TW201840637A - 具有優良之保存安定性的聚酯樹脂 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題係提供具有優異之金屬密接性、硬化性且兼有良好的保存安定性之聚酯樹脂。一種聚酯樹脂,係由多元羧酸與二醇構成,其特徵為:令全部多元羧酸成分為100莫耳%時含有對苯二甲酸成分、及間苯二甲酸成分合計70莫耳%以上,令全部二醇成分為100莫耳%時含有乙二醇成分、及2,2-二甲基-1,3-丙二醇成分合計80莫耳%以上,酸價為5mgKOH/g以上,未反應之多元羧酸成分之合計量為2,000ppm以下,且環狀寡聚物量為0.5質量%以下。
Description
本發明關於具有優良之保存安定性的聚酯樹脂。
為了賦予密接性、硬化性、分散性而在聚合物末端導入有羧酸之聚酯樹脂已使用作為網版油墨的黏結劑、塗佈劑用途。但,具有酸價的聚酯樹脂有時會殘留未反應的酸成分,故會發生聚酯樹脂之酸分解,有固體之保存安定性上的問題。
專利文獻1揭示一種樹脂,係藉由使聚酯樹脂中之酸成分、羧酸的低級烷酯之含量為200~1,000ppm,從而兼有低溫固定性與耐熱偏移性(hot-offset resistance),並且顏料分散性、耐久性、帶電之安定性、畫質之安定性優異。
又,也有人提案在聚酯聚合後實施蒸餾處理而減少寡聚物之製造方法(專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-178504號公報 [專利文獻2]日本特開2002-212530號公報
[發明所欲解決之課題]
但,就專利文獻1記載之聚酯樹脂而言,針對由對苯二甲酸、間苯二甲酸等芳香族二羧酸與乙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇等脂肪族二醇之反應產生的環狀寡聚物並未考慮,在將聚酯樹脂溶解於溶劑之情況或分散於水之情況下保存時環狀寡聚物會析出等保存安定性不佳係為問題。 又,專利文獻2記載之製造方法,因製造步驟增加從而周期時間變長、需要設備等在成本方面存有課題。
本發明提供維持金屬密接性、硬化性等特性,並且藉由減少聚合時產生的寡聚物、未反應單體從而也兼有保存安定性的聚酯樹脂。 [解決課題之手段]
本案發明人等為了解決上述課題而努力進行研究,乃完成本發明。亦即,本發明包含以下之構成。
一種聚酯樹脂,係由多元羧酸與二醇構成,其特徵為:令全部多元羧酸成分為100莫耳%時含有對苯二甲酸成分、及間苯二甲酸成分合計70莫耳%以上,令全部二醇成分為100莫耳%時含有乙二醇成分、及2,2-二甲基-1,3-丙二醇成分合計80莫耳%以上,酸價為5mgKOH/g以上,未反應之多元羧酸成分之合計量為2,000ppm以下,且環狀寡聚物量為0.5質量%以下。
前述聚酯樹脂之數目平均分子量宜為25,000以下。 [發明之效果]
依本發明,可提供具有優異的金屬密接性、硬化性,且兼有良好的保存安定性的聚酯樹脂。
以下,詳細說明本發明。
本發明之聚酯樹脂的酸價為5mgKOH/g以上,較佳係酸價為10mgKOH/g以上。若酸價未達5mgKOH/g,則有時會有金屬密接性、硬化性不佳之情形。又,酸價宜為30mgKOH/g以下,更佳為20mgKOH/g以下。若超過30mgKOH/g,則有時會有酸促進聚酯樹脂分解,保存安定性惡化之情形。
本發明之聚酯樹脂之數目平均分子量不特別限定,為25,000以下較佳,為20,000以下更佳。若超過25,000,則有時會有不易使酸價成為5mgKOH/g以上,金屬密接性、硬化性、或分散性不佳之情形。又,宜為1,000以上,更佳為3,000以上。未達1,000的話,則有時會有聚酯樹脂變脆,而且塗覆時之操作性變差之情形。
本發明之聚酯樹脂係由多元羧酸與二醇構成,就構成聚酯樹脂的多元羧酸成分而言,令全部多元羧酸成分為100莫耳%時須含有對苯二甲酸成分、及間苯二甲酸成分合計70莫耳%以上。較佳為75莫耳%以上,更佳為80莫耳%以上。若過少則有時會有保存安定性降低之情形。又,宜為99莫耳%以下,更佳為98莫耳%以下。若過多,則有時會有無法賦予酸價,金屬密接性、硬化性降低之情形。
就對苯二甲酸成分及間苯二甲酸成分以外的多元羧酸成分而言並不予以限定,可使用以下所示之多元羧酸、及多元羧酸酐。具體而言,多元羧酸可列舉鄰苯二甲酸、己二酸、癸二酸、二聚酸、1,4-環己烷二羧酸、富馬酸、馬來酸、間苯二甲酸二甲酯5-磺酸鈉、偏苯三甲酸、或均苯四甲酸。多元羧酸酐可列舉苯二甲酸酐、四氫苯二甲酸酐、琥珀酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸酐、六氫苯二甲酸酐等。較佳可列舉偏苯三甲酸酐。令全部多元羧酸成分為100莫耳%時,該等多元羧酸或多元羧酸酐宜為30莫耳%以下,更佳為25莫耳%以下,又更佳為20莫耳%以下。其中,宜含有係為多元羧酸酐的偏苯三甲酸酐1莫耳%以上,更佳為2莫耳%以上,宜含有5莫耳%以下,更佳為4莫耳%以下。又,若脂肪族二羧酸之含量超過30莫耳%,則有時耐熱性、耐水解性會不足,故不理想。
就構成本發明之聚酯樹脂的二醇成分而言,令全部二醇成分為100莫耳%時須含有乙二醇成分、及2,2-二甲基-1,3-丙二醇成分合計80莫耳%以上。較佳為85%以上,更佳為90莫耳%以上,又更佳為95莫耳%以上,為100莫耳%亦無妨。若過少,則有時金屬密接性、硬化性及保存安定性會降低。
就乙二醇成分、及2,2-二甲基-1,3-丙二醇成分以外的二醇成分而言,例如可列舉丙二醇、1,3-丙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,4-丁二醇、1,4-戊二醇、1,3-戊二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1-甲基-1,8-辛二醇、3-甲基-1,6-己二醇、4-甲基-1,7-庚二醇、4-甲基-1,8-辛二醇、4-丙基-1,8-辛二醇、1,9-壬二醇等脂肪族二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亞甲基二醇等聚醚二醇類、1,4-環己烷二甲醇、1,3-環己烷二甲醇、1,2-環己烷二甲醇、三環癸烷二醇類、氫化雙酚類等脂環族多元醇,可從它們之中選用1種或多種。令全部二醇成分為100莫耳%時,該等二醇宜為20莫耳%以下,更佳為15莫耳%以下,又更佳為10莫耳%以下。其中,1,4-丁二醇、1,4-環己烷二甲醇、或二乙二醇為較佳。
聚酯樹脂之聚合,可利用使多元羧酸成分與二醇成分進行反應之方法(直接聚合法),也可利用使多元羧酸酯與二醇成分進行反應之方法(酯交換法)。利用直接聚合法得到的聚酯與利用酯交換法得到的聚酯並無性能之差異。
就賦予本發明之聚酯樹脂酸價(酸加成)之方法而言,有:在縮聚後期加成多元羧酸酐之酸加成方法(後加成);在預聚物(寡聚物)之階段使其成為高酸價,然後將其予以縮聚,而得到具有酸價之聚酯樹脂之方法等。考慮操作之容易度、容易獲得目標之酸價之觀點,前者之酸加成方法較佳。
就如此的酸加成方法中用於酸加成的多元羧酸酐而言,不特別限定,例如可列舉苯二甲酸酐、四氫苯二甲酸酐、琥珀酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸酐、六氫苯二甲酸酐、3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3,4,4-聯苯四羧酸二酐、雙脫水偏苯三甲酸乙二醇酯等。較佳為偏苯三甲酸酐。
本發明中,未反應的多元羧酸成分、及環狀寡聚物之含量可利用以下方法測定。 <試樣之製備> 1.將聚酯樹脂100mg溶解於氯仿2ml。 2.於該溶液中加入乙腈18ml而進行再沉澱,並進行離心分離。 3.使離心分離後而得之上清液2ml乾固(將溶劑完全餾去)後,將其溶解於DMF(N,N-二甲基甲醯胺)250μl,製備試樣。 4.使用高效液相層析(HPLC)並依下列條件進行測定。 <HPLC測定條件> 裝置:ACQUITY UPLC(Waters製) 管柱:BEH-C18 2.1×150mm(Waters製) 移動相:溶離液A:0.1%甲酸水溶液(v/v) 溶離液B:乙腈 梯度B%:5→98→98%(0→25→35分鐘) 流速:0.2ml/分鐘 管柱溫度:40℃ 檢測器:UV-258nm <定量方法> 在上述HPLC之分析條件下,測定未反應的各酸成分與各環狀寡聚物之標準樣品(下列4種),確認溶出時間,及計量各成分之峰部面積值。接著,在上述HPLC之分析條件下測定試樣,由得到的層析圖譜的峰部面積值與標準樣品的峰部面積值之比,算出未反應的酸成分、及環狀寡聚物(對苯二甲酸-乙二醇之二聚物、間苯二甲酸-乙二醇之二聚物、對苯二甲酸-2,2-二甲基-1,3-丙二醇之三聚物及間苯二甲酸-2,2-二甲基-1,3-丙二醇之三聚物之合計量)之量(絕對檢量線法)。
本發明中未反應的多元羧酸成分之合計量為2,000ppm以下,較佳為1,000ppm以下。超過2,000ppm時,有時會有發生因酸所致之聚酯樹脂分解,保存安定性惡化之情形。未反應的多元羧酸成分宜少,故下限不特別限定,但工業上為300ppm。
就前述未反應的多元羧酸成分而言,可列舉包括未反應的對苯二甲酸及未反應的間苯二甲酸在內的所有多元羧酸成分。在此,未反應係指未成為聚酯樹脂、寡聚物的多元羧酸成分,也包括例如偏苯三甲酸酐只與水反應並開環而成之多元羧酸。
為了使未反應的多元羧酸成分之合計量為2,000ppm以下,就羧基改性(後加成)時的條件而言,宜使反應溫度為210℃以上,更佳為220℃以上,宜為240℃以下,更佳為230℃以下。又,反應時間宜為1小時以上,更佳為2小時以上,宜為4小時以下,更佳為3小時以下。藉由在上述條件下進行羧基改性(後加成),可使未反應的多元羧酸成分之合計量為2,000ppm以下。若反應溫度高於240℃且反應時間長,則有凝膠化之疑慮。又,若反應溫度低於210℃且反應時間短,則有時會有羧基改性之效率降低,殘留許多未反應的多元羧酸成分之情形。
本發明中,環狀寡聚物量須為0.5質量%以下。較佳為0.4質量%以下,更佳為0.3質量%以下,又更佳為0.2質量%以下。在環狀寡聚物量超過0.5質量%之情況下,保存於溶液時會有環狀寡聚物析出,保存安定性容易降低。環狀寡聚物宜少,故下限不特別限定,但工業上為0.1質量%。
本發明中的環狀寡聚物,例如可列舉對苯二甲酸-乙二醇之二聚物、間苯二甲酸-乙二醇之二聚物、對苯二甲酸-2,2-二甲基-1,3-丙二醇之三聚物、間苯二甲酸-2,2-二甲基-1,3-丙二醇之三聚物等。
為了使環狀寡聚物量為0.5質量%以下,例如可列舉:藉由在高真空下進行縮聚以將環狀寡聚物與過量的二醇一起排出到系外之方法、藉由使用鋁系觸媒以抑制環狀寡聚物產生之方法。在高真空下進行縮聚時,系內宜為200℃以上,更佳為210℃以上,又更佳為220℃以上。又,壓力以絕對壓力計宜為50mmHg以下,更佳為30mmHg以下,又更佳為10mmHg以下。
本發明之聚酯樹脂,金屬密接性、硬化性及保存安定性優異,故適合於塗佈用途。 [實施例]
以下,舉實施例以更具體地說明本發明,但本發明不限於該等實施例。另外,實施例記載的測定值係按下列方法測得。又,實施例、比較例中簡稱「份」係代表「質量份」。
(1)樹脂組成之測定 將聚酯樹脂及硬化性樹脂之試樣溶解於氘代氯仿,使用VARIAN公司製NMR裝置400-MR進行1
H-NMR分析,由其積分值比求得莫耳比。
(2)數目平均分子量之測定 將使試樣(聚酯樹脂)溶於四氫呋喃使得試樣濃度成為0.5質量%並以孔徑0.5μm之聚四氟乙烯製濾膜予以過濾而得者作為測定用試樣。利用以四氫呋喃作為移動相並以差示折射計作為檢測器的凝膠滲透層析(GPC)測定數目平均分子量。流速設為1mL/分鐘,管柱溫度設為30℃。管柱使用昭和電工製KF-802、804L、806L。使用單分散標準聚苯乙烯之檢量線作為分子量標準並進行測定。惟,試樣不溶於四氫呋喃時,不使用四氫呋喃而改用N,N-二甲基甲醯胺。數目平均分子量未達1000之低分子化合物(寡聚物等)予以捨去不計數。
(4)玻璃轉移溫度之測定(℃) 使用精工電子工業(股)公司製之差示掃描熱量分析計(DSC220型),將測定試樣(聚酯樹脂)5mg裝入鋁盤,壓蓋並密封,一度於250℃保持5分鐘後,以液態氮予以急速冷卻,之後以20℃/分之升溫速度於-150℃至250℃進行測定。將獲得之曲線的反曲點定義為玻璃轉移溫度。
(5)酸價之測定(mgKOH/g) 將試樣(聚酯樹脂)0.2g溶解於20ml之氯仿,使用酚酞作為指示劑,以0.1N之KOH乙醇溶液進行滴定。由此滴定量,將中和所消耗的KOH之mg數換算成每1g聚酯樹脂之量,而算出酸價(mgKOH/g)。
(6)保存安定性 將聚酯樹脂、與以乙酸乙酯溶解聚酯樹脂而得的固體成分30質量%之樹脂溶液2種各自在25℃、40℃保存3個月。針對聚酯樹脂確認有無分子量降低,針對樹脂溶液確認有無雲霧狀。 (評價基準) ◎:25℃、40℃皆聚酯樹脂之分子量沒有變化且樹脂溶液沒有產生雲霧狀,其後又再保存3個月後聚酯樹脂之分子量沒有變化且樹脂溶液沒有產生雲霧狀。 ○:25℃、40℃皆聚酯樹脂之分子量沒有變化且樹脂溶液沒有產生雲霧狀。 △:25℃、40℃皆「聚酯樹脂之分子量沒有變化,但樹脂溶液有產生雲霧狀。」或「聚酯樹脂之分子量降低,但樹脂溶液沒有產生雲霧狀。」 ×:25℃、40℃皆聚酯樹脂之分子量降低且樹脂溶液有產生雲霧狀。
(7)塗膜用樣品之製作 以乙酸乙酯溶解聚酯樹脂使固體成分成為50質量%,得到聚酯樹脂溶液。接著,於聚酯樹脂溶液中相對於聚酯樹脂100質量份添加5質量份的甲基化三聚氰胺樹脂(CYMEL(註冊商標)303(日本CYTECH公司製))並予以充分攪拌,得到塗膜用樣品。 (8)金屬密接性(棋盤格膠帶剝離試驗) 利用塗佈棒將前述塗膜用樣品以使乾燥後之膜厚成為4~8μm的方式塗佈於鋁金屬板(#5052,70mm×150mm×0.3mm)。接著,實施硬化烘烤,製作金屬密接性試驗用樣品。烘烤條件設為250℃(PMT(最高到達溫度))×1分鐘。利用切割刀在前述金屬密接性試驗用樣品之塗佈面以1mm間隔劃出100個棋盤格,使透明膠帶密接於其上並以60°之角度進行剝離。以未發生剝離之比例評價金屬密接性。完全未發生剝離時為100%,全部剝離時為0%。
(9)硬化性(凝膠分率) 將前述塗膜用樣品以使乾燥後之厚度成為20μm的方式塗佈於聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(PET薄膜)上,於120℃熱風乾燥1小時,製作硬化性試驗用樣品。然後,將硬化性試驗用樣品以全部浸沒的方式於室溫浸漬於MEK(甲乙酮)/甲苯=1/1質量份之溶液中1小時後,由未溶解之殘存量依下式求得。 凝膠分率(%)=(浸漬後之硬化性試驗用樣品之質量-PET薄膜之質量)/(浸漬前之硬化性試驗用樣品之質量-PET薄膜之質量)×100 (評價基準) ○:90%以上 △:70%以上且未達90% ×:未達70%
本發明之聚酯樹脂(a)~(h)之合成 <實施例1>聚酯樹脂(a) 將對苯二甲酸二甲酯500份、間苯二甲酸二甲酯500份、乙二醇480份、2,2-二甲基-1,3-丙二醇270份、鈦酸四丁酯5份進料於3L燒瓶,費時4小時緩慢升溫至220℃,進行酯交換反應。接著,費時30分鐘進行減壓初期聚合直至10mmHg為止並同時將溫度升溫至250℃,再直接於1mmHg以下進行90分鐘後期聚合。然後,停止減壓,於氮氣氣流下冷卻至220℃,添加偏苯三甲酸酐25份,於220℃攪拌1小時,進行羧基改性(後加成)後,取出樹脂,得到本發明之聚酯樹脂(a)。將結果示於表1。
<實施例2>聚酯樹脂(b) 將對苯二甲酸500份、間苯二甲酸500份、乙二醇340份、2,2-二甲基-1,3-丙二醇190份、鈦酸四丁酯6份進料於10L高壓釜,於3.5Kg/cm・G之氮氣加壓下費時3小時緩慢升溫至235℃,進行酯化反應。接著,費時1小時進行減壓聚合直至10mmHg為止並同時將溫度升溫至250℃,再直接於1mmHg以下進行90分鐘後期聚合,得到聚酯樹脂(A)。然後,停止減壓,於氮氣氣流下冷卻至220℃,添加偏苯三甲酸酐29份,於220℃攪拌2小時,進行羧基改性(後加成)後,取出樹脂,得到本發明之聚酯樹脂(b)。將結果示於表1。
<實施例3~4>聚酯樹脂(c)、(d) 使用表1記載之原料,與聚酯樹脂(a)同樣進行酯交換反應。接著,於210℃攪拌4小時,進行羧基改性(後加成),得到本發明之聚酯樹脂(c)、(d)。將結果示於表1。另外,酯交換反應中,使用對苯二甲酸二甲酯、間苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二甲酯、己二酸二甲酯、癸二酸二甲酯、偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸酐作為多元羧酸成分。
<實施例5~6、9~14>聚酯樹脂(e)、(f)、(r)~(w) 使用表1記載之原料,與聚酯樹脂(b)同樣進行酯化反應。接著,於210℃攪拌4小時,進行羧基改性(後加成),得到本發明之聚酯樹脂(e)、(f)。將結果示於表1。另外,酯化反應中,使用對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、己二酸、癸二酸、偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸酐作為多元羧酸成分。
<實施例7~8>聚酯樹脂(g)、(h) 使用表1記載之原料,與聚酯樹脂(b)同樣進行酯化反應。接著,於230℃攪拌1小時,進行羧基改性(後加成),得到本發明之聚酯樹脂(g)、(h)。將結果示於表1。
[表1]
<比較例1~3>比較聚酯樹脂(i)~(k) 使用表2記載之原料,與聚酯樹脂(a)同樣進行酯交換反應。接著,於170℃攪拌2小時,進行羧基改性(後加成),合成比較聚酯樹脂(i)~(k)。將結果示於表2。
<比較例4~9>比較聚酯樹脂(l)~(q)之合成 使用表2記載之原料,與聚酯樹脂(b)同樣進行酯化反應。接著,於200℃攪拌3小時,進行羧基改性(後加成),合成比較聚酯樹脂(l)~(o)。將結果示於表2。
[表2]
Claims (2)
- 一種聚酯樹脂,係由多元羧酸與二醇構成,其特徵為:令全部多元羧酸成分為100莫耳%時含有對苯二甲酸成分、及間苯二甲酸成分合計70莫耳%以上,令全部二醇成分為100莫耳%時含有乙二醇成分、及2,2-二甲基-1,3-丙二醇成分合計80莫耳%以上,酸價為5mgKOH/g以上,未反應之多元羧酸成分之合計量為2,000ppm以下,且環狀寡聚物量為0.5質量%以下。
- 如申請專利範圍第1項之聚酯樹脂,其中,數目平均分子量為25,000以下。
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