酸クロライドとヒドロキシアルキル基の炭素数が2
〜12のビス(ω−ヒドロキシアルキル)テレフタレー
トとの反応により、請求項1に記載の交互共重合ポリエ
ステルを得ることを特徴とするポリエステルの製造法。 - 【請求項5】 テレフタル酸クロライドとビス(2−ヒ
ドロキシエチル)イソフタレートとの反応、及び/又
は、イソフタル酸クロライドとビス(2−ヒドロキシエ
チル)テレフタレートとの反応により、請求項2に記載
の交互共重合ポリエステルを得ることを特徴とするポリ
エステルの製造法。 - 【請求項6】 上記反応を極性有機溶媒中で行うことを
特徴とする請求項3又は請求項4に記載のポリエステル
の製造法。 - 【請求項7】 極性有機溶剤中で反応させた後、固相重
合を行ってポリマーの重合度を高めることを特徴とする
請求項5に記載のポリエステルの製造法。
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