含有来自植物成分的聚碳酸酯及其制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200780031958.5

申请日:

20070827

公开号:

CN101511908B

公开日:

20120808

当前法律状态:

有效性:

有效

法律详情:

IPC分类号:

C08G64/02

主分类号:

C08G64/02

申请人:

帝人株式会社

发明人:

北薗英一,小田显通,三好孝则

地址:

日本大阪府

优先权:

237549/2006

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司

代理人:

熊玉兰;李平英

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内容摘要

本发明的课题在于提供改善了色相的含有来自植物成分的聚碳酸酯及其制备方法。本发明的课题通过减少聚合物原料中的无机杂质、减少制品聚合物中的无机杂质而解决。

权利要求书

1.聚碳酸酯,由下式(1)表示,其中聚合物中Na、Ca及Fe的总含量根据感应耦合等离子体发光分析装置测得的分析值为10ppm以下,Col-b值为5以下,式(1)中,R-R分别是独立地选自氢原子、烷基、环烷基或芳基的基团,R是碳原子数2-12的脂肪族基团,其中n是0.6≤n≤0.9。 2.成型产品,其包含权利要求1所述的聚碳酸酯。 3.权利要求1所述的聚碳酸酯的制备方法,其是使用Na、Ca及Fe总含量根据感应耦合等离子体发光分析装置测得的分析值是2ppm以下、气相色谱法测得的纯度分析值在99.7%以上的用下式(2)表示的二醇式(2)中,R-R分别是独立地选自氢原子、烷基、环烷基或芳基的基团,与Na、Ca及Fe总含量根据感应耦合等离子体发光分析装置测得的分析值是2ppm以下、气相色谱法测得的纯度分析值在99.7%以上的用下式(3)表示的二醇作为二醇成分,HO-R-OH    (3)式(3)中,R是碳原子数2-12的脂肪族基团,以Na、Ca及Fe总含量根据感应耦合等离子体发光分析装置测得的分析值是2ppm以下、气相色谱法测得的纯度分析值在99.7%以上的用下式(4)表示的碳酸二酯作为原料,基于熔融缩聚法的聚碳酸酯的制备方法,式(4)中,R及R是选自烷基、环烷基或芳基的基团,R及R可以是相同的基团也可以是不同的基团。

说明书

技术领域

本发明涉及含有来自植物成分的色相良好的聚碳酸酯、包含该聚碳酸酯的成型产品以及该聚碳酸酯的制备方法。 

背景技术

聚碳酸酯树脂具有良好的透明性、耐热性和耐冲击性,目前广泛用于光介质领域、电气·电子·OA领域、汽车·产业机器领域、医疗领域以及其它工业领域中。然而,目前通常使用的芳香族聚碳酸酯是由得自石油资源的原料制得。因此,在石油资源的枯竭或伴随焚烧处理废弃物产生的二氧化碳导致的地球温室化令人担忧的今天,具有与芳香族聚碳酸酯相同的物性,且环境负荷更小的材料的上市受到期待。 

在这种情况下,作为脱水糖醇的双脱水己糖醇类(双脱水甘露醇、双脱水艾杜糖醇(isoidide)及异山梨酯)可由甘露醇、艾杜糖醇及山梨糖醇等来自植物的原料衍生得到,开始被研究作为制备聚合物尤其是聚酯及聚碳酸酯的可再生资源(与石油、煤之类具有枯竭性的天然资源不同、如森林资源、生物量、风力、小规模水力等类似自身具有再生能力的资源)。其中,对使用了异山梨酯的聚合物进行着广泛的研究,所述异山梨酯可由廉价的淀粉作为起始原料制备、具有作为医药品原料用途、容易商业购得(例如专利文献1-3等)。 

进一步地,还对将异山梨酯与用作聚酯原料的乙二醇类等作为二醇成分一起共聚得到的碳酸酯进行了研究(例如专利文献4-5等)。其中,由于二醇成分仅为异山梨酯的聚碳酸酯是刚直的结构,因此存在熔融粘度非常高、成型加工困难等问题。此外,还存在双脱水己糖醇类作为聚合物原料成本过高的问题。即,在可维持必要的聚合物物性的范围内,用廉价的二醇类进行共聚也具有降低原料成本的优点。 

但是,以往研究的最大问题是与以石油为原料的常规聚合物相比,以异山梨酯等脱水糖醇作为原料的聚合物色相较差,这成为其商品化及用途拓展的障碍。 

【专利文献1】英国专利第1079686号说明书 

【专利文献2】国际公开第1999/054119号小册子 

【专利文献3】国际公开第2007/013463号小册子 

【专利文献4】国际公开第2004/111106号小册子 

【专利文献5】特开2003-292603号公报 

发明内容

发明要解决的问题 

本发明的目的是提供色相改善的含有来自植物成分的聚碳酸酯、包含该聚碳酸酯的成型产品以及该聚碳酸酯的制备方法。 

解决问题的方法 

本发明人等为了解决上述目的,进行了锐意研究,结果发现通过降低聚合物原料中无机杂质以及降低制品聚合物中无机杂质而获得解决从而完成了本发明。本发明的结构如下所示。 

1、聚碳酸酯,由下式(1) 

(R1-R4分别是独立地选自氢原子、烷基、环烷基或芳基的基团,R5是碳原子数2-12的脂肪族基团,其中n是0.6≤n≤0.9) 

表示,其中聚合物中无机杂质的含量根据ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置测得的分析值是10ppm以下,Col-b值为5以下。 

2、上述1所述的聚碳酸酯,其中无机杂质选自Na、Ca及Fe的一种或一种以上。 

3、成型产品,其包含上述1或2所述的聚碳酸酯。 

4、上述1或2所述的聚碳酸酯的制备方法,其是使用无机杂质总含量根据 ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置测得的分析值是2ppm以下、气相色谱法测得的纯度分析值在99.7%以上的用下式(2)表示的二醇与 

(R1-R4分别是独立地选自氢原子、烷基、环烷基或芳基的基团)、 

无机杂质总含量根据ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置测得的分析值是2ppm以下、气相色谱法测得的纯度分析值在99.7%以上的用下式(3)表示的二醇 

HO-R5-OH    (3) 

(R5是碳原子数2-12的脂肪族基团)作为二醇成分, 

以无机杂质总含量根据ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置测得的分析值是2ppm以下、气相色谱法测得的纯度分析值在99.7%以上的用下式(4) 

(R6及R7是独立地选自烷基、环烷基或芳基的基团,R6及R7可以是相同的基团也可以是不同的基团)表示的碳酸二酯为原料,基于熔融缩聚法的聚碳酸酯的制备方法。 

发明的效果 

依据本发明,可提供改善了色相的含有来自植物成分的聚碳酸酯、包含该聚碳酸酯的成型产品以及该聚碳酸酯的制备方法。 

本发明的聚碳酸酯包含来自作为可再生资源的植物成分,对环境负荷小,且色相非常好,因此极为适用于多种用途。 

具体实施方式

以下详细说明本发明。需要说明的是,假如没有特别说明,ppm或%表示的数值均以重量为基准。 

本发明的聚碳酸酯如上述式(1)所示,聚合物中无机杂质含量,特别是Na、Ca、Fe的总量根据ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置得到的分析值是10ppm以下,优选7ppm以下,更优选3ppm以下。无机杂质含量超出该范 围则着色变得显著,且存在熔融稳定性及耐水解性变差等问题,因此不优选。需要说明的是,Na、Ca、Fe由于容易受到生产设备等材料或外界气体等的污染,在上述式(2)的二醇的市售品的含量也较高等的原因,所以占到了聚合物中无机杂质的大部分。为了让聚合物中的无机杂质在上述范围内,存在下述方法:使用无机杂质量少的原料;抑制催化剂的用量;使用由成分难以溶出的材料制成的装置来进行制造等。聚合物中的无机杂质含量越少越优选,但如果使其成为0ppm,则存在伴随防止污染等的显著地提高生产成本和降低生产效率的危险。维持生产性可实现的聚合物中的无机杂质量的下限是3ppm左右。 

本发明中无机杂质的量是用ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置分析得到的值。ICP发光分析装置是高频率感应耦合等离子体为激发光源的发光分光分析,将雾化的试样溶液导入高温氩等离子体,用光栅分光发光光谱线,由光谱线的波长和强度可进行元素的定性、定量分析,特别适用于多元素同时分析。其分析对象是除了氢、稀有气体、氮、氧、氟、氯、溴、没有稳定同位素的放射性同位素等的剩下的元素,最多据说可达72种。因此,在本发明中,无机杂质量指的是构成聚碳酸酯的元素之外的,即碳、氢及氧之外的元素用ICP发光分析定量的值。 

本发明的聚碳酸酯是Col-b值为5以下,优选为3以下的聚碳酸酯。 

本发明的聚碳酸酯的还原粘度优选为0.5-1.0dL/g,更优选0.6-0.8dL/g。若还原粘度低于0.5dL/g,则由本发明的聚碳酸酯得到的成型产品难以具有充分的机械强度。另外若还原粘度高于1.0dL/g,则熔融流动性变得过高,具有成型所需流动性的熔融温度变得高于分解温度,因此不优选。 

在本发明中,上述式(1)中的n是0.6≤n≤0.9。n如果小于0.6,则所得树脂的玻璃化转变温度及耐热性降低,因此不优选。此外,若变为大于0.9,则熔融流动性提高,有时难以确保成型所需的流动性。 

本发明的聚碳酸酯可广泛用于以光介质用途、电气·电子·OA用途、汽车·产业机器用途、医疗·保安用途、片材·膜·包装用途、杂货用途为首的各种用途。具体来说,光介质用途可举出DVD、CD-ROM、CD R、小型磁盘;电气·电子·OA用途可举出移动电话、电脑外壳、电池组容器、液晶用部件、连接器;汽车·产业机器用途可举出头灯、内部透镜(inner lens)、门拉手、保险杠、挡泥板、顶部纵梁、仪表盘、火箭发动机组(cluster)、控制台盒、照相机、电动工具;医疗·保安用途可举出铭板、车棚、液晶用扩散·反射膜、饮用水箱;杂货可举出弹球盘部件、灭火器柜等。 

在本发明中,使聚碳酸酯成型得到具有如上所述用途的成型产品的方法可使用注射成型、压缩成型、注射压缩成型、挤压成型、吹塑成型等。膜或片材的制造方法例如可举出溶剂浇铸法、熔融挤压法、轧光法等。 

本发明中使用的来自植物的二醇成分表示为上述式(2),具体地为双脱水己糖醇类。双脱水己糖醇类可举出1,4:3,6-双脱水-D-甘露醇(在本说明书中,以下有时简称为双脱水甘露醇)、1,4:3,6-双脱水-L-艾杜醇(在本说明书中,以下有时简称为双脱水艾杜糖醇)以及1,4:3,6-双脱水-D-山梨醇(在本说明书中,以下有时简称为异山梨酯)等(分别是下式(5)、(6)、(7))。这些双脱水己糖醇类是可从自然界的生物量得到的物质,是被称为可再生资源的1种。异山梨酯可在得自淀粉的D-葡萄糖氢化后,通过受到脱水而获得。就其他双脱水己糖醇类来说,除了起始材料之外可通过相同的反应获得。由于异山梨酯可由淀粉等简单地制作,可容易地获得丰富的二醇资源,故即便与双脱水甘露醇及双脱水艾杜糖醇相比,也在制造的容易程度上优异。 

共聚的二醇成分由上述式(3)表示(以下,有时将式(3)的二醇简称为二醇类),可举出乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇、1,4-环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、新戊二醇等。其中,从聚合物的合成中聚合性高或聚合物的物性中显示较高玻璃化转变点的方面考虑,优选1,3-丙二醇(以下,有时简称为1,3-PDO)、1,4-丁二醇(以下,有时简 称为1,4-BDO)、1,6-己二醇(以下,有时简称为1,6-HDO),进一步地,从可由植物原料获得,且通过共聚获得的熔融流动性的提高效果大的方面考虑,优选1,3-丙二醇。此外,也可组合至少2种以上这些式(3)的二醇成分。 

本发明中所用二醇的精制方法没有特别的限制。优选单蒸馏、精馏或重结晶中任一种,也可将这些方法组合进行精制。然而,由于该二醇的市售品中含有稳定剂或储存时产生的劣化物,它们对该聚合物的品质可能造成不良影响。这在式(2)的来自植物的二醇中尤为显著。在使用该二醇获得聚合物时,优选进行再次精制后,立即用于聚合反应。必须在精制后短暂保管再使用时,优选在干燥、40℃以下低温、遮光及惰性氛围下保管再使用。 

本发明使用的式(2)、式(3)的二醇成分据气相色谱法检出的有机杂质含量在总量的0.3%以下,优选0.1%以下,更优选0.05%以下。此外,根据ICP发光分析法检出的无机杂质的量,尤其是Na、Fe、Ca的总含量在2ppm以下,优选1ppm以下。 

本发明使用的碳酸二酯由下述式(4)表示,可举出例如碳酸二苯酯、碳酸二甲苯酯、碳酸二(甲苄基)酯、双(乙基苯基)碳酸酯、双(甲氧基苯基)碳酸酯、双(乙氧基苯基)碳酸酯、碳酸二萘酯、双(联苯基)碳酸酯等芳香族类碳酸二酯或碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丁酯等脂肪族类碳酸二酯。这些化合物中,从反应性、成本方面考虑,优选使用芳香族类碳酸二酯,更优选使用碳酸二苯酯。 

本发明使用的碳酸二酯的精制方法没有特别限制,优选用单蒸馏、精馏或重结晶中任意一种,或者也可将这些方法组合进行精制。 

本发明使用的碳酸二酯中根据气相色谱法检出的有机杂质的含量在总量的0.3%以下,优选0.1%以下,更优选0.05%以下。此外,根据ICP发光分析法检出的无机杂质的量,尤其是Na、Fe、Ca的总含量在2ppm以下,优选1ppm以下。 

聚碳酸酯的公知制备方法可举出:主要是二羟基化合物的碱水溶液与光气在有机溶剂的存在下进行反应的光气法、或二羟基化合物与碳酸二酯在酯交换催化剂存在下,在高温高真空下进行熔融缩聚反应的熔融缩聚法。其中熔融缩聚法虽然是需要酯交换催化剂和高温高度真空的工艺,但与光气法相比较为经济,特别是具有可得到基本不含氯原子的聚碳酸酯树脂的优点。在本发明中也优选通过熔融缩聚法制备上述聚碳酸酯。 

特别地,在本发明的制造方法中,优选由上述式(2)及(3)表示的二醇、及上述式(4)表示的碳酸二酯通过熔融缩聚法制备上述式(1)的聚碳酸酯。 

在得到本发明的聚碳酸酯的熔融缩聚中,相对于1mol二醇成分,优选以0.90~1.30mol量使用碳酸二酯,更优选以0.99~1.05mol的量使用。 

本发明所述的制备方法中优选使用催化剂。可用的催化剂可举出碱金属的醇盐类或酚盐类、碱土金属的醇盐类或酚盐类、含氮碱性化合物类、季铵盐类、碱金属或碱土金属的有机酸盐类、硼化合物类、铝化合物类、锌化合物类、硼化合物类、硅化合物类、钛化合物类、有机锡化合物类、铅化合物类、锇化合物类、锑化合物类、锆化合物类、锰化合物等对酯交换反应或酯化反应具有催化能力的化合物,从反应性、对成型产品品质的影响、成本以及卫生性方面考虑,优选(i)含氮碱性化合物、(ii)碱金属化合物及(iii)碱土金属化合物。它们可单独使用也可二种以上合用,特别优选以(i)和(ii)、(i)和(iii)、(i)和(ii)和(iii)的组合来并用。 

对(i)而言优选的是四甲基氢氧化铵、对(ii)而言优选的是钠盐类,其中,特别优选使用2,2-双(4-羟苯基)丙烷二钠盐。 

上述(i)的氮碱性化合物,碱性氮原子相对于1摩尔二醇化合物,优选按1×10-5~1×10-3摩尔的比例使用,更优选按2×10-5~8×10-4摩尔的比例。 

对于上述催化剂(ii)碱金属化合物及(iii)碱土金属化合物,优选碱金属元素及碱土金属元素的总添加量是相对于原料的二醇化合物每1mol,优选在0~1×10-5mol的范围内,更优选在0~5×10-6摩尔的范围内。 

在本发明的制备方法中,优选在聚合催化剂的存在下,常压加热作为原料的二醇及碳酸二酯,使之预反应后,在减压下在280℃以下的温度边加热边搅拌,使生成的酚类或醇类镏出。反应系统中氮等原料优选保存在相对于反应混合物的惰性气体气氛中。氮以外的惰性气体可举出氩等。 

反应初期优选在常压下加热使之反应。这是为了防止使之进行寡聚物化反应,反应后期减压蒸馏除去酚类或醇类时,馏出未反应的单体,造成摩尔平衡受到破坏,聚合度降低。本发明所述的制备方法中,可通过将酚类或醇类从适当系统(反应器)除去以推进反应的进行。因此,进行减压为有效的,故而优选。 

在本发明的制备方法中,为了抑制二醇的分解、得到着色少的高粘度树脂,优选尽可能低温的条件,但为了使聚合反应得以适当的进行,聚合温度优选180℃以上280℃以下的范围,更优选最高聚合温度在230-260℃的范围。 

实施例 

以下根据实施例详细地说明本发明,但本发明并不受到实施例的任何限定。 

本实施例中使用的异山梨酯为ロケツト社制或三光株式会社制;碳酸二苯酯为帝人化成制;使用了和光纯药制的1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、苯酚、四氯乙烷。 

(1)异山梨酯、碳酸二苯酯及聚合物中的无机杂质量用ICP发光分析装置VISTAMP-X(multi型)(バリアン社制)进行定量。 

(2)异山梨酯及碳酸二苯酯的纯度用气相色谱(岛津制作所制GC-14B)进行测定。测定条件为柱温220℃、注入温度280℃、检测温度280℃、载气:(He:120kPa(1.63ml/min)、分流:30.9ml/min、吹扫30ml/mm)、气体组成(N2:40ml/min、H2×空气:70×70kPa)。准备样品溶液(5%丙酮溶液),注入1μl进行测定。 

(3)将聚碳酸酯120mg溶解在10ml苯酚/四氯乙烷(体积比50/50)的混合溶剂中得到的溶液用乌氏粘度计测定其35℃的粘度,即为聚合物的还原粘度。 

(4)对于聚合物的色相,根据JIS Z 8722,用紫外-可见光记录式分光光度计(岛津制作所制)测定其Col-b值。所述测定为将聚合物0.935g溶解在二氯甲烷4ml中,在波长780-380nm、照明:C、视野:2°的条件测定Col-b值。 

实施例1 

将施行了1次单蒸馏的异山梨酯(ロケツト社制)(23.38g、0.16mol)、1,3-丙二醇(3.043g、0.04mol)及碳酸二苯酯(42.84g、0.2mol)加入三口烧瓶中,用2,2-双(4-羟苯基)丙烷二钠盐(2.723μg、1.0×10-8mol)及四甲基氢氧化铵(0.3646mg、4.0×10-6mol)作为聚合催化剂,在氮气氛围下180℃时熔融。在搅拌下,将反应槽内减压至100mmHg(13.33kPa),在镏去生成的苯酚的同时反应约20分钟。随后升温至200℃后,在镏去苯酚的同时减压至30mmHg(4.00kPa),进一步升温到215℃。接着,逐渐减压,20mmHg(2.67kPa)时继续反应10分钟,10mmHg(1.33kPa)继续反应10分钟,升温至230℃后,进 一步减压升温至最终的250℃、0.5mmHg(0.067kPa)的条件下进行反应。以该时刻为时间0分,10分钟后取样,测定还原粘度、无机杂质含量及Col-b值。进一步用注射成型机(日精树脂工业株式会社制PS型注射成型机、PS20)在汽缸温度250℃、金属铸模温度80℃时成型为厚3mm×宽12.5mm×长63mm的试验片,目视确认外观。结果示于表1。 

实施例2 

除了用相同摩尔数的1,4-丁二醇取代1,3-丙二醇之外,与实施例1相同地进行操作。结果示于表1。 

实施例3 

除了用相同mol数的1,6-己二醇取代1,3-丙二醇之外,与实施例1相同地进行操作。结果示于表1。 

比较例1 

除了不进行异山梨酯的蒸馏精制外,与实施例1相同地进行操作。结果示于表1。 

比较例2 

除了不蒸馏异山梨酯(三光化学社制)而直接使用之外,与实施例1相同地进行操作。结果示于表1。 

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1、(10)授权公告号 CN 101511908 B (45)授权公告日 2012.08.08 CN 101511908 B *CN101511908B* (21)申请号 200780031958.5 (22)申请日 2007.08.27 237549/2006 2006.09.01 JP C08G 64/02(2006.01) (73)专利权人 帝人株式会社 地址 日本大阪府 (72)发明人 北薗英一 小田显通 三好孝则 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 熊玉兰 李平英 CN 1805992 A,2006.07.19,说明书第3页第 4 段至第 13 页第。

2、 1 段 . JP 特开 2003-292063 A,2003.10.15, 第 0005 段至第 0028 段 . JP 特开 2002-308981 A,2002.10.23, 第 0004 段至第 0027 段 . JP 特开 2006-28441 A,2006.02.02, 第 0004 段至第 0055 段 . JP 特开 2001-342248 A,2001.12.11, 第 0015 段至第 0127 段 . CN 1332763 A,2002.01.23,说明书第2页第 5 段至第 21 页第 2 段 . (54) 发明名称 含有来自植物成分的聚碳酸酯及其制备方法 (57) 摘。

3、要 本发明的课题在于提供改善了色相的含有来 自植物成分的聚碳酸酯及其制备方法。本发明的 课题通过减少聚合物原料中的无机杂质、 减少制 品聚合物中的无机杂质而解决。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2009.02.27 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2007/067080 2007.08.27 (87)PCT申请的公布数据 WO2008/029746 JA 2008.03.13 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 梁振方 权利要求书 1 页 说明书 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 8 页 。

4、1/1 页 2 1. 聚碳酸酯, 由下式 (1) 表示, 其中聚合物中 Na、 Ca 及 Fe 的总含量根据感应耦合等离 子体发光分析装置测得的分析值为 10ppm 以下, Col-b 值为 5 以下, 式 (1) 中, R1-R4分别是独立地选自氢原子、 烷基、 环烷基或芳基的基团, R5是碳原子数 2-12 的脂肪族基团, 其中 n 是 0.6 n 0.9。 2. 成型产品, 其包含权利要求 1 所述的聚碳酸酯。 3. 权利要求 1 所述的聚碳酸酯的制备方法, 其是使用 Na、 Ca 及 Fe 总含量根据感应 耦合等离子体发光分析装置测得的分析值是 2ppm 以下、 气相色谱法测得的纯度分。

5、析值在 99.7以上的用下式 (2) 表示的二醇 式 (2) 中, R1-R4分别是独立地选自氢原子、 烷基、 环烷基或芳基的基团, 与 Na、 Ca 及 Fe 总含量根据感应耦合等离子体发光分析装置测得的分析值是 2ppm 以下、 气相色谱法测得的纯度分析值在 99.7以上的用下式 (3) 表示的二醇作为二醇成分, HO-R5-OH (3) 式 (3) 中, R5是碳原子数 2-12 的脂肪族基团, 以 Na、 Ca 及 Fe 总含量根据感应耦合等离子体发光分析装置测得的分析值是 2ppm 以 下、 气相色谱法测得的纯度分析值在 99.7以上的用下式 (4) 表示的碳酸二酯作为原料, 基于熔。

6、融缩聚法的聚碳酸酯的制备方法, 式 (4) 中, R6及 R7是选自烷基、 环烷基或芳基的基团, R6及 R7可以是相同的基团也可 以是不同的基团。 权 利 要 求 书 CN 101511908 B 2 1/8 页 3 含有来自植物成分的聚碳酸酯及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及含有来自植物成分的色相良好的聚碳酸酯、 包含该聚碳酸酯的成型产 品以及该聚碳酸酯的制备方法。 背景技术 0002 聚碳酸酯树脂具有良好的透明性、 耐热性和耐冲击性, 目前广泛用于光介质领域、 电气电子OA 领域、 汽车产业机器领域、 医疗领域以及其它工业领域中。然而, 目前通 常使用的芳香族聚碳酸酯是由得自石。

7、油资源的原料制得。因此, 在石油资源的枯竭或伴随 焚烧处理废弃物产生的二氧化碳导致的地球温室化令人担忧的今天, 具有与芳香族聚碳酸 酯相同的物性, 且环境负荷更小的材料的上市受到期待。 0003 在这种情况下, 作为脱水糖醇的双脱水己糖醇类 ( 双脱水甘露醇、 双脱水艾杜糖 醇 (isoidide) 及异山梨酯 ) 可由甘露醇、 艾杜糖醇及山梨糖醇等来自植物的原料衍生得 到, 开始被研究作为制备聚合物尤其是聚酯及聚碳酸酯的可再生资源 ( 与石油、 煤之类具 有枯竭性的天然资源不同、 如森林资源、 生物量、 风力、 小规模水力等类似自身具有再生能 力的资源 )。其中, 对使用了异山梨酯的聚合物进。

8、行着广泛的研究, 所述异山梨酯可由廉价 的淀粉作为起始原料制备、 具有作为医药品原料用途、 容易商业购得 ( 例如专利文献 1-3 等 )。 0004 进一步地, 还对将异山梨酯与用作聚酯原料的乙二醇类等作为二醇成分一起共聚 得到的碳酸酯进行了研究(例如专利文献4-5等)。 其中, 由于二醇成分仅为异山梨酯的聚 碳酸酯是刚直的结构, 因此存在熔融粘度非常高、 成型加工困难等问题。此外, 还存在双脱 水己糖醇类作为聚合物原料成本过高的问题。 即, 在可维持必要的聚合物物性的范围内, 用 廉价的二醇类进行共聚也具有降低原料成本的优点。 0005 但是, 以往研究的最大问题是与以石油为原料的常规聚合。

9、物相比, 以异山梨酯等 脱水糖醇作为原料的聚合物色相较差, 这成为其商品化及用途拓展的障碍。 0006 【专利文献 1】 英国专利第 1079686 号说明书 0007 【专利文献 2】 国际公开第 1999/054119 号小册子 0008 【专利文献 3】 国际公开第 2007/013463 号小册子 0009 【专利文献 4】 国际公开第 2004/111106 号小册子 0010 【专利文献 5】 特开 2003-292603 号公报 发明内容 0011 发明要解决的问题 0012 本发明的目的是提供色相改善的含有来自植物成分的聚碳酸酯、 包含该聚碳酸酯 的成型产品以及该聚碳酸酯的制备。

10、方法。 0013 解决问题的方法 0014 本发明人等为了解决上述目的, 进行了锐意研究, 结果发现通过降低聚合物原料 说 明 书 CN 101511908 B 3 2/8 页 4 中无机杂质以及降低制品聚合物中无机杂质而获得解决从而完成了本发明。 本发明的结构 如下所示。 0015 1、 聚碳酸酯, 由下式 (1) 0016 0017 (R1-R4分别是独立地选自氢原子、 烷基、 环烷基或芳基的基团, R5是碳原子数 2-12 的脂肪族基团, 其中 n 是 0.6 n 0.9) 0018 表示, 其中聚合物中无机杂质的含量根据ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置 测得的分析值是 10ppm。

11、 以下, Col-b 值为 5 以下。 0019 2、 上述 1 所述的聚碳酸酯, 其中无机杂质选自 Na、 Ca 及 Fe 的一种或一种以上。 0020 3、 成型产品, 其包含上述 1 或 2 所述的聚碳酸酯。 0021 4、 上述1或2所述的聚碳酸酯的制备方法, 其是使用无机杂质总含量根据 ICP(感 应耦合等离子体)发光分析装置测得的分析值是2ppm以下、 气相色谱法测得的纯度分析值 在 99.7以上的用下式 (2) 表示的二醇与 0022 0023 (R1-R4分别是独立地选自氢原子、 烷基、 环烷基或芳基的基团 )、 0024 无机杂质总含量根据 ICP( 感应耦合等离子体 ) 发。

12、光分析装置测得的分析值是 2ppm 以下、 气相色谱法测得的纯度分析值在 99.7以上的用下式 (3) 表示的二醇 0025 HO-R5-OH (3) 0026 (R5是碳原子数 2-12 的脂肪族基团 ) 作为二醇成分, 0027 以无机杂质总含量根据 ICP( 感应耦合等离子体 ) 发光分析装置测得的分析值是 2ppm 以下、 气相色谱法测得的纯度分析值在 99.7以上的用下式 (4) 0028 说 明 书 CN 101511908 B 4 3/8 页 5 0029 (R6及 R7是独立地选自烷基、 环烷基或芳基的基团, R6及 R7可以是相同的基团也 可以是不同的基团 ) 表示的碳酸二酯。

13、为原料, 基于熔融缩聚法的聚碳酸酯的制备方法。 0030 发明的效果 0031 依据本发明, 可提供改善了色相的含有来自植物成分的聚碳酸酯、 包含该聚碳酸 酯的成型产品以及该聚碳酸酯的制备方法。 0032 本发明的聚碳酸酯包含来自作为可再生资源的植物成分, 对环境负荷小, 且色相 非常好, 因此极为适用于多种用途。 具体实施方式 0033 以下详细说明本发明。需要说明的是, 假如没有特别说明, ppm 或表示的数值均 以重量为基准。 0034 本发明的聚碳酸酯如上述式 (1) 所示, 聚合物中无机杂质含量, 特别是 Na、 Ca、 Fe 的总量根据ICP(感应耦合等离子体)发光分析装置得到的分。

14、析值是10ppm以下, 优选7ppm 以下, 更优选 3ppm 以下。无机杂质含量超出该范 围则着色变得显著, 且存在熔融稳定性及 耐水解性变差等问题, 因此不优选。需要说明的是, Na、 Ca、 Fe 由于容易受到生产设备等材 料或外界气体等的污染, 在上述式 (2) 的二醇的市售品的含量也较高等的原因, 所以占到 了聚合物中无机杂质的大部分。 为了让聚合物中的无机杂质在上述范围内, 存在下述方法 : 使用无机杂质量少的原料 ; 抑制催化剂的用量 ; 使用由成分难以溶出的材料制成的装置来 进行制造等。 聚合物中的无机杂质含量越少越优选, 但如果使其成为0ppm, 则存在伴随防止 污染等的显著。

15、地提高生产成本和降低生产效率的危险。 维持生产性可实现的聚合物中的无 机杂质量的下限是 3ppm 左右。 0035 本发明中无机杂质的量是用 ICP( 感应耦合等离子体 ) 发光分析装置分析得到的 值。ICP 发光分析装置是高频率感应耦合等离子体为激发光源的发光分光分析, 将雾化的 试样溶液导入高温氩等离子体, 用光栅分光发光光谱线, 由光谱线的波长和强度可进行元 素的定性、 定量分析, 特别适用于多元素同时分析。 其分析对象是除了氢、 稀有气体、 氮、 氧、 氟、 氯、 溴、 没有稳定同位素的放射性同位素等的剩下的元素, 最多据说可达 72 种。因此, 在 本发明中, 无机杂质量指的是构成聚。

16、碳酸酯的元素之外的, 即碳、 氢及氧之外的元素用 ICP 发光分析定量的值。 0036 本发明的聚碳酸酯是 Col-b 值为 5 以下, 优选为 3 以下的聚碳酸酯。 0037 本发明的聚碳酸酯的还原粘度优选为 0.5-1.0dL/g, 更优选 0.6-0.8dL/g。若还原 粘度低于0.5dL/g, 则由本发明的聚碳酸酯得到的成型产品难以具有充分的机械强度。 另外 若还原粘度高于 1.0dL/g, 则熔融流动性变得过高, 具有成型所需流动性的熔融温度变得高 于分解温度, 因此不优选。 0038 在本发明中, 上述式 (1) 中的 n 是 0.6 n 0.9。n 如果小于 0.6, 则所得树脂。

17、的 玻璃化转变温度及耐热性降低, 因此不优选。此外, 若变为大于 0.9, 则熔融流动性提高, 有 时难以确保成型所需的流动性。 0039 本发明的聚碳酸酯可广泛用于以光介质用途、 电气电子OA 用途、 汽车产业 机器用途、 医疗保安用途、 片材膜包装用途、 杂货用途为首的各种用途。具体来说, 光 介质用途可举出 DVD、 CD-ROM、 CD R、 小型磁盘 ; 电气电子OA 用途可举出移动电话、 电脑 说 明 书 CN 101511908 B 5 4/8 页 6 外壳、 电池组容器、 液晶用部件、 连接器 ; 汽车产业机器用途可举出头灯、 内部透镜 (inner lens)、 门拉手、 保。

18、险杠、 挡泥板、 顶部纵梁、 仪表盘、 火箭发动机组 (cluster)、 控制台盒、 照 相机、 电动工具 ; 医疗 保安用途可举出铭板、 车棚、 液晶用扩散 反射膜、 饮用水箱 ; 杂货可 举出弹球盘部件、 灭火器柜等。 0040 在本发明中, 使聚碳酸酯成型得到具有如上所述用途的成型产品的方法可使用注 射成型、 压缩成型、 注射压缩成型、 挤压成型、 吹塑成型等。 膜或片材的制造方法例如可举出 溶剂浇铸法、 熔融挤压法、 轧光法等。 0041 本发明中使用的来自植物的二醇成分表示为上述式 (2), 具体地为双脱水己糖醇 类。双脱水己糖醇类可举出 1, 4 : 3, 6- 双脱水 -D- 。

19、甘露醇 ( 在本说明书中, 以下有时简称为 双脱水甘露醇)、 1, 4 : 3, 6-双脱水-L-艾杜醇(在本说明书中, 以下有时简称为双脱水艾杜 糖醇 ) 以及 1, 4 : 3, 6- 双脱水 -D- 山梨醇 ( 在本说明书中, 以下有时简称为异山梨酯 ) 等 ( 分别是下式 (5)、 (6)、 (7)。这些双脱水己糖醇类是可从自然界的生物量得到的物质, 是 被称为可再生资源的 1 种。异山梨酯可在得自淀粉的 D- 葡萄糖氢化后, 通过受到脱水而获 得。就其他双脱水己糖醇类来说, 除了起始材料之外可通过相同的反应获得。由于异山梨 酯可由淀粉等简单地制作, 可容易地获得丰富的二醇资源, 故即。

20、便与双脱水甘露醇及双脱 水艾杜糖醇相比, 也在制造的容易程度上优异。 0042 0043 共聚的二醇成分由上述式 (3) 表示 ( 以下, 有时将式 (3) 的二醇简称为二醇类 ), 可举出乙二醇、 丙二醇、 1, 3- 丙二醇、 1, 4- 丁二醇、 1, 5- 戊二醇、 1, 6- 己二醇、 1, 7- 庚二醇、 1, 8- 辛二醇、 1, 9- 壬二醇、 1, 10- 癸二醇、 1, 12- 十二烷二醇、 1, 4- 环己二醇、 1, 4- 环己烷二 甲醇、 新戊二醇等。 其中, 从聚合物的合成中聚合性高或聚合物的物性中显示较高玻璃化转 变点的方面考虑, 优选 1, 3- 丙二醇 ( 以。

21、下, 有时简称为 1, 3-PDO)、 1, 4- 丁二醇 ( 以下, 有时 简 称为1, 4-BDO)、 1, 6-己二醇(以下, 有时简称为1, 6-HDO), 进一步地, 从可由植物原料获 得, 且通过共聚获得的熔融流动性的提高效果大的方面考虑, 优选 1, 3- 丙二醇。此外, 也可 组合至少 2 种以上这些式 (3) 的二醇成分。 0044 本发明中所用二醇的精制方法没有特别的限制。优选单蒸馏、 精馏或重结晶中任 一种, 也可将这些方法组合进行精制。 然而, 由于该二醇的市售品中含有稳定剂或储存时产 生的劣化物, 它们对该聚合物的品质可能造成不良影响。这在式 (2) 的来自植物的二醇。

22、中 说 明 书 CN 101511908 B 6 5/8 页 7 尤为显著。在使用该二醇获得聚合物时, 优选进行再次精制后, 立即用于聚合反应。必须在 精制后短暂保管再使用时, 优选在干燥、 40以下低温、 遮光及惰性氛围下保管再使用。 0045 本发明使用的式 (2)、 式 (3) 的二醇成分据气相色谱法检出的有机杂质含量在总 量的0.3以下, 优选0.1以下, 更优选0.05以下。 此外, 根据ICP发光分析法检出的无 机杂质的量, 尤其是 Na、 Fe、 Ca 的总含量在 2ppm 以下, 优选 1ppm 以下。 0046 本发明使用的碳酸二酯由下述式 (4) 表示, 可举出例如碳酸二苯。

23、酯、 碳酸二甲苯 酯、 碳酸二 ( 甲苄基 ) 酯、 双 ( 乙基苯基 ) 碳酸酯、 双 ( 甲氧基苯基 ) 碳酸酯、 双 ( 乙氧基苯 基 ) 碳酸酯、 碳酸二萘酯、 双 ( 联苯基 ) 碳酸酯等芳香族类碳酸二酯或碳酸二甲酯、 碳酸二 乙酯、 碳酸二丁酯等脂肪族类碳酸二酯。 这些化合物中, 从反应性、 成本方面考虑, 优选使用 芳香族类碳酸二酯, 更优选使用碳酸二苯酯。 0047 本发明使用的碳酸二酯的精制方法没有特别限制, 优选用单蒸馏、 精馏或重结晶 中任意一种, 或者也可将这些方法组合进行精制。 0048 本发明使用的碳酸二酯中根据气相色谱法检出的有机杂质的含量在总量的 0.3 以下,。

24、 优选 0.1以下, 更优选 0.05以下。此外, 根据 ICP 发光分析法检出的无机杂质的 量, 尤其是 Na、 Fe、 Ca 的总含量在 2ppm 以下, 优选 1ppm 以下。 0049 聚碳酸酯的公知制备方法可举出 : 主要是二羟基化合物的碱水溶液与光气在有机 溶剂的存在下进行反应的光气法、 或二羟基化合物与碳酸二酯在酯交换催化剂存在下, 在 高温高真空下进行熔融缩聚反应的熔融缩聚法。 其中熔融缩聚法虽然是需要酯交换催化剂 和高温高度真空的工艺, 但与光气法相比较为经济, 特别是具有可得到基本不含氯原子的 聚碳酸酯树脂的优点。在本发明中也优选通过熔融缩聚法制备上述聚碳酸酯。 0050 。

25、特别地, 在本发明的制造方法中, 优选由上述式 (2) 及 (3) 表示的二醇、 及上述式 (4) 表示的碳酸二酯通过熔融缩聚法制备上述式 (1) 的聚碳酸酯。 0051 在得到本发明的聚碳酸酯的熔融缩聚中, 相对于 1mol 二醇成分, 优选以 0.90 1.30mol 量使用碳酸二酯, 更优选以 0.99 1.05mol 的量使用。 0052 本发明所述的制备方法中优选使用催化剂。 可用的催化剂可举出碱金属的醇盐类 或酚盐类、 碱土金属的醇盐类或酚盐类、 含氮碱性化合物类、 季铵盐类、 碱金属或碱土金属 的有机酸盐类、 硼化合物类、 铝化合物类、 锌化合物类、 硼化合物类、 硅化合物类、 。

26、钛化合物 类、 有机锡化合物类、 铅化合物类、 锇化合物类、 锑化合物类、 锆化合物类、 锰化合物等对酯 交换反应或酯化反应具有催化能力的化合物, 从反应性、 对成型产品品质的影响、 成本以及 卫生性方面考虑, 优选 (i) 含氮碱性化合物、 (ii) 碱金属化合物及 (iii) 碱土金属化合物。 它们可单独使用也可二种以上合用, 特别优选以 (i) 和 (ii)、 (i) 和 (iii)、 (i) 和 (ii) 和 (iii) 的组合来并用。 0053 对(i)而言优选的是四甲基氢氧化铵、 对(ii)而言优选的是钠盐类, 其中, 特别优 选使用 2, 2- 双 (4- 羟苯基 ) 丙烷二钠盐。

27、。 0054 上述 (i) 的氮碱性化合物, 碱性氮原子相对于 1 摩尔二醇化合物, 优选按 110-5 110-3摩尔的比例使用, 更优选按 210-5 810-4摩尔的比例。 0055 对于上述催化剂(ii)碱金属化合物及(iii)碱土金属化合物, 优选碱金属元素及 碱土金属元素的总添加量是相对于原料的二醇化合物每 1mol, 优选在 0 110-5mol 的范 围内, 更优选在 0 510-6摩尔的范围内。 说 明 书 CN 101511908 B 7 6/8 页 8 0056 在本发明的制备方法中, 优选在聚合催化剂的存在下, 常压加热作为原料的二醇 及碳酸二酯, 使之预反应后, 在减。

28、压下在 280以下的温度边加热边搅拌, 使生成的酚类或 醇类镏出。反应系统中氮等原料优选保存在相对于反应混合物的惰性气体气氛中。氮以外 的惰性气体可举出氩等。 0057 反应初期优选在常压下加热使之反应。这是为了防止使之进行寡聚物化反应, 反 应后期减压蒸馏除去酚类或醇类时, 馏出未反应的单体, 造成摩尔平衡受到破坏, 聚合度降 低。本发明所述的制备方法中, 可通过将酚类或醇类从适当系统 ( 反应器 ) 除去以推进反 应的进行。因此, 进行减压为有效的, 故而优选。 0058 在本发明的制备方法中, 为了抑制二醇的分解、 得到着色少的高粘度树脂, 优选尽 可能低温的条件, 但为了使聚合反应得以。

29、适当的进行, 聚合温度优选 180以上 280以下 的范围, 更优选最高聚合温度在 230-260的范围。 0059 实施例 0060 以下根据实施例详细地说明本发明, 但本发明并不受到实施例的任何限定。 0061 本实施例中使用的异山梨酯为社制或三光株式会社制 ; 碳酸二苯酯为帝 人化成制 ; 使用了和光纯药制的 1, 3- 丙二醇、 1, 4- 丁二醇、 1, 6- 己二醇、 苯酚、 四氯乙烷。 0062 (1) 异山梨酯、 碳酸二苯酯及聚合物中的无机杂质量用 ICP 发光分析装置 VISTAMP-X(multi 型 )( 社制 ) 进行定量。 0063 (2)异山梨酯及碳酸二苯酯的纯度用。

30、气相色谱(岛津制作所制GC-14B)进行测定。 测定条件为柱温220、 注入温度280、 检测温度280、 载气 : (He : 120kPa(1.63ml/min)、 分流 : 30.9ml/min、 吹扫 30ml/mm)、 气体组成 (N2: 40ml/min、 H2 空气 : 7070kPa)。准备 样品溶液 (5丙酮溶液 ), 注入 1l 进行测定。 0064 (3) 将聚碳酸酯 120mg 溶解在 10ml 苯酚 / 四氯乙烷 ( 体积比 50/50) 的混合溶剂 中得到的溶液用乌氏粘度计测定其 35的粘度, 即为聚合物的还原粘度。 0065 (4) 对于聚合物的色相, 根据 JI。

31、S Z 8722, 用紫外 - 可见光记录式分光光度计 ( 岛 津制作所制 ) 测定其 Col-b 值。所述测定为将聚合物 0.935g 溶解在二氯甲烷 4ml 中, 在波 长 780-380nm、 照明 : C、 视野 : 2的条件测定 Col-b 值。 0066 实施例 1 0067 将施行了 1 次单蒸馏的异山梨酯 ( 社制 )(23.38g、 0.16mol)、 1, 3- 丙 二醇 (3.043g、 0.04mol) 及碳酸二苯酯 (42.84g、 0.2mol) 加入三口烧瓶中, 用 2, 2- 双 (4- 羟 苯 基 ) 丙 烷 二 钠 盐 (2.723g、 1.010-8mol。

32、) 及 四 甲 基 氢 氧 化 铵 (0.3646mg、 4.010-6mol) 作为聚合催化剂, 在氮气氛围下 180时熔融。在搅拌下, 将反应槽内减 压至 100mmHg(13.33kPa), 在镏去生成的苯酚的同时反应约 20 分钟。随后升温至 200 后, 在镏去苯酚的同时减压至 30mmHg(4.00kPa), 进一步升温到 215。接着, 逐渐减压, 20mmHg(2.67kPa) 时继续反应 10 分钟, 10mmHg(1.33kPa) 继续反应 10 分钟, 升温至 230 后, 进 一步减压升温至最终的 250、 0.5mmHg(0.067kPa) 的条件下进行反应。以该时刻。

33、为 时间 0 分, 10 分钟后取样, 测定还原粘度、 无机杂质含量及 Col-b 值。进一步用注射成型机 ( 日精树脂工业株式会社制 PS 型注射成型机、 PS20) 在汽缸温度 250、 金属铸模温度 80 时成型为厚 3mm 宽 12.5mm 长 63mm 的试验片, 目视确认外观。结果示于表 1。 0068 实施例 2 说 明 书 CN 101511908 B 8 7/8 页 9 0069 除了用相同摩尔数的 1, 4- 丁二醇取代 1, 3- 丙二醇之外, 与实施例 1 相同地进行 操作。结果示于表 1。 0070 实施例 3 0071 除了用相同 mol 数的 1, 6- 己二醇取代 1, 3- 丙二醇之外, 与实施例 1 相同地进行 操作。结果示于表 1。 0072 比较例 1 0073 除了不进行异山梨酯的蒸馏精制外, 与实施例1相同地进行操作。 结果示于表1。 0074 比较例 2 0075 除了不蒸馏异山梨酯 ( 三光化学社制 ) 而直接使用之外, 与实施例 1 相同地进行 操作。结果示于表 1。 0076 说 明 书 CN 101511908 B 9 8/8 页 10 说 明 书 CN 101511908 B 10 。

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