ポリエステル樹脂
【課題】 透明性、耐熱性、耐光性などに優れ、かつ、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さい光学部品製造用材料として好適な、ポリエステル樹脂を提供することを目的とする。
【解決手段】 ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）とを反応させてなるポリエステル樹脂において、ジカルボン酸成分（Ａ）の８５モル％以上が脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であり、ジオール成分（Ｂ）が、特定のトリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールを含むもの、であることを特徴とするポリエステル樹脂を要旨とする。
【解決手段】 ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）とを反応させてなるポリエステル樹脂において、ジカルボン酸成分（Ａ）の８５モル％以上が脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であり、ジオール成分（Ｂ）が、特定のトリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールを含むもの、であることを特徴とするポリエステル樹脂を要旨とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリエステル樹脂に関する。さらに詳しくは、透明性、耐熱性、耐光性などに優れ、かつ、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さい光学部品製造用材料として好適な、トリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するポリエステル樹脂に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学部品製造用材料に現在使用されている代表的な樹脂としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル樹脂などが挙げられる。PMMAは、優れた透明性と耐光性を有し、固有複屈折が小さく成形性にも優れていることから、各種光学レンズ、位相差フィルムのような各種光学フィルム、光ファイバー、光ディスク基板などの製造用に使用されている。しかし、ＰＭＭＡは吸水性が高く変形しやすいことと、耐熱性が悪いという欠点を有する。ポリカーボネート（ＰＣ）も、透明性、耐熱性、耐衝撃性、低吸水などが優れているので、重要な光学部品製造用の原料樹脂である。しかしながら、ＰＣは固有複屈折が大きく、光ディスクのような反射光を使う光学材料としては必ずしも適当ではない。
【０００３】
一方、特殊なポリエステル樹脂として、主として芳香族ジカルボン酸成分およびそのエステル形成性誘導体をジオール成文とし、トリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有する化合物をジオール成分としたポリエステル樹脂が提案されている（特許文献１、特許文献２）。しかしながら、このポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分が主として芳香族ジカルボン酸であるため、耐熱性に優れているが固有複屈折が大きく、光学部品製造用としては不適当であり、光学用途としての有用性については言及されていない。また、光学部品製造用のポリエステル樹脂としては、特許文献３に記載のポリエステル樹脂が提案されている。特許文献３に記載のポリエステル樹脂は、芳香族ジカルボン酸またはそのハロゲン化物と、トリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格構造を有するジオール成分とを反応させて得られるポリエステル樹脂である。しかしながらこのポリエステル樹脂は、そのジカルボン酸成分は芳香族ジカルボン酸が主であるため、ポリエステル樹脂は耐熱性に優れており吸水性も低く優れているが、固有複屈折が大きく光学部品製造用材料としては不満足である。
【特許文献１】特開昭５８−１７４４１９号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９２５９号公報
【特許文献３】特開昭６３−２６０４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、上記状況に鑑み、従来の諸欠点を解消した技術を提供することを目的として鋭意検討した結果、本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明の目的は、透明性、耐熱性、耐光性に優れ、かつ、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さく、光学部品製造用材料として好適な、ポリエステル樹脂を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、上記課題を達成するために、ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）とを反応させてなるポリエステル樹脂において、ジカルボン酸成分（Ａ）の８５モル％以上が、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であり、ジオール成分(B)が、一般式（Ｉ）で表されるトリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールを含むものである、ことを特徴とするポリエステル樹脂を提供する。
【０００６】
【化１】
｛一般式（Ｉ）において、ｎは１または２、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のヒドロキシアルキレン基であり、同一でも異なっていてもよい。）
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るポリエステル樹脂は、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．本発明に係るポリエステル樹脂は、透明性、耐熱性、耐光性に優れている。
２．本発明に係るポリエステル樹脂は、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さく、光学部品製造用材料として好適である。
３．本発明に係るポリエステル樹脂は、成形性に優れているので光学部品製造用材料として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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、本発明の実施態様の代表例であり、本発明はこれらの記載内容に限定されるものではない。本発明に係るポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分（A）の８５モル％以上が、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）と、上記一般式（Ｉ）によって表されるトリシクロデカン、または、ペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオール成分とを、エステル化反応またはエステル交換反応を経て、重縮合反させて得られるものである。ジカルボン酸成分（Ａ）は、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）を１５モル％未満の範囲で他のジカルボン酸（ａ２）で置換することができ、ジオール成分（Ｂ）は、上記一般式（Ｉ）によって表されないジオール成分（ｂ２）と併用することができる。
【０００９】
＜脂肪族ジカルボン酸成分（Ａ）＞
本発明におけるジカルボン酸成分（Ａ）は、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）を含み、具体的には、１，２− 、１，３− 、１，４− シクロヘキサンジカルボン酸（以後、シクロヘキサンジカルボン酸を「ＣＨＤＡ」と記載することがある。 ）、１，４− 、１，５− 、２，６− 、２，７− デカヒドロナフタレンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸類、マロン酸、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、メチルマロン酸、エチルマロン酸、メチルコハク酸、２，２−ジメチルコハク酸、２，３−ジメチルコハク酸、３−メチルグルタル酸、３，３−ジメチルグルタル酸などの脂肪族ジカルボン酸類が挙げられる。これらはそれぞれ単独でも、必要に応じて２種以上を併用することもできる。これらジカルボン酸成分（Ａ）の中では、得られるポリエステル樹脂の耐熱性、工業的入手の容易性などの観点から、１，４−ＣＨＤＡが得に好ましい。１，４−ＣＨＤＡ酸、または、そのエステル形成性誘導体は、通常は、トランス体とシス体との混合物として得られる。１，４−ＣＨＤＡ酸、または、そのエステル形成性誘導体のトランス体／シス体との比率は、得られるポリエステル樹脂の耐熱性の観点から、好ましい範囲は８０／２０〜１００／０であり、より好ましいのは８５／１５〜１００／０、特に好ましいのは９０／１０〜１００／０である。
【００１０】
全ジカルボン酸成分（Ａ）に対する上記脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）の量は、耐熱性の観点から８５モル％以上が好ましく、中でもより好ましいのは９０モル％以上である。脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）と置換できる他のジカルボン酸成分（ａ２）としては、芳香族ジカルボン酸類が挙げられる。具体的には、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、およびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。これら芳香族ジカルボン酸類は、全ジカルボン酸（Ａ）に対して１５モル％以下とする。１５モル％を超えると、得られるポリエステル樹脂の固有複屈折が大きくなり、好ましくない。
【００１１】
＜ジオール成分＞
本発明において、前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分（Ｂ）の具体例としは、例えば、トリシクロデカンジメタノール(以後、「ＴＣＤＤＭ」と記載することがある。)、 トリシクロデカンジエタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール（以後、「ＰＣＰＤＤＭ」と記載することがある。）、ペンタシクロペンタデカンジエタノールなどが挙げられる。これらは単独でも、２種以上を併用することができる。中でも、得られるポリエステルの固有複屈折が低いこと、エステル化反応またはエステル交換反応の容易性などの観点から、ＰＣＰＤＤＭが好ましい。ジオール成分（Ｂ）は、前記一般式（Ｉ）で表される化合物が、全ジオール成分量（Ｂ）に対して５モル％以上とするのが好ましい。前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分が５モル％未満では、得られるポリエステル樹脂の耐熱性が低く、固有複屈折が大きく、本発明の目的が達成されないので好ましくない。全ジオール成分量（Ｂ）に対して占める前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分の割合は、より好ましくは１０モル％以上であり、さらに好ましくは５０モル％以上である。
【００１２】
前記一般式（Ｉ）で表されないジオール成分（ｂ２）であって、前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分（ｂ１）と併用できるものとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオールなどのジオール類や、１，４−シクロヘキサンジメタノール（以後、「１，４−ＣＨＤＭ」と記載することがある。）、１，３−シクロヘキサンジメタノール、１，１−シクロヘキサンジメタノール、１，４−シクロヘキサンジエタノール、アダマンタンジメタノール、水添ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物などの脂環族ジオール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリアルキレングリコール類、パラキシリレングリコール、ビスフェノールＡやビスフェノールＳのエチレンオキサイド付加物などの芳香族ジオール類、９，９−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］フルオレンなどのフルオレン系化合物類が挙げられ、これらはそれぞれ単独でも、必要に応じて２種以上を併用することもできる。中でも、１，４−ＣＨＤＭ、９，９−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］フルオレンは、得られるポリエステル樹脂は耐熱性が高く、固有複屈折が小さくなるので好ましい。
【００１３】
本発明に係るポリエステル樹脂製造用成分には、上記カルボン酸成分（Ａ）（ａ１、ａ２）、上記ジオール成分（Ｂ）（ｂ１、ｂ２）のほかに、本発明の効果を損なわない程度少量の共重合成分（ｃ）を加えることができる。加えることができる共重合成分（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、アルコキシカルボン酸、および、ステアリルアルコール、ベンジルアルコール、ステアリン酸、ベヘン酸、安息香酸、ｔ−ブチル安息香酸、ベンゾイル安息香酸などの単官能成分、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などが挙げられる。
【００１４】
＜ポリエステルの製造＞
本発明に係るポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分（Ａ）、ジオール成分（Ｂ）、および、要すれば共重合体成分（ｃ）を共存させ、エステル化反応またはエステル交換反応させ、引き続いて重縮合反応を遂行することにより製造することができる。エステル化反応またはエステル交換反応は、ジカルボン酸成分（Ａ）、ジオール成分（Ｂ）、および、要すれば共重合体成分（ｃ）を共存させ、攪拌機および留出管を備えたエステル化反応槽に仕込み、触媒を加え、不活性ガス雰囲気下、常圧または減圧下で攪拌しつつ、反応により生じた水分などの副生成物を反応系から留去しながら、反応を遂行させることにより行う。使用する原料の比率、すなわち、ジカルボン酸成分（Ａ）の合計モル（ａ’）に対するジオール成分（Ｂ）の合計モル（ｂ’）のモル比｛（ａ’）／（ｂ’）の比率｝は、通常１．０〜２．０とするのが好ましい。
【００１５】
エステル化反応またはエステル交換反応、引き続いての重縮合反応において十分な反応速度を得るためには、触媒を使用するのが好ましい。触媒としては、通常、エステル化反応またはエステル交換反応に使用される触媒であれば特に限定されず、例えば、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。また必要に応じて、ナトリウム、リチウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属の化合物類を添加することもできる。
【００１６】
チタン化合物は、エステル化反応またはエステル交換反応、続いて行われる重縮合反応の両反応において活性が高いので、好ましい。チタン化合物の具体例としては、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、これらの有機チタネートの加水分解物、チタン（オキシ）アセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンビス（アンモニウムラクテイト）ジヒドロキシド、ポリヒドロキシチタンステアレート、チタンラクテート、ブチルチタネートダイマー、酸化チタン、チタニア／シリカ複合酸化物などが挙げられる。ゲルマニウム化合物は、色調の良好なポリエステル樹脂が得やすいので、好ましい。ゲルマニウム化合物の具体例としては、酸化ゲルマニウムや塩化ゲルマニウムなどの無機ゲルマニウム化合物、テトラアルコキシゲルマニウムなどの有機ゲルマニウム化合物が挙げられる。価格や入手の容易さなどから、酸化ゲルマニウム、テトラエトキシゲルマニウム、およびテトラブトキシゲルマニウムなどが好ましく、特に、酸化ゲルマニウムおよびそのアルコール溶液、水溶液が好ましい。触媒は、２種類以上を併用してもよく、また、必要に応じ、上記触媒にさらに、マグネシウム化合物やリン化合物などを組合せて使用することもできる。
【００１７】
触媒の使用量は、生成するポリエステ樹脂に対し、通常、５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの範囲で選ばれる。中でも好ましいのは、１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍである。エステル化反応またはエステル交換反応の触媒は、そのまま重縮合反応触媒としても使用することもできる。反応温度は、触媒の種類、その使用量などによるが、通常、１５０℃〜３００℃の範囲で選ばれ、好ましくは１８０℃〜２５０℃の範囲である。反応時間は、触媒の種類、その使用量、反応温度などによるが、通常、１０分〜１０時間の範囲とされで選ばれ、好ましくは３０分〜５時間の範囲である。エステル化反応またはエステル交換反応終了時の反応率は、９０％〜１００％である。ここで、反応率とは、反応系に仕込んだ全カルボン酸成分に対する、反応によりエステル化反応またはエステル交換されたカルボン酸成分の比を百分率で表す。
【００１８】
重縮合反応は、エステル化反応またはエステル交換反応終了後の反応液を、攪拌機、留出管、温度計、圧力計および減圧付加装置などを備えた重縮合槽に移送し、これに必要に応じ、触媒を加え、重縮合槽内を徐々に減圧にしながら反応を進行させることにより行う。十分な反応速度を得るために触媒を使用するのが好ましい。触媒としては、通常、重縮合反応使に使用される触媒であれば特に限定されず、上記のエステル化反応またはエステル交換反応において使用可能なものとして例示した触媒を、そのまま重縮合反応触媒として使用することができる。また、好ましい触媒についても上記したものと同じである。重縮合反応で新たに触媒を使用する場合、その使用量は、生成するポリエステル樹脂に対し、通常５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの範囲で選ばれ、好ましくは１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲とされる。
【００１９】
重縮合反応は、反応槽内を徐々に減圧にしながら遂行する。反応槽内の圧力は、大気圧雰囲気下から最終的には１ＫＰａ以下に調節し、特に反応終期の圧力を０．５ＫＰａ以下とするのが好ましい。反応温度は、触媒の種類、その使用量などによるが、上記のエステル化反応またはエステル交換反応終了時の温度〜３００℃の範囲、好ましくは、反応終了時の温度〜２７５℃の範囲で選ぶものとする。反応時間は、触媒の種類、その使用量、反応温度などによるが、通常、１０分〜１０時間の範囲内で選ばれ、好ましくは３０分〜５時間とされる。なお、エステル化反応槽に減圧付加装置を備えた一つの槽内で、エステル化反応またはエステル交換反応と、重縮合反応を行うことができる。さらに、これらエステル化反応、エステル交換反応、重縮合反応などは、回分方式、連続方式のいずれの方式でも遂行できる。
【００２０】
重縮合反応終了後は、反応槽から反応生成物を取り出すと、目的とするポリエステル樹脂が得られる。通常は、反応槽底部からポリエステル樹脂をストランド状にして抜き出し、ストランドを水冷しながら切断し、外観がペレット状のポリエステル樹脂とする。得られたポリエステル樹脂の固有粘度は、通常、０．４〜１．５ｄｌ／ｇの範囲とされる。固有粘度が０．４ｄｌ／ｇ未満の場合は、これを原料として溶融成形してフィルムなどの成形品とすると、その機械的強度が十分でなく、１．５ｄｌ／ｇより大きい場合は、溶融時の流動性が低下し成形性に劣り成形品にし難くなるので、いずれも好ましくない。固有粘度の好ましい範囲は、０．５〜１．４ｄｌ／ｇである。なお、こうして得られた外観がペレット状のポリエステル樹脂は、さらに必要に応じ、固相重合に付してもよい。固相重合は、公知の方法により行うことができる。得られたポリエステル樹脂のＹｅｌｌｏｗｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｅｘ（ＹＩ値）は、通常、−１０ 〜３０の範囲が好ましく、ＹＩ値が３０ 以上であると黄味が強く、この樹脂を用いて成形品を製造したときの成形品も黄味が強くなり、好ましくない。ＹＩ値のより好ましい範囲は、−５〜１８の範囲である。
【００２１】
得られたポリエステル樹脂の固有複屈折は、好ましくは０.０８以下である。固有複屈折が０．０８以上であると、光学用部品中を光が透過する際、振動面の向きにより通過速度の差が大きくなるため、通過後の像が２重になり、光学材料として不適当である。固有複屈折は、０.０６以下がより好ましい。また、得られたポリエステル樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は７０℃〜１８０℃の範囲である。ガラス転移温度（Ｔｇ）が７０℃未満であると、これを原料とするフィルムなどの光学用部品の耐熱性が劣り、１８０℃超えるとフィルムに延伸するとき延伸むらが起きやすく、いずれも好ましくない。ガラス転移温度（Ｔｇ）のより好ましい範囲は、１００〜１６０℃である。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。なお、以下の例で使用して原料樹脂の特性値は、次に記載の方法により測定した。
【００２３】
（１）固有粘度（ｄｌ／ｇ）：ポリエステル樹脂試料０．５ｇ
を、フェノール／ テトラクロロエタン（重量比１／１）の混合液を溶媒として、１１０℃の温度で、３０分間で溶解させ、濃度（ｃ）が１．０ｇ／ｄｌの溶液を調製した。この溶液を、３０℃ の温度で、ウベローデ型粘度計を使用して、溶媒のみ（ｃ＝０）に対する相対粘度（η r e l ）を測定した。この相対粘度（η r e l ）−１を比粘度（η r e l ）とし、濃度（ｃ）との比（η r e l ／ｃ）を算出した。同様にして濃度（ｃ） を０．５ｇ／ｄｌ 、０．２ｇ／ｄｌ 、０．１ｇ／ｄｌとして、それぞれの比（ηs p ／ｃ）を算出し、これらの値より、濃度（ｃ）を０に外挿したときの（ηs p ／ｃ）を固有粘度（ｄｌ／ｇ）とした。
【００２４】
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）：示差走査熱量計（セイコーインスチルメンツ社製、型式：ＤＳＣ２２０）を使用し、窒素気流下、室温から、速度２０℃／ｍｉｎで３００℃
まで昇温し、その後、室温まで速度２０℃ ／ｍｉｎで冷却し、再び、室温から速度２０℃／ｍｉｎで３００℃ まで昇温した時の再昇温過程において、最初にベースラインが階段状に変化する箇所における最大傾斜を示す温度を、ガラス転移点（Ｔｇ）とした。
【００２５】
（３）ＹＩ値（Ｙｅｌｌｏｗｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ）：ＪＩＳ Ｋ７１０３に準拠し、得られたポリエステル樹脂のペレット状試料を、内径３６ｍｍ 、深さ１５ｍｍの円柱状の粉体測色用セルにすりきり充填し、光電色彩計（日本電色工業社製、型式：ＺＥ−２０００）を使用して、反射法により三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを測定し、ＹＩ（黄色度）は次式、すなわち、ＹＩ＝１００（１．２８Ｘ−１．０６Ｚ）／Ｙ、によって計算でした。なお、三刺激値の測定は、測定セルを９０度ずつ回転させて４箇所測定した値の単純平均値である。
【００２６】
（４）固有複屈折：Ｈｅ−Ｎｅレーザー、偏光子、補償板、検光子、光検出器からなる複屈折測定装置と、振動型粘弾性測定装置とを組合せた装置（レオロジー社製、型式：ＤＶＥ−３）を使用して測定した｛測定方法の詳細は、日本レオロジー学会誌、Ｖｏｌ．１９，ｐ９３〜９７（１９９１）参照｝。
温度８０℃で５時間真空乾燥したポリエステル樹脂の試料４．０ｇを、幅８ｃｍ、長さ８ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの枠を使用して、熱プレス機によって熱プレス温度２５０℃で、予熱１分、圧力２０Ｐａの条件で１分間加圧した後、熱プレス機から枠ごと取り出し、水管冷却式プレスによって圧力２０Ｐａで３分間加圧冷却し、シートを作製した。得られたシートから幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍに試料を切り出し、粘弾性測定装置（レオロジー社製、型式：ＤＶＥ−３）に固定し、複素弾性率Ｅ*を測定した。同時に、照射されたレーザー光を偏光子、試料、補償板、検光子の順に通し、光検出器（フォトダイオード）で検知し、ロックインアンプを通して、角周波数ωまたは２ωの波形について、その振幅とひずみに対する位相差を求め、ひずみ光学係数O*を求めた。このとき、偏光子と検光子の方向は直交し、またそれぞれ、試料の伸長方向に対してπ／４の角度をなすように調整した。
【００２７】
次いで、限られた測定周波数のデータ（１〜１３０Hz）から広い周波数のデータへ換算するために、時間温度換算則に準拠して、周波数に対するＥ*およびＯ*のマスターカーブを描いた。ここで、複素弾性率E*および複素ひずみ光学係数O*は、次式、すなわち、Ｅ*(ω)＝Ｅ’(ω)＋ｉＥ”(ω)、Ｏ*(ω)＝Ｏ’(ω)＋ｉＯ”(ω)、によって表すことができるので、これより、周波数に対するＥ’、Ｅ”およびＯ’、Ｏ”のマスターカーブを描いた。修正応力光学則（ＭＳＯＲ）に準拠すると、応力-光学係数CRは、次式、すなわち、CR＝Ｏ’（ω＝０）/Ｅ’（ω＝０）、で算出し、固有複屈折Δn0は、次式、すなわち、Δn0＝５・CR*E’R(ω＝∞)／３、により算出できる｛詳細は、高分子論文集、Ｖｏｌ．５３，ｐ６０２〜６１３（１９９６）参照｝。
【００２８】
［実施例１］
攪拌機、留出管、温度計、圧力計、および、減圧装置を装備した容量４５０ｍｌの反応器に、１，４−ＣＨＤＡ７５．８６ｇ（０．４４０６ｍｏｌ）、１，４−ＣＨＤＭ３２．７７ｇ(０．２２７２ｍｏｌ)、ペンタシクロペンタデカンジメチロール（ＰＣＰＤＤＭ）５７．８０ｇ（０．２２０３ｍｏｌ）、および、テトラ−ｎ−ブチルチタネートの６重量％ブタノール溶液０．１７８ｇ（得られるポリエステル樹脂に対してチタンとして１０重量ｐｐｍ）とを仕込んだ。反応器空間を窒素ガスで置換したあと、窒素ガス気流下、油浴中で１５０℃ まで加熱し、反応器内温を３０分かけて１８０℃ まで昇温し、その後２時間にわたって１８０℃ に保持した。このあと、内温を６０分かけて２２０℃に昇温し、この温度でエステル化反応を行った。続いて、反応物を９０分かけて２２０℃ から２５０℃ に昇温させながら徐々に反応器内を減圧にし、重縮合反応を行った。さらに、反応器内圧力を０．１Ｋｐａ、反応温度を２５０℃ に保ち、所定の粘度（０．５Ｎ／５０ｒｐｍ）になるまで反応を継続した。反応後反応器内を窒素ガスで複圧し、得られたポリエステル樹脂を、反応器底部からストランド状にして水中に抜き出し、ペレット状にした。表−１に、エステル化反応の際のカルボン酸成分、ジオール成分の種類、仕込みモル数、触媒の種類、その量、重縮合反応時間などを記載した。なお、表−１における重縮合時間は、減圧開始から反応終了までの時間とした。反応終了は、反応槽内の圧力が常圧になった時点とした。得られたポリエステル樹脂の固有粘度、ガラス転移温度（Ｔｇ）、色調（ＹＩ値）、固有複屈折などを、前記した方法で測定し、その結果を表−２に示した。
【００２９】
［実施例２］
実施例１に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡの量を８８．３３ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を６７．８０ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を１３．４６ｇに、それぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３０】
［実施例３］
実施例１に記載の例おいて、１，４−ＣＨＤＡの量を６５．４６ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を３．５７ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を９４．７７ｇに、それぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３１】
［実施例４］
実施例１に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡの量を６４．４８ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を０ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を９９．７４ｇに、それぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３２】
［実施例５］
実施例１に記載の例において、テトラ−ｎ−ブチルチタネートの６重量％ブタノール溶液０．１７８ｇの代わりに、二酸化ゲルマニウム１重量％水溶液を１０.８ｇと変更し、かつ、この触媒液をエステル化反応終了後に添加するように変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３３】
［実施例６］
実施例１に記載の例において、テトラ−ｎ−ブチルチタネートの６重量％ブタノール溶液の量を、０．８９ｇ（得られるポリエステル樹脂に対してチタンとして５０重量ｐｐｍ）に変更したほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３４】
［実施例７］
実施例６に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡ量７５．８６ｇの１０モル％を、テレフタル酸（７．３０ｇ）で置換したほかは（１，４−ＣＨＤＡの仕込み量は６８．２８ｇとなる）、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３５】
［実施例８］
実施例６に記載の例において、ＰＣＰＤＤＭをＴＣＤＤＭ５１．０８ｇに代えたほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３６】
［比較例１］
実施例６に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡの量を９２．１２ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を７９．０７ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を０にそれぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３７】
［比較例２］
実施例７に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡ量７５．８６ｇの３０モル％を、テレフタル酸（２１．９６ｇ）で置換したほかは（１，４−ＣＨＤＡ量の仕込み量は５３．１０ｇとなる）、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３８】
［比較例３］
実施例７に記載の例において、１，４ＣＨＤＡ量を０とし、全量テレフタル酸量を７３．１９ｇ（全ジカルボン酸の１００モル％）に変更したほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
［注］表−１における略号は、次の意味である。
ＣＨＤＡ：１，４−シクロヘキサンジカルボン酸（トランス／シス：９５／５）
ＴＰＡ ：テレフタル酸
ＰＣＰＤＤＭ：ペンタシクロペンタデカンジメタノール
ＴＣＤＤＭ：トリシクロデカンジメタノール
ＣＨＤＭ：１，４−シクロヘキサンジメタノール
ＴＢＴ ：テトラブチルチタネート
Ｇｅ ：二酸化ゲルマニウム
＊脂肪族カルボン酸のモル％は、全ジカルボン酸成分（Ａ）に対するモル％を意味する。
＊一般式（Ｉ）のジオールのモル％は、全ジオール成分（Ｂ）に対するモル％を意味する。
＊触媒の量（ｐｐｍ）は、得られるポリエステル樹脂中のチタンとしての重量（ｐｐｍ）を意味する。ただし、Ｇｅはポリエステル樹脂中のゲルマニウムとしての重量（ｐｐｍ）を意味する。
【００４１】
【表２】
【００４２】
表−１および表−２より、次のことが明らかとなる。
１．ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）の双方が、ともに請求項１で規定する要件を満たす実施例のポリエステル樹脂は、耐熱性が高く、固有複屈折率が小さく、光学部品製造用材料として優れている（実施例１〜実施例８参照）。
２．他方、ジカルボン酸成分（Ａ）は請求項１の要件を満たすが、一般式（Ｉ）で表されるジオール成分（Ｂ）を含まないポリエステル樹脂は耐熱性が劣り、実用性に問題がある（比較例１参照）。
３．ジオール成分（Ｂ）は請求項１の要件を満たすが、ジカルボン酸成分（Ａ）が請求項１で規定する要件を満たさないものは、実施例のものより固有複屈折率が大きく、光学部品製造用材料としては使用できない（比較例２、比較例３参照）。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るポリエステル樹脂は、透明性、耐熱性、耐光性などに優れ、かつ、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さく、各種光学レンズ、位相差フィルムのような各種光学フィルム、光ファイバー、光ディスク基板などの光学部品製造用材料として有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリエステル樹脂に関する。さらに詳しくは、透明性、耐熱性、耐光性などに優れ、かつ、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さい光学部品製造用材料として好適な、トリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するポリエステル樹脂に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学部品製造用材料に現在使用されている代表的な樹脂としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル樹脂などが挙げられる。PMMAは、優れた透明性と耐光性を有し、固有複屈折が小さく成形性にも優れていることから、各種光学レンズ、位相差フィルムのような各種光学フィルム、光ファイバー、光ディスク基板などの製造用に使用されている。しかし、ＰＭＭＡは吸水性が高く変形しやすいことと、耐熱性が悪いという欠点を有する。ポリカーボネート（ＰＣ）も、透明性、耐熱性、耐衝撃性、低吸水などが優れているので、重要な光学部品製造用の原料樹脂である。しかしながら、ＰＣは固有複屈折が大きく、光ディスクのような反射光を使う光学材料としては必ずしも適当ではない。
【０００３】
一方、特殊なポリエステル樹脂として、主として芳香族ジカルボン酸成分およびそのエステル形成性誘導体をジオール成文とし、トリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有する化合物をジオール成分としたポリエステル樹脂が提案されている（特許文献１、特許文献２）。しかしながら、このポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分が主として芳香族ジカルボン酸であるため、耐熱性に優れているが固有複屈折が大きく、光学部品製造用としては不適当であり、光学用途としての有用性については言及されていない。また、光学部品製造用のポリエステル樹脂としては、特許文献３に記載のポリエステル樹脂が提案されている。特許文献３に記載のポリエステル樹脂は、芳香族ジカルボン酸またはそのハロゲン化物と、トリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格構造を有するジオール成分とを反応させて得られるポリエステル樹脂である。しかしながらこのポリエステル樹脂は、そのジカルボン酸成分は芳香族ジカルボン酸が主であるため、ポリエステル樹脂は耐熱性に優れており吸水性も低く優れているが、固有複屈折が大きく光学部品製造用材料としては不満足である。
【特許文献１】特開昭５８−１７４４１９号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９２５９号公報
【特許文献３】特開昭６３−２６０４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、上記状況に鑑み、従来の諸欠点を解消した技術を提供することを目的として鋭意検討した結果、本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明の目的は、透明性、耐熱性、耐光性に優れ、かつ、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さく、光学部品製造用材料として好適な、ポリエステル樹脂を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、上記課題を達成するために、ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）とを反応させてなるポリエステル樹脂において、ジカルボン酸成分（Ａ）の８５モル％以上が、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であり、ジオール成分(B)が、一般式（Ｉ）で表されるトリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールを含むものである、ことを特徴とするポリエステル樹脂を提供する。
【０００６】
【化１】
｛一般式（Ｉ）において、ｎは１または２、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のヒドロキシアルキレン基であり、同一でも異なっていてもよい。）
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るポリエステル樹脂は、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．本発明に係るポリエステル樹脂は、透明性、耐熱性、耐光性に優れている。
２．本発明に係るポリエステル樹脂は、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さく、光学部品製造用材料として好適である。
３．本発明に係るポリエステル樹脂は、成形性に優れているので光学部品製造用材料として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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、本発明の実施態様の代表例であり、本発明はこれらの記載内容に限定されるものではない。本発明に係るポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分（A）の８５モル％以上が、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）と、上記一般式（Ｉ）によって表されるトリシクロデカン、または、ペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオール成分とを、エステル化反応またはエステル交換反応を経て、重縮合反させて得られるものである。ジカルボン酸成分（Ａ）は、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）を１５モル％未満の範囲で他のジカルボン酸（ａ２）で置換することができ、ジオール成分（Ｂ）は、上記一般式（Ｉ）によって表されないジオール成分（ｂ２）と併用することができる。
【０００９】
＜脂肪族ジカルボン酸成分（Ａ）＞
本発明におけるジカルボン酸成分（Ａ）は、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）を含み、具体的には、１，２− 、１，３− 、１，４− シクロヘキサンジカルボン酸（以後、シクロヘキサンジカルボン酸を「ＣＨＤＡ」と記載することがある。 ）、１，４− 、１，５− 、２，６− 、２，７− デカヒドロナフタレンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸類、マロン酸、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、メチルマロン酸、エチルマロン酸、メチルコハク酸、２，２−ジメチルコハク酸、２，３−ジメチルコハク酸、３−メチルグルタル酸、３，３−ジメチルグルタル酸などの脂肪族ジカルボン酸類が挙げられる。これらはそれぞれ単独でも、必要に応じて２種以上を併用することもできる。これらジカルボン酸成分（Ａ）の中では、得られるポリエステル樹脂の耐熱性、工業的入手の容易性などの観点から、１，４−ＣＨＤＡが得に好ましい。１，４−ＣＨＤＡ酸、または、そのエステル形成性誘導体は、通常は、トランス体とシス体との混合物として得られる。１，４−ＣＨＤＡ酸、または、そのエステル形成性誘導体のトランス体／シス体との比率は、得られるポリエステル樹脂の耐熱性の観点から、好ましい範囲は８０／２０〜１００／０であり、より好ましいのは８５／１５〜１００／０、特に好ましいのは９０／１０〜１００／０である。
【００１０】
全ジカルボン酸成分（Ａ）に対する上記脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）の量は、耐熱性の観点から８５モル％以上が好ましく、中でもより好ましいのは９０モル％以上である。脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体（ａ１）と置換できる他のジカルボン酸成分（ａ２）としては、芳香族ジカルボン酸類が挙げられる。具体的には、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、およびこれらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。これら芳香族ジカルボン酸類は、全ジカルボン酸（Ａ）に対して１５モル％以下とする。１５モル％を超えると、得られるポリエステル樹脂の固有複屈折が大きくなり、好ましくない。
【００１１】
＜ジオール成分＞
本発明において、前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分（Ｂ）の具体例としは、例えば、トリシクロデカンジメタノール(以後、「ＴＣＤＤＭ」と記載することがある。)、 トリシクロデカンジエタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール（以後、「ＰＣＰＤＤＭ」と記載することがある。）、ペンタシクロペンタデカンジエタノールなどが挙げられる。これらは単独でも、２種以上を併用することができる。中でも、得られるポリエステルの固有複屈折が低いこと、エステル化反応またはエステル交換反応の容易性などの観点から、ＰＣＰＤＤＭが好ましい。ジオール成分（Ｂ）は、前記一般式（Ｉ）で表される化合物が、全ジオール成分量（Ｂ）に対して５モル％以上とするのが好ましい。前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分が５モル％未満では、得られるポリエステル樹脂の耐熱性が低く、固有複屈折が大きく、本発明の目的が達成されないので好ましくない。全ジオール成分量（Ｂ）に対して占める前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分の割合は、より好ましくは１０モル％以上であり、さらに好ましくは５０モル％以上である。
【００１２】
前記一般式（Ｉ）で表されないジオール成分（ｂ２）であって、前記一般式（Ｉ）で表されるジオール成分（ｂ１）と併用できるものとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオールなどのジオール類や、１，４−シクロヘキサンジメタノール（以後、「１，４−ＣＨＤＭ」と記載することがある。）、１，３−シクロヘキサンジメタノール、１，１−シクロヘキサンジメタノール、１，４−シクロヘキサンジエタノール、アダマンタンジメタノール、水添ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物などの脂環族ジオール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリアルキレングリコール類、パラキシリレングリコール、ビスフェノールＡやビスフェノールＳのエチレンオキサイド付加物などの芳香族ジオール類、９，９−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］フルオレンなどのフルオレン系化合物類が挙げられ、これらはそれぞれ単独でも、必要に応じて２種以上を併用することもできる。中でも、１，４−ＣＨＤＭ、９，９−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］フルオレンは、得られるポリエステル樹脂は耐熱性が高く、固有複屈折が小さくなるので好ましい。
【００１３】
本発明に係るポリエステル樹脂製造用成分には、上記カルボン酸成分（Ａ）（ａ１、ａ２）、上記ジオール成分（Ｂ）（ｂ１、ｂ２）のほかに、本発明の効果を損なわない程度少量の共重合成分（ｃ）を加えることができる。加えることができる共重合成分（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、アルコキシカルボン酸、および、ステアリルアルコール、ベンジルアルコール、ステアリン酸、ベヘン酸、安息香酸、ｔ−ブチル安息香酸、ベンゾイル安息香酸などの単官能成分、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などが挙げられる。
【００１４】
＜ポリエステルの製造＞
本発明に係るポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分（Ａ）、ジオール成分（Ｂ）、および、要すれば共重合体成分（ｃ）を共存させ、エステル化反応またはエステル交換反応させ、引き続いて重縮合反応を遂行することにより製造することができる。エステル化反応またはエステル交換反応は、ジカルボン酸成分（Ａ）、ジオール成分（Ｂ）、および、要すれば共重合体成分（ｃ）を共存させ、攪拌機および留出管を備えたエステル化反応槽に仕込み、触媒を加え、不活性ガス雰囲気下、常圧または減圧下で攪拌しつつ、反応により生じた水分などの副生成物を反応系から留去しながら、反応を遂行させることにより行う。使用する原料の比率、すなわち、ジカルボン酸成分（Ａ）の合計モル（ａ’）に対するジオール成分（Ｂ）の合計モル（ｂ’）のモル比｛（ａ’）／（ｂ’）の比率｝は、通常１．０〜２．０とするのが好ましい。
【００１５】
エステル化反応またはエステル交換反応、引き続いての重縮合反応において十分な反応速度を得るためには、触媒を使用するのが好ましい。触媒としては、通常、エステル化反応またはエステル交換反応に使用される触媒であれば特に限定されず、例えば、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。また必要に応じて、ナトリウム、リチウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属の化合物類を添加することもできる。
【００１６】
チタン化合物は、エステル化反応またはエステル交換反応、続いて行われる重縮合反応の両反応において活性が高いので、好ましい。チタン化合物の具体例としては、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、これらの有機チタネートの加水分解物、チタン（オキシ）アセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンビス（アンモニウムラクテイト）ジヒドロキシド、ポリヒドロキシチタンステアレート、チタンラクテート、ブチルチタネートダイマー、酸化チタン、チタニア／シリカ複合酸化物などが挙げられる。ゲルマニウム化合物は、色調の良好なポリエステル樹脂が得やすいので、好ましい。ゲルマニウム化合物の具体例としては、酸化ゲルマニウムや塩化ゲルマニウムなどの無機ゲルマニウム化合物、テトラアルコキシゲルマニウムなどの有機ゲルマニウム化合物が挙げられる。価格や入手の容易さなどから、酸化ゲルマニウム、テトラエトキシゲルマニウム、およびテトラブトキシゲルマニウムなどが好ましく、特に、酸化ゲルマニウムおよびそのアルコール溶液、水溶液が好ましい。触媒は、２種類以上を併用してもよく、また、必要に応じ、上記触媒にさらに、マグネシウム化合物やリン化合物などを組合せて使用することもできる。
【００１７】
触媒の使用量は、生成するポリエステ樹脂に対し、通常、５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの範囲で選ばれる。中でも好ましいのは、１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍである。エステル化反応またはエステル交換反応の触媒は、そのまま重縮合反応触媒としても使用することもできる。反応温度は、触媒の種類、その使用量などによるが、通常、１５０℃〜３００℃の範囲で選ばれ、好ましくは１８０℃〜２５０℃の範囲である。反応時間は、触媒の種類、その使用量、反応温度などによるが、通常、１０分〜１０時間の範囲とされで選ばれ、好ましくは３０分〜５時間の範囲である。エステル化反応またはエステル交換反応終了時の反応率は、９０％〜１００％である。ここで、反応率とは、反応系に仕込んだ全カルボン酸成分に対する、反応によりエステル化反応またはエステル交換されたカルボン酸成分の比を百分率で表す。
【００１８】
重縮合反応は、エステル化反応またはエステル交換反応終了後の反応液を、攪拌機、留出管、温度計、圧力計および減圧付加装置などを備えた重縮合槽に移送し、これに必要に応じ、触媒を加え、重縮合槽内を徐々に減圧にしながら反応を進行させることにより行う。十分な反応速度を得るために触媒を使用するのが好ましい。触媒としては、通常、重縮合反応使に使用される触媒であれば特に限定されず、上記のエステル化反応またはエステル交換反応において使用可能なものとして例示した触媒を、そのまま重縮合反応触媒として使用することができる。また、好ましい触媒についても上記したものと同じである。重縮合反応で新たに触媒を使用する場合、その使用量は、生成するポリエステル樹脂に対し、通常５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの範囲で選ばれ、好ましくは１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲とされる。
【００１９】
重縮合反応は、反応槽内を徐々に減圧にしながら遂行する。反応槽内の圧力は、大気圧雰囲気下から最終的には１ＫＰａ以下に調節し、特に反応終期の圧力を０．５ＫＰａ以下とするのが好ましい。反応温度は、触媒の種類、その使用量などによるが、上記のエステル化反応またはエステル交換反応終了時の温度〜３００℃の範囲、好ましくは、反応終了時の温度〜２７５℃の範囲で選ぶものとする。反応時間は、触媒の種類、その使用量、反応温度などによるが、通常、１０分〜１０時間の範囲内で選ばれ、好ましくは３０分〜５時間とされる。なお、エステル化反応槽に減圧付加装置を備えた一つの槽内で、エステル化反応またはエステル交換反応と、重縮合反応を行うことができる。さらに、これらエステル化反応、エステル交換反応、重縮合反応などは、回分方式、連続方式のいずれの方式でも遂行できる。
【００２０】
重縮合反応終了後は、反応槽から反応生成物を取り出すと、目的とするポリエステル樹脂が得られる。通常は、反応槽底部からポリエステル樹脂をストランド状にして抜き出し、ストランドを水冷しながら切断し、外観がペレット状のポリエステル樹脂とする。得られたポリエステル樹脂の固有粘度は、通常、０．４〜１．５ｄｌ／ｇの範囲とされる。固有粘度が０．４ｄｌ／ｇ未満の場合は、これを原料として溶融成形してフィルムなどの成形品とすると、その機械的強度が十分でなく、１．５ｄｌ／ｇより大きい場合は、溶融時の流動性が低下し成形性に劣り成形品にし難くなるので、いずれも好ましくない。固有粘度の好ましい範囲は、０．５〜１．４ｄｌ／ｇである。なお、こうして得られた外観がペレット状のポリエステル樹脂は、さらに必要に応じ、固相重合に付してもよい。固相重合は、公知の方法により行うことができる。得られたポリエステル樹脂のＹｅｌｌｏｗｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｅｘ（ＹＩ値）は、通常、−１０ 〜３０の範囲が好ましく、ＹＩ値が３０ 以上であると黄味が強く、この樹脂を用いて成形品を製造したときの成形品も黄味が強くなり、好ましくない。ＹＩ値のより好ましい範囲は、−５〜１８の範囲である。
【００２１】
得られたポリエステル樹脂の固有複屈折は、好ましくは０.０８以下である。固有複屈折が０．０８以上であると、光学用部品中を光が透過する際、振動面の向きにより通過速度の差が大きくなるため、通過後の像が２重になり、光学材料として不適当である。固有複屈折は、０.０６以下がより好ましい。また、得られたポリエステル樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は７０℃〜１８０℃の範囲である。ガラス転移温度（Ｔｇ）が７０℃未満であると、これを原料とするフィルムなどの光学用部品の耐熱性が劣り、１８０℃超えるとフィルムに延伸するとき延伸むらが起きやすく、いずれも好ましくない。ガラス転移温度（Ｔｇ）のより好ましい範囲は、１００〜１６０℃である。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。なお、以下の例で使用して原料樹脂の特性値は、次に記載の方法により測定した。
【００２３】
（１）固有粘度（ｄｌ／ｇ）：ポリエステル樹脂試料０．５ｇ
を、フェノール／ テトラクロロエタン（重量比１／１）の混合液を溶媒として、１１０℃の温度で、３０分間で溶解させ、濃度（ｃ）が１．０ｇ／ｄｌの溶液を調製した。この溶液を、３０℃ の温度で、ウベローデ型粘度計を使用して、溶媒のみ（ｃ＝０）に対する相対粘度（η r e l ）を測定した。この相対粘度（η r e l ）−１を比粘度（η r e l ）とし、濃度（ｃ）との比（η r e l ／ｃ）を算出した。同様にして濃度（ｃ） を０．５ｇ／ｄｌ 、０．２ｇ／ｄｌ 、０．１ｇ／ｄｌとして、それぞれの比（ηs p ／ｃ）を算出し、これらの値より、濃度（ｃ）を０に外挿したときの（ηs p ／ｃ）を固有粘度（ｄｌ／ｇ）とした。
【００２４】
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）：示差走査熱量計（セイコーインスチルメンツ社製、型式：ＤＳＣ２２０）を使用し、窒素気流下、室温から、速度２０℃／ｍｉｎで３００℃
まで昇温し、その後、室温まで速度２０℃ ／ｍｉｎで冷却し、再び、室温から速度２０℃／ｍｉｎで３００℃ まで昇温した時の再昇温過程において、最初にベースラインが階段状に変化する箇所における最大傾斜を示す温度を、ガラス転移点（Ｔｇ）とした。
【００２５】
（３）ＹＩ値（Ｙｅｌｌｏｗｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ）：ＪＩＳ Ｋ７１０３に準拠し、得られたポリエステル樹脂のペレット状試料を、内径３６ｍｍ 、深さ１５ｍｍの円柱状の粉体測色用セルにすりきり充填し、光電色彩計（日本電色工業社製、型式：ＺＥ−２０００）を使用して、反射法により三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを測定し、ＹＩ（黄色度）は次式、すなわち、ＹＩ＝１００（１．２８Ｘ−１．０６Ｚ）／Ｙ、によって計算でした。なお、三刺激値の測定は、測定セルを９０度ずつ回転させて４箇所測定した値の単純平均値である。
【００２６】
（４）固有複屈折：Ｈｅ−Ｎｅレーザー、偏光子、補償板、検光子、光検出器からなる複屈折測定装置と、振動型粘弾性測定装置とを組合せた装置（レオロジー社製、型式：ＤＶＥ−３）を使用して測定した｛測定方法の詳細は、日本レオロジー学会誌、Ｖｏｌ．１９，ｐ９３〜９７（１９９１）参照｝。
温度８０℃で５時間真空乾燥したポリエステル樹脂の試料４．０ｇを、幅８ｃｍ、長さ８ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの枠を使用して、熱プレス機によって熱プレス温度２５０℃で、予熱１分、圧力２０Ｐａの条件で１分間加圧した後、熱プレス機から枠ごと取り出し、水管冷却式プレスによって圧力２０Ｐａで３分間加圧冷却し、シートを作製した。得られたシートから幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍに試料を切り出し、粘弾性測定装置（レオロジー社製、型式：ＤＶＥ−３）に固定し、複素弾性率Ｅ*を測定した。同時に、照射されたレーザー光を偏光子、試料、補償板、検光子の順に通し、光検出器（フォトダイオード）で検知し、ロックインアンプを通して、角周波数ωまたは２ωの波形について、その振幅とひずみに対する位相差を求め、ひずみ光学係数O*を求めた。このとき、偏光子と検光子の方向は直交し、またそれぞれ、試料の伸長方向に対してπ／４の角度をなすように調整した。
【００２７】
次いで、限られた測定周波数のデータ（１〜１３０Hz）から広い周波数のデータへ換算するために、時間温度換算則に準拠して、周波数に対するＥ*およびＯ*のマスターカーブを描いた。ここで、複素弾性率E*および複素ひずみ光学係数O*は、次式、すなわち、Ｅ*(ω)＝Ｅ’(ω)＋ｉＥ”(ω)、Ｏ*(ω)＝Ｏ’(ω)＋ｉＯ”(ω)、によって表すことができるので、これより、周波数に対するＥ’、Ｅ”およびＯ’、Ｏ”のマスターカーブを描いた。修正応力光学則（ＭＳＯＲ）に準拠すると、応力-光学係数CRは、次式、すなわち、CR＝Ｏ’（ω＝０）/Ｅ’（ω＝０）、で算出し、固有複屈折Δn0は、次式、すなわち、Δn0＝５・CR*E’R(ω＝∞)／３、により算出できる｛詳細は、高分子論文集、Ｖｏｌ．５３，ｐ６０２〜６１３（１９９６）参照｝。
【００２８】
［実施例１］
攪拌機、留出管、温度計、圧力計、および、減圧装置を装備した容量４５０ｍｌの反応器に、１，４−ＣＨＤＡ７５．８６ｇ（０．４４０６ｍｏｌ）、１，４−ＣＨＤＭ３２．７７ｇ(０．２２７２ｍｏｌ)、ペンタシクロペンタデカンジメチロール（ＰＣＰＤＤＭ）５７．８０ｇ（０．２２０３ｍｏｌ）、および、テトラ−ｎ−ブチルチタネートの６重量％ブタノール溶液０．１７８ｇ（得られるポリエステル樹脂に対してチタンとして１０重量ｐｐｍ）とを仕込んだ。反応器空間を窒素ガスで置換したあと、窒素ガス気流下、油浴中で１５０℃ まで加熱し、反応器内温を３０分かけて１８０℃ まで昇温し、その後２時間にわたって１８０℃ に保持した。このあと、内温を６０分かけて２２０℃に昇温し、この温度でエステル化反応を行った。続いて、反応物を９０分かけて２２０℃ から２５０℃ に昇温させながら徐々に反応器内を減圧にし、重縮合反応を行った。さらに、反応器内圧力を０．１Ｋｐａ、反応温度を２５０℃ に保ち、所定の粘度（０．５Ｎ／５０ｒｐｍ）になるまで反応を継続した。反応後反応器内を窒素ガスで複圧し、得られたポリエステル樹脂を、反応器底部からストランド状にして水中に抜き出し、ペレット状にした。表−１に、エステル化反応の際のカルボン酸成分、ジオール成分の種類、仕込みモル数、触媒の種類、その量、重縮合反応時間などを記載した。なお、表−１における重縮合時間は、減圧開始から反応終了までの時間とした。反応終了は、反応槽内の圧力が常圧になった時点とした。得られたポリエステル樹脂の固有粘度、ガラス転移温度（Ｔｇ）、色調（ＹＩ値）、固有複屈折などを、前記した方法で測定し、その結果を表−２に示した。
【００２９】
［実施例２］
実施例１に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡの量を８８．３３ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を６７．８０ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を１３．４６ｇに、それぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３０】
［実施例３］
実施例１に記載の例おいて、１，４−ＣＨＤＡの量を６５．４６ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を３．５７ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を９４．７７ｇに、それぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３１】
［実施例４］
実施例１に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡの量を６４．４８ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を０ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を９９．７４ｇに、それぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３２】
［実施例５］
実施例１に記載の例において、テトラ−ｎ−ブチルチタネートの６重量％ブタノール溶液０．１７８ｇの代わりに、二酸化ゲルマニウム１重量％水溶液を１０.８ｇと変更し、かつ、この触媒液をエステル化反応終了後に添加するように変更したほかは、同例におけると同様の手順で、エステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３３】
［実施例６］
実施例１に記載の例において、テトラ−ｎ−ブチルチタネートの６重量％ブタノール溶液の量を、０．８９ｇ（得られるポリエステル樹脂に対してチタンとして５０重量ｐｐｍ）に変更したほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３４】
［実施例７］
実施例６に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡ量７５．８６ｇの１０モル％を、テレフタル酸（７．３０ｇ）で置換したほかは（１，４−ＣＨＤＡの仕込み量は６８．２８ｇとなる）、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３５】
［実施例８］
実施例６に記載の例において、ＰＣＰＤＤＭをＴＣＤＤＭ５１．０８ｇに代えたほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３６】
［比較例１］
実施例６に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡの量を９２．１２ｇに、１，４−ＣＨＤＭの量を７９．０７ｇに、ＰＣＰＤＤＭの量を０にそれぞれ変更したほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３７】
［比較例２］
実施例７に記載の例において、１，４−ＣＨＤＡ量７５．８６ｇの３０モル％を、テレフタル酸（２１．９６ｇ）で置換したほかは（１，４−ＣＨＤＡ量の仕込み量は５３．１０ｇとなる）、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３８】
［比較例３］
実施例７に記載の例において、１，４ＣＨＤＡ量を０とし、全量テレフタル酸量を７３．１９ｇ（全ジカルボン酸の１００モル％）に変更したほかは、同例におけると同様の手順でエステル化反応、重縮合反応を行った。得られたポリエステル樹脂を、同例におけると同様の手順でペレット化し、同様の手順で各種特性を測定し、その結果を表−２に示した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
［注］表−１における略号は、次の意味である。
ＣＨＤＡ：１，４−シクロヘキサンジカルボン酸（トランス／シス：９５／５）
ＴＰＡ ：テレフタル酸
ＰＣＰＤＤＭ：ペンタシクロペンタデカンジメタノール
ＴＣＤＤＭ：トリシクロデカンジメタノール
ＣＨＤＭ：１，４−シクロヘキサンジメタノール
ＴＢＴ ：テトラブチルチタネート
Ｇｅ ：二酸化ゲルマニウム
＊脂肪族カルボン酸のモル％は、全ジカルボン酸成分（Ａ）に対するモル％を意味する。
＊一般式（Ｉ）のジオールのモル％は、全ジオール成分（Ｂ）に対するモル％を意味する。
＊触媒の量（ｐｐｍ）は、得られるポリエステル樹脂中のチタンとしての重量（ｐｐｍ）を意味する。ただし、Ｇｅはポリエステル樹脂中のゲルマニウムとしての重量（ｐｐｍ）を意味する。
【００４１】
【表２】
【００４２】
表−１および表−２より、次のことが明らかとなる。
１．ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）の双方が、ともに請求項１で規定する要件を満たす実施例のポリエステル樹脂は、耐熱性が高く、固有複屈折率が小さく、光学部品製造用材料として優れている（実施例１〜実施例８参照）。
２．他方、ジカルボン酸成分（Ａ）は請求項１の要件を満たすが、一般式（Ｉ）で表されるジオール成分（Ｂ）を含まないポリエステル樹脂は耐熱性が劣り、実用性に問題がある（比較例１参照）。
３．ジオール成分（Ｂ）は請求項１の要件を満たすが、ジカルボン酸成分（Ａ）が請求項１で規定する要件を満たさないものは、実施例のものより固有複屈折率が大きく、光学部品製造用材料としては使用できない（比較例２、比較例３参照）。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るポリエステル樹脂は、透明性、耐熱性、耐光性などに優れ、かつ、屈折率が高く、固有複屈折および吸水率が小さく、各種光学レンズ、位相差フィルムのような各種光学フィルム、光ファイバー、光ディスク基板などの光学部品製造用材料として有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）とを反応させてなるポリエステル樹脂において、ジカルボン酸成分（Ａ）の８５モル％以上が、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であり、ジオール成分（Ｂ）が、一般式（Ｉ）で表されるトリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールを含むものである、ことを特徴とするポリエステル樹脂。
【化１】
｛一般式（Ｉ）式において、ｎは１または２、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のヒドロキシアルキレン基であり、同一でも異なっていてもよい。｝
【請求項２】
ジオール成分（Ｂ）が、主としてペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールである、請求項１に記載のポリエステル樹脂。
【請求項３】
脂肪族ジカルボン酸が、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸である、請求項１または請求項２に記載のポリエステル樹脂。
【請求項１】
ジカルボン酸成分（Ａ）とジオール成分（Ｂ）とを反応させてなるポリエステル樹脂において、ジカルボン酸成分（Ａ）の８５モル％以上が、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体であり、ジオール成分（Ｂ）が、一般式（Ｉ）で表されるトリシクロデカンまたはペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールを含むものである、ことを特徴とするポリエステル樹脂。
【化１】
｛一般式（Ｉ）式において、ｎは１または２、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のヒドロキシアルキレン基であり、同一でも異なっていてもよい。｝
【請求項２】
ジオール成分（Ｂ）が、主としてペンタシクロペンタデカン骨格を有するジオールである、請求項１に記載のポリエステル樹脂。
【請求項３】
脂肪族ジカルボン酸が、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸である、請求項１または請求項２に記載のポリエステル樹脂。
【公開番号】特開２００７−２３８８５６（Ｐ２００７−２３８８５６Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６５８１９（Ｐ２００６−６５８１９）
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
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