JP6729388B2 - ポリカーボネート樹脂 - Google Patents

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Description

本発明は、バイオマス原料からなる、耐熱性、透明性、耐光性、耐候性、及び機械的強度に優れたポリカーボネート樹脂に関する。なお、本発明において、ポリカーボネート樹脂は、カーボネート結合を有するポリマーであればよく、両末端がヒドロキシ基であるポリカーボネートジオールやポリエステルポリカーボネート樹脂等も包含する、広義のポリカーボネート樹脂をさす。
ポリカーボネート樹脂は、一般的にビスフェノール類をモノマー成分とし、透明性、耐熱性、機械的強度等の優位性を生かし、電気・電子部品、自動車用部品、医療用部品、建材、フィルム、シート、ボトル、光学記録媒体、レンズ等の分野でいわゆるエンジニアリングプラスチックスとして広く利用されている。また、ポリカーボネートジオールは、例えばイソシアネート化合物と反応させて、ポリウレタンなどの原料に利用される。
しかしながら、従来のポリカーボネート樹脂は、長時間紫外線や可視光に曝露される場所で使用すると、色相や透明性、機械的強度が悪化するため、屋外や照明装置の近傍での使用に制限があった。
このような問題を解決するために、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤やベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾオキサジン系紫外線吸収剤をポリカーボネート樹脂に添加する方法が広く知られている(例えば非特許文献1)。
ところが、このような紫外線吸収剤を添加した場合、紫外線照射後の色相などの改良は認められるものの、そもそもの樹脂の色相や耐熱性、透明性の悪化を招いたり、また成型時に揮発して金型を汚染したりする等の問題があった。
従来のポリカーボネート樹脂に使用されるビスフェノール化合物は、ベンゼン環構造を有するために紫外線吸収が大きく、このことがポリカーボネート樹脂の耐光性悪化を招く。
分子骨格中にベンゼン環構造を持たない脂肪族ジヒドロキシ化合物や脂環式ジヒドロキシ化合物、イソソルビドのように分子内にエーテル結合を持つ環状ジヒドロキシ化合物といった原料モノマーを使用すれば、原理的には耐光性が改良されることが期待される。中でも、バイオマス資源から得られるイソソルビドを原料モノマーとしたポリカーボネート樹脂は、耐熱性や機械的強度が優れており、非枯渇資源の有効活用という観点からも、近年数多くの検討がなされるようになってきた(例えば、特許文献1〜5)。
イソソルビドのみを用いたポリカーボネート樹脂は、ガラス転移温度(以下、Tgと略記することがある)が160℃を超えるような、耐熱性の高いものが得られている(特許文献5)。しかしながら、このポリカーボネート樹脂は耐衝撃性が低く、吸水性が高いという欠点があった。これらの問題を解決するため、脂肪族ジヒドロキシ化合物や脂環式ジヒドロキシ化合物を共重合させて改良することが提案されている(特許文献1〜4)。ところが、このようなジヒドロキシ化合物を共重合すると、耐熱性が犠牲となるばかりではなく、バイオマス資源の活用についても後退してしまうというジレンマがあった。
イノシトールはバイオマス資源から得られる環状多価アルコールであり、ヒドロキシ基と反応する化合物で連結してやることにより、ポリマーを形成することが期待される。非特許文献2〜3には、イノシトールの誘導体からポリウレタンを合成し、耐熱性の向上が見られたことが報告されている。
ポリウレタンは多価アルコールとジイソシアナートとを100℃以下の比較的穏和な条件で反応させることで得られ、イノシトール誘導体のように2級の水酸基を有する化合物であっても問題なく反応する。しかしながら、一般的には2級水酸基を有する脂肪族ジヒドロキシ化合物は、その低い酸性度と立体障害により重合反応性が低くなり、ポリカーボネート樹脂では高分子量体を得るのは困難であることが知られている(非特許文献4)。
更に、ポリウレタンの場合には、3官能以上の構造があっても大きな問題にはならないだけでなく、積極的にネットワークを形成させることで耐熱性を向上させることができる(非特許文献3)。これに対し、ポリカーボネート樹脂に代表される熱可塑性樹脂では3官能以上の構造が連結するとゲル化が進行し、不溶物や欠陥の原因となるという問題があった。
国際公開第2004/111106号 日本国特開2006−28441号公報 日本国特開2006−232897号公報 日本国特開2008−24919号公報 日本国特開2008−274203号公報
ポリカーボネート樹脂ハンドブック(1992年8月28日 日刊工業新聞社発行 本間精一編) Journal of Polymer Science Part A 51.3956(2013) 高分子学会予稿集 2013, 62, 396−398 高分子 61巻 4月号 204(2012)
本発明の目的は、耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性、透明性、耐光性、耐候性、及び機械的強度に優れたポリカーボネート樹脂を提供することにある。
本発明者らは鋭意検討の結果、特定の構造を有するイノシトール誘導体等を原料モノマーとして用い、ポリカーボネート樹脂に特定の構造を導入することにより、耐熱性、透明性、耐光性、耐候性、及び機械的強度に優れたポリカーボネート樹脂を得ることができることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
[1] 分子内に、下記式(1)で表される構造を含むポリカーボネート樹脂。
Figure 0006729388
(上記式(1)中のXは、下記式(2)〜(4)のいずれかで表される構造を有する。下記式(2)〜(4)中において、R〜Rは各々独立に水素原子、または、炭素数1〜炭素数30の有機基を表す。これらの有機基には任意の置換基を有していてもよい。また、R〜Rのいずれか2つ以上が、相互に結合して環を形成していてもよい。)
Figure 0006729388
[2] 分子内に、下記式(1)で表される構造を含むポリカーボネート樹脂。
Figure 0006729388
(上記式(1)中のXは、下記式(2)〜(4)のいずれかで表される構造を有する。下記式(2)〜(4)中において、R〜Rは各々独立に、炭素数1〜炭素数30の有機基を表す。これらの有機基には任意の置換基を有していてもよい。また、R〜Rのいずれか2つ以上が、相互に結合して環を形成していてもよい。)
Figure 0006729388
[3] 前記式(1)中のXが、前記式(2)で示される構造である、[1]または[2]に記載のポリカーボネート樹脂。
[4] 前記式(2)〜(4)中のRとR、RとRがそれぞれ相互にアセタール結合で環を形成している、[1]〜[3]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[5] 前記式(2)〜(4)中のシクロヘキサン環が、myo−イノシトールから誘導されるイノシトール残基である、[4]に記載のポリカーボネート樹脂。
[6] 上記式(1)中のXが、下記式(5)で表される構造である、[5]に記載のポリカーボネート樹脂。
Figure 0006729388
[7] 前記ポリカーボネート樹脂を加水分解して得られる全myo−イノシトール誘導体化合物中の、下記式(6)で表される構造を有する化合物の比率が90mol%以上、下記構造式(7)で表される化合物と下記構造式(8)で表される化合物との合計の比率が5mol%以下である、[6]に記載のポリカーボネート樹脂。
Figure 0006729388
[8] 前記式(1)中のXが、前記式(4)で示される構造であり、式(4)中のR、R、Rが環を形成している、[1]または[2]に記載のポリカーボネート樹脂。
[9] 前記式(4)中のシクロヘキサン環が、myo−イノシトールから誘導されるイノシトール残基である、[8]に記載のポリカーボネート樹脂。
[10] 中間点ガラス転移開始温度Tmgが100℃以上である、[1]〜[9]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[11] 還元粘度が、0.20dl/g以上、1.50dl/g以下である、[1]〜[10]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[12] 全カーボネート繰り返し単位を100とした場合に、前記式(1)で表される構造を繰り返し単位として80以下含む、[1]〜[11]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[13] 前記ポリカーボネート樹脂が、脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を0.1質量%以上、50質量%以下有する、[1]〜[12]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[14] 前記ポリカーボネート樹脂が、イソソルビドに由来する構造単位を5質量%以上、80質量%以下含有する、[1]〜[13]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[15] 前記ポリカーボネート樹脂が、1級水酸基を有する脂肪族ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を0.1質量%以上、50質量%以下含有する、[1]〜[16]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[16] 前記ポリカーボネート樹脂が、1級水酸基を有する脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を0.1質量%以上、50質量%以下含有する、[1]〜[15]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
[17] 前記ポリカーボネート樹脂が、下記式(9)で表される化合物に由来する構造単位を40質量%以上、95質量%以下含有する、[1]〜[16]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
Figure 0006729388
(上記一般式(9)中、R11〜R14はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリール基を表し、YおよびYはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数2〜炭素数10のアルキレン基、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のシクロアルキレン基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリーレン基を表し、mおよびnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。)
[18] 前記ポリカーボネート樹脂が、下記式(10)で表される化合物に由来する構造単位を、該ポリカーボネート樹脂中の全ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位に対して50mol%以上、80mol%以下含有する、[1]〜[17]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
Figure 0006729388
(前記式(10)中、R21〜R24はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数5〜炭素数20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリール基を表す。)
[19] 前記ポリカーボネート樹脂が、下記式(11)で表される構造および/または下記式(12)で表される構造を1質量%以上、40質量%以下含有する、[1]〜[18]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂。
Figure 0006729388
(式(11)および(12)中、R31〜R33は、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数4のアルキレン基であり、R34〜R39は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜炭素数10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数4〜炭素数10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数2〜炭素数10のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数2〜炭素数10のアルキニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、またはシアノ基である。ただし、R34〜R39は、互いに同一であっても、異なっていてもよく、R34〜R39のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。)
本発明のポリカーボネート樹脂は耐熱性、透明性、耐光性、耐候性、及び機械的強度に優れることから、各種射出成形分野、押出成形分野、及び圧縮成形分野等の成形分野の成形材料に適用して、耐熱性、透明性、耐光性、耐候性、及び機械的強度に優れた成形品を提供することができる。また、本発明のポリカーボネート樹脂を原料として、ポリイソシアネートとを反応させることで得られるポリウレタンは耐薬品性、耐摩耗性、機械強度に優れる特徴を有し、塗料やコーティング剤、接着剤等の物理的な外因に対して耐久性が求められる用途に適用できる。
図1は、実施例1で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図2は、実施例2で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図3は、実施例3で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図4は、実施例4で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図5は、実施例5で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図6は、実施例6で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図7は、実施例7で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図8は、合成例1で得られたDL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシリデン−myo−イノシトール(DCMI)のNMRチャートである。 図9は、合成例2で得られたDL−2,3:5,6−ジ−O−イソプロピリデン−myo−イノシトール(IN1)のNMRチャートである。 図10は、合成例3で得られたDL−2,3:5,6−ジ−O−シクロペンチリデン−myo−イノシトール(IN2)のNMRチャートである。 図11は、合成例4で得られたDL−2,3:5,6−ジ−O−アダマンチリデン−myo−イノシトール(IN4)のNMRチャートである。 図12は、合成例5で得られたDL−2,3:5,6−ジ−O−3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデン−myo−イノシトール(IN12)のNMRチャートである。 図13は、合成例6で得られたDL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシルメチリデン−myo−イノシトール(IN16)のNMRチャートである。 図14は、合成例7で得られたDL−2,3:5,6−ジ−O−シクロドデシリデン−myo−イノシトール(IN37)のNMRチャートである。 図15は、合成例8−1で得られたDL−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(OEM)のNMRチャートである。 図16は、合成例8−2で得られたDL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(IN44)のNMRチャートである。 図17は、合成例9−1で得られたDL−1,3,5−O−メチリデン−myo−イノシトール(OEH)のNMRチャートである。 図18は、合成例9−2で得られたDL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−メチリデン−myo−イノシトール(IN45)のNMRチャートである。 図19は、合成例10で得られたDL−2−O−n−ヘキシル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(IN57)のNMRチャートである。 図20は、合成例11で得られたDL−2−O−シクロヘキシルメチル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(IN58)のNMRチャートである。 図21は、実施例8で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図22は、実施例18で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図23は、実施例22で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図24は、実施例25で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図25は、実施例26で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図26は、実施例28で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図27は、実施例29で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図28は、実施例30で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図29は、実施例31で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図30は、実施例32で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図31は、実施例33で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図32は、実施例34で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図33は、実施例35で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図34は、実施例37で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図35は、実施例39で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図36は、実施例42で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図37は、実施例45で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図38は、実施例46で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図39は、実施例47で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図40は、実施例49で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図41は、実施例50で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図42は、実施例53で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。 図43は、実施例54で得られたポリカーボネート共重合体のNMRチャートである。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、以下の内容に限定されない。
なお、本発明において、各種の置換基の炭素数は、当該置換基が更に置換基を有する場合、その置換基の炭素数も含めた合計の炭素数をさす。
また、本発明において、質量%と重量%、及び質量部と重量部とはそれぞれ同義である。
[ポリカーボネート樹脂の構造]
<構造(1)>
本発明のポリカーボネート樹脂は、分子内に、下記式(1)で表される構造を含むことを特徴とするものである。
Figure 0006729388
(上記式(1)中のXは、下記式(2)〜(4)のいずれかで表される構造を有する。下記式(2)〜(4)中において、R〜Rは各々独立に水素原子、または、炭素数1〜炭素数30の有機基を表す。これらの有機基には任意の置換基を有していてもよい。また、R〜Rのいずれか2つ以上が、相互に結合して環を形成していてもよい。)
Figure 0006729388
以下、式(1)で表される構造を「構造(1)」と称し、Xが式(2)で表される構造である式(1)で表される構造を「構造(1−2)」と称し、Xが式(3)で表される構造である式(1)で表される構造を「構造(1−3)」と称し、Xが式(4)で表される構造である式(1)で表される構造を「構造(1−4)」と称す場合がある。また、Xが後掲の式(5)で表される構造である式(1)で表される構造を「構造(1−5)」と称す場合がある。
上記構造(1)、好ましくは構造(1−2)〜(1−5)、特に好ましくは構造(1−5)であり、それ自体、耐熱性に優れた原料ジヒドロキシ化合物によりポリカーボネート樹脂に導入されるものであり、このような構造をポリカーボネート樹脂に導入することにより、ポリカーボネート樹脂の耐熱性を高めることができる。
また、本発明のポリカーボネート樹脂は、主鎖として芳香族性を有する環構造を含まない構造として耐光性、及び耐候性に優れたものとすることができる。また、特定の芳香族性を有する環を導入することで、特異な光学特性を付与することもできる。
上記式(2)〜(4)において、好ましくは、R〜Rは、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数30の有機基である。R〜Rの炭素数1〜炭素数30の有機基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デキル基、ウンデキル基、ドデキル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、プロペニル基、及びヘキセニル基等の直鎖又は分岐の鎖状アルケニル基、シクロペンテニル基、及びシクロヘキセニル基等の環状アルケニル基、エチニル基、メチルエチニル基、及び1−プロピオニル基等のアルキニル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基等のシクロヘキシルアルキル基(即ち、置換基としてシクロヘキシル基を有するアルキル基)、フェニル基、ナフチル基、及びトルイル基等のアリール基、メトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基(即ち、置換基としてアルコキシ基を有するフェニル基)、ベンジル基、及びフェニルエチル基等のアラルキル基、チエニル基、ピリジル基、及びフリル基等の複素環基が挙げられる。これらの内、ポリマー自体の安定性の観点から、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基等が好ましく、ポリマー自体の耐光性、及び耐候性の観点からアルキル基、及びシクロアルキル基が特に好ましい。
また、これらの有機基が置換基を有する場合、本発明のポリカーボネート樹脂の優れた物性を大幅に損ねるものでなければ、特に制限はないが、当該置換基としては炭素数1〜30の上記有機基に加えて、アルコキシ基、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、ハロゲン原子、チオール基、チオエーテル基、及び有機ケイ素基等が挙げられる。R〜Rの有機基はこれらの置換基を2以上有していてもよく、その場合、2以上の置換基は同一であっても異なるものであってもよい。
〜Rは、そのうちの2以上、好ましくは2つまたは3つが相互に結合して環を形成していてもよく、特に、RとR、RとRがそれぞれ相互にアセタール結合で環を形成していることが、ポリカーボネート樹脂の耐熱性向上の観点から好ましい。
特に、式(1)中のXは、前記式(2)で示される構造であることが、ポリカーボネート樹脂の耐熱性向上の観点から好ましく、とりわけ式(2)において、RとR、RとRがそれぞれ相互にアセタール結合で環を形成していることが好ましい。
とR、RとRとがアセタール結合で環を形成している構造の例として、好ましくは、下記構造式で表されるものが挙げられ、これらのうち、耐熱性の観点からシクロヘキシリデン基であることが特に好ましい。
Figure 0006729388
特に、構造(1)におけるXは、RとR、RとRがシクロヘキシリデン基のアセタール結合で環を形成し、主鎖のシクロヘキサン環がmyo−イノシトールから誘導されるイノシトール残基の組合せである、下記式(5)で表される構造であることが好ましい。
Figure 0006729388
なお、本発明のポリカーボネート樹脂は、構造(1)として、構造(1−2)のみを有していてもよく、構造(1−3)のみを有していてもよく、構造(1−4)のみを有していてもよく、構造(1−2)、(1−3)、及び(1−4)のいずれか2つを有していてもよく、構造(1−2)、構造(1−3)及び構造(1−4)を同時に3つ有していてもよい。また、本発明のポリカーボネート樹脂が有する複数の構造(1)中において、XのR〜Rはそれぞれ同一であってもよく、異なるものであってもよい。
構造(1−2)、構造(1−3)、及び構造(1−4)は、後述の本発明のポリカーボネート樹脂の製造方法において、原料ジヒドロキシ化合物として、それぞれ、下記式(2A)、(3A)、及び(4A)で表されるジヒドロキシ化合物を用いることにより、ポリカーボネート樹脂中に導入することができ、構造(1−5)は、後掲の式(6)で表されるジヒドロキシ化合物を用いることにより、ポリカーボネート樹脂中に導入することができる。
Figure 0006729388
(上記式(2A)〜(4A)中において、R〜Rはそれぞれ前記式(2)〜(4)におけるR〜Rと同義である。)
本発明のポリカーボネート樹脂において、特に、構造(1−2)、(1−3)、及び(1−4)中のシクロヘキサン環は、好ましくは、イノシトールから誘導されるイノシトール残基である。そのイノシトールの具体例として、例えば、all−cis−イノシトール、epi−イノシトール、allo−イノシトール、muco−イノシトール、myo−イノシトール、neo−イノシトール、chiro−D−イノシトール、chiro−L−イノシトール、及びscyllo−イノシトール等が挙げられる。
原料の入手が容易な観点から、myo−イノシトールから誘導されるイノシトール残基であること、即ち、本発明のポリカーボネート樹脂における構造(1−2)、(1−3)、及び(1−4)は、後述の本発明のポリカーボネート樹脂の製造方法において、myo−イノシトールおよび/またはその誘導体を原料ジヒドロキシ化合物として用いて導入されることが好ましい。
また、その場合において、本発明のポリカーボネート樹脂を加水分解して得られる全myo−イノシトール誘導体化合物中の、下記式(6)で表される構造を有する化合物(以下「ジヒドロキシ化合物(6)」と称す場合がある。)の比率が90mol%以上、下記式(7)で表される化合物(以下「ジヒドロキシ化合物(7)」と称す場合がある。)と下記式(8)で表される化合物(以下、「ジヒドロキシ化合物(8)」と称す場合がある。)との合計の比率が5mol%以下であることが好ましい。
Figure 0006729388
即ち、後述の本発明のポリカーボネート樹脂の製造方法において、原料ジヒドロキシ化合物として用いるmyo−イノシトールは、異性体として、ジヒドロキシ化合物(6)を90mol%以上有し、ジヒドロキシ化合物(7)とジヒドロキシ化合物(8)との合計の含有量(含有の比率)が5mol%以下であるものであることが、成形の容易さの観点から好ましい。
異性体のより好ましい比率は、ジヒドロキシ化合物(6)が90mol%以上で、ジヒドロキシ化合物(7)とジヒドロキシ化合物(8)との合計の含有量(含有の比率)が0.01mol%以下である。
なお、前掲の式(5)〜(8)において、各々のシクロヘキサン環は、式(2)〜(4)における有機基R〜Rが有していてもよい置換基として例示した置換基を任意の箇所に、任意の個数および組み合わせで有していてもよい。
本発明のポリカーボネート樹脂は、全カーボネート繰り返し単位を100とした場合に、前記構造(1)、好ましくは前記構造(1−2)、より好ましくは前記構造(1−5)を繰り返し単位として80以下含むことが好ましい。この割合が80以下であることにより、他の繰り返し単位を導入することが可能となり、光学特性などの他の特性を導入することが可能となる。
この観点から、構造(1)、好ましくは構造(1−2)、より好ましくは構造(1−5)の割合は70以下であることがより好ましく、60以下であることが更に好ましい。一方、構造(1)を導入することによる前述の効果を有効に得る上で、構造(1)、好ましくは構造(1−2)、より好ましくは構造(1−5)の割合は1以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましく、10以上であることが更に好ましい。
また、ポリカーボネート樹脂の耐熱性向上に加えて、脆性改善の観点から前記式(1)中のXが、前記式(4)で示される構造であり、式(4)中のR、R、Rが環を形成していることが好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂の優れた物性を大幅に損ねるものでなければ、環の形成方法は特に制限はないが、下記式(YY)で示されるようなオルトエステルタイプが好ましい。下記式のRは上記の有機基を示し、Rは上記有機基に加えて水素原子を示す。
Figure 0006729388
特に、式(YY)中のRは、合成上容易な観点から、水素原子、及びアルキル基が好ましく、特に水素原子、及びメチル基が好ましい。
また、式(YY)中のRは、本発明のポリカーボネート樹脂の優れた物性を大幅に損ねるものでなければ特に限定されないが、耐熱性と脆性の両立という観点では、ベンジル基やシクロヘキシルメチル基が好ましい。
また、これら式(YY)において、シクロヘキサン環は、好ましくは、イノシトールから誘導されるイノシトール残基である。そのイノシトールの具体例は上記の通りであり、myo−イノシトールを原料ジヒドロキシ化合物として用いて導入されることが好ましい。
また、これら式(YY)の具体例は以下の通り、YY1〜YY10であり、これらの中でYY1、YY2、及びYY3が、耐熱性と脆性の両立という観点で特に好ましい。
Figure 0006729388
本発明の別の様態としては、低吸水性に優れた新規なモノマーに関する。下記構造式で示されるモノマーは、これを重合して得られる樹脂のTgを高めるだけでなく、バイオモノマーでありながら酸素含有率が低い理由により、低吸水性の点でも優れた効果を有する。これらを重合して得られる樹脂は、本発明のポリカーボネート樹脂だけでなく、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアクリレート等にも効果を発揮することができる。
なお、本発明は、下記構造に限定されるものではなく、上記式(6)〜(8)に示されるモノマーよりも、組成式において、酸素含有率が低いものであればよい。
Figure 0006729388
また、本発明の別の様態としては、柔軟性に優れた新規なモノマーに関する。下記構造式で示されるモノマーは、これを重合して得られる樹脂のTgを高めるだけでなく、剛直性が低い理由又は、対称性が低い理由により、柔軟性の点でも優れた効果を有する。これらを重合して得られる樹脂は、本発明のポリカーボネート樹脂だけでなく、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアクリレート等にも効果を発揮することができる。
なお、本発明は、下記構造に限定されることなく、炭素数3以上の直鎖状ケトン、分岐状ケトン、炭素数2以上の直鎖状アルデヒド、分岐状アルデヒドを原料としたモノマーであればよい。
Figure 0006729388
また、本発明の別の様態としては、熱安定性(熱による分解抑制)に優れた新規なモノマーに関する。下記構造式で示されるモノマーは、これを重合して得られる樹脂のTgを高めるだけでなく、アセタール結合により、熱安定性の点でも優れた効果を有する。これらを重合して得られる樹脂は、本発明のポリカーボネート樹脂だけでなく、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアクリレート等にも効果を発揮することができる。
なお、本発明は、下記構造に限定されることなく、脂環式アルデヒド並びに芳香族アルデヒドを原料としたモノマーであればよい。
Figure 0006729388
<その他の構造>
本発明のポリカーボネート樹脂は、上記構造(1)以外の、他のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を含有していてもよい。
例えば、本発明のポリカーボネート樹脂は、脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位の1種または2種以上を含有していてもよい。これらのジヒドロキシ化合物を含有することは、光学特性などの他の特性を導入することが可能となる観点において好ましい。
脂肪族ジヒドロキシ化合物としては、直鎖脂肪族ジヒドロキシ化合物、及び分岐脂肪族ジヒドロキシ化合物が挙げられる。
直鎖脂肪族ジヒドロキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,5−ヘプタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオールおよび1,12−ドデカンジオール等が挙げられる。
分岐脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物としては、例えば、ネオペンチルグリコール及びヘキシレングリコール等が挙げられる。
脂環式ジヒドロキシ化合物としては、例えば、1,2−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール、2,6−デカリンジメタノール、1,5−デカリンジメタノール、2,3−デカリンジメタノール、2,3−ノルボルナンジメタノール、2,5−ノルボルナンジメタノール、1,3−アダマンタンジメタノール、及びリモネンなどのテルペン化合物から誘導されるジヒドロキシ化合物等が挙げられる。
これらのジヒドロキシ化合物のうち、得られるポリカーボネート樹脂に柔軟性を付与し、靭性に優れたものとする観点から1級水酸基を有する脂肪族ジヒドロキシ化合物、例えばエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール及び1,12−ドデカンジオール等、1級水酸基を有する脂環式ジヒドロキシ化合物、例えば1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール等が好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂が、脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位、特に1級水酸基を有する脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を含有する場合、その含有量は、得られるポリカーボネート樹脂に柔軟性を付与し、靭性に優れたものとする観点から0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることが更に好ましい。また、50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましく、16質量%以下であることがより更に好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。
また、本発明のポリカーボネート樹脂は、イソソルビドに由来する構造単位を含有していてもよい。イソソルビドは、植物由来の資源として豊富に存在し、容易に入手可能な種々のデンプンから製造されるソルビトールを脱水縮合して得られ、入手および製造のし易さ、耐候性、光学特性、成形性、耐熱性及びカーボンニュートラルの面からポリカーボネート樹脂の構造単位として好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂が、イソソルビドに由来する構造単位を含有する場合、その含有量は、光学特性、機械特性、及び耐熱性等の観点から5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが更に好ましい。また、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、65質量%以下であることが更に好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂はまた、下記式(9)で表される化合物(以下「ジヒドロキシ化合物(9)」と称す場合がある。)に由来する構造単位の1種または2種以上を含有していてもよく、ジヒドロキシ化合物(9)に由来する構造単位を含有することで、優れた光学特性を付与することが可能となる。
Figure 0006729388
(上記一般式(9)中、R11〜R14はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリール基を表し、YおよびYはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数2〜炭素数10のアルキレン基、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のシクロアルキレン基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリーレン基を表し、mおよびnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。)
上記ジヒドロキシ化合物(9)としては、日本国特開2012−214729号公報に記載のジヒドロキシ化合物が挙げられる。
本発明のポリカーボネート樹脂が、上記ジヒドロキシ化合物(9)に由来する構造単位を含有する場合、その含有量は、本発明のポリカーボネート樹脂を光学フィルムとして利用する際の波長分散特性を好ましいものとする観点から、40質量%以上であることが好ましく、より好ましくは45質量%以上であり、更に好ましくは50質量%以上、特に好ましくは55質量%以上、とりわけ好ましくは60質量%以上である。
該構造単位の含有割合が過度に少ないと、本発明のポリカーボネート樹脂を光学フィルムとして利用する際の波長分散特性が好ましいものとならない場合がある。また、該構造単位の含有割合が過度に多いと、本発明のポリカーボネート樹脂を光学フィルムとして利用する際の、波長450nmで測定した位相差と波長550nmで測定した位相差との比が、過度に大きくなり光学特性が好ましいものとならない場合があるので、95質量%以下、中でも90質量%以下、特に85質量%以下、とりわけ80質量%以下であることが好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂はまた、下記式(10)で表される化合物(以下「ジヒドロキシ化合物(10)」と称す場合がある。)に由来する構造単位の1種または2種以上を含有していてもよく、ジヒドロキシ化合物(10)に由来する構造単位を含有することで、ガラス転移温度を好適な範囲に制御し、得られるポリカーボネート樹脂の溶融成形や製膜を容易にする可能性があるだけでなく、所定の光学的特性を得ることを可能とすることができる。
Figure 0006729388
前記式(10)中、R21〜R24はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数5〜炭素数20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリール基を表す。
上記ジヒドロキシ化合物(10)としては、日本国特開2012−74107号公報に記載のジヒドロキシ化合物が挙げられる。
本発明のポリカーボネート樹脂が、ジヒドロキシ化合物(10)に由来する構造単位を含有する場合、その含有量は、ガラス転移温度を好適な範囲に制御し、得られるポリカーボネート樹脂の溶融成形や製膜を容易にする可能性があるだけでなく、所定の光学的特性を得ることを可能とする観点から、ポリカーボネート樹脂中の全ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位中、50mol%以上であることが好ましく、より好ましくは55mol%以上、更に好ましくは60mol%以上、特に好ましくは65mol%以上である。
ジヒドロキシ化合物(10)に由来する構造単位の含有量が少ないと、過度にガラス転移温度が高くなって、得られるポリカーボネート樹脂の溶融成形や製膜が困難になったり、後述する濾過が困難になったりする可能性があるだけでなく、所定の光学的特性が得られなくなる可能性がある。一方、ジヒドロキシ化合物(10)に由来する構造単位の含有量が多過ぎても、所定の光学的特性が得られなくなる可能性があるだけでなく、耐熱性の悪化を招くことがあるため、好ましくは80mol%以下、より好ましくは75mol%以下である。
本発明のポリカーボネート樹脂はまた、下記式(11)で表される構造(以下「構造(11)」と称す場合がある。)および/または下記式(12)で表される構造(以下「構造(12)」と称す場合がある。)を含有していてもよく、これらの構造を含有することで、逆波長分散性を得ることができる。
ただし、これらの構造(11)及び(12)を含む割合が過度に高くなることで、光弾性係数や信頼性が悪化したり、延伸によって高い複屈折を得られないおそれがある。また、これらのオリゴフルオレン構造単位が樹脂中に占める割合が過度に高くなると、分子設計の幅が狭くなり、樹脂の改質が求められた時に改良が困難となる。一方、仮に、非常に少量のオリゴフルオレン構造単位により所望の逆波長分散性が得られたとしても、この場合には、オリゴフルオレンの含有量のわずかなばらつきに応じて光学特性が敏感に変化するため、諸特性が一定の範囲に収まるように製造することが困難となる。
Figure 0006729388
(式(11)及び(12)中、R31〜R33は、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数4のアルキレン基であり、R34〜R39は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜炭素数10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数4〜炭素数10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数2〜炭素数10のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数2〜炭素数10のアルキニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、またはシアノ基である。ただし、R34〜R39は、互いに同一であっても、異なっていてもよく、R34〜R39のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。)
構造(11)及び構造(12)をポリカーボネート樹脂に導入するための原料ジヒドロキシ化合物や原料ジカルボン酸化合物としては、国際公開第2014/61677号に記載のものが挙げられる。
本発明のポリカーボネート樹脂が、構造(11)および/または構造(12)を含有する場合、本発明のポリカーボネート樹脂を光学用途に用いる際に光学特性を高めるために、また、分子設計の幅を広げて特性の改良自由度を高める観点からその含有量は、1質量%以上40質量%以下であることが好ましく、10質量%以上35質量%以下であることがより好ましく、15質量%以上32質量%以下が更に好ましく、20質量%以上30質量%以下が特に好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂は、上記した構造以外の他のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を含有していてもよく、その他のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位としては、芳香族ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位等が挙げられる。
[ポリカーボネート樹脂の製造方法]
本発明のポリカーボネート樹脂は、一般に用いられる重合方法で製造することができ、その重合方法は、ホスゲンを用いた溶液重合法、炭酸ジエステルと反応させる溶融重合法のいずれの方法でもよいが、重合触媒の存在下に、原料ジヒドロキシ化合物を、より環境への毒性の低い炭酸ジエステルと反応させる溶融重合法が好ましい。
この溶融重合法で用いられる炭酸ジエステルとしては、通常、下記式(13)で表されるものが挙げられる。
Figure 0006729388
(式(13)において、AおよびA’は、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数18の脂肪族基または置換基を有していてもよい芳香族基であり、AおよびA’は同一であっても異なっていてもよい。)
上記式(13)で表される炭酸ジエステルとしては、例えば、ジフェニルカーボネート、ジトリルカーボネートに代表される置換ジフェニルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびジ−t−ブチルカーボネート等が例示されるが、特に好ましくはジフェニルカーボネートおよび置換ジフェニルカーボネートが挙げられる。これらの炭酸ジエステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
また、上記の炭酸ジエステルは、好ましくはその50mol%以下、更に好ましくは30mol%以下の量を、ジカルボン酸またはジカルボン酸エステルで置換してもよい。代表的なジカルボン酸またはジカルボン酸エステルとしては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸ジフェニル、イソフタル酸ジフェニル等が挙げられる。また、前記構造(12)を導入するための原料ジカルボン酸化合物を用いることもできる。このようなジカルボン酸またはジカルボン酸エステルで置換した場合には、ポリエステルカーボネート樹脂が得られる。
炭酸ジエステルは、反応に用いる全ジヒドロキシ化合物に対して、0.90〜1.10のmol比率で用いることが好ましく、更に好ましくは、0.96〜1.04のmol比率である。このmol比が0.90より小さくなると、製造されたポリカーボネート樹脂の末端OH基が増加して、ポリマーの熱安定性が悪化したり、所望する高分子量体が得られなかったりする。また、このmol比が1.10より大きくなると、同一条件下ではエステル交換反応の速度が低下したり、所望とする分子量のポリカーボネート樹脂の製造が困難となったりするばかりか、製造されたポリカーボネート樹脂中の残存炭酸ジエステル量が増加し、この残存炭酸ジエステルが、成形時、または成形品の臭気の原因となり好ましくない。
原料ジヒドロキシ化合物としては、前述の構造(1)を導入するためのジヒドロキシ化合物と、脂肪族ジヒドロキシ化合物、脂環式ジヒドロキシ化合物、イソソルビド、ジヒドロキシ化合物(9)、ジヒドロキシ化合物(10)、及び構造(11)を導入するためのジヒドロキシ化合物等のジヒドロキシ化合物が、本発明のポリカーボネート樹脂を構成する各ジヒドロキシ化合物に由来する構成単位の好適割合として前述した通りの割合となるように用いられる。
また、溶融重合における重合触媒(エステル交換触媒)としては、アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物が使用される。アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物と共に補助的に、塩基性ホウ素化合物、塩基性リン化合物、塩基性アンモニウム化合物、アミン系化合物等の塩基性化合物を併用することも可能であるが、アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物のみを使用することが特に好ましい。
重合触媒として用いられるアルカリ金属化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸リチウム、酢酸セシウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸セシウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素セシウム、フェニル化ホウ素ナトリウム、フェニル化ホウ素カリウム、フェニル化ホウ素リチウム、フェニル化ホウ素セシウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、安息香酸リチウム、安息香酸セシウム、リン酸水素2ナトリウム、リン酸水素2カリウム、リン酸水素2リチウム、リン酸水素2セシウム、フェニルリン酸2ナトリウム、フェニルリン酸2カリウム、フェニルリン酸2リチウム、フェニルリン酸2セシウム、ナトリウム、カリウム、リチウム、セシウムのアルコレート、フェノレート、ビスフェノールAの2ナトリウム塩、2カリウム塩、2リチウム塩、及び2セシウム塩等が挙げられる。
また、アルカリ土類金属化合物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化ストロンチウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素バリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素ストロンチウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、酢酸カルシウム、酢酸バリウム、酢酸マグネシウム、酢酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、及びステアリン酸ストロンチウム等が挙げられる。
これらのアルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
またアルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物と併用される塩基性ホウ素化合物の具体例としては、例えば、テトラメチルホウ素、テトラエチルホウ素、テトラプロピルホウ素、テトラブチルホウ素、トリメチルエチルホウ素、トリメチルベンジルホウ素、トリメチルフェニルホウ素、トリエチルメチルホウ素、トリエチルベンジルホウ素、トリエチルフェニルホウ素、トリブチルベンジルホウ素、トリブチルフェニルホウ素、テトラフェニルホウ素、ベンジルトリフェニルホウ素、メチルトリフェニルホウ素、ブチルトリフェニルホウ素等のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、カルシウム塩、バリウム塩、マグネシウム塩、及びストロンチウム塩等が挙げられる。
塩基性リン化合物としては、例えば、トリエチルホスフィン、トリ−n−プロピルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリ−n−ブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、及び四級ホスホニウム塩等が挙げられる。
塩基性アンモニウム化合物としては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルメチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、トリブチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリブチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、テトラフェニルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド、メチルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド、及びブチルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
アミン系化合物としては、例えば、4−アミノピリジン、2−アミノピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、4−ジエチルアミノピリジン、2−ヒドロキシピリジン、2−メトキシピリジン、4−メトキシピリジン、2−ジメチルアミノイミダゾール、2−メトキシイミダゾール、イミダゾール、2−メルカプトイミダゾール、2−メチルイミダゾール、及びアミノキノリン等が挙げられる。
これらの塩基性化合物も1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記重合触媒の使用量は、アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物を用いる場合、反応に用いる全ジヒドロキシ化合物1molに対して、金属換算量として、通常、0.1〜500μmolの範囲内で用い、好ましくは0.5〜300μmolの範囲内であり、更に好ましくは1〜250μmolの範囲内である。
重合触媒の使用量が少なすぎると、所望の分子量のポリカーボネート樹脂を製造するのに必要な重合活性が得られず、一方、重合触媒の使用量が多すぎると、得られるポリカーボネート樹脂の色相が悪化し、副生成物が発生したりして流動性の低下やゲルの発生が多くなり、目標とする品質のポリカーボネート樹脂の製造が困難になる。
本発明のポリカーボネート樹脂の製造に当たり、各種の原料ジヒドロキシ化合物は、固体として供給してもよいし、加熱して溶融状態として供給してもよいし、水に可溶なものであれば、水溶液として供給してもよい。
原料ジヒドロキシ化合物を溶融状態や、水溶液で供給すると、工業的に製造する際、計量や搬送がしやすいという利点がある。
本発明において、原料ジヒドロキシ化合物を重合触媒の存在下で炭酸ジエステルと反応させる方法は、通常、2段階以上の多段工程で実施される。具体的には、第1段目の反応は140〜220℃、好ましくは150〜200℃の温度で0.1〜10時間、好ましくは0.5〜3時間実施される。第2段目以降は、反応系の圧力を第1段目の圧力から徐々に下げながら反応温度を上げていき、同時に発生するフェノールを反応系外へ除きながら、最終的には反応系の圧力が200Pa以下で、210〜280℃の温度範囲のもとで重縮合反応を行う。
この重縮合反応における減圧において、温度と反応系内の圧力のバランスを制御することが重要である。特に、温度、圧力のどちらか一方でも早く変化させすぎると、未反応のモノマーが留出し、ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルのmol比を狂わせ、重合度が低下することがある。
例えば、ジヒドロキシ化合物として、myo−イノシトールの他、イソソルビドと1,4−シクロヘキサンジメタノールを用いる場合は、全ジヒドロキシ化合物に対し、1,4−シクロヘキサンジメタノールのmol比が50mol%以上の場合は、1,4−シクロヘキサンジメタノールがモノマーのまま留出しやすくなる。そのため、反応系内の圧力が13kPa程度の減圧下で、温度を1時間あたり40℃以下の昇温速度で上昇させながら反応させ、更に、6.67kPa程度までの圧力下で、温度を1時間あたり40℃以下の昇温速度で上昇させ、最終的に200Pa以下の圧力で、200から250℃の温度で重縮合反応を行うと、十分に重合度が上昇したポリカーボネート樹脂が得られるため、好ましい。
また、全ジヒドロキシ化合物に対し、1,4−シクロヘキサンジメタノールのmol比が50mol%より少なくなった場合、特に、mol比が30mol%以下となった場合は、1,4−シクロヘキサンジメタノールのmol比が50mol%以上の場合と比べて、急激な粘度上昇が起こる。そのため、例えば、反応系内の圧力が13kPa程度の減圧下までは、温度を1時間あたり40℃以下の昇温速度で上昇させながら反応させ、更に、6.67kPa程度までの圧力下で、温度を1時間あたり40℃以上の昇温速度、好ましくは1時間あたり50℃以上の昇温速度で上昇させながら反応させ、最終的に200Pa以下の減圧下、220から290℃の温度で重縮合反応を行うと、十分に重合度が上昇したポリカーボネート樹脂が得られるため、好ましい。
反応の形式は、バッチ式、連続式、あるいはバッチ式と連続式の組み合わせのいずれの方法でもよい。
本発明のポリカーボネート樹脂を溶融重合法で製造する際に、着色を防止する目的で、リン酸化合物や亜リン酸化合物またはこれらの金属塩を重合時に添加することができる。
リン酸化合物としては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸トリアルキルの1種または2種以上が好適に用いられる。これらは、反応に用いる全ジヒドロキシ化合物に対して、0.0001mol%以上0.005mol%以下添加することが好ましく、0.0003mol%以上0.003mol%以下添加することがより好ましい。リン化合物の添加量が上記下限より少ないと、着色防止効果が小さくなる。また、上記上限より多いと、ヘイズが高くなる原因となったり、逆に着色を促進させたり、耐熱性を低下させたりする。
亜リン酸化合物を添加する場合は、下記に示す熱安定剤を任意に選択して使用できる。特に、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、トリスノニルフェニルホスファイト、トリメチルホスフェート、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトの1種または2種以上が好適に使用できる。
これらの亜リン酸化合物は、反応に用いる全ジヒドロキシ化合物に対して、0.0001mol%以上0.005mol%以下添加することが好ましく、0.0003mol%以上0.003mol%以下添加することがより好ましい。亜リン酸化合物の添加量が上記下限より少ないと、着色防止効果が小さく、上記上限より多いと、ヘイズが高くなる原因となったり、逆に着色を促進させたり、耐熱性を低下させたりすることもある。
リン酸化合物と亜リン酸化合物またはこれらの金属塩は併用して添加することができるが、その場合の添加量はリン酸化合物と亜リン酸化合物またはこれらの金属塩の総量で、先に記載した、全ジヒドロキシ化合物に対して、0.0001mol%以上0.005mol%以下とすることが好ましく、更に好ましくは0.0003mol%以上0.003mol%以下である。この添加量が上記下限より少ないと、着色防止効果が小さい。また上記上限より多いと、ヘイズが高くなる原因となったり、逆に着色を促進させたり、耐熱性を低下させたりすることもある。
なお、リン酸化合物、亜リン酸化合物の金属塩としては、これらのアルカリ金属塩や亜鉛塩が好ましく、特に好ましくは亜鉛塩である。また、このリン酸亜鉛塩の中でも、長鎖アルキルリン酸亜鉛塩が好ましい。
また、このようにして製造された本発明のポリカーボネート樹脂には、成形時等における分子量の低下や色相の悪化を防止するために熱安定剤を配合することができる。
かかる熱安定剤としては、例えば、亜リン酸、リン酸、亜ホスホン酸、ホスホン酸およびこれらのエステル等が挙げられる。具体的には、例えば、トリフェニルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、トリオクチルホスファイト、トリオクタデシルホスファイト、ジデシルモノフェニルホスファイト、ジオクチルモノフェニルホスファイト、ジイソプロピルモノフェニルホスファイト、モノブチルジフェニルホスファイト、モノデシルジフェニルホスファイト、モノオクチルジフェニルホスファイト、ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、2,2−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェニル)オクチルホスファイト、ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト、トリブチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、ジフェニルモノオルソキセニルホスフェート、ジブチルホスフェート、ジオクチルホスフェート、ジイソプロピルホスフェート、4,4’−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)、ベンゼンホスホン酸ジメチル、ベンゼンホスホン酸ジエチル、ベンゼンホスホン酸ジプロピル等が挙げられる。
なかでも、トリスノニルフェニルホスファイト、トリメチルホスフェート、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、およびベンゼンホスホン酸ジメチルが好ましく使用される。
これらの熱安定剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
かかる熱安定剤は、溶融重合時に添加した添加量に加えて更に追加で配合することができる。即ち、適当量の亜リン酸化合物やリン酸化合物を配合して、ポリカーボネート樹脂を得た後に、後に記載する配合方法で、更に亜リン酸化合物を配合すると、重合時のヘイズの上昇、着色、および耐熱性の低下を回避して、更に多くの熱安定剤を配合でき、色相の悪化の防止が可能となる。
これらの熱安定剤の配合量は、ポリカーボネート樹脂を100質量部とした場合、0.0001〜1質量部が好ましく、0.0005〜0.5質量部がより好ましく、0.001〜0.2質量部が更に好ましい。
また、本発明のポリカーボネート樹脂には、酸化防止の目的で通常知られた酸化防止剤を配合することもできる。
かかる酸化防止剤としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、グリセロール−3−ステアリルチオプロピオネート、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−tert−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ペンタエリスリトール−テトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、N,N−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマイド)、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ベンジルホスホネート−ジエチルエステル、トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、4,4’−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)、3,9−ビス{1,1−ジメチル−2−[β−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ]エチル}−2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン等の1種または2種以上が挙げられる。
これら酸化防止剤の配合量は、ポリカーボネートを100質量部とした場合、0.0001〜0.5質量部が好ましい。
また、本発明のポリカーボネート樹脂には、溶融成形時の金型からの離型性をより向上させるために、本発明の目的を損なわない範囲で離型剤を配合することも可能である。
かかる離型剤としては、一価または多価アルコールの高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸、パラフィンワックス、蜜蝋、オレフィン系ワックス、カルボキシ基および/またはカルボン酸無水物基を含有するオレフィン系ワックス、シリコーンオイル、オルガノポリシロキサン等が挙げられる。
高級脂肪酸エステルとしては、炭素原子数1〜20の一価または多価アルコールと炭素原子数10〜30の飽和脂肪酸との部分エステルまたは全エステルが好ましい。かかる一価または多価アルコールと飽和脂肪酸との部分エステルまたは全エステルとしては、例えば、ステアリン酸モノグリセリド、ステアリン酸ジグリセリド、ステアリン酸トリグリセリド、ステアリン酸モノソルビテート、ステアリン酸ステアリル、ベヘニン酸モノグリセリド、ベヘニン酸ベヘニル、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラペラルゴネート、プロピレングリコールモノステアレート、ステアリルステアレート、パルミチルパルミテート、ブチルステアレート、メチルラウレート、イソプロピルパルミテート、ビフェニルビフェネ−ト、ソルビタンモノステアレート、2−エチルヘキシルステアレート等が挙げられる。
なかでも、ステアリン酸モノグリセリド、ステアリン酸トリグリセリド、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ベヘニン酸ベヘニルが好ましく用いられる。
高級脂肪酸としては、炭素原子数10〜30の飽和脂肪酸が好ましい。かかる脂肪酸としては、例えば、ミリスチン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸などが挙げられる。
これらの離型剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
かかる離型剤の配合量は、ポリカーボネートを100質量部とした場合、0.01〜5質量部が好ましい。
また、本発明のポリカーボネート樹脂には、本願発明の目的を損なわない範囲で、光安定剤を配合することができる。
かかる光安定剤としては、例えば、2−(2’−ヒドロキシ−5’−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(3−tert−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2,2’−メチレンビス(4−クミル−6−ベンゾトリアゾールフェニル)、2,2’−p−フェニレンビス(1,3−ベンゾオキサジン−4−オン)等が挙げられる。
これらの光安定剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
かかる光安定剤の配合量は、ポリカーボネート樹脂を100質量部とした場合、0.01〜2質量部が好ましい。
また、本発明のポリカーボネート樹脂には、重合体や紫外線吸収剤に基づくレンズの黄色味を打ち消すためにブルーイング剤を配合することができる。ブルーイング剤としては、ポリカーボネート樹脂に使用されるものであれば、特に支障なく使用することができる。一般的にはアンスラキノン系染料が入手容易であり好ましい。
具体的なブルーイング剤としては、例えば、一般名Solvent Violet13[CA.No(カラーインデックスNo)60725]、一般名Solvent Violet31[CA.No 68210、一般名Solvent Violet33[CA.No 60725;、一般名Solvent Blue94[CA.No 61500]、一般名Solvent Violet36[CA.No 68210]、一般名Solvent Blue97[バイエル社製「マクロレックスバイオレットRR」]および一般名Solvent Blue45[CA.No61110]が代表例として挙げられる。
これらのブルーイング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらブルーイング剤は、通常、ポリカーボネート樹脂を100質量部とした場合、0.1×10−4〜2×10−4質量部の割合で配合される。
本発明のポリカーボネート樹脂と上述のような各種の添加剤との混合方法としては、例えば、タンブラー、V型ブレンダー、スーパーミキサー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、押出機等で混合する方法、または上記各成分を例えば、塩化メチレンなどの共通の良溶媒に溶解させた状態で混合する溶液ブレンド方法などがある。これは特に限定されるものではなく、通常用いられるポリマーブレンド方法であればどのような方法を用いてもよい。
こうして得られる本発明のポリカーボネート樹脂或いは、これに各種添加剤を添加してなるポリカーボネート樹脂組成物は、そのまま、または溶融押出機で一旦ペレット状にしてから、射出成形法、押出成形法、圧縮成形法等の通常知られている方法で成形品とすることができる。
本発明のポリカーボネート樹脂の混和性を高めて安定した離型性や各物性を得るためには、溶融押出において単軸押出機、二軸押出機を使用するのが好ましい。単軸押出機、二軸押出機を用いる方法は、溶剤等を用いることがなく、環境への負荷が小さく、生産性の点からも好適に用いることができる。
押出機の溶融混練温度は、本発明のポリカーボネート樹脂のガラス転移温度に依存するが、本発明のポリカーボネート樹脂のガラス転移温度が90℃より低い場合は、押出機の溶融混練温度は通常130℃から250℃、好ましくは150から240℃である。
溶融混練温度が130℃より低い温度であると、ポリカーボネート樹脂の溶融粘度が高く、押出機への負荷が大きくなり、生産性が低下する。250℃より高いと、ポリカーボネート樹脂の溶融粘度が低くなり、ペレットを得にくくなり、生産性が低下する。
また、本発明のポリカーボネート樹脂のガラス転移温度が90℃以上の場合は、押出機の溶融混練温度は通常200から300℃、好ましくは220℃から260℃である。溶融混練温度が200℃より低い温度であると、ポリカーボネート樹脂の溶融粘度が高く、押出機への負荷が大きくなり、生産性が低下する。300℃より高いと、ポリカーボネート樹脂の劣化が起こりやすくなり、ポリカーボネート樹脂の色が黄変したり、分子量が低下するため強度が劣化したりする。
押出機を使用する場合、押出時にポリカーボネート樹脂の焼け、異物の混入を防止するため、フィルターを設置することが好ましい。フィルターの異物除去の大きさ(目開き)は、求められる光学的な精度に依存するが、100μm以下が好ましい。特に、異物の混入を嫌う場合は、40μm以下がより好ましく、10μm以下が更に好ましい。
ポリカーボネート樹脂の押出は、押出後の異物混入を防止するために、クリーンルーム中で実施することが好ましい。
また、押出されたポリカーボネート樹脂を冷却しチップ化する際は、空冷、水冷等の冷却方法を使用するのが好ましい。空冷の際に使用する空気は、ヘパフィルター等で空気中の異物を事前に取り除いた空気を使用し、空気中の異物の再付着を防ぐのが好ましい。水冷を使用する際は、イオン交換樹脂等で水中の金属分を取り除き、更にフィルターにて、水中の異物を取り除いた水を使用することが好ましい。用いるフィルターの大きさ(目開き)は種々あるが、10〜0.45μmのフィルターが好ましい。
[ポリカーボネート樹脂の物性]
<ガラス転移温度>
本発明のポリカーボネート樹脂の中間点ガラス転移開始温度Tmgとして測定されるガラス転移温度は100℃以上であることが好ましく、105℃以上であることがより好ましく、110℃以上であることが更に好ましい。
ガラス転移温度が低すぎると耐熱性に劣るため、各種成形品とした場合の信頼性に劣る可能性がある。一方、ガラス転移温度が高いと、押出時の剪断発熱によってポリカーボネート樹脂の劣化を招いたり、フィルターで濾過する際の溶融粘度が高くなりすぎ、ポリカーボネート樹脂の劣化を招いたりする可能性があるため、中間点ガラス転移開始温度Tmgは好ましくは260℃以下、より好ましくは230℃以下、更に好ましくは200℃以下、特に好ましくは175℃以下である。また、ガラス転移温度を高めて耐熱性を向上させるという点で、少なくとも一方の末端がヒドロキシ基ではないポリカーボネート樹脂が好ましい。
なお、ポリカーボネート樹脂のガラス転移温度は、後掲の実施例の項に記載される方法で測定される。
<還元粘度>
得られた樹脂の重合度(分子量)は、一定以上高くなれば還元粘度で表すことができる。従って、比較的低重合度(分子量)で利用されるポリカーボネートジオール等の例外を除き、本発明のポリカーボネート樹脂の重合度(分子量)は、還元粘度により測定することができる。本発明のポリカーボネート樹脂の重合度(分子量)は、溶媒としてフェノールと1,1,2,2,−テトラクロロエタンの重量比1:1の混合溶媒を用い、ポリカーボネート樹脂濃度を1.00g/dlに精密に調整し、温度30.0℃±0.1℃で測定した還元粘度(以下、単に「還元粘度」と記す場合がある。)として、測定することができる。
樹脂の還元粘度が低すぎると、得られる成形品の耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性、及び機械強度が低下する可能性がある。そのため、還元粘度は、通常0.20dL/g以上であり、0.30dL/g以上であることが好ましい。
一方、樹脂の還元粘度が高すぎると、成形する際の流動性が低下し、生産性や成形性を低下させたり、得られる成形品の歪みが大きくなったりする傾向がある。そのため、還元粘度は、通常1.50dL/g以下であり、1.20dL/g以下であることが好ましく、1.00dL/g以下であることがより好ましく、0.90dL/g以下であることが更に好ましい。
なお、ポリカーボネート樹脂の還元粘度は、より具体的には、後掲の実施例の項に記載される方法で測定される。
<5%熱重量減少温度>
本発明のポリカーボネート樹脂の5%熱重量減少温度は、300℃以上が好ましく、特に好ましくは320℃以上である。5%熱重量減少温度が高いほど、熱安定性が高くなり、より高温での使用に耐えるものとなる。また、製造温度も高くでき、より製造時の制御幅が広くできるので、製造し易くなる。
一方、5%熱重量減少温度が低いほど、熱安定性が低くなり、高温での使用が困難になる。また、製造時の制御許容幅が狭くなり製造しにくくなる。5%熱重量減少温度の上限には特に制限はないが、通常370℃以下である。
なお、ポリカーボネート樹脂の5%熱重量減少温度は、後掲の実施例の項に記載される方法で測定される。
<アッベ数>
本発明のポリカーボネート樹脂のアッベ数は、凸レンズとして単レンズに用いる場合には、30以上が好ましく、特に好ましくは35以上である。アッベ数が大きくなるほど、屈折率の波長分散が小さくなり、例えば、単レンズで使用した場合の色収差が小さくなり、より鮮明な画像が得やすくなる。
アッベ数が小さくなるほど屈折率の波長分散が大きくなり、単レンズで使用した場合、色収差が大きくなり、画像のぼけの度合いが大きくなる。アッベ数の上限には特に制限はないが、通常70以下である。一方、凹レンズに用いて色消し用レンズに用いる場合は、アッベ数は小さい方が好ましく、30未満、好ましくは28未満、特に好ましくは26未満である。
なお、ポリカーボネート樹脂のアッベ数は、後掲の実施例の項に記載される方法で測定される。
[ポリカーボネート樹脂組成物]
本発明のポリカーボネート樹脂は、例えば、芳香族ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、アモルファスポリオレフィン、ABS、ASなどの合成樹脂、ポリ乳酸、ポリブチレンスクシネートなどの生分解性樹脂、ゴムなどの1種または2種以上と混練して、ポリマーアロイとしても用いることもできる。
更に、本発明のポリカーボネート樹脂は、これらのその他の樹脂成分と共に樹脂組成物に通常用いられる核剤、難燃剤、難燃助剤、無機充填剤、衝撃改良剤、加水分解抑制剤、発泡剤、染顔料等を添加してポリカーボネート樹脂組成物とすることができる。
[ポリカーボネート樹脂の成形方法]
本発明のポリカーボネート樹脂およびこれを含む樹脂組成物は、射出成形法、押出成形法、圧縮成形法等の通常知られている方法で成形品とすることができ、耐熱性、透明性、耐光性、耐候性、および機械的強度に優れた成形品を得ることができる。
[ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂]
本発明のポリカーボネート樹脂は、前記分子鎖の末端がアルコキシ基(アルキルオキシ基又はアリールオキシ基)である数の割合が、前記分子鎖の全末端数に対して5%以下であり、好ましくは更に分子鎖の両末端の95%以上が水酸基である場合には、ポリイソシアネートと反応させて、ポリウレタンを得ることも可能である(以下、本発明のポリカーボネート樹脂を原料として製造されたポリウレタンを「本発明に係るポリウレタン」と称す場合がある)。
<その他の構造の割合>
ポリイソシアネートと反応させる、本発明のポリカーボネート樹脂は、前記脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位、特に1級水酸基を有する脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を含有する場合、その含有量は、ポリカーボネート樹脂のハンドリング性や得られるポリウレタンに柔軟性に優れたものとする観点から、ポリカーボネート樹脂中の全ヒドロキシ化合物に由来する構造単位中10モル%以上であることが好ましく、20モル%以上であることがより好ましく、30モル%以上であることが更に好ましい。また、95モル%以下であることが好ましく、90モル%以下であることがより好ましく、85モル%以下であることが更に好ましい。
<分子量・分子量分布>
ポリイソシアネートと反応させる、本発明のポリカーボネート樹脂の数平均分子量の下限は250であり、好ましくは300、より好ましくは400である。一方、上限は5,000であり、好ましくは4,000、より好ましくは3,000である。ポリカーボネート樹脂の数平均分子量が前記下限未満では、ポリウレタン中のソフトセグメント部位の分子鎖長が不足し、本発明の特徴である機械的強度が十分に得られない。一方前記上限超過では粘度が上がり、ポリウレタン化の際のハンドリングを損なう可能性がある。
ポリイソシアネートと反応させる、本発明のポリカーボネート樹脂の分子量分布(Mw/Mn)は特に限定されないが、下限は通常1.5であり、好ましくは1.7であり、更に好ましくは1.8である。上限は通常3.5であり、好ましくは3.0であり、更に好ましくは2.5である。
分子量分布が上記範囲を超える場合、このポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンの物性が、低温で硬くなったり、伸びが低下する等の傾向がある。また、分子量分布が上記範囲未満のポリカーボネートジオールを製造しようとすると、オリゴマーを除くなどの高度な精製操作が必要になる場合がある。
ここでMwはポリスチレン換算の重量平均分子量、Mnはポリスチレン換算の数平均分子量であり、通常ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の測定で求めることができる。
<分子鎖の末端がアルキルオキシ基又はアリールオキシ基である数の割合・水酸基価>
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂は基本的にポリマーの末端構造は水酸基である。しかしながら、ジオールと炭酸ジエステルとの反応で得られるポリカーボネート樹脂生成物中には、不純物として一部ポリマー末端が水酸基ではない構造のものが存在する場合がある。その構造の具体例としては、分子鎖末端がアルキルオキシ基又はアリールオキシ基のものであり、多くは炭酸ジエステル由来の構造である。
例えば、炭酸ジエステルとしてジフェニルカーボネートを使用した場合は、アリールオキシ基としてフェノキシ基(PhO−)、ジメチルカーボネートを使用した場合はアルキルオキシ基としてメトキシ基(MeO−)、ジエチルカーボネートを使用した場合はエトキシ基(EtO−)、エチレンカーボネートを使用した場合はヒドロキシエトキシ基(HOCHCHO−)が末端基として残存する場合がある(ここで、Phはフェニル基を表し、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。)。
本発明において、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂の場合は、ポリカーボネート樹脂生成物中に含まれる分子鎖末端がアルキルオキシ基ないしアリールオキシ基となっている構造の割合は、その末端基の数として全末端数の5モル%以下、好ましくは3モル%以下、より好ましくは1モル%以下である。この分子鎖の末端がアルキルオキシ基又はアリールオキシ基である数の割合の下限は特に制限はなく、通常は0.01モル%、好ましくは0.001モル%、最も好ましくは0モル%である。アルキルオキシないしアリールオキシ末端基の割合が大きいとポリウレタン化反応を行なう際に重合度が上がらないなどの問題が生じる場合がある。
本発明のポリカーボネート樹脂が、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂である場合は、上述のように分子鎖の末端がアルキルオキシ基又はアリールオキシ基である数の割合が5%以下で、分子鎖の両末端基は基本的には水酸基であり、ポリウレタン化反応の際はこの水酸基がイソシアネートと反応できる構造となっている。
本発明のポリカーボネート樹脂が、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂の場合の水酸基価は、特に限定されないが下限は通常10mg−KOH/g、好ましくは20mg−KOH/g、より好ましくは35mg−KOH/gである。また、上限は通常230mg−KOH/g、好ましくは160mg−KOH/g、より好ましくは130mg−KOH/gである。水酸基価が上記下限未満では、粘度が高くなりすぎポリウレタン化の際のハンドリングを損なう可能性があり、上記上限超過ではポリウレタンとした時に強度や硬度が不足する場合がある。
<一分子当たりの水酸基数>
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂の一分子当たりの水酸基数は、1.8〜2.0が好ましく、特に1.9〜2.0であることが好ましい。一分子当たりの水酸基数が上記上限より多いとポリウレタン中に架橋構造が形成されポリウレタンの粘度が必要以上に増し、ハンドリングを損なう可能性がある。また、上記下限より少ないとポリウレタン反応を行う際の重合度が上がらないなどの問題が生じる場合がある。
<エーテル構造>
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂は、カーボネート基によりジオールが重合した構造が基本となっている。しかしながら、製造方法によっては、ジオール中のエーテル構造以外に、ジオールの脱水反応によりエーテル構造となったものが混入する場合があり、その存在量が多くなると耐候性や耐熱性が低下することがあるので、エーテル構造の割合が過度に多くならないように製造することが好ましい。
ポリカーボネート樹脂中の構造(1)以外のエーテル構造を低減して、耐候性、耐熱性等の特性を確保する点において、本発明のポリカーボネート樹脂の分子鎖中に含まれる構造(1)以外のエーテル結合とカーボネート結合の比は、特に限定されないが、通常モル比で2/98以下、好ましくは1/99以下、より好ましくは0.5/99.5以下である。
また、ポリカーボネート樹脂中の構造(1)以外の、前記脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位もエーテル結合を含有する場合、構造(1)および前記脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位以外のエーテル構造の割合が過度に多くならないように製造することが好ましい。
その際、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂の分子鎖中に含まれる構造(1)および前記脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位以外のエーテル結合とカーボネート結合の比は、特に限定されないが、通常モル比で2/98以下、好ましくは1/99以下、より好ましくは0.5/99.5以下である。
<APHA値>
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂の色は、得られるポリウレタンの色目に影響を与えない範囲が好ましく、着色の程度をハーゼン色数(JIS K0071−1(1998)に準拠)で表した場合の値(以下「APHA値」と表記する。)は特に限定されないが、100以下が好ましく、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下である。
<不純物含有量>
{フェノール類}
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂中に含まれるフェノール類の含有量は、特に限定されないが、少ないほうが好ましく、好ましくは0.1重量%以下、より好ましくは0.01重量%以下、更に好ましくは0.001重量%以下である。フェノール類は一官能性化合物なので、ポリウレタン化反応の阻害因子となる可能性がある上、刺激性物質であるためである。
{炭酸ジエステル}
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂生成物中には、製造時の原料として使用した炭酸ジエステルが残存することがある。本発明のポリカーボネート樹脂中の炭酸ジエステルの残存量は限定されるものではないが、少ないほうが好ましく、通常上限が1重量%、好ましくは0.5重量%、更に好ましくは0.3重量%である。ポリカーボネートジオールの炭酸ジエステル含有量が多すぎるとポリウレタン化反応を阻害する場合がある。一方、その下限は特に制限はなく0.1重量%、好ましくは0.01重量%、更に好ましくは0重量%である。
{ジヒドロキシ化合物}
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂には、製造時に使用した原料ジオールが残存する場合がある。本発明のポリカーボネート樹脂中の原料ジヒドロキシ化合物の残存量は、限定されるものではないが、少ないほうが好ましく、通常1重量%以下であり、好ましくは0.1重量%以下であり、より好ましくは0.05重量%以下である。ポリカーボネート樹脂中の原料ジヒドロキシ化合物の残存量が多いと、ポリウレタンとした際のソフトセグメント部位の分子長が不足する場合がある。
{エステル交換触媒}
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂を製造する場合には、後述するように、重合を促進するために必要に応じて前述のエステル交換触媒を用いることが可能である。その場合、得られたポリカーボネート樹脂中にその触媒が残存することがあるが、過度に多くの触媒が残存するとポリウレタン化反応の際に反応の制御が困難となり、ポリウレタン化反応を想定以上に促進したりする場合がある。
このため、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂に残存する触媒量は、特に限定されないが、触媒金属換算の含有量として通常100ppm以下であり、好ましくは50ppm以下、より好ましくは10ppm以下である。ただし、触媒量が少ないとエステル交換反応が非常に遅く製造効率が悪化することから、ポリカーボネート樹脂中に残存する触媒は、触媒金属換算の含有量として通常0.1ppm以上、好ましくは0.5ppm以上、より好ましくは1ppm以上である。
<製造方法>
ポリイソシアネートと反応する、本発明のポリカーボネート樹脂の製造方法については、前述と同様な方法で製造可能である。
{原料等の使用割合}
ポリイソシアネートと反応する、水酸基を有する本発明のポリカーボネート樹脂を得るには、炭酸ジエステルの使用量は、特に限定されない。通常反応に用いるジヒドロキシ化合物の合計1モルに対するモル比で下限が、好ましくは0.35、より好ましくは0.50、更に好ましくは0.60である。上限は通常1.00、好ましくは0.98、より好ましくは0.97である。炭酸ジエステルの使用量が上記上限超過では得られるポリカーボネート樹脂の末端基が水酸基でないものの割合が増加する、又は、分子量が所定の範囲とならず本発明のポリカーボネート樹脂を製造できない場合があり、前記下限未満では所定の分子量まで重合が進行しない場合がある。
ポリウレタンの原料となる、本発明のポリカーボネート樹脂を製造するにあたって、エステル交換触媒を用いる場合、その使用量は、得られるポリカーボネート樹脂中に残存しても性能に影響の生じない量であることが好ましい。原料ジヒドロキシ化合物の重量に対する金属換算の重量比として、上限が、好ましくは500ppm、より好ましくは100ppm、更に好ましくは50ppmである。一方、下限は十分な重合活性が得られる量であって、好ましくは0.01ppm、より好ましくは0.1ppm、更に好ましくは1ppmである。
{反応条件}
本発明の、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を製造する際の反応原料の仕込み方法は、特に制限はなく、ジヒドロキシ化合物と炭酸エステルと触媒の全量を同時に仕込み反応に供する方法や、炭酸エステルが固体の場合まず炭酸エステルを仕込んで加温、溶融させておき後からジヒドロキシ化合物と触媒を添加する方法、逆にジヒドロキシ化合物を先に仕込んでおいて溶融させ、ここへ炭酸エステルと触媒を投入する方法、など自由にその方法は選択できる。
本発明の、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂の末端がアルキルオキシ基又はアリールオキシ基である数の割合を5%と以下とするために、使用するジヒドロキシ化合物の一部を反応の最後に添加する方法を採用することも可能である。その際に最後に添加するジヒドロキシ化合物の量の上限は、仕込むべきジヒドロキシ化合物の通常は20質量%、好ましくは15質量%、更に好ましくは10質量%であり、下限は通常0.1質量%、好ましくは0.5質量%、更に好ましくは1.0質量%である。
エステル交換反応の際の反応温度は、実用的な反応速度が得られる温度であれば任意に採用することが出来る。その温度は特に限定されないが、下限は通常70℃、好ましくは100℃、より好ましくは130℃である。また反応温度の上限は、通常は200℃未満、好ましくは190℃以下、より好ましくは180℃以下である。前記上限超過では得られるポリカーボネート樹脂が着色したり、エーテル構造が生成するなどの品質上の問題が生じる場合がある。
反応は常圧で行なうこともできるが、エステル交換反応は平衡反応であり、生成する軽沸成分を系外に留去することで反応を生成系に偏らせることができる。従って、通常、反応後半には減圧条件を採用して軽沸成分を留去しながら反応することが好ましい。あるいは反応の途中から徐々に圧力を下げて生成する軽沸成分を留去しながら反応させていくことも可能である。
特に反応の終期において減圧度を高めて反応を行うと、副生したモノアルコール、フェノール類などを留去することができるので好ましい。
この際の反応終了時の反応圧力は、特に限定はされないが、通常上限が、10kPa、好ましくは5kPa、より好ましくは1kPaである。これら軽沸成分の留出を効果的に行うために、反応系へ窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを少量通じながら該反応を行うこともできる。
エステル交換反応の際に低沸の炭酸エステルやジヒドロキシ化合物を使用する場合は、反応初期は炭酸ジエステルやジヒドロキシ化合物の沸点近辺で反応を行い、反応が進行するにつれて、徐々に温度を上げて、更に反応を進行させる、という方法も採用可能である。この場合、反応初期に未反応の炭酸ジエステルの留去を防ぐことができるので好ましい。更にこれら反応初期における原料の留去を防ぐ意味で反応器に還流管をつけて、炭酸ジエステルとジヒドロキシ化合物を還流させながら反応を行うことも可能である。この場合、仕込んだ原料が失われず、量比を正確に合わせることが出来るので好ましい。
重合反応は、生成するポリカーボネート樹脂の分子量を測定しながら行い、目的の分子量となったところで終了する。重合に必要な反応時間は、使用するジヒドロキシ化合物、炭酸ジエステル、触媒の使用の有無、種類により大きく異なるので一概に規定することは出来ないが、通常所定の分子量に達するのに必要な反応時間は50時間以下、好ましくは20時間以下、更に好ましくは10時間以下である。
前述の如く、重合反応の際に触媒を用いた場合、通常得られたポリカーボネート樹脂には触媒が残存し、残存する金属触媒により、ポリウレタン化反応の制御が出来なくなる場合がある。この残存触媒の影響を抑制するために、使用されたエステル交換触媒とほぼ等モルの、例えばリン系化合物等を添加してもよい。更には添加後、後述のように加熱処理すると、エステル交換触媒を効率的に不活性化することができる。
エステル交換触媒の不活性化に使用されるリン系化合物としては、例えば、リン酸、亜リン酸などの無機リン酸や、リン酸ジブチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリフェニル、亜リン酸トリフェニルなどの有機リン酸エステル等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
前記リン系化合物の使用量は、特に限定はされないが、前述したように、使用されたエステル交換触媒とほぼ等モルであればよく、具体的には、使用されたエステル交換触媒1モルに対して上限が好ましくは5モル、より好ましくは2モルであり、下限が好ましくは0.8モル、より好ましくは1.0モルである。これより少ない量のリン系化合物を使用した場合は、前記反応生成物中のエステル交換触媒の失活が十分でなく、得られたポリカーボネート樹脂を例えばポリウレタン製造用原料として使用する時、該ポリカーボネート樹脂のイソシアネート基に対する反応性を十分に低下させることができない場合がある。また、この範囲を超えるリン系化合物を使用すると得られたポリカーボネート樹脂が着色してしまう可能性がある。
リン系化合物を添加することによるエステル交換触媒の不活性化は、室温でも行うことができるが、加温処理するとより効率的である。この加熱処理の温度は、特に限定はされないが、上限が好ましくは150℃、より好ましくは120℃、更に好ましくは100℃である。下限は、好ましくは50℃、より好ましくは60℃、更に好ましくは70℃である。これより低い温度の場合は、エステル交換触媒の失活に時間がかかり効率的でなく、また失活の程度も不十分な場合がある。一方、150℃を超える温度では、得られたポリカーボネート樹脂が着色することがある。
リン系化合物と反応させる時間は特に限定するものではないが、通常1〜5時間である。
<精製>
ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を製造する際の反応後は、前記のポリカーボネート樹脂生成物中の末端構造がアルキルオキシ基である不純物、アリールオキシ基である不純物、フェノール類、原料ジオールや炭酸エステル、副生する軽沸の環状カーボネート、更には添加した触媒などを除去する目的で精製を行うことができる。その際の精製は軽沸化合物については、蒸留で留去する方法が採用できる。蒸留の具体的な方法としては減圧蒸留、水蒸気蒸留、薄膜蒸留など特にその形態に制限はなく、任意の方法を採用することが可能である。また、水溶性の不純物を除くために水、アルカリ性水、酸性水、キレート剤溶解溶液などで洗浄してもよい。その場合、水に溶解させる化合物は任意に選択できる。
[ポリウレタン]
本発明の、ポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて、ポリウレタンを製造する方法は、通常ポリウレタンを製造する公知のポリウレタン化反応条件が用いられる。
例えば、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂とポリイソシアネート及び鎖延長剤を常温から200℃の範囲で反応させることにより、ポリウレタンを製造することができる。
また、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂と過剰のポリイソシアネートとをまず反応させて末端イソシアネートのプレポリマーを製造し、更に鎖延長剤を用いて重合度を上げてポリウレタンを製造することが出来る。
{反応試剤等}
<ポリイソシアネート>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いてポリウレタンを製造するのに使用されるポリイソシアネートとしては、脂肪族、脂環族又は芳香族の各種公知のポリイソシアネート化合物が挙げられる。
例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタ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、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート及びダイマー酸のカルボキシル基をイソシアネート基に転化したダイマージイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;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、1−メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及び1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、及び1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンなどの脂環族ジイソシアネート;キシリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4’−ジベンジルジイソシアネート、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、フェニレンジイソシアネート及びm−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート等がその代表例として挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも好ましい有機ジイソシアネートは、得られるポリウレタンの物性のバランスが好ましい点、工業的に安価に多量に入手が可能な点で、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、及びイソホロンジイソシアネートである。
<鎖延長剤>
また、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いてポリウレタンを製造する際に用いられる鎖延長剤は、イソシアネート基と反応する活性水素を少なくとも2個有する低分子量化合物であり、通常ポリオール及びポリアミンを挙げることができる。
その具体例としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,4−ジメチロールヘキサン、1,9−ノナンジオール、1,12−ドデカンジオール、及びダイマージオール等の直鎖ジオール類;2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、及び2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等の分岐鎖を有するジオール類;1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、及び1,4−ジヒドロキシエチルシクロヘキサン等の環状基を有するジオール類、キシリレングリコール、1,4−ジヒドロキシエチルベンゼン、及び4,4’−メチレンビス(ヒドロキシエチルベンゼン)等の芳香族基を有するジオール類;グリセリン、トリメチロールプロパン、及びペンタエリスリトール等のポリオール類;N−メチルエタノールアミン、及びN−エチルエタノールアミン等のヒドロキシアミン類;エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、イソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、2−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、2−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、メチレンビス(o−クロロアニリン)、キシリレンジアミン、ジフェニルジアミン、トリレンジアミン、ヒドラジン、ピペラジン、及びN,N’−ジアミノピペラジン等のポリアミン類;及び水等を挙げることができる。
これらの鎖延長剤は単独で用いることも、あるいは2種以上を組み合わせ用いることも可能である。
これらの中でも好ましい鎖延長剤は、得られるポリウレタンの物性のバランスが好ましい点、工業的に安価に多量に入手が可能な点で、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ジヒドロキシエチルシクロヘキサン、エチレンジアミン、及び1,3−ジアミノプロパン等である。
<鎖停止剤>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いてポリウレタンを製造する際には、得られるポリウレタンの分子量を制御する目的で、必要に応じて1個の活性水素基を持つ鎖停止剤を使用することができる。
これらの鎖停止剤としては、例えば、水酸基を有するエタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族モノオール、アミノ基を有するジエチルアミン、ジブチルアミン、n−ブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等の脂肪族モノアミンが例示される。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<触媒>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いてポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応において、トリエチルアミン、N−エチルモルホリン、及びトリエチレンジアミンなどのアミン系触媒、又はトリメチルチンラウレート、及びジブチルチンジラウレートなどのスズ系触媒などのスズ系の化合物、更にはチタン系化合物などの有機金属塩などに代表される公知のウレタン重合触媒を用いることもできる。ウレタン重合触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<他のポリオール>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いてポリウレタンを製造する際、本発明のポリカーボネート樹脂に加えて、必要に応じて公知の他のポリオールを併用することも可能である。その際に使用可能な公知のポリオールの例としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)などのポリオキシアルキレングリコール類;ビスフェノールA,グリセリンのエチレンオキシド付加物、及びプロピレンオキシド付加物などのポリアルコールのアルキレンオキシド付加物類;ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、及びポリカーボネートポリオール等が挙げられる。
ポリエステルポリオールの例としては、例えば、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、マレイン酸、コハク酸、及びフマル酸などの二塩基酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、及びトリメチロールプロパン等のグリコール類から得られるものが挙げられる。
また、ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、及び2−メチルプロパンジオールから製造されるホモポリカーボネートジオール、共重合ポリカーボネートジオール等が使用可能なものの例として挙げられる。
これらの他のポリオールを使用する場合、本発明のポリカーボネート樹脂を用いることによる効果を十分に得る上で、全ポリオール中の本発明のポリカーボネート樹脂の割合は特に限定はされないが、通常30重量%以上、特に50重量%以上となるように用いることが好ましい。
<溶剤>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いてポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応は溶剤を用いて行ってもよい。
好ましい溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド,及びN−メチルピロリドンなどのアミド系溶剤;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤;テトラヒドロフラン、及びジオキサン等のエーテル系溶剤;メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、及びシクロヘキサノン等のケトン系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、及び酢酸ブチル等のエステル系溶剤;及びトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いることも、2種以上の混合溶媒として用いることも可能である。
これらの中で好ましい有機溶剤は、例えば、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン及びジメチルスルホキシド等である。
また、本発明のポリカーボネート樹脂、ポリジイソシアネート、及び前記の鎖延長剤が配合されたポリウレタン樹脂組成物から、水分散液のポリウレタン樹脂を製造することもできる。
{ポリウレタンの製造方法}
上述の反応試剤を用いて本発明に係るポリウレタンを製造する方法としては、一般的に実験ないし工業的に用いられる全ての製造方法が使用できる。
その例としては、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を含むポリオール、ポリイソシアネート、鎖延長剤を一括に混合して反応させる方法(以下、「一段法」という)や、まず本発明のポリカーボネート樹脂を含むポリオールとポリイソシアネートを反応させて両末端がイソシアネート基のプレポリマーを調製した後に、そのプレポリマーと鎖延長剤を反応させる方法(以下、「二段法」という)等がある。
二段法は、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を含むポリオールを予め1当量以上の有機ポリイソシアネートと反応させることにより、ポリウレタンのソフトセグメントに相当する部分の両末端イソシアネート中間体を調製する工程を経るものである。このように、プレポリマーを一旦調製した後に鎖延長剤と反応させると、ソフトセグメント部分の分子量の調整が行いやすい場合があり、ソフトセグメントとハードセグメントの相分離を確実に行う必要がある場合には有用である。
<一段法>
一段法とは、ワンショット法とも呼ばれ、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を含むポリオール、ポリイソシアネート、及び鎖延長剤を一括に仕込むことで反応を行う方法である。
一段法におけるポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を含むポリオールの水酸基数と鎖延長剤の水酸基数及びアミノ基数の合計を1当量とした場合、下限は、通常0.7当量、好ましくは0.8当量、更に好ましくは0.9当量、特に好ましくは0.95当量である。上限は、通常3.0当量、好ましくは2.0当量、より好ましくは1.5当量、更に好ましくは1.1当量である。
ポリイソシアネートの使用量が多すぎると、未反応のイソシアネート基が副反応を起こし、所望の物性が得られにくくなる傾向がある。また、ポリイソシアネートの使用量が少なすぎると、ポリウレタンの分子量が十分に大きくならず、所望の性能が発現されない傾向がある。
また、鎖延長剤の使用量は、特に限定されないが、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を含むポリオールの水酸基数からポリイソシアネートのイソシアネート基数を引いた数を1当量とした場合、下限は、通常0.7当量、好ましくは0.8当量、更に好ましくは0.9当量、特に好ましくは0.95当量である。また、上限は3.0当量、好ましくは2.0当量、より好ましくは1.5当量、特に好ましくは1.1当量である。
鎖延長剤の使用量が多すぎると、得られるポリウレタンが溶媒に溶けにくく加工が困難になる傾向がある。また、鎖延長剤の使用量が少なすぎると、得られるポリウレタンが軟らかすぎて十分な強度や硬度、弾性回復性能や弾性保持性能が得られなかったり、高温特性が悪くなる場合がある。
<二段法>
二段法は、プレポリマー法ともよばれ、予めポリイソシアネートと本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を含むポリオールを、ポリイソシアネート/ポリオール反応当量比1.0〜10.00で反応させて、末端がイソシアネート基となったプレポリマーを製造する。次いでこれに多価アルコール、アミン化合物等の活性水素を有する鎖延長剤を加えることによりポリウレタンを製造する方法である。
二段法は無溶媒でも溶媒共存下でも実施することができる。
二段法によるポリウレタン製造は以下に記載の(1)〜(3)のいずれかの方法によって行うことができる。
(1) 溶媒を用いずに、まず直接ポリイソシアネートとポリカーボネート樹脂を含むポリオールを反応させてプレポリマーを合成し、そのまま以降の鎖延長反応に使用する。
(2) (1)の方法でプレポリマーを合成しその後に溶媒に溶かして、以降の鎖延長反応に使用する。
(3) 初めから溶媒を用いてポリイソシアネートとポリカーボネート樹脂を含むポリオールを反応させ、その後溶媒中で鎖延長反応を行う。
(1)の方法の場合には、鎖延長剤を作用させるにあたり、鎖延長剤を溶媒に溶かしたり、溶媒に同時にプレポリマー及び鎖延長剤を導入するなどの方法により、ポリウレタンを溶媒と共存する形で得ることが重要である。
二段法におけるポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、ポリカーボネート樹脂を含むポリオールの水酸基の数を1当量とした場合のイソシアネート基の数として、下限が通常1.0、好ましくは1.05である。また、上限が通常10.0、好ましくは5.0、より好ましくは3.0である。
このイソシアネート使用量が多すぎると、過剰のイソシアネート基が副反応を起こして所望のポリウレタンの物性まで到達しにくい傾向がある。また、イソシアネート使用量が少なすぎると、得られるポリウレタンの分子量が十分に上がらず強度や熱安定性が低くなる場合がある。
鎖延長剤の使用量については特に限定されないが、プレポリマーに含まれるイソシアネート基の当量に対して、下限が、通常0.1、好ましくは0.5、更に好ましくは0.8である。また、上限が通常5.0、好ましくは3.0、更に好ましくは2.0である。
上記鎖延長化反応を行う際に、分子量を調整する目的で、一官能性の有機アミンやアルコールを共存させてもよい。
鎖延長反応は通常、各成分を0〜250℃で反応させるが、この温度は溶剤の量、使用原料の反応性、反応設備等により異なり、特に制限はない。温度が低すぎると反応の進行が遅すぎたり、原料や重合物の溶解性が低い為に製造時間が長くなることがある。また温度が高すぎると副反応や得られるポリウレタンの分解が起こることがある。鎖延長反応は、減圧下で脱泡しながら行ってもよい。
また、鎖延長反応には必要に応じて、触媒や安定剤等を添加することもできる。
触媒としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジブチルチンジラウレ−ト、オクチル酸第一スズ、酢酸、燐酸、硫酸、塩酸、及びスルホン酸等の1種又は2種以上が挙げられる。
安定剤としては例えば2,6−ジブチル−4−メチルフェノール、ジステアリルチオジプロピオネ−ト、ジ・ベ−タナフチルフェニレンジアミン、トリ(ジノニルフェニル)ホスファイト等の1種又は2種以上が挙げられる。しかしながら、鎖延長剤が短鎖脂肪族アミン等の反応性の高いものの場合は、触媒を添加せずに実施することが好ましい。
<水系ポリウレタンエマルション>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて、水系のポリウレタンエマルションを製造することも可能である。
その場合、ポリカーボネート樹脂を含むポリオールとポリイソシアネートを反応させてプレポリマーを製造する際に、少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物を混合してプレポリマーを形成し、これを鎖延長剤と反応させてポリウレタンエマルションとする。
ここで使用する少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物の親水性官能基とは、例えば、カルボン酸基やスルホン酸基であって、アルカリ性基で中和可能な基である。また、イソシアネート反応性基とは、水酸基、1級アミノ基、2級アミノ基等の一般的にイソシアネートと反応してウレタン結合、ウレア結合を形成する基であり、これらが同一分子内に混在していてもかまわない。
少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物としては、具体的には、例えば、2,2’−ジメチロールプロピオン酸、2,2−メチロール酪酸、及び2,2’−ジメチロール吉草酸等が挙げられる。また、ジアミノカルボン酸類、例えば、リジン、シスチン、及び3,5−ジアミノカルボン酸等も挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらを実際に用いる場合には、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリブチルアミン、及びトリエタノールアミン等のアミンや、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びアンモニア等のアルカリ性化合物で中和して用いることができる。
水系ポリウレタンエマルションを製造する場合、少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物の使用量は、水に対する分散性能を上げるために、その下限は、本発明のポリカーボネート樹脂を含むポリオールの重量に対して通常1%、好ましくは5重量%、更に好ましくは10重量%である。一方、これを多く添加しすぎると本発明のポリカーボネート樹脂の特性が維持されなくなってしまうことがあるために、その上限は通常50重量%、好ましくは40重量%、更に好ましくは30重量%である。
また、水系ポリウレタンエマルションの合成、あるいは保存にあたり、高級脂肪酸、樹脂酸、酸性脂肪族アルコール、硫酸エステル、スルホン酸高級アルキル、スルホン酸アルキルアリール、スルホン化ひまし油、及びスルホコハク酸エステルなどに代表されるアニオン性界面活性剤、第一アミン塩、第二アミン塩、第三アミン塩、第四級アミン塩、及びピリジニウム塩などのカチオン系界面活性剤、あるいはエチレンオキサイドと長鎖脂肪族アルコール又はフェノール類との公知の反応生成物に代表される非イオン性界面活性剤等を併用して、乳化安定性を保持してもよい。
また、プレポリマーを鎖延長剤と反応させてポリウレタンエマルションとする際、プレポリマーを必要に応じて中和した後、水中に分散させてもよい。
このようにして製造された水系ポリウレタンエマルションは、様々な用途に使用することが可能である。特に、最近は環境負荷の小さな化学品原料が求められており、有機溶剤を使用しない目的としての従来品からの代替が可能である。
水系ポリウレタンエマルションの具体的な用途としては、例えば、コーティング剤、水系塗料、接着剤、合成皮革、及び人工皮革への利用が好適である。特に本発明のポリカーボネートジオールを用いて製造される水系ポリウレタンエマルションは、ポリカーボネート樹脂中に特定の構造を有していることから、高硬度で耐擦性に優れ、表面の性状が長期間維持されるので、コーティング剤等として従来のポリカーボネートジオールを使用した水系ポリウレタンエマルションに比べて優位に利用することが可能である。
<ウレタン(メタ)アクリレート>
また、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて、ポリイソシアネートと反応後、ヒドロキシ基を有するアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルと反応させて、ウレタンアクリレート、及びウレタンメタクリレートなどに誘導することが可能である。これらウレタンアクリレート及びウレタンメタクリレートは、コーティング剤として広く利用されており、それらの用途に特に制限なく本発明のポリカーボネートジオールを原料として利用することができる。更には、必要に応じて重合官能基を(メタ)アクリレートから、グリシジル基、アリル基、及びプロパルギル基等に変えて利用することも可能である。
{添加剤}
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造した本発明に係るポリウレタンには、例えば、熱安定剤、光安定剤、着色剤、充填剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、粘着防止剤、難燃剤、老化防止剤、及び無機フィラー等の各種の添加剤を、本発明に係るポリウレタンの特性を損なわない範囲で、添加、混合することができる。
熱安定剤として使用可能な化合物としては、例えば、燐酸、亜燐酸の脂肪族、芳香族又はアルキル基置換芳香族エステルや次亜燐酸誘導体、フェニルホスホン酸、フェニルホスフィン酸、ジフェニルホスホン酸、ポリホスホネート、ジアルキルぺンタエリスリトールジホスファイト、及びジアルキルビスフェノールAジホスファイト等のリン化合物;フェノール系誘導体、特にヒンダードフェノール化合物;チオエーテル系、ジチオ酸塩系、メルカプトベンズイミダゾール系、チオカルバニリド系、及びチオジプロピオン酸エステル系等のイオウを含む化合物;スズマレート、及びジブチルスズモノオキシド等のスズ系化合物等を使用することができる。
ヒンダードフェノール化合物の具体例としては、Irganox1010(商品名:BASFジャパン株式会社製)、Irganox1520(商品名:BASFジャパン株式会社製)、及びIrganox245(商品名:BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
リン化合物としては、PEP−36、PEP−24G、HP−10(いずれも商品名:株式会社ADEKA社製)、及びIrgafos 168(商品名:BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
イオウを含む化合物の具体例としては、ジラウリルチオプロピオネート(DLTP)、及びジステアリルチオプロピオネート(DSTP)などのチオエーテル化合物が挙げられる。
光安定剤の例としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系化合物等が挙げられ、具体的には「TINUVIN622LD」、「TINUVIN765」(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)、「SANOL LS−2626」、及び「SANOL LS−765」(以上、三共社製)等が使用可能である。
紫外線吸収剤の例としては、「TINUVIN328」、及び「TINUVIN234」(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)等が挙げられる。
着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料、及び金属錯塩染料などの染料;カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、及びマイカなどの無機顔料;及びカップリングアゾ系、縮合アゾ系、アンスラキノン系、チオインジゴ系、ジオキサゾン系、及びフタロシアニン系等の有機顔料等が挙げられる。
無機フィラーの例としては、ガラス短繊維、カーボンファイバー、アルミナ、タルク、グラファイト、メラミン、及び白土等が挙げられる。
難燃剤の例としては、燐及びハロゲン含有有機化合物、臭素又は塩素含有有機化合物、ポリ燐酸アンンモニウム、水酸化アルミニウム、及び酸化アンチモン等の添加及び反応型難燃剤が挙げられる。
これらの添加剤は、単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの添加剤の添加量は、ポリウレタンに対し、下限が、好ましくは0.01重量%、より好ましくは0.05重量%、更に好ましくは0.1重量%である。上限は、好ましくは10重量%、より好ましくは5重量%、更に好ましくは1重量%である。添加剤の添加量が少な過ぎるとその添加効果を十分に得ることができず、多過ぎるとポリウレタン中で析出したり、濁りを発生したりする場合がある。
{ポリウレタンフィルム・ポリウレタン板}
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンを使用してフィルムを製造する場合、そのフィルムの厚さは、通常下限が10μm、好ましくは20μm、更に好ましくは30μmである。また、上限は通常1000μm、好ましくは500μm、より好ましくは100μmである。
フィルムの厚さが厚すぎると、十分な透湿性が得られない傾向があり、また、薄過ぎるとピンホールを生じやすかったり、フィルムがブロッキングしやすく取り扱いにくくなる傾向がある。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンフィルムは、医療用粘着フィルム等の医療材料や衛生材料、包装材、装飾用フィルム、その他透湿性素材等に好ましく用いることができる。また、本発明に係るポリウレタンフィルムは布や不織布等の支持体に上に成膜されたものでもよい。この場合、ポリウレタンフィルム自体の厚さは、10μmよりも更に薄くてもよい場合がある。
また、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンを使用してポリウレタン板を製造することも可能である。その場合の板の厚みは、上限は特に制限はなく、下限は通常0.5mm、好ましくは1mm、更に好ましくは3mmである。
{物性}
<分子量>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンの分子量は、その用途に応じて適宜調整され、特に制限はないが、GPCにより測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)として5万〜50万、特に10万〜30万であることが好ましい。分子量が上記下限よりも小さいと十分な強度や硬度が得られないことがある。また、上記上限よりも大きいと加工性などハンドリング性を損なう傾向がある。
<耐薬品性>
本発明に係るポリウレタンの耐薬品性は、種々の方法により測定することができるが、例えば、本発明のポリカーボネート樹脂に対して4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを2当量反応させ、さらにイソホロンジアミンで鎖延長反応を行い二段法で、本発明に係るポリウレタンを得た場合、以下の方法で耐薬品性を測定することができる。
試験溶剤がオレイン酸だった場合、ポリウレタン溶液を9.5milのアプリケーターでフッ素樹脂シート(フッ素テープニトフロン900、厚さ0.1mm、日東電工株式会社製)上に塗布し、60℃で1時間、続いて100℃で0.5時間乾燥させる。さらに100℃の真空状態で0.5時間、80℃で15時間乾燥させた後、23℃、55%RHの恒温恒湿下で12時間以上静置し、得られたフィルムから3cm×3cmの試験片を切り出し、試験溶剤50mlを入れた容量250mlのガラス瓶に投入して、80℃の窒素雰囲気下の恒温槽にて16時間静置させる。浸漬後、試験片の表裏を紙製ワイパーで軽く拭いた後、重量測定を行い試験前からの重量増加比率を算出する。
試験溶剤に浸漬前のポリウレタン試験片の重量に対する薬品に浸漬後のポリウレタン試験片の重量増加比率(%)が、好ましくは100%以下、より好ましくは50%以下、更に好ましくは10%以下であり、特に0%であることが好ましい。
この重量変化率が上記上限超過では、所望の耐薬品性が得られない。
<硬度>
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、剛性に富む特定の構造単位を有することに起因して高い硬度が得られるという特徴がある。具体的には、例えば、厚さ約50〜100μmのフィルム状のサンプルを試験機(II形、学振形)に固定し、JIS L0849に準じて4.9Nの荷重にて摩擦試験を500往復行った際の重量減少割合({(試験前のサンプル重量−試験後のサンプル重量)/(試験前のサンプル重量)}×100)で表記すると、通常その重量減少割合の上限は2%、好ましくは1.5%、更に好ましくは1.0%である。一方、この重量減少割合の下限は、通常0.1%、好ましくは0.05%、更に好ましくは0.01%である。
{用途}
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、耐熱性、耐候性に優れ、良好な硬度を有することから、例えば、フォーム、エラストマー、塗料、繊維、接着剤、床材、シーラント、医療用材料、人工皮革、コーティング剤、及び水系ポリウレタン塗料等に広く用いることができる。
特に、人工皮革、合成皮革、水系ポリウレタン、接着剤、医療用材料、床材、及びコーティング剤等の用途に、本発明のポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンを用いると、耐熱性、耐候性に優れ、良好な硬度を有するため、特に屋外で使用される製品において色調を悪化させることがない上、物理的な衝撃や摩擦などにも強いという良好な表面特性を付与することができる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、注型ポリウレタンエラストマーに使用できる。その具体的用途として、例えば、圧延ロール、製紙ロール、事務機器、プレテンションロール等のロール類、フォークリフト、自動車車両ニュートラム、台車、運搬車等のソリッドタイヤ、キャスター等、工業製品として、コンベアベルトアイドラー、ガイドロール、プーリー、鋼管ライニング、鉱石用ラバースクリーン、ギア類、コネクションリング、ライナー、ポンプのインペラー、サイクロンコーン、サイクロンライナー等がある。また、OA機器のベルト、紙送りロール、複写用クリーニングブレード、スノープラウ、歯付ベルト、及びサーフローラー等にも使用できる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、また、熱可塑性エラストマーとしての用途にも適用される。例えば、食品、医療分野で用いる空圧機器、塗装装置、分析機器、理化学機器、定量ポンプ、水処理機器、及び産業用ロボット等におけるチューブやホース類、スパイラルチューブ、及び消防ホース等に使用できる。
また、丸ベルト、Vべルト、及び平ベルト等のベルトとして、各種伝動機構、紡績機械、荷造り機器、及び印刷機械等に用いられる。また、履物のヒールトップや靴底、カップリング、パッキング、ポールジョイント、ブッシュ、歯車、及びロール等の機器部品、スポーツ用品、レジャー用品、及び時計のベルト等に使用できる。
更に、自動車部品としては、オイルストッパー、ギアボックス、スペーサー、シャーシー部品、内装品、及びタイヤチェーン代替品等が挙げられる。また、キーボードフィルム、自動車用フィルム等のフィルム、カールコード、ケーブルシース、ベロー、搬送ベルト、フレキシブルコンテナー、バインダー、合成皮革、ディピンイング製品、及び接着剤等に使用できる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、溶剤系二液型塗料としての用途にも適用可能であり、楽器、仏壇、家具、化粧合板、スポーツ用品等の木材製品に適用できる。また、タールエポキシウレタンとして自動車補修用にも使用できる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、湿気硬化型の一液型塗料、ブロックイソシアネート系溶媒塗料、アルキド樹脂塗料、ウレタン変性合成樹脂塗料、紫外線硬化型塗料、水系ウレタン塗料、粉体塗料等の成分として使用可能である。例えば、プラスチックバンパー用塗料、ストリッパブルペイント、磁気テープ用コーティング剤、床タイル、床材、紙、木目印刷フィルム等のオーバープリントワニス、木材用ワニス、高加工用コイルコート、光ファイバー保護コーティング、ソルダーレジスト、金属印刷用トップコート、蒸着用ベースコート、及び食品缶用ホワイトコート等に適用できる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、また、接着剤として、食品包装、靴、履物、磁気テープバインダー、化粧紙、木材、構造部材等に適用でき、また、低温用接着剤、ホットメルトの成分としても用いることができる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンを接着剤として使用する場合の形態としては、特に制限はなく、得られたポリウレタンを溶剤に溶解して溶剤型接着剤として使用することも、溶剤を用いずにホットメルト型接着剤として使用することも可能である。
溶剤を使用する場合の使用可能な溶剤としては、得られるウレタンの特性に合った溶剤であれば特にその制限はなく、水系溶剤、有機系溶剤ともに使用することが可能である。特に最近は、環境への負荷の軽減から水性ポリウレタンエマルションを水系溶剤に溶解又は分散させた水性接着剤の要望が高まっており、本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンはその目的にも好適に用いることができる。
更に本発明に係るポリウレタンを用いて製造した接着剤には、必要に応じて通常の接着剤で使用される添加剤及び助剤は制限なく混合することが可能である。添加剤の例としては、例えば、顔料、ブロッキング防止剤、分散安定剤、粘度調節剤、レベリング剤、ゲル化防止剤、光安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐熱性向上剤、無機及び有機充填剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、補強材、及び触媒等があり、その配合方法は、攪拌、分散等公知の方法が採用可能である。
このようにして得られる本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタン系接着剤は、鉄、銅、アルミニウム、フェライト、及びメッキ鋼板などの金属材料、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、及び塩化ビニル樹脂等の樹脂材料、ガラス、及びセラミック等の無機材料を効率良く接着することができる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、バインダーとして、磁気記録媒体、インキ、鋳物、焼成煉瓦、グラフト材、マイクロカプセル、粒状肥料、粒状農薬、ポリマーセメントモルタル、レジンモルタル、ゴムチップバインダー、再生フォーム、及びガラス繊維サイジング等に使用可能である。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、繊維加工剤の成分として、防縮加工、防皺加工、撥水加工等に使用できる。
本発明に係るポリウレタンを弾性繊維として使用する場合のその繊維化の方法は、紡糸できる方法であれば特に制限なく実施できる。例えば、一旦ペレット化した後、溶融させ、直接紡糸口金を通して紡糸する溶融紡糸方法が採用できる。本発明に係るポリウレタンから弾性繊維を溶融紡糸により得る場合、紡糸温度は好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以上235℃以下である。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタン弾性繊維はそのまま裸糸として使用したり、また、他繊維で被覆して被覆糸として使用することもできる。他繊維としては、ポリアミド繊維、ウール、綿、及びポリエステル繊維など従来公知の繊維を挙げることができるが、なかでも本発明ではポリエステル繊維が好ましく用いられる。また、本発明に係るポリウレタン弾性繊維は、染着タイプの分散染料を含有していてもよい。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、シーラント・コーキングとして、コンクリート打ち壁、誘発目地、サッシ周り、壁式PC目地、ALC目地、ボード類目地、複合ガラス用シーラント、断熱サッシシーラント、自動車用シーラント等に使用できる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、医療用材料としての使用が可能であり、血液適合材料として、チューブ、カテーテル、人工心臓、人工血管、人工弁等、また、使い捨て素材としてカテーテル、チューブ、バッグ、手術用手袋、及び人工腎臓ポッティング材料等に使用できる。
本発明のポリウレタンの原料となるポリカーボネート樹脂を用いて製造したポリウレタンは、末端を変性させることによりUV硬化型塗料、電子線硬化型塗料、フレキソ印刷版用の感光性樹脂組成物、光硬化型の光ファイバー被覆材組成物等の原料として用いることができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。
[使用原料]
以下の実施例および比較例でポリカーボネート樹脂の製造に用いた原料は次の通りである。
DPC:ジフェニルカーボネート
DCMI(合成例1):DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシリデン−myo−イノシトール
IN1(合成例2):DL−2,3:5,6−ジ−O−イソプロピリデン−myo−イノシトール
IN2(合成例3):DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロペンチリデン−myo−イノシトール
IN4(合成例4):DL−2,3:5,6−ジ−O−アダマンチリデン−myo−イノシトール
IN12(合成例5):DL−2,3:5,6−ジ−O−3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデン−myo−イノシトール
IN16(合成例6):DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシルメチリデン−myo−イノシトール
IN37(合成例7):DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロドデシリデン−myo−イノシトール
IN44(合成例8):DL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール
IN45(合成例9):DL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−メチリデン−myo−イノシトール
IN57(合成例10:DL−2−O−n−ヘキシル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール
IN58(合成例11):DL−2−O−シクロヘキシルメチル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール
DPC:ジフェニルカーボネート:三菱化学製
CHDM:1,4−シクロヘキサンジメタノール:SKケミカル社製
ISB:イソソルビド:ロケット・フレール(Roquette Freres)社製
TCDDM:トリシクロデカンジメタノール:オクセア社製
SPG:スピログリコール(3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン):三菱ガス化学社製
BPEF:9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン:大阪ガスケミカル社製
2Q:[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン):三菱化学社製

1,3−PD:1,3−プロパンジオール:和光純薬社製
1,4−BG:1,4−ブタンジオール:三菱化学社製
1,5−PD:1,5−ペンタンジオール:東京化成工業社製
1,6−HD:1,6−ヘキサンジオール:和光純薬社製
1,7−HD:1,7−ヘプタンジオール:東京化成工業社製
1,8−OD:1,8−オクタンジオール:東京化成工業社製
1,9−ND:1,9−ノナンジオール:東京化成工業社製
1,10−DD:1,10−デカンジオール:東京化成工業社製
1,12−DD:1,12−ドデカンジオール:東京化成工業社製
AE−2S:2,2−ビス−[4−2−(ヒドロキシエトキシ)フェニル]プロパン:明成化学工業社製
DEG:ジエチレングリコール:三菱化学社製
TEG:トリエチレングリコール:三菱化学社製
2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール(PD−9):KHネオケム社製
3−MPD:3−メチル−1,5−ペンタンジオール:東京化成工業社製
BEPG:2−ブチル、2−エチル−プロパンジオール:KHネオケム社製
NPG:ネオペンチルグリコール:東京化成工業社製
2−MPD:2−メチル−1,3−プロパンジオ−ル:東京化成工業社製
各原料化合物の構造式を以下に示す。
Figure 0006729388
また、触媒としては、以下の触媒A〜Dを用い、触媒A〜Cは0.20質量%水溶液として、触媒Dは2.0質量%水溶液添加した。
触媒A:炭酸水素ナトリウム(NaHCO
触媒B:炭酸セシウム(CsCO
触媒C:酢酸カルシウム一水和物(Ca(CHCOO)・HO)
触媒D:酢酸カルシウム一水和物(Ca(CHCOO)・HO)
なお、DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシリデン−myo−イノシトール、及びイノシトール誘導体は以下の合成例1〜11に従って、合成した。
合成例1〜11において、原料Myo−イノシトール、溶媒等としては、以下のものを用いた。
Myo−イノシトール:和光純薬工業株式会社、特級
DMF(N,N−ジメチルホルムアミド):和光純薬工業株式会社、特級
p−トルエンスルホン酸一水和物:和光純薬工業株式会社、アミノ酸自動分析用
ジメトキシシクロヘキサン:和光純薬工業株式会社、特級
2,2−ジメトキシプロパン:和光純薬工業株式会社、一般
シクロペンタノン:東京化成工業株式会社
2−アダマンタノン:東京化成工業株式会社
3,3,5−トリメチルシクロヘキサノン:東京化成工業株式会社
シクロヘキサンカルボキシアルデヒド:東京化成工業株式会社
シクロドデカノン:東京化成工業株式会社
トリエチルアミン:東京化成工業株式会社
酢酸エチル:和光純薬工業株式会社、特級
n−ヘキサン:和光純薬工業株式会社、特級
オルト酢酸トリエチル:和光純薬工業株式会社、一般
オルトギ酸トリエチル:和光純薬工業株式会社、一般
ベンジルブロミド:和光純薬工業株式会社、特級
シクロヘキシルメチルブロミド:シグマ・アルドリッチ合同会社
1−ヨードヘキサン:東京化成工業株式会社
tert−ブチルメチルエーテル:和光純薬工業株式会社、特級
メタノール:和光純薬工業株式会社、特級
n−ヘプタン:和光純薬工業株式会社、特級
また、合成されたDL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシリデン−myo−イノシトールの化合物(合成例1)、及びイノシトール誘導体(合成例2〜11)の同定にはガスクロマトグラフ(GC)並びにNMRを用いた。GC並びにH−NMRの分析条件を以下に示す。
(ガスクロマトグラフ(GC)分析)
装置:島津製作所社 GC2014
カラム:アジレント・テクノロジー製 DB−1(0.25mm×60mm)膜厚0.25μm
昇温条件:50℃から300℃まで10℃/minで昇温し、300℃で10分間保持
検出器:FID
キャリアガス:He
H−NMR分析)
溶媒として、重クロロホルムを用い、ブルカー・バイオスピン社製「AVANCE」にて、共鳴周波数400MHz、フリップ角45°、測定温度室温にて、H−NMRを測定した。
[評価方法]
以下の実施例及び比較例で得られたポリカーボネート共重合体又はポリカーボネート重合体の物性ないし特性の評価は次の方法により行った。
(1)屈折率及びアッベ数
アッベ屈折計(アタゴ社製「DR−M4」)で、波長656nm(C線)、589nm(D線)、546nm(e線)、486nm(F線)の干渉フィルターを用いて、各波長の屈折率、nC、nD、ne、nFを測定した。
測定試料は、得られた樹脂を250℃でプレス成形し、厚み約200μmのフィルムを作製し、得られたフィルムを幅約8mm、長さ10から20mmの短冊状に切り出し、測定試験片とした。
測定は、界面液として1−ブロモナフタレンを用い、20℃で行った。
アッベ数νdは次の式で計算した。
νd=(1−nD)/(nC−nF)
アッベ数が大きいほど、屈折率の波長依存性が小さくなり、例えば単レンズにした際の波長による焦点のずれが小さくなる。
(2)ガラス転移温度(Tig・Tmg)
示差走査熱量計(エスアイアイナノテクノロジー社製「EXSTAR 6220」)を用いて、試料約10mgを10℃/minの昇温速度で加熱して測定し、JISK7121(1987)に準拠して、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような線で引いた折線との交点の温度である補外ガラス転移開始温度Tigを求めた。また、各ベースラインの延長した直線から縦軸方向に等距離にある直線とガラス転移の階段状変化部分の曲線とが交わる温度から、中間点ガラス転移開始温度Tmgを求めた。
(3)還元粘度
中央理化製DT−504型自動粘度計にてウベローデ型粘度計を用い、溶媒として、フェノールと1,1,2,2−テトラクロロエタンの1:1混合溶媒(質量比)を用い、温度30.0℃±0.1℃で測定した。濃度は1.00g/dlになるように、精密に調整した。サンプルは110℃で攪拌しながら、30分で溶解し、冷却後測定に用いた。溶媒の通過時間t0、溶液の通過時間tから、下記式より相対粘度ηrelを求め、
ηrel=t/t0(g・cm−1・sec−1
相対粘度ηrelから、下記式より比粘度ηspを求めた。
ηsp=(η−η0)/η0=ηrel−1
比粘度ηspを濃度c(g/dl)で割って、下記式より還元粘度(換算粘度)ηredを求めた。
ηred=ηsp/c
この数値が高いほど分子量が大きい。
(4)5%熱重量減少温度(Td)
実施例1−7の測定は、ネッチジャパン社製「TG−DTA」(2000SA)を用い、試料約10mgを白金製容器に載せ、窒素雰囲気下(窒素流量50ml/分)で昇温速度10℃/分で30℃から500℃まで測定し、5%重量が減少した際の温度(Td)を求めた。この温度が高いほど、熱分解しにくい。
実施例8−55の測定は、エスアイアイナノテクロノジ社製TG/DTA7200を用い、試料約10mgを容器に載せ、窒素雰囲気下(窒素流量50ml/分)で昇温速度10℃/分で30℃から500℃まで測定し、5%重量が減少した際の温度(Td)を求めた。この温度が高いほど、熱分解しにくい。
(5)NMR
実施例1−7の測定は、溶媒として、重クロロホルムを用い、ブルカー・バイオスピン社製「AVANCE」にて、共鳴周波数400MHz、フリップ角45°、測定温度室温にて、H−NMRを測定した。
実施例8−57の測定は、外径5mmのNMR試料管に試料約30mgを入れ、重クロロホルム(0.03v/v%テトラメチルシラン含有)0.7mlに溶解した。Bruker社製「AVANCE III 950」にて、共鳴周波数950.3MHz、フリップ角30°、測定温度25℃にて、H−NMRを測定した。
(6)吸水率の測定
ポリカーボネート樹脂のペレットを90℃で5時間以上、真空乾燥した。乾燥したペレット約4gと、縦14cm、横14cm、厚さ0.1mmのスペーサーを用い、試料の上下にポリイミドフィルムを敷いて、温度200〜230℃で3分間予熱し、圧力40MPaの条件で5分間加圧した。その後、スペーサーごと取り出し、冷却して、厚さ100〜300μmフィルムを作製した。縦100mm、横100mmの正方形に試料を切り出し、JIS K 7209に記載の「プラスティックの吸水率及び沸騰吸水率試験方法」に準拠して測定した。
(7)鉛筆硬度の測定
・プレートの成形
80℃で5時間真空乾燥をしたポリカーボネート樹脂サンプル4.0gを、幅8cm、長さ8cm、厚さ0.5mmのスペーサーを用いて、熱プレスにて熱プレス温度200〜250℃で、予熱1〜3分、圧力20MPaの条件で1分間加圧後、スペーサーごと取り出し、水管冷却式プレスで、圧力20MPaで3分間加圧冷却してシートを作製した。
前記のシートを使用し、(株)東洋精機製作所製鉛筆引掻塗膜硬さ試験機を用いて、JIS K5600−5−4に記載の方法で鉛筆硬度を測定した。
(8)光弾性係数
<サンプル作製>
80℃で5時間真空乾燥をしたポリカーボネート樹脂サンプル4.0gを、幅8cm、長さ8cm、厚さ0.5mmのスペーサーを用いて、熱プレスにて熱プレス温度200〜250℃で、予熱1〜3分、圧力20MPaの条件で1分間加圧後、スペーサーごと取り出し、水管冷却式プレスで圧力20MPaで3分間加圧冷却してシートを作製した。このシートから幅5mm、長さ20mmにサンプルを切り出した。
<測定>
He−Neレーザー、偏光子、補償板、検光子、及び光検出器からなる複屈折測定装置と振動型粘弾性測定装置(レオロジー社製DVE−3)を組み合わせた装置を用いて測定した(詳細は、日本レオロジー学会誌Vol.19,p93−97(1991)を参照)。
切り出したサンプルを粘弾性測定装置に固定し、25℃の室温で貯蔵弾性率E’を周波数96Hzにて測定した。同時に、出射されたレーザー光を偏光子、試料、補償板、検光子の順に通し、光検出器(フォトダイオード)で拾い、ロックインアンプを通して角周波数ω又は2ωの波形について、その振幅とひずみに対する位相差を求め、ひずみ光学係数O’を求めた。このとき、偏光子と検光子の方向は直交し、またそれぞれ、試料の伸長方向に対してπ/4の角度をなすように調整した。
光弾性係数Cは、貯蔵弾性率E’とひずみ光学係数O’を用いて次式より求めた。
C=O’/E’
[合成例1:DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシリデン−myo−イノシトール(以下「DCMI」と略記する。)の合成]
ジムロートを備えた500mlの反応容器を窒素置換した後、myo−イノシトール30g(167mmol)、DMF200mL、p−トルエンスルホン酸一水和物863mg、ジメトキシシクロヘキサン75mLを投入し、100℃で3時間攪拌した。40℃まで冷却した後、トリエチルアミン2.5mLを加え、反応溶媒であるDMFを減圧留去した。その後酢酸エチル250mLを加え、5%炭酸ナトリウム水溶液300mLで分液を実施した後、イオン交換水300mLで1回洗浄した。得られた有機相を減圧留去し、酢酸エチル50mL/n−ヘキサン70mLで晶析を実施し、得られた白色沈殿を濾過した。その後再び酢酸エチル50mL/n−ヘキサン70mLで晶析を実施した。得られた固体を60℃で真空乾燥5時間実施することで、目的化合物であるDCMIを9.8g(収率17.2%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、99.0面積%であることを確認した。
このDCMIのNMRチャートを図8に示す。
[合成例2:DL−2,3:5,6−ジ−O−イソプロピリデン−myo−イノシトール(以下「IN1」と略記する。)の合成]
ジムロートを備えた500mlの反応容器を窒素置換した後、myo−イノシトール30g(167mmol)、DMF(200mL)、p−トルエンスルホン酸一水和物863mg(4.5mmol)、2,2−ジメトキシプロパン52g(500mmol)を投入し、130℃で3時間攪拌した。室温まで冷却した後、6重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液9.5gを添加し、DMFを減圧留去した。イオン交換水300mLを加え、陰イオン交換樹脂に通したのち、イオン交換水を減圧留去した。その後、酢酸エチル250mLを加え、得られた白色沈殿を濾過した。濾液を再び減圧留去し、得られた固体をメタノールで晶析したところ、目的化合物であるIN1を3.0g(収率6.9%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、99.8面積%であることを確認した。
このIN1のNMRチャートを図9に示す。
[合成例3:DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロペンチリデン−myo−イノシトール(以下「IN2」と略記する。)の合成]
ジムロートを備えた500mlの反応容器を窒素置換した後、シクロペンタノン44mL(500mmol)、オルトギ酸トリメチル55mL(500mmol)、メタノール(150mL)、p−トルエンスルホン酸一水和物863mg(4.5mmol)を加え、室温で5分間撹拌したのち、myo−イノシトール30g(167mmol)、DMF(200mL)を投入し、130℃で3時間攪拌した。その間、Dean−Stark管に留去された液は除去した。室温まで冷却した後、6重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液9.5gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル250mLを加え、イオン交換水300mLで3回洗浄した。有機相を減圧留去し、酢酸エチル70mL/n−ヘキサン30mLで晶析を実施し、得られた白色沈殿を濾過した。濾液を再び減圧留去し、得られた固体を酢酸エチルで晶析したところ、目的化合物であるIN2を2.5g(収率4.8%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、99.0面積%であることを確認した。
このIN2のNMRチャートを図10に示す。
[合成例4:DL−2,3:5,6−ジ−O−アダマンチリデン−myo−イノシトール(以下「IN4」と略記する。)の合成]
ジムロートを備えた500mlの反応容器を窒素置換した後、2−アダマンタノン50g(334mmol)、オルトギ酸トリメチル37mL(334mmol)、メタノール(100mL)、p−トルエンスルホン酸一水和物575mg(3mmol)を加え、室温で5分間撹拌したのち、myo−イノシトール20g(111mmol)、DMF(140mL)を投入し、130℃で3時間攪拌した。その間、Dean−Stark管に留去された液は除去した。室温まで冷却した後、6重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液6.5gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル250mLを加えたのち、得られた固体を濾過した。水50mL/メタノール50mLで洗浄し、目的化合物であるIN4を7.2g(収率15%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、98.9面積%であることを確認した。
このIN4のNMRチャートを図11に示す。
[合成例5:DL−2,3:5,6−ジ−O−3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデン−myo−イノシトール(以下「IN12」と略記する。)の合成]
ジムロートを備えた500mlの反応容器を窒素置換した後、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノン79mL(500mmol)、オルトギ酸トリメチル55mL(500mmol)、メタノール(150mL)、p−トルエンスルホン酸一水和物863mg(4.5mmol)を加え、室温で5分間撹拌したのち、myo−イノシトール30g(167mmol)、DMF(200mL)を投入し、130℃で3時間攪拌した。その間、Dean−Stark管に留去された液は除去した。室温まで冷却した後、6重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液9.5gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル250mLを加え、イオン交換水300mLで3回洗浄した。有機相を減圧留去し、酢酸エチル100mLで晶析を実施し、得られた白色沈殿を濾過したところ、目的化合物であるIN12を1.3g(収率1.8%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、99.2面積%であることを確認した。
このIN12のNMRチャートを図12に示す。
[合成例6:DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロヘキシルメチリデン−myo−イノシトール(以下「IN16」と略記する。)の合成]
ジムロートを備えた500mlの反応容器を窒素置換した後、シクロヘキサンカルボキシアルデヒド56g(500mmol)、オルトギ酸トリメチル55mL(500mmol)、メタノール(150mL)、p−トルエンスルホン酸一水和物863mg(4.5mmol)を加え、室温で5分間撹拌したのち、myo−イノシトール30g(167mmol)、DMF(200mL)を投入し、130℃で3時間攪拌した。その間、Dean−Stark管に留去された液は除去した。室温まで冷却した後、6重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液9.5gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル250mLを加え、イオン交換水300mLで3回洗浄した。有機相を減圧留去し、酢酸エチル70mL/ヘキサン30mLで晶析を実施し、得られた白色沈殿を濾過したところ、目的化合物であるIN16を0.8g(収率1.3%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、98.0面積%であることを確認した。
このIN16のNMRチャートを図13に示す。
[合成例7:DL−2,3:5,6−ジ−O−シクロドデシリデン−myo−イノシトール(以下「IN37」と略記する。)の合成]
ジムロートを備えた500mlの反応容器を窒素置換した後、シクロドデカノン91g(500mmol)、オルトギ酸トリメチル55mL(500mmol)、メタノール(150mL)、p−トルエンスルホン酸一水和物863mg(4.5mmol)を加え、室温で5分間撹拌したのち、myo−イノシトール30g(167mmol)、DMF(200mL)を投入し、130℃で3時間攪拌した。その間、Dean−Stark管に留去された液は除去した。室温まで冷却した後、6重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液9.5gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル250mLを加え、得られた沈殿を濾過した。THF500mLに加熱溶解させたのち、イオン交換水400mLを加え、白色沈殿を濾過したところ、目的化合物であるIN37を9.0g(収率11%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、96.4面積%であることを確認した。
このIN37のNMRチャートを図14に示す。
[合成例8:DL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(以下、IN44と略記する)の合成]
(合成例8−1)DL−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(以下、OEMと略記する)の合成
ジムロート、Dean−Stark管を備えた反応容器を窒素置換した後、myo−イノシトール140g(777mmol)、DMF582g、p−トルエンスルホン酸一水和物11.8g(62.2mmol)、オルト酢酸トリメチル135g(1127mmol)を投入し、130℃の油浴に漬けて40分間撹拌した。その間、Dean−Stark管に留去された液は除去した。室温まで冷却した後、6.2重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液93.7gを添加し、DMFを減圧留去した。その後、得られた濃縮物にメタノール300mLを添加し加温溶解させ、その後冷却して晶析、濾過した。得られた固体を50℃で真空乾燥8時間実施することで、目的化合物であるOEMを117.5g(収率74%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であることを確認した。
OEMのNMRチャートを図15に示す。
(合成例8−2)DL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(以下、IN44と略記する)の合成
1000mLの反応容器を窒素置換した後、60重量%水素化ナトリウム15.67g(391.8mmol)、DMF360mLを投入し、合成例8−1で合成したOEM80g(381.8mmol)をDMF360mLに溶解させた溶液を滴下した。その後、ベンジルブロミド67.02g(391.8mmol)を反応容器に滴下し、内温10〜25℃の範囲内で1時間撹拌した。その後、イオン交換水80gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル400mL、イオン交換水300mLを添加して抽出を行い、有機層を回収した。次に、イオン交換水300mLを添加して洗浄した後、分液して有機層を回収した。更に、イオン交換水300mLを添加して洗浄した後、分液して有機層を回収した。酢酸エチルを減圧留去した後、メタノール120mL、ヘプタン100mLを添加して撹拌後、分液してメタノール層を回収した。メタノールを減圧留去した後、tert−ブチルメチルエーテル100mLを添加して晶析を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。更に、得られた白色固体を酢酸エチル80mL、ヘプタン80mLで再結晶を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。得られた固体を50℃で8時間、真空乾燥し、目的化合物であるIN44を60g(収率52%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、99.7面積%であることを確認した。
IN44のNMRチャートを図16に示す。
[合成例9:DL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−メチリデン−myo−イノシトール(以下、IN45と略記する)の合成]
(合成例9−1)DL−1,3,5−O−メチリデン−myo−イノシトール(以下、OEHと略記する)の合成
ジムロート、Dean−Stark管を備えた反応容器を窒素置換した後、myo−イノシトール134.76g(748.0mmol)、DMF560g、p−トルエンスルホン酸一水和物11.38g(59.8mmol)、オルトギ酸トリメチル111.13g(1047.2mmol)を投入し、130℃の油浴に漬けて5間撹拌した。その間、Dean−Stark管に留去された液は除去した。室温まで冷却した後、7.7重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液72gを添加し、DMFを減圧留去した。その後、得られた濃縮物にメタノール500mLを添加し加温溶解させ、その後冷却して晶析、濾過した。得られた固体を得られた固体を50℃で真空乾燥8時間実施することで、目的化合物であるOEHを63.3g(収率45%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であることを確認した。
OEHのNMRチャートを図17に示す。
(合成例9−2)DL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−メチリデン−myo−イノシトール(以下、IN45と略記する)の合成
200mLの反応容器を窒素置換した後、60重量%水素化ナトリウム2.73g(68.4mmol)、DMF65mLを投入し、合成例9−1で合成したOEH13g(68.4mmol)をDMF65mLに溶解させた溶液を滴下した。その後、ベンジルブロミド11.69g(68.4mmol)を反応容器に滴下し、内温9〜12℃の範囲内で1時間撹拌した。その後、イオン交換水30gを添加し、DMFを減圧留去した。濃縮物に酢酸エチル100mL、イオン交換水100gを添加して抽出を行い、有機層を回収した。更に、イオン交換水100gを添加して洗浄した後、分液して有機層を回収した。酢酸エチルを減圧留去した後、メタノール50mL、ヘプタン50mLを添加して撹拌後、分液してメタノール層を回収し、メタノールを減圧留去した。濃縮物にtert−ブチルメチルエーテルを60mL添加して晶析を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。更に、得られた白色固体を酢酸エチル40mL、ヘプタン40mLで再結晶を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。得られた固体を50℃で8時間、真空乾燥し、目的化合物であるIN45を10.9g(収率57%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、99.8面積%であることを確認した。
IN45のNMRチャートを図18に示す。
[合成例10:DL−2−O−n−ヘキシル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(以下、IN57と略記する)の合成]
1000mLの反応容器を窒素置換した後、60重量%水素化ナトリウム15.36g(357.5mmol)、DMF360mLを投入し、合成例8−1で合成したOEM73g(383.9mmol)をDMF360mLに溶解させた溶液を滴下した。その後、n−ヘキシルヨージド81.42g(383.9mmol)を反応容器に滴下し、内温60〜70℃の範囲内で1.5時間撹拌した。室温まで冷却した後、イオン交換水50gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル400mL、イオン交換水200gを添加して抽出を行い、有機層を回収した。次に、イオン交換水200gを添加して洗浄した後、分液して有機層を回収した。更に、イオン交換水200gを添加して洗浄した後、分液して有機層を回収した。酢酸エチルを減圧留去した後、メタノール100mL、n−ヘキサン100mLを添加して撹拌後、分液してメタノール層を回収した。濃縮物にtert−ブチルメチルエーテル100mL、n−ヘキサン200mLを添加して再結晶を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。更に、得られた白色固体をtert−ブチルメチルエーテル100mL、n−ヘキサン200mLで晶析を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。得られた固体を室温で8時間、真空乾燥し、目的化合物であるIN57を52.0g(収率50%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、97.5面積%であることを確認した。
IN57のNMRチャートを図19に示す。
[合成例11:DL−2−O−シクロヘキシルメチル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトール(以下、IN58と略記する)の合成]
1000mLの反応容器を窒素置換した後、60重量%水素化ナトリウム14.7g(3367.3mmol)、DMF320mLを投入し、合成例8−1で合成したOEM 75g(367.3mmol)をDMF360mLに溶解させた溶液を滴下した。その後、シクロヘキシルメチルブロミド65.05g(367.3mmol)を反応容器に滴下し、内温80〜90℃の範囲内で2時間撹拌した。室温まで冷却した後、60重量%水素化ナトリウム14.7g(3367.3mmol)を添加し、30分間室温で撹拌した後、その後、シクロヘキシルメチルブロミド65.05g(367.3mmol)を反応容器に滴下し、内温80〜90℃の範囲内で2時間撹拌した。室温まで冷却した後、イオン交換水90gを添加し、DMFを減圧留去した。酢酸エチル400mL、イオン交換水300gを添加して抽出を行い、有機層を回収した。次に、イオン交換水300gを添加して洗浄した後、分液して有機層を回収した。更に、イオン交換水300gを添加して洗浄した後、分液して有機層を回収した。酢酸エチルを減圧留去した後、メタノール200mL、n−ヘキサン100mLを添加して撹拌後、分液してメタノール層を回収した。メタノールを減圧留去した後、tert−ブチルメチルエーテル50mL、n−ヘキサン100mLを添加して再結晶を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。更に、得られた白色固体をtert−ブチルメチルエーテル100mL、n−ヘキサン100mLで晶析を行い、得られた白色固体を濾過して回収した。得られた固体を50℃で8時間、真空乾燥し、目的化合物であるIN58を29g(収率26%)得た。この化合物のH−NMR分析を行い、目的化合物であること、ガスクロマトグラフ分析を行い、99.4面積%であることを確認した。
IN58のNMRチャートを図20に示す。
[実施例1]
DCMIを6.69g(0.0197モル)に対して、1,4−シクロヘキサンジメタノール(以下「CHDM」と略記する。)6.61g(0.0458モル)、ジフェニルカーボネート(以下「DPC」と略記する。)14.59g(0.0681モル)、及び触媒として炭酸水素ナトリウム5.50×10−5g(6.55×10−7モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温して原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を240℃まで20分で上昇させ、かつ、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.390dl/g、ガラス転移温度Tigは97℃、Tmgは105℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は319℃であった。
実施例1の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
また、このポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図1に示す。
[実施例2]
DCMIを9.51g(0.0279モル)に対して、CHDMを4.03g(0.0279モル)、DPCを12.46g(0.0582モル)、及び触媒として炭酸セシウム4.70×10−5g(1.44×10−7モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温して原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を240℃まで20分で上昇させ、かつ、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.680dl/g、ガラス転移温度Tigは150℃、Tmgは160℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は315℃であった。
実施例2の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
また、このポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図2に示す。
[実施例3]
DCMIを4.84g(0.0142モル)に対して、イソソルビド(以下「ISB」と略記する。)を8.31g(0.0569モル)、DPCを15.39g(0.0718モル)、及び触媒として酢酸カルシウム一水和物2.98×10−5g(1.69×10−7モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温して原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を250℃まで15分で上昇させた。第2段目の昇温開始から15分後に、圧力を13.3kPaから0.200kPa以下に30分でなるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.347dl/g、ガラス転移温度Tigは165℃、Tmgは170℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は339℃であった。
実施例3の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
更に、このポリカーボネート共重合体を250℃でプレス成形し、厚さ約200μmのフィルムに成形したときのD線の屈折率は1.5027、C線の屈折率は1.5002、e線の屈折率は1.5050、F線の屈折率は1.5124で、アッベ数は41であった。これらの結果を表3に示す。
また、このポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図3に示す。
[実施例4]
DCMIを8.67g(0.0255モル)に対して、トリシクロデカンジメタノール(以下「TCDDM」と略記する。)を5.00g(0.0255モル)、DPCを11.03g(0.0515モル)、及び触媒として酢酸カルシウム一水和物2.14×10−5g(1.21×10−7モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温して原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を250℃まで、15分で上昇させた。第2段目の昇温開始から10分後に、圧力を13.3kPaから0.200kPa以下に30分でなるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.471dl/g、ガラス転移温度Tigは149℃、Tmgは156℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は341℃であった。
実施例4の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
また、このポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図4に示す。
[実施例5]
DCMIを4.88g(0.0143モル)に対して、スピログリコール(3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン)(以下「SPG」と略記する。)を4.37g(0.0144モル)、DPCを6.40g(0.0299モル)、及び触媒として酢酸カルシウム一水和物6.02×10−5g(3.42×10−7モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温して原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を250℃まで、15分で上昇させた。第2段目の昇温開始から10分後に、圧力を13.3kPaから0.200kPa以下に30分でなるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.201dl/g、ガラス転移温度Tigは127℃、Tmgは136℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は346℃であった。
実施例5の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。また、このポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図5に示す。
[実施例6]
DCMIを3.52g(0.0103モル)に対して、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン(以下「BPEF」と略記する。)を10.58g(0.0241モル)、DPCを7.46g(0.0348モル)、及び触媒として酢酸カルシウム一水和物1.44×10−5g(8.17×10−8モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温して原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を250℃まで、15分で上昇させた。第2段目の昇温開始から10分後に、圧力を13.3kPaから0.200kPa以下に30分でなるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.337dl/g、ガラス転移温度Tigは127℃、Tmgは136℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は358℃であった。
実施例6の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
更に、このポリカーボネート共重合体を250℃でプレス成形し、厚さ約200μmのフィルムに成形したときのD線の屈折率は1.6019、C線の屈折率は1.5964、e線の屈折率は1.6077、F線の屈折率は1.6193で、アッベ数は26であった。これらの結果を表3に示す。
また、このポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図6に示す。
[実施例7]
DCMIを3.02g(0.0089モル)に対して、ISBを7.65g(0.0523モル、ビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(以下「2Q」と略記する。)を4.12g(0.0064モル)、DPCを11.73g(0.0548モル)、及び触媒として酢酸カルシウム一水和物2.56×10−5g(1.45×10−7モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温して原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を250℃まで、15分で上昇させた。第2段目の昇温開始から10分後に、圧力を13.3kPaから0.200kPa以下に30分でなるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.387dl/g、ガラス転移温度Tigは165℃、Tmgは169℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は346℃であった。
実施例7の製造条件及び評価結果を表2A,2Bに示す。
更に、このポリカーボネート共重合体を250℃でプレス成形し、厚さ約200μmのフィルムに成形したときのD線の屈折率は1.5311、C線の屈折率は1.5275、e線の屈折率は1.5344、F線の屈折率は1.5421で、アッベ数は36であった。これらの結果を表3に示す。
また、このポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図7に示す。
[比較例1]
ISB110.37g(0.755モル)、DPC163.40g(0.763モル)、および触媒として酢酸カルシウム一水和物1.99×10−4g(1.13×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として210℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を15分かけて230℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート重合体の還元粘度は0.678dl/g、ガラス転移温度Tigは162℃、Tmgは165℃であった。
比較例1の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例2]
ISB77.52g(0.530モル)、CHDM32.78g(0.227モル)、DPC162.33g(0.758モル)、および触媒として酢酸カルシウム一水和物2.00×10−4g(1.14×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として210℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を15分かけて220℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.744dl/g、ガラス転移温度Tigは120℃、Tmgは123℃であった。
比較例2の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例3]
ISB55.50g(0.380モル)、CHDM54.76g(0.380モル)、DPC161.07g(0.752モル)、および触媒として酢酸カルシウム一水和物4.01×10−4g(2.28×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として210℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を15分かけて220℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は1.000dl/g、ガラス転移温度Tigは100℃、Tmgは102℃であった。
比較例3の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例4]
ISB71.05g(0.486モル)、TCDDM40.90g(0.208モル)、DPC150.27g(0.701モル)、および触媒として酢酸カルシウム一水和物1.84×10−4g(1.04×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として210℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を15分かけて230℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.687dl/g、ガラス転移温度Tigは128℃、Tmgは131℃であった。
比較例4の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例5]
ISB48.17g(0.330モル)、TCDDM64.70g(0.330モル)、DPC142.62g(0.666モル)、および触媒として酢酸カルシウム一水和物3.48×10−4g(1.98×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として210℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を15分かけて230℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.730dl/g、ガラス転移温度Tigは112℃、Tmgは115℃であった。
比較例5の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例6]
TCDDM114.83g(0.585モル)、DPC127.83g(0.597モル)、および触媒として炭酸セシウム9.55×10−4g(2.93×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約15分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として220℃まで70分かけて昇温し、同時に圧力を常圧から13.3kPaまで40分かけて減圧し、13.3kPaで50分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を20分かけて240℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで30分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート重合体の還元粘度は1.002dl/g、ガラス転移温度Tigは74℃であった。
比較例6の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例7]
ISB60.56g(0.414モル)、SPG54.05g(0.178モル)、DPC130.61g(0.610モル)、および触媒として酢酸カルシウム一水和物2.08×10−3g(1.18×10−5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで45分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を15分かけて240℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.787dl/g、ガラス転移温度Tigは132℃、Tmgは135℃であった。
比較例7の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例8]
ISB37.81g(0.259モル)、SPG78.74g(0.259モル)、DPC114.16g(0.533モル)、および触媒として酢酸カルシウム一水和物1.82×10−3g(1.03×10−5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで45分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を15分かけて240℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.846dl/g、ガラス転移温度Tigは121℃、Tmgは124℃であった。
比較例8の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例9]
ISB44.98g(0.308モル)、BPEF72.67重量部(0.166モル)、DPC101.54g(0.474モル)、および触媒として炭酸セシウム7.71×10−4g(2.37×10−7モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を180℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約15分間)。
溶解後、180℃で30分常圧で反応した。その後、反応の第1段目の工程として200℃まで20分かけて昇温し、20分保持後、230℃に30分かけて昇温すると同時に、圧力を常圧から20.0kPaまで20分かけて減圧し、20.0kPaで50分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を10分かけて230℃にまで昇温しながら、60分かけて圧力を0.10kPa以下まで減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.413dl/g、ガラス転移温度Tigは147℃であった。
比較例9の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
[比較例10]
BPEF122.72g(0.280モル)、DPC61.15g(0.285モル)、および触媒として炭酸セシウム1.82×10−3g(5.59×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を170℃とし、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約15分間)。
溶解後、反応の第1段目の工程として220℃まで70分かけて昇温し、圧力を常圧から13.3kPaまで40分かけて減圧し、13.3kPaで50分間保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。次いで、第2段目の工程として、加熱槽の温度を10分かけて230℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで30分かけて減圧し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリカーボネート重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート重合体の還元粘度は0.457dl/g、ガラス転移温度Tigは152℃であった。
比較例10の製造条件及び評価結果を表1A,1Bに示す。
Figure 0006729388
Figure 0006729388
Figure 0006729388
Figure 0006729388
Figure 0006729388
以上のことから、イノシトール誘導体に由来する構造を有する本発明のポリカーボネート樹脂は、高い耐熱性と透明性を有することがわかる。
[実施例8]
DCMIを3.65g(0.0107モル)に対して、ISBを7.32g(0.0501モル)、1,12−ドデカンジオル(以下「1,12−DD」と略す)を2.17g(0.0107モル)、DPCを15.94g(0.0744モル)、及び触媒として酢酸カルシウム3.15×10−4g(1.79×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から240℃まで、20分で上昇させながら、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.577dl/g、ガラス転移温度Tigは111℃、Tmgは128℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は328℃であった。
実施例8の製造条件及び評価結果を表4A,表4Bに示す。
また、実施例8のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図21に示す。
[実施例9−20]
表4Aに示すような仕込み量で原料を仕込んだほかは、実施例8の条件と同様にして重合反応を行い、透明な非晶性ポリカーボネートを得た。評価結果を表4Bに示す。また、実施例18のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図22に示す。
Figure 0006729388
Figure 0006729388
[実施例21]
DCMIを6.50g(0.0191モル)に対して、ISBを2.79g(0.0191モル)、CHDMを2.76g(0.0191モル)、1,12−DDを1.29g(0.0064モル)、DPCを14.20g(0.0663モル)、及び触媒として酢酸カルシウム3.37×10−3g(1.91×10−5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から240℃まで、20分で上昇させながら、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.783dl/g、ガラス転移温度Tigは117℃、Tmgは125℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は334℃であった。
実施例21の製造条件及び評価結果を表5A,表5Bに示す。
[実施例22−24]
表5Aに示すような仕込み量で原料を仕込んだほかは、実施例21の条件と同様にして重合反応を行い、透明な非晶性ポリカーボネートを得た。評価結果を表5Bに示す。
また、実施例22のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図23に示す。
Figure 0006729388
Figure 0006729388
[実施例25]
IN1:DL−2,3:5,6−ジ−O−イソプロピリデン−myo−イノシトールを3.10g(0.0119モル)に対して、ISBを8.12g(0.0556モル)、CHDMを1.72g(0.0119モル)、DPCを17.69g(0.0826モル)、及び触媒として酢酸カルシウム3.50×10−4g(1.98×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から240℃まで、20分で上昇させながら、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.459dl/g、ガラス転移温度Tigは143℃、Tmgは148℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は331℃であった。
実施例25の製造条件及び評価結果を表6A,表6Bに示す。
また、実施例25のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図24に示す。
[実施例26−30]
表6Aに示すような仕込み量で原料を仕込んだほかは、実施例25の条件と同様にして重合反応を行い、透明な非晶性ポリカーボネートを得た。評価結果を表6Bに示す。また、実施例26、及び28〜30のNMRチャートをそれぞれ図25〜28に示す。
[実施例31]
IN44:DL−2−O−ベンジル−1,3,5−O−エチリデン−myo−イノシトールを3.41g(0.0116モル)に対して、ISBを7.91g(0.0541モル)、CHDMを1.67g(0.0116モル)、DPCを17.22g(0.0804モル)、及び触媒として酢酸カルシウム1.70×10−3g(9.66×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から240℃まで、20分で上昇させながら、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.389dl/g、ガラス転移温度Tigは142℃、Tmgは147℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は349℃であった。
実施例31の製造条件及び評価結果を表6A,表6Bに示す。
また、実施例31のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図29に示す。
[実施例32−34]
表6Aに示すような仕込み量で原料を仕込んだほかは、実施例31の条件と同様にして重合反応を行い、透明な非晶性ポリカーボネートを得た。評価結果を表6Bに示す。また、実施例32−34のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図30−32に示す。
Figure 0006729388
Figure 0006729388
[実施例35]
IN12:DL−2,3:5,6−ジ−O−3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデン−myo−イノシトールを10.26g(0.0242モル)に対して、CHDMを3.48g(0.0241モル)、DPCを10.77g(0.0503モル)、及び触媒として酢酸カルシウム2.13×10−4g(1.21×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から240℃まで、20分で上昇させながら、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.267dl/g、ガラス転移温度Tigは154℃、Tmgは158℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は327℃であった。
実施例35の製造条件及び評価結果を表7A,表7Bに示す。
また、実施例35のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図33に示す。
[実施例36−42]
表7Aに示すような仕込み量で原料を仕込んだほかは、実施例35の条件と同様にして重合反応を行い、透明な非晶性ポリカーボネートを得た。評価結果を表7Bに示す。また、実施例37、39及び42のポリカーボネート共重合体のNMRチャートをそれぞれ図34−36に示す。
Figure 0006729388
Figure 0006729388
[実施例43]
DCMI:を18.58g(0.0546モル)に対して、ISBを42.45g(0.2905モル)、CHDMを25.42g(0.1763モル)、DPCを112.79g(0.5265モル)、及び触媒として酢酸カルシウム4.59×10−4g(2.61×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、30分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで90分で減圧した後、13.3kPaで30分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から240℃まで、15分で上昇させたのち、15分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.455dl/g、ガラス転移温度Tigは126℃、Tmgは130℃であった。この重合体の吸水率は1.6wt%、鉛筆硬度はH、光弾性係数は19×10−12Pa−1であった。
[実施例44]
DCMI:を8.05g(0.0236モル)に対して、ISBを48.14g(0.3294モル)、ビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(以下「2Q」と略記する。)を21.99g(0.0343モル)、DPCを68.27g(0.3187モル)、及び触媒として酢酸カルシウム1.24×10−3g(7.06×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、30分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで90分で減圧した後、13.3kPaで30分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から245℃まで、15分で上昇させたのち、15分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.3.18dl/g、ガラス転移温度Tigは163℃、Tmgは167℃であった。光弾性係数は11×10−12Pa−1であった。
[実施例45]
DCMIを3.38g(0.0099モル)に対して、ISBを6.77g(0.0463モル)、AE−2S:2,2−ビス−[4−2−(ヒドロキシエトキシ)フェニル]プロパンを2.17g(0.0099モル)、DPCを14.74g(0.0688モル)、及び触媒として酢酸カルシウム2.91×10−4g(1.65×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌を行い、60分で220℃まで常圧で昇温させたのち、220℃で30分保持し原料を溶解させた。
反応の第1段目の工程として、加熱槽温度220℃を保って、圧力を常圧から13.3kPaまで40分で減圧した後、13.3kPaで60分保持し、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。第2段目の工程として、加熱槽温度を220℃から240℃まで、20分で上昇させながら、30分で圧力を0.200kPa以下になるように制御しながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を反応容器から取り出して、透明な非晶性ポリカーボネート共重合体を得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.516dl/g、ガラス転移温度Tigは140℃、Tmgは144℃であった。窒素雰囲気下での5%熱重量減少温度(Td)は338℃であった。
実施例8の製造条件及び評価結果を表8A,表8Bに示す。
また、実施例45のポリカーボネート共重合体のNMRチャートを図37に示す。
[実施例46−55]
表8Aに示すような仕込み量で原料を仕込んだほかは、実施例45の条件と同様にして重合反応を行い、透明な非晶性ポリカーボネートを得た。評価結果を表8Bに示す。また、実施例46、47、49、50、53、及び54のポリカーボネート共重合体のNMRチャートをそれぞれ図38〜43に示す。
Figure 0006729388
Figure 0006729388
実施例31、実施例32、実施例38、実施例40、及び実施例43の吸水率、鉛筆硬度、光弾性係数を表9に示す
Figure 0006729388
実施例31、実施例32、実施例33、実施例34、実施例37、及び実施例39の屈折率とアッベ数の測定結果を表10に示す。
Figure 0006729388
[比較例11]
イソソルビド(ISB)24.11g(0.165モル)に対して、CHDM61.73g(0.428モル)、DPC120.18g(0.561モル)、及び触媒として、炭酸セシウム4.66×10−4g(1.43×10−6モル)を反応容器に投入し(ISB/CHDMの仕込みモル比28/72)、窒素雰囲気下にて、反応の第1段目の工程として、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて、攪拌しながら、原料を溶解させた(約15分)。
次いで、圧力を常圧から13.3kPaにし、加熱槽温度を190℃まで1時間で上昇させながら発生するフェノールを系外へ抜き出し、190℃で30分保持した後、第2段目の工程として、反応容器内の圧力を6.67kPaとし、加熱槽温度を220℃まで、45分で上昇させ、発生するフェノールを抜き出した。攪拌トルクが上昇してくるが、さらに発生するフェノールを取り除くため、反応容器内の圧力を0.200kPa以下に到達させた。所定の攪拌トルクに到達後反応を終了し、反応物を水中に押し出してペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.979dl/g、ガラス転移温度はTigは74℃、Tmgは77℃であった。5%熱重量減少温度は345℃であった。
[比較例12]
1,4−CHDM86.10g(0.597モル)、DPC117.34g(0.548モル)、触媒として、炭酸セシウム4.37×10−4g(1.75×10−6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、反応の第1段目の工程として、加熱槽温度を150℃に加熱し、必要に応じて攪拌しながら、原料を溶解させた(約15分)。
次いで、圧力を常圧から13.3kPaに3分で減圧し、保持した。加熱槽温度を190℃まで60分で上昇させながら、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。
反応容器全体を190℃で15分保持した後、第2段目の工程として、反応容器内の圧力を6.67kPaとし、加熱槽温度を220℃まで、45分で上昇させ、発生するフェノールを反応容器外へ抜き出した。攪拌機の攪拌トルクが上昇してくるが、さらに発生するフェノールを取り除くため、反応容器内の圧力を0.200kPa以下に到達させた。
所定の攪拌トルクに到達後、反応を終了し、生成した反応物を水中に押し出して、ポリカーボネート共重合体のペレットを得た。
得られたポリカーボネート共重合体の還元粘度は0.662dl/g、ガラス転移温度Tigは40℃、Tmgは43℃、5%熱重量減少温度は348℃であった。
比較例11、比較例12のTgに比べ、実施例のTgは高く、本発明のイノシトール誘導体を共重合したポリカーボネートの耐熱性が高いことがわかる。
[実施例56]
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた反応容器に、DCMI7.60g(22.3mmol)、16HD7.91g(66.9mmol)、DPC14.5g(67.7mmol)、酢酸マグネシウム水溶液0.12ml(8.4g/L、4.7μmmol)を入れ、窒素ガスで置換した。160℃のオイルバス温に反応容器を漬け、昇温して内容物を加熱溶解させた。その後、3分間かけて圧力を17kPaまで下げた後、フェノールを留出させ除去しながら14kPaまで3時間かけて減圧し反応させた。次に、オイルバス温を170℃まで上げ、圧力を14kPaから11kPaまで3時間かけて下げ、さらにオイルバス温を180℃に上げ、11kPaから0.3kPaまで1時間かけて下げた後に、4時間反応させて、ポリカーボネート樹脂を得た。
得られたポリカーボネート樹脂は、Mn725、DCMI/16HDモル比が22/78であり、1分子あたりの水酸基数は2.00であった。
[実施例57]
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた反応容器に、DCMI7.60g(22.3mmol)、DPC14.5g(67.7mmol)、水酸化ナトリウム水溶液0.046ml(0.1mol/L、4.6μmmol)を入れ、窒素ガスで置換した。160℃のオイルバス温に反応容器を漬け、昇温して内容物を加熱溶解させた。その後、3分間かけて圧力を17kPaまで下げた後、フェノールを留出させ除去しながら15kPaまで2時間かけて減圧し反応させた。次に、オイルバス温を170℃まで上げ、圧力を15kPaから13kPaまで2時間かけて下げ、さらにオイルバス温を180℃に上げ、13kPaから1kPaまで3時間かけて下げた後、1kPaで1時間反応させた。その後に、16HD7.85g(66.4mmol)を加え、160℃のオイルバスに漬け17kPaから15kPaまで2時間かけて下げ、さらにオイルバス温を170℃とし15kPaから5kPaまで2時間かけて下げた後、5kPaで1時間保持した。圧力を0.7kPaまで下げた後、オイルバス温を180℃に上げて1時間反応させた。オイルバス温を170℃とした後0.3kPaで2時間、オイルバス温180℃、0.3kPaで4時間反応させて、ポリカーボネート樹脂を得た。
得られたポリカーボネート樹脂は、Mn712、DCMI/16HDモル比が16/84であり、1分子あたりの水酸基数は1.97であった。
本発明のポリカーボネート樹脂は、耐熱性、透明性、耐光性、耐候性、機械的強度に優れるため、各種射出成形分野、押出成形分野、圧縮成型分野等に適用される成形材料として工業的に有用である。
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更及び変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお本出願は、2014年12月19日付で出願された日本特許出願(特願2014−257435)に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims (18)

  1. 脂肪族ジヒドロキシ化合物、脂環式ジヒドロキシ化合物、芳香族ジヒドロキシ化合物、イソソルビド、下記式(9)で表される化合物、及び下記式(10)で表される化合物からなる群より選ばれるジヒドロキシ化合物に由来する繰り返し単位と、ホスゲン又は炭酸ジエステルに由来する繰り返し単位とを有するポリカーボネート樹脂であって、分子内に、下記式(1)で表される構造を含むポリカーボネート樹脂。
    Figure 0006729388
    (上記一般式(9)中、R11〜R14はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリール基を表し、YおよびYはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数2〜炭素数10のアルキレン基、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のシクロアルキレン基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリーレン基を表し、mおよびnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。)
    Figure 0006729388
    (前記式(10)中、R21〜R24はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数5〜炭素数20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜炭素数20のアリール基を表す。)
    Figure 0006729388
    (上記式(1)中のXは、下記式(2)〜(4)のいずれかで表される構造を有する。下記式(2)〜(4)中において、R〜Rは各々独立に、炭素数1〜炭素数30の有機基を表す。これらの有機基には任意の置換基を有していてもよい。また、R〜Rのいずれか2つ以上が、相互に結合して環を形成していてもよい。)
    Figure 0006729388
  2. 前記式(1)中のXが、前記式(2)で示される構造である、請求項1に記載のポリカーボネート樹脂。
  3. 前記式(2)〜(4)中のRとR、RとRがそれぞれ相互にアセタール結合で環を形成している、請求項1または2に記載のポリカーボネート樹脂。
  4. 前記式(2)〜(4)中のシクロヘキサン環が、myo−イノシトールから誘導されるイノシトール残基である、請求項に記載のポリカーボネート樹脂。
  5. 上記式(1)中のXが、下記式(5)で表される構造である、請求項に記載のポリカーボネート樹脂。
    Figure 0006729388
  6. 前記ポリカーボネート樹脂を加水分解して得られる全myo−イノシトール誘導体化合物中の、下記式(6)で表される構造を有する化合物の比率が90mol%以上、下記構造式(7)で表される化合物と下記構造式(8)で表される化合物との合計の比率が5mol%以下である、請求項に記載のポリカーボネート樹脂。
    Figure 0006729388
  7. 前記式(1)中のXが、前記式(4)で示される構造であり、式(4)中のR、R、Rが環を形成している、請求項1に記載のポリカーボネート樹脂。
  8. 前記式(4)中のシクロヘキサン環が、myo−イノシトールから誘導されるイノシトール残基である、請求項に記載のポリカーボネート樹脂。
  9. 中間点ガラス転移開始温度Tmgが100℃以上である、請求項1〜のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  10. 還元粘度が、0.20dl/g以上、1.50dl/g以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  11. 全カーボネート繰り返し単位を100とした場合に、前記式(1)で表される構造を繰り返し単位として80以下含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  12. 前記ポリカーボネート樹脂が、脂肪族ジヒドロキシ化合物および/または脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を0.1質量%以上、50質量%以下有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  13. 前記ポリカーボネート樹脂が、イソソルビドに由来する構造単位を5質量%以上、80質量%以下含有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  14. 前記ポリカーボネート樹脂が、1級水酸基を有する脂肪族ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を0.1質量%以上、50質量%以下含有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  15. 前記ポリカーボネート樹脂が、1級水酸基を有する脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を0.1質量%以上、50質量%以下含有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  16. 前記ポリカーボネート樹脂が、前記式(9)で表される化合物に由来する構造単位を40質量%以上、95質量%以下含有する、請求項1〜15のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  17. 前記ポリカーボネート樹脂が、前記式(10)で表される化合物に由来する構造単位を、該ポリカーボネート樹脂中の全ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位に対して50mol%以上、80mol%以下含有する、請求項1〜16のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
  18. 前記ポリカーボネート樹脂が、下記式(11)で表される構造および/または下記式(12)で表される構造を1質量%以上、40質量%以下含有する、請求項1〜17のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂。
    Figure 0006729388
    (式(11)および(12)中、R31〜R33は、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数4のアルキレン基であり、R34〜R39は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜炭素数10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜炭素数10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数4〜炭素数10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数2〜炭素数10のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数2〜炭素数10のアルキニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、またはシアノ基である。ただし、R34〜R39は、互いに同一であっても、異なっていてもよく、R34〜R39のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。)
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