JP5669844B2 - ポリ（トリメチレンアリーレート）／ポリスチレン組成物及び調製方法 - Google Patents

ポリ（トリメチレンアリーレート）／ポリスチレン組成物及び調製方法 Download PDF

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Description

本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００９年８月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／２３５３９９号明細書の利益を主張する。さらに、本出願は、「Ｆｉｌｍｓ ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ａｒｙｌａｔｅ）／Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｌｅｎｄｓ」と表題され、ＣＬ４７９１と出願人に指定されている、２００９年８月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／２３５４０５号明細書、および「Ｍａｓｔｅｒｂａｃｈ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｓｈａｐｅｄ Ａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ａｒｙｌａｔｅ）」と表題され、ＣＬ４６９７と出願人に指定されている、２００９年８月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／２３５４０３号明細書に関連する。
本発明は、ポリ（トリメチレンアリーレート）、特にポリ（トリメチレンテレフタレート）とポリスチレンとを含むポリマーブレンドから溶融紡糸された繊維を製造するマスターバッチ法に関する。この方法は、一般的な商業規模の装置の使用を可能にする。
ボリ（プロピレンテレフタレート）として、またはあまり正式ではないが「３ＧＴ」ポリマーとしても知られているポリ（トリメチレンテレフタレート）は、当技術分野で周知である。その特性および製造は、Ｔｈｅ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｏｎ−ｌｉｎｅ、ＤＯＩ１０．１００２／０４７１４４０２６４．ｐｓｔ２９２においてＣｈｕａｈによって記載されている。
Ｊ．Ｃ．Ｃｈａｎｇら（米国特許第６，９２３，９２５号明細書）は、ポリ（トリメチレンジカルボキシレート）、特にポリ（トリメチレンアリーレート）、なかでも特にポリ（トリメチレンテレフタレート）（ＰＴＴ）を、好ましくはポリ（トリメチレンジカルボキシレート）内に分散されかつ２マイクロメートル（μｍ）未満のＰＳ粒径を有する０．０１〜１０重量％の高分子量ポリスチレン（ＰＳ）と一緒に含む組成物を記載している。実施例は、全ポリマー重量に基づいて、１〜２重量％のＰＳを含むＰＴＴ組成物は、ＰＳを含まないＰＴＴで達成できるものより有意に速い紡糸速度で繊維に溶融紡糸することができることを示している。その組成物が調製される方法は、２種類のポリマーのペレットを２軸押出機中に共供給することによって、または所望の比率の２種類のポリマーのペレットのソルトアンドペッパーブレンド（ａ ｓａｌｔ ａｎｄ ｐｅｐｐｅｒ ｂｌｅｎｄ）を作製し、次いで、得られたペレット混合物を二軸押出機中に供給することによった。押出し物は、ストランドとして押出され、ペレットに細断された。次いで、これらのブレンドペレットは、紡糸機に供給されて、繊維を溶融紡糸した。
米国特許第４，４７５，３３０号明細書には、（ａ）エチレンテレフタレート、トリメチレンテレフタレートおよびテトラメチレンテレフタレートからなる群から選択される２種以上のモノマーのコポリマーならびに／または（ｂ）エチレンテレフタレート、トリメチレンテレフタレートおよびテトラメチレンテレフタレートの２種以上のポリマーのブレンドから本質的になるポリエステルフィラメントから製造されたポリエステルマルチフィラメント糸が開示されている。この特許には、ポリエステルと、３〜１５％の非晶質のポリマー、好ましくはスチレンポリマーまたはメタクリレートポリマーとのブレンドが記載されている。
前掲のＣｈａｎｇらの方法は、高い紡糸速度でポリ（トリメチレンジカルボキシレート）糸、特に部分配向糸を製造するために開発された。その発明の利点は、ポリ（トリメチレンジカルボキシレート）および（ＰＳ）を含むブレンドを用いて得られた。Ｃｈａｎｇらの方法の商業規模の操業の達成には、いくつかの問題が提起され得る。ＰＳを含むＰＴＴ生成物からＰＳを含まないＰＴＴ生成物に商業規模の連続溶融重合器を移行することは非常に費用がかかり得る。サイドストリーム押出機を用いて、１％ＰＳ組成物に達するために必要な量のＰＳを送り込むことは、必要な少比率のＰＳを送り込むために特別に設計された装置を必要とし得る。
本発明の技術である、マスターバッチ、または濃縮物は、現行の繊維紡糸の慣例を上回るかなりの費用節減を示す。さらに、本明細書の組成物は、ポリ（トリメチレンアリーレート）ポリマーの繊維、強化成形部品およびフィルムの製造に有用性を有する。
一つの態様において、本発明は、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびその中に分散したポリスチレンを含む組成物であって、ポリスチレンが、全ポリマー重量に基づいて、１５〜４０重量％の濃度である組成物を提供する。
別の態様において、本発明は、ポリ（トリメチレンアリーレート）および、全ポリマー重量に基づいて、１５〜４０重量％のポリスチレンを混合し、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンを溶融し、このように溶融したポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンを高せん断溶融混合機中で溶融ブレンドして、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびその中に分散したポリスチレンを含む溶融組成物を生成する工程を含む方法を提供する。
紡糸口金に溶融供給する一実施形態の概略図である。 繊維紡糸方法の一実施形態の概略図である。
本発明の実施に適切なポリ（トリメチレンアリーレート）ポリマーには、ポリ（トリメチレンテレフタレート）、ポリ（トリメチレンイソフタレート）、ポリ（トリメチレンナフタレート）、ならびにそれらの混合物およびコポリマーが含まれるが、これらに限定されない。一つの実施形態において、ポリ（トリメチレンアリーレート）は、ポリ（トリメチレンテレフタレート）（ＰＴＴ）である。
一つの態様において、本発明は、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンを含む組成物であって、ポリスチレンは、ポリ（トリメチレンアリーレート）中に分散しており組成物、およびポリスチレンが、全ポリマー重量に基づいて１５〜４０重量％の濃度で見出される組成物を提供する。「ＰＳ」という用語は、ポリスチレンの略語である。
以下において、用語「ＰＴＴ」はポリ（トリメチレンテレフタレート）の略語であり、より大きな総称のポリ（トリメチレンアリーレート）の代わりに用いられる。しかし、本明細書で記載される技術は、他のポリ（トリメチレンアリーレート）ポリマーに容易に適合させることができ、本発明は、ポリ（トリメチレンアリーレート）ポリマーを包含すると考えられる。「ＰＴＴ」という用語は、少なくとも７０モル％のトリメチレンテレフタレート繰返し単位を有するホモポリマーおよびコポリマーを包含することが意味される。
特に断りのない限り、ポリマー組成物は、ポリマーの全重量に基づく成分の重量パーセントを単位として記載される。従って、組成物中のＰＳのパーセントは、例えば、ＰＴＴ、およびその組成物中に取り込まれ得る任意の他のさらなるポリマーを含む、ポリマーの全重量のパーセントとして表される。
数値の範囲が与えられる場合、特に断りのない限り、その範囲の端点を包含すると理解されるものとする。数値は、与えられた有効数字の数の正確度を有すると理解されるべきである。例えば、数４０は、３５．０〜４４．９の範囲を包含すると理解されるものとするが、数４０．０は、３９．５０〜４０．４９の範囲を包含すると理解されるものとする。
本発明の目的のために、「コポリマー」という用語は、ジポリマーのみならず、ターポリマー、テトラポリマーなどを包含すると理解されるものとする。
一つの態様において、本発明は、ＰＴＴおよびその中に分散した１５〜４０重量％のＰＳを含む組成物を提供する。本発明の組成物において、ＰＴＴは、連続相または「マトリックス」であり、ＰＳは、ＰＴＴマトリックス内に分散した非連続相である。本発明によって企図される組成物は、溶融組成物および固体組成物、ならびにそれらの間の任意の遷移状態を含む。「〜の中に」と記載したとき、一つの実施形態において、ＰＴＴは溶融しており、ＰＳは、溶融液滴としてＰＴＴマトリックス中に分散している。代替の実施形態において、ＰＴＴは固体であり、ＰＳは、固体粒子としてＰＴＴマトリックス中に分散している。
一つの実施形態において、本組成物は、組成物中の全ポリマーの重量を基準として、５０〜８５重量％のＰＴＴ、および１５〜４０重量％のＰＳを含み、かつ最大３０重量％の他のポリエステルを含み得る。他のポリエステルには、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、およびポリ（エチレンナフタレート）が含まれるが、これらに限定されない。さらなる実施形態において、本組成物は、５０〜８０％のＰＴＴ、および２０〜３０％のＰＳ、ならびに最大３０％の他のポリエステルを含む。
適切なＰＴＴポリマーは、１，３−プロパンジオールと、テレフタル酸またはテレフタル酸ジメチルとの縮合重合によって形成される。それらとの共重合のための１種または複数の適切なコモノマーは、４〜１２個の炭素原子を有する直鎖、環状、および分岐の脂肪族ジカルボン酸またはエステル（例えば、ブタン二酸、ペンタン二酸、ヘキサン二酸、ドデカン二酸、および１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、およびそれらの対応するエステル）；テレフタル酸またはエステル以外の、８〜１２個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸またはエステル（例えば、イソフタル酸および２，６−ナフタレンジカルボン酸）；２〜８個の炭素原子を有する直鎖、環状、および分岐の脂肪族ジオール（１，３−プロパンジオール以外）例えば、エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、および１，４−シクロヘキサンジオール；ならびに４〜１０個の炭素原子を有する脂肪族および芳香族エーテルグリコール、例えば、ヒドロキノンビス（２−ヒドロキシエチル）エーテル、またはジエチレンエーテルグリコールを含めて、約４６０未満の分子量を有するポリ（エチレンエーテル）グリコールからなる群から選択される。コモノマーは通常、約０．５〜約１５モル％の範囲のレベルで、ＰＴＴコポリマー中に存在し、最大３０モル％の量で存在し得る。
ＰＴＴは、少量の他のコモノマーを含むことができ、このようなコモノマーは通常、それらが特性に有意な悪影響を与えないように選択される。このような他のコモノマーは、５−ナトリウム−スルホイソフタレートを、例えば、約０．２〜５モル％の範囲のレベルで含む。非常に少量の三官能コモノマー、例えば、トリメリット酸を、粘度調節のために取り入れることができる。ＰＴＴは、最大３０モルパーセントの他のポリマーとブレンドされ得る。例は、他のジオール、例えば、上で言及したものから調製されるポリエステルである。
一つの実施形態において、ＰＴＴは、少なくとも８５モル％のトリメチレンテレフタレート繰返し単位を含む。さらなる実施形態において、ＰＴＴは、少なくとも９０モル％のトリメチレンテレフタレート繰返し単位を含む。なおさらなる実施形態において、ＰＴＴは、少なくとも９８モル％のトリメチレンテレフタレート繰返し単位を含む。なおさらなる実施形態において、ＰＴＴは、１００モル％のトリメチレンテレフタレート繰返し単位を含む。
一つの実施形態において、適切なＰＴＴは、０．７０〜２．０ｄｌ／ｇの範囲の固有粘度（ＩＶ）を特徴とする。さらなる実施形態において、適切なＰＴＴは、０．８０〜１．５ｄｌ／ｇの範囲のＩＶを特徴とする。なおさらなる実施形態において、適切なＰＴＴは、０．９０〜１．２ｄｌ／ｇの範囲のＩＶを特徴とする。
一つの実施形態において、適切なＰＴＴは、１０，０００〜４０，０００Ｄａの範囲の数平均分子量（Ｍn）を特徴とする。さらなる実施形態において、適切なＰＴＴは、２０，０００〜２５，０００Ｄａの範囲のＭnを特徴とする。
一つの実施形態において、ポリスチレンは、ポリスチレンホモポリマー、α−メチル−ポリスチレン、およびスチレン−ブタジエンコポリマーならびにそれらのブレンドからなる群から選択される。一つの実施形態において、ポリスチレンは、ポリスチレンホモポリマーである。さらなる実施形態において、ポリスチレンホモポリマーは、５，０００〜３００，０００Ｄａの範囲のＭnを特徴とする。なおさらなる実施形態において、ポリスチレンホモポリマーのＭnは、５０，０００〜２００，０００Ｄａの範囲である。なおさらなる実施形態において、ポリスチレンホモポリマーのＭnは、７５，０００〜２００，０００Ｄａの範囲である。なおさらなる実施形態において、ポリスチレンホモポリマーのＭnは、１２０，０００〜１５０，０００Ｄａの範囲である。有用なポリスチレンは、アイソタクチック、アタクチック、またはシンジオタクチックであり得る。高分子量アタクチックポリスチレンが好ましい。
本発明に有用なポリスチレンは、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｍｉｄｌａｎｄ、Ｍｉｃｈ．）、ＢＡＳＦ（Ｍｏｕｎｔ Ｏｌｉｖｅ、Ｎ．Ｊ．）およびＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓａｉｎｔ Ｌｏｕｉｓ、Ｍｏ．）を含む多くの供給業者から市販されている。
本発明の別の態様において、ＰＴＴおよびＰＳは、溶融ブレンドされ、次いで、ストランドの形態で押出され、その後、ペレットに切断される。溶融ブレンドおよびその後の粉砕（例えば、薄片、チップ、または粉末への）の他の形態も行うことができる。一つの実施形態において、ペレットは、次いで再溶融され、さらなるＰＴＴで希釈され、フィラメントに押出される。別の実施形態において、ペレットは再溶融されて、希釈の有無にかかわらず、フィルムに押出される。
ポリマーブレンドは、ポリ（トリメチレンテレフタレート）およびポリスチレンを含む。一部の実施形態において、これらは、ブレンド中でただ２つの材料であり、それらは合計１００重量％である。しかし、多くの場合、ブレンドは、商業的使用においてポリエステルポリマー組成物に一般に含まれるような他の成分を有する。このような添加物には、他のポリマー、可塑剤、ＵＶ吸収剤、難燃剤、染料などが含まれるが、これらに限定されない。したがって、ポリ（トリメチレンテレフタレート）およびポリスチレンの合計は、１００重量％でない。
一つの実施形態において、本組成物は、固体の形態であり、ここで、ポリスチレンは、５００ナノメートル未満の平均粒径を有する粒子の形態であり、ポリスチレンは、２０〜３０％の濃度のポリスチレンホモポリマーであり；およびポリ（トリメチレンアリーレート）は、少なくとも９８モル％のトリメチレンテレフタレートモノマー単位を含むポリ（トリメチレンテレフタレート）である。
さらなる態様において、本発明は、ポリ（トリメチレンアリーレート）および全ポリマー重量に基づいて１５重量％〜４０重量％のポリスチレンを混合し、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンを溶融し、溶融したポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンを高せん断溶融混合機で溶融ブレンドして、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびその中に分散したポリスチレンを含む溶融組成物を生成する工程を含む方法を提供する。ポリスチレンは全ポリマー重量に基づいて１５〜４０重量％の濃度。
この方法の一つの実施形態において、ポリ（トリメチレンアリーレート）はＰＴＴである。
この方法の一つの実施形態において、ＰＳは２０重量％〜３０重量％の濃度である。
この方法の一つの実施形態において、ＰＴＴは、０．９０〜１．２ｄｌ／ｇの範囲のＩＶを特徴とする。
この方法の一つの実施形態において、ＰＳは、ＰＳホモポリマーである。
この方法のさらなる実施形態において、ＰＳホモポリマーは、７５，０００〜２００，０００Ｄａの数平均分子量を特徴とする。
この方法の一つの実施形態において、ポリスチレンは、２０〜３０％の濃度のポリスチレンホモポリマーであり、７５，０００〜２００，０００の数平均分子量を特徴とし；ポリ（トリメチレンアリーレート）は、９８モル％のトリメチレンテレフタレートモノマー単位を含むポリ（トリメチレンテレフタレート）であり、その固有粘度は、０．９０〜１．２ｄｌ／ｇの範囲である。
ＰＴＴおよびＰＳは、限定されるものではないが、以下を含む任意の公知の技術によって溶融ブレンドされ得る。例えば、共供給二軸押出機におけるように、別個の供給から同時に溶融して混合する工程を含む実施形態（ａ）；例えば、二軸押出機に供給する前にポリマーのペレットもしくは薄片をタンブルブレンドするように、溶融ブレンドする前に別個の装置で未溶融ポリマーを予備混合する工程を含む実施形態（ｂ）、または例えば、二軸押出機に連続溶融重合器から溶融形態のＰＴＴを供給し、その二軸押出機にサテライト単軸または二軸押出機から溶融形態のＰＳを供給するように、それぞれのポリマーを別個に溶融させ、次いで、その溶融物を混合する工程を含む実施形態（ｃ）。
この組成物の態様には、ＰＴＴマトリックス内で形成されたＰＳ粒子の粒径、およびＰＴＴマトリックス内のＰＳ粒子分布の体積均一性が含まれるが、これらに限定されない。５００ｎｍより大きい平均粒径は、良好な繊維紡糸性能の観点から望ましくない。さらに、単一端に沿って、および端から端までの両方で均一な繊維の紡糸は、ＰＳ粒子の体積配分の均一性に明らかに依存する。その実際の溶融処理において、ＰＳ粒子は溶融して、溶融ＰＴＴマトリックス内に分散している溶融液滴を形成することが予想される。
溶融混合機における温度は、ＰＴＴおよびＰＳの両方の融点を超えているが、しかし、いずれの成分の最低分解温度より低くなければならない。具体的な温度は、用いられるポリマーの特定の属性に依存する。通常の実施において、溶融温度は、２００℃〜２７０℃の範囲である。
ＰＳの細粒径およびＰＴＴ中のＰＳの分散の体積均一性は、高せん断の溶融ブレンドの適用に依存する。これは特に、この組成物に用いられるＰＳの高い濃度に当てはまる。溶融物に適用されるせん断力の量は、混合要素の回転速度、溶融物の粘度、および混合ゾーン中の溶融物の滞留時間に依存する。せん断力が低すぎる場合、そもそもＰＳが分散しないか、または粒径５００ｎｍを超える液滴に急速に凝集する傾向がある。
溶融ブレンドプロセスは、回分式および連続式の両方で行われ得る。ポリマー配合の技術分野で一般に用いられているような高せん断混合機が、適切である。適切な市販の高せん断バッチ混合機の例には、バンバリーミキサーおよびブラベンダーミキサーが含まれるが、これらに限定されない。連続式高せん断混合機の例には、共回転二軸押出機およびファレル連続式混合機が含まれる。逆回転二軸押出機も適切である。一般に、適切な高せん断混合機は、５０／ｓの最低せん断速度をポリマー溶融物に対して発揮するものであり、１００／ｓが好ましい。
一つの実施形態において、そのように作製されたＰＴＴ／ＰＳブレンドは、直径約１／８インチ〜３／１６インチの１本または複数のストランドに押出され、次いで、ペレットに切断される。
そのように作製されたペレットは、注入または圧縮成形、およびフィルムの溶融キャスティングにおいてそのまま用いることができる。そのように作製されたペレットは、溶融紡糸繊維の製造に有用な濃縮物またはマスターバッチとして用いることもできる。
そのように作製されたペレットは、上記のＰＴＴポリマーおよび上記のＰＳポリマーを含み、ＰＳポリマーは、ＰＴＴポリマーによって形成される連続相に分散した粒径５００ｎｍ未満またはそれに等しい粒子の形態である。一つの実施形態において、ＰＳ粒子の濃度は、１５〜４０重量％の範囲である。さらなる実施形態において、ＰＳ粒子の濃度は、２０〜３０重量％の範囲である。これらのペレットは、「濃縮ペレット」として知られているものとする。
本発明のさらなる態様において、濃縮ペレットは、ＰＴＴ希釈物と溶融ブレンドされて、濃縮物にみられるよりも低い濃度のＰＳを有する均一な溶融ブレンドを形成する。ＰＴＴ希釈物は、ＰＳを含んでも、含まなくてもよいが、ＰＳを含む場合、その濃度は、濃縮ペレットでみられるものよりも低い。濃縮ペレットは、希釈ＰＴＴと混合されて、０．５〜１．５重量％のＰＳを含む均一な組成物を形成する。この組成物は、「紡糸ブレンド」として知られているものとする。
代替の実施形態において、濃縮物および希釈物の両方は、ペレットの代わりに、チップ、薄片、または粉末の形態であってもよい。本明細書での検討において、ペレットが説明される場合はいつでも、その代替の形態のいずれかまたはすべてが、それに置き換わることができる。しかし、ポリマー成分が、チップ、薄片、または粉末よりもペレットとして供給される場合、押出し加工性能は最良であることが、ポリマー技術分野において見出される。
上記した、ＰＳおよびＰＴＴを溶融ブレンドする場合におけるように、ＰＴＴ希釈物および濃縮ペレットは、任意の様々な方法で混合され得る。一つの実施形態において、希釈物は、最初にはペレットの形態である。さらなる実施形態において、希釈物および濃縮物のペレットは、最初にタンブルブレンドされて、そのように形成されたペレットブレンドは、回分式または連続式のいずれかで、高せん断溶融混合機に供給される。代替の実施形態において、希釈物は、溶融物の形態であることができ、濃縮ペレットは、その中に高せん断混合機で供給される。
一つの実施形態において、希釈物は、二軸押出機に連続溶融重合器からの溶融物として供給され、希釈物の導入点から下流において、濃縮ペレットは、濃縮物を溶融し、希釈溶融ストリーム中に溶融形態で供給するサテライト押出機に供給される。この実施形態は、図１に概略的に示される。ＰＴＴは、連続溶融混合器１で作製され、そこから二軸押出機３に移送ライン２を介して溶融形態で移送される。同時に、濃縮ペレットは、サテライト押出機５にロスインウェイト式定量供給機４、または他のペレットフィーダ手段を介して供給され、そこで、濃縮ペレットは、溶融され、二軸押出機３の混合ゾーンでまたはそれより上流で、二軸押出機３に移送ライン６を介して溶融形態で供給される。二軸押出機において、濃縮物および希釈物のＰＴＴ／ＰＳ溶融ブレンドが形成される。得られた溶融ブレンドは、紡糸口金を備える紡糸ブロック８に、移送ライン７を介して供給され、そこから連続フィラメント９が押出される。
代替の実施形態において、得られたＰＴＴ／ＰＳ溶融ブレンドは、ストランドとして押出され、その後、ペレットに切断される。そのように形成されたペレットは、「ＰＴＴ／ＰＳブレンドペレット」と呼ばれるものとする。次いで、ＰＴＴ／ＰＳブレンドペレットは、押出機に供給されて、溶融され、繊維の溶融紡糸用の紡糸口金に供給され得る。
図１に示されるように、およびポリマー繊維の溶融紡糸に一般に当てはまるように、ポリマー溶融物は、移送ラインを介して紡糸口金に供給される。押出機から移送ラインへの溶融物の流入は、一般に非常に乱流である。しかし、紡糸口金の供給は、紡糸口金における複数の孔を通して均一な流れを得るために、層流でなければならない。移送ラインにおいて、溶融物の流れが乱流から層流に移行する。
それを超えると許容されない程度のＰＳ凝集が生じ、ＰＳ粒径が５００ｎｍを超え、したがって、所望の高い紡糸速度の達成を妨げるＰＳの限界濃度があることが見出された。限界濃度の特定の値は、移送ラインの長さ、ＰＳおよびＰＴＴの粘度、ならびに移送ラインにおける溶融物の滞留時間に依存する。
いずれの理論的な考慮によっても制限されないが、本明細書の紡糸組成物の層流の理論的モデルは、それ未満で凝集および粒子成長が起こらないＰＳの濃度が存在することを示す。その領域においてこの方法を実施することが望ましい。必要とされる濃度の具体的な値は、層流中で溶融物に適用されるせん断速度および滞留時間に依存する。例えば、移送ライン中で見出される５／ｓのせん断速度および６秒の滞留時間で、ＰＳの必要とされる濃度は、１．２％であることがわかる。
繊維紡糸は、広く商業的に使用されている従来の装置および手順を用いて行われ得る。実際問題として、フィラメントあたり３デニール（ｄｐｆ）以下の細デニールフィラメントの紡糸について、＞３％のＰＳ濃度は、そのように製造された繊維の機械的特性の劣化につながることがわかる。５％のＰＳで、細デニールフィラメントは、まったく溶融紡糸することができないことがさらにわかる。
繊維紡糸に好適に製造されたＰＴＴ／ＰＳブレンドは、５００ｎｍ未満の平均粒径を特徴とするＰＳ粒子の０．５〜１．５％の範囲の濃度を特徴とする。溶融紡糸前に、好ましくはポリマーブレンドペレットを＜３０ｐｐｍの水分レベルに乾燥させて、溶融紡糸中の加水分解による劣化を回避する。当技術分野で知られている乾燥のための任意の手段が十分である。一つの実施形態において、循環熱風乾燥機が用いられる。通常、ＰＴＴ／ＰＳブレンドは、１３０℃および露点＜−４０℃で６時間乾燥させる。このように乾燥させたＰＴＴ／ＰＳポリマーブレンドは、バルク連続フィラメント（ＢＣＦ）、部分配向糸（ＰＯＹ）、スピンドローヤーン（ＳＤＹ）、およびステープル繊維に応じて従来の処理機械を用いて、繊維に２５０〜２６５℃で溶融紡糸される。
一つの実施形態が以下に詳細に記載される、通常の溶融紡糸法において、乾燥ポリマーブレンドペレットは、押出機に供給され、押出機がペレットを溶融し、得られた溶融物を計量ポンプに供給し、容量的に制御された流量のポリマーを、移送ラインを介して加熱された紡糸パック中に送る。ポンプは、１０〜２０ＭＰａの圧力を与え、数ミクロンメートルより大きいすべての粒子を除去するろ過媒体（例えば、砂床およびフィルタースクリーン）を収容する紡糸パックを通してその流れを押し進める。紡糸口金を通る質量流量は、計量ポンプで制御される。パックの底部において、ポリマーは、金属の厚いプレート（紡糸口金）中の複数の小さい孔を通して空気急冷ゾーン中に出る。孔の数およびその寸法は大きく変わり得るが、通常は一個の紡糸口金の孔は、０．２〜０．４ｍｍの範囲の直径を有する。そのサイズの孔を通る通常の流量は、約１〜５ｇ／分の範囲である傾向がある。多数の断面形状が紡糸口金の孔に用いられるが、円形断面が最も一般的である。通常、それを通って紡糸されたフィラメントが巻かれる高度に制御された回転ロール系により、ライン速度が制御される。フィラメントの直径は、流量および巻き取り速度によって決定され；紡糸口金の孔のサイズによらない。
製造されたフィラメントの特性は、スレッドライン動力学によって、特に、紡糸口金からの出口と急冷ゾーンとして知られている繊維の凝固点との間の領域で決定される。急冷ゾーンの具体的な設計、まだ運動性を帯びた新生の繊維を横切る空気流量は、急冷された繊維の特性に非常に大きな影響を与える。横（または側方）急冷および放射状急冷の両方が、一般に使用されている。急冷または凝固後、繊維は、巻取り速度で走行し、これは通常、紡糸口金の孔からの出口速度より１００〜２００倍速い。したがって、紡糸口金の孔からの出現後にスレッドラインのかなりの加速（および伸張）が生じる。紡糸された繊維中に凝固した配向の量は、凝固点における繊維中の応力レベルに直接関係する。
本発明は、以下の具体的な実施形態によってさらに説明されるが、それらによって限定されない。
実施例１〜６
Ｓｏｒｏｎａ（登録商標）Ｂｒｉｇｈｔ ＰＴＴ樹脂（１．０２ＩＶ、ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから入手できる）のポリトリメチレンテレフタレートを、ポリスチレン（１６８Ｍ ＫＧ２、ＢＡＳＦから入手できる）と表１に示す量で混合した。ＰＴＴを使用前に、窒素パージとともに真空オーブン中１２０℃で１４時間乾燥させた。これらの２種のポリマーを、Ｗｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ ＺＳＫ−３０共回転二軸押出機の第４バレル区画に別個にロスインウェイト式に定量供給した。用いた供給速度は、１時間当たりポンド（ｐｐｈ）で表１に示す。押出機は、２つの混練ゾーンおよび３つの移送区画を交互配置で備えた１３のバレル区画で構成された３０ｍｍ直径のバレルを有し、３２のＬ／Ｄ比を有した。それぞれのバレル区画は独立に加熱した。区画１〜４は２５℃に設定し、区画５〜１３は２１０℃に設定し、３／１６インチのストランドダイも２１０℃に設定した。バレルセグメント８に真空をかけた。スクリュー速度は表１に示すとおりであった。表１はまた、供給物の組成、生産の速度、および溶融温度を示す。ポリマーは、ダイを出た直後に水中で急冷し、次いで、標準的なペレット装置を用いて１／８インチペレットにペレット化した。
Figure 0005669844
実施例７
Ｓｏｒｏｎａ（登録商標）Ｓｅｍｉ Ｄｕｌｌ ＰＴＴ樹脂（１．０２ＩＶ−０．３重量％ＴｉＯ２、Ｄｕｐｏｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙから入手できる）を、８重量％の実施例１〜６のポリスチレンと混合した。ＰＴＴを実施例１〜６におけるように使用前に乾燥させた。独立して加熱される１０のバレル区画を備えた４０ｍｍ共回転二軸押出機（Ｗｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ Ｃｏｒｐ．、Ｒａｍｓｅｙ、ＮＪ）の第２のバレル区画に、２種のポリマーを、すなわちＰＴＴを１８４ｐｐｈでおよびＰＳを１６ｐｐｈでロスインウェイト式定量供給機（それぞれ、ＰＴＴおよびＰＳに対して、Ｋ−ｔｒｏｎ Ｓ−２００単軸フィーダおよびＫ−ｔｒｏｎ Ｋ２ＭＬ−Ｔ２０二軸スパイラルフィーダを用いて）によって独立に供給した。スロート温度は５０℃であり、バレル区画１〜４は、２３０℃に設定し、バレル区画５は２２５℃に設定し、バレル区画６〜９は２００℃に設定し、パレル区画１０は２４５℃に設定し、３／１６インチの孔を備えた６−孔のストランドダイは、２４５℃に設定し、この加熱プロファイルを用いる溶融温度は２５５℃であった。６本の生産ストランドを水により急冷し、１／８インチのペレットにペレット化した。
図１に示す連続溶融重合器をロスインウェイト式ペレット定量供給機で置き換えた以外は、紡糸プロセスは、図１および図２に示すとおりであった。図１を参照すると、Ｓｏｒｏｎａ（登録商標）Ｓｅｍｉ ＤｕｌｌのＰＴＴ樹脂のペレットを上記したとおりに、希釈ポリマーとして用いた。ペレットを２８ｍｍ共回転二軸押出機（Ｗｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ Ｃｏｒｐ．、Ｒａｍｓｅｙ、ＮＪ）に４１．５８ｇ／分で供給した。同時に、８重量％の上記の調製したＰＳ／ＰＴＴペレットを、独立に加熱される４つのバレル区画を有するサテライト押出機（Ｐｒｉｓｍ共回転二軸押出機、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ）５に、ロスインウェイト式定量供給機４を介して供給した。バレル区画１を２５０℃に設定し、バレル区画２〜４を２６０℃に設定した。２６０℃に設定したギアポンプにより８重量％のＰＳ／ＰＴＴポリマー溶融物を、２８ｍｍの押出機３に、４．６２ｇ／分の速度で、バレル区画２において送った。２８ｍｍの二軸押出機は、２６５℃に設定した１０のバレル区画を備えていた。ダイ出口において得られた溶融温度は、２６５℃であった。２８ｍｍ二軸押出機において、８重量％のＰＳ／ＰＴＴ溶融ブレンドの濃縮物および希釈ＰＴＴ溶融物を混合して、０．８重量％のＰＳ／ＰＴＴポリマー溶融ブレンンドを形成し、これを、３４個の孔の紡糸口金にサンドフィルター（５０／３２５メッシュ層の上に２５／５０層）が入っているスピンパック８に、移送ライン７を介して供給した。孔は、円形断面、ならびに直径０．０１２インチおよび長さ０．０２２インチからなり、それから１フィラメント当たり２．２デニールの連続糸を押出した。
図２は、繊維紡糸プロセスの概略図である。３４本のフィラメント２２は、紡糸口金２１を通して押出した。フィラメントは、冷却ゾーン２３を通過し、束に形成され、仕上げアプリケータ２４の上を通過した。冷却ゾーンは、室温および６０％相対湿度ならびに４０フィート／分の速度の直交流急冷空気を備えていた。仕上げアプリケータ２４に続いて、フィラメント束は、７５℃に設定した一対のフィードロール２５に移動した。フィラメント束は、フィードロールの周りに６回巻かれた。フィードロールから、フィラメント束は１２５℃に設定した一対の延伸ロールに移動し、延伸ロールの周りに８回巻かれた。延伸ロール速度は４５００ｍ／分であったが、フィードロール速度は２０００ｍ／分であった。延伸ロールから、フィラメント束は、室温および延伸ロール速度よりも１〜２％速い速度で運転される一対の降下ロール２７に移動させた。フィラメント束を降下ロールの周りに１０回巻き取った。降下ロールから、フィラメント束は、交絡ジェットを通過し、そこから、４４４５ｍ／分で運転される巻き上げ装置に移動した。そのように製造した繊維は、２．８４ｇ／デニールの強度とともに、２．３２ｄｐｆで特徴付けられた。
実施例８
Ｓｏｒｏｎａ（登録商標）Ｂｒｉｇｈｔ ＰＴＴ樹脂を、２０重量％の実施例１〜６のポリスチレンと混合した。ＰＴＴを、実施例１〜６におけるように使用前に乾燥させた。独立に加熱される１３のバレル区画を備えたＷｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ ＺＳＫ−３０共回転二軸押出機の第４のバレル区画中に、２種のポリマーを、すなわちＰＴＴを２８ｐｐｈでおよびＰＳを７ｐｐｈでロスインウェイト式定量供給機によって独立に供給した。スロート温度および第１のバレル温度は１９０℃に設定し、次に続く１２の区画は２１０℃に設定した。ポリマーを３／１６インチの孔を有する単一のストランドダイを通して押出した。次いで、ポリマーストランドを水により急冷し、１／８インチのペレットにペレット化した。
約１０ｇのそのように調製したペレットを０．００６インチ厚のポリ（テトラフルオロエチレン）で被覆したガラス繊維製離型シートの２枚のシート間に置いた。次いで、これらのシートを液圧プレス（ＰＨＩ、Ｃｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、ＣＡ）の圧盤間に置いた。ペレットが溶融し、圧力が安定化するまで、プレスを２６０℃および４．５ｐｓｉゲージ圧に加熱した。次いで、圧力を２２．５ｐｓｉゲージ圧に上昇させ、５分間保持した。次いで、圧力を解放し、離型シートをプレスから取り除き、氷水浴中に入れた。０．０１０インチ未満の厚さを有するフィルムを離型シートからはずし、ポリスチレンを含有しないＰＴＴペレットからできている同様のシートと比較した。２０％ポリスチレンで作製したフィルムは、ポリスチレンを含まないフィルムよりも不透明であったが、脆性および引張り特性に関連して触感は同じであった。
実施例９
０．４ポンドの実施例８で製造したＰＴＴ／ＰＳペレットを、ＰＳを含まない９．６ポンドのＳｏｒｏｎａ（登録商標）Ｂｒｉｇｈｔ ＰＴＴ樹脂ペレットと混合した。得られたペレット混合物を、２８ｍｍ直径のバレルおよびそれぞれ２４０℃に設定した６つのバレルセグメントを有するＷｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ押出機に供給した。スクリュー速度は１５０ｒｐｍであった。２６８℃の溶融温度は、押出機の出口で手動により決定した。押出機の生産物を、２３９℃に設定した１０インチのコートハンガーフィルムダイに供給した。ダイギャップを０．０１０インチに設定し、ダイ圧は２９６ｐｓｉであった。フィルムは水冷回転キャスティングドラム上に投じられ、そこから、１分間当たり８フィートで運転する巻き上げ装置に向けられた。調製したフィルムは、０．００２インチの均一な厚さを示すことがわかり、幅は１０インチであった。そのように製造したフィルムの部分を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により調べた。目視検査によって、圧倒的多数のＰＳ粒子は、１５０ｎｍの粒径で特徴付けられた。
実施例１０
Ｓｏｒｏｎａ（登録商標）Ｓｅｍｉ ＤｕｌｌのＰＴＴ樹脂を、２０重量％の実施例１〜６のポリスチレンと混合する。ＰＴＴを、実施例１〜６におけるように使用前に乾燥させる。独立に加熱される１０のバレル区画を備えた４０ｍｍ共回転二軸押出機（Ｗｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ Ｃｏｒｐ．、Ｒａｍｓｅｙ、ＮＪ）の第２のバレル区画に２種のポリマーを、すなわちＰＴＴを１６０ｐｐｈでおよびＰＳを４０ｐｐｈでロスインウェイト式定量供給機（それぞれ、ＰＴＴおよびＰＳに、Ｋ−ｔｒｏｎ Ｓ−２００単軸フィーダおよびＫ−ｔｒｏｎ Ｋ２ＭＬ−Ｔ２０二軸スパイラルフィーダ、Ｋ−Ｔｒｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．、Ｐｉｔｍａｎ、ＮＪを用いて）によって独立に供給する。スロート温度は５０℃であり、バレル区画１〜４は２３０℃に設定し、バレル区画５は２２５℃に設定し、バレル区画６〜９は２００℃に設定し、バレル区画１０は２４５℃に設定する。３／１６インチの孔を備えた、６−孔のストランドダイは、２４５℃に設定する。６本の生産ストランドを、水により急冷し、１／８インチのＰＴＴ／２０％ＰＳペレットにペレット化する。
図１に示す連続溶融重合器をロスインウェイト式ペレット定量供給機で置き換える以外は、紡糸プロセスは、図１および図２に示すとおりである。図１を参照すると、Ｓｏｒｏｎａ（登録商標）Ｓｅｍｉ ＤｕｌｌのＰＴＴ樹脂のペレットを、２８ｍｍ共回転二軸押出機（Ｗｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ Ｃｏｒｐ．、Ｒａｍｓｅｙ、ＮＪ）に４４．３５ｇ／分で供給する。同時に、前段落のＰＴＴ／２０％ＰＳペレットを、独立に加熱される４つのバレル区画を有するサテライト押出機（Ｐｒｉｓｍ共回転二軸押出機、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ）５に、ロスインウェイト式定量供給機４を介して供給する。バレル区画１を２５０℃に設定し、バレル区画２〜４を２６０℃に設定する。２６０℃に設定したギアポンプにより、８重量％のＰＳ／ＰＴＴポリマー溶融物を２８ｍｍ押出機３に、バレル区画２において、１．８５ｇ／分の速度で送る。２８ｍｍ二軸押出機は、２６５℃に設定した１０のバレル区画を備える。２８ｍｍ二軸押出機において、２０重量％のＰＳ／ＰＴＴ溶融ブレンドの濃縮物および希釈ＰＴＴ溶融物を混合して、０．８重量％のＰＳ／ＰＴＴポリマー溶融ブレンドを形成し、これを、３４孔の紡糸口金に対してサンドフィルター（５０／３２５メッシュ層の上に２５／５０層）が入っている紡糸パック８に、移送ライン７を介して供給する。孔は、円形断面ならびに直径０．０１２インチおよび長さ０．０２２インチからなっており、それから、フィラメント当たり２．２デニールの連続糸が押出される。
図２は、繊維紡糸プロセスの概略図である。３４本のフィラメント２２は、紡糸口金２１から押出される。フィラメントは、冷却ゾーン２３を通過し、束に形成され、仕上げアプリケータ２４の上を通過する。冷却ゾーンは、室温および６０％相対湿度ならびに４０フィート／分の速度の直交流急冷空気を備える。仕上げアプリケータ２４に続いて、フィラメント束は、７５℃に設定した一対のフィードロール２５に移動する。フィラメント束は、フィードロールの周りに６回巻かれる。フィードロールから、フィラメント束は、１２５℃に設定した一対の延伸ロール２６に移動し、延伸ロールの周りに８回巻かれる。延伸ロール速度は４５００ｍ／分であるが、フィードロール速度は２０００ｍ／分である。延伸ロールから、フィラメント束は、室温および延伸ロール速度より１〜２％速い速度で運転される一対の降下ロール２７に移動する。フィラメント束は降下ロールの周りに１０回巻かれる。降下ロールから、フィラメント束は、交絡ジェット２８を通過し、そこから、４４４５ｍ／分で運転される巻き上げ装置２９に移動する。そのように製造された繊維は、２．８４ｇ／デニールの強度とともに、２．３２ｄｐｆで特徴付けられる。
次に、本発明の態様を示す。
1. ポリ（トリメチレンアリーレート）およびその中に分散した、全ポリマー重量に基づいて１５〜４０重量％のポリスチレンを含む組成物。
2. 前記ポリスチレンが５００ナノメートル未満の平均粒径を有する粒子の形態である、固体の形態の上記１に記載の組成物。
3. 前記ポリ（トリメチレンアリーレート）がポリ（トリメチレンテレフタレート）である、上記１に記載の組成物。
4. 前記ポリスチレンが２０〜３０重量％の濃度である、上記１に記載の組成物。
5. 前記ポリスチレンがホモポリマーである、上記１に記載の組成物。
6. 前記ポリスチレンが２０〜３０％の濃度のポリスチレンホモポリマーであり；および前記ポリ（トリメチレンアリーレート）が、少なくとも９８モル％のトリメチレンテレフタレートのモノマー単位を含むポリ（トリメチレンテレフタレート）である、上記２に記載の組成物。
7. ポリ（トリメチレンアリーレート）および全ポリマー重量に基づいて１５〜４０重量％のポリスチレンを混合し、前記ポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンを溶融し、前記溶融したポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンを高せん断溶融混合機中で溶融ブレンドして、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびその中に分散したポリスチレンを含む溶融組成物を生成する工程を含む方法。
8. 前記ポリ（トリメチレンアリーレート）がポリ（トリメチレンテレフタレート）である、上記７に記載の方法。
9. 前記ポリスチレンが２０〜３０重量％の濃度である、上記７に記載の方法。
10. 前記ポリ（トリメチレンテレフタレート）が０．９０〜１．２ｄｌ／ｇの範囲の固有粘度を特徴とする、上記８に記載の方法。
11. 前記ポリスチレンがホモポリマーである、上記７に記載の方法。
12. 前記ポリスチレンホモポリマーが７５，０００〜２００，０００Ｄａの範囲の数平均分子量を特徴とする、上記１１に記載の方法。
13. 前記ポリスチレンが、２０〜３０％の濃度のポリスチレンホモポリマーであり、および７５，０００〜２００，０００Ｄａの数平均分子量を特徴とし；前記ポリ（トリメチレンアリーレート）が、少なくとも９８モル％のトリメチレンテレフタレートのモノマー単位を含むポリ（トリメチレンテレフタレート）であり、およびその固有粘度が、０．９０〜１．２ｄｌ／ｇの範囲である、上記７に記載の方法。
14. 前記方法が連続法である、上記７に記載の方法。

Claims (2)

  1. ５０〜８５質量％のポリ（トリメチレンテレフタレート）およびその中に分散した、全ポリマー重量に基づいて１５〜４０重量％のポリスチレンホモポリマーを含む組成物であって、前記ポリスチレンが５００ナノメートル未満の平均粒径を有する固体粒子の形態であり、かつ前記ポリスチレンが７５，０００〜２００，０００Ｄａの範囲の数平均分子量を特徴とする、前記組成物。
  2. ５０〜８５質量％のポリ（トリメチレンテレフタレート）および全ポリマー重量に基づいて１５〜４０重量％のポリスチレンホモポリマーを混合し、前記ポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンホモポリマーを溶融し、前記溶融したポリ（トリメチレンアリーレート）およびポリスチレンホモポリマーを高せん断溶融混合機中で溶融ブレンドして、ポリ（トリメチレンアリーレート）およびその中に分散したポリスチレンを含む溶融組成物を生成する工程を含み、ここで、前記ポリスチレンが５００ナノメートル未満の平均粒径を有する溶融液滴の形態であり、かつ前記ポリスチレンが７５，０００〜２００，０００Ｄａの範囲の数平均分子量を特徴とする、前記方法。
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