CN101400838A - 基于热塑性聚氨酯的非织造织物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于热塑性聚氨酯的纤维状非织造织物,其特征在于该热塑性聚氨酯的结晶温度为130℃-220℃,并且该热塑性聚氨酯基于脂族异氰酸酯。

Description

基于热塑性聚氨酯的非织造织物
本发明涉及基于热塑性聚氨酯的非织造织物,其中热塑性聚氨酯的结晶温度为130℃-220℃,优选140℃-200℃,更优选150℃-200℃,并且该热塑性聚氨酯基于脂族异氰酸酯。本发明还涉及基于热塑性聚氨酯的非织造织物,其中所述热塑性聚氨酯可以通过(a)异氰酸酯与(b1)熔点大于150℃的聚酯二醇、(b2)各自熔点小于150℃且分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇和(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇进行反应而获得,其中分子量为62-500克/摩尔的二醇(c)与组分(b2)的摩尔比优选为0.1-0.01。本发明还涉及基于热塑性聚氨酯的非织造织物,其中该热塑性聚氨酯可以通过以下步骤获得:
(i)使热塑性聚酯与二醇(c)反应,然后
(ii)合适的话在(d)催化剂和/或(e)助剂的存在下,使来自步骤(i)的反应产物以及(b2)各自熔点小于150℃且分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇和合适的话另外的(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇一起与(a)异氰酸酯反应,其中来自步骤(i)的反应产物包含(b1)熔点大于150℃的聚酯二醇和合适的话(c)二醇。
本发明还涉及制造该非织造织物的方法。
非织造织物是通过机械、化学、热或溶剂工艺技术或这些技术的任何结合将纤维粘附或粘合在一起或粘附和粘合在一起制成的非织造织物结构。聚合物非织造织物主要在连续方法中制造。在此尤其可以提到熔喷法和纺粘法。在这些方法中,聚合物在挤出机中熔融,并被泵送到纺丝箱体。现有技术的非织造方法在高生产率下操作,使用宽达5米的纺丝箱体,并且能够连续生产非织造织物。
以熔喷法和纺粘法生产非织造织物主要使用聚丙烯和聚酯。但是由这些塑料制成的非织造织物没有弹性。这就是为何近年来人们致力于使用热塑性聚氨酯(下文中也称为TPU)来制造非织造织物。热塑性聚氨酯是在结构材料加工和使用的典型温度范围内反复受热和冷却后仍保持热塑性的聚氨酯。聚氨酯的热塑性描述了聚氨酯的这样一种性能,即在对于聚氨酯来说典型的150℃-300℃温度范围内,聚氨酯反复地受热软化和受冷硬化,并且在软化状态可反复地通过流动模制成中间或最终制品,成为模制件、挤出件或成形件。基于TPU的非织造织物以极高弹性、良好回复性、低残余伸长率和拉伸强度著称。
芳族热塑性聚氨酯是基于芳族异氰酸酯如4,4’-MDI的TPU。脂族TPU是基于脂族异氰酸酯如1,6-HDI的TPU。
非织造织物适合多种不同应用,例如用于卫生领域,比如用于尿布和一次性绒布;也可以用于工业领域,如用于过滤装置;用于医学领域;用于结构工程和民用工程,例如用于土工织物和屋面衬垫材料。
尤其在卫生领域、用于织物以及在医学领域,非织造织物一个非常重要的性能指标是它们的耐光性,因为消费者认为发黄的非织造织物“不卫生”或“质量差”,而他们认为白色的非织造织物“卫生并且质量好”。耐光性是任何种类的材料(织物、印刷物、塑料、陶瓷等)在所有的加工阶段中抵抗由于直接曝露于日光而非直接曝露于天候而造成的颜色变化的能力。
由于它们的化学结构不同,塑料通常对于紫外光和热损坏具有不同的稳定性,或对于环境因素产生的损坏具有不同的稳定性。但是还是需要使所有塑料的应用领域尽可能宽,也就是需要提高塑料对环境造成的损坏的稳定性,例如由于热、日光或紫外光造成的损坏。
公知的方法是使用稳定剂来保护塑料。例如塑料可以用如下混合物来保护以免受紫外线损坏:由抗氧化剂(AO)和受阻胺光稳定剂(HALS)组成的混合物;或由紫外吸收剂和酚类抗氧化剂组成的混合物;或由酚类抗氧化剂、HALS和紫外吸收剂组成的混合物。由于包含稳定添加剂的塑料获得了明显的性能改进,目前可以市购得到种类繁多的稳定剂和稳定剂组合。这些化合物的例子在Plastics Additive Handbook,第5版,H.Zweifel编辑,Hanser Publishers,Munich,2001([1]),98-136页中给出。
在WO 03/031506中描述了TPU用各种稳定剂的结合进行良好稳定化的例子。
但是,非常有效稳定化的芳族TPU常常被认为耐光性不足。因此,近年来人们加速了对脂族TPU的开发。脂族TPU的化学结构使得它们不形成任何生色团,因此它们不会变色。因此脂族TPU越来越广泛地用于例如汽车构造。
但是令人惊奇的是,脂族TPU不能制造高质量的非织造织物,因为在加工中必须使用高达240℃的非常高TPU温度和高达270℃的热空气温度。因此,TPU长丝在其从模头到收集带的路上不结晶。仍然可变形的纤维粘在一起,并且非织造织物产生不合意的塑料材质手感,这被认为是非织物。此外,这种非织造织物的机械性能也差。
本发明的目的是制造具有舒服的织物手感的耐光性TPU非织造织物,其易于加工并具有良好的机械性能,特别是具有良好的断裂伸长。
申请人发现本文开头定义的非织造织物达到了这些目的。
本发明非织造织物的值得关注之处在于所用的热塑性聚氨酯具有快速固化特性。这是指随着熔融纱冷却,TPU在高温下经历快速结晶,这导致纤维的早期稳定化。因此,产品可在常规设备中加工以获得具有织物手感的非织造织物。织物手感在本文中的意思是非织造织物的触感对应于纺织或编织织物的触感。织物手感的相反状况例如可以是塑料材质手感,这种情况下非织造织物感觉像塑料膜。
特别优选的热塑性聚氨酯为光学透明、快速固化的单相熔体,并且由于部分结晶的聚酯硬相,形成略微不透明至不透明的白色模制品。
确定本发明热塑性聚氨酯的结晶温度是公知技术,优选通过DSC(动态扫描量热法)使用Perkin Elmer DSC 7进行,使用以下温度程序处理热塑性聚氨酯:
1.在25℃保持0.1分钟
2.以40K/分钟从25℃加热到100℃
3.在100℃保持10分钟
4.以20K/分钟从100℃冷却到-80℃
5.在-80℃保持2分钟
6.以20K/分钟从-80℃加热到230℃
7.在230℃保持1分钟
8.以20K/分钟从230℃冷却到-80℃,结晶温度被认为是在该温度下,冷却过程中的样品放热通量具有最大值。
非织造织物是按方向排列或随机布置的纤维形成的层、网和/或成卷物,利用摩擦力和/或粘结力和/或粘合力结合在一起。非织造织物也称为无纺布。
已经通过加入连接纱或长丝进行编织、针织、簇绒、缝编的,或通过湿毡合操作毡合的纸或制品优选不被看作本发明的非织造织物。
在一个优选实施方案中,当一种材料超过50质量%,特别是60-90质量%的纤维组分由长径比超过300,特别是超过500的纤维组成时,该材料被认为是本发明非织造织物。
优选其中热塑性聚氨酯硬度为50Shore A-80Shore D,更优选60Shore A-60Shore D,特别是60Shore A-95Shore A的非织造织物。
在一个优选实施方案中,非织造织物的单纤维直径范围为50-0.1微米,优选10-0.5微米,特别是7-0.5微米。
在一个优选实施方案中,根据ISO 9073-2测定的非织造织物厚度范围为0.01-5毫米(mm),更优选为0.1-2mm,还更优选0.15-1.5mm。
在一个优选实施方案中,根据ISO 9073-1测定的每单位面积非织造织物质量范围为5-500克/平方米,更优选10-250克/平方米,还更优选15-150克/平方米。
非织造织物还可以另外进行机械结合。机械结合可以采用单侧或双侧机械结合形式,优选双侧机械结合。
除了上述的机械结合,非织造织物可以进一步进行热结合。例如,可以通过用热空气处理非织造织物或通过压延非织造织物进行热结合。优选压延非织造织物。
在一个优选实施方案中,根据DIN EN 12127测定的所用非织造织物的纵向断裂伸长率为20-2000%,优选100-1000%,特别是200-1000%。
所用的非织造织物基于热塑性聚氨酯,即使用热塑性聚氨酯制备。这表示所用的非织造织物包含热塑性聚氨酯,优选作为基本组分。一个优选实施方案使用以非织造织物的总重量计包含60-100重量%,更优选超过80重量%,特别是超过97重量%热塑性聚氨酯的非织造织物。
除了热塑性聚氨酯,所用的非织造织物可以进一步包含其它聚合物或助剂,例如聚丙烯、聚乙烯和/或聚苯乙烯和/或聚苯乙烯共聚物如苯乙烯-丙烯腈共聚物。
热塑性聚氨酯,在此也称为TPU,以及其制备方法为本领域所公知。通常TPU通过(a)异氰酸酯与(b)分子量(Mw)范围通常为500-10000,优选500-5000,更优选800-3000的异氰酸酯反应性化合物和(c)分子量范围为50-499的增链剂,合适的话在(d)催化剂和/或(e)常规添加剂的存在下反应制得。
以下通过实施例描述优选聚氨酯的起始组分和制备优选聚氨酯的方法。现在通过实施例描述组分(a)、(b)、(c)以及合适的话在聚氨酯制备中常用的(d)和/或(e)。
有用的脂族异氰酸酯(a)包括公知的异氰酸酯,优选二异氰酸酯,例如三-、四-、五-、六-、七-和/或八亚甲基二异氰酸酯,2-甲基五亚甲基1,5-二异氰酸酯,2-乙基亚丁基1,4-二异氰酸酯,1,5-亚戊基二异氰酸酯,1,4-亚丁基二异氰酸酯,1-异氰酸酯基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI),1,4-和/或1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷(HXDI),1,4-环己烷二异氰酸酯,1-甲基-2,4-和/或2,6-环己烷二异氰酸酯,和/或4,4’-、2,4’-和2,2’-二环己基甲烷二异氰酸酯,更优选1-异氰酸酯基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI)和/或六亚甲基二异氰酸酯(HDI),特别是六亚甲基二异氰酸酯。
有用的异氰酸酯反应性化合物(b)包括公知的异氰酸酯反应性化合物,例如聚酯醇类、聚醚醇类和/或聚碳酸酯二醇,它们通常为被归类为“多元醇”,其分子量为500-8000,优选600-6000,特别是800-小于3000,并且优选相对于异氰酸酯的平均官能度为1.8-2.3,优选1.9-2.2,特别是2。
有用的聚醚醇类进一步包括所谓的低不饱和度聚醚醇类。用于本发明的低不饱和度聚醚醇类具体而言是含有少于0.02meg/g,优选小于0.01meg/g不饱和化合物的聚醚醇。
这类聚醚醇的制备通常通过将烯化氧,特别是环氧乙烷、环氧丙烷及其混合物,在高活性催化剂存在下加成到上述二醇或三醇上。这种高活性催化剂的例子有氢氧化铯和多金属氰化物催化剂,也称为DMC催化剂。六氰基钴酸锌是常用的DMC催化剂。在反应后DMC催化剂可以留在聚醚醇中,但是通常将其取出,例如通过沉降或过滤。
还可以使用分子量为500-10000克/摩尔,优选1000-5000克/摩尔,特别是2000-3000克/摩尔的聚丁二烯二醇。使用这些多元醇制备的TPU在热塑性加工后可以辐射交联。这导致较好的烧尽性能。
多种多元醇的混合物可以代替单一多元醇使用。
有用的增链剂(c)包括公知的脂族、芳脂族、芳族和/或环脂族化合物,其分子量范围为50-499,优选2-官能化合物,例子为二胺和/或在亚烷基中有2-10个碳原子的链烷二醇,特别是1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇和/或具有3-8个碳原子的二-、三-、四-、五-、六-、七-、八-、九-和/或十亚烷基二醇,优选对应的低聚和/或聚丙二醇,还包括增链剂的混合物。
组分a)-c)更优选为双官能化合物,即二异氰酸酯(a),双官能多元醇,优选聚醚醇类(b)和双官能增链剂,优选二醇。
尤其加速二异氰酸酯(a)的NCO基团与结构单元组分(b)和(c)的羟基之间反应的可用催化剂(d)是现有技术中已知的常规叔胺,例如三乙胺、二甲基环己胺、N-甲基吗啉、N,N’-二甲基哌嗪、2-(二甲基氨基乙氧基)乙醇、二氮杂双环-(2,2,2)-辛烷等,以及具体还有有机金属化合物如钛酯,铁化合物如乙酰丙酮化铁(III),锡化合物如双乙酸锡、双辛酸锡、双月桂酸锡,或脂族羧酸的二烷基锡盐,如二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁锡等。催化剂的通常用量为每100重量份多羟基化合物(b)使用0.0001-0.1重量份。
除了催化剂(d),常规助剂和/或添加剂(e)也可以加入到结构单元组分(a)-(c)中。可以提及的是例如发泡剂、表面活性物质、成核剂、滑移和脱模助剂、染料和颜料、抗氧化剂,例如抵抗水解、光、热或变色,无机和/或有机填料、阻燃剂、增强剂和增塑剂、金属去活化剂。在一个优选实施方案中,组分(e)还包含水解稳定剂如聚合的和低分子量碳二亚胺。特别优选用作阻燃剂的三聚氰胺氰脲酸酯存在于本发明材料中的热塑性聚氨酯中。以TPU的总重量计,三聚氰胺氰脲酸酯的优选用量为0.1-60重量%,更优选5-40重量%,特别是15-25重量%。优选热塑性聚氨酯包含三唑和/或三唑衍生物以及抗氧化剂,以热塑性聚氨酯总重量计含量为0.1-5重量%。有用的抗氧化剂是在要保护的塑料中抑制或阻止不想要的氧化过程的常见物质。通常抗氧化剂通过商业途径获得。抗氧化剂的例子是位阻酚、芳族胺、硫代增效剂、三价磷的有机磷化合物和受阻胺光稳定剂。位阻酚的例子可以在Plastics Additive Handbook(塑料添加剂手册),第5版,H.Zweifel编辑,Hanser Publishers,Munich,2001([1]),98-107页和116-121页找到。芳族胺的例子可以在[1]的第107-108页找到。硫代增效剂的例子在[1]的第104-105页和112-113页中给出。亚磷酸酯的例子在[1]的第109-112页找到。受阻胺光稳定剂的例子在[1]的第123-136页给出。优选使用酚类抗氧化剂。在一个优选实施方案中,抗氧化剂,特别是酚类抗氧化剂的摩尔质量大于350克/摩尔,更优选大于700克/摩尔,并且最大的摩尔质量<10000克/摩尔,优选<3000克/摩尔。进一步优选它们的熔点小于180℃。进一步优选使用非晶态或液态抗氧化剂。
除了所述组分a)、b)和c)以及合适的话d)和e),还可以使用分子量通常为31-3000的链长调节剂。这种链长调节剂是只有一个异氰酸酯反应性官能团的化合物,例如单官能醇、单官能胺和/或单官能多元醇。这种链长调节剂使得可以调节TPU的流动特性具体至特定值。以100重量份组分b)计,链长调节剂的用量通常为0-5重量份,优选0.1-1重量份,并且从定义上落入组分(c)的范围内。
为了调节TPU的硬度,结构单元组分(b)和(c)可以在相对宽的摩尔比中变化。有用的是组分(b)对于增链剂(c)总量的摩尔比范围为10:1-1:10,特别是1:1-1:4。随着(c)含量增加,TPU的硬度增加。
热塑性聚氨酯优选具有的粘数(在苯酚/氯苯中测量)至少为100立方厘米/克,优选100-1000立方厘米/克,更优选200-600立方厘米/克,特别是250-500立方厘米/克。
本发明非织造织物优选使用WO 03/014179中描述的TPU制备,条件是这些TPU基于脂族异氰酸酯。这些特别优选的TPU将在下文详尽描述,它们的优点是所用的热塑性聚氨酯具有快速固化特性,即在熔体的高温下具有非常良好的结晶性能。这使得可以在常规设备上加工热塑性聚氨酯以获得具有织物手感的非织造织物。织物手感在本文中的意思是非织造织物的触感对应于纺织或编织织物的触感。织物手感的相反状况例如可以是塑料材质手感,这种情况下非织造织物感觉像塑料膜。
这些特别优选的TPU优选可以通过(a)异氰酸酯与(b1)熔点大于越150℃的聚酯二醇、(b2)各自熔点小于150℃且分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇和(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇进行反应而获得。优选其中分子量为62-500克/摩尔的二醇(c)与组分(b2)的摩尔比小于0.2,更优选在0.1-0.01之间的热塑性聚氨酯。特别优选其中优选分子量为1000-5000克/摩尔的聚酯二醇(b1)具有如下结构单元(I)的热塑性聚氨酯:
Figure A200780008263D00111
其中R1、R2、R3和X定义如下:
R1:具有2-15个碳原子的碳骨架,优选具有2-15个碳原子的亚烷基和/或具有6-15个碳原子,更优选具有6-12个碳原子的二价芳基
R2:具有2-8个碳原子,优选具有2-6个碳原子,更优选具有2-4个碳原子的直链或支化亚烷基,特别是-CH2-CH2-和/或-CH2-CH2-CH2-CH2-,
R3:具有2-8个碳原子,优选具有2-6个碳原子,更优选具有2-4个碳原子的直链或支化亚烷基,特别是-CH2-CH2-和/或-CH2-CH2-CH2-CH2-,
X:5-30的整数。上述优选的熔点和/或优选的分子量在该优选实施方案中基于所述结构单元(I)。
本文中“熔点”指的是使用市售DSC仪器(如来自Perkin-Elmer的DSC7)测量的加热曲线的熔融峰最大值。
在此报告的分子量是数均分子量,单位为[克/摩尔]。
这些特别优选的热塑性聚氨酯优选可以通过以下方法制备,在第一步骤(i)中使优选高分子量、优选部分结晶的热塑性聚酯与二醇(c)反应,然后在第二反应(ii)中合适的话在(d)催化剂和/或(e)助剂的存在下,使来自步骤(i)的反应产物以及(b2)各自熔点小于150℃且分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇和合适的话另外的(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇一起与(a)异氰酸酯反应,其中来自步骤(i)的反应产物包含(b1)熔点大于150℃的聚酯二醇和合适的话(c)二醇。
对于反应(ii),分子量为62-500克/摩尔的二醇(c)与组分(b2)的摩尔比优选小于0.2,更优选0.1-0.01。
步骤(i)通过步骤(i)中使用的聚酯向最终产物提供了硬相,而软相通过在步骤(ii)中使用组分(b2)而构建。优选的技术教导是具有显著的有效结晶硬相结构的聚酯在反应挤出机中优先熔融,并且最初以低分子量二醇降解以形成具有游离羟基端基的较短聚酯。在该方法中聚酯的最初高结晶趋向被保留,并且其随后可以在快速进行的反应中用于获得具有有利性能的TPU,即高拉伸强度值、低磨耗值以及由于高和窄熔融范围造成的高耐热变形性和低压力形变残留。该优选方法因此使优选高分子量、部分结晶的热塑性聚酯在合适条件下在短的反应时间内用低分子量二醇(c)降解为快速结晶的聚酯二醇(b1),其随后与其它聚酯二醇和/或聚醚二醇和二异氰酸酯一起掺入高分子量聚合物链中。
所用的热塑性聚酯,即在与二醇(c)反应(i)前的热塑性聚酯,优选分子量为15000-40000克/摩尔,还优选其熔点高于160℃,更优选在170℃-260℃的范围内。
优选以熔融状态,更优选在230℃-280℃的温度下在步骤(i)中与二醇(c)优选反应0.1分钟至4分钟,更优选0.3分钟至1分钟的起始聚酯可以是任何公知的、优选高分子量、优选部分结晶的热塑性聚酯,例如呈粒化形式。合适的聚酯基于例如脂族、环脂族、芳脂族和/或芳族二羧酸,例如乳酸和/或对苯二甲酸,以及脂族、环脂族、芳脂族和/或芳族二醇,例如1,2-乙二醇、1,4-丁二醇和/或1,6-己二醇。
特别优选的聚酯是聚-L-乳酸和/或聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯,特别是聚对苯二甲酸丁二醇酯。
从所述原料制备这些酯是公知技术,已经被广泛描述。另外也可以通过商业途径得到合适聚酯。
所述热塑性聚酯优选在180℃-270℃的温度下熔融。与二醇(c)的反应(i)优选在230℃-280℃,优选240℃-280℃的温度下进行。
在步骤(i)中用于与热塑性聚酯反应的二醇(c)以及合适的话在步骤(ii)中使用的二醇(c)可以是分子量为62-500克/摩尔的任何公知二醇,例如以下描述的那些,例子有乙二醇、1,3-丙二醇,1,4-丁二醇,1,5-戊二醇,1,6-己二醇、庚二醇、辛二醇,优选1,4-丁二醇和/或1,2-乙二醇。
在步骤(i)中热塑性聚酯对二醇(c)的重量比通常在100:1.0到100:10的范围内,优选在100:1.5到100:8.0的范围内。
在反应步骤(i)中热塑性聚酯与二醇(c)的反应优选在常规催化剂的存在下进行,该催化剂如下文描述的那些。优选在该反应中使用基于金属的催化剂。在步骤(i)中的反应优选在存在以二醇(c)重量计0.1-2重量%催化剂的条件下进行。在这些催化剂存在下的反应有利地使得该反应可以在反应器如反应挤出机中以较短的停留时间进行。
用于该反应步骤(i)的催化剂包括例如原钛酸四丁酯和/或二辛酸锡(II),优选二辛酸锡。
作为反应产物从(i)中获得的聚酯二醇(b1)的分子量范围优选为1000-5000克/摩尔。作为反应产物从(i)中获得的聚酯二醇的熔点优选在150℃-260℃的范围内,特别是在165-245℃的范围内,即在步骤(i)中热塑性聚酯与二醇(c)的反应产物包含具有所述熔点的化合物,它们被用于后续步骤(ii)。
在步骤(i)中热塑性聚酯与二醇(c)的反应通过酯交换使二醇(c)将聚酯的聚合物链断开。因此TPU的反应产物具有游离羟基端基,并优选进一步在此后的步骤(ii)中处理形成实际产物TPU。
来自步骤(i)的反应产物在步骤(ii)中的转化优选通过向来自步骤(i)的反应产物中添加(a)异氰酸酯(a)以及(b2)各自熔点小于150℃且分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇、合适的话另外的(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇、(d)催化剂和/或(e)助剂而进行。所述反应产物与异氰酸酯的反应通过在步骤(i)中形成的羟基端基进行。在步骤(ii)中的反应优选在190-250℃的温度下进行优选0.5-5分钟,更优选进行0.5-2分钟,该反应优选在反应挤出机中进行,更优选在进行步骤(i)的相同反应挤出机中进行。例如,步骤(i)的反应可以在常规挤出反应器的第一机筒部分进行,加入组分(a)和(b2)之后,相应步骤(ii)的反应在下游点,即下游机筒部分进行。例如,反应挤出机最初的30-50%长度可以用于步骤(i),而剩下的50-70%用于步骤(ii)。
步骤(ii)中的反应优选以异氰酸酯基团相对于异氰酸酯反应性基团过量的条件进行。在反应(ii)中异氰酸酯基团对羟基的比例优选在1:1-1.2:1的范围内,更优选在1.02:1-1.2:1的范围内。
反应(i)和(ii)优选在公知的反应挤出机中进行。这些反应挤出机以实例的形式在Werner & Pfleiderer的公司出版物中描述,在DE-A2302564中也有描述。
进行该优选工艺的方法优选使得至少一种热塑性聚酯如聚对苯二甲酸丁二醇酯计量加入反应挤出机的第一机筒部分,并且优选在180℃-270℃,优选240℃-270℃的温度范围内熔融,然后在接下来的机筒部分中加入二醇(c),例如丁二醇,优选还加入酯交换催化剂,聚酯在240℃-280℃的温度下被二醇(c)降解,得到具有羟基端基且分子量为1000-5000克/摩尔的聚酯低聚物,然后在接下来的机筒部分中计量加入异氰酸酯(a)以及(b2)分子量为501-8000克/摩尔的异氰酸酯反应性化合物和合适的话(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇、(d)催化剂和/或(e)助剂,然后在190-250℃的温度下,构造形成优选的热塑性聚氨酯。
在步骤(ii)中优选没有(i)的反应产物中存在的(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇以外的(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇。
在热塑性聚酯熔融的区域,反应挤出机优选具有中性和/或反向输送捏合块和反向输送元件,在热塑性聚酯与二醇反应的区域中,优选在螺杆上具有与反向输送元件结合的混合元件以及带齿圆盘和/或带齿混合元件。
在反应挤出机的下游,透明熔体通常通过齿轮泵输送到水下造粒机进行造粒。
在最终产物中,即在热塑性聚氨酯中,热塑性聚酯的分数优选在5-75重量%的范围内。优选的热塑性聚氨酯更优选是包含10-70重量%(i)的反应产物,10-80重量%(b2)和10-20重量%(a)的混合物的反应产物,这些重量百分数以包含(a)、(b2)、(d)、(e)和来自(i)的反应产物的混合物总重量计。
优选的热塑性聚氨酯优选具有如下结构单元(II):
Figure A200780008263D00151
其中R1、R2、R3和X定义如下:
R1:具有2-15个碳原子的碳骨架,优选具有2-15个碳原子的亚烷基和/或具有6-15个碳原子的芳基
R2:具有2-8个碳原子,优选具有2-6个碳原子,更优选具有2-4个碳原子的直链或支化亚烷基,特别是-CH2-CH2-和/或-CH2-CH2-CH2-CH2-,
R3:使用各自分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇作为(b2)与二异氰酸酯反应产生的基团,或使用具有2-12个碳原子的链烷二醇与二异氰酸酯反应产生的基团,
X:5-30的整数,
n、m:5-20的整数。
基团R1由所用的异氰酸酯限定,基团R2由(i)中二醇(c)与热塑性聚酯的反应产物限定,基团R3由在TPU的制备中起始组分(b2)和合适的话(c)限定。
包含热塑性聚氨酯的非织造织物通常可以通过常规的熔喷法或纺粘法从上述热塑性聚氨酯制备。熔喷法和纺粘法是本领域已知的技术。
不同方法中形成的非织造织物其机械性能和一致性不同。纺粘法制造的非织造织物水平方向和垂直方向均特别稳定,但是具有开孔结构。
熔喷法非织造织物具有特别致密的纤维网络,因此对液体形成非常有效的阻隔。
优选熔喷法制造的非织造织物。
为了用熔喷法制造TPU非织造织物,可以使用制造熔喷法非织造织物的商业装置。该装置例如可以购自德国的
Figure A200780008263D0016092601QIETU
通常,在熔喷法中,TPU在挤出机中熔融,并通过常规辅助装置如熔体泵或过滤器投料到纺丝箱体。在此聚合物通常流过喷嘴,并在喷嘴出口处被气流拉细形成长丝。被拉细的长丝通常在滚筒或输送带上铺网并向前传送。
一个优选实施方案使用压缩比为1:2-1:3.5,特别优选为1:2-1:3的单螺杆挤出机。
另外还优选使用长径比(L/D)为25-30的三段式螺杆。该三段优选等长。所述三段式螺杆贯穿有0.8-1.2D,特别优选0.95-1.05D的等距螺纹。螺杆和机筒之间的间隙>0.1毫米,优选0.1-0.2毫米。
如果屏障型螺杆用作挤出机螺杆,则优选采用的溢流缝>1.2毫米。
如果螺杆安装了混合元件,则这些混合元件优选不是剪切元件。
非织造织物装置通常尺寸设定为使得TPU的停留时间尽可能短,即<15分钟,优选<10分钟,更优选<5分钟。
本发明TPU通常在180℃-250℃,优选200℃-230℃的温度下加工。
本发明非织造织物例如用作工业领域的密封件、卫生产品、过滤装置、医学/药学产品、层压材料和织物,例如在医学领域作为石膏、创伤敷料和绷带,在尿片或其它卫生用品中作为弹性组分,在衣饰中作为弹性领边,在衣饰中作为内衬,作为膜的背衬,例如在透湿性膜的制备中作为膜的背衬,作为皮革的层压材料,作为桌布、地毯和短袜的防滑保护,在汽车内部、织物、运动鞋、布帘、家具等中作为装饰性贴花。
为了拓宽可能的用途范围,本发明非织造织物可以与其它材料一起层压,该其它材料例如为非织造织物、织物、皮革、纸。
本发明因此提供工业领域的密封件、卫生产品、过滤装置、医学/药学产品、层压材料和织物,更优选包含本发明非织造织物的卫生产品和/或医学/药学产品。
以下实施例阐述本发明。
实施例
在实施例1.1和1.2中使用
Figure A200780008263D00161
 LP 9300(来自Elastogran GmbH的脂族TPU)和
Figure A200780008263D00162
 LP 9277(来自Elastogran GmbH的脂族TPU)制备非织造织物。这两种TPU具有如下结晶温度:
 LP 9300:93.7℃
Figure A200780008263D00172
 LP 9277:166℃
Figure A200780008263D00173
 LP 9277是硬相改性的脂族聚酯型聚氨酯,基于丁二醇、HDI、聚酯二醇(2-甲基丙二醇、丁二醇己二酸共聚多酯),分子量为3000克/摩尔,聚对苯二甲酸丁二醇酯为硬相。
Figure A200780008263D00174
 LP 9300是脂族TPU,基于己二酸丁二醇酯聚酯二醇(分子量2400克/摩尔)、作为增链剂的丁二醇和HDI。
从尺寸为12厘米×8厘米×0.2厘米的注塑测试板获取样品,然后使用DSC装置(Perkin Elmer7)根据以下测试程序分析样品,从而确定结晶温度:
1.在25℃保持0.1分钟
2.以40K/分钟从25℃加热到100℃
3.在100℃保持10分钟
4.以20K/分钟从100℃冷却到-80℃
5.在-80℃保持2分钟
6.以20K/分钟从-80℃加热到230℃
7.在230℃保持1分钟
8.以20K/分钟从230℃冷却到-80℃,
在此结晶温度取为冷却循环中样品热释放的最大值。
实施例1.1
 LP 9300在包括1米纺丝箱体(25孔/英寸)和100毫米挤出机的商业熔喷装置中加工,以形成定量为50克/平方米的熔喷非织造织物。纺丝泵的温度为240℃,模头的温度调节至240℃。热空气的温度为225℃。模头直径为0.4毫米。TPU难以加工,非织造织物不均匀并具有塑料材质手感。
实施例1.2
在相同装置中加工
Figure A200780008263D00176
 LP 9277。纺丝泵的温度为240℃,模头的温度为240℃,热空气的温度为225℃。非织造织物的定量同样设为50克/平方米。另外制备定量为100克/平方米的非织造织物。TPU很容易加工。所得非织造织物均匀并且具有织物的舒服手感。
接着根据DIN EN 12127分析这两种非织造织物样品1.1和1.2。
(MD):非织造织物纵向值
(CD):非织造织物横向值
以下断裂伸长率值在加工后48小时测定:
Figure A200780008263D00181
 LP 9300:     断裂伸长率(MD):160%
                         断裂伸长率(CD):190%
Figure A200780008263D00182
 LP 9277:     断裂伸长率(MD):240%
                         断裂伸长率(CD):240%
断裂伸长测量值显示本发明非织造织物优异的机械性能。
实施例2
Figure A200780008263D00183
 C85 A 15HPM在包括1米纺丝箱体(25孔/英寸)和100毫米挤出机的商业熔喷装置中加工,以形成定量为50克/平方米的熔喷非织造织物。纺丝泵的温度为230℃,模头的温度调节至235℃。热空气的温度为225℃。模头直径为0.4毫米。
制备定量为100克/平方米的非织造织物。
Figure A200780008263D00184
 C 85 A 15HPM是来自Elastogran GmbH的芳族TPU。
实施例3
根据DIN EN ISO 4962将实施例1.2和实施例2的两个非织造织物样本(100克/平方米)曝露于光照下。通过使用室外滤光器获得所需的光波长。确定泛黄指数(YI)作为变色程度的度量。
实施例3的非织造织物仅在24小时后就显示严重的变色。本发明非织造织物在100小时后仍不变色。这表明本发明非织造织物相对于芳族TPU组成的非织造织物具有优异的耐光性。
 
产物 0小时曝露时间下的YI 24小时曝露时间下的YI 48小时曝露时间下的YI 96小时曝露时间下的YI
LP 9277(实施例1.2) 4.5 3.3 3.7 3.4
C85 A 15HPM(实施例3) 3.2 57

Claims (10)

1.一种基于热塑性聚氨酯的非织造织物,所述热塑性聚氨酯的结晶温度为130℃-220℃,并且基于脂族异氰酸酯。
2.一种基于热塑性聚氨酯的非织造织物,其中所述热塑性聚氨酯通过(a)异氰酸酯与(b1)熔点大于150℃的聚酯二醇、(b2)各自熔点小于150℃且分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇和(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇进行反应而获得。
3.根据权利要求2所述的非织造织物,其中所述分子量为62-500克/摩尔的二醇(c)与组分(b2)的摩尔比为0.1-0.01。
4.一种基于热塑性聚氨酯的非织造织物,其中所述热塑性聚氨酯通过以下步骤获得:
(i)使热塑性聚酯与二醇(c)反应,然后
(ii)合适的话在(d)催化剂和/或(e)助剂的存在下,使来自步骤(i)的反应产物以及(b2)各自熔点小于150℃且分子量为501-8000克/摩尔的聚醚二醇和/或聚酯二醇和合适的话另外的(c)分子量为62-500克/摩尔的二醇一起与(a)异氰酸酯反应,其中来自步骤(i)的反应产物包含(b1)熔点大于150℃的聚酯二醇和合适的话(c)二醇。
5.根据权利要求1-4任一项所述的非织造织物,其中热塑性聚氨酯的硬度为50 Shore A-80 Shore D。
6.根据权利要求1-4任一项所述的非织造织物,其每单位面积的ISO9073-1质量为5-500克/平方米。
7.根据权利要求1-4任一项所述的非织造织物,其ISO 9073-2厚度为0.01-5毫米。
8.包含权利要求1-7任一项所述非织造织物的工业领域的密封件、卫生产品、过滤装置、医学/药学产品、层压材料和/或织物。
9.制备权利要求1-7任一项所述非织造织物的方法,其包括通过熔喷法加工结晶温度为130℃-220℃的热塑性聚氨酯以形成非织造织物。
10.制备权利要求1-7任一项所述非织造织物的方法,其包括通过纺粘法加工结晶温度为130℃-220℃的热塑性聚氨酯以形成非织造织物。
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