(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024157470
(43)【公開日】2024-11-07
(54)【発明の名称】樹脂組成物、成形体、及び改質剤
(51)【国際特許分類】
C08L 67/04 20060101AFI20241030BHJP
C08L 75/04 20060101ALI20241030BHJP
C08G 63/08 20060101ALI20241030BHJP
【FI】
C08L67/04
C08L75/04
C08G63/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023071870
(22)【出願日】2023-04-25
(71)【出願人】
【識別番号】000001085
【氏名又は名称】株式会社クラレ
(74)【代理人】
【識別番号】110002620
【氏名又は名称】弁理士法人大谷特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】偉士大 宗紀
(72)【発明者】
【氏名】稲田 翼
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 悠
(72)【発明者】
【氏名】穗坂 祐作
【テーマコード(参考)】
4J002
4J029
【Fターム(参考)】
4J002CF18X
4J002CK02W
4J002FD020
4J002FD02X
4J002GA01
4J002GB01
4J002GC00
4J002GG01
4J002GG02
4J002GK01
4J002GK03
4J029AA02
4J029AB07
4J029AC01
4J029AD01
4J029AE02
4J029AE03
4J029AE06
4J029BA03
4J029EG06
4J029FA03
4J029FC05
4J029FC08
4J029HA01
(57)【要約】
【課題】良好な伸度及び耐ブリードアウト性を有する樹脂組成物を提供する。
【解決手段】熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む樹脂組成物。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む樹脂組成物。
【請求項2】
前記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体が、下記一般式(I)で表される、請求項1に記載の樹脂組成物。
【化1】
[一般式(I)中、R
1は、水素原子、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数7~12のアリールアルキル基、炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基、又は、炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す。下記式(X)中、*で示される結合手は、前記炭素数1~20の直鎖状アルキル基又は前期炭素数3~20の分岐状アルキル基と結合する。
【化2】
R
2は、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、又は、炭素数7~12のアリールアルキル基を示す。
nは2~1,000であり、mは2~1,000である。
R
2及びmが、複数存在する場合、これらは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
【請求項3】
前記熱可塑性ポリウレタン100質量部に対し、前記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を0.1~100質量部含有する、請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
【請求項4】
前記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の数平均分子量が、500~100,000である、請求項1~3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【請求項5】
請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなる成形体。
【請求項6】
下記一般式(I)で表されるβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体からなる、熱可塑性ポリウレタン用の改質剤。
【化3】
[一般式(I)中、R
1は、水素原子、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数7~12のアリールアルキル基、炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基、又は、炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す。下記式(X)中、*で示される結合手は、前記炭素数1~20の直鎖状アルキル基又は前期炭素数3~20の分岐状アルキル基と結合する。
【化4】
R
2は、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、又は、炭素数7~12のアリールアルキル基を示す。
nは2~1,000であり、mは2~1,000である。
R
2及びmが、複数存在する場合、これらは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む樹脂組成物、前記樹脂組成物からなる成形体、前記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体からなる熱可塑性ポリウレタン用の改質剤に関する。
【背景技術】
【0002】
熱可塑性ポリウレタンは、力学的性能、耐摩耗性、弾性回復性、耐油性、屈曲性等の諸特性に優れていることから、幅広く使用されている。熱可塑性ポリウレタンは、用いるポリエステルポリオールやジイソシアネート、及び鎖延長剤等の組み合わせによって、化学的・物理的性質を調整することができ、硬質又は軟質ウレタンフォーム、エラストマー、塗料、接着剤、コーティング材、繊維等の用途に用いられている。また、用途に応じた物性をさらに付与するために改良も行われている。
【0003】
例えば、特許文献1には、熱可塑性ポリウレタンに、エチレン-α-オレフィン共重合体及びビスアミド化合物を配合した熱可塑性樹脂組成物から、伸縮性素材として非常に好適な力学的性能を有するフィルムやシートが得られることが記載されている。また、特許文献2には、特定の熱可塑性ポリウレタンと特定のポリエチレンワックスを含有する熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物から、力学物性及び意匠性に優れる成形品が得られることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開H11-158367号公報
【特許文献2】特開2009-144146号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献1及び2に記載された技術により、熱可塑性ポリウレタンを含む樹脂組成物の伸度はある程度向上するものの、より伸度が向上した樹脂組成物が求められていた。また、熱可塑性ポリウレタンを含む樹脂組成物に、伸度を付与するために添加剤を添加した場合、樹脂組成物から添加剤がブリードアウトし、樹脂組成物から成形された成形体の意匠性が低下する場合があるという問題もあった。
そこで本発明は、良好な伸度及び耐ブリードアウト性を有する樹脂組成物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明者らは下記本発明を想到し、当該課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は下記のとおりである。
【0007】
[1] 熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む樹脂組成物。
[2] 前記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体が、下記一般式(I)で表される、上記[1]に記載の樹脂組成物。
【化1】
[一般式(I)中、R
1は、水素原子、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数7~12のアリールアルキル基、炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基、又は、炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す。下記式(X)中、*で示される結合手は、前記炭素数1~20の直鎖状アルキル基又は前期炭素数3~20の分岐状アルキル基と結合する。
【化2】
R
2は、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、又は、炭素数7~12のアリールアルキル基を示す。
nは2~1,000であり、mは2~1,000である。
R
2及びmが、複数存在する場合、これらは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[3] 前記熱可塑性ポリウレタン100質量部に対し、前記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を0.1~100質量部含有する、上記[1]又は[2]に記載の樹脂組成物。
[4] 前記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の数平均分子量が、500~100,000である、上記[1]~[3]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[5] 上記[1]~[4]のいずれかに記載の樹脂組成物からなる成形体。
[6] 下記一般式(I)で表されるβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体からなる、熱可塑性ポリウレタン用の改質剤。
【化3】
[一般式(I)中、R
1は、水素原子、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数7~12のアリールアルキル基、炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基、又は、炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す。下記式(X)中、*で示される結合手は、前記炭素数1~20の直鎖状アルキル基又は前期炭素数3~20の分岐状アルキル基と結合する。
【化4】
R
2は、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、又は、炭素数7~12のアリールアルキル基を示す。
nは2~1,000であり、mは2~1,000である。
R
2及びmが、複数存在する場合、これらは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、良好な伸度及び耐ブリードアウト性を有する樹脂組成物を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施態様の一例に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施態様は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下の記載に限定されない。
また本明細書において、実施態様の好ましい形態を示すが、個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、好ましい形態である。数値範囲で示した事項について、いくつかの数値範囲がある場合、それらの下限値と上限値とを選択的に組み合わせて好ましい形態とすることができる。
なお、本明細書において、「XX~YY」との数値範囲の記載がある場合、「XX以上YY以下」を意味する。
【0010】
<樹脂組成物>
本実施形態の樹脂組成物は、熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む。樹脂組成物が、熱可塑性ポリウレタンと、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含むことで、樹脂組成物は良好な伸度及び耐ブリードアウト性を有するものとなる。
従来、熱可塑性ポリウレタンに伸度を付与するために、可塑剤等の添加剤を添加することが一般的であった。一般的な可塑剤等の添加剤は、分子量が小さいため、時間とともに樹脂組成物表面に移行し易く、ブリードアウトし易い。本実施形態においては、熱可塑性ポリウレタンとβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む樹脂組成物とすることで、ブリードアウトし易い添加剤を添加すること無く伸度が向上する。その結果、本実施形態の樹脂組成物は、良好な耐ブリードアウト性をも有する。
【0011】
[熱可塑性ポリウレタン]
本実施態様において用いられる熱可塑性ポリウレタンは、本発明の効果が奏される限り、特に制限はないが、例えば、当該熱可塑性ポリウレタンの製造容易性の観点から、ポリオールに由来する構成単位、ポリイソシアネートに由来する構成単位、及び鎖伸長剤に由来する構成単位を少なくとも含むものが好ましい。
熱可塑性ポリウレタンにおける全構成単位に対する、ポリオールに由来する構成単位、ポリイソシアネートに由来する構成単位、及び鎖伸長剤に由来する構成単位の合計含有量としては、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは85質量%以上であり、さらに好ましくは90質量%以上であり、よりさらに好ましくは95質量%以上であり、よりさらに好ましくは100質量%である。
【0012】
(ポリオール)
本実施態様において用いることができるポリオールとしては、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)等のポリエーテルジオール;ポリエステルジオール;ポリカーボネートジオール;等の高分子ジオールが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組合せて用いてもよい。
ポリオールの数平均分子量は、好ましくは450~3,000、より好ましくは500~2,700、さらに好ましくは550~2,400、よりさらに好ましくは650~1,400、よりさらに好ましくは800~1,200である。なお、ポリオールの数平均分子量は、JIS K 1557-1:2007に準拠して測定した水酸基価に基づいて算出された数平均分子量である。
【0013】
(ポリエーテルジオール)
本実施態様において用いることができるポリエーテルジオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ(メチルテトラメチレンエーテル)グリコール、グリセリンベースポリアルキレンエーテルグリコール等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組合せて用いてもよい。
【0014】
(ポリエステルジオール)
本実施態様において用いることができるポリエステルジオールとしては、例えば、ジカルボン酸又はそのエステルや無水物等のエステル形成性誘導体と、低分子ジオールとを、直接エステル化反応又はエステル交換反応させることにより得られるポリエステルジオール等が挙げられる。
【0015】
本実施態様において用いることができるジカルボン酸としては、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、2-メチルコハク酸、2-メチルアジピン酸、3-メチルアジピン酸、3-メチルペンタン二酸、2-メチルオクタン二酸、3,8-ジメチルデカン二酸、3,7-ジメチルデカン二酸等の炭素数2~12の脂肪族ジカルボン酸;トリグリセリドの分留により得られる不飽和脂肪酸を二量化した炭素数14~48の二量化脂肪族ジカルボン酸(ダイマー酸)及びこれらの水素添加物(水添ダイマー酸)等の脂肪族ジカルボン酸;1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸;テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組合せて用いてもよい。
【0016】
本実施態様において用いることができる低分子ジオールとしては、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、2-メチル-1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール等の脂肪族ジオール;シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジオール等の脂環式ジオール;等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組合せて用いてもよい。
【0017】
(ポリカーボネートジオール)
本実施態様において用いることができるポリカーボネートジオールとしては、低分子ジオールと、カーボネート化合物との反応により得られるものが挙げられる。ポリカーボネートジオールを製造するための低分子ジオールの例としては、先に例示した低分子ジオールが挙げられる。
ポリカーボネートジオールを製造するためのカーボネート化合物としては、ジアルキルカーボネート、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネート等が挙げられる。
ジアルキルカーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等が挙げられ、アルキレンカーボネートとしてはエチレンカーボネート等が挙げられ、ジアリールカーボネートとしてはジフェニルカーボネート等が挙げられる。
【0018】
(ポリイソシアネート)
本実施態様において用いることができるポリイソシアネートとしては、通常の熱可塑性ポリウレタンの製造に用いられるポリイソシアネートであれば、特に制限はなく、例えば、エチレンジイソシアネート、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、ドデカメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、イソプロピリデンビス(4-シクロヘキシルイソシアネート)、シクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチル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、リジンジイソシアネート、2,6-ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2-イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2-イソシアナトエチル)カーボネート、2-イソシアナトエチル-2,6-ジイソシアナトヘキサノエート、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロへキセン等の脂肪族又は脂環式ジイソシアネート;2,4’-ジフェニルメタ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(MDI)、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、m-キシリレンジイソシアネート、p-キシリレンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトジフェニルメタン、クロロフェニレン-2,4-ジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;等を挙げることができる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組合せて用いてもよい。
【0019】
(鎖伸長剤)
本実施態様において用いることができる鎖伸長剤としては、通常の熱可塑性ポリウレタンの製造に従来から使用されている鎖伸長剤のいずれを使用してもよい。具体的には、イソシアネート基と反応し得る活性水素原子を分子中に2個以上有する分子量300以下の低分子化合物を使用することが好ましく、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、1,2-プロパンジオール、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、2,2,4-トリメチル-1,3-プロパンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール(BD)、1,5-ペンタンジオール(PD)、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール(MPD)、1,4-ビス(β-ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4-シクロヘキサンジオール、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等)、ビス(β-ヒドロキシエチル)テレフタレート、1,9-ノナンジオール(ND)、m-キシリレングリコール、p-キシリレングリコール、トリエチレングリコール等のジオール類;エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン、3-メチルペンタメチレンジアミン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,3-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、1,2-ジアミノプロパン、1,3-ジアミノプロパン、ヒドラジン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミン、ピペラジン、o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、アジピン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルフォン、3,4-ジアミノジフェニルスルフォン、3,3’-ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’-メチレン-ビス(2-クロロアニリン)、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、2,6-ジアミノトルエン、2,4-ジアミノクロロベンゼン、1,2-ジアミノアントラキノン、1,4-ジアミノアントラキノン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,4-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノビベンジル、2,2’-ジアミノ-1,1’-ビナフタレン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)アルカン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)アルカン、1,5-ビス(4-アミノフェノキシ)アルカン等の1,n-ビス(4-アミノフェノキシ)アルカン(nは3~10)、1,2-ビス[2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ]エタン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、4,4’-ジアミノベンズアニリド等のジアミン類;等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組合せて用いてもよい。
【0020】
前記ポリウレタンの重合に用いられる単量体のポリオール、ポリイソシアネート、鎖伸長剤の各成分の配合比率は、用途に応じて適宜選択される。例えば、熱可塑性ポリウレタンの伸度及び生産性の観点から、ポリオール及び鎖伸長剤に含まれる活性水素原子1モルに対して、ポリイソシアネートに含まれるイソシアネート基が0.80~1.30モルとなる比率が好ましく、0.85~1.20モルとなる比率がより好ましく、0.90~1.10モルとなる比率がさらに好ましく、0.95~1.05モルとなる比率がよりさらに好ましい。前記比率が0.80以上である場合には、樹脂組成物から成形される成形体の伸度がより向上する傾向があり、1.30モル以下である場合には、熱可塑性ポリウレタンの生産性及び保存安定性がより向上する傾向があるため好ましい。
【0021】
ポリオールとポリイソシアネートと鎖伸長剤との質量比としては、〔ポリオールの量/(ポリイソシアネートと鎖伸長剤の合計量)〕が、好ましくは10/90~50/50、より好ましくは15/85~45/55、さらに好ましくは20/80~40/60である。
【0022】
[β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体]
本実施態様において用いられるβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体としては、下記一般式(I)で表される重合体が好ましい。
下記重合体は、一般式(I)で表される構造を有することにより、熱可塑性ポリウレタンの優れた改質剤となる。また、一般式(I)で表される構造を有すると、比較的大きな分子量を有することとなり、樹脂組成物はより良好な耐ブリードアウト性を有するものとなる。
下記重合体は、β-メチル-δ-バレロラクトンを開環重合した重合体であって、分子末端にある少なくとも1つの水酸基が他の官能基に変性されているため、熱分解性の低下が抑制された重合体となり、樹脂組成物のガラス転移温度低下を抑制することができる。また、重合体は、分子末端の構造及び末端数により、樹脂組成物の伸度を向上することができる。
さらに、下記一般式(I)で表される重合体の原料はβ-メチル-δ-バレロラクトンであるから、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体は、良好な生分解性を有することが考えられる。
【0023】
【0024】
一般式(I)中、R1は、水素原子、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数7~12のアリールアルキル基、炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が後述の式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基、又は、炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が後述の式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す。
【0025】
炭素数1~20の直鎖状アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-イコシル基等が挙げられる。
【0026】
炭素数1~20の直鎖状アルキル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数1~16の直鎖状アルキル基であり、より好ましくは炭素数1~10の直鎖状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数1~5の直鎖状アルキル基である。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、及びn-ペンチル基が好ましい。
【0027】
炭素数3~20の分岐状アルキル基としては、例えば、イソプロピル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、t-ブチル基、1,1-ジメチルプロピル基、2,2-ジメチルプロピル基、1,2-ジメチルプロピル基、1-エチルプロピル基、2-エチルプロピル基、1,1-ジエチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1,1-ジメチルブチル基、2,2-ジメチルブチル基、3,3-ジメチルブチル基、1,3,3-トリメチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、3,3-ジメチルブチル基、1-プロピルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基、4,4-ジメチルペンチル基、1-エチルペンチル基、2-エチルペンチル基、3-エチルペンチル基、4-エチルペンチル基、1-プロピルペンチル基、2-プロピルペンチル基、1-ブチルペンチル基、1-メチルヘキシル基、2-メチルヘキシル基、3-メチルヘキシル基、4-メチルヘキシル基、5-メチルヘキシル基、5,5-ジメチルヘキシル基、1-エチルヘキシル基、2-エチルヘキシル基、3-エチルヘキシル基、4-エチルヘキシル基、1-プロピルヘキシル基、2-プロピルヘキシル基、3-プロピルヘキシル基、1-ブチルヘキシル基、2-ブチルヘキシル基、1-メチルヘプチル基、2-メチルヘプチル基、3-メチルヘプチル基、4-メチルヘプチル基、5-メチルヘプチル基、6-メチルヘプチル基、6,6-ジメチルヘプチル基、1-エチルヘプチル基、2-エチルヘプチル基、3-エチルヘプチル基、4-エチルヘプチル基、5-エチルヘプチル基、1-プロピルヘプチル基、2-プロピルヘプチル基、3-プロピルヘプチル基、1-メチルオクチル基、2-メチルオクチル基、3-メチルオクチル基、4-メチルオクチル基、5-メチルオクチル基、6-メチルオクチル基、7-メチルオクチル基、7,7-ジメチルオクチル基、1-エチルオクチル基、2-エチルオクチル基、3-エチルオクチル基、4-エチルオクチル基、5-エチルオクチル基、6-エチルオクチル基、1-メチルノニル基、2-メチルノニル基、3-メチルノニル基、4-メチルノニル基、5-メチルノニル基、6-メチルノニル基、7-メチルノニル基、8-メチルノニル基、3,5,5-トリメチルヘキシル基等が挙げられる。
【0028】
炭素数3~20の分岐状アルキル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数3~16の分岐状アルキル基であり、より好ましくは炭素数3~10の分岐状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数3~5の分岐状アルキル基である。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、及びn-ペンチル基が好ましい。具体的には、1-メチルブチル基、及び2,2-ジメチルプロピル基が好ましい。
【0029】
炭素数2~20の直鎖状アルケニル基としては、例えば、エテニル基、n-プロペニル基、n-ブテニル基(例えば、2-ブテニル基及び3-ブテニル基)、n-ペンテニル基(例えば、3-ペンテニル基及び4-ペンテニル基)、n-ヘキセニル基(例えば、1-ヘキセニル基及び5-ヘキセニル基)、n-ヘプテニル基(例えば、1-ヘプテニル基及び1,3-ヘプタジエニル基)、n-オクテニル基(例えば、7-オクテニル基及び2,7-オクタジエニル基)、n-ノネニル基(例えば、3-ノネニル基及び3,6-ノナジエニル基)、n-デセニル基(例えば、1,3-デカジエニル基及び1,3,5-デカトリエニル基)、n-ウンデセニル基(例えば、2-ウンデセニル及び2,4-ウンデカジエニル基)、n-ドデセニル基(例えば、2-ドデセニル基)、n-トリデセニル基(例えば、2-トリデセニル基)、n-テトラデセニル基(例えば、2-テトラデセニル基)、n-ペンタデセニル基(例えば、2-ペンタデセニル基)、n-ヘキサデセニル基(例えば、2-ヘキサデセニル基)、n-ヘプタデセニル基(例えば、2-ヘプタデセニル基)、n-オクタデセニル基(例えば、2-オクタデセニル基)、n-ノナデセニル基(例えば、2-ノナデセニル基)、n-イコセニル基(例えば、2-イコセニル基)等が挙げられる。
【0030】
炭素数2~20の直鎖状アルケニル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数2~15の直鎖状アルケニル基であり、より好ましくは3~10の直鎖状アルケニル基であり、さらに好ましくは炭素数3~6の直鎖状アルケニル基である。
【0031】
炭素数3~20の分岐状アルケニル基としては、例えば、イソプロペニル基、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基、t-ブテニル基、1,1-ジメチルプロペニル基、2,2-ジメチルプロペニル基、1,2-ジメチルプロペニル基、1-エチルプロペニル基、2-エチルプロペニル基、1,1-ジエチルプロペニル基、1-メチルブテニル基、2-メチルブテニル基、3-メチル-2-ブテニル基、3-メチル-3-ブテニル基、1,1-ジメチルブテニル基、2,2-ジメチルブテニル基、3,3-ジメチルブテニル基、1,3,3-トリメチルブテニル基、1-エチルブテニル基、2-エチルブテニル基、3,3-ジメチルブテニル基、1-プロピルブテニル基、1-メチルペンテニチル基、2-メチルペンテニル基、3-メチルペンテニル基、4-メチルペンテニル基、4,4-ジメチルペンテニル基、1-エチルペンテニル基、2-エチルペンテニル基、3-エチルペンテニル基、4-エチルペンテニル基、1-プロピルペンテニル基、2-プロピルペンテニル基、1-ブチルペンテニル基、1-メチルヘキセニル基、2-メチルヘキセニル基、3-メチルヘキセニル基、4-メチルヘキセニル基、5-メチルヘキセニル基、5,5-ジメチルヘキセニル基、1-エチルヘキセニル基、2-エチルヘキセニル基、3-エチルヘキセニル基、4-エチルヘキセニル基、1-プロピルヘキセニル基、2-プロピルヘキセニル基、3-プロピルヘキセニル基、1-ブチルヘキセニル基、2-ブチルヘキセニル基、1-メチルヘプテニル基、2-メチルヘプテニル基、3-メチルヘプテニル基、4-メチルヘプテニル基、5-メチルヘプテニル基、6-メチルヘプテニル基、6,6-ジメチルヘプテニル基、1-エチルヘプテニル基、2-エチルヘプテニル基、3-エチルヘプテニル基、4-エチルヘプテニル基、5-エチルヘプテニル基、1-プロピルヘプテニル基、2-プロピルヘプテニル基、3-プロピルヘプテニル基、1-メチルオクテニル基、2-メチルオクテニル基、3-メチルオクテニル基、4-メチルオクテニル基、5-メチルオクテニル基、6-メチルオクテニル基、7-メチルオクテニル基、7,7-ジメチルオクテニル基、1-エチルオクテニル基、2-エチルオクテニル基、3-エチルオクテニル基、4-エチルオクテニル基、5-エチルオクテニル基、6-エチルオクテニル基、1-メチルノネニル基、2-メチルノネニル基、3-メチルノネニル基、4-メチルノネニル基、5-メチルノネニル基、6-メチルノネニル基、7-メチルノネニル基、8-メチルノネニル基、3,5,5-トリメチルヘキセニル基等が挙げられる。
【0032】
炭素数3~20の分岐状アルケニル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数3~15の分岐状アルケニル基であり、より好ましくは3~10の分岐状アルケニル基であり、さらに好ましくは炭素数3~6の分岐状アルケニル基である。
【0033】
炭素数6~12のアリール基としては、フェニル基、2-メチルフェニル基、2,4-ジメチルフェニル基、2-ナフチル基等が挙げられる。好ましくはフェニル基である。
炭素数7~12のアリールアルキル基としては、フェニルメチル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。好ましくはフェニルメチル基である。
【0034】
nは2~1,000であり、好ましくは2~800、より好ましくは4~500、さらに好ましくは8~300である。nが2以上であれば、より一層優れた改質効果が得られる。また、nが1,000以下であれば、良好な成形性及び生産性が得られる。
【0035】
炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基、及び炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が下記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基において、下記式(X)中、*で示される結合手は、前記炭素数1~20の直鎖状アルキル基又は前期炭素数3~20の分岐状アルキル基と結合する。
【0036】
【0037】
上記式(X)中のR2は、後述するR2と同義である。
上記式(X)と結合する炭素数1~20の直鎖状アルキル基は、前述した「炭素数1~20の直鎖状アルキル基」として例示した基を同様に例示できる。上記式(X)と結合する炭素数1~20の直鎖状アルキル基は、好ましくは炭素数1~15の直鎖状アルキル基であり、より好ましくは炭素数1~10の直鎖状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数2~10の直鎖状アルキル基であり、よりさらに好ましくは炭素数2~5の直鎖状アルキル基である。
上記式(X)と結合する炭素数3~20の分岐状アルキル基は、前述した「炭素数3~20の分岐状アルキル基」として例示した基を同様に例示できる。上記式(X)と結合する炭素数3~20の分岐状アルキル基は、好ましくは炭素数3~15の分岐状アルキル基であり、より好ましくは炭素数3~10の分岐状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数3~5の分岐状アルキル基である。
また、炭素数3~20の分岐状アルキル基の全ての末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が、上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基であってもよい。
【0038】
mは、2~1,000であり、好ましくは2~800、より好ましくは4~500、さらに好ましくは8~300である。mが2以上であると、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の粘度が低くなりすぎない。また、mが1,000以下であると、樹脂としての取り扱い性及び生産性が良好となる。
R1において、上記式(X)で表される基が複数存在する場合、これらは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
上記式(I)において、R2及びmは複数存在することがある。R2が複数存在する場合、これらは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、mが複数存在する場合、これらは同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
【0039】
R1が、炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)として具体的に次の構造が例示できる。
〈例1〉
R1が、炭素数Qの直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)は次の一般式(I-a)で表される。ただし、Qは1~20である。
【0040】
【0041】
〈例2〉
R1が、エチル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)は次の一般式(I-b)で表される。
【0042】
【0043】
R1が、炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)として具体的に次の構造が例示できる。
〈例3〉
R1が、2-メチルプロピル基の全ての末端の炭素原子における、上記炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)は次の一般式(I-c)で表される。
【0044】
【0045】
〈例4〉
R1が、2,2-ジメチルプロピル基の2つの末端の炭素原子における、上記炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)は次の一般式(I-d)で表される。
【0046】
【0047】
〈例5〉
R1が、2,2-ジメチルブチル基の2つの末端の炭素原子における、上記炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)は次の一般式(I-e)で表される。
【0048】
【0049】
〈例6〉
R1が、2,2-ジメチルプロピル基の全ての末端の炭素原子における、上記炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基を示す場合、上記一般式(I)は次の一般式(I-f)で表される。
【0050】
【0051】
R1は、改質効果を得られやすい観点から、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数7~12のアリールアルキル基、炭素数1~20の直鎖状アルキル基における末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基、又は、炭素数3~20の分岐状アルキル基の少なくとも1つの末端の炭素原子に結合する1つの水素原子が上記式(X)で表される基で置換された酸素原子含有炭化水素基であることが好ましい。
【0052】
一般式(I)中、R2は、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~20の分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基、炭素数3~20の分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、又は、炭素数7~12のアリールアルキル基を示す。
R2が示す、炭素数1~20の直鎖状アルキル基は、前述した「炭素数1~20の直鎖状アルキル基」として例示した基を同様に例示できる。
R2が示す、炭素数1~20の直鎖状アルキル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数1~15の直鎖状アルキル基であり、より好ましくは炭素数1~10の直鎖状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数1~5の直鎖状アルキル基である。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、及びn-ペンチル基が好ましい。
R2が示す、炭素数3~20の分岐状アルキル基は、前述した「炭素数3~20の分岐状アルキル基」として例示した基を同様に例示できる。
R2が示す、炭素数3~20の分岐状アルキル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数3~15の分岐状アルキル基であり、より好ましくは炭素数3~10の分岐状アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数3~5の分岐状アルキル基である。具体的には、イソプロピル基、1-メチルブチル基、及び2,2-ジメチルプロピル基が好ましい。
【0053】
R2が示す、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基は、前述した「炭素数2~20の直鎖状アルケニル基」として例示した基を同様に例示できる。R2が示す、炭素数2~20の直鎖状アルケニル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数2~15の直鎖状アルケニル基であり、より好ましくは3~10の直鎖状アルケニル基であり、さらに好ましくは炭素数3~6の直鎖状アルケニル基である。
R2が示す、炭素数3~20の分岐状アルケニル基は、前述した「炭素数3~20の分岐状アルケニル基」として例示した基を同様に例示できる。R2が示す、炭素数3~20の分岐状アルケニル基は、取り扱い性の観点から、好ましくは炭素数3~15の分岐状アルケニル基であり、より好ましくは3~10の分岐状アルケニル基であり、さらに好ましくは炭素数3~6の分岐状アルケニル基である。
R2が示す、炭素数6~12のアリール基は、前述した「炭素数6~12のアリール基」として例示した基を同様に例示できる。R2が示す、炭素数6~12のアリール基は、フェニル基が好ましい。
R2が示す、炭素数7~12のアリールアルキル基は、前述した「炭素数7~12のアリールアルキル基」として例示した基を同様に例示できる。R2が示す、炭素数7~12のアリールアルキル基は、フェニルメチル基が好ましい。
R2は、改質効果を得られやすい観点から、炭素数1~10の直鎖状アルキル基、又は、炭素数6~12のアリール基であることが好ましい。
【0054】
(数平均分子量)
上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の数平均分子量は、より一層優れた改質効果が得られやすい観点から、好ましくは500以上、より好ましくは1,000以上、さらに好ましくは1,500以上である。また、成形性及び生産性の観点から、重合体の数平均分子量は、好ましくは100,000以下、より好ましくは80,000以下、さらに好ましくは50,000以下である。すなわち、上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の数平均分子量は、好ましくは500~1,00,000、より好ましくは1,000~80,000、さらに好ましくは1,500~50,000である。
本明細書に記載のβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の「数平均分子量」は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定によって求めた標準ポリスチレン換算の数平均分子量である。詳細な測定方法は、実施例に記載の方法に従うことができる。
【0055】
(重量平均分子量)
上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の重量平均分子量は、好ましくは1,500以上200,000以下である。重量平均分子量が1,500以上であればより一層優れた改質効果を発現しやすい。重量平均分子量が200,000以下であれば成形時の取り扱い性及び生産性に優れやすくなる。上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の重量平均分子量は、より好ましくは2,200以上、さらに好ましくは3,000以上である。また、上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の重量平均分子量は、より好ましくは160,000以下、さらに好ましくは125,000以下、よりさらに好ましくは100,000以下である。
本明細書に記載のβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の「重量平均分子量」は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定によって求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量である。
【0056】
(分子量分布(Mw/Mn))
β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは1.0~3.0、より好ましくは1.1~2.0、さらに好ましくは1.2~1.8である。
本明細書に記載のβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の「分子量分布」は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定によって求めた標準ポリスチレン換算の数平均分子量及び重量平均分子量から求めた値である。
【0057】
(粘度)
本発明において「粘度」とは、重合体をE型粘度計で測定する粘度である。測定温度は、分子量等に応じて最適化することができる。
上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の粘度は、より一層優れた改質効果が発現される観点から、80℃で10mPa・s以上であることが好ましく、80℃で50mPa・s以上であることがより好ましい。また、成形性及び生産性の観点から、80℃で200,000mPa・s以下であることが好ましく、80℃で150,000mPa・s以下であることがより好ましい。すなわち、上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の粘度は、測定温度80℃で好ましくは10mPa・s以上200,000mPa・s以下である。
また、上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体をE型粘度計で測定する際、測定温度は分子量等に応じて設定することができる。β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体は、例えば、30℃で好ましくは100~150,000mPa・s、より好ましくは400~150,000mPa・sの粘度を有することも好ましい実施態様である。また、上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体は、例えば、60℃で50~150,000mPa・sの粘度、より好ましくは200~150,000mPa・sの粘度を有することも好ましい実施態様である。
【0058】
(重合体の製造方法)
上記β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の製造方法としては、生産性及び簡便性の観点、あるいは、高分子量の重合体を製造する場合、β-メチル-δ-バレロラクトンと、アルコール化合物又は水と、塩基触媒とを反応させた反応液に、末端変性剤を添加して末端変性反応を行う工程(以下、「反応工程」ともいう)を含む、製造方法を採用することが好適である。
上記製造方法は、β-メチル-δ-バレロラクトンと、アルコール化合物又は水と、塩基触媒とを反応させた反応液に、直接、末端変性剤を添加することを特徴とする。すなわち、β-メチル-δ-バレロラクトンを開環重合した後、一旦開環重合体を取り出すことなく、開環重合を行った反応器に末端変性剤を添加して、開環重合体の末端変性を行うことができる。反応工程は、開環重合反応と末端変性反応をワンポットで行うため、上記製造方法は、簡略化されたプロセスであるといえる。
なお、バレロラクトン系重合体重合体は、上記製造方法に限定されて製造されるものではない。
【0059】
〈アルコール化合物又は水〉
本実施態様において用いることができるアルコール化合物としては、本発明の効果が得られる限りにおいて、特に限定されない。
アルコール化合物は、例えば、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状脂肪族炭化水素のアルコール、炭素数6~12の芳香族炭化水素のアルコール、炭素数7~12のアルキル芳香族炭化水素のアルコール等が挙げられる。これらアルコール化合物は、飽和又は不飽和炭化水素基を有してもよい。なお、上記「分岐状脂肪族炭化水素のアルコール」の場合、炭素数は3~20である。
また、アルコール化合物は、一価のアルコールであってもよく、二価のアルコール及び三価のアルコール等の多価アルコールであってもよい。
本実施態様において用いることができる水としては、本発明の効果が得られる限りにおいて特に限定されない。例えば、水道水、蒸留水、イオン交換水、工業用水、脱イオン水等を用いることができる。
【0060】
〈塩基触媒〉
本実施態様において用いることができる塩基触媒としては、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物等の金属触媒、並びに、有機塩基化合物等が挙げられる。塩基触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルカリ金属化合物としては、有機アルカリ金属化合物、水酸化アルカリ金属化合物、水素化アルカリ金属化合物が挙げられ、中でもブチルリチウム等の有機リチウム化合物が好ましい。
有機塩基化合物としては、例えば、アミジン骨格又はグアニジン骨格を有するアミン化合物が挙げられる。
また、塩基触媒として、有機マグネシウム化合物及び有機亜鉛化合物等の金属触媒を用いることもできる。
反応工程において、アルコール化合物の水酸基に対し、塩基触媒を0.005~1.5モル当量添加することが好ましい。また、水を用いる場合、水に対し、塩基触媒を0.005~3モル当量添加することが好ましい。
【0061】
〈β-メチル-δ-バレロラクトン〉
本実施態様において用いることができるβ-メチル-δ-バレロラクトンとしては、公知の方法により製造したものを用いることができる。例えば、2-ヒドロキシ-4-メチルテトラヒドロピラン等を原料として、公知の方法により製造することができる(特公平6-53691号等)。
また、β-メチル-δ-バレロラクトンは、市販品を用いることもできるし、石化由来であるか、バイオ由来であるかを問わず用いることができる。
反応工程において、アルコール化合物の水酸基に対し、β-メチル-δ-バレロラクトンを5~1,500モル当量添加することが好ましい。また、水を用いる場合、水に対し、β-メチル-δ-バレロラクトンを5~1,500モル当量添加することが好ましい。
【0062】
〈末端変性剤〉
本実施態様において用いることができる末端変性剤としては、酸無水物及びハロゲン化エステル等が挙げられる。酸無水物及びハロゲン化エステルとしては、本発明の効果が得られる限りにおいて、特に限定されない。例えば、炭素数1~20の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数2~20の直鎖状又は分岐状アルケニル基、炭素数6~12のアリール基、及び炭素数7~12のアリールアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1つの基を有する酸無水物及びハロゲン化エステルを用いることができる。なお、上記「分岐状アルキル基」の場合、炭素数は3~20であり、上記「分岐状アルケニル基」の場合、炭素数は3~20である。
【0063】
酸無水物として具体的には、無水酢酸、無水シュウ酸、無水プロピオン酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水安息香酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水メタクリル酸、無水酪酸、無水イソ酪酸、1,8-ナフタル酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物、シクロヘキサンカルボン酸無水物等が挙げられる。
ハロゲン化エステルとして具体的には、塩化アセチル、塩化プロピオニル、塩化ブチロイル、塩化トリフルオロアセチル、塩化ベンゾイル、2-フロイルクロリド、ヘキサノイルクロリド、フェニルアセチルクロリド、臭化アセチル、臭化プロピオニル、臭化ベンゾイル等が挙げられる。
反応工程において、アルコール化合物の水酸基に対し、末端変性剤を1~20モル当量添加することが好ましい。また、水を用いる場合、水に対し、末端変性剤を1~20モル当量添加することが好ましい。
【0064】
〈助触媒〉
反応工程において、必要に応じ、助触媒を添加してもよい。
助触媒としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、イミダゾール、ピリジン、アミノピリジン、4-ジメチルアミノピリジン等のアミン化合物等を用いることができる。
反応工程において、アルコール化合物の水酸基に対し、助触媒を0.001~10モル当量添加することができる。また、水を用いる場合、水に対し、助触媒を0.001~10モル当量添加することができる。
【0065】
〈溶媒〉
反応工程は、開環重合反応に不活性な溶媒の存在下で行うことができる。溶媒としては、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n-ヘキサン、n-ペンタン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素が挙げられる。
【0066】
〈反応条件〉
反応工程において、β-メチル-δ-バレロラクトンと、アルコール化合物又は水と、塩基触媒とを反応させる際の反応温度は通常20~100℃であればよく、反応時間は通常1分~24時間である。
また、反応工程において反応液に末端変性剤を添加した後、末端変性反応を行う際の反応温度は通常20~80℃であればよく、反応時間は通常1分~24時間である。
【0067】
〈後処理工程〉
上記反応工程を経ることにより、上記一般式(I)で表される重合体を製造することができる。必要に応じて、製造した重合体を単離するために後処理工程を行ってもよい。
後処理工程としては、公知の方法から好適な方法を採用することができる。例えば、反応工程後の反応混合物を、反応溶媒や水を用いて洗浄した後、濃縮し、蒸留等の通常の有機化合物の分離精製に用いられる方法により精製することができる。
【0068】
[含有割合]
本実施態様の樹脂組成物は、熱可塑性ポリウレタン100質量部に対し、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を、好ましくは0.1~100質量部、より好ましくは1~50質量部、さらに好ましくは5~30質量部含有する。上記含有割合であれば、伸度がより一層優れた樹脂組成物にすることができる。
【0069】
また、本実施態様の樹脂組成物における、熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の合計含有割合は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、よりさらに好ましくは95質量%以上、よりさらに好ましくは98質量%以上である。上記含有割合であれば、本発明の効果がより顕著に発揮される。
【0070】
[その他の樹脂]
本実施態様の樹脂組成物は、その物性を損なわない範囲内において、熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体以外の樹脂が含まれていてもよい。熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体以外の樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー、ABS樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、フッ素化樹脂、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリエチレンフラノエート(PEF)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)〔例えば、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、ポリヒドロキシブチレートバリレート(PHBV)、3-ヒドロキシ酪酸-3-ヒドロキシヘキサン酸共重合ポリエステル等〕、酢酸セルロース(CA)、デンプンポリエステル(Mater-Bi(登録商標))等が挙げられる。
【0071】
[添加剤]
本実施態様の樹脂組成物には、熱可塑性ポリウレタン及びβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体以外に添加剤を含有させてもよい。
添加剤としては、無機充填材、軟化剤、熱老化防止剤、酸化防止剤、耐加水分解抑制剤、光安定剤、帯電防止剤、離型剤、難燃剤、発泡剤、顔料、染料、増白剤、紫外線吸収剤、滑剤、耐衝撃改質剤等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記添加剤を用いる場合、樹脂組成物中の添加剤の含有量は、樹脂組成物の所望する物性に応じて適宜決めればよい。
【0072】
[樹脂組成物の製造方法]
本実施態様の樹脂組成物の製造方法に特に制限はなく、熱可塑性ポリウレタン、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体、及び必要に応じて添加剤を均一に混合すればよい。
混合方法としては、一軸押出機、多軸押出機、バンバリーミキサー、加熱ロール、ブラベンダー、各種ニーダー等を用いて溶融混練する方法、あるいは、各成分を別々の仕込み口から供給して溶融混練する方法等が挙げられる。
また、溶融混練する前にプレブレンドしてもよい。プレブレンドする方法としては、ヘンシェルミキサー、ハイスピードミキサー、Vブレンダー、リボンブレンダー、タンブラーブレンダー、コニカルブレンダー等の混合機を用いる方法が挙げられる。溶融混練時の温度は、熱可塑性ポリウレタンの融点と分解温度を考慮し、好ましくは140~220℃の範囲で任意に選択することができる。
【0073】
<成形体>
また本発明は、樹脂組成物からなる成形体を提供する。
上記成形体の形状は、本実施態様の樹脂組成物を用いて製造できる成形体であればよい。成形体としては、例えば、ペレット、フィルム、シート、プレート、パイプ、チューブ、ボトル、繊維状体、棒状体、微粒子状体、粒子状体、発泡体等の種々の形状の成形体が挙げられる。この成形体の製造方法は特に制限はなく、各種成形法、例えば、射出成形、ブロー成形、プレス成形、押出成形、カレンダー成形、3Dプリンターによる成形等の公知の方法により成形することができる。
【0074】
<用途>
熱可塑性ポリウレタンは、上記一般式(I)で表されるβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体と共に混合した樹脂組成物とすることにより、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体がブリードアウトすることなく、伸度を向上させることができる。よって本発明は、上記一般式(I)で表されるβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体からなる、熱可塑性ポリウレタン用の改質剤を提供する。
また、上記一般式(I)で表されるβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の、熱可塑性ポリウレタン用の改質剤としての使用が好適な実施態様として挙げられる。
【0075】
本実施態様の樹脂組成物は種々の用途に使用できる。
上記樹脂組成物の用途としては、
ソックス、ストッキング、丸編、トリコット、水着、スキーズボン、作業服、煙火服、洋服、ブラジャー、ガードル、手袋等の各種繊維製品に使用される弾性繊維;
インテリア材、玩具、あるいは紙おむつ等に使用できるスパンボンド法もしくはメルトブローン法による伸縮性を有した不織布;
食品包装用ラップ、透湿性フィルム、農業用フィルム、介護ベッド等の医療用途、工業部材、土木建材、ガラスもしくはポリカーボネート等の透明性樹脂の中間膜、携帯電話のタッチパネル等に使用される弾性フィルム;
自動車の内外装部品などの自動車部品、耐チッピング用フィルム、シート、ハンドルやシフトノブ、工業用パッキン、発泡させたクッションやパッド、精密機器保護フィルムやその基材シート、各種テープ基材等の産業資材;
断熱材、防水材、防露材等の建築資材;
歯ブラシ、かみそり等の家庭用品用のハウジング;
安全靴用つま先等の履物部品;
ディスプレイ、コンピュータ、電話部品、プラグ、紙おむつなどのサニタリー製品の漏れ防止用締付け材料、防水資材の締付け材料、似せ餌、造花、電気絶縁材、ワイピングクロス、コピークリーナー、ガスケット等が挙げられる。
【実施例0076】
以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0077】
<測定及び評価方法>
以下の方法により、各種物性を測定又は評価した。
【0078】
[β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の数平均分子量、重量平均分子量及び分子量分布]
製造例で得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を試料とし、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算分子量として、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)を求めた。具体的な測定方法は次のとおりである。
〈Mn15,000未満の場合〉
Mnが15,000未満の試料は、以下に従い測定し、Mn及びMwを求めた。
テトラヒドロフラン(THF)溶液を溶離液として用い、試料を樹脂換算で10mg計量し、1mLの上記溶離液に溶解させた。該溶液を0.2μmのメンブランフィルターを通して測定サンプルを作製した。具体的な測定方法は次のとおりである。
(測定条件)
装置:HLC-EcoSEC8320GPC(東ソー株式会社製)
カラム:KF-803 KF-802.5 KF-802(株式会社レゾナック製)3本を直列に連結した。
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:0.9mL/分
サンプル注入量:30μL
カラム温度:40℃
標準ポリスチレン:東ソー株式会社製PSt Oligomer Kit(分子量589~98,900)を用いて3次式で近似した。
検出器:RI検出器
得られたMn及びMwから、Mw/Mnを求めた。
【0079】
〈Mn15,000以上の場合〉
Mnが15,000の以上の試料は、以下に従い測定し、Mn及びMwを求めた。
テトラヒドロフラン(THF)溶液を溶離液として用いた。試料を樹脂換算で1.0mg計量し、1mLの上記溶離液に溶解させた。該溶液を0.2μmのメンブランフィルターを通して測定サンプルを作製した。測定条件は以下のとおりとした。
(測定条件)
装置:HLC-8220GPC(東ソー株式会社製)
カラム:TSK-gel SuperMultiporeHZ-M(東ソー株式会社製)2本を直列に連結した。
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:0.35mL/分
サンプル注入量:10μL
カラム温度:40℃
標準ポリスチレン:ジーエルサイエンス株式会社製ポリスチレン分子量スタンダード(分子量580~1,214,000)を用いて3次式で近似した。
検出器:RI検出器
得られたMn及びMwから、Mw/Mnを求めた。
【0080】
[粘度]
E型粘度計(東機産業株式会社製「TVE-25型粘度計」)を用い、表1に示す測定温度にて、製造例で得られた重合体の粘度(単位:mPa・s)を測定した。
【0081】
[引張試験(伸度)]
(1)引張試験用試験片作製
実施例及び比較例で得られた樹脂組成物を、射出成型機(住友重機械工業株式会社製「SE18DU」)を用いて、シリンダー温度210℃で射出成形し、JIS3号ダンベル試験片を作製した。
(2)引張試験
得られたダンベル試験片を、23℃、湿度49%条件下で24時間以上保管し、万能材料試験機(インストロン社製「INSTRON5900R-5666」)を用い、23℃、湿度49%にて引張速度500mm/分で測定した際の、初期引張弾性率(MPa)、最大点強度(MPa)、破断伸度(%)を測定した。測定値は5回平均値を採用した。
【0082】
[耐ブリードアウト試験]
実施例及び比較例で得られた樹脂組成物を、射出成型機(住友重機械工業株式会社製「SE18DU」)を用いて、シリンダー温度200℃で射出成形し、JIS3号ダンベル試験片を作製した。得られたダンベル試験片を、50℃条件下で1週間以上保管した際の表面状態を、下記評価基準に従って目視及び触感で評価した。
VG:明確なブリードアウト及びベタツキは確認されない。
G :わずかなブリードアウト又はベタツキが見受けられるが実用上差し支えないレベルである。
NG:顕著なブリードアウト又はベタツキが見られ、実用に適さない。
【0083】
<各材料>
実施例及び比較例で用いた各材料は次のとおりである。
【0084】
(熱可塑性ポリウレタン)
・熱可塑性ポリウレタン1:Elastollan 95A(BASF社製)
(可塑剤)
・可塑剤1:フタル酸ベンジルブチル(Sigma-Aldrich社製)
【0085】
[製造例1]
内容積500mLのガラス製4口フラスコを窒素置換し、イソアミルアルコールを7.9g(90ミリモル)、β-メチル-δ-バレロラクトンを231g(2.0モル)投入して60℃に昇温した。そこへn-ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液)を0.84mL加え、60℃で60分撹拌した。
次いで上記ガラス製4口フラスコに無水酢酸11.0g(108ミリモル)と5.5gのβ-メチル-δ-バレロラクトンに溶解させた4-ジメチルアミノピリジン0.55g(4.5ミリモル)を入れ、60℃で60分撹拌し、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む反応溶液を得た。
得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む反応溶液を、トルエンと水による抽出と薄膜蒸発器(柴田科学株式会社製「分子蒸留装置 MS-300」)により精製することで、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体155gを得た。
また、得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体(以下、「PMVL-1」と称すことがある)の物性について前述の測定を行った。結果を表1に示す。
得られたPMVL-1は、前述の一般式(I)で示され、R1、R2、及びnは表1に示す通りである。
【0086】
[製造例2]
内容積500mLのガラス製4口フラスコを窒素置換し、エチレングリコールを11.3g(183ミリモル)、β-メチル-δ-バレロラクトンを184g(1.6モル)投入して60℃に昇温した。そこへn-ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液)を1.18mL加え、60℃で60分撹拌した。
次いで上記ガラス製4口フラスコに無水酢酸44.2g(433ミリモル)と20.8gのβ-メチル-δ-バレロラクトンに溶解させた4-ジメチルアミノピリジン2.23g(18.3ミリモル)を入れ、60℃で60分撹拌し、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む反応溶液を得た。
得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む反応溶液を、トルエンと水による抽出と薄膜蒸発器(柴田科学株式会社製「分子蒸留装置 MS-300」)により精製することで、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体150gを得た。
また、得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体(以下、「PMVL-2」と称すことがある)の物性について前述の測定を行った。結果を表1に示す。
得られたPMVL-2は、前述の一般式(I)で示され、R1、R2、n及びmは表1に示すとおりである。
【0087】
[製造例3]
内容積500mLのガラス製4口フラスコを窒素置換し、イソアミルアルコールを1.6g(18.2ミリモル)、β-メチル-δ-バレロラクトンを231g(2.0モル)投入して60℃に昇温した。そこへn-ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液)を0.83mL加え、60℃で60分撹拌した。
次いで上記ガラス製4口フラスコに無水酢酸2.3g(22.5ミリモル)と1.1gのβ-メチル-δ-バレロラクトンに溶解させた4-ジメチルアミノピリジン0.11g(0.9ミリモル)を入れ、60℃で60分撹拌し、重合体を含む反応溶液を得た。
得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む反応溶液を、トルエンと水による抽出と薄膜蒸発器(柴田科学株式会社製「分子蒸留装置 MS-300」)により精製することで、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体162gを得た。
また、得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体(以下、「PMVL-3」と称すことがある)の物性について前述の測定を行った。結果を表1に示す。
得られたPMVL-3は、前述の一般式(I)で示され、R1、R2、及びnは表1に示すとおりである。
【0088】
[製造例4]
内容積1,000mLのガラス製4口フラスコを窒素置換し、イソアミルアルコールを1.6g(18.2ミリモル)、β-メチル-δ-バレロラクトンを623g(5.5モル)投入して60℃に昇温した。そこへn-ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液)を2.21mL加え、60℃で60分撹拌した。
次いで上記ガラス製4口フラスコに無水酢酸2.2g(21.8ミリモル)と1.1gのβ-メチル-δ-バレロラクトンに溶解させた4-ジメチルアミノピリジン0.11g(0.9ミリモル)を入れ、60℃で60分撹拌し、重合体を含む反応溶液を得た。
得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を含む反応溶液を、トルエンと水による抽出と薄膜蒸発器(柴田科学株式会社製「分子蒸留装置 MS-300」)により精製することで、β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体450gを得た。
また、得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体(以下、「PMVL-4」と称すことがある)の物性について前述の測定を行った。結果を表1に示す。
得られたPMVL-4は、前述の一般式(I)で示され、R1、R2、及びnは表1に示すとおりである。
【0089】
【0090】
表1中の表記は次のとおりである。
・R1の欄において、「(X)」は前述の式(X)を示す。
【0091】
[実施例1~12]
熱可塑性ポリウレタン1及び製造例で得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を、表2に示す配合で二軸混練機(テクノベル社製「ULTnano50」)に投入し、シリンダー温度210℃、スクリュー回転数50rpm、滞留時間1~10分でストランド状に押出し、得られたストランドをペレット状に切断して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物について前述の評価を行った。結果を表2に示す。
【0092】
[比較例1]
β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体を使用しなかったこと以外は実施例1と同様の手法により樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物について前述の評価を行った。結果を表2に示す。
【0093】
[比較例2]
β-メチル-δ-バレロラクトン系重合体の代わりに可塑剤1を10質量部使用したこと以外は実施例1と同様の手法により樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物について前述の評価を行った。結果を表2に示す。
【0094】
【0095】
実施例1~12と、比較例1及び2との比較から、実施例で得られた樹脂組成物は、伸度及び耐ブリードアウト性が向上していることが分かる。また、製造例1~4で得られたβ-メチル-δ-バレロラクトン系重合体は、熱可塑性ポリウレタンの改質剤として有用であることが分かる。