JP2022508427A - 工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸およびその製造方法 - Google Patents

工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸およびその製造方法を提供することを課題とする。工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、改質ポリエステルを固相重合と紡糸加工により繊維になさせることである。該改質ポリエステルは、テレフタル酸、エチレングリコール、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸、トリメチルシリル基を有するジオール及び金属酸化物でドーピング修飾したSb2O3粉末を均一に混合し、エステル化さらに重縮合させることより得られたものである。そのうちに、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸は5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸、2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、または2,5-ジタ―シャリーブチル-1,6-アジピン酸とする。本発明は便利な操業で良い染色性能を持つポリエステル工業糸が製造できる。【選択図】なし

Description

本発明は概してポリエステル繊維製造技術に関し、より詳しくは、一種の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸およびその製造方法に関する。
ポリエステル繊維は急速に発展しているが、その大量生産が始まった時期に、主に服装や装飾品に応用されるコットンやウール調の単繊維と汎用長繊維として作られていた。昨今、その産量膨大と社会発展とともに、ポリエステル繊維は産業資材の分野に進んでいる。
ポリエステル工業糸は汎用ポリエステル繊維と同じ化学構造を持ってけれども、その原料は大きな分子量及び小さな分子量多分散度が特徴とする。高い破断強度、大きな弾性率、小さな伸度、優れた耐熱性・耐衝撃性・耐疲労性があるため、それがゴム補強用繊維コードなどの工業用紡績品に適用されている。
今のポリエステル重合反応触媒は主にアンチモン系化合物である。汎用アンチモン系ポリエステル触媒のSb23は、添加量が大きなければならないために、環境に被害を及ぼしてポリエステルの環境配慮型生産によって不利である。一方、アンチモン系触媒は重合反応中にアンチモン単体になって、得られたポリエステルの色がグレー、光沢がダルになさせる。アンチモン系触媒は添加量が大きくすればするほどポリエステルの色や品質に影響を与えるが、分量が減ると触媒不足分になってポリエステルの生産に満たない。
なお、時代発展と技術進歩によって、ミシン糸の品質に対する要求が高くなっている。ポリエステル長繊維によるミシン糸は、高い強度、優れた耐摩耗性・耐腐食性・防カビ性、継ぎ目がなしなどの利点が持って、中高級服、皮革製品、手術医療、軍事品などの分野に広く応用されている。一般的に、高級ポリエステルミシン糸の原料については7cN/dtex以上の強度及び低収縮・低伸度の特性がなければならない。
しかしながら、ポリエステル繊維が紡績材料としては、主に染色性と吸湿性に関する欠点もある。ポリエステル繊維は疎水性合成繊維に属し、酸性染料やアルカリ染料分子などと直接結合する官能基がない。ポリエステルのエステル基は分散染料と水素結合が形成できるが、ポリエステルの緻密な分子構造のため染料分子は繊維内部に入るのが難しいである。よって、ポリエステルには通常に分散性染料しか使えない一方、高温高圧の条件で、あるいは助剤によって染色しなければならない。それで最終的に作られたポリエステル織物は色が単調で、しかもエネルギー消耗が高くて染着率が低いである。
それゆえ、良い染色性がある高品質なポリエステル繊維に関する研究は喫緊な課題である。
本発明は、一種の染色性が良くて品質が高い工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸及びその製造方法を提供し、従来技術における欠点を克服した。
以上の課題に対して、本発明は以下の解決手段を選択する。
改質ポリエステルを、固相重合、溶融、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定、巻取りにより工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸になさせることである。
前記改質ポリエステルの製造方法は、テレフタル酸、エチレングリコール、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸、トリメチルシリル基を有するジオール及びドーピング修飾Sb23粉を、均一に混合してエステル化させさらに重縮合させることである。
該ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸は5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸、2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、または2,5-ジタ―シャリーブチル-1,6-アジピン酸とし、該トリメチルシリル基を有するジオールは、
Figure 2022508427000002
と示す構造式があり、Rが-CH2-、-CH(CH3)-または-C((CH32)-とするものである。
本発明においてポリエステルを改質するターシャリーブチル基を有するジカルボン酸とトリメチルシリル基を有するジオールは、ポリエステル主鎖の活動性を変更させて主鎖間の相互作用力さらに主鎖間の距離を変化させて、ポリエステルの空孔型自由体積を膨大させる。なお、分散染料は分子が小さくて水溶性基がないものであり、多くは数百ナノメートルないし1ミクロンの粒子の形で存在する。本発明における改質ポリエステルの染色が始まる時側鎖は主鎖より先に運動を行いだし、さらに染浴温度が120℃に達すると側鎖は主鎖より運動の激しさがもっと強くなる。側鎖運動による空孔型自由体積は主鎖によるスリット型自由体積よりもっと大きいだから、染料の繊維内部への拡散がやすく、速くなってしまう。それで、低い染め温度、短い染め時間、少ないエネルギー消費、高い染着率の染色性がもらえる。
前記ドーピング修飾Sb23の調製方法においては、まずMg2+、Ca2+、Ba2またはZn2+の中の一種以上による金属イオンのMx+の溶液を、Sb3+の溶液と混合し、次に溶液pH値の9~10まで沈殿剤を滴加し、最後に沈殿物をカ焼し粉砕することである。
本発明は、金属イオンのMx+とSb3+とを含む溶液を混合し、共沈しさらにか焼することにより、ある程度の触媒活性を有する金属酸化物と三酸化アンチモンとのドーピングを実現する。該金属酸化物はMgO、CaO、BaOまたはZnOの中の一種以上と採用される。本発明のドーピング修飾においては、金属酸化物が三酸化アンチモンの結晶化、及び三酸化アンチモン立方晶の結晶成長を抑え、同晶置換でアンチモンの代わりに結晶格子を位置して、三酸化アンチモンの結晶欠陥を誘発し、晶相を変え、結晶の大きさを低めて、触媒の三酸化アンチモンの比表面積Sgを高める。一方、金属酸化物は三酸化アンチモン結晶の表面に蓄積して、三酸化アンチモンの単位表面積当たりの活性rsを向上する。Sgとrsは大きくなればなるほど触媒の活性が高くなるため、本発明においては低いSb23添加量によってポリエステルの重合も触媒できる。これは環境配慮生産とポリエステルの品質、さらに最後の繊維の品質を保証することに有利する。
本発明の好適態様は以下に示す。
前記工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸の製造方法におけるトリメチルシリル基を有するジオールの合成方法としては、
(1)モル比の1:5~10:10~15で原料のアルケン、過酢酸及びジクロロメタンを混合し、35~40℃で撹拌して反応を5~8時間行い、反応済に溶媒を除去し、産物を純化し精製してトリメチルシリルプロピレンエポキシドを獲り;
(2)水、濃硫酸及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、撹拌して水浴で80~85℃まで加熱し、保温して反応を10~15分間行い、反応済に室温まで冷却し、さらに中和、蒸留、分離、純化によりトリメチルシリル基を有するジオールを得ることである。そのうちに、濃硫酸の濃度は70%とし、反応が始まる際にトリメチルシリルプロピレンエポキシドと水のモル比は1:20~40とし、濃硫酸の用量は混合物の総合質量の0.1~0.15%とする。
前記トリメチルシリル基を有するジオールの構造式において、Rが-CH(CH3)-または-C((CH32)-としたら、ステップ(1)に述べた原料のアルケンは、別々に3-トリメチルシリル-3-メチルプロピレンまたは3-トリメチルシリル-3,3-ジメチルプロピレンとする。
前記工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸の製造方法における2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、または2,5-ジタ―シャリーブチル-1,6-アジピン酸の合成方法としては、
まずタングステン酸と過酸化水素を混合し、室温の下で10~15分間かけて撹拌し、次に原料のアルコールを添加し、還流をつけて80~85℃で1~2時間、さらに90~95℃で2~3時間かけて反応を行い、最後に冷却で結晶化し、洗浄し、精製することである。
反応が始まる時に、タングステン酸と原料のアルコールと過酸化水素とのモル比は1:30~40:120~150である。
2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、または2,5-ジタ―シャリーブチル-1,6-アジピン酸に対して、原料のアルコールは別々に2-ターシャリーブチルシクロヘキサノール、4-ターシャリーブチルシクロヘキサノールまたは2,4-ジターシャリーブチルシクロヘキサノールとする。
前記工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸の製造方法において、述べたMx+の溶液は陰イオンがNO3-とする濃度の0.5~1.0mol%の水溶液であり、述べたSb3+の溶液はシュウ酸が溶媒としてSb23を5~10mol%の濃度で溶解するものであり、述べた沈殿剤は2mol/Lの濃度のアンモニア水とする。沈殿が始まる際に、混合溶液においてMx+とSb3+とのモル比は1~3:100である。今の性能価格比が一番高いポリエステル触媒はSb23である。本発明においては、金属酸化物(M2X)が三酸化アンチモンの結晶化、及び三酸化アンチモン立方晶の結晶成長を抑え、同時にMx+イオンが一部のアンチモンに代わりに結晶格子を位置するため、三酸化アンチモンの結晶欠陥が生じその触媒活性が高くなる。Mx+とSb3+のモル比は小さすぎると三酸化アンチモンの結晶化にあまり影響を与えない、大き過ぎると主客転倒になって、両方でも三酸化アンチモンの触媒活性向上に不利である。
前記Sb23のドーピング修飾において、述べたか焼の前の沈殿物に洗浄および105~110℃と2~3時間の乾燥も与え、か焼はまず400℃まで加熱し2~3時間保温し、そして900℃まで加熱し1~2時間保温し、最後に空気で冷却することである。
ドーピング修飾したSb23は粉砕で平均径の0.5ミクロン未満である粉末になさせる。
前記工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸の製造方法における改質ポリエステルは、以下のステップを含む方法で合成する。
(1)エステル化反応では、
テレフタル酸、エチレングリコール、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸ならびにトリメチルシリル基を有するジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、艶消し剤及び安定剤を添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に常圧~0.3MPaの圧力及び250~260℃の温度の下で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の90%を超える際に反応終点を決めることである。
(2)重縮合反応では、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力500Pa以下まで30~50分間かけて徐々に下がる負圧を与え、250~260℃で30~50分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を100Pa以下まで与え続け、270~282℃で50~90分間かけて高真空の重合反応を行うことである。
そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールとターシャリーブチル基を有するジカルボン酸とトリメチルシリル基を有するジオールとのモル比は1:1.2~2.0:0.02~0.03:0.01~0.02とする。
本発明におけるターシャリーブチル基を有するジカルボン酸とトリメチルシリル基を有するジオールとの添加量は、改質した繊維の必要な機械物性と結晶度を保証しながら繊維の染色性能を著しく改進し繊維の製造と応用を利することを目指して最適化したけど、実運用により適度な調整ができる。しかし調整幅は大きすぎるべきではない。添加量は、大き過ぎるとポリエステル分子の均整性を破壊して繊維の結晶度や機械物性に悪影響与えてしまう一方で小さすぎると繊維の染色に改善効果があまり現れない。
そのうちに、ドーピング修飾Sb23粉末、艶消し剤及び安定剤の添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.012~0.015wt%、0.20~0.25wt%、0.01~0.05wt%とする。従来技術によるSb23のテレフタル酸に対する添加量は通常に0.02~0.04wt%とする。そんなように高い添加量を採用する理由は、ドーピングしないSb23の単位表面積当たりの活性rsが低くて比表面積Sgが小さいためにその触媒活性がより低いである。本発明は、ドーピング修飾によりSb23の活性を向上してポリエステル合成中のSb23用量を著しく低減する。
そのうちに、艶消し剤は二酸化チタンとし、安定剤はリン酸トリフェニル、リン酸トリメチルまたは亜リン酸トリメチルとする。
前記工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法において、述べた固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.0~1.2dL/gになさせることである。
前記工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法において、固相重合した改質ポリエステを繊維になさせることに関するパラメータは以下に示す。
紡糸加工については、
押出機各部温度 290~320℃
パック温度 295~300℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 80±5%
冷却風速度 0.5~0.7m/s
巻取速度 2600~3600m/min
延伸、熱固定加工については、
ローラー1速度 440~650m/min
ローラー1温度 80±5℃
ローラー2速度 460~680m/min
ローラー2温度 90~100℃
ローラー3速度 1900~2400m/min
ローラー3温度 125~140℃
ローラー4速度 2700~3600m/min
ローラー4温度 220~250℃
ローラー5速度 2500~3600m/min
ローラー5温度 150~170℃
本発明は、前記の製造方法による工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸も提供し、それが改質ポリエステルより作られるものである。
該改質ポリエステルは、テレフタル酸のセグメント、エチレングリコールのセグメント、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸のセグメント及びトリメチルシリル基を有するジオールのセグメントを含む分子鎖とする。該改質ポリエステルにおいては、ドーピング修飾Sb23粉末も分散されている。
前記製造方法の好適態様によれば、本発明の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、
従来技術より低下しない、2~3dtexのモノフィラメント繊度、150~300dtexのマルチフィラメント繊度、8.0cN/dtex以上の破断強度、±1.5%の線密度むら、3.0%以下の破断強度CV値、13.0~16.5%の破断伸度、8.0%以下の破断伸度CV値、5.5~7.0%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、6.8~9.2%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、(5~8)±2個/mの系条交絡度、ならびに0.6±0.2wt%の含油率とする基礎物性を有し、
130℃の染色条件と同じの測定方法によって、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸とトリメチルシリル基を有するジオールを使用しない普通ポリエステル繊維の84.3%の染着率と21,56のK/S値に対して、88.8~91.2%の染着率と24.07~26.12のK/S値と示す染色性能を有する。
発明原理とするのは、以下の通りである。
本発明は、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸とトリメチルシリル基を有するジオールが共重合単体、ドーピング修飾Sb23粉末が触媒として改質ポリエステルを合成し、固相重合し、紡糸して、工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸を製造する。よって、ポリエステル繊維の染色性能を改進しながら繊維の品質を保証する。各成分の作用メカニズムは以下の通り具体的に説明する。
(一)ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸とトリメチルシリル基を有するジオールについて
ポリマーは全て緻密な分子鎖凝集体ではない。分子鎖と分子鎖との間に、いつも自由体積という空間がある。低分子の高分子内部に浸透することに対して、適度な大きさの空間すなわち自由体積は必要なければならない。ある程度に、高分子の自由体積が大きくなればなるほど高い低分子浸透率、または良い低分子拡散性になる。自由体積は空孔型自由体積とスリット型自由体積に分けられるが、スリット型自由体積よりもっと大きなサイズを持つ空孔型自由体積は低分子の拡散に更に有利である。
自由体積のサイズと類型は高分子構造に決められている。そのうえ、高分子構造は置換基による立体障害、置換基寸法、置換基構造に関する。高分子主鎖のある位置に結合した側基は、主鎖の活動性に影響を与えて、主鎖の間の相互作用力さらに主鎖の間の距離を変える。よって、高分子の凝集エネルギーと自由体積も変化する。詳しくは、側基の極性や大きさや長さなどが主鎖の剛性、主鎖の間の相互作用力ならびに高分子の自由体積分率にすべてある程度の影響を与える。つまり、異なる側基を含むポリマーは別々の浸透性能がしてある。
テレフタル酸やアジピン酸などの直鎖分子については、テレフタル酸のベンゼン環に結合する水素またはアジピン酸のメチレン基に結合する水素はメチル基に置換されると、中心炭素がsp3混成軌道により隣の炭素と四つの等価なσ結合を作って、隣の炭素が頂点に位置する正四面体構造が生じる。なお、メチル基の三つの水素はさらに他のメチル基で置換するいわゆるターシャリーブチル基を作れば、もっと大きな正四面体が形成できる。こんな置換基の重なりため、ポリマーの自由体積は著しく増大して、低分子の浸透または拡散に有利する。しかしながら、テレフタル酸のベンゼン環に結合する水素またはアジピン酸のメチレン基に結合する水素は長鎖基に置換されると、増大するのは主にスリット型自由体積であって、増大幅がより小さいため、改進効果は限りがある。一方、長鎖の置換基は剛性が低いため、大分子鎖の絡み合いが起きる。それが自由体積の増大に不利である。
本発明におけるターシャリーブチル基を有するジカルボン酸は5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸、2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、または2,5-ジタ―シャリーブチル-1,6-アジピン酸である。そのうちに、2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸、または2,5-ジタ―シャリーブチル-1,6-アジピン酸はアジピン酸の派生物として、5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸より剛性が小さい脂肪酸であるため、ポリエステル分子鎖の
柔軟性向上に有利する。ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸に含まれるターシャリーブチル基は、ポリエステル主鎖の活動性を変えて主鎖の間の相互作用力さらに主鎖の間の距離を変化させて、ポリエステルの空孔型自由体積は増大する。原因の一方では、ターシャリーブチル基は短い置換基(例えば、メチル基やエチル基など)よりもっと広い空間を位置する。他方では、ターシャリーブチル基は主にスリット型自由体積を増大する長鎖置換基に比べて空孔型自由体積を増大し、長鎖置換基による分子鎖の絡み合いも避けられる。また、述べたターシャリーブチル基を有するジカルボン酸は5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸とすれば、ポリエステル分子鎖にはもっと大きな非対称性のセグメントが形成する。これはセグメント間の互い移動にだけでなく、セグメントの内部回転にも障害を与える。だから、メタ異性体の入るのは自由体積向上に有利する。つまり、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸によって、改質ポリエステルは空孔型自由体積が膨大できる。
なお、本発明は、
Figure 2022508427000003
と示す構造式を持つトリメチルシリル基を有するジオールも採用した。そのうちに、Rが-CH2-、-CH(CH3)-または-C((CH32)-としたら、ジオールは別々に3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオール、3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオール、3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールになる。
エチレングリコールを含む直鎖のポリエステル分子においては、複数のメチレン基がエネルギー的に安定で平面ジグザグのコンホメーションをとる。しかしながら、メチレン基の二つの水素はメチル基に置換されると、中心炭素がsp3混成軌道により隣の炭素と四つの等価なσ結合を作って、隣の炭素が頂点に位置する正四面体構造は得られる。なお、メチル基の三つの水素はさらに他のメチル基で置換するいわゆるテルトブチル基を作れば、もっと大きな正四面体が形成できる。こんな置換基の重なりため、ポリマーの自由体積は著しく増大して、低分子の浸透または拡散に有利する。また、トリメチルシリル基のケイ素―炭素結合は炭素―炭素結合より結合長が大きいため、内部回転に利して空孔型自由体積向上に有利する。しかしながら、メチレン基の二つの水素は長鎖を持つ基に置換されると、増大するのは主にスリット型自由体積であって、増大幅がより小さいため、改進効果は限りがある。なお、長鎖の置換基は剛性が低い、よって、大分子鎖の絡み合いが起きやすくなって自由体積の増大に障害を与える。
ポリエステルに含有するトリメチルシリル基は、ポリエステル主鎖の活動性を変えて主鎖の間の相互作用力さらに主鎖の間の距離を変化させて、ポリエステルの空孔型自由体積は増大する。原因の一方では、トリメチルシリル基が短い置換基(例えば、メチル基やエチル基など)よりもっと広い空間を位置する。他方では、トリメチルシリル基が主にスリット型自由体積を増大する長鎖置換基に比べて空孔型自由体積を増大し、さらに長鎖の置換基による分子鎖の絡み合いを避ける。つまり、トリメチルシリル基を有するジオールの入るのは、ポリエステルの自由体積、特にその空孔型自由体積の向上に有利する。
空孔型自由体積は大きくなたら、染料の繊維内部への拡散がやすく、速くなってしまう。よって、汎用ポリエステルの緻密な分子配列より引き起こす染色問題が克服でき、低い染め温度、短い染め時間、少ないエネルギー消費、高い染着率の染色性がもらえる。
(二)ドーピング修飾Sb23粉末について
本発明のポリエステル合成におけるドーピング修飾Sb23粉末は、主に触媒として使用される。今のポリエステル触媒は、大体三酸化アンチモン、アンチモングリコレートまたは酢酸アンチモンなどのようなアンチモン系化合物である。ポリエステルの産業生産において、アンチモンの添加量は200ppmも超える。時代進歩のために、重金属に属すアンチモンに対する制限はますます厳しくなる。今チタン系触媒の応用はもうあったが、産物色調や触媒活性制御など方面の問題のため、アンチモンを短い時間で置換することがまだできない。
触媒の活性は、その比表面積Sg、内表面利用率f及び単位表面積当たりの活性rsに正比例する。成分を固定した触媒については、その活性が表面積Sgと内表面利用率fに依存する。または一定の単位表面積当たりの活性rsに対して、比表面積が大きくなればなるほど高い触媒活性になる。
本発明は、溶液混合、共沈ならびにか焼によりある程度の触媒活性を有する金属酸化物と三酸化アンチモンとのドーピングを実現する。該金属酸化物はMgO、CaO、BaOまたはZnOの中の一種以上と採用される。これらの金属イオンは、アンチモンイオンに異なる価数と半径が持って、三酸化アンチモンの晶面構造を変えてその触媒性能に影響を与える。また、MgO、CaO、BaOまたはZnOはすべて白い晶体であって、触媒とするとポリエステルの色調を変えない。
金属酸化物の三酸化アンチモンに及ぼす影響は以下の通りである。一方では、金属酸化物は三酸化アンチモンの結晶化及びその立方晶の結晶成長を抑えて三酸化アンチモンの比表面積Sgを向上させる。他方では、金属イオンは同晶置換でアンチモンの代わりに結晶格子を位置して三酸化アンチモンの結晶欠陥を誘発し、晶相を変え、結晶の大きさを低めて三酸化アンチモンの比表面積Sgを高め、同時に一部のアンチモン結晶の表面に蓄積して三酸化アンチモンの単位表面積当たりの活性rsを向上する。この両方によって、三酸化アンチモンの触媒活性が向上できる。しかしながら、ただ金属酸化物と三酸化アンチモンを物理的に混合すると、結晶欠陥が生じなくて結晶形態、結晶大きさ及び晶体表面積も変わらないだから、三酸化アンチモンの触媒活性はあまり高まらない。
本発明のドーピング修飾工程により三酸化アンチモンの触媒活性を高めることは、三酸化アンチモの用量低減に有利する。ポリエステルの重合する過程において、同じの重合条件と産物品質を前提にドーピング修飾した三酸化アンチモを採用すると、三酸化アンチモの用量が30%以上で低減できる。これは従来技術におけるアンチモの大用量問題を解決してポリエステルの環境配慮生産を満足しながら、ポリエステルさらに最後の繊維の品質を保証する。
本発明の利点としては、
(1)本発明に提出した工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、ある程度の触媒活性を持つ金属酸化物により三酸化アンチモをドーピング修飾して三酸化アンチモの比表面積Sgと単位表面積当たりの活性rsを高めて三酸化アンチモの触媒活性を向上する一方、ポリエステル生産に満足しながらアンチモの用量を低めて繊維のアンチモン排出量を低減してポリエステルの環境配慮生産を利する。
(2)本発明に提出した工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、安いコストと便利な操業で、ターシャリーブチル基を有するジカルボン酸とトリメチルシリル基を有するジオールによってポリエステルを改質して、ポリエステル繊維の低い染め温度、短い染め時間、高い染着率、少ないエネルギー消費の染色性能を実現する。
(3)本発明に提出した工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、機械的性能と染色性能に優れた、幅広い用途がある。
以下、実施例を挙げてさらに詳細に本発明を説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。なお、本発明の内容を読んだこの分野の技術者のいろいろな本発明を改正することを許されても、それは本発明の等価形として、本発明の請求の範囲内にも限定されている。
実施例1
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、以下のとおりである。
(1)改質ポリエステルの重合として、
(1.1)ドーピング修飾Sb23の調製として、
(1.1.1)0.8mol/LのMg(NO32の水溶液と8mol/LのSb23のシュウ酸溶液を、Mg2+とSb3+のモル比の2:100で、均一に混合し、
(1.1.2)混合液に2mol/Lのアンモニア水を滴加してpH値が9に調整して沈殿を完結させ、沈殿物を洗浄し105℃で2.5時間かけて乾燥し、
(1.2.3)乾燥した産物を400℃まで加熱し2.5時間保温し、さらに900℃まで加熱し1.5時間保温し、そして空気に置いて冷却させ、最後に粉砕して平均径の0.4ミクロンの粉末になさせる;
(1.2)エステル化として、
テレフタル酸、エチレングリコール、5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸ならびに3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルを添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に0.3MPaと260℃で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の92%に達する際に反応終点を決め、そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールと5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸と3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオールとのモル比は1:1.2:0.02:0.014とし、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルの添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.015wt%、0.20wt%、0.04wt%とする;
(1.3)重合として、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力400Paまで40分間かけて徐々に下がる負圧を与え、250℃で40分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を80Paまで与え続け、272℃で65分間かけて高真空の重合反応を行う;
(2)工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の紡糸工程として、
改質ポリエステルを、固相重合、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定及び巻取りのスッテプにより繊維になさせ、そのうちに、固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.0dL/gになさせることであり、紡糸加工のパラメータは
押出機各部温度 290℃
パック温度 295℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 82%
冷却風速度 0.7m/s
巻取速度 2600m/min
とし、延伸と熱固定加工のパラメータは
ローラー1速度 440m/min
ローラー1温度 75℃
ローラー2速度 520m/min
ローラー2温度 90℃
ローラー3速度 2400m/min
ローラー3温度 130℃
ローラー4速度 2800m/min
ローラー4温度 250℃
ローラー5速度 2500m/min
ローラー5温度 155℃
とする。
最終的に得られた工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、2dtexのモノフィラメント繊度、150dtexのマルチフィラメント繊度、8.0cN/dtexの破断強度、―0.6%の線密度むら、2.8%の破断強度CV値、14.05%の破断伸度、8.0%の破断伸度CV値、7.0%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、7.6%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、5個/mの系条交絡度、ならびに0.4wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後89.17%の染着率と26.12のK/S値と示す染色性能を有する。
比較例1
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、ステップ(1)において5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸、3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオール、ドーピング修飾Sb23粉末を添加しない、いわゆるポリエステルを改質しないことを除外して、実施例1と同じである。最終的に得られた工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸は、2dtexのモノフィラメント繊度、150dtexのマルチフィラメント繊度、8.1cN/dtexの破断強度、―0.6%の線密度むら、2.8%の破断強度CV値、13.75%の破断伸度、8.0%の破断伸度CV値、7.0%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、7.6%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、5個/mの系条交絡度、ならびに0.4wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後86.36%の染着率と22.68のK/S値と示す染色性能を有する。
実施例1に比べて、本発明は5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸と3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオールによってポリエステルを改質してポリエステル繊維の空孔型自由体積を増大して染料分子の繊維内部の浸透を促進して繊維の染着率を高める一方、ドーピング修飾Sb23粉末を使ってポリエステル重合用アンチモン系触媒の添加量を著しく低減して環境配慮生産を実現し繊維品質を保証することが結論できる。
比較例2
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、ステップ(1)において5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸と3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオールの代わりに1,2-ドデシルジオールを用いることを除外して、実施例1と同じである。最終的に得られた工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸は、2dtexのモノフィラメント繊度、150dtexのマルチフィラメント繊度、8.2cN/dtexの破断強度、―0.6%の線密度むら、2.8%の破断強度CV値、13.53%の破断伸度、8.0%の破断伸度CV値、7.0%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、7.6%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、5個/mの系条交絡度、ならびに0.4wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後86.45%の染着率と22.87のK/S値と示す染色性能を有する。
実施例1に比べて、5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸と3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオールは長い側鎖の1,2-ドデシルジオールよりポリエステル繊維の破断強度などの機械的性能と染色性能向上にもっと有利することが結論できる。原因の一方では、3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオールのトリメチルシリル基と5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸のターシャリーブチル基が主に空孔型自由体積を増大し、しかし1,2-ドデシルジオールの長い側鎖が主にスリット型自由体積を増大することである。他方では、3-トリメチルシリル-1,2-プロパンジオールのトリメチルシリル基と5-ターシャリーブチル-1,3-イソフタル酸のターシャリーブチル基は1,2-ドデシルジオールの長い側鎖よりもっと大きな剛性を持ってポリエステル分子の絡み合いを低めてポリエステルの自由体積を増大して染料の繊維内部への浸透を促進してポリエステル繊維の低い染め温度、短い染め時間、高い染着率、少ないエネルギー消費の染色性能を実現することである。
実施例2
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、以下のとおりである。
(1)改質ポリエステルの重合として、
(1.1)3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールの合成として、
(a)モル比の1:5:10で3-トリメチルシリル-3-メチルプロピレン、過酢酸及びジクロロメタンを混合し、35℃で撹拌して反応を5時間行い、反応済に溶媒を除去し、産物を純化し精製してトリメチルシリルプロピレンエポキシドを獲り、
(b)水、濃硫酸及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、撹拌して水浴で80℃まで加熱し、保温して反応を10分間行い、反応済に室温まで冷却し、さらに中和、蒸留、分離、純化により、Rが-CH(CH3)-とする[式I]に示すトリメチルシリル基を有するジオールをとり、そのうちに、濃硫酸の濃度は70%とし、反応が始まる際にトリメチルシリルプロピレンエポキシドと水のモル比は1:20とし、濃硫酸の用量は混合物の総合質量の0.1%とする;
Figure 2022508427000004
(1.2)2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸の合成として、
まずタングステン酸と過酸化水素を混合し、室温の下で10分間かけて撹拌し、次に2-ターシャリーブチルシクロヘキサノールを添加し、還流をつけて80℃で1時間、さらに94℃で2時間かけて反応を行い、最後に冷却で結晶化し、洗浄し、精製して産物をとり、そのうち、反応が始まる時にタングステン酸と2-ターシャリーブチルシクロヘキサノールと過酸化水素とのモル比は1:35:120とする;
(1.3)ドーピング修飾Sb23の調製として、
(1.3.1)0.5mol/LのCa(NO32の水溶液と5mol/LのSb23のシュウ酸溶液を、Ca2+とSb3+のモル比の1:100で、均一に混合し、
(1.3.2)混合液に2mol/Lのアンモニア水を滴加してpH値が10に調整して沈殿を完結させ、沈殿物を洗浄し110℃で2時間かけて乾燥し、
(1.3.3)乾燥した産物を400℃まで加熱し2時間保温し、さらに900℃まで加熱し1時間保温し、そして空気に置いて冷却させ、最後に粉砕して平均径の0.4ミクロンの粉末になさせる;
(1.4)エステル化として、
テレフタル酸、エチレングリコール、2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸ならびに3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルを添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に0.3MPaと260℃で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の92%に達する際に反応終点を決め、そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールと2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸と3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールとのモル比は1:1.2:0.03:0.01とし、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルの添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.0135wt%、0.25wt%、0.01wt%とする;
(1.5)重合として、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力400Paまで40分間かけて徐々に下がる負圧を与え、250℃で40分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を80Paまで与え続け、270℃で50分間かけて高真空の重合反応を行う;
(2)工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の紡糸工程として、
改質ポリエステルを、固相重合、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定及び巻取りのスッテプにより繊維になさせ、そのうちに、固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.1dL/gになさせることであり、紡糸加工のパラメータは
押出機各部温度 290℃
パック温度 300℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 75%
冷却風速度 0.6m/s
巻取速度 2900m/min
とし、延伸と熱固定加工のパラメータは
ローラー1速度 650m/min
ローラー1温度 80℃
ローラー2速度 460m/min
ローラー2温度 100℃
ローラー3速度 2000m/min
ローラー3温度 125℃
ローラー4速度 3000m/min
ローラー4温度 230℃
ローラー5速度 3600m/min
ローラー5温度 160℃
とする。
最終的に得られた工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、2dtexのモノフィラメント繊度、300dtexのマルチフィラメント繊度、8.3cN/dtexの破断強度、―1.5%の線密度むら、2.8%の破断強度CV値、13.05%の破断伸度、7.9%の破断伸度CV値、6.5%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、7.7%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、3個/mの系条交絡度、ならびに0.6wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後88.8%の染着率と25.32のK/S値と示す染色性能を有する。
実施例3
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、以下のとおりである。
(1)改質ポリエステルの重合として、
(1.1)3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールの合成として、
(a)モル比の1:10:15で3-トリメチルシリル-3-メチルプロピレン、過酢酸及びジクロロメタンを混合し、40℃で撹拌して反応を8時間行い、反応済に溶媒を除去し、産物を純化し精製してトリメチルシリルプロピレンエポキシドを獲り、
(b)水、濃硫酸及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、撹拌して水浴で85℃まで加熱し、保温して反応を15分間行い、反応済に室温まで冷却し、さらに中和、蒸留、分離、純化により、Rが-CH(CH3)-とする[式I]に示すトリメチルシリル基を有するジオールをとり、そのうちに、濃硫酸の濃度は70%とし、反応が始まる際にトリメチルシリルプロピレンエポキシドと水のモル比は1:40とし、濃硫酸の用量は混合物の総合質量の0.15%とする;
(1.2)2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸の合成として、
まずタングステン酸と過酸化水素を混合し、室温の下で12分間かけて撹拌し、次に2-ターシャリーブチルシクロヘキサノールを添加し、還流をつけて83℃で1.5時間、さらに90℃で2時間かけて反応を行い、最後に冷却で結晶化し、洗浄し、精製して産物をとり、そのうち、反応が始まる時にタングステン酸と2-ターシャリーブチルシクロヘキサノールと過酸化水素とのモル比は1:33:120とする;
(1.3)ドーピング修飾Sb23の調製として、
(1.3.1)1.0mol/LのBa(NO32の水溶液と10mol/LのSb23のシュウ酸溶液を、Ba2+とSb3+のモル比の3:100で、均一に混合し、
(1.3.2)混合液に2mol/Lのアンモニア水を滴加してpH値が9.5に調整して沈殿を完結させ、沈殿物を洗浄し105℃で3時間かけて乾燥し、
(1.3.3)乾燥した産物を400℃まで加熱し3時間保温し、さらに900℃まで加熱し2時間保温し、そして空気に置いて冷却させ、最後に粉砕して平均径の0.5ミクロンの粉末になさせる;
(1.4)エステル化として、
テレフタル酸、エチレングリコール、2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸ならびに3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及びリン酸トリフェニルを添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に0.2MPaと255℃で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の90%に達する際に反応終点を決め、そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールと2-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸と3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールとのモル比は1:1.6:0.02:0.01とし、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及びリン酸トリフェニルの添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.012wt%、0.21wt%、0.03wt%とする;
(1.5)重合として、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力450Paまで45分間かけて徐々に下がる負圧を与え、256℃で50分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を100Paまで与え続け、275℃で60分間かけて高真空の重合反応を行う;
(2)工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の紡糸工程として、
改質ポリエステルを、固相重合、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定及び巻取りのスッテプにより繊維になさせ、そのうちに、固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.0dL/gになさせることであり、紡糸加工のパラメータは
押出機各部温度 300℃
パック温度 295℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 80%
冷却風速度 0.7m/s
巻取速度 3600m/min
とし、延伸と熱固定加工のパラメータは
ローラー1速度 440m/min
ローラー1温度 80℃
ローラー2速度 460m/min
ローラー2温度 90℃
ローラー3速度 1900m/min
ローラー3温度 125℃
ローラー4速度 3600m/min
ローラー4温度 220℃
ローラー5速度 3300m/min
ローラー5温度 170℃
とする。
最終的に得られた工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、2.6dtexのモノフィラメント繊度、150dtexのマルチフィラメント繊度、8.1cN/dtexの破断強度、0%の線密度むら、3.0%の破断強度CV値、13.0%の破断伸度、7.95%の破断伸度CV値、5.5%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、9.2%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、7個/mの系条交絡度、ならびに0.6wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後88.8%の染着率と24.07のK/S値と示す染色性能を有する。
実施例4
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、以下のとおりである。
(1)改質ポリエステルの重合として、
(1.1)3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールの合成として、
(a)モル比の1:10:10で3-トリメチルシリル-3-メチルプロピレン、過酢酸及びジクロロメタンを混合し、36℃で撹拌して反応を6時間行い、反応済に溶媒を除去し、産物を純化し精製してトリメチルシリルプロピレンエポキシドを獲り、
(b)水、濃硫酸及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、撹拌して水浴で84℃まで加熱し、保温して反応を12分間行い、反応済に室温まで冷却し、さらに中和、蒸留、分離、純化により、Rが-CH(CH3)-とする[式I]に示すトリメチルシリル基を有するジオールをとり、そのうちに、濃硫酸の濃度は70%とし、反応が始まる際にトリメチルシリルプロピレンエポキシドと水のモル比は1:30とし、濃硫酸の用量は混合物の総合質量の0.14%とする;
(1.2)3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸の合成として、
まずタングステン酸と過酸化水素を混合し、室温の下で13分間かけて撹拌し、次に4-ターシャリーブチルシクロヘキサノールを添加し、還流をつけて85℃で2時間、さらに90℃で3時間かけて反応を行い、最後に冷却で結晶化し、洗浄し、精製して産物をとり、そのうち、反応が始まる時にタングステン酸と4-ターシャリーブチルシクロヘキサノールと過酸化水素とのモル比は1:30:130とする;
(1.3)ドーピング修飾Sb23の調製として、
(1.3.1)0.6mol/LのZn(NO32の水溶液と6mol/LのSb23のシュウ酸溶液を、Zn2+とSb3+のモル比の1.2:100で、均一に混合し、
(1.3.2)混合液に2mol/Lのアンモニア水を滴加してpH値が10に調整して沈殿を完結させ、沈殿物を洗浄し110℃で2.5時間かけて乾燥し、
(1.3.3)乾燥した産物を400℃まで加熱し2.5時間保温し、さらに900℃まで加熱し1時間保温し、そして空気に置いて冷却させ、最後に粉砕して平均径の0.4ミクロンの粉末になさせる;
(1.4)エステル化として、
テレフタル酸、エチレングリコール、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸ならびに3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルを添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に0.1MPaと250℃で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の90%に達する際に反応終点を決め、そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールと3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸と3-トリメチルシリル-3-メチル-1,2-プロパンジオールとのモル比は1:1.7:0.025:0.02とし、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルの添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.012wt%、0.20wt%、0.02wt%とする;
(1.5)重合として、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力420Paまで50分間かけて徐々に下がる負圧を与え、260℃で35分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を85Paまで与え続け、270℃で90分間かけて高真空の重合反応を行う;
(2)工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の紡糸工程として、
改質ポリエステルを、固相重合、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定及び巻取りのスッテプにより繊維になさせ、そのうちに、固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.0dL/gになさせることであり、紡糸加工のパラメータは
押出機各部温度 310℃
パック温度 296℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 85%
冷却風速度 0.5m/s
巻取速度 2600m/min
とし、延伸と熱固定加工のパラメータは
ローラー1速度 520m/min
ローラー1温度 82℃
ローラー2速度 680m/min
ローラー2温度 96℃
ローラー3速度 1900m/min
ローラー3温度 140℃
ローラー4速度 2700m/min
ローラー4温度 220℃
ローラー5速度 3300m/min
ローラー5温度 150℃
とする。
最終的に得られた工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸は、2.3dtexのモノフィラメント繊度、200dtexのマルチフィラメント繊度、8.5cN/dtexの破断強度、1.0%の線密度むら、2.8%の破断強度CV値、16.5%の破断伸度、7.6%の破断伸度CV値、5.5%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、6.8%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、8個/mの系条交絡度、ならびに0.8wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後91.2%の染着率と24.07のK/S値と示す染色性能を有する。
実施例5
工業用ミシン糸に用いるポリエステル工業糸の製造方法は、以下のとおりである。
(1)改質ポリエステルの重合として、
(1.1)3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールの合成として、
(a)モル比の1:8:12で3-トリメチルシリル-3,3-ジメチルプロピレン、過酢酸及びジクロロメタンを混合し、40℃で撹拌して反応を5時間行い、反応済に溶媒を除去し、産物を純化し精製してトリメチルシリルプロピレンエポキシドを獲り、
(b)水、濃硫酸及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、撹拌して水浴で85℃まで加熱し、保温して反応を10分間行い、反応済に室温まで冷却し、さらに中和、蒸留、分離、純化により、Rが-CH((CH32)-とする[式I]に示すトリメチルシリル基を有するジオールをとり、そのうちに、濃硫酸の濃度は70%とし、反応が始まる際にトリメチルシリルプロピレンエポキシドと水のモル比は1:25とし、濃硫酸の用量は混合物の総合質量の0.12%とする;
(1.2)3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸の合成として、
まずタングステン酸と過酸化水素を混合し、室温の下で14分間かけて撹拌し、次に4-ターシャリーブチルシクロヘキサノールを添加し、還流をつけて82℃で2時間、さらに92℃で3時間かけて反応を行い、最後に冷却で結晶化し、洗浄し、精製して産物をとり、そのうち、反応が始まる時にタングステン酸と4-ターシャリーブチルシクロヘキサノールと過酸化水素とのモル比は1:40:130とする;
(1.3)ドーピング修飾Sb23の調製として、
(1.3.1)0.7mol/LのMg(NO32の水溶液と8mol/LのSb23のシュウ酸溶液を、Mg2+とSb3+のモル比の2:100で、均一に混合し、
(1.3.2)混合液に2mol/Lのアンモニア水を滴加してpH値が10に調整して沈殿を完結させ、沈殿物を洗浄し110℃で2.5時間かけて乾燥し、
(1.3.3)乾燥した産物を400℃まで加熱し2.5時間保温し、さらに900℃まで加熱し2時間保温し、そして空気に置いて冷却させ、最後に粉砕して平均径の0.5ミクロンの粉末になさせる;
(1.4)エステル化として、
テレフタル酸、エチレングリコール、3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸ならびに3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及びリン酸トリメチルを添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に0.3MPaと252℃で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の90%に達する際に反応終点を決め、そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールと3-ターシャリーブチル-1,6-アジピン酸と3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールとのモル比は1:2.0:0.023:0.017とし、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及びリン酸トリメチルの添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.015wt%、0.24wt%、0.01wt%とする;
(1.5)重合として、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力500Paまで30分間かけて徐々に下がる負圧を与え、256℃で45分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を88Paまで与え続け、280℃で75分間かけて高真空の重合反応を行う;
(2)工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の紡糸工程として、
改質ポリエステルを、固相重合、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定及び巻取りのスッテプにより繊維になさせ、そのうちに、固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.2dL/gになさせることであり、紡糸加工のパラメータは
押出機各部温度 320℃
パック温度 297℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 83%
冷却風速度 0.7m/s
巻取速度 2600m/min
とし、延伸と熱固定加工のパラメータは
ローラー1速度 600m/min
ローラー1温度 85℃
ローラー2速度 550m/min
ローラー2温度 96℃
ローラー3速度 2400m/min
ローラー3温度 135℃
ローラー4速度 2700m/min
ローラー4温度 250℃
ローラー5速度 2600m/min
ローラー5温度 150℃
とする。
最終的に得られた工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、3dtexのモノフィラメント繊度、260dtexのマルチフィラメント繊度、8.5cN/dtexの破断強度、1.5%の線密度むら、2.7%の破断強度CV値、14.8%の破断伸度、7.7%の破断伸度CV値、7.0%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、6.8%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、10個/mの系条交絡度、ならびに0.6wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後89.29%の染着率と26.12のK/S値と示す染色性能を有する。
実施例6
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、以下のとおりである。
(1)改質ポリエステルの重合として、
(1.1)3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールの合成として、
(a)モル比の1:10:10で3-トリメチルシリル-3,3-ジメチルプロピレン、過酢酸及びジクロロメタンを混合し、35℃で撹拌して反応を6時間行い、反応済に溶媒を除去し、産物を純化し精製してトリメチルシリルプロピレンエポキシドを獲り、
(b)水、濃硫酸及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、撹拌して水浴で80℃まで加熱し、保温して反応を15分間行い、反応済に室温まで冷却し、さらに中和、蒸留、分離、純化により、Rが-CH((CH32)-とする[式I]に示すトリメチルシリル基を有するジオールをとり、そのうちに、濃硫酸の濃度は70%とし、反応が始まる際にトリメチルシリルプロピレンエポキシドと水のモル比は1:35とし、濃硫酸の用量は混合物の総合質量の0.14%とする;
(1.2)2,5-ジターシャリーブチル-1,6-アジピン酸の合成として、
まずタングステン酸と過酸化水素を混合し、室温の下で15分間かけて撹拌し、次に2,4-ジターシャリーブチルシクロヘキサノールを添加し、還流をつけて83℃で1.5時間、さらに92℃で2.5時間かけて反応を行い、最後に冷却で結晶化し、洗浄し、精製して産物をとり、そのうち、反応が始まる時にタングステン酸と2,4-ジターシャリーブチルシクロヘキサノールと過酸化水素とのモル比は1:40:120とする;
(1.3)ドーピング修飾Sb23の調製として、
(1.3.1)同じ濃度の0.8mol/LのMg(NO32水溶液とCa(NO32水溶液を体積比の1:1で混合して金属イオンのMx+の水溶液になり、Mx+とSb3+のモル比の2.5:100でそれを8mol/LのSb23のシュウ酸溶液と均一に混合し、
(1.3.2)混合液に2mol/Lのアンモニア水を滴加してpH値が10に調整して沈殿を完結させ、沈殿物を洗浄し105℃で3時間かけて乾燥し、
(1.3.3)乾燥した産物を400℃まで加熱し3時間保温し、さらに900℃まで加熱し1.5時間保温し、そして空気に置いて冷却させ、最後に粉砕して平均径の0.4ミクロンの粉末になさせる;
(1.4)エステル化として、
テレフタル酸、エチレングリコール、2,5-ジターシャリーブチル-1,6-アジピン酸ならびに3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及びリン酸トリフェニルを添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に常圧と260℃で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の95%に達する際に反応終点を決め、そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールと2,5-ジターシャリーブチル-1,6-アジピン酸と3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールとのモル比は1:2.0:0.03:0.02とし、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及びリン酸トリフェニルの添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.014wt%、0.21wt%、0.05wt%とする;
(1.5)重合として、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力490Paまで30分間かけて徐々に下がる負圧を与え、260℃で50分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を90Paまで与え続け、275℃で50分間かけて高真空の重合反応を行う;
(2)工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の紡糸工程として、
改質ポリエステルを、固相重合、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定及び巻取りのスッテプにより繊維になさせ、そのうちに、固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.2dL/gになさせることであり、紡糸加工のパラメータは
押出機各部温度 320℃
パック温度 300℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 85%
冷却風速度 0.6m/s
巻取速度 2600m/min
とし、延伸と熱固定加工のパラメータは
ローラー1速度 650m/min
ローラー1温度 85℃
ローラー2速度 680m/min
ローラー2温度 100℃
ローラー3速度 2200m/min
ローラー3温度 140℃
ローラー4速度 2700m/min
ローラー4温度 240℃
ローラー5速度 2800m/min
ローラー5温度 150℃
とする。
最終的に得られた工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、3dtexのモノフィラメント繊度、300dtexのマルチフィラメント繊度、8.0cN/dtexの破断強度、―1.5%の線密度むら、3.0%の破断強度CV値、16.5%の破断伸度、7.9%の破断伸度CV値、6.5%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、6.8%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、8個/mの系条交絡度、ならびに0.4wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後91.2%の染着率と24.59のK/S値と示す染色性能を有する。
実施例7
工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の製造方法は、以下のとおりである。
(1)改質ポリエステルの重合として、
(1.1)3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールの合成として、
(a)モル比の1:5:15で3-トリメチルシリル-3,3-ジメチルプロピレン、過酢酸及びジクロロメタンを混合し、37℃で撹拌して反応を7時間行い、反応済に溶媒を除去し、産物を純化し精製してトリメチルシリルプロピレンエポキシドを獲り、
(b)水、濃硫酸及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、撹拌して水浴で82℃まで加熱し、保温して反応を12分間行い、反応済に室温まで冷却し、さらに中和、蒸留、分離、純化により、Rが-CH((CH32)-とする[式I]に示すトリメチルシリル基を有するジオールをとり、そのうちに、濃硫酸の濃度は70%とし、反応が始まる際にトリメチルシリルプロピレンエポキシドと水のモル比は1:29とし、濃硫酸の用量は混合物の総合質量の0.13%とする;
(1.2)2,5-ジターシャリーブチル-1,6-アジピン酸の合成として、
まずタングステン酸と過酸化水素を混合し、室温の下で11分間かけて撹拌し、次に2,4-ジターシャリーブチルシクロヘキサノールを添加し、還流をつけて80℃で1時間、さらに95℃で2.2時間かけて反応を行い、最後に冷却で結晶化し、洗浄し、精製して産物をとり、そのうち、反応が始まる時にタングステン酸と2,4-ジターシャリーブチルシクロヘキサノールと過酸化水素とのモル比は1:35:150とする;
(1.3)ドーピング修飾Sb23の調製として、
(1.3.1)同じ濃度の0.5mol/LのMg(NO32水溶液とBa(NO32水溶液を体積比の1:1で混合して金属イオンのMx+の水溶液になり、Mx+とSb3+のモル比の2:100でそれを10mol/LのSb23のシュウ酸溶液と均一に混合し、
(1.3.2)混合液に2mol/Lのアンモニア水を滴加してpH値が9に調整して沈殿を完結させ、沈殿物を洗浄し108℃で2.5時間かけて乾燥し、
(1.3.3)乾燥した産物を400℃まで加熱し2.5時間保温し、さらに900℃まで加熱し2時間保温し、そして空気に置いて冷却させ、最後に粉砕して平均径の0.4ミクロンの粉末になさせる;
(1.4)エステル化として、
テレフタル酸、エチレングリコール、2,5-ジターシャリーブチル-1,6-アジピン酸ならびに3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールをスラリーに調製し、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルを添加して均一に混合し、窒素雰囲気の中に0.2MPaと250℃で反応を行い、生じた水の抜き出す量が理論値の92%に達する際に反応終点を決め、そのうちに、テレフタル酸とエチレングリコールと2,5-ジターシャリーブチル-1,6-アジピン酸と3-トリメチルシリル-3,3-ジメチル-1,2-プロパンジオールとのモル比は1:1.5:0.02:0.017とし、ドーピング修飾Sb23粉末、二酸化チタン及び亜リン酸トリメチルの添加量は、テレフタル酸の用量に対して、別々に0.015wt%、0.25wt%、0.03wt%とする;
(1.5)重合として、
まずエステル化反応の産物に常圧から絶対圧力440Paまで40分間かけて徐々に下がる負圧を与え、260℃で40分間かけて低真空の重合反応を行い、さらに負圧を95Paまで与え続け、282℃で70分間かけて高真空の重合反応を行う;
(2)工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸の紡糸工程として、
改質ポリエステルを、固相重合、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱固定及び巻取りのスッテプにより繊維になさせ、そのうちに、固相重合は改質ポリエステルの固有粘度を1.0dL/gになさせることであり、紡糸加工のパラメータは
押出機各部温度 300℃
パック温度 295℃
ノズル圧力 140bar
冷却風温度 22℃
冷却風湿度 79%
冷却風速度 0.7m/s
巻取速度 3000m/min
とし、延伸と熱固定加工のパラメータは
ローラー1速度 440m/min
ローラー1温度 75℃
ローラー2速度 580m/min
ローラー2温度 90℃
ローラー3速度 2400m/min
ローラー3温度 135℃
ローラー4速度 3600m/min
ローラー4温度 250℃
ローラー5速度 3000m/min
ローラー5温度 170℃
とする。
最終的に得られた工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業糸は、2.5dtexのモノフィラメント繊度、150dtexのマルチフィラメント繊度、8.2cN/dtexの破断強度、1.5%の線密度むら、2.8%の破断強度CV値、15.0%の破断伸度、7.8%の破断伸度CV値、7.0%の4.0cN/dtexの負荷に当たる伸度、9.2%の177℃×10min×0.05cN/dtexの条件に当たる乾熱収縮率、6個/mの系条交絡度、ならびに0.6wt%の含油率とする基礎物性を有し、130℃で染色した後90.28%の染着率と26.12のK/S値と示す染色性能を有する。

Claims (10)

  1. 工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法において、
    改質ポリエステル溶融体を固相重縮合による増粘、溶融、計量、押出し、冷却、オイリング、延伸、熱定型、及び巻取りの工程により処理することにより、工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸を取得し、
    固相重縮合による増粘が行われる前の改質ポリエステルは、テレフタル酸、エチレングリコール、tert-ブチルを有するジカルボン酸、トリメチルシリル基を有するジオール、及びドーピングにより改質されたSb23粉末を均一に混合した後、エステル化反応及び重縮合反応をこの順で行うことにより製造され、
    前記tert-ブチルを有するジカルボン酸は、5-tert-ブチル-1,3-フタル酸、2-tert-ブチル-1,6-アジピン酸、3-tert-ブチル-1,6-アジピン酸又は2,5-ジ-tert-ブチル-1,6-アジピン酸であり、
    前記トリメチルシリル基を有するジオールの構造式は、
    Figure 2022508427000005
    であり、式中、Rは、-CH2-、-CH(CH3)-又は-C((CH32)-であり、
    ドーピングによりSb23を改質する方法は、以下の通りであり、
    金属イオンMx+を含有する溶液とSb3+を含有する溶液を均一に混合した後、得られた混合溶液のpH値が9~10になるまで沈殿剤を滴下し、沈殿した生成物を仮焼して粉砕し、
    前記金属イオンMx+は、Mg2+、Ca2+、Ba2+及びZn2+のうちの一種以上である
    ことを特徴とする工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  2. 前記トリメチルシリル基を有するジオールの合成方法は、以下の通りであり、
    (1)原料アルケン、過酢酸、及びジクロロメタンを、モル比が1:5~10:10~15となるように混合し、35~40℃で攪拌しながら5~8時間反応させ、反応が終了した後、溶剤を除去し、純化、精製を行い、トリメチルシリルプロピレンエポキシドを取得し、
    (2)水、濃硫酸、及びトリメチルシリルプロピレンエポキシドを混合し、攪拌しならが水浴を80~85℃まで加熱し、当該温度でl0~15分間反応させ、反応が終了した後室温まで冷却し、中和、蒸留、分離、純化を行い、トリメチルシリル基を有するジオールを取得し、
    前記濃硫酸は、質量濃度が70%の硫酸であり、
    反応の開始時に、トリメチルシリルプロピレンエポキシドと水とのモル比は、1:20~40であり、濃硫酸の質量は、混合物の総質量の0.1~0.15%であり、
    前記トリメチルシリル基を有するジオールの構造式において、Rが-CH(CH3)-又は-C((CH32)-である場合、前記原料アルケンは、それぞれ3-トリメチルシリル-3-メチルプロペン、3-トリメチルシリル-3,3-ジメチルプロペンであり、
    前記2-tert-ブチル-1,6-アジピン酸、3-tert-ブチル-1,6-アジピン酸、及び2,5-ジ-tert-ブチル-1,6-アジピン酸の合成方法は、以下の通りであり、
    タングステン酸と過酸化水素を混合し、室温で10~15分間攪拌した後、原料アルコールを添加して80~85℃で1~2時間反応させ、その後、90~95℃まで加熱して2~3時間反応させ、
    反応プロセスにおいて、反応物は常に還流状態にあり、反応が終了した後に冷却、結晶化、洗浄、精製を行い、
    反応の開始時に、タングステン酸と、原料アルコールと、過酸化水素とのモル比は、1:30~40:120~150であり、
    生成物が2-tert-ブチル-1,6-アジピン酸、3-tert-ブチル-1,6-アジピン酸、又は2,5-ジ-tert-ブチル-1,6-アジピン酸である場合、原料アルコールは、それぞれ2-tert-ブチルシクロヘキサノール、4-tert-ブチルシクロヘキサノール、2,4-ジ-tert-ブチルシクロヘキサノールである
    ことを特徴とする請求項1に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  3. 前記金属イオンMx+を含有する溶液は、濃度が0.5~1.0mol%であり、溶剤が水であり、溶液におけるアニオンがNO3 -であり、
    前記Sb3+を含有する溶液は、濃度が5~10mol%のSb23溶液であり、溶剤は、シュウ酸であり、
    前記沈殿剤は、濃度が2mol/Lのアンモニア水であり、沈殿開始時に、混合溶液における金属イオンMx+とSb3+とのモル比は、1~3:100であり、
    仮焼前に沈殿した生成物を洗浄して乾燥させ、乾燥温度は、105~110℃であり、乾燥時間は、2~3時間であり、
    仮焼プロセスは、以下の通りであり、
    400℃まで昇温した後2~3時間保持し、その後、900℃まで昇温した後1~2時間保持し、最後に空気中で冷却し、
    Sb23をドーピングにより改質した後に粉碎して平均粒度が0.5μm未満の粉末が得られる
    ことを特徴とする請求項2に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  4. 固相重縮合による増粘が行われる前の改質ポリエステルの製造工程は、以下のステップを含み、
    ステップ(1)エステル化反応
    テレフタル酸、エチレングリコール、tert-ブチルを有するジカルボン酸、及びトリメチルシリル基を有するジオールをスラリーに調製し、ドーピングにより改質されたSb23粉末、艶消し剤及び安定剤を添加して均一に混合した後、窒素雰囲気中、常圧~0.3MPaの加圧環境及び250~260℃の温度の下でエステル化反応を行い、生成した水の蒸留量が理論値の90%以上を超える時点で反応を終了し、
    ステップ(2)重縮合反応
    エステル化反応終了後、負圧で低真空段階の重縮合反応を開始し、この段階において250~260℃の反応温度で30~50分間かけて常圧から500Pa以下の絶対圧力まで真空引きし、その後、引き続き真空引きし、高真空段階の重縮合反応を行い、さらに反応圧力を100Pa以下の絶対圧力まで減圧し、270~282℃の反応温度で50~90分間反応させる
    ことを特徴とする請求項3に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  5. 前記テレフタル酸と、前記エチレングリコールと、前記tert-ブチルを有するジカルボン酸と、トリメチルシリル基を有するジオールとのモル比は、1:1.2~2.0:0.02~0.03:0.01~0.02であり、
    前記ドーピングにより改質されたSb2O3粉末、、前記艶消し剤及び前記安定剤の添加量は、それぞれテレフタル酸の添加量の0.012~0.015wt%、0.20~0.25wt%和0.01~0.05wt%である
    ことを特徴とする請求項4に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  6. 前記艶消し剤は、二酸化チタンであり、前記安定剤は、リン酸トリフェニル、リン酸トリメチル又は亜リン酸トリメチルである
    ことを特徴とする請求項5に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  7. 固相重縮合による増粘が行われた後の改質ポリエステルは、固有粘度が1.0~1.2dL/gである
    ことを特徴とする請求項1に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  8. 前記工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の紡糸方法のパラメータは以下に示し、
    スクリュー各領域の温度 290~320℃、
    箱体温度 295~300℃、
    ヘッド圧力 140Bar、
    サイド吹出温度 22℃、
    サイド吹出湿度 80±5%、
    サイド吹出速度 0.5~0.7m/s、
    巻取速度 2600~3600m/min、
    延伸、熱定型工程のパラメータは以下に示し、
    第1ローラ速度 440~650m/min、
    第1ローラ温度 80±5℃、
    第2ローラ速度 460~680m/min、
    第2ローラ温度 90~100℃、
    第3ローラ速度 1900~2400m/min、
    第3ローラ温度 125~140℃、
    第4ローラ速度 2700~3600m/min、
    第4ローラ温度 220~250℃、
    第5ローラ速度 2500~3600m/min、
    第5ローラ温度 150~170℃、
    ことを特徴とする請求項1に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸の製造方法。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の製造方法により製造された工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸であって、
    前記工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸は、改質ポリエステルであり、
    前記改質ポリエステルの分子鎖は、テレフタル酸セグメント、エチレングリコールセグメント、tert-ブチルを有するジカルボン酸セグメント、及びトリメチルシリル基を有するジオールセグメントを含み、
    前記改質ポリエステルには、前記ドーピングにより改質されたSb23粉末が分散されている
    ことを特徴とする工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸。
  10. 前記工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸は、単糸繊度が2~3dtexであり、複糸繊度が150~300dtexであり、破断強度が8.0cN/dtex以上であり、線密度偏差率が±1.5%であり、破断強度CV値が3.0%以下であり、破断伸び率が13.0~16.5%であり、破断伸度CV値が8.0%以下であり、4.0cN/dtex荷重下での伸び率が5.5~7.0%であり、177℃、10min、0.05cN/dtexの条件における乾熱収縮率が6.8~9.2%であり、ネットワーク度が(5~8)±2個/mであり、含油率が0.6±0.2wt%であり、
    130℃において、改質ポリエステルFDY糸の染着率が88.8~91.2%であり、K/S値が24.07~26.12である
    ことを特徴とする請求項9に記載の工業用ミシン糸に用いられるポリエステル工業用糸。
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