JP7744904B2 - 脂肪族二酸及び脂肪族ジオールからのポリエステルカーボネート、並びにそれらの製造方法 - Google Patents
脂肪族二酸及び脂肪族ジオールからのポリエステルカーボネート、並びにそれらの製造方法Info
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Description
(これらの特定の3つの出発物質を挙げたのは、純粋に本発明を解説する目的のためであり、限定するものと理解されるべきではない)。
(i)少なくとも1つの脂肪族ジカルボン酸及び/又は少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つのジアリールカーボネートとを、少なくとも1つの脂肪族ジヒドロキシ化合物及び第1の触媒及び/又は第2の触媒の存在下で反応させる工程と、
(ii)方法工程(i)から得られた混合物を、第1の触媒及び第2の触媒の存在下で、少なくとも縮合時に脱離した化学的化合物を除去しながら、更なる縮合に供する工程と、
を含み、ここで、
第1の触媒が、少なくとも1つの第三級窒素塩基であり、
第2の触媒が、少なくとも1つの塩基性アルカリ金属塩であり、かつ、
方法工程(ii)におけるアルカリ金属カチオンの割合が、方法工程(i)において使用された全ての成分に対して0.0008重量%~0.0030重量%である、方法を提供する。
(i)少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つのジアリールカーボネートとを、少なくとも1つの脂肪族ジヒドロキシ化合物及び第1の触媒及び/又は第2の触媒の存在下で反応させる工程と、
(ii)方法工程(i)から得られた混合物を、第1の触媒及び第2の触媒の存在下で、少なくとも縮合時に脱離した化学的化合物を除去しながら、更なる縮合に供する工程と、
を含み、ここで、
第1の触媒が、少なくとも1つの第三級窒素塩基であり、
第2の触媒が、少なくとも1つの塩基性アルカリ金属塩であり、かつ、
方法工程(ii)におけるアルカリ金属カチオンの割合が、方法工程(i)において使用された全ての成分に対して0.0008重量%~0.0030重量%である、方法を提供する。
本発明の方法は、直接合成又はワンポット合成と呼ばれる。それというのも、方法工程(i)において、後続のポリエステルカーボネートを形成する全ての構造要素が既にモノマーとして存在しているからである。これは、好ましくは、本発明によれば、ジヒドロキシ化合物、線状脂肪族ジカルボン酸及び/又は脂環式ジカルボン酸、及び/又はジアリールカーボネートが1つだけより多く存在する場合であっても、全ての脂肪族ジヒドロキシ化合物、全ての線状脂肪族ジカルボン酸及び/又は脂環式ジカルボン酸、そしてまた全てのジアリールカーボネートがこの工程において存在することを意味する。したがって、本発明によれば、方法工程(ii)においてポリエステルカーボネートに縮合される全てのモノマーが、方法工程(i)の間に既に存在していることが好ましい。同様に、本発明は、少量の少なくとも1つのジアリールカーボネートが方法工程(ii)において追加的に添加される実施形態を包含する。これを選択的に使用して、形成されるポリエステルカーボネートの末端OH基含有量を低下させることができる。このようなアプローチは、例えば、特開2010-077398号において記載されている。しかしながら、後続のポリエステルカーボネートを形成する全ての構造要素が方法工程(i)において既にモノマーとして存在し、更なる構造要素を添加しないためには、この場合に、方法工程(ii)において少量で添加される少なくとも1つのジアリールカーボネートは、方法工程(i)において存在する少なくとも1つのジアリールカーボネートと同じであることが必要である。したがって、こういった意味で、この方法は、依然として直接合成又はワンポット合成と呼ばれ得る。
Aは、R3を表し、ここで、
R3は、3個~16個の炭素原子、好ましくは3個~8個の炭素原子、より好ましくは3個~6個の炭素原子、更に好ましくは3個又は4個の炭素原子を有する線状アルキレン基を表し、このアルキレン基は、任意に一置換又は多置換されている場合があり、又は、
Aは、式(Ia)若しくは式(Ib):
Bは、それぞれの場合に独立して、CH2基、O、又はSを表し、
R1は、それぞれの場合に独立して、単結合又は1個~10個の炭素原子を有するアルキレン基、好ましくは単結合又は1個~9個の炭素原子を有するアルキレン基、より好ましくは単結合又は1個~8個の炭素原子を有するアルキレン基、同様に好ましくは単結合又は1個~5個の炭素原子を有するアルキレン基、特に好ましくは単結合を表し、かつ、
R2は、それぞれの場合に独立して、1個~10個の炭素原子、好ましくは1個~9個の炭素原子、より好ましくは1個~8個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
nは、0から3の間、好ましくは0から2の間、特に好ましくは0から1の間の数、非常に特に好ましくは1であり、
mは、0から6の間、好ましくは0から3の間、特に好ましくは0から2の間の数、非常に特に好ましくは0であり、かつ「*」は、式(1)におけるカルボン酸基が存在する位置を示す)によって表されることが特に好ましい。
Bは、それぞれの場合に独立して、CH2基、O又はS、好ましくはCH2基を表し、
R1は、それぞれの場合に独立して、単結合、又は1個~10個の炭素原子を有する線状アルキレン基、特に好ましくは単結合を表し、
R2は、それぞれの場合に独立して、1個~10個の炭素原子、好ましくは1個~9個の炭素原子、より好ましくは1個~8個の炭素原子を有する線状アルキル基を表し、
nは、0~3、好ましくは0~2、特に好ましくは0~1、非常に特に好ましくは1の数であり、
mは、0~6、好ましくは0~3、特に好ましくは0~2、非常に特に好ましくは0の数であり、「*」は、式(1)におけるカルボン酸基が存在する位置を示す。
Bは、それぞれの場合に独立して、炭素原子又は、O及びSからなる群から選択されるヘテロ原子、好ましくはCH2基、又はO及びSからなる群から選択されるヘテロ原子を表し、nは、0~3の数である)の化合物又はこれらの混合物から好ましく選択される。更に好ましくは、Bは、炭素原子又はO、好ましくはCH2基又はOを表し、nは0~3、好ましくは0又は1の数である。
方法工程(ii)において、方法工程(i)から得られた混合物を、少なくとも縮合時に脱離した化学的化合物を除去しながら、更なる縮合に供する。本発明の文脈において、「更なる」縮合という表現は、少なくとも幾らかの縮合が方法工程(i)において既に起こっていることを意味すると理解されるべきである。これは、好ましくは、アリールアルコールの脱離を伴う、少なくとも1つの線状脂肪族ジカルボン酸及び/又は少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つのジアリールカーボネートとの反応である。しかしながら、オリゴマーへの更なる縮合も既に起こっていることが好ましい(方法工程(i)を参照)。
(i)少なくとも、少なくとも1つの線状脂肪族ジカルボン酸及び/又は脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つのジアリールカーボネートとを、少なくとも1つの脂肪族ジヒドロキシ化合物及び第1の触媒及び/又は第2の触媒の存在下で反応させる工程と、
(ii)方法工程(i)から得られた混合物を、第1の触媒及び第2の触媒の存在下で、少なくとも縮合時に脱離した化学的化合物を除去しながら、更なる縮合に供する工程と、
を含み、ここで、
第1の触媒が、少なくとも1つの第三級窒素塩基であり、
第2の触媒が、少なくとも1つの塩基性アルカリ金属塩であり、かつ、
方法工程(ii)におけるアルカリ金属カチオンの割合が、方法工程(i)において使用された全ての成分に対して0.0008重量%~0.0030重量%である、方法。
(i)少なくとも、少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つのジアリールカーボネートとを、少なくとも1つの脂肪族ジヒドロキシ化合物及び第1の触媒及び/又は第2の触媒の存在下で反応させる工程と、
(ii)方法工程(i)から得られた混合物を、第1の触媒及び第2の触媒の存在下で、少なくとも縮合時に脱離した化学的化合物を除去しながら、更なる縮合に供する工程と、
を含み、ここで、
第1の触媒が、少なくとも1つの第三級窒素塩基であり、
第2の触媒が、少なくとも1つの塩基性アルカリ金属塩であり、かつ、
方法工程(ii)におけるアルカリ金属カチオンの割合が、方法工程(i)において使用された全ての成分に対して0.0008重量%~0.0030重量%である、方法。
Aは、R3を表し、ここで、
R3は、3個~16個の炭素原子、好ましくは3個~8個の炭素原子、より好ましくは3個~6個の炭素原子、更に好ましくは3個又は4個の炭素原子を有する線状アルキレン基を表し、このアルキレン基は、任意に一置換又は多置換されている場合があり、又は、
Aは、式(Ia)若しくは式(Ib):
Bは、それぞれの場合に独立して、CH2基、O、又はSを表し、
R1は、それぞれの場合に独立して、単結合又は1個~10個の炭素原子を有するアルキレン基、好ましくは単結合又は1個~9個の炭素原子を有するアルキレン基、より好ましくは単結合又は1個~8個の炭素原子を有するアルキレン基、同様に好ましくは単結合又は1個~5個の炭素原子を有するアルキレン基、特に好ましくは単結合を表し、かつ、
R2は、それぞれの場合に独立して、1個~10個の炭素原子、好ましくは1個~9個の炭素原子、より好ましくは1個~8個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
nは、0から3の間、好ましくは0から2の間、特に好ましくは0から1の間の数、非常に特に好ましくは1であり、
mは、0から6の間、好ましくは0から3の間、特に好ましくは0から2の間の数、非常に特に好ましくは0であり、かつ「*」は、式(1)におけるカルボン酸基が存在する位置を示す)によって表されることを特徴とする、上述の実施形態のいずれかに記載の方法。
シクロヘキサンジカルボン酸:シクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸;CAS 1076-97-7 99%;東京化成工業株式会社(日本)、略してCHDA。元素分析によれば、CHDAには1ppm未満のナトリウムが含まれていた。
溶液粘度
溶液粘度の決定:相対溶液粘度(ηrel;相対ηとも呼ばれる)を、ウベローデ粘度計を使用してジクロロメタン中で5g/lの濃度において25℃にて決定した。測定はDIN51562-3;1985-05に従って実施された。この測定では、測定対象のポリエステルカーボネートの通過時間をウベローデ粘度計によって測定した後に、ポリマー溶液とその溶媒との粘度差を測定した。このために、純粋な溶媒であるジクロロメタン、トリクロロエチレン及びテトラクロロエチレンの測定を通じてウベローデ粘度計を初期較正する(常に3回以上9回以下の測定を行う)。その後、溶媒であるジクロロメタンを用いて実際の較正を行う。次に、ポリマー試料を秤量し、ジクロロメタン中に溶解し、次いでこの溶液についてフロータイムを3回測定する。フロータイムの平均値をHagenbach補正し、相対溶液粘度を算出する。
17.20g(0.10mol)のシクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸、29.83g(0.204mol)のイソソルビド、64.30g(0.3mol)のジフェニルカーボネート、0.0111gのDMAP(4-ジメチルアミノピリジン;出発材料CHDA、DPC、及びISBに対して100ppm)、及びおよそ10ppmのNaに相当する50.2μlの安息香酸ナトリウムの水溶液(141.4g/l)を、短行程分離機を備えたフラスコに入れた。脱気及び窒素による真空の解放を4回行うことにより、混合物から酸素を除去した。混合物を溶融し、撹拌しながら標準圧力で160℃に加熱した。混合物を160℃で50分間、175℃で50分間、190℃で30分間、及び205℃で50分間撹拌した。この操作の間に、二酸化炭素が継続的に発生する。CO2の発生が止んだら、浴温度を220℃に調整する。更に20分後に、負圧を適用する。30分間かけて圧力を10mbarに下げる。この操作の間に、フェノールを連続的に除去する。混合物を10mbarで約10分間撹拌する。次に、圧力を1mbar(およそ0.7mbar)未満に下げ、更に10分間縮合を続ける。その後、混合物の処理を止めた。
実施例4
103.2g(0.60mol)のシクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸、176.35g(1.206mol)のイソソルビド、385.8g(1.80mol)のジフェニルカーボネート、0.0666gのDMAP(4-ジメチルアミノピリジン;出発材料CHDA、DPC、及びISBに対して100ppm)、及び安息香酸ナトリウムの水溶液の形の30ppmのナトリウム(実施例1と同じ濃度)を、短行程分離機を備えたフラスコに入れた。脱気及び窒素による真空の解放を4回行うことにより、混合物から酸素を除去した。混合物を溶融し、撹拌しながら標準圧力で180℃に加熱した。出発材料が完全に溶融したら、混合物を20分間撹拌する。これに続いて、25分間かけて240mbarに減圧する。40分間かけて圧力を140mbarに下げる。この操作の間に、フェノールを連続的に留去する。反応混合物における真空を窒素により解放し、混合物を確認して、CO2の発生がまだ起こっているかどうかを確かめる。CO2の発生が止んだら、縮合段階(段階2)を開始する(この時点でまだCO2の発生が観察され得る場合には、それが止むまで待つ;この時点で更に100ppmのDMAPを加えることができる。これが必要となるのは、この触媒が最初の段階で完全に除去された場合であり、これは停滞した重縮合段階によって裏付けられ得る)。圧力を140mbarに調整し、浴温度を105℃に調整する。15分間かけて圧力を70mbarに下げる。この後、圧力を50分間かけて1mbarに下げ、浴温度を240℃に上昇させる。1mbar及び240℃で、混合物を更に20分間撹拌する。溶融物が撹拌器に引き上げられたときは、これを撹拌器から取り除き、溶融物に戻す。これを行うには、混合物における真空を一時的に解放しなければならない。1.32の相対ηを有する淡褐色の重縮合物が得られる。
24.63g(0.1685mol)のイソソルビド、8.01g(0.05mol)の3,3-ジメチルグルタル酸、46.36g(0.2165mol)のジフェニルカーボネート、100ppm(0.079g)のDMAP、及び30ppmのLi(ストック溶液(100.00g/L)によるLiOHの水溶液として→0.078mL)を、短行程分離機を備えた三ツ口フラスコに入れた。脱気及び窒素による真空の解放を4回行うことにより、フラスコの内容物から酸素を除去した。混合物を160℃に加熱し、溶融した。溶融後に、混合物を160℃で45分間撹拌した。次に、温度を1.5時間かけて段階的に225℃に高めた。30分間かけて圧力を500mbarに下げた。この操作の間に、フェノールを連続的に除去した。温度を235℃に高め、圧力を2時間かけてゆっくりと0.1mbarに下げた。235℃及び0.1mbarで10分間撹拌した後に、反応を止め、溶融物を取り出した。
29.83g(0.2040mol)のイソソルビド、8.01g(0.05mol)の3,3-ジメチルグルタル酸、8.60g(0.050mol)のシクロヘキサンジカルボン酸、64.30g(0.30mol)のジフェニルカーボネート、100ppm(0.0111g)のDMAP、及び安息香酸ナトリウム(0.0069g)としての10ppmのNaを、短行程分離機を備えた三ツ口フラスコに入れた。脱気及び窒素による真空の解放を4回行うことにより、フラスコの内容物から酸素を除去した。混合物を160℃に加熱し、溶融した。溶融後に、混合物を160℃で15分間撹拌した。温度を175℃に高め、この温度で75分間撹拌を続けた。次に、更に100ppm(0.0111g)のDMAPを加え、混合物を175℃で更に30分間撹拌した。ガスの発生が止んだ後に、温度を1.5時間かけて段階的に220℃に高めた。この操作の間に、フェノールを連続的に除去した。次に、温度を230℃に高め、圧力を1時間かけて段階的に1mbarに下げた。混合物を1mbarで更に10分間撹拌した後に、溶融物を取り出した。
Claims (11)
- 溶融エステル交換によりポリエステルカーボネートを製造する方法であって、
(i)少なくとも、少なくとも1つの線状脂肪族ジカルボン酸及び/又は少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つのジアリールカーボネートとを、少なくとも1つの脂肪族ジヒドロキシ化合物と、第1の触媒及び/又は第2の触媒との存在下で反応させる工程と、
(ii)方法工程(i)から得られた混合物を、前記第1の触媒及び前記第2の触媒の存在下で、少なくとも縮合時に脱離した化学的化合物を除去しながら、更なる縮合に供する工程と、
を含み、ここで、
前記第1の触媒が、少なくとも1つの第三級窒素塩基であり、
前記第2の触媒が、少なくとも1つの塩基性アルカリ金属塩であり、かつ、
方法工程(ii)におけるアルカリ金属カチオンの割合が、方法工程(i)において使用された全ての成分に対して0.0009重量%~0.0025重量%である、方法。 - 前記少なくとも1つの脂肪族ジヒドロキシ化合物は、イソソルビドであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの線状脂肪族ジカルボン酸及び/又は前記少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸は、一般式(1):
(式中、
Aは、R3を表し、ここで、
R3は、3個~16個の炭素原子を有する線状アルキレン基を表し、このアルキレン基は、任意に一置換又は多置換されている場合があり、又は、Aは、式(Ia)若しくは式(Ib):
の一方を表し、ここで、
Bは、それぞれの場合に独立して、CH2基、O、又はSを表し、
R1は、それぞれの場合に独立して、単結合又は1個~10個の炭素原子を有するアルキレン基を表し、かつ、R2は、それぞれの場合に独立して、1個~10個の炭素原子を有するアルキレン基を表し、
nは、0から3の間であり、
mは、0から6の間であり、かつ「*」は、式(1)におけるカルボン酸基が存在する位置を示す)によって表されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸は、シクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのジアリールカーボネートは、式(2):
(式中、R、R’、及びR’’は、それぞれ独立して、同一又は異なる場合があり、水素、任意に分岐したC1~C34アルキル、C7~C34アルキルアリール、C6~C34アリール、ニトロ基、カルボニル含有基、カルボキシル含有基、又はハロゲン基を表す)の化合物からなる群より選択されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1の触媒は、グアニジンから誘導される塩基、4-ジメチルアミノピリジン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン(DBN)、1,5,7-トリアザビシクロ[5.4.0]デカ-5-エン、及びこれらの物質の混合物からなる群より選択されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の触媒は、方法工程(i)において用いられる全ての成分に対して、0.002重量%~0.1重量%の量で用いられることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 方法工程(i)において芳香族ジヒドロキシ化合物が更に存在していてもよく、芳香族ジヒドロキシ化合物が存在する場合は、使用されるジヒドロキシ化合物の総モル量に対して、最大20mol%で存在する、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載の方法により得られ得るポリエステルカーボネート。
- 請求項9に記載のポリエステルカーボネートを含む成形コンパウンド。
- 請求項9に記載のポリエステルカーボネートを含む成形品。
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