JP2001514296A - ポリアミド/ポリウレタンのミクロブレンド及び方法 - Google Patents
ポリアミド/ポリウレタンのミクロブレンド及び方法Info
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Abstract
Description
セグメント化熱可塑性コポリマー及びこの生成物の混合物を溶融ブレンドする方
法に関する。本発明の方法は、パンティストッキング等のテキスタイル製品を鋳
型品、シート、及びファイバー等の成型品に加工するのに有用な形にリサイクル
するのに有用である。
レタンを含んでなる長鎖合成ファイバーを記述するのに当業界で使用される。セ
グメント化ポリウレタンは、柔らかいセグメントと硬いセグメントから構成され
る。柔らかいセグメントは、例えば、ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコー
ルから誘導されるもの等の、ポリマー鎖のポリエーテルをベースにした部分であ
り得る。硬いセグメントは、メチレンビス−(4−フェニルイソシアネート)等
の有機ジイソシアネートとジアミン鎖延長剤の反応から誘導され得る。
とが当業界で長い間知られていた。多くの用途において、美しさ、心地良さ、及
び経済性の目標の特定の組み合わせを得るために、スパンデックスファイバーは
、他のテキスタイルファイバー、特にナイロン6,6と組み合わせて使用される
。このような組み合せは、テキスタイル加工時に、スパンデックスファイバーを
ナイロン6,6ファイバーと組み合わせることによって得られる。テキスタイル
の一つの特定の最終用途はパンティストッキングである。多くのテキスタイル製
品と違って、パンティストッキングは極めて限られた寿命を有し、頻繁に捨てら
れ、著しい廃棄物流を作り出す。本発明の開発迄、この廃棄物流を経済的な方法
でリサイクルする手段はなかった。
くなかった。明らかに、最良のアプローチは、パンティストッキングをシュレッ
ドし、このポリマーをペレットまたは新しいファイバーに溶融押し出しすること
であった。しかしながら、ナイロン6,6の押し出しに必要とされる約265℃
あるいはそれ以上の温度で押し出されると、スパンデックスポリマーはかなりの
分解を示す。
溶融物を押し出す方法が開示されている。しかしながら、ポリエチレンテレフタ
レートとポリエチレンのブレンドのブレンンドが開示されているにすぎない。押
し出し温度は270℃であった。
(1993)では、少なくとも78%の熱可塑性ポリウレタンを含んでなる、ポ
リアミド6と熱可塑性ポリウレタンのブレンドの押し出しが開示されている。押
し出しは、約230℃の溶融温度で2軸スクリュー押し出し機を用いて行われた
。
リアミドと20重量%迄の熱可塑性セグメント化ポリウレタンの混合物を溶融混
合装置に供給し、上記セグメント化ポリウレタンが柔らかいセグメントと硬いセ
グメントを有し、混合装置で上記混合物を溶融し、このように生成された混合物
を排出し、溶融物の温度が混合工程時に実質的に240−260℃の範囲に維持
されることを含んでなる方法を提供する。好ましい実施の態様においては、存在
する熱可塑性セグメント化ポリウレタンのパーセントは5%から20%である。
物品を提供する。
ァイバーを提供する。
、少なくとも20、好ましくは少なくとも50、最も好ましくは50−60の相
対粘度、RVを有するいわゆるテキスタイルグレードのナイロンである。
50の範囲の数平均分子量を有するポリエーテルを含んでなる柔らかいセグメン
トを有する。好ましいポリエーテルには、テトラメチレングリコール、3−メチ
ル−1,5−ペンタンジオール、テトラヒドロフラン(THF)、3−メチルテ
トラヒドロフラン、及びこれらのコポリマーから誘導されるものが含まれる。最
も好ましいのは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。
ネートとジアミン鎖延長剤の反応から誘導される硬いセグメントを有する。好ま
しいジイソシアネートは、メチレン−ビス−(4−フェニルイソシアネート)で
ある。好ましい鎖延長剤には、エチレンジアミン、1,3−シクロヘキサンジア
ミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,3−プロピレンジアミン、2−メ
チルペンタメチレンジアミン、1,2−プロピレンジアミン、1,2−ジアミノ
エタン、及びこれらの混合物が含まれる。
1,5−ジアミノペンタンと混合された1800の数平均分子量のポリ(テトラ
メチレンエーテル)グリコール/メチレンビス(4−フェニルイソシアネート)
/エチレンジアミンの組成のポリウレタンである。
酸化防止剤、加工助剤、相溶化剤及び可塑剤が含まれ、このような添加剤の全量
は10重量%を超えず、好ましくは5%以下である。この混合物には、また、5
%迄、好ましくは2%迄のセルロースまたは他のポリマーを含めることができる
。本発明の方法においては、フレーク、ペレット、粉末、またはファイバーの形
の未溶融のポリマーが、好ましくは、溶融ブレンドに先立ち固相で混合される。
ポリウレタン成分は、全混合物の20重量%以下を含んでなる。一つの実施の態
様として、ポリマーは、当業界で公知のスクリュー押し出し機に供給され、そこ
で混合物を溶融、ブレンドして、肉眼的に均一な溶融物が形成され、次に開口部
(aperture)から押し出され、固化する。本発明の方法において使用さ
れる押し出し機は、単一スクリューまたは2軸スクリューの押し出し機であり、
好ましくは2軸スクリューである。
物を溶融、ブレンドして、肉眼的に均一な溶融物が形成され、次に当業界で公知
の手段によりバッチミキサーから取り出される。
である。一般に、特に、溶融ブレンドをバッチミキサー中で行う場合には、溶融
ブレンドに先立ち、パンティストッキングをシュレッドする必要はない。しかし
ながら、パンティストッキングは、好ましくは、溶融ブレンドに先立ちシュレッ
ドされ、溶融ブレンド操作を行うのに、2軸スクリューの押し出し機を使用する
好ましい実施の態様においては、溶融ブレンドに先立ち、パンティストッキング
をシュレッドするのが極めて好ましい。好適なシュレッダー及びカッターは広く
市販されている。当業者は、パンティストッキングをシュレッドする作業用に、
あるシュレッダーの設計が他のものより優れていることを認めている。しかしな
がら、本発明の実施においては、汎用のシュレッダーが満足であることが判明し
た。
。それゆえ、ファイバー、ペレット、あるいはその他の形であれ、ポリマーを溶
融加工に先立ち乾燥することが極めて好ましい。50℃−120℃の範囲の温度
で28−48時間、乾燥を行うことが便利である。当業界で公知の多数の乾燥オ
ーブンがこの目的に好適である。本発明の方法においては、溶融物温度は、溶融
ブレンド時、実質的に240−260℃の範囲に保持される。平均的当業者なら
ば、240−260℃の範囲の上、あるいは下での溶融温度の短い変動が起こる
ことは正常でないことを理解するであろう。しかしながら、溶融物の温度は、溶
融温度を実質的に240−260℃の範囲にするように制御されなければならな
い。
を通って溶融物中に伸びる熱電対のプローブを使用して、押し出し機のスクリュ
ーの先端で溶融物温度を測定することが便利である。あるいは、ダイを出る溶融
物中に熱電対を挿入することによりあるいは、ダイの出口での溶融物温度をIR
センス(IR sensing)することにより、溶融物の温度が測定される。
る熱電対を使用して、溶融物温度を測定することが便利である。
手法のいずれかの組み合わせによって維持することができる。例えば、スクリュ
ー形の押し出し機においては、スクリュー速度、バレルまたはダイの温度、供給
速度、上記に規定されたような加工助剤の添加により組成の調整が行われる。
ウレタン成分の目に付く分解が起こり、押し出されるストランドは、不均一で泡
が多くなり始めることが判る。時おり、液状の分解生成物と煙がダイから出てく
ることも認められる。溶融物の温度が240℃以下に下がる場合には、多分その
温度で高粘性のポリマーが回転する押し出し機のスクリューによって摩擦による
局所過熱を起こすために、ストランドは、再度不均一で分解を示すようになるこ
とが認められる。
マーの組み合わせを260℃以下の溶融温度で押し出して、良好な性質の均一な
押し出し物を形成させるのが有利であって、それに対して、当業者が良好な押し
出し条件が存在すると予測する範囲である260℃を越える温度では、目に付く
分解が起こるのは、本発明の特に驚くべき面である。
の範囲である。
粒子径を有するポリウレタンポリマーの球形粒子内に分散された均一なナイロン
マトリックスを含んでなる。溶融温度が約260℃を越える場合には、製品中の
ポリウレタンポリマーの量は多分、熱分解のために大きく減少する。
であるような鋳型等で成型品を成形するのに使用される。圧縮成型、押し出し、
溶融紡糸、及び射出成型を含む、当業界で公知であるような成形品を製造するい
かなる方法も使用される。
ーのブレンドを含んでなるパンティストッキングは、約1−2cmの長さの短い
ファイバーにシュレッドされる。個別のファイバーが各々ナイロンまたはポリウ
レタンであるために、シュレッド後のファイバーは、肉眼的に不均一な混合物を
含んでなる。通常、パンティストッキングは20重量%迄のスパンデックスファ
イバーを含んでいる。時々、パンティ部分は木綿またはオレフィンポリマー等の
少量の他のポリマーを含有する。
に供給され、そこで個別のファイバーを溶融し、溶融ポリマーを溶融物中で混合
、ブレンドし、上述のように測定して240−260℃の範囲の温度に溶融物を
維持し、その後に開口部、好ましくはストランドダイから押し出し、ストランド
をペレットに切断する。
次の例のポリマーは、すべて窒素パージされたホットパック(Hotpack)
(フィラデルフィア、ペンシルバニア州)真空オーブン中で90℃で48時間乾
燥された。
コネール・カッター・アンド・ペリタイザー(フランクリン、ペンシルバニア州
)(Conair Cutters and Pellitizers(Fra
nklin,PA))中でパンティストッキングを長さ約1−2cmと直径11
または25μmのファイバーにシュレッドすることによって、約81%のナイロ
ン、18%のスパンデックス、及び1%の木綿のファイバーの供給原料を製造し
た。このファイバ−組成物を、25:1のL/Dを有し、スクリューの長さ方向
に沿って2組の混合ブロックを包含するモデル16TSE共回転の16mmの2
軸スクリュー押し出し機に手で供給した。押し出し機は、プロセス・インダスト
リー・スペシャリスト・イン・ミキシング(リッチフィールド、英国)(Pro
cess Industry Specialists in Mixing(
Lichfield,UK))製のものである。この中で、ファイバーを溶融、
混合し、0.32cmの直径の環状断面の単一開口部を有するダイから押し出し
た。
た。流れは不規則であった。煙の発生と滴下がダイで観察された。
で均一性の高い色を示すことが判明した。ストランドは強靭であり、破壊は少な
く、気泡とふくれは観察されなかった。煙の発生と滴下は観察されなかった。
された。ストランドは良く混合され、外観的に均一であった。外観は極めて均一
、極めて滑らかであった。
であった。ストランドは、カーボンブラックの存在の証拠を示した。ダイから出
る煙が観察された。
った。破壊せずに、スループットは一定であった。気泡、ふくれ、発煙または滴
下は観察されなかった。
ラー(ラムゼー、ニュージャージー州)(Werner and Pfeide
rer(Ransey,NJ))製のモデルZDS−K28IIの26:1のL
/D28mm共回転の2軸スクリュー押し出し機を使用して、シュレッドされた
パンティストッキングを溶融ブレンドし、.16cmの開口部の単一ダイから押
し出した。押し出し機中の滞留時間は約1.5−2分であると見積もられた。フ
ォアモスト(フェアフィールド、ニュージャージー州)(Foremost(F
airfield,NJ))製のフォアモスト・カッター、モデルASHD−2
Hを用いてパンティストッキングをシュレッドした。
は、約95%のナイロン5%のスパンデックスファイバーを含んでなるものであ
った。 表6 供給域(℃) 84 溶融域(℃) 211 混合域(℃) 220 圧縮域(℃) 233 ダイ(℃) 243 スクリュー速度(RPM) 150 トルク(ft−lbs) 14.2 溶融物(℃) 255 ダイ圧力(psi) 77 得られたストランドは、良好な色の均質、均一であり、脆さはなかった。スル
ープットは一定であった。
均一性は優れていた。破損はなく、スループットは一定であった。
なるものであった。押し出し条件が表8に示されている。 表8 供給域(℃) 60 溶融域(℃) 211 混合域(℃) 212 圧縮域(℃) 233 ダイ(℃) 242 スクリュー速度(RPM) 148 トルク(ft−lbs) 10.1 溶融物(℃) 254 ダイ圧力(psi) 435 破損はなく、一定のスループットで、良好な色の、均質で、均一なストランド
が得られた。
ットに切断した。このペレットを、アルブルグ(ロスブルン、ドイツ)(Arb
urg(Lossburn,Germany))製の35トンの射出成形機モデ
ル221−7350に供給し、表1に掲げられた標準試験法に適当な0.32c
m厚の試験片に成型した。溶融物温度は約250℃であり、成型温度は約90℃
であった。成型片を標準試験にかけた。結果は表9に示されている。表9の各々
のデータは3つの試験片の平均を表す。すべての試験は室温におけるものである
。
ゼニス(Zenith)のギアブースターポンプと128穴のスピンレットを持
つフィルターパックを備えられたモデルZE40のベルスドルフ(Bersdo
rff)2軸スクリュー押し出し機の供給スロートに添加した。第1の供給原料
は、ASTM D789によればRV25のバージンのナイロン6,6からなる
ものであった。第1の供給原料は100lbs/時で供給され、第2の供給原料
は0.5lbs/時で供給された。ナトリウムフェニルホスフィネートを第2の
供給原料に添加した。このように製造されたフィラメントを、空気で急冷し、ヤ
ーンに撚り、熱ロール上で後延伸して、約49のRV及び約1200グラム/9
000mのヤーン長の線密度のヤーンを製造した。
化ポリウレタンの混合物を溶融混合装置に供給し、上記セグメント化ポリウレタ
ンが柔らかいセグメントと硬いセグメントを有し、混合装置で上記混合物を溶融
し、このように生成した混合物を排出し、溶融物の温度が混合工程時に240−
260℃の範囲に維持されることを含んでなる方法により形成されるポリマー組
成物。
0/10のモル比で2−メチル−1,5−ジアミノペンタンと混合された180
0の数平均分子量のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール/メチレンビス
(4−フェニルイソシアネート)/エチレンジアミンの組成である請求項1に記
載の組成物。
リアミドと20重量%迄の熱可塑性セグメント化ポリウレタンを含んでなる組成
物を240−260℃の温度で溶融し、このセグメント化ポリウレタンが柔らか
いセグメントと硬いセグメントを有し、溶融された組成物を規定の形状に成形し
、成形された溶融物を冷却して、加工された形状を形成させる ことを含んでなる方法。
トが5%から20%である請求項1に記載の方法。
Claims (17)
- 【請求項1】 ポリマー組成物を形成する方法であって、その方法が、 熱可塑性ポリアミドと20重量%迄の熱可塑性セグメント化ポリウレタンの混合
物を溶融混合装置に供給し、上記セグメント化ポリウレタンが柔らかいセグメン
トと硬いセグメントを有し、混合装置で上記混合物を溶融し、このように生成し
た混合物を排出し、溶融物の温度が混合工程時に240−260℃の範囲に維持
されることを含んでなる方法。 - 【請求項2】 溶融混合装置がスクリュー形の押し出し機である請求項1に
記載の方法。 - 【請求項3】 押し出し機が共回転の2軸スクリュー押し出し機である請求
項2に記載の方法。 - 【請求項4】 溶融混合装置がバッチミキサーである請求項1に記載の方法
。 - 【請求項5】 温度が245−255℃の範囲に維持される請求項1に記載
の方法。 - 【請求項6】 ポリアミドがナイロン6,6である請求項1に記載の方法。
- 【請求項7】 セグメント化ポリウレタンが、1750−2250の範囲の
数平均分子量を有するポリエーテルを含んでなる柔らかいセグメントを有し、
このポリエーテルが、テトラメチレングリコール、3−メチル−1,5−ペンタ
ンジオール、テトラヒドロフラン(THF)、3−メチルテトラヒドロフラン、
及びこれらのコポリマーから誘導されるものからなる群から選ばれ、セグメント
化ポリウレタンが、有機ジイソシアネートとジアミン鎖延長剤の反応から誘導さ
れる硬いセグメントを有し、鎖延長剤が、エチレンジアミン、1,3−シクロヘ
キサンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,3−プロピレンジアミ
ン、2−メチルペンタメチレンジアミン、1,2−プロピレンジアミン、1,2
−ジアミノエタン、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項6に記載
の方法。 - 【請求項8】 ポリエーテルがポリテトラメチレンエーテルグリコールであ
り、ジイソシアネートがメチレン−ビス−(4−フェニルイソシアネート)であ
る請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 ポリウレタンが、90/10のモル比で2−メチル−1,5
−ジアミノペンタンと混合された1800の数平均分子量のポリ(テトラメチレ
ンエーテル)グリコール/メチレンビス(4−フェニルイソシアネート)/エチ
レンジアミンの組成である請求項6に記載の方法。 - 【請求項10】 更に、パンティストッキングをシュレッドして、ポリマー
の混合物を形成するステップを含んでなる請求項1に記載の方法。 - 【請求項11】 熱可塑性ポリアミドと20重量%迄の熱可塑性セグメント
化ポリウレタンの混合物を溶融混合装置に供給し、上記セグメント化ポリウレタ
ンが柔らかいセグメントと硬いセグメントを有し、混合装置で上記混合物を溶融
し、このように生成した混合物を排出し、溶融物の温度が混合工程時に240−
260℃の範囲に維持されることを含んでなる方法により形成されるポリマー組
成物。 - 【請求項12】 ポリアミドがナイロン6,6であり、ポリウレタンが、9
0/10のモル比で2−メチル−1,5−ジアミノペンタンと混合された180
0の数平均分子量のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール/メチレンビス
(4−フェニルイソシアネート)/エチレンジアミンの組成である請求項11に
記載の組成物。 - 【請求項13】 請求項11に記載の組成物の成型品。
- 【請求項14】 ファイバーの形の請求項13の成型品。
- 【請求項15】 成型品を加工する方法であって、その方法が、熱可塑性ポ
リアミドと20重量%迄の熱可塑性セグメント化ポリウレタンを含んでなる組成
物を240−260℃の温度で溶融し、このセグメント化ポリウレタンが柔らか
いセグメントと硬いセグメントを有し、溶融された組成物を規定の形状に成形し
、成形された溶融物を冷却して、加工された形状を形成させることを含んでなる
方法。 - 【請求項16】 ポリアミドがナイロン6,6であり、ポリウレタンが、9
0/10のモル比で2−メチル−1,5−ジアミノペンタンと混合された180
0の数平均分子量のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール/メチレンビス
(4−フェニルイソシアネート)/エチレンジアミンの組成である請求項15に
記載の方法。 - 【請求項17】 存在する熱可塑性セグメント化ポリウレタンのパーセント
が5%から20%である請求項1に記載の方法。
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