JP2006111794A - Alicyclic polyester resin - Google Patents
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Abstract
【課題】 透明性、耐熱性、耐候性などが優れ、化学的安定性、安全性などにも優れた脂環式ポリエステル樹脂を提供すること。
【解決手段】 脂環式ポリエステル樹脂であって、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸を主成分とするジカルボン酸成分と、脂環式ジオールを主成分とするジオール成分とから得られた脂環式ポリエステル樹脂を要旨とする。
【選択図】 なし。PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alicyclic polyester resin having excellent transparency, heat resistance, weather resistance and the like, and excellent chemical stability and safety.
An alicyclic polyester resin obtained from a dicarboxylic acid component mainly composed of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid and a diol component mainly composed of an alicyclic diol. The gist is a polyester resin.
[Selection figure] None.
Description
本発明は、脂環式ポリエステル樹脂に関する。さらに詳しくは、融点が高く耐熱性に優れた脂環式ポリエステル樹脂に関するものである。 The present invention relates to an alicyclic polyester resin. More specifically, the present invention relates to an alicyclic polyester resin having a high melting point and excellent heat resistance.
脂環式ジカルボン酸と脂環式ジオールからなる脂環式ポリエステル樹脂は、透明性、耐熱性、耐候性などが優れており、化学的安定性、安全性(使用時、廃棄時を含む)などの観点からも優れているので、フィルム、繊維、各種機器の部品などの製造用材料として期待され、その用途も徐々に拡大されつつある。脂環式ポリエステル樹脂の中でも、ジカルボン酸成分としての1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、ジオール成分としての1,4−シクロヘキサンジメタノールとからなる脂環式ポリエステル樹脂は、以前から知られている(特許文献例1)。そしてこれら原料成分に含まれるトランス異性体(以下単にトランス体と記載する)の比率が、得られる脂環式ポリエステル樹脂の融点と密接な関係にあることが知られている。これら原料成分は、工業的に入手可能な1,4−シクロヘキサンジカルボン酸のトランス体は95%程度のものであり、1,4−シクロヘキサンジメタノールのトランス体は70%程度のものである。トランス体の比率がこの程度の成分を原料としても、得られる脂環式ポリエステル樹脂は、その融点の最高が220℃程度であり、使用温度に限界があった(特許文献例2)。
本発明者らは上記状況にあって、融点が高く耐熱性に優れた脂環式ポリエステル樹脂技術を提供するために鋭意検討した結果、シクロヘキサン環を複数有する脂環式ジカルボン酸と、脂環式ジオールとを主成分とする原料を重縮合させた脂環式ポリエステル樹脂により、課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、透明性、耐熱性、耐候性などが優れ、化学的安定性、安全性などにも優れた脂環式ポリエステル樹脂を提供することを目的とする。 In the above situation, the present inventors have intensively studied to provide an alicyclic polyester resin technology having a high melting point and excellent heat resistance. As a result, alicyclic dicarboxylic acid having a plurality of cyclohexane rings, and alicyclic The inventors have found that the problem can be solved by an alicyclic polyester resin obtained by polycondensation of a raw material containing diol as a main component, and have completed the present invention. An object of the present invention is to provide an alicyclic polyester resin having excellent transparency, heat resistance, weather resistance, and the like, and excellent chemical stability and safety.
上記課題を解決するために、本発明では、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸を主成分とするジカルボン酸成分と、脂環式ジオールを主成分とするジオール成分とから得られたものであることを特徴とする、脂環式ポリエステル樹脂を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is obtained from a dicarboxylic acid component mainly composed of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid and a diol component mainly composed of an alicyclic diol. An alicyclic polyester resin is provided.
本発明は、以下詳細に説明するとおりであり、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
1.本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂は、分子鎖中に脂環式構造を有するため、融点が235℃と高く耐熱性に優れており、従来使用できなかった耐熱性が要求される各種製品の製造用材料として好適である。
2.本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂は、耐熱性の他に、透明性、耐候性、化学的安定性、安全性などにも優れているので、これらの特性が要求される各種製品の製造用材料として好適である。
The present invention is as described in detail below, has the following particularly advantageous effects, and its industrial utility value is extremely large.
1. Since the alicyclic polyester resin according to the present invention has an alicyclic structure in the molecular chain, it has a high melting point of 235 ° C. and excellent heat resistance. It is suitable as a manufacturing material.
2. The alicyclic polyester resin according to the present invention is excellent in transparency, weather resistance, chemical stability, safety, etc. in addition to heat resistance. Suitable as a material.
以下、本発明を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件(実施態様)の説明は、本発明の実施例の代表であり、本発明はこれらの記載内容に限定されるものではない。本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂は、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸を主成分とするジカルボン酸成分(a)と、脂環式ジオールを主成分とするジオール成分(b)とから得られたものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements (embodiments) described below is representative of examples of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. The alicyclic polyester resin according to the present invention is obtained from a dicarboxylic acid component (a) having 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid as a main component and a diol component (b) having an alicyclic diol as a main component. It is what was done.
ジカルボン酸成分(a)は、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸(a1)を主成分とし、残りの成分は4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸以外のジカルボン酸成分(a2)、少量の共重合体成分(c)を含んでいてもよいことを意味する。ここで、主成分とは、総ジカルボン酸成分(a)に対する上記4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸(a1)の割合が、50モル%を超えることをいう。総ジカルボン酸成分に対する4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸(a1)の割合が50モル%以下であると、得られる脂環式ポリエステル樹脂は、耐熱性が劣る傾向がある。総ジカルボン酸成分に対する4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸(a1)の割合は、好ましくは70モル%以上、更に好ましくは80モル%以上、特に好ましくは90モル%以上である。 The dicarboxylic acid component (a) is mainly composed of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid (a1), and the remaining components are dicarboxylic acid components (a2) other than 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid, It means that the polymer component (c) may be included. Here, the main component means that the ratio of the 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid (a1) to the total dicarboxylic acid component (a) exceeds 50 mol%. When the ratio of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid (a1) to the total dicarboxylic acid component is 50 mol% or less, the resulting alicyclic polyester resin tends to be inferior in heat resistance. The ratio of 4,4'-bicyclohexyldicarboxylic acid (a1) to the total dicarboxylic acid component is preferably 70 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, and particularly preferably 90 mol% or more.
脂環式ポリエステル樹脂を製造用原料の主成分である4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸(a1)には、ジカルボン酸形態のもののほか、そのエステル形成性誘導体の形態のものが含まれる。エステル形成性誘導体としては、例えば、アルキルエステル類、酸ハライド類などが挙げられる。中でも、アルキルエステル類はアルキル基の炭素数が1〜6の範囲のものが好ましく、中でもメチル基が好適である。 The 4,4'-bicyclohexyldicarboxylic acid (a1), which is the main component of the raw material for producing the alicyclic polyester resin, includes a dicarboxylic acid form and an ester-forming derivative form thereof. Examples of the ester-forming derivative include alkyl esters and acid halides. Among them, alkyl esters having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms are preferable, and a methyl group is particularly preferable.
4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸(a1)には、二個のシクロヘキシル基の配置状態によって、シス体−シス体構造、シス体−トランス体構造、トランス体−トランス体構造の三種の立体異性体が存在する。本発明者らの実験によれば、得られる脂環式ポリエステル樹脂の耐熱性を高くするには、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸成分(a1)中に占めるトランス体−トランス体構造のものが多いほど好ましいことが分かった。中でも、原料の4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸成分(a1)中に占めるトランス体−トランス体構造の割合が80%であると、得られる脂環式ポリエステル樹脂中の4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸成分(a1)由来の単位も、トランス体−トランス体構造が80%以上となるため、融点が220℃以上の脂環式ポリエステル樹脂が得られ易い。立体異性体の構造は、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸、または、そのエステル形成性誘導体の場合は、ガスクロマトグラフィ法によって確認することができ、これらを重縮合した脂環式ポリエステル樹脂の場合は、樹脂を重水素化クロロホルムなどに溶解した溶液とし、この溶液について核磁気共鳴(NMR)分光法により、1Hおよび13Cスペクトルを測定する方法によって、確認することができる。 The 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid (a1) has three stereoisomers of cis isomer structure, cis isomer structure, cis isomer structure, trans isomer structure, and trans isomer structure depending on the arrangement state of two cyclohexyl groups. There is a body. According to the experiments by the present inventors, in order to increase the heat resistance of the resulting alicyclic polyester resin, the trans isomer-trans isomer structure occupies in the 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid component (a1). It turned out that it is so preferable that there are many. In particular, when the proportion of the trans isomer-trans isomer structure in the raw material 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid component (a1) is 80%, the 4,4′-bi acrylate in the resulting alicyclic polyester resin is used. Since the unit derived from the cyclohexyldicarboxylic acid component (a1) also has a trans isomer-trans isomer structure of 80% or more, an alicyclic polyester resin having a melting point of 220 ° C. or more is easily obtained. The structure of the stereoisomer can be confirmed by gas chromatography in the case of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof, and in the case of an alicyclic polyester resin obtained by polycondensation of these. Can be confirmed by a method in which 1 H and 13 C spectra are measured by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy for a solution obtained by dissolving the resin in deuterated chloroform or the like.
本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂製造用原料のジカルボン酸成分(a)は、上記のとおり、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸(a1)を主成分とするが、それ以外のジカルボン酸成分(a2)を含んでいてもよい。ジカルボン酸成分(a2)としては、例えば、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、1,4−フェニレンジオキシジカルボン酸、1,3−フェニレンジオキシジ酢酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルケトンジカルボン酸、4,4’−ジフェノキシエタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸類、および、コハク酸、グルタル酸、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、ウンデカジカルボン酸、ドデカジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸類が挙げられる。これらジカルボン酸成分(a2)は、一種でも二種以上であってもよい。 The dicarboxylic acid component (a) of the raw material for producing the alicyclic polyester resin according to the present invention is mainly composed of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid (a1) as described above, but other dicarboxylic acid components. (A2) may be included. Examples of the dicarboxylic acid component (a2) include terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, 1,4-phenylenedioxydicarboxylic acid, 1,3-phenylenedioxydiacetic acid, 4,4′-diphenyldicarboxylic acid, 4 , 4′-diphenyl ether dicarboxylic acid, 4,4′-diphenyl ketone dicarboxylic acid, 4,4′-diphenoxyethane dicarboxylic acid, 4,4′-diphenylsulfone dicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid and other aromatics Examples include dicarboxylic acids and aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecadicarboxylic acid, dodecadicarboxylic acid, and cyclohexanedicarboxylic acid. These dicarboxylic acid components (a2) may be one type or two or more types.
ジカルボン酸成分(a2)には、ジカルボン酸形態のもののほか、そのエステル形成性誘導体の形態のものも含まれる。エステル形成性誘導体としては、例えば、アルキルエステル、酸無水物、酸ハライドなどが挙げられ、中でもアルキルエステルがより好適である。アルキルエステルのアルキル基は、炭素数1〜6のものが好ましく、中でもメチル基が特に好ましい。アルキルエステルの具体例としては、テレフタル酸ジメチル、フタル酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、1,4−フェニレンジオキシジカルボン酸ジメチル、1,3−フェニレンジオキシジ酢酸ジメチル、4,4’−ジフェニルジカルボン酸ジメチル、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸ジメチル、4,4’−ジフェニルケトンジカルボン酸ジメチル、4,4’−ジフェノキシエタンジカルボン酸ジメチル、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸ジメチル、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチルなどの芳香族ジカルボン酸ジメチルエステル類、および、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ピメリン酸ジメチル、スベリン酸ジメチル、アゼライン酸ジメチル、セバシン酸ジメチル、ウンデカジカルボン酸ジメチル、ドデカジカルボン酸ジメチル、シクロヘキサンジカルボン酸ジメチルなどの脂肪族ジカルボン酸のジメチルエステル類などが挙げられる。これらエステル形成性誘導体もまた、一種でも二種以上であってもよい。 The dicarboxylic acid component (a2) includes not only the dicarboxylic acid form but also its ester-forming derivative form. Examples of the ester-forming derivative include alkyl esters, acid anhydrides, acid halides, etc. Among them, alkyl esters are more preferable. The alkyl group of the alkyl ester preferably has 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methyl group. Specific examples of the alkyl ester include dimethyl terephthalate, dimethyl phthalate, dimethyl isophthalate, dimethyl 1,4-phenylenedioxydicarboxylate, dimethyl 1,3-phenylenedioxydiacetate, and 4,4′-diphenyldicarboxylic acid. Dimethyl, dimethyl 4,4'-diphenyl ether dicarboxylate, dimethyl 4,4'-diphenyl ketone dicarboxylate, dimethyl 4,4'-diphenoxyethanedicarboxylate, dimethyl 4,4'-diphenylsulfone dicarboxylate, 2,6- Aromatic dicarboxylic acid dimethyl esters such as dimethyl naphthalenedicarboxylate, and dimethyl succinate, dimethyl glutarate, dimethyl adipate, dimethyl pimelate, dimethyl suberate, dimethyl azelate, dimethyl sebacate, undecad Carboxylic acid dimethyl, dodecamethylene dicarboxylic acid, dimethyl esters and the like of aliphatic dicarboxylic acids such as cyclohexanedicarboxylic acid dimethyl. These ester-forming derivatives may also be one kind or two or more kinds.
本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂製造用原料のジオール成分(b)は、前記のとおり、脂環式ジオールを主成分とする。ジオール成分(b)は脂環式ジオール成分(b1)を主成分とし、残りは他のジオール成分(b2)、少量の共重合体成分(c)であってもよい。ここで、主成分とは、総ジオール成分(b)に占める脂環式ジオール成分(b1)の割合が50モル%を超えることをいう。総ジオール成分に占める脂環式ジオール成分(b1)の割合が50モル%以下であると、得られる脂環式ポリエステル樹脂は、耐熱性が劣る傾向がある。総ジオール成分(b)に対する脂環式ジオール成分(b1)の割合は、好ましくは70モル%、更に好ましくは80モル%、特に好ましくは90モル%以上である。 As described above, the diol component (b) of the raw material for producing an alicyclic polyester resin according to the present invention contains an alicyclic diol as a main component. The diol component (b) may be mainly composed of the alicyclic diol component (b1), and the rest may be another diol component (b2) and a small amount of the copolymer component (c). Here, the main component means that the proportion of the alicyclic diol component (b1) in the total diol component (b) exceeds 50 mol%. When the proportion of the alicyclic diol component (b1) in the total diol component is 50 mol% or less, the resulting alicyclic polyester resin tends to have poor heat resistance. The ratio of the alicyclic diol component (b1) to the total diol component (b) is preferably 70 mol%, more preferably 80 mol%, and particularly preferably 90 mol% or more.
脂環式ジオール成分(b1)としては、例えば、1,2−、1,3−シクロペンタンジオール、1,2−、1,3−シクロペンタンジメタノール、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.0]デカンなどの5員環ジオール、1,2−、1,3−、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−、1,3−、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2,2−ビス−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−プロパンなどの6員環ジオールなどが挙げられる。好ましいものとしては、1,2−、1,3−、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられる。中でも、1,4−シクロヘキサンジメタノールは、高重合度で、高いガラス転移点の脂環式ポリエステル樹脂が得られることなどから、特に好ましい。1,4−シクロヘキサンジメタノールには、トランス体とシス体の異性体があり、通常はこれらの混合物であり、そのトランス体とシス体とのモル比は80対20〜60対40である。なお、1,4−シクロヘキサンジメタノールのトランス体とシス体は、ガスクロマトグラフィ法によって定量することができる。 Examples of the alicyclic diol component (b1) include 1,2-, 1,3-cyclopentanediol, 1,2-, 1,3-cyclopentanedimethanol, bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2. .1.0] 5-membered ring diol such as decane, 1,2-, 1,3-, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-, 1,3-, 1,4-cyclohexanedimethanol, 2, And 6-membered ring diols such as 2-bis- (4-hydroxycyclohexyl) -propane. Preferred examples include 1,2-, 1,3-, 1,4-cyclohexanedimethanol. Among these, 1,4-cyclohexanedimethanol is particularly preferable because an alicyclic polyester resin having a high polymerization degree and a high glass transition point can be obtained. 1,4-Cyclohexanedimethanol has a trans isomer and a cis isomer, and is usually a mixture thereof. The molar ratio of the trans isomer to the cis isomer is 80:20 to 60:40. The trans isomer and cis isomer of 1,4-cyclohexanedimethanol can be quantified by gas chromatography.
脂環式ジオール成分(b1)以外のジオール成分(b2)として、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、オクタメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリトリメチレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどの脂肪族ジオール類、トリシクロデカンジメタノール、および、キシリレングリコール、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、2,2−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−β−ヒドロキシエトキシフェニル)スルホン酸などの芳香族ジオール類が挙げられる。これらジオール成分(b2)は、一種でも二種以上であってもよい。 Examples of the diol component (b2) other than the alicyclic diol component (b1) include ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, trimethylene glycol, pentamethylene glycol, hexamethylene glycol, octamethylene glycol, decamethylene glycol, neopentyl. Aliphatic diols such as glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, polytrimethylene ether glycol, polytetramethylene ether glycol, tricyclodecane dimethanol, and xylylene glycol, 4,4′-dihydroxybiphenyl, 2,2-bis (4′-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (4′-β-hydroxyethoxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone Aromatic diols such as bis (4-beta-hydroxyethoxyphenyl) sulfonic acid. These diol components (b2) may be one type or two or more types.
本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂製造用原料には、前記ジカルボン酸成分(a)、上記ジオール成分(b)以外に、少量の共重合成分(c)を含ませることができることは、前記したとおりである。共重合成分(c)としては、例えば、グリコール酸、p−ヒドロキシ安息香酸、p−β−ヒドロキシエトキシ安息香酸などのヒドロキシカルボン酸類や、アルコキシカルボン酸、トリカルバリル酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ナフタレンテトラカルボン酸、没食子酸、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、シュガーエステルなどの三官能以上の多官能成分が挙げられる。三官能以上の多官能成分は、脂環式ポリエステル樹脂の溶融粘度を調整し、成形性を高めるために有用である。 As described above, the raw material for producing the alicyclic polyester resin according to the present invention can contain a small amount of the copolymer component (c) in addition to the dicarboxylic acid component (a) and the diol component (b). It is as follows. Examples of the copolymer component (c) include hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid, p-hydroxybenzoic acid, and p-β-hydroxyethoxybenzoic acid, alkoxycarboxylic acids, tricarballylic acid, trimellitic acid, trimesic acid, Trifunctional or more polyfunctional components such as pyromellitic acid, naphthalenetetracarboxylic acid, gallic acid, trimethylolethane, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, sugar ester and the like can be mentioned. The trifunctional or higher polyfunctional component is useful for adjusting the melt viscosity of the alicyclic polyester resin and enhancing the moldability.
本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂は、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸を主成分とするジカルボン酸成分、脂環式ジオールを主成分とするジオール成分、要すれば少量の共重合成分(c)とから製造される。この際の反応としては、エステル化反応を経て溶融重縮合するのが好ましいが、エステル交換反応を経て溶融重縮合することもできる。得られた脂環式ポリエステル樹脂は、フェノールとテトラクロロエタンの等量混合液を溶媒として測定した固有粘度(IV)が、0.5dl/g以上のものが好ましい。IVが0.5dl/g未満であると、成形材料としては強度が弱く好ましくない。IVは0.6dl/g以上がより好ましく、特に好ましいのは0.7dl/g以上である。 The alicyclic polyester resin according to the present invention includes a dicarboxylic acid component mainly composed of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid, a diol component mainly composed of alicyclic diol, and if necessary, a small amount of copolymer component ( c). The reaction at this time is preferably melt polycondensed via an esterification reaction, but can also be melt polycondensed via an ester exchange reaction. The obtained alicyclic polyester resin preferably has an intrinsic viscosity (IV) of 0.5 dl / g or more measured by using an equal mixture of phenol and tetrachloroethane as a solvent. If the IV is less than 0.5 dl / g, the molding material is weak and unfavorable. IV is more preferably 0.6 dl / g or more, and particularly preferably 0.7 dl / g or more.
原料としてジカルボン酸を使用し、ジオール成分をエステル化反応させる場合、ジオール成分とジカルボン酸成分とのモル比は、通常、100/100より大きく、110/100未満、好ましくは、102/100より大きく110/100未満で行う。モル比が100/100以下であると、得られる脂環式ポリエステル樹脂の末端酸価が高くなり、耐加水分解性に劣る場合があり、110/100より大きいと、反応性が低下する傾向となり、高い固有粘度のポリエステル樹脂が得られない場合があり、いずれも好ましくない。原料としてジカルボン酸のアルキルエステルを用いる場合、エステル交換反応に供するジオール成分とジカルボン酸成分とのモル比は、同じく通常、100/100より大きく、110/100未満、好ましくは、102/100より大きく110/100未満で行う。 When dicarboxylic acid is used as a raw material and the diol component is esterified, the molar ratio of the diol component to the dicarboxylic acid component is usually greater than 100/100, less than 110/100, preferably greater than 102/100. Performed at less than 110/100. When the molar ratio is 100/100 or less, the terminal acid value of the resulting alicyclic polyester resin becomes high and the hydrolysis resistance may be inferior. When it exceeds 110/100, the reactivity tends to decrease. In some cases, a polyester resin having a high intrinsic viscosity may not be obtained. When an alkyl ester of a dicarboxylic acid is used as the raw material, the molar ratio of the diol component to the dicarboxylic acid component subjected to the transesterification reaction is usually greater than 100/100, less than 110/100, preferably greater than 102/100. Performed at less than 110/100.
エステル化反応またはエステル交換反応は、触媒の存在下または不存在下で行うことができ、中でも触媒の存在下に行うのが好ましい。反応系に触媒を存在させる場合、その触媒の種類は特に限定されず、例えば、ポリエステル樹脂を製造する際に、エステル化反応またはエステル交換反応触媒として知られているチタン化合物、ゲルマニウム化合物、アンチモン化合物、スズ化合物などが挙げられる。中でも、チタン化合物は、エステル化、エステル交換、および後記する重縮合反応のいずれにおいても活性が高いので好ましい。チタン化合物としては、例えば、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、またはこれら有機チタネートの加水分解物などが挙げられる。これら触媒は、一種でも二種以上であってもよい。触媒の使用量は、通常、生成するポリエステル樹脂に対して、金属原子換算で5ppm〜2000ppmの範囲、好ましくは10ppm〜1000ppmの範囲である。 The esterification reaction or transesterification reaction can be carried out in the presence or absence of a catalyst, preferably in the presence of a catalyst. When a catalyst is present in the reaction system, the type of the catalyst is not particularly limited. For example, when producing a polyester resin, a titanium compound, germanium compound, or antimony compound known as an esterification reaction or transesterification reaction catalyst is used. And tin compounds. Of these, titanium compounds are preferred because of their high activity in any of esterification, transesterification, and polycondensation reactions described below. Examples of the titanium compound include tetra-n-propyl titanate, tetra-i-propyl titanate, tetra-n-butyl titanate, and hydrolysates of these organic titanates. These catalysts may be one kind or two or more kinds. The amount of the catalyst used is usually in the range of 5 ppm to 2000 ppm, preferably in the range of 10 ppm to 1000 ppm, in terms of metal atoms, with respect to the polyester resin to be produced.
エステル化反応またはエステル交換反応は、例えば、原料のジカルボン酸成分とジオール成分とを、攪拌機および留出管を備えた反応槽(または反応器)に仕込み、反応触媒を加え、不活性ガス雰囲気下、攪拌しつつ反応によって生ずる水またはアルコールを留去しつつ行うことができる。エステル化反応またはエステル交換反応は、通常、反応温度は150℃〜230℃の温度、好ましくは180℃〜220℃の範囲で、絶対圧力1000〜1100kPaの範囲で、反応時間は反応温度にもよるが、10分〜10時間の範囲内、好ましくは30分〜5時間の範囲で行なわれる。 In the esterification reaction or transesterification reaction, for example, the raw dicarboxylic acid component and the diol component are charged into a reaction vessel (or reactor) equipped with a stirrer and a distillation pipe, a reaction catalyst is added, and an inert gas atmosphere is added. The water or alcohol produced by the reaction can be distilled off while stirring. In the esterification reaction or transesterification reaction, the reaction temperature is usually 150 ° C. to 230 ° C., preferably 180 ° C. to 220 ° C., and the absolute pressure is 1000 to 1100 kPa, and the reaction time depends on the reaction temperature. Is carried out in the range of 10 minutes to 10 hours, preferably in the range of 30 minutes to 5 hours.
エステル化反応またはエステル交換反応終了後、重縮合反応を行う。重縮合反応は、例えば、エステル化反応またはエステル交換反応の反応液を、攪拌機、留出管および減圧付加装置を備えた重縮合槽に移送し、必要に応じて重縮合用触媒などを添加し、徐々に反応槽内を減圧にしつつ溶融重縮合反応を行う。重縮合用触媒としては、チタン化合物、ゲルマニウム化合物、アンチモン化合物、スズ化合物などがあげられる。 After completion of the esterification reaction or transesterification reaction, a polycondensation reaction is performed. In the polycondensation reaction, for example, the reaction liquid of the esterification reaction or transesterification reaction is transferred to a polycondensation tank equipped with a stirrer, a distillation pipe and a vacuum addition device, and a polycondensation catalyst or the like is added as necessary. The melt polycondensation reaction is performed while gradually reducing the pressure in the reaction vessel. Examples of the polycondensation catalyst include titanium compounds, germanium compounds, antimony compounds, and tin compounds.
重縮合触媒は、通常、生成するポリエステル樹脂に対して、金属原子換算で5ppm〜2000ppmの範囲、好ましくは10ppm〜1000ppmの範囲で使用される。なお、エステル化反応またはエステル交換反応触媒を、重縮合用触媒としても使用する場合、エステル化反応またはエステル交換反応触媒として添加された金属化合物と、重縮合用触媒として後から添加された金属化合物の合計が、生成するポリエステル樹脂に対して、上記範囲となるように調節する。触媒量が5ppm未満であると反応促進効果が乏しく、また2000ppmより多いと、生成するポリエステル樹脂の着色などの問題が生じ、いずれも好ましくない。なお、エステル化反応またはエステル交換反応の過程、および/または重縮合反応の過程で、必要に応じて、ポリエステル樹脂に配合される、マグネシウム化合物、リン化合物などを添加することができる。 The polycondensation catalyst is usually used in the range of 5 ppm to 2000 ppm, preferably 10 ppm to 1000 ppm in terms of metal atom, based on the polyester resin to be produced. When the esterification reaction or transesterification reaction catalyst is used also as a polycondensation catalyst, a metal compound added as an esterification reaction or transesterification reaction catalyst and a metal compound added later as a polycondensation catalyst Is adjusted so as to be within the above range with respect to the polyester resin to be produced. When the amount of the catalyst is less than 5 ppm, the effect of promoting the reaction is poor, and when it is more than 2000 ppm, problems such as coloring of the produced polyester resin occur, which are not preferable. In addition, in the process of esterification reaction or transesterification reaction, and / or the process of polycondensation reaction, a magnesium compound, a phosphorus compound, etc. which are mix | blended with a polyester resin can be added as needed.
なお 反応槽に減圧装置を装備して、一槽で、エステル化反応またはエステル交換反応、および重縮合反応を行うこともできる。反応条件は、例えば、 エステル化またはエステル交換反応終了温度以上、270℃以下、好ましくは265℃以下で、槽内圧力が常圧から最終的に絶対圧力で1kPa以下となる圧力、好ましくは絶対圧力で0.5kPa以下で、10分〜10時間、好ましくは30分〜5時間行ない、固有粘度(IV)が0.5dl/g以上の脂環式ポリエステル樹脂とすることができる。 In addition, the reaction tank can be equipped with a decompression device, and the esterification reaction or the transesterification reaction and the polycondensation reaction can be performed in one tank. The reaction conditions are, for example, an esterification or transesterification end temperature or higher, 270 ° C. or lower, preferably 265 ° C. or lower, and a pressure at which the internal pressure of the tank finally becomes 1 kPa or lower from normal pressure to absolute pressure, preferably absolute pressure. At 0.5 kPa or less for 10 minutes to 10 hours, preferably 30 minutes to 5 hours, and an alicyclic polyester resin having an intrinsic viscosity (IV) of 0.5 dl / g or more can be obtained.
重縮合反応物(ポリエステル)は、反応終了後、通常、反応槽底部からストランド状に抜きだし、水冷しつつ切断することによってペレットとして得られる。この脂環式ポリエステル樹脂の重合度をさらに高めるため、引き続き固相重縮合を行うこともできる。固相重縮合の方法は、特に限定されず、ペレットを結晶化させた後、静置下イナートオーブンまたは真空乾燥機中で行うことができるし、ダブルコーン型固相重縮合装置や移動床、流動床を使用して行うこともできる。固相重縮合は、通常、脂環式ポリエステル樹脂の融点より10〜50℃低い温度、好ましくは10〜40℃低い温度で、窒素などの不活性ガス下、または1kPa以下の真空下で1〜48時間、好ましくは2〜48時間かけて行う。
After completion of the reaction, the polycondensation reaction product (polyester) is usually obtained as a pellet by extracting it from the bottom of the reaction vessel into a strand shape and cutting it while cooling with water. In order to further increase the degree of polymerization of the alicyclic polyester resin, solid phase polycondensation can also be performed. The method of solid phase polycondensation is not particularly limited, and can be carried out in a standing inert oven or a vacuum dryer after crystallizing the pellet, or a double cone type solid phase polycondensation apparatus or moving bed, It can also be carried out using a fluidized bed. The solid phase polycondensation is usually performed at a
本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂を成形材料として使用する場合には、必要に応じて、各種の樹脂添加剤を配合することができる。樹脂添加剤としては、例えば、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ガラスバルーン、マイカ、タルク、炭酸カルシウムなどの無機充填材、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、滑剤、相溶化剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、パラフィンオイルなどの可塑剤、フッ素樹脂パウダー、スリップ剤、分散剤、着色剤、防菌剤、防錆剤、蛍光増白剤などが挙げられる。 When the alicyclic polyester resin according to the present invention is used as a molding material, various resin additives can be blended as necessary. Examples of the resin additive include glass beads, glass powder, glass balloons, mica, talc, calcium carbonate and other inorganic fillers, antioxidants, heat stabilizers, ultraviolet absorbers, neutralizers, lubricants, and compatibilizers. , Antifogging agents, antiblocking agents, plasticizers such as paraffin oil, fluororesin powders, slip agents, dispersants, colorants, antibacterial agents, rust inhibitors, fluorescent whitening agents, and the like.
こうして得られた脂環式ポリエステル樹脂は融点が高いので、耐熱性が要求されるフィルム、繊維、各種の成形品(製品)製造用として好適に使用することができる。 Since the alicyclic polyester resin thus obtained has a high melting point, it can be suitably used for the production of films, fibers and various molded products (products) that require heat resistance.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の記載例によって限定されるものではない。なお、以下に、原料のジカルボン酸(a)と脂環式ポリエステル樹脂の物性評価方法、原料のジカルボン酸(a)の調製例を示す。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by the following description examples, unless the meaning is exceeded. Hereinafter, methods for evaluating physical properties of the raw material dicarboxylic acid (a) and the alicyclic polyester resin, and preparation examples of the raw material dicarboxylic acid (a) are shown.
[評価方法]
1.ガスクロマトグラフィ法:ガスクロマトグラフィ機(島津製作所製、型式:GC−14C、カラム:ジーエルサインス社製、ニュートラボンド−1(NEUTRABOND−1)を使用して測定した。
2.固有粘度(IV): ポリエステルペレットをフェノール/テトラクロロエタン(重量比1/1)混合液を溶媒とし、ウベローデ型粘度計を使用し、温度30℃で測定した。
3.融点:示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ社製、型式:DSC220)を使用し、窒素気流下、室温から300℃まで20℃/minの速度で昇温し、融解のピークを融点とした。
4.赤外線吸収曲線:ポリエステル樹脂ペレットを、温度250℃で圧縮成形法によってフィルムに成形し、このフィルムにつき赤外線分光器(ニコレ社製、Magna550)を使用して作図した。
5.NMR:ポリエステル樹脂ペレットを重水素化クロロホルムに溶解し、核磁気共鳴(NMR)分光器(バリアン社製、型式:Unity Plus400)により、1Hおよび13Cスペクトルを測定した。
[Evaluation methods]
1. Gas chromatography method: Measured using a gas chromatography machine (manufactured by Shimadzu Corporation, model: GC-14C, column: manufactured by GL Sainz Co., Ltd., Neutrabond-1).
2. Intrinsic viscosity (IV): Polyester pellets were measured at a temperature of 30 ° C. using a mixed solution of phenol / tetrachloroethane (weight ratio 1/1) as a solvent and using an Ubbelohde viscometer.
3. Melting point: A differential scanning calorimeter (manufactured by Seiko Instruments Inc., model: DSC220) was used, and the temperature was raised from room temperature to 300 ° C. at a rate of 20 ° C./min.
4). Infrared absorption curve: Polyester resin pellets were formed into a film by a compression molding method at a temperature of 250 ° C., and the film was drawn using an infrared spectrometer (manufactured by Nicole, Magna 550).
5. NMR: Polyester resin pellets were dissolved in deuterated chloroform, and 1 H and 13 C spectra were measured with a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer (manufactured by Varian, Model: Unity Plus 400).
[ジカルボン酸の製造例]
攪拌機および温度計を装備した容量が2Lの反応器に、4,4’−ビフェニルジカルボン酸ジメチル(東京化成社製)100g、5%ルテニウム/炭素(ルテニウムを5%炭素にさせたもの)(エヌ・イー・ケムキャット社製)10g、水395g、水酸化ナトリウム31gをそれぞれ仕込んだ。反応器内を水素置換した後、攪拌下、水素圧をゲージ圧で1MPaとし、内温を150℃まで昇温し、この温度で水素圧をゲージ圧で10MPaに維持したまま4時間にわたって反応させた。反応終了後の反応器内温を常温付近に冷却した後、反応液を濾過して触媒を除去し、濾液に35%塩酸水溶液を加え、4.4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸を析出させた。得られた固体状生成物を濾過し、3Lの水で2回洗浄後100℃、5mmHgで十分乾燥した。得られた生成物の融点を測定したところ、225〜240℃であった。この固体状生成物を定法に従ってメチルエステル化し、ガスクロマトグラフィ法によって確認したところ、3種類の異性体が観察された。各異性体由来のピークの面積比は、シス体−シス体構造/シス体−トランス体構造/トランス体−トランス体構造が、53.0/39.9/7.1であった。
[Example of production of dicarboxylic acid]
In a reactor having a capacity of 2 L equipped with a stirrer and a thermometer, 100 g of dimethyl 4,4′-biphenyldicarboxylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 5% ruthenium / carbon (ruthenium converted to 5% carbon) (N・ Eg Chemcat Co., Ltd.) 10 g, water 395 g, and sodium hydroxide 31 g were charged. After purging the reactor with hydrogen, under stirring, the hydrogen pressure was adjusted to 1 MPa with a gauge pressure, the internal temperature was raised to 150 ° C., and the reaction was continued for 4 hours while maintaining the hydrogen pressure at 10 MPa with the gauge pressure. It was. After the completion of the reaction, the reactor internal temperature was cooled to around room temperature, and then the reaction solution was filtered to remove the catalyst, and 35% hydrochloric acid aqueous solution was added to the filtrate to precipitate 4.4′-bicyclohexyldicarboxylic acid. The obtained solid product was filtered, washed twice with 3 L of water, and sufficiently dried at 100 ° C. and 5 mmHg. It was 225-240 degreeC when melting | fusing point of the obtained product was measured. This solid product was methyl esterified according to a conventional method and confirmed by gas chromatography, and three isomers were observed. The area ratio of the peaks derived from each isomer was 53.0 / 39.9 / 7.1 in the cis isomer-cis isomer structure / cis isomer-trans isomer structure / trans isomer-trans isomer structure.
引き続き異性化させるために、上記生成物5gを、上部にガス入口と出口コックを装備した、長さ30cm、内径20mmの筒状反応管に仕込んだ。上記ガス入口からアルゴン導入細管を反応管内に挿入し、反応管内をアルゴンによって十分置換した。その後、出口のコックを閉じ、反応管をアルゴンでシールした後、この反応管を350℃に加熱した電気炉に入れて反応管内温度を350℃とし、この温度で10分間保持した。カルボン酸は昇温途中で溶解し異性化反応中は溶解したままであった。10分間保持した後、反応器を電気炉から取り出し、5分以内で170℃以下に冷却した。得られた固体状生成物を重水素化クロロホルムに溶解し、ガスクロマトグラフィ法によって確認したところ、3種類の異性体が観察された。各異性体由来のピークの面積比は、シス体−シス体構造/シス体−トランス体構造/トランス体−トランス体構造が、0.2/7.4/92.4であった。 For subsequent isomerization, 5 g of the above product was charged into a cylindrical reaction tube with a length of 30 cm and an inner diameter of 20 mm, equipped with a gas inlet and outlet cock at the top. An argon-introducing thin tube was inserted into the reaction tube from the gas inlet, and the reaction tube was sufficiently replaced with argon. Thereafter, the outlet cock was closed and the reaction tube was sealed with argon, and then the reaction tube was placed in an electric furnace heated to 350 ° C., the temperature in the reaction tube was set to 350 ° C., and this temperature was maintained for 10 minutes. The carboxylic acid dissolved during the temperature increase and remained dissolved during the isomerization reaction. After holding for 10 minutes, the reactor was removed from the electric furnace and cooled to 170 ° C. or lower within 5 minutes. When the obtained solid product was dissolved in deuterated chloroform and confirmed by gas chromatography, three types of isomers were observed. As for the area ratio of the peak derived from each isomer, cis isomer-cis isomer structure / cis isomer-trans isomer structure / trans isomer-trans isomer structure was 0.2 / 7.4 / 92.4.
[実施例1]
攪拌機、留出管、攪拌翼、温度計および減圧装置を装備した反応器に、製造例1に示した方法で製造した、4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸105gと、1,4−シクロヘキサンジメタノール(トランス体とシス体のモル比が70対30)61.3g(ジオールとジカルボン酸のモル比103/100)、および、触媒としてのテトラ−n−ブチルチタネートの6%ブタノール溶液を、1g仕込んだ。反応器内を窒素置換した後、窒素気流下で内温が150℃に達するまで加熱した後、1時間をかけて200℃に昇温した。その後200℃で1時間保持し、さらに200℃から250℃へ45分間で昇温し、エステル化反応を行った。その後、反応温度を30分で275まで昇温し、反応器内を徐々に減圧にしながら重縮合反応を行った。反応器内圧力0.1kPa、反応温度275℃で3時間重合後、得られたポリエステル樹脂をストランド状に水中に抜き出し、切断してペレット状にした。得られたペレットを、80℃の温度に設定した真空乾燥機で5時間乾燥した。乾燥後のポリエステル樹脂の固有粘度(IV)は0.60dl/gであり、融点は235℃であった。また4,4’−ビシクロヘキシルジカルボン酸由来の異性体の分布をNMRで分析したところ、シス体−シス体構造+シス体−トランス体構造/トランス体−トランス体構造の比が、20/80であった。また、このポリエステル樹脂の赤外線吸収曲線図を作図し、その結果を図−1に示した。その結果、波長が1730cm-1付近にエステルカルボニルの吸収、2930、2840、1450cm-1付近にシクロヘキサン環のメチレンの吸収、1040、990cm-1付近にシクロヘキサン環の骨格の吸収が観測され、脂環式ポリエステル樹脂が得られていることが確認できた。
[Example 1]
In a reactor equipped with a stirrer, a distilling tube, a stirring blade, a thermometer and a pressure reducing device, 105 g of 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid produced by the method shown in Production Example 1 and 1,4-cyclohexanedi 61.3 g of methanol (molar ratio of trans to cis isomer of 70:30) (molar ratio of diol to dicarboxylic acid of 103/100) and 6% butanol solution of tetra-n-butyl titanate as a catalyst Prepared. After substituting the inside of the reactor with nitrogen, the reactor was heated under a nitrogen stream until the internal temperature reached 150 ° C., and then heated to 200 ° C. over 1 hour. Thereafter, the mixture was held at 200 ° C. for 1 hour, and further heated from 200 ° C. to 250 ° C. over 45 minutes to carry out an esterification reaction. Thereafter, the reaction temperature was raised to 275 in 30 minutes, and a polycondensation reaction was performed while gradually reducing the pressure in the reactor. After polymerization for 3 hours at a reactor internal pressure of 0.1 kPa and a reaction temperature of 275 ° C., the obtained polyester resin was drawn out into water in the form of strands and cut into pellets. The obtained pellets were dried for 5 hours in a vacuum dryer set at a temperature of 80 ° C. The intrinsic viscosity (IV) of the polyester resin after drying was 0.60 dl / g, and the melting point was 235 ° C. Further, when the distribution of isomers derived from 4,4′-bicyclohexyldicarboxylic acid was analyzed by NMR, the ratio of cis isomer-cis isomer structure + cis isomer-trans isomer structure / trans isomer-trans isomer structure was 20/80. Met. Moreover, the infrared absorption curve figure of this polyester resin was drawn, and the result was shown in FIG. As a result, the absorption of ester carbonyl wavelength near 1730 cm -1, absorption of methylene cyclohexane ring around 2930,2840,1450Cm -1, absorption of the skeleton of a cyclohexane ring around 1040,990Cm -1 is observed, alicyclic It was confirmed that a polyester resin was obtained.
[比較例1]
実施例1に記載の例において、原料として1,4−シクロヘキサンジカルボン酸(トランス体とシス体のモル比が95対5)を184.2g、1,4−シクロヘキサンジメタノール(トランス体とシス体のモル比が70対30)を158.1g(ジオールとジカルボン酸のモル比は102.5/100)、および、触媒としてのテトラ−n−ブチルチタネートの6%ブタノール溶液を、0.9gと変更した外は、同例におけると同様の手順で反応と、後処理を行った。得られた脂環式ポリエステル樹脂の固有粘度(IV)は1.19dl/gであり、融点は196℃であった。この例では、原料のジカルボン酸が複数のシクロヘキサン環を有しないので、脂環式ポリエステル樹脂の融点が200℃に達せず、本発明の目的が達成できない。
[Comparative Example 1]
In the example described in Example 1, 184.2 g of 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid (molar ratio of trans isomer to cis isomer 95: 5) as a raw material and 1,4-cyclohexanedimethanol (trans isomer to cis isomer) The molar ratio of 70:30 is 158.1 g (the molar ratio of diol to dicarboxylic acid is 102.5 / 100), and 0.9 g of a 6% butanol solution of tetra-n-butyl titanate as a catalyst is used. Except for the change, the reaction and post-treatment were performed in the same procedure as in the same example. The obtained alicyclic polyester resin had an intrinsic viscosity (IV) of 1.19 dl / g and a melting point of 196 ° C. In this example, since the raw material dicarboxylic acid does not have a plurality of cyclohexane rings, the melting point of the alicyclic polyester resin does not reach 200 ° C., and the object of the present invention cannot be achieved.
本発明に係る脂環式ポリエステル樹脂は融点が高いので、フィルム、繊維、成形品(製品)の製造用原料として好適に使用することができる。フィルムは、高温殺菌に曝されるレトルト食品包装用、医薬品収納用などに好適であり、繊維、成形品などの用途は、電気・電子機器分野、自動車分野、機械分野、医療分野などの製品、部品などが挙げられる。 Since the alicyclic polyester resin according to the present invention has a high melting point, it can be suitably used as a raw material for producing films, fibers, and molded articles (products). The film is suitable for retort food packaging, medicine storage, etc. exposed to high-temperature sterilization, and uses such as fibers and molded products are products in the electrical / electronic equipment field, automotive field, mechanical field, medical field, etc. Examples include parts.
1:赤外線吸収曲線 1: Infrared absorption curve
Claims (4)
The alicyclic polyester resin according to any one of claims 1 to 3, wherein the alicyclic diol is 1,4-cyclohexanedimethanol.
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