JP7737231B2 - Diol compound and polymer thereof, and method for producing the same - Google Patents
Diol compound and polymer thereof, and method for producing the sameInfo
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Description
本発明は、3-ヒドロキシ酪酸(3HBともいう)に由来する骨格を有する新規なジオール化合物、このジオール化合物を重合成分に含む樹脂(重合体)、およびこれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a novel diol compound having a skeleton derived from 3-hydroxybutyric acid (also known as 3HB), a resin (polymer) containing this diol compound as a polymerization component, and a method for producing the same.
環境保全や持続可能な社会の実現などの観点からプラスチック原料の一部または全部のバイオマス化が進められ、バイオベースプラスチックまたは生分解性プラスチックの利用が進んでいる。プラスチックは、人類の生活において必要不可欠な素材であるが、環境中に放出されたプラスチックは、海洋上を漂い、紫外線などにより崩壊、細分化され、直径5mm以下のマイクロプラスチックが生成する。また、このマイクロプラスチックが鳥類、魚類などの生体内に取り込まれると、内分泌かく乱を引き起こすことが懸念されている。 From the perspective of environmental conservation and the realization of a sustainable society, efforts are being made to convert some or all of plastic raw materials into biomass, and the use of bio-based or biodegradable plastics is increasing. Plastic is an essential material in human life, but plastic released into the environment drifts on the ocean and is broken down and fragmented by ultraviolet rays and other factors, producing microplastics with diameters of 5 mm or less. Furthermore, there are concerns that if these microplastics are ingested by the living organisms of birds, fish, and other animals, they may cause endocrine disruption.
近年、上述のマイクロプラスチック問題の解決に向け、例えば、ごみ袋への生分解性の付与が進められている。生分解性プラスチックとしては、ポリ乳酸(PLA)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリカプロラクトン(PCL)などが挙げられる。しかし、これらの生分解性プラスチックは、嫌気条件での生分解性(またはバイオガス化)が低く、海洋中での生分解性が低い。前記生分解性プラスチックは密度が高く海洋中に沈むため、マイクロプラスチック問題の解決には、海洋中などの嫌気条件においても高い生分解性を有するプラスチックの開発が必要である。 In recent years, efforts have been made to address the microplastic problem, such as by adding biodegradability to garbage bags. Examples of biodegradable plastics include polylactic acid (PLA), polyhydroxyalkanoate (PHA), polybutylene succinate (PBS), and polycaprolactone (PCL). However, these biodegradable plastics have low biodegradability (or biogasification) under anaerobic conditions and low biodegradability in the ocean. Because these biodegradable plastics are highly dense and sink in the ocean, solving the microplastic problem requires the development of plastics that are highly biodegradable even in anaerobic conditions, such as those in the ocean.
H.Yagi et al., Polymer Degradation and Stability, 110, (2014), 278-283(非特許文献1)には、各種生分解性ポリエステルの嫌気条件における生分解性が評価されており、PLA、PCL、PBSに比べて、ポリ-3-ヒドロキシ酪酸(PHB)が嫌気条件で高い生分解性を示すことが開示されている。しかし、微生物によって産生(生合成)されるPHBなどのポリ-3-ヒドロキシアルカン酸は、汎用のプラスチック成形体に必要な機械的特性が不足している上に、経済性も低いため、普及が進んでいなかった。 H. Yagi et al., Polymer Degradation and Stability, 110, (2014), 278-283 (Non-Patent Document 1) evaluated the biodegradability of various biodegradable polyesters under anaerobic conditions, and disclosed that poly-3-hydroxybutyrate (PHB) exhibits higher biodegradability under anaerobic conditions than PLA, PCL, and PBS. However, poly-3-hydroxyalkanoates such as PHB, which are produced (biosynthesized) by microorganisms, lack the mechanical properties required for general-purpose plastic molded products and are also economically unviable, so they have not been widely used.
一方、化学合成により3HBを導入した生分解性プラスチックとして、特開2017-025138号公報(特許文献1)には、3-ヒドロキシ酪酸(3HB)単位の割合が、全構成単位に対して1~20モル%である生分解性コポリマーが開示されている。特許文献1には、3HB単位がランダムに導入された生分解性コポリマーが、好気条件下および嫌気条件下において高い生分解性を有することなどが記載されている。 Meanwhile, as a biodegradable plastic into which 3HB has been introduced by chemical synthesis, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2017-025138 (Patent Document 1) discloses a biodegradable copolymer in which the proportion of 3-hydroxybutyric acid (3HB) units is 1 to 20 mol% relative to all constituent units. Patent Document 1 describes, among other things, that biodegradable copolymers into which 3HB units have been randomly introduced exhibit high biodegradability under both aerobic and anaerobic conditions.
特許文献1の実施例では、PBS、PBSAなどを形成するモノマーと、(R)-3HBとを一括で添加し重合して、3HB単位を4.6または8.7モル%の割合で含むコポリエステルを調製しており、その重量平均分子量Mwは5790~6820であったことが記載されている。 In the examples of Patent Document 1, it is described that a copolyester containing 4.6 or 8.7 mol% of 3HB units was prepared by adding monomers that form PBS, PBSA, etc., and (R)-3HB all at once and polymerizing them, and that the weight-average molecular weight Mw was 5790 to 6820.
しかし、特許文献1に記載されている生分解性コポリマーは、モノマーである3HBの反応性が低い上に、熱や酸により容易に分子内脱水が生じて分解されてしまうため、高分子量化が困難であり、機械的特性が不十分な場合がある。 However, the biodegradable copolymer described in Patent Document 1 has low reactivity of the monomer 3HB, and is easily decomposed by intramolecular dehydration caused by heat or acid, making it difficult to increase the molecular weight and resulting in insufficient mechanical properties.
従って、本発明の目的は、化学合成であっても、3HBに由来する骨格を有する高分子量な樹脂を調製可能な新規なジオール化合物、このジオール化合物を重合成分に含む樹脂(重合体)、およびこれらの製造方法を提供することにある。 Accordingly, the object of the present invention is to provide a novel diol compound that can be used to prepare a high-molecular-weight resin having a skeleton derived from 3HB, even through chemical synthesis, a resin (polymer) that contains this diol compound as a polymerization component, and a method for producing these.
本発明の他の目的は、3HBに由来する骨格を有していても、機械的特性に優れ、成形性(または生産性)の高い樹脂を調製可能な新規なジオール化合物、このジオール化合物を重合成分に含む樹脂(重合体)、およびこれらの製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a novel diol compound that can be used to prepare a resin that has excellent mechanical properties and high moldability (or productivity), even though it has a skeleton derived from 3HB; a resin (polymer) that contains this diol compound as a polymerization component; and a method for producing these.
本発明のさらに他の目的は、機械的特性に優れ、かつ生分解性を示す樹脂を調製可能な新規なジオール化合物、このジオール化合物を重合成分に含む樹脂(重合体)、およびこれらの製造方法を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide a novel diol compound that can be used to prepare a resin that has excellent mechanical properties and exhibits biodegradability, a resin (polymer) that contains this diol compound as a polymerization component, and a method for producing these.
3HBなどの3-ヒドロキシアルカン酸(3HA)は、反応性の高いカルボキシル基と反応性の低い第2級アルコールのヒドロキシル基とを有している。そのため、3HAを重合成分(樹脂原料またはモノマー)として用いて樹脂(ポリマー)を合成する場合、前記第2級アルコールのために重合反応が進行し難いだけでなく、前記カルボキシル基のα位の水素原子とβ位のヒドロキシル基(第2級アルコール)との間で、加熱や酸による分子内脱水が生じ易く、分解されてクロトン酸などの不飽和モノカルボン酸になり易いことから、3HA単位を有する高分子量のポリマーを合成することは困難であった。 3-hydroxyalkanoic acids (3HA) such as 3HB contain a highly reactive carboxyl group and a less reactive secondary alcohol hydroxyl group. Therefore, when synthesizing a resin (polymer) using 3HA as a polymerization component (resin raw material or monomer), not only is the polymerization reaction difficult to proceed due to the secondary alcohol, but intramolecular dehydration due to heating or acid is likely to occur between the hydrogen atom at the α-position of the carboxyl group and the hydroxyl group (secondary alcohol) at the β-position, leading to decomposition to unsaturated monocarboxylic acids such as crotonic acid. Therefore, synthesizing a high-molecular-weight polymer containing 3HA units has been difficult.
そこで、本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、3HBのカルボキシル基を所定のジオール(後述する基R1を残基とするジオール)の誘導体と予め反応させて得られたエステル結合を有するジオール化合物(3HB骨格含有ジオール化合物)を重合成分とすると、3HB骨格を含むにもかかわらず高分子量な樹脂を化学合成できることを見いだし、本発明を完成した。 Therefore, the present inventors conducted extensive research to achieve the above-mentioned object, and as a result, they found that by using a diol compound (3HB skeleton-containing diol compound) having an ester bond obtained by previously reacting the carboxyl group of 3HB with a derivative of a specific diol (a diol having a residue of the group R1 described below) as a polymerization component, it is possible to chemically synthesize a high molecular weight resin despite containing a 3HB skeleton, and thus completed the present invention.
すなわち、本発明のジオール化合物は、下記式(1)で表される。 That is, the diol compound of the present invention is represented by the following formula (1):
(式中、R1は2価の基を示し、mは0または1を示す)。 (wherein R 1 represents a divalent group, and m represents 0 or 1).
前記式(1)において、R1は脂肪族ジオール、脂環族ジオール、および芳香族ジオールから選択されたジオールの残基であってもよい。また、mは1であってもよい。前記式(1)において、3-ヒドロキシ酪酸由来の構成単位は、不斉炭素原子の立体配置がR配置である構成単位を少なくとも含んでいてもよい。前記ジオール化合物は、生分解性樹脂の重合成分であってもよい。 In the formula (1), R1 may be a residue of a diol selected from an aliphatic diol, an alicyclic diol, and an aromatic diol. Furthermore, m may be 1. In the formula (1), the structural unit derived from 3-hydroxybutyric acid may include at least a structural unit in which the steric configuration of the asymmetric carbon atom is the R configuration. The diol compound may be a polymerization component of a biodegradable resin.
本発明は、下記式(2)で表される化合物と、3-ヒドロキシ酪酸とを反応させて、前記式(1)で表されるジオール化合物を製造する方法を包含する。 The present invention includes a method for producing a diol compound represented by formula (1) above by reacting a compound represented by formula (2) below with 3-hydroxybutyric acid.
(式中、L1は脱離基を示し、L2は脱離基またはヒドロキシル基を示し、R1は前記式(1)に同じ)。 (wherein L 1 represents a leaving group, L 2 represents a leaving group or a hydroxyl group, and R 1 is the same as in formula (1) above).
前記方法において、3-ヒドロキシ酪酸はR体((R)-3-ヒドロキシ酪酸)を含んでいてもよい。 In the above method, the 3-hydroxybutyric acid may include the R-form ((R)-3-hydroxybutyric acid).
また、本発明は、ジオール成分を重合成分として含む熱可塑性樹脂であって、前記ジオール成分が、前記式(1)で表されるジオール化合物を少なくとも含む熱可塑性樹脂も包含する。前記熱可塑性樹脂において、前記式(1)で表されるジオール化合物に由来する構成単位の割合は、前記ジオール成分に由来する構成単位全体に対して、10~100モル%程度であってもよい。 The present invention also encompasses a thermoplastic resin containing a diol component as a polymerization component, wherein the diol component contains at least a diol compound represented by formula (1). In the thermoplastic resin, the proportion of structural units derived from the diol compound represented by formula (1) may be approximately 10 to 100 mol % relative to all structural units derived from the diol component.
前記重合成分は、さらに、ジイソシアネート成分、ジカルボン酸成分から選択された少なくとも一種を含んでいてもよい。前記ジイソシアネート成分は、脂肪族ジイソシアネート成分、脂環族ジイソシアネート成分、または芳香族ジイソシアネート成分を含んでいてもよく、前記ジカルボン酸成分は、脂肪族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸および芳香族ジカルボン酸から選択される少なくとも一種のジカルボン酸の酸ハロゲン化物または酸無水物を含んでいてもよい。前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、30000程度以上であってもよい。前記熱可塑性樹脂は、生分解性樹脂であってもよい。 The polymerization components may further include at least one selected from a diisocyanate component and a dicarboxylic acid component. The diisocyanate component may include an aliphatic diisocyanate component, an alicyclic diisocyanate component, or an aromatic diisocyanate component, and the dicarboxylic acid component may include an acid halide or anhydride of at least one dicarboxylic acid selected from an aliphatic dicarboxylic acid, an alicyclic dicarboxylic acid, and an aromatic dicarboxylic acid. The weight-average molecular weight of the thermoplastic resin may be approximately 30,000 or more. The thermoplastic resin may be a biodegradable resin.
本発明は、前記式(1)で表されるジオール化合物を少なくとも含む重合成分を重合して、前記熱可塑性樹脂を製造する方法も包含する。この方法において、重合温度は150℃程度以下であってもよい。 The present invention also encompasses a method for producing the thermoplastic resin by polymerizing a polymerization component containing at least a diol compound represented by formula (1). In this method, the polymerization temperature may be approximately 150°C or lower.
また、本発明は、前記式(1)で表されるジオール化合物を少なくとも含む重合成分を重合して、得られる熱可塑性樹脂の生分解性(または酵素分解特性)を向上する方法も包含する。 The present invention also encompasses a method for improving the biodegradability (or enzymatic degradability) of the resulting thermoplastic resin by polymerizing a polymerization component containing at least the diol compound represented by formula (1).
さらに、本発明は、前記熱可塑性樹脂を含む成形体も包含する。前記成形体は、フィルム状であってもよい。 Furthermore, the present invention also encompasses a molded article containing the thermoplastic resin. The molded article may be in the form of a film.
本発明の前記式(1)で表されるジオール化合物(3HBジオールともいう)を重合成分として用いると、化学合成であっても、3HBに由来する骨格を有する樹脂を高い分子量で調製できる。しかも、このような高分子量の樹脂を簡便に(容易にまたは効率よく)調製できる。また、前記樹脂は、3HBに由来する骨格を有していても、機械的特性や成形性(または生産性)に優れている。さらに、前記樹脂は、機械的特性に優れ、かつ生分解性を示すこともできる。特に3HBに由来する骨格は、好気性および嫌気性のいずれの条件下であっても生分解性を示し易い点で有用である。 By using the diol compound (also referred to as 3HB diol) of the present invention represented by formula (1) as a polymerization component, a resin having a 3HB-derived skeleton can be prepared with a high molecular weight, even by chemical synthesis. Moreover, such a high-molecular-weight resin can be prepared simply (easily or efficiently). Furthermore, even though the resin has a 3HB-derived skeleton, it has excellent mechanical properties and moldability (or productivity). Furthermore, the resin has excellent mechanical properties and can also exhibit biodegradability. The 3HB-derived skeleton is particularly useful because it is easily biodegradable under both aerobic and anaerobic conditions.
[式(1)で表される3HB骨格含有ジオール化合物] [3HB skeleton-containing diol compound represented by formula (1)]
(式中、R1は2価の基を示し、mは0または1を示す)。 (wherein R 1 represents a divalent group, and m represents 0 or 1).
前記式(1)において、R1で表される2価の基は、ジオールの残基であってもよく、例えば、脂肪族ジオール、脂環族ジオール、および芳香族ジオールから選択されたジオールの残基などが挙げられる。 In the formula (1), the divalent group represented by R 1 may be a residue of a diol, and examples thereof include residues of a diol selected from an aliphatic diol, an alicyclic diol, and an aromatic diol.
本明細書および特許請求の範囲において、「ジオールの残基」とは、ジオールの化学構造から2つのヒドロキシル基(OH)を除いた2価の基を意味する。すなわち、2価の基R1は、後述する式(3)HO-R1-OHで表されるジオールの残基を意味する。 In this specification and claims, the term "residue of a diol" refers to a divalent group obtained by removing two hydroxyl groups (OH) from the chemical structure of a diol. In other words, the divalent group R 1 refers to a residue of a diol represented by formula (3) HO-R 1 -OH, which will be described later.
脂肪族ジオールとしては、例えば、アルキレングリコール、ポリアルキレングリコールなどが挙げられる。 Examples of aliphatic diols include alkylene glycols and polyalkylene glycols.
アルキレングリコール(またはアルカンジオール)としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、テトラメチレングリコール(または1,4-ブタンジオール)、1,5-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオールなどの直鎖状または分岐鎖状C2-20アルキレングリコール(例えば、直鎖状または分岐鎖状C2-16アルキレングリコールなど)などが挙げられる。 Examples of the alkylene glycol (or alkanediol) include linear or branched C 2-20 alkylene glycols (e.g., linear or branched C 2-16 alkylene glycols), such as ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, tetramethylene glycol (or 1,4-butanediol), 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,6 -hexanediol, 1,8-octanediol, and 1,10-decanediol.
ポリアルキレングリコール(またはポリアルカンジオール)としては、例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどのジないしデカ直鎖状または分岐鎖状C2-20アルキレングリコール(例えば、ジないしデカ直鎖状または分岐鎖状C2-16アルキレングリコールなど)などが挙げられ、好ましくはジないしヘキサ直鎖状または分岐鎖状C2-12アルキレングリコール(例えば、ジないしヘキサ直鎖状または分岐鎖状C2-8アルキレングリコールなど)、さらに好ましくはジないしテトラ直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレングリコール(例えば、ジないしテトラ直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレングリコールなど)などが挙げられる。 Examples of polyalkylene glycols (or polyalkanediols) include diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, and other di- to deca-linear or branched C 2-20 alkylene glycols (e.g., di- to deca-linear or branched C 2-16 alkylene glycols), preferably di- to hexa-linear or branched C 2-12 alkylene glycols (e.g., di- to hexa-linear or branched C 2-8 alkylene glycols), and more preferably di- to tetra-linear or branched C 2-6 alkylene glycols (e.g., di- to tetra-linear or branched C 2-4 alkylene glycols).
脂環族ジオールとしては、例えば、シクロアルカンジオール(例えば、シクロヘキサンジオールなどのC3-12シクロアルカンジオール、好ましくはC4-10シクロアルカンジオール、さらに好ましくはC5-8シクロアルカンジオールなど);ビス(ヒドロキシアルキル)シクロアルカン[例えば、シクロヘキサンジメタノールなどのビス(ヒドロキシC1-6アルキル)C3-12シクロアルカンなど];ビフェノール類またはビスフェノール類の水添物(例えば、ビスフェノールAの水添物など);これらのアルキレンオキシド(または対応するアルキレンカーボネート、ハロアルカノール)付加体[例えば、C2-4アルキレンオキシド付加体、好ましくはエチレンオキシド付加体、プロピレンオキシド付加体などのC2-3アルキレンオキシド付加体など]などの後述する芳香族ジオールに対応する水添物などが挙げられる。 Examples of alicyclic diols include cycloalkanediols (for example, C3-12 cycloalkanediols such as cyclohexanediol, preferably C4-10 cycloalkanediols, more preferably C5-8 cycloalkanediols); bis(hydroxyalkyl)cycloalkanes [for example, bis( hydroxyC1-6 alkyl) C3-12 cycloalkanes such as cyclohexanedimethanol]; hydrogenated biphenols or bisphenols (for example, hydrogenated bisphenol A); and hydrogenated products corresponding to aromatic diols described below, such as alkylene oxide (or corresponding alkylene carbonate, haloalkanol) adducts thereof [for example, C2-4 alkylene oxide adducts, preferably C2-3 alkylene oxide adducts such as ethylene oxide adducts and propylene oxide adducts].
芳香族ジオールとしては、例えば、ジヒドロキシアレーン(例えば、ヒドロキノン、レゾルシノールなどのジヒドロキシC6-14アレーン、好ましくはジヒドロキシC6-10アレーンなど);ビス(ヒドロキシアルキル)アレーン[例えば、ベンゼンジメタノールなどのビス(ヒドロキシC1-6アルキル)C6-14アレーン、好ましくはビス(ヒドロキシC1-4アルキル)C6-10アレーンなど];ビフェノール類(例えば、p,p’-ビフェノールなど);ビスフェノール類(例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールC、ビスフェノールG、ビスフェノールSなど);これらのアルキレンオキシド(または対応するアルキレンカーボネート、ハロアルカノール)付加体[例えば、C2-4アルキレンオキシド付加体、好ましくはエチレンオキシド付加体、プロピレンオキシド付加体などのC2-3アルキレンオキシド付加体など]などが挙げられる。 Examples of aromatic diols include dihydroxyarenes (for example, dihydroxy C 6-14 arenes such as hydroquinone and resorcinol, preferably dihydroxy C 6-10 arenes); bis(hydroxyalkyl)arenes [for example, bis(hydroxy C 1-6 alkyl) C 6-14 arenes such as benzenedimethanol, preferably bis(hydroxy C 1-4 alkyl) C 6-10 arenes]; biphenols (for example, p,p'-biphenol); bisphenols (for example, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol C, bisphenol G, bisphenol S); and alkylene oxide (or corresponding alkylene carbonate, haloalkanol) adducts thereof [for example, C 2-4 alkylene oxide adducts, preferably C 2-3 alkylene oxide adducts such as ethylene oxide adducts and propylene oxide adducts].
これらのR1で表されるジオールの残基のうち、生分解性などの点から、脂肪族ジオールの残基または脂環族ジオールの残基、なかでも脂肪族ジオールの残基が好ましい。好ましい脂肪族ジオールの残基としては、直鎖状または分岐鎖状C2-12アルキレングリコール(例えば、直鎖状または分岐鎖状C2-8アルキレングリコールなど)などのアルキレングリコールの残基、さらに好ましくは直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレングリコール(例えば、直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレングリコールなど)の残基であり、特に好ましくはエチレングリコールなどの直鎖状または分岐鎖状C2-3アルキレングリコールの残基などが挙げられる。 Of these diol residues represented by R1 , aliphatic diol residues or alicyclic diol residues, especially aliphatic diol residues, are preferred from the viewpoint of biodegradability, etc. Preferred aliphatic diol residues are residues of alkylene glycols such as linear or branched C2-12 alkylene glycol (e.g., linear or branched C2-8 alkylene glycol), more preferably linear or branched C2-6 alkylene glycol (e.g., linear or branched C2-4 alkylene glycol), and particularly preferably linear or branched C2-3 alkylene glycol residues such as ethylene glycol.
また、取り扱い性(または生産性)や耐熱性の点からは、脂環族ジオールの残基が好ましい。好ましい脂環族ジオールの残基としては、ビス(ヒドロキシアルキル)シクロアルカンの残基、さらに好ましくはビス(ヒドロキシC1-4アルキル)C4-10シクロアルカンの残基[例えば、ビス(ヒドロキシC1-3アルキル)C5-8シクロアルカン]の残基、特に好ましくはベンゼンジメタノールなどのビス(ヒドロキシC1-2アルキル)C5-8シクロアルカンの残基などが挙げられる。 Furthermore, from the viewpoints of handleability (or productivity) and heat resistance, a residue of an alicyclic diol is preferred. Preferred examples of the residue of an alicyclic diol include a residue of a bis(hydroxyalkyl)cycloalkane, more preferably a residue of a bis( hydroxyC1-4 alkyl) C4-10 cycloalkane [for example, a bis( hydroxyC1-3 alkyl)C5-8 cycloalkane ], and particularly preferably a residue of a bis( hydroxyC1-2 alkyl) C5-8 cycloalkane such as benzenedimethanol.
前記式(1)において、mは0(すなわち、3HBと、R1に対応するジオールとで形成される2量体)または1(すなわち、2つの3HBと、R1に対応するジオールとで形成される3量体)のいずれであってもよく、3HBに由来する骨格(または3HB単位)を樹脂に効率よく導入できる点から、mが1であるのが好ましい。 In the formula (1), m may be either 0 (i.e., a dimer formed from 3HB and a diol corresponding to R1 ) or 1 (i.e., a trimer formed from two 3HBs and a diol corresponding to R1 ), and m is preferably 1 from the viewpoint of efficiently introducing a skeleton derived from 3HB (or a 3HB unit) into the resin.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「3-ヒドロキシ酪酸由来の構成単位」または「3HB単位」とは、3HBのヒドロキシル基から水素原子を除き、かつカルボキシル基からヒドロキシル基を除いた下記式で表される単位(または2価の基)を意味する。 In this specification and claims, "structural unit derived from 3-hydroxybutyric acid" or "3HB unit" refers to a unit (or divalent group) represented by the following formula, obtained by removing a hydrogen atom from the hydroxyl group of 3HB and a hydroxyl group from the carboxyl group:
前記式(1)中の3HB単位の立体配置(不斉炭素原子における立体配置)は、R配置(R体)およびS配置(S体)のいずれであってもよいが、生分解性の観点から、R配置(R体)である3HB単位を少なくとも含むのが好ましい。特に、mが1である場合、2つの3HB単位の立体配置は、互いに同一または異なっていてもよいが、生分解性の観点から、双方ともR配置であるのが好ましい。 The configuration of the 3HB unit in formula (1) (configuration at the asymmetric carbon atom) may be either the R configuration (R isomer) or the S configuration (S isomer), but from the viewpoint of biodegradability, it is preferable to contain at least one 3HB unit in the R configuration (R isomer). In particular, when m is 1, the configurations of the two 3HB units may be the same or different, but from the viewpoint of biodegradability, it is preferable that both are in the R configuration.
代表的な前記式(1)で表されるジオール化合物としては、例えば、mが1であり、R1が脂肪族ジオールの残基である3HBジオール、具体的には、ビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシ)アルカン[例えば、1,2-ビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシ)エタンなどのビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシ)C2-6アルカン、好ましくはビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシ)C2-4アルカンなど]など;mが1であり、R1が脂環族ジオールの残基である3HBジオール、具体的には、ビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシアルキル)シクロアルカン[例えば、1,4-ビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシメチル)シクロヘキサンなどのビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシC1-4アルキル)C5-10シクロアルカン、好ましくはビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシC1-3アルキル)C5-8シクロアルカンなど]などが挙げられる。 Representative examples of the diol compound represented by the formula (1) include 3HB diols in which m is 1 and R 1 is a residue of an aliphatic diol, specifically, bis(3-hydroxybutanoyloxy)alkanes [for example, bis(3-hydroxybutanoyloxy)C 2-6 alkanes such as 1,2-bis(3-hydroxybutanoyloxy)ethane, preferably bis(3-hydroxybutanoyloxy)C 2-4 alkanes]; and 3HB diols in which m is 1 and R 1 is a residue of an alicyclic diol, specifically, bis(3-hydroxybutanoyloxyalkyl)cycloalkanes [for example, bis(3-hydroxybutanoyloxyC 1-4 alkyl)C 5-10 cycloalkanes such as 1,4-bis(3-hydroxybutanoyloxymethyl)cyclohexane, preferably bis(3-hydroxybutanoyloxyC 1-3 alkyl)C 5-8 cycloalkanes ] .
(式(1)で表されるジオール化合物の製造方法)
前記式(1)で表される3HB骨格含有ジオール化合物の製造方法は特に制限されないが、少なくとも下記反応工程(ii)を含んでいればよく、例えば、下記反応工程(i)~(ii)によって製造できる。
(Method for producing diol compound represented by formula (1))
The method for producing the 3HB skeleton-containing diol compound represented by the formula (1) is not particularly limited as long as it includes at least the following reaction step (ii). For example, the compound can be produced by the following reaction steps (i) to (ii):
(式中、L1は脱離基を示し、L2は脱離基またはヒドロキシル基を示し、R1およびmは好ましい態様を含めて前記記載と同じである)。 (wherein L 1 represents a leaving group, L 2 represents a leaving group or a hydroxyl group, and R 1 and m are the same as defined above, including preferred embodiments).
(i)式(2)で表される化合物の調製
前記式(2)で表される化合物は、前記式(3)で表されるジオールの少なくとも一方のヒドロキシル基を脱離基に変換することで調製できる。
(i) Preparation of Compound Represented by Formula (2) The compound represented by formula (2) can be prepared by converting at least one hydroxyl group of the diol represented by formula (3) into a leaving group.
代表的な前記式(3)で表されるジオールとしては、例えば、前記R1の項において例示した脂肪族ジオール、脂環族ジオール、芳香族ジオールなどが挙げられ、好ましくはエチレングリコールなどの脂肪族ジオール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオールなどが挙げられる。 Representative examples of the diol represented by the formula (3) include the aliphatic diols, alicyclic diols, and aromatic diols exemplified in the section on R1 , and preferred examples include aliphatic diols such as ethylene glycol and alicyclic diols such as cyclohexanedimethanol.
L1、L2で表される脱離基としては、例えば、基[-O-SO2-R2](式中、R2は炭化水素基、フッ化炭化水素基、またはフッ素原子を示す。)、ハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、好ましくは臭素原子など)などが挙げられる。これらの脱離基のうち、基[-O-SO2-R2]、臭素原子などのハロゲン原子が好ましい。 Examples of leaving groups represented by L 1 and L 2 include the group [—O—SO 2 —R 2 ] (wherein R 2 represents a hydrocarbon group, a fluorohydrocarbon group, or a fluorine atom), and halogen atoms (for example, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, preferably a bromine atom). Of these leaving groups, the group [—O—SO 2 —R 2 ] and halogen atoms such as a bromine atom are preferred.
基[-O-SO2-R2]において、R2で表される炭化水素基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、これらを二種以上組み合わせた基などが挙げられる。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基などのC1-6アルキル基などが挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などのC5-10シクロアルキル基などが挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基などのC6-12アリール基などが挙げられる。これらを二種以上組み合わせた基としては、アルキルアリール基(例えば、トリル基、キシリル基などのモノないしトリC1-6アルキルC6-10アリール基など)、アラルキル基(例えば、ベンジル基、フェネチル基などのC6-10アリールC1-6アルキル基など)などが挙げられる。 In the group [—O—SO 2 —R 2 ], examples of the hydrocarbon group represented by R 2 include alkyl groups, cycloalkyl groups, aryl groups, and groups combining two or more of these. Examples of alkyl groups include C 1-6 alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, s-butyl, and t-butyl. Examples of cycloalkyl groups include C 5-10 cycloalkyl groups such as cyclopentyl and cyclohexyl. Examples of aryl groups include C 6-12 aryl groups such as phenyl and naphthyl. Examples of groups combining two or more of these groups include alkylaryl groups (for example, mono- to tri-C 1-6 alkyl C 6-10 aryl groups such as tolyl and xylyl), and aralkyl groups (for example, C 6-10 aryl C 1-6 alkyl groups such as benzyl and phenethyl).
基[-O-SO2-R2]において、R2で表されるフッ化炭化水素基としては、炭化水素基の少なくとも1つの水素原子をフッ素原子に置換した基であればよく、特に、全ての水素原子がフッ素原子に置換したパーフルオロ炭化水素基が好ましい。そのため、フッ化炭化水素基としては、例えば、上述したR2で表される炭化水素基の少なくとも1つ(好ましくは全て)の水素原子をフッ素原子に置換した基などが挙げられる。具体的なフッ化炭化水素基としては、例えば、フッ化アルキル基(例えば、トリフルオロメチル基、ノナフルオロブチル基などのC1-6パーフルオロアルキル基など)などが挙げられる。 In the group [-O-SO 2 -R 2 ], the fluorohydrocarbon group represented by R 2 may be any group in which at least one hydrogen atom of a hydrocarbon group has been substituted with a fluorine atom, and a perfluorohydrocarbon group in which all hydrogen atoms have been substituted with fluorine atoms is particularly preferred. Therefore, examples of the fluorohydrocarbon group include groups in which at least one (preferably all) hydrogen atoms of the hydrocarbon group represented by R 2 have been substituted with fluorine atoms. Specific examples of the fluorohydrocarbon group include fluorinated alkyl groups (for example, C 1-6 perfluoroalkyl groups such as trifluoromethyl and nonafluorobutyl).
好ましいR2としては、アルキル基(メチル基などのC1-4アルキル基など)、アリール基(フェニル基などのC6-10アリール基など)、アルキルアリール基(モノないしトリC1-4アルキルC6-10アリール基など)、パーフルオロアルキル基(トリフルオロメチル基、ノナフルオロブチル基などのC1-6パーフルオロアルキル基など)、フッ素原子が挙げられ、さらに好ましくはアルキルアリール基(特に、p-メチルフェニル基(p-トリル基)などのC1-4アルキルC6-10アリール基など)である。 Preferred examples of R2 include alkyl groups (C 1-4 alkyl groups such as methyl groups), aryl groups (C 6-10 aryl groups such as phenyl groups), alkylaryl groups (mono- to tri-C 1-4 alkyl C 6-10 aryl groups), perfluoroalkyl groups (C 1-6 perfluoroalkyl groups such as trifluoromethyl groups and nonafluorobutyl groups), and fluorine atoms, and more preferred are alkylaryl groups (particularly C 1-4 alkyl C 6-10 aryl groups such as p-methylphenyl groups (p-tolyl groups)).
なお、L2が脱離基である場合、L1およびL2で表される脱離基の種類は、互いに異なっていてもよいが、同一であるのが好ましい。 When L 2 is a leaving group, the types of the leaving groups represented by L 1 and L 2 may be different from each other, but are preferably the same.
ヒドロキシル基を脱離基に変換する方法は特に制限されず、脱離基や式(3)で表されるジオールの種類などに応じて慣用の方法を選択してもよく、例えば、L1、L2で表される脱離基がハロゲン原子である場合、このハロゲン原子に対応するハロゲン化剤(例えば、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素などのハロゲン化水素、塩化チオニルなどのハロゲン化チオニル、三塩化リン、三臭化リンなどの三ハロゲン化リン、塩化亜鉛などのハロゲン化亜鉛など)を式(3)で表されるジオールに反応させる方法であってもよく;L1、L2で表される脱離基が基[-O-SO2-R2]である場合、スルホニル化剤[例えば、式X1-SO2-R2(式中、X1はハロゲン原子を示し、R2は好ましい態様を含めて前記に同じ。)で表される化合物、式R2-SO2-O-SO2-R2(式中、R2は好ましい態様を含めて前記に同じ。)で表される化合物など]を式(3)で表されるジオールに反応させる方法であってもよく、通常、前記式(3)で表されるジオールが脂肪族ジオールである場合、前者のハロゲン化剤を反応させる方法がよく利用されるが、市販品などを利用することもできる。また、前記式(3)で表されるジオールが脂環族ジオールである場合、後者のスルホニル化剤を反応させる方法がよく利用される。 The method for converting a hydroxyl group into a leaving group is not particularly limited, and a conventional method may be selected depending on the type of leaving group and the diol represented by formula (3). For example, when the leaving groups represented by L 1 and L 2 are halogen atoms, a method of reacting a halogenating agent corresponding to the halogen atom (for example, hydrogen halides such as hydrogen chloride, hydrogen bromide, and hydrogen iodide; thionyl halides such as thionyl chloride; phosphorus trihalides such as phosphorus trichloride and phosphorus tribromide; zinc halides such as zinc chloride) with the diol represented by formula (3) may be used; when the leaving groups represented by L 1 and L 2 are the group [—O—SO 2 —R 2 ], a sulfonylating agent [for example, a compound represented by the formula X 1 —SO 2 —R 2 (wherein X 1 represents a halogen atom, and R 2 is the same as above, including preferred embodiments), a compound represented by the formula R 2 —SO 2 —O—SO 2 —R 2 (wherein R 2 is the same as above, including preferred embodiments.) with a diol represented by formula (3). Usually, when the diol represented by formula (3) is an aliphatic diol, the former method of reacting with a halogenating agent is often used, but commercially available products can also be used. Furthermore, when the diol represented by formula (3) is an alicyclic diol, the latter method of reacting with a sulfonylating agent is often used.
スルホニル化剤のうち、式X1-SO2-R2で表される化合物が好ましい。式X1-SO2-R2で表される化合物において、ハロゲン原子X1としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、好ましくは塩素原子である。 Among sulfonylating agents, preferred are compounds represented by the formula X 1 —SO 2 —R 2. In the compound represented by the formula X 1 —SO 2 —R 2 , examples of the halogen atom X 1 include a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and preferred is a chlorine atom.
代表的な式X1-SO2-R2で表される化合物としては、例えば、p-トルエンスルホニルクロリド(またはトシルクロリド)、メチルスルホニルクロリド(またはメシルクロリド)などの前記好ましいR2に対応するスルホニルクロリドなどが挙げられる。 Representative compounds represented by the formula X 1 —SO 2 —R 2 include sulfonyl chlorides corresponding to the above-mentioned preferred R 2 , such as p-toluenesulfonyl chloride (or tosyl chloride) and methylsulfonyl chloride (or mesyl chloride).
スルホニル化剤の使用割合は、例えば、式(3)で表されるジオール1モルに対して、例えば0.1~10モル(例えば1~5モル)程度の範囲から選択してもよく、式(2)のL2が脱離基である場合、好ましくは2~4モル、さらに好ましくは2.5~3.5モル程度であってもよい。なお、式(2)のL2がヒドロキシル基である場合、スルホニル化剤の割合は少なくてもよく、例えば、式(3)で表されるジオール1モルに対して0.5~1モル程度であってもよい。 The proportion of the sulfonylating agent used may be selected from the range of, for example, about 0.1 to 10 moles (e.g., 1 to 5 moles) per mole of the diol represented by formula (3), and when L2 in formula (2) is a leaving group, it may be preferably about 2 to 4 moles, more preferably about 2.5 to 3.5 moles. Note that when L2 in formula (2) is a hydroxyl group, the proportion of the sulfonylating agent may be smaller, for example, about 0.5 to 1 mole per mole of the diol represented by formula (3).
式(3)で表されるジオールとスルホニル化剤との反応は、通常、塩基の存在下で反応させる場合が多い。塩基としては、例えば、アミン類などの有機塩基;金属水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物など)、金属炭酸塩または金属炭酸水素塩(例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩など)などの無機塩基などが挙げられる。これらの塩基は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用することもできる。これらの塩基のうち、アミン類などの有機塩基が好ましい。 The reaction between the diol represented by formula (3) and the sulfonylating agent is usually carried out in the presence of a base. Examples of the base include organic bases such as amines; and inorganic bases such as metal hydroxides (e.g., alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide), metal carbonates, and metal hydrogen carbonates (e.g., alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate). These bases can be used alone or in combination. Of these bases, organic bases such as amines are preferred.
アミン類としては、例えば、トリアルキルアミン(例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどのトリC1-6アルキルアミン)、N,N,N’N’-テトラアルキルアルカンジアミン(例えば、N,N,N’N’-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミンなどのN,N,N’N’-テトラC1-6アルキルC2-12アルカンジアミン)、複素環式3級アミン(ピリジンなど)などの第3級アミン類などが挙げられる。 Examples of amines include tertiary amines such as trialkylamines (for example, triC 1-6 alkylamines such as trimethylamine and triethylamine), N,N,N'N'-tetraalkylalkanediamines (for example, N,N,N'N'-tetraC 1-6 alkyl C 2-12 alkanediamines such as N,N,N'N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine), and heterocyclic tertiary amines (for example, pyridine).
これらのアミン類は単独でまたは二種以上組み合わせて使用することもできる。これらのアミン類のうち、トリエチルアミンなどのトリアルキルアミン、N,N,N’N’-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミンなどのN,N,N’N’-テトラアルキルアルカンジアミンが好ましい。 These amines can be used alone or in combination. Of these amines, trialkylamines such as triethylamine and N,N,N'N'-tetraalkylalkanediamines such as N,N,N'N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine are preferred.
アミン類の使用割合は、前記式(3)で表されるジオール1モルに対して、例えば2~10モル、好ましくは2.5~5モル、さらに好ましくは3~3.5モル程度であってもよい。 The proportion of amines used may be, for example, 2 to 10 moles, preferably 2.5 to 5 moles, and more preferably 3 to 3.5 moles per mole of the diol represented by formula (3).
式(3)で表されるジオールとスルホニル化剤との反応は溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、例えば、ニトリル類(アセトニトリルなど)、炭化水素類(トルエンなどの芳香族炭化水素類など)、ハロゲン化炭化水素類(ジクロロメタンなど)などが挙げられる。これらの溶媒は単独でまたは二種以上組み合わせて使用することもできる。これらの溶媒のうち、アセトニトリルなどのニトリル類が好ましい。 The reaction between the diol represented by formula (3) and the sulfonylating agent may be carried out in the presence of a solvent. Examples of solvents include nitriles (e.g., acetonitrile), hydrocarbons (e.g., aromatic hydrocarbons such as toluene), and halogenated hydrocarbons (e.g., dichloromethane). These solvents can be used alone or in combination. Of these solvents, nitriles such as acetonitrile are preferred.
溶媒の割合は特に制限されず、前記式(3)で表されるジオール、スルホニル化剤および塩基の総量100質量部に対して、例えば100~1000質量部程度であってもよい。 The proportion of the solvent is not particularly limited and may be, for example, approximately 100 to 1,000 parts by mass per 100 parts by mass of the total amount of the diol represented by formula (3), the sulfonylating agent, and the base.
式(3)で表されるジオールとスルホニル化剤との反応において、反応温度は、例えば-30℃~30℃、好ましくは-20℃~10℃、さらに好ましくは-5℃~5℃であってもよく、通常、氷冷下で反応させてもよい。反応時間は、例えば1~48時間、好ましくは12~36時間程度であってもよい。 In the reaction between the diol represented by formula (3) and the sulfonylating agent, the reaction temperature may be, for example, -30°C to 30°C, preferably -20°C to 10°C, and more preferably -5°C to 5°C. The reaction may usually be carried out under ice cooling. The reaction time may be, for example, 1 to 48 hours, preferably 12 to 36 hours.
式(3)で表されるジオールとスルホニル化剤との反応は、通常、不活性雰囲気(例えば、窒素ガス;アルゴンガスなどの希ガスなど)中で、攪拌しながら行うことができ、常圧下、加圧下または減圧下で行ってもよい。 The reaction between the diol represented by formula (3) and the sulfonylating agent is typically carried out in an inert atmosphere (e.g., nitrogen gas; a rare gas such as argon gas, etc.) with stirring, and may be carried out under normal pressure, elevated pressure, or reduced pressure.
式(3)で表されるジオールとスルホニル化剤との反応は、通常、式(3)で表されるジオールおよび塩基(および、必要に応じて溶媒)との混合物を低温に保持(例えば氷冷)しつつ、そこへスルホニル化剤(および、必要に応じて溶媒)をゆっくり(例えば0.5~3時間程度かけて)滴下して行ってもよい。 The reaction between the diol represented by formula (3) and the sulfonylating agent can usually be carried out by slowly adding the sulfonylating agent (and, if necessary, the solvent) dropwise (over, for example, about 0.5 to 3 hours) to a mixture of the diol represented by formula (3) and the base (and, if necessary, the solvent) while maintaining the mixture at a low temperature (e.g., ice-cooling).
反応終了後、慣用の方法、例えば、中和、洗浄、脱水、ろ過、吸着、濃縮、抽出、晶析、再沈殿、遠心分離、カラムクロマトグラフィーなどの分離精製手段や、これらを組み合わせた手段により分離精製してもよい。 After the reaction is complete, the product may be separated and purified using conventional methods, such as neutralization, washing, dehydration, filtration, adsorption, concentration, extraction, crystallization, reprecipitation, centrifugation, column chromatography, or a combination of these methods.
(ii)式(1)で表される化合物の調製
前記式(1)で表される化合物は、前記式(2)で表される化合物と3HBとを反応させることで調製できる。なお、前記式(2)のL2が脱離基である場合、式(1)のmが1である化合物(3量体)が調製でき、L2がヒドロキシル基である場合、式(1)のmが0である化合物(2量体)が調製できる。
(ii) Preparation of Compound Represented by Formula (1) The compound represented by formula (1) can be prepared by reacting the compound represented by formula (2) with 3HB. When L2 in formula (2) is a leaving group, a compound (trimer) in which m in formula (1) is 1 can be prepared, and when L2 is a hydroxyl group, a compound (dimer) in which m in formula (1) is 0 can be prepared.
前記式(2)で表される化合物としては、例えば、前記式(3)で表されるジオールのスルホニル化物(例えば、トシル化物、メシル化物、トリフリル化物などの前記脱離基[-O-SO2-R2]に対応する誘導体)、ハロゲン化物などが挙げられ、具体的な前記スルホニル化物としては、1,4-ビス(p-トルエンスルホニルオキシメチル)シクロヘキサンなどの脂環族ジオールのスルホニル化物などが挙げられ;具体的な前記ハロゲン化物としては、1,2-ジブロモエタンなどの脂肪族ジオールのハロゲン化物などが挙げられる。 Examples of the compound represented by formula (2) include sulfonyl compounds of the diol represented by formula (3) (e.g., derivatives corresponding to the leaving group [—O—SO 2 —R 2 ], such as tosyl compounds, mesyl compounds, and triflate compounds), and halides. Specific examples of the sulfonyl compounds include sulfonyl compounds of alicyclic diols such as 1,4-bis(p-toluenesulfonyloxymethyl)cyclohexane; and specific examples of the halides include halides of aliphatic diols such as 1,2-dibromoethane.
反応に用いる3HBは、光学異性体(R体またはS体)であってもよく、ラセミ体であってもよいが、生分解性の観点から、R体((R)-3-ヒドロキシ酪酸)を少なくとも含むのが好ましい。3HB中のR体の割合、すなわち光学純度(または光学異性体過剰率)は、例えば50%e.e.程度以上(例えば80%e.e.以上)、好ましくは90%e.e.以上(例えば95~100%e.e.)、さらに好ましくは98~100%e.e.(例えば99~100%e.e.、特に実質的に100%e.e.)である。光学純度が低すぎると、機械的特性や生分解性が大きく低下するおそれがある。 The 3HB used in the reaction may be an optical isomer (R or S isomer) or a racemate, but from the perspective of biodegradability, it preferably contains at least the R isomer ((R)-3-hydroxybutyric acid). The proportion of the R isomer in 3HB, i.e., the optical purity (or optical isomer excess), is, for example, about 50% e.e. or more (e.g., 80% e.e. or more), preferably 90% e.e. or more (e.g., 95 to 100% e.e.), and more preferably 98 to 100% e.e. (e.g., 99 to 100% e.e., particularly substantially 100% e.e.). If the optical purity is too low, there is a risk of significant deterioration in mechanical properties and biodegradability.
3HBの使用割合は、前記式(2)で表される化合物1モルに対して、例えば1~10モル程度の範囲から選択してもよく、好ましくは2~3モル程度であってもよい。 The proportion of 3HB used may be selected from the range of, for example, approximately 1 to 10 moles, and preferably approximately 2 to 3 moles, per mole of the compound represented by formula (2).
前記式(2)で表される化合物と3HBとの反応は、通常、塩基の存在下で行ってもよい。塩基としては、例えば、前記(i)式(2)で表される化合物の調製の項で例示した塩基などが挙げられる。これらの塩基は単独でまたは二種以上組み合わせて使用することもできる。これらの塩基のうち、無機塩基が好ましく、より好ましくは金属炭酸塩または金属炭酸水素塩(例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩など)、さらに好ましくは炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩などが挙げられる。 The reaction of the compound represented by formula (2) with 3HB may generally be carried out in the presence of a base. Examples of the base include the bases exemplified in section (i) Preparation of the Compound Represented by Formula (2) above. These bases can be used alone or in combination of two or more. Of these bases, inorganic bases are preferred, more preferably metal carbonates or metal hydrogen carbonates (e.g., alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate), and even more preferably alkali metal carbonates such as potassium carbonate.
塩基の割合は、3HB 1モルに対して、例えば1~2モル、好ましくは1~1.2モ
ル程度であってもよい。
The ratio of the base may be, for example, about 1 to 2 moles, preferably about 1 to 1.2 moles, per mole of 3HB.
前記式(2)で表される化合物と3HBとの反応は、溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、例えば、アミド類(例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのN,N-ジC1-4アルキルC1-3アシルアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどのN-C1-4アルキル-2-ピロリドンなど)などが挙げられる。溶媒は単独でまたは二種以上組み合わせて使用することもできる。溶媒の割合は、例えば、前記式(2)で表される化合物、3HBおよび塩基の総量100質量部に対して、100~1000質量部程度であってもよい。 The reaction of the compound represented by formula (2) with 3HB may be carried out in the presence of a solvent. Examples of the solvent include amides (e.g., N,N-diC 1-4 alkyl C 1-3 acylamides such as N,N-dimethylformamide, N,N-diethylformamide, and N,N-dimethylacetamide, and N-C 1-4 alkyl-2- pyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone). The solvents may be used alone or in combination of two or more. The proportion of the solvent may be, for example, about 100 to 1000 parts by mass per 100 parts by mass of the total amount of the compound represented by formula (2), 3HB, and base.
前記式(2)で表される化合物と3HBとの反応において、反応条件はL1、L2の種類に応じて適宜選択してもよく、L1、L2が基[-O-SO2-R2]である場合、反応温度は、例えば0~100℃、好ましくは30~70℃、さらに好ましくは40~60℃であってもよく、通常、氷冷下で反応させてもよく、反応時間は、例えば1~96時間、好ましくは24~72時間程度であってもよい。また、L1、L2がハロゲン原子である場合、反応温度は、例えば30~130℃、好ましくは60~100℃、さらに好ましくは70~90℃であってもよく、反応時間は、例えば1~48時間、好ましくは12~24時間程度であってもよい。 In the reaction of the compound represented by formula (2) with 3HB, the reaction conditions may be appropriately selected depending on the types of L 1 and L 2. When L 1 and L 2 are groups [—O—SO 2 —R 2 ], the reaction temperature may be, for example, 0 to 100° C., preferably 30 to 70° C., and more preferably 40 to 60° C., and the reaction may usually be carried out under ice-cooling, and the reaction time may be, for example, 1 to 96 hours, and preferably about 24 to 72 hours. When L 1 and L 2 are halogen atoms, the reaction temperature may be, for example, 30 to 130° C., preferably 60 to 100° C., and more preferably 70 to 90° C., and the reaction time may be, for example, 1 to 48 hours, and preferably about 12 to 24 hours.
前記式(2)で表される化合物と3HBとの反応は、通常、不活性雰囲気(例えば、窒素ガス;アルゴンガスなどの希ガスなど)中で、攪拌しながら行うことができ、常圧下、加圧下または減圧下で行ってもよい。 The reaction between the compound represented by formula (2) and 3HB can usually be carried out in an inert atmosphere (e.g., nitrogen gas; a rare gas such as argon gas, etc.) with stirring, and may be carried out under normal pressure, elevated pressure, or reduced pressure.
反応終了後、慣用の方法、例えば、中和、洗浄、脱水、ろ過、吸着、濃縮、抽出、晶析、再沈殿、遠心分離、カラムクロマトグラフィーなどの分離精製手段や、これらを組み合わせた手段により分離精製してもよい。 After the reaction is complete, the product may be separated and purified using conventional methods, such as neutralization, washing, dehydration, filtration, adsorption, concentration, extraction, crystallization, reprecipitation, centrifugation, column chromatography, or a combination of these methods.
[熱可塑性樹脂]
前記式(1)で表されるジオール化合物は、3HB骨格(または3HB単位)を有する熱可塑性樹脂を形成するための重合成分(モノマー)として有効に利用できる。前記式(1)で表されるジオール化合物を重合成分とすることにより、3HBの分解などを有効に抑制して高分子量化できる。
[Thermoplastic resin]
The diol compound represented by the formula (1) can be effectively used as a polymerization component (monomer) for forming a thermoplastic resin having a 3HB skeleton (or 3HB unit). By using the diol compound represented by the formula (1) as a polymerization component, decomposition of 3HB can be effectively suppressed, thereby achieving a high molecular weight.
熱可塑性樹脂は、前記式(1)で表されるジオール化合物を少なくとも含むジオール成分を重合成分として含んでいればよく、例えば、ポリウレタン系樹脂(または熱可塑性ポリウレタン系樹脂)(例えば、ポリエステルウレタン樹脂など)、ポリエステル系樹脂(ポリエステル樹脂、ポリエステルカーボネート樹脂など)、ポリエーテル系樹脂などの逐次重合(重縮合または重付加)系熱可塑性樹脂であってもよく、好ましくはポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂である。 The thermoplastic resin may contain, as a polymerization component, a diol component containing at least the diol compound represented by formula (1). For example, it may be a step-growth polymerization (polycondensation or polyaddition) thermoplastic resin such as a polyurethane resin (or a thermoplastic polyurethane resin) (e.g., polyester urethane resin), a polyester resin (polyester resin, polyester carbonate resin), or a polyether resin, with polyurethane resin and polyester resin being preferred.
そのため、熱可塑性樹脂を形成する重合成分は、通常、ジオール成分とは異なる他の重合成分、例えば、ジイソシアネート成分、ジカルボン酸成分、カーボネート結合形成成分[例えば、ホスゲン、ホスゲン多量体(ジホスゲン、トリホスゲンなど)などのホスゲン類;ジフェニルカーボネートなどの炭酸ジエステルなど]などを含むことが多い。これらの他の重合成分は単独でまたは二種以上組み合わせることもできる。これらの他の重合成分のうち、反応性や生産性などの点から、ジイソシアネート成分、ジカルボン酸成分が好ましい。以下、ジオール成分に加えて、熱可塑性樹脂を形成する主要な重合成分となり得るジイソシアネート成分、ジカルボン酸成分について詳述する。 Therefore, the polymerization components that form thermoplastic resins typically contain other polymerization components different from diol components, such as diisocyanate components, dicarboxylic acid components, and carbonate bond-forming components (e.g., phosgenes such as phosgene, phosgene polymers (diphosgene, triphosgene, etc.); carbonate diesters such as diphenyl carbonate). These other polymerization components can be used alone or in combination of two or more. Of these other polymerization components, diisocyanate components and dicarboxylic acid components are preferred in terms of reactivity and productivity. Below, we will discuss in detail the diisocyanate components and dicarboxylic acid components that can be the main polymerization components that form thermoplastic resins, in addition to the diol components.
(ジオール成分)
ジオール成分は、少なくとも前記式(1)で表されるジオール化合物(第1のジオール成分ともいう)を含んでおり、第1のジオール成分は、前記式(1)で表される特定のジオール化合物単独で形成してもよく、二種以上組み合わせて形成してもよい。第1のジオール成分として好ましいジオール化合物は、前記式(1)の項における好ましい態様と同様である。
(Diol component)
The diol component contains at least a diol compound represented by the formula (1) (also referred to as a first diol component), and the first diol component may be formed from a specific diol compound represented by the formula (1) alone or in combination of two or more. Preferred diol compounds as the first diol component are the same as those in the preferred embodiments described above for the formula (1).
なお、前記式(1)で表されるジオール化合物を二種以上組み合わせる場合、例えば、前記式(1)において2価の基R1の種類や、3HB単位の立体配置などが異なるジオール化合物を二種以上組み合わせてもよく、mが0である化合物(2量体)と1である化合物(3量体)とを組み合わせてもよい(例えば、前記式(1)で表される所定のジオール化合物の製造において、前記2量体と3量体との混合物が得られた際に、いずれか一方に精製することなく、双方を重合成分に用いてもよい)。 When two or more diol compounds represented by the formula (1) are combined, for example, two or more diol compounds having different types of divalent group R1 or different configurations of the 3HB units in the formula (1) may be combined, or a compound in which m is 0 (dimer) and a compound in which m is 1 (trimer) may be combined (for example, when a mixture of the dimer and trimer is obtained in the production of a specific diol compound represented by the formula (1), both may be used as polymerization components without purifying either one).
ジオール成分は、得られる樹脂の機械的特性などの物性や生分解性とのバランスなどを考慮して、必要に応じて、第1のジオール成分とは異なる第2のジオール成分を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。代表的な第2のジオール成分としては、例えば、脂肪族ジオール成分、脂環族ジオール成分、芳香族ジオール成分などが挙げられ、具体的なジオールとしては、前記式(1)のR1の項で例示した脂肪族ジオール、脂環族ジオールおよび芳香族ジオールとそれぞれ対応して同様のジオール化合物が挙げられる。 The diol component may or may not contain a second diol component different from the first diol component, as necessary, taking into consideration the balance between the physical properties such as the mechanical properties of the resulting resin and biodegradability, etc. Typical examples of the second diol component include an aliphatic diol component, an alicyclic diol component, and an aromatic diol component, and specific examples of the diol include the same diol compounds corresponding to the aliphatic diols, alicyclic diols, and aromatic diols exemplified in the section on R1 in the formula (1).
これらの第2のジオール成分は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの第2のジオール成分のうち、アルキレングリコールなどの脂肪族ジオール成分が好ましく、さらに好ましくは直鎖状または分岐鎖状C2-12アルキレングリコール(例えば、直鎖状または分岐鎖状C2-8アルキレングリコールなど)、なかでも、直鎖状または分岐鎖状C2-6アルキレングリコール(例えば、直鎖状または分岐鎖状C2-4アルキレングリコールなど)、特にエチレングリコールなどの直鎖状または分岐鎖状C2-3アルキレングリコールなどが好ましい。 These second diol components can be used alone or in combination of two or more. Among these second diol components, aliphatic diol components such as alkylene glycol are preferred, and linear or branched C2-12 alkylene glycols (for example, linear or branched C2-8 alkylene glycols) are more preferred, with linear or branched C2-6 alkylene glycols (for example, linear or branched C2-4 alkylene glycols) and linear or branched C2-3 alkylene glycols such as ethylene glycol being particularly preferred.
熱可塑性樹脂において、ジオール成分に由来する構成単位(ジオール単位ともいう)の割合は、熱可塑性樹脂の重合成分に由来する構成単位全体に対して、例えば1~70モル%(例えば10~60モル%)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30~55モル%(例えば40~53モル%)、さらに好ましくは45~52モル%程度であってもよく、通常、ほぼ50モル%程度であってもよい。 In a thermoplastic resin, the proportion of structural units derived from a diol component (also referred to as diol units) relative to the total structural units derived from the polymerization components of the thermoplastic resin may be selected from a range of, for example, approximately 1 to 70 mol% (e.g., 10 to 60 mol%), preferably 30 to 55 mol% (e.g., 40 to 53 mol%), more preferably 45 to 52 mol%, and typically approximately 50 mol%.
また、熱可塑性樹脂において、第1のジオール成分に由来する構成単位(第1のジオール単位ともいう)の割合は、ジオール単位全体に対して、例えば1モル%以上(10~100モル%)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30モル%以上(50~100モル%)、より好ましくは60モル%以上(70~100モル%)、さらに好ましくは80モル%以上(90~100モル%)、特に95モル%以上などの実質的に100モル%であってもよい。第1のジオール単位が少なすぎると、樹脂の生分解性が低下するおそれがある。 Furthermore, in the thermoplastic resin, the proportion of structural units derived from the first diol component (also referred to as first diol units) relative to the total diol units may be selected from a range of, for example, approximately 1 mol% or more (10 to 100 mol%), preferably 30 mol% or more (50 to 100 mol%), more preferably 60 mol% or more (70 to 100 mol%), even more preferably 80 mol% or more (90 to 100 mol%), and particularly 95 mol% or more, or essentially 100 mol%. If the content of the first diol units is too low, the biodegradability of the resin may be reduced.
第1のジオール単位は、前記式(1)においてmが0である2量体に由来する構成単位のみで形成されていてもよいが、3HB単位を効率よく導入できる点で、少なくともmが1である3量体に由来する構成単位を含むのが好ましい。そのため、前記3量体に由来する構成単位の割合は、第1のジオール単位全体に対して、例えば1~100モル%(例えば10~99モル%)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30~100モル%(例えば50~95モル%)、さらに好ましくは60~100モル%(例えば70~90モル%)、なかでも80~100モル%(例えば90~100モル%)、特に95~100モル%(実質的に100モル%)程度であってもよい。 The first diol units may be formed solely from structural units derived from a dimer in which m is 0 in formula (1). However, in order to efficiently introduce 3HB units, it is preferable that they contain at least structural units derived from a trimer in which m is 1. Therefore, the proportion of structural units derived from the trimer relative to the total first diol units may be selected from a range of, for example, approximately 1 to 100 mol% (e.g., 10 to 99 mol%), preferably 30 to 100 mol% (e.g., 50 to 95 mol%), more preferably 60 to 100 mol% (e.g., 70 to 90 mol%), even more preferably 80 to 100 mol% (e.g., 90 to 100 mol%), and particularly preferably 95 to 100 mol% (substantially 100 mol%).
なお、熱可塑性樹脂中の3HB単位において、立体配置がR配置(R体)である3HB単位(または(R)-3HB単位)の割合は、3HB単位全体に対して、例えば1~100モル%(例えば10~99モル%)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30~100モル%(例えば50~95モル%)、さらに好ましくは70~100モル%(例えば90~100モル%)、なかでも95~100モル%(例えば98~100モル%)、特に99~100モル%(例えば、99.5~100モル%、特に実質的に100モル%)程度であってもよい。(R)-3HB単位の割合が少なすぎると、機械的特性や生分解性が大きく低下するおそれがある。 In addition, among the 3HB units in the thermoplastic resin, the proportion of 3HB units (or (R)-3HB units) having an R configuration (R-isomer) may be selected from a range of, for example, about 1 to 100 mol% (e.g., 10 to 99 mol%) relative to the total 3HB units, preferably 30 to 100 mol% (e.g., 50 to 95 mol%), more preferably 70 to 100 mol% (e.g., 90 to 100 mol%), even more preferably 95 to 100 mol% (e.g., 98 to 100 mol%), and particularly 99 to 100 mol% (e.g., 99.5 to 100 mol%, and particularly essentially 100 mol%). If the proportion of (R)-3HB units is too low, mechanical properties and biodegradability may be significantly reduced.
第1のジオール成分と、第2のジオール成分とを組み合わせる場合、第1のジオール単位と第2のジオール成分(特に、アルキレングリコールなどの脂肪族ジオール成分など)に由来する構成単位(第2のジオール単位)との割合は、機械的特性、生分解性などの樹脂の特性を考慮して調整でき、例えば、前者/後者(モル比)=1/99~99/1程度の範囲から選択してもよく、機械的特性などの物性を大きく損なうことなく生分解性を付与する観点から、好ましくは1/99~10/90程度であってもよい。第1のジオール単位が少なすぎると、樹脂の生分解性が低下するおそれがあり、第2のジオール単位が少なすぎると、樹脂の機械的特性などの特性を十分に向上できないおそれがある。 When combining a first diol component and a second diol component, the ratio of the first diol units to the structural units (second diol units) derived from the second diol component (particularly an aliphatic diol component such as alkylene glycol) can be adjusted taking into account the mechanical properties, biodegradability, and other properties of the resin. For example, the molar ratio of the former to the latter may be selected from a range of approximately 1/99 to 99/1, and from the perspective of imparting biodegradability without significantly impairing physical properties such as mechanical properties, it may preferably be approximately 1/99 to 10/90. If the amount of the first diol units is too small, the biodegradability of the resin may be reduced, and if the amount of the second diol units is too small, the mechanical properties and other properties of the resin may not be sufficiently improved.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「ジオール単位」(「第1のジオール単位」なども含む)または「ジオール成分に由来する構成単位」は、対応するジオール成分の2つのヒドロキシル基から、水素原子を除いた単位(または2価の基)を意味し、「ジオール成分」(ジオール成分として例示される化合物を含む)は、対応する「ジオール単位」と同義に用いる場合がある。 In this specification and claims, the terms "diol unit" (including "first diol unit") or "structural unit derived from a diol component" refer to a unit (or divalent group) obtained by removing hydrogen atoms from two hydroxyl groups of the corresponding diol component, and the term "diol component" (including compounds exemplified as diol components) may be used synonymously with the corresponding "diol unit."
(ジイソシアネート成分)
重合成分がジイソシアネート成分を含んでいると、第1のジオール成分(前記式(1)で表されるエステル結合を有するジオール化合物)などと組み合わせてポリウレタン系樹脂(ポリエステルウレタン樹脂など)などを形成できる。
(Diisocyanate component)
When the polymerization component contains a diisocyanate component, it can be combined with a first diol component (a diol compound having an ester bond represented by the formula (1)) to form a polyurethane resin (such as a polyester urethane resin).
ジイソシアネート成分としては、化学構造中に重合性基として2つのイソシアネート基を有するジイソシアネート化合物またはその誘導体であればよく、例えば、脂肪族ジイソシアネート成分、脂環族ジイソシアネート成分、芳香脂肪族ジイソシアネート成分、芳香族ジイソシアネート成分、二官能性ウレタンプレポリマーなどが挙げられる。 The diisocyanate component may be a diisocyanate compound or a derivative thereof that has two isocyanate groups as polymerizable groups in its chemical structure, such as an aliphatic diisocyanate component, an alicyclic diisocyanate component, an araliphatic diisocyanate component, an aromatic diisocyanate component, or a bifunctional urethane prepolymer.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「ジイソシアネート成分」とは、ジイソシアネート化合物に加えて、その誘導体を含む意味に用いる。ジイソシアネート化合物の誘導体としては、例えば、二量体(ダイマーまたはウレットジオン)や三量体(トリマーまたはイソシアヌレート)などの多量体;ビウレット、アロファネート、カルボジイミドなどの変性体などが挙げられる。 In this specification and claims, the term "diisocyanate component" is used to mean not only diisocyanate compounds but also their derivatives. Examples of diisocyanate compound derivatives include multimers such as dimers (dimers or uretdione) and trimers (trimers or isocyanurates), as well as modified compounds such as biurets, allophanates, and carbodiimides.
脂肪族ジイソシアネート成分としては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)などの直鎖状または分岐鎖状C2-16アルカンジイソシアネート、およびこれらの誘導体などが挙げられる。 Examples of the aliphatic diisocyanate component include linear or branched C 2-16 alkane diisocyanates such as tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), trimethylhexamethylene diisocyanate (TMDI), and derivatives thereof.
脂環族ジイソシアネート成分としては、例えば、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、水添キシリレンジイソシアネート(水添XDI)、水添ジフェニルメタンジイソシアネート(水添MDI)、ノルボルナンジイソシアネート、およびこれらの誘導体などが挙げられる。 Examples of alicyclic diisocyanate components include 1,4-cyclohexane diisocyanate, isophorone diisocyanate (IPDI), 4,4'-methylenebis(cyclohexyl isocyanate), hydrogenated xylylene diisocyanate (hydrogenated XDI), hydrogenated diphenylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI), norbornane diisocyanate, and derivatives thereof.
芳香脂肪族ジイソシアネート成分としては、例えば、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、およびこれらの誘導体などが挙げられる。 Examples of aralkyl diisocyanate components include xylylene diisocyanate (XDI), tetramethyl xylylene diisocyanate (TMXDI), and derivatives thereof.
芳香族ジイソシアネート成分としては、例えば、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート(TDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トルイジンジイソシアネート(TODI)、ジフェニルエーテルジイソシアネート、およびこれらの誘導体などが挙げられる。 Aromatic diisocyanate components include, for example, phenylene diisocyanate, tolylene diisocyanate (TDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), toluidine diisocyanate (TODI), diphenyl ether diisocyanate, and derivatives thereof.
二官能性ウレタンプレポリマーとしては、例えば、上記ジイソシアネート成分とジオール成分(例えば、前記第2のジオール成分など)との反応により生成し、遊離のイソシアネート基を2つ有するウレタンプレポリマーなどが挙げられる。 Examples of bifunctional urethane prepolymers include urethane prepolymers that are produced by reacting the above-mentioned diisocyanate component with a diol component (such as the second diol component) and have two free isocyanate groups.
これらのジイソシアネート成分は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのジイソシアネート成分のうち、取り扱い性(成形性または生産性)および生分解性の観点から、HDIなどの脂肪族ジイソシアネート成分が好ましい。 These diisocyanate components can be used alone or in combination. Of these diisocyanate components, aliphatic diisocyanate components such as HDI are preferred from the standpoints of handleability (moldability or productivity) and biodegradability.
熱可塑性樹脂において、ジイソシアネート成分に由来する構成単位(ジイソシアネート単位ともいう)の割合は、熱可塑性樹脂の重合成分に由来する構成単位全体に対して、例えば0~70モル%(例えば10~60モル%)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30~55モル%(例えば40~53モル%)、さらに好ましくは45~52モル%程度であってもよく、通常、ほぼ50モル%程度であってもよい。 In a thermoplastic resin, the proportion of structural units derived from diisocyanate components (also referred to as diisocyanate units) relative to the total structural units derived from the polymerization components of the thermoplastic resin may be selected from a range of, for example, approximately 0 to 70 mol% (e.g., 10 to 60 mol%), preferably 30 to 55 mol% (e.g., 40 to 53 mol%), more preferably 45 to 52 mol%, and typically approximately 50 mol%.
また、熱可塑性樹脂において、脂肪族ジイソシアネート成分に由来する構成単位(脂肪族ジイソシアネート単位ともいう)の割合は、ジイソシアネート単位全体に対して、例えば1モル%以上(例えば10~100モル%)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30モル%以上(例えば50~100モル%)、より好ましくは60モル%以上(例えば70~100モル%)、さらに好ましくは80モル%以上(例えば90~100モル%)、特に95モル%以上などの実質的に100モル%であってもよい。脂肪族ジイソシアネート単位が少なすぎると(芳香族ジイソシアネート単位などの他のジイソシアネート単位が多すぎると)、樹脂の生分解性が低下するおそれがある。 Furthermore, in the thermoplastic resin, the proportion of structural units derived from aliphatic diisocyanate components (also referred to as aliphatic diisocyanate units) relative to the total diisocyanate units may be selected from a range of, for example, approximately 1 mol% or more (e.g., 10 to 100 mol%), preferably 30 mol% or more (e.g., 50 to 100 mol%), more preferably 60 mol% or more (e.g., 70 to 100 mol%), even more preferably 80 mol% or more (e.g., 90 to 100 mol%), and particularly 95 mol% or more, or essentially 100 mol%. If the aliphatic diisocyanate units are too few (if other diisocyanate units, such as aromatic diisocyanate units, are too many), the biodegradability of the resin may be reduced.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「ジイソシアネート単位」(「脂肪族ジイソシアネート単位」なども含む)または「ジイソシアネート成分に由来する構成単位」は、対応するジイソシアネート成分の2つのイソシアネート基[-N=C=O]を、樹脂中に組み込まれた状態、すなわち、基[-NH-C(=O)-]とした単位(または2価の基)を意味する。 In this specification and claims, "diisocyanate unit" (including "aliphatic diisocyanate unit") or "structural unit derived from a diisocyanate component" refers to a unit (or divalent group) in which two isocyanate groups [-N=C=O] of the corresponding diisocyanate component are incorporated into the resin, i.e., the group [-NH-C(=O)-].
(ジカルボン酸成分)
重合成分がジカルボン酸成分を含んでいると、第1のジオール成分などと組み合わせてポリエステル系樹脂などを形成できる。
(Dicarboxylic acid component)
When the polymerization component contains a dicarboxylic acid component, it can be combined with a first diol component or the like to form a polyester resin or the like.
ジカルボン酸成分としては、化学構造中に重合性基として2つのカルボキシル基を有するジカルボン酸化合物またはそのエステル形成性誘導体であればよく、例えば、脂肪族ジカルボン酸成分、脂環族ジカルボン酸成分、芳香族ジカルボン酸成分などが挙げられる。 The dicarboxylic acid component may be a dicarboxylic acid compound having two carboxyl groups as polymerizable groups in its chemical structure, or an ester-forming derivative thereof, such as an aliphatic dicarboxylic acid component, an alicyclic dicarboxylic acid component, or an aromatic dicarboxylic acid component.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「ジカルボン酸成分」とは、ジカルボン酸に加えて、そのエステル形成性誘導体を含む意味に用いる。エステル形成性誘導体としては、例えば、アルキルエステル、酸ハライド、酸無水物などが挙げられる。前記アルキルエステルとしては、低級アルキルエステル、例えば、メチルエステル、エチルエステル、t-ブチルエステルなどのC1-4アルキルエステルなどが挙げられる。なお、エステル形成性誘導体は、モノエステル(ハーフエステル)またはジエステルであってもよい。 In this specification and claims, the term "dicarboxylic acid component" is used to mean not only dicarboxylic acid but also its ester-forming derivatives. Examples of the ester-forming derivatives include alkyl esters, acid halides, and acid anhydrides. Examples of the alkyl esters include lower alkyl esters, such as C1-4 alkyl esters such as methyl esters, ethyl esters, and t-butyl esters. The ester-forming derivatives may be monoesters (half esters) or diesters.
脂肪族ジカルボン酸成分としては、例えば、アルカンジカルボン酸、具体的には、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸などのC2-12アルカン-ジカルボン酸など;不飽和脂肪族ジカルボン酸、具体的には、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのC2-10アルケン-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。 Examples of the aliphatic dicarboxylic acid component include alkanedicarboxylic acids, specifically C 2-12 alkane-dicarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, sebacic acid, and decanedicarboxylic acid; unsaturated aliphatic dicarboxylic acids, specifically C 2-10 alkene-dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid; and ester-forming derivatives thereof.
脂環族ジカルボン酸成分としては、例えば、シクロアルカンジカルボン酸、具体的には、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸などのC5-10シクロアルカン-ジカルボン酸など;架橋環式シクロアルカンジカルボン酸、具体的には、デカリンジカルボン酸、ノルボルナンジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸、トリシクロデカンジカルボン酸などのビまたはトリシクロアルカンジカルボン酸など;シクロアルケンジカルボン酸、具体的には、シクロヘキセンジカルボン酸などのC5-10シクロアルケン-ジカルボン酸など;架橋環式シクロアルケンジカルボン酸、具体的には、ノルボルネンジカルボン酸などのビまたはトリシクロアルケンジカルボン酸;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。 Examples of the alicyclic dicarboxylic acid component include cycloalkane dicarboxylic acids, specifically C 5-10 cycloalkane-dicarboxylic acids such as 1,4-cyclohexane dicarboxylic acid; bridged cyclic cycloalkane dicarboxylic acids, specifically bi- or tricycloalkane dicarboxylic acids such as decalin dicarboxylic acid, norbornane dicarboxylic acid, adamantane dicarboxylic acid, tricyclodecane dicarboxylic acid; cycloalkene dicarboxylic acids, specifically C 5-10 cycloalkene-dicarboxylic acids such as cyclohexene dicarboxylic acid; bridged cyclic cycloalkene dicarboxylic acids, specifically bi- or tricycloalkene dicarboxylic acids such as norbornene dicarboxylic acid; and ester-forming derivatives thereof.
芳香族ジカルボン酸成分としては、例えば、単環式芳香族ジカルボン酸、多環式芳香族ジカルボン酸、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。単環式芳香族ジカルボン酸としては、例えば、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸などのベンゼンジカルボン酸;アルキルベンゼンジカルボン酸、具体的には、4-メチルイソフタル酸などのC1-4アルキル-ベンゼンジカルボン酸などが挙げられる。 Examples of the aromatic dicarboxylic acid component include monocyclic aromatic dicarboxylic acids, polycyclic aromatic dicarboxylic acids, and ester-forming derivatives thereof. Examples of the monocyclic aromatic dicarboxylic acids include benzene dicarboxylic acids such as phthalic acid, terephthalic acid, and isophthalic acid; alkyl benzene dicarboxylic acids, specifically C 1-4 alkyl benzene dicarboxylic acids such as 4-methylisophthalic acid; and the like.
多環式芳香族ジカルボン酸としては、例えば、縮合多環式芳香族ジカルボン酸、具体的には、ナフタレンジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、フェナントレンジカルボン酸などの縮合多環式C10-24アレーン-ジカルボン酸、好ましくは縮合多環式C10-14アレーン-ジカルボン酸など;ビアリールジカルボン酸、具体的には、2,2’-ビフェニルジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、3,3’-ジカルボキシ-1,1’-ビナフチルなどのビC6-10アリール-ジカルボン酸など;ビス(カルボキシアルコキシ)ビC6-10アリール、具体的には、2,2’-ビス(カルボキシメトキシ)-1,1’-ビナフチルなどのビス(カルボキシC1-4アルコキシ)ビC6-10アリールなど;ビス[(カルボキシアルコキシ)-C6-10アリール]アルカン、具体的には、ビス[2-(カルボキシメトキシ)-1-ナフチル]メタンなどのビス[(カルボキシC1-4アルコキシ)-C6-10アリール]C1-6アルカンなど;ジアリールアルカンジカルボン酸、具体的には、4,4’-ジフェニルメタンジカルボン酸などのジC6-10アリールC1-6アルカン-ジカルボン酸など;ジアリールケトンジカルボン酸、具体的には、4.4’-ジフェニルケトンジカルボン酸などのジ(C6-10アリール)ケトン-ジカルボン酸など;ジアリールエーテルジカルボン酸、具体的には、4.4’-ジフェニルエーテルジカルボン酸などのジ(C6-10アリール)エーテル-ジカルボン酸など;ジアリールスルホンジカルボン酸、具体的には、4.4’-ジフェニルスルホンジカルボン酸などのジ(C6-10アリール)スルホン-ジカルボン酸などが挙げられる。 Examples of polycyclic aromatic dicarboxylic acids include condensed polycyclic aromatic dicarboxylic acids, specifically condensed polycyclic C 10-24 arene-dicarboxylic acids such as naphthalenedicarboxylic acid, anthracenedicarboxylic acid, and phenanthrenedicarboxylic acid, preferably condensed polycyclic C 10-14 arene-dicarboxylic acids; biaryl dicarboxylic acids, specifically biC 6-10 aryl-dicarboxylic acids such as 2,2'-biphenyldicarboxylic acid, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, and 3,3'-dicarboxy-1,1'-binaphthyl; bis(carboxyalkoxy)biC 6-10 aryl, specifically bis(carboxyC 1-4 alkoxy)biC 6-10 aryl such as 2,2'-bis(carboxymethoxy)-1,1'-binaphthyl; and bis[(carboxyalkoxy)-C 6-10 aryl]alkanes, specifically bis[(carboxyC 1-4 alkoxy)biC 6-10 aryl]alkanes such as bis[2-(carboxymethoxy)-1-naphthyl]methane. diarylalkanedicarboxylic acids, specifically, di(C 6-10 aryl)C 1-6 alkane-dicarboxylic acids such as 4,4'-diphenylmethanedicarboxylic acid; diarylketonedicarboxylic acids, specifically, di(C 6-10 aryl)ketone-dicarboxylic acids such as 4,4' -diphenylketonedicarboxylic acid; diaryletherdicarboxylic acids, specifically, di(C 6-10 aryl)ether-dicarboxylic acids such as 4,4'-diphenyletherdicarboxylic acid; diarylsulfonedicarboxylic acids, specifically, di(C 6-10 aryl )sulfone-dicarboxylic acids such as 4,4'-diphenylsulfonedicarboxylic acid.
前記ナフタレンジカルボン酸としては、1,2-ナフタレンジカルボン酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、1,8-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸などが挙げられ、2,6-ナフタレンジカルボン酸であることが多い。 Examples of the naphthalenedicarboxylic acid include 1,2-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, with 2,6-naphthalenedicarboxylic acid being the most common.
これらのジカルボン酸成分は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのジカルボン酸成分のうち、機械的特性の観点から、単環式芳香族ジカルボン酸成分(ベンゼンジカルボン酸など)、縮合多環式芳香族ジカルボン酸成分(ナフタレンジカルボン酸など)などの芳香族ジカルボン酸成分が好ましく、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸などのC6-10アレーン-ジカルボン酸成分(特にテレフタル酸などのベンゼンジカルボン酸成分)が好ましい。また、生分解性の観点からは、脂肪族ジカルボン酸成分、例えば、アジピン酸などのC2-12アルカン-ジカルボン酸が好ましい。 These dicarboxylic acid components can be used alone or in combination of two or more. Among these dicarboxylic acid components, from the viewpoint of mechanical properties, aromatic dicarboxylic acid components such as monocyclic aromatic dicarboxylic acid components (such as benzenedicarboxylic acid) and condensed polycyclic aromatic dicarboxylic acid components (such as naphthalenedicarboxylic acid) are preferred, and C 6-10 arene-dicarboxylic acid components such as terephthalic acid, isophthalic acid, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid (particularly benzenedicarboxylic acid components such as terephthalic acid) are preferred. Furthermore, from the viewpoint of biodegradability, aliphatic dicarboxylic acid components, for example, C 2-12 alkane-dicarboxylic acids such as adipic acid are preferred.
熱可塑性樹脂において、ジカルボン酸成分に由来する構成単位(ジカルボン酸単位ともいう)の割合は、熱可塑性樹脂の重合成分に由来する構成単位全体に対して、例えば0~70モル%(例えば10~60モル%)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30~55モル%(例えば40~53モル%)、さらに好ましくは45~52モル%程度であってもよく、通常、ほぼ50モル%程度であってもよい。 In a thermoplastic resin, the proportion of structural units derived from dicarboxylic acid components (also referred to as dicarboxylic acid units) relative to all structural units derived from the polymerization components of the thermoplastic resin may be selected from a range of, for example, approximately 0 to 70 mol% (e.g., 10 to 60 mol%), preferably 30 to 55 mol% (e.g., 40 to 53 mol%), more preferably 45 to 52 mol%, and typically approximately 50 mol%.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「ジカルボン酸単位」または「ジカルボン酸成分に由来する構成単位」は、対応するジカルボン酸の2つのカルボキシル基から、OH(ヒドロキシル基)を除いた単位(または2価の基)を意味する。 In this specification and claims, the terms "dicarboxylic acid unit" or "structural unit derived from a dicarboxylic acid component" refer to a unit (or divalent group) obtained by removing OH (hydroxyl group) from the two carboxyl groups of the corresponding dicarboxylic acid.
(熱可塑性樹脂の製造方法)
熱可塑性樹脂の製造方法は、第1のジオール成分を重合成分として重合する限り特に制限されず、熱可塑性樹脂(または重合成分)の種類に応じて触媒や反応条件などを適宜選択すればよく、慣用の方法を利用できる。また、重合反応は、重合成分の種類に応じて、1または複数回行ってもよく、例えば、1回目の重合で得られたオリゴマー(またはプレポリマー)を、2回目の重合の重合成分として用いて熱可塑性樹脂を調製してもよい。
(Method for producing thermoplastic resin)
The method for producing the thermoplastic resin is not particularly limited as long as the first diol component is polymerized as a polymerization component, and a conventional method can be used by appropriately selecting a catalyst, reaction conditions, etc. depending on the type of thermoplastic resin (or polymerization component). Furthermore, the polymerization reaction may be carried out once or multiple times depending on the type of polymerization component. For example, the thermoplastic resin may be prepared by using the oligomer (or prepolymer) obtained in the first polymerization as a polymerization component in the second polymerization.
なお、各重合における反応温度(重合温度)は、第1のジオール成分中の3HB単位の分解(熱分解など)を有効に抑制して高分子量化する観点から、例えば150℃以下(例えば30~150℃)、好ましくは120℃以下(例えば50~120℃)、さらに好ましくは100℃以下(例えば60~100℃)、特に90℃以下(例えば70~90℃、好ましくは75~85℃)程度であってもよい。そのため、重合成分は、第1のジオール成分(特に3HB単位の2級アルコール)との反応性に優れ、比較的低温でも容易に重合可能な重合成分、例えば、ジイソシアネート成分、およびジカルボン酸の酸ハライド(酸塩化物など)または酸無水物を含むのが好ましい。 The reaction temperature (polymerization temperature) in each polymerization may be, from the viewpoint of effectively suppressing decomposition (e.g., thermal decomposition) of the 3HB units in the first diol component and achieving high molecular weight, for example, 150°C or lower (e.g., 30 to 150°C), preferably 120°C or lower (e.g., 50 to 120°C), more preferably 100°C or lower (e.g., 60 to 100°C), and particularly 90°C or lower (e.g., 70 to 90°C, preferably 75 to 85°C). Therefore, the polymerization components preferably have excellent reactivity with the first diol component (e.g., the secondary alcohol of the 3HB units) and can be easily polymerized even at relatively low temperatures, such as a diisocyanate component and an acid halide (e.g., acid chloride) or acid anhydride of a dicarboxylic acid.
(i)重合成分がジイソシアネート成分を含む場合
ジオール成分と、ジイソシアネート成分とを含む重合成分を重合する場合、ジオール成分とジイソシアネート成分との使用割合(または仕込み割合)は、他の重合成分との関係で調整してもよく、例えば、前者/後者(モル比)=1/0.1~1/10(例えば1/0.5~1/5)程度の広い範囲から選択してもよく、通常(特にポリエステルウレタン樹脂などのポリウレタン系樹脂などを重合する場合)、1/0.8~1/1.2、好ましくは1/0.9~1/1.1、さらに好ましくは1/1~1/1.1程度であってもよい。なお、ジオール成分などの重合成分は、例えば1~12時間程度減圧乾燥したものを用いるのが好ましい。
(i) When the polymerization component contains a diisocyanate component When polymerization components containing a diol component and a diisocyanate component are polymerized, the ratio of the diol component to the diisocyanate component (or the charge ratio) used may be adjusted in relation to the other polymerization components, and may be selected from a wide range, for example, from about 1/0.1 to 1/10 (e.g., 1/0.5 to 1/5) in terms of the molar ratio of the former to the latter. Typically (particularly when polymerizing polyurethane resins such as polyester urethane resins), the ratio may be about 1/0.8 to 1/1.2, preferably 1/0.9 to 1/1.1, and more preferably 1/1 to 1/1.1. It is preferable to use polymerization components such as the diol component that have been dried under reduced pressure for, for example, about 1 to 12 hours.
反応は、必要に応じて触媒の存在下で行ってもよい。触媒としては、例えば、有機スズ系化合物、有機ジルコニウム化合物、有機チタン化合物、ナフテン酸金属塩などの有機金属触媒、第3級アミン類またはその塩などが挙げられる。 The reaction may be carried out in the presence of a catalyst, if necessary. Examples of catalysts include organotin compounds, organozirconium compounds, organotitanium compounds, organometallic catalysts such as metal naphthenates, and tertiary amines or their salts.
有機スズ化合物としては、オクチル酸スズ(II)(または2-エチルヘキサン酸スズ(II))などのアルカン酸スズ(II)(またはスズ(II)ビスアルカノエート);ジブチルスズアセテート、ジブチルスズジラウレート(またはジラウリン酸ジブチルスズ(IV))などのジアルキルスズ(IV)ジアシレート;ジブチルジメトキシスズ(IV)などのジアルキルジアルコキシスズ(IV)などが挙げられる。 Organotin compounds include tin(II) alkanoates (or tin(II) bisalkanoates) such as tin(II) octoate (or tin(II) 2-ethylhexanoate); dialkyltin(IV) diacylates such as dibutyltin acetate and dibutyltin dilaurate (or dibutyltin(IV) dilaurate); and dialkyldialkoxytin(IV) compounds such as dibutyldimethoxytin(IV).
有機ジルコニウム化合物としては、例えば、ジルコニウム(IV)テトラn-ブトキシドなどのジルコニウム(IV)テトラアルコキシド、ジルコニウム(IV)テトラアセチルアセトナト、ジルコニウム(IV)ジブトキシビス(エチルアセトアセテート)などのジルコニウム(IV)キレート錯体などが挙げられる。 Examples of organic zirconium compounds include zirconium(IV) tetraalkoxides such as zirconium(IV) tetra-n-butoxide, and zirconium(IV) chelate complexes such as zirconium(IV) tetraacetylacetonate and zirconium(IV) dibutoxybis(ethylacetoacetate).
有機チタン化合物としては、例えば、チタン(IV)テトラn-ブトキシド、チタン(IV)テトラ2-エチルヘキシルオキシドなどのチタン(IV)テトラアルコキシド、チタン(IV)テトラアセチルアセトナトなどのチタン(IV)キレート錯体などが挙げられる。 Examples of organic titanium compounds include titanium(IV) tetraalkoxides such as titanium(IV) tetra-n-butoxide and titanium(IV) tetra-2-ethylhexyloxide, and titanium(IV) chelate complexes such as titanium(IV) tetraacetylacetonate.
ナフテン酸金属塩としては、ナフテン酸銅、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルトなどが挙げられる。 Examples of metal naphthenates include copper naphthenate, zinc naphthenate, and cobalt naphthenate.
第3級アミン類としては、鎖状第3級アミン(または非複素環式アミン類)、複素環式アミン類などが挙げられる。 Tertiary amines include linear tertiary amines (or non-heterocyclic amines), heterocyclic amines, etc.
鎖状第3級アミンとしては、例えば、トリエチルアミンなどのトリアルキルアミン;シクロヘキシルジメチルアミンなどのシクロアルキル-ジアルキルアミン;N-メチルジシクロヘキシルアミンなどのN-アルキル-ジシクロアルキルアミン;ベンジルジメチルアミンなどのアラルキル-ジアルキルアミン;2-ヒドロキシエチルジメチルアミン、2-ヒドロキシエチルジエチルアミンなどのヒドロキシアルキル-ジアルキルアミン;2-(2-ヒドロキシエトキシ)エチルジメチルアミンなどのヒドロキシアルコキシアルキル-ジアルキルアミン;N,N,N,N-テトラメチル-1,4-ブタンジアミン、N,N,N,N-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミンなどのN,N,N,N-テトラアルキル-アルカンジアミン;N,N-ビス[3-(ジメチルアミノ)プロピル]アミンなどのN,N-ビス[(ジアルキルアミノ)アルキル]アミン;N,N,N’,N’’,N’’-ペンタメチルジエチレントリアミン、N-メチル-N,N-ビス[3-(ジメチルアミノ)プロピル]アミンなどのN-アルキル-N,N-ビス[(ジアルキルアミノ)アルキル]アミン;ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテルなどのビス(ジアルキルアミノアルキル)エーテル;N,N,N’-トリメチル-N’-(2-ヒドロキシエチル)-ビス(2-アミノエチル)エーテルなどのN,N,N’-トリアルキル-N’-(ヒドロキシアルキル)-ビス(アミノアルキル)エーテルなどが挙げられる。 Examples of chain tertiary amines include trialkylamines such as triethylamine; cycloalkyl-dialkylamines such as cyclohexyldimethylamine; N-alkyl-dicycloalkylamines such as N-methyldicyclohexylamine; aralkyl-dialkylamines such as benzyldimethylamine; hydroxyalkyl-dialkylamines such as 2-hydroxyethyldimethylamine and 2-hydroxyethyldiethylamine; hydroxyalkoxyalkyl-dialkylamines such as 2-(2-hydroxyethoxy)ethyldimethylamine; and N,N,N,N-tetramethyl-1,4-butanediamine and N,N,N,N-tetramethyl-1,6-hexanediamine. alkylalkanediamines; N,N-bis[(dialkylamino)alkyl]amines such as N,N-bis[3-(dimethylamino)propyl]amine; N-alkyl-N,N-bis[(dialkylamino)alkyl]amines such as N,N,N',N",N"-pentamethyldiethylenetriamine and N-methyl-N,N-bis[3-(dimethylamino)propyl]amine; bis(dialkylaminoalkyl)ethers such as bis(2-dimethylaminoethyl)ether; and N,N,N'-trialkyl-N'-(hydroxyalkyl)-bis(aminoalkyl)ethers such as N,N,N'-trimethyl-N'-(2-hydroxyethyl)-bis(2-aminoethyl)ether.
複素環式第3級アミンとしては、例えば、ピリジン、N,N-ジメチルピペラジン、モルホリン類[例えば、N-アルキルモルホリン(N-メチルモルホリン、N-エチルモルホリンなど)、ビス(2-モルホリノエチル)エーテルなど]、トリエチレンジアミン類[例えば、トリエチレンジアミン(DABCO)、ヒドロキシメチルトリエチレンジアミンなど]、環状アミジン類[例えば、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン(DBN)、1,8-ジアザ-ビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7(DBU)など]などが挙げられる。 Heterocyclic tertiary amines include, for example, pyridine, N,N-dimethylpiperazine, morpholines [e.g., N-alkylmorpholines (N-methylmorpholine, N-ethylmorpholine, etc.), bis(2-morpholinoethyl)ether, etc.], triethylenediamines [e.g., triethylenediamine (DABCO), hydroxymethyltriethylenediamine, etc.], and cyclic amidines [e.g., 1,5-diazabicyclo[4.3.0]-5-nonene (DBN), 1,8-diaza-bicyclo[5.4.0]undecene-7 (DBU), etc.].
第3級アミン類(例えば、環状アミジン類)は塩であってもよく、例えば、カルボン酸塩(ギ酸塩、オクチル酸塩、など)、スルホン酸塩(p-トルエンスルホン酸塩など)などの有機酸塩、フェノール塩などが挙げられる。 Tertiary amines (e.g., cyclic amidines) may be in the form of a salt, such as an organic acid salt such as a carboxylate (formate, octylate, etc.) or a sulfonate (p-toluenesulfonate, etc.), or a phenol salt.
これらの触媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの触媒のうち、有機金属触媒(ジラウリン酸ジブチルスズ(IV)などの有機スズ化合物など)がよく利用される。 These catalysts can be used alone or in combination. Of these catalysts, organometallic catalysts (such as organotin compounds such as dibutyltin(IV) dilaurate) are commonly used.
触媒の使用量は、ジイソシアネート成分1モルに対して、例えば0.00001~0.1モル、好ましくは0.0001~0.01モル、さらに好ましくは0.0005~0.005モル程度であってもよい。 The amount of catalyst used may be, for example, about 0.00001 to 0.1 mol, preferably about 0.0001 to 0.01 mol, and more preferably about 0.0005 to 0.005 mol per 1 mol of the diisocyanate component.
反応は、溶媒の存在下または非存在下で行ってもよい。溶媒としては、ジイソシアネートに対して不活性または非反応性の溶媒であれば特に制限されず、例えば、エーテル類、ケトン類、エステル類、炭化水素類、ハロゲン系溶媒、ニトリル類、アミド類、スルホキシド類などが挙げられる。 The reaction may be carried out in the presence or absence of a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it is inert or non-reactive with diisocyanates, and examples include ethers, ketones, esters, hydrocarbons, halogenated solvents, nitriles, amides, and sulfoxides.
エーテル類としては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテルなどのジアルキルエーテル;1,4-ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類などが挙げられる。 Examples of ethers include dialkyl ethers such as diethyl ether and dipropyl ether; and cyclic ethers such as 1,4-dioxane and tetrahydrofuran.
ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(エチルメチルケトン)、ジイソプロピルケトン、イソブチルメチルケトンなどのジアルキルケトンなどが挙げられる。 Ketones include acetone, methyl ethyl ketone (ethyl methyl ketone), dialkyl ketones such as diisopropyl ketone and isobutyl methyl ketone.
エステル類としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル類などが挙げられる。 Esters include acetate esters such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate.
炭化水素類としては、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類などが挙げられる。 Examples of hydrocarbons include aliphatic hydrocarbons such as hexane, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, and aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, and ethylbenzene.
ハロゲン系溶媒としては、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。 Halogen-based solvents include halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, and tetrachloroethane.
ニトリル類としては、アセトニトリルなどが挙げられる。 Examples of nitriles include acetonitrile.
アミド類としては、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドンなどが挙げられる。 Examples of amides include N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidone.
スルホキシド類としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)などが挙げられる。 Examples of sulfoxides include dimethyl sulfoxide (DMSO).
これらの溶媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの溶媒のうち、DMFなどのアミド類が好ましい。溶媒は脱水した溶媒であるのが好ましい。 These solvents can be used alone or in combination. Of these solvents, amides such as DMF are preferred. The solvent is preferably a dehydrated solvent.
また、反応は空気中または不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。不活性ガスとしては、窒素ガス、希ガス(アルゴンガスなど)などが挙げられる。また、反応は、減圧下で行ってもよいが、通常、加圧下または常圧で行う場合が多い。また、反応温度は、前述した重合温度の範囲であるのが好ましく、反応時間は、例えば1~48時間、好ましくは12~36時間程度であってもよい。 The reaction may be carried out in air or in an inert gas atmosphere. Examples of inert gases include nitrogen gas and rare gases (such as argon gas). The reaction may be carried out under reduced pressure, but is usually carried out under elevated pressure or at normal pressure. The reaction temperature is preferably within the range of the polymerization temperature mentioned above, and the reaction time may be, for example, 1 to 48 hours, preferably 12 to 36 hours.
なお、反応終了後、慣用の分離方法、例えば、濾過、濃縮、乾燥、抽出、晶析、再結晶、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。 After the reaction is complete, the product can be separated and purified using conventional separation methods, such as filtration, concentration, drying, extraction, crystallization, recrystallization, reprecipitation, column chromatography, or a combination of these.
(ii)重合成分がジカルボン酸成分を含む場合
ジオール成分と、ジカルボン酸成分とを含む重合成分を重合する場合、例えば、エステル交換法、直接重合法などの溶融重合法、溶液重合法、界面重合法などで調製でき、溶液重合法が好ましい。なお、反応は、重合方法に応じて、溶媒の存在下または非存在下で行ってもよい。
(ii) When the polymerization component contains a dicarboxylic acid component When a polymerization component containing a diol component and a dicarboxylic acid component is polymerized, the polymerization component can be prepared by, for example, a melt polymerization method such as a transesterification method or a direct polymerization method, a solution polymerization method, an interfacial polymerization method, etc., and the solution polymerization method is preferred. The reaction may be carried out in the presence or absence of a solvent depending on the polymerization method.
ジオール成分とジカルボン酸成分との使用割合(または仕込み割合)は、他の重合成分との関係で調整してもよく、例えば、前者/後者(モル比)=1/0.1~1/10(例えば1/0.5~1/5)程度の広い範囲から選択してもよく、通常(特にポリエステル樹脂などのポリエステル系樹脂などを重合する場合)、1/0.8~1/1.2、好ましくは1/0.9~1/1.1、さらに好ましくは1/1~1/1.1程度であってもよいが、必ずしもこの範囲である必要はなく、各ジオール成分および各ジカルボン酸成分から選択される少なくとも一種の成分を、予定する導入割合に対して過剰に用いて反応させてもよい。例えば、反応系から留出可能なエチレングリコールなどのジオール成分を重合成分に含む場合、ポリエステル系樹脂中に導入される割合(または導入割合)よりも過剰に使用してもよい。 The ratio (or charge ratio) of the diol component to the dicarboxylic acid component may be adjusted in relation to the other polymerization components. For example, the molar ratio (former/latter) may be selected from a wide range of approximately 1/0.1 to 1/10 (e.g., 1/0.5 to 1/5). Typically (especially when polymerizing polyester-based resins such as polyester resins), the ratio may be approximately 1/0.8 to 1/1.2, preferably 1/0.9 to 1/1.1, and more preferably 1/1 to 1/1.1. However, this range is not necessary, and at least one component selected from each diol component and each dicarboxylic acid component may be used in excess of the intended introduction ratio. For example, when the polymerization components include a diol component such as ethylene glycol that can be distilled from the reaction system, the diol component may be used in excess of the ratio (or introduction ratio) introduced into the polyester-based resin.
反応は、触媒の存在下で行ってもよい。触媒としては、慣用のエステル化触媒、例えば、金属触媒などが利用できる。金属触媒としては、例えば、ナトリウムなどのアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、バリウムなどのアルカリ土類金属;チタン、マンガン、コバルトなどの遷移金属;亜鉛、カドミウムなどの周期表第12族金属;アルミニウムなどの周期表第13族金属;ゲルマニウム、鉛などの周期表第14族金属;アンチモンなどの周期表第15族金属などを含む金属化合物が用いられる。金属化合物としては、例えば、アルコキシド;酢酸塩、プロピオン酸塩などの有機酸塩;ホウ酸塩、炭酸塩などの無機酸塩;金属酸化物などであってもよく、これらの水和物であってもよい。代表的な金属化合物としては、例えば、二酸化ゲルマニウム、水酸化ゲルマニウム、シュウ酸ゲルマニウム、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウム-n-ブトキシドなどのゲルマニウム化合物;三酸化アンチモン、酢酸アンチモン、アンチモンエチレングリコレートなどのアンチモン化合物;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-n-ブチルチタネート(チタン(IV)テトラブトキシド)、シュウ酸チタン、シュウ酸チタンカリウムなどのチタン化合物;酢酸マンガン・4水和物などのマンガン化合物;酢酸カルシウム・1水和物などのカルシウム化合物などが挙げられる。 The reaction may be carried out in the presence of a catalyst. Conventional esterification catalysts, such as metal catalysts, can be used as the catalyst. Examples of metal catalysts include metal compounds containing alkali metals such as sodium; alkaline earth metals such as magnesium, calcium, and barium; transition metals such as titanium, manganese, and cobalt; Group 12 metals of the periodic table such as zinc and cadmium; Group 13 metals of the periodic table such as aluminum; Group 14 metals of the periodic table such as germanium and lead; and Group 15 metals such as antimony. Examples of metal compounds include alkoxides; organic acid salts such as acetates and propionates; inorganic acid salts such as borates and carbonates; metal oxides, and hydrates of these metals. Representative metal compounds include germanium compounds such as germanium dioxide, germanium hydroxide, germanium oxalate, germanium tetraethoxide, and germanium-n-butoxide; antimony compounds such as antimony trioxide, antimony acetate, and antimony ethylene glycolate; titanium compounds such as tetra-n-propyl titanate, tetraisopropyl titanate, tetra-n-butyl titanate (titanium(IV) tetrabutoxide), titanium oxalate, and potassium titanium oxalate; manganese compounds such as manganese acetate tetrahydrate; and calcium compounds such as calcium acetate monohydrate.
これらの触媒は単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。複数の触媒を用いる場合、反応の進行に応じて、各触媒を添加することもできる。これらの触媒のうち、酢酸マンガン・4水和物、酢酸カルシウム・1水和物、二酸化ゲルマニウム、チタン(IV)テトラブトキシドなどが好ましい。触媒の使用量は、例えば、ジカルボン酸成分1モルに対して、0.01×10-4~100×10-4モル、好ましくは0.1×10-4~40×10-4モルである。 These catalysts can be used alone or in combination of two or more. When using multiple catalysts, each catalyst can be added according to the progress of the reaction. Among these catalysts, manganese acetate tetrahydrate, calcium acetate monohydrate, germanium dioxide, titanium (IV) tetrabutoxide, etc. are preferred. The amount of catalyst used is, for example, 0.01×10 −4 to 100×10 −4 mol, preferably 0.1×10 −4 to 40×10 −4 mol, per 1 mol of the dicarboxylic acid component.
また、反応は、必要に応じて、熱安定剤や酸化防止剤などの安定剤の存在下で行ってもよい。通常、熱安定剤がよく利用され、例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、ジブチルホスフェート(リン酸ジブチル)、亜リン酸、トリメチルホスファイト、トリエチルホスファイトなどのリン化合物などが挙げられる。これらの熱安定剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用することもできる。これらの熱安定剤のうち、リン酸ジブチルがよく利用される。熱安定剤の使用量は、例えば、ジカルボン酸成分1モルに対して、0.01×10-4~100×10-4モル、好ましくは0.1×10-4~40×10-4モルである。 The reaction may be carried out in the presence of a stabilizer such as a heat stabilizer or an antioxidant, as necessary. Typically, a heat stabilizer is often used, and examples thereof include phosphorus compounds such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, triphenyl phosphate, dibutyl phosphate (dibutyl phosphate), phosphorous acid, trimethyl phosphite, and triethyl phosphite. These heat stabilizers can be used alone or in combination of two or more. Of these heat stabilizers, dibutyl phosphate is often used. The amount of heat stabilizer used is, for example, 0.01×10 −4 to 100×10 −4 mol, preferably 0.1×10 −4 to 40×10 −4 mol, per mol of the dicarboxylic acid component.
なお、重合温度を低く調整し易く3HB単位の分解を有効に抑制できる観点から、ジカルボン酸成分として酸クロリドなどの酸ハライドを用いてジオール成分と反応させるのが好ましい。ジカルボン酸成分として酸ハライドを用いる場合、反応で生成するハロゲン化水素をトラップするために塩基の存在下で反応させてもよい。塩基としては、例えば、金属水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物など)、金属炭酸塩(炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの炭酸アルカリ金属またはアルカリ土類金属塩など)などの無機塩基;アミン類(トリエチルアミンなどのトリアルキルアミン、ベンジルジメチルアミンなどの芳香族第3級アミン、ピリジンなどの複素環式第3級アミンなど)などの有機塩基などが挙げられる。塩基は、単独でまたは二種以上組み合わせてもよい。塩基の使用量は、酸ハライド1モルに対して、例えば0.8~20モル(例えば1~10モル)、好ましくは1.2~5モル、さらに好ましくは1.5~3モル程度であってもよい。 From the viewpoints of easily adjusting the polymerization temperature low and effectively suppressing decomposition of 3HB units, it is preferable to use an acid halide such as an acid chloride as the dicarboxylic acid component to react with the diol component. When an acid halide is used as the dicarboxylic acid component, the reaction may be carried out in the presence of a base to trap the hydrogen halide produced in the reaction. Examples of the base include inorganic bases such as metal hydroxides (such as alkali metal hydroxides or alkaline earth metal hydroxides, e.g., sodium hydroxide or calcium hydroxide) and metal carbonates (such as alkali metal carbonates or alkaline earth metal salts, e.g., sodium carbonate or sodium bicarbonate); and organic bases such as amines (such as trialkylamines, e.g., triethylamine; aromatic tertiary amines, e.g., benzyldimethylamine; and heterocyclic tertiary amines, e.g., pyridine). The base may be used alone or in combination. The amount of base used may be, for example, 0.8 to 20 moles (e.g., 1 to 10 moles), preferably 1.2 to 5 moles, and more preferably 1.5 to 3 moles per mole of acid halide.
反応は、通常、不活性ガス、例えば、窒素ガス;ヘリウムガス、アルゴンガスなどの希ガスなどの雰囲気中で行われる。また、反応は、減圧下、例えば、1×102~1×104Pa程度で行うこともできる。通常、エステル交換反応は、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが多く、重縮合反応は、減圧下で行うことが多い。反応温度は、前述した重合温度の範囲であるのが好ましく、反応時間は、例えば1~48時間、好ましくは12~36時間程度であってもよい。 The reaction is usually carried out in an atmosphere of an inert gas, for example, nitrogen gas or a rare gas such as helium gas or argon gas. The reaction can also be carried out under reduced pressure, for example, at about 1×10 2 to 1×10 4 Pa. Usually, the transesterification reaction is often carried out under an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, and the polycondensation reaction is often carried out under reduced pressure. The reaction temperature is preferably in the range of the polymerization temperature described above, and the reaction time may be, for example, about 1 to 48 hours, preferably about 12 to 36 hours.
なお、反応終了後、慣用の分離方法、例えば、濾過、濃縮、乾燥、抽出、晶析、再結晶、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。 After the reaction is complete, the product can be separated and purified using conventional separation methods, such as filtration, concentration, drying, extraction, crystallization, recrystallization, reprecipitation, column chromatography, or a combination of these.
(熱可塑性樹脂の特性および用途)
前記熱可塑性樹脂は、3HBに由来する骨格(3HB単位)を有するにもかかわらず、化学合成により調製しても意外にも分子量を大きく向上できるため、機械的特性や成形性(生産性)に優れている。
(Characteristics and uses of thermoplastic resins)
Although the thermoplastic resin has a skeleton (3HB unit) derived from 3HB, the molecular weight can be surprisingly increased even when prepared by chemical synthesis, and therefore the thermoplastic resin has excellent mechanical properties and moldability (productivity).
熱可塑性樹脂の平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)などによりポリスチレン換算で測定でき、重量平均分子量Mwは、例えば30000以上(例えば、30000~300000)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは50000以上(例えば、80000~200000)、さらに好ましくは100000以上(例えば、110000~180000)、特に120000以上(例えば、130000~150000)程度であってもよい。また、数平均分子量Mnは、例えば10000以上(例えば、20000~200000)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは30000以上(例えば、40000~100000)、さらに好ましくは50000以上(例えば、55000~80000)、特に60000以上(例えば、60000~65000)程度であってもよい。多分散度Mw/Mnは、例えば1~10(例えば1.2~5)程度の範囲から選択してもよく、好ましくは1.5~3(例えば2~2.5)程度であってもよい。 The average molecular weight of the thermoplastic resin can be measured in polystyrene equivalent terms using gel permeation chromatography (GPC) or the like, and the weight average molecular weight Mw may be selected from a range of, for example, approximately 30,000 or more (e.g., 30,000 to 300,000), preferably 50,000 or more (e.g., 80,000 to 200,000), more preferably 100,000 or more (e.g., 110,000 to 180,000), and particularly approximately 120,000 or more (e.g., 130,000 to 150,000). The number average molecular weight Mn may be selected, for example, from a range of about 10,000 or more (e.g., 20,000 to 200,000), preferably 30,000 or more (e.g., 40,000 to 100,000), more preferably 50,000 or more (e.g., 55,000 to 80,000), and particularly 60,000 or more (e.g., 60,000 to 65,000). The polydispersity Mw/Mn may be selected, for example, from a range of about 1 to 10 (e.g., 1.2 to 5), preferably about 1.5 to 3 (e.g., 2 to 2.5).
重量平均分子量Mw、数平均分子量Mnなどの平均分子量が低すぎると、機械的特性や成形性(生産性)が低下し易く、フィルム状などに成形できなくなるおそれがある。 If the average molecular weight, such as the weight average molecular weight Mw or number average molecular weight Mn, is too low, the mechanical properties and moldability (productivity) are likely to deteriorate, and it may not be possible to mold it into a film, etc.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、重量平均分子量Mw、数平均分子量Mnおよび多分散度Mw/Mnは、後述する実施例に記載の方法により測定できる。 In this specification and claims, the weight-average molecular weight Mw, number-average molecular weight Mn, and polydispersity index Mw/Mn can be measured by the method described in the examples below.
また、前記式(1)で表される第1のジオール成分を重合成分に含む前記熱可塑性樹脂は、好気性および嫌気性のいずれの条件下(特に嫌気性条件下)であっても3HB単位に由来する高い生分解性を示し易いため、生分解性樹脂を調製することもできる。すなわち、前記式(1)で表される第1のジオール成分を重合成分に利用することで、得られる樹脂の生分解性を向上することができる。さらに、前述の機械的特性や成形性(または生産性)と、生分解性とを両立することもできる。 Furthermore, the thermoplastic resin containing the first diol component represented by formula (1) as a polymerization component is likely to exhibit high biodegradability derived from the 3HB units under both aerobic and anaerobic conditions (particularly under anaerobic conditions), and therefore can also be used to prepare biodegradable resins. In other words, by using the first diol component represented by formula (1) as a polymerization component, the biodegradability of the resulting resin can be improved. Furthermore, it is possible to achieve both the aforementioned mechanical properties and moldability (or productivity) and biodegradability.
そのため、前記熱可塑性樹脂を少なくとも含む成形体は、優れた機械的特性や成形性(または生産性)を活かして様々な用途に利用できるのみならず、特に生分解性を示すこともできるため、使い捨て製品(ディスポーザブル製品)などにも有効に利用できる。 As a result, molded articles containing at least the above-mentioned thermoplastic resins can be used in a variety of applications, taking advantage of their excellent mechanical properties and moldability (or productivity). They are also particularly biodegradable, making them effective for use in disposable products, etc.
前記成形体は、前記熱可塑性樹脂とは異なる他の熱可塑性樹脂(前記式(1)で表されるジオール化合物を重合成分に含まない熱可塑性樹脂)や、慣用の添加剤などを含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、充填剤または補強剤、染顔料などの着色剤、導電剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、離型剤、帯電防止剤、分散剤、流動調整剤、レベリング剤、消泡剤、表面改質剤、加水分解抑制剤、炭素材、安定剤、低応力化剤などを含んでいてもよい。安定剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤などが挙げられる。低応力化剤としては、例えば、シリコーンオイル、シリコーンゴム、各種プラスチック粉末、各種エンジニアリングプラスチック粉末などが挙げられる。これらの添加剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用してもよい。 The molded article may contain a thermoplastic resin other than the thermoplastic resin (a thermoplastic resin that does not contain the diol compound represented by formula (1) as a polymerization component), conventional additives, etc. Examples of additives include fillers or reinforcing agents, colorants such as dyes and pigments, conductive agents, flame retardants, plasticizers, lubricants, mold release agents, antistatic agents, dispersants, flow control agents, leveling agents, antifoaming agents, surface modifiers, hydrolysis inhibitors, carbon materials, stabilizers, and stress reducers. Examples of stabilizers include antioxidants, ultraviolet absorbers, and heat stabilizers. Examples of stress reducers include silicone oil, silicone rubber, various plastic powders, and various engineering plastic powders. These additives may be used alone or in combination.
成形体は、例えば、射出成形法、射出圧縮成形法、押出成形法、トランスファー成形法、ブロー成形法、加圧成形法、キャスティング成形法などを利用して製造することができる。 Molded articles can be produced using, for example, injection molding, injection compression molding, extrusion molding, transfer molding, blow molding, pressure molding, casting molding, etc.
また、成形体の形状は、特に限定されず、例えば、線状、繊維状、糸状などの一次元的構造、フィルム状、シート状、板状などの二次元的構造、凹または凸レンズ状、棒状、中空状(管状)、容器または袋状などの三次元的構造などが挙げられる。 The shape of the molded product is not particularly limited, and examples include one-dimensional structures such as lines, fibers, and threads; two-dimensional structures such as films, sheets, and plates; and three-dimensional structures such as concave or convex lenses, rods, hollow (tubes), containers, or bags.
特に、熱可塑性樹脂は、機械的特性や成形性に優れているため、容易にフィルム状に形成でき、薄くても十分な強度を有しており取り扱い性も高い。そのため、本発明には、前記熱可塑性樹脂で形成されたフィルム(またはシート)も含まれる。 In particular, thermoplastic resins have excellent mechanical properties and moldability, making them easy to form into films, and even when thin, they have sufficient strength and are easy to handle. Therefore, the present invention also includes films (or sheets) formed from the above-mentioned thermoplastic resins.
このようなフィルムの平均厚みは、1~1000μm程度の範囲から用途に応じて選択でき、例えば1~200μm、好ましくは5~150μm、さらに好ましくは10~120μm(例えば80~120μm)程度である。 The average thickness of such films can be selected from a range of approximately 1 to 1000 μm depending on the application, for example, 1 to 200 μm, preferably 5 to 150 μm, and more preferably 10 to 120 μm (e.g., 80 to 120 μm).
このようなフィルムは、前記熱可塑性樹脂を、慣用の成膜方法、例えば、キャスティング法(溶剤キャスト法)、溶融押出法、カレンダー法などを用いて成膜(または成形)することにより製造できる。 Such films can be produced by forming (or molding) the thermoplastic resin using conventional film-forming methods, such as casting (solvent casting), melt extrusion, or calendaring.
フィルムは、未延伸または延伸フィルムであってもよい。なお、延伸フィルムは、一軸延伸フィルムまたは二軸延伸フィルムのいずれであってもよい。延伸倍率は、一軸延伸または二軸延伸において各方向にそれぞれ、例えば1.1~10倍、好ましくは1.2~8倍、さらに好ましくは1.5~6倍である。なお、二軸延伸の場合、等延伸、例えば、縦横両方向に1.5~5倍延伸であってもよく、偏延伸、例えば、縦方向に1.1~4倍、横方向に2~6倍延伸であってもよい。また、一軸延伸の場合、縦延伸、例えば、縦方向に2.5~8倍延伸であってもよく、横延伸、例えば、横方向に1.2~5倍延伸であってもよい。延伸フィルムの平均厚みは、例えば、1~150μm、好ましくは3~120μm、さらに好ましくは5~100μmである。 The film may be unstretched or stretched. Stretched films may be either uniaxially stretched or biaxially stretched. The stretching ratio in each direction for uniaxial or biaxial stretching is, for example, 1.1 to 10 times, preferably 1.2 to 8 times, and more preferably 1.5 to 6 times. In the case of biaxial stretching, equal stretching may be performed, for example, 1.5 to 5 times in both the longitudinal and transverse directions, or asymmetric stretching may be performed, for example, 1.1 to 4 times in the longitudinal direction and 2 to 6 times in the transverse direction. In the case of uniaxial stretching, longitudinal stretching may be performed, for example, 2.5 to 8 times in the longitudinal direction, or transverse stretching may be performed, for example, 1.2 to 5 times in the transverse direction. The average thickness of the stretched film is, for example, 1 to 150 μm, preferably 3 to 120 μm, and more preferably 5 to 100 μm.
なお、このような延伸フィルムは、成膜後のフィルム(または未延伸フィルム)に、延伸処理を施すことにより得ることができる。延伸方法は、特に制限されず、一軸延伸の場合、湿式延伸法または乾式延伸法のいずれであってもよく、二軸延伸の場合、テンター法(フラット法)であってもチューブ法であってもよいが、延伸厚みの均一性に優れるテンター法が好ましい。 Such stretched films can be obtained by stretching the film (or unstretched film) after film formation. The stretching method is not particularly limited; in the case of uniaxial stretching, either wet stretching or dry stretching may be used, and in the case of biaxial stretching, either the tenter method (flat method) or the tube method may be used, although the tenter method is preferred as it provides excellent uniformity in stretched thickness.
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、評価方法について下記に示す。 The present invention will be explained in more detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples. Evaluation methods are also described below.
[評価方法]
(NMR)
核磁気共鳴装置(日本分光(株)製「JNM-GSX270」)を用いて、試料をCDCl3に溶解して、1H-NMRスペクトル(270MHz)および13C-NMRスペクトル(67.5MHz)を測定した。
[Evaluation method]
(NMR)
Using a nuclear magnetic resonance spectrometer (JASCO Corporation, "JNM-GSX270"), the sample was dissolved in CDCl 3 and 1 H-NMR spectrum (270 MHz) and 13 C-NMR spectrum (67.5 MHz) were measured.
(GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ))
GPC測定装置(日本分光(株)製「GL-7400シリーズ」)を用いて、試料をテトラヒドロフラン(THF)に溶解して1mL/分の条件下、RIで検出して測定し、数平均分子量Mn、重量平均分子量Mw、多分散度Mw/Mnを標準ポリスチレン換算で算出した。
(GPC (Gel Permeation Chromatography))
Using a GPC measurement device ("GL-7400 series" manufactured by JASCO Corporation), a sample was dissolved in tetrahydrofuran (THF) and measured at a flow rate of 1 mL/min by RI detection, and the number average molecular weight Mn, weight average molecular weight Mw, and polydispersity index Mw/Mn were calculated in terms of standard polystyrene.
(生分解試験)
ISO 15985に従って、嫌気条件下で生分解性を評価した。
(Biodegradation test)
Biodegradability was evaluated under anaerobic conditions according to ISO 15985.
(FT-IR)
フーリエ変換赤外分光光度計(サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製「Nicolet iS5」)を用いて、ATR法(分解能4cm-1、積算回数64回)にて測定した。
(FT-IR)
Measurement was carried out by the ATR method (resolution 4 cm −1 , number of accumulations 64) using a Fourier transform infrared spectrophotometer ("Nicolet iS5" manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.).
[実施例1]
(シクロヘキサンジメタノールのトシル化)
[Example 1]
(Tosylation of cyclohexanedimethanol)
(式中、Tsはトシル基(p-トルエンスルホニル基)を示す)。 (In the formula, Ts represents a tosyl group (p-toluenesulfonyl group).)
アルゴン気流下、フラスコに上記式(3-1)で表されるシクロヘキサンジメタノール3.51g(24.3mmol)、トリエチルアミン7.39g(73.0mmol)、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミン0.84g(4.87mmol)、アセトニトリル100mLを添加し、氷冷した。p-トルエンスルホニルクロリド13.92g(73.0mmol)とアセトニトリル100mLの混合液を1時間かけて滴下し、氷冷下で1時間撹拌後、室温で24時間撹拌した。N,N-ジメチルエチレンジアミン21.8g(24.7mmol)を添加したのち、水100mLを投入し、濾別後1Lの水で洗浄、減圧乾燥した。得られた反応物にジクロロメタン/メタノール混合液(50/50、vol/vol)約200mLを添加し、加温して溶解した。放冷後、析出物を濾別して減圧乾燥し、白色固体の上記式(2-1)で表される1,4-ビス(p-トルエンスルホニルオキシメチル)シクロヘキサン(CHDM-Ts:収量9.89g、単離収率89.9%)を得た。 Under an argon atmosphere, 3.51 g (24.3 mmol) of cyclohexanedimethanol represented by formula (3-1) above, 7.39 g (73.0 mmol), triethylamine, 0.84 g (4.87 mmol), and 100 mL of acetonitrile were added to a flask and cooled on ice. A mixture of 13.92 g (73.0 mmol) of p-toluenesulfonyl chloride and 100 mL of acetonitrile was added dropwise over 1 hour, and the mixture was stirred under ice cooling for 1 hour, followed by stirring at room temperature for 24 hours. 21.8 g (24.7 mmol) of N,N-dimethylethylenediamine was added, followed by 100 mL of water. The mixture was filtered, washed with 1 L of water, and dried under reduced pressure. Approximately 200 mL of a dichloromethane/methanol mixture (50/50, vol/vol) was added to the resulting reaction mixture, and the mixture was dissolved by heating. After cooling, the precipitate was filtered and dried under reduced pressure to obtain a white solid of 1,4-bis(p-toluenesulfonyloxymethyl)cyclohexane (CHDM-Ts) represented by the above formula (2-1): yield 9.89 g, isolated yield 89.9%.
得られたCHDM-Tsの1H-NMRスペクトルおよび13C-NMRスペクトルの測定結果を図1~2および以下に示す。 The 1 H-NMR spectrum and 13 C-NMR spectrum of the resulting CHDM-Ts are shown in FIGS. 1 and 2 and below.
1H-NMR(270MHz,CDCl3):δ=0.86-1.75(10H,-CH-CH 2-CH 2-CH-)、2.45(s,6H,CH 3-Ar-)、3.78-3.87(d,4H,-SO3-CH 2-CH-)、7.35(d,4H,ArH)、7.76(d,4H,ArH)。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 0.86-1.75 (10H, -C H -C H 2 -C H 2 -C H -), 2.45 (s, 6H, C H 3 -Ar-), 3.78-3.87 (d, 4H, -SO 3 -C H 2 -CH-), 7.35 (d,4H,Ar H ), 7.76 (d,4H, Ar H ).
13C-NMR(67.5MHz,CDCl3):δ=21.74、24.61(-CH-CH2-CH2-)、28.10(CH3-Ar-)、34.46、37.01(-CH2-CH(CH2-)-CH2-)、127.73、127.76、129.71、129.76、132.87、132.89、144.58、144.66(ArC)。 13C -NMR (67.5MHz, CDCl 3 ): δ = 21.74, 24.61 (-CH- CH 2 - CH 2 -), 28.10 ( CH 3 -Ar-), 34.46, 37.01 (-CH 2 - CH (CH 2 -)- CH2- ), 127.73, 127.76, 129.71, 129.76, 132.87, 132.89, 144.58, 144.66 (ArC).
(3HBジオールの合成) (Synthesis of 3HB diol)
(式中、Tsはトシル基(p-トルエンスルホニル基)を示す)。 (In the formula, Ts represents a tosyl group (p-toluenesulfonyl group).)
アルゴン気流下、フラスコに式(2-1)で表されるCHDM-Ts 9.20g(20.3mmol)、(R)-3-ヒドロキシ酪酸((R)-3HB、99%e.e.以上)4.66g(44.8mmol)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)150mLを添加し溶解させたのち、炭酸カリウム6.18g(44.8mmol)を加え、50℃で48時間撹拌した。水500mLを投入し、ヘキサン/酢酸エチル(3/1,vol/vol)500mL×3で抽出後、ブライン500mLで洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去し、カラム精製(ヘキサン/酢酸エチル(体積比):1/1→1/2)して薄黄色オイルの上記式(1-1)で表される3HBジオール(1,4-ビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシメチル)シクロヘキサン:収量4.12g、単離収率44.8%)を得た。 Under an argon atmosphere, 9.20 g (20.3 mmol) of CHDM-Ts represented by formula (2-1), 4.66 g (44.8 mmol) of (R)-3-hydroxybutyric acid ((R)-3HB, 99% e.e. or higher), and 150 mL of N,N-dimethylformamide (DMF) were added to a flask and dissolved. 6.18 g (44.8 mmol) of potassium carbonate was then added and stirred at 50°C for 48 hours. 500 mL of water was added, and the mixture was extracted with 500 mL of hexane/ethyl acetate (3/1, vol/vol) three times, followed by washing with 500 mL of brine. After drying over magnesium sulfate, the solvent was distilled off and column purification (hexane/ethyl acetate (volume ratio): 1/1 → 1/2) was carried out to obtain 3HB diol (1,4-bis(3-hydroxybutanoyloxymethyl)cyclohexane) represented by the above formula (1-1) as a pale yellow oil: yield 4.12 g, isolated yield 44.8%.
得られた式(1-1)で表される3HBジオールの1H-NMRスペクトルおよび13C-NMRスペクトルの測定結果を図3~4および以下に示す。 The 1 H-NMR spectrum and 13 C-NMR spectrum of the resulting 3HB diol represented by formula (1-1) are shown in FIGS. 3 and 4 and below.
1H-NMR(270MHz,CDCl3):δ=0.93-2.04(10H,-CH-CH 2-CH 2-CH-)、1.23(d,6H,CH 3-CH-)、2.51(d,4H,-CH 2-C(=O)-O-)、3.10(s,2H,-OH)、4.00(d,4H,-CH-CH 2-O-)、4.10-4.30(m,2H,CH3-CH(-OH)-CH2-)。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 0.93-2.04 (10H, -C H -C H 2 -C H 2 -C H -), 1.23 (d, 6H, C H 3 -CH-), 2.51 (d, 4H, -C H 2 -C(=O)-O-), 3.10 (s, 2H, -O H ), 4.00 (d, 4H, -CH-C H 2 -O-), 4.10-4.30 (m, 2H, CH 3 -C H (-OH)-CH 2 -).
13C-NMR(67.5MHz,CDCl3):δ=22.48、25.22(-CH-CH2-CH2-)、28.75(CH3-CH-)、34.32、36.90(-CH-CH2-O-)、42.75(-CH2-C(=O)-O-)、60.33、64.17(CH3-CH(-OH)-CH2-)、67.22、69.40(-CH-CH2-O-)。 13 C-NMR (67.5 MHz, CDCl 3 ): δ = 22.48, 25.22 (-CH- CH 2 - CH 2 -), 28.75 ( CH 3 -CH-), 34.32, 36.90 (- CH - CH 2 -O-), 42.75 (-C H 2 -C(=O)-O-), 60.33, 64.17 (CH 3 - C H(-OH)-CH 2 -), 67.22, 69.40 (-CH- C H 2 -O-).
なお、式(1-1)で表される3HBジオールが異性体混合物であるため、13C-NMRスペクトルでは2種類のピーク(上記帰属のうち、化学シフト値を2つ記載したものに対応するピーク)として観測された炭素が見られた。 Since the 3HB diol represented by formula (1-1) is an isomer mixture, two types of peaks (peaks corresponding to two chemical shift values among the above assignments) of carbon were observed in the 13 C-NMR spectrum.
[実施例2]
(3HBポリエステルウレタンの重合)
[Example 2]
(Polymerization of 3HB polyester urethane)
実施例1で得られた式(1-1)で表されるジオール3HBジオール4.86g(15.36mmol)を60℃で4時間減圧乾燥したのち、ジラウリン酸ジブチルすず10.2mg(0.016mmol)を添加し、アルゴン置換をした。脱水したDMF 15mLとヘキサメチレンジイソシアネート2.7269g(16.21mmol)を添加し、80℃で24時間撹拌して高粘度の薄黄色溶液を得た。得られた反応液をDMF 20mLで希釈したのち、水800mLへ投入し、濾別後、60℃で6時間減圧乾燥した。テトラヒドロフラン100mLを添加し、加温して溶解させ、水1Lへ投入して再沈殿させた。濾別後、60℃で8時間減圧乾燥して白色固体として上記式中の下段に示される3HBポリエステルウレタンを得た。 4.86 g (15.36 mmol) of the 3HB diol diol represented by formula (1-1) obtained in Example 1 was dried under reduced pressure at 60°C for 4 hours, after which 10.2 mg (0.016 mmol) of dibutyltin dilaurate was added and the atmosphere was replaced with argon. 15 mL of dehydrated DMF and 2.7269 g (16.21 mmol) of hexamethylene diisocyanate were added and stirred at 80°C for 24 hours to obtain a highly viscous, pale yellow solution. The resulting reaction solution was diluted with 20 mL of DMF and poured into 800 mL of water. After filtering, the solution was dried under reduced pressure at 60°C for 6 hours. 100 mL of tetrahydrofuran was added, and the mixture was heated to dissolve the solution, which was then poured into 1 L of water and reprecipitated. After filtering, the solution was dried under reduced pressure at 60°C for 8 hours to obtain the 3HB polyester urethane shown in the lower part of the formula above as a white solid.
得られた3HBポリエステルウレタンの1H-NMRスペクトルおよび13C-NMRスペクトルの測定結果を図5~6および以下に示す。 The 1 H-NMR spectrum and 13 C-NMR spectrum of the resulting 3HB polyester urethane are shown in FIGS. 5 and 6 and below.
1H-NMR(270MHz,CDCl3):δ=0.91-1.89(18H,-NH-CH2-CH 2-CH 2-,-CH2-CH(-CH 2)-CH 2-)、1.30(d,6H,CH 3-CH-)、2.44-2.68(m,4H,-CH-CH 2-C(=O)-O-)、3.07-3.16(m,4H,-NH-CH 2-CH2-CH2-)、3.85-3.98(d,4H,-CH-CH 2-O-)、4.60-5.00(br,2H,-NH-)、5.11-5.18(m,2H,CH3-CH-)。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 0.91-1.89 (18H, -NH-CH 2 -CH 2 -CH 2 - , -CH 2 -CH ( -CH 2 )-CH 2 - ), 1.30 (d, 6H, CH 3 -CH-), 2.44-2.68 (m, 4H, -CH-C H 2 -C(=O)-O-), 3.07-3.16 (m, 4H, -NH-C H 2 -CH 2 -CH 2 -), 3.85-3.98 (d, 4H, -CH-C H 2 -O-), 4.60-5.00 (br, 2H, -N H -), 5.11-5.18 (m, 2H, CH 3 -C H -).
13C-NMRスペクトルにおいて、エステル結合由来の炭素(170.31ppmのC=O)、およびウレタン結合由来の炭素(155.54ppmのC=O)の2種類のピークが観測されたことから、目的とする3HBポリエステルウレタンが得られたことを確認した。 In the C -NMR spectrum, two peaks were observed, one representing the carbon derived from the ester bond (C═O at 170.31 ppm) and the other representing the carbon derived from the urethane bond (C═O at 155.54 ppm), confirming that the desired 3HB polyesterurethane was obtained.
得られた3HBポリエステルウレタンのGPCの測定したところ、数平均分子量Mnが63000、重量平均分子量Mwが142000、多分散度Mw/Mnが2.256であり、高分子量のポリエステルウレタンが得られていることが分かった。 GPC analysis of the resulting 3HB polyesterurethane revealed a number average molecular weight Mn of 63,000, a weight average molecular weight Mw of 142,000, and a polydispersity index Mw/Mn of 2.256, indicating that a high molecular weight polyesterurethane had been obtained.
また、得られた3HBポリエステルウレタンを用いて、120℃、1MPaの条件でプレス機(アズワン(株)製「AH-2003」)により2分間プレスした後、室温、1MPaの条件で冷却して、平均厚み100μmのフィルムを作製した。フィルムは十分な強度を有しており、簡便に調製できて成形性も高かった。 The resulting 3HB polyester urethane was then pressed for 2 minutes in a press (AH-2003, manufactured by AS ONE Corporation) at 120°C and 1 MPa, and then cooled at room temperature and 1 MPa to produce a film with an average thickness of 100 μm. The film had sufficient strength, was easy to prepare, and had high formability.
[実施例3]
(3HBジオールの合成)
[Example 3]
(Synthesis of 3HB diol)
アルゴン気流下、(R)-3-ヒドロキシ酪酸((R)-3HB、99%e.e.以上)8.75g(84.05mmol)、上記式(2-2)で表される1,2-ジブロモエタン7.17g(38.17mmol)、DMF 40mLを添加し、室温で攪拌した。炭酸カリウム11.62g(84.07mmol)を加えて攪拌したところ、CO2の発生を伴いおよそ30分後にゲル化した。DMFをさらに40mL追加し、80℃で18時間加熱攪拌し、白色スラリーを得た。この白色スラリーをセライトろ過し、60℃、0.2kPaで溶媒を留去し、薄黄色オイルを得た。得られた薄黄色オイルをカラム精製(CHCl3/MeOH(体積比)=75:1→10:1)することで上記式(1-2)で表される3HBジオール(1,2-ビス(3-ヒドロキシブタノイルオキシメチル)エタン:収量5.05g、収率56.5%)を薄茶色オイルとして得た。 Under an argon stream, 8.75 g (84.05 mmol) of (R)-3-hydroxybutyric acid ((R)-3HB, 99% ee or higher), 7.17 g (38.17 mmol) of 1,2-dibromoethane represented by formula (2-2) above, and 40 mL of DMF were added and stirred at room temperature. 11.62 g (84.07 mmol) of potassium carbonate was added and stirred, resulting in the generation of CO2 and gelation after approximately 30 minutes. An additional 40 mL of DMF was added, and the mixture was heated and stirred at 80°C for 18 hours, yielding a white slurry. This white slurry was filtered through Celite, and the solvent was distilled off at 60°C and 0.2 kPa to yield a pale yellow oil. The resulting pale yellow oil was purified by column chromatography (CHCl 3 /MeOH (volume ratio) = 75:1 → 10:1) to obtain 3HB diol (1,2-bis(3-hydroxybutanoyloxymethyl)ethane: yield 5.05 g, 56.5% yield) represented by the above formula (1-2) as a pale brown oil.
得られた式(1-2)で表される3HBジオールの1H-NMRスペクトルおよび13C-NMRスペクトルの測定結果を図7~8および以下に示す。 The 1 H-NMR spectrum and 13 C-NMR spectrum of the resulting 3HB diol represented by formula (1-2) are shown in FIGS. 7 and 8 and below.
1H-NMR(270MHz,CDCl3):δ=1.23(d,6H,CH 3-CH-)、2.41-2.57(dd,4H,-CH 2-C(=O)-O-)、2.85-3.15(br,2H,-OH)、4.16-4.27(m,2H,CH3-CH-)、4.33(t,4H,-O-CH 2-)。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 1.23 (d, 6H, C H 3 -CH-), 2.41-2.57 (dd, 4H, -C H 2 -C(=O)-O-), 2.85-3.15 (br, 2H, -O H ), 4.16-4.27 (m, 2H, CH 3 -C H -), 4.33 (t, 4H, -O-C H 2 -).
13C-NMR(67.5MHz,CDCl3):δ=22.59(CH3-CH-)、42.91(-CH2-C(=O)-O-)、62.17(-O-CH2-)、64.19(CH3-CH-)、172.23(-CH2-C(=O)-O-)。 13 C-NMR (67.5 MHz, CDCl 3 ): δ = 22.59 ( CH 3 -CH-), 42.91 ( -CH 2 -C(=O)-O-), 62.17 (-O- CH 2 -), 64.19 (CH 3 - C H-), 172.23 (-CH 2 - C (=O)-O-).
なお、式(1-2)で表される3HBジオールでは、異性体混合物は確認されなかった。 In addition, no isomer mixtures were confirmed in the 3HB diol represented by formula (1-2).
[比較例1]
(ポリウレタンの重合およびその生分解性)
[Comparative Example 1]
(Polyurethane Polymerization and Its Biodegradability)
シクロヘキサンジメタノール(CHDM、60℃で1.5時間真空乾燥)0.74gおよび約1mgのエチルヘキサン酸すずを、DMF 5mLに加えて窒素置換した。ここにヘキサメチレンジイソシアネート0.91gを添加し、80℃に加熱して7時間反応した。得られた反応液にDMF 10.0mLを加え、さらに蒸留水を300.55mL加えて析出した白色固体を濾過し、60℃で乾燥して、3HB単位を含まないポリウレタンを得た。得られたポリウレタンのMnは5500、Mwは11000であった。 0.74 g of cyclohexanedimethanol (CHDM, vacuum dried at 60°C for 1.5 hours) and approximately 1 mg of tin ethylhexanoate were added to 5 mL of DMF and the atmosphere was purged with nitrogen. 0.91 g of hexamethylene diisocyanate was added, and the mixture was heated to 80°C and reacted for 7 hours. 10.0 mL of DMF was added to the resulting reaction solution, followed by 300.55 mL of distilled water. The precipitated white solid was filtered and dried at 60°C to obtain a polyurethane containing no 3HB units. The resulting polyurethane had an Mn of 5,500 and an Mw of 11,000.
この3HB単位を含まないポリウレタンを用いて、180℃、1MPaの条件でプレス機(アズワン(株)製「AH-2003」)により2分間プレスした後、室温、1MPaの条件で冷却して、平均厚み100μmのフィルムを作製した。得られたポリウレタンフィルムを用いて生分解試験を行ったところ、77日後もバイオガス化する傾向は見られず、分子量もほとんど変化しなかった(Mn=4900、Mw=9800)。 This polyurethane, which does not contain 3HB units, was pressed for 2 minutes in a press ("AH-2003" manufactured by AS ONE Corporation) at 180°C and 1 MPa, and then cooled at room temperature and 1 MPa to produce a film with an average thickness of 100 μm. A biodegradation test was conducted using the resulting polyurethane film, and it showed no tendency to biogasify even after 77 days, and its molecular weight showed almost no change (Mn = 4900, Mw = 9800).
[実施例4]
(3HBポリエステルウレタンの生分解性)
実施例2で得られた3HBポリエステルウレタンを用いて、180℃、1MPaの条件でプレス機(アズワン(株)製「AH-2003」)により2分間プレスした後、室温、1MPaの条件で冷却して、平均厚み100μmのフィルムを作製した。得られた3HBポリエステルウレタンフィルムを用いて生分解試験を行ったところ、77日後に約5%がバイオガス化し、Mnが63000から880に、Mwが142000から2200にそれぞれ低下していた。
[Example 4]
(Biodegradability of 3HB polyester urethane)
The 3HB polyester urethane obtained in Example 2 was pressed for 2 minutes at 180°C and 1 MPa using a press ("AH-2003" manufactured by AS ONE Corporation), and then cooled at room temperature and 1 MPa to produce a film with an average thickness of 100 μm. A biodegradation test was conducted using the resulting 3HB polyester urethane film, and after 77 days, approximately 5% was converted into biogas, and the Mn decreased from 63,000 to 880 and the Mw decreased from 142,000 to 2,200.
また、生分解試験前後における3HBポリエステルウレタンのFT-IRスペクトルを図9に示す。図9から明らかなように、ウレタン結合のピークトップで規格化した際に、生分解試験後のエステル結合の吸収ピークが相対的に小さくなっていることから、3HB単位とCHDM単位とのエステル結合が選択的(または優先的)に切断されていることが分かった。 Figure 9 shows the FT-IR spectra of 3HB polyester urethane before and after the biodegradation test. As is clear from Figure 9, when normalized by the peak top of the urethane bond, the absorption peak of the ester bond after the biodegradation test becomes relatively smaller, indicating that the ester bond between the 3HB unit and the CHDM unit has been selectively (or preferentially) cleaved.
[比較例2]
(CHDMの生分解性)
モノマーであるCHDMの生分解性を評価した結果を図10に示す。図10から明らかなように、35日経過後もバイオガス化する傾向は見られず、CHDMは生分解性を示さないことが分かった。
[Comparative Example 2]
(Biodegradability of CHDM)
The results of evaluating the biodegradability of the monomer CHDM are shown in Figure 10. As is clear from Figure 10, no tendency to biogasify was observed even after 35 days, indicating that CHDM does not exhibit biodegradability.
この結果から、実施例4の3HBポリエステルウレタンの生分解試験後にもCHDMは残存していると考えられるが、水溶性のために試験後の汚泥中に溶解した状態で残存していると推測される。実施例4の生分解試験後の平均分子量の値(Mn=880、Mw=2200)には、汚泥中に溶解したCHDMの影響が反映されていないため、実際にはより一層低い値になると考えられる。 From these results, it is believed that CHDM remains even after the biodegradation test of 3HB polyester urethane in Example 4, but due to its water solubility, it is presumed to remain dissolved in the sludge after the test. The average molecular weight value after the biodegradation test in Example 4 (Mn = 880, Mw = 2200) does not reflect the effect of CHDM dissolved in the sludge, and therefore the actual value is likely to be even lower.
本発明のジオール化合物は樹脂原料(または重合成分)[特に生分解性樹脂の樹脂原料]として好適に利用でき、化学合成で樹脂に3HB単位を導入しても、樹脂の分子量を有効に向上できるため、機械的特性や成形性(または生産性)を向上できる。 The diol compounds of the present invention can be suitably used as resin raw materials (or polymerization components) [particularly as resin raw materials for biodegradable resins], and even when 3HB units are introduced into the resin by chemical synthesis, the molecular weight of the resin can be effectively increased, thereby improving mechanical properties and moldability (or productivity).
そのため、各種の分野で利用でき、例えば、研磨剤(歯磨き粉、洗顔料、全身洗浄料などのスクラブ剤など)、塗料、帯電防止剤、インキ、接着剤、粘着剤、電気・電子材料(例えば、キャリア輸送剤、発光体、有機感光体など)、電気・電子部品または機器(例えば、光学レンズ、光学フィルム、光ディスク、インクジェットプリンタ、デジタルペーパ、有機半導体レーザ、色素増感型太陽電池など)、機械部品または機器(例えば、自動車、航空・宇宙材料、センサなど)などに利用できる。特に、機械的特性が高いため、押出成形、射出成形などによって容易に成形でき、各種分野の成形部材(例えば、ケーシング、ハウジングなどの成形体、ストロー、コップ、皿、箸、スプーン、フォークなどの食器類など)、容器(食品、日用品、電気、電子機器および部品などの容器)、フィルムやシート、袋(レジ袋、エコバッグ(登録商標)、ゴミ袋など)などの包装材料などに好適に利用できる。 As a result, it can be used in a variety of applications, including abrasives (such as scrubbing agents in toothpaste, facial cleansers, and body washes), paints, antistatic agents, inks, adhesives, pressure-sensitive adhesives, electrical and electronic materials (such as carrier transport agents, light-emitting materials, and organic photoreceptors), electrical and electronic components or devices (such as optical lenses, optical films, optical disks, inkjet printers, digital paper, organic semiconductor lasers, and dye-sensitized solar cells), and mechanical parts or devices (such as automobiles, aerospace materials, and sensors). In particular, due to its high mechanical properties, it can be easily molded by extrusion molding, injection molding, and other methods, making it ideal for use in a variety of applications, including molded components (such as casings and housings, and tableware such as straws, cups, plates, chopsticks, spoons, and forks), containers (for food, daily necessities, electrical and electronic devices, and their components), and packaging materials such as films, sheets, and bags (such as shopping bags, Eco Bags (registered trademark), and garbage bags).
また、3HB由来の骨格を含むことから、好気性および嫌気性条件下における生分解性などに起因して、前記用途の中でも食器類、容器、袋などの使い捨て製品(ディスポーザブル製品)などに好適に利用でき、近年重要視されているマイクロプラスチックなどの環境問題の解決にも有用であるだけでなく、医療分野(例えば、医療機器、医療用ディスポーザブル製品など)、化粧品分野などの生体適合性、安全性などが求められる用途にも利用できる。 Furthermore, because it contains a skeleton derived from 3HB, it is biodegradable under aerobic and anaerobic conditions, making it suitable for use in disposable products such as tableware, containers, and bags, among other applications. This makes it useful for solving environmental issues such as microplastics, which have become increasingly important in recent years, and it can also be used in applications requiring biocompatibility and safety, such as in the medical field (e.g., medical devices, medical disposable products, etc.) and cosmetics.
Claims (15)
で表される3-ヒドロキシ酪酸由来の構成単位を有するジオール化合物の製造方法であって、
下記式(2)
で表される化合物と、3-ヒドロキシ酪酸とを反応させる、ジオール化合物の製造方法。 The following formula (1)
A method for producing a diol compound having a structural unit derived from 3-hydroxybutyric acid represented by the formula:
The following formula (2)
and 3-hydroxybutyric acid.
前記ジカルボン酸成分が、脂肪族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸および芳香族ジカルボン酸から選択される少なくとも一種のジカルボン酸の酸ハロゲン化物または酸無水物を含む請求項8記載の熱可塑性樹脂の製造方法。 the diisocyanate component includes an aliphatic diisocyanate component, an alicyclic diisocyanate component, or an aromatic diisocyanate component;
9. The method for producing a thermoplastic resin according to claim 8, wherein the dicarboxylic acid component comprises an acid halide or an acid anhydride of at least one dicarboxylic acid selected from aliphatic dicarboxylic acids, alicyclic dicarboxylic acids, and aromatic dicarboxylic acids.
で表される3-ヒドロキシ酪酸由来の構成単位を有するジオール化合物を少なくとも含むジオール成分と、ジイソシアネート成分とを含む重合成分を重合して、得られる熱可塑性樹脂の嫌気性条件下における生分解性を向上する方法。 The following formula (1)
and a diisocyanate component, and a diol component containing at least a diol compound having a structural unit derived from 3-hydroxybutyric acid represented by the formula (I) above, and improving the biodegradability under anaerobic conditions of the resulting thermoplastic resin.
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