JP4926696B2 - 溶融紡糸tpu繊維およびプロセス - Google Patents
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Description
本特許出願は、2003年4月9日に出願された米国仮出願第60/461,473号からの優先権を主張する。
本発明は、溶融紡糸弾性繊維(例えば、スパンデックス)を製造するための熱可塑性ポリウレタン(TPU)組成物に関する。本発明はまた、繊維の破断を経験するまでの運転時間が大きく増大した、溶融紡糸TPU繊維を製造するためのプロセスに関する。
大多数のTPU繊維は、TPUを溶媒に溶解させる工程を包含する、乾式紡糸プロセスにより製造される。TPU繊維を製造するための溶融紡糸プロセスは、いくつかの固有の利点を有し、その利点としては、揮発性溶媒を使用しないことの結果としての、より少ない費用、より少ない資本経費、およびより少ない環境問題が挙げられる。
繊維の破断を経験する前の長い運転時間を達成しつつ、TPU繊維を溶融紡糸するための、より高分子量のポリエーテル末端ヒドロキシル化中間体から製造される熱可塑性(TPU)を使用し得ることが、本発明の目的である。
溶融紡糸TPU繊維を製造するために、TPUポリマーに架橋剤を添加する先行技術の方法では、そのTPUポリマーがポリエーテルTPUである場合は、末端イソシアネート化ポリエーテルプレポリマーを使用することが慣用的である。同様に、ポリエステルTPUポリマーが使用される場合には、架橋剤のために末端イソシアネート化ポリエステルプレポリマーを使用することが慣用的である。
実施例1は、末端ヒドロキシル化ポリエーテルポリオールとしてのPTMEG、ポリイソシアネートとしてのMDI、および鎖延長剤としての1,4−ブタンジオールを用いる、ポリエーテルTPUポリマーの製造を示す。上に記載した1回で完結するプロセスを使用して、実施例1のTPUを製造した。実施例1からのTPUを、溶融紡糸試験のために、実施例2〜6で使用した。実施例2は、ポリエーテル架橋剤を用いた比較例であるが、実施例3〜6は、本発明に従うポリエステル架橋剤を使用する。
分子量2000ダルトンのポリエーテルポリオールPTMEGを、加熱(90℃)しかつ攪拌した槽に充填し、最終ポリマー重量の100重量部基準で、0.3重量部の酸化防止剤および0.3重量部のUV安定剤とブレンドする。第2の予備加熱した槽に、鎖延長剤である1,4−ブタンジオールを充填し、50℃に保った。第3の予備加熱し、攪拌した槽に、4,4’−メチレンビスフェニルイソシアネート(MDI)を入れた。この3つの槽の成分を、正確に計量しながら、Werner & Pfleiderer Corp.,Ramsay,NJ製の40mmの同時回転2軸スクリュー押出成形反応器(co−rotating twin−screw extruder reactor)の炉口に供給した。この押出成形機は、11個のバレルセクションを有し、それらを190℃〜205℃の間に加熱した。その押出成形機の端部を、スクリーンパックを装填した6つ孔のダイのあとで水中ペレタイザーに接続した。以下の処方物を、25.07重量部のMDI、5.82重量部の1,4−ブタンジオールおよび68.5重量部のポリオール(PTMEG)を計量しながら供給することによって連続的に運転した。押出成形機の押出量を、1時間あたり150 lbs/hrに調整し、その一方で別の小さい槽から、50ppm(ポリマー基準)のスズオクタノエート(octoate)触媒を、このポリオール流れに注入した。このポリエーテルTPU生成物を、水中ペレット化し、105℃に加熱したサイロに収集し、その生成物を3時間乾燥した。このようにして製造したポリエーテルTPU生成物を、実施例2〜6で使用し、溶融紡糸TPU繊維を製造した。このTPUポリマーは、300,000ダルトンのMwを有した。
実施例1のTPUポリマーを、真空バッチ乾燥機(vacuum batch dryer)中で、80℃で12時間、予備乾燥した。乾燥後、このTPUポリマーを、24のL/D比を有する1.25インチ単軸スクリュー押出成形機中で溶融させた。押出成形機の出口での背圧をループ制御を用いて一定に保った。この押出成形機は4つの加熱ゾーンを有し、それらを180℃〜219℃に維持した。この押出成形機を出る際に、このTPUポリマー溶融体を、13.1重量%の、1500の数平均分子量を有するポリエーテルプレポリマー架橋剤(Hyperlast 5196)と混合した。この架橋剤を、保持槽(holding tank)から一定流量で注入した。この架橋剤を、ダイナミックミキサ中で、TPUポリマー溶融体と混合し、次いでマニホールドを通して32個の紡糸口金へ注入した。各紡糸口金は、0.5mmのオリフィスサイズを有した。この紡糸口金を出るポリマー流れを空冷し、生成した繊維を1分あたり480mの巻き上げ速度で糸巻きに巻いた。この糸巻き上の繊維を、試験前に、80℃で24時間加熱養生した。
本実施例を、上記ポリエステル架橋剤が、実施例2で使用されたポリエーテル架橋剤よりもはるかに小さい紡糸パック圧力の増加を与えることを示すために提示する。
本実施例を、分枝状グリコール成分(ネオペンチルグリコール)を有するネオペンチルグリコールアジペートのポリエステル架橋剤が、繊維の破断なしに、長い溶融紡糸運転時間を与えることを示すために提示する。
本実施例を、アジピン酸と反応させた、分枝状グリコール(ネオペンチルグリコール)の、直鎖グリコール(1,4−ブタジエンジオール)との50/50モル%の組合せを用いる、ポリエステル架橋剤が、繊維の破断なしに、長い溶融紡糸運転時間を与えることを示すために提示する。
本実施例を、アジピン酸と反応させた、分枝状グリコール(ネオペンチルグリコール)の、直鎖グリコール(1,6−ヘキサンジオール)の50/50モル%の組合せを用いる、ポリエステル架橋剤が、さらなる破断なしに、長い溶融紡糸運転時間を与えることを示すために提示する。
Claims (38)
- 熱可塑性ポリウレタンポリマーであって、該熱可塑性ポリウレタンポリマーは、少なくとも1種の架橋剤で架橋された以下のワンショット反応生成物:
(a)少なくとも1200ダルトンの数平均分子量を有する、少なくとも1種の末端ヒドロキシル化ポリエーテル中間体;
(b)少なくとも1種のポリイソシアネート;ならびに
(c)少なくとも1種の末端ヒドロキシル化鎖延長剤、
を含み、
該架橋剤は、(i)末端ヒドロキシル化ポリエステルポリオール;ならびに(ii)少なくとも1種のポリイソシアネートを反応させることにより製造され、
該末端ヒドロキシル化ポリエステルポリオールが、合計4〜15個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸と、少なくとも1種の、合計2〜12個の炭素原子を有する分枝状脂肪族グリコールおよび少なくとも1種の、合計2〜12個の炭素原子を有する直鎖脂肪族グリコールの混合物との反応生成物である、熱可塑性ポリウレタンポリマー。 - (b)における前記ポリイソシアネートが、ジイソシアネートである、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記ジイソシアネートが、ジフェニルメタン−4,4’ジイソシアネートである、請求項2に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記末端ヒドロキシル化ポリエーテル中間体が、1500〜4000ダルトンの数平均分子量を有する、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記末端ヒドロキシル化ポリエーテル中間体が、1800〜2500ダルトンの数平均分子量を有する、請求項4に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記末端ヒドロキシル化ポリエーテル中間体が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである、請求項5に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記ジカルボン酸が、アジピン酸である、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記グリコールが、1,4−ブタンジオールである、請求項7に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記分枝状グリコールが、ネオペンチルグリコールである、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記直鎖グリコールが、1,4−ブタンジオールおよび1,6−ヘキサンジオールからなる群より選択される、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記グリコールが、ネオペンチルグリコールおよび1,4−ブタンジオールの50/50モル%の混合物である、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記ポリマーが、150,000〜800,000ダルトンの、前記架橋剤を添加する前の重量平均分子量を有する、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記重量平均分子量が、200,000〜400,000ダルトンである、請求項12に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記重量平均分子量が、250,000〜350,000ダルトンである、請求項13に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記架橋剤が、1,000〜10,000ダルトンの数平均分子量を有する、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記架橋剤が、1,500〜4,000ダルトンの数平均分子量を有する、請求項15に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記架橋剤が、1,800〜2,800ダルトンの数平均分子量を有する、請求項16に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記末端ヒドロキシル化鎖延長剤が、1,4−ブタンジオールである、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記架橋剤が、前記ポリマーと該架橋剤との全重量の5.0〜20.0重量%のレベルで使用される、請求項17に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記架橋剤のレベルが、8.0〜17.0重量%である、請求項19に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記架橋剤のレベルが、10.0〜17.0重量%である、請求項20に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 繊維の形態にある、請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記繊維が、20〜240デニールの太さを有する、請求項22に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 前記繊維が、20〜240デニールの太さを有する、繊維の形態にある請求項1に記載の熱可塑性ポリウレタンポリマー。
- 溶融紡糸熱可塑性ポリウレタン繊維を製造するためのプロセスであって、該プロセスは、以下:
(a)ポリエーテル熱可塑性ポリウレタンポリマーを押出し機中で溶融する工程であって、該熱可塑性ポリウレタンポリマーは、(i)少なくとも1200ダルトンの数平均分子量を有する、少なくとも1種の末端ヒドロキシル化ポリエーテル中間体、(ii)少なくとも1種のポリイソシアネート、および(iii)少なくとも1種の末端ヒドロキシル化鎖延長剤を反応させることにより製造される、工程;
(b)該溶融熱可塑性ポリウレタンポリマーに、少なくとも1種の架橋剤を添加する工程であって、該架橋剤は、(i)末端ヒドロキシル化ポリエステルポリオール;および(ii)少なくとも1種のポリイソシアネートを反応させることから製造され、該末端ヒドロキシル化ポリエステルポリオールが、合計4〜15個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸と、少なくとも1種の、合計2〜12個の炭素原子を有する分枝状脂肪族グリコールおよび少なくとも1種の、合計2〜12個の炭素原子を有する直鎖脂肪族グリコールの混合物との反応生成物である、工程;
(c)該架橋剤と混合された該溶融熱可塑性ポリウレタンポリマーを、少なくとも1つの紡糸口金に供給する、工程;
(d)該架橋剤を含む該溶融ポリマーを、該紡糸口金を通して通過させ、溶融紡糸繊維を製造する工程;
(e)該繊維を冷却する工程;ならびに
(f)該繊維を糸巻きに巻き取る工程、
を包含する、プロセス。 - 前記架橋剤が、前記押出し機中で前記溶融ポリエーテル熱可塑性ポリウレタンポリマーに添加される、請求項25に記載のプロセス。
- 前記架橋剤が、前記ポリマーが前記押出し機を出た後に、前記溶融ポリエーテル熱可塑性ポリウレタンポリマーに添加される、請求項25に記載のプロセス。
- 前記架橋剤および前記ポリマーが、ダイナミックミキサを用いて混合される、請求項27に記載のプロセス。
- 前記架橋剤および前記ポリマーが、スタティックミキサを用いて混合される、請求項27に記載のプロセス。
- 前記架橋剤が、1,800〜2,800ダルトンの数平均分子量を有する、請求項25に記載のプロセス。
- 前記ジカルボン酸がアジピン酸である、請求項25に記載のプロセス。
- 前記グリコールが1,4−ブタンジオールである、請求項31に記載のプロセス。
- 前記分枝状グリコールが、ネオペンチルグリコールである、請求項25に記載のプロセス。
- 前記糸巻きが、1分あたり100〜3000mの速度で巻かれる、請求項25に記載のプロセス。
- 前記糸巻きが、1分あたり300〜1200mの速度で巻かれる、請求項34に記載のプロセス。
- 前記繊維が、240デニール以下の太さを有する、請求項25に記載のプロセス。
- 前記繊維が、20〜240デニールの太さを有する、請求項36に記載のプロセス。
- 前記架橋剤が、前記ポリエーテル熱可塑性ポリウレタンポリマーと該架橋剤との全重量の5.0〜20.0重量%のレベルで使用される、請求項25に記載のプロセス。
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