JP4684520B2

JP4684520B2 - 高い熱セット効率を有するスパンデックス

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Publication number: JP4684520B2
Application number: JP2001578526A
Authority: JP
Inventors: エリハウザーナザン; ウィリアムセリングゴードン
Original assignee: INVISTA Technologies S.a.r.l.
Current assignee: INVISTA Technologies S.a.r.l.
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: US6472494B2; JP2003531309A; US20010044517A1

Description

【０００１】
（発明の背景）
（関連出願の相互参照）
本願は、２０００年４月２６日出願の同時係属出願第０９／５５８，５６４号の一部継続出願である。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、高い熱セット効率のかつ高いアンロードパワーのスパンデックスに関し、より具体的には、ポリエーテルグリコールと、２，４’−ＭＤＩと４，４’−ＭＤＩとの混合物と、連鎖延長剤とから調製されるスパンデックスに関する。
【０００３】
（背景技術の説明）
スパンデックスおよびスパンデックス含有の布および衣服は、典型的には、良好な寸法安定性をもつ繊維または布を提供したり完成した衣服の形を整えたりするために熱セットされる。商業運転で使用される典型的な熱セット温度は、スパンデックスおよび６，６−ナイロンを含有している布では１９５℃、布が６−ナイロンを含有しているときは１９０℃、布が綿を含有しているときは１８０℃である。綿とスパンデックスとを含有している布は熱セットすることが望ましいが、ナイロン含有布に使用される温度でのみスパンデックスが適切な熱セット効率をもつ場合、所要の高温に暴露されると損傷を受けるおそれのある綿含有布のときにスパンデックスを適切に熱セットすることができない。
【０００４】
スパンデックスの熱セット効率を改良してスパンデックスを熱セットしうる温度を低下させるべく、さまざまな方法が使用されてきた。たとえば、米国特許第４，９７３，６４７号には、スパンデックスの製造時にコエクステンダー（ｃｏｅｘｔｅｎｄｅｒ）として１５〜３２モル％の２−メチル−１，５−ペンタンジアミンを使用することが開示されている。しかし、かかる低レベルでは、綿含有布に対して許容される中程度の温度において十分に高い熱セット効率をもつスパンデックスを提供することはできない。米国特許第５，０００，８９９号、同第５，９４８，８７５号および同第５，９８１，６８６号は、スパンデックスの熱セット効率を増大させるために２−メチル−１，５−ペンタンジアミンおよび１，３−ジアミノペンタン連鎖延長剤をそれぞれ高い割合で使用することを開示している。しかし、ポリマーのかかる大幅な変更は、繊維の性質に有害な影響を及ぼすおそれがある。米国特許第５，５３９，０３７号は、熱セット効率を増大させるためにスパンデックス中でアルカリ金属のカルボン酸塩およびチオシアン酸塩を低濃度で使用することを開示している。しかしながら、かかる塩は、布処理中に溶解により除去される可能性があり、それによってそれらの有効性は低減されるおそれがある。
【０００５】
特開平７−８２６０８号は、１−イソシアナト−４−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼン（「４，４’−ＭＤＩ」）と共に３〜１３モル％のイソシアナト−２−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼン（「２，４’−ＭＤＩ」）を組み入れることを開示している。さらに、２，４’−ＭＤＩが１３モル％を超えるレベルのときに得られるスパンデックスの性質は高温で許容できないと述べている。
【０００６】
特開平８−０２０６２５号、同８−１７６２５３号、および同８−１７６２６８号ならびに米国特許第３，６３１，１３８号および同第５，８７９，７９９号はまた、種々のレベルの２，４’−ＭＤＩの使用を開示している。しかし、かかる組成物からできたスパンデックスの性質は、高い熱セット効率、伸びおよびアンロードパワーの所望の組み合わせを有していない。
【０００７】
スパンデックスの熱セット効率を改良することが依然として必要である。
【０００８】
（発明の概要）
およそ１７５〜１９０℃で≧８５％の熱セット効率を有する、本発明のスパンデックスは、ポリ（テトラメチレンエーテル−ｃｏ−２−メチルテトラメチレンエーテル）グリコールと、１−イソシアナト−４−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼン（４，４’−ＭＤＩ）と全ジイソシアネートを基準にして２３〜５５モル％の１−イソシアナト−２−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼン（２，４’−ＭＤＩ）との混合物と、少なくとも１種の連鎖延長剤とから調製される。
【０００９】
（発明の詳細な説明）
予想外なことに、４，４’−ＭＤＩと２，４’−ＭＤＩとの混合物の形態で高レベルの２，４’−ＭＤＩを用いて調製したスパンデックスの熱セット効率が、低レベルの２，４’−ＭＤＩが存在するときに観測される熱セット効率よりも顕著に改良されることをこのたび見いだした。熱セット温度が高くなるので、したがって、熱セット効率も高くなるので、本発明のスパンデックスに見られる改良は、スパンデックス含有布および綿または羊毛に特有な低い熱セット温度ならびにスパンデックス含有布およびナイロンのような硬質繊維に用いられるより高い温度のいずれにおいても、有用かつ有利である。それと同時に、アンロードパワーは少なくとも約０．０２０ｄＮ／ｔｅｘに保持され、破断点伸びは増大される。
【００１０】
本明細書中で使用する場合、スパンデックスとは、繊維形成物質が、少なくとも８５重量％のセグメント化ポリウレタンから構成された長鎖合成エラストマーである人造繊維を意味する。ポリウレタンは、ポリエーテルグリコールと、ジイソシアネートの混合物と、連鎖延長剤とから調製され、次に、溶融紡糸、乾式紡糸または湿式紡糸されて繊維を形成する。
【００１１】
本発明のスパンデックスの作製に使用するのに好適なポリエーテルグリコールは、ポリ（テトラメチレンエーテル−ｃｏ−２−メチルテトラメチレンエーテル）グリコールであり、およそ１５００〜４０００の数平均分子量が有することができ、２−メチルテトラメチレンエーテル部分は、グリコール中の全エーテル部分を基準にしておよそ４〜２０モル％の範囲で存在することができる。かかるコポリエーテルは、テトラヒドロフランと３−メチルテトラヒドロフランとの共重合により調製することができる。
【００１２】
本発明のスパンデックスの作製において、ジイソシアネートの混合物が使用される。ジイソシアネート混合物の少なくともおよそ４５モル％は４，４’−ＭＤＩであり、およそ２３〜５５モル％は２，４’−ＭＤＩである。ジイソシアネート混合物を高分子グリコールに接触させると、イソシアネート末端グリコールと未反応ジイソシアネートとの混合物を含むキャップ化グリコールが生成する。所望の熱セット効率を得るために、特に単一の連鎖移動剤を使用する場合、およそ２８〜５５モル％の２，４’−ＭＤＩを利用することが好ましい。
【００１３】
キャップ化グリコールは、典型的には、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、またはジメチルホルムアルデヒドのような好適な溶媒に溶解され、次いで、ポリマーを形成するために少なくとも１種の２官能性連鎖延長剤と、場合によりポリマーの分子量を制御するために単官能性連鎖停止剤と接触される。
【００１４】
ポリウレタンウレアが望ましい場合、連鎖延長剤はジアミンであり、たとえば、エチレンジアミン（「ＥＤＡ」）、１，３−および１，４−ブタンジアミン、１，３−ジアミノ−２，２−ジメチルブタン、１，６−ヘキサンジアミン、１，２−プロパンジアミン（「１，２ＰＤＡ」）、１，３−プロパンジアミン、Ｎ−メチルアミノビス（３−プロピルアミン）、２−メチル−１，５−ペンタンジアミン（「ＭＰＭＤ」）、１，５−ジアミノペンタン、１，４−シクロヘキサンジアミン、１，３−ジアミノ−４−メチルシクロヘキサン、１，３−シクロヘキサンジアミン、１，１’−メチレン−ビス（４，４’−ジアミノヘキサン）、３−アミノメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン、１，３−ジアミノペンタン、ｍ−キシレンジアミン、およびそれらの混合物である。場合により、ジエチルアミン（「ＤＥＡ」）、シクロヘキシルアミン、またはｎ−ヘキシルアミンなどの連鎖停止剤（典型的には、全アミン成分を基準にして５〜１５当量パーセントで使用される）を、ポリマーの分子量を制御するために使用することができる。
【００１５】
特に、ＥＤＡと、ＭＰＭＤ、１，４−シクロヘキサンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、および１，３−ジアミノペンタンからなる群より選択されたジアミンとの混合物を使用することができ、その際、全連鎖延長剤を基準にして６０〜９５モル％のＥＤＡが利用される。キャップ化グリコール中のＮＣＯ部分の含量は、約２．４〜４．６重量％であることができる。
【００１６】
次に、得られたポリウレタンウレアの溶液を湿式紡糸または乾式紡糸してスパンデックスを形成することができる。繊維紡糸速度が速い場合、たとえば、毎分約７５０メートルを超える場合、所望の高い熱セット効率を達成するために、２，４’−ＭＤＩは典型的には２５〜５５モル％のレベルで存在する。
【００１７】
ポリウレタンが望ましい場合、連鎖延長剤はジオールであり、たとえば、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、または１，４−ブタンジオールである。かかるポリウレタンは、溶融紡糸、乾式紡糸、または湿式紡糸することができる。
【００１８】
本発明の有益な態様を損なわないかぎり、本発明のスパンデックス中でさまざまな添加剤を使用することもできる。その例には、二酸化チタンなどの艶消剤、ハイドロタルサイトなどの安定化剤、たとえば、、ハンタイトとハイドロマグネサイトとの混合物（たとえば、繊維重量を基準にして約０．７５重量％で使用する）、硫酸バリウム、ヒンダードフェノールおよび酸化亜鉛、染料および染色促進剤、ヒンダードアミン光安定化剤、ＵＶ遮蔽剤などが含まれる。
【００１９】
実施例において、キャップ化グリコールのイソシアネート部分の含量パーセントは、次式から計算した。
【００２０】
【数１】

【００２１】
式中、「ｆｗ」は、式量を意味し、「ｍｗ」は、分子量を意味し、「Ｃ．Ｒ．」は、キャッピング比（ジイソシアネート対高分子グリコールのモル比）を意味し、「グリコール」は、高分子グリコールを意味し、「ＮＣＯ」は、その式量が４２．０２であるイソシアネート部分を表している。改良された紡糸連続性を得るために、本発明のスパンデックスの作製に用いられるキャップ化グリコール中のＮＣＯ部分の含量は約２．４〜４．６％であることが好ましい。
【００２２】
表中、「Ｃｏｍｐ．」と記されたサンプルは、本発明の範囲外にある比較サンプルである。
【００２３】
スパンデックスの強度および弾性は、ＡＳＴＭＤ２７３１−７２の一般的な方法に従って測定した。３本のフィラメント、２インチ（５ｃｍ）のゲージ長および０から３００％の伸長サイクルを用いて、それぞれ巻取装置から「そのまま」、すなわち、スカーリングや他の処理を行わずに、測定を行った。毎分５０ｃｍの一定の伸長速度でサンプルを５回サイクルさせ、次に、５回目の伸長の後、３００％伸長の状態を３０秒間保持した。ロードパワー、すなわち、最初の伸長時にスパンデックスに加わる応力を、１回目のサイクルにおいて２００％伸長で測定し、デシニュートン／テックス単位で表中に報告し、「ＬＰ」と記した。アンロードパワー、すなわち、５回目のアンロードサイクルにおける２００％伸長時の応力についても、デシニュートン／テックス単位で報告し、「ＵＰ」と記した。ロードおよびアンロードパワーは、±０．０００２ｄＮ／ｔｅｘの精度で測定できるかと推定された。破断点伸びパーセント（「Ｅｂ」）は、６回目の伸長で測定した。５回の０〜３００％伸長／緩和サイクルに付されたサンプルの残留歪パーセントについても測定した。残留歪パーセント（「残留歪％」）は、次のように計算した。
残留歪％＝１００（Ｌ_f−Ｌ_o）／Ｌ_o
式中、Ｌ_oおよびＬ_fは、それぞれ、５回の伸長／緩和サイクルの前および後で、張力を加えずに伸ばしたときのフィラメント（糸）の長さである。
【００２４】
熱セット効率を測定するために、糸サンプルを１０ｃｍフレームに取り付け、１．５倍に延伸した。１７５℃（特に記載のない限り）まで１２０秒間予備加熱したオーブンにフレーム（サンプル付き）を水平に配置した。サンプルを緩和させ、そしてフレームを室温まで冷却させた。次に、０．１４％のＤｕｐｏｎｏｌ（登録商標）ＥＰ洗浄剤を含有する熱湯溶液中にサンプル（依然としてフレーム上で緩和させた状態）を６０分間浸漬した（仕上げ剤を除去するため、ＤｕＰｏｎｔから入手可能）。その後、サンプル（依然としてフレーム上で緩和させた状態）を熱湯（ｐＨ＝５、モック染料）中に３０分間入れた。フレームおよびサンプルを浴から取り出して乾燥させた。糸サンプルの長さを測定し、次式により熱セット効率（ＨＳＥ、パーセントとして）を計算した。
【００２５】
【数２】

【００２６】
スパンデックスと綿または羊毛とを含有する布での使用のためには、１７５℃において少なくとも約８５％のスパンデックス熱セット効率が必要である。ナイロンのような硬質繊維と併用するために、１９０℃で類似の熱セット効率を達成することができる。
【００２７】
本発明で利用されるジイソシアネート異性体の混合物を作製するために、２，４’−異性体レベルの低いＭＤＩ（Ｉｓｏｎａｔｅ（登録商標）１２５ＭＤＲ，ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌから）と２，４’−異性体量の多いＭＤＩ（Ｍｏｎｄｕｒ（登録商標）ＭＬ，ＢａｙｅｒＡＧ）とを混合することにより、表に示される２，４’−異性体レベルを得た。１５メートルＤＢ−１７０１キャピラリーカラムを用い、最初の２分間のホールドタイムに続き８°／分で１５０から２３０℃まで昇温して、出発ジイソシアネートに関するＧＣ分析を行った。その結果、４，４’−、２，４’−および２，２’−異性体に対する保持時間が、それぞれ、１５．５、１３．８および１２．６分であることがわかった。スパンデックス用のポリウレタンウレアの製造で商業的に使用されているＩｓｏｎａｔｅ（登録商標）１２５ＭＤＲを分析したところ、１．９モル％の２，４’−異性体を含有していることが判明した。Ｍｏｎｄｕｒ（登録商標）ＭＬでは、４，４’／２，４’／２，２’異性体のモル分布は、４４．９／５３．２／１．９であることがわかった。これらの結果は、ＣＤＣｌ₃溶媒を用いたＶａｒｉａｎ３００ＭＨｚフーリエ変換分光計による¹ＨＮＭＲ分析によって実質的に確証された。３種の異性体中のメチレン水素の吸収は、４，４’、２，４’および２，２’異性体に対して、それぞれδ＝３．９０、３．９７および４．０２に観測された。
【００２８】
比較目的のために実施例で使用されたポリ（テトラメチレンエーテル）グリコール（「ＰＯ４Ｇ」）は、１８００の数平均分子量を有し（Ｔｅｒａｔｈａｎｅ（登録商標）１８００、Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄＣｏｍｐａｎｙの登録商標）、ポリ（テトラメチレンエーテル−ｃｏ−２−メチルテトラメチレンエーテル）グリコール（「２ＭｅＰＯ４Ｇ」）は、３５００の数平均分子量および１２．５モル％の２−メチルテトラメチレンエーテル部分レベルを有していた（Ｔｅｒａｔｈａｎｅ（登録商標）ＩＩＩ、Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄＣｏｍｐａｎｙの登録商標）。
【００２９】
使用したエチレンジアミン（「ＥＤＡ」）は、ＵＨＰグレードであった（ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅ）。使用した２−メチル−１，５−ペンタンジアミン（「ＭＰＭＤ」）は、Ｄｙｔｅｋ（登録商標）Ａであった（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄＣｏｍｐａｎｙの登録商標）。
【００３０】
ＭＤＩ混合物を高分子グリコールに接触させてイソシアネート末端（キャップ化）グリコールと未反応ジイソシアネートとの混合物を形成することにより、ポリウレタンウレアを調製した。ＤＭＡｃを添加し、得られた溶液を少なくとも１種の連鎖延長剤および少量の連鎖停止剤と接触させてポリマー溶液を形成した。追加のスラリーをポリマー溶液に激しく混合しながら添加した。このスラリーは、１．５重量％の２，４，６−トリス（２，６−ジメチル−４−ｔ−ブチル−３−ヒドロキシベンジル）イソシアヌレート（Ｃｙａｎｏｘ（登録商標）１７９０，ＣｙｔｅｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）と、ビス（４−イソシアナトシクロヘキシル）メタンおよびＮ−ｔ−ブチルジエタノールアミン（Ｍｅｔｈａｃｒｏｌ（登録商標）２４６２、Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄＣｏｍｐａｎｙの登録商標）から調製された０．５重量％のポリマーと、０．６重量％のシリコーン油とを最終繊維中に含有させるような組成であった。得られた紡糸溶液をＤＭＡｃから乾式紡糸してカラム中に送り、そこに熱い窒素ストリームを供給し、得られたスパンデックスフィラメントを凝集させ（融合させ）、スピン仕上げを施し、次に、繊維を巻き取った。紡糸速度は毎分約２７５メートルであり、繊維は３７〜４４デシテックスであった。
【００３１】
（実施例）
２ＭｅＰＯ４Ｇ、および比較サンプル１用のＰＯ４Ｇ、数レベルの２，４’−ＭＤＩ（いずれの場合も３．４％ＮＣＯ）、ＥＤＡ、（サンプル１３中、１０モル％ＭＰＭＤ）ならびにジエチルアミンからポリウレタンウレアを作製し、次に、乾式紡糸した。得られたスパンデックスの性質を表中に報告する。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表中のデータを見てわかるようにまたそれらから類推されるように、１７５℃において少なくとも８５％の熱セット効率を達成するためには、少なくとも約２８モル％の２，４’−ＭＤＩのレベルが必要である（１種の連鎖延長剤だけを用いた場合でさえも）。しかしながら、さらに低いレベル、すなわち、約２３モル％超でさえも、１９０℃で熱セットしたときにＨＳＥ≧８５％を有する本発明のスパンデックスが作製された（ナイロンなどの硬質繊維に使用されるような）。２，４’−ＭＤＩが約５５モル％を超えると、アンロードパワーは許容しえないほどまで低減されるであろう。ＰＯ４Ｇから調製されたスパンデックスに対する比較サンプル１のデータは、かかるスパンデックスが許容しえないアンロードパワーを有していて、本発明の範囲外にあることを示している。

Claims

（Ａ）ポリ（テトラメチレンエーテル−ｃｏ−２−メチルテトラメチレンエーテル）グリコールと、
（Ｂ）１−イソシアナト−４−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼンと全ジイソシアネートを基準にして２３〜５５モル％の１−イソシアナト−２−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼンとの混合物と、
（Ｃ）少なくとも１種の連鎖延長剤と、
の反応生成物から本質的になる、１７５〜１９０℃で≧８５％の熱セット効率を有するスパンデックス。
≧０．０２０ｄＮ／ｔｅｘのアンロードパワーを有することを特徴とする請求項１に記載のスパンデックス。
前記連鎖延長剤が、エチレンジアミン、１，２−プロパンジアミン、２−メチル−１，５−ペンタンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、１，３−ジアミノペンタン、およびそれらの混合物からなる群より選択され、かつ成分（Ａ）および（Ｂ）の生成物が、２．４〜４．６重量％のＮＣＯ部分を含有することを特徴とする請求項１に記載のスパンデックス。
前記連鎖延長剤が、全連鎖延長剤を基準にして６０〜９５モル％のエチレンジアミンと、１，４−ブタンジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、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、１，４−シクロヘキサンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、１，３−ジアミノペンタン、およびそれらの混合物からなる群より選択された連鎖延長剤との混合物であることを特徴とする請求項１に記載のスパンデックス。
１−イソシアナト−２−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼンが２８〜５５モル％のレベルで存在することを特徴とする請求項１に記載のスパンデックス。
１７５〜１９０℃で≧８５％の熱セット効率を有するスパンデックスを製造する方法であって、
（Ａ）ポリ（テトラメチレンエーテル−ｃｏ−２−メチルテトラメチレンエーテル）グリコールを、１−イソシアナト−４−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼンと全ジイソシアネートを基準にして２３〜５５モル％の１−イソシアナト−２−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼンとの混合物に接触させて、２．４〜４．６重量％のＮＣＯ部分を含有する生成物を形成する工程と；
（Ｂ）工程（Ａ）の生成物に溶媒を添加する工程と、
（Ｃ）工程（Ｂ）の生成物を少なくとも１種の連鎖延長剤に接触させる工程と、
（Ｄ）工程（Ｃ）の生成物を紡糸してスパンデックスを形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
１−イソシアナト−２−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼンが２５〜５５モル％のレベルで存在し、前記連鎖延長剤が、全連鎖延長剤を基準にして６０〜９５モル％のエチレンジアミンと、２−メチル−１，５−ペンタンジアミン、１，４−シクロヘキサンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、および１，３−ジアミノペンタンからなる群より選択された連鎖延長剤との混合物であり、かつ前記スパンデックスが、毎分約７５０メートルを超える速度で紡糸されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
１−イソシアナト−２−［（４’−イソシアナトフェニル）メチル］ベンゼンが２８〜５５モル％で存在することを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記スパンデックスが≧０．０２０ｄＮ／ｔｅｘのアンロードパワーを有し、かつ前記連鎖延長剤が、エチレンジアミン、１，４−ブタンジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、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、１，４−シクロヘキサンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、１，３−ジアミノペンタン、およびそれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。