JP3071568B2 - 難燃性ポリエステルの製造法 - Google Patents

難燃性ポリエステルの製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は難燃性ポリエステルの製
造法に関する。さらに詳しくは、高度な難燃性と良好な
色相とを兼ね備えた繊維を得るに適した難燃性ポリエス
テルを生産性良く製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年安全性指向の高まりと共に、ポリエ
ステル繊維に高度な難燃性を付与することが求められて
いる。かかる要求に対して、従来、(1)ポリエステル
製造時に難燃剤成分を共重合させる方法、(2)ポリエ
ステル製造から紡糸までの段階で難燃剤を配合する方
法、(3)ポリエステル繊維を難燃剤を含有する処理剤
で処理する方法等が提案されている。
【0003】これらの方法のなかでは、繊維の風合の低
下、製糸時の難燃剤のにじみ出しによる製糸性の低下並
びに繊維の後加工あるいは洗濯における難燃性の低下が
少ないといった観点より(1)の共重合させる方法が好
ましく、また難燃剤としては、燃焼時にハロゲンガス等
の有毒ガスが発生し難いといったことから、リン化合物
が安全性上好ましいとされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、リン化合物
としてリン酸エステル等の三官能のエステル形成性化合
物を共重合する方法(特公昭49―22958号公報
等)では、白度の良好なポリエステルが得られるもの
の、共重合割合を増加させるとゲル化を生じ易くなるた
め充分な量共重合できず、難燃性が不充分となる欠点が
あり、一方、特定の2官能エステル形成性リン化合物を
共重合させる方法(特公昭53―13479号公報)で
は、ゲル化の問題なく共重合量を増加できるので充分な
難燃性が得られるものの、ポリエステル製造時の重合速
度が遅く、且つ色相の良好なポリエステルが得難いとい
った問題があった。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、高度な難燃性と良好な色相とを兼ね備え、難燃性ポ
リエステル繊維を製造するに適したポリエステルを生産
性良く製造する方法を提供することを目的とするもので
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意検討した結果、特定の2官能性リン
化合物をポリエステルに共重合する際、特定の重縮合触
媒を特定量組み合わせて用いることにより難燃性とポリ
マー色相との両問題を同時に解決できることを見い出し
本発明に到達した。
【0007】すなわち、本発明によれば、エチレンテレ
フタレート単位を主たる繰り返し単位とし、下記(I)
式で表わされるリン化合物がリン原子量として0.5〜
3.0重量%共重合されたポリエステルを製造するに際
し、重縮合触媒としてアンチモン化合物、コバルト化合
物及びチタン化合物を、下記式(a)〜(d)を同時に
満足する量添加することを特徴とする難燃性ポリエステ
ルの製造法、
【0008】
【化2】
【0009】(式中、R1 ,R4 は夫々炭素数が1〜2
1のアルキル基、アリール基、モノヒドロキシアルキル
基又は水素原子、R2 は炭素数が1〜6のアルキル基又
はアリール基、R3 は炭素数が1〜10のアルキレン基
を表わす) (a)3≦T≦10 (b)15≦S≦30 (C)3≦C≦15 (d)40≦4T+2C+S≦100 (式中、T、S及びCは夫々重合触媒として添加するチ
タン化合物、アンチモン化合物及びコバルト化合物のテ
レフタル酸成分に対する添加量(ミリモル%)を表わ
す)が提供される。
【0010】以下に本発明を詳細に説明する。本発明で
いうポリエステルは、エチレンテレフタレート単位を主
たる繰り返し単位とし、難燃成分として下記一般式
(I)で表わされる二官能性リン化合物が共重合された
ポリエステルを主たる対象とするが、本発明の目的を阻
害しない範囲内で他の共重合成分を共重合してもかまわ
ない。
【0011】
【化3】
【0012】式中、R1 ,R4 は、炭素数が1〜21の
アルキル基、アリール基、モノヒドロキシアルキル基、
又は水素原子であり、R2 は炭素数が1〜6のアルキル
基、又はアリール基であり、R3 は炭素数が1〜10の
アルキレン基である。好ましく用いられる具体例として
は、例えば(2―カルボキシエチル)メチルホスフィン
酸、(2―カルボキシルエチル)メチルホスフィン酸と
エチレングリコールとのエステル、(2―カルボキシエ
チル)エチルホスフィン酸、(2―メトキシカルボニル
エチル)メチルホスフィン酸、[2―β―ヒドロキシエ
トキシカルボニル)エチル]メチルホスフィン酸、(2
―メトキシカルボニルエチル)メチルホスフィン酸メチ
ル等をあげることができ、これらは単独で使用しても、
併用してもよく、またこれらの化合物をさらに縮合させ
たものでもよい。
【0013】かかるリン化合物の共重合量は、得られる
ポリエステル中のリン原子含有量が0.3〜3.0重量
%、好ましくは0.6〜2.0重量%となるようにす
る。リン化合物の共重合量が上記範囲未満の場合には難
燃性が劣り、一方上記範囲を越える場合にはポリエステ
ルの物性が大きく低下するので好ましくない。
【0014】次にかかるリン化合物をポリエステルに共
重合するには、ポリエステル製造の任意の段階で添加す
ればよいが、重縮合反応後期の段階では重縮合時間が延
長するので、エステル化反応もしくはエステル交換反応
が実質的に終了した時点から、重縮合反応の初期までの
間で添加することが望ましい。また、リン化合物はあら
かじめジオール成分あるいは他の溶媒にし分散・溶解さ
せておいてもよく、さらにはジオール成分とあらかじめ
加熱反応させた後添加してもよい。
【0015】本発明においては、上記リン化合物を添加
した後重縮合反応せしめる際に、重縮合触媒としてアン
チモン化合物、コバルト化合物、及びチタン化合物を特
定割合で併用する点に最大の特徴を有する。すなわち、
下記(a)〜(d)式を満足する割合で用いることが肝
要である。 (a)3≦T≦10 (b)15≦S≦30 (C)3≦C≦15 (d)40≦4T+2C+S≦100
【0016】ここで、T,S及びCは、夫々重合触媒と
して添加するチタン化合物、アンチモン化合物及びコバ
ルト化合物の量であり、テレフタル酸成分に対する割合
(ミリモル%)を表わす。チタン化合物の添加量が上記
範囲未満の場合には重縮合反応速度が遅くなり、一方上
記を越える場合には得られるポリマーの色調が低下する
(ハンター型色差計によるb値が高くなる)ので好まし
くない。
【0017】また、アンチモン化合物の添加量が前記範
囲未満の場合には重縮合反応が遅くなり、一方上記範囲
を越える場合には得られるポリマーのハンター型色差計
によるL値が低下するので好ましくなく、コバルト化合
物の添加量が前記範囲未満の場合には、得られるポリマ
ーの色調についてb値が高くなり、逆に越える場合には
b値が低くなりすぎるとともにL値も低下する傾向にあ
るので好ましくない。
【0018】さらに、T,S及びCが前記(d)式を満
足せず4T+2C+Sが上記範囲未満の場合には重縮合
反応速度が不充分となり、一方上記範囲を越える場合に
は得られるポリマーの色調が悪化するので好ましくな
い。
【0019】本発明においては、上記重縮合触媒の添加
時期についても、重縮合反応開始前であれば特に限定さ
れず、従来公知の方法に準じて行なえばよい。例えば、
テレフタル酸ジメチルとエチレングリコールとをエステ
ル交換触媒として酢酸マンガンを添加し、徐々に昇温し
ながらエステル交換反応せしめ、得られた反応生成物に
前記(1)式で表わされるリン化合物とともに上記重縮
合触媒を添加し、次いで徐々に1mmHg以下の高真空に
しながら昇温して250〜300℃の温度で重縮合反応
を行なう事によって製造できる。
【0020】なお、本発明にかかる難燃性ポリエステル
の製造方法では、一般的に使用されている添加物、例え
ばエーテル結合抑制剤であるテトラエチルアンモニウム
ハイドロオキサイド、つや消剤である二酸化チタン、そ
の他難燃助剤、カーボンブラック、制電剤、熱安定剤な
どを併用添加する事も可能である。
【0021】
【発明の作用・効果】従来、高度な難燃性と機械的特性
とを同時に満足させるために、二官能のエステル形成性
リン化合物をポリエチレンテレフタレートに共重合する
方法が例えば特公昭53―13479号公報等に提案さ
れている。しかし、ここで用いられているリン化合物
は、ポリエチレンテレフタレートとの共重合性が低いた
めと推定され、ポリエチレンテレフタレートを重縮合さ
せる際に通常用いられているアンチモン重縮合触媒単独
では重縮合反応時間が長くなり、充分高重合度のポリエ
ステルを得ようとすると、ポリマーの色調が悪化する
(ハンター色差計によるL値が低くなり、またb値が大
きくなる)といった問題があった。
【0022】これに対して、本発明の製造法において
は、その詳細な理由は不明であるが、チタン、アンチモ
ン及びコバルトの化合物を特定の割合で用いることによ
り、重縮合反応速度が改善され、重縮合反応時間を短縮
できるといった作用とあいまって、得られるポリマーの
色調は著しく改善される。
【0023】したがって、本発明による難燃性ポリエス
テルからは、例えば機械的特性に優れ、且つ白度も良好
で高度な難燃性を有するポリエステル繊維を容易に得る
ことができ、その工業的価値は極めて大である。
【0024】
【実施例】以下、実施例を挙げてさらに詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。なお実施
例中の部は重量部を示す。また各種特性は下記の方法に
より評価した。
【0025】(1)固有粘度[η] オルソクロルフェノールを溶媒として30℃で測定し、
その相対粘度から常法により求めた。
【0026】(2)色調(L値、b値) 重合体の色調を表わすL値及びb値はハンター型色差計
を用いて測定した値であり、L値が大きい程白度が向上
していることを示し、b値が大きい程黄色味の強いこと
を示している。即ち、L値が大きく、b値が小さいほど
色調が良好であることを示す。
【0027】(3)リン含有量 得られた重合体のリン原子に由来する螢光X線を測定
し、その発光強度より算出した。
【0028】(4)難燃性 限界酸素指数(LOI値)を常法に従って測定評価し
た。
【0029】
【実施例1】テレフタル酸ジメチル100部、エチレン
グリコール54部、酢酸カルシウム0.063部(69
mmol%対テレフタル酸ジメチル)及び酢酸コバルト0.
013部(10mmol%対テレフタル酸ジメチル)を撹拌
機、精留塔及びメタノール留出コンデンサーを設けた反
応器に仕込み、140℃から徐々に昇温し、反応の結果
生成するメタノールを系外に留出させながら、エステル
交換反応を行なった。反応開始後3時間で内温は220
℃に達し、メタノール33部が留出した。ここで安定剤
としてトリメチルフォスフェート0.058部(80mm
ol%対テレフタル酸ジメチル)を添加し、10分後に三
酸化アンチモン0.072部(20mmol%対テレフタル
酸ジメチル)及び酢酸チタン0.0045部(5mmol%
対テレフタル酸ジメチル)を添加し、さらに10分後に
リン化合物として2―カルボキシエチルメチルホスフィ
ン酸とエチレングリコール(1:1重量比)を加熱反応
させて得た生成物6.0部を添加し、さらに10分後に
酸化チタン0.07部を添加した。次いで得られた反応
生成物を撹拌機及びグリコール留出コンデンサーを設け
た反応器に移し、230℃から282℃に徐々に昇温す
るとともに常圧から1mmHgの高真空に圧力を下げなが
ら重縮合反応を行なった。反応系の溶融粘度を追跡し、
[η]が0.660となる時点で重縮合反応を終了し
た。
【0030】重縮合反応に要した時間は210分であ
り、生産性に問題は無かった。また、得られたポリマー
の色調はL値が65.0、b値が4.1と良好であり、
リン含有量は0.685重量%であった。
【0031】引き続き得られたポリマーを常法に従って
紡糸温度285℃で紡糸を行い、1500m/分の速度
で巻き取り未延伸糸を得た。それぞれの未延伸糸を集束
し、延伸糸換算で約50万デニールのトウとした。延伸
糸の残留伸度が約30%になる様に液浴温度75℃で、
延伸倍率3.5倍から4.5倍で液浴延伸を行った。引
続いて165℃の熱ドラム上で約5秒間定長熱処理した
後ケン縮付与し、120℃で乾燥後38mmにカットし短
繊維とした。この短繊維を用いて、通常の方法で紡績糸
を作り、目付250g/m2 の平織とし、おのおの18
0℃1分間定長で熱セットを行ない布帛とし難燃性評価
結果を表1に示した。
【0032】
【実施例2〜5、比較例1〜8】使用する重縮合触媒を
表1に記載の如く変更する以外は実施例1と同様にして
ポリマーを得た。結果を表1にあわせて示す。
【0033】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 63/692 C08G 63/82 - 63/87 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エチレンテレフタレート単位を主たる繰
    り返し単位とし、下記(I)式で表わされるリン化合物
    がリン原子量として0.5〜3.0重量%共重合された
    ポリエステルを製造するに際し、重縮合触媒としてアン
    チモン化合物、コバルト化合物及びチタン化合物を、下
    記式(a)〜(d)を同時に満足する量添加することを
    特徴とする難燃性ポリエステルの製造法。 【化1】 (式中、R1 ,R4 は夫々炭素数が1〜21のアルキル
    基、アリール基、モノヒドロキシアルキル基又は水素原
    子、R2 は炭素数が1〜6のアルキル基又はアリール
    基、R3 は炭素数が1〜10のアルキレン基を表わす) (a)3≦T≦10 (b)15≦S≦30 (C)3≦C≦15 (d)40≦4T+2C+S≦100 (式中、T、S及びCは夫々重合触媒として添加するチ
    タン化合物、アンチモン化合物及びコバルト化合物のテ
    レフタル酸成分に対する添加量(ミリモル%)を表わ
    す)
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