KR101733649B1 - 성긴 게이지의 일정한 압축력의 탄성 섬유로 구성된 고 강도 직물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 100% 내지 200% 연신율에서 비교적 편평한 모듈러스 곡선을 지니는 탄성 섬유에 관한 것이다. 섬유는 매우 편안한 느낌을 갖는 의복으로 제조될 수 있다. 바람직한 탄성 섬유는 열가소성 폴리우레탄 폴리머로 제조되며, 방사구를 나가는 폴리머의 용융 속도보다 단지 약간 높은 속도로 섬유가 보빈에 권사되는 독특한 용융 방사 공정에 의해 제조된다.

Description

성긴 게이지의 일정한 압축력의 탄성 섬유로 구성된 고 강도 직물{HIGH STRENGTH FABRICS CONSISTING OF THIN GAUGE CONSTANT COMPRESSION ELASTIC FIBERS}
본 발명은 성긴(thin) 게이지의 일정한 압축력의 탄성 섬유로 제조된 고 강도 직물에 관한 것이다. 일정한 압축력의 탄성 섬유로 만들어진 의복은 착용자로 하여금 매우 편한 느낌을 받게 한다. 상기 의복은 또한 탄성 섬유로 제조된 고 강도 직물이기 때문에 구멍이 나지 않는다.
최근에, 전 세계적으로 라이프스타일의 변화로 인해, 기본적인 단열 기능을 넘어, 직물의 더 큰 기능성에 대한 요구가 높아지고 있다. 기능성 이후에 추구한 것이 직물의 강도 및 완전성을 저하시키지 않는 성긴 게이지의 직물이다. 이러한 성긴 게이지의 직물은 패킹 부피의 저하, "벌크(bulk)" 느낌의 감소 및 속옷의 경우, 겉옷을 통한 비침(external visibility)이 없게 할 수 있다.
합성 탄성 섬유(SEF)는 보통 연질 및 경질 세그먼트를 갖는 폴리머로부터 제조되어 탄성을 제공한다. 경질 및 연질 세그먼트를 지니는 폴리머는 전형적으로 폴리(에테르-아미드), 예를 들어 Pebax® 또는 코폴리에스테르, 예를 들어 Hytrel® 또는 열가소성 폴리우레탄, 예를 들어 Estane®이다. 그러나, 매우 높은 연신율(elongation)의 SEF는 통상적으로 건식 방사 폴리우레탄(Lycra®) 또는 용융 방사 열가소성 폴리우레탄(Estane®)과 같은 경질 및 연질 세그먼트화된 폴리머를 이용한다. 이러한 SEF는 파손 연신율에 있어서 낮거나 매우 높게 변화되지만, 이들 모두는 연신율(응력)의 증가에 따라 지수적으로 증가하는 모듈러스(modulus)(변형(strain))를 갖는 것으로 일반적으로 기술될 수 있다.
용융 방사 TPU 섬유는 용융 방사 공정에 용매가 사용되지 않는 점에 있어서 건식 방사 폴리우레탄 섬유에 비해 일부 이점을 제공하는 한편, 건식 방사 공정에서, 폴리머는 용매에 용해되어 방사된다. 그 후, 용매는 부분적으로 섬유 밖으로 증발된다. 모든 용매는 건식 방사 섬유로부터 완전히 제거되기가 매우 어렵다. 건식 방사 섬유로부터 용매의 제거를 촉진하기 위해, 섬유를 통상적으로 작은 크기로 제조하고 함께 모아서 멀티-필라멘트(리본-유사) 섬유를 생산한다. 이는 주어진 데니어에 대해 용융 방사 섬유보다 큰 물리적 크기를 초래한다. 이러한 물리적 특징은 직물에서 더 많은 벌크를 야기하고 멀티-필라멘트 다발의 성질은 편안함을 잃게 하는 원인이다.
용융 방사 TPU 섬유는 TPU 폴리머를 용융 방사시킴에 의해 제조된다. TPU 폴리머는 하기 세 개의 성분, 즉 (a) 통상적으로 히드록실기로 말단 캡핑된 폴리에테르 또는 폴리에스테르인, 히드록실 말단 중간체; (b) 폴리이소시아네이트, 예를 들어 디이소시아네이트; 및 (c) 단쇄 히드록실 말단 사슬 연장제의 반응으로부터 제조된다. 히드록실 말단 중간체는 TPU 폴리머의 연질 세그먼트를 형성하는 한편, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제는 TPU 폴리머의 경질 세그먼트를 형성한다. 연질 및 경질 세그먼트의 조합은 TPU 폴리머에 탄성 특성을 제공한다. TPU 폴리머는 또한 폴리이소시아네이트로 말단 캡핑된 예비폴리머를 사용하여 종종 약간 가교됨으로써 개선된 성질을 제공한다. 가교 물질은 섬유의 용융 방사 동안 용융된 TPU 폴리머에 첨가된다.
0 내지 250% 연신율에서 비교적 일정한 압축력을 지니는 TPU 탄성 섬유를 얻고 그러한 TPU 섬유를 함유하는 일정한 압축력의 의복 및/또는 직물을 제조하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 일정한 압축력의 직물이 성긴 게이지이고 높은 천공 강도를 갖는 것이 바람직할 것이다. 그러한 직물로 제조된 의복은 착용자에게 더 큰 편안함과 신뢰를 제공할 것이다.
도 1은 시중의 건식 방사 폴리우레탄 섬유의 70 데니어 멀티-필라멘트의 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 70 데니어의 용융 방사된 일정한 압축력의 열가소성 폴리우레탄 섬유의 현미경 사진이다.
도 3은 데니어로서의 X축 대 섬유 폭 제곱 (제곱 미크론)의 Y축을 도시하는 그래프이다. 본 발명의 섬유를 시중의 건식 방사 섬유와 비교한다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 400% 이상의 최종 연신율을 지니고 100% 내지 200% 연신율의 로딩 및 언로딩 사이클에서 비교적 균일하고/거나 일정한 모듈러스를 지니는 성긴 게이지의 일정한 압축력의 고 강도 섬유를 제공하는 것이다. 상기 균일하고/거나 일정한 모듈러스는 로딩 사이클에서는 100% 연신율에서 데니어 당 0.023 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.023 미만의 그램-포스, 200% 연신율에서 데니어 당 0.053 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되고; 언로딩 사이클에서는 200% 연신율에서 데니어 당 0.027 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.018 미만의 그램-포스, 및 100% 연신율에서 데니어 당 0.015 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증된다.
예시적인 섬유는 열가소성 폴리우레탄 폴리머, 바람직하게는 폴리에스테르 폴리우레탄 폴리머를 용융 방사시킴에 의해 제조된다. 섬유는 용융 방사 공정 동안 폴리머 용융물에 가교제를 바람직하게는 5 내지 20 중량%로 첨가시킴에 의해 약간 가교된다.
섬유를 생산하는 공정은 용융 방사 공정을 포함하는데, 이로써 폴리머 용융물을 방사구를 통해 통과시킴에 의해 섬유가 형성된다. 방사구를 나오는 섬유의 속도 및 섬유가 보빈으로 권사되는 속도는 비교적 유사하다. 즉, 섬유는, 섬유가 방사구를 나오는 속도보다 크나, 50%를 넘지 않고, 바람직하게는 20%, 및 보다 바람직하게는 10%를 넘지 않는 속도로 보빈에 권사되어야 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 성긴 게이지의 일정한 압축력의 섬유로 직물을 생산하는 것이다. 예시적인 구체예에서, 직물은 탄성 섬유를 경질 섬유, 예를 들어 나일론 및/또는 폴리에스테르 섬유와 조합, 예를 들어 편직(knitting) 또는 제직(weaving)함에 의해 제조된다. 신규한 섬유로 제조된 직물은 또한 높은 파열(burst) 강도를 갖는다.
의복, 예를 들어 속옷은 탄성 섬유로 제조된다. 그러한 의복은 착용자에게 매우 양호한 편안함을 제공한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 섬유는 열가소성 엘라스토머로 제조된다. 바람직한 열가소성 엘라스토머는 열가소성 폴리우레탄 폴리머(TPU)이다. 본 발명은 TPU를 이용하여 기술될 것이나, 이것은 단지 하나의 구체예이며, 다른 열가소성 엘라스토머가 당업자에 의해 이용될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 발명에 사용된 TPU 폴리머 유형은 TPU 폴리머가 적당한 분자량을 지니는 한 당 분야 및 문헌에 공지된 임의의 통상적인 TPU 폴리머일 수 있다. TPU 폴리머는 일반적으로 폴리이소시아네이트를 히드록실 말단 폴리에스테르, 히드록실 말단 폴리에테르, 히드록실 말단 폴리카르보네이트 또는 이들의 혼합물과 같은 중간체, 하나 이상의 사슬 연장제와 반응시킴에 의해 제조되고, 이들 모두는 당업자에게 널리 공지되어 있다.
히드록실 말단 폴리에스테르 중간체는 일반적으로 수평균 분자량(Mn)이 약 500 내지 약 10,000, 바람직하게는 약 700 내지 약 5,000, 및 바람직하게는 약 700 내지 약 4,000이고, 산가(acid number)가 일반적으로 1.3 미만 및 바람직하게는 0.8 미만인 선형 폴리에스테르이다. 분자량은 말단 작용기의 분석에 의해 결정되고 수평균 분자량과 관련된다. 폴리머는 (1) 하나 이상의 글리콜을 하나 이상의 디카르복실산 또는 무수물과 에스테르화 반응시킴에 의해 또는 (2) 트랜스에스테르화 반응에 의해, 즉, 하나 이상의 글리콜을 디카르복실산의 에스테르와 반응시킴에 의해 생산된다. 다수의 말단 히드록실기를 지니는 선형 사슬을 수득하기 위해서는 글리콜 대 산의 몰비가 일반적으로 1몰 이상의 과량인 것이 바람직하다. 적합한 폴리에스테르 중간체는 또한 전형적으로 ε-카프로락톤으로부터 제조된 폴리카프로락톤과 같은 다양한 락톤 및 디에틸렌 글리콜과 같은 이작용성 개시제를 포함한다. 목적하는 폴리에스테르의 디카르복실산은 지방족, 지환족, 방향족 또는 이들의 조합물일 수 있다. 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있는 적합한 디카르복실산은 일반적으로 총 탄소원자가 4 내지 15개이고, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세박산, 도데칸디오산, 이소프탈산, 테레프탈산 및 시클로헥산 디카르복실산 등을 포함한다. 상기 디카르복실산의 무수물, 예를 들어 프탈산 무수물 및 테트라히드로프탈산 무수물 등이 또한 사용될 수 있다. 아디프산이 바람직한 산이다. 바람직한 폴리에스테르 중간체를 형성하기 위해 반응되는 글리콜은 지방족, 방향족 또는 이들의 조합물일 수 있고, 총 탄소원자가 2 내지 12개이며, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 데카메틸렌 글리콜, 도데카메틸렌 글리콜 등이고, 1,4-부탄디올이 바람직한 글리콜이다.
히드록실 말단 폴리에테르 중간체는 총 탄소원자가 2 내지 15개인 디올 또는 폴리올, 바람직하게는 탄소원자가 2 내지 6개인 알킬렌 옥사이드, 전형적으로 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 에테르와 반응된 알킬 디올 또는 폴리올로부터 유래된 폴리에테르 폴리올이다. 예를 들어, 히드록실 작용성 폴리에테르는 먼저 프로필렌 글리콜을 프로필렌 옥사이드와 반응시키고 이어서 에틸렌 옥사이드와 반응시켜 생산될 수 있다. 에틸렌 옥사이드 기원의 1차 히드록실기는 2차 히드록실기보다 반응성이어서 바람직하다. 유용한 시중의 폴리에테르 폴리올은 에틸렌 글리콜과 반응된 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리(에틸렌 글리콜), 프로필렌 글리콜과 반응된 프로필렌 옥사이드를 포함하는 폴리(프로필렌 글리콜), 테트라히드로푸란과 반응된 물을 포함하는 폴리(테트라메틸 글리콜)(PTMG)을 포함한다. 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG)은 바람직한 폴리에테르 중간체이다. 폴리에테르 폴리올은 추가로 알킬렌 옥사이드의 폴리아미드 부가물을 포함하고 예를 들어, 에틸렌디아민 및 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함하는 에틸렌디아민 부가물, 디에틸렌트리아민과 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함하는 디에틸렌트리아민 부가물 및 유사한 폴리아미드 유형의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 코폴리에테르가 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 전형적인 코폴리에테르는 THF와 에틸렌 옥사이드의 반응 생성물 또는 THF와 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함한다. 이들은 바스프(BASF)로부터의 블록 코폴리머인 폴리 THF B, 및 랜덤 코폴리머인 폴리 THF R로서 시판되고 있다. 다양한 폴리에테르 중간체는 말단 작용기의 분석에 의해 측정되는 바와 같이, 평균 분자량이 약 700 이상, 예를 들어 약 700 내지 약 10,000, 바람직하게는 약 1000 내지 약 5000, 및 바람직하게는 약 1000 내지 약 2500인 수평균 분자량(Mn)을 갖는다. 바람직한 특정 폴리에테르 중간체는 2000 Mn 및 1000 Mn PTMEG의 블렌드(blend)와 같은, 둘 이상의 상이한 분자량의 폴리에테르의 블렌드이다.
본 발명의 가장 바람직한 구체예는 아디프산과 1,4-부탄디올 및 1,6-헥산디올의 50/50 블렌드의 반응으로부터 제조된 폴리에스테르 중간체를 사용한다.
본 발명의 폴리카르보네이트-기반 폴리우레탄 수지는, 디이소시아네이트를 히드록실 말단 폴리카르보네이트 및 사슬 연장제의 블렌드와 반응시킴에 의해 제조된다. 히드록실 말단 폴리카르보네이트는 글리콜을 카르보네이트와 반응시킴에 의해 제조될 수 있다.
미국 특허 제4,131,731호는 히드록실 말단 폴리카르보네이트 및 이의 제조방법을 기재하고 있고 본원에 참조로서 인용된다. 그러한 폴리카르보네이트는 선형이고 필수적으로 기타 말단 그룹이 제외된 말단 히드록실기를 갖는다. 필수 반응물은 글리콜 및 카르보네이트이다. 적합한 글리콜은 탄소원자가 4 내지 40개 및 바람직하게는 탄소원자가 4 내지 12개인 지환족 및 지방족 디올, 및 각각의 알콕시 그룹이 2 내지 4개의 탄소원자를 갖는 분자 당 알콕시기의 수가 2 내지 20개인 폴리옥시알킬렌 글리콜로부터 선택된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 디올은 탄소원자가 4 내지 12개인 지방족 디올, 예를 들어, 부탄디올-1,4, 펜탄디올-1,4, 네오펜틸 글리콜, 헥산디올-1,6, 2,2,4-트리메틸헥산디올-1,6, 데칸디올-1,10, 수소화된 디리놀레일글리콜, 수소화된 디올레일글리콜; 및 지환족 디올, 예를 들어, 시클로헥산디올-1,3-디메틸올시클로헥산-1,4, 시클로헥산디올-1,4, 디메틸올시클로헥산-1,3, 1,4-엔도메틸렌-2-히드록시-5-히드록시메틸 시클로헥산, 및 폴리알킬렌 글리콜을 포함한다. 당해 반응에 사용되는 디올은 최종 생성물에서 요구되는 성질에 라 단일 디올이거나 디올의 혼합물일 수 있다.
히드록실 말단 폴리카르보네이트 중간체는 일반적으로 당해 기술분야 및 문헌에 공지된 것들이다. 적합한 카르보네이트는 하기 화학식의 5 내지 7원 고리로 이루어진 알킬렌 카르보네이트로부터 선택된다:
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상기 식에서, R은 선형 탄소원자가 2 내지 6개인 포화된 2가 라디칼이다. 본원에 사용하기에 적합한 카르보네이트는 에틸렌 카르보네이트, 트리메틸렌 카르보네이트, 테트라메틸렌 카르보네이트, 1,2-프로필렌 카르보네이트, 1,2-부틸렌 카르보네이트, 2,3-부틸렌 카르보네이트, 1,2-에틸렌 카르보네이트, 1,3-펜틸렌 카르보네이트, 1,4-펜틸렌 카르보네이트, 2,3-펜틸렌 카르보네이트 및 2,4-펜틸렌 카르보네이트를 포함한다.
또한, 본원에서 적절한 것은 디알킬카르보네이트, 지환족 카르보네이트 및 디아릴카르보네이트이다. 디알킬카르보네이트는 각각의 알킬기에서 2 내지 5개의 탄소원자를 함유할 수 있고, 이의 특정 예는 디에틸카르보네이트 및 디프로필카르보네이트이다. 지환족 카르보네이트, 특히 이지환족(dicycloaliphatic) 카르보네이트는 각각의 시클릭 구조에 4 내지 7개의 탄소원자를 함유할 수 있고, 이러한 구조가 1개 또는 2개가 존재할 수 있다. 하나의 기가 지환족인 경우, 다른 하나는 알킬 또는 아릴일 수 있다. 한편, 하나의 기가 아릴인 경우, 다른 하나는 알킬 또는 지환족일 수 있다. 각각의 아릴기에 6 내지 20개의 탄소원자를 함유할 수 있는 디아릴카르보네이트의 바람직한 예는 디페닐카르보네이트, 디톨릴카르보네이트 및 디나프틸카르보네이트이다.
에스테르 상호교환 촉매의 존재 또는 부재하에서 100℃ 내지 300℃의 온도 및 수은 0.1 내지 300 mm의 압력 범위에서 10:1 내지 1:10, 바람직하게 3:1 내지 1:3의 몰 범위에서 글리콜을 카르보네이트, 바람직하게 알킬렌 카르보네이트와 반응시키며 저비등점의 글리콜을 증류 제거함으로써 반응을 수행한다.
더욱 특히, 히드록실 말단 폴리카르보네이트는 2 단계로 제조된다. 제 1 단계에서, 글리콜을 알킬렌 카르보네이트와 반응시켜 저분자량의 히드록실 말단 폴리카르보네이트를 형성한다. 10 내지 30 mmHg, 바람직하게는 50 내지 200 mmHg의 감압하에서 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃에서 증류시켜 보다 낮은 비등점의 글리콜을 제거한다. 분별 컬럼을 사용하여 반응 혼합물로부터 글리콜 부산물을 분리한다. 글리콜 부산물이 컬럼 상부로부터 제거되고 미반응된 알킬렌 카르보네이트 및 글리콜 반응물은 환류로서 반응 용기에 되돌아온다. 비활성 가스 또는 비활성 용매의 흐름이 형성된 글리콜 부산물의 제거를 촉진하기 위해 사용될 수 있다. 수득된 글리콜 부산물의 양이, 히드록실 말단 폴리카르보네이트의 중합도가 2 내지 10의 범위에 있음을 나타내는 경우, 압력을 점진적으로 0.1 내지 10 mmHg로 감소시키고 미반응된 글리콜 및 알킬렌 카르보네이트를 제거한다. 이것이, 반응의 제 2 단계를 개시시키며, 그 동안 요망되는 분자량의 히드록실 말단 폴리카르보네이트가 수득될 때까지, 0.1 내지 10 mmHg의 압력 및 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃에서 형성된 글리콜을 증류시킴으로써 저분자량의 히드록실 말단 폴리카르보네이트가 응축된다. 히드록실 말단 폴리카르보네이트의 분자량(Mn)은 약 500 내지 약 10,000까지 다양할 수 있으나, 바람직한 구체예에서 500 내지 2500의 범위일 것이다.
본 발명의 TPU 폴리머를 제조하기 위한 제 2의 필수 성분은 폴리이소시아네이트이다.
일반적으로, 본 발명의 폴리이소시아네이트는 화학식 R(NCO)n을 지니고, 여기서 n은 일반적으로 2 내지 4이고 조성물이 열가소성이므로 2가 매우 바람직하다. 따라서, 3 또는 4의 작용성을 지니는 폴리이소시아네이트는 매우 소량, 예를 들어 모든 폴리이소시아네이트의 전체 중량에 기초하여 5중량% 미만, 바람직하게는 2중량% 미만으로 사용되는데, 이는 이들이 가교를 야기시키기 때문이다. R은 일반적으로 2 내지 약 20개의 탄소원자를 지니는 방향족, 지환족, 지방족 또는 이들의 조합물일 수 있다. 적절한 방향족 디이소시아네이트의 예는 디페닐 메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI), H12 MDI, m-크실릴렌 디이소시아네이트(XDI), m-테트라메틸 크실릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 페닐렌-1,4-디이소시아네이트(PPDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI) 및 디페닐메탄-3,3'-디메톡시-4,4'-디이소시아네이트(TODI)를 포함한다. 적절한 지방족 디이소시아네이트의 예는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 1,4-시클로헥실 디이소시아네이트(CHDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 1,6-디이소시아나토-2,2,4,4-테트라메틸 헥산(TMDI), 1,10-데칸 디이소시아네이트 및 트랜스-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(HMDI)를 포함한다. 매우 바람직한 디이소시아네이트는 약 3 중량% 미만의 오르토-파라(2,4) 이성질체를 함유하는 MDI이다.
본 발명의 TPU 폴리머를 제조하는데 필요한 제 3 성분은 사슬 연장제이다. 적합한 사슬 연장제는 탄소원자가 약 2개 내지 약 10개인 저급 지방족 또는 단쇄 글리콜이고 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 시클로헥실 디메틸올의 시스-트랜스-이성질체, 네오펜틸 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,3-부탄디올 및 1,5-펜탄디올을 포함한다. 방향족 글리콜이 또한 사슬 연장제로서 사용될 수 있고, 고열 적용을 위해 바람직한 선택이다. 벤젠 글리콜(HQEE) 및 크실레넨 글리콜은 본 발명의 TPU 제조용으로 적합한 사슬 연장제이다. 크실레넨 글리콜은 1,4-디(히드록시메틸)벤젠과 1,2-디(히드록시메틸)벤젠의 혼합물이다. 벤젠 글리콜은 바람직한 방향족 사슬 연장제이고 특히, 히드로퀴논, 즉, 비스(베타-히드록시에틸)에테르(또한, 1,4-디(2-히드록시에톡시)벤젠으로도 공지됨); 레소르시놀, 즉, 비스(베타-히드록시에틸)에테르(또한 1,3-디(2-히드록시에틸)벤젠으로도 공지됨); 카테콜, 즉, 비스(베타-히드록시에틸)에테르(또한, 1,2-디(2-히드록시에톡시)벤젠으로도 공지됨) 및 이의 조합물을 포함한다. 바람직한 사슬 연장제는 1,4-부탄디올이다.
상기 3개의 필수 성분(히드록실 말단 중간체, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제)을 바람직하게 촉매의 존재하에 반응시킨다.
일반적으로, 임의의 통상적인 촉매가 디이소시아네이트를 히드록실 말단 중간체 또는 사슬 연장제와 반응시키는데 사용될 수 있고 이들은 당업계 및 문헌에 널리 공지되어 있다. 적합한 촉매의 예는 비스무트 또는 주석의 다양한 알킬 에테르 또는 알킬 티올 에테르를 포함하고, 여기에서 알킬 부분은 탄소원자가 1 내지 약 20개이고 이의 특정 예는 비스무트 옥토에이트 및 비스무트 라우레이트 등을 포함한다. 바람직한 촉매는 주석 옥토에이트, 디부틸틴 디옥토에이트 및 디부틸틴 디라우레이트 등과 같은 다양한 주석 촉매를 포함한다. 그러한 촉매의 양은 일반적으로 폴리우레탄 형성 모노머의 총 중량을 기준으로 하여 약 20 내지 약 200 ppm (parts per million)과 같이 소량이다.
본 발명의 TPU 폴리머는 당업계 및 문헌에 널리 공지된 임의의 통상적인 중합 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 열가소성 폴리우레탄은 바람직하게, 모든 성분들을 함께 동시에 또는 실질적으로 동시에 가열된 압출기에 첨가하고 반응시켜 폴리우레탄을 형성하는 "원 샷(one shot)" 공정을 통해 제조된다. 히드록실 말단 중간체 및 디올 사슬 연장제의 총 당량에 대한 디이소시아네이트의 당량 비율은 일반적으로 약 0.95 내지 약 1.10이고, 바람직하게는 약 0.97 내지 약 1.03이며, 보다 바람직하게는 약 0.97 내지 약 1.00이다. 형성된 TPU의 쇼어(Shore) A 경도는, 완성된 제품의 가장 바람직한 성질을 달성하기 위해 65A 내지 95A, 및 바람직하게는 약 75A 내지 약 85A여야 한다. 우레탄 촉매를 사용하는 반응 온도는 일반적으로 약 175℃ 내지 약 245℃이고, 바람직하게는 약 180℃ 내지 약 220℃이다. 열가소성 폴리우레탄의 분자량(Mw)은 폴리스티렌 표준과 비교하여 GPC에 의해 측정되는 바와 같이 일반적으로 약 100,000 내지 약 800,000이고, 바람직하게는 약 150,000 내지 약 400,000이고, 바람직하게는 약 150,000 내지 약 350,000이다.
열가소성 폴리우레탄은 또한 예비폴리머 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 예비폴리머 경로에서, 히드록실 말단 폴리에테르 중간체를 일반적으로 과 당량의 하나 이상의 폴리이소시아네이트와 반응시켜 그 안에 유리되거나 미반응된 폴리이소시아네이트를 갖는 예비폴리머 용액을 형성한다. 반응은 적합한 우레탄 촉매의 존재하에 일반적으로 약 80℃ 내지 약 220℃의 온도 및 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 200℃의 온도에서 수행된다. 이어서, 상기된 바와 같은 선택적인 유형의 사슬 연장제가 일반적으로 임의의 유리되거나 미반응된 디이소시아네이트 화합물 뿐만 아니라 이소시아네이트 말단기와 일반적으로 동일한 당량으로 첨가된다. 따라서 히드록실 말단 중간체 및 사슬 연장제의 총 당량에 대한 총 디이소시아네이트의 전체 당량 비율은 약 0.95 내지 약 1.10, 바람직하게는 약 0.98 내지 약 1.05이고, 보다 바람직하게는 약 0.99 내지 약 1.03이다. 사슬 연장제에 대한 히드록실 말단 중간체의 당량 비율은 65A 내지 95A, 바람직하게는 75A 내지 85A 쇼어 강도를 제공하도록 조정된다. 사슬 연장 반응의 온도는 일반적으로 약 180℃ 내지 약 250℃이고, 약 200℃ 내지 약 240℃인 것이 바람직하다. 전형적으로, 예비폴리머 경로는 임의의 통상적인 장치에서 수행될 수 있고 압출기가 바람직하다. 따라서, 히드록실 말단 중간체는 압출기의 제 1 부분에서 과 당량의 디이소시아네이트와 반응하여 예비폴리머 용액을 형성하고 이어서 사슬 연장제를 하류 부분에 첨가하여 예비폴리머 용액과 반응시킨다. 임의의 통상적인 압출기를 사용할 수 있고, 압출기에는 길이 대 직경의 비율이 20 이상이고 바람직하게는 25 이상인 장벽 스크류가 장착되어 있다.
유용한 첨가제가 적절한 양으로 사용될 수 있고, 이는 불투명 안료, 착색제, 무기 충전제, 안정화제, 윤활제, UV 흡수제, 가공 보조제 및 요망되는 기타 첨가제를 포함한다. 유용한 불투명 안료는 이산화티탄, 산화아연 및 티타네이트 옐로우를 포함하는 반면, 유용한 틴팅(tinting) 안료는 카본 블랙, 황색 산화물, 갈색 산화물, 로(raw) 및 번트(burnt) 시에나(sienna) 또는 엄버(umber), 산화크로뮴 그린, 카드뮴 안료, 크로뮴 안료 및 기타 혼합된 금속 산화물 및 유기 안료를 포함한다. 유용한 충전제는 규조토(수퍼플로스(superfloss)) 클레이, 실리카, 활석, 운모, 월로스토나이트, 황산바륨 및 탄산칼슘을 포함한다. 요망되는 경우, 산화방지제와 같은 유용한 안정화제가 사용될 수 있고, 이것은 페놀계 산화방지제를 포함하는 반면, 유용한 광안정화제는 유기 포스페이트 및 유기주석 티올레이트(메르캅타이드)를 포함한다. 유용한 윤활제는 금속 스테아레이트, 파라핀 오일 및 아미드 왁스를 포함한다. 유용한 UV 흡수제는 2-(2'-히드록시페놀)벤조트리아졸 및 2-히드록시벤조페논을 포함한다.
또한, 가소제 첨가제는 특성에 영향을 미치지 않으면서 경도를 감소시키기 위해 유리하게 사용될 수 있다.
용융 방사 공정 동안에, 상기된 TPU 폴리머는 가교제로 약하게 가교될 수 있다. 가교제는 폴리이소시아네이트와 반응된 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리카프로락톤, 또는 이들의 혼합물인 히드록실 말단 중간체의 예비폴리머이다. 폴리에스테르 또는 폴리에테르는 가교제를 제조하기 위해 바람직한 히드록실 말단 중간체이며, 폴리에스테르 TPU와 함께 사용되는 경우, 폴리에테르가 가장 바람직하다. 예비폴리머인 가교제는 약 1.0 이상, 바람직하게는 약 1.0 내지 3.0 및 보다 바람직하게는 약 1.8 내지 약 2.2의 이소시아네이트 작용성을 가질 것이다. 특히, 히드록실 말단 중간체의 양 말단이 이소시아네이트로 캡핑되어 이소시아네이트 작용성이 2.0인 것이 바람직하다.
가교제를 제조하기 위해 사용된 폴리이소시아네이트는 TPU 폴리머를 제조하는데 있어서 상기 기재된 바와 같다. MDI와 같은 디이소시아네이트가 바람직한 디이소시아네이트이다.
가교제는 약 1,000 내지 약 10,000 돌턴, 바람직하게는 약 1,200 내지 약 4,000, 더욱 바람직하게는 약 1,500 내지 약 2,800 돌턴의 수평균 분자량(Mn)을 지닌다. 약 1500 이상의 Mn을 지닌 가교제는 보다 양호한 경화 성질(set property)을 제공한다.
TPU 폴리머와 함께 사용된 가교제의 중량%는 약 2.0% 내지 약 20%, 바람직하게는 약 8.0% 내지 약 15%, 및 보다 바람직하게는 약 10% 내지 약 13%이다. 사용된 가교제의 %는 TPU 폴리머 및 가교제의 총 중량을 기준으로 한 중량%이다.
본 발명의 TPU 섬유를 제조하기 위해 바람직한 용융 방사 공정은 압출기에 미리 형성된 TPU 폴리머를 공급하여 TPU 폴리머를 용융시키는 것을 포함하고, 가교제는 TPU 용융물이 압출기로부터 배출되는 지점 근처에 또는 TPU 용융물이 압출기로부터 배출된 이후에 하류에 연속적으로 첨가된다. 가교제는 용융물이 압출기로부터 배출되기 이전에 압출기에 첨가되거나 용융물이 압출기로부터 배출된 이후에 첨가될 수 있다. 용융물이 압출기로부터 배출된 후에 첨가되는 경우, 가교제를 정적 또는 동적 혼합기를 사용하여 TPU 용융물과 혼합시킴으로써 가교제가 TPU 폴리머 용융물에 적절하게 혼합될 수 있도록 보장할 필요가 있다. 압출기로부터 배출된 후, 가교제와 함께 용융된 TPU 폴리머는 매니폴드(manifold)로 유동한다. 매니폴드는 용융 스트림을 상이한 스트림으로 분할하고, 여기서 각각의 스트림은 다수의 방사구로 공급된다. 보통, 매니폴드로부터 유동하는 각각의 상이한 스트림에 대한 용융물 펌프가 있고 각각의 용융물 펌프는 여러 방사구를 공급한다. 방사구는 소형 홀(hole)을 갖고 이를 통해 용융물이 압박되어 방사구로부터 모노필라멘트 섬유 형태로 배출된다. 방사구내 홀의 크기는 섬유의 요망되는 크기(데니어)에 따를 것이다.
TPU 폴리머 용융물은 스핀 팩(spin pack) 어셈블리를 통과할 수 있고 사용된 스핀 팩 어셈블리를 섬유로서 빠져 나온다. 사용된 바람직한 스핀 팩 어셈블리는 어셈블리를 통해 TPU 폴리머의 플러그(plug) 흐름을 제공하는 어셈블리이다. 가장 바람직한 방사 팩 어셈블리는 그 전문이 본원에서 참조로서 포함된 PCT 특허 출원 WO 2007/076380호에 개시된 것이다.
일단 섬유가 방사구에서 나오면, 섬유를 보빈에 권사시키기 전에 냉각시킨다. 섬유를 제 1 고데(godet) 상에서 통과시키고, 피니시 오일(finish oil)을 적용하고, 섬유를 제 2 고데로 진행시킨다. 본 발명의 섬유를 제조하는 공정의 중요한 양태는 섬유가 보빈에 권사되는 상대 속도이다. 상대 속도라 함은 권사 속도와 관련하여 방사구에서 배출되는 용융물의 속도 (용융 속도)를 의미한다. 보통 종래 기술의 TPU 용융 방사 공정에서, 섬유는 용융 속도보다 4배 내지 6배 빠른 속도로 권사된다. 이에 의해 섬유를 연신시키고 스트레치시킨다. 본 발명의 독특한 섬유의 경우, 이렇게 광범한 연신은 바람직하지 않다. 섬유는 공정을 수행하기 위해 용융 속도와 적어도 같은 속도로 권사되어야 한다. 본 발명에 따른 섬유의 경우, 섬유를 용융 속도보다 50% 이하, 바람직하게는 20% 이하, 및 보다 바람직하게는 10% 이하의 더 빠른 속도로 권사시키는 것이 필요하고, 5% 이하의 속도가 양호한 결과를 제공한다. 용융 속도와 같은 권사 속도가 이상적일 것이나, 공정을 수행하기 위해서는 약간 더 높은 권사 속도가 필요한 것으로 여겨진다. 예를 들어, 방사구에서 분당 300 미터의 속도로 배출되는 섬유는 분당 300 내지 315 미터의 속도로 권사되는 것이 가장 바람직할 것이다.
본 발명의 섬유는 다양한 데니어로 제조될 수 있다. 데니어는 섬유 크기를 지정하는 당 분야의 용어이다. 데니어는 9000 미터 섬유 길이의 그램 중량이다. 본 발명의 섬유는 통상적으로 20 내지 600의 데니어 크기, 바람직하게는 40 내지 400 데니어 크기, 및 보다 바람직하게는 70 내지 360 데니어 크기로 제조된다.
본 발명의 공정에 의해 섬유를 제조할 때, 냉각시킨 후 또는 냉각하는 동안 그리고 보빈에 권사되기 직전에 점착 방지제, 예를 들어 피니시 오일, 그 예로서 규소 오일을 섬유의 표면에 일반적으로 첨가한다.
용융 방사 공정의 중요한 양태는 가교제와 TPU 폴리머 용융물을 혼합하는 것이다. 적절하고 균일한 혼합은 균일한 섬유 특성을 달성하고 섬유 파손의 발생 없이 장기간의 실행 시간을 달성하기 위해 중요하다. TPU 용융물 및 가교제의 혼합은 플러그-유동, 즉 선입 선출을 달성하는 방법이어야 한다. 적당한 혼합은 동적 혼합기 또는 정적 혼합기를 이용하여 달성될 수 있다. 정적 혼합기는 세척하기가 더욱 어려우므로, 동적 혼합기가 바람직하다. 공급 스크류 및 혼합 핀을 지니는 동적 혼합기가 바람직한 혼합기이다. 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 제 6,709,147호에는 이러한 혼합기가 기재되어 있고, 이는 회전할 수 있는 혼합 핀을 지닌다. 또한, 혼합 핀은 고정된 위치에 있을 수 있고, 예를 들어 혼합기의 배럴에 부착되어 공급 스크류의 중심선 쪽으로 연장될 수 있다. 혼합 공급 스크류는 쓰레드(thread)에 의해 압출기 스크류의 단부에 부착될 수 있고, 혼합기의 하우징은 압출기 기계에 대해 볼트로 고정될 수 있다. 동적 혼합기의 공급 스크류는 용융물의 플러그-유동을 달성하기 위해 매우 적은 역혼합과 함께 점진적 방식으로 폴리머 용융물을 이동시키는 설계이어야 한다. 혼합 스크류의 L/D는 3 이상 내지 30 미만, 바람직하게는 약 7 내지 약 20, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 12이어야 한다.
TPU 폴리머 용융물과 가교제가 혼합되는 혼합 구역내의 온도는 약 200℃ 내지 약 240℃, 바람직하게는 약 210℃ 내지 약 225℃이다. 이들 온도는 폴리머를 분해시키지 않으면서 반응을 일으키기 위해 필요하다.
형성된 TPU는 용융물 방사 공정 동안 가교제와 반응하여 약 200,000 내지 약 800,000, 바람직하게는 약 250,000 내지 약 500,000, 더욱 바람직하게는 약 300,000 내지 약 450,000의 분자량(Mw)의 최종 섬유 형태의 TPU를 제공한다.
방사 온도(방사구에서의 폴리머 용융물의 온도)는 폴리머의 용융점보다 높아야 하고, 바람직하게는 폴리머의 용융점보다 약 10℃ 내지 약 20℃ 높아야 한다. 보다 나은 방사를 위해 보다 높은 방사 온도가 사용될 수 있다. 그러나, 방사 온도가 너무 높은 경우, 폴리머가 분해될 수 있다. 따라서, TPU 폴리머의 용융점보다 약 10℃ 내지 약 20℃ 높은 것이 폴리머의 분해 없이 우수한 방사의 균형을 달성하기 위해 최적이다. 방사 온도가 너무 낮은 경우, 폴리머가 방사구 내에서 응고되어 섬유 파손을 일으킬 수 있다.
본 발명의 독특한 섬유는 100% 내지 200% 연신율의 로딩 및 언로딩 사이클에서 비교적 균일하고/거나 일정한 모듈러스를 지닌다. 상기 균일한 모듈러스는 로딩 사이클에서는 100% 연신율에서 데니어 당 0.023 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.036 미만의 그램-포스, 200% 연신율에서 데니어 당 0.053 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되고; 언로딩 사이클에서는 200% 연신율에서 데니어 당 0.027 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.018 미만의 그램-포스, 및 100% 연신율에서 데니어 당 0.015 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되며, 이러한 모든 데이터는 360 데니어 섬유로부터 수집되었다.
상기 균일한 모듈러스는 또한 로딩 사이클에서 100% 연신율에서 데니어 당 0.158 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.207 미만의 그램-포스, 200% 연신율에서 데니어 당 0.265 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되고; 언로딩 사이클에서 200% 연신율에서 데니어 당 0.021 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.012 미만의 그램-포스, 및 100% 연신율에서 데니어 당 0.008 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되며, 이러한 모든 데이터는 70 데니어 섬유로부터 수집되었다.
상기 모듈러스 값을 수득하기 위해 수행된 표준 시험 과정은 탄성 얀에 대해 듀퐁(DuPont)에서 개발한 것이었다. 이러한 시험은 섬유를 일련의 5 사이클에 적용시킨다. 각각의 사이클에서, 섬유를 300%의 연신율로 스트레칭하고, 일정한 신장률(본래의 게이지 길이 내지 300% 연신율 사이)을 사용하여 이완시켰다. % 세트는 5번째 사이클 이후에 측정하였다. 이후, 섬유 견본을 6번째 사이클에 통과시키고, 파손되도록 스트레칭시켰다. 장치는 각각의 신장에서의 로드(파손되기 전 가장 높은 로드) 및 데니어 당 그램-포스의 단위로 파손 로드 뿐만 아니라 파손 연신율 및 최대 로드에서의 연신율을 기록한다. 시험은 보통 실온 (23℃±2℃; 및 50%±5% 습도)에서 수행되었다.
본 발명의 섬유는 400% 이상, 및 바람직하게는 약 450 내지 500%의 파손 연신율을 지닌다. 섬유는 둥근 형상의 모노필라멘트이다. 도 2를 참조하면, 70 데니어 모노필라멘트 섬유가 단면 형상에 있어서 실제 둥근 것이 확인될 수 있다. 도 1은 더 큰 단면 너비를 갖는 70 데니어 모노필라멘트 건식 방사 섬유를 나타낸다.
도 3은 건식 방사 섬유를 본 발명의 용융 방사 섬유와 비교한 그래프를 도시한다. 그래프는 데니어 (X축) 대 섬유 폭 제곱 (제곱 미크론)을 플롯팅한다. 상기 그래프는 본 발명의 용융 방사 섬유가 그래프 상에서 일정한 기울기를 갖는 반면, 건식 방사 섬유는 지수적으로 증가하는 기울기를 지님을 나타낸다. 더 얇아서 착용자에게 보다 편안할 수 있는 본 발명의 섬유로 직물이 제조될 수 있다는 결과이다.
본 발명의 섬유의 또 다른 중요한 특징은 이것이 건식 방사 섬유에 비해 직물에서 개선된 파열 강도를 나타낸다는 것이다.
상기 특징은 ASTM D751에 따라 1인치 직경의 볼을 사용하여 볼 파열 (Ball Burst) 천공 강도 시험을 수행함에 의해 제시될 수 있다. 상기 시험은 직물을 통한 핑거 푸싱(finger pushing)을 자극하여 구멍을 형성할 것이다. 본 발명의 섬유가 파열 강도에 있어서 건식 방사 폴리우레탄 섬유에 비해 약 50 내지 75%의 개선을 나타냈다는 것은 매우 놀라웠다. 심지어 섬유의 인장 강도가 거의 동일한 경우에도 이렇게 개선된 파열 강도가 존재한다.
본 발명의 섬유는 또한 보다 높은 열 용량을 지닌다. 균일한 모듈러스 곡선, 더 높은 열 용량 및 성긴 게이지의 조합은 의복 착용자에게 편안한 느낌을 주는 본 발명의 섬유로 제조된 직물을 생산한다.
본 발명의 섬유를 이용하여 제조된 직물은 편직 또는 제직에 의해 제조될 수 있다. 종종 TPU 섬유와 함께 다른 섬유를 이용하여 직물을 제조하는 것이 바람직하다. 본 발명의 탄성 섬유와 함께 경질 섬유를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 나일론 및/또는 폴리에스테르와 같은 경질 섬유가 바람직하다. 경질 섬유는 100% 탄성 섬유 직물에 비해 직물의 스낵(snag) 내성을 개선시킨다. 바람직한 직물은 140 데니어 TPU/70 데니어 나일론의 가닥을 140 데니어 TPU (1-1 직물로서 지칭됨)의 가닥 또는 140 데니어 TPU/70 데니어 나일론의 가닥과 교대시킨 후에 2가닥의 140 데니어 TPU (1-2 직물로서 지칭됨)와 교대시키는 것과 같이, 섬유의 교대를 이용하여 편직된 것이다.
본 발명의 직물로 의복을 제조할 수 있다. 직물의 가장 바람직한 용도는 섬유에 의해 제공된 편안함으로 인해 속옷 또는 타이트 피팅 의복을 제조하는데 있다. 브래지어와 같은 속옷 및 T-셔츠뿐 아니라 러닝, 스킹, 사이클링 또는 그 밖의 스포츠와 같은 활동에 사용되는 스포츠 웨어는 이러한 섬유의 특성으로부터 이익을 얻을 수 있다. 섬유가 체온에 도달하면 모듈러스가 한층 낮아지므로, 다음에 몸에 착용한 의복은 이러한 섬유의 균일한 모듈러스의 이익을 얻는다. 타이트하게 느껴지는 의복은 섬유가 체온에 도달한 지 약 30초 내지 5분 후에 더욱 편안해질 것이다. 임의의 의복이 본 발명의 직물 및 섬유로부터 제조될 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예시적인 구체예는 제직된 직물로 제조된 브래지어 어깨끈 및 편직된 직물로 제조된 브래지어의 윙일 것이고, 둘 모두는 본 발명의 용융 방사 TPU 섬유를 함유하는 제직되고 편직된 직물이다. 브래지어 끈은 직물이 탄성이므로 조정가능한 버클을 필요로 하지 않을 것이다.
본 발명은 하기 실시예를 참조하여 보다 잘 이해될 것이다.
실시예
실시예에 사용된 TPU 폴리머는 폴리에스테르 히드록실 말단 중간체(폴리올)를 1,4-부탄디올 사슬 연장제 및 MDI와 반응시켜 제조되었다. 폴리에스테르 폴리올은 아디프산을 1,4-부탄디올과 1,6-헥산디올의 50/50 혼합물과 반응시킴에 의해 제조되었다. 폴리올의 Mn은 2500이다. TPU를 원-샷 공정에 의해 제조하였다. 방사 공정 동안 TPU에 첨가된 가교제는, 1000 Mn PTMEG를 MDI와 반응시켜 이소시아네이트로 말단 캡핑된 폴리에테르를 생성시킴에 의해 제조된 폴리에테르 예비폴리머였다. 가교제를 TPU와 가교제를 합친 중량의 10 중량%의 수준으로 이용하였다. 섬유를 용융 방사시켜 실시예에 사용된 40, 70, 140 및 360 데니어 섬유를 제조하였다.
실시예 1
본 실시예는 현존하는 종래의 용융 방사 TPU 섬유 (40 데니어) 및 시중의 건식 방사 섬유 (70 데니어)에 비해 본 발명의 섬유 (70 데니어)의 비교적 균일한 모듈러스 곡선을 나타내기 위해 제공되었다.
사용된 시험 절차는 탄성 특성을 시험하기 위해 상기 개시된 바와 같았다. Merlin 소프트웨어를 구비한 Instron 모델 5564 장력계를 이용하였다. 시험 조건은 23℃±2℃ 및 50%±5% 습도였다. 시험 견본의 섬유 길이는 50.0mm였다. 네 개의 견본을 시험하였고, 결과는 시험된 4개 견본의 평균치이다. 그 결과를 표 1에 제시한다.
표 I
Figure 112012006183612-pct00002
상기 데이터 모두는 시험된 4개 견본에 대한 평균치이다.
상기 데이터로부터, 본 발명의 용융 방사 섬유가 5회의 시험 사이클 동안 비교적 균일한 모듈러스 곡선을 지님을 알 수 있다. 첫 번째 사이클은 보통 무시되는데, 그 이유는 이것이 섬유에서의 응력을 완화시키기 때문이다.
실시예 2
본 실시예는 시중의 건식 방사 섬유에 비해 본 발명의 용융 방사 섬유의 폭을 나타내기 위해 제공되었다. SEM에 의해 폭을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 II에 제시한다.
표 II
Figure 112012006183612-pct00003
확인할 수 있는 바와 같이, 건식 방사 섬유는 훨씬 높은 폭을 지니며 데니어가 증가할수록 차이는 더 커졌다.
실시예 3
본 실시예는 시중의 건식 방사 폴리우레탄 섬유에 비해 본 발명의 용융 방사 TPU 섬유의 개선된 파열 강도를 나타내기 위해 제공되었다. 각 유형의 섬유로부터 시그넬 저지 (signel Jersey) 니트 직물을 제조하기 위해 70 데니어 섬유를 이용하였다. 상기 직물을 ASTM D751에 따라 파열 천공 강도에 대해 시험하였다. 그 결과를 하기 표 III에 제시한다. 하기 결과는 시험된 5개 샘플의 평균이다.
표 III
Figure 112012006183612-pct00004
본 발명의 용융 방사 섬유가 건식 방사 섬유보다 높은 인장 강도를 지니지는 않았으나, 용융 방사 섬유의 파열 강도가 더 높다는 것은 매우 놀라웠다.
특허 법령에 따라, 최선의 방식 및 바람직한 구체예를 기술하였으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구범위에 의해 제한된다.

Claims (22)

  1. 가교된 열가소성 폴리우레탄으로부터 만들어진 용융 방사 탄성 섬유로서, 상기 섬유는 400% 이상의 최종 연신율을 지니고,
    상기 용융 방사 탄성 섬유는 로딩 사이클에서는
    (i) 100% 연신율에서 데니어 당 0.023 그램-포스(0.226 mN) 미만,
    (ii) 150% 연신율에서 데니어 당 0.036 그램-포스(0.353 mN) 미만, 및
    (iii) 200% 연신율에서 데니어 당 0.053 그램-포스(0.520 mN) 미만의 응력을 나타내고;
    언로딩 사이클에서는
    (i) 200% 연신율에서 데니어 당 0.027 그램-포스(0.265 mN) 미만,
    (ii) 150% 연신율에서 데니어 당 0.018 그램-포스(0.177 mN) 미만, 및
    (iii) 100% 연신율에서 데니어 당 0.015 그램-포스(0.147 mN) 미만의 응력을 나타내며,
    상기 열가소성 폴리우레탄은
    (a) 500 내지 10,000의 수평균 분자량을 갖는 선형 히드록실기로 말단 캡핑된 폴리에스테르;
    (b) 폴리이소시아네이트; 및
    (c) 2 내지 10 탄소원자를 가지는 글리콜 사슬 연장제를 포함하는 혼합물로부터 제조되는 것인, 용융 방사 탄성 섬유.
  2. 제 1항에 있어서, 40 데니어(denier) 모노필라멘트 섬유가 100 미크론 미만의 폭을 지니는 용융 방사 탄성 섬유.
  3. 제 1항에 있어서, 70 데니어의 상기 섬유가 직물로 제조되고, 상기 직물이 ASTM D751에 따라 천공 강도(puncture strenth)에 대해 시험되며, 상기 직물이 6 파운드를 초과하는 파손 로드(load at failure)를 지니는 용융 방사 탄성 섬유.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 섬유가 폴리에테르 가교제로 가교된 용융 방사 탄성 섬유.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄이 200,000 내지 700,000 돌턴의 중량 평균 분자량을 지니는 용융 방사 탄성 섬유.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 가교제가 상기 열가소성 폴리우레탄과 상기 가교제를 합친 중량의 5 내지 20 중량%인 용융 방사 탄성 섬유.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 가교제가 상기 열가소성 폴리우레탄과 상기 가교제를 합친 중량의 8 내지 12 중량%인 용융 방사 탄성 섬유.
  10. 제 1항에 따른 용융 방사 탄성 섬유를 포함하는 직물.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 직물이 경질 섬유를 더 포함하고, 상기 경질 섬유는 나일론 및 폴리에스테르로 구성된 군으로부터 선택된 것인 직물.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 직물은 각각이 경질 섬유인 열가소성 폴리우레탄 섬유 2가닥으로 만들어지는 것인 직물.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 섬유가 20 내지 600 데니어를가지는 것인 직물.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 섬유가 70 내지 360 데니어를 가지는 것인 직물.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 경질 섬유가 70 데니어를 가지며, 상기 열가소성 폴리우레탄 섬유가 140 데니어를 가지는 것인 직물.
  16. 제 10항의 직물을 포함하는 의류 제품.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제품이 속옷인 의류 제품.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제품이 브래지어인 의류 제품.
  19. 제 1항에 따른 탄성 섬유를 생산하는 방법으로서,
    (a) 열가소성 폴리우레탄을 방사구를 통해 용융 방사시키고;
    (b) 탄성 섬유를, 방사구를 나가는 용융된 폴리머의 방사 속도보다 50% 이하의 더 빠른 권사 속도로 보빈에 권사시키는 것을 포함하는, 탄성 섬유를 생산하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 권사 속도는 방사구를 나가는 용융된 폴리머의 방사 속도보다 20% 이하로 더 빠른 속도인, 탄성 섬유를 생산하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 권사 속도는 방사구를 나가는 용융된 폴리머의 방사 속도보다 10% 이하로 더 빠른 속도인, 탄성 섬유를 생산하는 방법.
  22. 삭제
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