BR112016025833B1

BR112016025833B1 - Método para preparar uma fibra elastomérica

Info

Publication number: BR112016025833B1
Application number: BR112016025833-9A
Authority: BR
Inventors: Robert O. Waldbauer Jr.; Norman J. D'allura
Original assignee: Invista Technologies S.A.R.L.
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2022-02-01
Also published as: BR112016025833A2; JP2017519121A; CN106605014A; KR102381226B1; EP3140439A1; KR20160143845A; TWI751100B; CN106605014B; US20170051436A1; US10883198B2; EP3140439A4; TW201600532A; JP7211695B2; WO2015171631A1

Abstract

MÉTODO PARA PREPARAR UMA FIBRA ELASTOMÉRICA. São incluídas as fibras elastoméricas e método para preparar tais fibras, que incluem um butanodiol bioderivado. O butanodiol bioderivado é utilizado para preparar uma composição de glicol polimérico, a qual é colocada em contato com um di-isocianato e fiada para proporcionar uma fibra elastomérica.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DE INVENÇÃO

[001] São incluídas as fibras elásticas preparadas por um processo de fiação por solução, tais como spandex, incluindo composições de poliuretano derivadas de um glicol polimérico em que o glicol polimérico foi derivado, pelo menos em parte, a partir de um 1,4-butanodiol bioderivado.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[002] As fibras elásticas tais como spandex (também conhecidas como elastano) são utilizadas hoje em uma ampla variedade de produtos. Exemplos incluem meias, roupas de banho, roupas, produtos de higiene, tais como fraldas, dentre muitos outros. As composições de poliuretano que são utilizadas para preparar fibras spandex têm algumas limitações que têm levado a modificações tais como a inclusão de aditivos ou a alteração da composição do polímero para prevenir a degradação e para melhorar a capacidade de coloração, dentre muitas outras. Estas fibras elásticas são atualmente preparadas usando um glicol ou poliol polimérico que é derivado de recursos não renováveis.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] Métodos são atualmente conhecidos para a preparação de 1,4-butanodiol a partir de recursos renováveis, ou seja, recursos bioderivados. Existe uma necessidade de novas fibras spandex que irão manter as propriedades favoráveis da fibra, tais como a elasticidade, que são necessárias para produtos comerciais, tais como peças de vestuário, roupa de banho, e artigos de malha, permitindo ao mesmo tempo uma inclusão de fontes bioderivadas, renováveis e/ou sustentáveis.

[004] A invenção é tal como descrita nas reivindicações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[005] São incluídas as fibras elastoméricas que são derivadas em parte de uma fonte biológica renovável/sustentável. Quaisquer das fibras aqui descritas podem ser fibras de um único componente, bicomponente ou vários componentes. Por uma questão de clareza, as definições estão incluídas a seguir.

DEFINIÇÕES

[006] Tal como aqui utilizado, “solvente” refere-se a um solvente orgânico tal como a dimetilacetamida (DMAC), dimetilformamida (DMF) e N-metil pirrolidona.

[007] O termo “fiação por solução”, tal como aqui utilizado, inclui a preparação de uma fibra a partir de uma solução que pode ser tanto um processo fiado-molhado ou fiado-seco, ambos os quais são técnicas comuns para a produção de fibras.

[008] O termo “fibras de múltiplos componentes”, tal como aqui utilizado, significa uma fibra tendo pelo menos duas regiões separadas e distintas de diferentes composições com um limite discernível, ou seja, duas ou mais regiões de composições diferentes que são contínuas ao longo do comprimento da fibra. Isto está em contraste com misturas de poliuretano ou poliuretano-ureia, em que mais do que uma composição é combinada para formar uma fibra, sem divisões distintas e contínuas ao longo do comprimento da fibra. Os termos “fibras de múltiplos componentes” e “fibra multicomponente” são sinônimos e são aqui utilizados alternadamente.

[009] O termo “diferente em composição” é definido como duas ou mais composições diferentes, incluindo polímeros, copolímeros ou misturas ou duas ou mais composições tendo um ou mais aditivos diferentes, em que o polímero incluído nas composições pode ser igual ou diferente. Duas composições de comparação também são “diferentes em composição” onde elas incluem polímeros diferentes e aditivos diferentes.

[010] Os termos “divisão”, “divisões,” e “região de divisão” são usados para descrever o ponto de contato entre as diferentes regiões da seção transversal da fibra multicomponente. Este ponto de contato é “bem definido” em que existe pouca ou nenhuma sobreposição entre as composições das duas regiões. Sempre que existe sobreposição entre as duas regiões, a região de divisão irá incluir uma mistura das duas regiões. Esta região misturada pode ser uma seção homogeneamente misturada separada com fronteiras distintas entre a região de divisão misturada e cada uma das outras duas regiões. Em alternativa, a região de divisão pode incluir um gradiente de concentração mais elevada da composição da primeira região adjacente à primeira região para uma concentração mais elevada da composição da segunda região adjacente à segunda região.

[011] Em algumas modalidades estão fibras multicomponentes ou bicomponentes, incluindo uma composição de poliuretano-ureia fiada em solução, que também é referida como spandex ou elastano. As composições para as diferentes regiões das fibras multicomponentes incluem composições de poliuretano-ureia diferentes, em que o polímero é diferente, os aditivos são diferentes, ou ambos o polímero e aditivos são diferentes. Ao fornecer uma fibra de componentes múltiplos, uma variedade de diferentes benefícios pode ser realizada. Por exemplo, o custo reduzido devido ao uso de aditivos ou de uma composição de poliuretano-ureia mais cara em apenas uma região da fibra, enquanto mantém as propriedades comparáveis. Além disso, a melhoria das propriedades das fibras pode ser realizada através da introdução de novos aditivos que seriam incompatíveis com um fio de spandex de componente único convencional ou através de um efeito sinergético da combinação de duas composições.

[012] A fim de ajudar a assegurar a adequação da fibra de spandex para o processamento do fio, de fabricação de tecido, e a satisfação do consumidor quando contido em uma peça de roupa, uma variedade de propriedades adicionais podem ser ajustadas. As composições Spandex são bem conhecidas na técnica e podem incluir variações tais como aquelas divulgadas em Monroe Couper. Handbook of Fiber Science and Technology: Volume III, High Technology Fibers Part A. Marcel Dekker, INC: 1985, páginas 51-85. Alguns exemplos daqueles são listados aqui.

[013] Fibra spandex pode conter um deslustrante, tal como TiO2, ou outra partícula com pelo índice de refração diferente do polímero de fibra de base, em níveis de 0,01-6% em peso. Um nível mais baixo também é útil quando uma aparência brilhante ou lustrosa é desejada. À medida que o nível aumenta, a fricção da superfície do fio pode mudar o que pode impactar na fricção nas superfícies dos contatos das fibras durante o processamento.

[014] A resistência à ruptura da fibra, medida em gramas de força para quebra por unidade denier (tenacidade em gramas/denier) pode ser ajustada de 0,7 a 1,2 gramas/denier dependente do peso molecular e/ou condições de fiação.

[015] O denier da fibra pode ser produzido de 5-2000 denier (5,562222 dtex) com base na construção de tecido desejado. Um fio de spandex de 5 - 30 denier (5,56-33,3 dtex) pode ter uma contagem de filamentos de entre 1 e 5, e um fio de denier 30-2000 (33,3-2222 dtex) pode ter uma contagem de filamentos a partir de 2 a 200. A fibra pode ser usada em tecidos de qualquer tipo (tecidos, malhas de urdidura ou malhas de trama) em um teor de 0,5% a 100% dependendo da utilização final desejada para o tecido.

[016] O fio de spandex pode ser usado sozinho ou pode ser dobrado, torcido, cointroduzido, ou misturado com qualquer outro fio, tais como os que são adequados para usos em vestuário final, como reconhecido pelo FTC (Federal Trade Comission). Isto inclui, mas não está limitado a, fibras feitas a partir de náilon, poliéster, poliéster ou náilon multicomponente, algodão, lã, juta, sisal, help, linho, bambu, polipropileno, polietileno, polifluorocarbonetos, rayon,celulósicos de qualquer tipo, e fibras acrílicas.

[017] A fibra spandex pode ter um lubrificante ou acabamento aplicado a ela durante o processo de fabricação para melhorar o processamento a jusante da fibra. O acabamento pode ser aplicado em uma quantidade de 0,5 a 10% em peso.

[018] A fibra spandex pode conter aditivos para ajustar a cor inicial do spandex ou para prevenir ou mascarar os efeitos de amarelamento após a exposição aos elementos que podem iniciar a degradação do polímero, tal como cloro, fumaças, UV, NOx, ou gás queimado. Uma fibra spandex pode ser feita para ter uma brancura “CIE” na faixa de 40 a 160.

COMPOSIÇÕES POLIURETANO-UREIA E POLIURETANO

[019] As composições de poliuretano-ureia úteis para a preparação de fibras ou polímeros sintéticos de cadeia longa incluem, pelo menos, 85% em peso de um poliuretano segmentado. Normalmente, estes incluem um glicol ou poliol polimérico que é reagido com um di-isocianato para formar um pré-polímero terminado em NCO (“um glicol capeado”), que é então dissolvido em um solvente adequado, tal como dimetilacetamida, dimetilformamida, ou N-metilpirrolidona, e, em seguida, reagido com um extensor de cadeia bifuncional. Os poliuretanos são formados quando os extensores de cadeia são dióis (e podem ser preparados na ausência de solvente). Poliuretano-ureias, uma subclasse de poliuretanos, são formadas quando os extensores de cadeia são diaminas. Na preparação de um polímero de poliuretano-ureia que pode ser fiado em spandex, os glicóis são prolongados por reação sequencial dos grupos terminais hidroxil com di-isocianatos e uma ou mais diaminas. Em cada caso, os glicóis devem ser submetidos a extensão da cadeia para proporcionar um polímero com as propriedades necessárias, incluindo viscosidade. Se desejado, o dilaurato de dibutilestanho, octoato estanoso, ácidos minerais, aminas terciárias, tais como trietilamina, N,N'- dimetilpiperazina, e semelhantes, e outros catalisadores conhecidos podem ser utilizados para auxiliar na etapa de proteção.

[020] Os componentes de poliol adequados (também referidos como glicóis poliméricos) incluem glicóis de poliéter, glicóis de policarbonato, e glicóis de poliéster de peso molecular médio numérico de cerca de 600 a cerca de 3.500. Misturas de dois ou mais polióis ou copolímeros podem ser incluídas. O componente poliol inclui, desejavelmente, pelo menos um polímero derivado de um 1,4-butanodiol bioderivado.

MÉTODOS PARA A SÍNTESE DE 1,4-BUTANODIOL

[021] 1,4-butanodiol (BDO) pode ser sintetizado a partir de succinato ou α-cetoglutarato (também conhecido como 2-oxoglutarato) por meio de 4-hidroxibutirato em um micro-organismo recombinante que inclui uma 2- oxoglutarato descarboxilase ou uma succinil-CoA sintetase, uma succinato semi- aldeído desidrogenase, uma 4-hidroxibutirato desidrogenase, uma 4- hidroxibutirato-CoA transferase, uma 4-hidroxibutirato-CoA redutase, e uma álcool desidrogenase. Em tal um micro-organismo recombinante, succinato pode ser convertido em succinil-CoA usando uma succinil-CoA sintetase, seguido por conversão de succinil-CoA a succinil semi-aldeído usando uma succinato semi- aldeído desidrogenase dependente de CoA. Succinil semi-aldeído pode ser convertido em 4-hidroxibutirato usando uma 4-hidroxibutirato desidrogenase, seguido por conversão do 4-hidroxibutirato a 4-hidroxibutril-CoA usando uma 4- hidroxibutirato-CoA transferase e, em seguida, a 4-hidroxibutiraldeído utilizando uma 4-hidroxibutirato-CoA redutase. 4-hidroxibutiraldeído pode ser convertido para BDO utilizando uma álcool desidrogenase. Em algumas modalidades, uma 2-oxoglutarato descarboxilase é utilizada para converter α-cetoglutarato a succinil semi-aldeído, que pode ser convertido para BDO como descrito acima. Ver, por exemplo, Yim, et al., Nat. Chem. Biol., 7:445-452 (2011); e na Patente US 8.067.214. Veja também EP2690109 A1. Entende-se que uma ou mais (por exemplo, duas, três, quatro, cinco, ou seis) das etapas acima podem ser realizadas in vitro, utilizando as formas isoladas ou purificadas de enzimas relevantes (por exemplo, enzimas isoladas ou purificadas a partir de células recombinantes que expressam as mesmas). As etapas executadas em células recombinantes, antes e/ou após as realizadas utilizando enzimas isoladas/purificadas podem ser realizadas fornecendo os substratos enzimáticos adequados para as células recombinantes.

[022] BDO pode ser desidratado para formar tetra-hidrofurano (THF) em temperaturas elevadas na presença de um catalisador ácido, em seguida, polimerizada para formar poliTHF (também conhecido como poli(tetrametileno éter)glicol). Alternativamente, o THF pode ser copolimerizado, tal como descrito abaixo.

[023] Exemplos de polióis de poliéter que podem ser utilizados incluem os glicóis com dois ou mais grupos hidroxi, a partir de polimerização de abertura de anel e/ou copolimerização de óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de trimetileno, tetra-hidrofurano, e 3-metiltetra-hidrofurano, ou de polimerização por condensação de um álcool poli-hídrico, tal como um diol ou mistura de dióis, com menos do que 12 átomos de carbono em cada molécula, tais como etileno glicol, 1,3-propanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol 1,6- hexanodiol, neopentil glicol, 3-metil-1,5-pentanodiol, 1,7-heptanodiol, 1,8- octanodiol, 1,9-nonanodiol, 1,10-decanodiol e 1,12-dodecanodiol. Um poliol de poliéter bifuncional linear é preferido, e um poli(tetrametileno éter) glicol de peso molecular de cerca de 1700 até cerca de 2100, tal como Terathane® 1800 (INVISTA de Wichita, KS) com uma funcionalidade de 2, é um exemplo de um poliol apropriado específico. Os copolímeros podem incluir poli(tetrametileno-co- etileno-éter) glicol.

[024] Exemplos de polióis de poliéster que podem ser utilizados incluem os glicóis de éster com dois ou mais grupos hidroxi, produzidos por polimerização de condensação de ácidos policarboxílicos alifáticos e polióis, ou suas misturas, de baixos pesos moleculares com não mais do que 12 átomos de carbono em cada molécula. Exemplos de ácidos policarboxílicos adequados são o ácido malônico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido pimélico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido undecanodicarboxílico, e o ácido dodecanodicarboxílico. Exemplos de polióis apropriados para a preparação dos polióis de poliéster são o etilenoglicol, 1,3-propanodiol, 1,4- butanodiol, 1,5-pentanodiol 1,6-hexanodiol, neopentil glicol, 3-metil-1,5- pentanodiol, 1,7-heptanodiol, 1,8-octanodiol, 1,9-nonanodiol, 1,10-decanodiol e 1,12-dodecanodiol. Um poliol de poliéster bifuncional linear com uma temperatura de fusão de cerca de 5°C até cerca de 50°C é um exemplo de um poliol de poliéster específico.

[025] Exemplos de polióis de policarbonato que podem ser utilizados incluem os glicóis de carbonato com dois ou mais grupos hidroxi, produzidos por polimerização de condensação de fosgênio, éster de ácido clorofórmico, dialquil carbonato ou dialil carbonato e polióis alifáticos, ou as suas misturas, de baixos pesos moleculares com não mais do que 12 átomos de carbono em cada molécula. Exemplos de polióis apropriados para a preparação dos polióis de policarbonato são dietileno glicol, 1,3-propanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, neopentil glicol, 3-metil-1,5-pentanodiol, 1,7- heptanodiol, 1,8-octanodiol, 1,9-nonanodiol, 1,10-decanodiol e 1,12- dodecanodiol. Um poliol de policarbonato linear bifuncional com uma temperatura de fusão de cerca de 5°C até cerca de 50°C é um exemplo de um poliol de policarbonato específico.

[026] O componente de di-isocianato pode também incluir um único di-isocianato ou uma mistura de di-isocianatos diferentes, incluindo uma mistura de isômeros de difenilmetano di-isocianatos (MDI) contendo 4,4'- metileno bis(fenil isocianato) e 2,4'-metileno bis(fenil isocianato). Qualquer di- isocianato aromático ou alifático adequado pode ser incluído. Exemplos de di- isocianatos que podem ser utilizados incluem, mas não estão limitados a, 1- isocianato-4-[(4-isocianatofenil)metil]benzeno, 1-isocianato-2-[(4-cianatofenil)metil]benzeno, bis(4-isocianatociclo-hexil)metano, 5-isocianato-1- (isocianatometil)-1,3,3-trimetilciclo-hexano, 1,3-di-isocianato-4-metil-benzeno, 2,2-toluenodi-isocianato, 2,4'-toluenodi-isocianato, e suas misturas. Exemplos de componentes de poli-isocianatos específicos incluem Mondur® ML (Bayer), Lupranate® MI (BASF), e Isonate® 50 O,P'(Dow Chemical), e suas combinações.

[027] Um extensor de cadeia pode ser ou água ou um extensor de cadeia diamina para uma poliuretano-ureia. Combinações de diferentes extensores de cadeia podem ser incluídas dependendo das propriedades desejadas do poliuretano-ureia e da fibra resultante. Exemplos de extensores de cadeia de diamina adequados incluem: hidrazina; 1,2-etilenodiamina; 1,4- butanodiamina; 1,2-butanodiamina; 1,3-butanodiamina; 1,3-diamino-2,2-dimetilbutano; 1,6-hexametilenodiamina; 1,12-dodecanodiamina; 1,2- propanodiamina; 1,3-propanodiamina; 2-metil-1,5-pentanodiamina; 1-amino-3,3,5-trimetil-5-aminometiciclo-hexano; 2,4-diamino 1-metilciclo-hexano; N-metilamino-bis(3-propilamina); 1,2-ciclohexanodiamina; 1,4-ciclohexanodiamina; 4,4'-metileno-bis(ciclo-hexilamina); isoforona diamina; 2,2- dimetil-1,3-propanodiamina; meta-tetrametilxilenodiamina; 1,3-diamino-4-metilciclo-hexano; 1,3-ciclohexano-diamina; 1,1-metileno-bis (4,4’-diamino- hexano); 3-aminometil-3,5,5-trimetilciclo-hexano; 1,3-pentanodiamina (1,3- diaminopentano); m-xilileno diamina; e Jeffamine® (Texaco).

[028] Quando um poliuretano é desejado, o extensor de cadeia é um diol. Exemplos de tais dióis que podem ser utilizados incluem, mas não estão limitados a, etileno glicol, 1,3-propanodiol, 1,2-propileno glicol, 3-metil-1,5- pentanodiol, 2,2-dimetil-1,3-trimetileno diol, 2,2,4-trimetil-1,5-pentanodiol, 2- metil-2-etil-1,3-propanodiol, 1,4-bis(hidroxietoxi)benzeno, e 14-butanodiol e suas misturas.

[029] Um agente de bloqueio que é um álcool monofuncional ou uma dialquilamina monofuncional pode opcionalmente ser incluído para controlar o peso molecular do polímero. Misturas de um ou mais álcoois monofuncionais, com uma ou mais dialquilamina também podem ser incluídas.

[030] Exemplos de álcoois monofuncionais úteis à presente invenção incluem pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste em álcoois primários e álcoois secundários alifáticos e cicloalifáticos com 1 a 18 carbonos, fenol, fenóis substituídos, alquil-fenóis etoxilados e álcoois graxos etoxilados com peso molecular inferior a cerca de 750, incluindo o peso molecular inferior a 500, hidroxiaminas, hidroximetil e hidroxietil aminas terciárias substituídas, compostos heterocíclicos substituídos com hidroximetil e hidroxietil, e combinações dos mesmos, incluindo o álcool furfurílico, álcool tetra- hidrofurfurílico, N-(2-hidroxietil)succinimida, 4-(2-hidroxietil)morfolina, metanol, etanol, butanol, álcool neopentílico, hexanol, ciclo-hexanol, ciclo- hexanometanol, álcool benzílico, octanol, octadecanol, N,N-dietil-hidroxilamina, 2-(dietilamino)-etanol, 2-dimetilaminoetanol, e 4-piperidino-etanol, e suas combinações.

[031] Exemplos de agentes de bloqueio dialquilamina monofuncionais adequados incluem: N,N-dietilamina, N-etil-N-propilamina, N,N- di-isopropilamina, N-terc-butil-N-metilamina, N- terc-butil-N-benzilamina, N,N- diciclo-hexilamina, N-etil-N-isopropilamina, N-terc-butil-N-isopropilamina, N- isopropil-N-ciclo-hexilamina, N-etil-N-ciclo-hexilamina, N,N-dietanolamina e 2,2,6,6-tetrametilpiperidina.

POLÍMEROS NÃO POLIURETANO-UREIA

[032] Outros polímeros que são úteis para a combinação com a fibra aqui descrita incluem outros polímeros que são solúveis ou podem ser incluídos na forma de partículas. Os polímeros solúveis podem ser dissolvidos na solução de poliuretano-ureia ou coextrudidos com a composição de poliuretano-ureia fiada por solução. O resultado da coextrusão pode ser uma fibra bicomponente ou de múltiplos componentes tendo uma seção transversal de lado-a-lado, concêntrica de bainha-núcleo, ou excêntrica de bainha-núcleo, onde um componente é solução de poliuretano-ureia e o outro componente contém outro polímero. Exemplos de outros polímeros solúveis em água incluem poliuretanos (como descrito acima), poliamidas, acrílicos, e, poliaramidas, dentre outros.

[033] Outros polímeros que são úteis com as fibras de componentes múltiplos e/ou de bicomponentes da presente invenção incluem outros polímeros semicristalinos insolúveis incluídos como uma forma de partículas. Poliamidas úteis incluem náilon 6, náilon 6/6, náilon 10, náilon 12, náilon 6/10, e náilon 6/12. Poliolefinas úteis incluem polímeros preparados a partir de monômeros de C2a C20. Isto inclui copolímeros e terpolímeros tais como copolímeros de etileno-propileno. Exemplos de copolímeros de poliolefinas úteis são divulgados na Patente US 6.867.260 para Datta et al., aqui incorporada por referência.

CONFIGURAÇÕES DE SEÇÃO TRANSVERSAL DA FIBRA

[034] Uma variedade de diferentes seções transversais é útil com a invenção de algumas modalidades. Estas incluem um único componente (que pode ser uma mistura de diferentes polímeros), componente ou bicomponente múltiplo de bainha-núcleo concêntrico ou excêntrico e bicomponente ou componente múltiplo lado-a-lado.

[035] Onde seções transversais de bainha-núcleo ou lado-a-lado fornecidas, esta inclui uma área de divisão entre pelo menos duas composições de poliuretano-ureia diferentes em composições. A divisão parece ser uma divisão bem definida em cada uma destas figuras, mas a divisão pode incluir uma região misturada. Sempre que a divisão inclui uma região misturada, a própria divisão é uma região distinta, que é uma mistura das composições da primeira e da segunda (ou terceira, quarta, etc.) regiões. Esta mistura pode ser ou uma mistura homogênea, ou pode incluir um gradiente de concentração a partir da primeira região para a segunda região.

ADITIVOS

[036] As classes de aditivos que podem ser opcionalmente incluídas nas composições de poliuretano-ureia estão listadas abaixo. Uma lista exemplar e não limitativa está incluída. No entanto, os aditivos adicionais são bem conhecidos na técnica. Exemplos incluem: antioxidantes, estabilizadores de UV, corantes, pigmentos, agentes de reticulação, materiais de mudança de fase (cera de parafina), agentes antimicrobianos, minerais (isto é, cobre), aditivos microencapsulados (isto é, aloe vera, gel de vitamina E, aloe vera, algas marinhas, nicotina, cafeína, essências ou aromas), nanopartículas (isto é, sílica ou carbono), nano-argila, carbonato de cálcio, talco, retardadores de chama, aditivos antiaderentes, aditivos resistentes à degradação por cloro, vitaminas, medicamentos, fragrâncias, aditivos condutores eletricamente, agentes com capacidade de coloração e/ou auxiliares de corantes (tais como sais de amônio quaternário). Outros aditivos que podem ser adicionados às composições de poliuretano-ureia incluem promotores de adesão, agentes antiestáticos, agentes antifluência, iluminadores ópticos, agentes de coalescência, aditivos eletrocondutores, aditivos luminescentes, lubrificantes, agentes de enchimento orgânicos e inorgânicos, conservantes, agentes de texturização, aditivos termocrômicos, repelentes de insetos, e agentes umectantes, estabilizadores (fenóis impedidos, óxido de zinco, amina impedida), agentes de deslizamento (óleo de silicone) e suas combinações.

[037] O aditivo pode proporcionar uma ou mais propriedades benéficas que incluem: capacidade de coloração, hidrofobicidade (isto é, politetrafluoroetileno (PTFE)), hidrofilicidade (isto é, celulose), controle de fricção, resistência ao cloro, resistência à degradação (isto é, antioxidantes), capacidade de adesão e/ou fusão (isto é, adesivos e promotores de adesão), retardamento à chama, comportamento antimicrobiano (sal de prata, cobre, amônio), barreira, condutividade elétrica (negro de fumo), propriedades de tração, cor, luminescência, capacidade de reciclagem, capacidade de ser biodegradável, fragrância, controle de adesão (isto é, estearatos metálicos), propriedades táteis, capacidade de deformar, regulação térmica (isto é, materiais de mudança de fase), nutracêuticos, deslustrante tais como dióxido de titânio, estabilizadores, tais como hidrotalcita, uma mistura de huntita e hidromagnesita, estabilizantes UV, e suas combinações.

[038] As fibras de spandex de bicomponentes também podem ser preparadas por capilares separados para formar filamentos separados que são subsequentemente coalescidos para formar uma única fibra.

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FIBRAS

[039] A fibra de algumas modalidades é produzida pela fiação por solução (ou fiação úmida ou fiação a seco) do polímero de poliuretano-ureia a partir de uma solução com solventes convencionais de polímero de uretano (por exemplo, DMAc). As soluções de polímero de poliuretano-ureia podem incluir qualquer uma das composições ou aditivos descritos acima. O polímero é preparado por reação de um di-isocianato orgânico com glicol apropriado, a uma razão molar de di-isocianato para glicol na faixa de 1,6 a 2,3, de preferência 1,8 a 2,0, para produzir um “glicol capeado”. O glicol capeado é então reagido com uma mistura de extensores de cadeia de diamina. No polímero resultante, os segmentos flexíveis são as partes de poliéter/uretano da cadeia de polímero. Estes segmentos macios apresentam temperaturas de fusão inferior a 60°C. Os segmentos duros são as partes de poliuretano/ureia das cadeias de polímero; estes têm temperaturas de fusão mais elevada do que 200°C. Os segmentos duros quantificam para 5,5 a 9%, de preferência, 6 a 7,5%, do peso total do polímero.

[040] Em uma modalidade de preparação das fibras, as soluções de polímero contendo 30-40% de polímeros sólidos são medidas através de arranjo desejado de placas de distribuição e orifícios para formar filamentos. Os filamentos extrudidos são secos por introdução de gás quente inerte a 300°C- 400°C e uma proporção em massa de gás:polímero de pelo menos 10:1 e extraídos a uma velocidade de pelo menos 400 metros por minuto (de preferência pelo menos 600 m/min) e em seguida, bobinados a uma velocidade de pelo menos 500 metros por minuto (de preferência pelo menos 750 m/min). As condições de processo padrão são bem conhecidas na técnica.

[041] Fios formados a partir de fibras elásticas feitas de acordo com a presente invenção têm, geralmente, uma tenacidade à ruptura de pelo menos 0,6 cN/dtex, um alongamento à ruptura de pelo menos 400%, um módulo de descarga em 300% de alongamento de pelo menos 27 mg/dtex.

[042] Propriedades de resistência e elásticas do spandex foram medidas de acordo com o método geral de ASTM D 2731-72. Para os exemplos apresentados nas Tabelas abaixo, os filamentos de spandex tendo um comprimento de medida de 5 cm foram ciclados entre 0% e 300% de alongamento a uma taxa de alongamento constante de 50 cm por minuto. Módulo foi determinado como a força em 100% (M100) e o alongamento de 200% (M200) no primeiro ciclo e é expresso em gramas. O módulo não carregado (U200) foi determinado a 200% de alongamento no quinto ciclo e é reportado nas Tabelas em gramas. O percentual de alongamento na ruptura e força na ruptura foi medido no sexto ciclo de extensão.

[043] O percentual de distorção foi determinado como o alongamento restante entre os quinto e sexto ciclos como indicado pelo ponto em que a quinta curva sem carga voltou à tensão substancialmente zero. O percentual de distorção foi medido 30 segundos após as amostras serem submetidas a cinco ciclos de alongamento/relaxamento de 0-300%. A distorção percentual foi então calculada como % Distorção=100 (Lf-Lo)/Lo, onde Lo e Lf são o comprimento do filamento (fio), quando mantido reto sem tensão, antes de (Lo) e após (Lf), os cinco ciclos de alongamento/relaxamento.

[044] As características e vantagens da presente invenção são mais completamente ilustradas através dos exemplos seguintes que são proporcionados para fins de ilustração, e não devem ser interpretados como limitando a invenção de qualquer forma.

[045] Embora tenha sido descrito o que se acredita presentemente serem as modalidades preferidas da invenção, os especialistas na técnica compreenderão que alterações e modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito da invenção e pretende-se que incluam todas essas alterações e modificações que estejam dentro do verdadeiro escopo da invenção.

Claims

1. MÉTODO PARA PREPARAR UMA FIBRA ELASTOMÉRICA, caracterizado por compreender: (a) proporcionar uma composição de glicol polimérico a partir de um bioderivado de butanodiol; (b) contatar a referida composição de glicol polimérica com pelo menos um di-isocianato; (c) dissolver o glicol capeado em um solvente para fornecer uma solução de glicol capeado; (d) contatar a solução de glicol capeado com uma composição de extensor de cadeia; e (e) fiação da solução para formar a fibra elastomérica; em que a referida composição de glicol polimérico inclui pelo menos um glicol polimérico que é preparado utilizando um 1,4-butanodiol bioderivado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida fibra elastomérica ser spandex.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo referido 1,4-butanodiol bioderivado ser convertido em tetra-hidrofurano antes da polimerização para formar um glicol polimérico.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo referido glicol polimérico ser um copolímero de tetra-hidrofurano e, pelo menos, um membro do grupo constituindo em óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de trimetileno, 3-metiltetra-hidrofurano, e suas combinações.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo referido di-isocianato incluir pelo menos um di-isocianato selecionado a partir do grupo que consiste em 4,4’-metileno bis(fenil isocianato), 2,4’-metileno bis(fenil isocianato) 1-isocianato-4-[(4-isocianatofenil)metil]benzeno, 1-isocianato-2-[(4- cianatofenil)metil]benzeno, bis(4-isocianatociclo-hexil)metano, 5-isocianato-1- (isocianatometil)-1,3,3-trimetilciclo-hexano, 1,3-di-isocianato-4-metil-benzeno, 2,2'-toluenodi-isocianato, 2,4'-toluenodi-isocianato, e suas misturas.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida composição de extensor de cadeia incluir pelo menos um extensor de cadeia de diol ou de diamina.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida composição de extensor de cadeia incluir pelo menos um extensor de cadeia de diamina selecionado do grupo que consiste em hidrazina; 1,2- etilenodiamina; 1,4-butanodiamina; 1,2-butanodiamina; 1,3-butanodiamina; 1,3- diamino-2,2-dimetilbutano; 1,6-hexametilenodiamina; 1,12-dodecanodiamina; 1,2-propanodiamina; 1,3-propanodiamina; 2-metil-1,5-pentanodiamina; 1- amino-3,3,5-trimetil-5-aminometilciclo-hexano; 2,4-diamino-1-metilciclo-hexano; N-metilamino-bis(3-propilamina); 1,2-ciclo-hexanodiamina; 1,4-ciclo- hexanodiamina; 4,4'-metileno-bis(ciclo-hexilamina); isoforona diamina; 2,2- dimetil-1,3-propanodiamina; meta-tetrametilxilenodiamina; 1,3-diamino-4- metilciclo-hexano; 1,3-ciclo-hexano-diamina; 1,1-metileno-bis(4,4’-diamino- hexano); 3-aminometil-3,5,5-trimetilciclo-hexano; 1,3-pentanodiamina (1,3- diaminopentano); m-xilileno diamina e as suas combinações.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida solução compreender adicionalmente um agente de bloqueio.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida solução compreender ainda pelo menos um aditivo selecionado a partir do grupo que consiste em antioxidantes, estabilizadores de UV, corantes, pigmentos, agentes de reticulação, materiais de mudança de fase, antimicrobianos, minerais, aditivos microencapsulados, nanopartículas (isto é, sílica ou carbono), nano-argila, carbonato de cálcio, talco, retardadores de chama, aditivos antiaderente, aditivos resistentes à degradação por cloro, vitaminas, medicamentos, fragrâncias, aditivos eletricamente condutivos, agentes com capacidade de coloração e/ou auxiliares de corantes e combinações mesmos.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida solução compreender ainda um aditivo selecionado a partir do grupo que consiste em promotores de adesão, agentes antiestáticos, agentes antifluência, iluminadores ópticos, agentes de coalescência, aditivos eletrocondutores, aditivos luminescentes, lubrificantes, agentes de enchimento inorgânicos e orgânicos, conservantes, agentes de texturização, aditivos termocrômicos, repelentes de insetos, e agentes umectantes, estabilizantes (fenóis impedidos, óxido de zinco, amina impedida), agentes de deslizamento (óleo de silicone) e suas combinações.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida solução compreender ainda um aditivo que proporciona uma propriedade benéfica selecionada a partir do grupo que consiste em capacidade de coloração, hidrofobicidade (isto é, politetrafluoroetileno (PTFE)), hidrofilicidade (isto é, celulose), controle de fricção, resistência ao cloro, resistência à degradação (isto é, antioxidantes), capacidade de adesão e/ou fusão (isto é, adesivos e promotores de adesão), retardamento à chama, comportamento antimicrobiano (sal de prata, cobre, amônio), barreira, condutividade elétrica (negro de fumo), propriedades de tração, cor, luminescência, capacidade de reciclagem, capacidade de ser biodegradável, fragrância, controle de adesão (isto é, estearatos de metal), propriedades táteis, capacidade de deformação, regulação térmica (isto é, materiais de mudança de fase), nutracêuticos, deslustrantes tais como dióxido de titânio, estabilizadores, tais como hidrotalcita, um mistura de huntita e hidromagnesita, estabilizantes UV, e suas combinações.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo referido spandex ter um alongamento na ruptura de pelo menos 400%.