JP4236325B2 - ポリウレタンスエード様布帛／エラストマー複合材料を製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スエード革の外観および感触を有する布帛材料を製造するための方法に関する。本発明の手順は、少なくとも３つの成分、すなわち、ポリウレタンラテックス、酸発生化学物質、および曇り点界面活性剤のエラストマー組成物を製造する工程、その混合物を多孔性繊維基材に加える工程、エラストマーが布帛基材にわたって凝固するまで含浸された布帛を加熱する工程、および凝固した構造を破壊することなく得られる複合材料を乾燥する工程を含む。得られる複合材料では、良好なスエード様の仕上が得られる。その３成分プレミックスは、十分な量の熱に暴露されるまで反応しない、長い持続時間の保存安定性を有する（長いポットライフの）組成物であり、したがって、先行技術を超えてコストについて効果的な改善を提供する。特定の製造された複合材料もまた本発明の範囲内と考えられる。
【０００２】
【従来の技術】
ポリウレタンラテックスは、最も顕著には、布帛表面上の被覆または仕上としてさまざまの方式で利用されてきた。そのようなラテックスは、例えば、潜在的に破壊的な環境条件に対する障壁を提供する。さらにまた、皮革代用物がポリウレタンラテックスの使用を通して製造されてきた。ポリウレタンスエード様仕上は、より高価な、実際の皮革製品に対する代用品を提供する。そのような皮革代用品は、スエードの感触およびテキスチャーを有さねばならず、並びに、単に例としてであるが、自動車および家具の椅子張り材料における激しい使用に耐え得なければならない。
【０００３】
過去のポリウレタンスエード様製品には、ポリウレタンラテックスおよび酸発生化学物質、特にヒドロフロオロケイ酸塩の反応を通して製造される複合材料が含まれる。
【０００４】
その様な組成物は、全体が参照によりここに組み込まれるマッカートニー（ＭｃＣａｒｔｎｅｙ）への米国特許第４，３３２，７１０号の中に開示される。特許権者は、単にヒドロフルオロケイ酸の塩のような酸発生化学物質とともにでのポリウレタンラテックスの熱活性化凝固を教示する。その様な組成物および方法は、主に、イオン性凝固を提供するために単独での酸発生化学物質の使用においていくつかの困難を提起する。この２成分系はしばしば基材布帛において不均一な分布となり、したがって、スエード革代用品として魅力のない繊維の多い構造を形成しうる。特別の問題は、強く落胆させるがしかし、特許権者の教示の中で開示される好ましい、そして実際に唯一の酸発生化学物質であるヒドロフルオロケイ酸塩の使用に関する環境上および安全性の問題である。
【０００５】
ポリウレタンラテックス熱活性化凝固を含む他の先行技術の教示には、スペック（Ｓｐｅｋ）らへの米国特許第４，８８６，７０２号が含まれる。この特許は、ポリウレタンを含む水系ポリマーラテックス、曇り点界面活性剤凝固剤、および発泡剤を含む組成物を利用する方法を開示する。しかしながら、まず第１に、その様な組成物は、必要とされる発泡効果に由来する粗い風合いのためにスエード様繊維製品を製造できない。第２に、発泡剤はフレオンであり、それは、その環境への有害な影響により製造が廃止されている。第３に、凝固プロセスは組成物内に酸および／または塩化合物を必要とし、それは基材との接触の前に潜在的に凝固剤を作り出し、基材表面上の不均一な分散となる。最後に、特許権者の組成物の保存寿命（すなわちポットライフ）は、最大で、持続時間中たった８時間である。
【０００６】
更に、パーカー（Ｐａｒｋｅｒ）への米国特許第４，１７１，３９１号は、水性イオン性または酸性浴内でのポリウレタンラテックスの凝固を教示する。イオン性材料または酸のタイプおよび量、したがって浴から基材材料へのその様な成分の拡散の速度が決定要因であるので、その様な手順は制御するのが極めて困難である。結果として、１つの繊維基材からもう１つの繊維基材への分散と凝固の一貫した均一性が欠落している。特に重い布帛基材に関して、必要な接触時間は３０分ほどの大きさになるかも知れず、それは製造者にとって、そして最終的には消費者にとって大きなコストとなる。
【０００７】
それで、製造するのに相対的に高価でなく、その製造の中で環境上安全な化合物および化学物質を利用し、先行技術の他のものを超えてより本物らしい外観および全般により良い性能を得る産業の範囲で、向上したスエード様布帛／エラストマー複合材料についての必要が存在する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、その様な改善された、より審美的に満足の行くスエード様布帛／エラストマー複合材料を提供することである。本発明の更なる目的は、主に、少なくとも２週間の保存寿命を有するエラストマーを提供することにより、その様な複合材料を製造する、相対的に高価でない方法を提供することである。本発明のもう１つの目的は、環境上安全で、毒性がなく、臭気が少なく、不燃性の化学物質を含むスエード様製品を製造する方法を提供することである。本発明のさらにもう１つの目的は、使用者がその様な皮革代用品を必要とするかまたは所望するすべての意図される用途の範囲内のスエード様複合材料を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、
（ａ）布帛を提供する工程、
（ｂ）（ｉ）水系ポリウレタンラテックス、
（ｉｉ）本質的に少なくとも１種の有機酸エステルからなる群より選択される熱活性化酸発生化学物質、および
（ｉｉｉ）曇り点界面活性剤
を含むエラストマー組成物で前記布帛を含浸させる工程、および
（ｃ）前記布帛にわたって前記エラストマー組成物の均一な分散および凝固をもたらす温度に前記含浸された布帛を加熱する工程
の順次的工程を含むポリウレタンスエード様布帛／エラストマー複合材料を製造する方法に関する。また、本発明は、本発明の方法の工程（ｂ）のエラストマー組成物自体に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先行技術のどこにも、ポリウレタンラテックス、その様な材料のその様な具体的な群由来の酸発生化合物、および曇り点界面活性剤のエラストマー組成物を利用するそのような具体的な熱活性化凝固方法は開示されても、実施されても、または明白に示唆されてもいなかった。その様なエラストマー組成物は、先行技術の２成分（ラテックスおよび酸発生剤）および異なる３成分（ラテックス、曇り点界面活性剤、および発泡剤）組成物を超える有意な利点を提供する。例えば、本発明の組成物は、約３８℃（１００°Ｆ）ほどの高さの温度で数時間ではなく、週単位（最初の混合後に少なくとも２週間の安定性及び非凝固）で測定される保存寿命（ポットライフ）を有する。凝固は、その様な反応性をもたらすのに十分な温度（約８２℃すなわち１８０°Ｆを超える）の熱源に暴露して後にのみ起こる。さらにその上、先行技術を超えるもう１つの改善点は、本発明の方法にわたって環境に「フレンドリー」な材料のみを使用していることである。例えば、本発明の被覆組成物の中の酸発生化学物質は、潜在的に危険なヒドロフルオロケイ酸塩を含まないが、しかし、相対的に安全な有機酸エステルを利用する。加えて、曇り点界面活性剤および酸発生化学物質の利用は、凝固プロセスの速度および均一性をより有効に制御する能力を通して製造を容易にする。先行技術の教示は、その様な反応を制御するその様に大きく有益な能力を可能とはしない。特に、本発明の方法および組成物は、単一の複合材料基材の中で高いレベルの凝固均一性を提供し、大規模製造レベルで多くの異なる複合材料の間の外観および性能の均一性をもまた考慮する。本発明の方法および組成物で得られるさらにもう１つの改善点は、有機溶剤系よりもむしろ厳密に水性の系を使用することである。有機材料の回避は、最終製品について、より少ない揮発性、臭気、可燃性および毒性並びに向上した熱安定性を提供する。特に関心が持たれるのは、他の領域の繊維製品の製造において用いられる他の相容性水性化学系との組み合わせにおいて利用される（水性の系である）本発明の組成物の有益な能力である。他の繊維製品製造手順とのその様な適合性および併用性は、やはり、繊維製品の処理の間の毒物の放出などの機会を減少させる極めて重要な有益さである。最終的に、本発明の方法および組成物は、布帛に柔軟で精密な組織の凝固スエード様仕上げを与え、それは、よりすぐれていないまでも、（上記の米国特許第４，８８６，７０２号におけるように）有機溶剤担持系で製造されたスエード様仕上げに匹敵する。従って、本発明の方法および組成物は、極めて安全な様式で、実際のスエード製品を有効に模する望ましい風合いと感触を有する布帛／エラストマー複合材料を製造する手段を提供する。
【００１１】
布帛／エラストマー複合材料という術語は、エラストマー組成物で被覆された布帛で構成される製品を意味する。上記の様に、本発明のエラストマー組成物は、水系ポリウレタンラテックス、酸発生化学物質、および曇り点界面活性剤の３つの材料を含む。いずれの水系ポリウレタンラテックスも用いられうる。しかしながら、好ましいラテックスは、少なくとも４０％の固形分含量を有するものであり、５０％を超える固形分含量はより好ましく、６５％を超えるものは最も好ましい。その様なラテックスの１つの好ましい例は、ウィトコ（Ｗｉｔｃｏ）から入手可能なウィトコボンド（Ｗｉｔｃｏｂｏｎｄ）Ｗ−２９３（６７％固形分）ポリウレタンラテックスである。水担持基準（ｗａｔｅｒ−ｂｏｒｎｅ ｃｒｉｔｅｒｉａ）は、主に、潜在的に環境上有害な有機溶剤がエラストマー組成物の中に存在しないことを保証するために本発明において最も重要である。
【００１２】
熱活性化酸発生化合物という術語は、室温で酸ではないが、しかし熱源に暴露されると酸を生成する化学物質を表す。本明細書の記述に合致し、かつ有毒な環境上の影響をわずかにかまたは全く与えない最良の結果を提供する特に適切なクラスの化合物は有機酸エステルである。いくつかの具体的なタイプのそのような化合物には、二酢酸エチレングリコール、ギ酸エチレングリコール、ギ酸ジエチレングリコール、クエン酸トリエチル、クエン酸モノステアリル、商品名ヒポケム（Ｈｉｐｏｃｈｅｍ）ＡＧ−４５の下でハイ・ポイント・ケミカル・コーポレーションから入手可能な登録された有機酸エステル等が含まれる。好ましい化学種は、ＡＰＴＥＸ（登録商標）ドナーＨ−プラスとしてアプライド・テキスタイル・テクノロジーズから入手可能な二酢酸エチレングリコールである。
【００１３】
曇り点界面活性剤という術語は、高温に暴露されると、より水溶性でなくなる界面活性剤を包含することが意図される。その様な界面活性剤は、ゲル化の際にポリウレタンラテックスと容易に結合し、全体が接触する布帛基材にわたってラテックスの均一な凝固を促進する。その様な限定に合致する具体的な界面活性剤には、ポリ（エチレン）オキシド、ポリ（エチレン／プロピレン）オキシド、ポリチオエーテル、ポリアセタール、ポリビニルアルキルエーテル、有機ポリシロキサン、ポリアルコキシル化アミン、またはそれら列挙された化合物のいずれかの誘導体が含まれ、好ましいものは、商品名カータフィックス（Ｃａｒｔａｆｉｘ）Ｕ（登録商標）の下でクラリアント（Ｃｌａｒｉａｎｔ）から入手可能なポリアルコキシル化アミンである。
【００１４】
本発明のエラストマー組成物において要求される比率は、ラテックスと残りの成分のそれぞれとの間の重量比に基づく。例えば、ポリウレタンは、本発明の方法が適切に機能するために存在する水を有さねばならない。約１：３０から約３：１のラテックス対水の重量比は、適切な布帛処理を開始するのに反応それ自体において十分な水分を提供することが見出された。さらに、４０：１から約１００：１の重量比、および約４０：１から約５０：１の好ましい範囲は、ラテックスと個別の残りの成分のそれぞれ、すなわち酸発生剤および曇り点界面活性剤との間で適切である。以下の実施例は、重量比のその様な範囲の重要性を更に例示する。
【００１５】
本発明のプロセスにおいて利用される布帛は、いずれの合成もしくは天然繊維またはその様な繊維の混合物をも含み得る。単に例としてであり、限定を意図しないが、布帛は、ポリエステル、ナイロン（−６または−６，６）、綿、ポリエステル／綿混紡、ウール、ラミー、ライクラなどの繊維から作られうる。好ましい基材はポリエステルで作られ、最も好ましくはポリエチレンテレフタレートヤーンである。また、布帛は製織、不織、またはニット構造でありうるものであり、ニット布帛が好ましいタイプである。
【００１６】
含浸工程は、いずれか周知の被覆または含浸手順を通して達成されうる。いずれの限定も意図しないが、この工程において含まれるものは、ディッピング／パッディング、ナイフコート、スプレー、ロールコーティング、フォームコーティングなどである。エラストマー組成物全体が布帛の中に含浸され、続いて加熱される。この加熱工程は酸を発生させ、界面活性剤をゲル化させ、それは次いで、基材全体にわたってポリウレタンラテックスを均一に凝固させる。反応を開始させるのに必要とされる温度は、利用される特定の酸発生化合物に依存する。しかしながら、一般には、必要な温度は少なくとも８２℃であるべきであり、高温では約１３０℃である。特に蒸気を使用する場合には、水の沸点が好ましい温度であり、最も好ましくは飽和蒸気（ほぼ１００℃〜１１０℃）が利用される。その様な条件は好ましい。と言うのは水分の熱（蒸気）はエラストマー組成物に対して最も有効な暴露を提供するからである。乾燥加熱は一般的に連続的なポリマーフィルムの望ましくない形成を促進するポリウレタンラテックスの水性部分を気化させるので、水分の存在は、反応にわたってより高いレベルの制御を可能とする。ラテックスは、適切で均一な凝固が継起するために水分をとどめなければならない。それゆえ、エラストマー組成物は、好ましくは加熱されねばならず、同時に、全反応の間、水で飽和されたままでなければならない。代わりに、被覆された布帛は、エラストマー組成物全体について水分の感知しうる消失を起こさないマイクロ波熱源による急速な加熱にもまた暴露されうる。マイクロ波適用において約１０秒から約１分の暴露時間、または蒸気適用において約１分から約１０分の暴露時間が続きうる。約２分間の蒸気適用が好ましい。蒸気加熱工程の利用はやはり、厳密に水性の溶剤反応条件を維持することにより先行技術を超える明瞭な利点を与える。蒸気加熱工程の後に、複合材料は、布帛表面上の連続的なフィルム形成を防止するために強い対流による低温（＜２５０°Ｆ）の加熱またはマイクロ波加熱で乾燥される。
【００１７】
布帛に対して、含浸の前または後のいずれか、好ましくは前に、染料、着色料、顔料、紫外線吸収剤、軟化剤、汚れ再付着剤、潤滑剤、抗酸化剤、難燃剤、流動剤（ｒｈｅｏｌｏｇｙ ａｇｅｎｔ）などのようないずれかの標準繊維添加剤が加えられうる。そのエラストマー組成物の中に、上記列挙された繊維添加剤のいずれか並びに潤滑剤および架橋剤が含まれうる。１つの特に所望される任意の軟化／汚れ再付着／潤滑添加剤は、ローヌ・プーランから入手可能なリュブリル（Ｌｕｂｒｉｌ）ＱＣＸ（登録商標）である。
【００１８】
本発明の複合材料は、家具のためのまたは自動車における椅子張り材料においておよび／またはとして、掛け布として、特に舞台のカーテンとして、リンネル製品および食卓用リネンへの適用において、着衣または衣類において利用されうるし、または繊維性スエード革代用品が所望されるいずれか他の目的としておよび／またはために利用されうる。
【００１９】
【実施例】
本発明の方法および組成物の好ましい態様は、以下の実施例において説明される。
【００２０】
複合材料の凝固および品質についての比率の決定
ポリウレタンおよび水の第１のバッチは、好ましい酸発生剤および曇り点界面活性剤の更なる導入のために等しい割合で混合された。２つの後者の成分の量は、布帛内および布帛上の本発明の組成物の凝固性について有される成分のその様な異なる比率の効果を決定するために以下に例示されるように調節された。ポリウレタンラテックスはウィトコ由来のウィトコボンド（登録商標）Ｗ−２９３（６７％固形分）であり、熱活性化酸発生化学物質（酸発生剤）はアプライド・テキスタイル・テクノロジーズ由来のＡＰＴＥＸ（登録商標）ドナーＨ−プラスであり、曇り点界面活性剤はクラリアント由来のカータフィクスＵ（登録商標）であった。試験布帛は、デュポン由来の１ｄｐｆダクロン（Ｄａｃｒｏｎ）（登録商標）から作られた好ましい１００％ポリエステルニット布帛であった。この布帛は、以下で記載される様に、実施例１〜１４の組成物で含浸され、次いで、約２分間約１０２℃（２１５°Ｆ）の温度で蒸気を用いて加熱された。次いで、凝固の程度は、処理された布帛を水中ですすぎ、約１２１℃（２５０°Ｆ）で約５から約７分間布帛を乾燥させ、そして布帛の美観を定性的に評価することにより試験された。（この乾燥工程が約１２１℃を超える温度で、または約１０分を超える時間実施されないことは避けられない。なぜなら、あまりに高い温度の下で、または許容しうる温度であるが、しかしあまりに長い暴露時間の間では、望ましくないポリマーフィルムが発生するからである。）試験される定性的なカテゴリーは凝固およびテキスチャーであった。以下に示される様に、Ａは凝固したことを意味し、Ｂは凝固していないことを意味し、Ｃは部分的な凝固を意味し、１は堅いテキスチャーを意味し、２は柔らかいテキスチャーを意味する。所望される結果はＡ２であり、より低い程度にＣ２であり、Ｂ、Ａ１、またはＣ１は所望されなかった。（そのようなＣ２の測定結果は許容しうる。と言うのは、部分的な凝固は、乾燥に先立って洗浄工程が加えられ、注意深く制御される限り意図される使用において良好に機能するからである。凝固していないラテックスは、特に十分に強力な洗浄手順の間に容易に除去しやすい。）凝固のカテゴリーの試験の１つの余分の方法は、処理された布帛のすすぎ水を試験することであった。すすぎが完了した後、もしすすぎ水が濁っていたならば、布帛上のポリウレタンラテックスが凝固していないことの徴候が存在したであろう。テキスチャーは、得られた複合材料の即座の感触を通して経験的に測定された。実施例および結果は以下のように表の形式で示される。
【００２１】
【表１】

【００２２】
このデータから、酸発生化学物質、曇り点界面活性剤またはそれら両方の量は、少なくともラテックスの量に依存して、およびラテックスと水の量が等価である場合に最適標準に合致する複合材料を提供する上で決定的であることが明らかである。両方の成分があまりに多い場合は堅すぎるテキスチャーとなり、少なすぎるとたんに部分的な凝固となり、一方または両方の欠如のときは全く凝固しない。
【００２３】
凝固および品質についてのラテックスと水のレベルの変化の測定
それぞれの成分の比率が、以下の実施例１５〜２２に指示されるようなレベルに変更されたことを例外として、同じ手順が上記実施例１〜１４についてのように続けられた。しかしながら、この例においては、酸発生剤と界面活性剤の量は、２つの成分の間で常に同一であり、したがって、エラストマー組成物においてラテックスと水のレベルについての性能に主な重要性を設定した。また、上記実施例１〜１４についてのように同じ定性的な読み取りおよび基準に従った。実施例および結果は、以下のように表の形式で示される。
【００２４】
【表２】

【００２５】
これらの結果から、以前に述べた様に、凝固性能の程度は、酸発生化学物質の量と比較してのラテックスの量と曇り点界面活性剤の量と比較してのラテックスの量との間の関係に依存することが明瞭なのは明らかである。
【００２６】
もちろん、特許請求の範囲の精神および範囲に含まれることが意図される本発明の多くの別の態様および修正が存在する。

Claims (10)

1. （ａ）布帛を提供する工程、
   （ｂ）（ｉ）水系ポリウレタンラテックス、
   （ｉｉ）二酢酸エチレングリコールからなる熱活性化酸発生化学物質、および
   （ｉｉｉ）ポリアルコキシル化アミンからなる曇り点界面活性剤
   を含むエラストマー組成物で前記布帛を含浸させる工程、および
   （ｃ）前記布帛にわたって前記エラストマー組成物の均一な分散および凝固をもたらす温度に前記含浸された布帛を加熱する工程
   の順次的工程を含むポリウレタンスエード様布帛／エラストマー複合材料を製造する方法。
2. 布帛が天然繊維、合成繊維、またはその混合物を含む請求項１記載の方法。
3. 布帛が、ポリエステル、ナイロン、綿、ポリエステル／綿混紡、ウール、ラミー、ライクラ、およびそれらの混合物の繊維を含む請求項２記載の方法。
4. 布帛がポリエステル繊維を含む請求項３記載の方法。
5. 加熱工程（ｃ）が８２℃から１３０℃の温度で実施される請求項１記載の方法。
6. 加熱工程（ｃ）が１００℃から１１０℃の温度で、飽和された蒸気の条件の下で実施される請求項５記載の方法。
7. 加熱工程（ｃ）が１分ないし１０分の持続時間の間、蒸気に、含浸された布帛を暴露することにより実施される請求項５記載の方法。
8. 加熱工程（ｃ）が持続時間として２分続く請求項７記載の方法。
9. 工程（ｂ）のエラストマー組成物において、前記水系ポリウレタンラテックス（ｉ）が、
   （ａ）ポリウレタンラテックス、および
   （ｂ）水
   を含み、（ｉ）（ａ）対（ｉ）（ｂ）の重量比は１：３０から３：１であり、（ｉ）（ａ）対（ｉｉ）の重量比は４０：１から１００：１であり、および（ｉ）（ａ）対（ｉｉｉ）の重量比は４０：１から１００：１である請求項１記載の方法。
10. （ｉ）（ａ）対（ｉｉ）の重量比は４０：１から５０：１であり、（ｉ）（ａ）対（ｉｉｉ）の重量比は４０：１から５０：１である請求項９記載の方法。