JP6826533B2 - イソシアネートを使用しない炭酸エステル修飾ポリマーの合成 - Google Patents

Description

本発明は、イソシアネートを使用せず、好ましくは溶媒を使用しない、５員環炭酸エステル基を含有するポリマーを調製する方法に関する。

５員環炭酸エステル基を得るためにポリマー末端基をポリマー類似官能化することは、従来技術である。例えば、独国特許出願公告第１０２００７０２３８６７号は、アミノ基を含有する化合物のクロロギ酸炭酸グリセロールでの官能化を記載している。アミド基の形成は定量的に進行する。しかしながら、炭酸グリセロールからの酸塩化物の調製は、追加の反応工程となる。

さらなる合成ルートは、４−トシルメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンと、ヒドロキシル末端ポリマー、例えばポリエーテルとの反応である。こちらでも、炭酸グリセロールではなく誘導体が使用され、その誘導体は炭酸グリセロールから事前に調製される。

市販の、無修飾の炭酸グリセロールでのポリマー類似反応は、欧州特許第３２８１５０号に記載されている。炭酸グリセロール中の遊離アルコールは、ポリマーの無水物基と反応する。しかしながら、その高い反応性の故に、無水物基を有するポリマーは通常反応プロセスの間には得られず、ポリマー類似反応の後でのみ得られる。このことは特にポリアミドおよびポリエステルにおいて該当し、これらは重縮合により合成される。

ヒドロキシル末端ポリマーと非置換の炭酸グリセロールとの反応も、同様に説明されている。それらはジイソシアネートによってお互いに結合され、ジイソシアネートは、ポリマーおよび炭酸グリセロールの両方のアルコール基と反応してウレタンを形成する。これは反応段階で行うことができ、例えば、日本国特開平６−１４５２６４号に記載されたように、ポリオールはジイソシアネートおよび炭酸グリセロールと同時に混合する。その欠点は、２種のポリマーとジイソシアネート分子との共有結合が鎖延長となることである。

別の制御された方法は、始めにイソシアネート末端プレポリマーを生成し、その後に炭酸グリセロールと反応させる、２段階合成ルートである。国際公開第２００６／０１０４０８号は、ヒドロキシル末端ポリエステルに対してこの手順を記載している。

後者の方法の欠点は、イソシアネートが使用されることである。イソシアネート、特に低分子量のポリマー非結合イソシアネートは、毒性に関わる問題がある。そのため、製造過程で複雑な労働衛生手段を講じなければならず、製品に対応標識が必要である。加えて、最終的な使用において、呼吸に適した空気中への、または移動を介してのイソシアネートの放出が妨げられることを確実にすることが必要である。イソシアネート非含有ポリウレタン系で炭酸エステル官能化ポリマーを使用する特別な目的は、イソシアネートを回避することである。

国際公開第２０１２／００７２５４号は、ジイソシアネートではなくジシクロヘキシルカルボジイミドを用いた化学量論的カップリングによる、イソシアネートを使用しない結合操作を記載しており、ベースポリマーは開環反応により調製する。記載された重合反応はＯＨ末端ポリマーのみを生成することができ、その後、酸末端を得るためにＯＨ末端ポリマーを無水物と反応させる。例として、最初にポリオールを例えば無水コハク酸と反応させる。得られるカルボキシル末端基を第２の反応工程で炭酸グリセロールと反応させる。これを、活性化剤を添加したジクロロメタン中で行う。全体として、この２段階方法は非常に複雑であり、また溶媒または触媒作用なしには成し得ない。

本発明が取り組む課題は、炭酸エステル修飾ポリマーの改善された入手方法を提供することであり、この入手方法はイソシアネートを使用することなく、非常に単純に実施でき、理想的に機能する。この最初の問題は、本発明による方法によって解決される。

したがって、本発明は第１に、重縮合反応により調製され、ジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体もしくはポリ（メタ）アクリル酸エステルに基づくポリエステルを含む群から選択されるカルボキシル保持ポリマーと、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステル、好ましくは炭酸グリセロール（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン）との反応により、環状炭酸エステル基を保持するポリマーを、イソシアネートを添加せずに調製する方法を提供する。触媒の存在下でその反応を行うことを優先する。化学量論量で使用するカップリング試薬をさらに使用することなしに反応を行うことが、さらに好ましい。

本発明による方法の利点は、イソシアネートを使用せず、好ましくは溶媒を使用しない方法であり、その方法で、ジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体もしくはポリ（メタ）アクリル酸エステルに基づくポリエステルであって、環状炭酸エステル基、特に５員の炭酸エステル基を保持するポリエステルが、単純に得られることである。このように、本発明の方法は従来技術の欠点を回避する。市販の炭酸グリセロールを事前の誘導体化または精製なしに使用できる。また、例えば無水物との反応などの、ポリマーの官能基の事前の活性化の必要がない。さらに、合成にイソシアネートの必要が無い。従来技術で既知である化学量論量で使用するカップリング試薬のさらなる使用もまた、本発明による方法では不用であり、有利である。例えば、ＣＯＯＨ末端ポリエステルおよびＣＯＯＨ含有ポリ（メタ）アクリル酸エステルが、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステルとの反応で共に修飾されることは、本発明による方法のさらなる利点である。

使用するカルボキシル基保持ポリマーは、ジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体もしくはポリ（メタ）アクリル酸エステルに基づくポリエステルである。

対応するポリ（メタ）アクリル酸エステル、すなわちポリアクリル酸エステルまたはポリメタクリル酸エステルは、例えば、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルの非制御または制御された遊離ラジカル重合により合成でき、言及したコモノマーの少なくとも１種はカルボキシルの官能基を有する。例えばこれは、アクリル酸またはメタクリル酸でもよい。

カルボキシル保持ポリマーは、ジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体に基づくポリエステルであることがより好ましく、それらはジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体から溶融縮合により同様に合成されることが好ましい。

ジオールまたはポリオールおよびジカルボン酸またはポリカルボン酸に関しては、原理的に制約が無く、任意の混合比で行うことが原理的に可能である。その選択は、ポリエステルの所望の物性によって行われる。室温では、これらは固体でアモルファス、液体でアモルファスまたは／および（準）結晶でもよい。

使用するジカルボン酸またはポリカルボン酸は、任意の有機酸が可能であり、それは当業者に既知であり、２個以上のカルボキシル官能基を含む。本発明に関して、カルボキシル官能基はまた、それらの誘導体をも意味すると理解され、例えばエステルまたは無水物である。

ジカルボン酸またはポリカルボン酸は、特に芳香族または飽和もしくは不飽和の脂肪族または飽和もしくは不飽和の脂環式のジカルボン酸またはポリカルボン酸でもよい。二官能性ジカルボン酸を使用することを優先する。
好適な芳香族ジカルボン酸またはポリカルボン酸およびそれらの誘導体の例としては、テレフタル酸ジメチル、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸および無水フタル酸などの化合物である。
直鎖脂肪族のジカルボン酸またはポリカルボン酸の例には、シュウ酸、シュウ酸ジメチル、マロン酸、マロン酸ジメチル、コハク酸、コハク酸ジメチル、グルタル酸、グルタル酸ジメチル、３，３−ジメチルグルタル酸、アジピン酸、アジピン酸ジメチル、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、アゼライン酸ジメチル、セバシン酸、セバシン酸ジメチル、ウンデカンジカルボン酸、デカン−１，１０−二酸、ドデカン−１，１２−二酸、ブラシル酸、テトラデカン−１，１４−二酸、ヘキサデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、オクタデカン二酸、脂肪酸２量体およびそれらの混合物を含む。
不飽和直鎖のジカルボン酸および／またはポリカルボン酸の例には、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸または無水マレイン酸を含む。
飽和脂環式のジカルボン酸および／またはポリカルボン酸の例には、シクロヘキサン−１，４−ジカルボン酸、シクロヘキサン−１，３−ジカルボン酸およびシクロヘキサン−１，２−ジカルボン酸の誘導体を含む。

原理的には、そのポリエステルの調製のために任意の所望のジオールまたはポリオールを使用することが可能である。ポリオールは、好ましくは３個以上のヒドロキシル基を保持する化合物を意味すると理解される。例えば、直鎖または分岐の脂肪族および／または脂環式および／または芳香族のジオールまたはポリオールが存在してもよい。
好適なジオールまたはポリオールの例としては、エチレングリコール、プロパン−１，２−ジオール、プロパン−１，３−ジオール、ブタン−１，４−ジオール、ブタン−１，３−ジオール、ブタン−１，２−ジオール、ブタン−２，３−ジオール、ペンタン−１，５−ジオール、ヘキサン−１，６−ジオール、オクタン−１，８−ジオール、ノナン−１，９−ジオール、ドデカン−１，１２−ジオール、ネオペンチルグリコール、ブチルエチルプロパン−１，３−ジオール、メチルプロパン−１，３−ジオール、メチルペンタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、トリシクロ−［２．２．１］−デカンジメタノール（ジシドール）、リモネンジメタノールの異性体、イソソルビトール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ヘキサン−１，２，６−トリオール、ペンタエリスリトールおよびそれらの混合物である。

芳香族のジオールまたはポリオールは、芳香族ポリヒドロキシル化合物、例えばヒドロキノン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ジヒドロキシナフタレンなどと、エポキシド、例えばエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドとの反応生成物を意味すると理解される。存在するジオールまたはポリオールはまた、エーテルジオール、すなわち、例えばエチレングリコール、プロピレングリコールまたはブタン−１，４−ジオールに基づくオリゴマーまたはポリマーであってもよい。

３個以上の官能基を有するポリオールまたはポリカルボン酸も、例えばトリメリット酸無水物、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールまたはグリセリンなどと同様に、使用することができる。また、ラクトンおよびヒドロキシカルボン酸は、ポリエステルの成分として使用できる。

二官能性のジオールおよびジカルボン酸を使用することを優先する。本発明によれば、脂肪族ジカルボン酸および脂肪族ジオールを使用することを、特に優先する。

カルボキシル保持ポリマーの軟化点は、好ましくは≦１７０℃、より好ましくは≦１５０℃である。ポリマーは≦２００℃の不活性条件の下で少なくとも２４時間は安定であり、ポリマーが何らの著しい特性の変化または何らの色番号の上昇を示さないことを意味している。

使用するポリマーがカルボキシル基を保持することが不可欠である。したがって、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づいて測定する酸末端基の濃度は、特に１から２００ｍｇ ＫＯＨ／ｇの間であるが、しかし好ましくは１０から１００ｍｇ ＫＯＨ／ｇであり、最も好ましくは２０から５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇである。
ＤＩＮ ５３２４０−２に基づく滴定方法により決定したヒドロキシル末端基は、任意の所望の濃度が可能であり、通常０から２００ｍｇ ＫＯＨ／ｇの間であり、好ましくは０から１０ｍｇ ＫＯＨ／ｇの間である。

使用するカルボキシル保持ポリマーの数平均分子量は、通常５００〜２０，０００ｇ／ｍｏｌであり、好ましくは１０００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌである。数平均分子量は、本発明に関しては、ＤＩＮ ５５６７２−１に基づき、溶離液としてテトラヒドロフランを用いてポリスチレンで校正するゲル浸透クロマトグラフィーにより測定する。

本発明の最も単純な実施形態では、カルボキシル保持ポリマーを、触媒の存在下で炭酸グリセロールと反応させる。

本発明による方法のさらなる好ましい実施形態では、カルボキシル保持ポリマーの調製と、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステル、好ましくは炭酸グリセロールとの好ましくは触媒の存在下での反応と、を組み合わせて２段階の方法を得る。したがって、本発明による方法の好ましい変形では、第１の反応工程で、ジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体もしくはポリ（メタ）アクリル酸エステルに基づくカルボキシル保持ポリエステルが重縮合または重合により調製され、得られたカルボキシル保持ポリマーは、その後第２の反応工程で、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステル、好ましくは炭酸グリセロールと好ましくは触媒の存在下で反応する。

第１の反応工程で、カルボキシル保持ポリマーの調製は、特にジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体に基づく使用することが好ましいポリエステルの場合には、溶融縮合で行われることが好ましい。この目的には、前述のジカルボン酸またはポリカルボン酸およびジオールまたはポリオールは、カルボキシル基対ヒドロキシル基のモル比で０．８〜１．５：１、好ましくは１．０〜１．３：１で使用される。ポリエステル中でカルボキシル基の十分な濃度を得るためには、ヒドロキシル基に対して過剰なカルボキシル基が好ましい。

重縮合は、１５０から２８０℃の間の温度で３から３０時間以内で行う。まず、放出水の大部分の量を大気圧下で留去する。さらなる過程で、反応の残存水および揮発性ジオールも、目標分子量に到達するまで除去する。任意で、減圧により、表面積の拡張により、または反応混合物に不活性ガスの流動を通すことにより、この作業を容易にしてもよい。反応の前または途中に、共沸点混合物生成剤および／または触媒を添加することにより、さらに反応を加速してもよい。好適な共沸点混合物生成剤の例は、トルエンおよびキシレンである。典型的な触媒は、チタン酸テトラブチルなどの有機チタン化合物である。例えば、スズ、亜鉛またはアンチモンなどの他の金属に基づく触媒もまた考えられる。抗酸化剤または着色安定剤などの添加剤および加工助剤もさらにまた可能である。

本発明による方法の好ましい実施形態の第２の反応工程では、得られたカルボキシル保持ポリマーを、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステル、好ましくは炭酸グリセロールと好ましくは触媒の存在下で反応させる。

好適なヒドロキシル官能化５員環炭酸エステルの例としては、４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−ヒドロキシプロピル−１，３−ジオキソラン−２−オンまたはメチル−３，４−Ｏ−カルボニル−β−Ｄ−ガラクトピラノシドなどの糖誘導体であり、４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン（炭酸グリセロール）が特に好ましい。
炭酸グリセロールは市販されており、バイオディーゼル製造でのグリセリン廃棄物から得られる。

炭酸グリセロールとの反応は昇温状態で行うが、炭酸グリセロールの分解温度未満で行う。２００℃を超える温度では、ヒドロキシル基の濃度の上昇が観察され、恐らくは脱炭酸に続く炭酸グリセロールの部分的開環の結果である。この副反応は、ＤＩＮ ５３２４０−２に基づく滴定方法によって測定される、ヒドロキシル価の上昇により監視できる。ヒドロキシル価の上昇は、０から最大２０ｍｇ ＫＯＨ／ｇであるべきで、好ましくは０から最大１０ｍｇ ＫＯＨ／ｇである。
そのため、反応は１００〜２００℃で行われるのが好ましく、より好ましくは１４０〜２００℃であり、最も好ましくは約１８０℃の温度である。この温度でのカルボキシル保持ポリマーは、液体状または粘性溶融物の形状である。合成は実質的に溶媒を添加せずに行うことが好ましい。このように、本発明による全ての方法は、液相または溶融において溶媒を添加することなしに行うことが好ましい。

カルボキシル保持ポリマーを好適な反応容器、例えば撹拌タンクに最初に装填し、反応温度まで加熱し、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステル、好ましくは炭酸グリセロールと、好ましい実施形態では触媒も添加する。反応の間に形成される水は、蒸留器具により連続的に除去する。水の除去を容易にし、エステル化反応の平衡を修飾生成物側に移すために、反応中の容器内部圧力を、標準圧力から＜１００ｍｂａｒに、好ましくは＜５０ｍｂａｒに、より好ましくは＜２０ｍｂａｒに段階的に低下させる。反応の過程を、酸価の測定による遊離カルボキシル基の濃度により監視する。反応時間は２から２０時間である。一般に、ポリマーのさらなる精製は必要ない。

炭酸グリセロールの量は、ポリマー中のカルボキシル基の濃度による。炭酸グリセロールを化学量論的条件下で、またはやや過剰にして作用させることを優先する。炭酸グリセロールが大過剰の場合に比べて、相対的に小過剰の場合には、より長い反応時間をもたらす。しかしながら、炭酸グリセロールがあまりに過剰である選択をすると、未転換の炭酸グリセロールが生成物中に残留し、炭酸グリセロールが高沸点であるために、反応混合物からの分離は大変な困難を伴う。カルボキシル保持ポリマーの遊離カルボキシル基のモル量に対して、炭酸グリセロール過剰量は０〜５０ｍｏｌ％であり、好ましくは０〜１０ｍｏｌ％であり、最も好ましくは１０ｍｏｌ％である。

記載した反応条件の下で、触媒の添加は十分な反応速度を達成するために好ましい。触媒が不在の場合には、一般にカルボキシル基濃度の著しい低下は起こらず、遅い化学反応が観察されるだけである。好適な触媒は、原理的にルイス酸として働く物質である。ルイス塩基、例えば第三級アミンは、何ら触媒反応性を示さない。
しかしながら、高温での溶融縮合でもしばしば使用されるチタン含有ルイス酸は、不必要な副反応を起こす傾向がある。チタン塩およびチタンオルガニルの触媒としての添加は、明瞭な橙褐色をもたらすことが見出されている。また、触媒活性が比較的低い。それに対して、チタン非含有ルイス酸は、反応の明瞭な加速を示し、同時にわずかな変色のみを呈する傾向がある。黄色がかった透明の溶融物が得られる。優先して使用するチタン非含有ルイス酸には、例えばｐ−トルエンスルホン酸またはメチルスルホン酸である非金属ルイス酸と、例えば亜鉛塩であるチタン非含有金属ルイス酸との両方を含む。スズ含有ルイス酸を触媒として使用することを特に優先する。好適なスズ化合物は、例えばオクチル酸スズ（ＩＩ）または、より好ましくは、モノブチルスタンノン酸である。触媒の量は、反応混合物全体に対して、１〜１０，０００ｐｐｍが好ましく、より好ましくは１００〜１０００ｐｐｍである。異なる触媒の混合物を使用することもまた可能である。加えて、いくつかの個別部分に分けて触媒の量を添加することも可能である。

第２の反応工程の実行の過程では、抗酸化剤または着色安定剤などの添加剤および着色助剤をさらに添加することが可能である。対応する化合物は当業者に既知である。

本発明による方法の結果として、５員環炭酸エステル基を含むポリマーが得られる。したがって本発明は、本発明による方法によって得られる環状炭酸エステル基を保持するポリマーをさらに提供し、そのポリマーはいずれのイソシアネートも含まない。

得られた炭酸エステル官能化ポリマーは、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４で測定された、≦１０ｍｇ ＫＯＨ／ｇの、好ましくは≦５ｍｇ ＫＯＨ／ｇの、より好ましくは≦２ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。ＤＩＮ５３２４０−２に基づく滴定方法により測定された、反応溶液のヒドロキシル末端基の濃度は、反応中に最大で２０ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど、好ましくは最大で１０ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど増大する。０から２０ｍｇ ＫＯＨ／ｇの間が好ましい。

発明のポリマーが環状炭酸エステル基を含有するポリエステルであることが特に好ましい。そのポリエステルに使用可能な出発化合物、特にジカルボン酸またはポリカルボン酸およびジオールまたはポリオールは、上記で言及している。

本発明による方法により得られるポリマーは、例えばイソシアネート非含有ポリウレタン配合物での結合剤として好適である。したがって、本発明は、イソシアネート非含有ポリウレタン配合物における、環状炭酸エステル基を保持する本発明のポリマーの使用をさらに提供する。

例えば、環状炭酸エステル基にアミンを反応させることによる転換を行う。環状炭酸エステルのカルボニル原子に接するアミンの求核攻撃は、結果として開環反応となり、ヒドロキシウレタン基を形成する。この方法により、ポリウレタン配合物において有害なイソシアネートを回避することができる。アミン化合物に対しては、原理的に制限がない。しかしながら、少なくとも２個のアミン官能基を有する脂肪族ポリアミンを使用することを優先する。環状炭酸エステル基とアミン基との間の反応は、任意選択で触媒により促進しても良い。配合物が、安定剤、可塑剤、レオロジー調節剤、顔料またはフィラーなどの、さらなる成分を含むことも同様に可能である。

ポリウレタン配合物は、例えば、塗料、接着剤およびシール材の配合物で用途を見出すことができる。これに関して、本発明による方法により得られるポリマーは、反応性一成分系と二成分系の両方での使用に好適である。配合物の塗布では、基材の適切な濡れが確保されなければならない。本発明による方法によって得られる高粘度または固体のポリマーの場合には、溶液を生成するか、または温度を上昇させることによって、濡れ性の確保が通常達成できる。塗料、接着剤およびシール材の配合物は、様々な基材に使用できる。基材には、例えばプラスチック、ガラス、紙、木材、石材ならびに特に鋼およびアルミニウムなどの金属が含まれる。

さらなる情報が欠如していても、当業者は上記の説明の非常に広範な用途を創作できると想定される。そのため、好ましい実施形態および実施例は、単に説明的な開示として解釈されるのであり、何ら限定する方法での開示としてでは決して無い。
本発明を、以下の実施例に基づいてより詳細に説明する。本発明の別の実施形態は、類似的に得られる。

（１８０℃でのモノブチルスタンノン酸、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２９０ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１９．４ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で０．９ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で２９ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。３２９ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロールおよび０．０５重量パーセントのモノブチルスタンノン酸を添加する。約１０時間後に、酸価が≦１ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達の後、反応を終了させる。炭酸エステル基を保持する生成ポリエステルＰ１は、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で９．３ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で０．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に８．４ｍｇ ＫＯＨ／ｇだけ増加したに過ぎない。このことから、脱炭酸に伴う炭酸グリセロールの開環がグリセリン誘導体をもたらすことは、少量の副反応として起こるのみであると推測できる。５員環炭酸エステルを得ていることはまた、ＮＭＲ分光法によっても実証できる。^１３ＣのＮＭＲでは、１５５ｐｐｍでの遊離炭酸グリセロールのカルボニル炭素のシグナルが、ポリマーへの共有結合の結果として、１５４ｐｐｍに移動する。７７ｐｐｍ（ＣＨ）および６６ｐｐｍ（ＣＨ２）での炭酸エステル環の他の２個のシグナルもまた、ポリマーへの結合の結果として、約１〜３ｐｐｍの高磁場シフトを受ける。

（１８０℃でのオクチル酸スズ（ＩＩ）、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２９０ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１９．４ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で１．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。３４１ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロールおよび０．０５重量パーセントのオクチル酸スズ（ＩＩ）を添加する。約１５時間後に、酸価が≦２ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達の後、反応を終了させる。得られた炭酸エステル基を保持するポリエステルＰ２は、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で１０．０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で１．８ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に８．３ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇する。

（１８０℃で触媒なし、本発明ではない）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２９０ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１９．４ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で１．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。３４１ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロールを添加する。触媒は添加しない。反応時間が７時間を超えても、酸価またはヒドロキシル価の顕著な減少が観察されない。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で２６ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で２１ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。提示した反応時間内で、測定可能な転換は起こらない。ヒドロキシル価は、反応の間に１９．３ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇する。

（１８０℃でチタン触媒、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２９０ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１９．４ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で１．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。３４１ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロールおよび０．０５重量パーセントの、溶融縮合ですでに使用した触媒を添加する。触媒を添加するとすぐに、反応溶融物は橙色から淡褐色に色が変化し、後に暗褐色の生成物が得られる。約１８時間を超えた後に、酸価が≦２ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達の後、反応を終了させる。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で２４ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で０．４ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に２２．３ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇した。

（２２０℃でのモノブチルスタンノン酸、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２９０ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１９．４ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で１．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を２２０℃に冷却する。３４１ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロールおよび０．０５重量パーセントのモノブチルスタンノン酸を添加する。４．５時間後に、酸価が≦２ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達の後、反応を終了させる。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で２１ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で０．４ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。相対的に高いヒドロキシル価は、炭酸エステル基の熱的開環から生じる副反応を示している。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に１９．３ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇した。

（１８０℃でのメチルスルホン酸、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２９０ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１９．４ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で４．４ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。３４１ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロールおよび０．２重量パーセントのメチルスルホン酸を添加する。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で９．３ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３．０ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。相対的に高い酸価は、転換が不完全であることを示す。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に４．９ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇した。

（２２０℃での酢酸亜鉛（ＩＩ）、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２９０ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１９．４ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で１．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を２２０℃に冷却する。３４１ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロールおよび０．０５重量パーセントの酢酸亜鉛（ＩＩ）を添加する。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で２５ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で６．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。相対的に高いヒドロキシル価は、炭酸エステル基の熱的開環の結果としての副反応を示している。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に２３．７ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇した。

表１は、得られるポリエステルのパラメーターの概観を示す。

表１：直鎖ヘキサンジオールのアジピン酸エステルと１．１当量の炭酸グリセロールとの反応でＣＯＯＨ末端基を得るための例示的反応の比較

（分岐したポリエステル、１８０℃でのモノブチルスタンノン酸、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２００ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１８．６ｍｏｌ）および８０ｇの１，１，１−トリメチロールプロパン（０．６ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で１．５ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３５ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。３９８ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロール（３．４ｍｏｌ）および０．０５重量パーセントのモノブチルスタンノン酸を添加する。７時間後に、酸価が≦２ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達の後、反応を終了させる。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で１４ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で０．３ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に１２．５ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇した。ＧＰＣによる生成物の分子量分析は、Ｍｎ＝４４００ Ｄａの平均分子量で、ＰＤＩ＝６．８の分子量分布を示した。

（分岐したポリエステル、１８０℃での酢酸亜鉛（ＩＩ）、本発明）
３０００ｇのアジピン酸（２０．５ｍｏｌ）を、２２００ｇのヘキサン−１，６−ジオール（１８．６ｍｏｌ）および８０ｇの１，１，１−トリメチロールプロパン（０．６ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で１．５ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３５ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。３９８ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロール（３．４ｍｏｌ）および０．１重量パーセントの酢酸亜鉛（ＩＩ）を添加する。８．５時間後に、酸価が≦２ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達の後、反応を終了させる。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で２２ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で１．４ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。相対的に高いヒドロキシル価は、副反応を示しており、恐らく架橋である。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に２１．５ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇した。ＧＰＣによる生成物の分子量分析は、Ｍｎ＝５０００ Ｄａの平均分子量で、ＰＤＩ＝４０の分子量分布を示した。

表２は、得られるポリエステルのパラメーターの概観を示す。

表２：分岐したヘキサンジオールのアジピン酸エステルと１．１当量の炭酸グリセロールとでＣＯＯＨ末端基を２種の異なる触媒で得る反応での分子量および分子量分布の比較

異なる分子量分布のために、スズ触媒の好ましい使用でより明確な構造を有するポリマーをもたらすことが上記のデータから明確になり、そのポリマーは有利に使用できる。

（分岐した脂肪族ポリエステル、１８０℃でのＭＢＴＳ、本発明）
３２００ｇのアジピン酸（２１．９ｍｏｌ）を、２０５０ｇのネオペンチルグリコール（１９．７ｍｏｌ）および８０ｇの１，１，１−トリメチロールプロパン（０．６ｍｏｌ）と共に、窒素下での蒸留器具を付けたフラスコで溶融する。２４０℃の温度で、約４から６時間以内に、反応で形成された水の大部分を留去する。続いて、０．０５重量％のチタン触媒を添加し、器具内の圧力を段階的に１０ｍｂａｒに低下させる。ヒドロキシル価がＤＩＮ ５３２４０−２に基づく測定で０．６ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達し、酸価がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で３６ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達した後、溶融物を１８０℃に冷却する。４０５ｇ（遊離のカルボキシル基に対して１．１当量に相当する）の炭酸グリセロール（３．４ｍｏｌ）および０．０５重量パーセントのＭＢＴＳを添加する。１５時間後に、酸価が≦２ｍｇ ＫＯＨ／ｇに到達の後、反応を終了させる。得られたポリエステルは、ＤＩＮ５３２４０−２に基づく測定で１２ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価を有し、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ２１１４に基づく測定で０．９ｍｇ ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。ヒドロキシル価は、炭酸グリセロールでの修飾の間に１１．４ｍｇ ＫＯＨ／ｇほど上昇した。ＧＰＣによる生成物の分子量分析は、Ｍｎ＝４１００ Ｄａの平均分子量で、ＰＤＩ＝４．２の分子量分布を示した。

Claims (7)

1. ジオールもしくはポリオールおよびジカルボン酸もしくはポリカルボン酸またはそれらの誘導体に基づくポリエステル、またはポリ（メタ）アクリル酸エステルを含む群から選択されるカルボキシル保持ポリマーと、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステルとの反応により、環状炭酸エステル基を保持するポリマーを、チタン非含有ルイス酸から選択される触媒の存在下、イソシアネートを添加せずに調製する方法。
2. スズ含有ルイス酸が触媒として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステルが炭酸グリセロールであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 第１の反応工程で、前記カルボキシル保持ポリマーは、重縮合または重合により調製され、得られた前記カルボキシル保持ポリマーは、その後第２の反応工程で、ヒドロキシル官能化５員環炭酸エステルと反応することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記カルボキシル保持ポリマーは前記第１の反応工程で溶融縮合により調製されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記重縮合は、１５０から２８０℃の間の温度で３から３０時間以内で行われることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
7. 前記反応が溶媒なしに行われることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。