説明

共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート

【課題】 ポリマーの共重合成分を導入しつつも、ポリエチレンナフタレートの有するガラス転移温度などの耐熱性を保持しつつ、オリゴマー量の少ないPENの提供。
【解決手段】 下記構造式(I)で示されるフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分が共重合された共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート。
【化1】

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、共重合されたポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートに関する。
【背景技術】
【0002】
ポリエチレン−2,6−ナフタレート(以下、PENと称することがある。)やポリエチレンテレフタレート(以下、PETと称することがある。)は、少量ながらオリゴマーといわれる低分子量物、具体的にはポリマーの繰返し単位の1〜5量体などを含有する。このオリゴマーが存在すると、機械的特性や耐熱性が損なわれたり、またポリマー中からオリゴマーが析出して成形装置を汚染し、工程を不安定化したり、得られる成形品の品位を損なったりする。特に、PENは、PETに比べて分子鎖が剛直でガラス転移温度が高いなど、より高度の機械的特性や耐熱性などが求められる分野で適用しやすいことから、オリゴマーの低減はよりいっそう強く求められてきている。
【0003】
オリゴマーを抑制するには、一般には重合条件の適正化、固相重合の採用、ポリマー中からの抽出除去などが挙げられる。しかしながら、重合条件の適正化には自ずと限界があり、固相重合や抽出などは、さらにそれらの工程が別途必要となり、根本的な解決ではなかった。
【0004】
ところで、特開2005−82564号公報(特許文献1)や特開2005−15442号公報では、耐熱性の高い縮合系高分子の中間材料として、4,4’−(9−フルオレニリデン)−ビス安息香酸およびそのエステル形成誘導体が挙げられている。
【特許文献1】特開2005−82564号公報
【特許文献2】特開2005−15442号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、固相重合などを用いなくても、ポリマー中のオリゴマーが少なく、耐熱性も高度に有するポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは上記課題を解決しようと鋭意研究した結果、4,4−(9−フルオレニリデン)−ビス安息香酸をPENに共重合したとき、PENの持つ高いガラス転移温度を損なうことなく、ポリマー中のオリゴマー量を抑制できることを見出し、本発明に到達した。
【0007】
かくして本発明によれば、下記構造式(I)
【化1】

で示されるフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分が共重合された共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートが提供され、さらに本発明の好ましい態様として、固有粘度が0.40dl/g以上であること、共重合の割合が、全酸成分を基準として、0.01〜10モル%の範囲であること、ガラス転移温度が、115℃以上であることの少なくともいずれかを具備する共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートも提供される。
【発明の効果】
【0008】
本発明の共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートは、前述の構造式(I)で示される4,4−(9−フルオレニリデン)−ビス安息香酸(以下、BBAFと称することがある。)成分が共重合されていることから、重合反応中に副生されるオリゴマーが少なく、しかも共重合でありながらガラス転移温度も高いままに維持されており、繊維、フィルムおよびボトルなどの各種成形用材料として好適に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明を詳述する。
本発明の共重合PENは、上記構造式(I)で示されるBBAFもしくはそのエステル形成性誘導体などを原料として、PENにBBAF成分を共重合したものである。そして、PEN樹脂に上記BBAF成分を共重合することで、PENのガラス転移温度などの特性を維持もしくは高めつつ、副生されるオリゴマーを抑えたのが本発明である。なぜ、オリゴマーが抑制されるのかは定かではないが、PENのオリゴマーの多くは、3つのエチレンナフタレート単位が連結した環状オリゴマー(3量体)であり、BBAF成分のような構造的に障害となる成分がPEN中に組み込まれることで、その生成を抑制しているのではないかと考えられる。
【0010】
なお、ここでいうエステル形成性誘導体とは、特に制限されないが、通常炭素数1〜3のアルキル基が付加した、例えばBBAFのジメチルエステル、ジエチルエステルまたはジプロピルエステルなどが挙げられる。
【0011】
本発明における、共重合されたBBAF成分の割合の下限は、全酸成分を基準として、0.01モル%以上、さらに0.1モル%以上、特に0.5モル%以上であることが好ましい。下限未満では、オリゴマーの抑制効果が乏しくなりやすい。一方、共重合されたBBAF成分の割合の上限については、目的に応じて適宜選択すればよく、例えば透明性が重要で結晶性などが必要ない場合は、90モル%以下の範囲で好適に採用でき、ガラス転移温度だけでなく機械的強度などポリマーに結晶性が必要な場合は、10モル%以下、さらに5モル%、特に2モル%以下の範囲であることが好ましい。
【0012】
PENにBBAFもしくはそのエステル形成性誘導体を共重合する方法としては、オリゴマーの抑制を行いやすい点から、PENの重合工程において、特にエステル化反応もしくはエステル交換反応の際に、BBAFもしくはそのエステル形成性誘導体を反応系に添加して、エステル化反応もしくはエステル交換反応を進め、その後重縮合反応を行うのが好ましい。なお、エステル化反応を経由する場合は、BBAFが好ましく、エステル交換反応を経由する場合は、BBAFのエステル形成性誘導体が好ましい。
【0013】
本発明の共重合PENは、オルトクロロフェノール中で35℃の雰囲気下で測定した固有粘度が0.40dl/g以上、さらに0.50dl/g以上、特に0.55dl/g以上であることが、成形品にしたときに優れた機械的特性を具備でき、また成形性にも優れることから好ましい。なお、固有粘度の上限は特に制限されないが、1.0dl/g以下、さらに0.8dl/g以下であることが好ましい。このような固有粘度は、上述の重縮合反応工程によって調整でき、さらに必要なら固相重合を併用しても良い。なお、固相重合は、PEN樹脂組成物をチップ状態にして、減圧下で加熱することによって行なわれるので、この固相重合工程において、特に共重合したチップほど融着が進行して、その後の工程を不安定化しやすくなる。しかし、本発明の共重合PEN樹脂組成物は、前述の通り共重合していないPENと同等かそれ以上のガラス転移温度を有することから、融着が起こりにくく、共重合体でありながら固相重合も好適に行なうことができるという利点もある。なお固相重合する場合は、前述の共重合割合を10モル%以下、さらに5モル%以下、特に2モル%以下にするのが、固相重合工程でのポリマーの融着をさらに抑制できることから好ましい。
【0014】
本発明の共重合PENのガラス転移温度は、通常の共重合していないPENが118℃程度であることから、115℃以上、さらに118℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度が下限未満では、PENの持つ優れた耐熱性を発現するガラス転移温度が低すぎて、不十分となることがある。このようなガラス転移温度は、PENにBBAF成分を共重合し、それ以外の第3成分を共重合しないか、極力少量にすることなどで調整できる。
【0015】
本発明の共重合PENは、本発明の目的を損なわない範囲で、BBAF以外の共重合成分を共重合しても良い。BBAF以外の共重合成分としては、例えばジカルボン酸成分として例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、5−ナトリウムジカルボン酸を、またグリコール成分としては、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオールなどのアルキレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどを上げることができる。
【0016】
本発明の共重合PENは、成形品の取扱い性などを考慮し、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、無機粒子や有機粒子などの不活性粒子、その他の各種添加剤、例えば可塑剤、耐候剤、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、増白剤、着色剤、導電剤などを添加して、共重合PEN樹脂組成物として使用できる。また、本発明の目的を損なわない範囲で、PEN以外のポリマーを少量、例えば20質量%以下、好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下の範囲で混合しても良い。
【0017】
本発明における不活性粒子の具体例としては、無機粒子では酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタンなどの酸化物、カオリン、クレー、タルク、モンモリロナイトなどの複合酸化物、炭酸カルシウム、炭酸バリウムなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩、チタン酸バリウム、チタン酸カリウムなどのチタン酸塩、リン酸第3カルシウム、リン酸第2カルシウム、リン酸第1カルシウムナなどのリン酸塩などを挙げることができ、有機粒子ではポリスチレン粒子、架橋ポリスチレン粒子、スチレン・アクリル系粒子、アクリル系架橋粒子、スチレン・メタクリル系粒子及びメタクリル系架橋粒子などのビニル系粒子、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレンなどの粒子を挙げることができる。これらの不活性粒子は、用途、目的に応じて、1種だけなく、2種以上を併用してもよく、またその粒径、配合量、形状などは適宜調整される。
【実施例】
【0018】
以下、本発明の一例である実施例に基づいて更に具体的に説明する。なお、実施例中の各特性の測定および評価は、以下の通りである。なお、実施例中の「部」および「%」は、特に断らない限り、「質量部」および「質量%」を意味する。
(1)共重合PENの固有粘度
オルトクロロフェノール中、35℃で測定した。なお、単位はdl/gである。
(2)共重合PENの熱特性の測定:ガラス転移温度(Tg)、融点(Tm)
ポリエステル樹脂をTA インスツルメント社製DSC2000型のDSCで昇温速度10℃/分で測定した。
(3)共重合成分の定量
樹脂サンプル10mgをNMR5mmΦ試料管に取り、重トリフルオロ酢酸/重クロロホルム=1/1の溶液を高さ4cmまで入れて溶解させて、1H−NMR(日本電子株式会社製 JEOL A−600(600MHz))にて分析し、酸成分のモル比を求め、以下の式より算出した。
BBAF量=(BBAF成分のモル数)/(全酸成分のモル数)
(4)オリゴマーの定量
樹脂10mgをクロロホルム/ヘキサフルオロイソプロパノール(容量比3/2)混液2mlに溶解し、その後クロロホルムを加えて10mlとしてサンプル液とし、キャリアーにクロロホルムを用いたGPC(カラムは東ソー製TSKgel-G2000H87.5mmID×60cmを使用)により、検量線法にて1〜5量体それぞれを定量した。
【0019】
[実施例1]
撹拌装置、精留塔、凝縮器を備えたエステル交換反応器に2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル122部とエチレングリコール62部、酢酸マンガン0.04部を供給した後、180℃〜230℃まで徐々に昇温、生成したメタノールを連続的に反応系外へ留出させながらエステル交換反応を行い、メタノールの留出が終了したのち、230℃にてBBAF2.0部を加え、15分間保持してからリン酸トリメチル0.02部を添加し、さらに5分間反応させた。続いて三酸化アンチモン0.03部を添加し、更に240℃まで昇温させた。こうして得られた反応物に、引き続いてエチレングリコールを連続的に留出させながら295℃まで昇温しつつ最終的に40Paまで減圧する縮重合反応を行ない、固有粘度0.63のPEN樹脂組成物を得た。得られたPEN樹脂組成物は、全酸成分に対し、BBAF共重合成分を1.0mol%含有していた。
【0020】
この縮重合反応は、常圧反応時間が10分、減圧反応時間は前半が1800Pa一定で30分、続いて後半の高真空反応時間が40分であった。
得られたPENチップの特性を表1に示す。
【0021】
[実施例2、3]
共重合成分の量を表1に示すように変更する以外は、実施例1と同様にしてPEN樹脂組成物を得た。得られたPENチップの特性を表1に示す。
【0022】
[実施例4]
BBAFをBBAFのジメチルエステルに、添加量をPEN中の割合が0.5モル%となる量に、さらに添加時期を反応開始前の2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチルと同時期に変更したほかは、実施例1と同様な操作を繰り返した。得られたPENチップの特性を表1に示す。
【0023】
[比較例1]
共重合成分を加えなかった以外は、実施例1と同様な操作を繰り返した。なお、最後の高真空反応時間は50分を要した。得られたPENチップの特性を表1に示す。
【0024】
【表1】

表1中のAはBBAF、BはBBAFのジメチエステルを意味する。
【産業上の利用可能性】
【0025】
本発明の共重合PENはBBAF成分を導入することで、ホモPENの有するガラス転移温度などの特性を保持したまま、オリゴマーを抑制することができ、光学用フィルムやPENボトルなどの低オリゴマー特性の求められるPEN用素材として好適に提供することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記構造式(I)で示されるフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分が共重合されたことを特徴とする共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート。
【化1】

【請求項2】
該フルオレン骨格を有するジカルボン酸成分の共重合割合が、全酸成分を基準として、0.01〜10モル%の範囲である請求項1記載の共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート。
【請求項3】
固有粘度が0.40dl/g以上である請求項1記載の共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート。
【請求項4】
ガラス転移温度が、115℃以上である請求項1記載の共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート。

【公開番号】特開2007−31646(P2007−31646A)
【公開日】平成19年2月8日(2007.2.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−220444(P2005−220444)
【出願日】平成17年7月29日(2005.7.29)
【出願人】(000003001)帝人株式会社 (1,209)
【Fターム(参考)】