JPH0733434B2 - 弾性ポリエステルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、芳香族ポリエステルをハードセグメントと
し、脂肪族ポリエステルのポリラクトンをソフトセグメ
ントとする弾性ポリエステルの新規な製造方法に関す
る。更に詳しくは、特殊な反応装置を用いて経済的に品
質の安定した弾性ポリエステルを製造する方法に関する
ものである。

＜従来の技術＞ ポリブチレンテレフタレートのような芳香族ポリエステ
ルがハードセグメントを構成し、ポリカプロラクトンが
ソフトセグメントを構成するポリエステルポリエステル
タイプのブロック共重合体は、引張強度、引裂強度、耐
屈曲疲労性、耐熱性に優れた熱可塑性エラストマとし
て、自動車部品、電気・電子部品、機械部品などに広く
使用されている。

このポリエステルポリエステルブロック共重合タイプの
弾性ポリエステルは、結晶性の芳香族ポリエステルとラ
クトン化合物とを溶融混合して反応させることによって
製造されており、特公昭48−4116号公報、特公昭52−49
037号公報、特開昭61−281124号公報、特開昭61−28361
9号公報、特開昭61−287922号公報、特開昭62−20525号
公報、特開昭62−27425号公報、特開昭62−53336号公報
などにより知られている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、前記公知例の方法では、反応時間が長
く、ハードセグメントを構成する芳香族ポリエステルと
ソフトセグメントを構成ポリラクトンがエステル交換反
応により一部ランダム化し、融点、表面硬度や機械的強
度などの変動が大きな弾性ポリエステルしか製造できな
いという問題点を有していた。

＜課題を解決するための手段＞ そこで本発明者らは、前記課題を解決し、品質の安定し
た弾性ポリエステルを経済的に得るべく鋭意検討した結
果、本発明に到達した。

即ち、本発明は、結晶性芳香族ポリエステルとラクトン
化合物をバレル中にバレルと同軸かつ多数の中断した山
を持つスクリューを備え、この中断部とバレル内面に突
出した歯とが噛み合うように作動する連続撹拌混合機に
供給し、連続的に付加重合することを特徴とする弾性ポ
リエステルの製造方法を提供するものである。

本発明で使用する結晶性芳香族ポリエステルとは、主た
る繰り返し単位中に少なくとも１種の芳香族基とエステ
ル結合を有する重合体であり、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ1,4−シクロ
ヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン2,
6−ナフタレート、ポリブチレン2,6−ナフタレートなど
が挙げられるが、これらのポリエステルの混合物やこれ
らのポリエステルに更にイソフタル酸単位、アジピン
酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン
酸単位、ｐ−オキシ安息香酸単位などが共重合された共
重合ポリエステルも使用することができる。中でも、ポ
リブチレンテレフタレートは結晶性に優れているので特
に好ましく使用される。

本発明で使用する上記結晶性芳香族ポリエステルの相対
粘度（ηｒ）は、ｏ−クロルフェノールを溶媒とし、0.
5％のポリマ溶液を25℃で測定した値で、1.20〜2.00の
範囲、特に好ましくは1.30〜1.80の範囲である。高重合
度、即ち高相対粘度（ηｒ）の結晶性芳香族ポリエステ
ルを使用すると、得られる弾性ポリエステルの重合度も
高くなり、機械的特性に優れるので好ましい。

本発明で使用するラクトン化合物としては、ε−カプロ
ラクトン、エナントラクトン、カプリロラクトンなどが
挙げられるが、結晶性芳香族ポリエステルとの反応性や
得られる弾性ポリエステルの弾性特性から特にε−カプ
ロラクトンが好ましく使用される。

本発明での結晶性芳香族ポリエステルとラクトン化合物
の組成比は、得られる弾性ポリエステルの機械的性質か
ら、結晶性芳香族ポリエステル／ラクトン化合物の重量
比で99/1〜20/80が好ましく、特に好ましくは98/2〜30/
70である。

本発明の結晶性芳香族ポリエステルとラクトン化合物の
付加反応で弾性ポリエステルを製造する際、触媒を添加
してもよいし無触媒で反応させてもよい。触媒としては
ラクトン化合物の開環重合で公知の触媒がすべて使用で
き、具体的にはリチウム、カリウム、ナトリウム、マグ
ネシウム、カルシウム、バリウム、亜鉛、アルミニウ
ム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチ
モン、カドミウム、マンガン、ジルコニウムなどの金
属、これらの有機金属化合物、有機酸塩、アルコラー
ト、アルコキシド等が挙げられる。特に好ましくは、ジ
アシル第一錫、テトラアシル第二錫、モノブチル錫オキ
サイド、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジラウレー
ト、錫テトラアセテートなどの錫化合物、トリイソブチ
ルアルミニウム、テトラブチルチタン、テトラブチルジ
ルコニウム、二酸化ゲルマニウム、三酸化アンチモン、
酢酸コバルトなどが使用でき、またこれらの触媒は２種
以上併用してもよい。

触媒の添加方法は、結晶性芳香族ポリエステルの製造時
に予め添加しておく方法、結晶性芳香族ポリエステルと
ラクトン化合物を単軸押出機に供給する際に添加する方
法も採用できる。

これら触媒の添加量は、結晶性芳香族ポリエステルとラ
クトン化合物の合計量に対して０〜0.3重量％、特に好
ましくは0.001〜0.2重量％である。0.3重量％以上添加
すると結晶性芳香族ポリエステルとポリラクトンのエス
テル交換反応が進行し、得られた弾性ポリエステルの機
械的特性が損なわれるため好ましくない。

本発明の結晶性ポリエステルとラクトン化合物の付加反
応で弾性ポリエステルを製造した後、リン化合物を添加
することができる。リン化合物は反応系に存在する触媒
の活性を実質的に失活もしくは抑制するものであり、結
晶性芳香族ポリエステルとラクトン化合物の付加反応と
エステル交換反応によるブロック化反応が適切に進行し
た段階で添加するのが効果的であり、その後のランダム
化反応による弾性ポリエステルの物性低下を最大限に抑
制する効果を有するものである。

代表的なリン化合物としては、リン酸、亜リン酸、次亜
リン酸等の無機酸類、メチルフオスフィン酸、エチルフ
オスフィン酸、イソブチルフオスフィン酸、ベンジルフ
オスフィン酸、フェニルフオスフィン酸、シクロヘキシ
ルフオスフィン酸、４−メチルフェニルフオスフィン酸
等のフオスフィン酸類、メチルフオスフオン酸、エチル
フオスフオン酸、イソプロピルフオスフオン酸、イソブ
チルフオスフオン酸、ベンジルフオスフオン酸、フェニ
ルフオスフオン酸、シクロヘキシルフオスフオン酸、４
−メチルフェニルフオスフオン酸等のフオスフオン酸類
およびこれらのメチル、エチル、プロピル、シクロヘク
シル、フェニル、ベンジル等炭素数１〜20のアルキル、
シクロアルキル、アリール、アラルキルエステルおよび
部分エステルさらにはこれらのナトリウム、カリウム、
カルシウム、マグネシウム等の金属塩、またはアンモニ
ウム塩、トリエチルホスフィンオキサイド、トリフェニ
ルホスフィンオキサイドのようなホスフィンオキサイド
類、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、
トリベンジルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィ
ン等のホスフィン類を挙げることが出来る。

これらのリン化合物の中でも弾性ポリエステルの溶融状
態で添加するので、沸点や分解点が高い化合物が好まし
く用いられる。上記リン化合物の添加量は、触媒原子１
個当り、リン原子0.5個以上、特に好ましくは1.0個以上
用いるのが効果的である。

本発明で使用する連続撹拌混合機は、BUSS社からコニー
ダ（Ko−Kneader）の名称で販売されているような原料
供給口と溶融状態のポリマを吐出する排出口を有し、バ
レル中にバレルと同軸かつ多数の中断した山を持つスク
リューを備え、この中断部とバレル内面に突出した歯と
が噛み合うように作動する混合機を意味するものであ
る。また、連続撹拌混合機の設置方法も特に限定される
ものでなく、スクリュー軸が水平に設置されていても、
液状のラクトン化合物のショートパスを防止するため水
平軸に対して角度を有するように設置されていても本発
明の目的を損なうものでない。

連続撹拌混合機の供給口への結晶性芳香族ポリエステル
とラクトン化合物の供給方法は特に限定されないが、
（１）固体状態の結晶性芳香族ポリエステルとラクトン
化合物を同時に供給口から供給する方法、（２）固体状
態の結晶性ポリエステルを供給口から、ラクトン化合物
をベント口から供給する方法、（３）溶融状態の結晶性
芳香族ポリエステルとラクトン化合物を同時に供給口か
ら供給する方法、（４）溶融状態の結晶性芳香族ポリエ
ステルを供給口から、ラクトン化合物をベント口から供
給する方法、（５）結晶性芳香族ポリエステルとラクト
ン化合物を予め溶融混合後供給する方法などを採用する
ことができる。

本発明の結晶性芳香族ポリエステルとラクトン化合物と
を連続撹拌混合機で付加重合させる条件としては、210
〜280℃、好ましくは215〜250℃の温度で、押出機内滞
留時間は１〜30分、好ましくは３〜20分である。

更に、付加重合で得られたポリマ中に存在するラクトン
化合物モノマを除去する方法としては、（１）付加重合
で使用している連続撹拌混合機の先端部にベント口を設
け、50Torr以下、好ましくは10Torr以下の真空度でラク
トン化合物モノマを除去する方法、（２）付加重合で得
られたポリマを固体ないしは溶融状態でベント口を有す
る単軸ないしは２軸の押出機に供給し、ポリマの融点以
上の温度、ベント口の真空度、50Torr以下、好ましくは
10Torr以下でラクトン化合物モノマを除去する方法、
（３）撹拌機を有する反応器に付加重合で得られたポリ
マを供給し、ポリマの融点以上の温度、50Torr以下の真
空度で１〜30分滞留させてラクトン化合物モノマを除去
する方法などが挙げられる。

また、本発明の弾性ポリエステルには、本発明の目的を
損なわない範囲で、公知のヒンダードフェノール系、ホ
スファイト系、チオエーテル系、アミン系などの酸化防
止剤、ベンゾフェノン系、ヒンダードアミン系などの耐
候剤、含フッ素系ポリマ、シリコーンオイル、ステアリ
ン酸金属塩、モンタン酸金属塩、モンタン酸エステルワ
ックス、ポリエチレンワックスなどの離型剤、エポキシ
化合物、カルボジイミド化合物、ビスオキサゾリン化合
物、アシルラクタム化合物、イソシアネート化合物のよ
うな増粘剤、染料や顔料などの着色剤、酸化チタン、カ
ーボンブラックなどの紫外線遮蔽剤、ガラス繊維やカー
ボンファイバー、チタン酸カリファイバーなどの強化
剤、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、硫酸カルシウ
ム、ガラスビーズなどの充填剤、タルクなどの核剤、難
燃剤、可塑剤、接着助剤、粘着剤などを任意に含有せし
めることができる。更に、本発明の弾性ポリエステルの
機械的強度を向上する目的で、他の熱可塑性ポリマや熱
可塑性エラストマを含有させることもできる。これらの
添加剤やポリマは、結晶性芳香族ポリエステルとラクト
ン化合物の付加重合反応前に配合しておいてもよいし、
付加重合反応後弾性ポリエステルに配合してもよい。

＜作用＞ 本発明では、撹拌効率の高い連続撹拌混合機を結晶性芳
香族ポリエステルとラクトン化合物の付加重合反応機と
して使用することにより、高粘度の結晶性芳香族ポリエ
ステルと低粘度のラクトン化合物および触媒が均質に短
時間で混合できるため、高品質の弾性ポリエステルが連
続的かつ経済的に得られる。

＜実施例＞ 以下に実施例により本発明の効果を説明する。なお、実
施例中の％および部はすべて重量基準である。また、相
対粘度（ηｒ）とは、ｏ−クロルフェノールを溶媒と
し、0.5％のポリマ溶液を25℃で測定した値である。実
施例および比較例中に示される成形品の表面硬度、融点
および機械物性は、次のように測定した。

成形:5オンスの射出能力を有する射出成形機を用いて、
シリンダ温度250℃、金型温度80℃および成形サイクル4
0秒に設定して、ASTM1号ダンベル試験片とアイゾット衝
撃試験片を射出成形した。

表面硬度：上記射出成形で得られたASTM1号ダンベル試
験片を用い、ASTM Ｄ−2240法に従って、表面硬度を測
定した。

融点:10℃／分の昇温速度でDSC（差動走査熱量計）によ
り測定した。

機械物性：上記射出成形で得られたASTM1号ダンベル試
験片を用い、ASTM Ｄ−638法に準じて、引張強度を測
定した。また、アイゾット衝撃試験片を用い、ASTM Ｄ
−256法に準じて衝撃強度を測定した。

参考例 テレフタル酸100部、1,4−ブタンジオール110部、テト
ラブチルチタネート0.1部を精留塔およびヘリカルリボ
ン型撹拌翼を備えたエステル化缶に仕込み、撹拌しなが
ら反応水を流出させ、窒素雰囲気下常圧、220℃で２時
間エステル化反応させた後、反応物を重合缶に移液し、
250℃、0.5Torrの真空下、２時間重合反応を行った後、
水中にストランド状で吐出しカッティングしてポリブチ
レンテレフタレート（Ａ−１）を得た。得られたポリブ
チレンテレフタレート（Ａ−１）の相対粘度（ηｒ）は
1.42、融点は225℃であった。次に、このポリブチレン
テレフタレート（Ａ−１）を190℃の温度、0.5Torrの真
空度で固相重合を行い、固相重合時間を変更することに
って、相対粘度（ηｒ）が1.55のポリブチレンテレフタ
レート（Ａ−２）と相対粘度（ηｒ）が1.70のポリブチ
レンテレフタレート（Ａ−３）を得た。ポリブチレンテ
レフタレート（Ａ−２）およびポリブチレンテレフタレ
ート（Ａ−３）の融点は、ともに225℃であった。

実施例１、比較例１、２ 振動フィーダーを使用して相対粘度（ηｒ）が1.55ポリ
ブチレンテレフタレート（Ａ−２）ペレットを4kg/hr
で、また、定量ポンプを使用してε−カプロラクトン1k
g/hrを、BUSS社から市販されているコニーダ（Ko−Knea
der）PR−46B/GS70B型の供給口に供給した。PR−46B/GS
70B型コニーダは、PR−46B型ニーダにGS70B型ペレタイ
ザーが接続された構造をしている。PR−46型ニーダは、
バレル径46.6mm、スクリュー長（Ｌ）と径（Ｄ）の比、
即ちスクリュー有効長L/D＝15、第１図に示したバレル
１、スクリュー２構造を有するものである。GS70B型ペ
レタイザーは、バレル径70mm、スクリュー有効長さL/D
＝６でPR−46B型ニーダに対してＴ字型に取り付けられ
ている。このPR−46型ニーダのバレル部は３分割された
３個のジャケットに熱媒が循環されて加熱制御されてお
り、供給口に近い方から、210℃、230℃、230℃に、ま
たGS70Bのバレル部を230℃に設定し、スクリュー回転数
100rpmで付加反応を行った。この時供給口からカーボン
ブラック粉末を添加し、平均滞留時間を測定したところ
12分であった。次に、ダイスからポリマをストランド状
で吐出し、水冷後カッティングして、弾性ポリエステル
（Ｂ−１）を得た。

また、５時間連続的に重合を行い、１時間毎にまとめて
射出成形を行い、表面硬度を測定した。

比較のために、振動フィーダーを使用して相対粘度（η
ｒ）が1.55ポリブチレンテレフタレート（Ａ−２）ペレ
ットを1600g/hrで、第２図に示した表面更新型の連続重
合槽の供給口３に供給し、またε−カプロラクトン400g
/hrを定量ポンプで同反応槽の供給口３に供給した。230
℃で平均12分滞留させて弾性ポリエステル（Ｂ−２）、
また230℃で平均120分滞留させて弾性ポリエステル（Ｂ
−３）を得た。得られた弾性ポリエステルの物性と５時
間連続運転での表面硬度ばらつきを表１に示す。

表１から本発明により品質の安定した弾性ポリエステル
が短時間で製造でき、優れた機械的特性を有することが
明かである。

実施例２、３ 実施例１で相対粘度（ηｒ）1.55のポリブチレンテレフ
タレート（Ａ−２）の代わりに、相対粘度（ηｒ）1.42
のポリブチレンテレフタレート（Ａ−１）および相対粘
度（ηｒ）1.70のポリブチレンテレフタレート（Ａ−
３）を使用して実施例１と同様に付加重合反応を行い、
弾性ポリエステル（Ｂ−４）と弾性ポリエステル（Ｂ−
５）を得た。物性を表２に示す。

実施例４ 実施例１で相対粘度（ηｒ）1.55のポリブチレンテレフ
タレート（Ａ−２）の代わりに、参考例と同様に重合を
行って得られた相対粘度（ηｒ）1.10のポリブチレンテ
レフタレートを使用して実施例１と同様に付加重合反応
を行った。連続撹拌混合機への噛み込み性がやや悪く、
ポリマの吐出量が安定しなかったが、得られた弾性ポリ
エステル（Ｂ−６）の５時間連続付加重合反応での１時
間毎の融点は、219、220、219、220、221℃と比較的安
定していた。

実施例５ 実施例１でε−カプロラクトンの供給量を500g/hr、2kg
/hrで供給し、実施例１と同様に付加重合反応を行い、
弾性ポリエステル（Ｂ−７）と弾性ポリエステル（Ｂ−
８）を得た。それぞれの弾性ポリエステルの物性を表３
に示す。

表３から本発明の弾性ポリエステルが優れた物性を示す
ことが明かである。

実施例６ 実施例１で得られた弾性ポリエステル（Ｂ−１）100
部、トリフェニルホスフィン0.1部をドライブレンド
し、内径30mmφ、L/D＝40でフルフライトスクリューを
備えたベント付単軸押出機を使用して、ベント口の真空
度10Torr、押出温度230℃、スクリュー回転数60rpmで混
練後、ストランド状で水中に吐出カッティングし、脱モ
ノマ（脱ε−カプロラクトン）と触媒失活を行ない、弾
性ポリエステル（Ｂ−９）を得た。

得られた弾性ポリエステル（Ｂ−９）のペレットは、モ
ノマ臭（ε−カプロラクトン臭）もなく、DSC（差動走
査熱量計）で230℃、30分溶融滞留させた後、融点を測
定したところ217℃であった。弾性ポリエステル（Ｂ−
１）を同様に230℃、30分溶融滞留させて融点を測定し
たところ、109℃であった。このことからリン化合物の
添加により触媒が失活されてエステル交換反応によるラ
ンダム化反応が抑制されたことが明かである。

実施例７ 相対粘度（ηｒ）1.55のポリブチレンテレフタレート
（Ａ−２）ペレット100部、モノブチル錫オキサイド0.1
部、イルガノックス1330（Ciba−Geigy社製ヒンダード
フェノール系熱安定剤）0.2部をドライブレンドした配
合物を4kg/hrで供給する以外は実施例１と同様に付加重
合反応を行い、弾性ポリエステル（Ｂ−10）を得た。弾
性ポリエステル（Ｂ−10）は、表面硬度63D、融点217
℃、引張降伏応力21MPa、アイヅット衝撃NBと優れた物
性を示した。

実施例８ 実施例１でGS70Bペレタイザーの中間の位置にベント口
を設け、5Torrの真空度で脱モノマを行い、実施例１と
同様に付加重合反応を実施した。得られた弾性ポリエス
テル（Ｂ−11）は、表面硬度63D、融点217℃でモノマ臭
が全くなかった。

＜発明の効果＞ 本発明の方法で弾性ポリエステルを製造することによ
り、付加重合反応時間や脱モノマ時間が短縮されるた
め、簡略化された装置や操作で容易に高効率で弾性ポリ
エステルを得ることができる。

また、本発明で得られる弾性ポリエステルは、耐熱性、
耐候性に代表される耐久性、ゴム弾性や機械的性質に優
れているため、自動車部品、電気・電子部品、機械部品
など広範な用途に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様例を示す連続撹拌混合機の
スクリューとバレルの一部を示し、第２図は比較のため
使用した反応機を示す。 １……バレル ２……スクリュー ３……供給口 ４……吐出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶性芳香族ポリエステルとラクトン化合
   物をバレル中にバレルと同軸かつ多数の中断した山を持
   つスクリューを備え、この中断部とバレル内面に突出し
   た歯とが噛み合うように作動する連続撹拌混合機に供給
   し、連続的に付加重合することを特徴とする弾性ポリエ
   ステルの製造方法。
2. 【請求項２】弾性ポリエステルより未反応ラクトン化合
   物を連続的に除去することを特徴とする請求項（１）記
   載の弾性ポリエステルの製造方法。