DE69818362T2

DE69818362T2 - Wasserabsorbierende Polyurethanfaser und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69818362T2
Application number: DE69818362T
Authority: DE
Inventors: Takaya 1-18-1 Nishiaraisakaecho Sato; Tsutomu 1-18-1 Nishiaraisakaecho Uehara; Hiroshi 1-18-1 Nishiaraisakaecho Yoshida
Original assignee: Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2018-07-04
Also published as: EP0892094B1; JPH1181046A; US6017625A; CA2243367A1; EP0892094A2; DE69818362D1; EP0892094A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wasserabsorbierende Polyurethanfaser, für die ein wasserabsorbierendes thermoplastisches Polyurethanharz-Material verwendet wird, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben. Genauer gesagt bezieht sie sich vorzugsweise auf eine unlösliche und nichtionische wasserabsorbierende Polyurethanfaser, deren Verwendung in Umweltbereichen einschließlich Wasseraufbereitung und Desodorierung sowie im Bauwesen, in der Medizin und anderen Gebieten möglich ist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bekannte granulierte Polymere, die ein hohes Absorptionsvermögen aufweisen, umfassen Harze, die erhalten werden, indem ein Polyacrylsäure-Polymer oder ein Polyvinylalkohol-Polymer einer ausreichenden Vernetzung unterzogen wird, sowie Pfropfstärke-Harze. Zu den faserförmigen Arten gehören die so genannten wasserabsorbierenden Fasern, einschließlich Acrylnitril-Verbundfasern mit einer Carbonsäuresalzgruppe, die in einen Teil der Oberflächenschicht eingeführt wurde, Polyacrylsäure-Polymerfasern, wasserfreie Maleinsäurefasern, Polyvinylalkoholfasern und Alginsäurefasern (siehe japanische Patenoffenlegungsschrift Nr. 1-280069 und 3-279471).
Herkömmliche wasserabsorbierende Fasern weisen die folgenden Nachteile auf:

1) Wasserabsorbierende Fasern, die mit einer Carboxygruppe oder einer anderen ionischen hydrophilen Gruppe versehen sind, werden durch die Absorption von Wasser klebrig und absorbieren ionische wässrige Lösungen sowie wässrige Lösungen mit einem organischen Lösungsmittel nicht umgehend.
2) Die meisten wasserabsorbierenden Fasern weisen nach der Absorption von Wasser eine geringe physikalische Stärke auf und werden, wenn sie mit einer vernetzten Struk tur versehen sind, um eine geeignete physikalische Faserstärke auszubilden, zu Fasern, die Wasser schlecht absorbieren und schlecht aufquellen.
3) Die meisten herkömmlichen wasserabsorbierenden Fasern sind kurze Fasern, die ein Bindemitttel oder dergleichen benötigen, wenn sie z. B. zu einem Vliesstoff verarbeitet werden, und weisen als solche eine geringe Formunteilbarkeit auf.
4) Sie stellen kein Material zur Verfügung, das eine hervorragende Wasserretention, Hydrophilie, Wasserabsorptionsvermögen, Biokompatibilität und Widerstand gegen Verschlechterung der physikalischen Festigkeit durch Wasserabsorption aufweist, die für die Verwendung in breitgestreuten Bereichen, wie Wasseraufbereitung, Desodorierung, Bauwesen und Medizin, erforderlich sind.

Basierend auf den Ergebnissen einer Studie, um eine Lösung für diese Probleme zu finden, haben die Erfinder ein Verfahren zur Herstellung einer wasserunlöslichen, nichtionischen wasserabsorbierenden Polyurethanfaser entwickelt, die problemlos verarbeitet werden kann und die die Eigenschaften von hohem Wasserabsorptionsvermögen, hoher Biokompatibilität und hervorragender physikalischer Festigkeit in sich vereint.
Diese Erfindung verwendet für die Herstellung einer wasserabsorbierenden Polyurethanfaser eine thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung, die erhalten wird, indem (a) eine Polyisocyanatverbindung, (b) ein wasserlösliches Polyalkylenetherpolyol, das ein mittleres Molekulargewicht (Polymer-Molekulargewichte, auf die hierin verwiesen wird, sind gewichtsmittlere Molekulargewichte) von 2.000 bis 13.000, vorzugsweise 4.000 bis 8.000, aufweist und zumindest 70 Gew.-% Ethylenoxideinheiten enthält, und (c) ein Kettenverlängerer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 30 bis 1.000 in einem Äquivalentverhältnis zwischen der Äquivalentzahl an OH-Gruppen des wasserlöslichen Polyalkylenetherpolyols und des Kettenverlängerers und der Äquivalentzahl an NCO-Gruppen der Polyisocyanatverbindung umgesetzt werden, wobei das Äquivalenzverhältnis als R-Verhältnis (Gleichung (1)) definiert ist, das in den Bereich von 1,0 bis 1,8 fällt, wobei die thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung eine durch Gleichung (2) definierte Wasserabsorptionsrate aufweist, die in den Bereich von 200 bis 3.000% fällt:
wobei das vollständig gequollene Gewicht als das Gewicht definiert ist, bei dem während des Einweichens in reinem Wasser mit 25°C keine weitere Gewichtsänderung auftritt, und das staubtrockene Gewicht als das Gewicht definiert ist, bei dem durch Trocknen bei 100°C kein weiterer Gewichtsverlust auftritt.
Die wasserabsorbierende Polyurethanfaser gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Halten der thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt, um sie in den geschmolzenen Zustand überzuführen, und durch Extrudieren der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung durch eine Düse hergestellt wird.
In einem seiner Aspekte ist das Verfahren zur Herstellung einer wasserabsorbierenden Polyurethanfaser gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte des Haltens der thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt, um sie in den geschmolzenen Zustand überzuführen, des Extrudierens der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung durch eine Düse sowie des gleichzeitigen Abkühlens und Aufwickelns des extrudierten thermoplastischen Polyurethanharzes umfasst.
In einem weiteren seiner Aspekte ist das Verfahren zur Herstellung einer wasserabsorbierenden Polyurethanfaser gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte des Haltens einer thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt, um sie in den geschmolzenen Zustand überzuführen, des Extrudierens der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung durch eine Düse, und des gleichzeitigen Verstreckens, Abkühlens und Aufwickelns des extrudierten thermoplastischen Polyurethanharzes umfasst.
In einem anderen seiner Aspekte ist das Verfahren zur Herstellung der wasserabsorbierenden Polyurethanfaser gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte des Haltens einer thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt, um sie in den geschmolzenen Zustand überzuführen, des Extrudierens der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung durch eine Düse, des Abkühlens des extrudierten thermoplastischen Polyurethanharzes und der Durchführung von Sekundärverstrecken des abgekühlten thermoplastischen Polyurethanharzes bei einer Temperatur, die zumindest 10°C unter dem Schmelzpunkt liegt, umfasst.
Die wasserabsorbierende thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung dieser Erfindung ist ein Polyurethan-Copolymer, das durch Urethan-Bindung Kopf-Schwanz-gebunden ist und aus weichen Segmenten, die durch eine Reaktion zwischen der Polyisocyanatverbindung und dem wasserlöslichen Polyalkylenetherpoplyol erhalten wurden, und harten Segmenten besteht, die durch eine Reaktion zwischen der Polyisocyanatverbindung und dem Kettenverlängerer erhalten wurden.
Polyisocyanatverbindungen, die in der wasserabsorbierenden thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung dieser Erfindung verwendet werden können, umfassen z. B. Tolylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Naphthalindiisocyanat, Xylylendiisocyanat, 4,4'-Dicylclohexylmethandiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Isophorendiisocyanat und andere aromatische, aliphatische und alizyklische Isocyanate, Triisocyanate und Tetraisocyanate. Unter diesen wird, z. B. vom Gesichtspunkt der Reaktivität mit dem wasserlöslichen Polyalkylenetherpolyol, den Fasereigenschaften und der leichten Verfügbarkeit her, vorzugsweise 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat verwendet.
Das wasserlösliche Polyalkylenetherpolyol, das in der wasserabsorbierenden thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung dieser Erfindung verwendet wird, ist vorzugsweise ein wasserlösliches Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymer-Polyetherpolyol, Ethylenoxid-Tetrahydrofuran-Copolymer-Polyetherpolyol oder Polyethylenglykol mit zwei oder mehr Hydroxy-Endgruppen pro Molekül. Der Ethylenoxid-Gehalt beträgt 70 oder mehr, vorzugsweise 85% oder mehr. Bei einem Ethylenoxid-Gehalt von weniger als 70% kann die Wasserabsorptionsrate der Harzzusammensetzung niedrig sein.
Die Anzahl an Vernetzungspunkten kann erhöht und die physikalische Festigkeit der Harzzusammensetzung verbessert werden, indem gleichzeitig eine kleine Menge eines Polyols statt eines Diols verwendet wird.
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des in der Erfindung verwendeten wasserlöslichen Polyalkylenetherpolyols liegt im Bereich von 2.000 bis 13.000, vorzugsweise im Bereich von 4.000 bis 8.000, und es wird angenommen, dass dieses eine große Auswirkung auf die Wasserabsorptionsrate des Harzes hat. Wenn das mittlere Molekulargewicht des wasserlöslichen Polyalkylenetherpolyols niedrig ist, sinkt das Molekulargewicht der weichen Segmente, und es lässt sich folglich eine Tendenz zu einer abnehmenden Wasserabsorptionsrate des Harzes beobachten. Ein mittleres Molekulargewicht über 13.000 ist unerwünscht, da dadurch wahrscheinlich die Viskosität während der Synthese sowie der Schmelzpunkt erhöht werden und andere negative Auswirkungen auftreten.
Das in der Erfindung verwendete wasserlösliche Polyalkylenetherpolyol kann eine Mischung mehrerer Arten sein, die sich in der Anzahl an Hydroxy-Endgruppen pro Molekül, Molekulargewicht und Ethylenoxid-Gehalt unterscheiden.
Der in dieser Erfindung verwendete Kettenverlängerer weist ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 30 bis 1.000 auf. Im Allgemeinen ist zumindest eine Verbindung imstande, mit endständigen NCO-Gruppen der durch die Reaktion von Polyisocyanat und dem Polyol erhaltenen Polymere zu reagieren. Der Kettenverlängerer besitzt vorzugsweise zwei oder mehr OH-Gruppen. Vorzugsweise macht der Kettenverlängerer in Bezug auf das Polyol 0,1 bis 1 Mol-% aus. Spezifische Beispiele umfassen Ethlyenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,4-Bis-(β-hydroxyethoxy)benzol, p-Xylylendiol, Phenyldiethanolamin und Methyldiethanolamin.
Der in dieser Erfindung verwendete Kettenverlängerer kann auch ein normalkettiges Polyalkylenetherpolyol mit einem Molekulargewicht von nicht mehr als 1000 und zwei oder mehr OH-Gruppen pro Molekül sein. Spezfische Beispiele schließen Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymer-Polyetherpolyol, Ethylenoxid-Tetrahydrofuran-Copolymer-Polyetherpolyol und Polyethylenglykol ein, die zwei oder mehr Hydroyxy-Endgruppen pro Molekül und ein Molekulargewicht von nicht mehr als 1000 aufweisen. Der Ethylenoxid-Gehalt beträgt vorzugsweise 70% oder mehr, vorzugsweise 85% oder mehr. Bei einem Ethylenoxid-Gehalt von weniger als 70% kann die Wasserabsorptionsrate der Harzzusammensetzung gering sein.
Das Verhältnis zwischen dem Anteil des wasserlöslichen Polyalkylenetherpolyols und dem des Kettenverlängerers, die in der Erfindung verwendet werden, kann je nach Mo lekulargewicht dieser Verbindungen und den erwünschten physikalischen Eigenschaften der thermoplastischen Harzzusammensetzung bei Wasserabsorption variiert werden.
Das Verhältnis zwischen der Summe der OH-Gruppen-Äquivalentzahl der beiden Verbindungen und der NCO-Gruppen-Äquivalentzahl der Polyisocyanatverbindung, genannt „R-Verhältnis", liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 bis 1,8, insbesondere in einem Bereich von 1,0 bis 1,6.
Dadurch ermöglicht diese Erfindung nicht nur die Verwendung von vollständigen Polyurethan-Copolymeren, die einer sorgfältigen Polymer-Synthesereaktion unterzogen worden sind, sondern auch die Verwendung unvollständiger thermoplastischer Polyurethane, d. h. es ermöglicht die Verwendung von Polyurethan-Copolymeren, die übrige aktive Gruppen wie z. B. Isocyanatgruppen aufweisen, durch Unterziehen einer Vernetzung nach der Bildung.
Eine verstärkte intermolekulare Vernetzung, um die physikalische Festigkeit nach der Absorption von Wasser und die Wasserfestigkeit des Harzes zu erhöhen, kann durch Erhöhen der NCO-Gruppen-Äquivalentzahl erreicht werden. Die NCO-Gruppen-Äquivalentzahl muss jedoch innerhalb des vorher erwähnten Bereichs liegen, um eine hohe Wasserabsorptionsrate sicherzustellen.
Eine Möglichkeit, um eine NCO-Gruppen-Äquivalentzahl zu erhalten, die in den festgesetzten Bereich fällt, ist es, zuerst das wasserlösliche Polyalkylenetherpolyol und die Polyisocyanatverbindung umzusetzen und dann manche der NCO-Gruppen in der erhaltenen Polyisocyanatverbindung mit einem Monoalkohol zu blockieren.
Zu diesem Zweck verwendbare Monoalkohole umfassen Methanol, Ethanol, Butanol, Ethylenglykolmonomethylether, Dieethylenglykolmonomethylether und Polyethylenglykolmonomethylether. Polyethylenglykolmonomethylether eignet sich am besten, um die Wasserabsorptionsrate des Harzes zu erhöhen.
Die wasserabsorbierende thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung der Erfindung kann entweder durch das Präpolymerverfahren, bei dem zuerst das wasserlösliche Polyalkylenetherpolyol und die Polyisocyanatverbindung umgesetzt werden und dann das Resultat mit Kettenverlängerer umgesetzt wird, oder durch das Einstufenverfahren, bei dem sämtliche Reaktionsmaterialien auf einmal gemischt werden, synthetisiert werden.
Die Wasserabsorptionsrate der thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung der Erfindung ist durch die Gleichung (2) definiert:
wobei das vollständig gequollene Gewicht als das Gewicht definiert ist, bei dem während des Einweichens in reinem Wasser mit 25°C keine weitere Gewichtsänderung auftritt, und das staubtrockene Gewicht als das Gewicht definiert ist, bei dem durch Trocknen bei 100°C kein weiterer Gewichtsverlust auftritt.
Wenn die Wasserabsorptionsrate weniger als 200% beträgt, ist die Beschreibung „wasserabsorbierendes Harz" unsachgemäß. Wenn die Wasserabsorptionsrate mehr als 3.000% beträgt, sinkt die physikalische Festigkeit der thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung bei Wasserabsorption so stark ab, dass diese nicht mehr verwendbar ist. Obwohl das Seitenverhältnis der wasserabsorbierenden Polyurethanfaser der vorliegenden Erfindung (Länge/Durchmesser) nicht begrenzt ist, wird das Aufwickeln während der Herstellung und das darauffolgende Verarbeiten und Transportieren des Produkts erleichtert, wenn das Seitenverhältnis mehr als 100 beträgt.
Der Durchmesser der wasserabsorbierenden Polyurethanfaser der Erfindung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 20 mm hinsichtlich der Festigkeit, die von der gequollenen Faser bei der eigentlichen Verwendung gefordert wird. Wenn die wasserabsorbierende Polyurethanfaser der Erfindung zu geflochtenem Seil, Glasfasergewebe oder dergleichen verarbeitet wird, reicht ein Durchmesser von 0,2 bis 2 mm aus, um ein Reißen des geflochtenen Seils oder des Glasfasergewebes durch Verdrehen oder Biegen der gequollenen Faser zu verhindern. Die wasserabsorbierende Polyurethanfaser der Erfindung quillt in radialer Richtung um das 1,2- bis 1,5fache an.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt eine wasserabsorbierende Polyurethanfaser durch Halten einer thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung, die auf vorhergehende Weise hergestellt wurde, auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt jedoch unter ihrer Zersetzungstemperatur, Extrudieren der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung durch eine Düse eines Extruders und gleichzeitiges Abkühlen und Abnehmen (z. B. Aufwickeln) des extrudierten thermoplastischen Polyurethanharzes.
Die drei untenstehend erläuterten Verfahren können zum Steuern des Durchmessers der Polyurethanfaser verwendet werden. Diese Verfahren können einzeln ausgewählt oder kombiniert werden, wie es hinsichtlich des Schmelzpunkts und der Schmelzviskosität des Rohmaterials der thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung sowie dem erwünschten Durchmesser der Polyurethanfaser geeignet erscheint.

(1) Extrudieren der thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung durch eine Düse, die dem erwünschten Durchmesser der Polyurethanfaser entspricht, gefolgt von einem Abkühl- und Aufwickelvorgang.
(2) Verstrecken der durch eine Düse extrudierten thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung auf den erwünschten Durchmesser, während diese sich in geschmolzenem Zustand befindet, gefolgt von einem Abkühl- und Aufwickelvorgang.
(3) Abkühlen der durch eine Düse extrudierten thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung und Durchführen einer Sekundärverstreckung am abgekühlten thermoplastischen Polyurethanharz auf den gewünschten Durchmesser bei einer Temperatur, die zumindest 10°C unter dem Schmelzpunkt liegt, gefolgt von einem Aufwickelvorgang.

Die wasserabsorbierende Polyurethanfaser, die durch ein beliebiges dieser Verfahren erhalten wird, quillt durch die Absorption von Wasser. Gesondert zu erwähnen ist, dass die durch Verfahren (3) hergestellte wasserabsorbierende Polyurethanfaser, die durch das Durchführen einer Sekundärverstreckung an der thermoplastischen Polyurethanharz-Zusammensetzung in Gestalt einer Faser erhalten wird, durch Wasserabsorption in Richtung des Durchmessers quillt, während sie gleichzeitig in Längsrichtung auf die Länge, die sie vor dem Sekundärverstrecken aufgewiesen hat, schrumpft. Es wird vermutet, dass dieser Vorgang auftritt, da die Versetzung der Polymer-Moleküle im Zuge der Sekundärverstreckung durch die Wassermoleküle, die beim Quellen durch Wasser zwischen die Polymer-Moleküle eindringen, entlastet wird. Dieser Vorgang kann nicht rückgängig gemacht werden.
BEISPIEL DES SPEZIFISCHEN VERFAHRENS
Die Erfindung wird nun mit Verweis auf ein Beispiel des spezifischen angewandten Verfahrens erklärt.
Die erforderliche Menge an wasserlöslichem Polyalkylenetherpolyol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2.000 bis 13.000 wird in einen mit einem Rührelement aus gestatteten Reaktor gegossen. Das Vorheizen erfolgt auf eine Temperatur von nicht unter 100°C unter Stickstoffatmosphäre, um den Wasseranteil des wasserlöslichen Polyalkylenetherpolyols zu vertreiben.
Die Temperatur im Reaktor wird nun auf 110 bis 140°C eingestellt. Die erforderliche Menge einer Polyisocyanatverbindung wird dem Reaktor unter Rühren zugeführt, um eine Präpolymerreaktion zu bewirken. Nach Abschluss der Präpolymerreaktion wird die erforderliche Menge eines Kettenverlängerers unter Rühren zugeführt. Das Produkt wird durch Gießen in eine Wanne, die mit einem Trennmittel behandelt ist, ausgebreitet und, falls nötig, bei einer Temperatur von nicht mehr als 200°C umgesetzt, um die Reaktion mit dem Kettenverlängerer abzuschließen und dadurch eine thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung zu erhalten. Die Präpolymerreaktion und die Reaktion mit dem Kettenverlängerer kann, falls erforderlich, durch die Verwendung eines metallorganischen oder Amin-Katalysators gefördert werden.
Die auf diese Art erzeugte thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung wird entweder nach dem Abkühlen gemahlen oder direkt in geschmolzenem Zustand einem Extruder zugeführt. Der verwendete Extruder ist ein einachsiger oder mehrachsiger Schneckenrührextruder, der den Schmelzvorgang durch Erhitzen unter Anwendung von Scherkraft vornimmt. Ein Schmelzpunkt von 180 bis 230°C ist geeignet.
Die thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung, die durch die Extruder-Düse extrudiert wird, wird während des Abkühlens auf den erforderlichen Durchmesser verstreckt, mit Öl beschichtet und aufgewickelt. Vorzugsweise wird ein Abkühlverfahren mit Gebläseluft verwendet. Wasserkühlen ist nicht erwünscht, da es eine lokale Wasserabsorption und ein Quellen der Polyurethanfaser verursacht.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nun mit Verweis auf spezifische Beispiele erklärt werden. Sie ist jedoch nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
100 Gewichtsteile Polyethylengykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2.000, die als wasserlösliches Polyalkylenetherpolyol verwendet wurden, wurden in einen mit einem Rührelement ausgestatteten Reaktor gefüllt. Das Vorheizen wurde bei 110°C für 1 h unter Stickstoffatmosphäre vorgenommen, um den Wasseranteil des Polyethylenglykols zu vertreiben. Die Temperatur im Reaktor wurde auf 130°C eingestellt.
Als Polyisocyanatverbindung wurden dem Reaktor 25 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat zugeführt, und eine Präpolymerreaktion wurde für 2 h unter Rühren durchgeführt. Nach Abschluss der Präpolymerreaktion wurden dem Reaktor 1,19 Gewichtsteile 1,4-Butandiol als Kettenverlängerer zugeführt und das ganze für 1 h gerührt. (Sämtliche Reaktionen nach dem Vorheizen erfolgten bei 130°C.)
Nach Abschluss der Reaktion wurde das Produkt ausgebreitet, indem es in eine mit einem Trennmittel behandelte Wanne gegossen und bei 100°C für 4 h wärmebehandelt wurde, um eine thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung zu erhalten.
Die auf diese Weise erzeugte thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung wurde abgekühlt und dann in feine Teilchen zerkleinert. Die Teilchen wurden direkt einem mehrachsigen Schneckenrührextruder zugeführt und durch Erhitzen auf 180 bis 230°C unter Anwendung von Scherkraft geschmolzen. Die thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung, die durch die Extruder-Düse extrudiert wurde, wurde unter gleichzeitigem Abkühlen mit Gebläseluft auf einen Durchmesser von 1 mm verstreckt, und anschließend mit Öl beschichtet und auf eine Länge von 100 m aufgewickelt.
Beispiel 2
Eine thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 100 Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 6.000, 8,3 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 0,4 Gewichtsteile 1,4-Butandiol verwendet wurden. Die Polyurethanfaser wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt.
Beispiel 3
Eine thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 100 Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 10.000, 5,0 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 0,24 Gewichtsteile 1,4-Butandiol verwendet wurden. Die Polyurethanfaser wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Eine thermoplastische Polyurethanharz-Zusammensetzung wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 100 Gewichtsteile Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1.000, 50 Gewichtsteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 2,38 Gewichtsteile 1,4-Butandiol verwendet wurden. Die Polyurethanfaser wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt.
Tabelle 1
Tabelle 2

PEG: Polyethylenglykol
MDI: 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
BDO: 1,4-Butandiol

Die Beispiele 4–6 und die Vergleichsbeispiel 2–4 wurden auf ähnliche Weise hergestellt. Die Ergebnisse sind in den Tabelle 1 und 2 angeführt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung stellt somit eine wasserlösliche, nichtionische wasserabsorbierende Polyurethanfaser bereit.

Claims

Wasserabsorbierende Polyurethanfaser, die erhalten wird, indem aus einer Düse eine thermoplastische Polyurethan-Harzzusammensetzung extrudiert wird, die erhalten wird, indem eine Polyisocyanatverbindung, ein wasserlösliches Polyalkylenetherpolyol, das ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 2.000 bis 13.000 aufweist und zumindest 70 Gew.-% Ethylenoxideinheiten enthält, und ein Kettenverlängerer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 30 bis 1.000 in einem Äquivalentverhältnis zwischen der Äquivalent-Anzahl an OH-Gruppen des wasserlöslichen Polyalkylenetherpolyols und des Kettenverlängerers und der Äquivalent-Anzahl an NCO-Gruppen der Polyisocyanatverbindung umgesetzt werden, wobei das Äquivalenzverhältnis als R-Verhältnis (Gleichung (1)) definiert ist, das in den Bereich von 1,0 bis 1,8 fällt, wobei die thermoplastische Polyurethan-Harzzusammensetzung eine durch Gleichung (2) definierte Wasserabsorptionsrate aufweist, die in den Bereich von 200 bis 3.000% fällt, und die Extrusion durchgeführt wird, während die thermoplastische Polyurethan-Harzzusammensetzung auf einer Temperatur gehalten wird, die nicht unter ihrem Schmelzpunkt liegt, damit sie im geschmolzenen Zustand vorliegt:
wobei das vollständig gequollene Gewicht als das Gewicht definiert ist, bei dem während des Einweichens in reinem Wasser mit 25°C keine weitere Gewichtsänderung auftritt, und das staubtrockene Gewicht als das Gewicht definiert ist, bei dem durch Trocknen bei 100°C kein weiterer Gewichtsverlust auftritt.
Wasserabsorbierende Polyurethanfaser nach Anspruch 1, worin das wasserlösliche Polyalkylenetherpolyol Polyethylenglykol ist.
Wasserabsorbierende Polyurethanfaser nach Anspruch 1 oder 2, worin das wasserlösliche Polyalkylenetherpolyol Polyethylenglykol mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht im Bereich von 4.000 bis 8.000 ist.
Faser nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Harz erhalten wird, indem die Polyisocyanatverbindung und das Polyol umgesetzt werden, um ein Präpolymer herzustellen, und dieses mit dem Kettenverlängerer umgesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung einer wasserabsorbierenden Polyurethanfaser, umfassend die Schritte des Haltens einer thermoplastischen Polyurethan-Harzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt, um sie in den geschmolzenen Zustand überzuführen, des Extrudierens der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethan-Harzzusammensetzung aus einer Düse sowie des gleichzeitigen Abkühlens und Aufwickelns des extrudierten thermoplastischen Polyurethanharzes.
Verfahren zur Herstellung einer wasserabsorbierenden Polyurethanfaser, umfassend die Schritte des Haltens einer thermoplastischen Polyurethan-Harzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt, um sie in den geschmolzenen Zustand überzuführen, des Extrudierens der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethan-Harzzusammensetzung aus einer Düse, und des gleichzeitigen Verstreckens, Abkühlens und Aufwickelns des extrudierten thermoplastischen Polyurethanharzes.
Verfahren zur Herstellung einer wasserabsorbierenden Polyurethanfaser, umfassend die Schritte des Haltens einer thermoplastischen Polyurethan-Harzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf einer Temperatur nicht unter ihrem Schmelzpunkt, um sie in den geschmolzenen Zustand überzuführen, des Extrudierens der geschmolzenen thermoplastischen Polyurethan-Harzzusammensetzung aus einer Düse, des Abkühlens des extrudierten thermoplastischen Polyurethanharzes und der Durchführung von Sekundärverstrecken des abgekühlten thermoplastischen Polyurethanharzes bei einer Temperatur, die zumindest 10°C unter dem Schmelzpunkt liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, das den Schritt der Herstellung des Harzes wie in Anspruch 4 dargelegt umfasst.