JP2023097202A - Thermoplastic polyurethane elastic fiber, wound yarn body containing the same, and sanitary material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維並びにそれを含む巻糸体及び衛生材料に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermoplastic polyurethane elastic fiber and a wound body and sanitary material containing the same.
従来、紙おむつの腰部や脚部には、着用時のずれを防止して尿などの漏れを防ぐために伸縮性を有するギャザーが配置されている。このようなギャザーは、一般に、不織布、及びゴムやポリウレタンなどの弾性繊維を有し、弾性繊維はギャザー製造時に、伸長された状態でホットメルト接着剤等により不織布に接着され、ギャザーに伸縮性を付与している。一般的に、紙おむつ等の衛生材料のギャザーには、伸縮性に加えて、ズレが発生しにくいことや、跡が付きにくいことが要求される。これらの要求性能には弾性繊維が大きな影響を与えるため、従来から衛生材料に適した弾性繊維について各種の提案がなされている。
例えば、以下の特許文献1には、弾性繊維の特定の伸長時応力、応力保持率、残留歪み、応力緩和時間を制御することにより、着脱しやすくフィット感が良好なギャザー部材が得られることが示されている。
Conventionally, elastic gathers are arranged in the waist and legs of disposable diapers in order to prevent them from slipping when worn and to prevent leakage of urine and the like. Such gathers generally have a nonwoven fabric and elastic fibers such as rubber or polyurethane, and the elastic fibers are adhered to the nonwoven fabric with a hot-melt adhesive or the like in a stretched state during the production of the gathers, giving the gathers elasticity. Granted. In general, gathers of sanitary materials such as paper diapers are required to be resistant to slippage and to leave marks in addition to elasticity. Since elastic fibers have a great influence on these required performances, various proposals have been made for elastic fibers suitable for sanitary materials.
For example, Patent Literature 1 below discloses that a gather member that is easy to put on and take off and has a good fit can be obtained by controlling the specific stress during elongation of elastic fibers, stress retention rate, residual strain, and stress relaxation time. It is shown.
ところで、紙おむつ等の衛生材料は、着用者が動作をした際にもずれにくいことが望ましい。跡が付きにくく、かつ着用者が動作をした際にもずれにくい衛生材料とするためには、衛生材料のギャザーが、低速で伸長させた際と比較して、高速で伸長された際に発生する応力が大きくなる性能(以下、「速度応答性」ともいう。)を有することが望ましい。しかしながら、特許文献1に記載のギャザー、及びそれに使用されている弾性繊維は速度応答性を有しないため、該ギャザーを含む衛生材料は、着用者が動作をした際に、十分におむつのずれを抑制できるとは言えなかった。 By the way, it is desirable that sanitary materials such as paper diapers do not easily shift even when the wearer moves. In order to make the sanitary material less likely to leave marks and less likely to shift when the wearer moves, the gathers of the sanitary material should be generated when stretched at high speed compared to when stretched at low speed. It is desirable to have a performance (hereinafter also referred to as “speed responsiveness”) in which the applied stress becomes large. However, the gathers described in Patent Document 1 and the elastic fibers used therein do not have speed responsiveness. I couldn't say I could hold back.
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、速度応答性を有する弾性繊維、並びにそれを含む巻糸体及び衛生材料を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an elastic fiber having speed responsiveness, and a wound body and sanitary material containing the elastic fiber.
本願発明者らは、前記課題を解決すべく、鋭意検討し実験を重ねた結果、小角X線散乱装置で測定したハードドメイン間距離が10nm以上30nm以下、かつ、方位角分布のピークの半値全幅が50°以上130°以下であることを特徴とする、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維が前記課題を解決できることを予想外に発見し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち本発明は、以下の通りのものである。
In order to solve the above problems, the inventors of the present application conducted extensive studies and repeated experiments, and found that the distance between hard domains measured by a small-angle X-ray scattering apparatus is 10 nm or more and 30 nm or less, and the full width at half maximum of the peak of the azimuth distribution. The present inventors have unexpectedly discovered that a thermoplastic polyurethane elastic fiber characterized by having an angle of curvature of 50° or more and 130° or less can solve the above problems, and have completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
[1]小角X線散乱装置で測定される、ハードドメイン間距離が10nm以上30nm以下であり、かつ方位角分布のピークの半値全幅が50°以上130°以下であることを特徴とする、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[2]フィラメント数が10以上160以下である、前記[1]に記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[3]単糸繊度が5dtex以上30dtex以下である、前記[1]又は[2]に記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[4]総繊度が160dtex以上1500dtex以下である、前記[1]~[3]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[5]ポリマーポリオール、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、及び1,4-ブタンジオールから合成されるポリウレタンを含む、前記[1]~[4]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[6]ハードセグメントの分子量が750以上1500以下である、前記[1]~[5]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[7]アロファネート結合を含む架橋を実質的に有しない、前記[1]~[6]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[8]前記熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の質量に対して0.05質量%以上5質量%以下の含有量で処理剤を含有する、前記[1]~[7]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[9]前記熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、処理剤を含有し、該処理剤は、該処理剤の質量に対してシリコーンオイルを10質量%以上90質量%以下で含有する、前記[1]~[8]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[10]化合物Aと化合物Bとが縮合したエステル又はリン酸エステルを、前記熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の質量に対して10ppm以上1000ppm以下で含有し、該化合物Aが、炭素数4以上30以下のモノカルボン酸、炭素数4以上30以下のジカルボン酸、炭素数4以上30以下のトリカルボン酸、及びリン酸からなる群から選ばれるいずれか1つであり、該化合物Bが、炭素数1以上30以下のモノオール、分子量3000以下のジオール、及び分子量3000以下のトリオールからなる群から選ばれるいずれか1つである、前記[1]~[9]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維。
[11]前記[1]~[10]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維が管に巻かれてなる巻糸体であって、該巻糸体中の前記熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の伸長率が0.1%以上10%以下である、巻糸体。
[12]前記[1]~[10]のいずれかに記載の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を用いた衛生材料。
[1] Thermal, characterized in that the distance between hard domains is 10 nm or more and 30 nm or less, and the full width at half maximum of the peak of the azimuthal distribution is 50° or more and 130° or less, as measured by a small-angle X-ray scattering apparatus. Plasticized polyurethane elastic fiber.
[2] The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to [1], wherein the number of filaments is 10 or more and 160 or less.
[3] The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to [1] or [2] above, which has a single filament fineness of 5 dtex or more and 30 dtex or less.
[4] The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [1] to [3], which has a total fineness of 160 dtex or more and 1500 dtex or less.
[5] The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [1] to [4] above, which contains polyurethane synthesized from polymer polyol, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, and 1,4-butanediol.
[6] The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [1] to [5], wherein the hard segment has a molecular weight of 750 or more and 1500 or less.
[7] The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [1] to [6], which is substantially free of crosslinks containing allophanate bonds.
[8] The thermoplastic according to any one of [1] to [7], which contains a treating agent in a content of 0.05% by mass or more and 5% by mass or less based on the mass of the thermoplastic polyurethane elastic fiber. Polyurethane elastic fiber.
[9] The thermoplastic polyurethane elastic fibers contain a treating agent, and the treating agent contains 10% by mass or more and 90% by mass or less of silicone oil with respect to the mass of the treating agent, [1] to The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [8].
[10] Containing an ester or phosphate obtained by condensing compound A and compound B in an amount of 10 ppm or more and 1000 ppm or less with respect to the mass of the thermoplastic polyurethane elastic fiber, and the compound A having 4 or more and 30 or less carbon atoms Any one selected from the group consisting of monocarboxylic acids, dicarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms, tricarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms, and phosphoric acid, and the compound B has 1 to 30 carbon atoms The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [1] to [9], which is any one selected from the group consisting of the following monools, diols having a molecular weight of 3000 or less, and triols having a molecular weight of 3000 or less.
[11] A wound body in which the thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [1] to [10] is wound around a tube, wherein the thermoplastic polyurethane elastic fiber is elongated in the wound body. A wound body having a rate of 0.1% or more and 10% or less.
[12] A sanitary material using the thermoplastic polyurethane elastic fiber according to any one of [1] to [10].
本発明の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、ハードドメイン間距離と配向度を制御することによって、伸長応力の速度応答性を有し、これを含む衛生材料は、着用時に跡が付きにくく、かつ、着用者が動作をした際にもずれにくい。 By controlling the distance between hard domains and the degree of orientation, the thermoplastic polyurethane elastic fiber of the present invention has rate responsiveness to elongation stress. It is hard to shift even when a person moves.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という)について、詳細に説明する。本発明は以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form (henceforth "this embodiment") for implementing this invention is demonstrated in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented in various modifications within the scope of the gist of the present invention.
[熱可塑性ポリウレタン弾性繊維]
本実施形態の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、速度応答性を発現させる観点から、小角X線散乱装置(以下、「SAXS」ともいう。)で測定したハードドメイン間距離が10nm以上30nm以下であり、かつ方位角分布のピークの半値全幅が50°以上130°以下であることを特徴とする。速度応答性の指標として、伸長速度200%/minにおける90%伸長応力に対する、伸長速度2000%/minにおける90%伸長応力の比(以下、「速度応答比」ともいう。)を用いた場合、ポリウレタン弾性繊維の前記速度応答比が1.05以上3.00以下であると、衛生材料として用いられた際、着用時に跡がつきにくく、かつ、着用者が動作した際にもずれにくいという効果が得られる。
[Thermoplastic polyurethane elastic fiber]
The thermoplastic polyurethane elastic fiber of the present embodiment has a distance between hard domains of 10 nm or more and 30 nm or less as measured by a small-angle X-ray scattering apparatus (hereinafter also referred to as "SAXS") from the viewpoint of expressing speed responsiveness. Further, the full width at half maximum of the peak of the azimuth angle distribution is 50° or more and 130° or less. As an indicator of speed responsiveness, when using the ratio of 90% elongation stress at an elongation speed of 2000%/min to 90% elongation stress at an elongation speed of 2000%/min (hereinafter also referred to as "speed response ratio"), When the speed response ratio of the polyurethane elastic fiber is 1.05 or more and 3.00 or less, when it is used as a sanitary material, it is less likely to leave a mark when worn and less likely to shift when the wearer moves. is obtained.
SAXSで測定したハードドメイン間距離が10nm以上30nm以下であり、かつ、方位角分布のピークの半値全幅が50°以上130°以下である熱可塑性ポリウレタン弾性繊維がなぜ速度応答性が発現するのかは未だ明らかにはなっていないが、以下のとおり推測している:
ハードドメイン間距離が長い、すなわち、ハードドメインのサイズが大きい熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を高速で伸長させると、低速で伸長させた場合に比べて、ポリウレタン弾性繊維のハードドメインの構造が大きく破壊され、その破壊される応力で物性が向上するため、速度応答性が発現する;
方位角分布のピークの半値全幅を50°以上となる配向度の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を高速で伸長させると、低速で伸長させた場合に比べて、ポリウレタン弾性繊維のハードドメインの構造が大きく破壊され、その破壊される応力で物性が向上し、速度応答性が大きくなる;
半値全幅を130°以下となる配向度の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、低速で伸長させた場合のハードドメインの構造の変化が少なく、相対的に高速で伸長させた場合の構造の変化との差が大きくなり、速度応答性が大きくなる。
The reason why a thermoplastic polyurethane elastic fiber having an inter-hard domain distance measured by SAXS of 10 nm or more and 30 nm or less and a peak full width at half maximum of an azimuth angle distribution of 50° or more and 130° or less exhibiting velocity responsiveness is the reason. It is not clear yet, but we speculate as follows:
When a thermoplastic polyurethane elastic fiber with a long distance between hard domains, i.e., a large hard domain size, is stretched at high speed, the structure of the hard domain of the polyurethane elastic fiber is greatly destroyed compared to when it is stretched at a low speed. Because the physical properties are improved by the breaking stress, speed responsiveness is expressed;
When a thermoplastic polyurethane elastic fiber with a degree of orientation in which the full width at half maximum of the peak of the azimuthal distribution is 50° or more is stretched at a high speed, the structure of the hard domain of the polyurethane elastic fiber is greatly destroyed compared to when it is stretched at a low speed. The physical properties are improved by the breaking stress, and the speed responsiveness is increased;
Thermoplastic polyurethane elastic fibers with a degree of orientation in which the full width at half maximum is 130° or less show little change in the structure of the hard domain when stretched at a low speed, and there is a difference in structural change when stretched at a relatively high speed. becomes larger, and the speed responsiveness becomes larger.
ハードドメイン間距離は、好ましくは10nm以上27nm以下、更に好ましくは10nm以上25nm以下、より更に好ましくは10.5nm以上20nm以下、最も好ましくは11nm以上15nm以下であり、かつ、方位角分布のピークの半値全幅は、好ましくは60°以上110°以下、より好ましくは70°以上90°以下、最も好ましくは75°以上80°以下である。 The distance between the hard domains is preferably 10 nm or more and 27 nm or less, more preferably 10 nm or more and 25 nm or less, even more preferably 10.5 nm or more and 20 nm or less, most preferably 11 nm or more and 15 nm or less, and The full width at half maximum is preferably 60° or more and 110° or less, more preferably 70° or more and 90° or less, and most preferably 75° or more and 80° or less.
本実施形態の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、熱可塑性ポリウレタンを好ましくは80wt%以上、より好ましくは85wt%以上、更に好ましくは90wt%以上、最も好ましくは95wt%以上含む。熱可塑性ポリウレタンとしては、熱可塑性を有していればよく、例えば、ジイソシアネート、ポリマーポリオール、低分子量ジオール、及び低分子量ジアミン等から重合される構造を有するものであれば、特に限定されるものではない。また、その重合方法も特に限定されるものではない。熱可塑性ポリウレタンとしては、例えば、ジイソシアネート、ポリマーポリオール、及び活性水素化合物からなる鎖延長剤としての低分子量ジアミン等から重合されるポリウレタン(以下、「ポリウレタンウレア」ともいう。)であってもよく、また、ジイソシアネート、ポリマーポリオール、及び活性水素化合物からなる鎖延長剤としての低分子量ジオール等から重合されるポリウレタン(以下、「ポリウレタンウレタン」ともいう。)であってもよい。本発明の所望の効果を妨げない範囲で3官能性以上のグリコールやイソシアネートを用いてもよい。尚、本明細書中、「熱可塑性」とは、分解温度以下で加熱することにより溶融することができ、溶融状態にある間に塑性流動を示し、冷却により固化するという可逆的性質を有することを意味する。一般にポリウレタン樹脂は、230℃以上では分解が始まる。 The thermoplastic polyurethane elastic fiber of the present embodiment preferably contains 80 wt% or more, more preferably 85 wt% or more, even more preferably 90 wt% or more, and most preferably 95 wt% or more of thermoplastic polyurethane. The thermoplastic polyurethane is not particularly limited as long as it has thermoplasticity, for example, as long as it has a structure polymerized from diisocyanate, polymer polyol, low-molecular-weight diol, low-molecular-weight diamine, or the like. do not have. Also, the polymerization method is not particularly limited. The thermoplastic polyurethane may be, for example, a polyurethane polymerized from a diisocyanate, a polymer polyol, and a low-molecular-weight diamine as a chain extender composed of an active hydrogen compound (hereinafter also referred to as "polyurethane urea"). Polyurethane (hereinafter also referred to as "polyurethane urethane") polymerized from a low-molecular-weight diol as a chain extender composed of diisocyanate, polymer polyol, and active hydrogen compound may also be used. Tri- or higher functional glycols and isocyanates may be used as long as they do not interfere with the desired effects of the present invention. In this specification, the term “thermoplastic” means that it can be melted by heating at a decomposition temperature or lower, exhibits plastic flow while in a molten state, and has a reversible property of solidifying upon cooling. means Polyurethane resin generally begins to decompose at 230° C. or higher.
ポリマーポリオールとしては、以下に限定されないが、ポリエーテル系ジオール、ポリエステル系ジオール、ポリカーボネートジオール等のポリマージオールが挙げられる。耐加水分解性の観点から、ポリマーポリオールとしては、ポリエーテル系ポリオールであることが好ましく、ポリエーテル系ジオールであることが更に好ましい。 Polymer polyols include, but are not limited to, polymer diols such as polyether-based diols, polyester-based diols, and polycarbonate diols. From the viewpoint of hydrolysis resistance, the polymer polyol is preferably a polyether-based polyol, more preferably a polyether-based diol.
ポリエーテル系ポリオールとしては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール誘導体、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、テトラヒドロフラン(THF)とネオペンチルグリコールからなる共重合ジオール、THFと3-メチルテトラヒドロフランからなる共重合体ジオールが挙げられる。これらのポリエーテル系ポリオールは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、ポリマージオールの数平均分子量は1000以上8000以下のものが好ましい。この範囲のポリマージオールを使用することにより、伸度、伸縮回復性、耐熱性に優れた弾性繊維を容易に得ることができる。速度応答性、及び光脆化性の観点から、ポリエーテル系ポリオールとしては、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、THFとネオペンチルグリコールの共重合体である共重合ジオール、及びこれらをブレンドしたポリオールであることが好ましい。 Polyether-based polyols include, for example, polyethylene oxide, polyethylene glycol, polyethylene glycol derivatives, polypropylene glycol, polytetramethylene ether glycol, copolymerized diols composed of tetrahydrofuran (THF) and neopentyl glycol, and THF and 3-methyltetrahydrofuran. Copolymer diols are mentioned. One of these polyether-based polyols may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Moreover, the polymer diol preferably has a number average molecular weight of 1,000 or more and 8,000 or less. By using a polymer diol within this range, an elastic fiber excellent in elongation, stretch recovery and heat resistance can be easily obtained. From the viewpoint of speed responsiveness and light embrittlement, the polyether-based polyol should be polytetramethylene ether glycol, a copolymerized diol that is a copolymer of THF and neopentyl glycol, or a blended polyol of these. is preferred.
ジイソシアネートとしては、例えば、芳香族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、及び脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。芳香族ジイソシアネートとしては、以下に限定されないが、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、「MDI」ともいう。)、トリレンジイソシアネート、1,4-ジイソシアネートベンゼン、キシリレンジイソシアネート、2,6-ナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。脂環族ジイソシアネート、及び脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(以下、「H12MDI」ともいう。)、イソホロンジイソシアネート、メチルシクロヘキサン2,4-ジイソシアネート、メチルシクロヘキサン2,6-ジイソシアネート、シクロヘキサン1,4-ジイソシアネート、ヘキサヒドロキシリレンジイソシアネート、ヘキサヒドロトリレンジイソシアネート、オクタヒドロ1,5-ナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。これらのジイソシアネートは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。速度応答性、及び弾性繊維の伸縮回復性の観点から、ジイソシアネートは、芳香族ジイソシアネートであることが好ましく、MDIであることがさらに好ましい。
Diisocyanates include, for example, aromatic diisocyanates, alicyclic diisocyanates, and aliphatic diisocyanates. Examples of the aromatic diisocyanate include, but are not limited to, diphenylmethane diisocyanate (hereinafter also referred to as "MDI"), tolylene diisocyanate, 1,4-diisocyanatobenzene, xylylene diisocyanate, 2,6-naphthalene diisocyanate, and the like. mentioned. Examples of alicyclic diisocyanates and aliphatic diisocyanates include methylene bis(cyclohexyl isocyanate) (hereinafter also referred to as "H12MDI"), isophorone diisocyanate,
活性水素化合物からなる鎖延長剤としては、低分子量ジアミン、及び低分子量ジオールからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。尚、鎖伸長剤としては、エタノールアミンのように、水酸基とアミノ基の両方を分子中に有するものであってもよい。溶融紡糸に適した熱可塑性ポリウレタンを得る観点から、活性水素化合物としては、低分子量ジオールであることが好ましい。 The chain extender comprising an active hydrogen compound is preferably at least one selected from the group consisting of low molecular weight diamines and low molecular weight diols. The chain extender may have both a hydroxyl group and an amino group in its molecule, such as ethanolamine. From the viewpoint of obtaining a thermoplastic polyurethane suitable for melt spinning, the active hydrogen compound is preferably a low molecular weight diol.
活性水素化合物からなる鎖伸長剤としての低分子量ジアミンとしては、以下に限定されないが、例えば、ヒドラジン、エチレンジアミン、1,2-プロパンジアミン、1,3-プロパンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、1,2-ジアミノブタン、1,3-ジアミノブタン、1-アミノ-3,3,5-トリメチル-5-アミノメチルシクロヘキサン、2,2-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、1,3-ジアミノ-2,2-ジメチルブタン、2,4-ジアミノ-1-メチルシクロヘキサン、1,3-ペンタンジアミン、1,3-シクロヘキサンジアミン、ビス(4-アミノフェニル)ホスフィンオキシド、ヘキサメチレンジアミン、1,3-シクロヘキシルジアミン、ヘキサヒドロメタフェニレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、ビス(4-アミノフェニル)ホスフィンオキシド等が挙げられる。 Examples of low-molecular-weight diamines as chain extenders composed of active hydrogen compounds include, but are not limited to, hydrazine, ethylenediamine, 1,2-propanediamine, 1,3-propanediamine, 2-methyl-1,5- pentanediamine, 1,2-diaminobutane, 1,3-diaminobutane, 1-amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane, 2,2-dimethyl-1,3-diaminopropane, 1, 3-diamino-2,2-dimethylbutane, 2,4-diamino-1-methylcyclohexane, 1,3-pentanediamine, 1,3-cyclohexanediamine, bis(4-aminophenyl)phosphine oxide, hexamethylenediamine, 1,3-cyclohexyldiamine, hexahydrometaphenylenediamine, 2-methylpentamethylenediamine, bis(4-aminophenyl)phosphine oxide and the like.
活性水素化合物からなる鎖延長剤としての低分子量ジオールとしては、以下に限定されないが、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、ビスヒドロキシエチレンテレフタレート、1-メチル-1,2-エタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等が挙げられる。これら低分子量ジオールは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。速度応答性、及び弾性繊維の伸縮回復性の観点から、低分子量ジオールとしては、分子量が60以上120以下のジオールであることが好ましく、1,4-ブタンジオールであることがより好ましい。 Examples of low-molecular-weight diols as chain extenders composed of active hydrogen compounds include, but are not limited to, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, bishydroxyethoxybenzene, bishydroxyethylene terephthalate, 1 -methyl-1,2-ethanediol, 1,6-hexanediol and the like. One of these low-molecular-weight diols may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. From the viewpoint of speed responsiveness and stretch recovery of elastic fibers, the low-molecular-weight diol is preferably a diol having a molecular weight of 60 or more and 120 or less, more preferably 1,4-butanediol.
熱可塑性ポリウレタンは、公知のポリウレタン化反応の技術を用いることができ、ワンショット法、プレポリマー法どちらのプロセスで製造されてもよい。プレポリマー法の場合、窒素パージ下、温水ジャケット、及び攪拌機を有する反応タンクにポリマーポリオールとジイソシアネートを、モル比で好ましくは1.0:1.8~3.0、より好ましくは、1.0:2.0~2.5で添加し、プレポリマー反応を好ましくは40℃以上100℃以下、より好ましくは、50℃以上80℃以下で行い、両末端イソシアネート基プレポリマーを得る。次いで、この両末端イソシアネート基プレポリマーに対し、活性水素化合物をイソシアネート末端基の官能基数に凡そ等しい当量で添加し、鎖延長反応を行う。当量比としては、イソシアネート末端基に対し、0.95以上1.1以下が好ましく、より好ましくは0.99以上1.05以下である。その後、固相重合を行い、所定分子量のポリウレタンを得ることができる。鎖延長反応と固相重合の方法としては、プレポリマーの入ったバッチ反応容器に活性水素化合物を好ましくは40℃以上100℃以下で、そのまま添加した後、払い出して固相重合を好ましくは60℃以上200℃以下で、より好ましくは70℃以上150℃以下で行い、ペレタイズしチップ状のポリマーを得てもよい。プレポリマーと活性水素化合物とを均一に混合した後、円筒状パイプ形態や二軸押出機を用いて重合ゾーンのシリンダー温度を好ましくは160℃以上240℃以下とし、連続又は半連続的にポリマーを得た後、固相重合を好ましくは60℃以上220℃以下、より好ましくは70℃以上150℃以下で行ってもよい。 The thermoplastic polyurethane can be produced by any of the one-shot method and the prepolymer method, using a known polyurethane reaction technique. In the case of the prepolymer method, the polymer polyol and the diisocyanate are placed in a reaction tank equipped with a hot water jacket and an agitator under a nitrogen purge in a molar ratio of preferably 1.0:1.8 to 3.0, more preferably 1.0. : 2.0 to 2.5, and the prepolymer reaction is preferably carried out at 40°C or higher and 100°C or lower, more preferably 50°C or higher and 80°C or lower, to obtain a prepolymer with isocyanate groups at both ends. Next, an active hydrogen compound is added to the isocyanate group prepolymer at both ends in an equivalent amount approximately equal to the number of functional groups of the isocyanate terminal groups to carry out a chain extension reaction. The equivalent ratio is preferably 0.95 or more and 1.1 or less, more preferably 0.99 or more and 1.05 or less with respect to the isocyanate terminal group. After that, solid phase polymerization can be performed to obtain a polyurethane having a predetermined molecular weight. As a method for chain extension reaction and solid phase polymerization, an active hydrogen compound is added to a batch reaction vessel containing a prepolymer at a temperature of preferably 40° C. or higher and 100° C. or lower as it is, and then discharged and solid phase polymerization is preferably performed at 60° C. 200° C. or higher, more preferably 70° C. or higher and 150° C. or lower, and pelletized to obtain polymer chips. After uniformly mixing the prepolymer and the active hydrogen compound, the cylinder temperature in the polymerization zone is preferably 160° C. or higher and 240° C. or lower using a cylindrical pipe or a twin-screw extruder, and the polymer is continuously or semi-continuously extruded. After obtaining, solid phase polymerization may be carried out at preferably 60°C to 220°C, more preferably 70°C to 150°C.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を製造する紡糸の方式については、所望の物性が得られる限り、特に制限されるものではない。例えば、熱可塑性ポリウレタンチップを押出機に投入、加熱し、溶融紡糸する方法、ポリウレタン弾性チップを溶融した後、ポリイソシアネート化合物を混合して紡糸する方法、及び、両末端イソシアネート基プレポリマーに対し、両末端イソシアネート基プレポリマーと活性水素化合物との反応物を添加し、チップ化を経由せず連続的に紡糸する方法が挙げられる。 The spinning method for producing the thermoplastic polyurethane elastic fiber is not particularly limited as long as the desired physical properties are obtained. For example, a method of putting thermoplastic polyurethane chips into an extruder, heating them, and melt spinning, a method of melting polyurethane elastic chips and then mixing them with a polyisocyanate compound for spinning, and a method of mixing and spinning a polyisocyanate compound at both ends, A method of adding a reactant of a prepolymer with isocyanate groups at both ends and an active hydrogen compound and continuously spinning without going through chipping may be mentioned.
熱可塑性ポリウレタンチップを押出機に投入、加熱し、溶融紡糸する場合、押出機に投入された熱可塑性ポリウレタンチップは、計量ポンプによって計量され、紡糸ヘッドに導入される。必要に応じて、紡糸ヘッド内で金網やガラスビーズ等を用いたろ過により、異物を除去した後、口金から吐出され、冷風チャンバーで冷却され、必要に応じて処理剤が付与された後、ゴデットロールを経由して巻き取られる。 When thermoplastic polyurethane chips are fed into an extruder, heated and melt-spun, the thermoplastic polyurethane chips fed into the extruder are metered by a metering pump and introduced into the spinning head. If necessary, foreign matter is removed by filtration using a wire mesh or glass beads in the spinning head, then the product is discharged from the spinneret, cooled in a cold air chamber, treated with a treatment agent as necessary, and then a godet roll. is taken up via
紡糸工程では、口金の温度、冷風風速、冷風温度、集束位置、紡糸速度を調節し、繊維の温度プロファイルと紡糸張力をコントロールすることが好ましい。口金の温度は180℃~220℃が好ましく、より好ましくは200℃~210℃である。冷却方法については、ハードドメイン間距離や配向を制御する観点から、口金の直下では冷風を当てない、冷風温度に勾配をつけ徐々に冷却する、冷風チャンバーの長さを長くする、口金と集束位置の距離を長くする等の方法を組み合わせて冷却することが好ましい。冷風は糸の走行方向に対して垂直に当てる方法などの一般的な溶融紡糸の冷却方法を用いることができ、その際の冷風の風速は0.2m/s~2.0m/sが好ましく、より好ましくは0.5m/s~1.2m/s、冷風の温度は5℃~20℃が好ましく、より好ましくは7℃~15℃である。マルチフィラメントを集束させる方法としては、口金からゴデットロールの間に仮撚り機を設置し、仮撚りを行う方法が挙げられる。この際、撚りの強さをコントロールすることにより、撚りを仮撚り機の上方に伝播させ、集束点の高さをコントロールすることができる。仮撚りの方法は一般的な方法を選択でき、エアノズルによる空気仮撚りや、回転するリングに接触させるリング仮撚り機などを用いることができる。 In the spinning process, it is preferable to control the temperature profile of the fiber and the spinning tension by adjusting the spinneret temperature, cold air speed, cold air temperature, convergence position and spinning speed. The temperature of the die is preferably 180°C to 220°C, more preferably 200°C to 210°C. Regarding the cooling method, from the viewpoint of controlling the distance and orientation between the hard domains, cold air is not applied directly below the nozzle, the temperature of the cold air is gradually cooled with a gradient, the length of the cold air chamber is lengthened, and the nozzle and the focusing position are used. It is preferable to cool by combining a method such as lengthening the distance of . A common cooling method for melt spinning can be used, such as applying cold air perpendicularly to the running direction of the yarn. It is more preferably 0.5 m/s to 1.2 m/s, and the temperature of the cool air is preferably 5°C to 20°C, more preferably 7°C to 15°C. As a method for bundling the multifilament, there is a method in which a false twister is installed between the spinneret and the godet rolls to perform false twisting. At this time, by controlling the strength of the twist, the twist can be propagated above the false twister and the height of the convergence point can be controlled. A general method of false twisting can be selected, and air false twisting using an air nozzle, a ring false twisting machine in contact with a rotating ring, or the like can be used.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、解舒性、工程性等の観点から、油剤等の処理剤を塗布されていてもよい。処理剤としては、例えば、ジメチルシリコーンなどのシリコーンオイル、鉱物油系オイル、高級アルコール、及びこれらの組み合わせが挙げられる。これらの油剤等の処理剤はタルク、シリカ、コロイダルアルミナ等の鉱物性微粒子、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム等の高級脂肪酸金属塩粉末、高級脂肪酸カルボン酸、高級脂肪族アルコール、パラフィンポリエチレン等の常温で固体のワックスなど種々のものを含んでもよい。 The thermoplastic polyurethane elastic fibers may be coated with a treatment agent such as an oil from the viewpoint of unwindability, processability, and the like. Treatment agents include, for example, silicone oils such as dimethyl silicone, mineral oils, higher alcohols, and combinations thereof. Treatment agents such as these oils include talc, silica, mineral fine particles such as colloidal alumina, powders of higher fatty acid metal salts such as magnesium stearate and calcium stearate, higher fatty acid carboxylic acids, higher aliphatic alcohols, paraffin polyethylene and the like. Various materials such as solid waxes may also be included.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、速度応答性の観点から、油剤等の処理剤を好ましくは糸質量対比0.05質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上2質量%以下で含む。処理剤は、速度応答性の観点から、シリコーンオイルを好ましくは10質量%以上90質量%以下、より好ましくは30質量%以上85質量%以下含む。シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、ポリアミノ変性シリコーン、フェニル変性シリコーン、アルキル変性シリコーン等の変性シリコーンオイルが挙げられる。処理剤の塗布方法は、特に限定されず、例えば、オイリングローラー等により塗布する方法やノズルにより塗布する方法が挙げられる。 From the viewpoint of speed responsiveness, the thermoplastic polyurethane elastic fiber preferably contains a processing agent such as an oil in an amount of 0.05% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less, based on the yarn mass. include. From the viewpoint of speed responsiveness, the treatment agent preferably contains 10% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 30% by mass or more and 85% by mass or less of silicone oil. Examples of silicone oils include modified silicone oils such as dimethylsilicone, polyether-modified silicone, polyamino-modified silicone, phenyl-modified silicone and alkyl-modified silicone. The method of applying the treatment agent is not particularly limited, and examples thereof include a method of applying with an oiling roller or the like and a method of applying with a nozzle.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、速度応答性の観点から、カルボン酸又はリン酸である化合物Aと、アルコールである化合物Bとが縮合した、エステル又はリン酸エステルを、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の質量に対して10ppm以上1000ppm以下、好ましくは30ppm以上500ppm以下、より好ましくは50ppm以上300ppm以下となるよう含有することが好ましい。化合物Aは、炭素数4以上30以下のモノカルボン酸、炭素数4以上30以下のジカルボン酸、炭素数4以上30以下のトリカルボン酸、及びリン酸からなる群から選ばれるいずれか1つであり、かつ、化合物Bは、炭素数1以上30以下のモノオール、分子量3000以下のジオール、及び分子量3000以下のトリオールからなる群から選ばれるいずれか1つである。前記エステル又はリン酸エステルは、例えば、処理剤の中に含有されてポリウレタン弾性繊維に塗布される。 From the viewpoint of speed responsiveness, the thermoplastic polyurethane elastic fiber is obtained by adding an ester or a phosphoric acid ester obtained by condensing a compound A, which is a carboxylic acid or a phosphoric acid, and a compound B, which is an alcohol, to the mass of the thermoplastic polyurethane elastic fiber. On the other hand, it is preferably contained so as to be 10 ppm or more and 1000 ppm or less, preferably 30 ppm or more and 500 ppm or less, more preferably 50 ppm or more and 300 ppm or less. Compound A is any one selected from the group consisting of monocarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms, dicarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms, tricarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms, and phosphoric acid. and the compound B is any one selected from the group consisting of monools having 1 to 30 carbon atoms, diols having a molecular weight of 3,000 or less, and triols having a molecular weight of 3,000 or less. The ester or phosphate ester is, for example, contained in a treatment agent and applied to the polyurethane elastic fiber.
化合物Aについて、分岐や置換基の有無等に特に制限はない。化合物Aは、モノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸構造であれば、他に任意の結合や置換基を有してもよく、例えば、エステル結合、アミド結合、エーテル結合、スルフィド結合、ジスルフィド結合、ウレタン結合などの結合や、エポキシ基、ニトロ基、シアノ基、ケトン基、ホルミル基、アセタール基、チオアセタール基、スルホニル基などの基などを有していてもよい。炭素数4以上30以下のモノカルボン酸、炭素数4以上30以下のジカルボン酸、炭素数4以上30以下のトリカルボン酸としては、例えば、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、マレイン酸、クエン酸、ラウリン酸、ミスチリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、エポキシ化植物油などが挙げられる。 Regarding the compound A, there are no particular restrictions on the presence or absence of branching or substituents. Compound A may have any other bond or substituent as long as it has a monocarboxylic acid, dicarboxylic acid, or tricarboxylic acid structure. It may have a bond such as a urethane bond, or a group such as an epoxy group, a nitro group, a cyano group, a ketone group, a formyl group, an acetal group, a thioacetal group, a sulfonyl group, or the like. Examples of monocarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms, dicarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms, and tricarboxylic acids having 4 to 30 carbon atoms include benzoic acid, phthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, and adipic acid. , sebacic acid, azelaic acid, maleic acid, citric acid, lauric acid, myristic acid, stearic acid, oleic acid, and epoxidized vegetable oils.
化合物Bについて、分岐や置換基の有無等に特に制限はない。化合物Bは、モノオール、ジオール、トリオール構造であれば、他に任意の結合や置換基を有してもよく、例えば、エステル結合、アミド結合、エーテル結合、スルフィド結合、ジスルフィド結合、ウレタン結合などの結合や、エポキシ基、ニトロ基、シアノ基、ケトン基、ホルミル基、アセタール基、チオアセタール基、スルホニル基などの基などを有していてもよい。化合物Bとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、3-ヘキサノール、シクロヘキシルアルコール、2-エチル-1-ヘキサノール、1-ノナノール、イソデシルアルコール、フェノール、ベンジルアルコールなどのモノオール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのジオール、グリセリン、1,2,4-ブタントリオールなどのトリオールなどが挙げられる。 Regarding compound B, there are no particular restrictions on the presence or absence of branching or substituents. Compound B may have any other bond or substituent as long as it has a monool, diol, or triol structure, such as ester bond, amide bond, ether bond, sulfide bond, disulfide bond, urethane bond, or a group such as an epoxy group, a nitro group, a cyano group, a ketone group, a formyl group, an acetal group, a thioacetal group, a sulfonyl group, or the like. Examples of compound B include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, cyclohexyl alcohol, 2-ethyl-1-hexanol, 1-nonanol, isodecyl alcohol, phenol, monools such as benzyl alcohol, 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butane Diols such as diols, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, polyethylene glycol and polypropylene glycol, triols such as glycerin and 1,2,4-butanetriol etc.
本実施形態において、速度応答性を効果的に発現させる観点から、化合物Aは、炭素数4以上30以下のモノカルボン酸、炭素数4以上30以下のジカルボン酸、炭素数4以上30以下のトリカルボン酸のいずれか1つであることが好ましい。 In the present embodiment, from the viewpoint of effectively exhibiting speed responsiveness, compound A includes a monocarboxylic acid having 4 to 30 carbon atoms, a dicarboxylic acid having 4 to 30 carbon atoms, and a tricarboxylic acid having 4 to 30 carbon atoms. Any one of the acids is preferred.
本実施形態において、速度応答性をより効果的に発現する観点から、化合物Aは芳香環を含む炭素数4以上30以下のモノカルボン酸、炭素数4以上30以下のジカルボン酸、炭素数4以上30以下のトリカルボン酸であることが好ましく、芳香環を含む炭素数4以上15以下のモノカルボン酸、炭素数4以上15以下のジカルボン酸、炭素数4以上15以下のトリカルボン酸であることが最も好ましく、具体的には、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸が挙げられる。 In the present embodiment, from the viewpoint of more effectively exhibiting speed responsiveness, compound A includes a monocarboxylic acid containing an aromatic ring and having 4 to 30 carbon atoms, a dicarboxylic acid having 4 to 30 carbon atoms, and a dicarboxylic acid having 4 or more carbon atoms. It is preferably a tricarboxylic acid having 30 or less, most preferably a monocarboxylic acid having 4 to 15 carbon atoms containing an aromatic ring, a dicarboxylic acid having 4 to 15 carbon atoms and a tricarboxylic acid having 4 to 15 carbon atoms. Preferred examples include benzoic acid, phthalic acid, terephthalic acid, and trimellitic acid.
本実施形態において、速度応答性を効果的に抑制する観点から、化合物Bは、炭素数15以下のモノオール、分子量1500以下のジオール、又は分子量1500以下のトリオールであることがより好ましく、炭素数15以下のモノオール、分子量500以下のジオール、又は分子量500以下のトリオールであることがより好ましく、炭素数15以下のモノオール、又は分子量500以下のジオールであることがより好ましく、分子量500以下のジオールであることが最も好ましい。分子量500以下のジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどが挙げられる。 In the present embodiment, from the viewpoint of effectively suppressing speed responsiveness, compound B is more preferably a monool having a carbon number of 15 or less, a diol having a molecular weight of 1500 or less, or a triol having a molecular weight of 1500 or less. It is more preferably a monool having a molecular weight of 500 or less, or a triol having a molecular weight of 500 or less, more preferably a monool having a carbon number of 15 or less, or a diol having a molecular weight of 500 or less. Diols are most preferred. Diols having a molecular weight of 500 or less include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol and dipropylene glycol.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、所望の効果を失わない程度であれば、ポリウレタン以外のポリマーや、添加剤、例えば、酸化防止剤、耐光剤、紫外線吸収剤、ガス変色防止剤、染料、活性剤、艶消剤、滑剤等を含有してもよい。 Thermoplastic polyurethane elastic fibers may contain polymers other than polyurethane and additives such as antioxidants, light stabilizers, ultraviolet absorbers, gas discoloration inhibitors, dyes, activators, etc., as long as the desired effects are not lost. Matting agents, lubricants, etc. may be contained.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維のフィラメント数は、速度応答性の観点から、好ましくは10以上160以下、より好ましくは15以上140以下、更に好ましくは20以上120以下である。フィラメント数を10以上160以下にすることによって速度応答比を大きくできる理由については明らかではないが、発明者らは、以下のように推定している。フィラメント数が10以上となるように製造した熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、原糸の物性が高くなるため、原糸が有する速度応答比をギャザーに反映させやすくなる。フィラメント数が160以下となるように製造した熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、溶融紡糸工程における冷却過程で単糸の冷却が均一化できるため、単糸間の物性のばらつきを低減でき、速度応答性が発現しやすくなる。 The number of filaments of the thermoplastic polyurethane elastic fiber is preferably 10 or more and 160 or less, more preferably 15 or more and 140 or less, still more preferably 20 or more and 120 or less, from the viewpoint of speed responsiveness. Although it is not clear why the speed response ratio can be increased by setting the number of filaments to 10 or more and 160 or less, the inventors presume as follows. A thermoplastic polyurethane elastic fiber manufactured so that the number of filaments is 10 or more has high physical properties of the raw yarn, so that the speed response ratio of the raw yarn can be easily reflected in the gather. The thermoplastic polyurethane elastic fiber manufactured so that the number of filaments is 160 or less can uniformly cool the single yarns during the cooling process in the melt spinning process, so the variation in physical properties between single yarns can be reduced, and the speed responsiveness is improved. easier to manifest.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の単糸繊度は、速度応答性の観点から、好ましくは5dtex以上30dtex以下、より好ましくは6dtex以上25dtex以下、さらに好ましくは7dtex以上20dtex以下である。単糸繊度を5dtex以上30dtex以下にすることによって速度応答比を大きくできる理由については明らかではないが、発明者らは、以下のように推定している。単糸繊度が5dtex以上となるように製造した熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、溶融紡糸工程における冷却過程で単糸間の冷却が均一化されるため、単糸間の物性のばらつきが低減され、速度応答性を発現しやすくなる。単糸繊度が30dtex以下となるように製造した熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、溶融紡糸工程における冷却過程で単糸が冷却されやすく、単糸間の物性ばらつきを低減でき、原糸に速度応答性を発現させやすくなり、原糸が有する速度応答比をギャザーに反映させやすくなる。 The single filament fineness of the thermoplastic polyurethane elastic fiber is preferably 5 dtex or more and 30 dtex or less, more preferably 6 dtex or more and 25 dtex or less, still more preferably 7 dtex or more and 20 dtex or less, from the viewpoint of speed response. Although it is not clear why the speed response ratio can be increased by setting the single yarn fineness to 5 dtex or more and 30 dtex or less, the inventors presume as follows. Thermoplastic polyurethane elastic fibers produced to have a single filament fineness of 5 dtex or more have uniform cooling between single filaments during the cooling process in the melt spinning process, so variations in physical properties between single filaments are reduced, and speed increases. It becomes easy to express responsiveness. The thermoplastic polyurethane elastic fiber manufactured so that the single yarn fineness is 30 dtex or less is easy to cool in the cooling process in the melt spinning process, the physical property variation between single yarns can be reduced, and the raw yarn has speed responsiveness. It becomes easy to express it, and it becomes easy to reflect the speed response ratio of the raw yarn on the gather.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の総繊度は、速度応答性の観点から、好ましくは160dtex以上1500dtex以下、300dtex以上1300dtex以下である。熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の総繊度を160dtex以上1500dtexにすることによって速度応答比を大きくできる理由については明らかではないが、発明者らは、以下のように推定している。総繊度が160dtex以上となるように製造した熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、原糸の物性が高くなるため、原糸が有する速度応答比をギャザーに反映させやすくなる。総繊度が1500dtex以下となるように製造した熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、溶融紡糸工程における冷却過程で冷却が均一化されるため、糸長方向の物性のばらつきが低減され、速度応答性を発現しやすくなる。 The total fineness of the thermoplastic polyurethane elastic fibers is preferably 160 dtex or more and 1500 dtex or less, and 300 dtex or more and 1300 dtex or less, from the viewpoint of speed responsiveness. Although it is not clear why the speed response ratio can be increased by setting the total fineness of the thermoplastic polyurethane elastic fibers to 160 dtex or more and 1500 dtex, the inventors presume as follows. A thermoplastic polyurethane elastic fiber manufactured so as to have a total fineness of 160 dtex or more has high physical properties of the raw yarn, so that the speed response ratio of the raw yarn can be easily reflected in the gather. Thermoplastic polyurethane elastic fibers produced to have a total fineness of 1500 dtex or less are uniformly cooled during the cooling process in the melt spinning process, so that variations in physical properties in the fiber length direction are reduced and speed responsiveness is exhibited. easier.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、速度応答性を発現させる観点から、ポリマーポリオール、MDI、及び1,4-ブタンジオールから合成されるポリウレタンを含むものが好ましい。熱可塑性ポリウレタン弾性繊維がポリマーポリオール、MDI、及び1,4-ブタンジオールから合成されるポリウレタンを含むことで、速度応答性を発現できる理由については明らかではないが、発明者らは、以下のように推定している。ポリマーポリオール、MDI、及び1,4-ブタンジオールから合成される熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、ハードドメインの水素結合力が強く、高速で伸長させるとハードドメインの構造が大きく破壊されるが、低速で伸長させるとハードドメインの構造が破壊されにくく、速度応答比を大きくすることができる。 The thermoplastic polyurethane elastic fiber preferably contains polyurethane synthesized from polymer polyol, MDI, and 1,4-butanediol from the viewpoint of exhibiting speed responsiveness. Although it is not clear why the thermoplastic polyurethane elastic fiber contains polyurethane synthesized from polymer polyol, MDI, and 1,4-butanediol, it is possible to exhibit speed responsiveness, but the inventors are as follows. is estimated to be Thermoplastic polyurethane elastic fibers synthesized from polymer polyol, MDI, and 1,4-butanediol have strong hydrogen-bonding strength in the hard domains, and the structure of the hard domains is greatly destroyed when stretched at high speed. When stretched, the structure of the hard domain is less likely to be destroyed, and the speed response ratio can be increased.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維のハードセグメントの分子量は、速度応答性を発現させる観点から、好ましくは750以上1500以下であり、より好ましくは800以上1300以下であり、更に好ましくは850以上1200以下である。本実施形態の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維のハードセグメントの分子量を750以上1500以下とすることによって、速度応答比を1.05以上3.00以下にしやすくなる。ハードセグメントの分子量を750以上1500以下にすることによって、速度応答比を1.05以上3.00以下にしやすくなる理由については明らかではないが、発明者らは、以下のように推定している。ハードセグメントの分子量が750以上1500以下にあることで、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を含んだギャザーを高速で伸長させた際に、ポリウレタン弾性繊維のハードドメインの構造破壊の程度が適度となり、速度応答比が1.05以上3.00以下の範囲に制御される。ハードセグメントの分子量が750以上1500以下である熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の製造方法は特に限定されないが、例えば、ポリマーポリオールに対するイソシアネートのモル数を制御して重合した熱可塑性ポリウレタンから熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を製造する方法が好適に用いられる。一般的に、ポリマーポリオールに対するイソシアネートのモル数を大きくすると、ハードセグメントの分子量も大きくできる。 The molecular weight of the hard segment of the thermoplastic polyurethane elastic fiber is preferably 750 or more and 1500 or less, more preferably 800 or more and 1300 or less, still more preferably 850 or more and 1200 or less, from the viewpoint of expressing speed responsiveness. By setting the molecular weight of the hard segment of the thermoplastic polyurethane elastic fiber of the present embodiment to 750 or more and 1500 or less, the speed response ratio can be easily made 1.05 or more and 3.00 or less. Although it is not clear why the speed response ratio is easily made 1.05 or more and 3.00 or less by setting the molecular weight of the hard segment to 750 or more and 1500 or less, the inventors presume as follows. . When the molecular weight of the hard segment is 750 or more and 1500 or less, when the gather containing the thermoplastic polyurethane elastic fiber is stretched at high speed, the degree of structural destruction of the hard domain of the polyurethane elastic fiber is moderate, and the speed response ratio is is controlled within the range of 1.05 to 3.00. The method for producing the thermoplastic polyurethane elastic fiber in which the hard segment has a molecular weight of 750 or more and 1500 or less is not particularly limited. A manufacturing method is preferably used. In general, the higher the number of moles of isocyanate to polymer polyol, the higher the molecular weight of the hard segment.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、速度応答性の観点から、イソシアネート基によってウレタン結合が架橋された、アロファネート結合を含む架橋を実質的に有しないことが好ましい。アロファネート結合を含む架橋を有しないことで速度応答比が高くなる理由については明らかではないが、以下のように推定している。架橋構造を含まない熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を高速で伸長させると高速で伸長した際にハードドメインの構造が破壊されやすくなり、速度応答比が高くなり、着用者が動作をした際のギャザーのずれにくさが発揮される。アロファネート結合を含む架橋を有しない熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の製造方法は特に限定されないが、例えば、ポリマーポリオールと活性水素化合物からなる鎖延長剤の合計モル数が、イソシアネートのモル数以上となるように制御して重合した熱可塑性ポリウレタンから熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を製造する方法が好適に用いられる。 From the viewpoint of speed responsiveness, the thermoplastic polyurethane elastic fiber preferably does not substantially have crosslinks containing allophanate bonds in which urethane bonds are crosslinked by isocyanate groups. Although the reason why the rate response ratio is increased by not having a crosslink containing an allophanate bond is not clear, it is presumed as follows. When a thermoplastic polyurethane elastic fiber that does not contain a cross-linked structure is stretched at high speed, the structure of the hard domain is likely to be destroyed when stretched at high speed, resulting in a high velocity response ratio and a deviation of gathers when the wearer moves. Difficulty is demonstrated. The method for producing thermoplastic polyurethane elastic fibers having no crosslinks containing allophanate bonds is not particularly limited, but for example, the total number of moles of the chain extender comprising the polymer polyol and the active hydrogen compound is equal to or greater than the number of moles of isocyanate. A method of producing thermoplastic polyurethane elastic fibers from controlled polymerized thermoplastic polyurethane is preferably used.
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は速度応答性を効果的に発現させる観点から、紙管等の管に巻かれている巻糸体の状態で、伸長率が0.1%以上であることが好ましく、また10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、3%以下であることが最も好ましい。通常、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は弛緩状態よりも伸長した状態で紙管に巻き取られて、巻糸体を形成している。この巻糸体の状態において、弛緩状態に対してポリウレタン弾性繊維が伸長している割合を巻糸体中の伸長率という。巻糸体中のポリウレタン弾性繊維の伸長率を0.1%以上10%以下にすることで、時間の経過による配向度の増加を抑制することができ、糸の速度応答性を維持することができると推察している。伸長率を0.1%以上10%以下にする方法は特に限定されないが、例えば、ポリウレタン弾性繊維を巻き取る際に、ゴデッドローラーと巻取りローラーの速度比を調節する方法がある。 From the viewpoint of effectively exhibiting speed responsiveness, the thermoplastic polyurethane elastic fiber preferably has an elongation rate of 0.1% or more in the state of a wound yarn wound around a tube such as a paper tube. It is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and most preferably 3% or less. Generally, thermoplastic polyurethane elastic fibers are wound around a paper tube in a state of being stretched rather than in a relaxed state to form a wound body. In this state of the wound body, the rate at which the polyurethane elastic fibers are elongated with respect to the relaxed state is called the elongation rate in the wound body. By setting the elongation rate of the polyurethane elastic fiber in the wound body to 0.1% or more and 10% or less, it is possible to suppress an increase in the degree of orientation over time and maintain the speed responsiveness of the yarn. I'm assuming it can. The method for setting the elongation rate to 0.1% or more and 10% or less is not particularly limited, but for example, there is a method of adjusting the speed ratio between the godded roller and the winding roller when the polyurethane elastic fiber is wound.
[衛生材料]
本実施形態の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の巻糸体、該熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を含むギャザーを含む衛生材料も、本発明の一態様である。衛生材料の具体例としては、使い捨て紙おむつや生理用品に代表される吸収性物品等が挙げられる。紙おむつにおいては、ウエスト部や脚回り部に、本実施形態の熱可塑性ポリウレタン弾性繊維が好適に用いられる。
[Hygiene materials]
A sanitary material comprising a wound body of the thermoplastic polyurethane elastic fiber of the present embodiment and a gather containing the thermoplastic polyurethane elastic fiber is also an aspect of the present invention. Specific examples of sanitary materials include absorbent articles such as disposable diapers and sanitary products. In disposable diapers, the thermoplastic polyurethane elastic fibers of the present embodiment are preferably used for waist portions and leg portions.
以下の実施例、比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲は、実施例により限定されるものではない。
まず、以下の実施例で使用した評価方法について説明する。
EXAMPLES The present invention will be specifically described with reference to the following examples and comparative examples, but the scope of the present invention is not limited by the examples.
First, evaluation methods used in the following examples will be described.
(1)熱可塑性ポリウレタン弾性繊維のハードドメイン間距離と方位角分布のピークの半値全幅
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の繊維軸が水平方向になるよう試料台にセットした。繊維に対して垂直にX線を照射して、下記条件でSAXSを用いて測定を行った。
測定装置:株式会社リガク製NANOPIX
入射X線波長λ:0.154nm
検出器:2次元検出器「Hypix-6000」
測定時間:15分
カメラ長:1312mm
光学系:
ポイントコリメーション:
1st slit:0.55mmφ、guard slit:0.35mmφ
High Resolution Mode
ビームストッパー:2mmφ
(1) Distance between Hard Domains of Thermoplastic Polyurethane Elastic Fiber and Full Width at Half Maximum of Peak of Azimuth Distribution A thermoplastic polyurethane elastic fiber was set on a sample stage so that the fiber axis was horizontal. The fibers were irradiated with X-rays perpendicularly and measured using SAXS under the following conditions.
Measuring device: NANOPIX manufactured by Rigaku Corporation
Incident X-ray wavelength λ: 0.154 nm
Detector: Two-dimensional detector "Hypix-6000"
Measurement time: 15 minutes Camera length: 1312mm
Optical system:
Point collimation:
1st slit: 0.55 mmφ, guard slit: 0.35 mmφ
High Resolution Mode
Beam stopper: 2mmφ
2次元検出器で得られた2次元SAXSパターンI(2θ,φ)の12時方向を0°として、時計回りに方位角θを定義して、下式:
得られた扇型状平均の散乱強度Iを下式:
The obtained fan-shaped average scattering intensity I is expressed by the following formula:
次に、1次元散乱強度Icのピーク近傍をガウス関数でフィッティングすることで求めたピーク位置qmaxからハードドメイン間距離を算出した。尚、qは散乱ベクトルの絶対値である。
続いて、qs<q<qe(qs=qmax-0.1nm-1,qe=qmax+0.1nm-1)における散乱光強度の方位角分布を下式:
得られた方位角分布I(φ)を下式:
規格化した後の方位角分布IN(φ)で観察されるピークから、下記条件で半値全幅を算出した。
解析ソフト:Wavemetrics社製 Igor Pro 8.00
フィッティング方法:Igor Pro 8.00のMulti-peak Fit
ベースラインはピークの裾の両端を結ぶ定数を初期値とし、その値は変数とした。フィッティング関数としてガウス関数を用い、Multi-peak FitにおけるピークのLocation,Width,Heightを変数とし、それぞれの初期値を90°,50°,1とした。
From the peak observed in the normalized azimuth angle distribution I N (φ), the full width at half maximum was calculated under the following conditions.
Analysis software: Wavemetrics Igor Pro 8.00
Fitting method: Igor Pro 8.00 Multi-peak Fit
A constant connecting both ends of the tail of the peak was used as an initial value for the baseline, and the value was used as a variable. A Gaussian function was used as the fitting function, and the Location, Width, and Height of the peak in Multi-peak Fit were used as variables, and their initial values were set to 90°, 50°, and 1, respectively.
(2)弾性繊維のフィラメント数>
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の断面を、日本電子株式会社製電子顕微鏡JSM-6510を使用して観察して、その単糸の数をフィラメント数として測定した。
(2) Number of filaments of elastic fiber>
The cross section of the thermoplastic polyurethane elastic fiber was observed using an electron microscope JSM-6510 manufactured by JEOL Ltd., and the number of single yarns was measured as the number of filaments.
(3)弾性繊維の総繊度
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の弛緩状態の長さ(以下、「リラックス長」ともいう)と、そのサンプル質量(g)を測定した。以下の計算式から、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の弛緩状態における総繊度(dtex)を計算した。測定は4回行い、その平均値をとった。尚、「弛緩状態」とは、ギャザーから取り出した熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を無荷重で2時間以上放置した状態のことをいう。
総繊度A(dtex)=サンプル重量(g)×10000/リラックス長(m)
(3) Total Fineness of Elastic Fibers The length of the thermoplastic polyurethane elastic fibers in a relaxed state (hereinafter also referred to as "relaxed length") and the mass (g) of the sample were measured. The total fineness (dtex) of the thermoplastic polyurethane elastic fiber in the relaxed state was calculated from the following formula. The measurement was performed 4 times and the average value was taken. The "relaxed state" refers to a state in which the thermoplastic polyurethane elastic fibers taken out from the gathers are left unloaded for 2 hours or more.
Total fineness A (dtex) = sample weight (g) x 10000/relaxed length (m)
(4)熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の単糸繊度
前記(2)及び(3)で求めた総繊度(dtex)とフィラメント数を用いて、以下の計算式:
単糸繊度(dtex)=総繊度(dtex)/フィラメント数
から、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の単糸繊度(dtex)を計算した。
(4) Single filament fineness of thermoplastic polyurethane elastic fiber Using the total fineness (dtex) and the number of filaments obtained in (2) and (3) above, the following calculation formula:
The single yarn fineness (dtex) of the thermoplastic polyurethane elastic fiber was calculated from single yarn fineness (dtex)=total fineness (dtex)/number of filaments.
(5)熱可塑性ポリウレタンの構成成分の定性とハードセグメントの分子量の測定
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維から採取した試料と内部標準のジメチルスルホキシドを所定量測り取って下記条件でNMRを測定して、ポリマーポリオール、鎖延長剤、及びジイソシアネートの構造とモル比の特定を行った。ジイソシアネート及び鎖延長剤の構造はNMR測定によるピーク位置から判断できる。
測定装置:Bruker Biospin Avance600
測定核:1H
共鳴周波数:600MHz
積算回数:256回
測定温度:室温
溶媒:重水素化ジメチルホルムアミド
測定濃度:1.5質量%
化学シフト基準:ジメチルホルムアミド(8.0233ppm)
(5) Qualitative determination of constituent components of thermoplastic polyurethane and measurement of molecular weight of hard segment A sample taken from the thermoplastic polyurethane elastic fiber and a predetermined amount of dimethyl sulfoxide as an internal standard are weighed and NMR is measured under the following conditions to obtain a polymer polyol. , chain extender, and diisocyanate structures and molar ratios were identified. The structures of the diisocyanate and the chain extender can be judged from the peak positions by NMR measurement.
Measuring device: Bruker Biospin Avance600
Measurement nucleus: 1H
Resonance frequency: 600MHz
Accumulation times: 256 Measurement temperature: Room temperature Solvent: Deuterated dimethylformamide Measurement concentration: 1.5% by mass
Chemical shift reference: dimethylformamide (8.0233 ppm)
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維のハードセグメントの分子量は、下記式(1)と(2)の連立方程式を解くことにより計算される。
Mh={Mda(N1-1)+Mdi×N0}/(N1-N0-1)+2Mdi …式(1)
N0=0.03806N14-0.03997N13+1.617N12-2.144N1+0.8795 …式(2)
Mda:鎖延長剤の分子量(2種類以上を混合して使用する場合はその数平均分子量)
Mdi:イソシアネートの分子量
N0:未反応のイソシアネートのポリマーポリオールに対するモル比
N1:イソシアネートのポリマーポリオールに対するモル比
Mh:ハードセグメントの分子量
The molecular weight of the hard segment of the thermoplastic polyurethane elastic fiber is calculated by solving the following simultaneous equations (1) and (2).
Mh = {Mda (N1-1) + Mdi × N0} / (N1-N0-1) + 2Mdi ... formula (1)
N0=0.03806N1 4 −0.03997N1 3 +1.617N1 2 −2.144N 1 +0.8795 Formula (2)
Mda: Molecular weight of the chain extender (number average molecular weight when using a mixture of two or more types)
Mdi: molecular weight of isocyanate N0: molar ratio of unreacted isocyanate to polymer polyol N1: molar ratio of isocyanate to polymer polyol Mh: molecular weight of hard segment
(6)熱可塑性ポリウレタン弾性繊維におけるアロファネート結合を含む架橋の有無の判定
下記DMAc溶解試験で溶解し、かつ、下記NMR測定でアロファネート結合が確認できない熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を、本明細書中の用語「アロファネート結合を含む架橋を有しない」ものと判定した。下記DMAc溶解試験で溶解しない、又は、下記DMAc溶解試験で溶解するが下記NMR測定でアロファネート結合が確認できた、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を、「アロファネート結合を含む架橋を有するものと判定した。
<DMAc溶解試験>
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を0.2g精秤し、10gのDMAcに浸漬し、20℃で48時間攪拌をする。攪拌後、径1mm以上の塊状ポリマーが目視で確認できない場合、DMAcに溶解したと判定した。
<NMR測定(アロファネート結合の定性)>
-0.1MPaの真空下で80℃5時間乾燥した、ポリウレタン弾性繊維と内部標準のジメチルスルホキシドを所定量測り取って下記条件でNMRを測定した。この測定によって、ウレタン結合に対するアロファネート結合の比率を確認した。前記ウレタン結合に対するアロファネート結合の比率は、それぞれの水素の積分値を比較して算出でき、この比率が0.05%未満である場合に、アロファネート基が含まれていないと定義する。一般的に、アロファネート結合の水素シグナルは10.5~11.0ppmに観測されることが多いが、この限りではない。
[NMR測定条件]
測定装置:JEOL社製 ECS400
測定核:1H
共鳴周波数:400MHz
積算回数:256回
測定温度:室温
溶媒:重水素化ジメチルホルムアミド
測定濃度:1.5質量%
化学シフト基準:ジメチルホルムアミド(8.0233ppm)
(6) Determining the presence or absence of cross-linking containing allophanate bonds in thermoplastic polyurethane elastic fibers A thermoplastic polyurethane elastic fiber that dissolves in the following DMAc dissolution test and in which allophanate bonds cannot be confirmed by the following NMR measurement is defined as the term used in this specification. It was judged as having "no cross-links containing allophanate bonds". A thermoplastic polyurethane elastic fiber that did not dissolve in the DMAc dissolution test described below, or dissolved in the DMAc dissolution test described below but confirmed allophanate bonds in the NMR measurement described below was judged to have "crosslinks containing allophanate bonds.
<DMAc dissolution test>
0.2 g of thermoplastic polyurethane elastic fiber is weighed out precisely, immersed in 10 g of DMAc, and stirred at 20° C. for 48 hours. After agitation, when no bulk polymer with a diameter of 1 mm or more was visually observed, it was determined that the polymer was dissolved in DMAc.
<NMR measurement (qualification of allophanate binding)>
Predetermined amounts of polyurethane elastic fibers and internal standard dimethyl sulfoxide dried at -0.1 MPa at 80°C for 5 hours were measured and NMR was measured under the following conditions. This measurement confirmed the ratio of allophanate linkages to urethane linkages. The ratio of allophanate bonds to the urethane bonds can be calculated by comparing the integrated values of the respective hydrogens, and when this ratio is less than 0.05%, it is defined that no allophanate groups are contained. In general, hydrogen signals of allophanate bonds are often observed at 10.5 to 11.0 ppm, but this is not the only option.
[NMR measurement conditions]
Measuring device: ECS400 manufactured by JEOL
Measurement nucleus: 1H
Resonance frequency: 400MHz
Accumulation times: 256 Measurement temperature: Room temperature Solvent: Deuterated dimethylformamide Measurement concentration: 1.5% by mass
Chemical shift reference: dimethylformamide (8.0233 ppm)
(7)処理剤の含有率
熱可塑性ポリウレタン弾性繊維から石油エーテルにより処理剤を除去し、乾燥前後の質量を測定することで処理剤の含有率を算出した。具体的には、まず熱可塑性ポリウレタン弾性繊維5g程度を精秤し、処理剤除去前の質量(Wa[g])を求めた。精秤した糸を全量石油エーテル50ml入った容器に入れ、5分間超音波をかけた後容器内の石油エーテルを廃棄し、再度石油エーテルを50ml加え、5分間超音波をかけた。終了後、容器内の石油エーテルを除去し、50℃のオーブンで3時間乾燥し、乾燥後の質量(Wb[g])を精秤した。それぞれ求めた質量から、下式に基づき、処理剤の含有率を算出した。
(8)エステル、又はリン酸エステル量の測定
ポリウレタン弾性繊維1gをクロロホルム120mLにてソックスレー抽出を8時間行う。この抽出液をエバポレーターにて40℃で濃縮乾固し、さらに真空乾燥を常温で1時間行って得た乾燥試料を、公知のGC/MS、NMR等の方法により分析する。その分析条件の詳細については、以下のとおりである。
(8) Measurement of Ester or Phosphate Amount 1 g of elastic polyurethane fiber is subjected to Soxhlet extraction with 120 mL of chloroform for 8 hours. This extract is concentrated to dryness in an evaporator at 40° C., and vacuum-dried at room temperature for 1 hour to obtain a dried sample, which is analyzed by known methods such as GC/MS and NMR. The details of the analysis conditions are as follows.
<NMR測定>
乾燥試料と内部標準のジメチルスルホキシドを所定量測り取って下記条件でNMRを測定し、前記エステル又はリン酸エステルの構造の特定と含有量の算出を行った。前記エステル又はリン酸エステルの含有量の算出は、内部標準であるジメチルスルホキシドとの水素シグナルの積分値より算出した。例えば、安息香酸ジエチレングリコールの含有量を算出する場合、安息香酸ジエチレングリコールのフェニル基の水素の積分値とジメチルスルホキシドのメチル基の水素の積分値を比較して算出できる。尚、NMR測定でピークの重複等により含有量が測定できない場合は、以下のGC/MS分析測定にて含有量を測定した。
測定装置:JEOL社製 ECS400
測定核:1H
共鳴周波数:400MHz
積算回数:256回
測定温度:室温
溶媒:重水素化ジメチルホルムアミド
測定濃度:1.5質量%
化学シフト基準:ジメチルホルムアミド(8.0233ppm)
<NMR measurement>
Predetermined amounts of the dried sample and dimethyl sulfoxide as an internal standard were measured and NMR was measured under the following conditions to identify the structure of the ester or phosphate and calculate the content. The content of the ester or phosphate was calculated from the integral value of the hydrogen signal with dimethylsulfoxide as an internal standard. For example, when calculating the content of diethylene glycol benzoate, it can be calculated by comparing the integrated value of hydrogen of the phenyl group of diethylene glycol benzoate and the integrated value of hydrogen of the methyl group of dimethylsulfoxide. When the content could not be measured by NMR measurement due to overlap of peaks, etc., the content was measured by the following GC/MS analytical measurement.
Measuring device: ECS400 manufactured by JEOL
Measurement nuclei: 1H
Resonance frequency: 400MHz
Accumulation times: 256 Measurement temperature: Room temperature Solvent: Deuterated dimethylformamide Measurement concentration: 1.5% by mass
Chemical shift reference: dimethylformamide (8.0233 ppm)
<GC/MS分析測定>
乾燥試料をメタノール5mLに溶解して分析する。前記エステル又はリン酸エステルの濃度は、GCを用いてNMR測定によって構造が同定された前記エステル又はリン酸エステルの検量線を別途作成し、乾燥試料中の前記エステル又はリン酸エステルの面積と比較することによって質量%を算出した。
GC装置:Agilent Technologies 7890A
注入口温度:320℃
カラム:DB-1MS(30m×0.25mmφ)、液相厚0.25μm
カラム温度:40℃(保持時間5分)、20℃/分昇温、320℃(11分保持)
MS装置:Agilent Technologies 5975C MSD
イオン源温度:230℃
イオン化方法:電子イオン化法
<GC/MS analysis measurement>
The dry sample is dissolved in 5 mL of methanol and analyzed. The concentration of the ester or phosphate ester is determined by separately preparing a calibration curve for the ester or phosphate ester whose structure has been identified by NMR measurement using GC, and comparing it with the area of the ester or phosphate ester in the dry sample. Mass% was calculated by doing.
GC apparatus: Agilent Technologies 7890A
Inlet temperature: 320°C
Column: DB-1MS (30 m × 0.25 mmφ), liquid phase thickness 0.25 μm
Column temperature: 40°C (holding
MS equipment: Agilent Technologies 5975C MSD
Ion source temperature: 230°C
Ionization method: electron ionization method
(9)処理剤に含まれるシリコーン量の測定
処理剤に含まれるシリコーン量は、前記(8)に記載のエステル、又はリン酸エステル量の測定と同様の方法で測定したシリコーン量と、前記(7)で測定した処理剤の含有率から求めた。
(9) Measurement of the amount of silicone contained in the treatment agent The amount of silicone contained in the treatment agent is the amount of silicone measured by the same method as the measurement of the amount of ester or phosphate described in (8) above, and the amount of silicone ( It was obtained from the content of the treating agent measured in 7).
(10)巻糸体中のポリウレタン弾性繊維の伸長率
巻糸体中のポリウレタン弾性繊維の伸長率(%)は、以下の手順で測定した。
1.巻糸体からポリウレタン弾性繊維を弛緩状態の長さ(以下、「リラックス長」ともいう)で0.5m解舒し、その糸質量(g)を測定した。以下の計算式から、ポリウレタン弾性繊維の弛緩状態における繊度(リラックス繊度A(dtex))を計算した。測定は4回行い、その平均値をとった。尚、「弛緩状態」とは、糸を巻糸体から解舒した後、無荷重で2時間以上放置した状態のことをいう。
リラックス繊度A(dtex)=糸質量(g)×10000/0.5(m)
2.送り出しロールによってポリウレタン弾性繊維巻糸体からポリウレタン弾性繊維を、伸長率を維持した状態で50m送り出して解舒し、その糸質量(g)を測定した。以下の計算式から、ポリウレタン弾性繊維の伸長状態における繊度(プリント繊度B(dtex))を計算した。
プリント繊度B(dtex)=糸質量(g)×10000/50(m)
3.以下の計算式:
伸長率(%)=(A/B-1)×100
から、巻糸体中のポリウレタン弾性繊維の伸長率(%)を計算した。
(10) Elongation rate of polyurethane elastic fiber in wound body The elongation rate (%) of the polyurethane elastic fiber in the wound body was measured by the following procedure.
1. A length of 0.5 m in a relaxed state (hereinafter also referred to as “relaxed length”) of the polyurethane elastic fiber was unwound from the wound body, and the yarn mass (g) was measured. The fineness of the polyurethane elastic fiber in the relaxed state (relaxed fineness A (dtex)) was calculated from the following formula. The measurement was performed 4 times and the average value was taken. The term "relaxed state" refers to a state in which the yarn is left unloaded for two hours or longer without load after being unwound from the wound body.
Relax fineness A (dtex) = yarn mass (g) x 10000/0.5 (m)
2. The polyurethane elastic fiber was unwound by feeding 50 m from the polyurethane elastic fiber wound body while maintaining the elongation rate by the feeding roll, and the yarn mass (g) was measured. The fineness of the polyurethane elastic fiber in the stretched state (printed fineness B (dtex)) was calculated from the following formula.
Print fineness B (dtex) = Yarn mass (g) x 10000/50 (m)
3. The following formula:
Elongation rate (%) = (A/B-1) x 100
Elongation rate (%) of the polyurethane elastic fiber in the wound body was calculated from the above.
(11)弾性繊維の速度応答性
引張試験機(島津製作所製EZ-SX AUTOGRAPH)により20℃、65%RH雰囲気化で、弾性繊維をたわみがなく初期長5cm、初期荷重0cNとなるように引張試験機にセットし、200%/分及び2000%/分の伸長速度で伸度100%まで伸長させ、伸度50%の応力(cN)を測定する。ここで、200%/分の伸長速度の最大応力をR、2000%/分の伸長速度の最大応力をR’とし、以下の計算式:
速度応答比=R’/R
から、弾性繊維の速度応答比を計算した。尚、200%/分及び2000%/分の伸長速度での引張試験は、それぞれ別のサンプルを用いて行う。
(11) Speed responsiveness of elastic fiber Tensile tester (EZ-SX AUTOGRAPH manufactured by Shimadzu Corporation) was used to stretch the elastic fiber in an atmosphere of 20°C and 65% RH so that the initial length was 5 cm and the initial load was 0 cN without deflection. It is set in a testing machine, stretched to 100% elongation at elongation speeds of 200%/min and 2000%/min, and the stress (cN) at 50% elongation is measured. Here, the maximum stress at the elongation rate of 200% / min is R, the maximum stress at the elongation rate of 2000% / min is R ', and the following calculation formula:
Speed response ratio = R'/R
, the velocity response ratio of the elastic fiber was calculated. Separate samples are used for tensile tests at elongation rates of 200%/min and 2000%/min.
[実施例1]
数平均分子量1800のポリテトラメチレンエーテルジオール2400gと、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート775.78gとを、乾燥窒素雰囲気下、60℃で3時間、攪拌下で反応させて、末端イソシアネートでキャップされたポリウレタンプレポリマーを得た。このポリウレタンプレポリマーに、1,4-ブタンジオール162.01gを添加して、15分撹拌し、粘度2000ポイズ(30℃)の熱可塑性ポリウレタンを得た。
その後、テフロン(登録商標)トレイに払い出し、この熱可塑性ポリウレタンをトレイに入れたまま、110℃の熱風オーブン中で19時間アニーリングして熱可塑性ポリウレタン樹脂を得た。この熱可塑性ポリウレタン樹脂は、GPCにおける重量平均分子量が20万であった。
[Example 1]
2400 g of polytetramethylene ether diol having a number average molecular weight of 1800 and 775.78 g of 4,4′-diphenylmethane diisocyanate were reacted under a dry nitrogen atmosphere at 60° C. for 3 hours under stirring to obtain a terminal isocyanate capped A polyurethane prepolymer was obtained. 162.01 g of 1,4-butanediol was added to this polyurethane prepolymer and stirred for 15 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane having a viscosity of 2000 poise (30° C.).
Thereafter, the thermoplastic polyurethane was put out on a Teflon (registered trademark) tray, and the thermoplastic polyurethane was annealed in a hot air oven at 110° C. for 19 hours while it was in the tray to obtain a thermoplastic polyurethane resin. This thermoplastic polyurethane resin had a weight average molecular weight of 200,000 in GPC.
紡糸は図1に示す装置を用いて行った。前述の熱可塑性ポリウレタン樹脂を、ホーライ社製粉砕機UG-280型にて、3mm程度の粉末に粉砕した。粉砕したチップを除湿乾燥機で110℃の温度条件下で水分率100ppmまで乾燥した後、熱可塑性ポリウレタン樹脂粉末をホッパー1から投入し、押出機2内で溶融させた。紡糸ヘッド4に設置したギアポンプ3により計量、加圧し、フィルターでろ過後、径0.23mm、60ホールの口金から43.4g/分の速度で、吐出させた。その後、口金出口から50cmは冷風をあてず、口金出口から50cmから100cmの区間では20℃の冷風を0.5m/秒で冷風チャンバーから吹き出し糸にあて、口金出口から100cm以降では10℃の冷風を1.0m/秒で冷風チャンバー5から吹き出し繊維にあてることで溶融紡糸した。その際、リング式仮撚り機6を用いて、各フィラメントを集束させた。巻き取り条件としては、1ゴデッドロール7を650m/分、2ゴデッドロール9を670m/分、巻取りロール10を700m/分とした。巻き取り中に、処理剤塗布部8にて、ポリジメチルシロキサンを主成分とし、ジ安息香酸ジエチレングリコールを含む処理剤を付与しながら、紙管に巻き取り、620dtex/60フィラメントの熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の巻糸体を得た。
Spinning was performed using the apparatus shown in FIG. The thermoplastic polyurethane resin described above was pulverized into powder of about 3 mm using a pulverizer UG-280 manufactured by Horai Co., Ltd. After drying the pulverized chips with a dehumidifying dryer at a temperature of 110° C. to a moisture content of 100 ppm, thermoplastic polyurethane resin powder was charged from the hopper 1 and melted in the
得られた熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の速度応答比は2.0であった。また、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は620dtexで60フィラメントであり、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)と4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)と1,4-ブタンジオール(BDO)から合成されたポリウレタンを含み、ハードドメイン間距離は13nm、方位角分布のピークの半値全幅は80°、ハードセグメントの分子量は1005であり、架橋構造を含まなかった。結果を以下の表1にも示す。 The resulting thermoplastic polyurethane elastic fiber had a speed response ratio of 2.0. The thermoplastic polyurethane elastic fiber is 620 dtex and 60 filaments, and polyurethane synthesized from polytetramethylene ether glycol (PTMG), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and 1,4-butanediol (BDO). The distance between the hard domains was 13 nm, the full width at half maximum of the peak of the azimuthal distribution was 80°, the molecular weight of the hard segment was 1005, and no crosslinked structure was included. The results are also shown in Table 1 below.
[実施例2~5]
紡糸の巻き取り工程において、ゴデッドローラーと巻取りローラーの速度比を変更して、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維の巻糸体中での伸長状態を制御した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Examples 2 to 5]
In the winding step of spinning, the same method as in Example 1 was performed, except that the speed ratio between the godded roller and the winding roller was changed to control the stretched state of the thermoplastic polyurethane elastic fiber in the wound body. A thermoplastic polyurethane elastic fiber was made.
[実施例6~13]
紡糸中に付与する処理剤に加える前記エステルの量と種類を変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Examples 6 to 13]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount and type of the ester added to the treatment agent applied during spinning were changed.
[実施例14]
紡糸中に付与する処理剤に加える前記エステルをなくし、かわりにマスターバッチの形でポリマーに添加したこと以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Example 14]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the ester added to the treating agent applied during spinning was eliminated and instead added to the polymer in the form of a masterbatch.
[実施例15~20]
紡糸中に付与する処理剤のシリコーンオイルの比率を変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Examples 15 to 20]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the proportion of silicone oil in the treatment agent applied during spinning was changed.
[実施例21~26]
紡糸中に付与する処理剤の塗布量を変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Examples 21 to 26]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the coating amount of the treatment agent applied during spinning was changed.
[実施例27]
ポリマーポリオールと活性水素化合物からなる鎖延長剤の合計モル数が、イソシアネートのモル数以上となるように制御して重合した点以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Example 27]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the polymerization was controlled so that the total number of moles of the chain extender consisting of the polymer polyol and the active hydrogen compound was greater than or equal to the number of moles of isocyanate. bottom.
[実施例28~35]
原料であるPTMG、MDI、BDOの比率を変更し、ハードセグメントの分子量を変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。尚、ハードセグメントの分子量は、MDI対比のPTMGモル量を増やすことで小さくし、逆に、MDI対比のPTMGモル量を減らすことで、大きくした。
[Examples 28-35]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the ratio of raw materials PTMG, MDI, and BDO was changed, and the molecular weight of the hard segment was changed. The molecular weight of the hard segment was decreased by increasing the molar amount of PTMG relative to MDI, and conversely increased by decreasing the molar amount of PTMG relative to MDI.
[実施例36]
原料であるPTMGをポリプロピレングリコール(PPG)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Example 36]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the raw material PTMG was changed to polypropylene glycol (PPG).
[実施例37]
原料であるMDIをトリレンジイソシアネート(TDI)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Example 37]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the raw material MDI was changed to tolylene diisocyanate (TDI).
[実施例38]
原料であるBDOをエチレングリコール(EG)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Example 38]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the raw material BDO was changed to ethylene glycol (EG).
[実施例39~49]
ポリマー吐出速度、巻取りロール速度等を調節し、フィラメント数、単糸繊度、総繊度を変更した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。尚、ポリマー吐出速度を上げる、又は巻取りロール速度を下げることにより単糸繊度及び総繊度を大きくし、逆に、ポリマー吐出速度を下げる、又は巻取りロール速度を上げることで単糸繊度及び総繊度を小さくした。
[Examples 39-49]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the polymer discharge speed, winding roll speed, etc. were adjusted, and the number of filaments, single filament fineness, and total fineness were changed. The single yarn fineness and the total fineness are increased by increasing the polymer discharge speed or the winding roll speed, and conversely, the single yarn fineness and the total fineness are increased by decreasing the polymer discharge speed or increasing the winding roll speed. Reduced fineness.
[実施例50~56]
口金ホール径の大きさ、ポリマー吐出速度、ゴデッドロール速度、巻取りロール速度を調節して方位角分布のピークの半値全幅を調節した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。尚、口金ホール径を大きくしてポリマー吐出線速度を下げることにより、口金と1ゴデッドロール間で糸にかかる配向を大きくする、2ゴデッドロール速度を上げて1ゴデッドロールと2ゴデッドロール間で糸にかかる配向を大きくする、及び全体の紡糸速度を上げて糸への配向を大きくすることにより、方位角分布のピークの半値全幅を小さくした。逆に、口金ホール径を小さくする、2ゴデッドロール速度を下げる、及び全体の紡糸速度を下げることで方位角分布のピークの半値全幅を大きくした。
[Examples 50-56]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the size of the spinneret hole diameter, the polymer ejection speed, the godet roll speed, and the take-up roll speed were adjusted to adjust the full width at half maximum of the peak of the azimuth angle distribution. made. By increasing the spinneret hole diameter and lowering the polymer discharge linear velocity, the orientation of the yarn between the spinneret and the first godded roll is increased. The full width at half maximum of the peak of the azimuthal distribution was reduced by increasing the total spinning speed and increasing the orientation into the yarn. Conversely, the full width at half maximum of the peak of the azimuth angle distribution was increased by decreasing the spinneret hole diameter, decreasing the speed of the two godded rolls, and decreasing the overall spinning speed.
[実施例57~64]
口金直下で冷風をあてない距離、冷風チャンバーの冷風温度、冷風速度等の冷却条件を変更して、熱可塑性ポリウレタン弾性繊維のハードドメイン間距離を調節した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。尚、口金直下で冷風を当てる、冷風温度を低くする、及び冷風速度を上げることにより、冷却を急激に行うことで、ハードドメイン間距離を短くした。逆に、冷却を緩やかに行うことで、ハードドメイン間距離を長くした。
[Examples 57 to 64]
In the same manner as in Example 1, except that the distance between the hard domains of the thermoplastic polyurethane elastic fiber was adjusted by changing the cooling conditions such as the distance directly under the die where the cold air was not applied, the temperature of the cold air in the cold air chamber, and the speed of the cold air. A thermoplastic polyurethane elastic fiber was made. The distance between the hard domains was shortened by applying cool air immediately below the die, lowering the temperature of the cold air, and increasing the velocity of the cold air, thereby performing rapid cooling. Conversely, the distance between hard domains was lengthened by cooling slowly.
[比較例1、2]
口金ホール径の大きさ、ポリマー吐出速度、ゴデッドロール速度、巻取りロール速度を調節して方位角分布のピークの半値全幅を調節した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Comparative Examples 1 and 2]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the size of the spinneret hole diameter, the polymer ejection speed, the godet roll speed, and the take-up roll speed were adjusted to adjust the full width at half maximum of the peak of the azimuth angle distribution. made.
[比較例3、4]
紡糸工程において、冷風の勾配をなくして急冷することで、ハードドメイン間距離を調節した以外は、実施例1と同様の方法で熱可塑性ポリウレタン弾性繊維を作製した。
[Comparative Examples 3 and 4]
A thermoplastic polyurethane elastic fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the distance between the hard domains was adjusted by removing the gradient of the cold air and quenching in the spinning process.
[比較例5]
市販されている乾式紡糸によるポリウレタン弾性繊維(旭化成社製「ロイカ」)を測定した。
[Comparative Example 5]
A commercially available dry-spun polyurethane elastic fiber ("Roica" manufactured by Asahi Kasei Corporation) was measured.
以上の各実施例及び比較例における、製造条件、得られたポリウレタン弾性繊維の各測定結果を、以下の表1~表7に示す。 Tables 1 to 7 below show the production conditions and the measurement results of the obtained polyurethane elastic fibers in the above examples and comparative examples.
本発明に係る熱可塑性ポリウレタン弾性繊維は、生理用品や使い捨て紙おむつに代表される吸収性物品等の衛生材料の部材として使用されることで、適切な速度応答性を発現でき、着用者が動作した際にずれにくく、跡がつきにくい製品を得ることができる。 The thermoplastic polyurethane elastic fiber according to the present invention is used as a member of sanitary materials such as sanitary products and absorbent articles represented by disposable diapers, thereby exhibiting appropriate speed responsiveness and enabling the wearer to move. It is possible to obtain a product that does not easily shift and leave marks.
1 ホッパー
2 押出機
3 ギアポンプ
4 紡糸ヘッド
5 冷風チャンバー
6 仮撚り機
7 1ゴデッドロール
8 処理剤塗布部
9 2ゴデッドロール
10 巻取りロール
1
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