JP3142089B2 - ポリウレタン弾性繊維 - Google Patents

ポリウレタン弾性繊維

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JP3142089B2
JP3142089B2 JP04271233A JP27123392A JP3142089B2 JP 3142089 B2 JP3142089 B2 JP 3142089B2 JP 04271233 A JP04271233 A JP 04271233A JP 27123392 A JP27123392 A JP 27123392A JP 3142089 B2 JP3142089 B2 JP 3142089B2
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    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
    • C08G18/42Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain
    • C08G18/4236Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain containing only aliphatic groups
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、既知のポリエステルジ
オールであるポリブチレンアジペート(ジオール成分:
1,4−ブタンジオール、ジカルボン酸成分:アジピン
酸、以下PBAという)を改良することにより得られる
耐熱性、耐加水分解性および低温雰囲気下における弾性
回復性に優れたポリウレタン弾性繊維に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ポリウレタン弾性繊維の製造法として
は、一般に乾式紡糸法、湿式紡糸法や溶融紡糸法が知ら
れている。最近は、得られるポリウレタン弾性繊維が細
デニール化が可能なこと、透明性が良好なこと、コスト
が低いことなどから溶融紡糸法が注目され、生産量が伸
びている。しかしながら、溶融紡糸法により得られるポ
リウレタン弾性繊維は、乾式紡糸法や湿式紡糸法により
得られるポリウレタン弾性繊維に比べて、耐熱性、耐熱
水性に劣ることが知られている。
【0003】また、ポリエステルジオールとしてPBA
を用いたポリウレタン弾性繊維に要求される性能とし
て、低温雰囲気下における弾性回復性がある。従来、こ
の性能の改良方法としては、PBAに非晶性を付与する
ため、ジオール成分としてネオペンチルグリコールなど
の分岐を有するジオールを加える方法がある。しかし、
ネオペンチルグリコールを用いた場合、耐熱性、耐寒性
に劣る欠点があった。従って、耐熱性と同時に耐寒性を
向上することが溶融紡糸法によるポリウレタン弾性繊維
の大きな課題であり、さらには、耐熱性、耐加水分解性
と低温雰囲気下における弾性回復性を同時に満たすこと
がPBA系ポリウレタン弾性繊維の大きな課題であっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のPB
A系ポリウレタン弾性繊維の欠点を改良し、優れた耐熱
性、耐加水分解性および低温雰囲気下における優れた弾
性回復性を有するポリエステル系ポリウレタン弾性繊維
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、ポリエステルジオール、有機ジイソシアナートお
よび鎖伸長剤を重合して得られるポリウレタンにおい
て、該ポリエステルジオールが、1,4−ブタンジオー
ル、3−メチル−1,5−ペンタンジオールのジオール
成分とアジピン酸を主成分とするジカルボン酸成分とを
反応して得られる分子量1800〜4000のポリエス
テルジオールであり、さらに、該ポリエステルジオール
と4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート(MD
I)との90℃でのみかけの反応速度定数(k)とポリエ
ステルジオールの分子量(M)とが下記の(I)式を満足す
るポリエステルジオールが用いられているポリウレタン
から得られるポリウレタン弾性繊維によって達成され
る。 0<k≦0.00005M (I)
【0006】本発明者らは、PBA系ポリウレタンの低
温雰囲気下における弾性回復性、耐熱性を改良するため
に鋭意研究を行った結果、PBAへの非晶性の付与を目
的として、PBAのジオール成分である1,4−ブタン
ジオールに3−メチル−1,5−ペンタンジオールを加
えた。その結果、該ポリエステルジオールを用いたポリ
ウレタンの低温雰囲気下における弾性回復性が向上する
と同時に、耐熱性も向上することを認めた。
【0007】低温雰囲気下における弾性回復性、耐熱性
は、ポリエステルジオールの分子量を1800〜400
0とすることでさらに向上し、低温雰囲気下における弾
性回復性は、従来のPBA系ポリウレタンよりかなり優
れることを確認した。更に好ましくは、2300〜40
00の範囲である。分子量が1800より小さいと耐熱
性に劣り、4000より大きいと紡糸性が低下する。
【0008】更に、本発明者らは、ポリウレタンの原料
であるポリエステルジオールを製造するに際して使用し
た触媒の失活が完全でないと、ポリウレタンを溶融紡糸
する際の高温での溶融滞留によりポリウレタンの耐熱
性、耐加水分解性が低下することを認めた。そこで、ポ
リエステルジオール製造時に使用された触媒を十分に失
リエステルジオールと4,4'−ジフェニルメタ
ンジイソシアナート(MDI)との90℃でのみかけの
反応速度定数(k)とポリエステルジオールの分子量
(M)とが前記(I)式を満足するポリエステルジオール
を用いることにより、溶融滞留時間が長時間になっても
耐熱性、耐加水分解性を保持した弾性繊維が得られるこ
とを見いだした。その結果、本発明で用いる1,4−ブ
タンジオールおよび3−メチル−1,5−ペンタンジオ
ールをアジピン酸と反応させたポリエステルジオールの
上記(k)が(I)式を満たすことにより、更に優れた耐熱
性を示すことを確認した。(I)式を満足しないポリエス
テルジオールを使用したポリウレタンは、溶融紡糸後に
耐熱性、耐加水分解性が大きく低下する。
【0009】なお、ポリエステルジオールのMDIとの
みかけの反応速度定数の決定法は、ポリエステルジオー
ルとMDIを3:1のモル比で仕込み、90℃に保ちな
がら攪拌し時間経過とともに反応物の一部をとり、1/
100規定ジ−n−ブチルアミンのDMF溶液を一定量
加えて溶解後、1/100規定塩酸のメタノール溶液で
ブロムフェノールブルーを指示薬として中和滴定を行う
ことによりイソシアナート基の残存量を求め、下記のみ
かけの2次反応速度定数を求める式に従って計算した。 [1/(a−b)]・ln[b(a−x)/a(b−x)]=kt k:反応速度定数 t:反応時間(分) a:[OH]初濃度 b:[NCO]初濃度 x:tにおける[NHCOO]濃度
【0010】ポリエステルジオールのみかけの反応速度
定数を小さくする方法として、例えば、ポリエステルジ
オールに対し1.0〜4.0%の水を加え80〜150
℃で約2時間攪拌するか、または100℃〜150℃で
水蒸気を通して攪拌するか、あるいは、リン含有化合物
を添加する方法などがある。
【0011】さらに、低温雰囲気下における弾性回復性
を良好にするためには、原料ポリエステルジオールのジ
オール成分である1,4−ブタンジオールのモル数pと
3−メチル−1,5−ペンタンジオールのモル数qの割
合は、下記(II)式を満足することが好ましい。3−メチ
ル−1,5−ペンタンジオールの割合が5%より少ない
と低温雰囲気下における弾性回復性が低下し、75より
多くなると強度が低下する。 5≦100q/(p+q)≦75 (II)
【0012】本発明で使用されるポリエステルジオール
は、例えば、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブ
チレンテレフタレートの製造において用いられる公知の
方法と同様の方法、即ちエステル交換または直接エステ
ル化とそれに続く溶融重縮合反応にて製造可能である。
【0013】本発明において使用される適当な有機ジイ
ソシアナートとしては、芳香族、脂肪族もしくは脂環族
ジイソシアナートが挙げられ、具体的には4,4'−ジフ
ェニルメタンジイソシアナート、p−フェニレンジイソ
シアナート、トルイレンジイソシアナート、1,5−ナ
フチレンジイソシアナート、キシリレンジイソシアナー
ト、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホロンジイ
ソシアナート、4,4'−ジシクロヘキシルメタンジイソ
シアナート等の分子量500以下のジイソシアナートが
例示される。好ましくは、4,4'−ジフェニルメタンジ
イソシアナートである。
【0014】また、本発明において、使用される鎖伸長
剤としてはポリウレタン業界における常用の連鎖成長
剤、即ちイソシアナートと反応しうる水素原子を少なく
とも2個含有する分子量400以下の低分子化合物、例
えばエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、プ
ロピレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、3−
メチル−1,5−ペンタンジオール、1,4−ビス(2−
ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−シクロヘキサ
ンジオール、ビス−(β−ヒドロキシエチル)テレフタ
レート、キシリレングリコールなどのジオール類が挙げ
られる。これらの鎖伸長剤は単独でまたは、2種以上を
混合して使用しても良い。好ましくは、1,4−ブタン
ジオールである。
【0015】ポリエステルジオール、有機ジイソシアナ
ートおよび鎖伸長剤を重合してポリウレタンを製造する
方法に関しては、公知のウレタン化反応の技術を採用す
ることができる。本発明者らの研究によれば、なかで
も、実質的に不活性溶媒の不存在下で溶融重合すること
が好ましく、特に、多軸スクリュー型押出機を用いる連
続溶融重合が好ましい。
【0016】このようにして得られるポリウレタンは、
一度ペレット化したのち溶融紡糸するか、あるいは、溶
融重合して得られるポリウレタンを溶融状態のまま直接
紡糸口金を通して紡糸する方法が採用しうる。紡糸安定
性の点からは重合直結紡糸が好ましい。本発明のポリウ
レタン弾性繊維を溶融紡糸により得る場合、紡糸温度は
250℃以下、より好ましくは、200℃以上230℃
以下で紡糸することが実際的である。
【0017】このようにして得られたポリウレタン弾性
糸は実際の使用に際してはそのまま裸糸として使用され
たり、他繊維で被覆して被覆糸として使用される。他繊
維としては、ポリアミド繊維、ウール、綿、ポリエステ
ル繊維など従来公知の繊維をあげることができるが、な
かでも本発明ではポリアミド繊維が好ましく用いられ
る。
【0018】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。用いた化合物は略号で示した。略号と化合物の関係
を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】なお、得られたポリウレタン弾性繊維の評
価は以下の方法によった。 [低温雰囲気下における弾性回復性]低温(−20℃)
雰囲気下において、ポリウレタン弾性繊維を200%伸
長して2分間固定した後、応力を除去した直後および2
分間放置後の弾性回復性を測定した。弾性回復性は下記
式により求めた弾性回復率として示した。 弾性回復率(%)=100(3L−L)/2L0 ただし、L0:初期長 L :応力除去後の長さ
【0021】[耐熱性]ポリウレタン弾性繊維を100
%伸長した状態で、3℃/分の速度で昇温していき、糸
の切断したときの温度で示した。
【0022】[耐加水分解性]ポリウレタン弾性繊維を
100℃の熱水中で1週間加水分解促進テストを行い、
該テストの前後の該ポリウレタン溶液(溶媒:ジメチル
ホルムアミド/トルエン=7/3重量比)の粘度からそ
れぞれの対数粘度を測定し、テスト前の対数粘度に対す
るテスト後の対数粘度の保持率(%)で示した。
【0023】参考例1 (ポリエステルジオールの製
造) 1,4−ブタンジオール585g、3−メチル−1,5
−ペンタンジオール767gとアジピン酸1416g
((BD+MPD)/ADのモル比=1.3/1)を常
圧下に窒素ガスを通じつつ約200℃の温度で縮合によ
り生成した水を留去しながらエステル化を行った。ポリ
エステルの酸価が約10以下になった時に、触媒である
テトライソプロピルチタネートをポリエステルに対し2
0ppm添加し、真空ポンプにより徐々に真空度を上げ
反応を行い、酸価0.2、分子量2000のポリエステ
ルジオールを得た。温度を100℃に低下したあと、生
成したポリエステルジオールに対して3%の水を添加し
て2時間攪拌して、チタン触媒を失活した。失活後、添
加した水を減圧下で留去し分子量2000、酸価0.2
のポリエステルジオールAを製造した。製造したポリエ
ステルジオールAとMDIとの90℃でのみかけの反応
速度定数は、0.03(l/mol・min)であった。な
お、みかけの反応速度定数の決定は、先に記載の方法に
従って実施した。
【0024】参考例2〜10 ジオール成分を表2に示したものを用いること以外は、
参考例1と同様にして、ポリエステルジオールB〜Jを
得た。みかけの反応速度定数は表2に記載の通りであ
る。
【0025】
【表2】
【0026】実施例1 それぞれ80℃に加熱したポリエステルジオールAおよ
び1,4−ブタンジオールと、50℃に加熱溶融したM
DIとを、表3に示す組成となるように定量ポンプによ
り2軸押出機に連続的に供給し、連続溶融重合を行い、
生成したポリウレタンをストランド状に水中に押し出
し、カットしてペレットとした。このペレットを80℃
20時間真空乾燥し、通常の単軸押出機付き紡糸機によ
り、紡糸温度215℃、紡糸速度500m/min紡糸し
(ストレート油剤使用)、40デニール×2フィラメン
トのポリウレタン弾性繊維を得た。巻き取られた弾性繊
維を、低湿下において、80℃で20時間熟成し、さら
に室温、60%の湿度下に3日間の熟成を続け、各種物
性を測定したところ、表4に示すように好ましいもので
あった。
【0027】
【表3】
【0028】
【表4】
【0029】実施例2〜4 実施例1と同様にして、表3に示す組成のポリウレタン
を合成し、ペレット化せずそのまま紡糸頭に供給し、2
10〜225℃で、紡糸速度500m/minで紡糸し、
80デニール×2フィラメントのポリウレタン繊維を得
た。これらを実施例1と同様の条件で熟成し、得られた
弾性繊維の各種性能を実施例1と同様の方法で測定し
た。その結果、表4に示すように実施例1と同様に好ま
しいものであった。
【0030】比較例1〜6 実施例1と同様にして、表3に示す組成のポリウレタン
弾性繊維を製造した。結果は表4に示すように、本発明
のポリウレタン弾性繊維に比べ、低温雰囲気下における
弾性回復性、耐熱性、加水分解性のうち1つ以上が劣っ
ている。
【0031】
【発明の効果】本発明のポリウレタン弾性繊維は、従来
のPBA系ポリウレタン弾性繊維の欠点を改良した、優
れた耐熱性、耐加水分解性および低温雰囲気下における
弾性回復性を有するポリエステル系ポリウレタン弾性繊
維である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−220311(JP,A) 特開 昭63−128017(JP,A) 特開 平5−339817(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D01F 6/70,6/94 C08G 18/42

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエステルジオール、有機ジイソシア
    ナートおよび鎖伸長剤を重合して得られるポリウレタン
    よりなるポリウレタン弾性繊維であって、該ポリエステ
    ルジオールが、1,4−ブタンジオール、3−メチル−
    1,5−ペンタンジオールのジオール成分とアジピン酸
    を主成分とするジカルボン酸成分とを反応して得られる
    分子量1800〜4000のポリエステルジオールであ
    り、さらに、該ポリエステルジオールと4,4’−ジフ
    ェニルメタンジイソシアナート(MDI)との90℃で
    のみかけの反応速度定数(k)とポリエステルジオールの
    分子量(M)とが下記の(I)式を満足するポリエステルジ
    オールが用いられていることを特徴とするポリウレタン
    弾性繊維。 0<k≦0.00005M (I)
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