JP6822979B2 - Tpu製の非常に細いチューブとその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、外径を10μm〜250μmの範囲で有する熱可塑性ポリウレタンを含む組成物からなるチューブの製造方法、並びに、本発明の方法により得られる又は得ることが可能な、外径を10μm〜250μmの範囲で有する熱可塑性ポリウレタンを含む組成物からなるチューブを対象とする。本発明はさらに、本発明によるチューブを、流体の輸送のためのチューブとして、又は気体膜チューブとして、又は弾性繊維として使用する方法を対象とする。
結晶性熱可塑性樹脂から製造される非常に細い中空構造体は、最新技術から公知である。例えば、CN102443863Bは、ポリエチレンテレフタレートから中空繊維を製造する方法を開示している。
中空糸膜を製造する技術は、例えばM.Mulder、Basic Principles of Membrane Technology、second ed.、Kluwer、1996年、71−91ページに開示されている。典型的な方法としては、いわゆる転相法、溶融紡糸法又は「乾湿式紡糸法(dry-wet spinning method)」が含まれる(例えばHaoら、J.Appl.Polym.Science 62、129−133(1996年)参照)。
いわゆる中空繊維紡糸口金は、特に転相法を用いてキャピラリ膜を製造するためにしばしば使用される。中空繊維紡糸口金を用いて中空糸膜を製造する場合、中空糸膜は、いわゆる沈殿紡糸法(precipitation spinning process)で製造される。ここで、沈殿させるポリマーは配置された紡糸口金の環状スリットから吐出されるが、対応する沈殿剤は、中央の沈殿孔から外に流れ出てしまう。
様々な機能を持つ複数の層から構築された複合中空糸膜も、最新技術より公知である。例えばWO00/78437は、支持された中空糸膜を開示しているが、この支持層は、繊維全体が精密ろ過又は限外ろ過に使用される間、摩擦及び張力に対する耐久性及び耐性をもたらす編組ポリマー繊維からなる。か焼したα−酸化アルミニウムの粒子が分散しているポリマーフィルムが、この支持構造体に施与される。
EP286091B1は、産業工程において流体の分離に使用するエチルセルロース溶液で被覆されたポリスルホンの中空糸膜を開示している。
EP359834B1は同様に、ポリスルホン及びセルロースアセテート層の多層中空糸膜を記述しており、産業工程での用途で、セルロースアセテートを製造済みの(予備成形された)ポリスルホン中空繊維上に、溶液から沈殿させて施与している。
US5156740はさらに、浸透蒸発工程での用途で、架橋ポリビニルアルコールの非多孔質分離層とポリスルホンの支持層からなる複合膜を開示している。
最新技術から公知である熱可塑性ポリウレタンをベースとしたチューブの製造方法は、一般に、ちょうど500ミクロンを超える外径を有するチューブをもたらす。非常に細いチューブは、実験室規模でしか製造できない。さらに既知の方法は、真円度の精度が高いチューブを製造するために高い注意力を必要とする。
CN102443863B WO00/78437 EP286091B1 EP359834B1 US5156740
M.Mulder、Basic Principles of Membrane Technology、second ed.、Kluwer、1996年、71−91ページ Haoら、J.Appl.Polym.Science 62、129−133(1996年)
従って本発明の目的は、工業規模で使用できる、熱可塑性ポリウレタンから中空チューブを製造する方法、特に、熱可塑性ポリウレタンから外径が小さい中空チューブを製造する方法を提供することであった。本発明の目的はさらに、熱可塑性ポリウレタンから真円度の精度が高い中空チューブを製造する方法を提供することであった。
本発明のこれらの目的は、外径を10μm〜250μmの範囲で有する熱可塑性ポリウレタンを含む組成物からなるチューブを製造する方法であって、
(i)160℃〜230℃の温度の押出機中で熱可塑性ポリウレタンを溶融する工程;
(ii)溶融した熱可塑性ポリウレタンにイソシアネート基を含んだ架橋剤を含む組成物を添加し、得られた混合物を混合して溶融物を形成する工程;
(iii)180℃〜230℃に加熱した紡糸口金を通して溶融物を押し出し、溶融紡糸弾性チューブを得る工程;
(iv)溶融紡糸弾性チューブを冷却区域で冷却する工程;
(v)冷却した溶融紡糸弾性チューブを仕上げ区域で、鉱油及びシリコーンオイルからなる群より選択される仕上げ油と接触させる工程;
を含む方法で達成される。ここにおいて、押出機、冷却区域及び仕上げ区域は、垂直の設定で配置される。
本発明によると、複数の円弧形状のノズルが含まれるTPU溶融紡糸法を紡糸口金に用いて、本発明によるチューブを製造することが好ましい。溶融紡糸法において、垂直の設定が使用され、好ましくは1つ以上の加熱した静置ミキサーを使用する。
驚くべきことに、本発明による方法で、1ミクロンの精度で真円度レベルを有する丸い中空チューブを得られることがわかった。
従ってさらなる実施形態によると、本発明はまた、上記に記述されたような方法を対象とし、この方法において、チューブは丸い(round)。
さらに、溶融紡糸した熱可塑性ポリウレタンは、ソフトストレッチ特性を有する繊維となる。従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法においてチューブはソフトストレッチ特性を有する。
本発明の関連において、ソフトストレッチ特性とは、十分な弾性と保持力とを組み合わせて、物体の表面に圧力をかけずに所与の物体にしっかりとフィットすることであると理解される。
本発明に従って使用される装置の垂直な配置、特に押出機、冷却区域及び仕上げ区域の垂直設定を使用することにより、外径が小さい中空チューブを高精度かつ早い生産速度で製造できることがわかった。既知の水平な設定と比較すると、生産速度を改善することができ、この方法は工業規模で容易に適用することができる。
本発明による方法は、工程(i)〜(v)を含む。工程(i)によると、熱可塑性ポリウレタンを、160℃〜230℃の温度の押出機中で溶融する。続いて、工程(ii)により、溶融した熱可塑性ポリウレタンに、イソシアネート基を含んだ架橋剤を含む組成物を添加し、得られた混合物を混合して溶融物を形成する。工程(ii)で得られた溶融物を、180℃〜230℃に加熱した紡糸口金から押し出し、工程(iii)による溶融紡糸弾性チューブを得る。溶融紡糸弾性チューブを冷却区域で冷却し(工程(iv))、冷却した溶融紡糸弾性チューブを、工程(v)による仕上げ区域において仕上げ油と接触させる。本発明によると、押出機、冷却区域及び仕上げ区域は、垂直の設定で配置される。
原則として、160℃〜230℃の範囲の温度で熱可塑性ポリウレタンを溶融させ、成分を混合するのに適切であれば、あらゆる既知の押出機を本発明に従って使用することができる。好適な押出機は、当業者に既知である。
本発明によると、溶融物の押出しに紡糸口金が使用される。紡糸口金は、好ましくは本方法に特に適合しており、中空チューブを製造するための開口部が1つ以上あることが好ましい。従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法において紡糸口金は1つ以上の開口部を有する。
本発明による方法では、円弧状スロットのようなスロットの形状をした開口部を有する紡糸口金を使用することが特に有利である。紡糸口金は2〜5個の円弧状スロット、好ましくは3個又は4個の円弧状スロットを有するのが好適である。より好ましくは、紡糸口金の開口部、特に円弧状スロットは、同心円状に配置される。
従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法において開口部は円弧状のスロットである。
好ましくは、紡糸口金は、非常に微細なチューブを得るため及び真円度の精度を高くするために加熱される。従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法において紡糸口金は180℃〜230℃の範囲の温度に加熱される。
本発明による垂直な設定を使用して、非常に微細な中空チューブを工業規模で製造することが可能である。溶融紡糸弾性チューブを、500m/分を超える生産ライン速度で製造することが可能である。従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法において生産ライン速度は500m/分よりも速く、好ましくは500m/分〜1000m/分の範囲である。
さらに、複数のチューブを並行して、例えば3個又はそれ以上のチューブを並行して製造することが可能である。本発明によると、5、6、7又は8個のチューブを並行して製造することも可能である。しかしながら、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。並行して製造するチューブの数を増やすことも可能である。
従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法では3個又はそれ以上のチューブを並行して製造する。
溶融紡糸弾性繊維、特に熱可塑性ポリウレタンをベースとする溶融紡糸繊維の製造方法は、一般的に最新技術から公知である。
熱可塑性ポリウレタン、特に熱可塑性ポリウレタン及びイソシアネート基、特にイソシアネートプレポリマーを含む架橋剤をベースとする溶融紡糸弾性繊維は、一般的に最新技術から公知である。本発明に関連し、熱可塑性ポリウレタン及びイソシアネート基、特にイソシアネートプレポリマーを含む架橋剤をベースとするあらゆる好適な溶融紡糸弾性チューブを使用することができる。
熱可塑性ポリウレタンをベースとする溶融紡糸弾性チューブは、一般に、架橋剤を用いて製造される。好適な架橋剤は、最新技術から公知である。イソシアネート基を含む架橋剤を用いて製造された熱可塑性ポリウレタンをベースとする溶融紡糸弾性チューブは、本発明の関連において特に好適である。添加剤及び可塑剤のようなさらなる化合物を使用し、得られる溶融紡糸弾性チューブの特性を変更することができる。
溶融紡糸弾性チューブ又は溶融紡糸弾性チューブの製造に使用される熱可塑性ポリウレタンの特性は、広い範囲にわたり変化させることができる。
工程(i)によると、熱可塑性ポリウレタンを、180℃〜230℃の温度の押出機中で溶融する。本発明によると、あらゆる押出機を使用することができる。溶融は、180℃〜230℃、好ましくは185℃〜215℃、特に190℃〜210℃の温度で起こる。
工程(ii)によると、溶融した熱可塑性ポリウレタンにイソシアネートプレポリマーの組成物を添加し、得られた混合物を混合して溶融物を形成する。
工程(iii)によると、190℃〜230℃で加熱した紡糸口金を用いて溶融物を押出し、溶融紡糸弾性チューブを得る。
熱可塑性ポリウレタン及びイソシアネート基を含む架橋剤をベースとする溶融紡糸弾性チューブは、一般に公知である。好適な熱可塑性ポリウレタン及び架橋剤はまた、最新技術から公知である。
1つの実施形態では、添加剤及び/又は可塑剤は、熱可塑性ポリウレタン、イソシアネートプレポリマー及び/又はイソシアネートプレポリマーと熱可塑性ポリウレタンとの混合物に添加される。
熱可塑性ポリウレタンをベースとする溶融紡糸弾性チューブを製造するにあたって、熱可塑性ポリウレタンを80℃〜110℃の温度で予熱し、この温度で所定の時間、例えば3時間、保持し熱可塑性ポリウレタンを乾燥させることが好ましい。次いで、熱可塑性ポリウレタンを押出機に投入し、熱可塑性ポリウレタンを溶融する。温度は、好ましくは160℃〜280℃、より好ましくは180℃〜250℃、さらにより好ましくは180℃〜220℃に設定する。イソシアネートプレポリマーは、好ましくは40℃〜90℃、より好ましくは50℃〜80℃の温度に予熱し、次いで押出機に投入して溶融熱可塑性ポリウレタンと混合する。添加剤及び/又は可塑剤は、上記のいずれかの方法で導入するものと理解されるべきである。
熱可塑性ポリウレタンは、DIN53505に従って測定したショア硬度が60A〜74Dの範囲にあるものを使用することが有利であることがわかった。ショア硬度は、いずれもDIN53505に従って測定し、好ましくは70A〜95Aの範囲、最も好ましくは75A〜85Aの範囲である。
従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法において熱可塑性ポリウレタンはDIN53505に従って測定して60A〜74Dの範囲のショアー硬度を有する。
ショアー硬度がDIN53505に従って測定して60A〜74Dの範囲である熱可塑性ポリウレタンをベースとする溶融紡糸弾性チューブは、有利である。なぜなら、この硬度により、得られる溶融紡糸弾性チューブを処理するための物理的特性が良好な組み合わせとなるためである。得られるチューブは柔らかく弾性があるが、粘着性は強すぎない。
本発明の関連において、溶融紡糸弾性チューブの製造に使用することができる好適な熱可塑性ポリウレタンは、次の成分;
(a)1種以上の有機ジイソシアネート、
(b)イソシアネートに対して反応性する1種以上の化合物、
(c)1種以上の鎖延長剤、好ましくは、60g/mol〜499g/molの分子量をもつ1種以上の鎖延長剤、及び、
(d)必要に応じて、少なくとも1種の触媒、及び/又は
(e)必要に応じて、少なくとも1種の助剤、及び/又は
(f)必要に応じて、少なくとも1種の添加剤
を含む。
好適な熱可塑性ポリウレタンは、例えば、数平均分子量を8×10g/mol〜1.8×10g/molの範囲で、より好ましくは1.0×10g/mol〜1.5×10g/molの範囲で有する。
成分(a)、(b)、(c)及び任意の成分(d)、(e)及び(f)は、最新技術から公知であり、以下に実施例として記述する。
好適な有機ジイソシアネート(a)は、慣用の脂肪族、脂環式、芳香脂肪族及び/又は芳香族イソシアネートである。その例として、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート及び/又はオクタメチレンジイソシアネート、2−メチルペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、ブチレン1,4−ジイソシアネート、2−エチルブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、1,4−及び/又は1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(HXDI)、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネート、1−メチルシクロヘキサン2,4−及び/又は2,6−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン4,4’−、2,4’−及び/又は2,2’−ジイソシアネート(H12MDI)、ジフェニルメタン2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’−ジイソシアネート(MDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート(NDI)、トリレン2,4−及び/又は2,6−ジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルジイソシアネート、1,2−ジフェニルエタンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
好適な有機ジイソシアネートはまた、2,4−パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)及び2,4−テトラメチレンキシレンジイソシアネート(TMXDI)である。
ジフェニルメタン2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’−ジイソシアネート(MDI)及びジシクロヘキシルメタン4,4’−、2,4’−及び/又は2,2’−ジイソシアネート(H12MDI)が好ましい。ジフェニルメタン2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’−ジイソシアネートが特に好ましい。
有機ジイソシアネート(a)は、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’−MDI)を少なくとも90質量%、より好ましくは少なくとも95質量%、さらに好ましくは少なくとも98質量%、及び、残分として他のジイソシアネートを含むイソシアネート混合物でも可能である。
一般に、イソシアネートは、イソシアネート単体又はイソシアネートの混合物として使用される。
一般に、あらゆる好適な既知の成分(b)を、本発明の関連において使用することができる。イソシアネートに対して反応する化合物(b)としては、多価アルコール、ポリエステルオール(すなわちポリエステルポリオール)、ポリエーテルオール(すなわちポリエーテルポリオール)及び/又はポリカーボネートジオールが好ましく、これら材料については総称としての用語「ポリオール」が通常使用される。これらポリオールの数平均分子量(Mn)は、0.5kg/mol〜8kg/mol、好ましくは0.6kg/mol〜5kg/mol、非常に好ましくは0.8kg/mol〜3kg/mol、特に好ましくは1kg/mol〜2kg/molである。
また、これらのポリオールは、好ましくは、唯一の第一級ヒドロキシ基を有する。ポリオールは、特に好ましくは、線状のヒドロキシル末端ポリオールである。製造方法に起因して、これらのポリオールは、多くの場合、非線状の化合物を少量を含む。従って、これらポリオールはしばしば「本質的に線状のポリオール」と称される。
ポリオールは、ポリオール単体又はポリオールの混合物として使用される。別の好ましい実施形態では、ポリオールは、2種以上のポリオールの混合物である。好ましい1つの実施形態では、化合物(b)としてポリエステルポリオールと、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール及び/又はポリカーボネートジオールのような他のポリオールとの混合物である。ポリエステルポリオール及び、1種以上のポリエーテルポリオールの混合物が特に好ましい。
ポリオールの混合物の場合には、少なくとも1種のポリエステルポリオールは、混合物の総質量に対して、40質量%を超える量で、好ましくは60質量%を超える量で、より好ましくは80質量%を超える量で、最も好ましくは90質量%を超える量で使用する。
本発明において、ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、及びポリカーボネートジオールは、一般的に熱可塑性ポリウレタンの製造に頻繁に用いられる公知のものである。
ポリエステルジオールは、2〜12個の炭素原子、好ましくは4〜8個の炭素原子を有するジカルボン酸をベースとすることができる。これら酸は、一般的に、ポリエステルジオール類及び多価アルコール類の製造に用いられる公知のものである。
多価アルコールの好ましい例としては、2〜10個の、好ましくは2〜6個の炭素原子を有するアルカンジオール、例えば、エタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、及びジエチレングリコールやジプロピレングリコールなどのようなジアルキレンエーテルグリコールである。多価アルコールの他の例としては、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)1,3−プロパンジオール及びトリメチロールプロパンがある。所望の特性に応じて、多価アルコールは単独でも、又は、適切な場合、互いに混合して使用することができる。非常に低いポリオールのガラス転移温度Tgを維持するには、分岐ジオールをベースとするポリエステルジオール、特に好ましくは3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−メチル−1,3プロパンジオールをベースとするポリエステルジオールを使用するのが有利である。ポリエステルジオールは、特に好ましくは、少なくとも2種の異なるジオールをベースとするものであり、すなわちジカルボン酸と少なくとも2種の異なるジオールの混合物との縮合によって製造されるポリエステルジオールである。ジオールの混合物の場合、そのうちの少なくとも1つが分岐ジオール、例えば、2−メチル−1,3−プロパンジオールであるとき、分岐ジオールの量は、ジオール混合物の総質量に対して、40質量%を超える、好ましくは70質量%を超える、さらに好ましくは90質量%を超える量である。
好ましいジカルボン酸としては、例えば:コハク酸、グルタル酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、好ましくはアジピン酸のような脂肪族ジカルボン酸、及びフタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸のような芳香族ジカルボン酸がある。かかるジカルボン酸は、個別に使用したり、或いは、混合物として、例えば、コハク酸、グルタル酸及びアジピン酸の混合物の形態で使用することができる。芳香族ジカルボン酸及び脂肪族ジカルボン酸の混合物も同様に用いることができる。ポリエステルオールを調製するには、ジカルボン酸の代わりに、アルコール基に1〜4個の炭素原子を有するジカルボン酸エステル、ジカルボン酸無水物又はジカルボン酸塩化物のような、対応するジカルボン酸誘導体を使用することが有利である。ポリエステルジオールは、特に好ましくはアジピン酸をベースとする。さらに別の実施形態では、ε−カプロラクトンをベースとするポリエステルポリオールが好ましい。
好適なポリエステルポリオールは、例えば、数平均分子量(Mn)を、0.5〜3kg/mol、好ましくは0.8kg/mol〜2.5kg/mol、さらに好ましくは1kg/mol〜2kg/molの範囲、特に1kg/molで有してよい。
好適なポリエーテルポリオールは、2〜4個の炭素原子をアルキレン基に有する、1種以上のアルキレンオキシドを2個の活性水素原子を含有する出発物質分子と反応させることによって調整することができる。典型的なアルキレンオキシドは、エチレンオキシド、1,2−プロピレンオキシド、エピクロロヒドリン、並びに及び1,2−及び2,3−ブチレンオキシドである。エチレンオキシド、及び1,2−プロピレンオキシドとエチレンオキシドとの混合物を利用することが好ましい。これらアルキレンオキシドは、別々に、或いは、連続して交互に、又は混合物として使用することができる。その典型的な出発物質分子は、例えば、水と、N−アルキルジエタノールアミンのようなアミノアルコールと、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールなどのようなジオールとがある。出発物質分子の混合物を使用することも可能である。好適なポリエーテルポリオールとして、テトラヒドロフランのヒドロキシル基含有重合生成物が挙げられる。
ヒドロキシル基含有ポリテトラヒドロフラン、及び1,2−プロピレンオキシドとエチレンオキシドとのコポリエーテル(co-polyether)ポリオールを使用するのが好ましい。この場合、ヒドロキシル基の50%を超える分が第一級ヒドロキシル基であり、好ましくは60〜80%であり、また、エチレンオキシドの少なくとも一部は末端位置でブロックされている。
最も好ましいポリエーテルポリオールは、数平均分子量が0.6〜3kg/mol、好ましくは0.8〜2.5kg/mol、さらに好ましくは1kg/mol〜2kg/molの範囲にあるヒドロキシル基含有ポリテトラヒドロフランである。
好ましいポリオールは、少なくとも1種のポリエステルポリオールと少なくとも1種のポリエーテルポリオールとの混合物である。ポリエーテルポリオールの例としては、一般に既知の出発物質及び慣用のアルキレンオキシドをベースとするものを含むが、これらに限定されない。
本発明の関連において使用することができるポリオールは、イソシアネートと反応してイソシアネートプレポリマーを製造するか、又はイソシアネートプレポリマーと反応して熱可塑性ポリウレタンを製造することができる。
イソシアネートと反応させてイソシアネートプレポリマーを製造するのに使用する好適なポリオールは、2よりも大きい平均官能価を有しており、好ましくは2.1〜3の間の、より好ましくは2.1〜2.7の間の、最も好ましくは2.2〜2.5の間の平均官能価を有してよい。さらに、イソシアネートプレポリマーと反応させてTPUを製造するのに使用する好適なポリオールは、好ましくは1.8〜2.3の平均官能価を有し、好ましくは1.9〜2.2の、特に2の平均官能価を有する。用語「官能価」は、重合条件下でイソシアネートと反応する基の数を意味する。
鎖延長剤(c)として、分子量が60g/mol〜499g/mol、好ましくは60g/mol〜400g/molの、一般的に知られている脂肪族化合物、芳香脂肪族化合物、芳香族化合物及び/又は脂環式化合物を使用することができる。さらに好ましくは、二官能性化合物、例えばジアミン、及び/又は、アルキレン基に2〜10個の炭素原子を有するアルカンジオール、特に1,2−エチレンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,3−プロパンジオール、及び/又はアルキレン部位に2〜8個の炭素原子をもつ、ジアルキレン−、トリアルキレン−、テトラアルキレン−、ペンタアルキレン−、ヘキサアルキレン−、ヘプタアルキレン−、オクタアルキレン−、ノナアルキレン−及び/又はデカアルキレン−グリコール、好ましくは対応するオリゴプロピレングリコール及び/又はポリプロピレングリコールを用いることも可能である。鎖延長剤の混合物を使用することも可能である。鎖延長剤としては、1,4−ブタンジオール、1,2−エチレンジオール、1,6−ヘキサンジオール又はこれらの組み合わせが好ましい。
好ましい実施形態では、鎖延長剤(c)は、成分(a)、(b)及び(c)の全質量に対して、2質量%〜20質量%、好ましくは5質量%〜15質量%の量で使用する。
鎖延長剤として、単一の鎖延長剤又は鎖延長剤の混合物を使用する。
好適な触媒(d)は、特に、有機ジイソシアネート(a)のNCO基とポリオール(b)と成分(c)との反応を促進する触媒は、従来技術において既知であり、慣用されている第三級アミンであり、例えばトリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルモルホリン、2−(ジメチルアミノエトキシ)エタノール、N、N’−ジメチルピペラジン、ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等その他同種類のもの、また、特に、有機金属化合物を用いることもでき、例えば、チタン酸エステル、ビスマスカルボン酸エステル、亜鉛酸エステル、例えば鉄(III)アセチルアセトナートのような鉄化合物、スズ化合物、例えばスズジアセテート、スズジオクトエート、スズジラウレート、又は脂肪族カルボン酸のジアルキルスズ塩、例えば、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、その他同種類のもの等がある。ビスマス塩にあっては、ビスマスの酸化状態は、好ましくは2又は3、より好ましくは3である。
ビスマスカルボン酸エステルの好ましいカルボン酸は、6〜14個の炭素原子、より好ましくは8〜12個の炭素原子を有する。ビスマス塩の好適な例としては、ビスマス(III)−ネオデカノエート、ビスマス−2−エチルヘキサノエート及びビスマス−オクタノエートがある。
触媒を使用する場合には、通常、ポリオール(b)100質量部当たり0.0001〜0.1質量部の量で使用する。スズ触媒、特にスズジオクトエートが好ましい。
触媒(d)以外に、必要に応じて、慣用の助剤(e)及び/又は添加剤(f)を、成分(a)〜(c)に加えて、添加することができる。
助剤(e)としては、表面活性物質、難燃剤、核剤、潤滑ワックス、染料、顔料、及び安定剤、例えば、酸化、加水分解、光、熱又は変色に対する安定剤を使用してよい。また、添加剤(f)としては、例えば無機及び/又は有機フィラー及び補強物質を使用してよい。加水分解抑制剤としては、オリゴマー及び/又は高分子脂肪族又は芳香族カルボジイミドが好ましい。エージング(aging)に対して熱可塑性ポリウレタンを安定化させるために、安定剤を添加することもできる。
任意の助剤及び添加剤に関するさらなる詳細については、専門家による文献に見出だすことができる。例えば、プラスチック添加剤ハンドブック(Plastics Additive Handbook)、第5版、H.Zweifel編、Hanser出版社、ミュンヘン、2001年、である。
前述の成分a)、b)及びc)の他に、また、該当する場合には成分d)及びe)の他に、鎖調節剤を、通常は31g/mol〜3kg/molの数平均分子量を有する鎖調節剤を使用することが可能である。これらの鎖調節剤は、例えば、単官能性アルコール、単官能性アミン及び/又は単官能性ポリオールのような、唯1つのイソシアネート反応性官能基を有する化合物である。この種の鎖調節剤を使用することにより、特にTPUの場合には、正確なレオロジーを設定することができる。鎖調整剤は、成分b)の100質量部に対して、一般に0〜5質量部、好ましくは0.1〜1質量部の量で使用することができ、定義上は成分(c)に含まれる。
熱可塑性ポリウレタンの硬度を調整するために、イソシアネートに対して反応性する成分(b)及び鎖延長剤(c)は、比較的広い範囲のモル比で変えることができる。成分(b)と鎖延長剤(c)全体とのモル比が10:1〜1:10、特に1:1〜1:4であるとき、(c)の含有量の増加に伴って熱可塑性ポリウレタンの硬度が増大し、有用であることがわかった。
好適な熱可塑性ポリウレタンは、DIN53505に従って測定したとき、一般に、98ショアA未満のショアA硬度を有することが好ましく、より好ましくは60ショアA〜98ショアA、さらにより好ましくは70ショアA〜95ショアA、最も好ましくは70ショアA〜90ショアAのショアA硬度を有する。
好ましくは、本発明の関連において好適な熱可塑性ポリウレタンは、1.0g/cm〜1.3g/cmの範囲の密度を有する。DIN53504に従って測定したとき、熱可塑性ポリウレタンの引張強度は、10MPaより大きく、好ましくは15MPaより大きく、特に好ましくは20MPaより大きい。本発明に関連して好適な熱可塑性ポリウレタンは、DIN53516に従って測定したとき、一般に150mm未満の、好ましくは100mm未満の摩耗量(abrasion loss)を持つものである。
一般的に、熱可塑性ポリウレタンの製造は、(a)イソシアネートを、数平均分子量(Mn)が通常0.5kg/mol〜10kg/mol、好ましくは0.5kg〜5kg/mol、特に好ましくは0.8kg/mol〜3kg/molの、イソシアネートに対して反応する化合物(b)、及び数平均分子量(Mn)が0.05kg/mol〜0.499kg/molの(c)鎖延長剤と反応させ、また適切な場合には、(d)触媒及び/又は(e)従来の添加剤の存在下でこの反応をさせることにより実施する。
熱可塑性ポリウレタンの製造は、2つの異なる種類のプロセス、すなわち最新技術から既知の「一段階」プロセスと「二段階」プロセスによって行われる。
工程(ii)に従い、溶融した熱可塑性ポリウレタンに、イソシアネートプレポリマー組成物を添加し、得られた混合物を混合して溶融物を形成する。好適なイソシアネートプレポリマーは、実施例として以下に記述する。
かかる方法において、好ましくは、イソシアネートプレポリマー組成物はその流動性を良好なものとするため加熱して20℃を超える温度で使用するものであり、望ましくない反応、例えばアロファンテ(allophante)架橋を回避するため、イソシアネートプレポリマー組成物の温度は80℃未満であることが好ましい。
本発明の目的において、用語「イソシアネートプレポリマー」は、イソシアネートと、イソシアネートに対して反応性であり、0.5kg/mol〜10kg/molの範囲、好ましくは1kg/mol〜5kg/molの範囲の数平均分子量を有する化合物との反応生成物を意味する。イソシアネートプレポリマーは、イソシアネート重付加反応の中間体である。好ましい実施形態では、当該プレポリマーは、DIN EN ISO11357−1に従いDSCを用いて測定したとき、−15℃未満のガラス転移温度Tgを、また、70℃未満の融解温度を有する。
好適なイソシアネートプレポリマーは、好ましくは、イソシアネートプレポリマーの質量に対して4〜27質量部のNCO含量を有することができる。本発明による適切なイソシアネートプレポリマーは、単一のイソシアネートプレポリマー又はイソシアネートプレポリマーの混合物の形態で使用してよい。
最も好ましいイソシアネートプレポリマーは、ジフェニルメタン4,4’−ジイソシアネート、及び/又はジフェニルメタン2,2’−ジイソシアネート、及び/又はジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート(MDI)と、アジピン酸、2−メチル−1,3−プロパンジオール及び1,4−ブタンジオールをベースとするポリエステルポリオールとの反応生成物である。ここで、前記ポリエステルポリオールと前記ジイソシアネートとのモル比は、1:1〜1:5、好ましくは1:1.2〜1:3、より好ましくは1:1.5〜1:2.5、例えば1:2等である。
本発明の関連において、イソシアネートプレポリマーは、平均イソシアネート官能価(Fn)が2以上、好ましくは2〜3の間、より好ましくは2〜2.7の間、最も好ましくは2〜2.5の間である。
さらに、可塑剤は、溶融紡糸弾性チューブを製造するための方法において使用することができる。好適な可塑剤は、最新技術、例えばDavid F.Cadogan and Christopher J.Howick、“Plasticizers”、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2000年、Wiley−VCH,Weinheimから、一般に公知である。
好適の可塑剤は、C3−15、好ましくはC3−10ポリカルボン酸及びこれら酸と直鎖状又は分岐鎖状C2−30の脂肪族アルコールとのエステル、安息香酸、エポキシ化植物油、スルホンアミド、有機リン酸塩、グリコール及びその誘導体、及びポリエーテルである。好ましい可塑剤は、セバシン酸、セバケート、アジピン酸、アジペート、グルタル酸、グルタレート、フタル酸、(例えばC8アルコールとの)フタレート、アゼライン酸、アゼラート、マレイン酸、マレエート、クエン酸及びその誘導体である。例は、WO2010/125009を参照されたい。可塑剤は、組み合わせて、又は個別に使用することができる。
例えば、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートのようなさらなる添加剤を、溶融紡糸弾性繊維の製造工程に添加してもよい。
本発明の目的において、さらなる添加剤という用語は、上記熱可塑性ポリウレタン、上記イソシアネートプレポリマー及び上記可塑剤からなる反応系に添加するあらゆる物質を意味するが、上記熱可塑性ポリウレタン、上記イソシアネートプレポリマー及び上記可塑剤を含まない。通常、このような物質には、表題「熱可塑性ポリウレタン」の欄で上記に示したように、一般に当該分野で使用される助剤及び添加剤が含まれる。
熱可塑性ポリウレタンをベースとする溶融紡糸弾性繊維は、一般に、以下の成分:
(1)熱可塑性ポリウレタン;及び
(2)イソシアネートプレポリマー組成物
を反応させて製造する。
特定の実施形態において、溶融紡糸弾性繊維を製造するための方法は、以下の成分:
(1)熱可塑性ポリウレタン;
(2)イソシアネートプレポリマー組成物;及び
(3)さらなる添加剤
を反応させることを含む。
本発明によると、熱可塑性ポリウレタン、イソシアネートプレポリマー組成物及び任意にさらなる添加剤を混合し、得られた混合物をさらに処理する。
得られた混合物を、本発明による方法の工程(iii)に従い紡糸口金を通して押出す。紡糸口金を、180℃〜230℃の範囲の温度で加熱する。本発明によると、紡糸口金は、中空チューブを製造するのに適している。特に、紡糸口金は定義されたノズルを含む。以下に開示するように、適切なノズルを使用する。図1に関連して、ノズルの好ましい設計を記述する。
得られた溶融紡糸弾性チューブを、続いて冷却区域で冷却する。冷却区域は、チューブの冷却ができるよう十分な寸法を有していなければならない。本発明によると、チューブは好ましくは空気で冷却し、好ましくは空気を用いて室温で冷却する。
溶融紡糸弾性チューブを適切な温度に冷却した後、チューブを仕上げ区域に移す。仕上げ区域では、冷却した溶融紡糸弾性チューブを仕上げ油と接触させる。
本発明によると、工程(v)で使用される仕上げ油は、鉱油及びシリコーンオイルからなる群より選択される。原則として、あらゆる鉱物油又はシリコーンオイルを使用することができる。好適な油は、例えば、竹本油脂株式会社のSDX−148又はSDX−109、又は松本油脂製薬株式会社のTST−09である。
必要に応じて、この方法は、さらに以下の後続の工程を含む。
(vi)100〜1000m/分のライン速度でローラを介して繊維を巻き取る工程、
(vii)繊維を保存する工程。
この方法は、さらなる追加の工程を含むことができる。
繊維の保存は、あらゆる適切な条件下であらゆる適切な長さの時間で行うことができ、例えば80℃で15時間、保存することができる。
本発明による方法では、非常に微細なチューブ、例えば10μm〜250μmの範囲の外径を有するチューブを製造することができる。従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法においてチューブの外径は15〜200μmの範囲内、好ましくは20〜150μmの範囲内にある。
本発明に従って製造されたチューブの中空比は、変えることができる。例えば5〜50%の範囲の中空率を有するチューブを得ることが可能である。従ってさらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法においてチューブの中空率は5〜50%の範囲、好ましくは10〜40%の範囲である。
本発明によると、中空比は、内径(dinner)対外径(douter)の比を用いて定義される。本発明の関連において、中空比は以下の式(I)に従って定義される:
中空率=(dinner/douter×100% (I)
さらなる態様によると、本発明は上記に記述された方法により得られる又は得ることが可能な10μm〜250μmの範囲で外径を有する熱可塑性ポリウレタンを含む組成物からなるチューブも対象とする。好ましい実施形態によると、チューブは丸い(round)。
本発明によるチューブ、特に丸いチューブは、流体又は気体の輸送、特に医療用途に適している。さらに、チューブは弾性繊維として使用することができる。チューブは、上述したようなソフトストレッチ特性を有し、様々な用途の弾性繊維としての使用に適している。
さらなる態様によると、本発明はまた、上記に記述された方法により得られる又は得ることが可能なチューブ又は本発明によるチューブを、流体の輸送のためのチューブとして、又は気体膜チューブとして、又は弾性繊維として使用する方法も対象とする。
従って、さらなる実施形態によると、本発明は上記に記述されたような方法も対象とし、この方法においてチューブはソフトストレッチ特性を有する。
本発明は、以下の実施形態の他、これらの実施形態を、本明細書の記載に準じて、それぞれ特定の組み合わせとして得られる形態を含む。
1.外径を10μm〜250μmの範囲で有する熱可塑性ポリウレタンを含む組成物からなるチューブを製造する方法であって、
(i)熱可塑性ポリウレタンを160℃〜230℃の温度の押出機中で溶融する工程;
(ii)溶融した熱可塑性ポリウレタンにイソシアネート基を含んだ架橋剤を含む組成物を添加し、得られた混合物を混合して溶融物を形成する工程;
(iii)180℃〜230℃に加熱した紡糸口金を通して溶融物を押し出し、溶融紡糸弾性チューブを得る工程;
(iv)溶融紡糸弾性チューブを冷却区域で冷却する工程;
(v)冷却した溶融紡糸弾性チューブを仕上げ区域で、鉱油及びシリコーンオイルからなる群より選択される仕上げ油と接触させる工程;
を含む方法で、ここにおいて、押出機、冷却区域及び仕上げ区域は、垂直の設定で配置される。
2.前記チューブが丸い(round)ことを特徴とする、実施形態1に記載の方法。
3.前記チューブがソフトストレッチ特性を有する、実施形態1又は2に記載の方法。
4.前記紡糸口金が1つ以上の開口部を有する、実施形態1〜3のいずれか一項に記載の方法。
5.前記開口部が円弧状のスロットである、実施形態1〜4のいずれか一項に記載の方法。
6.前記紡糸口金が180℃〜230℃の範囲の温度に加熱される、実施形態1〜5のいずれか一項に記載の方法。
7.生産ライン速度が500m/分より速い、実施形態1〜6のいずれか一項に記載の方法。
8.前記方法において、3つ以上のチューブが並行して製造される、実施形態1〜7のいずれか一項に記載の方法。
9.前記熱可塑性ポリウレタンは、DIN53505に従って測定したショア硬度が60A〜74Dの範囲である、実施形態1〜8のいずれかに記載の方法。
10.前記チューブの外径が15〜200μm、好ましくは20〜150μmの範囲にある、実施形態1〜9のいずれか一項に記載の方法。
11.前記チューブの中空比が5〜50%、好ましくは10〜40%の範囲にある、実施形態1〜10のいずれか一項に記載の方法。
12.実施形態1〜11のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得ることが可能な、外径を10μm〜250μmの範囲で有する熱可塑性ポリウレタンを含む組成物からなるチューブ。
13.前記チューブが丸い(round)、実施形態12に記載のチューブ。
14.実施形態1〜11のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得ることが可能なチューブ、又は、実施形態12又は13のいずれかに記載のチューブを液体輸送用チューブ、又はガス膜チューブ又は弾性繊維として使用する方法。
15.前記チューブがソフトストレッチ特性を有する、実施形態12に記載の使用方法。
図1は、本発明による方法において使用することができるノズル設計の概略図を示す。ノズルの切れ目(1)は、規定数の間隙(3)を有するリング構造(2)を有する。間隙の幅は、ノズルの設計によって変動することが可能である。ノズルは、ノズルの外径(4)及び内径(5)によってさらに特徴付けられる。
1.ノズルの設計
H−01、H−02、H−03の名称で、図1に示すノズル設計を使用し、3種類のノズルを使用した。
ノズルの設計を表1に要約する。
Figure 0006822979
2.中空ノズルを用いた溶融紡糸
溶融紡糸試験は、上記に示す3種類のノズルを用いて行った。
TPUは、1,6−ヘキサンジオール、4,4’−MDI及びポリエステルジオールをベースとし、ショアー硬度85Aを有する。ポリエステルジオールは、アジピン酸及び1,4−ブタンジオールから製造される。
この方法は、:
(1)熱可塑性ポリウレタンを単軸スクリュー押出機で溶融する工程;
(2)溶融したTPUポリマーに架橋剤を添加する工程;
(3)架橋剤とTPU溶融物をダイナミックミキサーを通して混合する工程;
(4)加熱した紡糸口金を通してギアポンプによって溶融物を押出す工程で、ここで各紡糸金口には、溶融物を繊維の所望の形状にするためのノズルがあり;
(5)溶融物は水平領域で室温の空気を通過することによって冷却される工程;
(6)繊維に仕上げ油を噴霧する工程で、仕上げ油はシリコーンオイルであり;
(7)ローラを介して繊維を巻き取る工程;
(8)繊維を保存する工程;
を含む。
Figure 0006822979
3.溶融紡糸の結果
上記の試験により中空TPU繊維を得たが、中空TPU繊維を製造するために3つのノズル全てを使用することができる。中空糸の断面を顕微鏡下で測定し、その結果を表3a及び3bに要約する。
Figure 0006822979

Claims (15)

  1. 熱可塑性ポリウレタンを含む組成物から構成される、10μm〜250μmの範囲の外径を有するチューブを製造する方法であって、
    (i)160℃〜230℃の温度の押出機中で熱可塑性ポリウレタンを溶融する工程;
    (ii)溶融した前記熱可塑性ポリウレタンにイソシアネート基を含んだ架橋剤を含む組成物を添加し、得られた混合物を混合して溶融物を形成する工程;
    (iii)180℃〜230℃に加熱した紡糸口金を通して前記溶融物を押し出し、溶融紡糸弾性チューブを得る工程;
    (iv)前記溶融紡糸弾性チューブを冷却区域で冷却する工程;
    (v)冷却した前記溶融紡糸弾性チューブを仕上げ区域で、鉱油及びシリコーンオイルからなる群より選択される仕上げ油と接触させる工程;
    を含み、前記押出機、前記冷却区域及び前記仕上げ区域は、垂直の設定で配置される方法。
  2. 前記チューブは丸い形状を有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記チューブはソフトストレッチ特性を有する、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記紡糸金口は1つ以上の開口部を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記開口部は円弧状のスロットである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記紡糸口金は180℃〜230℃の範囲の温度に加熱される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 生産ライン速度が500m/分より速い、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記方法において、3つ以上のチューブが並行して製造される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記熱可塑性ポリウレタンは、DIN53505に従って測定したショア硬度が60A〜74Dの範囲である、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記チューブの外径が15〜200μm、好ましくは20〜150μmの範囲にある、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記チューブの中空比が5〜50%、好ましくは10〜40%の範囲にある、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得ることが可能な、10μm〜250μmの範囲の外径を有する熱可塑性ポリウレタンを含む組成物から構成されるチューブ。
  13. 前記チューブは丸い形状である、請求項12に記載のチューブ。
  14. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得ることが可能なチューブ、又は、請求項12又は13のいずれかに記載のチューブを液体輸送用チューブ、又はガス膜チューブ又は弾性繊維として使用する方法。
  15. 前記チューブはソフトストレッチ特性を有する、請求項12に記載の使用方法。
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