JPH11506153A - ポリウレタンエラストマー、該ポリウレタンエラストマーを製造する方法およびその使用法 - Google Patents

ポリウレタンエラストマー、該ポリウレタンエラストマーを製造する方法およびその使用法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は次の構造単位(a) (ここで基−O−R1−O−は約500〜10000の分子量を有するマクロジオール基を示し、R2は2価の脂肪族、脂環式および/または脂肪族−脂環式基を示し、Xは短鎖状オレフィン系不飽和基を示し、YはNHまたはOを示し、nは1〜10の整数を示し、mは少なくとも4の整数を示す)を含むポリウレタンエラストマーに関する。更に本発明は、ファイバーを形成するのに溶融紡糸でき、またはフィルムを形成するのに溶融押し出しできるこのようなポリウレタンエラストマーを製造する方法にも関する。ポリウレタンの架橋が生じるようにファイバーまたはフィルムに高エネルギー放射線を照射できる。本発明に係わるファイバーは織物の機械的特性に関する優れた性質、特に良好な引張強さ、引裂点伸び、残留伸びおよび熱撓み温度を示す。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリウレタンエラストマー、該ポリウレタンエラストマーを製造する方法および その使用法 本発明は、特定の構造単位を有するポリウレタンエラストマー、その製造方法 およびフィルムまたはファイバーを製造するための溶融紡糸プロセスおよび押し 出しプロセスにおけるそれらの使用法に関する。 ポリウレタンエラストマーは軟質セグメントと硬質セグメントとが一定に配置 されたブロックコポリマーである。軟質セグメントは、長い、ランダムに配置さ れた可撓性の鎖を備え、この鎖によりファイバーに必要なゴム状の弾性が与えら れる。これら性質は伸びおよび伸びの力に対する軟質セグメントの相対的モル質 量およびそのタイプと共に変わり得る。硬質セグメントは変形後に分子の鎖が回 復することに役割を果たしている。これら硬質セグメントは短い鎖の結晶質領域 を含む。これら硬質セグメントの主な役割は、所定の点で機械的な力の作用を受 けてポリマー鎖がスライドしてずれるのを防止することである。変形的な伸びを 行った後、エラストマー内に生じる回復力により、ほぼスタート時の長さまで収 縮する。残留する長さの差は残留伸びと称される。 一般に、ポリウレタンエラストマーは2段階プロセスによって得られる。すな わちこの2段階プロセスでは第1の反応工程においてジイソシアネートを用いて 高分子状ジオールをプレポリマーに転化し、次に第2工程でこのプレポリマーは いわゆる連鎖延長剤と反応し、高分子生成物を形成する。第1の反応工程では過 剰な量のジイソシアネートを使用するので、プレポリマーは両端がイソシアネー ト基によって終端される。連鎖延長剤は末端反応性水素原子を備えた二官能基の 低分子化合物であり、ジヒドロキシまたはジアミン化合物であることが多い。こ れら化合物はプレポリマーと反応し、対応するカルバミン酸誘導物、すなわちポ リウレタンエラストマー、またはポリウレアウレタンエラストマーを形成する。 マクロ分子鎖では高分子状ジオールから形成された軟質セグメントは連鎖延長剤 と末端イソシアネート基との反応によって形成された合成の硬質セグメントと交 互に位置する。 硬質セグメントと軟質セグメントとは化学的組成が異なることのみならず、それ らの極性および分子量が異なることにより脱混合が生じる。隣接する鎖の間の水 素のブリッジ結合により、硬質セグメントが平行に並置された状態となる。鎖間 の長い移動分子鎖により絡み合い部とループ部が形成され、これら絡み合い部お よびループ部は大きい網状の組織が伸びる間にはずれたり、伸長したりする。硬 質セグメント間の相互作用により伸び状態における分子鎖の塑性流れが防止され る。マクロ分子の伸長はより高次の立体配座への転移およびエントロピーの減少 と結び付いており、分子が熱運動することによりこれら分子は負荷を低減した後 、ループのより大きいエントロピーに関連した状態に復帰する。しかしながら強 力な機械的な負荷が加えられた場合、ポリマー鎖が伸びた状態でスライドするよ うな永久的な伸びが起こり得る。 ポリウレタンエラストマーにおける硬質セグメントは伸びを制限する架橋機能 のみならず、熱強度、特に溶融範囲に対する決定的な影響を有する。ジアミン連 鎖延長剤を使用した際に形成されるウリア基は、グルコール延長剤により形成さ れたウレタン基よりも極性が強い。ポリウレタンエラストマーにおける水素ブリ ッジ結合が強力になればなるほど硬質セグメントと軟質セグメントとの脱混合が 大きく発生し、よって弾性的性質がより良好となるだけでなく、硬質セグメント の軟化点もより高くなる。 文献から、エラストマーヤーンを製造するための種々の紡糸方法が知られてい る。エラストマーファイバーの主要部分はドライ紡糸方法によって製造される。 この方法では、垂直に配置された加熱紡糸シャフトにおけるマルチ孔のノズルを 通過するように高粘性の溶液を加圧する。同時に、溶剤を蒸発させ、フィラメン トを硬化させるように高温空気を吹き付ける。紡糸速度は約200〜600m/ 分の範囲内である。紡糸シャフト内の滞留時間が短いことにより、かつ溶剤の完 全な除去を保証するために単一滴定量は最大20dtexに制限される。対応す る単一毛細管と補助トルクの利用とを組み合わせることにより、最終滴定の生成 が生じる。 ウェット紡糸では調製したポリマー溶液を凝固浴内に紡糸する。その後、ヤー ンを洗浄し、互いに接合し、乾燥する。引き上げ速度は約100m/分である。 反応性紡糸方法は化学反応と紡糸プロセスとを組み合わせたものである。マル チ孔ノズルを通して、例えば脂肪族ジアミンの紡糸浴内にプレポリマーを押し出 す。フィラメントの表面において、ポリウレアウレタンに対するイソシアネート −アミン反応が生じる。比較的固体状の表皮部分により確実な紡糸方法が可能と なる。高温水による処理またはジアミンアルコールまたはトルエンとの反応によ りファイバーの内部が硬化する。この紡糸速度はウェット紡糸方法と同じ範囲内 である。 溶融紡糸では、ポリマーをシリンダ内で溶融し、ギアポンプまたは押し出しウ ォーム機を使ってこの溶融体がダイプレートを通過するように加圧する。排出さ れるファイバーは空気中で凝固する。この技術の利点は、溶剤を使うことなくヤ ーンに紡糸できることである。このような経済的に重要な方法は現在までアミノ 含有連鎖延長剤により長くされたポリウレタンエラストマーには用いられていな かった。これらポリマーは硬質セグメントの軟化点が高いことにより、溶融前に 通常、分解する。 従って、市販されている溶融紡糸されたエラストマーポリウレタンファイバー はヒドロキシル基を含む連鎖延長剤を使用している。エフ・フォルネー氏(Chemi efasern/Textilind.96(1994年)、392-398)は溶融紡糸方法によってポリウレタン エステルファイバー「ロベール(Lobell)」を得るパイロットプラントを稼働して いる日本のメーカー、カネボウについてレポートしている。溶融紡糸ポリエーテ ル−エステルヤーンであるテイジンの「レクセ(Rexe)」およびクラレの「スパン テル(Spantel)」は1993年以来、市販されている。これらファイバーの機 械的性質は満足できるものではない。その理由は、硬質セグメントにおいてウレ ア基の代わりにウレタン基が存在してるので、上記のように水素ブリッジ結合が 弱いことに起因して機械的な安定性が低いからである。 硬質セグメントの共有架橋により機械的な織物の性質が改善された(F.Herman utz、P.Hirt、Chemiefasern/Textilind.96(1994)、388391)。二重結合を含む 連鎖延長剤を使用することにより架橋可能な中心がこの目的のために形成された 。紡糸後、電子放射線または紫外線により、重合を誘発できる。しかしながらこ れらポリウレタンエラストマーはジアミンで連鎖延長されたポリウレタンエラス トマーが溶融紡糸できないという制約を受ける。更にこれら公知のポリウレタン エラス トマーは電子線または紫外線の照射後強力に黄化変化を呈す。 従って、本発明の課題は、適当な溶融点に起因し、有利に溶融紡糸でき、オプ ションとして、例えば高エネルギー放射線の照射による適当な二次的処理により 、ファイバーに機械的性質を付与できるポリウレタンエラストマーを利用できる ようにすることにある。 本発明によれば、この課題は次の構造単位 (ここで 基−O−R1−O−は500〜10000の分子量を有するマクロジオール基 を示し、 R2は2価の脂肪族、脂環式および/または脂肪族−脂環式基を示し、 Xは側面に並んだ基が最大14個の結合だけ互いに離間した、オレフィン系不 飽和基を示し、 YはNHまたはOを示し、 nは1〜10の整数を示し、 mは少なくとも4の整数を示す)を含むポリウレタンエラストマーによって達 成される。 従って、ポリウレタンエラストマーでは部分R1、R2およびXが重要である。 部分R1はマクロジオールに由来するものでよい。好ましくは線状ジオールを 実質的に使用し、このジオールは末端ヒドロキシル基の外にイソシアネートと反 応する別の基を支持することはない。マクロジオールは約500〜10000、 好ましくは約700〜5000、特に約1000〜3000の分子量を有する。 この分子量は重量平均した平均分子量と解すべきである。マクロジオール部分が 過度に短い場合、硬質セグメントと軟質セグメントとの間の凝集エネルギーの差 が小さくなり、このため相混合がより強くなり、よって弾性特性が不良となる。 二次転移温度の低いマクロジオールを使用することが好ましい。一般に、使用す るマクロジオールの二次転移温度は約−35℃〜−60℃である。 ポリエステルグリコールおよびポリエーテルグリコールを使用することが好ま しく、末端ヒドロキシル基を有するポリエーテルをポリエーテルグリコールと称 する。ポリアルキレングリコールを使用することが好ましい。好ましい例として は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよび/またはポリテ トラメチレングリコールがあり、これらのうちで特に最後のポリテトラメチレン グリコールが好ましい。ポリテトラメチレングリコールをポリテトラヒドロフラ ンとも称し、酸触媒を使ったテトラヒドロフランのイオン重合によって製造でき る。テトラヒドロフランと酸化プロピレン、酸化エチレンおよびグリコールとの 共重合により適当なコポリマーが得られる。ポリエーテルグリコールから合成さ れるエラストマーは低温挙動が好ましく、かつ加水分解安定性が高いことで際立 っている。 脂肪族および/または脂環式ジカルボン酸と過剰な量のジオールとをエステル 化することにより、適当なポリエステルグリコールを製造することが好ましい。 好ましいジカルボン酸としては、琥珀酸、グルタミン酸、アジピン酸、ピメリン 酸、アゼライン酸およびセバシン酸が挙げられる。ジカルボン酸は過度のジオー ル、好ましくはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリ コール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオ ールおよび/または1,6−ヘキサンジオールによりエステル化される。特にア ジピン酸およびエチレングリコールからのポリエステルが好ましい。低温では、 ポリエステルセグメントは結晶化する性質があるが、このような結晶化は弾性特 性を低下させるものである。メチレンの枝分れ鎖を組み込むことによりポリエス テル鎖が結晶化する性質を低下させることが好ましい。このようなことは上記ジ オールを他のジオール、例えば1,2−プロパンジオールおよび2,3−ブタンジ オールで部分的に置換するか、またはメチレンを置換したジカルボン酸を使用す ることによって行うことができる。上記のより長い鎖状グリコール、例えば1, 4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールおよび/または1,6ヘキサンジ オールを使用することにより、加水分解安定性の高いエラストマーが得られる。 少量のジオールを用いるによりオメガヒドロキシカルボキシル酸を転化するこ とにより、特に少量のジオールにより、ラクトンを開環重合することによっても 適当なポリエステルグリコールを得ることができる。ポリエーテルグリコールと ポリエステルグリコールの混合物を使用することも可能である。適当なマクロジ オールに関してはウルマンの応用化学事典、第3版、1963年、発行社ウルバ ン・アンド・シャルツェンバーグ、ミュンヘン、ベルリン、第14巻344ペー ジを参照されたい。 本発明に係わるポリウレタンエラストマーは更に2価の脂肪族、脂環式および /または脂肪族−脂環式部分R2を含む。驚くことに、部分R2も溶融体の挙動を 大きく決定し、よって溶融紡糸性、またはポリウレタンエラストマーの溶融押し 出し性を大きく決定することが判った。更に、適当な部分R2を選択することに より高エネルギー放射線による照射中の黄化現象も低減するか、または解消でき ることが判った。部分R2が芳香族部分しか含まない場合、結果として生じるポ リウレタンエラストマーは分解されていない状態では溶融状態にできず、よって 溶融紡糸できない。芳香族部分R2のみが存在している場合、高エネルギー放射 線による二次的処理の間に強力な黄化現象が生じる。従って、本発明に係わるポ リウレタンエラストマーは実質的に芳香族でない部分R2を含む。しかしながら ポリウレタンエラストマー内にはエラストマーの所望する性質が損なわれない比 率まで芳香族部分R2 が存在できる。部分R2の総量に対して20モル%未満、 特に10モル%未満で芳香族部分がこれまで存在していた。2価の部分R2は2 〜14個の炭素原子を有するアルキレン基、5〜8個の炭素原子を有するシクロ アルキレン基および/または7〜24個の炭素原子を有する脂肪族−脂環式基で あることが好ましい。特に好ましい部分R2はヘキサメチレンジイソシアネート および/またはジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート形態をし たジイソシアネートから得られたものである。 本発明に係わるポリウレタンエラストマーは短鎖状のオレフィン系不飽和部分 Xを更に含む。「短鎖状」なる用語は、部分Xにて側方に並んだ2つのO−基ま たはNH−基が互いに最大14個の結合、特に11個の結合だけ離間しているこ とを意味する。「オレフィン系不飽和」とは、この部分が重合反応可能な1つま たは数個の二重結合または三重結合を含むことと解される。主鎖に二重結合また は三重結合が存在できるが、側方基にもこれら結合が位置していてもよい。 一実施例におけるオレフィン系不飽和部分はジアミノアルケン、ジアミノアル キンおよび/またはジアミノシクロアルケンから由来するものである。別の実施 例では、このオレフィン系不飽和部分はアルケンジオール、アルキルジオールお よび/またはシクロアルケンジオールから由来するものでよい。二重結合または 三重結合を形成している炭素原子上に直接アミノ基またはヒドロキシ基が位置し ていてもよい。かかる化合物は一般に、化合物を電子的に安定化する置換物を更 に含む。アミノ基またはヒドロキシ基は二重結合または三重結合を形成している 炭素原子から1個または数個の結合だけ分離していてもよい。適当なジアミンの 好ましい例としては、シス−またはトランス−1,4−ジアミノブト−2−エン 、シス−またはトランス−4,4’−ジアミノスチルベン、ジアミノマレイン酸 ジニトリル、1,4−ジアミノブト−2−エンおよび/または3,6−ジアミノシ クロヘキセン−(1)がある。適当なジオールの好ましい例としては、グリセリ ン−1−アリルエーテル、シス−またはトランス−2−ブテン−1,4−ジオー ル、2−ブチン−1,4−ジオールおよび5,6−ビス−(ヒドロキシメチル)− ビシクロ[2.2.1.]ヘプテン−2が挙げられる。得られるポリウレタンエラ ストマーの所望する性質が損なわれない限り、不飽和ジアミンおよび/またはジ オールと、他のアミンまたはジオールとの混合物を使用することも可能である。 数nは1〜10の間の数とすることができる。この数は、当該1つの軟質セグ メント内に存在するマクロジオール部分の数を示している。エラストマーでは数 nは統計学的な分布のばらつきを受ける。nの平均値は小さい値、例えば1〜6 の間、特に1〜3の間の値であることが好ましい。 ポリウレタンエラストマーにおいて繰り返される軟質セグメントと硬質セグメ ントの単位の数mは少なくとも4、好ましくは少なくとも8である。より短い鎖 を有するエラストマーは得られる製品の付着性によって溶融押し出しもできない し、溶融紡糸もできない。mの値はこれまでは8〜75の範囲内にあった。 本発明に係わるポリウレタンエラストマーはつや消し剤、色顔料、酸化防止剤 、熱安定剤、光または紫外線安定剤および/または加水分解安定剤としての添加 剤を含むことができる。 本発明の要旨は、上記ポリウレタンエラストマーの製造方法にもある。使用す べきポリエーテルグリコールまたはポリエステルグリコールは、既に湿分を含ま ない状態で得られるか、または例えば共沸転化による転化前に、水を付着してい ないものであることが好ましい。 マクロジオールおよびジイソシアネートOCN−R2−NCOは、約60〜1 50℃、好ましくは約80〜135℃の間の温度で約1:5〜1:1.1、特に 約1:2〜1:1.1のモル比で転化される。溶融物内で溶剤を使用することな く、またはジメチルホルムアミドまたはジメチルアセトアミドのような極性溶剤 内で転化を実行できる。オプションとして所望の反応レベルをセットするために 重付加触媒、特にジブチル錫ジラウレートまたはジブチル錫ジアセテートを加え ることができる。溶剤内での転化を行う場合、常に触媒が必要である。マクロジ オールは選択したモル比に応じ、ウレタンを介したプレポリマーを形成するよう 、予め延長される(NCO/OH<2の場合)か、または鎖の端部でジイソシア ネートとリンクする(NCO/OH=2の場合)だけである。転化は統計学的な 法則にしたがている。マクロジオールとイソシアネートのモル比は約1:4〜1 :1.5の間である。典型的なモル比は約1:4、約1:3、約1:2、約2: 3である。 得られたプレポリマーはその後、連鎖延長剤として使用されるオレフィン系不 飽和ジアミンまたはジオールにより第2反応工程で転化される。この目的のため に、プレポリマーは適当な溶剤、例えばジメチルホルムアミドまたはジメチルア セトアミド内で溶融または溶解され、液体と組み合わされるか、または溶融され 、または連鎖延長剤により同一または他の溶剤内に溶解される。転化は約70〜 150℃、特に約80〜135℃の間の温度で行うことが好ましい。重付加触媒 、特にジブチル錫ジラウレートまたはジブチル錫ジアセテートを使用することが 好ましい。過剰な架橋の形成による過剰イソシアネート基と既に形成された尿素 またはウレタン基との好ましくない副反応を防止するためにジアミンまたはジオ ールに溶融または溶解したプレポリマーを添加することが好ましい。最大の鎖長 さを得るには更に理論的な量のイソシアネート官能基およびアミンまたはヒドロ キシ官能基が互いに反応するような定量的比でプレポリマーおよび連鎖延長剤を 転化することが好ましい。連鎖延長剤の必要な量はジイソシアネートおよびマク ロジオールの最初に使用したモル比から計算できる。不純物または少量の湿分だ け 失われたジイソシアネートの量は考慮しない。従って、例えば滴定によりプレポ リマーのイソシアネート基の量を測定し、連鎖延長剤の必要な量をこれから計算 することが望ましい。 特に不飽和ジオール連鎖延長剤を使用する際には、実質的に連鎖延長剤が溶剤 の存在しない状態でプレポリマーの合成を実行することが好ましい。 個々のケースではプレポリマーステージを迂回することも可能である(ワンシ ョットプロセス)。ここではジイソシアネートはマクロジオールと連鎖延長剤と 同時に反応する。反応は溶融体内のみならず、適当な溶剤内でも生じ得る。 本発明に係わるポリウレタンエラストマーは従来の成形方法または紡糸方法、 好ましくはファイバーにする溶融紡糸またはフィルムにする溶融押し出しにより 処理できる。このように製造されたファイバーは有利な弾性特性、特に引張強度 、引裂点伸び、残留伸びおよび熱撓み温度(HDT)の好ましい値を呈す。 本発明に係わるポリウレタンエラストマーから形成されたフィルムまたは糸の 機械的な織物特性を更に改善するために、ポリマー鎖内に組み込まれる二重結合 または三重結合の共有架橋を誘導する。この目的のために、形成したフィルムま たは糸に高エネルギー放射線を照射する。ファイバーまたはフィルムは電子ビー ムまたは紫外線で処理する。このような二次的処理によりファイバーの引張強度 、引裂点伸び、残留伸びおよび熱撓み温度の値が著しく改善される。架橋の質的 な実証は照射されたファイバーが溶剤、例えばジメチルアセトアミド内で広範に 不溶性となることである。照射しないファイバーは短時間の後にジメチルアセト アミド内に溶解するが、電子を照射したファイバーはその弾性特性を保持したま ま、かなり不溶な状態のままである。 次に、実施例および添付した図1〜6を参照して本発明についてより詳細に説 明する。 図1は、ブタンジオール鎖が延長されたポリウレタンファイバーを電子線で照 射した場合の照射量の関数として表示した第1および第5負荷サイクルにおける 残留伸びのグラフを示す。図2は、同じポリウレタンファイバーの照射量の関数 として表示された引裂強さおよび引張強さでの伸びのグラフを示す。図3は、第 1サイクル後の残留伸びのグラフを示し、図4はブタンジオール鎖が伸長された ポリウレタンファイバーを電子線で照射する間の照射線量の関数として表示され た、第5伸びサイクル後の残留伸びのグラフを示す。図5は、ブタンジオール鎖 が延長されたポリウレタンファイバーを電子線で照射する際の照射線量の関数と して表示された、第1および第5負荷サイクルにおける残留伸びのグラフを示し 、図6は、同じファイバーの照射線量の関数として表示された伸びおよび引っ張 り強さのグラフを示す。 実施例1 A)プレポリマーの合成 80℃にて2000の分子量を有するポリテトラメチレングリコール(0.5 モル)を溶融し、撹拌機、レフラックス凝縮器、窒素の挿入口および落下ジョウ ゴが設けられた乾燥フラスコ内に溶融物を入れた。窒素蒸気の下で撹拌しながら 20分間にわたって60℃にてヘキサメチレンジイソシアネート(0.75モル )を滴状に添加した。反応混合物を125℃まで加熱し、この温度で2時間撹拌 した。冷却後、反応混合物をジメチルアセトアミドで希釈した。 B)プレポリマー中のNCO量の測定 正確に重量を測定したプレポリマー溶液に10mlのクロロベンゼンだけでな く2mlの(クロロベンゼン中)10重量%のジブチルアミン溶液を添加し、混 合物を10分間撹拌した。30mlのメタノールとブロモフェノールブルーの( メタノール中)0.1重量%の溶液の5滴を加えた後、0.1Nの塩酸を用いた滴 定により、ジブチルアミン溶液の残留量を測定した。2相系において明青色から 緑色への色変化が生じた。しかしながらブラインドテストにおいてプレポリマー 溶液を使用することなく、上記仕様と同じような手順を実行した。イソシアネー ト量は次のように計算した。 A=ブラインドテストにおける塩酸の消費量(ml) B=プレポリマーサンプルにおける塩酸の消費量(ml) N=塩酸溶液の規定度 42.02=イソシアネート基の重量 C)連鎖延長剤の必要な量の計算 イソシアネートの量を決定した後に、次の式に従ってエラストマーを製造する のに必要な連鎖延長剤の量を計算した。 MG(KV)=連鎖延長剤の分子量(g/モル) NCOの重量%=イソシアネートの量(重量%) MG(NCO)=イソシアネート基の分子量(g/モル) D)連鎖延長処理 ポリマー溶液内のマクロジイソシアネートの量からジアミノマレイン酸ジニト リルの必要な量を計算した。20%のポリマー溶液が得られるようにDMAの総 量を選択した。100℃に加熱されたDMAに溶解したジアミノマレイン酸ジニ トリルおよび1gのジブチル錫ジラウレートの溶液に対し、撹拌しながら2時間 にわたって滴状にプレポリマー溶液を添加した。混合物を100℃にて2時間撹 拌し、窒素の元に保管した。水中に生成ポリマーを析出し、48時間にわたって 凍結乾燥した。 実施例2 溶融紡糸 溶融紡糸を行うために凍結乾燥されたポリウレタンエラストマーを複数のピー スにカットし、これをプランジャータイプの紡糸装置(合成繊維用機器および装 置、ドイツシュトゥットゥガルト、エンダーバッハのFa.Emil Blaschke & Co.Gm bH)のプランジャーに入れた。160℃でプランジャー内で材料を溶融し、紡糸 ノズル(16孔、孔径100μm)を通して170℃で紡糸した。出口速度は2 .10m/分であった。得られたフィラメントをバッチワインダーのスプールに 250m/分で巻き付けた。 実施例3 電子ビーム硬化 電子ビーム硬化システムESH150(Duerr Anlagenbau GmbH)を使って電 子ビーム照射を行った。照射量は100kGyであった。 実施例4 ファイバーに力を加えた時の伸び測定 Zwick社の引張テスト装置モデル1435を用いて力を加えた時の伸び測定を 実行した。通常の天候条件ですべての測定を実行した。この測定方法はDIN5 3835に従ったものである。引張強さおよび引裂点伸びを測定するために、次 の装置パラメータを選択した。 自由クランプ長さ: 50mm 初期の(ストレス)力:0N テスト速度: 500mm/分 DIN53835の第2部に従って残量伸びを測定した。一定の伸び限界の間 で負荷と無負荷を5回繰り返すことによりファイバーに応力を加えた。装置は第 1回と第5回の負荷および無負荷サイクルを記録した。図は残量伸びおよび機械 的な織物特性係数bw,5を示す。残留伸びe1/5Restはサンプルの元の測定長さl0 に対する第1回と第5回の伸びサイクルにおける残留長さ変化Δlの比である 。無次元の特性係数bw,5は第1伸びサイクルと第5伸びサイクルとの間の相対 的な力の減少を示すものである。次の装置パラメータを選択した。 自由クランプ長さ: 100mm 伸び: 300% 初期応力: 0.01cN/tex テスト速度: 500mm/分 伸びサイクルの回数: 5回 次の表1および2に結果を要約する。 図1は、照射によりファイバーの機械的性質が改善されることを示している。 図2は、市販のドライ紡糸およびウェット紡糸された比較ファイバーと比較し て、本発明に係わる溶融紡糸ファイバーの機械的性質が優れていることを示して いる。本発明に係わるファイバーは非照射状態でも既に市販のファイバーよりも 残留伸びが著しく小さく、特性係数bw,5が小さいことを示している。ウェット 紡糸された比較ファイバーは照射を行った場合でも行わない場合でも、残留伸び が著しく好ましくないことを示している。 実施例5 A)プレポリマーの調製 100gのポリエステルジオール(Kurapol P 2010mw=2000g/mol)(0.05モル )に、室温にて16.8gのHDI(0.1モル)を添加し、この混合物を激しく撹 拌しながら130℃まで加熱した。反応を完了させるためにこの温度で更に1. 5時間の間、撹拌を行った。反応終了後、反応混合物を室温まで冷却し、滴定法 により残留シアネート量を測定し、この測定に基づき、連鎖延長剤の必要な量を 計算した。そのバッチから3.5重量%の残留イソシアネート量が得られた。連 鎖延長剤としてブテンジオールを使用すると、これから計算される連鎖延長剤の 量は4.29gのブテンジオール(0.049モル)となった。この値は1:1のON /NCO比に対応する。こうして得られたプレポリマーは連鎖延長剤を用いて直 接転化できるし、またアルゴン雰囲気下で数週間保管できる。 B)連鎖延長工程 テフロン製の容器内116gのプレポリマーを入れ、70℃まで加熱した。こ の混合物を激しく撹拌しながら、計算した量のブテンジオール(4.29g)を 添加した。更に25ppmのジブチル錫ジアセテートを添加した。反応混合物を 更に20分間撹拌したところ、このプロセスで粘性が極めて増加した。反応を完 了させるためにプレポリマーを70時間の間、70℃に維持した。 同様に、ブチンジオールおよびブタンジオールで伸長されたポリウレタンを処 理した。Kurapol対HDI対ジオールのモル比を変えることにより硬質セグメント量 の異なるポリウレタンを製造した。ワンショットプロセスで硬質セグメント量の 多いポリウレタンを製造した。ワンショットプロセスではマクロジオールを容器 に入れ、60℃に加熱する。その後、混合物を撹拌しながら15分間にわたって 計算した量のジイソシアネートを添加する。その後、既に触媒(ジブチル錫ジア セテート)を溶解した必要な量の連鎖延長剤を添加し混合するまで15分間激し く撹拌した。次に連鎖延長剤の反応度に応じて80℃〜120℃にて60分間硬 化反応が発生する。 こうして製造したポリウレタンから溶融紡糸ファイバーを製造した。紡糸パラ メータは次のとおりである。供給量1.04g/分;引出し速度6〜11.2m/ 分;滞留時間0.5h、滴定量900〜1700dtex;紡糸温度特定の溶融 ピーク最大値の範囲内の110〜160℃。製造したファイバーに0〜200k Gyの範囲内の照射量で電子ビームを照射した。その後、ポリウレタンの耐熱性 (HDT温度)および機械的性質(残留伸び、引張強さ)を測定した。HDTを 測定するために装置DMA7(パーキンエルマー)を使用した。ファイバーをフ ィアバーホルダーにクランプし、TMAモードでテストした。加熱速度は5℃/ 分であり、温度範囲は20℃〜200℃であり、負荷力は0.002cN/dt exであった。HDT温度として傾きが1℃当たり0.8%の伸びとなる温度を 記録した。次の表および図は測定結果をリストしたものである。 ブタンジオールで伸長されたポリウレタンのHDTは照射量を増すと劣化する ことが理解できる。これと対照的に、ブテンジオール、特にブチンジオールで伸 長されたポリウレタンのHDTは照射によって著しく増加する。 図1および2は、(硬質セグメント量が11重量%の)ブタンジオールで伸長 されたファイバーにESHを照射すると、機械的性質が劣化することを示してい る。図1は、照射量を増すと残留伸びが増加することを示しており、図2は、引 裂点伸びおよび引張強さは照射量が増加すると低下することを示している。この ような機械的性質の悪化は鎖の破壊によるファイバーの損傷に由来することがあ る。 図3および4は、これと対照的にブチンジオールで伸長されたファイバーの場 合、照射により第1および第5伸びサイクル後の残留伸びの値が改善されること を示している。照射により硬質セグメントの共有架橋が生じ、これによって伸び 時に鎖がスライドすることが防止される。 図6および6は、ブテンジオールで伸長されたポリウレタンファイバーの場合 でも照射により機械的性質を改善できることを示している。図5は、照射してい ないファイバーと比較して照射後、残留伸びの小さい値が得られることを示して いる。図6は、低照射量で照射した際の引裂点伸びおよび引張強さの値が当初増 加するが、100kGyを越えると減少することを示している。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年9月11日 【補正内容】 請求の範囲 1.(a)次の構造単位 (ここで 基−O−R1−O−は500〜10000の分子量を有するマクロジオール基 を示し、 R2は2価の脂肪族、脂環式および/または脂肪族−脂環式基を示し、 Xは側面に並んだ基が最大14個の結合だけ互いに離間した、オレフィン系不 飽和基を示し、 YはNHまたはOを示し、その上 nは1〜10の整数を示し、 mは少なくとも4の整数を示す)を含むポリウレタンエラストマーをファイバ ーとなるように溶融紡糸し、 (b)ポリウレタンエラストマーの少なくとも一部を架橋するように、得 られたファイバーに高エネルギー放射線を照射することによって得られたエラス トマーファイバー。 2.工程(a)で得られたファイバーを電子ビームまたは紫外線によって処理 することを特徴とする、請求項1記載のエラストマーファイバー。 3.マクロジオールが1000〜3000の分子量を有することを特徴とする 、請求項1または2記載のエラストマーファイバー。 4.マクロジオールがポリエーテルグリコールおよび/またはポリエステルグ リコールであることを特徴とする、請求項1、2または3記載のエラストマーフ ァイバー。 5.ポリエーテルグリコールがポリアルキレングリコールであることを特徴と する、請求項4記載のエラストマーファイバー。 6.ポリアルキレングリコールがポリエチレングリコール、ポリプロピレング リコールおよび/またはポリテトラメチレングリコールであることを特徴とする 、請求項5記載のエラストマーファイバー。 7.ポリエステルグリコールが脂肪族および/または脂環式ジカルボン酸とジ オールのポリエステルであることを特徴とする、請求項4記載のエラストマーフ ァイバー。 8.ジカルボン酸が琥珀酸、グルタミン酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼラ イン酸および/またはセバシン酸であることを特徴とする、請求項7記載のエラ ストマーファイバー。 9.ジオールがエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレング リコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジ オールおよび/または1,6−ヘキサンジオールであることを特徴とする、請求 項7記載のエラストマーファイバー。 10.基R2が2〜14個の炭素原子を有するアルキレン基、5〜8個の炭素 原子を有するシクロアルキレン基および/または7〜24個の炭素原子を有する 脂肪族−脂還式基であることを特徴とする、前記請求項のうちの少なくとも1つ に記載のエラストマーファイバー。 11.基R2がヘキサメチレンジイソシアネートおよび/またはジシクロヘキ シルメタン−4,4’−ジイソシアネートの形態をしたジイソシアネートから誘 導したものであることを特徴とする、請求項10記載のエラストマーファイバー 。 12.オレフィン系不飽和部が、ジアミノアルケン、ジアミノアルキンおよび /またはジアミノシクロアルケンから誘導したものであることを特徴とする、前 記請求項の少なくとも1つに記載のエラストマーファイバー。 13.ジアミノアルケンがシス−またはトランス−1,4−ジアミノブト−2 −エン、シス−またはトランス−4,4’−ジアミノスチルベンおよび/または ジアミノマレイン酸ジニトリルであり、ジアミノアルキンが1,4−ジアミノブ ト−2−インであり、ジアミノシクロアルケンが3,4−ジアミノシクロヘキセ ン−(1)であることを特徴とする、請求項12記載のエラストマーファイバー 。 14.オレフィン系不飽和基がアルケンジオール、アルキンジオールおよび/ またはシクロアルケンジオールから誘導したものであることを特徴とする、請求 項1〜11の少なくとも1つに記載のエラストマーファイバー。 15.アルケンジオールがシス−またはトランス−1,4−ブト−2−エンジ オール、アルキンジオールが1,4−ブト−2−インジオールであり、シクロア ルケンジオールが5,6−ビス−(ヒドロキシメチル)−ビシクロ[2.2.1.] ヘプテン−2であることを特徴とする、請求項14記載のエラストマーファイバ ー。 16.つや消し剤、色顔料、酸化防止剤、熱安定剤、光、特に紫外線安定剤お よび/または加水分解安定剤としての添加物を含むことを特徴とする、前記請求 項の少なくとも1つに記載のエラストマーファイバー。 17.次の構造単位 (ここで 基−O−R1−O−は500〜10000の分子量を有するマクロジオール基 を示し、 R2は2価の脂肪族、脂環式および/または脂肪族−脂環式基を示し、 Xは側面に並んだ基が最大14個の結合だけ互いに離間した、オレフィン系不 飽和基を示し、 YはNHを示し、その上 nは1〜10の整数を示し、 mは少なくとも4の整数を示す)を含むポリウレタンエラストマー。 18.マクロジオールが1000〜3000の分子量を有することを特徴とす る、請求項17記載のポリウレタンエラストマー。 19.マクロジオールがポリエーテルグリコールおよび/またはポリエステル グリコールであることを特徴とする、請求項17または18記載のポリウレタン エラストマー。 20.ポリエーテルグリコールがポリアルキレングリコールであることを特徴 とする、請求項19記載のポリウレタンエラストマー。 21.ポリアルキレングリコールがポリエチレングリコール、ポリプロピレン グリコールおよび/またはポリテトラメチレングリコールであることを特徴とす る、請求項20記載のポリウレタンエラストマー。 22.ポリエステルグリコールが脂肪族および/または脂環式ジカルボン酸と ジオールのポリエステルであることを特徴とする、請求項19記載のポリウレタ ンエラストマー。 23.ジカルボン酸が琥珀酸、グルタミン酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼ ライン酸および/またはセバシン酸であることを特徴とする、請求項22記載の ポリウレタンエラストマー。 24.ジオールがエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレン グリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタン ジオールおよび/または1,6−ヘキサンジオールであることを特徴とする、請 求項22記載のポリウレタンエラストマー。 25.部分R2が2〜14個の炭素原子を有するアルキレン基、5〜8個の炭 素原子を有するシクロアルキレン基および/または7〜24個の炭素原子を有す る脂肪族−脂還式基であることを特徴とする、請求項17〜24のうちの少なく とも1つに記載のポリウレタンエラストマー。 26.部分R2がヘキサメチレンジイソシアネートおよび/またはジシクロヘ キシルメタン−4,4’−ジイソシアネートの形態をしたジイソシアネートから 誘導したものであることを特徴とする、請求項25記載のポリウレタンエラスト マー。 27.オレフィン系不飽和部が、ジアミノアルケン、ジアミノアルキンおよび /またはジアミノシクロアルケンから誘導したものであることを特徴とする、請 求項17〜26の少なくとも1つに記載のポリウレタンエラストマー。 28.ジアミノアルケンがシス−またはトランス−1,4−ジアミノブト−2 −エン、シス−またはトランス−4,4’−ジアミノスチルベンおよび/または ジアミノマレイン酸ジニトリルであり、ジアミノアルキンが1,4−ジアミノブ ト−2−インであり、ジアミノシクロアルケンが3,6−ジアミノシクロヘキセ ン−(1)であることを特徴とする、請求項27記載のポリウレタンエラストマ ー。 29.少なくとも2つのポリウレタン鎖が基Xを介して互いに共有架橋してい ることを特徴とする、請求項17〜28の少なくとも1つに記載のポリウレタン エラストマー。 30.つや消し剤、色顔料、酸化防止剤、熱安定剤、光、特に紫外線安定剤お よび/または加水分解安定剤としての添加物を含むことを特徴とする、請求項1 7〜29の少なくとも1つに記載のエラストマーファイバー。 31.a)約1:5〜1:1.1のモル比でジイソシアネートOCN−R2−N COによりマクロジオールをプレポリマーに転化し、 b)オレフィン系不飽和ジアミンを用いてプレポリマーのイソシアネー ト基を転化することを特徴とする、請求項17〜29のうちの少なくとも1つに 記載のポリウレタンエラストマーを製造する方法。 32.溶剤のない状態で工程a)を実行し、溶剤の存在下で工程b)を実行す ることを特徴とする、請求項31記載の方法。 33.ジメチルホルムアミドおよび/またはジメチルアセトアミド内で工程b )を実行することを特徴とする、請求項31記載の方法。 34.工程b)においてジアミンにプレポリマーを添加することを特徴とする 、請求項31〜33のうちの少なくとも1つに記載の方法。 35.溶剤のない状態で工程a)およびb)を実質的に実行することを特徴と する、請求項31記載の方法。 36.工程a)においてジイソシアネートに対するマクロジオールのモル比が 約1:2〜1:1.5の間であることを特徴とする、請求項31〜35のうちの 少なくとも1つに記載の方法。 37.工程b)において重付加触媒を使用することを特徴とする、請求項31 〜36のうちの少なくとも1つに記載の方法。 38.フィルムを形成するための溶融押し出し方法またはファイバーを形成す るための溶融紡糸のために、請求項17〜29のうちの少なくとも1つに記載の ポリウレタンエラストマーを使用する方法。 39.得られたファイバー、特に得られたフィルムに高エネルギー放射線を照 射し、ポリウレタンエラストマーの少なくとも一部を架橋することを特徴とする 、請求項38記載の使用方法。 40.電子ビームまたは紫外線によりファイバー、特にフィルムを処理するこ とを特徴とする、請求項39記載の使用方法。 41.請求項38〜40の方法により得られたエラストマーファイバー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI D06M 10/00 D06M 10/00 J K // D06M 101:38 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I L,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK, MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR ,TT,UA,UG,US,UZ,VN (72)発明者 シュヴァイツァー・ミヒャエル ドイツ フライブルク ディー71691 ル ーガウフシュトラーセ 19 (72)発明者 エース・オリファー ドイツ シュトゥットガルト ディー 70499 グラーサーヴェーク 11

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.次の構造単位 (ここで 基−O−R1−O−は約500〜10000の分子量を有するマクロジオール 基を示し、 R2は2価の脂肪族、脂環式および/または脂肪族−脂環式基を示し、 Xは短鎖状オレフィン系不飽和基を示し、 YはNHまたはOを示し、その上 nは1〜10の整数を示し、 mは少なくとも4の整数を示す)を含むポリウレタンエラストマー。 2.マクロジオールが約1000〜3000の分子量を有することを特徴とす る、請求項1記載のポリウレタンエラストマー。 3.マクロジオールがポリエーテルグリコールおよび/またはポリエステルグ リコールであることを特徴とする、請求項1または2記載のポリウレタンエラス トマー。 4.ポリエーテルグリコールがポリアルキレングリコールであることを特徴と する、請求項3記載のポリウレタンエラストマー。 5.ポリアルキレングリコールがポリエチレングリコール、ポリプロピレング リコールおよび/またはポリテトラメチレングリコールであることを特徴とする 、請求項4記載のポリウレタンエラストマー。 6.ポリエステルグリコールが脂肪族および/または脂環式ジカルボン酸とジ オールのポリエステルであることを特徴とする、請求項3記載のポリウレタンエ ラストマー。 7.ジカルボン酸が琥珀酸、グルタミン酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼラ イン酸および/またはセバシン酸であることを特徴とする、請求項6記載のポリ ウレタンエラストマー。 8.ジオールがエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレング リコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジ オールおよび/または1,6−ヘキサンジオールであることを特徴とする、請求 項6記載のポリウレタンエラストマー。 9.基R2が2〜14個の炭素原子を有するアルキレン基、5〜8個の炭素原 子を有するシクロアルキレン基および/または7〜24個の炭素原子を有する脂 肪族−脂還式基であることを特徴とする、前記請求項のうちの少なくとも1つに 記載のポリウレタンエラストマー。 10.部分R2がヘキサメチレンジイソシアネートおよび/またはジシクロヘ キシルメタン−4,4’−ジイソシアネートの形態をしたジイソシアネートから 誘導したものであることを特徴とする、請求項9記載のポリウレタンエラストマ ー。 11.オレフィン系不飽和部が、ジアミノアルケン、ジアミノアルキンおよび /またはジアミノシクロアルケンから誘導したものであることを特徴とする、前 記請求項の少なくとも1つに記載のポリウレタンエラストマー。 12.ジアミノアルケンがシス−またはトランス−1,4−ジアミノブト−2 −エン、シス−またはトランス−4,4’−ジアミノスチルベンおよび/または ジアミノマレイン酸ジニトリルであり、ジアミノアルキンが1,4−ジアミノブ ト −2−インであり、ジアミノシクロアルケンが3,6−ジアミノシクロヘキセン −(1)であることを特徴とする、請求項11記載のポリウレタンエラストマー 。 13.オレフィン系不飽和基がアルケンジオール、アルキンジオールおよび/ またはシクロアルケンジオールから誘導したものであることを特徴とする、請求 項1〜10の少なくとも1つに記載のポリウレタンエラストマー。 14.アルケンジオールがシス−またはトランス−1,4−ブト−2−エンジ オール、アルケンジオールが1,4−ブト−2−インジオールであり、シクロア ルケンジオールが5,6−ビス−(ヒドロキシメチル)−ビシクロ[2.2.1.] ヘプテン−2であることを特徴とする、請求項13記載のポリウレタンエラスト マー。 15.少なくとも2つのポリウレタン鎖が基Xを介して互いに共有架橋してい ることを特徴とする、前記請求項の少なくとも1つに記載のポリウレタンエラス トマー。 16.つや消し剤、色顔料、酸化防止剤、熱安定剤、光、特に紫外線安定剤お よび/または加水分解安定剤としての添加物を含むことを特徴とする、前記請求 項の少なくとも1つに記載のエラストマーファイバー。 17.a)約1:5〜1:1.1のモル比でジイソシアネートOCN−R2−N COによりマクロジオールをプレポリマーに転化し、 b)オレフィン系不飽和ジアミンまたはジオールを用いてプレポリマー のイソシアネート基を転化することを特徴とする、請求項1〜12のうちの少な くとも1つに記載のポリウレタンエラストマーを製造する方法。 18.溶剤のない状態で工程a)を実行し、溶剤の存在下で工程b)を実行す ることを特徴とする、請求項17記載の方法。 19.ジメチルホルムアミドおよび/またはジメチルアセトアミド内で工程b )を実行することを特徴とする、請求項17記載の方法。 20.工程b)においてジアミンまたは特にジオールにプレポリマーを添加す ることを特徴とする、請求項17〜19のうちの少なくとも1つに記載の方法。 21.溶剤のない状態で工程a)およびb)を実質的に実行することを特徴と する、請求項17記載の方法。 22.工程a)においてジイソシアネートに対するマクロジオールのモル比が 約1:2〜1:1.5の間であることを特徴とする、請求項17〜21のうちの 少なくとも1つに記載の方法。 23.工程b)において重付加触媒を使用することを特徴とする、請求項17 〜22のうちの少なくとも1つに記載の方法。 24.フィルムを形成するための溶融押し出し方法またはファイバーを形成す るための溶融紡糸のために、請求項1〜16のうちの少なくとも1つに記載のポ リウレタンエラストマーを使用する方法。 25.得られたファイバー、特に得られたフィルムに高エネルギー放射線を照 射し、ポリウレタンエラストマーの少なくとも一部を架橋することを特徴とする 、請求項24記載の使用方法。 26.電子ビームまたは紫外線によりファイバー、特にフィルムを処理するこ とを特徴とする、請求項24記載の使用方法。 27.請求項24〜26の方法により得られたエラストマーファイバー。
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