CN102257194A - 双组分斯潘德克斯 - Google Patents

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Abstract

一种弹性多重组分纤维，其包括截面，其中所述截面的至少第一区包含聚氨酯脲组合物；且包括第二区。

Description

双组分斯潘德克斯
发明背景
发明领域
本发明包括通过溶液纺丝方法制备的包含聚氨酯脲组合物的弹性纤维，诸如斯潘德克斯(Spandex)，其具有包含具有可限定边界的至少两个单独区的截面，其中由所述截面的边界限定的至少一个区包含聚氨酯脲组合物。
相关技术描述
历史上，遍寻熔融可加工聚合物诸如热塑性聚氨酯(TPU)、聚酯、聚烯烃和聚酰胺来寻找高功能弹性多重组分(多组分)纤维。然而，这些结构缺乏足够的回复力、受低耐热性困扰或当延长超出某一程度时引起严重永久变形。具有优良回复性、耐热性和低变形的优选且众所周知的聚合物种类为基于聚氨酯-脲的体系，其通常归类为斯潘德克斯或弹力纤维(elastane)。然而，由于强烈的分子间键合，得自此种类的纤维必须由挤出的聚合物溶液在热惰性气体下形成以便于溶剂回收。
诸如斯潘德克斯(也称作弹力纤维)的弹性纤维现在用于各式各样的产品中。实例主要包括针织袜类、泳衣、衣服、诸如尿布等的卫生产品。用以制备斯潘德克斯纤维的聚氨酯脲组合物具有一些限制，这些限制已导致诸如加入添加剂或改变聚合物组成的改进以防止降解和增强染色性等。
在美国专利5,626,960号中，包含碳钙镁石和水菱镁石添加剂，其降低由于暴露于氯气随时间过去而降解。
美国专利申请公开案2005/0165200A1号提供特定的聚氨酯脲组合物，其包含增加数目的胺端基，这增加了斯潘德克斯纤维的染色性。
美国专利6,403,682号提供了包含作为增加斯潘德克斯纤维的染色性的添加剂的季铵的聚氨酯脲组合物。
虽然这些斯潘德克斯组合物中的每一种都为纤维提供额外的功能性，但是这会是以纤维的有利性质为代价。例如，改变斯潘德克斯组成或包含添加剂可降低纤维的弹性或增加纤维在加工期间断裂的可能性或具有某些其他负面影响。
因此，需要将保持纤维的有利性质诸如弹性、同时还提供增加纤维功能性的其他益处(特别是在诸如衣服、泳衣和针织袜类的最终用途产品中)的新斯潘德克斯纤维。
发明概述
本发明涉及生产具有增强的功能性的多组分斯潘德克斯纤维的产品和方法。
一些实施方案为弹性多重组分纤维，其包括截面，其中所述截面的至少第一区包含聚氨酯脲组合物；且包括第二区。在一些实施方案中，第一区和第二区包含不同的组合物。
一些实施方案为弹性多重组分溶液纺丝纤维，其包括截面，其中所述截面的至少第一区包含聚氨酯或聚氨酯脲组合物；且包括第二区。
一些实施方案为弹性双组分纤维，其包括皮-芯截面，芯区包含聚氨酯或聚氨酯脲组合物，皮区包含聚氨酯或聚氨酯脲组合物，其中所述芯区和所述皮区的组成不同。
一些实施方案为包含包括截面的弹性多重组分纤维的制品，其中所述截面的至少一个区包含聚氨酯脲组合物。
一些实施方案为制备多重组分纤维的方法。一种方法包括：
(a)提供至少两种聚合物组合物，其中所述组合物中的至少一种包括聚氨酯脲溶液；
(b)通过分配板和喷丝孔合并组合物以形成具有截面的长丝；
(c)将所述长丝挤出通过常见毛细管；和
(d)从所述长丝中除去溶剂；
其中所述截面包括在所述聚合物组合物之间的边界。
还包括包括截面的弹性多重组分纤维，其中所述截面的至少一个区包含聚氨酯或聚氨酯脲组合物且所述纤维的至少一个区经溶液纺丝。
另一实施方案为包括并列型截面的弹性双组分纤维，所述截面具有各自包含组成不同的聚氨酯脲的第一区和第二区。
附图简述
图1表示可在一些实施方案中实现的纤维截面的实例。
图2为一些实施方案的纺丝板的截面的示意图。
图3为一些实施方案的纺丝板的截面的示意图。
图4为一些实施方案的纺丝板的截面的示意图。
图5为一个实施方案的纤维的差示扫描量热计结果的绘图。
发明详述
定义
如本文所用的术语“多重组分纤维”是指如下纤维，其具有边界可辨别的不同组合物的至少两个单独且不同的区，即，沿纤维长度连续的不同组合物的两个或更多个区。这与其中多于一种组合物合并形成沿纤维的长度没有清晰连续的边界的纤维的聚氨酯或聚氨酯脲共混物形成对比。术语“多重组分纤维”和“多组分纤维”是同义的且在本文中可互换使用。
术语“组成不同”定义为包含不同聚合物、共聚物或共混物的两种或更多种组合物或具有一种或多种不同添加剂的两种或更多种组合物，其中包括在组合物内的聚合物可相同或不同。在两种比较组合物包含不同聚合物和不同添加剂的情况下，它们也是“组成不同的”。
术语“边界”、“多个边界”和“边界区”用以描述多组分纤维截面的不同区之间的接触点。该接触点是“明确限定的”，其中在两个区的组合物之间存在极小重叠或没有重叠。在两个区之间存在重叠的情况下，边界区将包含两个区的共混物。该共混区可为在共混边界区与其他两个区中的每一个之间具有单独边界的单独均质共混区。或者，边界区可包含从邻近第一区的较高浓度的第一区组合物到邻近第二区的较高浓度的第二区组合物的梯度。
如本文所用，“溶剂”是指诸如二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基吡咯烷酮的有机溶剂。
如本文所用的术语“溶液纺丝”包括自溶液制备纤维，其可为湿纺或干纺工艺，这两者都是纤维生产的常见技术。
本发明的一些实施方案为包含溶液纺丝聚氨酯脲组合物的多组分或双组分纤维，其也称作斯潘德克斯或弹力纤维。多组分纤维的不同区的组合物包含不同的聚氨酯脲组合物，其中聚合物不同、添加剂不同或聚合物和添加剂两者都不同。通过提供多重组分纤维，可以实现多种不同益处。例如，由于仅在纤维的一个区中使用添加剂或更加昂贵的聚氨酯脲组合物而降低了成本，同时保持了可媲美的性质。并且，通过引入与常规单组分斯潘德克斯纱线不相容的新添加剂或通过合并两种组合物的协同效应可以实现改善的纤维性质。
为了帮助确保斯潘德克斯纤维适合于纱线加工、织物制造和包含在衣服中时消费者的满意度，可以调节许多额外性质。斯潘德克斯组合物在本领域中众所周知且可包括诸如在Monroe Couper中公开的那些变体。纤维科技手册(Handbook of Fiber Science and Technology)：第III卷，高技术纤维(HighTechnology Fibers)部分A.Marcel Dekker，INC：1985，51-85页。潘德克斯纤维的一些实例在此列出。
斯潘德克斯纤维可含有含量为0.01-6％重量的诸如TiO2的消光剂或折光指数不同于基础纤维聚合物的其他颗粒。当需要光亮或有光泽的外观时，也可以使用更低量。随着含量增加，可改变纱线的表面摩擦，其可影响加工期间纤维接触表面处的摩擦。
可根据分子量和/或纺丝条件将以断裂每单位旦尼尔的力克数所测得的纤维断裂强度(以克/旦尼尔为单位的强度)调节为0.7-1.2克/旦尼尔。
可基于所要织物构造生产旦尼尔为5-2000的纤维。5-30旦尼尔的斯潘德克斯纱线可具有1-5的长丝支数，且30-2000旦尼尔的纱线可具有20-200的长丝支数。纤维可根据织物的所要最终用途以0.5％-100％的含量用于任何种类的织物(机织织物、经编织物或纬编织物)中。
斯潘德克斯纱线可单独使用或可将其与如FTC(联邦贸易委员会(FederalTrade Commission))认可的适于服装最终用途的任何其他纱线合股、加捻、共插(co-inserted)或混合。这包括但不限于由尼龙、聚酯、多组分聚酯或尼龙、棉、羊毛、黄麻、剑麻、大麻(help)、亚麻、竹、聚丙烯、聚乙烯、聚氟烃、人造丝、任何种类的纤维素和丙烯酸类纤维制造的纤维。
斯潘德克斯纤维可具有在制造工艺期间施用以改善纤维的下游加工的润滑剂或油剂。该修整剂可以0.5-10％重量的量施用。
斯潘德克斯纤维可含有用以调节斯潘德克斯的最初颜色或防止或掩盖暴露于诸如氯气、烟雾、UV、NOx或燃烧废气的可引发聚合物降解的成分后的黄变效应的添加剂。斯潘德克斯纤维可以制成具有40-160的“CIE”白度。
聚氨酯脲和聚氨酯组合物
用于制备纤维或长链合成聚合物的聚氨酯脲组合物包含至少85％重量的嵌段聚氨酯。通常，这些聚氨酯脲组合物包含与二异氰酸酯反应以形成NCO封端的预聚物(“封端二醇”)的聚合二醇或多元醇，其随后溶解于诸如二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮的合适溶剂中，且随后与双官能扩链剂反应。当扩链剂为二醇时，形成聚氨酯(且可在没有溶剂的情况下制备)。当扩链剂为二胺时，形成聚氨酯脲(聚氨酯的子类)。在制备可纺成斯潘德克斯的聚氨酯脲聚合物的过程中，二醇通过羟基端基与二异氰酸酯和一种或多种二胺的接续反应而扩链。在所有情况下，二醇必须经历扩链以提供具有包括粘度的必要性质的聚合物。如果需要，则可使用二月桂酸二丁锡、辛酸亚锡、无机酸、叔胺(诸如三乙胺、N，N′-二甲基哌嗪等)和其他已知催化剂来帮助封端步骤。
合适的多元醇组分包含数均分子量为约600-约3,500的聚醚二醇、聚碳酸酯二醇和聚酯二醇。可包括两种或更多种多元醇或共聚物的混合物。
可使用的聚醚多元醇的实例包括具有两个或更多个羟基的二醇，得自环氧乙烷、环氧丙烷、氧杂环丁烷、四氢呋喃和3-甲基四氢呋喃的开环聚合和/或共聚合，或得自诸如二醇或二醇混合物的多元醇(在各分子中具有小于12个碳原子，诸如乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇和1，12-十二烷二醇)的缩聚。优选线形、双官能聚醚多元醇，分子量为约1,700-约2,100的聚(1，4-亚丁基醚)二醇(诸如官能度为2的Terathane
Figure BPA00001390159500051
1800(Wichita，KS的INVISTA))为特定合适多元醇的一个实例。共聚物可包括聚(1，4-亚丁基-共-亚乙基醚)二醇。
可使用的聚酯多元醇的实例包括通过各分子中具有不高于12个碳原子的低分子量的脂族多羧酸与多元醇或其混合物的缩聚反应生成的具有两个或更多个羟基的酯二醇。合适的多羧酸的实例有丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸和十二烷二酸。用于制备聚酯多元醇的合适多元醇的实例有乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇和1，12-十二烷二醇。具有约5℃-约50℃的熔融温度的线形双官能聚酯多元醇为特定聚酯多元醇的实例。
可使用的聚碳酸酯多元醇的实例包括通过光气、氯甲酸酯、碳酸二烷基酯或碳酸二烯丙酯与各分子中具有不高于12个碳原子的低分子量的脂族多元醇或其混合物的缩聚反应生成的具有两个或更多个羟基的碳酸酯二醇。用于制备聚碳酸酯多元醇的合适多元醇的实例有二乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇和1，12-十二烷二醇。具有约5℃-约50℃的熔融温度的线形双官能聚碳酸酯多元醇为特定聚碳酸酯多元醇的实例。
二异氰酸酯组分还可包括单一二异氰酸酯或不同二异氰酸酯的混合物，包括含有4，4′-亚甲基双(苯基异氰酸酯)和2，4′-亚甲基双(苯基异氰酸酯)的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的异构体混合物。可包括任何合适的芳族或脂族二异氰酸酯。可使用的二异氰酸酯的实例包括但不限于1-异氰酸基-4-[(4-异氰酸基苯基)甲基]苯、1-异氰酸基-2-[(4-氰酸根合苯基)甲基]苯、双(4-异氰酸基环己基)甲烷、5-异氰酸基-1-(异氰酸基甲基)-1，3，3-三甲基环己烷、1，3-二异氰酸基-4-甲基-苯、2，2′-甲苯二异氰酸酯、2，4′-甲苯二异氰酸酯及其混合物。特定多异氰酸酯组分的实例包括MondurML(Bayer)、Lupranate
Figure BPA00001390159500062
MI(BASF)和Isonate
Figure BPA00001390159500063
50 O，P’(DowChemical)及其组合。
扩链剂可为水或用于聚氨酯脲的二胺扩链剂。根据聚氨酯脲和所得纤维的所要性质，可包括不同扩链剂的组合。合适二胺扩链剂的实例包括：肼；1，2-乙二胺；1，4-丁二胺；1，2-丁二胺；1，3-丁二胺；1，3-二氨基-2，2-二甲基丁烷；1，6-己二胺；1，12-十二烷二胺；1，2-丙二胺；1，3-丙二胺；2-甲基-1，5-戊二胺；1-氨基-3，3，5-三甲基-5-氨基甲基环己烷；2，4-二氨基-1-甲基环己烷；N-甲基氨基-双(3-丙胺)；1，2-环己烷二胺；1，4-环己烷二胺；4，4’-亚甲基双(环己胺)；异氟尔酮二胺；2，2-二甲基-1，3-丙二胺；间-四甲基苯二甲基二胺；1，3-二氨基-4-甲基环己烷；1，3-环己烷-二胺；1，1-亚甲基-双(4，4′-二氨基己烷)；3-氨基甲基-3，5，5-三甲基环己烷；1，3-戊二胺(1，3-二氨基戊烷)；间-苯二甲基二胺；及Jeffamine
Figure BPA00001390159500071
(Texaco)。
当需要聚氨酯时，扩链剂为二醇。可使用的这类二醇的实例包括但不限于乙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2，2，4-三甲基-1，5-戊二醇、2-甲基-2-乙基-1，3-丙二醇、1，4-双(羟基乙氧基)苯和1，4-丁二醇及其混合物。
可任选包括为单官能醇或单官能二烷基胺的封端剂，以控制聚合物的分子量。还可包括一种或多种单官能醇与一种或多种二烷基胺的共混物。
本发明可用的单官能醇的实例包括选自以下各物中的至少一员：具有1-18个碳的脂族和环脂族伯醇和仲醇；苯酚；被取代的苯酚；分子量小于约750、包括分子量小于500的乙氧基化烷基苯酚和乙氧基化脂肪醇；羟基胺；被羟甲基和羟乙基取代的叔胺；被羟甲基和羟乙基取代的杂环化合物及其组合，包括糠醇、四氢糠醇、N-(2-羟乙基)丁二酰亚胺、4-(2-羟乙基)吗啉、甲醇、乙醇、丁醇、新戊醇、己醇、环己醇、环己烷甲醇、苄醇、辛醇、十八醇、N，N-二乙基羟基胺、2-(二乙基氨基)乙醇、2-二甲氨基乙醇和4-哌啶乙醇及其组合。
合适的单官能二烷基胺封端剂的实例包括：N，N-二乙胺、N-乙基-N-丙胺、N，N-二异丙胺、N-叔丁基-N-甲胺、N-叔丁基-N-苄胺、N，N-二环己胺、N-乙基-N-异丙胺、N-叔丁基-N-异丙胺、N-异丙基-N-环己胺、N-乙基-N-环己胺、N，N-二乙醇胺和2，2，6，6-四甲基哌啶。
非聚氨酯脲聚合物
可供本发明的多重组分和/或双组分纤维用的其他聚合物包括可溶解或可以颗粒形式包括的其他聚合物。可溶性聚合物可溶解于聚氨酯脲溶液中或与溶液纺丝聚氨酯脲组合物共挤出。共挤出的结果可为具有并列型、同心皮-芯型或偏心皮-芯型截面的双组分或多重组分纤维，其中一种组分为聚氨酯脲溶液且另一组分含有另一聚合物。其他可溶性聚合物的实例包括聚氨酯(如上所述)、聚酰胺、丙烯酸类和聚芳酰胺等。
可供本发明的多重组分和/或双组分纤维用的其他聚合物包括可以颗粒形式包括的其他半结晶溶解性聚合物。有用的聚酰胺包括尼龙6、尼龙6/6、尼龙10、尼龙12、尼龙6/10和尼龙6/12。有用的聚烯烃包括由C2-C20单体制备的聚合物。这包括共聚物和三元共聚物，诸如乙烯-丙烯共聚物。有用的聚烯烃共聚物的实例公开在Datta等的美国专利6,867,260中，该专利以引用的方式结合到本文中。
纤维截面构造
本发明的一些实施方案可使用多种不同截面。这些截面包括双组分或多重组分同心或偏心皮-芯型截面和双组分或多重组分并列型截面。不同截面的实例示于图1中。
图1中所示的所有纤维截面具有组成不同的第一区和第二区。44分特/3支长丝纱线示于图1A和图1B中，而44分特/4支长丝纱线示于图1C和图1D中。各截面中的第一区包含颜料，第二区不含颜料。图1A和图1B包括50/50皮-芯截面；图1C包括17/83皮-芯截面；且图1D包括50/50并列型截面。
皮-芯截面和并列型截面中的每一个包括在至少两种组成不同的聚氨酯脲组合物之间的边界区。在这些图中的每一个中，边界呈现为明确限定的边界，但边界可包括共混区。在边界包括共混区的情况下，边界本身为不同的区，其为第一区和第二区(或第三区、第四区等)的组合物的共混物。该共混物可为均质共混物或可包括从第一区到第二区的浓度梯度。
添加剂
可任选包含在聚氨酯脲组合物中的添加剂的种类列于如下。包括示例性且非限制性的例举。然而，本领域中众所周知其他添加剂。实例包括：抗氧化剂、紫外稳定剂、着色剂、颜料、交联剂、相变物质(石蜡)、抗微生物剂、矿物(即铜)、微包封添加剂(即芦荟、维生素E凝胶、芦荟、海带、尼古丁、咖啡因、香精或香味料)、纳米颗粒(即二氧化硅或碳)、纳米粘土、碳酸钙、滑石、阻燃剂、防粘添加剂、耐氯降解添加剂、维生素、药物、香料、导电添加剂、染色性助剂和/或助染剂(诸如季铵盐)。可加到聚氨酯脲组合物中的其他添加剂包括增粘剂、抗静电剂、抗蠕变剂、荧光增白剂、聚结剂、导电添加剂、发光添加剂、润滑剂、有机和无机填料、防腐剂、变形剂(texturizing agent)、热变色添加剂、驱虫剂、湿润剂、稳定剂(位阻酚、氧化锌、位阻胺)、滑爽剂(硅油)及其组合。
添加剂可提供一种或多种有益性质包括：染色性、疏水性(即聚四氟乙烯(PTFE))、亲水性(即纤维素)、磨擦控制、耐氯性、耐降解性(即抗氧化剂)、粘着性和/或可熔性(即粘着剂和增粘剂)、阻燃性、杀微生物性能(银、铜、铵盐)、阻挡性、导电性(碳黑)、拉伸性质、颜色、发光、再循环性、可生物降解性、香料、粘性控制(即硬脂酸金属盐)、触觉性质、可定形性、热调节(即相变物质)、营养性、消光剂(诸如二氧化钛)、稳定剂(诸如水滑石；碳钙镁石和水菱镁石的混合物)、紫外光防晒剂及其组合。
装置
关于纤维和长丝(包括人造双组分纤维的长丝)且以引用的方式结合到本文中的合宜的参考文献例如有：
a.纤维形成原理-纤维纺丝和拉制科学(Fundamentals of Fibre Formation--TheScience of Fibre Spinning and Drawing)，Adrezij Ziabicki，John Wiley and Sons，London/New York，1976；
b.双组分纤维(Bicomponent Fibres)，R Jeffries，Merrow Publishing Co.Ltd，1971；
c.纤维科学与技术手册(Handbook of Fiber Science and Technology)，T.F.Cooke，CRC Press，1993。
类似参考文献包括以引用的方式结合到本文中的美国专利5,162,074号和5,256,050号，其描述了用于双组分纤维生产的方法和设备。
将聚合物挤出通过模具以形成纤维用诸如挤出机、齿轮泵等的常规设备进行。优选使用单独齿轮泵以将聚合物溶液供应到模具。当出于功能性而共混添加剂时，聚合物共混物优选在静态混合器中、例如在齿轮泵上游混合以得到更加均匀的组分分散体。在挤出之前，各斯潘德克斯溶液可通过具有受控温度的夹套式容器单独加热且过滤以改善纺丝产率。
在本发明的举例说明的实施方案中，将两种不同的聚合物溶液引入在40-90℃下操作的分区段夹套式换热器中。根据所要纤维构造来配置挤出模具和板，对于皮-芯构造，图示于图2中，对于偏心皮-芯型构造，图示于图3中，对于并列型构造，图示于图4中。在所有情况下，各组分流都刚好在毛细管上方合并。将预热的溶液从供应口(2)和(5)引导通过筛子(7)，到达分配板(4)并到达纺丝板(9)，纺丝板(9)通过垫片(8)安置且用螺母(6)支撑。
图2、图3和图4中所述的挤出模具和板用于常规斯潘德克斯纺丝单元(spincell)，诸如以引用的方式结合到本文中的美国专利6,248,273号中所示的斯潘德克斯纺丝单元。
双组分斯潘德克斯纤维也可通过单独的毛细管制备以形成单独的长丝，其随后聚结形成单纤。
制造纤维的方法
一些实施方案的纤维通过从具有常规氨基甲酸酯聚合物溶剂(例如DMAc)的溶液中溶液纺丝(湿纺或干纺)聚氨酯-脲聚合物来生产。聚氨酯脲聚合物溶液可包含上述的任何组合物或添加剂。聚合物通过使有机二异氰酸酯与适当二醇以在1.6-2.3、优选为1.8-2.0范围内的二异氰酸酯∶二醇摩尔比反应来生成“封端二醇”而制备。随后使封端二醇与二胺扩链剂的混合物反应。在所得聚合物中，软链段为聚合物链的聚醚/氨基甲酸酯部分。这些软链段表现出低于60℃的熔融温度。硬链段为聚合物链的聚氨酯/脲部分；这些硬链段具有高于200℃的熔融温度。硬链段总计占聚合物总重量的5.5-9％、优选6-7.5％。
在制备纤维的一个实施方案中，使含有30-40％聚合物固体的聚合物溶液计量通过分配板和喷丝孔的所要配置以形成长丝。分配板经配置而以同心皮-芯型、偏心皮-芯型和并列型配置中的一种合并聚合物流，接着挤出通过常见毛细管。挤出的长丝通过引入处于300℃-400℃下且气体∶聚合物质量比为至少10∶1的热惰性气体干燥且以至少400m/min(优选为至少600m/min)的速度牵拉，随后以至少500m/min(优选至少750m/min)的速度卷绕。以下给出的所有实施例都是用80℃的挤出温度在热惰性气氛中以762m/min的卷绕速度进行。本领域中众所周知标准工艺条件。
由根据本发明制备的弹性纤维形成的纱线通常具有至少0.6cN/dtex的断裂强度、至少400％的断裂伸长率、在300％伸长率下至少27mg/dtex的卸载模量(unload modulus)。
斯潘德克斯的强度和弹性根据ASTM D 273172的通用方法测量。对于下表中记录的实施例，使标距长度为5cm的斯潘德克斯长丝以50cm/min的恒定伸长速率在0％-300％伸长率下循环。模量测定为在第一循环100％(M100)-200％(M200)伸长率下的力并以g记录。卸载模量(U200)在第五循环在200％伸长率下测定并在表中以g记录。在第六伸长循环测量断裂伸长百分率和断裂力。
永久变形率测定为如由第五卸载曲线回到基本零应力处的点所指示的在第五循环和第六循环之间保留的伸长度。永久变形率是在样品受到5次0-300％伸长/松弛循环之后30秒测量。永久变形率随后按照下式计算：变形％＝100(Lf-Lo)/Lo，其中Lo和Lf为在五次伸长/松弛循环之前(Lo)和在五次伸长/松弛循环之后(Lf)保持直线没有张力时的长丝(纱线)长度。
通过以下实施例更加全面地表现本发明的特征和优势，以下实施例出于举例说明目的而提供且无论如何不应将其理解为限制本发明。
实施例
实施例1-应力-应变改进
将低模量、高伸长A型聚合物(基于共聚醚的斯潘德克斯)作为芯聚合物、B型聚合物(常规基于聚1，4-亚丁基醚的斯潘德克斯)作为皮以变化比率纺丝来制造44/4产品(44分特/4支长丝)。拉伸性质分析展示令人惊讶的改善，用25％和50％的基于共聚醚的A型聚合物，得到比预期(即通过线形增加)高的伸长/强度和低的模量(M200)。合并和定制应力应变性质的能力增强了选自窄范围聚合物基础材料的纤维在广泛应用中的适用性。
实施例2-可熔皮
热熔结晶热塑性聚氨酯粘着剂(Pearlbond 122，得自Merquinsa MercadosQuímicos)与作为在DMAC中的35％溶液的常规基于聚1，4-亚丁基醚的斯潘德克斯制备为50/50共混物，且作为皮与常规斯潘德克斯芯一起纺丝来制造44分特/3支长丝纱。基于纤维重量计算，总皮含量为20％，以在高于80℃加热时制造可粘结纱线。
纱线可熔性通过将15cm长样品安装在三角形的可调节框架上来测量，顶点在框架中心且两个等边长为7.5cm。将相同长度的第二长丝从相对侧安装在框架上，使得两纱线交叉且以单一接触点交迭。将纤维松弛到5cm，随后暴露于洗浴1小时、漂洗、风干且随后暴露于染色浴30分钟、漂洗且风干。将带有纤维的框架的长度从5cm调节到30cm，且将其暴露于121℃的蒸汽下30秒，冷却3分钟，让其松弛。将纱线从框架上移除并转移到拉力试验机，各纱线一端被夹紧，使接触点位于夹子之间。纱线以100％/min被伸长，使接触点断裂的力记录为熔合强度。
优点在于纱线具有优良的熔合特性以及高拉伸/回复性能。示例性纱线可用聚酰胺或聚酯纱线包覆且织物在圆形经编机上构造。包覆纱线分圈编织(knit inan every course)，特里科经编织物(tricot)构造允许弹性纱线在编织结构的各接触点处熔合。在可熔纱线包括在供选的线圈横列(course)中的情况下，也可以实现充分熔合。
实例3-热调节的斯潘德克斯
将聚乙二醇(PEG MW＝600，得自Sigma Aldrich，潜热＝146J/g，Tm＝16℃)与在35％DMAC溶液中的常规斯潘德克斯聚合物混合为50/50共混物且作为芯部分与常规斯潘德克斯皮一起纺丝来制造44分特/3支长丝纱。最终添加剂含量占纤维重量的16.5％。表3表示用2010型TA仪器测量的纤维热反应(thermalresponse)且在15-25℃温度范围内给出与PEG添加剂相关的10.7J/g潜热。与基于PEG含量的理论最大潜热比较，在聚氨酯脲基质中产生44％效率。
图5表示实施例3斯潘德克斯纤维的差示扫描量热计结果。试验以5℃/min的升高速率进行。
示例性纱线可用聚酰胺或聚酯纱线包覆或与诸如棉的天然纤维合并以提供热学活性弹性纱线。这类纱线可通过机织或编织形成织物以生成具有增强的热调节特性的舒适妇女胸衣服装。
Figure BPA00001390159500141
实例4-导电斯潘德克斯
将导电碳黑(Conductex
Figure BPA00001390159500142
7055 Ultra，得自Columbian Chemical Company)与作为在DMAC中的35％溶液的常规斯潘德克斯聚合物一起溶解为40/60共混物且作为芯部分与常规斯潘德克斯皮(1∶1比率)一起纺丝以生成44分特/3支长丝纱。纱线中的最终碳黑含量为20％。将纱线绞用负载银的环氧树脂安装且用Fluke万用表测量电阻。表3汇总了结果且表明在静止(1X)和在2X伸长下电阻降低104。
本发明的纱线可用于耐磨电子设备且用作通讯平台，用于运动服装、保健、军队和工作服应用。导电斯潘德克斯提供给织物拉伸、回复、悬垂和手感且保留了常规纺织品的性能，而没有僵硬刚性的金属电极。具有导电聚合物的示例性纱线可整合到传统编织、机织和非织造结构中。
尽管已经描述了目前被认为是本发明的优选实施方案的内容，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下可以对本发明作出改变和改进，并且希望所有这些改变和改进都包括在本发明的真实范围内。

Claims (51)

1.弹性多重组分纤维，其包括截面，其中所述截面的至少第一区包含聚氨酯脲组合物；且包括第二区。
2.权利要求1的纤维，其中所述纤维的多重组分挤出通过同一毛细管形成单一长丝。
3.权利要求1的纤维，其中所述纤维的多重组分挤出通过单独毛细管形成单独长丝且聚结成单一熔合纤维。
4.权利要求1的纤维，其中所述第一区和所述第二区具有明确限定的边界。
5.权利要求1的纤维，其还包括第三区，所述第三区包括在所述第一区和所述第二区之间、包含所述第一区和所述第二区的共混物的边界区。
6.权利要求1的纤维，其中所述纤维经溶液纺丝。
7.权利要求1的纤维，其中所述截面包括选自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股线的构造。
8.权利要求1的纤维，其中所述截面为非圆形。
9.权利要求1的纤维，其中所述第二区包含聚氨酯脲组合物。
10.权利要求1的纤维，其中所述第二区包含非聚氨酯脲组合物。
11.权利要求10的纤维，其中所述非聚氨酯脲由热塑性聚合物和可溶性聚合物中的一种制备。
12.权利要求1的纤维，其中所述第一区和所述第二区包含至少一种不同的添加剂或不同浓度的相同添加剂。
13.权利要求1的纤维，其中所述第一区和所述第二区各自包含组成不同的聚氨酯脲。
14.权利要求1的纤维，其中所述第一区和所述第二区各自包含不同的组合物。
15.权利要求1的纤维，其中至少一个区包含为纺织纤维提供给增强的功能性或性质的组合物。
16.权利要求15的纤维，其中所述增强的功能性包括至少一种选自以下的性质：染色性、疏水性、亲水性、摩擦控制、耐氯性、耐降解性、粘着性、可熔性、阻燃性、抗微生物性能、阻挡性、导电性、拉伸性质、颜色、发光、再循环性、香味、粘着控制、触觉性质、可定形性、热调节、营养性及其组合。
17.权利要求1的纤维，其中所述至少一个区包含选自染料、颜料、聚烯烃、纳米粘土、壳聚糖、尼龙、聚酯、纤维素、聚四氟乙烯(PTFE)、相变物质及其组合的添加剂。
18.弹性多重组分溶液纺丝纤维，其包括截面，其中所述截面的至少第一区包含聚氨酯或聚氨酯脲组合物；且包括第二区。
19.权利要求18的纤维，其中所述聚氨酯或聚氨酯脲包含嵌段聚氨酯。
20.权利要求18的纤维，其中所述纤维的多重组分挤出通过同一毛细管形成单一长丝。
21.权利要求18的纤维，其中所述纤维的多重组分挤出通过单独毛细管形成单独长丝且聚结成单一熔合纤维。
22.权利要求18的纤维，其中所述第一区和所述第二区具有明确限定的边界。
23.权利要求18的纤维，其还包括第三区，所述第三区包括在所述第一区和所述第二区之间、包含所述第一区和所述第二区的共混物的边界区。
24.权利要求18的纤维，其中所述截面包括选自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股线的构造。
25.权利要求18的纤维，其中所述截面为非圆形。
26.权利要求18的纤维，其中所述第二区包含聚氨酯脲组合物。
27.权利要求18的纤维，其中所述第一区和所述第二区包含至少一种不同的添加剂或不同浓度的相同添加剂。
28.权利要求18的纤维，其中所述第一区和所述第二区各自包含组成不同的聚氨酯脲。
29.权利要求18的纤维，其中所述第一区和所述第二区各自包含不同的组合物。
30.权利要求18的纤维，其中所述第二区包含选自热塑性聚合物和可溶性聚合物的非聚氨酯脲组合物。
31.权利要求18的纤维，其中至少一个区包含为纺织纤维提供增强的功能性的组合物。
32.权利要求31的纤维，其中所述增强的功能性包括至少一种选自以下的性质：染色性、疏水性、亲水性、摩擦控制、耐氯性、耐降解性、粘着性、可熔性、阻燃性、抗微生物性能、阻挡性、导电性、拉伸性质、颜色、再循环性、香味、粘着控制、触觉性质及其组合。
33.弹性双组分纤维，其包括皮-芯截面，芯区包含聚氨酯或聚氨酯脲组合物，皮区包含聚氨酯或聚氨酯脲组合物，其中所述芯区和所述皮区组成不同。
34.权利要求33的纤维，其中所述皮区包含选自尼龙、纤维素、聚酯、聚丙烯腈、聚烯烃及其组合的添加剂。
35.制品，其包含包括截面的弹性多重组分纤维，其中所述截面的至少一个区包含聚氨酯脲组合物。
36.权利要求35的制品，其中所述制品为织物。
37.权利要求35的制品，其中所述织物选自机织织物、非织造织物和编织织物。
38.权利要求35的制品，其中所述截面包括选自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股线的构造。
39.权利要求35的制品，其中所述截面提供包含组成不同的聚氨酯脲组合物的至少第一区和第二区。
40.权利要求35的制品，其中至少一个区包含提供至少一种选自以下的性质的至少一种添加剂：染色性、疏水性、摩擦降低、耐氯性、粘着性、可熔性、阻燃性、抗菌性、阻挡性、导电性及其组合。
41.权利要求35的制品，其中所述制品为纺织品。
42.权利要求35的制品，其中所述制品为衣服。
43.权利要求35的制品，其中所述制品为针织袜类。
44.方法，其包括：
(a)提供至少两种聚合物组合物，其中所述组合物中的至少一种包括聚氨酯脲溶液；
(b)通过分配板和喷丝孔合并组合物以形成具有截面的长丝；
(c)将长丝挤出通过常见毛细管；和
(d)从所述长丝中除去溶剂；
其中所述截面包括在所述聚合物组合物之间的边界。
45.权利要求44的方法，其中所述溶剂通过热惰性气体从所述长丝中除去。
46.权利要求44的方法，其中同时制造多于一支多重组分纤维。
47.权利要求44的方法，其中所述聚合物组合物包含两种组成不同的聚氨酯脲溶液。
48.权利要求44的方法，其中所述聚合物组合物包括至少一种聚氨酯脲溶液和至少一种非聚氨酯脲组合物。
49.权利要求44的方法，其中所述截面选自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股线。
50.弹性多重组分纤维，其包括截面，其中所述截面的至少一个区包括聚氨酯或聚氨酯脲组合物且所述纤维的至少一个区经溶液纺丝。
51.弹性双组分纤维，其包括具有各自包含组成不同的聚氨酯脲的第一区和第二区的并列型截面。
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