JP4296335B2 - Polyester fiber - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子量、分子量分布、モルフォロジーをコントロールされた高強度ポリエステル繊維を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
ポリエチレンテレフタレート(PET)に代表されるポリエステルは、機械的特性、及び化学的特性に優れており、それぞれのポリエステルの特性に応じて、例えば衣料用や産業資材用の高強度繊維、フィルム、各種成型品に使用されている。
一般にこれらの成型加工品の機械特性、熱特性はポリエステルの化学構造のみで支配されているわけはなく、高分子鎖の分子量、分子量分布、モルフォロジーによっても変化することが知られている。特に高強度繊維の場合強度、弾性率の向上のためにはモルフォロジーとして延び切り鎖構造で有ることが好ましいと考えられている。
代表的なポリエステルであるポリエチレンテレフタレート(PET)の場合には、テレフタル酸もしくはテレフタル酸ジメチルとエチレングリコールとのエステル化もしくはエステル交換によってビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレートを製造し、これを高温、真空下で触媒を用いて重縮合する溶融重縮合法等により、工業的に製造されている。
この様な方法では高分子量にするには非常に長い重合時間がかかることまた、重合温度が高いため長時間の重合反応では熱劣化が起こること、エステル交換により必ず分子量分布Mw/Mnが2に近い値になり分子量分布が制御できないこと、分子鎖の形態も所謂ランダムコイルであり、ポリエステル分子鎖に一定の絡み合いが必ず生じること、生成するサイクリックトリマーの量が多い等の問題がある。
また、高分子量のポリエステルを得る方法として固相重合による方法も公知である。
この方法は溶融重合で得られたポリエステルチップを減圧下もしくは不活性ガス中でポリエステルの融点未満の温度で加熱する方法である。
この方法では重合体の劣化を抑制しながら比較的高重合度まで重合可能で重合体が含有するサイクリックトリマーの量も抑制可能であるが、溶融重合によるチップを使用するため分子鎖の形態はランダムコイルであり、ポリエステル分子鎖の絡み合いは除去できない。また、分子量分布Mw/Mnは2より大きな値となるが分子量分布はチップ形状、重合温度、等と複雑に相関し十分な制御できない。
【0003】
また、特開平1-197522号公報に開示されているような環状オリゴマーから重合する方法もあるが、この方法では重合温度がポリエステルの融点よりも高温であるため得られた重合体の分子量分布Mw/Mnは2に近い値となる上、サイクリックトリマーの含有量も溶融重合によるポリエステル重合体と同程度になる問題があった。
また、Journal of Polymer Science Part A: polymer Chemistry, Vol.38, 3360-3368(2000)では環状ダイマーからポリエステルを重合しているがGPCで測定したポリスチレン換算重量平均分子量が高々44500程度であり、十分な分子量が得られていない。
上記方法で高分子量のポリエステルが高い分子量まで到達しない理由は不明であるが重合温度、重合時間、重合触媒などの条件が個々に或いは複合的に影響し高重合度物が得られなかったと推測される。
以上のように従来のポリエステル重合方法では高い分子量が得られる物の重合時間が長く、また分子量分布、モルフォロジーのコントロールもできず、サイクリックトリマーも多く含有するものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は分子量、分子量分布、モルフォロジーがコントロールされ、分子鎖の絡み合いが少なく延び切り鎖構造を持つポリエステル繊維を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするゲルパーミェーションクロマトグラフ法(GPC)により測定されるポリスチレン換算分子量における数平均分子量が25000以上の実質的に分岐構造を含まないポリエステルからなるポリエステル重合体からなる繊維であって、結晶融解ピークの半値幅が10℃以下であり、かつGPCより求めたサイクリックトリマーの含有率が0.8重量%以下であることを特徴とするポリエステル重合体からなる繊維である。
具体的には、融点が260℃以上であることを特徴とする上記記載のポリエステル重合体からなる繊維およびGPCにより測定されるポリスチレン換算分子量において重量平均分子量/数平均分子量が2以上であることを特徴とする上記記載のポリエステル重合体からなる繊維である。
【0006】
以下、本発明を詳細に述べる。
本発明においてポリエステルとは本発明におけるポリエステルは、テレフタル酸を主たる酸成分とし、少なくとも一種のグリコール、好ましくはエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコールから選ばれた少なくとも一種のアルキレングリコールを主たるグリコール成分とするポリエステルを対象とする。また、テレフタル酸成分の一部を他の二官能性カルボン酸成分で置き換えたポリエステルであってもよく、および/またはグリコール成分の一部を主成分以外の上記グリコールもしくは他のジオール成分で置き換えたポリエステルであってもよい。ここで使用されるテレフタル酸以外の二官能性カルボン酸としては、例えばイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、β−ヒドロキシエトキシ安息香酸、p−オキシ安息香酸、アジピン酸、セバシン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸の如き芳香族、脂肪族、脂環族の二官能性カルボン酸を挙げることができる。また上記グリコール以外のジオール成分としては、例えばシクロヘキサン−1,4−ジメタノール、ネオペンチルグリコールビスフェノールA、ビスフェノールSの如き脂肪族、脂環族、芳香族のジオール化合物およびポリオキシアルキレングリコール等を挙げることができる。
本発明においては、上記のジカルボン酸成分とジオール成分から構成されるポリエステル繊維は、その繰り返し単位の80モル%以上がエチレンテレフタレート単位であることが特に好ましい。
さらに、前記ポリエステル中には少量の他の任意の重合体や酸化防止剤、制電剤、染色改良剤、染料、顔料、艶消剤、蛍光増白剤、不活性微粒子その他の添加剤が含有されていてもよい。特に不活性微粒子を添加する場合は外部析出法および内部析出法のいずれも採用可能である。
【0007】
かかるポリエステル環状オリゴマーを得る方法としては、H. Repin, E. Papanikolau: Journal of Polymer Science, A-1, 7, 3426 (1969)等に開示されているような合成方法、またはJournal of Polymer Science Part A: polymer Chemistry, Vol.38, 3360-3368(2000)などのようにポリエステル成型加工装置近辺に付着している粉末より精製する方法が挙げられる。
【0008】
本発明のポリエステル重合体からなる繊維において分子量は重合触媒の添加量により制御することが可能である。本発明ではポリエステルは重縮合反応ではなく開環付加重合で進行する。よって、重合触媒は本発明では触媒として働くと共に重合開始剤としても機能する。よって、触媒添加量を制御することにより数平均分子量を制御することが可能である。
さらに本発明のポリエステル開環付加重合では重合前段階での水、アルコールのコントロールは重要である。水、アルコールは該開環付加重合の反応開始剤となりうる。よって、水、もしくはアルコールの存在は該ポリエステルの重合度を低下させるため重合前段階で除去が必要である。また逆に重合前段階で微量の水もしくはアルコールをモル比を基準に含有させる事で該ポリエステルの数平均分子量をコントロールする事が出来る。
【0009】
また本発明のポリエステル開環付加重合は任意の触媒を使用する事ができる。たとえばアンチモン系では三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、酢酸アンチモン、アンチモングリコキサイドなどが挙げられ、ゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウム、四塩化ゲルマニウムなど、チタン化合物としてはテトラ−n−プロピルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトライソブチルチタネート、テトラ−tert−ブチルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラベンジルチタネート、蓚酸チタン酸リチウム、蓚酸チタン酸カリウム、蓚酸チタン酸アンモニウム、酸化チタン、チタンとケイ素やジルコニウムやアルカリ金属やアルカリ土類金属などとの複合酸化物、チタンのオルトエステルまたは縮合オルトエステル、チタンのオルトエステルまたは縮合オルトエステルとヒドロキシカルボン酸からなる反応生成物、チタンのオルトエステルまたは縮合オルトエステルとヒドロキシカルボン酸とリン化合物からなる反応生成物、チタンのオルトエステルまたは縮合オルトエステルと少なくとも2個のヒドロキシル基を有する多価アルコール、2−ヒドロキシカルボン酸および塩基からなる反応生成物などが挙げられ、また、スズ化合物として、ジブチルスズオキサイド、メチルフェニルスズオキサイド、テトラエチルスズ、ヘキサエチルジスズオキサイド、トリエチルスズハイドロオキサイド、モノブチルヒドロキシスズオキサイド、トリイソブチルスズアセテート、ジフェニルスズジラウレート、モノブチルスズトリクロライド、ジブチルスズサルファイド、ジブチルヒドロキシスズオキサイド、メチルスタンノン酸、エチルスタンノン酸などが挙げられる。
【0010】
本発明にかかるポリエステル重合体からなる繊維は、エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするゲルパーミェーションクロマトグラフ法(GPC)により測定されるポリスチレン換算分子量における数平均分子量が25000以上の実質的に分岐構造を含まないポリエステルからなるポリエステル重合体からなる繊維であることが第1の特徴である。即ち数平均分子量が25000未満であると繊維の強度低下といった問題が生じるからである。好ましくは28000以上、更に好ましくは29000以上である。
また分岐を有すると分岐による延び切り鎖の乱れ、或いは分岐に自体が欠陥になることにより重合体からなる繊維の強度の低下などの問題が生じる。よってかかる問題が生じない範囲内での分岐は本発明から排除されるものではない。
本発明においてポリエステルの分子量分布は重合仕込段階での重合触媒のポリエステル環状オリゴマーへの分散状態に依存する。均一に分散していれば分子量分布Mw/Mnは1に近くなり、不均一で有ればMw/Mnは大きくなり2より大きな値になる。
【0011】
本発明のポリエステル重合体からなる繊維は結晶融解ピークの半値幅が10℃以下であることが第2の特徴である。融点ピークの半値幅がこのように小さい理由はポリエステル重合体からなる繊維の分子鎖が伸びきり鎖構造もしくはそれに近い構造をとっているためであると推定される。この伸びきり鎖構造は開環付加重合により分子鎖が延長されると同時に分子鎖が固定されるために発現する。従って結晶融解ピークの半値幅が10℃を超えると分子鎖が伸び切り鎖構造を取っていないこととなり本発明の目的を達成することが困難となる。結晶融解ピークの半値幅は好ましくは8℃以下、更に好ましくは5から6℃である。
【0012】
また本発明に係るポリエステル重合体からなる繊維はGPCより求めたサイクリックトリマーの含有率が0.8重量%以下であることが望ましい。0.8重量%を超えると特にボトル用途での不純物となる、或いは、重合体からなる繊維の強度低下などの問題が生じるからである。好ましくは0.7重量%以下、更に好ましくは0.5〜0.6重量%である。
【0013】
また本発明に係るポリエステル重合体からなる繊維は融点が260℃以上であることが好ましい。260℃未満であるとポリエステルが本来持つ融点よりも融点が低下するため重合体からなる繊維の耐熱性が低下するからである。好ましくは265℃以上、更に好ましくは268〜290℃である。
【0014】
また本発明に係るポリエステル重合体からなる繊維はGPCにより測定されるポリスチレン換算分子量において重量平均分子量/数平均分子量が2以上であることが好ましい。2未満であると繊維成型時の流動特性に問題が生じるからである。好ましくは2.5以上、更に好ましくは3〜7である。
【0015】
このような多様なポリエステルに対して、任意の方法で繊維に成形加工する事が可能である。たとえば定法の溶融紡糸方法、引き抜き、固相押し出し等があげられる。しかしいずれの成型方法であっても成型加工温度は低温であり、成形加工時間も短時間であることが好ましいく、さらに好ましくは該ポリエステルの融点以下である事が望ましいため、繊維化のためには特に固相押出し法が好ましい。
【0016】
得られた繊維の引張強度は20cN/dtex以上、好ましくは23cN/dtex以上と従来にない極めて高強度のポリエステル繊維である。
【0017】
【実施例】
以下、実施例で本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお各種特性の評価方法は下記の方法に従った。
【0018】
DSC:サンプルとしてポリエステルを10mgを用いた。パーキンエルマーDSC−7を用い、20℃/分の昇温速度で300℃まで昇温して測定した。
【0019】
数平均分子量、重量平均分子量、重量平均分子量/数平均分子量、CT含有量:試料10mgをヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)0.1mLに溶解したのちクロロホルム2.5mLを加えて希釈し、SHODEX GPC SYSTEM 24H (クロロホルム溶媒、リファレンス:ポリスチレン)にて、カラムとしてKF-606Mを2本、KF-502.5を1本使用し、温度40℃、流量0.5ml/minにて流しUVにて検出した。また、重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn )は、得られた数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)から求めた。CT含有量はCTピークと全体との面積比で算出した。
強伸度:JIS−L1017の定義により、20℃、65%RHの温湿度管理された部屋で24時間放置後、引張試験機により、破断強度、破断伸度、初期弾性率を得た。
【0020】
(実施例1)
ポリエステル環状ダイマーを公知の合成法により合成し、環状ダイマー100mgと触媒としてテトラ-n-ブトキシチタネートをアンプル中に封管し、190℃、500分加熱した。得られた重合体の物性を表1に示す。DSCパターンは図1の様になり、GPCパターンは図2の様になったこの260℃近傍のピークより融点ピークの半値幅を求めた。
得られた重合体を250℃にて固相押出しを行い繊維を製造した。得られた繊維は強度25cN/dtexであり、弾性率、寸法安定性に優れた物であった。
【0021】
(実施例2)
重合温度、重合時間を230℃、2分の加熱にした以外は実施例1と同様の操作を行った。得られた重合体の物性を表1に示す。
また、得られた重合体を250℃にて固相押出しを行い繊維化を行った。得られた繊維は強度23cN/dtexであり、弾性率、寸法安定性にも優れた物であった。
【0022】
(比較例1)
撹拌機付きの熱媒循環式2リッターステンレス製オートクレーブに高純度テレフタル酸とその2倍モル量のエチレングリコールを仕込み、トリエチルアミンを酸成分に対して0.3mol%加え、0.25Mpaの加圧下245℃にて水を系外に留去しながらエステル化反応を120分間行いエステル化率が95%のビス(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート(BHET)およびオリゴマーの混合物(以下、BHET混合物という)を得た。このBHET混合物に対して、三酸化アンチモンの2.5g/lのエチレングリコール溶液をポリエステル中の酸成分に対してアンチモン原子として0.05mol%になるように加え、窒素雰囲気下常圧にて245℃で10分間攪拌した。次いで50分間を要して275℃まで昇温しつつ反応系の圧力を徐々に下げて0.1Torrとしてさらに275℃、0.1Torrで重縮合反応を行った。PETのIVが0.65になるのに要した時間は39分であった。また、上記の重縮合にて得られたIVが0.65dlg-1のポリエチレンテレフタレートを常法に従ってチップ化した。得られた重合体の物性を表1にしめす。
得られたPETレジンチップを乾燥後、溶融押出機に供給し、孔径0.5mmΦのオリフィスを190個有する紡糸口金から310℃で吐出させ、常法に従って冷却、オイリング後、500m/分で引き取り、引き続き巻取ることなく、5.7倍に延伸して1100デシテックス、190フィラメント、強度6cN/dtexのポリエステル延伸糸を得た。得られた糸の力学特性は実施例と比較して劣るのもであった。
【0023】
(比較例2)
上記比較例1のチップを230℃、窒素置換中で固相重合を実施し、固有粘度0.74のポリエステルチップを得た。固有粘度が0.74まで上昇する時間は120分であった。得られた重合体の物性を表1に示す。得られたPETレジンチップを乾燥後、溶融押出機に供給し、孔径0.5mmΦのオリフィスを190個有する紡糸口金から310℃で吐出させ、常法に従って冷却、オイリング後、500m/分で引き取り、引き続き巻取ることなく、5.7倍に延伸して1100デシテックス、190フィラメント、強度7cN/dtexのポリエステル延伸糸を得た。得られた糸の力学特性は実施例と比較して劣るのもであった。
【0024】
(比較例3)
公知の方法により得られたポリエチレンテレフタレート環状トリマー10gと触媒としてテトラブトキシチタネートをアンプル中に封緘し、320℃、5分加熱した。得られた重合体の物性を表1に示す。
得られたPETを乾燥後、溶融押出機に供給し、孔径0.5mmΦのオリフィスを190個有する紡糸口金から310℃で吐出させ、常法に従って冷却、オイリング後、500m/分で引き取り、引き続き巻取ることなく、5.7倍に延伸して1100デシテックス、190フィラメント、強度7cN/dtexのポリエステル延伸糸を得た。得られた糸の力学特性は実施例と比較して劣るのもであった。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】
従来のポリエステルにない分子量、分子量分布、モルフォロジーがコントロールされ、分子鎖の絡み合いが少なく延び切り鎖構造を持つ高強度ポリエステル繊維が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る重合体及び比較重合体のDSCパターン。
【図2】本発明に係る重合体及び比較重合体のGPCパターン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a high-strength polyester fiber with controlled molecular weight, molecular weight distribution, and morphology.
[0002]
[Prior art]
Polyesters represented by polyethylene terephthalate (PET) are excellent in mechanical properties and chemical properties. Depending on the properties of each polyester, for example, high-strength fibers, films, various moldings for clothing and industrial materials. It is used for goods.
In general, the mechanical properties and thermal properties of these molded products are not governed solely by the chemical structure of the polyester, but are known to vary depending on the molecular weight, molecular weight distribution, and morphology of the polymer chain. In particular, in the case of high-strength fibers, it is considered preferable to have a chain structure that extends as a morphology in order to improve strength and elastic modulus.
In the case of polyethylene terephthalate (PET), which is a typical polyester, bis (2-hydroxyethyl) terephthalate is produced by esterification or transesterification of terephthalic acid or dimethyl terephthalate and ethylene glycol, and this is heated at high temperature under vacuum. It is industrially produced by a melt polycondensation method in which polycondensation is performed using a catalyst.
In such a method, it takes a very long polymerization time to obtain a high molecular weight, and since the polymerization temperature is high, thermal degradation occurs in a long polymerization reaction, and the molecular weight distribution Mw / Mn always becomes 2 by transesterification. There are problems such as the fact that the molecular weight distribution is close and the molecular weight distribution cannot be controlled, the form of the molecular chain is also a so-called random coil, the polyester molecular chain is always entangled, and the amount of cyclic trimer to be generated is large.
A method using solid phase polymerization is also known as a method for obtaining a high molecular weight polyester.
This method is a method in which a polyester chip obtained by melt polymerization is heated under a reduced pressure or in an inert gas at a temperature lower than the melting point of the polyester.
In this method, the polymer can be polymerized to a relatively high degree of polymerization while suppressing the deterioration of the polymer, and the amount of cyclic trimer contained in the polymer can also be suppressed. It is a random coil and entanglement of polyester molecular chains cannot be removed. Further, the molecular weight distribution Mw / Mn is a value larger than 2, but the molecular weight distribution is complexly correlated with the chip shape, polymerization temperature, etc., and cannot be sufficiently controlled.
[0003]
Also, there is a method of polymerizing from a cyclic oligomer as disclosed in JP-A-1-197522. In this method, since the polymerization temperature is higher than the melting point of the polyester, the molecular weight distribution Mw of the obtained polymer is Mw. / Mn has a value close to 2, and there is a problem that the cyclic trimer content is comparable to that of the polyester polymer obtained by melt polymerization.
In addition, in the Journal of Polymer Science Part A: polymer Chemistry, Vol. 38, 3360-3368 (2000), polyester is polymerized from a cyclic dimer, but the polystyrene-equivalent weight average molecular weight measured by GPC is about 44500 at most. The molecular weight is not obtained.
The reason why the high molecular weight polyester does not reach a high molecular weight by the above method is unknown, but it is speculated that conditions such as polymerization temperature, polymerization time, polymerization catalyst, etc. have influenced individually or in combination, and a high degree of polymerization was not obtained. The
As described above, in the conventional polyester polymerization method, the polymerization time of a product having a high molecular weight is long, the molecular weight distribution and morphology cannot be controlled, and a large amount of cyclic trimer is contained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a polyester fiber having a chain structure in which molecular weight, molecular weight distribution, and morphology are controlled and molecular chains are less entangled.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention comprises a polyester having substantially no branched structure and having a number average molecular weight of 25000 or more in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) using ethylene terephthalate as a main repeating unit. Polyester polymer, characterized by having a half-width of a crystal melting peak of 10 ° C. or less and a cyclic trimer content determined by GPC of 0.8% by weight or less. It is a fiber made of coalescence.
Specifically, the weight average molecular weight / number average molecular weight is 2 or more in terms of polystyrene-converted molecular weight measured by GPC and fibers comprising the polyester polymer as described above, wherein the melting point is 260 ° C. or higher. It is the fiber which consists of the said polyester polymer characterized by the above-mentioned.
[0006]
The present invention will be described in detail below.
What is polyester in the present invention? The polyester in the present invention has terephthalic acid as the main acid component, and at least one glycol, preferably at least one alkylene glycol selected from ethylene glycol, trimethylene glycol, and tetramethylene glycol as the main glycol component. The target is polyester. Further, a polyester in which a part of the terephthalic acid component is replaced with another bifunctional carboxylic acid component may be used, and / or a part of the glycol component is replaced with the above-described glycol or other diol component other than the main component. Polyester may be used. Examples of the bifunctional carboxylic acid other than terephthalic acid used here include isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, diphenyldicarboxylic acid, diphenoxyethanedicarboxylic acid, β-hydroxyethoxybenzoic acid, p-oxybenzoic acid, and adipic acid. And aromatic, aliphatic and alicyclic bifunctional carboxylic acids such as sebacic acid and 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid. Examples of the diol component other than the glycol include aliphatic, alicyclic and aromatic diol compounds such as cyclohexane-1,4-dimethanol, neopentyl glycol bisphenol A and bisphenol S, and polyoxyalkylene glycol. be able to.
In the present invention, the polyester fiber composed of the dicarboxylic acid component and the diol component is particularly preferably 80 mol% or more of the repeating units are ethylene terephthalate units.
Further, the polyester contains a small amount of other optional polymers, antioxidants, antistatic agents, dyeing improvers, dyes, pigments, matting agents, fluorescent brighteners, inert fine particles and other additives. May be. In particular, when adding inert fine particles, either the external precipitation method or the internal precipitation method can be employed.
[0007]
As a method for obtaining such a polyester cyclic oligomer, a synthetic method as disclosed in H. Repin, E. Papanikolau: Journal of Polymer Science, A-1, 7, 3426 (1969), etc., or Journal of Polymer Science Part A: A method of purifying from a powder adhering to the vicinity of a polyester molding apparatus, such as polymer Chemistry, Vol. 38, 3360-3368 (2000).
[0008]
In the fiber made of the polyester polymer of the present invention, the molecular weight can be controlled by the addition amount of the polymerization catalyst. In the present invention, polyester proceeds not by polycondensation but by ring-opening addition polymerization. Therefore, the polymerization catalyst functions as a catalyst and functions as a polymerization initiator in the present invention. Therefore, it is possible to control the number average molecular weight by controlling the catalyst addition amount.
Furthermore, in the polyester ring-opening addition polymerization of the present invention, control of water and alcohol in the pre-polymerization stage is important. Water and alcohol can serve as a reaction initiator for the ring-opening addition polymerization. Accordingly, the presence of water or alcohol needs to be removed at the pre-polymerization stage in order to reduce the degree of polymerization of the polyester. On the contrary, the number average molecular weight of the polyester can be controlled by adding a trace amount of water or alcohol based on the molar ratio in the pre-polymerization stage.
[0009]
In addition, any catalyst can be used in the polyester ring-opening addition polymerization of the present invention. For example, antimony compounds include antimony trioxide, antimony pentoxide, antimony acetate, and antimony glycoloxide. Germanium compounds include germanium dioxide and germanium tetrachloride. Titanium compounds include tetra-n-propyl titanate and tetraisopropyl. Titanate, tetra-n-butyl titanate, tetraisobutyl titanate, tetra-tert-butyl titanate, tetracyclohexyl titanate, tetraphenyl titanate, tetrabenzyl titanate, lithium oxalate titanate, potassium oxalate titanate, ammonium oxalate titanate, titanium oxide, Composite oxides of titanium and silicon, zirconium, alkali metals, alkaline earth metals, etc., titanium orthoesters or condensed orthoesters, titanium Reaction product consisting of orthoester or condensed orthoester and hydroxycarboxylic acid, reaction product consisting of orthoester or condensed orthoester, hydroxycarboxylic acid and phosphorus compound of titanium, orthoester or condensed orthoester of titanium and at least two hydroxyls A reaction product composed of a polyhydric alcohol having a group, 2-hydroxycarboxylic acid and a base, and as a tin compound, dibutyltin oxide, methylphenyltin oxide, tetraethyltin, hexaethylditin oxide, triethyltin hydro Oxide, monobutylhydroxytin oxide, triisobutyltin acetate, diphenyltin dilaurate, monobutyltin trichloride, dibutyltin sulfide, dibuty Hydroxy tin oxide, methyl Stan non acid, such as ethyl Stan non acid.
[0010]
The fiber made of the polyester polymer according to the present invention is substantially branched having a number average molecular weight of 25,000 or more in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) using ethylene terephthalate as a main repeating unit. The first characteristic is that the fiber is made of a polyester polymer made of polyester that does not contain a structure. That is, if the number average molecular weight is less than 25,000, a problem such as a decrease in fiber strength occurs. Preferably it is 28000 or more, More preferably, it is 29000 or more.
In addition, if there is a branch, problems such as the disruption of the extended chain due to the branch, or a decrease in the strength of the fiber made of the polymer due to defects in the branch itself occur. Therefore, branching within a range where such a problem does not occur is not excluded from the present invention.
In the present invention, the molecular weight distribution of the polyester depends on the dispersion state of the polymerization catalyst in the polyester cyclic oligomer at the stage of polymerization preparation. If it is uniformly dispersed, the molecular weight distribution Mw / Mn becomes close to 1, and if it is not uniform, Mw / Mn becomes large and becomes a value larger than 2.
[0011]
The second feature of the fiber made of the polyester polymer of the present invention is that the half width of the crystal melting peak is 10 ° C. or less. The reason why the full width at half maximum of the melting point peak is so small is presumed to be that the molecular chain of the polyester polymer fiber has an extended chain structure or a structure close thereto. This extended chain structure appears because the molecular chain is fixed at the same time as the molecular chain is extended by ring-opening addition polymerization. Therefore, when the half width of the crystal melting peak exceeds 10 ° C., the molecular chain is stretched and does not have a chain structure, and it is difficult to achieve the object of the present invention. The half width of the crystal melting peak is preferably 8 ° C. or less, more preferably 5 to 6 ° C.
[0012]
Further, it is desirable that the fiber composed of the polyester polymer according to the present invention has a cyclic trimer content of 0.8% by weight or less as determined by GPC. This is because when it exceeds 0.8% by weight, it becomes an impurity particularly in bottle applications, or problems such as a decrease in strength of fibers made of a polymer occur. Preferably it is 0.7 weight% or less, More preferably, it is 0.5 to 0.6 weight%.
[0013]
Further, the fiber made of the polyester polymer according to the present invention preferably has a melting point of 260 ° C. or higher. This is because when the temperature is lower than 260 ° C., the melting point of the polyester is lower than the original melting point, so that the heat resistance of the fiber made of the polymer is lowered. Preferably it is 265 degreeC or more, More preferably, it is 268-290 degreeC.
[0014]
Moreover, it is preferable that the fiber which consists of a polyester polymer which concerns on this invention is 2 or more in a weight average molecular weight / number average molecular weight in the polystyrene conversion molecular weight measured by GPC. This is because if it is less than 2, there will be a problem in flow characteristics during fiber molding. Preferably it is 2.5 or more, More preferably, it is 3-7.
[0015]
Such various polyesters can be formed into fibers by any method. For example, a conventional melt spinning method, drawing, solid phase extrusion and the like can be mentioned. However, in any molding method, the molding processing temperature is low and the molding processing time is preferably short, and more preferably it is below the melting point of the polyester. Particularly preferred is a solid-phase extrusion method.
[0016]
The resulting fiber has a tensile strength of 20 cN / dtex or higher, preferably 23 cN / dtex or higher, which is an unprecedented extremely high strength polyester fiber.
[0017]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these. In addition, the evaluation method of various characteristics followed the following method.
[0018]
DSC: 10 mg of polyester was used as a sample. Using Perkin Elmer DSC-7, the temperature was raised to 300 ° C. at a rate of temperature rise of 20 ° C./min.
[0019]
Number average molecular weight, weight average molecular weight, weight average molecular weight / number average molecular weight, CT content: Dissolve 10 mg of sample in 0.1 mL of hexafluoroisopropanol (HFIP), dilute with 2.5 mL of chloroform, and then add SHODEX GPC SYSTEM 24H (chloroform Solvent, reference: polystyrene), two KF-606M and one KF-502.5 were used as columns, and the temperature was 40 ° C., the flow rate was 0.5 ml / min, and UV detection was performed. The weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn) was determined from the obtained number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw). The CT content was calculated by the area ratio between the CT peak and the whole.
Tensile strength: According to the definition of JIS-L1017, after leaving in a room where temperature and humidity were controlled at 20 ° C. and 65% RH for 24 hours, breaking strength, breaking elongation and initial elastic modulus were obtained with a tensile tester.
[0020]
Example 1
Polyester cyclic dimer was synthesized by a known synthesis method, and 100 mg of cyclic dimer and tetra-n-butoxy titanate as a catalyst were sealed in an ampule and heated at 190 ° C. for 500 minutes. Table 1 shows the physical properties of the obtained polymer. The DSC pattern is as shown in FIG. 1, and the GPC pattern is as shown in FIG.
The obtained polymer was subjected to solid phase extrusion at 250 ° C. to produce a fiber. The obtained fiber had a strength of 25 cN / dtex and was excellent in elastic modulus and dimensional stability.
[0021]
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was performed except that the polymerization temperature and the polymerization time were set to 230 ° C. and heated for 2 minutes. Table 1 shows the physical properties of the obtained polymer.
Further, the obtained polymer was subjected to solid phase extrusion at 250 ° C. for fiberization. The obtained fiber had a strength of 23 cN / dtex and was excellent in elastic modulus and dimensional stability.
[0022]
(Comparative Example 1)
Heat-circulation type 2 liter stainless steel autoclave with stirrer is charged with high-purity terephthalic acid and its 2-fold molar amount of ethylene glycol, and 0.3 mol% of triethylamine is added to the acid component. Then, the esterification reaction was carried out for 120 minutes while distilling water out of the system to obtain a mixture of bis (2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET) and oligomer (hereinafter referred to as BHET mixture) having an esterification rate of 95%. To this BHET mixture, 2.5 g / l ethylene glycol solution of antimony trioxide was added to 0.05 mol% as antimony atoms with respect to the acid component in the polyester, and 245 ° C. at normal pressure in a nitrogen atmosphere. For 10 minutes. Next, the reaction system was gradually heated to 275 ° C. over a period of 50 minutes, and the pressure in the reaction system was gradually reduced to 0.1 Torr, followed by a polycondensation reaction at 275 ° C. and 0.1 Torr. It took 39 minutes for the IV of PET to reach 0.65. Further, polyethylene terephthalate having IV of 0.65 dlg −1 obtained by the above polycondensation was chipped according to a conventional method. Table 1 shows the physical properties of the obtained polymer.
After drying the obtained PET resin chip, it is supplied to a melt extruder and discharged at 310 ° C. from a spinneret having 190 orifices with a hole diameter of 0.5 mmΦ, cooled according to a conventional method, and taken out at 500 m / min after oiling. Without subsequent winding, it was stretched 5.7 times to obtain a stretched polyester yarn of 1100 dtex, 190 filaments, and a strength of 6 cN / dtex. The mechanical properties of the obtained yarn were inferior to those of the examples.
[0023]
(Comparative Example 2)
The chip of Comparative Example 1 was subjected to solid phase polymerization at 230 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a polyester chip having an intrinsic viscosity of 0.74. The time for the intrinsic viscosity to rise to 0.74 was 120 minutes. Table 1 shows the physical properties of the obtained polymer. After drying the obtained PET resin chip, it is supplied to a melt extruder and discharged at 310 ° C. from a spinneret having 190 orifices with a hole diameter of 0.5 mmΦ, cooled according to a conventional method, and taken out at 500 m / min after oiling. Without subsequent winding, the polyester was drawn 5.7 times to obtain a drawn polyester yarn of 1100 dtex, 190 filaments, and a strength of 7 cN / dtex. The mechanical properties of the obtained yarn were inferior to those of the examples.
[0024]
(Comparative Example 3)
10 g of polyethylene terephthalate cyclic trimer obtained by a known method and tetrabutoxy titanate as a catalyst were sealed in an ampoule and heated at 320 ° C. for 5 minutes. Table 1 shows the physical properties of the obtained polymer.
The obtained PET is dried, then supplied to a melt extruder, discharged from a spinneret having 190 orifices having a hole diameter of 0.5 mmΦ at 310 ° C., cooled and oiled according to a conventional method, taken up at 500 m / min, and continuously wound. Without taking, it was drawn 5.7 times to obtain a drawn polyester yarn of 1100 dtex, 190 filaments, and strength 7 cN / dtex. The mechanical properties of the obtained yarn were inferior to those of the examples.
[0025]
[Table 1]
[0026]
【The invention's effect】
The molecular weight, molecular weight distribution, and morphology that are not found in conventional polyesters are controlled, and high-strength polyester fibers having a chain structure with little chain entanglement are obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a DSC pattern of a polymer according to the present invention and a comparative polymer.
FIG. 2 is a GPC pattern of a polymer according to the present invention and a comparative polymer.
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