JP4268053B2 - 安定したポリトリメチレンテレフタレートパッケージを製造するプロセス - Google Patents

Description

本発明は、ポリエステルマルチフィラメントヤーンの紡糸および巻き取りのプロセスに関し、該ヤーンは、ポリエステルフィラメントの全重量に対して、少なくともポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）を８５重量％含む。

連続的な２段プロセスのポリエステルマルチフィラメントヤーン、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）マルチフィラメントヤーンの製造は、既に知られている。
マルチフィラメントヤーンは第１段階で紡糸し、巻き取り、第２段階でマルチフィラメントヤーンは延伸し、完成した形状とし、熱固定もしくは延伸巻縮して、バルキーマルチフィラメントヤーンとする。この２段階の間に、第２のテクスチャー加工段階および製品の品質のプロセス条件に対する影響なしに、このマルチフィラメントヤーンのパッケージは長期間保管したり高温で輸送したりすることができる。

ポリエステルポリマーチップを織物に転換する第１のステップは、紡糸プロセスによって適切なヤーンを作ることである。紡糸プロセスによって製造する最も一般的なヤーンは部分延伸ヤーン（ＰＯＹ）である。テクスチャー加工プロセスで経験を積むことによって、伸びが１００％より大きいＰＯＹヤーンの方向に技術が進んできている。ＰＥＴとは対照的に、従来のプロセスによって、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）で製造するヤーンでは、多くの実際的な問題が生じた。遭遇した最も重大な問題のうちの１つは、最終的なヤーンが巻き取りボビン上で不安定であるということである。ヤーンの不安定性は、様々な形状で観察され、パッケージの変形、時間の関数としてのヤーン物性の変動、またパッケージ深さの関数としてのヤーン物性の変動などがある。これらの問題によって、後加工でさらにＰＴＴを使用するに際し制限が発生する。

ＰＥＴマルチフィラメントヤーンとは対照的に、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）マルチフィラメントヤーンは大きく収縮する傾向を有し、その収縮は紡糸直後と巻き取り時、ならびに巻き取り後の数時間あるいは数日にわたる。この収縮する傾向があるために、マルチフィラメントヤーンが短くなるということになる。そのため、ヤーンパッケージが圧縮を受け、その結果極端な場合には、ヤーンパッケージをチャックから取り外すことができなくなることがある。特に、高い温度での長期貯蔵あるいは輸送中に、ヤーンパッケージが、その好ましいチーズ形態を保てず、硬い端を有する隆起が形成され、重篤な巻き戻し問題だけでなくウスター値の極端な増加等のヤーン物性の悪化に結びつく。２ｋｇ未満にヤーンパッケージ重量を制限することによってのみ、ＰＥＴヤーンの処理中では通常生じないこれらの問題が解決できる。

さらに、ＰＥＴマルチフィラメントヤーンとは対照的に、ＰＴＴマルチフィラメントヤーンが貯蔵中に大きく経時変化すると言われてきた。構造的な硬化が経時と共に現れ、マルチフィラメントヤーンの物性（たとえばボイルオフ収縮および結晶化度）が変化する。工業的用途では、マルチフィラメントヤーンは経時的にその物性を維持することが必要であり、それによって前記マルチフィラメントヤーンの後の処理を連続的に実行することができ、マルチフィラメントヤーンに一定の物性を持たせることができる。

ＷＯ０１／０４３９３は、マルチフィラメントヤーンを加熱したゴデットを使用して熱処理するプロセスに言及している。しかし、ＷＯ０１／０４３９３において、前記方法によって貯蔵中の安定性、ヤーンパッケージの輸送の間の安定性が実現できるとは示されていない。ＷＯ０１／０４３９３のプロセスの不利な点は、紡糸速度を低速にする必要があることである。経済的理由での紡糸速度を上昇させると、加熱ゴデットへのマルチフィラメントヤーンの接触時間が減少し、そのため、ヤーンパッケージの長期間安定性が低下することになる。

本発明は、ポリエステルヤーン（好ましくはマルチフィラメントヤーン）の全重量に対してポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）を少なくとも８５重量％を含むポリエステルヤーンの製造および巻き取りのプロセスである。

本プロセスは、ＰＴＴを押し出すステップと、ＰＴＴを紡糸してヤーンとするステップであって、該ヤーンを少なくとも一対のゴデットにラッピングするステップと、７０℃から１８０℃、好ましくは８０℃から１２０℃、 最も好ましくは９０℃から１１０℃の範囲の温度で前記ポリエステルヤーンのフィラメントをボビンに巻き取る前に熱処理するステップとを含む。これを遂行するにはプロセスの紡糸部、好ましくは最後のゴデットの組で使用するゴデットの加熱によって行ない、ゴデットにラッピングされるフィラメントを加熱する。これは、パッケージ（ワインダーでボビン上に巻き取ったヤーン）が保管および／または輸送の間に著しく収縮しないようにヤーンを緩和することを目的としている。テイクアップ速度が少なくとも２０００ｍ／分であることが好ましく、２５００から４１００ｍ／分であることがより好ましい。巻き取り張力が非常に低いこと、すなわち０．０１から０．０８ｇ／デニールであることが好ましく、０．０１から０．０２ｇ／デニールであることがより好ましい。巻き取り速度は、４５０ｍ／分超が好適である。

貯蔵中の長期安定性を有し、貯蔵と輸送中に高温によって悪影響を受けないＰＴＴヤーンパッケージを得ることは可能である。特に、前記ヤーンパッケージはより長い期間（たとえば１１週間）にわたりそのヤーン物性ならびにチーズ状形態を維持する。貯蔵中のヤーンパッケージの収縮および変形、特に硬い端を有するように隆起する収縮現象は、もはや観察されず、巻き戻しの問題がヤーンパッケージの処理中に生じなくなる。本発明によるプロセスでは、同時に、一連の付加的な利点がある。特に、下記のようなものが挙げられる。

本発明によるプロセスは、単純な方法で、大規模で技術的なスケールで、および経済的方法で行なうことができる。特に、本プロセスは、２０００ｍ／分超の高いテイクアップ速度で紡糸と巻き取りができる。

本プロセスは、高速すなわち、３０００ｍ／分超、また４０００ｍ／分でも行なうことができ、このパッケージは非常に安定しており、収縮は減少し、さらにウスターも著しく減少する。

本プロセスによって得ることができるポリエステルマルチフィラメントヤーンは、大規模な技術的なスケールで単純な方法、および経済的方法で、延伸あるいは延伸テクスチャー加工プロセスのいずれでも処理できる。その結果として、テクスチャー加工は、４５０ｍ／分超の速度で実行することができる。

巻き取り張力が非常に低い場合には、パッケージの安定性およびそのビルドアップ性が優れている。

本プロセスによって得ることができるポリエステルマルチフィラメントヤーンは均一性が高いので、均一であり、ほとんど欠点、表面着色のないパッケージのチーズ状形態が得られ、このポリエステルマルチフィラメントヤーンのさらなる処理も可能となる。

伸張テクスチャー加工によって得ることができる本マルチフィラメントヤーンは、高い引っ張り強さと高い破断伸度をも有する。

本発明によれば、マルチフィラメントヤーンの全重量に対して少なくとも８５重量％のＰＴＴを含むポリエステルマルチフィラメントヤーンを、好ましくは２０００ｍ／分超の巻き取り速度で巻き取ることができさえすれば任意の型の巻き取り機が使用できる。その他の詳細については、特にＨａｎｓｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社（ドイツミュンヘン）発行のＦ．Ｆｏｕｒｎｉ（１９９５）によるテキスト「合成フィラメント」等の技術文献を参照されたい。当該技術で知られている従来の巻き取り機は、１つのスピンドル上で１つ以上のマルチフィラメントヤーンを同時に巻き取ることができ、特に、１２個までのマルチフィラメントヤーンの同時巻き取りが可能であり、紡糸プロセスの効率の改善が実現されている。

本発明は、またポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）をポリエステルヤーンの全重量に対して少なくとも約８５重量％含む少なくとも１つのポリエステルヤーンの製造、および巻き取りのプロセス（好ましくはマルチフィラメントヤーン）に関する。ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）は、当業界技術で既に知られている。ポリトリメチレンテレフタレートは、等モル量の１，３−プロパンジオールとテレフタル酸の重縮合反応によって得ることができる。また、他のポリエステル類との混合物も考えられる。本発明によれば、ＰＴＴを使用することが特に好ましい。

ポリエステルはホモポリマー、コポリマーの双方であってもよい。コポリマーの適切な例としては、ＰＴＴ繰り返し単位に加えて、通常の、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール、イソフタル酸、および／またはアジピン（ａｄｉｐｉｎｉｃ）酸等のコモノマー類の反復単位に、このポリエステルのすべての反復単位に対して１５ｍｏｌ％までの量を付加的に含んでいるものが挙げられるが、これに限定しないものとする。しかし、本発明中では、ポリエステルホモポリマーの使用すなわちＰＴＴが特に好ましい。

本発明によるポリエステルには、添加物として、触媒、安定剤、帯電防止剤、酸化防止剤、難燃加工剤、着色剤、着色吸収改質剤、光安定剤、有機的亜リン酸塩、蛍光増白剤、つや消し剤等の通常の量の追加的な添加剤を含むことができるものとする。本ポリエステルは、好ましくは、マルチフィラメントヤーンの全重量に対して、０から５重量％の添加剤を含むものとする。

本発明の意味する使用可能なポリエステルは、熱可塑的に成型可能であり、紡糸してフィラメントとすることができることが好ましい。したがって、０．７０ｄｌ／ｇから１．１ｄｌ／ｇまでの範囲の固有粘度を有するポリエステルが特に有利である。

本発明のプロセスは、特別の型式の紡糸プロセスに限定されないものとする。当業界技術で知られている任意の従来の型式の紡糸プロセスが使用可能である。本発明による代表的な紡糸プロセスを以下に記述する。

本発明によるプロセスでは、たとえば、ポリマーチップから押出機の中で融解状態のポリマーを製造するが、この場合、あらかじめチップを３０ｐｐｍ以下の水分に、特に１５ｐｐｍ以下の水分に乾燥することが特に好ましい。融解状態のポリエステルは、一定の回転速度の紡糸ポンプによって、ノズルアセンブリへ送り出し、そのアセンブリの紡糸口金のノズル口を介して押し出し、融解状態のフィラメントとするが、この場合、希望のヤーン単位重量を得るように既知の計算式に従って回転速度を調節する。押し出したフィラメントは、次いで凝固温度未満の温度に冷却する。本発明の目的のためには、凝固温度は溶融物が固体状態へ移る温度である。

本発明によれば、フィラメントが本質的には、粘質性を有さない温度へ冷却することが特に適切であること分かった。結晶化温度より下の温度へ、特にそれらのガラス転移温度より下の温度へ、フィラメントを冷却することが特に有利である。フィラメント冷却するための手段は先行技術で知られている。フィラメントは、ヤーンに紡糸仕上げ油の所望量を一定の率で供給する給油ピンの中で束ねる。
本発明によれば、マルチフィラメントヤーンは、巻き取る前に交絡させることが好ましい。

次いで、束ねたヤーンは、第１ゴデットシステムによって引き出されてワインダーに案内される。ヤーンをワインダーアセンブリで巻き取り、チューブ（ボビン）上でパッケージを形成する前に、さらなるゴデットシステムを使用することができる。場合によって用いるこのさらなるゴデットシステムは、ヤーンの延伸、熱硬化、緩和のために使用してもよい。

本発明によれば、本ポリエステルマルチフィラメントヤーンは、巻き取りに先立って、７０℃から１８０℃、好ましくは８０℃から１２０℃まで、最も好ましくは９０℃から１１０℃の間の範囲の温度で熱処理するが、ここで、前記熱処理は、加熱ゴデット、好ましくは最後の組のゴデットによって行ってもよい。ヤーンを加熱するために、加熱ガス、加熱コンタクトロール、放射加熱も使用してもよい。

本発明のプロセスでは、ボビン２上に巻かれている安定な巻きパッケージ１を例示する図１に概略的に示すように、チーズ状形態のヤーンパッケージの製造が可能となる。貯蔵中のヤーンパッケージの収縮および変形、図２（ボビン４上に巻かれた不安定な巻きパッケージ３を示す）で概略的に示すような、特にヤーンパッケージが、チャックから取り外すことができなくなり、また硬い端を有する隆起の形成を招くような程度までの収縮はもはや見られず、ヤーンパッケージの後処理中に巻き戻し問題が生じなくなる。その結果として、本方法によって得られるポリエステルパッケージは、貯蔵中において改良された長期間安定性を示し、貯蔵中と輸送中の高温によって影響を受けない。特に、たとえば少なくとも１１週間より長い期間保管しても、好ましい物性およびチーズ状形態を維持する。

本発明による巻き取り張力を設定するためには、ＰＯＹの巻き取り速度は、テイクアップ速度の０％から５％下回ることが好都合である。紡糸テイクアップ速度を０％から１％下回る巻き取り速度を選択することが好ましい。このテイクアップ速度は好ましくは２０００ｍ／分超であり、より好ましくは３０００ｍ／分超、特に４０００ｍ／分超が好ましい。

先行技術のものと比較して、本方法によって得られるポリエステルマルチフィラメントヤーンは優れた物性を示す。好ましくは、６０％から１４５％、好ましくは８０％から１３０％超の範囲の破断伸度を示し、０％から１０％、特に０％から５％の範囲のボイルオフ収縮を示す。このことによって、大規模な技術的なスケールで単純な方法、および経済的方法で、延伸あるいは延伸テクスチャー加工プロセスのいずれでも次の処理ができるようになる。その結果として、このテクスチャー加工は、４５０ｍ／分超の速度で実行することができる。伸張テクスチャー加工によって得ることができるマルチフィラメントヤーンは高い引っ張り強さ、高い破断伸度、低いキャピラリブレーク、沸点における均一な可染性を有する。

報告されている材料パラメーターを決定するための分析法は当業者では知られている。
たとえばＷＯ ９９／０７９２７の技術文献に見ることができる。

固有粘度は、Ｓｃｈｏｔｔ社の粘度計中でＤＩＮ ５１５６２によって、２５℃で測定し、知られている式、Ｂｉｌｌｍｅｙｅｒの式に従って計算する。フェノール／１，２−ジクロロベンゼンの１：１の重量割合混合物を溶媒として使用する。溶液の濃度は、１００ｍｌの溶液に対して０．５ｇのＰＴＴとする。

Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社のＤＳＣ熱量計装置を、融点、結晶化およびガラス転移温度の測定に使用する。この方法によれば、サンプルは最初に２８０℃まで加熱し、融解させ、次いで急冷する。ＤＳＣ測定は、１０Ｋ／分の加熱速度で、２０℃から２８０℃までの範囲で実行する。温度の値はプロセッサーによって決定する。

フィラメントの密度の測定は、２３±０．１℃の温度で密度／勾配カラムを用いて行なう。２つの濃度の異なる臭化ナトリウムを使用する（テストする材料の予想密度で限度を決める）。アモルファスのポリエステルＤａの密度および結晶性ポリエステルＤｋの密度を規準として、密度測定の結果を結晶化度の計算に使用することができる。対応する計算は文献からわかり、たとえば、下記の値がＰＴＴに有効である：
Ｄａ＝１．２９５ｇ／ｃｍ^３、Ｄｋ＝１．４２９ｇ／ｃｍ^３。

単位重量は、精密ロールおよび重量測定装置によって、既知の方法（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ２０６０）で測定する。初期荷重は、この場合、総計フィラメント用の０．０５ ｃＮ／ｄｔｅｘが適当である。

引っ張り強さと破断伸度は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５０７９試験手順を使用して、Ｔｅｘｔｅｃｈｎｏ製のＳｔａｔｉｍａｔ装置で測定する。引っ張り強さは、最大の破断荷重の値を単位重量で除算することにより決定し、破断伸度は最大荷重で評価する。

ボイルオフ収縮の測定については、フィラメントの房を、１０±分、９５±１℃で（ＡＳＴＭ Ｄ４３０１）水中で無張力で処理する。この房は、ＰＯＹについては、０．０５ ｃＮ／ｄｔｅｘの初荷重でかせ揚機で作成する。温度処理の前後の房の長さの測定は、０．２ｃＮ／ｄｔｅｘで行なう。ボイルオフ収縮は、長さの差からの既知の方法で求める。

通常のウスター値は、Ｆａ Ｚｅｌｌｗｅｇ（ＣＨ−８６１０ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）のウスター４試験装置で測定し、ウスター％値として表す。 収縮は下記の工程によって測定する。
１．ＰＯＹヤーンのｄｔｅｘ（デニール）を測定する。
２．合計５０００ｄｔｅｘのカセを得るために必要なラッピング数を、式５０００ｄｔｅｘ／（ＰＯＹ ｄｔｅｘ）／２で計算する。
３．カセに２５グラムの重量を掛ける。
４．カセの初期の長さ（ＬＯ）を測定する。
５．１５分間６０℃で恒温槽中で初期荷重下でカセを処理する。
６．オーブンからカセを取り除き、室温に放置する。
７．カセの新しい長さ（ＬＦ）を測定する。
８．下記式によって収縮％を計算する。
収縮＝（ＬＦ−ＬＯ）／ＬＯｘ１００
本発明を、実施例と比較例により以下に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

押し出し、紡糸および巻き取りの運転条件の詳細を、表１に示す。押出機として、この場合、Ｌ／Ｄ比２４、および押出機の終端でピン型混合の多目的スクリューを用いた。この種の押出機で、ポリエステル紡糸に受け入れ可能な混合が行われる。

これらの実験中で使用したヤーンは１２０ｄｔｅｘ／３６であった。表２には、速度、せん断速度およびドローダウンに関する情報を示す。

上記の式では、ラビノビッチ補正を考慮していない。

ドローダウン＝（ゴデット１の速度）／（孔出口でのヤーンの速度）

この実験では、第２のゴデット対を加熱した。分速（ｍ／分）２７５０メートルの紡糸速度を使用して約１００パーセントの伸びを得た。この実施例における主な変数は、ゴデットの温度、およびラップ（ゴデット周囲をヤーンで包み込む回数）数とした。表３に、様々なパラメーター、結果の詳細を示す。このデータからの非常に意義深い１つの観察によれば、巻き取り張力を約０．０１から０．０２ｇ／デニールと非常に低くした時に、ＰＴＴのパッケージ増成は優れている。また、収縮測定によって、適切な温度における収縮を約０にするためには、最低３．５回のラップが必要とされることがわかる。ラップ数を５．５または７．５に増加させると、１００℃から１１０℃の温度領域で非常に低い収縮が得られる。加熱ゴデット経路を使用すると、加熱ゴデットプロセスではない時と比較して、２７５０ｍ／分で約８％から１０％伸びが減少することを結果が示している。温度あるいはラップ数が増加すると共に、テナシティーがわずかに低下する。ラップ数または温度が増加すると共に、ウスター値は増加する。

この実施例においては、第１のゴデット対を加熱し、第２のゴデット対を室温に維持した。巻き取り速度は、分速２６００メートルとし、分速２７５０メートルの巻き取り速度時と比較してわずかに高い伸びを得た。また、インターレース機を第１のゴデット対の前に設置して、貯蔵および次工程の操作中に繊維相互の一体性を上げた。

表４に、使用したパラメーター、およびこの実施例において得られた結果を詳細に示す。この結果により、第１の対のゴデットを加熱した場合、第２の対のゴデットを加熱した時と同様の結果が得られることがわかる。ゴデット温度を９０℃から１００℃の間にすると収縮が著しく低減する。伸びとテナシティーの低減は、第２の対のゴデットの加熱時と比較して、非常に小さい。他方では、収縮値が実質上減少したこの温度領域でウスター値がより増加した。

この実施例は、ゴデット対を加熱した時に、ウスター値への巻き取り速度の影響を理解することを目的とした。表５に結果を示す。分速３０００メートルで、プロセスははるかに安定し、これにより低いウスター値が得られた。また、この方法の主な欠点は、巻き取り速度が増加するにつれ伸び値が減少するということであった。

この実施例の目的は、安定したパッケージを得る際に、分速約４０００メートル以上の高速における紡糸の値を決定することとした。ヤーン加熱をしない従来の経験によれば、分速約４０００メートルの紡糸ではおよそ１０％から１５％の収縮が得られたであろう。この実験では、第２の対のゴデットを加熱し、その温度は９５℃から１４０℃で変動させた。表６に、実験装置および得られたヤーン物性について詳細を示す。温度が増加するにつれて、プロセスは安定し、ウスター値が向上した。分速４０００メートルで、温度上昇による伸びに対する影響は最小となった。

チーズ状のヤーンパッケージの標準状態での形態を示す概略図である。 膨れと収縮が生じたヤーンパッケージの形態を示す概略図である。

Claims (9)

1. ポリトリメチレンテレフタレートを押し出すステップと、
   該ポリトリメチレンテレフタレートを紡糸してヤーンとし、該ヤーンを少なくとも一対のゴデットにラッピングするステップと、
   該ヤーンの紡糸中に、少なくとも一対のゴデットを加熱することにより、該ヤーンを７０℃から１８０℃の範囲の温度で熱処理するステップと、
   該ヤーンを巻き取り張力０．０１から０．０２ｇ／デニールで巻き取るステップとを含む、ポリエステルヤーンの全重量に対して少なくとも８５重量％のポリトリメチレンテレフタレートからなるポリエステルヤーンを紡糸し、巻き取る方法。
2. 前記ヤーンがマルチフィラメントヤーンである請求項１に記載の方法。
3. 前記ヤーンが、巻き取りに先立って、８０℃から１２０℃の範囲の温度で熱処理される請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ヤーンが、巻き取りに先立って、９０℃から１１０℃の範囲の温度で熱処理される請求項３に記載の方法。
5. 複数のゴデット対が存在し、前記ヤーンが、第１のゴデット対の加熱により熱処理される請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 複数のゴデット対が存在し、前記ヤーンが、
   前記第１のゴデット対に続く少なくとも１つのゴデット対の加熱により熱処理される請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. ２つのゴデット対が存在し、前記ヤーンが第２のゴデット対の加熱により熱処理される請求項６に記載の方法。
8. 紡糸ステップ中のテイクアップ速度が２０００ｍ／分を超える請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. ポリトリメチレンテレフタレートを押し出すステップと、
   該ポリトリメチレンテレフタレートを紡糸してヤーンとするステップと、
   巻き取りに先立って、加熱ガス又は加熱コンタクトロールを用いて該ヤーンを７０℃から１８０℃の範囲の温度で熱処理するステップと、
   該ヤーンを巻き取り張力０．０１から０．０２ｇ／デニールで巻き取るステップとを含む、ポリエステルヤーンの全重量に対して少なくとも８５重量％のポリトリメチレンテレフタレートからなるポリエステルヤーンを紡糸し、巻き取る方法。

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