JP2530649B2 - 改質ポリエステルの製造法 - Google Patents

改質ポリエステルの製造法

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JP2530649B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は改質ポリエステルの製造法、さらに詳しく
は、複合繊維もしくは多層化繊維の一成分として用い,
熱水による溶解除去によって容易に極細繊維や特殊異形
断面糸と為すことができ、またコーティング材等の水溶
性樹脂としても使用可能な共重合ポリエステルの製造法
に関する。
[従来技術] 従来、ポリエチレンテレフタレート系ポリエステル
(以下、単にポリエステルと略称)は力学的および化学
的性能が優れていることから繊維用,フィルム用,およ
びプラスチック成型品用等として広く用いられている。
ところで、近年ポリエステルの一つの分野として比較
的多量の5−ナトリウムスルホイソフタル酸の低級ジア
ルキルエステル成分(以下、単にSI成分と略称)を共重
せしめて水溶性ポリエステルとすることは、例えば特公
昭58−39926号公報で知られている。即ち、該公報には4
0〜80部のテレフタル酸ジメチル,20〜60部のSI成分,お
よび相当する量のエチレングリコールから水溶性ポリエ
ステルが得られること、そしてその水溶性ポリマを通常
のポリエステルポリマと共にブレンド紡糸した後、該水
溶性ポリマを洗去することが示されている。
しかし、ポリエステルを所謂,直接重合法による製法
により製造しようとする場合、その反応系にこの様な多
量のSI成分を唯単に添加するのみでは、テレフタル酸お
よびイソフタル酸を主とする酸成分とエチレングリコー
ルとのエステル化反応と,SI成分のエステル交換反応と
が同時に生起し、アルコキシ基が残存し易い。このため
重縮合工程では反応性が著しく劣り、十分な重合度のも
のが得られ難いという問題がある。かかる問題はSI成分
が増量する程顕著である。
更に、このポリマは製糸性において必ずしも満足でき
るものではなく、またこのポリマは冷水に対しても一部
が溶出するため,重縮合反応後の溶融ポリマは吐出冷却
によるガット化において,冷水が全く使えず、特殊な装
置を必要とする等の問題がある。
一方、ポリエステル繊維は本来イオン性染料に親和性
を有しないため染色が難しい。このため染色に高温染色
を要し、また分散染料による染色であるため染色物の色
が不鮮明になるという欠点を有するが、この様な欠点を
補うために,直接重合法ポリエステルにSI成分を共重合
して塩基性染料に可染型とする例が、特公昭59−1735号
公報などによって知られている。即ち、該公報には5−
ナトリウムスルホイソフタル酸成分の原料コストの削減
を図ってSI成分を用いる際、テレフタル酸とエチレング
リコールとのエステル化反応において,その反応率が80
%〜98.5%の時点で原料コストの安いSI成分を添加する
ことが示されている。
しかし、上記のごとく,直接重合法のエステル化反応
系にSI成分を添加するに当り、唯単にエステル化反応率
を限定するのみでは、前記同様,アルコキシ基の残存に
基づく重縮合反応性の低下から十分な重合度のものが得
られ難い。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、直接
重合法による改質ポリエステルとして、テレフタル酸お
よびイソフタル酸とエチレングリコールとのエステル化
反応系に原料コストの安いSI成分を添加する際の重縮合
反応性の低下を防止し、高重合度ポリマとすることにあ
る。また他の目的は直接重合法によるテレフタル酸およ
びイソフタル酸とエチレングリコールとのエステル化反
応系に原料コストの安いSIを全酸成分に対して8モル%
以上添加し、重縮合反応性を低下させることなく高重合
度ポリマとすることで、低コストの熱水可溶性ポリエス
テルを提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の上記目的は、テレフタル酸,イソフタル酸,
およびエチレングリコールをエステル化反応せしめ、該
エステル化反応が実質的に終了した以後,全酸成分に対
して8モル%以上のSI成分と、該SI成分に対して4モル
倍以上のエチレングリコールを添加してエステル交換反
応せしめ、しかる後重縮合反応せしめることを特徴とす
る改質ポリエステルの製造法によって達成することがで
きる。
すなわち、本発明方法の実施に当り、先ずテレフタル
酸およびイソフタル酸と,エチレングリコールとを主た
る出発原料として,公知のエステル化反応を行なう。
この際,イソフタル酸は、テレフタル酸と共に全酸成
分中,5〜40mol%,好ましくは10〜36mol%量を用いる。
イソフタル酸が5mol%未満では熱水溶解時にフレーク状
の不溶物が残存し、一方,40mol%を越えると重縮合反応
速度が遅くなったり、得られるポリマの軟化点が100℃
以下となって、溶融紡糸前のポリマ乾燥が十分行えなく
なったり、高温時の溶融粘度が低いものしか得られない
等、実用上の弊害が生じてくる。
またエチレングリコールは、全酸成分に対して約1.05
〜1.6モル倍とするのが一般的である。
これらの出発原料は常圧から2Kg/cm2(ゲージ圧)
下,エチレングリコールの沸点から250℃付近の温度で
攪拌しながらエステル化反応を行なう。またこのエステ
ル化反応に公知の触媒,添加剤,および反応条件などが
採用できるのは勿論である。
次に上記エステル化反応が実質的に終了すると、その
反応系の全酸成分に対して8mol%以上のSI成分と,更に
SI成分に対して約4モル倍以上のエチレングリコールを
添加して,SI成分のエステル交換反応を行なう。
ここでのSI成分としては、5−ナトリウムスルホイソ
フタル酸のジメチルエステルやジエチルエステル,ジプ
ロピルエステルなどの1種,または2種以上が用いられ
るが、特に5−ナトリウムスルホイソフタル酸のジメチ
ルエステルが好ましい。
また、このSI成分は全酸成分に対して8mol%未満であ
ると目的の熱水可溶のポリマが得られない。一方,あま
り多過ぎると,重縮合時の発泡,増粘が著しくなるため
30mol%以下とすることが好ましい。複合繊維等に使用
するためには冷水に不溶とすることが好ましく、この場
合のSI成分は10〜18mol%が好ましい。
更に、この場合のエチレングリコールは上記SI成分に
対して4モル倍以上が用いられ、このエチレングリコー
ル量が4モル倍未満ではSI成分のエステル交換反応が完
結し難く、引続き行なう重縮合反応で反応性が著しく低
下するため、十分な高重合度ポリマが得られない。一
方,エチレングリコールがあまり多過ぎると,生成ポリ
マ中のジエチレングリコール量が増大するし、また余剰
エチレングリコールの回収コストが増大するなどのた
め、エチレングリコールの上限は約10モル倍程度が好ま
しい。
エチレングリコールの添加時期は、通常テレフタル酸
およびイソフタル酸と,エチレングリコールとのエステ
ル化反応が実質的に終了した以後,即ちエステル化反応
率が約97〜99.5%に達した後に、SI成分と一緒に添加す
るのが一般的であるが、他方,SI成分のエステル交換反
応開始前(即ち,SI成分添加前)と,重縮合反応の開始
前とに分割添加すると、余剰エチレングリコールの熱履
歴が少なく,ジエチレングリコールの副生量が抑制でき
るので好ましい。
エステル化反応終了前にエチレングリコールを追加す
ることは、ジエチレングリコールの副生量が増大するば
かりでなく、重縮合反応性の低下の改善効果も小さくな
るため好ましくない。
次に、SI成分のエステル交換反応後には、引続きエチ
レングリコールを反応系外へ留去しつつ目的とする改質
ポリマが得られるまで重縮合反応を行なうが、この重縮
合反応には例えば触媒として三酸化アンチモンを用いた
り、温度条件として約250〜290℃,圧力条件として減圧
下(1mmHg以下)とするなど,公知の反応条件が採用さ
れる。その他,改質ポリマの特性を損わない範囲内で各
種の添加剤,例えば艶消剤,蛍光増白剤,安定剤,紫外
線吸収剤,難燃化剤,帯電防止剤,結晶核剤などを適宜
添加してもよい。
本発明における改質ポリエステルは、共重合成分とし
て前記イソフタル酸およびSI成分の他に酸成分,グリコ
ール成分を問わず,公知の共重合成分を所望量含有して
も差支えない。特に熱水可溶性を与えるための共重合成
分には、C3〜C20の脂肪族ジカルボン酸、例えばアジピ
ン酸,アゼライン酸,セバシン酸,ドデカンジオン酸な
どの20mol%以下、C3〜C20の脂肪族ジカルボン酸から得
られるポリ酸無水物、例えばポリアジピン酸無水物,ポ
リアゼライン酸無水物,ポリセバシン酸無水物,ポリド
デカンジオン酸無水物などの20mol%以下、および数平
均分子量400〜6000のポリアルキレングリコールもしく
はその誘導体、例えばポリエチレングリコール,ポリプ
ロピレングリコール,ポリテトラメチレングリコール、
ビスフェノールAなどのビスフェノール化合物のフェノ
ール性水酸基にエチレンオキサイド,プロビレンオキサ
イド,ブチレンオキサイドなどを開環付加させて得られ
るポリエーテル化合物などの20mol%以下を用いる等は
好適である。
[発明の効果] 上述したように、本発明は直接重合法による改質ポリ
エステルとして、テレフタル酸およびイソフタル酸とエ
チレングリコールとのエステル化反応系に原料コストの
安いSI成分を添加する際,該SI成分に対して特定量のエ
チレングリコールを添加するものであり、これによって
重縮合反応性が著しく向上し、繊維や水溶性樹脂として
実用上十分な高重合度ポリマが得られる。またこのポリ
マは高温下での優れた耐熱性や曳糸性を有するため、溶
融紡糸による繊維化が容易であり、このため複合繊維の
一成分とした後,それを溶解除去して形成される極細繊
維や特殊異形断面糸などの分野で特に有用である。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。本
例中、部は重量部を意味する。また改質ポリマの固有粘
度,ジエチレングリコール(以下、DEGと略称)含量
量,および熱水溶解性は次のようにして求めた。
(1)固有粘度 ポリマチップ(約3mmφ×5mm長)3.2gをオルソクロロ
フェノール40mlに溶解し、その溶液を25℃でオストワル
ド粘度計を用いて測定した。
(2)DEG量 ポリマチップ(約3mmφ×5mm長)0.5gをモノエタノー
ルアミン中でアミン分解し、遊離したDEGをガスクロマ
トグラフにて測定した。
数値はポリマ中のDEG量の重量%を示す。
(3)熱水溶解性 95℃の熱水100gにチップ(約3mmφ×5mm長)1gを投入
し、マグネットスターラで攪拌しつつ溶解性をみた。
実施例1 テレフタル酸(TPA)52.1部、イソフタル酸(IPA)1
6.0部、およびエチレングリコール(EG)35.6部をエス
テル化反応缶に仕込み、常圧〜2.0Kg/cm2G,230〜250℃
で精留塔から生成水を留出させながら,約4時間,エス
テル化反応をさせた。このとき、留出水量から求めた最
終エステル化反応率は約98.0%であった。
次に上記エステル化反応生成物を重合缶へ移行し、そ
こに5−ナトリウムスルホイソタル酸ジメチル(SID)2
1.4部、EG31.4部(EG/SIDモル比=7.0)、および酢酸マ
ンガン0.03部、酢酸リチウム0.4部、三酸化アンチモン
0.05部、およびリン酸0.025部を添加し、230℃から250
℃まで徐々に昇温しながら,常圧にて生成メタノールを
留去させながら、エステル交換反応を行なった。
このときのエステル交換反応は反応時間が約1時間10
分,留出メタノール量から求めた反応率が約75%であっ
た。
このエステル交換反応に続き、反応缶内を250℃から
徐々に昇温しながら,また常圧から徐々に減圧しながら
重縮合反応を開始し、最終的に285℃,1mmHg以下の条件
で4時間の重縮合を行った。重合後常温水浴中にポリマ
をガット状で吐出し、チップを得た。
かくして得られたポリマは、固有粘度0.65,DEG含有量
2.1重量%であり、また該ポリマは優れた熱水溶解性を
示すと共に,冷水に対する溶解は殆ど認められなかっ
た。
実施例2〜4,比較例1および2 実施例1におけるエステル交換反応で、SIDに対するE
Gの添加量を変更した以外、実施例1と同様に行ない、
ポリマ特性を調べた。その結果を第1表に示した。
実施例5 実施例1におけるエステル交換反応で、SIDに対するE
Gをエステル交換反応開始直前(即ち,SI成分添加前)
と、引続き行なう重縮合反応の開始直前とに2等分割添
加した以外、実施例1と同様に行なった。得られたポリ
マは、固有粘度0.70,DEG含有量17.重量%であり、また
該ポリマは優れた熱水溶解性を示すと共に,冷水に対す
る溶解は殆ど認められなかった。
実施例6 TPA50.1部、IPA14.7部、およびEGEG31.5部をエステル
化反応缶に仕込み、常圧〜2.0Kg/cm2G,230〜250℃で精
留塔から生成水を留出させながら,約4時間,エステル
化反応をさせた。このとき、留出水量から共めた最終エ
ステル化反応率を約98%であった。
次に上記エステル化反応生成物を重合缶へ移行し、そ
こにSID15.8部、数平均分子量3300のPEG9.6部、EG19.8
部(EG/SIDモル比=6.0)、および酢酸マンガン0.02
部、酢酸リチウム0.3部、三酸化アンチモン0.05部、お
よびリン酸0.02部を添加し、徐々に昇温しながら,230〜
250℃,常圧にて生成メタノールを留去させながら、エ
ステル交換反応を行なった。
このときのエステル交換反応は反応時間が1時間20
分,留出メタノール量から求めた反応率が約75%であっ
た。
このエステル交換反応に続き、反応缶内を250℃から
徐々に昇温しながら,また常圧から徐々に減圧しながら
重縮合反応を開始し、最終的に285℃,真空度1mmHg以下
の条件で4時間の重縮合を行った。重合後常温水浴中に
ポリマをガット状で吐出し、チップを得た。
かくして得られたポリマは、固有粘度0.70,DEG含有量
1.9重量%であり、また該ポリマは優れた熱水溶解性を
示すと共に,冷水に対する溶解は殆ど認められなかっ
た。
比較例3 TPA52.1部、IPA16.0部、およびEG35.6部をエステル化
反応缶に仕込み、常圧〜2.0Kg/cm2G,230〜250℃で精留
塔から生成水を留出させながら,約4時間,エステル化
反応をさせた。エステル化反応率が98%に達した時点
で、3.5部のEG(EG/SIDモル比=0.78に相当)を追添加
し、更にエステル化反応を継続してエステル化反応率を
99%まで達せしめた。
このエステル化反応生成物を重合缶へ移行し、そこに
SID21.4部、酢酸マンガン0.03部、酢酸リチウム0.4部、
三酸化アンチモン0.05部を添加した。
更に実施例1と同様にエステル交換反応,重縮合反
応,およびチップ化を行なった。得られたポリマの固有
粘度は0.48であった。
この結果から、SID添加前のエステル化反応率チッ
プ、即ち,カルボキシル基を減少させただけでは,本発
明のような高い重縮合反応性は達成されないことがわか
る。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テレフタル酸,イソフタル酸,およびエチ
    レングリコールをエステル化反応せしめ、該エステル化
    反応が実質的に終了した以後,全酸成分に対して8モル
    %以上の5−ナトリウムスルホイソフタル酸の低級ジア
    ルキルエステル成分と、該5−ナトリウムスルホイソフ
    タル酸の低級ジアルキルエステル成分に対して4モル倍
    以上のエチレングリコールを添加してエステル交換反応
    せしめ、しかる後重縮合反応せしめることを特徴とする
    改質ポリエステルの製造法。
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