JP4918353B2 - Articles containing water-soluble polyureaurethane dispersion - Google Patents

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Description

水に分散させたポリウレタン粒子を使用して、他の材料で作製された手袋に比べて皮膚に対する化学的および生物学的アレルギー反応の可能性が低減され、耐破壊性および耐引裂性が改善された商品を作製することができる。   Using polyurethane particles dispersed in water reduces the chances of chemical and biological allergic reactions to the skin compared to gloves made of other materials, improving resistance to fracture and tearing Products can be made.

(関連出願の相互参照)
本出願は、2003年2月20日出願の米国仮特許出願第60/448,971号明細書、および2002年11月4日出願の米国仮特許出願第60/423,617号明細書の利益を主張し、それぞれをあらゆる目的のため、本明細書の部分として、その全体を組み込む。
(Cross-reference of related applications)
This application is a benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 448,971, filed February 20, 2003, and US Provisional Patent Application No. 60 / 423,617, filed November 4, 2002. Each of which is incorporated by reference herein in its entirety for all purposes.

エラストマー材料の生成は、当技術分野でよく記載されている(例えば、(非特許文献1)を参照のこと)。エラストマー材料、具体的にはスパンデックスは、以下の繰返し構造のウレタン結合を含む。   The production of elastomeric materials is well described in the art (see, for example, (NPL 1)). Elastomeric materials, specifically spandex, contain the following repeating urethane linkages:

Figure 0004918353
Figure 0004918353

スパンデックスの製造に現時点で使用されているウレタンポリマーの多くは、ヒドロキシを末端基とするポリエーテルまたはポリエステルとジイソシアナートをモル比約1:1.4〜1:2.5で反応させ、続いて得られたイソシアナートを末端基とするプレポリマーと1つまたは複数のジアミンを反応させて、高分子量ウレタンポリマーを生成することによって作製される。少量の単官能性アミンを導入して、ポリマー分子量を制御することもできる。使用する特定のポリエステルまたはポリエーテルグリコール、ジイソシアナート、ジアミン、およびモノアミンを変更することによって、機械的諸特性に影響を与えることができる。さらに、グリコールの分子量を変更し、グリコール−ジイソシアナートのモル比を変更することによって改変することもできる。 Many of the urethane polymers currently used in the production of spandex are prepared by reacting a hydroxy-terminated polyether or polyester with a diisocyanate in a molar ratio of about 1: 1.4 to 1: 2.5, followed by The isocyanate-terminated prepolymer obtained above is reacted with one or more diamines to produce a high molecular weight urethane polymer. A small amount of monofunctional amine can be introduced to control the polymer molecular weight. By changing the particular polyester or polyether glycol, diisocyanate, diamine, and monoamine used, the mechanical properties can be influenced. Further, it can be modified by changing the molecular weight of glycol and changing the molar ratio of glycol-diisocyanate.

スパンデックス中の長鎖ウレタンポリマー分子は、分子間相互作用の弱い比較的長いブロックが相互作用の強いより短いブロックによって連結された、実質的に線状ブロックコポリマーである。一般に軟質セグメントと呼ばれるこの相互作用の弱いブロックは、ポリエーテルまたはポリエステルグリコール成分からのものであるが、硬質セグメントと呼ばれる相互作用の強いブロックは、ジイソシアナートと連鎖延長剤の反応によって生じる。連鎖延長反応は、通常イソシアナートと二官能性アミンのカップリング反応であり、ウレア結合を生成する。従って、硬質および軟質セグメントを組合せて得られたポリマーは、ポリウレアウレタンとして知られている。   Long chain urethane polymer molecules in spandex are substantially linear block copolymers in which relatively long blocks with weak intermolecular interactions are connected by shorter blocks with strong interactions. This weakly interacting block, commonly referred to as the soft segment, is from the polyether or polyester glycol component, while the strongly interacting block, referred to as the hard segment, results from the reaction of the diisocyanate and the chain extender. The chain extension reaction is usually a coupling reaction between an isocyanate and a bifunctional amine, and forms a urea bond. Thus, the polymer obtained by combining hard and soft segments is known as polyureaurethane.

ポリイソシアナートポリマーを使用して、水溶性ポリウレタン分散液を調製できることが知られている。ポリウレタン分散液は、通常は有機ジイソシアナートまたはポリイソシアナートと、ポリアルキレンエーテルグリコール、ポリ(アルキレンエーテル)グリコール、アルキド樹脂、ポリエステル、およびポリエステルアミドなど2つ以上の活性水素原子を有する有機化合物との反応生成物を、しばしば少量の有機溶媒を使用して連鎖延長することによって調製される。ジイソシアナートを化学量論的に過剰に使用して、ポリウレタン/ウレアプレポリマーとも呼ばれる反応生成物の末端基をイソシアナートとする。ポリウレタンプレポリマー調製の例は、とりわけ米国特許公報(特許文献1)、米国特許公報(特許文献2)、米国特許公報(特許文献3)、米国特許公報(特許文献4)、および米国特許公報(特許文献5)に記載されている。   It is known that polyisocyanate polymers can be used to prepare water-soluble polyurethane dispersions. Polyurethane dispersions usually comprise organic diisocyanates or polyisocyanates and organic compounds having two or more active hydrogen atoms such as polyalkylene ether glycols, poly (alkylene ether) glycols, alkyd resins, polyesters, and polyester amides. The reaction product is often prepared by chain extension using a small amount of organic solvent. Diisocyanate is used in stoichiometric excess to render the end group of the reaction product, also called polyurethane / urea prepolymer, as isocyanate. Examples of polyurethane prepolymer preparations include, among others, US Patent Publication (Patent Document 1), US Patent Publication (Patent Document 2), US Patent Publication (Patent Document 3), US Patent Publication (Patent Document 4), and US Patent Publication ( Patent Document 5).

ポリウレタン分散液は、米国特許公報(特許文献6)では、コーティングおよび接着層(bond);米国特許公報(特許文献7)では、柔軟な溶媒バリヤー;米国特許公報(特許文献8)では、接着剤;米国特許公報(特許文献9)では、フィルムなどの多様性材料を調製するのに有用であると報告されている。フィルム、厳密に言えばフィルムを作製するための浸漬方法は、多数の物品を作製する方法の一部分となることができる。フィルム応用例には、手袋、器官袋、コンドーム、ストーマ袋(ostomy bag)などが含まれる。このような応用例は、ポリウレタン分散液で作製できることが知られているが、通常のポリウレタン分散液は、このような応用例向けに好ましい材料とするには物理的または取扱い特性が不十分であることが判明することもある。また、N−メチル−2−ピロリドンなどのある種の比較的高沸点の溶媒を使用すると、いくつかの応用例では悪影響をもたらす恐れがある。   Polyurethane dispersions are known as coatings and bond layers in US Patent Publication (Patent Document 6); flexible solvent barriers in US Patent Publication (Patent Document 7); adhesives in US Patent Publication (Patent Document 8). The US Patent Publication (Patent Document 9) reports that it is useful for preparing a variety of materials such as films. Films, strictly speaking, dipping methods for making films can be part of a method for making multiple articles. Examples of film applications include gloves, organ bags, condoms, ostomy bags, and the like. Although it is known that such applications can be made with polyurethane dispersions, ordinary polyurethane dispersions have insufficient physical or handling properties to make them preferred materials for such applications. Sometimes it turns out. Also, the use of certain relatively high boiling solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone can have adverse effects in some applications.

ポリウレタンは、ポリアルコールとポリイソシアナートの反応生成物である。一般に、水溶性ポリウレタン分散液を調製するために使用するポリイソシアナートは、米国特許公報(特許文献10)に開示されているものなどの脂肪族イソシアナートである。トルエンジイソシアナート(TDI)やメチレンジフェニルジイソシアナート(MDI)、およびポリメチレンポリフェニルイソシアナート(PMDI)などの芳香族ポリイソシアナートも有用であることが知られているが、脂肪族イソシアナートのほうが加水分解に対する安定性がはるかに高く、プレポリマーは水に分散される。従って、通常は、イソシアナートと二官能性アミンの反応は、より制御された予測可能な方式で行われると考えられる。   Polyurethane is the reaction product of polyalcohol and polyisocyanate. In general, the polyisocyanates used to prepare water-soluble polyurethane dispersions are aliphatic isocyanates such as those disclosed in US Pat. Aromatic polyisocyanates such as toluene diisocyanate (TDI), methylene diphenyl diisocyanate (MDI), and polymethylene polyphenyl isocyanate (PMDI) are also known to be useful, but aliphatic isocyanates Is much more stable to hydrolysis and the prepolymer is dispersed in water. Thus, it is normally believed that the reaction between isocyanate and difunctional amine occurs in a more controlled and predictable manner.

天然ゴムラテックスから調製されたフィルムが一般的であり、快適性および有用性の見地から望ましい諸特性を有すると見なされている。残念なことに、天然ゴムラテックスは、タンパク質、ならびに皮膚に対して刺激性のある恐れがあり一部の人には重症アレルギー反応を引き起こすかもしれない硫黄含有硬化剤などの他の材料も含んでいる。   Films prepared from natural rubber latex are common and are considered to have desirable properties from the standpoint of comfort and utility. Unfortunately, natural rubber latex also contains proteins and other materials such as sulfur-containing curing agents that can be irritating to the skin and may cause severe allergic reactions in some people. Yes.

2000年10月19日公開の(特許文献11)は、ポリウレタンフィルムおよびその調整用分散液を開示している。分散液は、ジイソシアナートおよび活性水素含有材料を含むポリウレタンプレポリマー配合物から調製されている。分散液は、第1工程で、プレポリマーが形成され、その後の工程で、プレポリマーの水溶性分散液がアニオン性界面活性剤の存在下で形成され、両工程が有機溶媒の実質的に存在しないところで行われる、2工程以上の方法で形成されている。   (Patent Document 11) published on October 19, 2000 discloses a polyurethane film and a dispersion for adjusting the polyurethane film. The dispersion is prepared from a polyurethane prepolymer formulation comprising a diisocyanate and an active hydrogen-containing material. In the first step, the dispersion forms a prepolymer, and in a subsequent step, a water-soluble dispersion of the prepolymer is formed in the presence of an anionic surfactant, and both steps are substantially present in an organic solvent. It is formed by the method of two steps or more performed in the place where it does not.

良好な水分管理を行っている弾性フィルムは、細菌や化学物質などの環境からの保護を提供することができる。特に、化学的および生物学的試剤からの潜在的脅威が増大して、このような材料の必要性は高まる一方である。最近の出来事は、警察官および郵便作業員が長期間はめておくことができる快適な手袋の必要性を示している。ラテックス手袋は通常、耐破壊性が低くし、さらに、ある種の個人の致命的なアレルギー反応を含めて、追加の健康上のリスクを招く恐れがある。ニトリル手袋は、良好な耐破壊性を有しているが、モジュラスが高く、したがって長期使用によって疲れを引き起こす可能性がある。   Elastic film with good moisture management can provide protection from the environment, such as bacteria and chemicals. In particular, the potential threat from chemical and biological agents is increasing, and the need for such materials is increasing. Recent events have shown the need for comfortable gloves that police officers and post workers can wear for extended periods of time. Latex gloves are usually less resistant to breakage and can pose additional health risks, including fatal allergic reactions of certain individuals. Nitrile gloves have good fracture resistance but have a high modulus and can therefore cause fatigue due to long-term use.

ポリウレタンエラストマーは、代替材料として選択することができるが、ポリウレタン手袋のいくつかは水または消毒用アルコールに暴露すると弱くなることがわかる。これは、このような手袋の長期使用を妨げることになる。   Polyurethane elastomers can be selected as an alternative material, but it has been found that some polyurethane gloves weaken when exposed to water or rubbing alcohol. This will prevent long-term use of such gloves.

米国特許第3,178,310号明細書U.S. Pat. No. 3,178,310 米国特許第3,919,173号明細書US Pat. No. 3,919,173 米国特許第4,442,259号明細書U.S. Pat. No. 4,442,259 米国特許第4,444,976号明細書U.S. Pat. No. 4,444,976 米国特許第4,742,095号明細書US Pat. No. 4,742,095 米国特許第4,292,226号明細書U.S. Pat. No. 4,292,226 米国特許第4,431,763号明細書US Pat. No. 4,431,763 米国特許第4,433,095号明細書US Pat. No. 4,433,095 米国特許第4,501,852号明細書US Pat. No. 4,501,852 米国特許第5,494,960号明細書US Pat. No. 5,494,960 国際公開第00/61651号パンフレットInternational Publication No. 00/61651 Pamphlet 米国仮出願第60/423,478号明細書US Provisional Application No. 60 / 423,478 米国特許出願第10/701,317号明細書US patent application Ser. No. 10 / 701,317 米国特許第4,127,513号明細書US Pat. No. 4,127,513 米国特許第4,139,567号明細書US Pat. No. 4,139,567 米国特許第4,153,186号明細書US Pat. No. 4,153,186 米国特許第4,228,272号明細書U.S. Pat. No. 4,228,272 米国特許第4,235,751号明細書US Pat. No. 4,235,751 独国特許出願第86−3606479号明細書German Patent Application No. 86-3606479 独国特許出願第83−3346136号明細書German Patent Application No. 83-3346136 米国特許出願第10/700,859号明細書US patent application Ser. No. 10 / 700,859 カークオスマー工業化学百科事典(Kirk−Othmer Encyclopedia of Chemical Technology)、第4版、10巻、1993年、624〜638頁、ニューヨーク(New York)のジョンワイリー&サンズ(John Wiley & Sons, Inc.)Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th edition, 1993, pp. 624-638, New York, John Wiley & Sons (John Wiley & Sons). B. K. Kim、Colloid. Polym. Sci.、1996年、274巻、599〜611ページB. K. Kim, Colloid. Polym. Sci. 1996, 274, 599-611. J. M. Hammondら、J. Polym. Sci., Part A、1971年、9巻、295ページJ. M. Hammond et al., J. Polym. Sci., Part A, 1971, Vol. 9, p. 295 Hongzhi Zhangら、J. Appl. Polym. Sci.、1999年、73巻、2303ページHongzhi Zhang et al., J. Appl. Polym. Sci., 1999, 73, 2303.

ポリウレタンを慎重に配合すれば、多数の所望の特性を有する手袋が得られることを見出した。   It has been found that if polyurethane is carefully formulated, a glove having a number of desired properties can be obtained.

本発明は、水溶性ポリウレアウレタン分散液を含む商品を開示する。これらの物品は、引張強度が2030psiより高く、破壊強度が200ポンド/インチより高く、厚さ当たりの引裂強度が20N/mmより高い。これらは、改善された耐溶媒性も示す。これらの物品を製造する方法も開示され、前記方法は
a)金型を凝固剤溶液に浸漬し、高温で乾燥させる工程と、
b)凝固剤溶液をコーティングした金型を、水溶性ポリウレアウレタン分散液に浸漬し、乾燥させる工程と、
c)コーティングした金型を、塩浸出浴にかける工程と、
d)金型から物品を取り出す前に、コーティングした金型を高温で乾燥させる工程とを含む。
The present invention discloses a product comprising a water-soluble polyureaurethane dispersion. These articles have a tensile strength greater than 2030 psi, a fracture strength greater than 200 pounds / inch, and a tear strength per thickness greater than 20 N / mm. They also show improved solvent resistance. A method of manufacturing these articles is also disclosed, the method comprising: a) immersing the mold in a coagulant solution and drying at a high temperature;
b) immersing the mold coated with the coagulant solution in the water-soluble polyureaurethane dispersion and drying;
c) subjecting the coated mold to a salt leaching bath;
d) drying the coated mold at an elevated temperature before removing the article from the mold.

本発明は、グリコールとしてのTHFホモポリマーおよび/またはコポリマー、ならびに芳香族ジイソシアナートを使用した、安定な水溶性ポリウレアウレタン分散液の使用を開示するが、連鎖延長剤、硬化剤、または架橋剤の使用を必要としない。この分散方法では、幅広い有用性を有するエラストマーポリウレタンの安定なコロイド粒子を生成する。この方法は堅牢であり、先の研究(例えば(特許文献11)を参照)に記載するような一連の分離工程を必要しないという点で比較的複雑ではない。通常は、水溶性ポリウレタンコロイドの生成の場合、脂肪族イソシアナートが好ましい(一般に、(非特許文献2)を参照のこと)。これら脂肪族イソシアナートと様々なグリコールを反応させて、オリゴマープレポリマーを形成し、次いで当量のジアミンを含有する水に分散させる。ジアミンの量は、n−ブチルアミン滴定、および逆算によって決定して、NCOパーセントと当量を添加する。脂肪族イソシアナートは、水中における安定性が比較的高く、したがってジアミンはイソシアナートと反応し、ウレア結合を介してプレポリマーが連鎖延長される。本明細書にその全体が組み込まれる、他の水溶性ポリウレアウレタン分散液を記載する2002年11月4日出願の米国特許公報(特許文献12)である2003年11月4日出願の本願出願人所有の同時係属の米国特許公報(特許文献13)も参照のこと。   The present invention discloses the use of stable water-soluble polyureaurethane dispersions using THF homopolymers and / or copolymers as glycols and aromatic diisocyanates, but chain extenders, curing agents, or crosslinkers. Does not require the use of. This dispersion method produces stable colloidal particles of elastomeric polyurethane having a wide range of utility. This method is robust and is not relatively complicated in that it does not require a series of separation steps as described in previous work (see, for example, US Pat. In general, aliphatic isocyanates are preferred for the production of water-soluble polyurethane colloids (see generally (Non-Patent Document 2)). These aliphatic isocyanates and various glycols are reacted to form an oligomer prepolymer and then dispersed in water containing an equivalent amount of diamine. The amount of diamine is determined by n-butylamine titration and back calculation, and NCO percent and equivalents are added. Aliphatic isocyanates are relatively stable in water, so diamines react with isocyanates, and the prepolymer is chain extended through urea linkages. Applicant of the present application filed Nov. 4, 2003, which is a US Patent Publication (Patent Document 12) filed Nov. 4, 2002, which describes other water-soluble polyureaurethane dispersions, which are incorporated herein in their entirety. See also owned co-pending US Patent Publication (Patent Document 13).

しかし、試薬および条件を慎重に選択すると、加水分解を受けるイソシアナートを所望量に制御することができ、続いて追加のイソシアナートと反応させて、(非特許文献2)に記載されているエチレンジアミンや他のジアミンなど一般的な脂肪族ジアミンを添加することなく高分子体(例えば、独立膜形成に適切な分子量、典型的には100,000超、好ましくは200,000超)を形成できることが判明した。これは重要なことである。というのは、水中におけるジイソシアナートとジアミンの反応は拡散が律速であり、添加されたアミンがすべて反応中に消費されるとは保障できないからである。他の方法によって作製された材料に残存する未反応のアミンはどれも、ある種の用途で皮膚刺激または感作を引き起こす恐れがある。   However, with careful selection of reagents and conditions, the isocyanate undergoing hydrolysis can be controlled to the desired amount and subsequently reacted with additional isocyanate to produce the ethylenediamine described in (Non-Patent Document 2). And high molecular weight (e.g., molecular weight suitable for forming an independent film, typically more than 100,000, preferably more than 200,000) without the addition of common aliphatic diamines such as found. This is important. This is because the reaction between diisocyanate and diamine in water is rate limiting, and it cannot be guaranteed that all added amine will be consumed during the reaction. Any unreacted amine remaining in materials made by other methods can cause skin irritation or sensitization in certain applications.

芳香族ジイソシアナートを適切な反応温度および分散条件下で使用すれば、本発明の分散液の作製に適するであろうことが判明した。芳香族ジイソシアナートの例は、MDI、TDI、PMDIなどである。プレポリマー中のNCO%量によって、分散液から生成される最終フィルムの物理的諸特性が決まる。好ましい範囲のNCO%は、2〜4%である。   It has been found that the use of aromatic diisocyanates under appropriate reaction temperatures and dispersion conditions may be suitable for making the dispersions of the present invention. Examples of aromatic diisocyanates are MDI, TDI, PMDI and the like. The amount of NCO% in the prepolymer determines the physical properties of the final film produced from the dispersion. A preferred range of NCO% is 2-4%.

この方法の安定性および簡便さを可能にする別のクリティカルな要素は、極性の軟質セグメントの慎重な操作である。水溶性分散液および適切な硬質セグメントの条件と組み合わせて、良好な分散液を提供する1種の軟質セグメントは、選択された酸官能基を含むジオールを有する低分子量PTMEGである。別の適用可能なものは、コモノマーとして適量(通常は25〜60重量パーセント)のエチレングリコールを含有するTHFコポリマー軟質セグメントである。このようなコポリマーを調製する方法は、米国特許公報(特許文献14)、米国特許公報(特許文献15)、米国特許公報(特許文献16)、米国特許公報(特許文献17)、米国特許公報(特許文献18);(特許文献19)および(特許文献20);(非特許文献3)および(非特許文献4)に開示されている。酸官能基を含むジオールの例は、2,2’ジメタノールプロピオン酸(DMPA)である。PTMEG中のエチレンオキシドコモノマー含量は、25〜60重量%である。   Another critical factor that enables the stability and simplicity of this method is the careful manipulation of polar soft segments. One soft segment that provides a good dispersion in combination with aqueous dispersion and appropriate hard segment conditions is a low molecular weight PTMEG with a diol containing selected acid functional groups. Another applicable is a THF copolymer soft segment containing an appropriate amount (usually 25-60 weight percent) of ethylene glycol as a comonomer. Methods for preparing such copolymers include US Patent Publication (Patent Document 14), US Patent Publication (Patent Document 15), US Patent Publication (Patent Document 16), US Patent Publication (Patent Document 17), US Patent Publication ( (Patent Literature 18); (Patent Literature 19) and (Patent Literature 20); (Non-Patent Literature 3) and (Non-Patent Literature 4). An example of a diol containing an acid functional group is 2,2'dimethanolpropionic acid (DMPA). The ethylene oxide comonomer content in PTMEG is 25-60% by weight.

このような分散液は、親水性軟質セグメントを使用すれば作製することができる。親水性軟質セグメントは、ポリウレタンプレポリマーを、エチレングリコール含量が20%より高いTHFのエチレングリコールコポリマーと、またはポリウレタンプレポリマーを、少量の立体的に込み合った酸含有ジオールを含むPTMEGと反応させて作製されることを意味する。コポリマー中のEO含量の好ましい範囲は、25%〜60重量%である。好ましい込み合った酸ジオールは、DMPAである。好ましいDMPAの範囲は、3〜5重量%である。ポリ(EO−co−THF)の好ましい分子量は1000〜3500であり、最も好ましい分子量は2000である。PTMEGの好ましい分子量は700〜1500であり、最も好ましい分子量は1000である。   Such a dispersion can be prepared by using a hydrophilic soft segment. The hydrophilic soft segment is made by reacting a polyurethane prepolymer with an ethylene glycol copolymer of THF with an ethylene glycol content higher than 20% or a polyurethane prepolymer with PTMEG containing a small amount of sterically crowded acid-containing diol. Means that A preferred range for the EO content in the copolymer is 25% to 60% by weight. A preferred crowded acid diol is DMPA. A preferred DMPA range is 3-5% by weight. The preferred molecular weight of poly (EO-co-THF) is 1000-3500, and the most preferred molecular weight is 2000. The preferred molecular weight of PTMEG is 700-1500, and the most preferred molecular weight is 1000.

一般には、本発明の分散液は、イソシアナートとグリコールを、窒素中において約90℃(80℃〜100℃)の温度で数時間混合して、プレポリマーを形成することによって作製する。分散液混合物に施されるせん断速度および力は重要であり、図1に記載する。過大なせん断力を加える場合、分散液は不安定になり、ばらばらに壊れる恐れがある。一般には、せん断力の好ましい範囲は、500〜1700ニュートンである。混合時間は、通常は2〜5分である。込み合った酸ジオール(例えば、(非特許文献2)の表1に挙げたDMPAおよび他のもの)を同様にこの工程で添加することができる。イオン性内容物を添加する他の方法は、込み合った酸ジオール塩(例えば、ジメチロールプロピオン酸ナトリウム)の添加、スルホナート(例えば、2−ナトリウム 1,4 ブタンジオール)の添加、またはアルキル基1個およびアルキロール基2個を有する第三級アミンの添加のようなカチオン中心の添加によるものである。混合時間の終わりに、n−ブチルアミン滴定および逆算によって、プレポリマー中の過剰なイソシアナートの量を決定することができる。反応生成物を室温に冷却した後、溶媒(一般に、アセトンやメチルエチルケトン(MEK)などの水混和性有機溶媒)を場合によっては使用して、プレポリマーを約75重量パーセント溶液に希釈することができる。この溶液を、アニオン性でも、カチオン性でも、非イオン性でもよい界面活性剤を含む冷却した(すなわち、0〜10℃)水溶液に投入する。好ましい界面活性剤は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、またはトリトン(Triton)X100(米国ミシガン州ミッドランドのダウケミカル(Dow Chemical Co., Midland, MI))である。界面活性剤の好ましい量は0.1〜2重量%であり、最も好ましい量は0.5〜1重量%である。酸含有ジオールを使用する場合、無機の比較的弱い塩基(例えば、NaHCO、Na(CO、NaAc(ただし、Acはアセタートを表す)、NaHPOなど)を添加して、分散を向上させることもできる。これら無機塩基は、臭気が比較的少なく、皮膚刺激性でもない傾向にある。あるいは、トリエチルアミンを塩基として使用することができる。この場合は、潜在的臭気を最小限に抑えるため、酸に対して1当量未満のアミンを使用することが推奨される。分散水は一般に、DMPA中の酸を中和するための1当量未満のアミンを含有し、この1モル水溶液のpHは10を超えない。小粒子形成には、分散温度が重要である。好ましい分散温度は、0〜10℃である。分散液の固形分は、10〜60%、典型的には10〜30%である。得られた分散液の固形分は、一般に、試料を、オーブン中において100℃で2時間乾燥し、乾燥前後の重量を比較することによって決定して、約10〜30重量パーセントである。 Generally, the dispersion of the present invention is made by mixing isocyanate and glycol in nitrogen at a temperature of about 90 ° C. (80 ° C. to 100 ° C.) for several hours to form a prepolymer. The shear rate and force applied to the dispersion mixture are important and are described in FIG. When an excessive shear force is applied, the dispersion becomes unstable and may break apart. In general, the preferred range of shear force is 500-1700 Newtons. The mixing time is usually 2 to 5 minutes. A crowded acid diol (eg, DMPA and others listed in Table 1 of (Non-Patent Document 2)) can be added in this step as well. Other methods of adding ionic content include the addition of crowded acid diol salts (eg, sodium dimethylolpropionate), the addition of sulfonates (eg, 2-sodium 1,4 butanediol), or one alkyl group And by the addition of a cation center such as the addition of a tertiary amine having two alkylol groups. At the end of the mixing time, the amount of excess isocyanate in the prepolymer can be determined by n-butylamine titration and back calculation. After the reaction product has cooled to room temperature, a solvent (generally a water-miscible organic solvent such as acetone or methyl ethyl ketone (MEK)) is optionally used to dilute the prepolymer to about 75 weight percent solution. . This solution is poured into a cooled (ie 0-10 ° C.) aqueous solution containing a surfactant that may be anionic, cationic or nonionic. A preferred surfactant is sodium dodecylbenzene sulfonate, or Triton X100 (Dow Chemical Co., Midland, MI, USA). The preferred amount of surfactant is 0.1-2% by weight, the most preferred amount is 0.5-1% by weight. When an acid-containing diol is used, an inorganic relatively weak base (for example, NaHCO 3 , Na (CO 3 ) 2 , NaAc (where Ac represents acetate), NaH 2 PO 4, etc.) is added and dispersed. Can also be improved. These inorganic bases tend to be relatively odorless and not irritating to the skin. Alternatively, triethylamine can be used as the base. In this case, it is recommended to use less than one equivalent of amine to acid to minimize the potential odor. Dispersed water generally contains less than 1 equivalent of amine to neutralize the acid in DMPA, and the pH of this 1 molar aqueous solution does not exceed 10. The dispersion temperature is important for the formation of small particles. A preferable dispersion temperature is 0 to 10 ° C. The solids content of the dispersion is 10-60%, typically 10-30%. The solids content of the resulting dispersion is generally about 10-30 weight percent, as determined by drying the sample in an oven at 100 ° C. for 2 hours and comparing the weight before and after drying.

本発明は、参照により本明細書にその全体が組み込まれる2003年11月4日出願の本願出願人所有の同時係属の米国特許公報(特許文献21)および2003年11月4日出願の米国特許公報(特許文献13)に記載する水溶性分散液から作製されたこれら物品に関する。   The present invention is a co-pending US patent application (patent document 21) owned by the present applicant and filed on November 4, 2003, filed November 4, 2003, which is incorporated herein by reference in its entirety. The present invention relates to these articles prepared from the water-soluble dispersion described in the publication (Patent Document 13).

フィルムおよび手袋として使用する場合、これらの材料は、イソプロピルアルコールおよびDMAcを含めた、溶媒に対して改善された抵抗性を示す。また、フィルム材料のオフガスが低減され、これらフィルムおよび手袋がクリーンルームでの使用に一般に許容可能になる。下記の実施例で示すように、これらフィルムおよび手袋は、改善された耐化学薬品および耐溶媒性を示すだけでなく、改善された耐破壊性および耐引裂性も示す。これらは、通常は、100%伸び率のモジュラス(すなわち、約200〜500psi)を有し、フィルムまたは手袋が容易に延伸されるようになる。これはまた、低い残留歪(set)を示し、延伸後にその元の形状に戻るようになる。手袋の好ましい厚さは、3〜6ミルであるが、他の厚さを使用してもよい。   When used as films and gloves, these materials exhibit improved resistance to solvents, including isopropyl alcohol and DMAc. Also, the off-gas of the film material is reduced and these films and gloves are generally acceptable for use in a clean room. As shown in the examples below, these films and gloves not only show improved chemical and solvent resistance, but also show improved fracture and tear resistance. These usually have a modulus of 100% elongation (i.e., about 200-500 psi), allowing the film or glove to be easily stretched. This also shows a low residual set and returns to its original shape after stretching. The preferred thickness of the glove is 3-6 mils, but other thicknesses may be used.

下記のデータによって、本発明の材料は、天然ゴムに近い他の試験物品より柔軟な延伸または平坦な応力−歪曲線を有することが示されている。   The data below shows that the material of the present invention has a softer stretch or flat stress-strain curve than other test articles close to natural rubber.

(定義)
別段の指定のない限り、化学薬品および試薬はすべて、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチケミカルカンパニー(Aldrich Chemical Company, Milwaukee, WI)から入手したものを使用した。
(Definition)
Unless otherwise specified, all chemicals and reagents were obtained from Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wis ..

Figure 0004918353
Figure 0004918353

通常は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる2003年11月4日出願の本願出願人所有の同時係属の米国特許公報(特許文献21)および2003年11月4日出願の米国特許公報(特許文献13)に記載するように、分散液を調製した。   Typically, the applicant's co-pending US Patent Publication (Patent Document 21) filed on November 4, 2003 and the United States Patent Publication filed on November 4, 2003, which are hereby incorporated by reference in their entirety. A dispersion was prepared as described in (Patent Document 13).

(材料)
米国特許公報(特許文献14)、米国特許公報(特許文献15)、米国特許公報(特許文献16)、米国特許公報(特許文献17)、米国特許公報(特許文献18);(特許文献19)および(特許文献20);(非特許文献3)および(非特許文献4)に開示された方法によって、ポリ(エチレングリコール−co−THF)を得た。PTMEG−1000およびPTMEG−1800は、デュポンテラタン(DuPont Terathane(登録商標))製品である。グリコールはすべて、使用前に、真空下において90℃で12時間乾燥させた。MDIは、50℃に加熱することによって精製した。DMPA、MEK、TEA、およびSDBSを購入し、さらに精製することなく使用した。分散液を作製するために使用した混合装置は、IKA(登録商標) Works, IncのIKA(登録商標)ミキサー、モデルT25 BASIC SI、およびチャールズ・ロス・アンド・サンカンパニー(Charles Ross and Son Company)のロス(Ross)ミキサー/乳化機、モデルHSM−100LCである。IKA(登録商標)ミキサーは、11,000rpmで操作し、ロス(Ross)ミキサーは、7,000〜8,000rpmで操作した。
(material)
US Patent Publication (Patent Document 14), US Patent Publication (Patent Document 15), US Patent Publication (Patent Document 16), US Patent Publication (Patent Document 17), US Patent Publication (Patent Document 18); And (patent document 20); (non-patent document 3) and (non-patent document 4), poly (ethylene glycol-co-THF) was obtained. PTMEG-1000 and PTMEG-1800 are DuPont Terrathane (registered trademark) products. All glycols were dried under vacuum at 90 ° C. for 12 hours before use. MDI was purified by heating to 50 ° C. DMPA, MEK, TEA, and SDBS were purchased and used without further purification. The mixing equipment used to make the dispersions were IKA® Works, Inc.'s IKA® mixer, model T25 BASIC SI, and Charles Ross and Son Company. Ross mixer / emulsifier model HSM-100LC. The IKA® mixer was operated at 11,000 rpm, and the Ross mixer was operated at 7,000-8,000 rpm.

(水溶性ポリウレタン分散液の一般的な調製手順)
MDI、グリコール(および必要なら、DMPA)を、窒素中において90℃で3〜5時間混合することによって、プレポリマーを調製した。カップリング反応後に残留する過剰のNCOの量を滴定で決定した。溶媒を使用して、プレポリマーを希釈する場合、反応生成物を室温に冷却した後、溶媒を添加して、典型的には75重量%溶液を作製した。プレポリマーをチューブに入れ、界面活性剤、および場合によっては塩基を含む冷却した水溶液に、空気ポンプによって徐々に添加した。分散液の固形分は、約10〜30%である。
(General procedure for preparing water-soluble polyurethane dispersion)
Prepolymers were prepared by mixing MDI, glycol (and DMPA if necessary) in nitrogen at 90 ° C. for 3-5 hours. The amount of excess NCO remaining after the coupling reaction was determined by titration. When using a solvent to dilute the prepolymer, after cooling the reaction product to room temperature, the solvent was added to make a typically 75 wt% solution. The prepolymer was placed in a tube and slowly added by air pump to a cooled aqueous solution containing a surfactant and optionally a base. The solid content of the dispersion is about 10-30%.

(手袋の形成方法)
手袋を形成するために、金型を凝固剤溶液に浸漬する。凝固剤溶液は、典型的には10〜20%Ca(NOおよび0〜10%CaCOである。次いで、この金型を100℃で5分間乾燥する。次いで、この金型を10〜50℃で水溶性ポリウレタン分散液に浸漬し、次いで、10〜40℃で冷却する。次いで、コーティングされた金型を20〜70℃で水に浸漬することによって、塩浸出を行い、次いで、90〜150℃で30分間乾燥する。次いで、手袋を金型から取り出す。
(Gloves forming method)
To form the glove, the mold is immersed in the coagulant solution. The coagulant solution is typically 10-20% Ca (NO 3 ) 2 and 0-10% CaCO 3 . The mold is then dried at 100 ° C. for 5 minutes. Next, this mold is immersed in a water-soluble polyurethane dispersion at 10 to 50 ° C., and then cooled at 10 to 40 ° C. The coated mold is then leached by immersing it in water at 20-70 ° C. and then dried at 90-150 ° C. for 30 minutes. The gloves are then removed from the mold.

(実施例1)
ドライボックス中、三つ口丸底フラスコ内で、MDI156.4g(0.624モル)を、PTMEG−1000グリコール391g(0.391モル)およびDMPA19.9g(0.149モル)(全量の3.5wt%となる)と混合した。次いで、フラスコをフード内に移動し、頭上撹拌装置を装備した。混合物を窒素中で90℃で4時間撹拌した。混合物の滴定によって、NCO含量が5.32%であるとわかる。
Example 1
In a three-neck round bottom flask in a dry box, 156.4 g (0.624 mol) of MDI, 391 g (0.391 mol) of PTMEG-1000 glycol and 19.9 g (0.149 mol) of DMPA (3. 5 wt%). The flask was then moved into the hood and equipped with an overhead stirrer. The mixture was stirred at 90 ° C. for 4 hours under nitrogen. Titration of the mixture reveals an NCO content of 5.32%.

この混合物にMEK200mlを添加し、固形分74%のMEK溶液を作製する。次いで、このグリコール/MEK溶液を0℃で、コーキングチューブを介して、TEA15gを含む2%SDBS溶液4リットルに徐々に添加した。TEAとDMPAの比は、1:1であった。ロス(Ross)ミキサーを用いて分散を行い、少量の沈殿が観察された。沈殿物をろ過した後、最終固形分11.5%の分散液を得た。沈殿物の粒径は、コールターN4MDアナライザー(Coulter N4MD Analyzer)で測定して、1063nmであった。得られた材料の分子量は、GPC(ポリスチレン標準)で測定して、237,000であった。   200 ml of MEK is added to this mixture to make a MEK solution with a solid content of 74%. Next, this glycol / MEK solution was gradually added to 4 liters of a 2% SDBS solution containing 15 g of TEA at 0 ° C. via a caulking tube. The ratio of TEA to DMPA was 1: 1. Dispersion was performed using a Ross mixer and a small amount of precipitate was observed. After filtering the precipitate, a dispersion with a final solids content of 11.5% was obtained. The particle size of the precipitate was 1063 nm as measured with a Coulter N4MD Analyzer. The molecular weight of the obtained material was 237,000 as measured by GPC (polystyrene standard).

(比較例A)
SDBS界面活性剤を添加せず、NaHCO1.7gを塩基として使用した点以外は、上記の実施例1に記載したように混合物を作製した。NaHCOとDMPAの比は1:1である。分散液は得られなかった。
(Comparative Example A)
A mixture was made as described in Example 1 above, except that no SDBS surfactant was added and 1.7 g NaHCO 3 was used as the base. The ratio of NaHCO 3 to DMPA is 1: 1. A dispersion was not obtained.

同様の混合物をもう一度作製したが、今回は、NaHCOを含む2wt%SDBS界面活性剤を添加した。沈殿が観察された。沈殿物をろ別した後、固形分8.2wt%の分散液を得た。フィルムをキャストしたが、強度がわずかしかなかった。 A similar mixture was made once again, but this time with 2 wt% SDBS surfactant containing NaHCO 3 added. Precipitation was observed. After the precipitate was filtered off, a dispersion having a solid content of 8.2 wt% was obtained. The film was cast but had only a slight strength.

(比較例B)
ドライボックス中、三つ口丸底フラスコ内で、MDI78g(0.624モル)を、PTMEG−1800グリコール360gおよびDMPA16g(全量の3.5wt%となる)をと混合した。次いで、フラスコをフード内に移動し、頭上撹拌装置を装備した。窒素内で、混合物を90℃で4時間撹拌した。混合物の滴定によって、NCO含量が5.32%であるとわかる。
(Comparative Example B)
In a dry box, in a three-necked round bottom flask, 78 g (0.624 mol) of MDI was mixed with 360 g of PTMEG-1800 glycol and 16 g of DMPA (representing 3.5 wt% of the total amount). The flask was then moved into the hood and equipped with an overhead stirrer. Under nitrogen, the mixture was stirred at 90 ° C. for 4 hours. Titration of the mixture reveals an NCO content of 5.32%.

この混合物にMEK400mlを添加した。次いで、グリコール/MEK溶液204gを0℃で、コーキングチューブを介して、TEA2.85gを含む2%SDBS溶液1.1リットルに徐々に添加した。TEAとDMPAの比は、1:1である。この混合物から分散液は得られなかった。   To this mixture, 400 ml of MEK was added. Then, 204 g of glycol / MEK solution was gradually added to 1.1 liter of 2% SDBS solution containing 2.85 g of TEA at 0 ° C. via a caulking tube. The ratio of TEA to DMPA is 1: 1. No dispersion was obtained from this mixture.

NaHCOを塩基として使用した点以外は同じ手順を使用すると、スポンジタイプのポリマーが形成された。 Using the same procedure except that NaHCO 3 was used as the base, a sponge type polymer was formed.

(比較例C)
30%EO/THF材料(三洋(Sanyo))を使用した点以外は、上記の比較例Bに記載したのと同様に実験を行った。2%界面活性剤/TEAを使用すると、分散液は作製されず、多量の沈殿物が認められた。
(Comparative Example C)
Experiments were performed as described in Comparative Example B above, except that a 30% EO / THF material (Sanyo) was used. When 2% surfactant / TEA was used, no dispersion was made and a large amount of precipitate was observed.

また、上記のパラグラフに記載した実験を0.5%界面活性剤/NaHCOを用いて行うと、分散液は認められなかった。多量の沈殿物が認められた。 Moreover, when the experiment described in the above paragraph was performed using 0.5% surfactant / NaHCO 3 , no dispersion was observed. A large amount of precipitate was observed.

(比較例D)
1.25%界面活性剤/NaHCO溶液を使用した点以外は、上記の実施例1に記載したように手順を実施した。沈殿が観察された。沈殿物をろ別した後、固形分10.1%の分散液を得た。水を蒸発させた後、フィルムをキャストした。フィルムは不十分な弾性を示した。
(Comparative Example D)
The procedure was performed as described in Example 1 above, except that a 1.25% surfactant / NaHCO 3 solution was used. Precipitation was observed. After the precipitate was filtered off, a dispersion having a solid content of 10.1% was obtained. The film was cast after evaporating the water. The film showed insufficient elasticity.

(水溶性分散液から作製された物品の試験結果)
ASTM法F1342に従って、上記に記載した方法によって分散液から作製された手袋の破壊強度を測定した。この材料の伸びおよび厚さを測定した。破壊負荷(puncture load)をポンド/厚さ(インチ)で算出した。結果は下記の表1で見出される。
(Test results of articles made from water-soluble dispersion)
According to ASTM method F1342, the breaking strength of the gloves prepared from the dispersion by the method described above was measured. The elongation and thickness of this material was measured. The puncture load was calculated in pounds / thickness (inches). The results are found in Table 1 below.

Figure 0004918353
Figure 0004918353

ASTM法D−624−98を使用して、本発明によって作製された手袋の引裂強度を試験した。この試験は、フィルムを抜型で切断し、次いでその試料をインストロン(Instron(登録商標))装置に入れ、引き裂く必要がある。負荷対伸びを記録する。抜型BおよびCを使用した。初期の引裂の位置を保証するために、抜型B用の試験片にかみそりで切り込みを入れた。抜型Cは、引き裂くための位置として90度の急角を有しており、切り込みを入れなかった。試験結果は下記の表2で見出され、単位厚さ当たりの引裂強度(N/mm)を示す。   ASTM method D-624-98 was used to test the tear strength of gloves made according to the present invention. This test requires the film to be cut with a die, and then the sample placed in an Instron (Instron) device and torn. Record the load vs. elongation. Cut molds B and C were used. In order to guarantee the initial tear position, the test specimen for die B was cut with a razor. The punching die C had a steep angle of 90 degrees as a position for tearing, and was not cut. The test results are found in Table 2 below and indicate the tear strength (N / mm) per unit thickness.

Figure 0004918353
なお、本発明は、以下の事項を特徴とする発明である。
1.水溶性ポリウレアウレタン分散液から作製されることを特徴とする物品。
2.前記物品が手袋、指サック、およびコンドームよりなる群から選択されることを特徴とする1に記載の物品。
3.2030psiより高い引張強度を有することを特徴とする1に記載の物品。
4.少なくとも200ポンド/インチの破壊強度を有することを特徴とする1に記載の物品。
5.材料の厚さあたりの引裂強度が少なくとも20ニュートン/mmであることを特徴とする1に記載の物品。
6.溶媒の攻撃に対する抵抗性が改善されたことを特徴とする1に記載の物品。
7.a)金型を凝固剤溶液に浸漬し、高温で乾燥させる工程と、
b)凝固剤溶液をコーティングした金型を水溶性ポリウレアウレタン分散液に浸漬し、乾燥させる工程と、
c)前記コーティングした金型を塩浸出浴にかける工程と、
d)前記金型から物品を取り出す前に、前記コーティングした金型を高温で乾燥させる工程と
を含むことを特徴とする1に記載の物品の製造方法。
Figure 0004918353
In addition, this invention is invention characterized by the following matters.
1. An article produced from a water-soluble polyureaurethane dispersion.
2. The article according to 1, wherein the article is selected from the group consisting of a glove, a finger sack, and a condom.
3. The article of 1, wherein the article has a tensile strength greater than 2030 psi.
4). The article of claim 1 having a breaking strength of at least 200 pounds per inch.
5. 2. Article according to 1, characterized in that the tear strength per thickness of the material is at least 20 Newtons / mm.
6). 2. The article according to 1, which has improved resistance to solvent attack.
7). a) immersing the mold in the coagulant solution and drying at high temperature;
b) a step of immersing a mold coated with a coagulant solution in a water-soluble polyureaurethane dispersion and drying;
c) subjecting the coated mold to a salt leaching bath;
and d) drying the coated mold at a high temperature before removing the article from the mold.

Claims (2)

水溶性ポリウレアウレタン分散液から作製されることを特徴とする物品であって、
前記分散液は、水混和性有機溶媒とポリウレアウレタンと0.1〜2重量%のSDBS界面活性剤とを含み、脂肪族鎖延長剤を含まず、
前記ポリウレアウレタンは、芳香族ジイソシアネート並びに、分子量が700〜1500であるPTMEGと3〜5重量%の2,2’ジメタノールプロピオン酸(DMPA)を含む親水性軟質セグメントを含み、前記分散液の固形分は10〜30%であることを特徴とする物品。
An article made from a water-soluble polyureaurethane dispersion,
The dispersion contains a water-miscible organic solvent, polyureaurethane, and 0.1 to 2% by weight of SDBS surfactant, and does not contain an aliphatic chain extender.
The polyureaurethane includes an aromatic diisocyanate and a hydrophilic soft segment containing PTMEG having a molecular weight of 700 to 1500 and 3 to 5% by weight of 2,2 ′ dimethanolpropionic acid (DMPA), and the dispersion is solid. Article characterized in that the content is 10-30%.
a)金型を凝固剤溶液に浸漬し、高温で乾燥させる工程と、
b)凝固剤溶液をコーティングした金型を水溶性ポリウレアウレタン分散液に浸漬し、乾燥させる工程と、
c)前記コーティングした金型を塩浸出浴にかける工程と、
d)前記金型から物品を取り出す前に、前記コーティングした金型を高温で乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする水溶性ポリウレアウレタン分散液から作製される物品の製造方法であって、
前記水溶性ポリウレアウレタン分散液は、水混和性有機溶媒とポリウレアウレタンと0.1〜2重量%のSDBS界面活性剤とを含み、脂肪族鎖延長剤を含まず、
前記ポリウレアウレタンは、芳香族ジイソシアネート並びに、分子量が700〜1500であるPTMEGと3〜5重量%の2,2’ジメタノールプロピオン酸(DMPA)を含む親水性軟質セグメントを含み、前記分散液の固形分は10〜30%であることを特徴とする方法。
a) immersing the mold in the coagulant solution and drying at high temperature;
b) a step of immersing a mold coated with a coagulant solution in a water-soluble polyureaurethane dispersion and drying;
c) subjecting the coated mold to a salt leaching bath;
d) drying the coated mold at a high temperature before removing the article from the mold, and a method for producing an article made from a water-soluble polyureaurethane dispersion,
The water-soluble polyureaurethane dispersion contains a water-miscible organic solvent, polyureaurethane, and 0.1 to 2% by weight of SDBS surfactant, and does not contain an aliphatic chain extender.
The polyureaurethane includes an aromatic diisocyanate and a hydrophilic soft segment containing PTMEG having a molecular weight of 700 to 1500 and 3 to 5% by weight of 2,2 ′ dimethanolpropionic acid (DMPA), and the dispersion is solid. A method characterized in that the minute is 10-30%.
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