JP2019523321A - 繊維を製造するための半結晶性熱可塑性ポリエステル - Google Patents

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Abstract

繊維を製造するための熱可塑性ポリエステルの使用であって、前記ポリエステルは、少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の少なくとも1種の脂環式ジオール単位(B)、少なくとも1種のテレフタル酸単位(C)を含み、比率(A)/[(A)+(B)]は、0.05超、0.30未満であり、前記ポリエステルは非環式脂肪族ジオール単位を含有しないか、ポリエステルの全モノマー単位に対して5%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を含み、溶液(25℃;フェノール(50wt%):オルト−ジクロロベンゼン(50wt%);ポリエステル5g/L)中の還元粘度は50mL/gより大きい。

Description

本発明は、繊維の製造のための優れた特性を有する、少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位を含む半結晶性熱可塑性ポリエステルの使用に関する。
プラスチックは、物品の大量生産に欠かせない。実際、それらの熱可塑性の性質により、これらの材料をあらゆる種類の物品に高速での変換が可能になる。
ある熱可塑性芳香族ポリエステルは、材料の製造に直接使用が可能になる熱的性質を有する。それらは、脂肪族ジオールと芳香族二酸単位を含む。これらの芳香族ポリエステルのうち、例えばフィルムの製造に使用され、エチレングリコールとテレフタル酸単位を含むポリエステルであるポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。
しかし、特定の用途または特定の使用条件下では、ある種の性質、特に衝撃強度あるいは耐熱性の改善が必要である。これが、グリコール変性PET(PETg)が開発された理由である。それらは一般に、エチレングリコールとテレフタル酸単位に加えて、シクロヘキサンジメタノール(CHDM)単位を含むポリエステルである。このジオールをPETに導入することにより、特にPETgが非晶質である場合、その性質を意図する用途に適合させること、例えばその衝撃強度またはその光学的性質の改善が可能になる。
他の変性PETも、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位、特にイソソルビド(PEIT)をポリエステルに導入することによって開発されている。これらの変性ポリエステルは、未変性PETまたはCHDMを含むPETgよりもガラス転移温度が高い。加えて、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールは、例えば、デンプンなどの再生可能資源から得られるという利点がある。
これらのPEITの1つの問題は、衝撃強度がそれでもなお不十分なことである。加えて、ガラス転移温度は、特定のプラスチック性物品の製造には不十分である。
従来より、ポリエステルの衝撃強度の改善のために、結晶化度が低いポリエステルの使用が知られている。イソソルビド系ポリエステルに関しては米国特許出願公開第2012/0177854号明細書に記載されており、そこには、テレフタル酸単位と、1〜60モル%のイソソルビドと5〜99%の1,4−シクロヘキサンジメタノールとを含むジオール単位を含む、衝撃強度が改善されたポリエステルが記載されている。この出願の導入部で示されるように、コモノマーの添加により、この場合には1,4−シクロヘキサンジメタノールの添加により、結晶性が排除されたポリマーを得ることが目的である。実施例において、様々なポリ(エチレン−コ−1,4−シクロヘキサンジメチレン−コ−イソソルビド)テレフタレート(PECIT)の製造と、ポリ(1,4−シクロヘキサンジメチレン−コ−イソソルビド)テレフタレート(PCIT)の例が記載されている。
また、PECIT型ポリマーは商業的開発の対象となってきたが、これはPCITの場合には当てはまらないことにも留意されたい。実際、イソソルビドは第二級ジオールとしての反応性が低いため、これまで、その製造は複雑であると考えられていた。したがって、Yoonら(Synthesis and Characteristics of a Biobased High−Tg Terpolyester of Isosorbide,Ethylene Glycol,and 1,4−Cyclohexane Dimethanol:Effect of Ethylene Glycol a
s a Chain Linker on Polymerization,Macromolecules,2013,46,7219−7231)は、PCITの合成が、PECITの合成よりも達成が難しいことを示した。この論文は、PECITの生産速度に及ぼすエチレングリコール含有量の影響の研究を記載する。
Yoonらの文献において、非晶質PCIT(ジオールの合計に対して約29%のイソソルビドと71%のCHDMを含む)を製造し、その合成と性質をPECIT型ポリマーと比較している。第7222ページの合成の項の第1パラグラフを参照すると、合成中に高温を使用すると形成されたポリマーの熱分解が誘発され、このような分解は特にイソソルビドなどの脂肪族環式ジオールの存在に関連している。したがって、Yoonらは、重縮合温度が270℃に制限される方法を使用した。Yoonらは、重合時間を増やしても、この方法で十分な粘度のポリエステルを得ることは不可能なことを観察した。したがって、エチレングリコールを添加しないと、合成時間を長くしてもポリエステルの粘度は制限されたままである。
したがって、PETになされた改良にもかかわらず、改善された特性を有する新規ポリエステルに対する要求が依然としてある。
プラスチックの分野において、特に繊維の製造用のプラスチックにおいて、良好な耐熱性を有し、また、破断点伸び、剛性または他の持続性などの改善された機械的特性を有する繊維が得られるように、改善された特性を有する半結晶性熱可塑性ポリエステルを入手できる必要がある。
テレフタル酸単位、エチレングリコール単位およびイソソルビド単位ならびに任意選択的に他のジオール(例えば、1,4−シクロヘキサンジメタノール)を有するポリマーから製造された物品は、文献米国特許第6126992号明細書から知られている。このようにして得られた全てのポリマーは、それらはイソソルビドの組み込みと高いガラス転移温度を得るために必要であることが広く認められているため、エチレングリコール単位を有する。さらに、実施された調製例は、その組成が繊維の製造において完全に満足いくものではないポリマーを得ることを可能にする。実際、実施例1は、特に、エチレングリコール単位44%とイソソルビド単位3%を含むポリマー、すなわちこのイソソルビド単位/エチレングリコール単位比を含むポリマーの調製を記載しており、これは繊維の製造に納得できるものではない。
文献米国特許第6063495号明細書は、イソソルビド単位、テレフタル酸単位とエチレングリコール単位を有するポリマーから製造されたポリエステル繊維を記載している。そのようにして製造された繊維は、特に繊維工業での商業的または工業的用途に適している。しかしながら、これらのポリエステルは、繊維製造において完全に満足できるほど溶液粘度が十分に低くない。
したがって、改善された機械的特性および熱的特性を有する繊維の製造のための、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位を含有する半結晶性熱可塑性ポリエステルを得ることが現在もなお必要とされている。
したがって、この目的が、意外にもイソソルビドをベースとし、前記イソソルビドの組み込みのために必須であることはこれまで知られていたエチレングリコールを含まない半結晶性熱可塑性ポリエステルを用いて達成可能であることを発見したのは本出願人の功績
である。
実際、特定の粘度および特定の単位の比率により、本発明に従って使用される半結晶性熱可塑性ポリエステルは、繊維の製造における本発明による使用のための改善された特性を有する。
したがって、本発明の主題は、繊維の製造のための半結晶性熱可塑性ポリエステルの使用であって、前記ポリエステルは、
・少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A);
・1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の少なくとも1種の脂環式ジオール単位(B);
・少なくとも1種のテレフタル酸単位(C)
を含み、
(A)/[(A)+(B)]モル比は、0.05超、0.30未満であり;
前記ポリエステルは非環式脂肪族ジオール単位を含有しないか、ポリエステルの全モノマー単位に対して5%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を含み、前記ポリエステルの溶液(25℃;フェノール(50%m):オルト−ジクロロベンゼン(50%m);ポリエステル5g/L)中の還元粘度は、50mL/gより大きい。
本発明の第2の主題は、上記の半結晶性熱可塑性ポリエステルをベースとする繊維の製造方法に関する。
最後に、本発明の第3の主題は、上記の半結晶性熱可塑性ポリエステルを含む繊維に関する。
優れた性質を有するこれらの半結晶性熱可塑性ポリエステルは、特に改善された機械的特性を有する繊維の製造を可能にする。
本発明の第1の主題は、繊維の製造のための半結晶性熱可塑性ポリエステルの使用であって、前記ポリエステルは、
・少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A);
・1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の少なくとも1種の脂環式ジオール単位(B);
・少なくとも1種のテレフタル酸単位(C)
を含み、
(A)/[(A)+(B)]モル比は、0.05超、0.30未満であり、および溶液中の還元粘度は50mL/gより大きい。
「(A)/[(A)+(B)]モル比」は、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)/1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)と1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B)の合計のモル比を意味するように意図される。
本発明で使用される「繊維」という用語は、フィラメントおよびヤーンという用語と同義であり、したがって連続的または非連続的なモノフィラメントまたはマルチフィラメント、無撚または交絡マルチフィラメント、ベースヤーンを含む。
半結晶性熱可塑性ポリエステルは、非環式脂肪族ジオール単位を含有しないか、またはそれらを少量含む。
「少量のモル量の非環式脂肪族ジオール単位」は、特に5%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を意味するように意図される。本発明によれば、このモル量は、非環式脂肪族ジオール単位の合計の比率を表し、これらの単位はポリエステルの全モノマー単位に対して同一でも異なっていてもよい。
非環式脂肪族ジオールは、直鎖状または分枝鎖状の非環式脂肪族ジオールであってもよい。飽和または不飽和の非環式脂肪族ジオールであってもよい。エチレングリコールの他に、飽和直鎖状非環式脂肪族ジオールは、例えば、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオールおよび/または1,10−デカンジオールであってもよい。飽和分枝鎖状非環式脂肪族ジオールの例としては、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、プロピレングリコールおよび/またはネオペンチルグリコールが挙げられる。不飽和脂肪族ジオールの例としては、例えば、シス−2−ブテン−1,4−ジオールが挙げられる。
非環式脂肪族ジオール単位のこのモル量は、有利には1%未満である。好ましくは、ポリエステルは非環式脂肪族ジオール単位を含まず、より好ましくはエチレングリコールを含まない。
驚くべきことに、合成に使用される非環式脂肪族ジオール、つまりエチレングリコールの量が少なくても、溶液中での高い還元粘度と、特にイソソルビドが良好に組み込まれた非晶質熱可塑性ポリエステルが得られる。1つの理論によって縛られることなく、これはエチレングリコールの反応速度が1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールの反応速度よりもはるかに速いという事実によって説明され、これは後者のポリエステルへの組み込みを大きく制限する。したがって、得られるポリエステルは、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールの低い集積度、つまりガラス転移温度が比較的低い。
モノマー(A)は、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールであり、イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはその混合物であってもよい。好ましくは、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール(A)は、イソソルビドである。
イソソルビド、イソマンニドおよびイソイジドは、それぞれソルビトール、マンニトールおよびイジトールの脱水によって得られる。イソソルビドに関しては、商品名Polysorb(登録商標)Pの名前で、本出願人によって販売されている。
脂環式ジオール(B)は、脂肪族環式ジオールとも呼ばれる。それは、特に1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノールまたはこれらのジオールの混合物から選択することができるジオールである。好ましくは、脂環式ジオール(B)は、1,4−シクロヘキサンジメタノールである。
1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)/1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)と1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B)の合計のモル比、すなわち(A)/[(A)+(B)]は、0.05超、0.30未満である。有利には、この比率は、0.1超、0.28未満であり、より特に、この比率は、少なくとも0.15超、0.25未満である。
繊維の製造に特に適切である半結晶性熱可塑性ポリエステルは、
・モル量が2.5〜14モル%の範囲の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A);
・モル量が31〜42.5モル%の範囲の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B);
・モル量が45〜55モル%の範囲のテレフタル酸単位(C)
を含む。
ポリエステル中の異なる単位の量は、1H NMRにより、またはポリエステルの完全加水分解またはメタノリシスから生じるモノマーの混合物のクロマトグラフィー分析により、好ましくは1H NMRにより決定できる。
当業者は、ポリエステルの単位のそれぞれの量を決定する分析条件を容易に見つけることができる。例えば、ポリ(1,4−シクロヘキサンジメチレン−コ−イソソルビドテレフタレート)のNMRスペクトルから、1,4−シクロヘキサンジメタノールに関連する化学シフトは0.9〜2.4ppmおよび4.0〜4.5ppmであり、テレフタレート環に関連する化学シフトは7.8〜8.4ppmであり、イソソルビドに関連する化学シフトは4.1〜5.8ppmである。それぞれのシグナルの積分により、ポリエステルのそれぞれの単位の量の決定が可能になる。
本発明に従って使用される半結晶性熱可塑性ポリエステルのガラス転移温度は、210〜295℃、例えば240〜285℃である。
さらに、半結晶性熱可塑性ポリエステルのガラス転移温度は85〜120℃、例えば90〜115℃である。ガラス転移温度および融点は、従来法、特に10℃/分の加熱速度を使用する示差走査型熱量測定(DSC)法によって測定される。実験プロトコルの詳細は、以下の「実施例」に詳細に記載されている。
有利には、半結晶性熱可塑性ポリエステルの融解熱が10J/g超、好ましくは20J/g超の場合、この融解熱の測定は、このポリエステルの試料を170℃で16時間加熱処理し、次いで試料を10℃/分で加熱することにより、DSCによって融解熱を評価する。
本発明による半結晶性熱可塑性ポリエステルは、特に明度Lが40より大きい。有利には、明度Lは、55より大きく、好ましくは60より大きく、最も好ましくは65より大きく、例えば70より大きい。パラメーターLは、CIELabモデルにより分光測光器を使用して決定できる。
最終的に、前記半結晶性熱可塑性ポリエステルの溶液中の還元粘度は、50mL/gより大きく90mL/g未満であり、この粘度は、導入されたポリマーの濃度が5g/Lである条件において、撹拌しながら130℃でポリマーを溶解した後、フェノールとオルト−ジクロロベンゼンの等質量混合物中、25℃でウベローデ毛管粘度計を使用して測定できる。
溶液中の還元粘度を測定するこの試験は、溶媒の選択と使用されたポリマーの濃度により、下記方法に従って調製された粘性ポリマーの粘度の測定に完全に適している。
本発明に従って使用される熱可塑性ポリエステルの半結晶性は、170℃で16時間の熱処理後に、X線回折線または示差走査型熱量測定(DSC)分析において吸熱融合ピークを有する場合に特徴付けられる。
上記で定義した半結晶性熱可塑性のポリエステルは、繊維の製造にとって多くの利点を有する。
実際に、特に、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)/1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)および1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B)の合計のモル比が0.05超、0.30未満であり、溶液中の還元粘度が50mL/gより大きく、好ましくは120mL/g未満であることにより、半結晶性熱可塑性ポリエステルは、例えば、ポリエチレンイソソルビドテレフタレート(PEIT)から製造された従来の繊維と比較してより良好な耐熱性と改善された機械的特性を有する繊維の製造可能となる。
本発明による繊維は、半結晶性熱可塑性ポリエステルの重合後の溶融状態から直接製造され得る。
一代替形態によれば、半結晶性熱可塑性ポリエステルは、繊維の製造に使用される前に、ペレットまたは果粒などの取扱いが容易な形態で包装されてもよい。好ましくは、半結晶性熱可塑性ポリエステルは、顆粒の形態で包装され、前記顆粒は、有利には繊維の形態に変換される前に乾燥される。乾燥は、顆粒が、300ppm未満、好ましくは200ppm未満、例えば約180ppmの残留水分含量となるように実施される。製造された繊維は、モノフィラメントまたはマルチフィラメントであってもよい。
本発明による半結晶性熱可塑性ポリエステルから製造された繊維は、当業者に公知の方法、例えば溶融紡糸法または湿式もしくは乾式溶液法によって得ることができる。好ましくは、繊維は、溶融紡糸法によって製造される。
溶融紡糸法による繊維の製造は、まず押出成形機でポリエステルを溶融することからなる。次に、溶融材料は、多数の穴からなるダイを通って加圧かで送られる。ダイ出口で、フィラメントは空冷され、延伸されてコイル巻きされる。一般に、サイジング製品が紡糸筒の下部において適用される。
特定の一実施形態によれば、上記で定義された半結晶性熱可塑性ポリエステルは、繊維を製造するための1種以上の追加のポリマーと組み合わせて使用される。
追加のポリマーは、ポリアミド、本発明によるポリエステル以外のポリエステル、ポリスチレン、スチレンコポリマー、スチレン−アクリロニトリルコポリマー、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエンコポリマー、ポリ(メタクリル酸メチル)、アクリルコポリマー、ポリ(エーテル−イミド)、ポリ(2,6−ジメチルフェニレンオキシド)などのポリ(フェニレンオキシド)、ポリ(フェニレンスルフェート)、ポリ(エステル−カーボネート)、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリスルホンエーテル、ポリエーテルケトンおよびこれらのポリマーの混合物から選択することができる。
追加のポリマーは、ポリマーの衝撃特性を改善可能なポリマー、特に機能性ポリオレフィン、例えば官能化エチレンまたはプロピレンポリマーおよびコポリマー、コア−シェル
コポリマーまたはブロックコポリマーなどであってもよい。
特定の特性を付与するために、半結晶性熱可塑性ポリエステルからの繊維の製造中に1種以上の添加剤を添加してもよい。
したがって、添加剤の例として、有機または無機、ナノメートルまたはナノメートルではない、官能化または非官能化特性のフィラーまたは繊維が挙げられる。それらは、シリカ、ゼオライト、ガラス繊維またはビーズ、粘土、雲母、チタネート、シリケート、グラファイト、炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ、木部繊維、炭素繊維、ポリマー繊維、タンパク質、セルロース系繊維、リグノセルロース繊維および構造分解されない粒状デンプンであってもよい。これらのフィラーまたは繊維は、硬度、剛性または水もしくは気体透過性の改善を可能にする。
添加剤はまた、乳白剤、染料および顔料から選択されてもよい。それらは、酢酸コバルトならびに以下の化合物から選択することができる。:HS−325 Sandoplast(登録商標)Red BB(これは、Solvent Red 195の名称でも知られる、アゾ官能基を有する化合物である)、アントラキノンであるHS−510 Sandoplast(登録商標)Blue 2B、Polysynthren(登録商標)Blue RおよびClariant(登録商標)RSB Violet。
添加剤は、例えば、BASFが販売するTinuvin(商標):例えば、tinuvin 326、tinuvin Pまたはtinuvin 234などのベンゾフェノンもしくはベンゾトリアゾール型の分子、またはBASFが販売するChimassorb(商標)囲:例えば、Chimassorb 2020、Chimassorb 81もしくはChimassorb 944などのヒンダードアミンなどのUV抵抗剤であってもよい。
添加剤は、不燃剤または難燃剤、例えばハロゲン化誘導体もしくは非ハロゲン化難燃剤(例えば、Exolit(登録商標)OPなどのリン系誘導体)、またはメラミンシアヌレートの範囲(例えば、melapur(商標):melapur 200)、または水酸化アルミニウムもしくは水酸化マグネシウムなどであってもよい。
繊維の製造のための半結晶性熱可塑性ポリエステルの本発明による使用は、特に有利である。
これは、特に、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)/1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)および1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B)の合計のモル比が0.05超、0.30未満であり、溶液中の還元粘度が50mL/gより大きい上記の半結晶性熱可塑性ポリエステルから前述のように製造された繊維が、機械的特性および熱的特性の両方の観点から顕著な特性を有するためである。
実際、本発明に従って製造された繊維は、モノフィラメントまたはマルチフィラメントであり得、破断点伸びまたは他の持続性などの機械的特性の改善を示し、したがって、延伸繊維、不織アセンブリ、織物または他にタイヤ補強材などの様々な用途のためのコードである布地またはジオテキスタイル、ならびに膨張可能および技術的なコードおよび繊維を得るための最も特定の用途を有する。
本発明の第2の主題は、繊維の製造方法であって、以下の工程:
・下記で定義される半結晶性熱可塑性ポリエステルを準備する工程、
・前記工程で得られた半結晶性熱可塑性ポリエステルから前記繊維を調製する工程
を含む方法に関する。
調製工程は、繊維の製造のために従来から実施されている、当業者に公知の方法によって実行することができる。
したがって、一例として、調製工程は、溶融紡糸法または湿式もしくは乾式溶液法によって実施してもよい。好ましくは、調製工程は、溶融紡糸法によって実施される。
本発明の第3の主題は、上記の半結晶性熱可塑性ポリエステルを含む繊維に関する。上記で定義されるように、本発明による繊維は、追加のポリマーおよび/または1種以上の添加剤を含んでもよい。
本発明による繊維は、1種以上の追加の処理を受けてもよい。
したがって、繊維は、布地および不織物の製造に使用することができる。布地は、特に機織りまたは編むことによって得ることができる。
不織物は、ウェブ、布、ラップ、指向性またはランダムに分布した繊維のマットレスからなる製品であり、その内部結合は、機械的方法、物理的方法もしくは化学的方法、またはこれらの方法の組合せによって確保される。内部結合の例は、接着結合であってもよく、結果として不織布が得られ、次いで前記不織布は、繊維マットに製造されてもよい。
繊維は、当業者に公知の技術、乾式法式、溶融法、湿式またはフラッシュ紡糸法(英語ではflash spinning)に従って不織物へ変換することができる。
例として、乾式法による不織物の形成は、特にカレンダー加工または空気力学的方法(英語では「Airlaid」)によって実施することができる。溶融法による製造に関して、それは、押出成形(英語では「spinbonding technology」または「spunbonded fabric」)または押出吹込成形(英語では「meltblown」)によって実施することができる。
特に繊維の製造のために適切である半結晶性熱可塑性ポリエステルは、
・少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の少なくとも1種の脂環式ジオール単位(B)、および少なくとも1種のテレフタル酸単位(C)を含むモノマーを反応器に導入する工程であって、モル比((A)+(B))/(C)は1.05〜1.5であり、前記モノマーは非環式脂肪族ジオールを含有しないか、または導入された全モノマーに対して5%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を含む、工程と;
・反応器に触媒系を導入する工程と;
・前記モノマーを重合してポリエステルを形成する工程であって、
・オリゴマー化の第1段階であって、その間に反応媒体が265〜280℃、有利には270〜280℃の温度、例えば275℃で不活性雰囲気下において撹拌される、オリゴマー化の第1段階;
・オリゴマーの縮合の第2段階であって、その間に形成されたオリゴマーが、ポリエステルを形成するように278〜300℃、有利には280〜290℃の範囲の温度、例えば285℃で減圧下において撹拌される、オリゴマーの縮合の第2段階
からなる工程と;
・半結晶性熱可塑性ポリエステルを回収する工程と
を含む合成方法によって製造できる。
方法のこの第1の段階は、不活性雰囲気、すなわち少なくとも1種の不活性気体の雰囲気下で実施される。この不活性気体は、特に二窒素であってもよい。この第1の段階は、ガス流下で実施でき、加圧下、例えば1.05〜8バールの圧力で実施できる。
好ましくは、圧力は3〜8バール、最も好ましくは5〜7.5バール、例えば6.6バールである。これらの好ましい圧力条件下において、全てのモノマーの互いとの反応は、この段階中のモノマーの損失の制限によって促進される。
オリゴマー化の第1段階の前に、モノマーの脱酸素化の工程が優先的に実施される。例えば、モノマーを反応器に導入して真空にし、次いで窒素などの不活性ガスの導入により実施できる。この減圧−不活性ガス導入サイクルは、数回、例えば3〜5回繰返しが可能である。好ましくは、試薬と、特にジオールが完全に溶解するように、この減圧−窒素サイクルは60〜80℃の温度で実施される。この脱酸素化工程は、方法の終了時に得られるポリエステルの着色特性を改善する利点を有する。
オリゴマーの縮合の第2段階は真空下で実施される。圧力は、段階的にランプを使用して減少させるか、あるいはランプとステップの組合せを使用した圧力減少により、この第2段階の間に連続的に減少できる。好ましくは、この第2段階の終了時に、圧力は10ミリバール未満、最も好ましくは1ミリバール未満である。
重合工程の第1の段階は、継続時間が20分〜5時間であることが好ましい。有利には、第2段階は継続時間が30分〜6時間であり、この段階は、反応器が真圧下、すなわち1バール未満の圧力に置かれた瞬間から始まる。
この方法はまた、反応器に触媒系を導入する工程を含む。この工程は、前もって、または上記の重合工程の間に実施できる。
触媒系は、場合により不活性担体上に分散または固定された触媒または触媒の混合物を意味するように意図される。
触媒は、繊維の製造のための本発明による使用にしたがって高粘度ポリマーを得るために適した量で使用される。
エステル化触媒は、オリゴマー化の段階で有利に使用される。このエステル化触媒は、スズ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびストロンチウムの誘導体、パラ−トルエンスルホン酸(PTSA)もしくはメタンスルホン酸(MSA)などの有機触媒、またはこれらの触媒の混合物から選択することができる。このような化合物の例として、米国特許出願公開第2011/282020A1号明細書のパラグラフ[0026]〜[0029]および国際公開第2013/062408A1号パンフレットの第5ページに記載されるものが挙げられる。
好ましくは、亜鉛誘導体またはマンガン、スズもしくはゲルマニウム誘導体がエステル交換の第1の段階中に使用される。
重量による量の例として、導入されたモノマーの量に対して、オリゴマー化の段階で触媒系に含まれる10〜500ppmの金属が使用される。
エステル交換の終了時において、最初の工程からの触媒は、亜リン酸またはリン酸の添加により任意選択的にブロックされるか、またはスズ(IV)の場合、トリフェニルホスファイトもしくはトリス(ノニルフェニル)ホスファイト、あるいは米国特許出願公開第
2011/282020A1号明細書の段落番号[0034]に記載のものなどの亜リン酸塩によって還元できる。
オリゴマーの縮合の第2段階は、任意選択的に、触媒を添加して実施ができる。この触媒は、有利には、スズ誘導体、好ましくはスズ、チタン、ジルコニウム、ゲルマニウム、アンチモン、ビスマス、ハフニウム、マグネシウム、セリウム、亜鉛、コバルト、鉄、マンガン、カルシウム、ストロンチウム、ナトリウム、カリウム、アルミニウムもしくはリチウムの誘導体、またはこれらの触媒の混合物から選択される。このような化合物の例としては、例えば、欧州特許第1882712B1号明細書の段落番号[0090]〜[0094]に記載されるものであってもよい。
好ましくは、触媒は、スズ、チタン、ゲルマニウム、アルミニウムまたはアンチモン誘導体であり、最も好ましくはスズまたはゲルマニウムである。
重量による量の例として、導入されたモノマーの量に対して、オリゴマーの縮合の段階で媒系に含まれる10〜500ppmの金属を使用できる。
最も好ましくは、触媒系が重合の第1段階と第2段階の間に使用される。前記系は、有利には、スズをベースとする触媒、またはスズ、チタン、ゲルマニウムおよびアルミニウムをベースとする触媒の混合物からなる。
例として、重量による量として、導入されたモノマーの量に対して、触媒系に含まれる10〜500ppmの金属を使用できる。
調製方法によれば、モノマーの重合の工程において、酸化防止剤が有利に使用される。これらの酸化防止剤により、得られるポリエステルの着色を減少できる。酸化防止剤は、一次および/または二次酸化防止剤であってもよい。一次酸化防止剤は、化合物Hostanox(登録商標)03、Hostanox(登録商標)010、Hostanox(登録商標)016、Ultranox(登録商標)210、Ultranox(登録商標)276、Dovernox(登録商標)10、Dovernox(登録商標)76、Dovernox(登録商標)3114、Irganox(登録商標)1010またはIrganox(登録商標)1076などの立体障害フェノール、またはIrgamod(登録商標)195などのホスホン酸塩であってもよい。二次酸化防止剤は、Ultranox(登録商標)626、Doverphos(登録商標)S−9228、Hostanox(登録商標)P−EPQまたはIrgafos 168などの三価リン化合物であってもよい。
重合添加剤として、酢酸ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムまたは水酸化テトラエチルアンモニウムなど、望ましくない疑似エーテル化反応を制限可能な少なくとも1種の化合物を反応器に導入することも可能である。
最後に、この方法は、重合工程から得られるポリエステルを回収する工程を含む。このようにして回収された半結晶性熱可塑性ポリエステルは、次いで上記のようにして成形することができる。
合成方法の一変形形態によれば、モル質量を増加させる工程は、半結晶性熱可塑性ポリエステルを回収する工程の後に行われる。
モル質量を増加させる工程は、後重合によって実施され、半結晶性熱可塑性ポリエステルの固体状態重縮合(PCS)の工程または少なくとも1種の鎖延長剤の存在下で半結晶
性熱可塑性ポリエステルの反応押出工程からなってもよい。
したがって、製造方法の一変形形態によれば、後重合工程はPCSによって実施される。
PCSは、一般にガラス転移温度とポリマーの融点との間の温度で行われる。したがって、PCSを実施するためには、ポリマーは半結晶性であることが必要である。好ましくは、後者は融解熱が10J/gより大きく、好ましくは20J/gより大きく、この融解熱の測定は、低粘度ポリマーの試料を170℃で16時間、低溶体化熱処理し、次に試料を10K/分で加熱することにより、DSCによって融解熱を評価する。
有利には、PCS工程は190〜280℃、好ましくは200〜250℃の温度で実施され、この工程は、半結晶性熱可塑性ポリエステルの融点未満の温度で実施されなければならない。
PCS工程は、不活性雰囲気下、例えば窒素下、またはアルゴン下、または真空下で実施することができる。
製造方法の第2の変形形態によれば、後重合工程は少なくとも1種の鎖延長剤の存在下での半結晶性熱可塑性ポリエステルの反応押出によって実施される。
鎖延長剤は、反応押出において、半結晶性熱可塑性ポリエステルのアルコール、カルボン酸および/またはカルボン酸エステル官能基と反応できる2個の官能基を含む化合物である。鎖延長剤は、例えば、2個のイソシアネート、イソシアヌレート、ラクタム、ラクトン、カーボネート、エポキシ、オキサゾリンおよびイミド官能基を含む化合物から選択することができ、前記官能基は、同一であっても異なっていてもよい。熱可塑性ポリエステルの鎖延長は、溶融材料と反応器のガスとの間の良好な界面を確保するために、高粘性媒体を十分に分散撹拌しながら混合可能な全ての反応器で実施できる。特に、この処理工程に適している反応器は押出成形である。
反応押出は、一軸スクリュー押出機、共回転二軸スクリュー押出機または反対回転二軸スクリュー押出機で実施できる。しかしながら、共回転押出器を使用してこの反応押出を実施することが好ましい。
反応押出工程は、
・ポリマーを押出機に導入して、前記ポリマーを溶融する工程;
・その後、溶融ポリマーに鎖延長剤を導入する工程;
・次に、押出機でポリマーを鎖延長剤と反応させる工程;
・次に、押出工程で得られた半結晶性ポリエステルを回収する工程
によって実施されてもよい。
押出の間、押出機内の温度はポリマーの融点より高くなるように調整される。押出成形機内の温度は、150〜320℃であってもよい。
モル質量を増加させる工程後に得られた半結晶性熱可塑性ポリエステルは、上記の通り回収され、次いで成形される。
純粋に例示的なものであり、保護の範囲を制限するものではない次の実施例により明確に理解されるであろう。
ポリマーの特性を、次の法によって観察した。
溶液中の還元粘度
溶液中の還元粘度は、溶液中の還元粘度は、導入されたポリマーの濃度が5g/Lで、ポリマーを撹拌しながら130℃で溶解した後、フェノールとオルト−ジクロロベンゼンの等質量混合物中、25℃でウベローデ毛細管粘度計を使用して評価した。
DSC
ポリエステルの熱的特性は、を、示差走査型熱量測定(DSC)で測定した。試料を最初に開放るつぼ中、窒素雰囲気下で10℃から320℃まで加熱し(10℃/分)、10℃まで冷却し(10℃/分)、最初の工程と同じ条件下で320℃まで再加熱する。ガラス転移温度は、第2の加熱の中点でとられた。任意の融点は、第1の加熱の吸熱ピーク(開始)で決定される。
同様に、融解エンタルピー(曲線下面積)は、第1の加熱で決定される。
以下に示される例示的な実施例では、次の試薬を使用した。
1,4−シクロヘキサンジメタノール(純度99%、シスおよびトランス異性体の混合物)
イソソルビド(純度>99.5%)、Roquette Freres社製、Polysorb(登録商標)P
テレフタル酸(純度99+%)、Acros社製
Irganox(登録商標)1010、BASF AG社製
ジブチルスズオキシド(純度98%)、Sigma−Aldrich社製
実施例1:半結晶性熱可塑性ポリエステルの調製および繊維の製造のための使用
A:重合
2種の熱可塑性ポリエステルP1およびP2を調製した。
第1の熱可塑性ポリエステルP1は、特に、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)/1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)および1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B)の合計のモル比が0.05超、0.30未満であり、本発明による使用に関する以下の手順に従って調製された半結晶性熱可塑性ポリエステルである。
したがって、1,4−シクロヘキサンジメタノール1432g(9.9モル)、イソソルビド484g(3.3モル)、テレフタル酸2000g(12.0モル)、Irganox 1010(酸化防止剤)1.65g、およびジブチルスズオキシド(触媒)1.39gを7.5Lの反応器に加える。イソソルビド結晶から残留酸素を抽出するために、反応媒体の温度が60〜80℃になったら4回の減圧−窒素サイクルを実施する。
次に、6.6バールの圧力下で、反応混合物を275℃(4℃/分)まで加熱し、エステル化度87%が得られるまで常に撹拌した(150rpm)。エステル化度は、回収された蒸留物の質量から推測する。次いで、対数傾斜に従って圧力を90分で0.7ミリバールに下げ、温度を285℃にする。
これらの真空および温度条件は、初期トルクに対して12.1Nmのトルクの増加が得られるまで維持された。
最後に、反応器の底部バルブを介してポリマーロッドをキャストし、温度を調節した水浴で15℃に冷却し、約15mgの果粒状に切断する。
このようにして得られた樹脂は、溶液中で80.1mL/gの還元粘度を有する。
ポリエステルのH NMR分析では、最終ポリエステルは、ジオールと比較して17.0モル%のイソソルビドを含有することを示す。
熱特性に関して、ポリマーは、ガラス転移温度96℃、融点253℃、融解エンタルピー23.2J/gである。
モル質量を増加させるために、窒素気流下(1500l/時間)、210℃で20時間、これらの顆粒10kgに対して固体縮合工程を実施した。固体縮合後の樹脂は、還元粘度が103.4mL.g−1である。
第2の熱可塑性ポリエステルP2は、ポリエステルP1と同じ手順に従って調製した。
この第2のポリエステルP2は、比較の役割をするポリエステルであり、(A)/[(A)+(B)]モル比は0.44である。使用した化合物の量を以下の表1に詳細に示す。
Figure 2019523321
ポリエステルP2を用いてこのようにして得られた樹脂は、還元粘度が54.9ml/gである。
ポリエステルのH NMR分析では、最終ポリエステルがジオールと比較して44モル%のイソソルビドを含有することを示している。熱特性に関して、ポリマーは、ガラス転移温度が125℃である。
分析後、ポリエステルP2は、170℃で16時間の熱処理後でも、X線回折線の存在と示差走査型熱量測定(DSC)分析における吸熱融合ピークの存在を特徴としない。したがって、ポリエステルP2は結晶質ではない。
B:成形
重合工程Aで得られたポリエステルP1およびP2の顆粒を窒素下において140℃で乾燥させて、300ppm未満、特に105ppm未満の顆粒の残留水分含量に到達させる。
次いで、顆粒を5つの加熱ゾーンを有する押出機に導入する:顆粒導入ゾーンは300℃、ゾーン2は295℃、ゾーン3は290℃、ゾーン4は285℃、ゾーン5は280℃、チューブ、材料駆動ポンプおよびゲルを除去するためのフィルター、ならびに(溶融材料の流れの循環方向)紡糸ヘッドは278℃。
この実施例によれば、紡糸ヘッドは、毛管の直径0.5mm、流速2000m/分、1孔あたり1.5g/分に調節された10個の孔を含む。使用されたヘッドは、モノフィラメントおよびマルチフィラメントの成形を可能にする。
紡糸ヘッドの出口において、集合点に集まる種々のフィラメントを25℃の気流によって冷却し、次いで巻取手段によって巻き上げる。
実施例2:機械的特性の比較試験
ポリエステルP1およびP2を用いて得られた繊維は、異なる特徴を有する。
具体的に、イソソルビドを17%含有する半結晶性熱可塑性ポリエステルP1から上記条件下で紡糸されたフィラメントは、延伸比7で延伸され、破断点伸びが7+/−2%である。さらに、ポリエステルP1を用いて得られた繊維は、良好な強度を示す。
反対に、半結晶性熱可塑性ポリエステルP2から上記条件下で延伸されたフィラメントは、その脆弱性のため、1.05より大きい延伸比で延伸できない。したがって、ポリエステルP2は、繊維の製造において全く有利ではない。
これは、本発明による半結晶性熱可塑性ポリエステルが、特に、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)/1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)および1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B)の合計のモル比が0.05超、0.30未満であり、エチレングリコールを含まないことが、繊維の製造の使用に特に適しており、前記繊維はそれらの機械的特性によって繊維産業などの工業分野において有利な用途を有するという事実を補強する。

Claims (11)

  1. ・少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A);
    ・前記1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の少なくとも1種の脂環式ジオール単位(B);
    ・少なくとも1種のテレフタル酸単位(C)
    を含む半結晶性熱可塑性ポリエステルであって、
    (A)/[(A)+(B)]モル比は、0.05超、0.30未満であり;
    前記ポリエステルが、非環式脂肪族ジオール単位を含有しないか、前記ポリエステルの全モノマー単位に対して5%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を含み、前記ポリエステルの溶液(25℃;フェノール(50%m):オルト−ジクロロベンゼン(50%m);ポリエステル5g/L)中の還元粘度は、50mL/gより大きい、繊維の製造のための半結晶性熱可塑性ポリエステルの使用。
  2. ・少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A);
    ・前記1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の少なくとも1種の脂環式ジオール単位(B);
    ・少なくとも1種のテレフタル酸単位(C)
    を含む半結晶性熱可塑性ポリエステルを含む繊維であって、
    (A)/[(A)+(B)]モル比は、0.05超、0.30未満であり;
    前記ポリエステルは、脂肪族非環式ジオール単位を含有しないか、前記ポリエステルの全モノマー単位に対して5%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を含み、前記ポリエステルの溶液(25℃;フェノール(50%m):オルト−ジクロロベンゼン(50%m);ポリエステル5g/L)中の還元粘度は、50mL/gより大きい、半結晶性熱可塑性ポリエステルを含む繊維。
  3. 以下の工程:
    ・少なくとも1種の1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)、前記1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の少なくとも1種の脂環式ジオール単位(B)、少なくとも1種のテレフタル酸単位(C)を含む半結晶性熱可塑性ポリエステルであって、(A)/[(A)+(B)]モル比は、0.05超、0.30未満であり、前記ポリエステルは、非環式脂肪族ジオール単位を含有しないか、前記ポリエステルの全モノマー単位に対して5%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を含み、前記ポリエステルの溶液(25℃;フェノール(50%m):オルト−ジクロロベンゼン(50%m);ポリエステル5g/L)中の還元粘度は、50mL/gより大きい、半結晶性熱可塑性ポリエステルを準備する工程、
    ・前記工程で得られた前記半結晶性熱可塑性ポリエステルから前記繊維を調製する工程を含む、繊維の製造方法。
  4. 前記調製する工程が、溶融紡糸法または湿式もしくは乾式溶液法によって行われることを特徴とする、請求項3に記載の製造方法。
  5. 前記脂環式ジオール(B)が、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノールまたは前記ジオールの混合物から選択されるジオールであり、非常に好ましくは1,4−シクロヘキサンジメタノールであることを特徴とする、請求項1に記載の使用、請求項2に記載の繊維または請求項3もしくは4に記載の製造方法。
  6. 前記1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール(A)はイソソルビドであることを特
    徴とする、請求項1もしくは5に記載の使用、請求項2もしくは5に記載の繊維または請求項3〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
  7. 前記ポリエステルは非環式脂肪族ジオール単位を含有しないか、前記ポリエステルの全モノマー単位に対して1%未満のモル量の非環式脂肪族ジオール単位を含み、好ましくは、前記ポリエステルは非環式脂肪族ジオール単位を含有しないことを特徴とする、請求項1、5もしくは6に記載の使用、請求項2、5もしくは6に記載の繊維または請求項3〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
  8. (1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)+前記1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール単位(A)以外の脂環式ジオール単位(B))/(テレフタル酸単位(C))モル比は1.05〜1.5であることを特徴とする、請求項1もしくは5〜7のいずれか一項に記載の使用、請求項2もしくは5〜7のいずれか一項に記載の繊維または請求項3〜7のいずれか一項に記載の製造方法。
  9. 前記繊維は、1種以上の追加のポリマーおよび/または1種以上の添加剤を含むことを特徴とする、請求項1もしくは5〜8のいずれか一項に記載の使用、請求項2もしくは5〜8のいずれか一項に記載の繊維または請求項3〜8のいずれか一項に記載の製造方法。
  10. 布地の製造のための、請求項5〜9のいずれか一項に記載の繊維の使用。
  11. 不織物の製造のための、請求項5〜9のいずれか一項に記載の繊維の使用。
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