JP3986514B2 - ポリトリメチレンテレフタレートの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、数平均分子量（Ｍｎ）が２０，０００以上であり、分子量の分散性を示す多分散指数(Polydispersity Index:PDI)が１．３〜２．７である高強度ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）の製造方法に関する。
特許文献１には、リン化合物と重縮合溶媒の金属化合物を用いて極限粘度０．４〜２．０ｄｌ／ｇのＰＴＴを製造する方法が開示されている。
国際特許公開ＷＯ９９／１１７０９パンフレット
ところが、本発明者らは、ＰＴＴの品質を左右する要素には、極限粘度以外にも、さらに大きい影響を及ぼす数平均分子量と多分散指数とがあることを見出した。通常の方法によって製造されるＰＴＴは、数平均分子量が１７，０００であり、多分散指数が２．９である。
また、本発明者らは、このような物性を有するＰＴＴを用いて繊維を製造すると、強度が３．５ｇ／ｄ未満であり、紡糸作業性が通常のポリエステル繊維の製造工法に比べて良くないことを見出した。
本発明の目的は、数平均分子量２０，０００以上、多分散指数（ＰＤＩ）１．３〜２．７のＰＴＴの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の特徴によれば、溶融重合で重合した数平均分子量１０，０００〜１８，０００、多分散指数２．７以上のポリトリメチレンテレフタレートを非活性媒体中で温度１６０〜２３０℃で５７〜３００時間処理する、ポリトリメチレンテレフタレートの製造方法を提供する。前記非活性媒体は真空、アルキレンジフェニル、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウム及びネオンガスの中から選択したものであることを特徴とする。
本発明によれば、数平均分子量２０，０００以上であり、分子量の分散性を示す多分散指数が１．３〜２．７であるＰＴＴは、均一な分子量分布によってＰＴＴ繊維の紡糸中にパック圧の上昇が緩和してパック交換周期とワイピング周期とを延長させて生産性の向上を図ることができるとともに、原糸均齋性の増加、原糸物性の均一化などの優れた特性を有するＰＴＴ繊維を製造可能にする。また、本発明は、ＰＴＴ繊維の紡糸中に糸切れ回数を減少させて生産性を増加させることができる。
また、高分子量に起因する高強度物性は、繊維の後加工、すなわち仮撚、延伸、編織及び製織など一連の工程でＰＴＴ固有の優れた性質である伸縮性、弾性回復性、ソフトニス、耐化学性などの特性の損失を最小化させることができ、後加工作業性が上昇するので、衣類用及び産業用繊維を問わずに製造コストを節減させることができる。また、本発明に係るＰＴＴは、射出及び押出成形物の製造にも非常に有用である。
本発明者等は、ポリトリメチレンテレフタレート繊維（ＰＴＴ繊維）の製造に最も適したＰＴＴの物性は、数平均分子量が２０，０００以上であり、分子量の分散性を示す多分散指数が１．３〜２．７であることが分かった。数平均分子量が２０，０００よりも小さければ、繊維の強度があまりに低くなって製糸時に紡糸作業性が不良になり、生産性の向上のために紡糸速度を増加させるにも限界がある。また、織編物の製造時に糸切れが多く発生し、張力管理が難しくなって物性が変わるという欠点がある。
多分散指数もＰＴＴ及びＰＴＴ繊維の物性に影響を大きく及ぼす要因であるが、多分散指数が２．７よりも高ければ、不均一な分子量分布によって低分子量物質がＰＴＴ内に多量に含まれるため、紡糸中のパック圧の上昇、ワイピング周期の短縮、原糸繊度の不均一性の増大、原糸物性の不均一性などが発生し易い。しかし、多分散指数が１．３よりも低いＰＴＴは、実際に製造することが非常に難しい。
したがって、数平均分子量が２０，０００以上であり、分子量の分散性を示す多分散指数が１．３〜２．７であることを特徴とするＰＴＴは、本発明者らの研究結果によれば、溶融重合で重合された数平均分子量１０，０００〜１８，０００、多分散指数２．７以上のＰＴＴを非活性媒体中で処理温度１６０〜２３０℃で５７〜３００時間処理すると製造可能であることが分かった。
この際、非活性媒体は真空、アルキレンジフェニル（Therm S 700（登録商標））、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウム、ネオンガスが良い。クロロホルムは、沸点が低いため、ＰＴＴの数平均分子量を増加させるか、多分散指数を減少させることができない。
本発明によれば、優れた品質のＰＴＴを製造するためには、非活性媒体中で処理温度を１６０〜２３０℃にすることが良い。もし処理温度が１６０℃未満であれば、数平均分子量の増加及び多分散指数の減少が発現されないため物性が殆ど改善されず、２３０℃を超過すれば、ＰＴＴが系内で溶融及び沈積して紡糸、射出及び押出などの用途として使用できなくなる。
また、本発明において、処理時間が５７時間未満であれば、数平均分子量の増加及び多分散指数の減少が発現されないため物性が改善されず、３００時間を超過すれば、逆反応が起こって分子量がむしろ減少する。
また、本発明では、系内の温度を昇温させるときに１００℃以上の温度を７時間以上維持させ、ＰＴＴ内に残存している水分を完全除去しなければならない。これは、系内に水分が存在する場合、系内の温度が１２０℃以上であれば加水分解によってＰＴＴが変質するためである。
このように本題明に係るＰＴＴは、散平均分子量が２０，０００以上で、分子量の分散性を示す多分散指数が１．３〜２．７なので、前述した問題点が補完されたＰＴＴ繊維を製造することができる。
図１は処理前のＰＴＴ内の低分子量物質が本発明の処理によって高分子量の物質に転換されたことを示している。また、処理後、分子量の増加によって分子量の分布が減少することを確認することができた。
前述した方法で製造した高分子量のＰＴＴを用いて強度３．５ｇ／ｄ以上、伸度２０〜８０％のＰＴＴ繊維を製造した。前記ＰＴＴを３，０００ｍ／分以上の紡糸速度で溶融紡糸し、延伸領域の温度を５０〜１８０℃にして延伸した後に熱固定して単糸繊度２デニールのＰＴＴ繊維を製造した。
溶融紡糸時の紡糸温度は２４０〜３００℃、好ましくは２５０〜２９０℃が適当である。紡糸温度が２４０℃未満であれば、温度があまりに低くなって安定な溶融物を得ることが難しく、紡糸された繊維も弱糸が発生し、伸度が不均一であり、紡糸温度が３００℃超過であれば、熱分解が発生して紡糸性が不良になる。
本発明において、紡糸速度は３，０００〜４，０００ｍ／分、好ましくは３，２００〜３，８００ｍ／分にすることが良い。紡糸速度が３，０００ｍ／分未満であれば、原糸の時間経過に伴う物性の変化が大きくなって安定的に生産し難く、４，０００ｍ／分を超過すれば、羽毛及び単糸切れの発生が甚だしくて正常な操業が不可能である。
延伸領域の温度は１次延伸領域の温度を５０〜９０℃、さらに好ましくは６０〜８０℃にすることが適当である。５０℃未満では、延神温度が非常に低くなって繊維の強度及び伸度が低下し、羽毛及び単糸切れが多くて安定的な操業が難しい。その理由は、温度が低くて延伸による分子鎖の十分な配向が発生しないためである。また、９０℃を超過すると、均一延伸が難しく、糸の物性変化が大きくなって正常な操業が困難である。
また、２次延伸領域の温度は１００〜１８０℃、さらに好ましくは１１０〜１７０℃が適当である。１００℃未満であれば、時間経過に伴う物性の変化が発生し、１８０℃を超えれば、均一な物性を得ることが難しく、安定した操業が困難である。
本発明に係るＰＴＴの物性分析方法は次の通りである。数平均分子量と多分散指数：数平均分子量及び重量平均分子量は、米国Waters社のゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）機器を用いて測定した。溶媒としてはヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）を用いてポリスチレンスタンダードによって分析した。
次に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例１〜３、比較例１〜２
表１に記載の条件で１ｍ3の反応器に３００ｋｇのポリトリメチレンテレフタレートポリマーを仕込んで処理し、処理前後の物性を表に示した。
実施例１〜３、比較例１〜２
表１に記載の条件で１ｍ3の反応器に３００ｋｇのポリトリメチレンテレフタレートポリマーを仕込んで処理し、処理前後の物性を表に示した。
実施例４
実施例１で製造されたＰＴＴを用いてスピンドロー工程で製糸を行った。単糸繊度を１デニール以上、紡糸速度を３，０００ｍ／分以上、冷却風の速度を０．３ｍ／秒、油剤付着率を０．７重量％とし、延伸した後に熱固定した。１次延伸領域の温度を６０〜８０℃とし、２次延伸領域の温度を１１０〜１７０℃として強度４．１ｇ／ｄ、伸度３１％の繊維を製造した。
実施例１で製造されたＰＴＴを用いてスピンドロー工程で製糸を行った。単糸繊度を１デニール以上、紡糸速度を３，０００ｍ／分以上、冷却風の速度を０．３ｍ／秒、油剤付着率を０．７重量％とし、延伸した後に熱固定した。１次延伸領域の温度を６０〜８０℃とし、２次延伸領域の温度を１１０〜１７０℃として強度４．１ｇ／ｄ、伸度３１％の繊維を製造した。
紡糸中、パック交換周期は処理前の７日から１４日に延長され、糸切れ回数は４回／日から１回／日に大きく減少した。製糸されたＰＴＴ繊維を２８ゲージの３２インチ丸編機によって丸編して１１０℃で３０分間Blue 2R-SF分散染料を用いて高温高圧染色を行った結果、均一で濃い色相と柔らかい表面感を有する丸編地が製造された。
Claims (2)
- 溶融重合で重合した数平均分子量１０，０００〜１８，０００、多分散指数２．７以上のポリトリメチレンテレフタレートを非活性媒体中で温度１６０〜２３０℃で５７〜３００時間処理することを特徴とするポリトリメチレンテレフタレートの製造方法。
- 前記非活性媒体が真空、アルキレンジフェニル、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウム及びネオンガスの中から選択したものであることを特徴とする請求項１記載のポリトリメチレンテレフタレートの製造方法。
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