JP7211695B2 - 生物由来ポリウレタン繊維 - Google Patents
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Description
高分子グリコールに由来するポリウレタン組成物を含む、スパンデックスなどの溶液紡糸プロセスによって調製される弾性繊維が含まれ、該高分子グリコールは、少なくとも部分的に、生物由来１，４－ブタン－ジオールに由来している。
スパンデックス（エラスタンとしても知られている）などの弾性繊維は、今日多様な製品に使用されている。例としては、とりわけ、靴下、水着、衣服、おむつなどの衛生用品が挙げられる。スパンデックス繊維を調製するために使用されるポリウレタン組成物は、いくらかの制限を有しており、これらの制限により、とりわけ分解を防止し、可染性を強化するために、添加剤の包含またはポリマー組成の変更などの修正につながっている。これらの弾性繊維は現在、再生可能でない資源に由来する高分子グリコールまたはポリオールを使用して調製されている。
再生可能な資源、即ち、生物由来の資源からの１，４－ブタンジオールの調製のための方法が、現在知られている。生物由来の、再生可能な、及び／または持続可能な源の包含を可能にしながら、例えば、衣類、水着、及び靴下などの商業用製品に必要とされる弾性などの繊維の好都合な特性を維持するであろう新たなスパンデックス繊維の必要が存在する。
本発明は、特許請求の範囲に説明される通りである。
再生可能／持続可能な生物源から部分的に由来するエラストマー繊維が含まれる。本明細書に説明される繊維のいずれも、単一成分、複合成分、または多重成分繊維であり得る。明確さのために、定義を下記に含む。
定義
定義
本明細書で使用するとき、「溶媒」は、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、及びＮ－メチルピロリドンなどの有機溶媒を指す。
本明細書で使用するとき、用語「溶液紡糸」は、溶液からの繊維の調製を含み、それは湿式紡糸プロセスまたは乾式紡糸プロセスのいずれであってもよく、これらはどちらも繊維生産のための一般的な技術である。
本明細書で使用するとき、用語「多重成分繊維」は、識別可能な境界を有する異なる組成物の少なくとも２つの別個の明確な領域、即ち、その繊維の長さに沿った連続した異なる組成物の２つ以上の領域を有する繊維を意味する。これは、１つを超える組成物が組み合わさって、その繊維の長さに沿った明確な連続した境界を有しない繊維を形成するポリウレタンブレンドまたはポリウレタン尿素ブレンドとは対照的である。用語「多重成分繊維」及び「多成分繊維」は、同義語であり、本明細書において互換的に使用される。
用語「組成的に異なる」は、異なるポリマー、コポリマー、もしくはブレンドを含む２つ以上の組成物、または１つ以上の異なる添加剤を有する２つ以上の組成物として定義され、この場合、該組成物中に含まれるポリマーは、同一であっても異なっていてもよい。２つの比較される組成物も、それらが異なるポリマー及び異なる添加剤を含む場合、「組成的に異なる」。
用語「境界（単数）」、「境界（複数）」、及び「境界領域」は、多成分繊維の断面の異なる領域間の接触点を説明するために使用される。この接触点は、２つの領域の組成物間に最小の重なりが存在するか、または重なりが存在しない場合、「明確に定義される」。２つの領域間に重なりが存在する場合、境界領域は、２つの領域のブレンドを含むことになる。このブレンドされた領域は、ブレンドされた境界領域と他の２つの領域の各々との間に別個の境界を有する別個の均質にブレンドされたセクションであってもよい。別法として、境界領域は、第１の領域に隣接する、より高濃度の第１の領域の組成物から、第２の領域に隣接する、より高濃度の第２の領域の組成物への勾配を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、スパンデックスまたはエラスタンとも称される、溶液紡糸されたポリウレタン尿素組成物を含む多成分、または複合成分繊維である。多成分繊維の異なる領域の組成物は、異なるポリウレタン尿素組成物を含み、即ち、ポリマーが異なるか、添加剤が異なるか、またはポリマーと添加剤との両方が異なる。多重成分繊維を提供することによって、多様な異なる利益を実現することができる。例えば、同等の特性を維持しながら、添加剤またはより高価なポリウレタン尿素組成物を繊維の一領域のみに使用することによる、低減された費用である。同様に、従来の単成分スパンデックス糸とは相いれないであろう新たな添加剤の導入によって、または２つの組成物の組み合わせの相乗効果を通じて、改善された繊維特性を実現することができる。
製糸プロセス、布地製造、及び衣類に含まれたときの消費者満足度に対するスパンデックス繊維の適合性を確実にするのを助けるために、多数のさらなる特性を調節することができる。スパンデックス組成物は、当該技術分野において周知であり、Ｍｏｎｒｏｅ Ｃｏｕｐｅｒ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｖｏｌｕｍｅ ＩＩＩ，Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｉｂｅｒｓ Ｐａｒｔ Ａ．Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，ＩＮＣ：１９８５，ｐａｇｅｓ ５１－８５に開示されるものなどの変形を含んでもよい。それらのうちのいくつかの例は、本明細書に列挙される。
スパンデックス繊維は、０．０１～６重量％のレベルで、ＴｉＯ2などの艶消し剤、またはベース繊維ポリマーとは異なる屈折率の別の他の粒子を含有してもよい。輝きまたは光沢のある外観が望ましい場合は、より低いレベルも有用である。レベルの増加に伴い、糸の表面摩擦は変化する場合があり、それは繊維が加工中に接触する表面における摩擦に影響を及ぼし得る。
単位デニール当たりのグラム破断力（ｆｏｒｃｅｔｏｂｒｅａｋ）（グラム／デニールの引張強さ）で測定される際の繊維破断強度は、分子量及び／または紡糸条件に応じて０．７～１．２グラム／デニールに調節されてもよい。
繊維のデニールは、所望の布地構造に基づいて、５～２０００で生成されてもよい。デニール５～３０デニールのスパンデックス糸は、１～５のフィラメント数を有してもよく、３０～２０００デニールの糸は、２～２００のフィラメント数を有してもよい。繊維は、布地の所望の最終用途に応じて、０．５％～１００％の含量で任意の種類（織布、縦編、または横編）の布地に使用されてもよい。
スパンデックス糸は、単独で使用されてもよく、またはＦＴＣ（連邦取引委員会）によって認識されるように、衣料最終用途に好適なものなどの任意の他の糸と織り合わせられる（ｐｌｉｅｄ）か、撚り合わされるか、共挿入されるか、もしくは混ぜ合わされてもよい。これは、限定されるものではないが、ナイロン、ポリエステル、多成分ポリエステルまたはナイロン、綿、毛、ジュート、サイザル麻、ヘルプ（ｈｅｌｐ）、亜麻、竹、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフルオロカーボン、レーヨン、任意の種類のセルロース、及びアクリル繊維から作成される繊維を含む。
スパンデックス繊維は、繊維の下流加工を改善するために製造プロセス中にそれに塗布される潤滑剤または仕上げ剤を有してもよい。仕上げ剤は、０．５～１０重量％の量で塗布されてもよい。
スパンデックス繊維は、スパンデックスの初期の色を調節するため、または塩素、煙、ＵＶ、ＮＯｘ、もしくは燃焼ガスなどのポリマー分解を開始し得る要素への曝露後の黄変の効果を防止もしくは遮蔽するための添加剤を含有してもよい。スパンデックス繊維は、４０～１６０の範囲の「ＣＩＥ」白色度を有するように作成されてもよい。
ポリウレタン尿素及びポリウレタン組成物
ポリウレタン尿素及びポリウレタン組成物
少なくとも８５重量％のセグメント化ポリウレタンを含む繊維または長鎖合成ポリマーを調製するために有用なポリウレタン尿素組成物。典型的には、これらは、高分子グリコールまたはポリオールを含み、それらはジイソシアネートと反応されて、ＮＣＯ－末端プレポリマー（「キャップされたグリコール」）を形成し、該ＮＣＯ－末端プレポリマーは次に、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、またはＮ－メチルピロリドンなどの好適な溶媒中に溶解されて、次に二官能性鎖延長剤と反応される。鎖延長剤がジオールである（また、溶媒を伴わずに調製され得る）とき、ポリウレタンが形成される。ポリウレタン尿素は、ポリウレタンのサブクラスであり、鎖延長剤がジアミンであるときに形成される。スパンデックスに紡糸され得るポリウレタン尿素ポリマーの調製においては、グリコールは、ヒドロキシ末端基とジイソシアネート及び１つ以上のジアミンとの逐次反応によって延長される。いずれの場合にも、グリコールは、粘度を含む必要な特性をポリマーに提供するために、鎖延長を受けなければならない。所望により、ジブチルスズジラウレート、第１スズオクトエート、鉱酸、トリエチルアミンなどの第３級アミン、Ｎ，Ｎ’－ジメチルピペラジンなど、及び他の既知の触媒が、キャッピングステップを補助するために使用され得る。
好適なポリオール成分（高分子グリコールとも称される）としては、約６００～約３，５００の数平均分子量のポリエーテルグリコール、ポリカーボネートグリコール、及びポリエステルグリコールが挙げられる。２つ以上のポリオールまたはコポリマーの混合物が含まれ得る。ポリオール成分は、望ましくは、生物由来１，４－ブタンジオールに由来する少なくとも１つのポリマーを含む。
１，４－ブタンジオールの合成方法
１，４－ブタンジオールの合成方法
１，４－ブタンジオール（ＢＤＯ）は、２－オキソグルタル酸デカルボキシラーゼまたはスクシニル－ＣｏＡシンテターゼ、スクシネートセミアルデヒドデヒドロゲナーゼ、４－ヒドロキシブチリエート（ｂｕｔｒｙａｔｅ）デヒドロゲナーゼ、４－ヒドロキシブチリエート（ｂｕｔｒｙａｔｅ）－ＣｏＡトランスフェラーゼ、４－ヒドロキシブチリエート（ｂｕｔｒｙａｔｅ）－ＣｏＡレダクターゼ、ならびにアルコールデヒドロゲナーゼを含む組換え微生物中で、４－ヒドロキシブチレートを介してスクシネートまたはα－ケトグルタン酸（２－オキソグルタル酸としても知られている）から合成することができる。かかる組換え微生物において、スクシネートは、スクシニル－ＣｏＡシンテターゼを使用してスクシニル－ＣｏＡに変換され得、その後スクシニル－ＣｏＡは、ＣｏＡ－依存型スクシネートセミアルデヒドデヒドロゲナーゼを使用してスクシニルセミアルデヒドへ変換され得る。スクシニルセミアルデヒドは、４－ヒドロキシブチリエート（ｂｕｔｒｙａｔｅ）デヒドロゲナーゼを使用して４－ヒドロキシブチレートに変換され得、その後、４－ヒドロキシブチレートは４－ヒドロキシブチリエート（ｂｕｔｒｙａｔｅ）－ＣｏＡトランスフェラーゼを使用して４－ヒドロキシブチリル（ｂｕｔｒｙｌ）－ＣｏＡへ、次に４－ヒドロキシブチリエート（ｂｕｔｒｙａｔｅ）－ＣｏＡレダクターゼを使用して４－ヒドロキシブチルアルデヒドへ変換され得る。４－ヒドロキシブチルアルデヒドは、アルコールデヒドロゲナーゼを使用してＢＤＯへ変換され得る。いくつかの実施形態では、２－オキソグルタル酸デカルボキシラーゼは、α－ケトグルタン酸をスクシニルセミアルデヒドへ変換するために使用され、それは、上述の通りＢＤＯへ変換され得る。例えば、Ｙｉｍ，ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．，７：４４５－４５２（２０１１）、及び米国特許第８，０６７，２１４号を参照されたい。同様に、ＥＰ２６９０１０９ Ａ１も参照されたい。上記のステップのうちの１つ以上（例えば、２、３、４、５、または６つ）は、関連酵素の単離または精製された形態（例えば、それらを発現する組換え細胞から単離または精製された酵素）を使用して、インビトロで実施され得ることが理解される。単離／精製された酵素を使用して実施されるステップの前及び／または後に組換え細胞中で実施されるステップは、適切な酵素基質を組換え細胞に提供することによって実施され得る。
ＢＤＯは、脱水されて、酸触媒の存在下で高温にてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を形成し、次に重合されて、ポリＴＨＦ（ポリ（テトラメチレンエーテル）グリコールとしても知られる）を形成し得る。別法として、ＴＨＦは、下述の通り共重合され得る。
使用され得るポリエーテルポリオールの例としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、トリメチレンオキシド、テトラヒドロフラン、及び３－メチルテトラヒドロフランの開環重合及び／もしくは共重合による、または例えば、ジオールもしくはジオール混合物などの、各分子中に１２個未満の炭素原子を有する多価アルコール、例えば、エチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、１，７－ヘプタンジオール、１，８－オクタンジオール、１，９－ノナンジオール、１，１０－デカンジオール、及び１，１２－ドデカンジオールの縮合重合による、２つ以上のヒドロキシ基を有するグリコールが挙げられる。直鎖二官能性ポリエーテルポリオールが好ましく、２つの官能性を有する、約１，７００～約２，１００の分子量のポリ（テトラメチレンエーテル）グリコール、例えば、Ｔｅｒａｔｈａｎｅ（登録商標）１８００（Ｗｉｃｈｉｔａ，ＫＳのＩＮＶＩＳＴＡ）は、具体的な好適なポリオールの一例である。コポリマーは、ポリ（テトラメチレン－コ－エチレンエーテル）グリコールを含み得る。
使用され得るポリエステルポリオールの例としては、各分子中に１２個以下の炭素原子を有する低分子量の、脂肪族ポリカルボン酸及びポリオール、またはそれらの混合物の縮合重合によって生成される、２つ以上のヒドロキシ基を有するエステルグリコールが挙げられる。好適なポリカルボン酸の例は、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカンジカルボン酸、及びドデカンジカルボン酸である。ポリエステルポリオールを調製するために好適なポリオールの例は、エチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、１，７－ヘプタンジオール、１，８－オクタンジオール、１，９－ノナンジオール、１，１０－デカンジオール、及び１，１２－ドデカンジオールである。約５℃～約５０℃の溶融温度を有する直鎖二官能性ポリエステルポリオールは、具体的なポリエステルポリオールの例である。
使用され得るポリカーボネートポリオールの例としては、各分子中に１２個以下の炭素原子を有する低分子量の、ホスゲン、クロロギ酸エステル、ジアルキルカーボネートもしくはジアリルカーボネート、及び脂肪族ポリオール、またはこれらの混合物の縮合重合によって生成される、２つ以上のヒドロキシ基を有するカーボネートグリコールが挙げられる。ポリカーボネートポリオールを調製するために好適なポリオールの例は、ジエチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、１，７－ヘプタンジオール、１，８－オクタンジオール、１，９－ノナンジオール、１，１０－デカンジオール、及び１，１２－ドデカンジオールである。約５℃～約５０℃の溶融温度を有する直鎖二官能性ポリカーボネートポリオールは、具体的なポリカーボネートポリオールの例である。
ジイソシアネート成分はまた、単一のジイソシアネート、または４，４’－メチレンビス（フェニルイソシアネート）及び２，４’－メチレンビス（フェニルイソシアネート）を含有するジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）の異性体混合物を含む異なるジイソシアネートの混合物を含み得る。任意の好適な芳香族または脂肪族のジイソシアネートが、含まれ得る。使用され得るジイソシアネートの例としては、限定されるものではないが、１－イソシアナート－４－［（４－イソシアナートフェニル）メチル］ベンゼン、１－イソシアナート－２－［（４－シアナートフェニル）メチル］ベンゼン、ビス（４－イソシアナートシクロヘキシル）メタン、５－イソシアナート－１－（イソシアナートメチル）－１，３，３－トリメチルシクロヘキサン、１，３－ジイソシアナート－４－メチル－ベンゼン、２，２’－トルエンジイソシアネート、２，４’－トルエンジイソシアネート、及びこれらの混合物が挙げられる。具体的なポリイソシアネート成分の例としては、Ｍｏｎｄｕｒ（登録商標）ＭＬ（Ｂａｙｅｒ）、Ｌｕｐｒａｎａｔｅ（登録商標）ＭＩ（ＢＡＳＦ）、及びＩｓｏｎａｔｅ（登録商標）５０Ｏ，Ｐ’（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
鎖延長剤は、ポリウレタン尿素のために水またはジアミン鎖延長剤のいずれであってもよい。異なる鎖延長剤の組み合わせは、ポリウレタン尿素及び結果として得られる繊維の所望の特性に応じて含まれてもよい。好適なジアミン鎖延長剤の例としては、ヒドラジン、１，２－エチレンジアミン、１，４－ブタンジアミン、１，２－ブタンジアミン、１，３－ブタンジアミン、１，３－ジアミノ－２，２－ジメチルブタン、１，６－ヘキサメチレンジアミン、１，１２－ドデカンジアミン、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－アミノ－３，３，５－トリメチル－５－アミノメチルシクロヘキサン、２，４－ジアミノ－１－メチルシクロヘキサン、Ｎ－メチルアミノ－ビス（３－プロピルアミン）、１，２－シクロヘキサンジアミン、１，４－シクロヘキサンジアミン、４，４’－メチレン－ビス（シクロヘキシルアミン）、イソホロンジアミン、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン、メタ－テトラメチルキシレンジアミン、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－ペンタンジアミン（１，３－ジアミノペンタン）、ｍ－キシリレンジアミン、及びＪｅｆｆａｍｉｎｅ（登録商標）（Ｔｅｘａｃｏ）が挙げられる。
ポリウレタンが所望される場合、鎖延長剤は、ジオールである。使用され得るかかるジオールの例としては、限定されるものではないが、エチレングリコール、１，３－プロパンジオール、１，２－プロピレングリコール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、２，２－ジメチル－１，３－トリメチレンジオール、２，２，４－トリメチル－１，５－ペンタンジオール、２－メチル－２－エチル－１，３－プロパンジオール、１，４－ビス（ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、及び１，４－ブタンジオール、ならびにこれらの混合物が挙げられる。
ポリマーの分子量を制御するために、単官能性アルコールまたは単官能性ジアルキルアミンであるブロッキング剤が、任意に含まれてもよい。１つ以上の単官能性アルコールの１つ以上のジアルキルアミンとのブレンドもまた、含まれてもよい。
本発明と共に有用である単官能性アルコールの例としては、１～１８個の炭素を有する脂肪族及び脂環式の第１級及び第２級アルコール、５００未満の分子量を含む、約７５０未満の分子量を有するフェノール、置換フェノール、エトキシ化アルキルフェノール及びエトキシ化脂肪アルコール、ヒドロキシアミン、ヒドロキシメチル及びヒドロキシエチル置換第３級アミン、ヒドロキシメチル及びヒドロキシエチル置換複素環式化合物、ならびにこれらの組み合わせ（フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、Ｎ－（２－ヒドロキシエチル）スクシンイミド、４－（２－ヒドロキシエチル）モルホリン、メタノール、エタノール、ブタノール、ネオペンチルアルコール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、シクロヘキサンメタノール、ベンジルアルコール、オクタノール、オクタデカノール、Ｎ，Ｎ－ジエチルヒドロキシルアミン、２－（ジエチルアミノ）エタノール、２－ジメチルアミノエタノール、及び４－ピペリジンエタノール、ならびにこれらの組み合わせを含む）からなる群から選択される少なくとも１つの構成員が挙げられる。
好適な単官能性ジアルキルアミンブロッキング剤の例としては、Ｎ，Ｎ－ジエチルアミン、Ｎ－エチル－Ｎ－プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジイソプロピルアミン、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチル－Ｎ－メチルアミン、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチル－Ｎ－ベンジルアミン、Ｎ，Ｎ－ジシクロヘキシルアミン、Ｎ－エチル－Ｎ－イソプロピルアミン、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチル－Ｎ－イソプロピルアミン、Ｎ－イソプロピル－Ｎ－シクロヘキシルアミン、Ｎ－エチル－Ｎ－シクロヘキシルアミン、Ｎ，Ｎ－ジエタノールアミン、及び２，２，６，６－テトラメチルピペリジンが挙げられる。
非ポリウレタン尿素ポリマー
非ポリウレタン尿素ポリマー
本明細書に説明される繊維との組み合わせに有用である他のポリマーとしては、可溶性であるか、または微粒子形態で含まれ得る他のポリマーが挙げられる。可溶性ポリマーは、ポリウレタン尿素溶液中に溶解されてもよく、または溶液紡糸されたポリウレタン尿素組成物と共に共押出されてもよい。共押出の結果は、ある成分がポリウレタン尿素溶液であり、他の成分が別のポリマーを含有する、並列型、同心円芯鞘型、または偏心円芯鞘型断面を有する複合成分または多重成分繊維であり得る。他の可溶性ポリマーの例としては、とりわけ、ポリウレタン（上述の通り）、ポリアミド、アクリル、及びポリアラミドが挙げられる。
本発明の多重成分及び／または複合成分繊維と共に有用である他のポリマーとしては、微粒子形態として含まれる他の半結晶性の不溶性ポリマーが挙げられる。有用なポリアミドとしては、ナイロン６、ナイロン６／６、ナイロン１０、ナイロン１２、ナイロン６／１０、及びナイロン６／１２が挙げられる。有用なポリオレフィンとしては、Ｃ2～Ｃ20モノマーから調製されるポリマーが挙げられる。これは、コポリマー及びターポリマー、例えば、エチレン－プロピレンコポリマーなどを含む。有用なポリオレフィンコポリマーの例は、参照により本明細書に援用されるＤａｔｔａらへの米国特許第６，８６７，２６０号に開示される。
繊維断面構成
繊維断面構成
多様な異なる断面が、いくつかの実施形態の本発明と共に有用である。これらは、単一成分（異なるポリマーのブレンドであり得る）、複合成分、もしくは多重成分の同心円もしくは偏心円芯鞘型及び複合成分または多重成分並列型を含む。
芯鞘型または並列型断面が提供される場合、それは、少なくとも２つの組成的に異なるポリウレタン尿素組成物の間の境界エリアを含む。境界は、これらの図の各々において明確に定義される境界のように見えるが、境界は、ブレンドされた領域を含んでもよい。境界がブレンドされた領域を含む場合、境界はそれ自体、第１及び第２（または第３、第４など）の領域の組成物のブレンドである明確な領域である。このブレンドは、均質なブレンドであってもよく、または第１の領域から第２の領域への濃度勾配を含んでもよい。
添加剤
添加剤
ポリウレタン尿素組成物中に任意に含まれ得る添加剤の種類が、下記に列挙される。例示的であり、非限定的なリストが含まれる。しかしながら、さらなる添加剤は、当該技術分野において周知である。例としては、酸化防止剤、ＵＶ安定剤、着色剤、顔料、架橋剤、相変化物質（パラフィン蝋）、抗菌剤、鉱物（即ち、銅）、マイクロカプセル化添加剤（即ち、アロエベラ、ビタミンＥゲル、アロエベラ、シーケルプ、ニコチン、カフェイン、芳香、または匂い）、ナノ粒子（即ち、シリカまたは炭素）、ナノクレイ、炭酸カルシウム、タルク、難燃剤、粘着防止添加剤、耐塩素分解添加剤、ビタミン、薬物、香料、導電性添加剤、可染性、及び／または染料補助剤（第４級アンモニウム塩など）が挙げられる。ポリウレタン尿素組成物に添加され得る他の添加剤としては、接着促進剤，静電気防止剤，耐クリープ剤，光学的光沢剤，合体剤，導電性添加剤、発光性添加剤、潤滑剤、有機及び無機充填剤、防腐剤、テクスチャ化剤、サーモクロミック添加剤、防虫剤、ならびに湿潤剤、安定剤（ヒンダードフェノール、酸化亜鉛、ヒンダードアミン）、スリップ剤（シリコーン油）、ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。
添加剤は、可染性、疎水性（即ち、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、親水性（即ち、セルロース）、摩擦制御、塩素耐性、分解耐性（即ち、酸化防止剤）、接着性及び／または可溶性（即ち、接着剤及び接着促進剤）、難燃性、抗菌挙動（銀、銅、アンモニウム塩）、バリア、導電性（カーボンブラック）、引張特性、色、発光、リサイクル性、生分解性、香り、粘着制御（即ち、ステアリン酸金属塩）、触覚特性、セット能力、熱調節（即ち、相変化物質）、栄養補給食品、艶消し剤、例えば、二酸化チタンなど、安定剤、例えば、ハイドロタルサイトなど、ハント石とハイドロマグネサイトの混合物、ＵＶ遮断剤、ならびにこれらの組み合わせを含む、１つ以上の有益な特性を提供してもよい。
複合成分スパンデックス繊維はまた、別個の毛細管によって別個のフィラメントを形成し、その後、該別個のフィラメントを合体させて、単一の繊維を形成することによって、調製されてもよい。
繊維の作成プロセス
繊維の作成プロセス
いくつかの実施形態の繊維は、従来のウレタンポリマー溶媒（例えば、ＤＭＡｃ）による溶液からのポリウレタン－尿素ポリマーの溶液紡糸（湿式紡糸または乾式紡糸のいずれか）によって生成される。ポリウレタン尿素ポリマー溶液は、上述の組成物または添加剤のうちのいずれかを含んでもよい。ポリマーは、有機ジイソシアネートを、１．６～２．３、好ましくは１．８～２．０の範囲のジイソシアネート対グリコールのモル比で適切なグリコールと反応させて、「キャップされたグリコール」を生成することによって調製される。キャップされたグリコールは次に、ジアミン鎖延長剤の混合物と反応される。結果として得られるポリマー中、ソフトセグメントは、ポリマー鎖のポリエーテル／ウレタン部である。これらのソフトセグメントは、６０℃より低い溶融温度を示す。ハードセグメントは、ポリマー鎖のポリウレタン／尿素部であり、これらは、２００℃より高い溶融温度を有する。ハードセグメントは、ポリマーの総重量の５．５～９％、好ましくは６～７．５％になる。
繊維の調製の一実施形態では、３０～４０％のポリマー固体を含有するポリマー溶液が、分配プレート及び開口部の所望の配置を通して計量されて、フィラメントを形成する。押出されたフィラメントは、３００℃～４００℃及び少なくとも１０：１のガス：ポリマー質量比の高温の不活性ガスの導入によって乾燥され、少なくとも毎分４００メートル（好ましくは少なくとも６００ｍ／分）の速度で延伸され、少なくとも毎分５００メートル（好ましくは少なくとも７５０ｍ／分）の速度で巻き上げられる。標準的なプロセス条件は、当該技術分野において周知である。
本発明に従って作成される弾性繊維から形成される糸は、概して、少なくとも０．６ｃＮ／ｄｔｅｘの破断引張強さ、少なくとも４００％の破断伸び、少なくとも２７ｍｇ／ｄｔｅｘの３００％伸びでの無負荷係数（ｕｎｌｏａｄ ｍｏｄｕｌｕｓ）を有する。
スパンデックスの強度及び弾性特性を、ＡＳＴＭＤ２７３１－７２の一般的方法に従って測定した。下記の表に報告される例に関して、５ｃｍのゲージ長さを有するスパンデックスフィラメントが、毎分５０ｃｍの一定の伸び率で０％～３００％伸びの間で循環された。第１のサイクルにおける１００％（Ｍ１００）及び２００％（Ｍ２００）伸びにおける力として係数を決定し、グラムで報告する。無負荷係数（Ｕ２００）は、第５のサイクルにおける２００％伸びとして決定し、表にグラムで報告する。パーセント破断伸び及び破断力は、第６の延長サイクルにて測定した。
パーセントセットを、第５の無負荷曲線が実質的にゼロ応力に戻る点によって示される通り、第５サイクルと第６サイクルとの間の残りの伸びとして決定した。パーセントセットは、試料を第５の０～３００％伸び／弛緩サイクルに供した３０秒後に測定した。次に、パーセントセットを％セット＝１００（Ｌｆ－Ｌｏ）／Ｌｏとして算出し、式中、Ｌｏ及びＬｆは、第５の伸び／弛緩サイクルの前（Ｌｏ）及び後（Ｌｆ）の、張力を伴わずに真っすぐに保たれたときのフィラメント（ｙａｍ）の長さである。
本発明の特徴及び利点は、以下の例によってより完全に示され、それらは、例証の目的のために提供され、本発明をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない。
本発明の好ましい実施形態であると現在考えられるものを説明してきたが、当業者は、変更及び修正が本発明の趣旨から逸脱することなく行われてもよく、また本発明の真の範囲に入るすべてのかかる変更及び修正を含むことが意図されることを理解するであろう。
Claims (10)
- エラストマー繊維を調製するための方法であって、
（ａ）生物由来ブタンジオールから、高分子グリコール組成物を提供することと、
（ｂ）前記高分子グリコール組成物を少なくとも１つのジイソシアネートと接触させて、キャップされたグリコールを生成することと、
（ｃ）前記キャップされたグリコールを溶媒中に溶解させて、キャップされたグリコール溶液を提供することと、
（ｄ）前記キャップされたグリコール溶液を鎖延長剤組成物と接触させることと、
（ｅ）前記溶液を紡糸して、前記エラストマー繊維を形成することと、を含み、
前記高分子グリコール組成物は、２－オキソグルタル酸デカルボキシラーゼまたはスクシニル－ＣｏＡシンテターゼを含む組換え微生物中で合成される生物由来１，４－ブタンジオールを使用してそれから調製された少なくとも１つの高分子グリコールを含み、
前記生物由来１，４－ブタンジオールは、高分子グリコールを形成するための重合の前にテトラヒドロフランに変換され、
前記エラストマー繊維から形成される糸は、少なくとも０．６ｃＮ／ｄｔｅｘの破断引張を有し、
前記高分子グリコールは、テトラヒドロフランと、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、トリメチレンオキシド、及びこれらの組み合わせからなる群の少なくとも１つの構成員とのコポリマーである、方法。 - 前記エラストマー繊維は、スパンデックスである、請求項１に記載の方法。
- 前記ジイソシアネートは、４，４’－メチレンビス（フェニルイソシアネート）、２，４’－メチレンビス（フェニルイソシアネート）１－イソシアナート－４－［（４－イソシアナートフェニル）メチル］ベンゼン、１－イソシアナート－２－［（４－シアナートフェニル）メチル］ベンゼン、ビス（４－イソシアナートシクロヘキシル）メタン、５－イソシアナート－１－（イソシアナートメチル）－１，３，３－トリメチルシクロヘキサン、１，３－ジイソシアナート－４－メチル－ベンゼン、２，２’－トルエンジイソシアネート、２，４’－トルエンジイソシアネート、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのジイソシアネートを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記鎖延長剤組成物は、少なくとも１つのジオールまたはジアミン鎖延長剤を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記鎖延長剤組成物は、ヒドラジン、１，２－エチレンジアミン、１，４－ブタンジアミン、１，２－ブタンジアミン、１，３－ブタンジアミン、１，３－ジアミノ－２，２－ジメチルブタン、１，６－ヘキサメチレンジアミン、１，１２－ドデカンジアミン、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－アミノ－３，３，５－トリメチル－５－アミノメチルシクロヘキサン、２，４－ジアミノ－１－メチルシクロヘキサン、Ｎ－メチルアミノ－ビス（３－プロピルアミン）、１，２－シクロヘキサンジアミン、１，４－シクロヘキサンジアミン、４，４’－メチレン－ビス（シクロヘキシルアミン）、イソホロンジアミン、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン、メタ－テトラメチルキシレンジアミン、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－ペンタンジアミン（１，３－ジアミノペンタン）、ｍ－キシリレンジアミン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つのジアミン鎖延長剤を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記溶液は、ブロッキング剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記溶液は、酸化防止剤、ＵＶ安定剤、着色剤、顔料、架橋剤、相変化物質、抗菌剤、鉱物、マイクロカプセル化添加剤、ナノ粒子（即ち、シリカまたは炭素）、ナノクレイ、炭酸カルシウム、タルク、難燃剤、粘着防止添加剤、耐塩素分解添加剤、ビタミン、薬物、香料、導電性添加剤、可染性及び／または染料補助剤、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記溶液は、接着促進剤、静電気防止剤、耐クリープ剤、光学的光沢剤、合体剤、導電性添加剤、発光性添加剤、潤滑剤、有機及び無機充填剤、防腐剤、テクスチャ化剤、サーモクロミック添加剤、防虫剤、及び湿潤剤、安定剤（ヒンダードフェノール、酸化亜鉛、ヒンダードアミン）、スリップ剤（シリコーン油）、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記溶液は、可染性、疎水性（即ち、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、親水性（即ち、セルロース）、摩擦制御、塩素耐性、分解耐性（即ち、酸化防止剤）、接着性及び／または可溶性（即ち、接着剤及び接着促進剤）、難燃性、抗菌挙動（銀、銅、アンモニウム塩）、バリア、導電性（カーボンブラック）、引張特性、色、発光、リサイクル性、生分解性、香り、粘着制御（即ち、ステアリン酸金属塩）、触覚特性、セット能力、熱調節（即ち、相変化物質）、栄養補給食品、艶消し剤、例えば二酸化チタンなど、安定剤、例えばハイドロタルサイト、ハント石とハイドロマグネサイトの混合物など、ＵＶ遮断剤、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される有益な特性を提供する添加剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記エラストマー繊維は、少なくとも４００％の破断伸びを有する、請求項１に記載の方法。
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