[go: up one dir, main page]

TR2024015118T2 - Continuous production of biodegradable polyesters. - Google Patents

Continuous production of biodegradable polyesters. Download PDF

Info

Publication number
TR2024015118T2
TR2024015118T2 TR2024/015118 TR2024015118T2 TR 2024015118 T2 TR2024015118 T2 TR 2024015118T2 TR 2024/015118 TR2024/015118 TR 2024/015118 TR 2024015118 T2 TR2024015118 T2 TR 2024015118T2
Authority
TR
Turkey
Prior art keywords
biodegradable
biodegradation
polyester copolymer
biodegradable polyester
present disclosure
Prior art date
Application number
TR2024/015118
Other languages
Turkish (tr)
Inventor
R Logan Julia
A Usher Robert Jr
Original Assignee
Intrinsic Advanced Materials Llc
Filing date
Publication date
Application filed by Intrinsic Advanced Materials Llc filed Critical Intrinsic Advanced Materials Llc
Publication of TR2024015118T2 publication Critical patent/TR2024015118T2/en

Links

Abstract

A method is disclosed for spinning a biodegradable polyester copolymer filament. A biodegradable polyester copolymer melt is formed by polymerizing terephthalic acid, ethylene glycol, caprolactone monomer, calcium carbonate, and polybutylene succinate to form a biodegradable polyester copolymer melt. The biodegradable polyester copolymer melt may be spun into a biodegradable polyester copolymer filament.A method is described for spinning a biodegradable polyester copolymer filament. A biodegradable polyester copolymer melt is formed by polymerizing terephthalic acid, ethylene glycol, caprolactone monomer, calcium carbonate, and polybutylene succinate to form a biodegradable polyester copolymer melt. The biodegradable polyester copolymer melt may be spun into a biodegradable polyester copolymer filament.

Description

TARIFNAME BIYOBOZUNUR POLYESTERLERIN KONTINÜE ÜRETIMI Simdi açiklanan bulus, genel olarak tekstiller için uygun ve biyobozunur olan polimer bilesimleri ile ilgilidir. ARKA PLAN Tekstil ürünleri, insan kültürünün temelidir ve insanlar tarafindan binlerce yildir yapilmis ve kullanilmistir. Bilinen en eski tekstil ürünleri, örnegin keten, yün, ipek ve pamuk gibi dogal elyaflardan dokunmustur. Daha yakin zamanlarda tekstil elyaflari, iplikleri ve kumaslari ayrica polyester, naylon olefinler, diger termoplastik polimerler ve bunlarin kombinasyonlari gibi polimerlerden endüstriyel olarak üretilmistir. Pek çok modern polimer, çekici, saglam ve suya dayanikli neredeyse sonsuz çesitte sekiller ve ürünler haline getirilebilir. Pek çok durumda bu sentetik elyaflar veya iplikler (istenen teknige ve son ürüne bagli olarak), hem dogal hem de sentetik malzemelerin istenen özelliklerine sahip son ürünler elde etmek üzere dogal elyaflarla harmanlanabilir. Saglamlik ve suya dayaniklilik arzu edilse de, bu ayni özellikler ikincil çevre problemlerine yol açabilir. Polimerik elyaflardan üretilen tekstiller, ayni dogal elyaflarla oldugu gibi dogal sekilde biyolojik olarak bozunmazlar ve kati atik depolama alanlarinda ve suda (örnegin göller, okyanuslar) yüzlerce yil veya daha uzun süreler kalabilirler. Halihazirda mevcut olan biyobozunur elyaflar, imalatlarinda çesitli sorunlar ortaya koymaktadir. Tipik olarak, biyobozunur polimerler olusturmak için, biyobozunur polimerler olusturmaya yönelik bir ekstrüder prosesi ile bir masterbatch yaklasimi kullanilmaktadir. Ancak masterbatch maliyetlidir ve fazladan bilesik hazirlama, kurutma ve kristalizasyon adimlari gerektirir. Ayrica, pelet formunda bilinen bir biyobozunur polimer olan polikaprolakton (6400 Ma), bir masterbatch yaklasimina çok uygundur, ancak kontinüe polimerizasyon prosesinde kullanimi daha zordur. Buna göre, masterbatch üretiminden ziyade kontinüe üretim (yani kontinüe polimerizasyon) yoluyla olusturulabilen, geleneksel tekstillere benzer arzu edilen özellikleri olan tekstillerin olusturulmasi için uygun biyobozunur polimerlere yönelik bir ihtiyaç söz konusudur. KISA AÇIKLAMA Bir yönüyle, bir biyobozunur polyester kopolimer filamentin egrilmesine yönelik bir yöntem saglanir. Söz konusu yöntem, bir biyobozunur polyester kopolimer eriyigi olusturmak üzere tereftalik asit, etilen glikol, kaprolakton monomeri, kalsiyum karbonat ve polibütilen süksinatin polimerize edilmesini içerir. Biyobozunur polyester kopolimer eriyigi daha sonra bir biyobozunur polyester kopolimer filamenti halinde egrilir. Bir baska yönüyle, tereftalik asit, etilen glikol, kaprolakton monomeri, kalsiyum karbonat ve polibütilen süksinat içeren bir biyobozunur tekstil bilesimi açiklanir. Daha baska bir yönüyle, tereftalik asit, etilen glikol, kaprolakton monomeri, kalsiyum karbonat ve polibütilen süksinat içeren bir biyobozunur polyester kopolimer filamenti açiklanir. ÇIZIMLERIN KISA AÇIKLAMASI Mevcut bulusun yukaridaki ve diger avantajlari, yapilanmalarin sinirlayici olmayan örneklerinin asagidaki ayrintili açiklamasi ve çizimleri gözden geçirilerek görülebilecek olup, bunlardan: SEKIL 1, kafa üstü ve vakumdaki katki bilesenlerinin ve iliskili seviyelerin bir tablosudur. SEKIL 2, plastik malzemelerin yüksek-kati maddeler anaerobik-parçalanma sartlari altinda anaerobik biyobozunmasini belirlemeye yönelik standart bir test yönteminin sonuçlarini göstermektedir ve mevcut açiklamanin malzemeleri 296. günde degerlendirilmektedir. SEKIL 3, plastik malzemelerin yüksek-kati maddeler anaerobik-parçalanma sartlari altinda anaerobik biyobozunmasini belirlemeye yönelik standart bir test yönteminin sonuçlarini göstermektedir ve mevcut açiklamanin malzemeleri 298. günde degerlendirilmektedir. SEKIL 4, plastik malzemelerin yüksek-kati maddeler anaerobik-parçalanma sartlari altinda anaerobik biyobozunmasini belirlemeye yönelik standart bir test yönteminin sonuçlarini göstermektedir ve mevcut açiklamanin malzemeleri 305. günde degerlendirilmektedir. SEKIL 5, 0-305 gün araliginda pozitif ve negatif kontrollerle karsilastirildiginda, mevcut açiklamanin malzemelerinin biyobozunmasinin bir grafigidir. SEKIL 6, 0-305 gün araliginda bir negatif kontrol ile karsilastirildiginda, mevcut açiklamanin malzemelerinin biyobozunmasinin bir grafigidir. Sekil 7, mevcut açiklamanin bir polyester elyafinin bilesenlerinin miktarlarini gösteren bir tablodur. DETAYLI AÇIKLAMA Burada ortaya koyuldugu haliyle mevcut açiklama, biyobozunur olan ve masterbatch üretiminden ziyade kontinüe üretim yoluyla olusturulabilen, geleneksel elyaflara benzer, arzu edilen özelliklere sahip elyaflari tarif eder. Daha özel olarak, biyobozunur bir polyester (polietilen tereftalat veya PET) elyaf açiklanir. Bulus, ekteki çizimlere atifta bulunularak daha eksiksiz olarak tarif edilecek olup, bunlarda buluslarin tüm yapilanmalari degil de bazilari gösterilmektedir. Bu bulus birçok farkli biçimde somutlastirilabilir ve burada ortaya koyulan yapilanmalar ile sinirli olarak yorumlanmamalidir; bu yapilanmalar daha ziyade bu açiklamanin geçerli yasal gereklilikleri karsilamasi için saglanir. Sartnamede ve ekli istemlerde kullanildigi gibi, "bir", "söz konusu" gibi tekil formlar, baglam aksini açikça gerektirmedikçe çogul atiflari da içerir. Burada kullanildigi haliyle "biyobozunur" terimi, dogru dogal sartlar ve mikroorganizmalarin varligi verildiginde, kendi temel bilesenlerine ayrisacak veya parçalanacak ve biyobozunur olmayan malzemelerden önemli ölçüde daha hizli bir ölçekte topraga geri karisacak malzemeler anlamina Burada kullanildigi haliyle, sentetik elyaflar ve bunlarin imalati baglaminda, "intrinsik viskozite" terimi, bir polimerin ortalama molekül agirligi ile dogrudan orantili olan bir karakteristigi tanimlamak için kullanilir. Intrinsik viskozite, bir polimer çözeltisinin (bir çözücüdeki) viskozitesi temelinde, sifirlik bir konsantrasyona ekstrapole edilerek hesaplanir. Tekstil sanatlarinda "tekstüre etme" terimi hem genis hem de spesifik olarak kullanilir. En genis anlamda tekstüre etme, islenmemis filament, kesikli elyaf veya iplikten daha büyük bir hacim saglamak üzere sentetikfilament, kesikli elyaf veya ipligin mekanik olarak islendigi, termal olarak islendigi veya her ikisinin de yapildigi adimlari belirtmek üzere es anlamli olarak kullanilir. Daha dar anlamda tekstüre etme terimi, ilmekler ve kivrimlar üreten islemleri ifade etmek için kullanilir. Anlam, baglam içinde genellikle açiktir. Burada kullanildigi haliyle "tekstür" kelimesi, bir filamentte, kesikli elyafta veya iplikte istenen etkiyi üretmeye yönelik tüm olasiliklari içerecek sekilde genis anlamda kullanilir. Burada kullanildigi haliyle "yüzde" veya "%", aksi belirtilmedikçe agirlikça yüzde anlamina gelir. Bunlarin da ötesinde konsantrasyonlar ve oranlar, aksi belirtilmedigi sürece bitmis kopolimerdeki konsantrasyonu veya orani ifade eder. Buna göre, biyobozunur olan bir polyester (polietilen tereftalat) elyaf tarif edilir. Tipik olarak, biyobozunur polimerler olusturmak için, bir ekstrüder prosesi ile bir masterbatch yaklasimi kullanilir. Ancak masterbatch maliyetlidir, fazladan bilesik hazirlama, kurutma ve kristalizasyon adimlari gerektirir ve bu nedenle yeterince benimsenmez ve biyobozunur elyaflar yaygin olarak uygun fiyatlarla temin edilemez. Bir kontinüe polimerizasyon prosesi, polyesterlerin sentezi için daha ekonomiktir, ancak bilinen bir biyobozunur polimer olan polikaprolakton (6400 Ma), pelet formundadir ve bir masterbatch yaklasimina çok uygundur, ancak kontinüe polimerizasyon prosesinde kullanilmak için uygunsuzdur. Mevcut açiklama, bu zorluklarin üstesinden gelmek için, bir berrak sivi olan kaprolakton monomerini, bir kontinüe polimerizasyon prosesinde polyestere dahil eder. Kaprolakton monomeri, dogal bir ortamda biyolojik olarak bozunabilen bir polikaprolakton öncülüdür ve elyaf içerisine boya gelistirme gibi diger istenen özellikleri kazandirir. Kaprolakton monomerinin geleneksel kontinüe polimerizasyon hatlarinda kullanilmasi, üretim hacmini saatte yaklasik 2.000 pound ile sinirlayan bir masterbatch yaklasimina kiyasla, saatte 30.000 pound üzerinde veya çiktilar ile düsük maliyetle yüksek verim saglar. Dahasi kaprolakton monomeri neredeyse tamamen tüketilir, ya da yaklasik olarak tamamen tüketilir (örnegin 200 ppm'den daha az degerler söz konusudur). Mevcut açiklamanin biyobozunur polimerlerini üretmek için, tereftalik asit (veya saflastirilmis tereftalik asit veya PTA) ve etilen glikol (veya monoetilen glikol veya MEG), bir yan ürün olarak suyun yani sira tereftalik asit ve etilen glikolün monomerlerini ve oligomerlerini üretmek üzere isitilmis bir esterifikasyon reaksiyonunda reaksiyona sokulur. Esterifikasyon reaksiyonu bir veya daha fazla tankta gerçeklestirilebilir, bazi yapilanmalarda her biri bir estifier olan iki tank kullanilir. Kontinüe polimerizasyon prosesini çalistirmak için geleneksel olarak bir basinç gradyani kullanilir. Ek olarak, prosesi çalistirmak için pompalar kullanilabilir. Esterifikasyon reaksiyonunun büyük ölçüde tamamlanmasini saglamak için su ve MEG sürekli olarak uzaklastirilir. Esterifikasyon yoluyla olusturulan monomerler ve oligomerler daha sonra polietilen tereftalat (veya PET) polyester olusturmak için polikondenzasyon yoluyla katalitik olarak polimerize edilir. Polikondenzasyon reaksiyonlari, her biri bir polimerizatör olan bir veya daha fazla tankta gerçeklestirilebilir. Bazi yapilanmalarda, teknikte bilindigi gibi, düsük vakum altinda bir düsük polimerizatör ve yüksek vakum altinda bir yüksek polimerizatör olmak üzere iki tank kullanilir. Yukaridaki esterifikasyon ve polikondenzasyon reaksiyonlari esnasinda kaprolakton monomeri ve kalsiyum karbonat (CaC03) eklenir. Bazi yapilanmalarda kaprolakton monomeri ve kalsiyum karbonat, bir düsük polimerizatör gibi kondenzasyon ürününü içeren tanka dogrudan eklenebilir. Bazi yapilanmalarda kaprolakton monomeri ve kalsiyum karbonat, bir esterleyici ile bir polimerizatörün arasindaki bir transfer hattina eklenebilir. Bir sonraki adimda polibütilen süksinat (PBS) eklenir. Reaksiyonlar tipik olarak yaklasik 280°C'de (örnegin yaklasik 270°C ile 295°C arasinda) ilerler. Kaprolakton monomeri, bir biyobozunur polyester malzeme olusturmak için PBS ve kalsiyum karbonat ile birlikte polyester lifine dahil edilir. Mikroplar, polimer zincirlerini parçalamak ve liflerin biyolojik olarak parçalanmasina izin vermek için polikaprolakton, PBS ve kalsiyum karbonat içeren nihai lifi sindirir. Tereftalik asit, etilen glikol, kaprolakton monomeri, kalsiyum karbonat ve polibütilen süksinatin polimerizasyonu, biyobozunur polyester kopolimer eriyiginin agirligina göre yaklasik %83 ila yaklasik %86 tereftalik asit polimerizasyonunu içerebilir. Biyobozunur polyester kopolimer eriyiginin agirligina göre yaklasik %13 ila yaklasik %16 etilen glikol kullanilabilir. Biyobozunur polyester kopolimer eriyiginin agirligina göre yaklasik %0,3 ila yaklasik %2,5 kaprolakton monomeri kullanilabilir. Biyobozunur polyester kopolimer eriyiginin agirligina göre yaklasik %0,01 ila yaklasik %0,03 kalsiyum karbonat kullanilabilir. Biyobozunur polyester kopolimer eriyiginin agirligina göre yaklasik %0,05 ila yaklasik %0,25 polibütilen süksinat kullanilabilir (ve bunlarin arasindaki degerler). Teknikte siradan uzmanliga sahip olanlar, mevcut bulusun polimerlerine baska türlerde katkilarin dahil edilebilecegini fark edecektir. Sinirlayici olmayan bir örnek olarak anataz titanyum dioksit, bir veya daha fazla optik agartici ve mavi pigment eklenebilir. Bu tip katkilarin arasinda, bunlarla sinirli olmamak üzere matlastiricilar, ön kalip isinma hizi artiricilar, sürtünme azaltici katkilar, UV emiciler, inert partikül yapili katkilar (örnegin killer veya silisler), renklendiriciler, pigmentler, antioksidanlar, dallanma ajanlari, oksijen bariyer ajanlari, karbondioksit bariyer ajanlari, oksijen yakalayicilar, alev geciktiriciler, kristalizasyon kontrol ajanlari, asetaldehit indirgeyici ajanlar, darbe modifiye ediciler, katalizör deaktivatörleri, eriyik mukavemet artiricilar, anti-statik ajanlar, lubrikantlar, zincir uzaticilar, çekirdeklestirici ajanlar, çözücüler, dolgu maddeleri ve plastiklestiriciler bulunur. yaklasik %84 ve yaklasik %85,9 arasinda, yaklasik %84 ve yaklasik %86 arasinda, yaklasik yaklasik %85 ve yaklasik %86 arasinda, yaklasik %84,9 ve yaklasik %86 arasinda, yaklasik arasinda ve bunlarin arasindaki degerler olabilir. yaklasik %14,9 arasinda, yaklasik %13 ve yaklasik %15 arasinda, yaklasik %13 ve yaklasik ve/veya yaklasik %15,9 ve yaklasik %16 arasinda ve bunlarin arasindaki degerler olabilir. konsantrasyonu yaklasik %0,3 ve yaklasik %0,4 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %0,4 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %0,6 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %0,7 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %0,8 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %0,9 arasinda, yaklasik yaklasik %12 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %1,3 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %1,7 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %1,8 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %1,9 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %2,0 arasinda, yaklasik yaklasik %2,3 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik %2,4 arasinda, yaklasik %0,3 ve yaklasik arasinda, yaklasik %0,6 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %0,7 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %0,8 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %0,9 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %1,3 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %1,4 ve yaklasik arasinda, yaklasik %1,7 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %1,8 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %1,9 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik %2,0 ve yaklasik %2,5 arasinda, yaklasik yaklasik %2,5 arasinda ve/veya yaklasik %2,4 ve yaklasik 2,5 arasinda ve bunlarin arasindaki degerler olabilir. konsantrasyonu yaklasik %0,01 ve yaklasik %0,02 arasinda veya yaklasik %0,02 ve yaklasik bunlarin arasindaki degerler olabilir. Polimerizasyon, polyester tereftalatin istenen mol agirligina ulasilincaya kadar devam eder. Polimerizasyon tanklarindaki kalis süresi ve etilen glikol ve tereftalik asidin kontinüe prosese besleme hizi, kismen polyesterin hedef molekül agirligina dayali olarak belirlenir. Molekül agirligi, polimer eriyiginin intrinsik viskozitesi ile belirlenebildiginden, polimer eriyiginin intrinsik viskozitesi genellikle sicaklik, basinç, reaktiflerin besleme hizi ve polimerizasyon tanklarinin içindeki kalis süresi gibi polimerizasyon sartlarini belirlemek için kullanilir. Polikondenzasyon asamasinin tamamlanmasi üzerine polimer eriyigi filtrelenebilir ve ekstrüzyondan geçirilebilir. Ekstrüzyondan sonra, polyesteri örnegin su püskürterek katilastirmak için polietilen tereftalata su verilir. Katilasmis polietilen tereftalat, depolanma ve tasima amaçlariyla cipsler halinde kesilebilir. Bazi yapilanmalarda yöntemle üretilen polyester, teknikte bilinen geleneksel teknikler kullanilarak bir filament halinde egrilir. Bazi yapilanmalarda yöntemle üretilen polyester, ambalaj ve baska ürünler halinde üflemeli Bazi yapilanmalarda yöntemle üretilen filament, tekstüre edilir ve kesikli lifler halinde kesilir. Tekstüre etme teknikte iyi anlasilmistir ve bulusun bilesiminin geleneksel asamalar (örnegin bükülmüs bir konumdayken isil kürleme) kullanilarak tekstüre edilebilen filament ürettigini belirtmek disinda bugüne kadar bilinenleri belirtmek disinda ayrintili olarak tarif edilmeyecektir. Bazi yapilanmalarda yöntemle üretilen kesikli lifler, bir iplik halinde egrilir. Bazi yapilanmalarda kesikli lifler, dokumasiz bir matin içine serilebilir. Bazi yapilanmalarda kesikli lifler, pamuk veya rayon ile harmanlanmis bir iplik halinde egrilir. Iplik daha sonra giyim esyalari ve benzerleri gibi tekstil ürünleri üretmek üzere kullanilabilen bir kumas olusturmak için kullanilabilir. Kumas dokunabilir veya örülebilir ve bu tip kumaslar tekstil ürünleri ve giyim esyalari üretmek için kullanilabilir. Benzer olarak dokumasiz mat, giyim esyalari ve benzerlerini üretmek üzere bir kumas veya tekstil ürünü olusturmak için kullanilabilir. Ortaya çikan lifler, filamentler, kumaslar, kaplar ve benzerleri, kati atik depolama ortaminda, okyanus ortaminda, kanalizasyon çamurunda ve deniz suyunda ve taze suda ve ayrica mikroplar içeren baska dogal ve dogal olmayan ortamlarda biyolojik olarak parçalanabilir. Biyolojik bozunmanin örnek yapilanmalardaki zaman ölçegi, dogal liflerin biyolojik bozunma zaman ölçekleri ile benzerdir. Bazi yapilanmalarda, mevcut açiklamaya konu olan lif veya kumasin bozunmasi neredeyse veya çogunlukla 3-4 yilda tamamlanir. Bazi veya baska yapilanmalarda, mevcut açiklamaya konu olan lif veya kumasin bozunmasi neredeyse veya çogunlukla 3 yildan daha kisa sürede tamamlanir. Bu noktada sekillere dönersek, Sekil 1, kafa üstü ve vakumdaki katki bilesenlerinin ve iliskili seviyelerin bir tablosudur. Polibütilen süksinat (PBS) ve kalsiyum karbonat (CaC03) geç eklenirken, polyester sentez prosesinin çesitli adimlarinda önden, esterifikasyondan önce ve esterifikasyon esnasinda Capa eklenmesi de dahil olmak üzere eklenen katkilar ile alti deneme gösterilir. Sekil 2, plastik malzemelerin yüksek-kati maddeler anaerobik-parçalanma sartlari altinda anaerobik biyobozunmasini belirlemeye yönelik standart bir test yöntemi olan ve mevcut açiklamanin bir örneginin 296. günde degerlendirildigi bir ASTM D5511 çalismasini göstermektedir. Selüloz, selülozun tamamen biyobozunacagi varsayimi altinda, ayarlanmis biyobozunma yüzdesi amaçlari için pozitif bir kontrol olarak kullanilir. Negatif kontrol, polipropilendir. Tüm degerler, selüloz bozunmasina göre orantili olarak ayarlanmistir. Sekil 3, 298. günde bir numuneye yönelik bir ASTM D5511 çalismasini göstermektedir. Bu durumda da selüloz pozitif kontrol olarak kullanilir. Sekil 4, pozitif kontrol olarak selüloz ile 305. günde bir numuneye yönelik bir ASTM D5511 çalismasini göstermektedir. Sekil 5, pozitif kontrolün en büyük bozunmayi (üst çizgi) gösterdigi ve negatif kontrolün bozunma göstermedigi (alt çizgi), 305. gün için çizilen bir biyobozunma grafigidir. Görüldügü üzere mevcut açiklamanin bir yapilanmasinin, yani kristalize ögütülmüs plaklarin kaliplanmadan 270°C'de 3 dakika bekletme süresiyle bozunmasi, zamana karsi artan biyobozunma (orta çizgi) gösterir. Sekil 6, mevcut açiklamanin yapilanmalarinin bozunmasini (üst çizgi) bir negatif kontrol (polipropilen, alt çizgi) ile karsilastiran, 305. gün için çizilen bir biyobozunma grafigidir. Mevcut açiklamanin bilesimleri, zaman içinde artan biyobozunma göstermektedir. Sekil 7, mevcut açiklamanin bir polyester elyafinin bilesenlerinin miktarlarini gösteren bir tablodur. ÖRNEKLER Açiklamayi örneklendirmek için asagidaki sinirlayici olmayan örnekler verilmistir. Bu örnekte, biyobozunur polietilen tereftalatin 1000 g'lik bir bölümü kontinüe sekilde üretilir. 1000 g'lik bölüm, bir esterlestiriciye yaklasik 850 g tereftalik asit ve stokiyometrik miktarda etilen glikol eklenmesiyle; yaklasik 100 ppm kalsiyum karbonat eklenmesiyle; agirlikça yaklasik %0,5 ila 1 kaprolakton monomeri eklenmesiyle; ve son olarak agirlikça yaklasik yüzde 0,1 polibütilen süksinat eklenmesiyle olusturulur. Bu örnekte, biyobozunur polyester için bir düsük polimerizatörde bir öncül bilesim bulunur. Bilesim, tereftalik asit ester kondenzasyon ürününü ve stokiyometrik miktarda etilen glikol; agirlikça yaklasik %0,5 ila 1 kaprolakton monomeri; agirlikça yaklasik 100 ppm kalsiyum karbonat; ve agirlikça yaklasik %0,1 polibütilen süksinat içerir. Dolayisiyla mevcut açiklama, bahsedilen amaçlara ve avantajlara ve ayrica bunlarin dogasinda bulunanlara ulasmak için iyi sekilde uyarlanmistir. Mevcut açiklama, teknikte siradan beceriye sahip olanlar ve buradaki ögretilerden faydalananlar için açik olan farkli ancak esdeger sekillerde degistirilebildiginden ve uygulanabildiginden, yukarida açiklanan özel yapilanmalar sadece örnek niteligindedir. Ayrica, asagidaki istemlerde tarif edilenler disinda, burada gösterilen yapi veya tasarim detaylarina iliskin herhangi bir sinirlama amaçlanmamistir. Dolayisiyla, yukarida açiklanan özel örnekleyici yapilanmalarin degistirilebilecegi, birlestirilebilecegi veya modifiye edilebilecegi ve tüm bu varyasyonlarin mevcut açiklamanin kapsami ve ruhu içinde degerlendirildigi açiktir. Burada uygun sekilde örnek olarak açiklanan yapilanmalar, burada spesifik olarak açiklanmayan herhangi bir elemanin ve/veya burada açiklanan istege bagli herhangi bir elemanin yoklugunda uygulanabilir. Kafa üstündeki Vakumdaki Deneme Katkilar CapaMonomer CapaMonomer Önden eklenen 1A katkilar < 2,0 ppm 2,9 ppm Esterifikasyondan 18 önce eklenen katkilar < 2,0 ppm < 2,0 ppm (Monomer) 1C GEÇ eklenen katkilar < 2,0 ppm 2,8 ppm Esterifikasyondan 1D önce eklenen katkilar < 2,0 ppm 2,1 ppm (Monomer) Esterifikasyondan 1E önce eklenen katkilar < 2,0 ppm < 2,0 ppm (Monomer) Esterifikasyonda Capa 1F ve PBS ve CaCO3 < 2,0 ppm < 2,0 ppm Islenmemis Numune Kütlesi (g) 10 10 10 20,0 Biyobozunma Yüzdesi (%) -1,0 84,9 2,2 Düzeltilmis Biyobozunma Yüzdesi (%) -1,2 100,0 2,6 Çorap (Elyaf) Ci (elyaf) - CLO * Düzeltilmis Biyobozunma Kristalize ögütülmüs kaliplanmamis 3 dk bekletme Numune Kütlesi (g) 10 10 10 20,0 Biyobozunma Yüzdesi (%) -1,3 82,0 9,7 * Düzeltilmis Biyobozunma Yüzdesi (%) -1,6 100,0 11,8 Biyobozunma 67.5 /J g 45.0 r 5_ 22.5 K -22.5 Süre (gün) Kristalize ögütülmüs plaklar, kaliplanmamis 3 dk bekletme süresi, 270 derece C Biyobozunma 7 5 /F/ I 0 JiL-nr-I-/J #fl V 2 5 x / Süre (gün) Kaprolakton Monomeri Polibütilen Süksinat PEG Eklenen Miktar, 1 4,9 9 1,0 9 0 g Eklenen Miktar, 1A 4,9 9 1,0 9 0 g Eklenen Miktar, 18 4,9 9 1,5 9 0 g Eklenen Miktar, 1C 4,9 9 1,5 9 0 g Eklenen Miktar, 1D 4,9 9 2,0 9 0 g Eklenen Miktar, 1E 10 9 1,5 9 0 g Eklenen Miktar, 1F 10 9 1,5 9 0 g Eklenen Miktar, 18 10 9 1,5 9 4 g TR TR TR TR TR DESCRIPTION CONTINUOUS PRODUCTION OF BIODEGRADABLE POLYESTERS The invention now described relates to polymer compositions that are biodegradable and suitable for textiles in general. BACKGROUND Textiles are fundamental to human culture and have been made and used by humans for thousands of years. The earliest known textiles were woven from natural fibers such as linen, wool, silk, and cotton. More recently, textile fibers, yarns, and fabrics have also been industrially produced from polymers such as polyester, nylon olefins, other thermoplastic polymers, and combinations thereof. Many modern polymers can be formed into an almost infinite variety of shapes and products that are attractive, durable, and water-resistant. In many cases, these synthetic fibers or yarns (depending on the desired technique and the end product) can be blended with natural fibers to produce end products that possess the desired properties of both natural and synthetic materials. While durability and water resistance are desirable, these same properties can lead to secondary environmental problems. Textiles made from polymeric fibers do not naturally biodegrade in the same way as natural fibers and can persist in landfills and water (e.g., lakes, oceans) for hundreds of years or longer. Currently available biodegradable fibers present several manufacturing challenges. Typically, a masterbatch approach is used to create biodegradable polymers using an extruder process. However, masterbatch is costly and requires additional compounding, drying, and crystallization steps. Additionally, polycaprolactone (6400 Ma), a well-known biodegradable polymer in pellet form, lends itself well to a masterbatch approach but is more difficult to use in a continuous polymerization process. Accordingly, there is a need for biodegradable polymers suitable for forming textiles with desirable properties similar to conventional textiles, which can be created through continuous production (i.e., continuous polymerization) rather than masterbatch production. BRIEF DESCRIPTION In one aspect, a method for spinning a biodegradable polyester copolymer filament is provided. The method includes polymerizing terephthalic acid, ethylene glycol, caprolactone monomer, calcium carbonate, and polybutylene succinate to form a biodegradable polyester copolymer melt. The biodegradable polyester copolymer melt is then spun into a biodegradable polyester copolymer filament. In another aspect, a biodegradable textile composition comprising terephthalic acid, ethylene glycol, caprolactone monomer, calcium carbonate, and polybutylene succinate is disclosed. In yet another aspect, a biodegradable polyester copolymer filament comprising terephthalic acid, ethylene glycol, caprolactone monomer, calcium carbonate, and polybutylene succinate is disclosed. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and other advantages of the present invention can be seen by reviewing the following detailed description and drawings of non-limiting examples of embodiments, of which: FIG. 1 is a table of additive components and associated levels in overhead and vacuum. FIG. 2 shows the results of a standard test method for determining anaerobic biodegradation of plastic materials under high-solids anaerobic-degradation conditions, and the materials of the present disclosure are evaluated at day 296. FIGURE 3 shows the results of a standard test method to determine the anaerobic biodegradation of plastic materials under high-solids anaerobic-degradation conditions, with materials of the present disclosure evaluated on day 298. FIGURE 4 shows the results of a standard test method to determine the anaerobic biodegradation of plastic materials under high-solids anaerobic-degradation conditions, with materials of the present disclosure evaluated on day 305. FIGURE 5 is a graph of the biodegradation of materials of the present disclosure compared to positive and negative controls over the range of 0 to 305 days. FIGURE 6 is a graph of the biodegradation of materials of the present disclosure compared to a negative control over the range of 0 to 305 days. FIGURE 7 is a table showing the amounts of components of a polyester fiber of the present disclosure. DETAILED DESCRIPTION The present disclosure as set forth herein describes fibers having desirable properties similar to conventional fibers, which are biodegradable and can be created through continuous production rather than masterbatch production. More specifically, a biodegradable polyester (polyethylene terephthalate or PET) fiber is disclosed. The invention will be described more fully with reference to the accompanying drawings, which show some, but not all, embodiments of the invention. The invention may be embodied in many different ways and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; rather, such embodiments are provided so that this disclosure meets applicable legal requirements. As used in the specification and the appended claims, the singular forms "a," "the" and "the" include plural references unless the context clearly requires otherwise. The term "biodegradable" as used herein refers to materials that, given the right natural conditions and the presence of microorganisms, will decompose or break down into their elemental components and return to the soil at a significantly faster scale than non-biodegradable materials. As used herein, in the context of synthetic fibers and their manufacture, the term "intrinsic viscosity" is used to describe a characteristic that is directly proportional to the average molecular weight of a polymer. Intrinsic viscosity is calculated based on the viscosity of a polymer solution (in a solvent), extrapolated to a concentration of zero. In the textile arts, the term "texturing" is used both broadly and specifically. In its broadest sense, texturing is used synonymously to refer to steps in which a synthetic filament, staple fiber, or yarn is mechanically processed, thermally processed, or both, to provide a greater volume than the virgin filament, staple fiber, or yarn. In a narrower sense, the term texturing is used to refer to processes that produce loops and crimps. The meaning is usually clear in context. As used here, the word "texture" is used broadly to include all possibilities for producing the desired effect in a filament, staple fiber, or yarn. As used here, "percent" or "%" refers to percent by weight unless otherwise stated. Furthermore, concentrations and ratios refer to the concentration or ratio in the finished copolymer unless otherwise stated. Accordingly, a polyester (polyethylene terephthalate) fiber is described as biodegradable. Typically, a masterbatch approach with an extruder process is used to create biodegradable polymers. However, masterbatches are costly, require additional compounding, drying, and crystallization steps, and are therefore not widely adopted, and biodegradable fibers are not widely available at affordable prices. A continuous polymerization process is more economical for the synthesis of polyesters, but polycaprolactone (6400 Ma), a well-known biodegradable polymer, is in pellet form and well-suited to a masterbatch approach but unsuitable for use in a continuous polymerization process. The present disclosure overcomes these challenges by incorporating caprolactone monomer, a clear liquid, into the polyester in a continuous polymerization process. Caprolactone monomer is a naturally biodegradable polycaprolactone precursor and imparts other desirable properties, such as dye development, into the fiber. The use of caprolactone monomer in traditional continuous polymerization lines provides high throughput at low cost, with outputs in excess of 30,000 pounds per hour, compared to a masterbatch approach that limits production volume to approximately 2,000 pounds per hour. Furthermore, the caprolactone monomer is almost completely consumed, or nearly so (e.g., less than 200 ppm). To produce the biodegradable polymers of the present disclosure, terephthalic acid (or purified terephthalic acid, or PTA) and ethylene glycol (or monoethylene glycol, or MEG) are reacted in a heated esterification reaction to produce monomers and oligomers of terephthalic acid and ethylene glycol, as well as water as a byproduct. The esterification reaction can be carried out in one or more tanks; in some embodiments, two tanks, each containing an esterifier, are used. A pressure gradient is traditionally used to drive the continuous polymerization process. Additionally, pumps can be used to drive the process. Water and MEG are continuously removed to ensure substantial completion of the esterification reaction. The monomers and oligomers formed by esterification are then catalytically polymerized by polycondensation to form polyethylene terephthalate (or PET) polyester. Polycondensation reactions can be carried out in one or more tanks, each containing a polymerizer. In some embodiments, two tanks are used, a low polymerizer under low vacuum and a high polymerizer under high vacuum, as is known in the art. During the above esterification and polycondensation reactions, caprolactone monomer and calcium carbonate (CaCO3) are added. In some embodiments, caprolactone monomer and calcium carbonate can be added directly to a tank containing the condensation product, such as a low-polymerizer. In some embodiments, caprolactone monomer and calcium carbonate can be added in a transfer line between an esterifier and a polymerizer. Polybutylene succinate (PBS) is added in the next step. The reactions typically proceed at about 280°C (e.g., between about 270°C and 295°C). Caprolactone monomer is incorporated into the polyester fiber along with PBS and calcium carbonate to form a biodegradable polyester material. Microbes digest the final fiber, which contains polycaprolactone, PBS, and calcium carbonate, to break down the polymer chains and allow the fibers to biodegrade. The polymerization of terephthalic acid, ethylene glycol, caprolactone monomer, calcium carbonate, and polybutylene succinate may involve polymerization of about 83% to about 86% terephthalic acid, based on the weight of the biodegradable polyester copolymer melt. About 13% to about 16% ethylene glycol, based on the weight of the biodegradable polyester copolymer melt, may be used. About 0.3% to about 2.5% caprolactone monomer, based on the weight of the biodegradable polyester copolymer melt, may be used. About 0.01% to about 0.03% calcium carbonate, based on the weight of the biodegradable polyester copolymer melt, may be used. About 0.05% to about 0.25% polybutylene succinate, by weight of the biodegradable polyester copolymer melt, may be used (and values in between). Those of ordinary skill in the art will recognize that other types of additives may be included in the polymers of the present invention. A non-limiting example is anatase titanium dioxide, one or more optical brighteners, and blue pigments. Such additives include, but are not limited to, matting agents, preform heat rate enhancers, friction-reducing additives, UV absorbers, inert particulate additives (e.g., clays or silicas), colorants, pigments, antioxidants, branching agents, oxygen barrier agents, carbon dioxide barrier agents, oxygen scavengers, flame retardants, crystallization control agents, acetaldehyde reducing agents, impact modifiers, catalyst deactivators, melt strength enhancers, antistatic agents, lubricants, chain extenders, nucleating agents, solvents, fillers, and plasticizers. It could be between about 84% and about 85.9%, between about 84% and about 86%, between about 85% and about 86%, between about 84.9% and about 86%, between about and values in between. It could be between about 14.9%, between about 13% and about 15%, between about 13% and about and/or between about 15.9% and about 16%, and values in between. concentration Between about 0.3% and about 0.4%, Between about 0.3% and about 0.4%, Between about 0.3% and about 0.6%, Between about 0.3% and about 0.7%, Between about 0.3% and about 0.8%, Between about 0.3% and about 0.9%, Between about 12%, Between about 0.3% and about 1.3%, Between about 0.3% and about 1.7%, Between about 0.3% and about 1.8%, Between about 0.3% and about 1.9%, Between about 0.3% and about 2.0%, About Between about 2.3%, Between about 0.3% and about 2.4%, Between about 0.3% and about, Between about 0.6% and about 2.5%, Between about 0.7% and about 2.5%, Between about 0.8% and about 2.5%, Between about 0.9% and about 2.5%, Between about 2.5%, Between about 1.3% and about 2.5%, Between about 1.4% and about, Between about 1.7% and about 2.5%, Between about 1.8% and about 2.5%, Between about 1.9% and about 2.5%, Between about 2.0% and about 2.5%, The concentration can be between about 2.5% and/or between about 2.4% and about 2.5%, and values in between. The concentration can be between about 0.01% and about 0.02%, or between about 0.02% and about 0.02%. Polymerization continues until the desired molar weight of polyester terephthalate is reached. The residence time in the polymerization tanks and the feed rate of ethylene glycol and terephthalic acid to the continuous process are determined in part by the target molecular weight of the polyester. Since the molecular weight can be determined by the intrinsic viscosity of the polymer melt, the intrinsic viscosity of the polymer melt is often used to determine polymerization conditions such as temperature, pressure, reactant feed rate, and residence time in the polymerization tanks. Upon completion of the polycondensation step, the polymer melt can be filtered and extruded. After extrusion, water is added to the polyethylene terephthalate to solidify the polyester, for example, by spraying it with water. The solidified polyethylene terephthalate can be cut into chips for storage and transportation. In some embodiments, the polyester produced by the method is spun into filament using conventional techniques known in the art. In some embodiments, the polyester produced by the method is blown into packaging and other products. In some embodiments, the filament produced by the method is textured and cut into staple fibers. Texturing is well understood in the art, and it will not be described in detail except to indicate that the composition of the invention produces filament that can be textured using conventional steps (e.g., heat curing in a spun position). In some embodiments, the staple fibers produced by the method are spun into yarn. In some embodiments, the staple fibers can be laid into a nonwoven mat. In some embodiments, the staple fibers are spun into a yarn blended with cotton or rayon. The yarn can then be used to create a fabric that can be used to produce textile products such as clothing and the like. The fabric can be woven or knitted, and such fabrics can be used to produce textiles and clothing. Similarly, the nonwoven mat can be used to form a fabric or textile product for the manufacture of apparel and the like. The resulting fibers, filaments, fabrics, containers, and the like are biodegradable in landfills, ocean environments, sewage sludge, seawater, freshwater, and other natural and non-natural environments containing microbes. The biodegradation timescale in the example embodiments is similar to the biodegradation timescale for natural fibers. In some embodiments, degradation of the fiber or fabric of the present disclosure is nearly or mostly complete in 3-4 years. In some or other embodiments, degradation of the fiber or fabric of the present disclosure is nearly or mostly complete in less than 3 years. Turning to the figures at this point, Figure 1 is a table of additive components and associated levels in overhead and vacuum. Six trials are shown with additives added at various steps of the polyester synthesis process, including upfront, before, and during esterification, while polybutylene succinate (PBS) and calcium carbonate (CaCO 3 ) were added late. Figure 2 shows a study of ASTM D5511, a standard test method for determining the anaerobic biodegradation of plastic materials under high-solids anaerobic-degradation conditions, in which a sample of the present specification was evaluated at 296 days. Cellulose is used as a positive control for adjusted percent biodegradation purposes, assuming complete cellulose biodegradation. The negative control is polypropylene. All values are adjusted proportionally for cellulose degradation. Figure 3 shows an ASTM D5511 study for a sample at day 298, in which case cellulose is used as a positive control. Figure 4 shows an ASTM D5511 study for a sample at day 305 with cellulose as a positive control. Figure 5 is a biodegradation graph plotted for day 305, where the positive control shows the greatest degradation (upper line) and the negative control shows no degradation (lower line). As can be seen, one embodiment of the present description, namely the degradation of crystalline ground slabs by holding them at 270°C for 3 minutes before molding, shows increasing biodegradation over time (middle line). Figure 6 is a biodegradation graph plotted for day 305 comparing the degradation of embodiments of the present disclosure (upper line) with a negative control (polypropylene, lower line). The compositions of the present disclosure show increasing biodegradation over time. Figure 7 is a table showing the amounts of the components of a polyester fiber of the present disclosure. EXAMPLES The following non-limiting examples are provided to illustrate the disclosure. In this example, a 1000 g portion of biodegradable polyethylene terephthalate is produced in a continuous manner. The 1000 g portion is prepared by adding approximately 850 g of terephthalic acid and a stoichiometric amount of ethylene glycol to an esterifier; by adding approximately 100 ppm of calcium carbonate; by adding approximately 0.5 to 1 wt% of caprolactone monomer; and finally adding approximately 0.1 percent by weight polybutylene succinate. In this example, a precursor composition is present in a low polymerizer for biodegradable polyester. The composition includes terephthalic acid ester condensation product and a stoichiometric amount of ethylene glycol; about 0.5 to 1 percent by weight caprolactone monomer; about 100 ppm by weight calcium carbonate; and about 0.1 percent by weight polybutylene succinate. The present disclosure is therefore well adapted to achieve the aforementioned objectives and advantages, as well as those inherent therein. While the present disclosure may be modified and applied in different but equivalent ways that will be obvious to those of ordinary skill in the art and those benefiting from the teachings herein, the specific embodiments described above are illustrative only. Furthermore, no limitation is intended as to the construction or design details depicted herein, other than as described in the following claims. Therefore, it is clear that the specific illustrative embodiments described above may be altered, combined, or modified, and all such variations are considered within the scope and spirit of the present disclosure. The embodiments described herein as examples as appropriate may be applied in the absence of any element not specifically described herein and/or any optional element described herein. Overhead Vacuum Test Additives CapaMonomer CapaMonomer Additives added in 1A before esterification < 2.0 ppm 2.9 ppm Additives added before esterification < 2.0 ppm < 2.0 ppm (Monomer) Additives added in 1C LATE < 2.0 ppm 2.8 ppm Additives added before esterification 1D < 2.0 ppm 2.1 ppm (Monomer) Additives added before esterification 1E < 2.0 ppm < 2.0 ppm (Monomer) Capa 1F and PBS and CaCO3 in esterification < 2.0 ppm < 2.0 ppm Raw Sample Mass (g) 10 10 10 20.0 Biodegradation Percentage (%) -1.0 84.9 2.2 Corrected Biodegradation Percentage (%) -1.2 100.0 2.6 Sock (Fiber) Ci (fiber) - CLO * Corrected Biodegradation Crystalline ground unmolded 3 min holding time Sample Mass (g) 10 10 10 20.0 Biodegradation Percentage (%) -1.3 82.0 9.7 * Corrected Biodegradation Percentage (%) -1.6 100.0 11.8 Biodegradation 67.5 /J g 45.0 r 5_ 22.5 K -22.5 Time (days) Crystalline ground slabs, unmolded 3 min holding time, 270 degrees C Biodegradation 7 5 /F/ I 0 JiL-nr-I-/J #fl V 2 5 x / Time (days) Caprolactone Monomer Polybutylene Succinate PEG Amount Added, 1 4.9 9 1.0 9 0 g Amount Added, 1A 4.9 9 1.0 9 0 g Amount Added, 18 4.9 9 1.5 9 0 g Amount Added, 1C 4.9 9 1.5 9 0 g Amount Added, 1D 4.9 9 2.0 9 0 g Amount Added, 1E 10 9 1.5 9 0 g Amount Added, 1F 10 9 1.5 9 0 g Amount Added, 18 10 9 1.5 9 4 g TR TR TR TR TR

Claims (1)

1.1.
TR2024/015118 2022-05-04 Continuous production of biodegradable polyesters. TR2024015118T2 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TR2024015118T2 true TR2024015118T2 (en) 2024-12-23

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6608167B1 (en) Bis(2-hydroxyethyl isosorbide); preparation, polymers derived therefrom, and enduses thereby
KR101739402B1 (en) Copolyester and preparation method and use thereof
JP3440915B2 (en) Polylactic acid resin and molded products
KR20210106632A (en) Polyester industrial yarn having excellent biodegradation property
CA2867524A1 (en) Polyesters and fibers made therefrom
KR102421034B1 (en) Method for preparing biodegradable polyester resin and bioderadable polyester resin therefrom
CN113307957B (en) Degradable copolyester and preparation method and application thereof
KR102615817B1 (en) Biogdgradable polyester fiber and manufacturing method thereof
KR102115406B1 (en) Bio-degradable polyester fiber with improved heat resistance and fabric comprising the same
US20130172456A1 (en) Copolyester blends with improved melt strength
TR2024015118T2 (en) Continuous production of biodegradable polyesters.
KR102745918B1 (en) Biodegradable masterbatch composition and manufacturing method thereof
JP6033008B2 (en) Resin composition and use thereof
KR102410624B1 (en) Biodegradable polyester resin composition, biodegradable polyester film and preperation method thereof
JP3462948B2 (en) Polyester block copolymer
JP2004359730A (en) Resin composition
KR20250035506A (en) Continuous production of biodegradable polyester
CN112703227A (en) Resin composition and molded article thereof
KR101744259B1 (en) Polytrimethyleneterephthalate Composite Fibers Using materials from biomass and Method Preparing Same
JP3417671B2 (en) Improved novel degradable polyesters, their production method and products
JPH11279268A (en) Polyester block copolymer and production method
KR0138173B1 (en) Method for preparing microbial degradable aliphatic polyester multifilament
KR20240073199A (en) Biogradable polyester composite yarn and manufacturing method thereof
Kılınç et al. The Production and Physical and Thermal Characterization of Polybutylene Succinate Multifilament Yarns
KR20250004960A (en) Marine degradable resin composition, article manufactured using the same, and manufacturing method thereof