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JP3448158B2 - コポリエステル組成物 - Google Patents

コポリエステル組成物

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JP3448158B2
JP3448158B2 JP15631896A JP15631896A JP3448158B2 JP 3448158 B2 JP3448158 B2 JP 3448158B2 JP 15631896 A JP15631896 A JP 15631896A JP 15631896 A JP15631896 A JP 15631896A JP 3448158 B2 JP3448158 B2 JP 3448158B2
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propanediol
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ドナルド・ロス・ケルシー
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/12Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/16Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C08G63/18Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds the acids or hydroxy compounds containing carbocyclic rings
    • C08G63/199Acids or hydroxy compounds containing cycloaliphatic rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/02Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、優れた耐衝撃性と
透明性を有するシクロブタンジオールコポリエステルに
関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、優れ
た耐衝撃性と透明性を有するシクロブタンジオールコポ
リエステルを提供することである。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、非晶質
コポリエステルは、重合条件下、重縮合触媒の存在下に
て、以下のモノマー即ち、a)芳香族ジカルボン酸また
はそのエステルまたは無水物、b)2,2,4,4−テ
トラアルキル−1,3−シクロブタンジオール、並びに
c)1,3−プロパンジオール及び/または1,4−ブ
タンジオールを接触させて調製される。モノマーa)は
好ましくは芳香族C8-22ジカルボン酸であり、テレフタ
ル酸、イソフタル酸、フタル酸及び2,6−ナフタレン
ジカルボン酸、これらのアルキルジエステル(例えば、
ジメチル、ジエチル及びジプロピルジエステル)、並び
にこれらの無水物(例えば無水フタル酸)が含まれる。
テレフタル酸ジメチル等のテレフタル酸誘導体やテレフ
タル酸が好適である。モノマーb)は好ましくはアルキ
ル基が各々C1-8 、好ましくはメチルまたはエチルであ
る2,2,4,4−テトラアルキル−1,3−シクロブ
タンジオールであり、各アルキルがメチルのものが最も
好適である。
【0004】得られるコポリエステルはランダムコポリ
マーであり、成形しても非晶質であり、かつ約50未満
の黄変指数を有する。好適なテレフタル酸コポリエステ
ルは、
【化2】 (式中、Rは1,3−トリメチレンまたは1,4−テト
ラメチレンであり、x:yは40:60〜90:10の
範囲内にある)で表される構造を有する。
【0005】優れた熱及び衝撃特性を有するため、シク
ロブタンジオール:1,3−プロパンジオール及び/ま
たは1,4−ブタンジオールのモル比が45:55〜8
5:15の組成物が好適である。所望の非晶質コポリエ
ステルを得るためには、水酸基の相対位置を基準にした
モノマーb)中のシクロブチル環のシス/トランス異性
体比は、適切には33:67〜67:33、好ましくは
40:60〜60:40、最も好ましくは45:55〜
55:45である。本発明のコポリエステルは、(a)
ジオールを、触媒の存在下にてジカルボン酸ジエステル
と反応させるエステル交換重縮合、あるいは(b)ジオ
ールを、任意に触媒の存在下にてジカルボン酸と反応さ
せる脱水重縮合、によって実施可能な縮合重合にて調製
することができる。重縮合反応に適した触媒は数多くあ
り、ナトリウム及びカルシウム等のアルカリ及びアルカ
リ土類金属、チタン、マンガン、コバルト及び亜鉛等の
第一遷移金属系列、並びにアンチモン、スズ、鉛及びゲ
ルマニウム等の第IIA-VA族元素等の化合物及び塩が含ま
れる。リン酸及びトルエンスルホン酸等の無機及び有機
酸触媒も含まれる。
【0006】本発明のコポリエステルの調製に適した触
媒は、スズ、マンガン、亜鉛、コバルト及びチタンの化
合物である。スズ触媒を単独で用いるか、あるいは共触
媒と併用するのが特に好ましい。これは、シクロブタン
ジオールとの反応速度が速く、1,3−プロパンジオー
ルまたは1,4−ブタンジオールと低着色性のコポリマ
ーを生成するためである。スズ触媒の例としては、酸化
ジブチルスズ、酢酸スズ、シュウ酸スズ、ジブチルスズ
ジメトキシド、スズイソプロポキシド、酢酸トリブチル
スズ、酸化ジオクチルスズ、二塩化ジメチルスズ、酢酸
トリフェニルスズ、スズアミルオキシド、ビス(2−エ
チルヘキサン酸)ジブチルスズ、ジラウリン酸ジブチル
スズ、塩化スズ、酸化カリウムスズ、酸化スズ、ビス
(酸化トリブチルスズ)等が挙げられる。
【0007】エステル交換共重縮合は、過剰のジオール
をジカルボン酸ジエステル及び触媒と、エステルから誘
導されるアルコール(通常はメタノール、エタノールま
たはフェノール)を留去するのに十分な温度にて加熱
し、次いで十分に減圧及び加熱して過剰のジオールを留
去することにより実施が可能である。本発明のシクロブ
タンジオールコポリエステルの場合では、対応するアル
コールの70%以上を除去する第一工程には約180〜
約250℃の温度が適切であり、第二(減圧)工程に
は、約1mmHg未満、好ましくは約0.5mmHg未満に減圧
されれば約250℃を越える温度が好適である。共重合
は従来の反応器を用いてバッチ毎に、あるいは押出機を
用いて連続的に行うことができる。真空及び/または不
活性ガス流下にて、粒状または粉末状のポリマーを加熱
する固相処理等の新たな追加工程にて、ポリマーの分子
量をさらに増大させることは常法である。本発明の非晶
質コポリマーでは、特に処理温度がコポリマーのガラス
転移温度を約20℃以上越えることがなく、好ましくは
コポリマーのガラス転移温度以下の温度に維持されるの
であれば、このような固相後処理を利用することができ
る。必要ならば、コポリマーのTgよりも少なくとも2
0℃以上高い温度にて、後処理を押出機内で溶融状態に
て行うことも可能である。
【0008】(例えば、ジオールとジカルボン酸ジエス
テルを用いる)エステル交換共重縮合は、各種方法にて
実施が可能であり、まずシクロブタンジオールとジエス
テルをスズ触媒と反応させ、次いで1,3−プロパンジ
オール及び/または1,4−ブタンジオール並びに任意
にチタンブトキシド等の触媒を添加して減圧工程を行う
方法や、シクロブタンジオール、1,3−プロパンジオ
ール及び/または1,4−ブタンジオールとジエステル
をスズ触媒またはスズ/チタン触媒と反応させて減圧工
程を行う方法が含まれる。ポリマー中に含まれるシクロ
ブタンジオール:1,3−プロパンジオール及び/また
は1,4−ブタンジオールの所望のモル比は、最初のモ
ノマー投入量を調整することによって得られる。ポリマ
ー中のこのCBDO/ジオールモル比は、反応器に投入
されるCBDO/ジオールモル比とほぼ一致することが
判明している。重合の初期には、ジオール(シクロブタ
ンジオールと1,3−プロパンジオール及び/または
1,4−ブタンジオール)が過剰に存在することが望ま
しい。ジエステルに対するジオールの過剰分は、通常、
ジエステル1モルに対して5〜150%モルあるいはそ
れ以上、好ましくは10〜100%モル、最も好ましく
は20〜30%モルである。過剰のジオールをその後の
工程にて除去し、高分子量ポリマーを得る。
【0009】脱水重縮合の場合、反応温度は通常200
℃を越え、好ましくは250℃を越える。少なくとも反
応の初期工程を加圧下にて行い、モノマーの損失を防ぐ
のが望ましい。通常、ジオールの過剰分は約2〜約30
モル%であるのが好適である。重合反応時には、安定剤
や他の添加剤を反応に加えたりポリマーに添加したりす
ることができる。「非晶質」とは、本発明のコポリマー
が、通常の成形条件下にて成形した後、明確な融点(示
差走査熱量測定にて測定、10℃/分)を示さないこと
を意味する。さらに、本発明のコポリエステルは、塩化
メチレン及びクロロホルム等のクロロ炭化水素溶剤に室
温で溶解するものである。一方、2,2,4,4−テト
ラメチル−1,3−シクロブタンジオール、1,3−プ
ロパンジオール及び1,4−ブタンジオールのホモポリ
マー、並びにある種の結晶性CBDO/PDO及びCB
DO/BDOコポリマーは、通常この種の溶剤にはほと
んど溶解しない。結晶性または結晶化可能なポリマー
が、通常は著しく不透明であるのに対し、本発明の非晶
質ポリマーは、通常、透明なまたはわずかに不透明なガ
ラスである。
【0010】1,3−プロパンジオールまたは1,4−
ブタンジオールモノマーを含有するシクロブタンジオー
ルコポリエステルの利点は、エチレングリコールを含有
するシクロブタンジオールコポリエステルに比べて、比
較的低着色性である点にある。前記エチレングリコール
を含有するシクロブタンジオールコポリエステルでは、
3mmのディスクで測定した黄変指数(ASTM D−1
925)が高い値を示す傾向がある(実施例3の第2表
を参照)。本発明のコポリマーの黄変指数は、好ましく
は約50未満であり、最も好ましくは約20未満であ
る。好適なコポリエステルは、高分子量を有し、最も好
ましくは固有粘度(IV)(室温にてヘキサフルオロイ
ソプロパノール中にて測定)が少なくとも約0.5、好
ましくは約0.6〜約1.0のものである。好適なコポ
リエステルは、ノッチ付きアイゾッド衝撃強さ(厚さ3
mm)が2.7ジュール/25.4mmノッチより大きく、
最も好ましくは4ジュール/25.4mmノッチより大き
く、かつガラス転移温度が約80より高い、最も好まし
くは約100℃より高いものである。本発明のコポリエ
ステルは、透明性、成形時の低収縮性、耐候性及び強靱
性が求められる成形物品(例えば、レンズ、窓ガラス、
包装材料及びコンパクトディスク)の調製に用いること
が可能である。本発明のコポリエステルは、ABS、ポ
リカーボネート、ポリ(エチレンテレフタレート)及び
ポリ(トリメチレンテレフタレート)等の他のポリマー
とも配合可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】実施例1 触媒の反応性 攪拌機、目盛り付きディーンスターク(Dean-Stark)トラ
ップ及び水冷凝縮器を備えた250ml三ッ口反応フラス
コに、ジメチルテレフタレート(0.10モル、19.
4g)、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シク
ロブタンジオール(0.12モル、17.06g)、触
媒(第1表参照)及びイルガノックス(Irganox) 109
8フリーラジカル安定剤0.035gを投入した。混合
物をアルゴンにて4回脱気し、次いで大気圧にて油浴中
で240℃(油浴温度)に加熱した。各時点にて、トラ
ップに回収されたメタノールの量を測定した。メタノー
ルの計算収量は8.1mlである。各種触媒を用いた場合
のメタノールの収量を第1表に示す。
【0012】
【表1】
【0013】結果から明らかなように、シクロブタンジ
オールモノマーを用いた場合、スズ触媒の重合活性が最
も高い。コバルト、マンガン及び亜鉛触媒は、いくぶん
反応性に劣る。しかしながら、シクロブタンジオールに
対して活性の低い触媒(例えば、チタンテトラブトキシ
ド)は、活性の高い触媒と併用することができる。
【0014】実施例2 エチレングリコールとのコポリエステル 上述の酢酸コバルト触媒との反応にエチレングリコール
(1.86g、0.03モル)を加え、大気圧にて24
0℃の油浴中で加熱した。3時間後、メタノールをさら
に2.6ml留去した。次いで反応を真空下にて260℃
で続けた。約5時間後、いくぶん増粘が認められたが、
混合物は比較的低分子量の攪拌可能な液体状態であっ
た。チタンテトラブトキシド(0.0069g)を添加
したが、3時間後に明らかな粘度上昇は認められなかっ
た。最終ポリマーは、青味をおび、IVは0.18であ
った。同様に、上述の酢酸亜鉛触媒との反応にエチレン
グリコール(1.86g、0.03モル)を加えた。2
40℃で4時間加熱した後、メタノールをさらに2.5
ml回収した。次いで真空下、260℃にて合計約12時
間加熱し、IVが0.22の黄色ポリマーを得た。同様
に、上述の酢酸マンガン触媒との反応にエチレングリコ
ール(1.86g、0.03モル)を加え、240℃で
4時間加熱した後、メタノールをさらに2.9ml回収し
た。反応混合物は青味をおびた黄色に変化した。次いで
真空下、260℃にて約4時間加熱し、IVが0.13
の濃琥珀色ポリマーを得た。結果から明らかなように、
エチレングリコールコモノマーを用いた場合、色及び分
子量に関して低品質のコポリマーが得られた。最終コポ
リマーの分子量に関してはスズ触媒が良好であったが、
非常に黄色のポリマーが生成した(第2表参照)。
【0015】実施例3 コポリエステルの調製 攪拌機及び蒸留ヘッドを備えた1リットル三ッ口反応フ
ラスコに、ジメチルテレフタレート(DMT、155.
36g、0.80モル、99%)、2,2,4,4−テ
トラメチル−1,3−シクロブタンジオール(CBD
O、91.01g、0.64モル、シス:トランス比が
約48:52)、イルガノックス(Irganox) 1098安
定剤(0.2555g)及び酸化ジブチルスズ(0.1
27g、0.485ミリモル)を投入し、混合物をアル
ゴンにて脱気し、次いで油浴中にて約235〜250℃
で約5.5時間加熱してメタノール(約35g)を留去
し、次いで室温まで冷却した。1,3−プロパンジオー
ル(P、27.43g、0.36モル、蒸留済)とチタ
ンテトラブトキシド(0.535g、0.154ミリモ
ル、99%)を反応混合物に添加し、フラスコ及び内容
物をアルゴンにて脱気し、内容物を約230〜250℃
で約6時間加熱してメタノール(約13.9g)を留去
した。反応混合物を室温まで冷却した。蒸留ヘッドを、
ドライアイスで冷却する回収フラスコを備えたショート
パス真空蒸留装置に取り替えた。反応混合物を油浴中に
て約260℃へ加熱した。圧力を約15分かけて約1mm
Hg未満まで徐々に減圧し、次いで反応混合物を完全真空
下にて約7時間加熱し、粘性透明ポリマーを得た。ポリ
マーを細断して回収し、塩化メチレンに溶解させて濾過
し、混合機内のメタノール(少量の2,6−ジ−t−ブ
チル−4−メチルフェノール安定剤を含む)中へ凝析さ
せ、ポリマーをメタノールで二回洗浄し、真空乾燥器中
にてN2 流で乾燥させた。ポリマーの固有粘度(ヘキサ
フルオロイソプロパノール溶液中)は0.78であっ
た。核磁気共鳴分析より、最終ポリマーにはCBDO/
PDO単位が64:36のモル比にて含まれていること
が判明した。この比は、反応器に投入されたモノマーの
モル比と実質的に同一である。本発明の他の重合及び比
較重合を第2表に示す。試験4、6〜8、10〜13、
15及び18では、ノッチ付きアイゾッド衝撃試験にて
優れた耐衝撃性が認められた。
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】
【表註】a)投入モル量。DMT=テレフタル酸ジメチ
ル、CBDO=2,2,4,4−テトラメチル−1,3
−シクロブタンジオール、P=1,3−プロパンジオー
ル、B=1,4−ブタンジオール、E=エチレングリコ
ール。 b)DMT0.375モル及びイソフタル酸ジメチル
0.125モル。 c)2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル(N)
0.30モル。 d)DMT0.47モル及びN0.10モル。 e)単離したポリマーをNMRにて測定。括弧内の値は
反応器へ投入した量に基づいて計算したもの。 f)A1=酸化ジブチルスズとチタンテトラブトキシド
触媒。全試薬を最初に反応器に投入し、大気圧にてメタ
ノールを留去した。次いで反応生成物を真空下で加熱し
た。A2=酸化ジブチルスズ触媒をCBDO及びDMT
と共に最初に反応器に投入し、大気圧にてメタノールを
留去した。ジオール及びチタンテトラブトキシド触媒を
反応器に添加し、さらにメタノールを留去した。次いで
反応生成物を真空下で加熱した。B1=酸化ジブチルス
ズ触媒のみを用いて方法A1を行った。B2=酸化ジブ
チルスズ触媒のみを用いて方法A2を行った。 g)室温におけるヘキサフルオロイソプロパノール中で
の固有粘度。 h)示差走査熱量測定による。値は、試料を2度加熱し
て得られたもの。「A」は、コポリマーが成形されても
非晶質であったこと及び/またはDSCでの2度目の加
熱から実質的な溶融転移が認められなかったことを示
す。 i)厚さ約3mmの圧縮成形試料を測定。ジュール/2
5.4mmノッチ。 j)ASTM D−1925。 k)ポリマーは塩化メチレンに不溶またはごく一部のみ
溶解。 m)出発モノマーのGC分析に基づく。 n)塩化メチレンに溶解性の画分。
【0019】実施例4 1,4−ブタンジオールコポリエステル 本質的に実施例3と同様に、CBDOと1,4−ブタン
ジオール(BDO)をモノマー比78/22で用いて、
CBDO/BDOモル比が78/22、シス/トランス
比が約49/51、IVが約0.7のポリマーを調製し
た。乾燥ポリマー(約370g)を射出成形し(温度2
50〜272℃、射出成形圧力7000kPa 、400rp
m 、金型温度50℃)、わずかに黄色の透明な試験バー
を作製し、物理特性を測定した。物理特性を第3表に示
す。
【0020】実施例5 本質的に実施例3と同様に、CBDO(シス:トランス
比が約47:53):1,3−プロパンジオールのモル
比が約77:23、テレフタル酸ジメチル1モル当たり
のジオールが約1.25モルとなるような量のジオール
を用いて、複数のバッチにてコポリマーを調製した。触
媒には酸化ジブチルスズを使用した。塩化メチレン溶液
をメタノール中で凝析させてポリマーを回収し、1.4
kgのポリマーフラフを得た。各バッチの固有粘度は0.
55〜1.11の範囲にあり、これらを混合した。第一
画分(0.6kg)のIVは0.96であり、黄変指数は
18であった。第一材料の大部分を3mmの圧縮成形プラ
ックからチップに成形した。乾燥コポリマーフラフとチ
ップを射出成形し(チップの場合、バレル温度は300
〜330℃、金型温度は80℃)、透明な試験試料を作
製した。物理特性を第3表に示す。
【0021】
【表4】
【0022】
【表5】
【0023】実施例6 耐候性の比較 CBDO:PDOモル比が78:22である実施例5の
CBDOコポリエステルを厚さ3mmのバーとディスクに
射出成形した。曇り度、光沢及び透過度の測定にディス
クを使用した。黄変指数(ASTM D−1925)
を、同一組成の2枚の圧縮成形ディスクについて測定し
た。比較例として、安定化していない市販のビスフェノ
ールAに基づくポリカーボネートを適切な成形条件にて
同じ射出成形機を用いて成形したものを用意した。試料
パネルを促進耐候試験機にセットし、周囲温度(〜50
℃)にてUVA−340ランプに暴露した。パネルを週
に2度回転させ、ランプの位置を400時間毎に変え
た。2500時間にわたって試験を行い、光学及び衝撃
特性に関するデータを所定の間隔にて収集した。結果を
第4表にまとめる。安定化していないポリカーボネート
と比較すると、安定化していないコポリエステルは紫外
線暴露ではあまり黄変せず、ノッチ付きアイゾッド耐衝
撃性でも値を維持していた。
【0024】
【表6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・ロス・ケルシー アメリカ合衆国テキサス州77441 フル シアー、レイク・ヴイレツジ・ドライヴ 4706 (56)参考文献 米国特許3313777(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 63/00 - 63/91 WPI/L(QUESTEL)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重縮合反応条件下、重縮合触媒の存在下
    にて、(a)少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸また
    はそのアルキルエステルまたは無水物、(b)少なくと
    も1種の2,2,4,4−テトラアルキル−1,3−シ
    クロブタンジオール、並びに(c)1,3−プロパンジ
    オール及び/または1,4−ブタンジオールを含むモノ
    マーを接触させることからなる非晶質コポリエステルの
    調製方法。
  2. 【請求項2】 重縮合触媒がスズ化合物である請求項1
    に記載の方法。
  3. 【請求項3】 成分(a)がテレフタル酸ジメチルであ
    り、成分(b)が2,2,4,4−テトラメチル−1,
    3−シクロブタンジオールであり、成分(c)が1,3
    −プロパンジオールである請求項1または2に記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 成分(b)のシス:トランス異性体比
    が、33:67〜67:33の範囲内である請求項1〜
    3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 成分(b):成分(c)のモル比が4
    5:55〜85:15の範囲内である請求項1〜4のい
    ずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 モノマーを180〜250℃の範囲の温
    度にて少なくとも1時間接触させ、その際に副生成物の
    アルコールを留去し、減圧下にて過剰の2,2,4,4
    −テトラアルキル−1,3−シクロブタンジオールを除
    去するのに有効な時間200℃よりも高い温度にて反応
    生成物を加熱する、請求項1〜5のいずれか一項に記載
    の方法。
  7. 【請求項7】 (a)少なくとも1種の芳香族ジカルボ
    ン酸またはそのアルキルエステルまたは無水物、(b)
    少なくとも1種の2,2,4,4−テトラアルキル−
    1,3−シクロブタンジオール、並びに(c)1,3−
    プロパンジオール及び/または1,4−ブタンジオール
    の重縮合生成物を含む非晶質ポリエステル。
  8. 【請求項8】 構造式 【化1】 (式中、x:yは40:60〜90:10の範囲内にあ
    り、Rは1,3−トリメチレンまたは1,4−テトラメ
    チレンである)を有する請求項7の非晶質ポリエステ
    ル。
  9. 【請求項9】 請求項7または8に記載の非晶質ポリエ
    ステルと、ポリ(エチレンテレフタレート)及び/また
    はポリ(トリメチレンテレフタレート)との配合物。
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