JP2009518555A - ポリ（トリメチレンテレフタレート）／ポリ（α−ヒドロキシ酸）二成分フィラメント - Google Patents

ポリ（トリメチレンテレフタレート）／ポリ（α−ヒドロキシ酸）二成分フィラメント Download PDF

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Abstract

本発明は、ポリ（トリメチレンテレフタレート）／ポリ（α−ヒドロキシ酸）二成分フィラメント、それを製造する方法およびその最終用途に関する。

Description

本発明はポリ（トリメチレンテレフタレート）／ポリ（α−ヒドロキシ酸）二成分フィラメント、それを製造する方法およびその最終用途に関する。
ポリ（トリメチレンテレフタレート）（「ＰＴＴ」）および繊維を含む多くの用途におけるその使用が文献において記載されている。ＰＴＴは、テレフタル酸またはそのエステルおよびトリメチレングリコール（１，３−プロパンジオールとしても知られている）（「ＰＤＯ」）から誘導されたポリエステルである。ＰＤＯは、トウモロコシなどの種々の糖源からを含む種々の化学経路または生化学経路によって調製してもよく、従って、再生可能な資源から調製することが可能である。改善された強度および（より高い弾性率によって実証される）剛性を有する新規ＰＴＴフィラメントが望まれている。
更に、テレフタル酸およびそのエステルが現在石油ベースから調製されているので、製品の総合的な特性を損なわずにＰＴＴ組成物のグリーン（再生可能な資源ベース）を増やすことが望ましい。
特開２００３−０４１４３５号公報には、ＰＴＴと、ポリ乳酸から本質的になる１〜１０重量％のポリエステルとの混合物が記載されている。この混合物は、捲縮中空ステープルファイバを製造するために用いられる。ポリ（乳酸）も、乳酸発酵によって次に炭水化物から調製される乳酸（２−ヒドロキシプロピオン酸）およびその分子間エステルから調製されるので再生可能な資源から調製することが可能である。特開２００３−０４１４３５号公報は、より安定な捲縮を提供するためにポリ乳酸の使用に焦点を当てている。
本発明は、連続二成分フィラメントであって、ポリ（トリメチレンテレフタレート）とフィラメントの約０．５〜約１８重量％のポリ（アルファ−ヒドロキシ酸）とを含む連続二成分フィラメントに関する。
好ましくは、連続二成分フィラメントは、組成物の約５〜約１５重量％のポリ（α−ヒドロキシ酸）を含む。より好ましくは、連続二成分フィラメントは、組成物の約８〜約１２重量％のポリ（α−ヒドロキシ酸）を含む。
好ましくは、連続二成分フィラメントは、組成物の約８２〜約９５．５重量％のポリ（トリメチレンテレフタレート）を含む。より好ましくは、連続二成分フィラメントは、組成物の約８５〜約９５重量％のポリ（トリメチレンテレフタレート）を含む。最も好ましくは、連続二成分フィラメントは、組成物の約８８〜約９２重量％のポリ（トリメチレンテレフタレート）を含む。
好ましくは、ポリ（トリメチレンテレフタレート）は、再生可能な生物学的源を用いる発酵法によって調製された１，３−プロパンジオールにより製造される。
好ましくは、ポリ（α−ヒドロキシ酸）はポリ乳酸であり、より好ましくは生物由来ポリ乳酸である。
好ましくは、連続二成分フィラメントは約０．５〜約３５ｄｐｆである。もう１つの好ましい実施形態において、請求項１に記載の連続二成分フィラメントは約１０〜約２０００ｄｐｆのモノフィラメントである。
本発明は、連続二成分フィラメントを製造する方法であって、（ａ）ポリ（トリメチレンテレフタレート）と溶融組成物の約０．５〜約１８重量％のポリ（α−ヒドロキシ酸）とを含む溶融組成物を提供する工程と、（ｂ）組成物から連続二成分フィラメントを形成する工程とを含む方法にも関する。
本明細書で挙げられたすべての刊行物、特許出願、特許および他の参考文献は、それらの全体において本明細書に引用して援用する。別段に定義されない限り、本明細書において用いられるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。係争の場合、定義を含む本明細書が支配する。
明示的に付記される場合を除き、商標は大文字で示される。
本明細書における材料、方法および実施例は例示のみであり、特定的に記載されている場合を除き、限定であることを意図していない。本明細書において記載された方法および材料に似ているか、または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において用いることが可能であるけれども、適する方法および材料は本明細書において記載されている。
別段に指定がない限り、すべての百分率、部および比などは重量による。
量、濃度あるいは他の値またはパラメータが、範囲、好ましい範囲または好ましい上方値および好ましい下方値の一覧表のいずれかとして与えられるとき、これは、範囲が別個に開示されるか否かに関係なく、あらゆる上方範囲限界または好ましい値とあらゆる下方範囲限界または好ましい値のあらゆる対から形成されたすべての範囲を特定的に開示していると理解されるべきである。数値の範囲を本明細書で挙げる場合、別段に指定がない限り、その範囲は、その終点およびその範囲内のすべての整数および端数を含むことを意図している。範囲を定めるときに挙げられた特定の値に本発明の範囲を限定することを意図していない。
範囲の内の値または終点を記載する際に「約」という用語を用いるとき、その開示は、言及された特定の値または終点を含むと理解されるべきである。
本明細書で用いるとき、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｈａｓ」、「ｈａｖｉｎｇ」という用語またはそれらのあらゆる変形は、非排他的なｉｎｃｌｕｓｉｏｎを包含することを意図している。例えば、エレメントの一覧表を含むプロセス、方法、物品または装置はそれらのエレメントのみに必ずしも限定されずに、こうしたプロセス、方法、物品または装置に明示的に記載されていない他のエレメントも固有でない他のエレメントも含んでもよい。更に、そうでないと明示的に指定されない限り、「または（ｏｒ）」は、非排他的な「または（ｏｒ）」を意味し、排他的な「または（ｏｒ）」を意味しない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか１つによって満足される。Ａが真（または存在する）およびＢが偽（または存在しない）、Ａが偽（または存在しない）およびＢが真（または存在する）およびＡとＢの両方が真（または存在する）。
「ａ」または「ａｎ」の使用は、本発明のエレメントおよび成分を記載するために用いられる。これは、便宜上のみおよび本発明の一般的感覚を与えるためにのみ行われる。この記載は、１つまたは少なくとも１つを含むように読むべきであり、単数が別段に意図されていることが明らかでない限り、単数は複数も含む。
本発明は、ポリ（トリメチレンテレフタレート）とα−ヒドロキシ酸のポリマーとを含むポリマー組成物、溶融ブレンドされたポリエステル混合物および連続二成分フィラメントに関する。α−ヒドロキシ酸または複数の酸のポリマーの量は少なくとも約０．５％、より好ましくは少なくとも約１％、より好ましくは少なくとも約２％、より好ましくは少なくとも約５％、最も好ましくは少なくとも約８％である。α−ヒドロキシ酸のポリマーの量は約１８％まで、好ましくは約１５％まで、最も好ましくは約１２％までである。ポリ（トリメチレンテレフタレート）は、好ましくは約９９．５％まで、より好ましくは約９９％まで、なおより好ましくは約９８％まで、最も好ましくは９５％まで、最も好ましくは９２％までの量で用いられる。それは、好ましくは少なくとも約８２％、より好ましくは少なくとも約８５％、最も好ましくは少なくとも約８８％の量で用いられる。前述した数値は重量％であり、それぞれポリマー組成物、溶融ブレンドされたポリエステル混合物および連続二成分フィラメントの全重量を基準にしている。便宜上、本発明のポリマー組成物は、ときには「ＰＴＴ／ＰＡＨＡポリマー」と呼ばれる。
ポリ（トリメチレンテレフタレート）すなわちＰＴＴは、少なくとも７０モル％のトリメチレンテレフタレート反復単位を含むホモポリマーおよびコポリマーを包含する積もりである。好ましいポリ（トリメチレンテレフタレート）は、少なくとも８５モル％、より好ましくは少なくとも９０モル％、なおより好ましくは少なくとも９５モル％または少なくとも９８モル％、最も好ましくは約１００モル％のトリメチレンテレフタレート反復単位を含む。
ポリ（トリメチレンテレフタレート）は、一般に、任意の僅少量の他のモノマーと合わせて１，３−プロパンジオールとテレフタル酸／ジエステルの酸触媒重縮合によって製造される。
ＰＴＴがコポリマーであるとき、ＰＴＴは、他の単位を含む反復単位３０モル％まで、好ましくは１５モル％まで、より好ましくは１０モル％まで、なおより好ましくは５モル％まで、最も好ましくは２モル％までを含むことが可能である。これらの反復単位は、好ましくは、４〜１２個の炭素原子を有するジカルボン酸（例えば、ブタン二酸、ペンタン二酸、ヘキサン二酸、ドデカン二酸および１，４−シクロ−ヘキサンジカルボン酸）、テレフタル酸以外で８〜１２個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸（例えば、イソフタル酸および２，６−ナフタレンジカルボン酸）、および１，３−プロパンジオール以外の２〜８個の炭素原子を有する直鎖、環式および分岐の脂肪族ジオール（例えば、エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオールおよび１，４−シクロヘキサンジオール）を含む。
ポリ（トリメチレンテレフタレート）は、僅少量の他のコモノマーを含むことが可能であり、こうしたコモノマーは、通常、特性に大幅に悪影響を及ぼさないように選択される。こうした他のコモノマーは、例えば、約０．２〜５モル％の範囲内のレベルで５−ナトリウム−スルホイソフタレートを含む。非常に少量の三官能性コモノマー、例えば、トリメリット酸を粘度制御のために導入することが可能である。
特定の好ましいポリ（トリメチレンテレフタレート）は、ポリマーを製造するために用いられる１，３−プロパンジオールが再生可能な生物学的源を用いる発酵法によって調製された１，３−プロパンジオールを含む（好ましくは実質的に含む）ものである。再生可能源からの出発材料の例示的な例として、トウモロコシ原料などの生物学的な且つ再生可能な資源から製造された原料を用いる１，３−プロパンジオール（ＰＤＯ）への生化学経路が記載されている。例えば、グリセロールを１，３−プロパンジオールに転化させることができる菌株が種クレブシエラ、シトロバクター、クロストリジウムおよびラクトバシラスの中に見出されている。この技術は、米国特許第５，６３３，３６２号明細書、米国特許第５，６８６，２７６号明細書および米国特許第５，８２１，０９２号明細書を含む幾つかの刊行物に開示されている。米国特許第５，８２１，０９２号明細書には、特に、組換え生物を用いるグリセロールからの１，３−プロパンジオールの生物学的製造のためのプロセスが開示されている。このプロセスは、１，２−プロパンジオールのための特異性を有する、異種ｐｄｕジオールデヒドラターゼ遺伝子で変換された大腸菌を導入している。変換された大腸菌は炭素源としてグリセロールの存在下で増殖され、１，３−プロパンジオールは増殖培地から単離される。細菌と酵母の両方がグルコース（例えばトウモロコシ糖）または他の炭水化物をグリセロールに転化させることができるので、これらの刊行物中で開示されたプロセスは、１，３−プロパンジオールモノマーの迅速で安価且つ環境責任遂行源を提供する。
上で記載され言及されたプロセスによって製造されるような生物由来１，３−プロパンジオールは、１，３−プロパンジオールの製造のための原料を構成する、植物によって導入された大気二酸化炭素からの炭素を含有する。こうして、本発明の背景において用いるために好ましい生物由来１，３−プロパンジオールは再生可能な炭素のみを含有し、化石燃料系炭素も石油系炭素も含有しない。従って、生物由来１，３−プロパンジオールを用いる再生可能な炭素に基づくポリ（トリメチレンテレフタレート）は環境により小さい影響を及ぼす。組成物中で用いられる１，３−プロパンジオールが減少する化石燃料を枯渇させず、分解すると、もう一度植物が用いるために炭素を大気に放出して戻すからである。
好ましくは、反応物または反応物の成分として用いられる１，３−プロパンジオールは、ガスクロマトグラフ分析によって決定するときに約９９重量％を上回る、より好ましくは約９９．９重量％を上回る純度を有する。米国特許第７，０３８，０９２号明細書、米国特許出願公開第２００４−０２６０１２５Ａ１号明細書、米国特許出願公開第２００４−０２２５１６１Ａ１号明細書および米国特許出願公開第２００５−００６９９９７Ａ１号明細書で開示されたような精製された１，３−プロパンジオールは特に好ましい。
精製された１，３−プロパンジオールは、好ましくは以下の特性を有する。
（１）２２０ｎｍで約０．２００未満、２５０ｎｍで約０．０７５未満、２７５ｎｍで約０．０７５未満の紫外線吸収、および／または
（２）約０．１５未満のＬ*ａ*ｂ*「ｂ*」色度（ＡＳＴＭ Ｄ６２９０）および２７０ｎｍで約０．０７５未満の吸収を有する組成、および／または
（３）約１０ｐｐｍ未満の過酸化物組成、および／または
（４）ガスクロマトグラフィによって測定するときに約４００ｐｐｍ未満、より好ましくは約３００ｐｐｍ未満、なおより好ましくは約１５０ｐｐｍ未満の全有機不純物（１，３−プロパンジオール以外の有機化合物）の濃度。
本発明のポリ（トリメチレンテレフタレート）の固有粘度は、少なくとも約０．５ｄＬ／ｇ、好ましくは少なくとも約０．７ｄＬ／ｇ、より好ましくは少なくとも約０．８ｄＬ／ｇ、より好ましくは少なくとも約０．９ｄＬ／ｇ、最も好ましくは少なくとも１ｄＬ／ｇである。本発明のポリエステル組成物の固有粘度は、好ましくは約２ｄＬ／ｇまで、より好ましくは約１．５ｄＬ／ｇまで、最も好ましくは１．２ｄＬ／ｇまでである。
ポリ（トリメチレンテレフタレート）およびポリ（トリメチレンテレフタレート）を製造するために好ましい製造技術は、米国特許第５，０１５，７８９号明細書、米国特許第５，２７６，２０１号明細書、米国特許第５，２８４，９７９号明細書、米国特許第５，３３４，７７８号明細書、米国特許第５，３６４，９８４号明細書、米国特許第５，３６４，９８７号明細書、米国特許第５，３９１，２６３号明細書、米国特許第５，４３４，２３９号明細書、米国特許第５，５１０，４５４号明細書、米国特許第５，５０４，１２２号明細書、米国特許第５，５３２，３３３号明細書、米国特許第５，５３２，４０４号明細書、米国特許第５，５４０，８６８号明細書、米国特許第５，６３３，０１８号明細書、米国特許第５，６３３，３６２号明細書、米国特許第５，６７７，４１５号明細書、米国特許第５，６８６，２７６号明細書、米国特許第５，７１０，３１５号明細書、米国特許第５，７１４，２６２号明細書、米国特許第５，７３０，９１３号明細書、米国特許第５，７６３，１０４号明細書、米国特許第５，７７４，０７４号明細書、米国特許第５，７８６，４４３号明細書、米国特許第５，８１１，４９６号明細書、米国特許第５，８２１，０９２号明細書、米国特許第５，８３０，９８２号明細書、米国特許第５，８４０，９５７号明細書、米国特許第５，８５６，４２３号明細書、米国特許第５，９６２，７４５号明細書、米国特許第５，９９０，２６５号明細書、米国特許第６，２３２，５１１号明細書、米国特許第６，２３５，９４８号明細書、米国特許第６，２４５，８４４号明細書、米国特許第６，２５５，４４２号明細書、米国特許第６，２７７，２８９号明細書、米国特許第６，２８１，３２５号明細書、米国特許第６，２９７，４０８号明細書、米国特許第６，３１２，８０５号明細書、米国特許第６，３２５，９４５号明細書、米国特許第６，３３１，２６４号明細書、米国特許第６，３３５，４２１号明細書、米国特許第６，３５０，８９５号明細書、米国特許第６，３５３，０６２号明細書、米国特許第６，４３７，１９３号明細書、米国特許第６，５３８，０７６号明細書、米国特許第６，８４１，５０５号明細書および米国特許第６，８８７，９５３号明細書に記載されている。
本発明のポリエステルとして有用なポリ（トリメチレンテレフタレート）は、ＳＯＲＯＮＡという商標でＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）から、およびＣＯＲＴＥＲＲＡという商標でＳｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から市販されている。
本発明の実施において用いられる重合させたα−ヒドロキシ酸（「ＰＡＨＡ」）には、乳酸（その立体特異性ダイマーＬ（−）ラクチドのポリマーを含む）、グリコール酸（そのダイマーグルコリドを含む）および２−ヒドロキシ酪酸のポリマーが挙げられる。ＰＬＡとε−カプロラクトン（２−オキセパノン）および／またはγ−カプロラクトン（５−エチル−２−オキソラノン）のコポリマーなどのＰＬＡのコポリマーも「重合させたα−ヒドロキシ酸」という用語に含まれる。
本発明の実施において用いられる好ましいポリ（乳酸）（ＰＬＡ）は、Ｌ（−）ラクチドから触媒作用により調製された好ましくは１３０〜２００℃の融点を有する１００％生物由来ポリマーである。本発明の実施において用いられるＰＬＡの固有粘度は、好ましくは少なくとも約０．７ｄＬ／ｇ、より好ましくは少なくとも約０．９ｄＬ／ｇ、且つ好ましくは約２．０ｄＬ／ｇまで、より好ましくは約１．６ｄＬ／ｇまでである。
本発明の実施のために適するＰＬＡは、Ｃａｒｇｉｌｌ，Ｉｎｃ．Ｍｉｎｅｔｏｎｋａ，ＭＮから入手でき、好ましい１グレードはＰＬＡポリマー４０４０Ｄおよびその他である。
従って、ポリ（トリメチレンテレフタレート）中の生物由来１，３−プロパンジオールおよび生物由来ＰＬＡを含有する本発明の好ましいフィラメントは、石油系対照物を含む類似組成物より自然で且つ小さい環境影響を有するとして特徴付けることが可能である。
ＰＴＴ／ＰＡＨＡポリマーは、物理的ブレンドおよび溶融ブレンドを含む既知のいかなる技術によっても調製することが可能である。好ましくは、ＰＴＴおよびＰＡＨＡは溶融ブレンドされ、コンパウンディングされる。好ましくは、ＰＴＴおよびＰＡＨＡは混合され、ブレンドを形成するのに十分な温度で加熱され、冷却すると、ブレンドはペレットなどの造形物品になる。ＰＴＴおよびＰＡＨＡは多くの異なる方法でブレンドになることが可能である。例えば、ＰＴＴおよびＰＡＨＡは（ａ）同時に加熱し混合する、（ｂ）加熱の前に別個の装置内でプレミックスする、または（ｃ）加熱し、その後混合することが可能である。例として、ポリマーブレンドをトランスファーラインインジェクションによって製造することが可能である。押出機またはバンバリーミキサーなどの当該目的のために設計された従来の装置によって混合、加熱および成形を行うことが可能である。温度は各成分の融点より高いのがよいが、最低分解温度より低いのがよい。従って、温度はＰＡＴとＰＡＨＡの特定のあらゆる組成に関して調節されなければならない。温度は、本発明の特定のＰＴＴおよびＰＡＨＡに応じて、典型的には約１８０℃〜約２６０℃の範囲内、好ましくは少なくとも約２３０℃、より好ましくは約２５０℃までである。
必要な場合、ポリマー組成物は、添加剤、例えば、艶消剤、熱安定剤、粘度増加剤、光学ブライトナー、顔料および酸化防止剤を含有することが可能である。ＴｉＯ2または他の顔料をＰＴＴ、ＰＡＨＡ、ブレンドに、またはフィラメント製造において添加することが可能である。例えば、米国特許第３，６７１，３７９号明細書、米国特許第５，７９８，４３３号明細書、米国特許第５，３４０，９０９号明細書、ＥＰ−Ａ−第０６９９７００号明細書、ＥＰ−Ａ−第０８４７９６０号明細書および国際公開第００／０２６３０１号パンフレットを参照すること。
ナイロン６またはナイロン６−６などのポリアミドは、本発明の組成物の特性（例えば強度）および加工性を改善するために少ない量で、例えばＰＴＴの重量を基準にして約０．５〜約１５重量％で添加することが可能である。
組成物およびフィラメントは、米国特許第６，９２３，９２５号明細書に記載されたようにスチレンポリマーを用いて製造することが可能である。好ましくは、それらは、ポリマー組成物中のポリマーの（または連続二成分フィラメントの場合、連続二成分フィラメントの）約０．１〜約１０重量％のスチレンポリマーを含有する。スチレンポリマーはポリマー組成物に分散され、フィラメントはフィラメント全体に分散されたスチレンポリマーを含有する。好ましくは、スチレンポリマーの数平均分子量は少なくとも約５００００であり、且つ好ましくは、特許に記載されたように約３０００００までである。スチレンポリマーは、好ましくは、ポリスチレン、α−メチル−ポリスチレンおよびスチレンブタジエンコポリマーならびにそれらのブレンドからなる群から選択され、最も好ましくはポリスチレンである。
本発明のポリマー組成物を連続二成分フィラメントに容易に加工することが可能である。本発明の組成物をペレットに加工するか、または再溶融し、フィラメントに紡糸するか、あるいは紡糸プロセスに直接用いることが可能である（「ペレット」という用語は、この点で一般的に用いられ、「チップ」、「フレーク」などとときには呼ばれる形状に関係なく用いられる）。ポリマー組成物は、服飾品、フローリングおよびフィラメントを必要とする他の用途のためにフィラメントに紡糸することが可能であり、従来のポリマー製造装置およびフィラメント製造装置を用いて調製することが可能である。何処か他の場所で記載されているように、本発明のポリマー組成物はＰＴＴ自体に対する物理的特性の新規変化を提供する。
本発明のフィラメントは二成分フィラメントである。「二成分フィラメント」は、ポリマー連続相と少なくとも１つのポリマー不連続相とを含むフィラメントを意味する。二成分フィラメントは少なくとも２種のポリマーから形成され、その内の１種は連続相を形成し、他方はフィラメント全体に分散された１つ以上の不連続相である。ここで、少なくとも２種のポリマーはブレンドと同じ押出機から押し出される。ＰＴＴは連続相を形成する。ＰＡＨＡポリマーは不連続相を形成し、フィラメント全体に高度に分散されている（スチレンポリマーを用いるとき、スチレンポリマーも不連続相を形成する）。２種の異なるポリマータイプまたは各領域で異なる特性を有する２種の同じポリマーから製造されたシースコアフィラメントまたはサイドバイサイドフィラメントなどの二成分フィラメントおよび多成分フィラメントはこの定義から特に除外される。この定義は、フィラメントに分散されている他のポリマーおよび存在する添加剤ならびに原料を排除しない。
フィラメントは円形であることが可能であるか、またはオクタローバル、三角形、日輪型（ソルとしても知られている）、ホタテガイ状卵形、トリローバル、テトラチャンネル（クアトラチャンネルとしても知られている）、ホタテガイ状リボン、リボン、星形などの他の形状を有することが可能である。フィラメントは中実、中空または多中空であることが可能であり、好ましくは中実である。
本発明のフィラメントは、嵩高加工連続糸またはテクスチャード加工糸の場合のように捲縮を有することが可能であるが、本発明の利点は、部分配向糸、紡績延伸糸または多くの不織布中で用いられるものなどの他の捲縮のない糸などの捲縮のない糸において見ることが可能である。
「連続」によって、フィラメントは技術上用いられる従来の用語を用いて記載されており、この用語が長いフィラメントを記載するために用いられ、従って、フィラメントをステープルファイバまたは他の短い繊維から区別していることが容易に認められるべきである。
多様なフィラメントを本発明により製造することが可能である。織物およびカーペットなどの殆どの用途のために典型的なフィラメントは、少なくとも約０．５ｄｐｆ（デニール／フィラメント）および約３５以上のｄｐｆまでのサイズを有する。モノフィラメントはより大きく、約１０〜約２０００ｄｐｆであることが可能である。
好ましくは、連続二成分フィラメントは、約１０００〜約８０００メートル／分（ｍ／分）、より好ましくは約２８００〜約５０００ｍ／分、なおより好ましくは約２８００〜約４０００ｍ／分の速度で紡糸される。この文書の目的において、紡糸速度は、紡糸プロセス中に用いられる最高速度であり、用いられるプロセスに応じて、典型的には引取ロールまたはフィードホイールで測定される。「引取ロール」速度によって、部分配向糸に適用される延伸−テクスチャープロセスなどのフィラメントを巻き取り後に続けられる第２のプロセスであり得る別個の延伸プロセスでなく、紡績延伸糸プロセスにおけるような押出直後の引取速度に言及されていることが理解されるべきである。
以下で記載する部分配向糸、紡績延伸糸およびテクスチャード加工糸は、メリヤス生地および織布などの織物を製造するために用いられる。
ポリ（トリメチレンテレフタレート）の部分配向糸は、米国特許第６，２８７，６８８号明細書、米国特許第６，３３３，１０６号明細書および米国特許第６，６７２，０４７号明細書に記載されている。ポリ（トリメチレンテレフタレート）フィラメントを紡糸し、織編し、巻き取ることを含む部分配向糸を製造する基本工程がそれらの中に記載されている。本発明は、それらの工程および部分配向ポリエステル糸を製造するために従来から用いられている他の工程を用いて実施することが可能である。
好ましくは、紡糸の前にポリ（トリメチレンテレフタレート）とＰＬＡポリマーの両方の融点より高い温度にブレンドを加熱し、約１８０〜約２７０℃、好ましくは少なくとも約２２０℃且つ約２６０℃までの温度で紡糸口金を通してブレンドを押し出す。より高い温度は、より短い滞留時間に関して有用である。ブレンディング中および紡糸口金フィードにおけるような加熱の間に、典型的には、保持時間は５分以下であり、温度は有効なエステル交換温度より低い。これらの条件下でのエステル交換のレベルは２％未満である（現在、エステル交換を２％以下で定量化することができない）。
部分配向糸は多フィラメント糸である。糸（「束」としても知られている）は、好ましくは、少なくとも約１０、なおより好ましくは少なくとも約２５のフィラメントを含み、典型的には、約１５０まで又はそれ以上、好ましくは約１００まで、より好ましくは約８０までのフィラメントを含むことが可能である。３４、４８、６８または７２のフィラメントを含む糸が普通である。糸は、典型的には少なくとも約５、好ましくは少なくとも約２０、好ましくは少なくとも約５０、且つ約１５００まで又はそれ以上、好ましくは約２５０までの全デニールを有する。
個々のフィラメントは、好ましくは少なくとも約０．５ｄｐｆ（デニール／フィラメント）、より好ましくは少なくとも１ｄｐｆ、且つ約１０以上のｄｐｆまで、より好ましくは約７ｄｐｆまでである。典型的なフィラメントは約３〜７ｄｐｆであり、微細フィラメントは約０．５〜約２．５ｄｐｆである。
紡糸速度は、約１８００〜約８０００以上のメートル／分（「ｍ／分」）で行うことが可能であり、好ましくは少なくとも２０００ｍ／分、より好ましくは少なくとも約２５００ｍ／分、最も好ましくは少なくとも約３０００ｍ／分である。ポリ（トリメチレンテレフタレート）の部分配向糸を紡糸するためにしばしば用いられる約３２００ｍ／分の紡糸速度は好ましい。
フィラメントを典型的な３〜７ｄｐｆフィラメントに関して主として論じている。微細フィラメントに関する紡糸速度はより遅い。例えば、微細フィラメントのポリ（トリメチレンテレフタレート）多フィラメント糸は、約１８００ｍ／分〜約２５００ｍ／分以上で現在紡糸されている。
部分配向糸は通常包装上に巻き付けられ、布地を製造するために用いることが可能であるか、またはテクスチャード加工糸などの他の糸タイプに更に加工することが可能である。これらの繊維は捲縮されない。これらの繊維は布地を製造するか、または更に加工する前に缶に貯蔵することも可能であるか、あるいは包装を形成せずに他の貯蔵もなしに直接用いることが可能である。
「完全延伸糸」としても知られている紡績延伸糸も、本発明を用いて有利に製造することが可能である。ポリ（トリメチレンテレフタレート）フィラメントを紡糸し、延伸し、任意に且つ好ましくはアニールし、任意に織編し、巻き取ることを含む紡績延伸糸を製造する好ましい工程は、ポリ（エチレンテレフタレート）糸を製造するために用いられる工程に似ている。これらの繊維は捲縮されない。
これらの糸も多フィラメント糸である。糸（「束」としても知られている）は、好ましくは、少なくとも約１０、なおより好ましくは少なくとも２５のフィラメントを含み、典型的には、約１５０まで又はそれ以上、好ましくは約１００まで、より好ましくは約８０までのフィラメントを含むことが可能である。３４、４８、６８または７２のフィラメントを含む糸が普通である。糸は、典型的には少なくとも約５、好ましくは少なくとも約２０、好ましくは少なくとも約５０、且つ約１５００まで又はそれ以上、好ましくは約２５０までの全デニールを有する。
個々のフィラメントは、好ましくは少なくとも約０．１ｄｐｆ、より好ましくは少なくとも約０．５ｄｐｆ、より好ましくは少なくとも約０．８ｄｐｆ、且つ約１０以上のｄｐｆまで、より好ましくは約５ｄｐｆまで、最も好ましくは約３ｄｐｆまでである。
延伸比は、少なくとも１．０１、好ましくは少なくとも約１．２、より好ましくは少なくとも約１．３である。延伸比は、好ましくは約５まで、より好ましくは約３まで、最も好ましくは約２．５までである。
（延伸工程の終わりにロールで測定される）延伸速度は、約２０００以上のメートル／分で行うことが可能であり、好ましくは少なくとも約３０００ｍ／分、より好ましくは少なくとも約３２００ｍ／分、且つ好ましくは約８０００ｍ／分まで、より好ましくは約７０００ｍ／分までである。
紡績延伸糸は通常包装上に巻き付けられ、布地を製造するために用いることが可能であるか、またはテクスチャード加工糸などの他の糸タイプに更に加工することが可能である。
テクスチャード加工糸は、部分配向糸または紡績延伸糸から製造することが可能である。主な違いは、部分配向糸が通常は延伸を必要とするのに対して、紡績延伸糸は既に延伸されていることである。
米国特許第６，２８７，６８８号明細書、米国特許第６，３３３，１０６号明細書および米国特許第６，６７２，０４７号明細書には、部分配向糸からテクスチャード加工糸を製造する基本工程が記載されている。本発明は、それらの工程および部分配向ポリエステル糸を製造するために従来から用いられている他の工程を用いて実施することが可能である。基本工程は、包装から糸を巻き出す工程、延伸する工程、撚り工程、熱固定工程、解撚工程、および包装上に巻き付ける工程を含む。テクスチャー加工は、フォールス撚りテクスチャー加工として一般に知られているプロセスによる撚り、熱固定および解撚によって捲縮を付与する。フォールス撚りテクスチャー加工は、過剰の糸破損およびフィラメント破損を避けるために注意深く制御される。
米国特許第６，２８７，６８８号明細書、米国特許第６，３３３，１０６号明細書および米国特許第６，６７２，０４７号明細書に記載された摩擦フォールス撚りのために好ましいプロセスは、１４０℃〜２２０℃の間の温度に部分配向糸を加熱し、撚り挿入器具とヒーターの入口との間の領域において糸が約４６度〜５２度の撚り角を有するように撚り挿入器具を用いて糸を撚り、糸をワインダー上に巻き取ることを含む。
紡績延伸糸から製造するとき、そのプロセスは延伸を非常に低いレベル（例えば、延伸比は１．０１ほどに低いことが可能である）に減らすことを除き同じである。
これらの多フィラメント糸（「束」としても知られている）は、それらを製造する部分配向糸および紡績延伸糸と同じフィラメント数を含む。従って、それらは、好ましくは少なくとも１０、なおより好ましくは少なくとも約２５のフィラメントを含み、且つ典型的には、約１５０まで又はそれ以上、好ましくは約１００まで、より好ましくは約８０までのフィラメントを含むことが可能である。糸は、典型的には少なくとも約１、より好ましくは少なくとも約２０、好ましくは少なくとも約５０、且つ約１５００まで又はそれ以上、好ましくは約２５０までの全デニールを有する。
個々のフィラメントは、好ましくは少なくとも約０．１ｄｐｆ、より好ましくは少なくとも約０．５ｄｐｆ、より好ましくは少なくとも約０．８ｄｐｆ、且つ約１０以上のｄｐｆまで、より好ましくは約５ｄｐｆまで、最も好ましくは約３ｄｐｆまでである。
部分配向糸から製造するとき、延伸比は、少なくとも１．０１、好ましくは少なくとも約１．２、より好ましくは少なくとも約１．３である。延伸比は、好ましくは約５まで、より好ましくは約３まで、最も好ましくは約２．５までである。（延伸工程の終わりにロールで測定される）延伸速度は、約５０〜約１２００以上のメートル／分で行うことが可能であり、好ましくは少なくとも約３００ｍ／分、且つ好ましくは約１０００ｍ／分までである。
紡績延伸糸から製造するとき、（フィラメントが接触する第１のゴデットで測定される）速度は、約５０〜約１２００以上のｍ／分で行うことが可能であり、好ましくは少なくとも約３００ｍ／分、且つ好ましくは約８００ｍ／分までである。
ポリ（トリメチレンテレフタレート）嵩高加工連続フィラメント（「ＢＣＦ」）糸およびそれらの製造は、米国特許第５，６４５，７８２号明細書、米国特許第６，１０９，０１５号明細書、米国特許第６，１１３，８２５号明細書、米国特許第６，７４０，２７６号明細書、米国特許第６，７７７，０５９号明細書および米国特許出願公開第２００４−１９８１２０Ａ１号明細書に記載されている。ＢＣＦ糸は、すべてのタイプのカーペット、および織物を製造するために用いられる。
嵩高加工連続フィラメントを製造する際に含まれる好ましい工程は、紡糸する（例えば、フィラメントを押し出し、冷却し、被覆する（紡糸仕上げ））、約８０〜約２００℃および約３〜約５、好ましくは少なくとも３．４、且つ好ましくは４．５までの延伸比で単一段または多段延伸する（好ましくは、加熱ロール、加熱ピンまたは高温流体（例えば蒸気または空気）支援による）、約１２０〜約２００℃の温度でアニールする、嵩高加工する、絡み合わせる（嵩高加工と一緒に１工程で行うことができるか、または後続の別個の工程で行うことができる）、任意に緩和する、および後続の使用のために包装上にフィラメントを巻き付けることを含む。
嵩高加工連続フィラメント糸は、周知された技術を用いてカーペットに製造することが可能である。典型的には、多くの糸は、オートクレーブＳＵＥＳＳＥＮまたはＳＵＰＥＲＢＡなどの装置内で一緒に撚り、熱固定され、その後、一次裏地に綴じ糸で綴じられたケーブルである。その後、ラテックス接着剤および二次裏地は利用される。
モノフィラメントを製造するために本発明を用いることも可能である。好ましくは、モノフィラメントは１０〜２０００ｄｐｆであり、用途に応じて好ましくは５０〜２０００ｄｐｆ、より好ましくは５０〜１０００ｄｐｆ、最も好ましくは１００〜５００ｄｐｆである。モノフィラメント、モノフィラメント糸およびそれらの使用は、上述した紡糸温度を用いることを除き、米国特許第５，３４０，９０９号明細書、ＥＰ−Ａ−第１１６７５９４号明細書および国際公開第２００１／７５２００号パンフレットに記載されている。本発明を多フィラメント糸に関して主として記載している一方で、本明細書に記載された選択はモノフィラメントに適用可能であることが理解されるべきである。モノフィラメントは、ブラシ（例えば、ペイントブラシ、歯ブラシ、化粧用ブラシなど）、仕上げ線などを含む多くの異なる商品を製造するために用いられる。
本発明を例示する目的のために以下の実施例を提示し、以下の実施例は限定であることを意図していない。すべての部、百分率などは、特に指示がない限り重量による。
材料
フィラメントのために用いられるＰＴＴは、１．０２ｄＬ／ｇの固有粘度を有し、０．３重量％のＴｉＯ2を含有するＳＯＲＯＮＡ半艶なしポリ（トリメチレンテレフタレート）（Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ））であった。
用いられたＰＬＡは、Ｃａｒｇｉｌｌ，Ｉｎｃ．（Ｍｉｎｅｔｏｎｋａ，ＭＮ）製のＰＬＡポリマー４０４０Ｄポリ（乳酸）であった。
試験方法１：固有粘度の測定
ＡＳＴＭ Ｄ５２２５−９２に基づく自動化方法に従って１９℃で０．４グラム／ｄＬの濃度で５０／５０重量％：トリフルオロ酢酸／塩化メチレンに溶解させたポリマーに関してＶｉｓｃｏｔｅｋ Ｆｏｒｃｅｄ Ｆｌｏｗ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ Ｙ９００（Ｖｉｓｃｏｔｅｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ））により測定された粘度を用いて、ＰＴＴとＰＡＨＡの固有粘度（ＩＶ）を決定した。ＡＳＴＭ Ｄ４６０３−９６に従って６０／４０重量％：フェノール／１，１，２，２−テトラクロロエタン中で手動で測定されたＩＶ値にＰＴＴ測定ＩＶ値を相関させた。米国特許第５，８４０，９５７号明細書も参照すること。
試験方法２：テナシティおよび破断点伸び
以下の実施例において報告された糸の物理的特性は、Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｃｏｒｐ．Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｔｅｓｔｅｒ，Ｍｏｄｅｌ ｎｏ．１１２２（Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｃｏｒｐ．（Ｃａｎｔｏｎ ＭＩ））を用いて測定した。より詳しくは、破断点伸び、ＥbおよびテナシティはＡＳＴＭ Ｄ−２２５６に準拠して測定した。
実施例１〜５および比較例Ａ
ＰＴＴとＰＬＡの混合物を調製し、コンパウンディングし、押し出し、ペレット化し、ポリマー組成物の１重量％（実施例１）、２重量％（実施例２）、５重量％（実施例３）、１０重量％（実施例４）および２０重量％（実施例５）のＰＬＡ（残りはＰＴＴであった）を含有していたポリマー組成物を用いてフィラメントに紡糸した。比較例Ａは、添加ＰＬＡのないＰＴＴであり、対照として用いた。従って、ブレンド工程を省略した。特性を表１に記載している。
最短で１６時間にわたり１２０℃で真空炉内で４０マイクログラム／ｇポリマー未満の含水率にＰＴＴのペレットを乾燥させた。最短で１６時間にわたり８０℃で真空炉内で４０マイクログラム／ｇポリマー未満の含水率にＰＬＡのペレットを乾燥させた。両方のポリマーの乾燥ペレットを炉から取り出し、室温で維持されていた窒素シールされた供給ホッパーに所望の重量比で迅速に落とし込んだ。
ペレットを１００ｇ／分で２８ｍｍの押出機（Ｗａｒｎｅｒ−Ｆｌｙｔｅｒ二軸スクリューＴｙｐｅ２ＳＫ−２８−Ｗ８Ｄ１２Ｖ、モデル＃１８０−１６５，Ｒａｍｓｅｙ ＮＪ）にフィードした。押出機は約２３０℃の温度で運転した。押し出された混合ポリマーを押し出し、ペレットに切断した。
多フィラメント糸は部分配向糸であり、紡糸は、紡糸口金を通してポリマーブレンドを押し出し、冷却し、織編し、フィラメントを巻き取ることを含んでいた。
ペレットを１２０℃で最短１６時間にわたり乾燥させるために真空炉に入れた。乾燥ペレットを炉から取り出し、室温で維持されていた窒素シールされた供給ホッパーに迅速に落とし込んだ。ペレットを二軸スクリュー再溶融機にフィードした。バレル加熱部分をゾーン１に関して２４０℃に、ゾーン２〜５に関して２６５℃に、およびゾーン７〜８に関して２６８℃に設定した。ポンプブロックは２６８℃であり、パックボックスヒーターは２６８℃であった。
２７３℃で維持されたサンドフィルタースピンパックおよび３４個の円形穴紡糸口金（直径０．０１２インチ（０．３ｍｍ）およびキャピラリー深さ０．０２２インチ（０．５６ｍｍ）の穴）を通してペレットを押し出した。紡糸口金を出るフィラメントストリームを２１℃で空気により冷却し、束に集め、紡糸仕上げを適用した。以下の表１で記載されたサブ表面速度で前進するロールは糸束を織編ジェットに送出し、その後、以下の表１に記載された速度で走行するワインドアップ上に送出した。紡糸条件および得られた部分配向糸の特性を表１に記載している。
表１ フィラメントの特性
Figure 2009518555
表１は、ＰＴＴ／ＰＬＡブレンドから紡糸したフィラメントのヤング率が、より高い紡糸速度でＰＬＡの割合が増加するにつれて大幅に増加したことを示している。ＰＴＴ／ＰＬＡブレンドのデニール、テナシティおよび伸びを含む紡糸特性もＰＴＴ単独に匹敵した。実施例５のＰＴＴ／ＰＬＡブレンド（ＰＬＡ２０％）を紡糸しようとする試みは、フィラメントの破損のゆえに失敗であった。従って、データを提示していない。
本発明の実施形態の前述した開示を例示および説明の目的のために提示した。網羅的であることも開示された厳密な形態に本発明を限定することも意図していない。本明細書に記載された実施形態の多くの変形および修正は本開示を考慮すると当業者に対して明らかであろう。

Claims (13)

  1. ポリ（トリメチレンテレフタレート）と前記フィラメントの約０．５〜約１８重量％のポリ（α−ヒドロキシ酸）とを含む連続二成分フィラメント。
  2. 前記フィラメントの約８２〜約９５．５重量％のポリ（トリメチレンテレフタレート）を含む、請求項１に記載の連続二成分フィラメント。
  3. 前記ポリ（α−ヒドロキシ酸）がポリ乳酸である、請求項１に記載の連続二成分フィラメント。
  4. 前記ポリ乳酸が生物由来ポリマーである、請求項１に記載の連続二成分フィラメント。
  5. 前記ポリ（トリメチレンテレフタレート）が、再生可能な生物学的源を用いる発酵法によって調製された１，３−プロパンジオールにより製造される、請求項１に記載の連続二成分フィラメント。
  6. 前記ポリ（トリメチレンテレフタレート）が、再生可能な生物学的源を用いる発酵法によって調製された１，３−プロパンジオールにより製造される、請求項３に記載の連続二成分フィラメント。
  7. 前記ポリ（トリメチレンテレフタレート）が、再生可能な生物学的源を用いる発酵法によって調製された１，３−プロパンジオールにより製造される、請求項４に記載の連続二成分フィラメント。
  8. 前記フィラメント全体に分散された約０．１〜約１０重量％のポリスチレンを含有する、請求項１に記載の連続二成分フィラメント。
  9. 捲縮されない連続二成分フィラメントである、請求項１に記載の連続二成分フィラメント。
  10. 約０．５〜約３５ｄｐｆである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の連続二成分フィラメント。
  11. 約１０〜約２０００ｄｐｆのモノフィラメントである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の連続二成分フィラメント。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の連続二成分フィラメントを製造する方法であって、（ａ）ポリ（トリメチレンテレフタレート）と溶融組成物の約０．５〜約１８重量％のポリ（α−ヒドロキシ酸）とを含む溶融組成物を提供する工程と、（ｂ）前記組成物から連続二成分フィラメントを形成する工程とを含む方法。
  13. 前記連続二成分フィラメントを形成する工程が約１０００〜約８０００ｍ／分の速度で前記フィラメントを紡糸する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
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