JP2744972B2 - ジアミン混合物を用いてつくられたスパンデツクス成形品 - Google Patents

ジアミン混合物を用いてつくられたスパンデツクス成形品

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はポリアルカンエーテルグリコールから誘導さ
れた軟らかいセグメント、及び或種の立体障害をもった
t−アラルキルジイソシアネートから誘導された硬いセ
グメントを含むポリウレタン−尿素スパンデックス重合
体からつくられた改良された成形品に関する。特に本発
明はポリアルカンエーテルグリコールをα,α,α′,
α′−テトラメチルp−キシリレンジイソシアネートで
キャッピングした後、このジイソシアネートでキャッピ
ングっされたグリコールを特定のジアミン混合物で連鎖
伸長させてつくらてたスパンデックス重合体から製造さ
れる成形品に関する。
例えばウィットベッカー(Wittbecker)の米国特許第
3,507,834号及びマクラミン(McMillin)らの米国特許
第3,549,596号には、t−アラルキルジイソシアネート
(例えばα,α,α′,α′−テトラメチルp−キシリ
レンジイソシアネート、以後「p−TMXDI」と記す)で
キャッピングした後、ジアミン(例えば水素化されたm
−フェニレンジアミン、別名1,3−ジアミノシクロヘキ
サン、以後「HmPD」と記す)で連鎖伸長させて得られる
ポリアルカンエーテルグリコール(例えばポリテトラメ
チレンエーテルグリコール、以後「PO4G]と記す)から
誘導されたスパンデックス・フィラメントが記載されて
いる。このようなスパンデックス・フィラメントは良好
な引張特性、白さ及び劣化耐性をもっているが、熱安定
性及び或種の溶媒による膨潤耐性に欠点がある。これら
の特許には多数の連鎖伸長剤を使用できることが記載さ
れている。しかし本発明を実施するのに必要な特定の3
種のジアミン連鎖伸長剤の組合せの記載はない。
本発明の目的はウィットベッカー及びマクミランらの
記載による一般的な型のポリエーテルをベースにしたス
パンデックス重合体(即ちPO4G:pTMXDI:HmPD)におい
て、これらの重合体からつくられたフィラメントの良好
な引張特性が保持され、しかも熱固定効率及び溶媒耐性
に関する上記の欠点が克服され、または大幅に低下して
いるスパンデックス成形品を提供することである。
フレーザー(Frazer)らの米国特許第2,929,803号に
はポリエーテルグリコール、ジイソシアネート及び二級
アミンからつくられたポリエーテルをベースにしたスパ
ンデックス・フィラメントが記載されている。またポリ
(テトラメチレンオキシド)グリコールが記載されてい
る。二級ジアミン及び二級ジアミンと混合し得る一級ア
ミンのリストが上記フレーザーの特許第9欄55−74行に
記載されている。ここに記載された一級アミンの中には
p−キシリレンジアミン及び1,4−ジアミノシクロヘキ
サンがある。さらにフレーザーらの特許にはこれらのジ
アミンは特にハロゲンで置換し得ることが記載されてい
る。しかし本発明のスパンデックスに必要なテトラクロ
ロ−キシリレンジアミンはフレーザーの特許には記載さ
れていない。
ポリエーテルをベースにしたスパンデックス重合体に
関するものではないが、アルタウ(Altau)らの米国特
許第3,994,881号には、紫外線または塩素含有漂白剤に
よる劣化耐性が改善されたポリエステル・ポリウレタン
−尿素スパンデックス・フィラメントが記載されてい
る。この場合硬いセグメントは少なくとも25モル%が である「官能基的に非芳香族的な」基に結合したウレイ
レン基を含んでいる。この重合体はポリエステルグリコ
ール、テトラハロゲン化ジイソシアネート及びテトラハ
ロゲン化ジアミンからつくられる。これらのテトラハロ
ゲン化ジアミンは本発明の成形品のスパンデックスに対
する連鎖伸長剤として用いられる3成分ジアミン混合物
の少量成分として有用なことが見出だされた。
本発明においては、t−アラルキジイソシアネートで
キャッピングし次いでジアミンでで連鎖伸長させられた
ポリアルカンエーテルグリコールから製造されたスパン
デックスポリマーの成形品において、該連鎖伸長用のジ
アミンは25〜80モル%の水素化されたm−フェニレンジ
アミン、10〜50モル%の水素化されたp−フェニレンジ
アミン、及び10〜30モル%のテトラクロロ−p−キシリ
レンジアミンから実質的に成ることを特徴とする改善さ
れたスパンデックスポリマーの成形品が提供される。連
鎖伸長剤のジアミン混合物は好ましくはHmPD 35〜55モ
ル%、HpPD 30〜45モル%及びTClpXD10〜25モル%から
実質的に成っている。スパンデックスは好ましくは成形
品の形をしており、最も好ましくは繊維またはフィルム
である。
本発明において「スパンデックス」という言葉はその
通常の定義において使用され、少なくとも85重量%のセ
グメント重合ポリウレタンを含む長鎖合成重合体を意味
する。「軟らかいセグメント」及び「硬いセグメント」
という言葉はスパンデックス重合鎖の特定の部分を意味
する。軟らかいセグメントはセグメント重合ポリウレタ
ン−尿素重合体のポリエーテル部分であり、好ましくは
ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールからつくら
れている。硬いセグメントはt−アラルキルジイソシア
ネート、好ましくα,α,α′,α′−テトラメチルp
−キシリレンジイソシアネート、及び本発明の三成分ジ
アミン連鎖伸長剤混合物から誘導される重合鎖の部分で
ある。連鎖伸長前のある重合体のイソシアネート末端基
の含量をNCO含量という。
便宜上下記の説明及び実施例においては次のような略
号を用いる。
ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール PO4G α,α,α′,α′−テトラメチルp−キシリレンジイ
ソシアネート p−TMXDI 水素化m−フェニレンジアミン HmPD 水素化p−フェニレンジアミン HpPD テトラクロロ−p−キシリレンジアミン TClpXD p,p′−メチレンジフェニルジイソシアネート MDI メチレン−ビス(4−フェニルイソシアネート) MDI エチレンジアミン EDA N,N−ジメチルアセトアミド DMAc 1,1−ビス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブ
チルフェニル)ブタン SWP 下記実施例に示したスパンデックス重合体の化学組成
も略記する。重合体の反復単位の単量体はコロンで分離
する。(即ち軟らかいセグメント、ジイソシアネート及
びジアミン部分はコロンで分離する。)従ってポリテト
ラメチンエーテルグリコール(PO4G)、p,p′−メチレ
ンジフェニルジイソシアネート(MDI)、及びエチレン
ジアミン(EDA)と水素化m−フェニレンジアミン(HmP
D)との混合物からつくられた市販のスパンデックス重
合体は、PO4G:MDI:EDA/HmPDと略記される。また本発明
でつくられた重合体はPO4G:p−TMXDI:HmPD/HpPD/TClpXD
(40/40/20)と略記される。スラッシュ(/)で区切ら
れたジアミンは混合物の成分であり、このような混合物
の後のカッコの中の数字はこの混合物のジアミンの各成
分のモル%を表す。
本発明に従えばスパンデックスの硬いセグメントをつ
くるのに用いられる好適なポリテトラメチレンエーテル
グリコールの数平均分子量は600〜5,000の範囲であり、
融点は60℃より低い。好ましくはこのグリコールの分子
量は1,500〜2,500であり、最も好ましくは1,700〜2,200
である。
本発明の成形品用のスパンデックス重合体を製造する
ためには、上記グルコールを通常の方法で過剰のt−ア
ラルキルジイソシアネート、好ましくはα,α,α′,
α′−テトラメチルp−キシリレンジイソシアネート
(p−TMXDI)と反応させ(或いはしばしば言われるよ
うに「キャッピング」を行い)、イソシアネート末端重
合体をつくる。好ましくはこのイソシアネート末端重合
体のNCO含量は2.3〜3%、最も好ましくは2.4〜2.7%で
ある。
次にキャッピングをした重合体をHmPD、HpPD及びTClp
XDの三成分ジアミン混合物で連鎖伸長させ、本発明の成
形品をつくるのに用いるスパンデックス重合体をつく
る。ジアミン混合物中の3成分の各々のモル濃度はHmPD
が25〜80%、好ましくは35〜55%であり、HpPDが10〜50
%、好ましくは30〜45%、またTClpXDが10〜30%、好ま
しくは10〜25%である。
本発明においては本発明のスパンデックス成形品に必
要な3成分ジアミン混合物に関するいくつか重要な発見
が行われた。ウィットベッカーの米国特許第3,507,834
号記載のように、PO4G及びp−TMXDIからつくられる重
合体に対し唯一の連鎖伸長剤ジアミンとしてHmPDだけを
使用した場合でも、得られたスパンデックス重合体は良
好な引張及び弾性的性質をもったフィルムまたはフィラ
メントにすることができよう。HpPD及びHmPDをジアミン
連鎖伸長剤の二成分混合物として使用して同様なスパン
デックス重合体をつくった場合、熱固定効率は非常に改
善されるが、パワーは減少し、成形品はなお溶媒耐性に
欠けている。HmPD及びTClpXDをジアミン連鎖伸長剤2成
分混合物として用いて同様な重合体をつくった場合、得
られた成形品は通常適当な溶媒耐性をもつが、パワーは
不十分である。驚くべきことには、本発明に従ってHmPD
/HpPD/TClpXDの三成分ジアミン混合物を用いてスパンデ
ックス成形品をつくると、得られた成形品では上記の欠
点が克服され、良好なパワー、優れた熱固定効率及び満
足すべき溶媒耐性を有していることが見出だされた。こ
れらの効果及び発見のいくつかを下記実施例及び対照例
に示す。
スパンデックス重合体をつくるのに使用される反応は
一般に不活性溶媒、例えばジメチルアセトアミド、ジメ
チルフォルムアミド等の中で行われる。本発明のスパン
デックス成形品の好適な形は繊維及びフィルムである。
これらは通常の湿式紡糸法、押出法または注形法によっ
てつくることができる。例えば重合に使用されたのと同
じ溶媒から乾式紡糸してフィラメントにすることができ
る。次にフィラメントを通常2〜20分間145〜165℃に保
って熱固定し、この間もとの長さの1.5〜3.5倍に伸張
し、次に沸騰水に浸漬して少なくとも20分間弛緩状態に
保つ。しばしぼこれよりも高い固定温度、短い時間(例
えば195℃で30秒間)を使用して満足な結果を得ること
ができる。
上記のように本発明に使用されるスパンデックス重合
体はt−アラルキルジイソシアネートでキャッピングし
たポリアルカンエーテルグリコールの連鎖伸長に使用さ
れる三成分ジアミン混合物を用いてつくられる。しかし
得られたスパンデックス重合体の引張、弾性的性質及び
溶媒耐性に悪影響を及ぼさない限り、好適なPO4G以外の
他のポリアルカンエーテルグリコールを少量(例えば最
高約15%)共重合させることができる。同様に同等な結
果が得られる限り、少量の他のジイソシアネートを用い
て重合体をつくることができる。
本発明の成形品のスパンデックス重合体は特定の目的
のために加えられる通常の助剤、例えば酸化防止剤、熱
安定剤、紫外線安定剤、顔料、染料、二酸化チタン、潤
滑剤等を含むことができる。本発明のスパンデックス成
形品は予想外の熱安定性が満足すべき弾性及び引張特性
に伴われており、従って弾性部材を含む繊維布または積
層品に使用するのに適している。
下記の実施例及び対照例においては次の試験を行い、
製造されたスパンデックス繊維またはフィルムの種々の
パラメータ及び特性を測定した。
本明細書に報告される分子量はポリエーテルジオール
の数平均分子量である。これはポリエーテルジオールの
水酸価から決定され、水酸価はエス・エル・ウェロン
(S.L.Wellon)らのアナリティカル・ケミストリー(An
alytical Chemistry)誌52巻8号1374〜1376頁(1989年
6月)の「ポリウレタンポリオール及び他のアルコール
の水酸基含量の決定」と題する論文記載のイミダゾール
−ピリジン触媒法によって測定した。
イソシアネートでキャッピングしたポリエーテルジオ
ールのNCO含量は米国ニューヨーク、ウィリー・アンド
・サンズ(Wiley&Sons)社発行、エス・シギア(S.Sig
gia)著「官能基による定量有機分析(Quantatitve Org
anic Analysis via Functional Group)]第3版559〜5
61頁(1963年)記載の方法により測定した。
スパンデックス・フィラメントの強さ及び弾性的性質
はASTM D−2731−72の一般的方法により測定した。各測
定には2インチ(5cm)のゲージ長の3本のフィラメン
トを用い、0〜300%の伸張サイクルを使用した。試料
に毎分800%の一定の割合で5回伸張を行い、5回目の
伸張後30秒間試料を伸び300%に保持した。「パワー」
は6回目の荷重をかけた後荷重を取去って行う伸張サイ
クルにおいて伸び100%における応力である。破断時伸
びは6回目の伸張サイクルにおいて測定した。
熱固定効率は伸張してもとの長さの1倍半に保持し、
ここで195℃に60秒間加熱し、弛緩させた後沸騰水に30
分間浸漬した試料に対して測定する。次に熱固定効率
(%HSE)を %HSE=100[1−{(Lf−Lo)/Lo}] により計算する。ここでLo及びLfは夫々熱固定処理をす
る前及び後における張力をかけないで真直に保持した状
態におけるフィラメントの長さである。
下記実施例において本発明のすべての試料は同じポリ
アルカンエーテルグリコール(即ちPO4G)及び同じt−
アラルキルジイソシアネート(即ちp−TMXDI)を用い
てつくられた。本発明の試料はアラビア数字で表し、比
較のためにつくられた本発明の範囲外の数個の試料は英
大文字で表した。
実施例1 本実施例は本発明の三成分連鎖伸長ジアミン混合物を
用いてつくったスパンデックス・フィルムが一成分及び
二成分のジアミン連鎖伸長剤に比べ、物理的性質、特に
熱固定効率が優れていることを示す。
対照試料D以外、本実施例の試料の各々に対するスパ
ンデックス重合体は実質的に同じ方法によってつくられ
た。試料Dは米国特許第3,428,711号実施例1記載と実
質的に同じ方法でつくられた市販のPO4G:MDI:EDA/HmPD
(80/20)の組成をもつポリエーテルをベースにしたス
パンデックス重合体である。対照例Dの性質は市販品と
して許容されると考えられるものである。
試料D以外の試料の各々は撹拌機、温度計及びガスの
入口及び出口管を備えた容量1の反応容器の中でつく
られた。系にアルゴンを通して容器中の反応混合物の上
に不活性ガスの雰囲気を保つ。下記記載の方法で特定の
試料をつくった。スパンデックス重合体からつくられた
フィルムの性質のいくつかを第1表に示す。
本発明の試料1〜5はPO4G:p−TMXDI:HmPD/HpPD/TClp
XDのスパンデックス重合体からつくった。試料1の製造
法が典型的である。試料1に対しては分子量1800のPO4G
81gを乾燥した反応容器に入れる。すべての水分を除去
するために、10mlのトルエンを加え、容器の内容物を11
5℃に30分間加熱する。60℃に冷却し、ここで19.5gのp
−TMXDIと30ppmのジラウリン酸ジブチル錫触媒を加えて
75℃で150分間加熱してPO4Gをキャッピングする。キャ
ッピングして得られた重合体のNCO%は2.51であった。
容器とその内容物を次に40℃より低い温度に冷却し、20
0gのDMAcを加えた。第1表記載のモル比でHmPD、HpPD及
びTClpXDの混合物を加えることにより連鎖伸長を行う。
ブロモフェノール・ブルー外部指示薬により連鎖伸長の
終点を追跡した。得られた重合体の固有粘度は1.0より
大であった。次に重合体の重量に関し1%に相当する量
のSWP酸化防止剤の重合体溶液に加えた。次に重合体溶
液を注形し下記の方法でフィルムにした。
試料Aはウィットベカーの米国特許第3,507,834号記
載の型のPO4G:p−TMXDI:HmPD重合体からつくった。この
対照試料に対する重合体の合成は数平均分子量1829のPO
4G 81.3gを乾燥した反応容器に入れることにより開始
し、10mlのトルエンを加え、容器の内容物を115℃に30
分間加熱してすべての水分を除去する。約60℃に冷却
し、ここで18.7gのp−TMXDIと15ppmのジラウリン酸ジ
ブチル錫触媒を加えてポリエーテルグリコールをジイソ
シアネートでキャッピングする。キャッピング反応は85
℃で75分間加熱してPO4Gをキャッピングする。次に内容
物を40℃に冷却し、NCO含量が2.62%のイソシアネート
でキャッピングされたグリコール重合体を得た。次に20
1gのDMAcを、次いでDMAc中に1規定のHmPDを含む溶液7
8.6gを容器に加え、連鎖伸長を行う。分子量調節剤(ま
たは「連鎖終結剤」)のt−ブチルエタノールアミン
(「t−BEA」)をこの段階で反応混合物に加える。添
加量は生成した重合体1kg当りt−BEA 25ミリ当量であ
る。連鎖伸長反応はブロモフェノル・ブルー外部指示薬
を用いて終点まで追跡した。得られたスパンデックス重
合体の固有粘度は1.05であった。重合体の重量に関しサ
ントホワイト(Santowhite)SWP酸化防止剤を重合体溶
液を加えた。
試料BはPO4G:p−TMXDI:HmPD/HpPDのスパンデックス
重合体からつくった。ここでジアミンの比は50/50であ
る。試料Aのスパンデックスをつくったのと実質的に同
じ方法を用いてこの試料のスパンデックス重合体をつく
った。分子量1800のPO4G 81.02gを容器に入れる。10ml
のトルエンを加え、アルゴンを流しながら容器の内容物
を115℃に30分間加熱する。容器の内容物を約50℃に冷
却し、ここで18.98gのp−TMXDIと30ppmのジラウリン酸
ジブチル錫触媒を加える。得られたイソシアネートでキ
ャッピングされた重合体のNCO含量は2.57%であった。
次に容器を40℃に冷却し、200gのDMAcを加え溶液をつく
る。次にHmPD及びHpPDの50/50混合物3.70gを加えて連鎖
伸長を行う。連鎖伸長反応の完結はブロモフェノール・
ブルー外部指示薬を用いて監視した。得られたスパンデ
ックス重合体の固有粘度は1.19であった。スパンデック
ス重合体の重量に関し1%のサントホワイトSWP酸化防
止剤を重合体溶液に加える。この溶液をさらに75gのDMA
cで稀釈する。
試料Cをつくるためには、試料Bのイソシアネートで
キャッピングされた重合体をつくったのと実質的に同じ
方法を用いた。連鎖伸長はHmPD及びTClpXDと90/10ジア
ミン混合物を用いて行った。得られた重合体の固有粘度
は1.0であった。重合体の重量に関し1%のSWPを加え
た。
本発明の試料1〜5及び対照試料A〜Dに対するスパ
ンデックス重合体の上記溶液をポリエステル・フィルム
の上に注形し、0.020インチの厚さの間隙を与えるドク
ター・ナイフを用いてフィルムにする。このようにして
つくられたフィルム複合物を空気中で約16時間乾燥さ
せ、1/8インチの幅の細片に切断する。次にスパンデッ
クス・フィルムをポリエステル・フィルムのベースから
分離する。
本実施例でつくられた種々のフィルム試料の性質を第
1表にまとめる。対照例Aの熱固定効率は比較的悪いこ
とに注意されたい。また対照例B及びCの荷重をかけな
いパワー(UP100)も比較的低い。これとは対照的に本
発明の試料1〜5は熱固定効率が比較的高く、パワー及
び伸びも満足できる値を示す。また本発明のフィルム試
料(試料1〜5)は市販のスパンデックス重合体からつ
くられた試料Dのフィルムと同等である。
実施例2 実施例1、試料1〜5記載の一般的な方法を繰返し、
スパンデックス重合体の溶液をつくった。ここでジアミ
ン連鎖伸長剤のHmPD/HpPD/TClpXDの比は第2表記載の通
りである。通常の方法で乾式紡糸して5フィラメント、
40デニールの融合した糸をつくった。このようにしてつ
くられた糸の性質を第2表に示す。実施例1の試料Dの
市販のスパンデックス溶液からつくられた糸も第2表に
含まれている。実施例1の試料1〜5のフィルムによっ
て示されるように、本実施例の本発明の試料6〜9の熱
固定効率、荷重をかけた場合及びかけない場合のパワー
及び伸びは良好であった。
本発明の主な特徴及び態様は次の通りである。
1.t−アラルキルジイソシアネートでキャッピングし次
いでジアミンで連鎖伸長させられたポリアルカンエーテ
ルグリコールから製造されたスパンデックスポリマーの
成形品のおいて、 該連鎖伸長用のジアミンは 25〜80モル%の水素化されたm−フェニレンジアミ
ン、 10〜50モル%の水素化されたp−フェニレンジアミ
ン、及び 10〜30モル%のテトラクロロ−p−キシリレンジアミ
ンから成る改善されたスパンデックスポリマーの成形
品。
2.ポリアルカンエーテルグリコールはポリテトラメチレ
ンエーテルグリコール、t−アラルキルジイソシアネー
トはα,α,α′,α′−テトラメチル−p−キシリレ
ンジイソシアネートであり、ジアミン混合物は 35〜55モル%の水素化されたm−フェニレンジアミ
ン、 30〜45モル%の水素化されたp−フェニレンジアミ
ン、及び 10〜25モル%のテトラクロロ−p−キシリレンジアミ
ンから実質的に成る改善されたスパンデックス成形品。
3.繊維の形態である上記1または2項記載の成形品。
4.フィルムの形態である上記1または2項記載の成形
品。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−48790(JP,A) 特開 昭52−15622(JP,A) 特開 昭48−26297(JP,A) 特開 昭57−11657(JP,A) 特公 昭43−5186(JP,B1) 特表 平3−507834(JP,A) 米国特許3549596(US,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】t−アラルキルジイソシアネートでキャッ
    ピングし次いでジアミンで連鎖伸長させられたポリアル
    カンエーテルグリコールから製造されたスパンデックス
    ポリマーの成形品において、 該連鎖伸長用のジアミンは 25〜80モル%の水素化されたm−フェニレンジアミン、 10〜50モル%の水素化されたp−フェニレンジアミン、
    及び 10〜30モル%のテトラクロロ−p−キシリレンジアミン
    から成る ことを特徴とする改善されたスパンデックスポリマーの
    成形品。
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