TWI526479B - 高強度彈性不織布 - Google Patents

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Description

高強度彈性不織布
本發明係關於由輕度交聯之熱塑性聚胺基甲酸酯所製造之高強度彈性不織布。交聯劑可降低聚胺基甲酸酯的熔體黏度，而可藉由熔噴或紡結方法來形成更小直徑的纖維。不織布可以進一步的熔融處理，以形成具有孔洞的薄膜。本發明亦關於來自已交聯熱塑性聚胺基甲酸酯之織物所製得的薄膜，以及由未交聯熱塑性聚胺基甲酸酯不織布所製得的薄膜。
已知熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物(TPU)可以加工成不織布。這種不織布可藉由已知的熔噴或紡結之類的方法來製造。這些方法係將聚合物在擠壓機中熔融並且將聚合物熔體通過具有數個孔洞的模具。由模具中的每一個孔洞形成一股纖維。將高速空氣施加於纖維附近，其拉長纖維並且使得它們在模具下方的輸送帶上以隨機排列的方式沈積。
TPU聚合物具有許多優點，如具有彈性、能夠穿透濕氣、良好的物理性質、透氣性、及高耐磨性。
不織布可以有許多用途。如果不織布可由小纖維製成，則其應用的領域可以擴充。因此，TPU聚合物熔體的較高黏度會在非編織方法中成為製造小纖維的障礙。如果增加熔體的溫度，熔體會變的比較不黏，但是物理性質卻受損，因為聚合物在較高溫度下易傾向於解聚合。如塑化劑之類的添加劑可降低黏度，但是也會不利於物理性質，並且在一些應用方面會產生問題。
由於降低聚合物熔體黏度可以達到較高的聚合物產出量及較大的拉細效果，因此這也是希望看到的。
希望能有一種添加劑，其可降低TPU聚合物熔體黏度，因此允許纖維能夠被紡紗的更快且為更小的尺寸，同時又能選擇性地提高不織布織維的物理性質。
本發明的目的之一是提供一種由TPU製造的不織布，其具有高的抗拉強度並且是彈性的。
一種示範性的不織布係藉由將交聯劑添加至TPU聚合物熔體中來製造。這種交聯劑的用量為5至20重量%，其係以TPU聚合物和交聯劑之總重量為基準。
交聯劑降低TPU聚合物熔體的熔體黏度，使得纖維以較小的直徑排出模具，並且允許更大的拉細作用。
在一個示範性實施實例中，不織布是藉由熔噴或者紡結方法來生產。
在另一個示範性實施實例中，不織布被進一步熔融加工，以緊密該織物，使得織物中的空氣通道減少。空氣通道被降低至可形成薄膜的程度。
在另外一個示範性實施實例中，不織布被砑光成固態膜。
在另一個示範性實施實例中，將未交聯的TPU不織布進一步熔融處理，以產生一種薄膜。
本發明之不織布係由熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物(TPU)所製造。
在本發明中所使用之TPU聚合物類型可以是本領域及文獻中已知的任何一種傳統TPU聚合物，只要TPU聚合物具有足夠的分子量。TPU聚合物一般是以一或多種鏈伸長劑，使聚異氰酸酯與例如羥基終端聚酯、羥基終端聚醚、羥基終端聚碳酸酯或其混合物之類的中間體反應來製備，對於習於本技術領域者而言，這些全部為已知。
羥基終端聚酯中間體一般是數目平均分子量(Mw)為約500至約10,000的直鏈聚酯，較佳為約700至約5,000，並且更佳為約700至約4,000，且酸值一般係少於1.3且較佳為少於0.8。分子量是由官能端基的分析來測定，並且與數目平均分子量有關。聚合物是由(1)一或多種二醇與一或多種二羧酸或酸酐的酯化反應或是(2)轉酯化反應，亦即一或多種二醇與二羧酸之酯類的反應，來生產。通常以超過一莫耳乙醇對酸的莫耳數比為較佳，以獲得具有羥端基優勢的直鏈。適合的聚酯中間體還包括各種內酯，如聚己丙酯，一般係由e-己內酯和一種雙官能起始劑(如二乙二醇)所製成。所需聚酯的二羧酸可以是脂肪族、環脂族、芳香族、或其組合。適合的二羧酸可以單獨使用或者是以混合物的形式使用，一般係具有總共4至15個碳原子，且包括：丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、十二烷二酸、異酞酸、對酞酸、環己二羧酸等。也可以使用上述二羧酸的酸酐，如酞酸酐、四氫酞酸酐、等。己二酸為較佳的酸。進行反應而形成所需聚酯中間體之二醇可以是脂肪族、芳香族、或其組合，具有總共2至12個碳原子，且包括乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,4-環己烷二甲醇、1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇、等，其中以1,4-丁二醇為較佳的二醇。
羥基終端聚醚中間體為衍生自具有總共2至15個碳原子之二元醇或多元醇(較佳為烷基二醇或二醇)之聚醚多元醇，其係與包含具有2至6個碳原子之環氧烷(一般為環氧乙烷或環氧丙烷或其混合物)的醚類反應。舉例來說，羥基官能聚醚可以藉由先將丙二醇與環氧丙烷反應接著再與環氧乙烷反應而製得。來自環氧乙烷的一級羥基比二級羥基更具活性，因此為較佳的選擇。可用的商用聚醚多元醇包括：包含環氧乙烷與乙二醇反應之聚(乙二醇)、包含環氧丙烷與丙二醇反應之聚(丙二醇)、包含水與四氫呋喃反應之聚(四甲基二醇)(PTMEG)。聚四甲基醚二醇(PTMEG)為較佳的聚醚中間體。聚醚多元醇還包括環氧烷之聚醯胺加成物，並且可以包括，例如，含有乙二胺和環氧丙烷之反應產物的乙二胺加成物、含有二乙三胺和環氧丙烷之反應產物的二乙三胺加成物、以及類似的聚醯胺類聚醚多元醇。也可在本發明中使用共聚醚。典型的共聚醚包括THF與環氧乙烷或者是THF與環氧丙烷的反應產物。這些可獲自BASF的聚THF B(一種嵌段共聚物)及聚THF R(一種無規共聚物)。各種聚醚中間體一般具有的數目平均分子量(Mw)係以官能端基的分析來測定，其平均分子量大於約700，如約700至約10,000，希望為約1000至約5000，並且較佳為約1000至約2500。特佳的聚醚中間體為兩種或以上不同分子量之聚醚的摻合物，如2000 Mn及1000 Mn PTMEG之摻合物。
本發明之最佳實施實例係使用由己二酸與重量比為50/50之1,4-丁二醇和1,6-己二醇摻合物進行反應所製成之聚酯中間體。此摻合物也可以是莫耳數比為50/50的二醇摻合物。
本發明之聚碳酸酯系聚胺基甲酸酯樹脂係使二異氰酸酯與羥基終端聚碳酸酯和鏈伸長劑之摻合物進行反應來製備。羥基終端聚碳酸酯可以藉由使二醇與碳酸酯反應來製備。
美國專利4,131,731號經由引用方式將其對於羥基終端聚碳酸酯及其製備的揭露內容併入本文。此類聚碳酸酯為直鏈且具有羥端基，並且基本上不包括其它端基。基本的反應物為二醇和碳酸酯。適合的二醇係選自含有4至40個碳原子，較佳為4至12個碳原子的環脂族及脂肪族二醇；以及選自每個分子含有2至20個烷氧基之聚氧伸烷基二醇，其中每一個烷氧基含有2至4個碳原子。適合用於本發明的二醇包括含有4至12個碳原子的脂肪二醇，如丁二醇-1,4、戊二醇-1,4、新戊二醇、己二醇-1,6、2,2,4-三甲基己二醇-1,6、癸二醇-1,10、氫化雙亞麻油基二醇、氫化二油基二醇；以及環脂二醇，如環己烷二醇-1,3、二羥甲基環己烷-1,4、環己二醇-1,4、二羥甲基環己烷-1,3、1,4-內亞甲-2-羥基-5-羥甲基環己烷、和聚伸烷二醇。在反應中所使用的二醇可以是單一的二醇或者是二醇混合物，端視最終產物所需的性質而定。
羥基終端的聚碳酸酯中間體為在此技術領域或是文獻中已知者。適合的碳酸酯係選自由5至7員環所構成之碳酸伸烷酯，其具有下列通式：
其中R為含有2至6個直鏈碳原子的飽和二價自由基。適合用於此的碳酸酯包括碳酸伸乙酯、碳酸三亞甲酯、碳酸四亞甲酯、1,2-碳酸伸丙酯、1,2-碳酸伸丁酯、2,3-碳酸伸丁酯、1,2-碳酸伸乙酯、1,3-碳酸伸戊酯、1,4-碳酸伸戊酯、2,3-碳酸伸戊酯、及2,4-碳酸伸戊酯。
同樣適合的還包括碳酸二烷酯、碳酸環脂酯、及碳酸二芳酯。碳酸二烷酯可在每一個烷基上含有2至5個碳原子，並且其特殊實例為碳酸二乙酯和碳酸二丙酯。碳酸環脂酯，特別是碳酸二環脂酯，可在每一個環狀結構中含有4至7個碳原子，並且其可以有一或兩個此種結構。當一個基團為環脂基時，其它可為烷基或芳基。另一方面，如果一個基團為芳基時，其它可為烷基或環脂基。碳酸二芳酯(其在每一個芳基可含有6至20個碳原子)的較佳實例為碳酸二苯酯、碳酸二甲苯酯、及碳酸二萘酯。
此反應係藉由使二醇與碳酸酯(較佳為碳酸伸烷酯)在有或沒有酯交換觸媒存在的情況下進行反應，同時以蒸餾方式去除低沸二醇，其莫耳數範圍為10:1至1:10，但更佳為3:1至1:3，溫度為100℃至300℃，且壓力是在0.1至300毫米汞柱的範圍內。
說的更明確一點，羥基終端聚碳酸酯係以兩階段的方式來製備。在第一階段，二醇係與碳酸伸烷酯反應以形成一種低分子量的羥基終端聚碳酸酯。在100℃至300℃(較佳為150℃至250℃)及10至30 mm Hg(較佳為50至200 mm Hg)的減壓條件下進行蒸餾，以去除較低沸點的二醇。使用分餾塔將二醇副產物由反應混合物中分離出來。二醇副產物係由塔頂取出，並且將未反應的碳酸伸烷酯和二醇反應物以迴流的形式回送至反應容器中。可以使用惰性氣體或惰性溶劑流，以便於二醇副產物在形成時就予以移除。當所獲得二醇副產物的數量指出羥基終端聚碳酸酯的聚合反應程度是在2到10的範圍內時，壓力係逐漸降低為0.1至10 mm Hg，並且未反應的二醇和碳酸伸烷酯被移除。這標示了反應第二階段的開始，在此期間，藉由二醇在100℃至300℃(較佳為150℃至250℃)及0.1至10 mm Hg的壓力下形成時將其餾出的方式，使低分子量羥基終端聚碳酸酯縮合，直到得到所需分子量的羥基終端聚碳酸酯為止。羥基終端聚碳酸酯的分子量(Mn)可以在約500至約10,000的範圍內變動，但是在較佳實施實例中，其係在500至2500的範圍內。
製造本發明之TPU聚合物的第二種必需成分為聚異氰酸酯。
本發明之聚異氰酸酯一般的化學式為R(NCO)n，n一般為2到4，由於此種組成物為熱塑性，因此以2為最佳。因此，具有官能性為3或4的聚異氰酸酯的使用量非常小，例如少於5重量%，並且希望能少於2重量%，其係以聚異氰酸酯的總重量為基準，因為它們會引起交聯。R可以是芳香基、環脂基、和脂基、或其組合，一般具有總共2至約20個碳原子。適合之芳香二異氰酯實例包括二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯(MDI)、H12 MDI、間-苯二甲基二異氰酸酯(XDI)、間-四甲基苯二甲基二異氰酸酯(TMXDI)、對苯二異氰酸酯(PPDI)、1,5-萘二異氰酸酯(NDI)、及二苯甲烷-3,3’-二甲氧基-4,4’-二異氰酸酯(TODI)。適合之脂肪二異氰酸酯包括異佛酮二異氰酸酯(IPDI)、1,4-環己基二異氰酸酯(CHDI)、六亞甲二異氰酸酯(HDI)、1,6-二異氰酸基-2,2,4,4-四甲基己烷(TMDI)、1,10-癸烷二異氰酸酯、及反式-二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)。特佳的二異氰酸酯為含有少於約3重量%鄰-對(2,4)同分異構物之MDI。
製造本發明之TPU聚合物的第三種必需成分為鏈伸長劑。適合的鏈伸長劑為具有約2至約10個碳原子的低碳脂肪族或短鏈二醇，並且包括例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、三乙二醇、環己基二羥甲基的順-反式異構物、新戊二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,3-丁二醇及1,5-戊二醇。也可使用芳香二醇做為鏈伸長劑，並且其對於高熱應用而言為較佳的選擇。苯二醇(HQEE)及苯二甲醇為適合用於製造本發明之TPU的鏈伸長劑。苯二甲醇為1,4-二(羥甲基)苯和1,2-二(羥甲基)苯之混合物。苯二醇為較佳的芳香鏈伸長劑，並且特別是包括對苯二酚，亦稱為1,4-二(2-羥乙氧基)苯的雙(β-羥乙基)醚；間苯二酚，亦即亦稱為1,3-二(2-羥乙基)苯的雙(β-羥乙基)醚；鄰苯二酚，亦稱為1,2-二(2-羥乙氧基)苯的雙(β-羥乙基)醚；及其組合。較佳的鏈伸長劑為1,4-丁二醇。
上述的三種必要成分(羥基終端中間體、聚異氰酸酯、及鏈伸長劑)較佳是在有觸媒存在的情況下反應。
一般而言，任何傳統的觸媒都可用來使二異氰酸酯與羥基終端中間體或鏈伸長劑反應，並且其為本技術領域及文獻中已知者。適合之觸媒實例包括鉍或錫的各種烷基醚或烷基硫醚，其中烷基的部分具有1至約20個碳原子，特殊實例包括辛酸鉍、月桂酸鉍等。較佳的觸媒包括各種錫觸媒，如辛酸亞錫、二辛酸二丁錫、二月桂酸二丁錫等。此類觸媒的數量通常都相當小，例如約百萬分之20至約200，其係以形成單體之聚胺基甲酸酯的總重量為基準。
本發明的TPU聚合物可以藉由本技術領域及文獻中已知的任何一種傳統聚合方法來製造。
本發明的熱塑性聚胺基甲酸酯較佳是經由「一次性」方法來製造，其中所有成分被一起同時或幾乎同時添加至加熱擠壓機中，並反應形成聚胺基甲酸酯。二異氰酸酯相對於羥基終端中間體和二醇鏈伸長劑之總當量數的當量比一般為約0.95至約1.10之間，希望為約0.97至約1.03，較佳為約0.97至約1.00。所形成TPU的蕭氏A硬度通常為65A至95A，並且較佳為約75A至約85A，以達到成品最希望具有的性質。使用胺甲酸乙酯觸媒的反應溫度一般為約175℃至約245℃，並且較佳為約180℃至約220℃。熱塑性聚胺基甲酸酯的分子量(Mw)一般為約100,000至約800,000道耳吞，並且希望為約150,000至約400,000，較佳為約150,000至約350,000，其係藉由以聚苯乙烯為標準的GPC來進行量測。
也可使用預聚物方法來製備熱塑性聚胺基甲酸酯。在預聚物的途徑中，羥基終端中間體一般係與一或多種當量過量的聚異氰酸酯反應，以形成其中具有自由或未反應聚異氰酸酯的預聚物溶液。一般是在有適合之胺甲酸乙酯觸媒存在的情況下，於約80℃至約220℃的溫度下進行反應，較佳為約150℃至約200℃。接著添加相當於異氰酸酯端基以及任何自由或未反應二異氰酸酯化合物之當量數的鏈伸長劑，其係選自前面所述的鏈伸長劑。二異氰酸酯總當量數相對於羥基終端中間體及鏈伸長劑總當量數之當量比率為約0.95至約1.10，希望是約0.98至約1.05，較佳為約0.99至約1.03。羥基終端中間體相對於鏈伸長劑的當量比率將予以調整，使得得到所需的硬度，如65A至95A，較佳為75A至85A蕭氏硬度。鏈伸長的反應溫度一般為約180℃至約250℃，又以約200℃至約240℃為較佳。一般來說，預聚物途徑可以在任何傳統裝置中進行，其中以擠壓機為較佳。因此，在擠壓機的第一部分中，羥基終端中間體係與當量過量的二異氰酸酯反應，以形成預聚物溶液，接著在下游部分加入鏈伸長劑，並且使其與預聚物溶液反應。可以使用任何傳統的擠壓機，以裝配了具有障壁螺桿的擠壓機為較佳，該螺桿的長度相對於直徑的比至少為20，並且較佳為至少25。
有用的添加劑可以適當的用量來使用，其可視需要包括遮光顏料、著色劑、無機填料、安定劑、潤滑劑、UV吸收劑、加工助劑、及其它添加劑。可用的遮光顏料包括二氧化鈦、氧化鋅、及鈦黃；而可用的著色顏料包括碳黑、黃色氧化物、棕色氧化物、未加工及焙燒之黃土(sienna)或赭土(umber)、氧化鉻綠、鎘顏料、鉻顏料、以及其它混合金屬氧化物和有機顏料。可用的填料包括矽藻土(superfloss)黏土、氧化矽、滑石、雲母、矽灰石、硫酸鋇及碳酸鈣。如有需要，可以使用安定劑，如抗氧化劑，且包括酚類抗氧化劑；可用的光安定劑則是包括有機磷酸鹽，和硫醇有機錫鹽(硫醇鹽)。可用的潤滑劑包括金屬硬脂酸鹽、石蠟油及醯胺蠟。可用的UV吸收劑包括2-(2’-羥基酚)苯並三唑和2-羥基二苯基酮。也可以添加一般的TPU滯焰劑。
也可以使用塑化劑添加劑以利於在不影響性質的狀況下降低硬度，如果它們少量使用的話。較佳是不使用塑化劑。
在製造不織布的熔噴或紡結方法期間，上述的TPU聚合物將與交聯劑稍微交聯。交聯劑為羥基終端中間體(聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚己內酯或其混合物)的預聚物與聚異氰酸酯反應。聚酯或聚醚為製造交聯劑的較佳羥基終端中間體，當與聚酯TPU組合使用時，以聚醚為最佳。交聯劑、預聚物，將具有大於約1.0的異氰酸酯官能度，較佳為約1.0至約3.0，並且更佳為約1.8至約2.2。特佳的是羥基終端中間體的兩端都被異氰酸酯封端，因而具有異氰酸酯官能度為2.0。
用來製造交聯劑的聚異氰酸酯與製造TPU聚合物中所述者相同。二異氰酸酯，如MDI，為較佳的二異氰酸酯。
交聯劑具有的數目平均分子量(Mn)為約750至約10,000道耳吞，較佳為1,200至約4,000，且更佳為約1,500至約2,800。Mn為1500或以上的交聯劑，可提供較佳的成型性質。
與TPU聚合物一起使用之交聯劑的重量百分比為約2.0%至約20%，較佳為約8.0%至約15%，並且更佳為約10%至約13%。所使用交聯劑的百分比係以TPU聚合物及交聯劑總重量為基準的重量百分比。
製造本發明不織布之較佳方法係將預成型的TPU進料至擠壓機、使TPU聚合物熔融並且在靠近TPU熔體排出擠壓機的下游處連續添加交聯劑，或是在TPU熔體已排出擠壓機之後添加交聯劑。交聯劑可以在熔體排出擠壓機之前或是熔體排出擠壓機之後添加至擠壓機中。如果是在熔體排出擠壓機之後添加，必需使用靜態或動態攪拌機將交聯劑與TPU熔體混合，以確保交聯劑能適當的混入TPU熔體中。在排出擠壓之後，將具有交聯劑的熔融TPU聚合物流入歧管。此歧管裝配了一個具有複數個孔洞或開口的模具。各別的纖維經由這些孔洞排出。將熱且高速的空氣吹向纖維側，使的熱纖維得以拉伸，並且使其以隨機排列方式沈積在輸送帶上，以形成不織布墊子。以輸送帶將所形成的不織布墊子帶走，並且捲繞於滾筒上。
不織布製造方法的一個重要面向是TPU聚合物熔體與交聯劑的混合。適當的均勻攪拌對於達成均勻的纖維性質是相當重要的。TPU聚合物熔體與交聯劑的混合必須是能達到栓流(亦即先進先出)的方法。可以用動態攪拌機或靜態攪拌機來達成適當的混合。靜態攪拌機比較難清理；因此，以動態攪拌機為較佳。較佳的攪拌機是具有進料螺桿及插栓(mixing pin)的動態攪拌機。美國專利6,709,147號，經由引用而併入本文，描述了此種攪拌機，並且其具有能夠旋轉的插栓。這種插栓也可以是在固定位置，例如連接於攪拌機的桶子上，並且朝向進料螺桿的中心線延伸。混合進料螺桿可以藉由螺紋附接於擠壓機螺桿的末端，並且攪拌機的外殼可以螺栓在擠壓機上。動態攪拌機之進料螺桿的設計必須使得聚合物熔體以漸進的方式移動，並且只有非常少量逆混合，以達成熔體的栓流。攪拌螺桿的L/D必須是大於3且少於30，較佳為約7至約20，且更佳為約10至約12。
在TPU聚合物熔體與交聯劑混合之混合區域中的溫度為約200℃至約240℃，較佳為約210℃至約225℃。這些溫度是使得反應得以進行又不會降解聚合物所需的溫度。
在擠壓方法期間，所形成的TPU係與交聯劑反應，以產生最終纖維形式中之TPU的分子量(Mw)，為約200,000至約800,000，較佳為約250,000至約500,000，更佳為約300,000至約450,000。
加工溫度(聚合物熔體進入模具時的溫度)必須高於聚合物的熔點，並且較佳係高於聚合物熔點約10℃至約20℃。可使用的熔體溫度愈高，經由模具開口擠壓的效果愈好。然而，如果熔體溫度太高，聚合物可能會降解。因此，為達到良好的擠壓效果又不會使聚合物降解，最適溫度為高於TPU熔點約10℃至約20℃。如果熔體溫度太低，聚合物會在模具開口中固化，並且造成纖維瑕疵。
本發明兩種製造不織布的方法為紡結方法及熔噴方法。對於習於不織布製造技術的人而言，皆已熟知這兩種方法的基本概念。紡結方法通常是將室溫空氣引導至模具附近，產生一種吸力，而由模具拉引出纖維，並且在纖維以隨機方式沈積在輸送帶上之前將其拉伸。對於紡結方法而言，由模具到收集器(輸送帶)的距離可為約1至2米。紡結方法最好是用來製造各別纖維直徑為10微米或更大之不織布，較佳為15微米或更大。熔噴方法通常是使用加壓的熱空氣，例如，400至450℃，以將纖維推出模具，並且在纖維以隨機方式沈積在收集器上之前將其拉伸。對於熔噴方法而言，由模具到收集器的距離會比紡結方法的距離要小，並且通常為0.05至0.75米。熔噴方法與紡結方法相比，其可用來製造更小尺寸的纖維。由熔噴方法所製造纖維的直徑可少於1微米，並且可以小到0.2微米的直徑。當然，兩種方法皆可以製造出比上述直徑更大的纖維。兩種方法使用的是具有數個孔洞的模具，通常每英吋的模寬有大約30至100個孔洞。每英吋的孔洞數目通常是由孔洞的直徑來決定，其亦會決定各別纖維的尺寸。不織布的厚度可以有很大的變動，端視所產生纖維的尺寸及載送不織布之輸送帶的脫離速度而定。熔噴不織布的典型厚度為約0.5密耳至10密耳(0.0127毫米至0.254毫米)。對於以紡結方法製成的不織布而言，典型的厚度為約5密耳至30密耳(0.127毫米至0.762毫米)。厚度可與前面所述的厚度不同，其係由最終用途而定。
上述的交聯劑可達成數個目的。它改善了不織布中之纖維的抗張強度及定型性質。當纖維以不織布墊子的形式存在而彼此接觸時，此種交聯劑也會藉由跨纖維表面的反應而造成纖維之間的黏合。也就是說，當纖維與不織布中的另一種TPU纖維接觸時，這些纖維會被化學黏合。這項特色使得不織布增加了耐用性，使得它更容易處理而不會分離。交聯劑剛開始也會降低TPU熔體的熔體黏度，使得纖維在擠壓期間在模具上頭壓較小。降低模頭壓力可使得熔體以更快的速度流過模具，並且可製造出更小直徑的纖維。舉例而言，約12-14重量%的交聯劑含量可降低模頭壓力約50%。在第1圖中，係關於模頭壓力相對於交聯劑之重量百分比的圖形。
本發明的不織布可以被進一步加工處理，例如進行砑光。加熱的砑光輥可以壓縮不織布以降低厚度及降低織物中空氣通道的大小。經壓縮的不織布可用來做為各種應用中所使用的薄膜，例如過濾。可以將不織布砑光而消除所有空氣的空間，並且形成一種固態膜。
本發明可使得用來組成不織布的纖維變得非常小，例如少於1微米。這種小尺寸的纖維可讓被壓縮不織布的空氣通道變的非常小，使得這種不織布可用於許多不同的最終用途，例如過濾或是透氣性佳的衣服。纖維的直徑愈小，能夠達到之孔洞大小也就愈小。
本發明的另一個實施實例是關於由已交聯的TPU不織布或是由無交聯劑的TPU不織布製造之薄膜。不織布被壓縮以降低其厚度，例如經由加熱的砑光輥加工。壓縮不織布的步驟也可降低不織布的孔洞大小。薄膜中的孔洞大小對於通過薄膜所需的空氣流速以及穿透薄膜的水蒸汽數量之決定相當重要。由於水滴的大小約為100微米，如果最終用途是希望薄膜防水的話，則孔洞大小必須小於100微米。如果水是處於一些壓力之下，例如下雨，則孔洞大小必須要更小，例如25微米或更少，才能夠防水。本發明之薄膜具有的孔洞大小為100奈米至少於100微米，端視其最終的用途而定。另一個決定所需孔洞大小的因素為所需通過薄膜的空氣流速。空氣流速會受到孔洞數目、孔洞大小、及通過孔洞的平均流徑之影響。25立方英呎/分鐘/平方英呎(7.621立方公尺/分鐘/平方公尺)或更大的空氣流速被視為非常開放。對於外套服飾而言，希望的空氣流速為約5至10立方英呎/分鐘/平方英呎(1.524至3.048立方公尺/分鐘/平方公尺)。本發明薄膜可具有2至500立方英呎/分鐘/平方英呎(0.601至152.4立方公尺/分鐘/平方公尺)的空氣流速，端視其最終的用途而定。空氣流速係依照ASTM D737-96測試方法來量測。
薄膜厚度可以隨著不織布的厚度以及薄膜中不織布的層數而改變。在砑光操作中所壓縮不織布的量也會決定薄膜的厚度。薄膜可由單層不織布或多層不織布來製造。舉例而言，由熔噴方法所製得5密耳(0.0127公分)厚的不織布可製成具有厚度為約1.5密耳(0.00381公分)的薄膜。另一個例子則是由紡結方法所製得10密耳(0.0254公分)厚的不織布可製成具有厚度為約6.5密耳(0.01651公分)的薄膜。薄膜厚度可以隨著不織布的厚度以及用來製造薄膜之不織布的層數而改變。
對於希望能夠將薄膜黏附於其它材料的應用而言，較佳係使用不具有交聯劑的TPU。這可能發生在服飾方面，TPU薄膜必須黏附於其它織物上。
用來量測抗張強度和其它彈性性質的測試程序係由杜邦公司為彈性紗所發展出來的程序，但是它已經被修改成測試不織布。受測的織物將進行一系列的五個循環。在每一次循環中，織物被拉伸至300%的伸長率，並且使用固定的延伸比率(介於初始的標距及300%伸長率之間)。定型%係在第5次循環之後進行量測。接著，使織物樣本進行第6次循環並且拉伸至斷裂。儀器記錄每一次延伸時的負載、斷裂之前的最高負載，並且以克/力的單位來記錄斷裂負載，以及斷裂伸長率和最大伸長率。此項測試通常是在室溫下進行(23±2℃；並且濕度為50%±5%)。
本文所述的不織布可以用於過濾、服飾的建構、做為工業織物，以其它類似用途。使用此類不織布的機會愈來愈多，如果製造織物的纖維需要更強和/或更細的話，此類織物在許多方面的性能不一定全部都能得到改善。與更傳統的纖維相比，本發明提供了更強且更細的纖維，因此由這些纖維所製成的不織物可應用於許多用途，並且由於在建構織物中所用纖維的強度增加和/或直徑更小的緣故，因而改善了性能。例如，包括本發明不織布的濾材可以具有改良的效能、更高的產量、允許更細微的過濾、降低所需濾材的大小、厚度或數量、或其任何的組合。
本發明將藉由參考以下實施例而得到更佳的了解。
實施例
將聚酯羥基終端中間體(多元醇)與1,4-丁二醇鏈伸長劑及MDI反應，以製成實施例中所使用的TPU聚合物。這種聚酯多元醇是使己二酸與重量比為50/50之1,4-丁二醇和1,6-己二醇混合物進行反應而製得。多元醇的Mn為2500。此種TPU係藉由一次性方法製得。在製造不織布方法的期間添加至TPU中的交聯劑為一種聚醚預聚物，其係將1000 Mn的PTMEG與MDI反應而製得，以產生一種被異氰酸酯封端的聚醚。對於實施例1而言，交聯劑的使用量為TPU加上交聯劑之總重量的10重量%。在實施例2中係使用10重量%的交聯劑。
實施例1
本實施例係用來說明，交聯劑可降低熔噴方法中的模頭壓力。結果如第1圖所示。交聯劑的使用量為0、10、12.5和16.5重量%。由表1中可看出，當交聯劑的用量增加時，模頭壓力實質上會降低。
實施例2
本實施例係用來說明，與無交聯劑的情況相比，具有交聯劑所製造出彈性纖維不織布的抗張強度會明顯提高。數據顯示，當使用交聯劑時，不織布的強度(最大負載)會提高約100%。數據還同時顯示，當使用交聯劑時，拉伸定型會降低約50%，同時仍能維持高的伸長率，這表示使用交聯劑可以明顯提高彈性。
所使用的測試程序為前面所述用於測試彈性性質的測試程序。使用的是搭配Merlin軟體的Instron Model 5564張力計。測試條件為23℃±2℃及50%±5%的濕度，夾頭速度為500毫米/分鐘。測試樣品為50.0毫米長，1.27公分寬及9.25密耳(0.0235公分)厚。兩種織物皆具有60克/平方公尺(GSM)的標稱重量。已交聯纖維的重量平均分子量(Mw)為376,088道耳吞，而未交聯纖維的Mw則是116,106道耳吞。測試四個樣本，並且記錄的結果為4個測試樣本的平均值。結果列於表I。
所有上述數據皆為4個測試樣本的平均值。
由上述數據可看出，本發明之不織布具有較高的抗張強度，同時又能維持良好的伸長率及定型%之彈性性質。
雖然依照專利的規範，本文中已提出了最佳態樣和較佳實施實例，但本發明的範疇並未因而受限，而是由所附申請專利範圍的範疇來決定。
第1圖所顯示的是以模頭壓力為Y軸相對於以交聯劑重量百分比為X軸之圖形。

Claims (17)

  1. 一種包含纖維的不織布，其中該纖維係由以下所組成：(a)熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物；(b)交聯劑；(c)任選的一或多種添加劑，其係選自由遮光顏料、著色劑、安定劑、潤滑劑、UV吸收劑、加工助劑、塑化劑、及滯焰劑所組成的列表；其中該熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物具有100,000至800,000道耳吞之重量平均分子量，且其中該熱塑性聚胺基甲酸酯係衍生自二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、羥基終端聚酯、及具有約2至約10個碳原子的二醇；及其中該交聯劑包括羥基終端中間體的預聚物，其為與二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯反應之聚醚。
  2. 如申請專利範圍第1項之不織布，其中該交聯劑的含量為5至20重量%，其係以該熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物和該交聯劑之總重量為基準。
  3. 如申請專利範圍第2項之不織布，其中該交聯劑的含量為8至15重量%。
  4. 如申請專利範圍第2項之不織布，其中該交聯劑的數目平均分子量為1,000至10,000道耳吞。
  5. 一種生產不織布之方法，其包括下述步驟：(a)將預成型的熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物添加至擠壓 機；及(b)使該熱塑性聚合物在該擠壓機中熔融，以產生聚合物熔體；及(c)將交聯劑及任選的一或多種添加劑添加至該聚合物熔體中，該添加劑係選自由遮光顏料、著色劑、安定劑、潤滑劑、UV吸收劑、加工助劑、塑化劑、及滯焰劑所組成的列表；及(d)將與該交聯劑混合之該聚合物熔體通過具有複數個孔洞的模具，經由該孔洞使得纖維在選自由熔噴方法和紡結方法所構成群組的方法中形成；及(e)以隨機排列方式收集該纖維以形成該不織布；其中該預成型的熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物具有100,000至800,000道耳吞之重量平均分子量，且其中該預成型熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物係衍生自二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、羥基終端聚酯、及具有約2至約10個碳原子的二醇；及其中該交聯劑包括羥基終端中間體的預聚物，其為與二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯反應之聚醚。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該方法為紡結方法。
  7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該方法為熔噴方法。
  8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該交聯劑的含量為 5至20重量%，其係以該預成型熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物和該交聯劑之總重量為基準。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該交聯劑的含量為8至15重量%。
  10. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該交聯劑的數目平均分子量為1,000至10,000。
  11. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該不織布係通過砑光機操作，以壓縮該不織布。
  12. 一種包含如申請專利範圍第1項之不織布之物品，其中該物品係選自由消費者服裝、工業用服裝、醫療用品、運動用品、防護用品、及過濾薄膜所構成之群組。
  13. 一種由熱塑性聚胺基甲酸酯不織布所製成之多孔薄膜，其具有複數個孔洞；其中該熱塑性聚胺基甲酸酯不織布包含纖維，其中該纖維係由以下所組成：(a)熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物；(b)交聯劑；(c)任選的一或多種添加劑，其係選自由遮光顏料、著色劑、安定劑、潤滑劑、UV吸收劑、加工助劑、塑化劑、及滯焰劑所組成的列表；其中該熱塑性聚胺基甲酸酯聚合物具有100,000至800,000道耳吞之重量平均分子量，且其中該熱塑性聚胺基甲酸酯係衍生自二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、羥基終端聚酯、及具有約2至約10個碳原子的 二醇；及其中該交聯劑包括羥基終端中間體的預聚物，其為與二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯反應之聚醚。
  14. 如申請專利範圍第13項之多孔薄膜，其中該薄膜的孔洞大小為100奈米至小於100微米。
  15. 如申請專利範圍第13項之多孔薄膜，其中該薄膜具有通過該薄膜之空氣流速為2至500立方英呎/分鐘/平方英呎(0.601至152.4立方公尺/分鐘/平方公尺)，其係依ASTM D737-96量測。
  16. 如申請專利範圍第15項之多孔薄膜，其中該薄膜具有通過該薄膜之空氣流速為5至10立方英呎/分鐘/平方英呎(1.524至3.048立方公尺/分鐘/平方公尺)。
  17. 如申請專利範圍第13項之多孔薄膜，其中該熱塑性聚胺基甲酸酯織物係使用交聯劑來製造。
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