JP3556785B2 - Lactone polymerization method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラクトンの重合方法に関する。本発明方法によれば重合時間が短縮化され、臭気が無く、ゲル物がなく、色相の改善された、酸価の低い、耐加水分解性を有する高品質のラクトン重合体が得られる。
ポリラクトン樹脂は、環境に放置される可能性が高く、生分解性を必要とする用途、粘着剤、接着剤、硬化成形体材料、ポリマー可塑剤、ポリアミド樹脂改質剤、相溶化剤、塗料、アルカリ水分散性バインダー、インキおよび医療用途等広範囲に利用できる。特に、ポリ−ε−カプロラクトン樹脂は高い結晶性を有するため室温では比較的高い硬度を有し、かつ、結晶融点が比較的低い(50〜60℃)という特性を有するため倍力操作用物体、プラスチック製粘土などに利用され、また、医療用ギブス、スプリント剤、放射線照射用フェイス用マスク、あるいは、かつらの型取り材など人体各部の形取りを行い、人体にフィットさせるような用途に対しては最適の材料として上記以外の用途にも幅広く用いられている。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
一般的には、ポリラクトン樹脂は活性水素を有する開始剤および触媒の存在下にラクトンを120〜220℃に加熱撹拌し開環重合することによって得られる。あるいは、ω−オキシカルボン酸を触媒の存在下に120〜220℃で脱水縮合してもポリラクトン樹脂を得ることができる。特に、数平均分子量が10,000〜200,000の高分子量で分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が2以下のポリラクトン樹脂を得るためには、開始剤として少量のグリコールを用い、触媒の存在下に120〜220℃で開環重合する方法が適している。なぜなら、ω−オキシカルボン酸の脱水縮合方法では、上記のような高分子量で分子量分布の狭いポリラクトン樹脂は、実用的に得られない。また、開始剤として、モノマー中の水分を利用する場合は、末端にカルボキシル基(−COOH)が生成し、後述するように耐加水分解性が劣る欠点があるばかりか、重合系にカルボン酸が存在する場合には、ラクトンモノマーの開環重合を阻害し、重合速度が著しく低減する。また、上記方法で製造されたポリラクトン樹脂は、臭気が強く、着色やゲル物の生成等品質的に大きな問題があった。
【0003】
一方、一般に線状ポリエステルに共通な問題として耐加水分解性に劣るということがある。
また、数平均分子量10,000〜200,000の高分子量物を得ようとする場合には、特に、系中の水分を低減することが望ましいが、完全に除去することは不可能であり、水から開始したラクトン重合体の分子末端に−COOHが残存するポリマーが副生することは避けがたい。
この−COOHが残存することによりポリエステルに共通の加水分解性がさらに助長され、経時的な重合度低下を引き起こすことになる。このため生分解性用途、医療用ギブス、スプリント材、型取り材などの用途において、板状または棒状の材料の状態で貯蔵中に重合度低下を引き起こし使用に堪え難いほど劣化する場合があった。
【0004】
これらの劣化対策として従来よりポリエステル樹脂の加水分解防止に酸キャッチャーとしてのエポキシ化合物の添加、熱安定剤としてのリン化合物の添加など種々の方法が講じられている。
しかしながら、これらのものはポリラクトン樹脂に対しては加水分解防止効果は充分でなく前記用途に対しては効果が少ない。
このようにポリエステルの加水分解が起きると、たとえば、前記のような板状の材料を用いてかつらの型取りを行う場合、板状の材料を加温して軟化させ、頭部に押し当てようとしてもタレが起こり短い距離の移動もさせることが出来ず、また、たとえなんとか頭部に押し当てても垂れてしまうため全く作業が出来ないというトラブルになることもあった。また、医療用スプリント剤として使用するときは厚さ3ミリ程度のシートを60〜70℃の温水中に浸漬して結晶を融解させてから空気中で人肌程度の温度まで冷却後人体患部に巻きつけて作業するわけであるが、重合度の低下したシートを用いた場合には、融解シートの溶融弾性が不足しているためシートの垂れ下がりの現象が現れ、患部に旨く巻きつける事が困難になるばかりでなく、硬化後のシートの強度も低下しているため、使用中にクラックを生ずる場合がある。また、重合度低下を起こしたシートの場合は厚みむらなどのため見かけも悪くなる。従来はこの様な加水分解による劣化が起きないうちに使用してしまうように在庫管理を厳密に行うことによりトラブルが起きるのを避けてきた。しかしながら、これでは本質的な問題解決策にはならず、特に、輸送日数を要する輸出などの場合には、在庫許容日数が無くなり厳密な在庫管理は不可能となる。
【0005】
ポリラクトン樹脂の加水分解防止に酸キャンチーとしてカルボジイミドを添加することも提案されている(特開昭50−160362号公報、特開昭59−129253号公報、特開昭61−241354号公報)。
【0006】
しかしながら、純度の低いカルボジイミドを使用した場合、かえって、着色や臭気の問題が発生し、樹脂にカルボジイミドを添加し耐加水分解性を改善しても用途によっては使用できない場合が多かった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決するために鋭意検討した結果、ラクトンの重合反応を精製された高純度のカルボジイミドの共存下に行うことにより、系中の無機酸や有機酸および微量存在する水から開環したラクトンモノマー末端に生成するカルボキシル基を迅速に無害化することにより、重合反応速度が大幅に速くなり、かつ、得られるポリラクトン樹脂の機械的特性などを損なうことなく、耐加水分解性が大幅に向上し、ゲル物もなく着色や臭気の問題も解消されることを見いだし、本発明を完成した。
【0008】
すなわち本発明は、ラクトンを開始剤、触媒および有効成分の純度95%以上のカルボジイミドの存在下に重合させことを特徴とするラクトンの重合方法を提供するものである。また、本発明は該カルボジイミドが一般式:R−(−N=C=N−)n−R’(R、R’は炭素数1〜24の炭化水素基であり、R’はRと同一でも異なってもよく、RおよびR’で共に環を形成してもよい。nは1以上の任意の整数である。)で表される化合物であることを特徴とする前記ラクトンの重合方法を提供するものである。また、本発明は該カルボジイミドがN,N’−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドであることを特徴とする前記ラクトンの重合方法を提供するものである。また、本発明は該ラクトン100重量部に対し該カルボジイミドを0.05〜2重量部を用いることを特徴とする前記ラクトンの重合方法を提供するものである。また、本発明は該ラクトンがε−カプロラクトンであることを特徴とする前記ラクトンの重合方法を提供するものである。また、本発明は該触媒がスズ化合物および/またはチタン化合物であることを特徴とする前記ラクトンの重合方法を提供するものである。また、本発明は該触媒がモノブチルスズ化合物および/またはジブチルスズ化合物であることを特徴とする前記ラクトンの重合方法を提供するものである。さらに、本発明は触媒がモノブチルスズオキサイドおよび/またはモノブチルスズトリス(2−エチルヘキサノエート)であることを特徴とする前記ラクトンの重合方法を提供するものである。以下、詳細に本発明を説明する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるラクトンとしては、ε−カプロラクトン、4−メチルカプロラクトン等のメチル化カプロラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、エナントラクトンおよびこれら2種以上の混合物が挙げられるが、中でも工業的に最も有益なε−カプロカクトンが好ましく用いられる。本発明に用いるラクトンにはオキシカルボン酸などのポリラクトン形成性誘導体も含むものとする。具体的にはγ−オキシ酪酸、ω−オキシカプロン酸などが挙げられる。
【0010】
本発明に用いられる開始剤としては、水以外の活性水素を有する化合物であればいずれでもよいが、好適な開始剤としては、アルコールおよびグリコールが挙げられ、高分子量ポリラクトン樹脂を製造する場合には、グリコールが特に好ましい。例えば、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、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどを挙げることができる。開始剤の種類や量は製造するポリラクトン樹脂の用途により決められる。
【0011】
本発明の触媒としては、一般的な開環付加重合触媒が使用される。具体的には無機塩基、無機酸、有機アルカリ金属触媒、スズ化合物、チタン化合物、アルミニウム化合物、亜鉛化合物、モリブデン化合物およびジルコニウム化合物等が例示できる。なかでも、取扱い易さ、低毒性、反応性、無着色性、耐安定性等のバランスからスズ化合物、チタン化合物が好ましく用いられる。好適には、スズ化合物としては、具体的にはオクチル酸第一スズ、モノブチルスズオキシド、モノブチルスズトリス(2−エチルヘキサノエート)等のモノブチルスズ化合物、ジブチルスズオキシド、ジイソブチルスズオキシド、ジブチルスズジアセテート、ジ−n−ブチルスズジラウレート等のジブチルスズ化合物、またはチタン化合物としては、具体的にはテトラメチルチタネート、テトラエチルチタネート、テトラn−プロピルチタネート、テトラ−イソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等が挙げられる。これらは各単独であるいは混合して使用することができる。なかでもモノブチルスズオキシド、モノブチルスズトリス(2−エチルヘキサノエート)などのモノブチルスズ化合物が高純度のカルボジイミドとの混合により、ラクトンモノマーの開環重合反応が著しく促進されるため好ましく用いられる。
【0012】
カルボジイミド共存下では反応速度が著しく速くなるので触媒量は通常より少なくてもよく、触媒量は用いる原料100重量部に対して0.0001〜0.1重量部、好ましくは0.0002〜0.05重量部、更に好ましくは0.0005〜0.02重量部である。上記触媒量が0.0001重量部を下回る場合には、ラクトン単量体の重合速度が遅く、逆に0.1重量部を上回る場合には、得られたラクトン重合体に着色が生じたり、熱安定性が低下することがあるため好ましくない。本発明においては、上述したように触媒量が少なくて済むので得られるポリラクトン樹脂中の残存触媒量も通常より少なく、貯蔵中の分解もそれだけ少なくなり、長期保存安定性も改善されることが期待される。
【0013】
本発明に用いるカルボジイミドは公知の方法により適当な触媒の存在下に有機イソシアネートを加熱し脱炭酸反応で製造でき、好適な有機イシアネートとしてはシクロヘキシルイソシアネート、2,6−ジイソプロピルシクロヘキシルイソシアネート、フエニルイソシアネート、トリルイソシアネート、3,5−ジイソプロピルフエニルイソシアネート,フニレンジイソシアネート、トリレン−2,4−ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(フエニルイソシアネート)、ジプロルフエニレンジイソシアネート、1,3−ジイソプロピルフエニレン−2,4−ジイソシアネート、2,4,5−トリイソプロピルフエニレン−1,3−ジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)などが挙げられる。カルボジイミドとしては一般式 R−(−N=C=N−)n−R’(R、R’は炭素数1〜24の炭化水素基であり、R’はRと同一でも異なってもよい。またRおよびR’で共に環を形成してもよい。nは1以上の任意の整数である。)で表される化合物が好ましく、具体的な例としてはN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−ビス(2,6−ジイソプロピルシクロヘキシル)カルボジイミド、N,N’−ビス(3,5−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドなどが挙げられる。中でもN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドがε−カプロラクトンの重合には好適である。
【0014】
用いるカルボジイミドの有効成分の純度は95%以上であることが好ましい。有効成分の純度が95%以下では得られるポリラクトン樹脂に着色したり、臭気の問題が発生し、好ましくない。用いるカルボジイミドの量はポリラクトン樹脂に添加する場合より少なくても良く、ラクトン100重量部に対して0.05〜2重量部、好ましくは0.05〜1重量部である。用いるカルボジイミドの量が少なすぎると−COOH基の封鎖が十分でないため加水分解防止効果が乏しく、逆に多すぎても効果は変わりなく、逆に着色の問題も再発するため好ましくない。
【0015】
重合温度としては、50〜250℃であるが、好ましくは100〜220℃、更に好ましくは150〜200℃の範囲である。50℃を下回る場合には、ラクトン単量体の重合速度が遅く、逆に250℃を上回る場合には、ラクトン重合体の熱分解反応が発生し、着色したり、分解物が生成するため好ましくない。
本発明においては、前述したように触媒とカルボジイミドの共存下に重合反応を行うため、反応が促進されるので反応温度も低くして実施できる。したがって、分解物の生成が抑えられるので、得られるポリラクトン樹脂の長期保存安定性も改善されると期待される。
【0016】
本発明の重合方法により得られるポリラクトン樹脂の数平均分子量は、通常300〜200,000の範囲である。
なお、上記数平均分子量は、公知の数平均分子量の測定方法を用いることにより測定でき、特に、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いる方法が最も簡便で好ましく用いられる。
【0017】
以下、本発明のラクトンの重合方法を更に詳細に説明する。
先述した本発明のラクトンの重合方法における反応装置としては、公知の反応装置を問題なく使用できる。
具体的には攪拌羽根式バッチ型反応装置、半連続および連続式反応装置、ニーダー型混練機、押出機等のスクリュー型混練機、スタティクミキサー型反応装置およびこれらを連続的に連結した反応装置などが挙げられる。
【0018】
また本発明の重合方法において、原料に含有される水分量は0.5重量%以下、好ましくは0.1重量%以下、更に好ましくは0.05重量%以下とすることが望ましい。
原料に含有される水分量が0.5重量%を上回ると、水分からのラクトン単量体の付加重合が起こり、カルボジイミドが消費され、ついには耐加水分解性の改良効果が無くなるため、好ましくない。更に本発明の重合方法において、任意の希釈溶媒や安定剤等の添加剤を混合することも支障なく実施できる。
【0019】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0020】
(実施例1)
撹拌機、温度計、窒素導入管およびコンデンサーを備えた20リットルの重合機に、ε−カプロラクトン(水分0.01%)10kg、開始剤としてジエチレングリコール10g、触媒としてモノブチルスズオキシド0.1gおよびビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミド(ラシッヒ社製、スタビライザー7000、純度100%)20gを仕込み、窒素ガスを吹き込みながら温度160℃で撹拌した。
6時間後、系中に残存するε−カプロラクトンモノマー量が、0.2モル%になったことを確認し、サンプリングし、上記サンプリング樹脂のGPC測定による標準ポリスチレン換算数平均分子量、分子量分布値(Mw/Mn)、酸価、MI(メルトフローインデックス)、色相(固形分30%キシレン溶液 JIS K1557のAPHA値)を表−1にまとめて記載した。
重合機に窒素圧を約2気圧かけ、ポリラクトン系樹脂をストランドに引き、水槽で冷却させペレッティングした。ペレットは40℃オーブン中で5時間乾燥した。
上記ペレットを用い、厚み100μmのフィルムに成形した。東洋精機(株)製、ラボプラストミル30C150で溶融した樹脂(200℃)をT−ダイ成形機に送り、幅15cm、厚み100μmのフィルムとし、引張速度10m/分で巻き取った。 得られたフィルムの臭気を4段階で評価し、フィルム中のフィッシュアイの個数およびフィルムのGPC測定、酸価(固形分5重量%となるようにアセトンに溶解し0.1N−NaOH標準液による滴定で測定)、MI(JIS K7210)および色相を測定し、成形前のデータと比較することにより耐加水分解性の評価を行った。
【0021】
(実施例2)
実施例1と同じ重合機および同じ仕込組成において、ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドの添加時期を変更する仕込操作を実施した。
重合機に、ε−カプロラクトン(水分0.01%)10kg、開始剤としてジエチレングリコール10g、触媒としてモノブチルスズオキシド0.1gを仕込み、160℃に撹拌しながら昇温した。昇温から5分後にビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミド(ラシッヒ社製、スタビライザー7000、純度100%)20gを仕込み、窒素ガスを吹き込みながら温度160℃で撹拌した。160℃昇温直後から4時間後、残存、残存するε−カプロラクトンモノマー量が0.2モル%になったことを確認した。その後は実施例1と同様に行った。結果を表−1に示す。
【0022】
(比較例1)
実施例1と同じ重合機を用い、ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミドを添加しないこと以外は全て同じ仕込組成、反応条件下で重合を行った。この系では、重合速度が遅く、160℃昇温直後から20時間後にようやく残存モノマー量が0.7%に達した。結果を表−1に示す。
【0023】
(比較例2)
実施例1と同じ重合機を用い、ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミド(バイエル社製、スタバックゾール、純度91%)を添加した系で、実施例1と同じ仕込組成、反応条件下で重合を行った。重合は、160℃昇温直後から7間後、残存モノマー量が0.4%に達した。結果を表−1に示す。
【0024】
(比較例3)
比較例1で得られたペレット100重量部に対し、ビス(2,6−ジイソプロピルフエニル)カルボジイミド(スタビライザー7000、純度100%)0.2重量部を配合し、実施例1と同様の条件下でフィルム成形を行った。結果を表−1に示す。
【0025】
なお、実施例および比較例で得たポリラクトン樹脂の総合評価は使用可・・〇、やや劣るが使用可・・△、使用不可・・×とした。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば反応速度が速くなるため、触媒を減量でき、耐加水分解防止剤のカルボジイミドの使用量も少なくて済むため原料原単位の点で有利であり、得られるポリラクトン樹脂は色相、臭気の点で問題がなく、酸価が低く、耐加水分解性に優れ、長期保存安定性も期待でき、生分解性用途、医療用途粘着剤をはじめ、接着剤、硬化成形体材料、ポリマー可塑剤、ポリアミド樹脂改質剤、相溶化剤、塗料、アルカリ水分散性、バインダー、インキ等広範囲に利用できる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for polymerizing a lactone. According to the method of the present invention, a high-quality lactone polymer having a reduced acid value, a low acid value, and a hydrolysis resistance, which has a short polymerization time, has no odor, has no gel, and has an improved hue.
Polylactone resins are highly likely to be left in the environment and are required to be biodegradable, adhesives, adhesives, cured molded materials, polymer plasticizers, polyamide resin modifiers, compatibilizers, paints, It can be widely used for alkaline water dispersible binders, inks and medical applications. In particular, since the poly-ε-caprolactone resin has high crystallinity, it has a relatively high hardness at room temperature, and has a characteristic that the crystal melting point is relatively low (50 to 60 ° C.). It is used for plastic clay, etc., and it is used for shaping various parts of the human body such as medical casts, splinting agents, radiation irradiation face masks, or wig molding materials to fit the human body Is widely used as an optimal material in applications other than the above.
[0002]
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention]
Generally, a polylactone resin is obtained by subjecting a lactone to a ring-opening polymerization by heating and stirring at 120 to 220 ° C. in the presence of an initiator having an active hydrogen and a catalyst. Alternatively, a polylactone resin can be obtained by dehydrating and condensing ω-oxycarboxylic acid at 120 to 220 ° C. in the presence of a catalyst. In particular, in order to obtain a polylactone resin having a number average molecular weight of 10,000 to 200,000 and a molecular weight distribution (weight average molecular weight / number average molecular weight) of 2 or less, a small amount of glycol is used as an initiator and a catalyst is used. The method of performing ring-opening polymerization at 120 to 220 ° C. in the presence of is suitable. This is because, in the dehydration-condensation method of ω-oxycarboxylic acid, a polylactone resin having a high molecular weight and a narrow molecular weight distribution as described above cannot be practically obtained. When water in a monomer is used as an initiator, a carboxyl group (—COOH) is generated at a terminal, which has a disadvantage that hydrolysis resistance is inferior as described later, and a carboxylic acid is contained in a polymerization system. When present, it inhibits the ring opening polymerization of the lactone monomer and significantly reduces the polymerization rate. In addition, the polylactone resin produced by the above method has a strong odor and has a serious problem in quality such as coloring and formation of a gel.
[0003]
On the other hand, a problem common to linear polyesters is that they have poor hydrolysis resistance.
In addition, when it is desired to obtain a high molecular weight product having a number average molecular weight of 10,000 to 200,000, it is particularly desirable to reduce the water content in the system, but it is impossible to completely remove the water. It is inevitable that a polymer in which -COOH remains at the molecular terminal of the lactone polymer starting from water is by-produced.
The remaining -COOH further promotes the common hydrolyzability of the polyester, and causes the degree of polymerization to decrease with time. For this reason, in applications such as biodegradable applications, medical casts, splint materials, and molding materials, the degree of polymerization may be reduced during storage in the form of a plate-like or rod-like material, and the material may be deteriorated so that it cannot be used. .
[0004]
As a countermeasure against these deteriorations, various methods have conventionally been taken to prevent hydrolysis of the polyester resin, such as addition of an epoxy compound as an acid catcher and addition of a phosphorus compound as a heat stabilizer.
However, these compounds do not have a sufficient hydrolysis-preventing effect on polylactone resins and have little effect on the above-mentioned applications.
When the hydrolysis of the polyester occurs in this manner, for example, when the wig is molded using the above-described plate-like material, the plate-like material is heated and softened, and pressed against the head. Even so, there was a problem that sagging occurred and it was not possible to move for a short distance, and even if you pressed it against the head somehow, you could not work at all because it drooped. Also, when used as a medical splint, a sheet about 3 mm thick is immersed in warm water at 60-70 ° C to melt the crystals, and then cooled to the temperature of human skin in the air and then applied to the affected area of the human body. The work is done by winding, but when using a sheet with a reduced degree of polymerization, the melted sheet has insufficient melt elasticity, causing the sheet to hang down, making it difficult to wrap it around the affected part. In addition, the strength of the cured sheet is also reduced, so that cracks may occur during use. Further, in the case of a sheet in which the degree of polymerization has been reduced, the appearance becomes poor due to uneven thickness. Conventionally, troubles have been avoided by strictly controlling the inventory so that the product is used before such deterioration due to hydrolysis occurs. However, this is not an essential solution to the problem, and in particular, in the case of exports that require days for transportation, the number of days allowed for inventory is lost, and strict inventory management becomes impossible.
[0005]
It has also been proposed to add carbodiimide as an acid carboxylate to prevent hydrolysis of the polylactone resin (JP-A-50-160362, JP-A-59-129253, JP-A-61-241354).
[0006]
However, when a carbodiimide of low purity is used, problems such as coloring and odor occur, and even if carbodiimide is added to the resin to improve the hydrolysis resistance, it cannot be used in many applications.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, by performing the polymerization reaction of lactone in the presence of purified high-purity carbodiimide, the inorganic acid or organic acid in the system and water present in trace amounts are present. By rapidly detoxifying the carboxyl groups generated at the ring-opened lactone monomer terminals, the polymerization reaction rate is greatly increased, and the hydrolysis resistance is maintained without impairing the mechanical properties of the resulting polylactone resin. The present invention was found to be greatly improved, and it was found that there was no gel substance and the problems of coloring and odor were solved, and the present invention was completed.
[0008]
That is, the present invention provides a method for polymerizing a lactone, which comprises polymerizing a lactone in the presence of an initiator, a catalyst and a carbodiimide having a purity of 95% or more of an active ingredient. Further, in the present invention, the carbodiimide has a general formula: R-(-N = C = N-) n-R '(R and R' are hydrocarbon groups having 1 to 24 carbon atoms, and R 'is the same as R. And R and R ′ may form a ring together. N is an integer of 1 or more.) To provide. The present invention also provides a method for polymerizing the lactone, wherein the carbodiimide is N, N'-bis (2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide. The present invention also provides a method for polymerizing the lactone, wherein the carbodiimide is used in an amount of 0.05 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the lactone. The present invention also provides a method for polymerizing the lactone, wherein the lactone is ε-caprolactone. The present invention also provides a method for polymerizing the lactone, wherein the catalyst is a tin compound and / or a titanium compound. The present invention also provides a method for polymerizing the lactone, wherein the catalyst is a monobutyltin compound and / or a dibutyltin compound. Furthermore, the present invention provides a method for polymerizing the lactone, wherein the catalyst is monobutyltin oxide and / or monobutyltin tris (2-ethylhexanoate). Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Examples of the lactone used in the present invention include methylated caprolactone such as ε-caprolactone and 4-methylcaprolactone, β-propiolactone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone, enantholactone, and a mixture of two or more of these. Among them, ε-caprolactone, which is most useful industrially, is preferably used. The lactone used in the present invention includes a polylactone-forming derivative such as oxycarboxylic acid. Specific examples include γ-oxybutyric acid and ω-oxycaproic acid.
[0010]
The initiator used in the present invention may be any compound having an active hydrogen other than water.Suitable initiators include alcohols and glycols, and when producing a high molecular weight polylactone resin, And glycol are particularly preferred. For example, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,3-butylene glycol, diethylene glycol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol and the like can be mentioned. The type and amount of the initiator are determined depending on the use of the polylactone resin to be produced.
[0011]
As the catalyst of the present invention, a general ring-opening addition polymerization catalyst is used. Specific examples include inorganic bases, inorganic acids, organic alkali metal catalysts, tin compounds, titanium compounds, aluminum compounds, zinc compounds, molybdenum compounds, zirconium compounds, and the like. Among them, tin compounds and titanium compounds are preferably used in terms of balance between ease of handling, low toxicity, reactivity, non-coloring property, and stability. Preferably, the tin compound is specifically a stannous octylate, a monobutyltin compound such as monobutyltin oxide, monobutyltin tris (2-ethylhexanoate), dibutyltin oxide, diisobutyltin oxide, dibutyltin diacetate Specific examples of the dibutyltin compound such as di-n-butyltin dilaurate or the titanium compound include tetramethyl titanate, tetraethyl titanate, tetra n-propyl titanate, tetra-isopropyl titanate, and tetrabutyl titanate. These can be used alone or in combination. Among them, monobutyltin compounds such as monobutyltin oxide and monobutyltin tris (2-ethylhexanoate) are preferably used because mixing with high-purity carbodiimide significantly promotes the ring-opening polymerization reaction of the lactone monomer.
[0012]
In the presence of carbodiimide, the reaction rate is significantly increased, so the amount of the catalyst may be lower than usual. The amount of the catalyst is 0.0001 to 0.1 part by weight, preferably 0.0002 to 0.1 part by weight, per 100 parts by weight of the raw material used. 05 parts by weight, more preferably 0.0005 to 0.02 parts by weight. When the amount of the catalyst is less than 0.0001 part by weight, the polymerization rate of the lactone monomer is low, and when it is more than 0.1 part by weight, the obtained lactone polymer is colored or It is not preferable because thermal stability may be reduced. In the present invention, it is expected that the amount of the catalyst in the obtained polylactone resin is smaller than usual because the amount of the catalyst is small as described above, the decomposition during storage is also reduced, and the long-term storage stability is also improved. Is done.
[0013]
The carbodiimide used in the present invention can be produced by a known method by decarboxylation by heating an organic isocyanate in the presence of a suitable catalyst in the presence of a suitable catalyst. Preferred organic isocyanates include cyclohexyl isocyanate, 2,6-diisopropylcyclohexyl isocyanate, phenyl isocyanate Tolyl isocyanate, 3,5-diisopropylphenyl isocyanate, phenylene diisocyanate, tolylene-2,4-diisocyanate, tolylene-2,6-diisocyanate, 4,4′-methylenebis (phenyl isocyanate), diprolephenylene diisocyanate, 1,3-diisopropylphenylene-2,4-diisocyanate, 2,4,5-triisopropylphenylene-1,3-diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 4,4'-methylenebis (cyclohexyl isocyanate) and the like. The carbodiimide has a general formula R-(-N = C = N-) n-R '(R and R' are hydrocarbon groups having 1 to 24 carbon atoms, and R 'may be the same as or different from R. R and R 'may form a ring together. N is any integer of 1 or more.), And specific examples include N, N'-dicyclohexylcarbodiimide, N , N'-bis (2,6-diisopropylcyclohexyl) carbodiimide, N, N'-bis (3,5-diisopropylphenyl) carbodiimide and the like. Among them, N, N′-dicyclohexylcarbodiimide and N, N′-bis (2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide are suitable for the polymerization of ε-caprolactone.
[0014]
It is preferable that the purity of the active ingredient of the carbodiimide used is 95% or more. If the purity of the active ingredient is 95% or less, the resulting polylactone resin is undesirably colored or has a problem of odor. The amount of the carbodiimide used may be smaller than when it is added to the polylactone resin, and is 0.05 to 2 parts by weight, preferably 0.05 to 1 part by weight, per 100 parts by weight of the lactone. If the amount of carbodiimide used is too small, the blocking effect of the -COOH group is not sufficient, so that the effect of preventing hydrolysis is poor. Conversely, if the amount is too large, the effect does not change, and the problem of coloring recurs.
[0015]
The polymerization temperature is from 50 to 250 ° C, preferably from 100 to 220 ° C, and more preferably from 150 to 200 ° C. When the temperature is lower than 50 ° C., the polymerization rate of the lactone monomer is low. On the other hand, when the temperature is higher than 250 ° C., a thermal decomposition reaction of the lactone polymer occurs, and the lactone polymer is preferably colored or decomposed. Absent.
In the present invention, since the polymerization reaction is carried out in the coexistence of the catalyst and the carbodiimide as described above, the reaction is accelerated, so that the reaction can be carried out at a low temperature. Therefore, since the generation of decomposition products is suppressed, it is expected that the long-term storage stability of the obtained polylactone resin is also improved.
[0016]
The number average molecular weight of the polylactone resin obtained by the polymerization method of the present invention is usually in the range of 300 to 200,000.
The number average molecular weight can be measured by using a known method for measuring the number average molecular weight. In particular, a method using gel permeation chromatography (GPC) is most simply and preferably used.
[0017]
Hereinafter, the lactone polymerization method of the present invention will be described in more detail.
As the reaction device in the lactone polymerization method of the present invention described above, a known reaction device can be used without any problem.
Specifically, a stirring blade type batch type reactor, a semi-continuous and continuous type reactor, a kneader type kneader, a screw type kneader such as an extruder, a static mixer type reactor and a reactor in which these are continuously connected. And the like.
[0018]
In the polymerization method of the present invention, the amount of water contained in the raw material is preferably 0.5% by weight or less, preferably 0.1% by weight or less, and more preferably 0.05% by weight or less.
If the amount of water contained in the raw material exceeds 0.5% by weight, addition polymerization of the lactone monomer from water occurs, carbodiimide is consumed, and the effect of improving the hydrolysis resistance is lost, which is not preferable. . Further, in the polymerization method of the present invention, it is possible to mix any additives such as a diluting solvent and a stabilizer without any trouble.
[0019]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
[0020]
(Example 1)
In a 20-liter polymerization machine equipped with a stirrer, thermometer, nitrogen inlet tube and condenser, 10 kg of ε-caprolactone (0.01% water), 10 g of diethylene glycol as an initiator, 0.1 g of monobutyltin oxide as a catalyst and bis ( 20 g of 2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide (manufactured by Raschig, Stabilizer 7000, purity 100%) was charged, and the mixture was stirred at a temperature of 160 ° C. while blowing nitrogen gas.
After 6 hours, it was confirmed that the amount of ε-caprolactone monomer remaining in the system had reached 0.2 mol%, and the sample was sampled, and the sampled resin was subjected to GPC measurement to obtain a number average molecular weight in terms of standard polystyrene and a molecular weight distribution value ( Mw / Mn), acid value, MI (melt flow index), and hue (APHA value of JIS K1557 of 30% solid content xylene solution) are summarized in Table 1.
A nitrogen pressure was applied to the polymerization machine at about 2 atm, the polylactone resin was drawn into a strand, cooled in a water bath, and pelletized. The pellet was dried in a 40 ° C. oven for 5 hours.
Using the above pellets, a film having a thickness of 100 μm was formed. The resin (200 ° C.) melted by Labo Plastomill 30C150, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., was sent to a T-die molding machine to form a film having a width of 15 cm and a thickness of 100 μm, and was wound at a pulling speed of 10 m / min. The odor of the obtained film was evaluated in four steps, the number of fish eyes in the film and the GPC measurement of the film, and the acid value (dissolved in acetone so as to have a solid content of 5% by weight and dissolved in 0.1N-NaOH standard solution) Measurement by titration), MI (JIS K7210) and hue were measured, and the hydrolysis resistance was evaluated by comparing with the data before molding.
[0021]
(Example 2)
In the same polymerization machine and the same charge composition as in Example 1, a charge operation of changing the addition time of bis (2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide was performed.
10 kg of ε-caprolactone (water content: 0.01%), 10 g of diethylene glycol as an initiator, and 0.1 g of monobutyltin oxide as a catalyst were charged into a polymerization machine, and the temperature was raised while stirring at 160 ° C. Five minutes after the temperature rise, 20 g of bis (2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide (manufactured by Raschig, Stabilizer 7000, purity: 100%) was charged, and the mixture was stirred at a temperature of 160 ° C. while blowing nitrogen gas. After 4 hours from immediately after the temperature was raised to 160 ° C., it was confirmed that the amount of the remaining and remaining ε-caprolactone monomer was 0.2 mol%. Thereafter, the same procedure as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
[0022]
(Comparative Example 1)
Using the same polymerization machine as in Example 1, polymerization was carried out under the same charge composition and reaction conditions except that bis (2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide was not added. In this system, the polymerization rate was slow, and the amount of residual monomer reached 0.7% only 20 hours after the temperature was raised immediately at 160 ° C. The results are shown in Table 1.
[0023]
(Comparative Example 2)
Using the same polymerization machine as in Example 1, but adding bis (2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide (manufactured by Bayer, Stabacol, purity 91%), using the same charge composition and reaction conditions as in Example 1. The polymerization was carried out. In the polymerization, the amount of the residual monomer reached 0.4% after 7 minutes from immediately after the temperature was raised to 160 ° C. The results are shown in Table 1.
[0024]
(Comparative Example 3)
To 100 parts by weight of the pellet obtained in Comparative Example 1, 0.2 part by weight of bis (2,6-diisopropylphenyl) carbodiimide (Stabilizer 7000, purity 100%) was blended, and the same conditions as in Example 1 were used. Was used to form a film. The results are shown in Table 1.
[0025]
The overall evaluation of the polylactone resins obtained in the examples and comparative examples was evaluated as usable: .DELTA., Slightly inferior but usable, .DELTA.
[0026]
[Table 1]
[0027]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the reaction rate is increased, the catalyst can be reduced, and the amount of carbodiimide used as the hydrolysis inhibitor can be reduced. The polylactone resin has no problems in terms of hue and odor, has a low acid value, has excellent hydrolysis resistance, and can be expected to have long-term storage stability. It can be widely used for molding materials, polymer plasticizers, polyamide resin modifiers, compatibilizers, paints, alkaline water dispersibility, binders, inks, and the like.
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