TWI537442B - 可熔性彈性多成份纖維、包含其之織物及其製造方法 - Google Patents

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Description

可熔性彈性多成份纖維、包含其之織物及其製造方法
本發明包含一種藉由諸如彈性纖維紡絲之溶液紡絲方法製成之多成份彈性纖維，其包含聚胺基甲酸酯脲與聚胺基甲酸酯組合物且具有包含至少兩個分開的區域與可界定邊界之橫截面，其中至少一個由該橫截面之邊界界定之區域包含聚胺基甲酸酯脲或聚胺基甲酸酯組合物。纖維之一個區域包含改善可熔性之添加劑，用以改善纖維本身或對基質之黏性。
聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲(PU或PUU)彈性紗線可提供高度拉伸性、良好的自伸長恢復的能力及對諸如緯編針織物、經編針織物、編織物、不織布及其他紡織物之由其製成物件之良好適應力。然而，對於包含PU或PUU彈性紗線之物件，重覆拉伸、刮擦或切割常常引起爬格、跑針及捲曲之問題。該等問題包含：可能產生階梯樣斷裂與缺口，彈性紗線可能在切割邊緣滑出、裂開、磨損，且可能導致破壞物件一致性與外觀的織物捲曲。在切割與縫紉製程中，容易產生在重複的拉伸下，PU或PUU彈性紗線自接縫拉出的現象，且導致織物拉伸性損失，其亦稱為「滑入」或接縫滑動。雖然該等效應亦會發生於除PU或PUU紗線外之彈性紗線，但由於PU或PUU彈性紗線之高度可拉伸性，故其對PU或PUU彈性紗線尤其顯著。另外，對於一些物件，需要高蒸汽或熱定型效率，尤其係襪子應用。
已有大量研究心力被投注於發展熱熔性及可蒸汽定型之PU或PUU彈性紗線上。美國專利申請公開案第2006/0030229A1號及第2008/0032580A1號揭示一種藉由將聚合物熔融紡絲而製成之高度可熔性聚胺基甲酸酯彈性長絲，該聚合物之合成方法為使以異氰酸酯封端之預聚合物(由多元醇與二異氰酸酯反應而製成)與以羥基封端之預聚合物(由多元醇、二異氰酸酯與低分子量二元醇反應而製成)反應。該可熔性PU長絲之熔點為180℃或更低。在100%伸長度下，於150℃下乾熱處理45秒鐘可使得該PU長絲互相或與其他彈性或非彈性長絲在交叉點處熔融。然而，PU長絲之低熔點導致在正常消費者使用下對蠕變之不令人滿意的耐熱性，其導致成衣廉價。
需要經改善的彈性纖維紗線，其可提供可熔性、在成衣製造期間之蒸汽定型能力、及更佳之拉伸回彈性，以克服現有纖維之一或多種缺點。
本發明係關於一種具改善功能性的多成份彈性纖維及其製造方法。其包含經溶液紡絲之聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲，其提供更佳拉伸/恢復性能及熱回彈性且可由雙成份紡絲法製備，其包含可熔性良好之添加劑，且產生適用於諸如防止紗線爬格、滑動，及改善黏性之熔融應用的可熔性紗線。
在一些實施例中為包含一橫截面之彈性、多成份、經溶液紡絲之纖維，其中至少該橫截面之一第一區域包含彈性聚胺基甲酸酯、或聚胺基甲酸酯脲、或其混合物；且該橫截面包含一第二區域，其包含彈性聚胺基甲酸酯、或聚胺基甲酸酯脲、或其混合物，與至少一種改善可熔性之添加劑。
纖維可具有一或多根長絲，諸如單根單長絲、雙(兩根長絲)、三根長絲等。當纖維具有多於一根長絲時，每一長絲可包含一具有兩個或兩個以上區域之多成份橫截面。
在另一實施例中為包含含有一橫截面之彈性、多種組份、經溶液紡絲纖維的織物，其中至少該橫截面之一第一區域包含至少一種彈性聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲組合物、或其混合物；且該橫截面包含一第二區域，其含有至少一種彈性聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲組合物、或其混合物，與至少一種改善可熔性之添加劑。
本發明亦包含一種製備可熔、彈性、多成份之經溶液紡絲纖維的方法，其包含：
(a)提供第一與第二聚合物溶液；
(b)通過分佈板與孔口組合該等溶液，形成具有一橫截面之長絲；
(c)通過一共同毛細管擠出該等長絲；且
(d)自該等長絲移除溶劑；其中該橫截面包含一介於該等聚合物溶液間之邊界；其中第一與第二聚合物溶液各獨立地包含彈性聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲、或其混合物；且其中該等第二聚合物溶液包含改善可熔性之添加劑；其中該可熔性、彈性、多成份之經溶液紡絲纖維包含一多區域橫截面，其中第一聚合物溶液對應於該橫截面之第一區域且第二聚合物溶液對應於該橫截面之第二區域。
在另一實施例中為一種包括含有一橫截面之彈性、多成份之經溶液紡絲纖維的纖維，其中至少該橫截面之一第一區域包含彈性聚胺基甲酸酯、或聚胺基甲酸酯脲、或其混合物；且其包含一第二區域，其包含彈性聚胺基甲酸酯、或聚胺基甲酸酯脲、或其混合物，與至少一種改善可熔性之添加劑，該添加劑包含至少一種熔點為約100℃至約180℃之低熔點聚胺基甲酸酯；且其中該第一區域包含熔點為約190℃至約250℃之高熔點彈性聚胺基甲酸酯。
 定義
如文中所用，術語「多成份纖維」意指具有至少兩個不同組成而具有可辨別邊界的不同分開區域之纖維，亦即具有兩個或兩個以上沿著纖維長度連續延伸之不同組成區域。其與聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲摻合物相反，後者組合多於一種組合物，形成沿纖維長度無不同且連續邊界的纖維。術語「多成分纖維」與「多成份纖維」同義且於文中相互交換地使用。
術語「組成上不同」係定義為包含不同聚合物、共聚物或摻合物之兩種或兩種以上組合物，或具有一種或多種不同添加劑之兩種或兩種以上組合物，其中包含於組合物中之聚合物可相同或不同。若兩種對照的組合物包含不同聚合物與不同添加劑，則其亦為「組成上不同」。
術語「邊界」、及「邊界區域」係用於闡述多成份纖維橫截面之不同區域之間的接觸點。若於兩個區域的組合物之間存在最少量或不存在重疊，則該接觸點係「清晰界定」。若於兩個區域之間確實存在重疊，則該邊界區域將包含兩個區域之摻合。該摻合區域可為分開的均勻摻合部份，其於摻合邊界區域與另外兩區域之每一者之間具有分開的邊界。或者，該邊界區域可包含靠近第一區域為較高濃度之第一區域組合物至靠近第二區域為較高濃度之第二區域組合物的梯度。
如文中所用，「溶劑」意指諸如二甲基乙醯胺(DMAC)、二甲基甲醯胺(DMF)與N-甲基吡咯啶酮之有機溶劑。
如文中所用，術語「溶液紡絲」包含自溶液製備纖維，其可為濕式紡絲或乾式紡絲方法，其二者皆為生產纖維之常用技術。
提供良好蒸汽定型能力與極佳黏著性之低熔點聚胺基甲酸酯(PU)組合物(Tm<180℃)通常產生不良的抗蠕變性、低強度、與低劣的拉伸回彈性。此外，該等低熔點PU組合物不適於形成纖維之製程與高溫紡織物之加工需求。本發明將基於經溶液紡絲之聚胺基甲酸酯/聚胺基甲酸酯脲組合物之優良拉伸與恢復性與低熔點黏著調配物組合於多成分纖維結構(諸如雙成份纖維結構)中。
聚胺基甲酸酯嵌段共聚物之性質取決於胺基甲酸酯與多元醇鏈段之相分離，以致硬的胺基甲酸酯區域係作為軟鏈段基質中之交聯物。胺基甲酸酯區域係由所選之鏈延長劑的含量與品質來控制。市售之重要二元醇鏈延長劑包含，但不限於，乙二醇、1,3-丙二醇(PDO)、1,4-丁二醇(1,4-BDO或BDO)、及1,6-己二醇(HDO)。所有該等二元醇鏈延長劑皆形成充分相分離之聚胺基甲酸酯且形成清晰界定之硬鏈段區域，且除乙二醇外均適用於熱塑性聚胺基甲酸酯。因為其所衍生之胺基甲酸酯在高硬鏈段含量下會經歷不利的降解。表1列出衍生自一些常用鏈延長劑之聚胺基甲酸酯的典型硬鏈段熔融範圍。高於200℃之加工溫度對於一般的TPU組合物係不利的，此係因在加工期間的熱降解及伴隨的性質損失。另外，衍生自高溫硬鏈段熔融組合物之PU通常產生改善的彈性與熱回彈性，且更適用於紡織物加工。為產生優良的拉伸/恢復性質，該等具有高硬鏈段熔點之聚胺基甲酸酯纖維僅可自傳統的溶液紡絲方法製成。
有多種不同的聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物適用於本發明之第一及第二區域中之任一者或兩者。亦可包含額外的區域。適用之聚胺基甲酸酯/聚胺基甲酸酯脲組合物詳細闡述於下文。
一項實施例提供經溶液紡絲(乾式紡絲或濕式紡絲)之熱熔性及可蒸汽定型之彈性纖維彈性紗線。該纖維包含單根長絲結構或多根長絲結構。該纖維之每一長絲(或單長絲之纖維本身)為沿纖維之橫截面具有諸如鞘-芯構形或並列式構形之可辨別區域之雙成份纖維。芯為第一區域及鞘為第二區域。可包含額外的區域，以提供不同之橫截面，諸如並列式構形與鞘-芯之組合，或鞘-芯與另一鞘區域。
對於可熔性纖維，特別適用於第二區域(其可為鞘)之組合物可包含：
A.　一聚合物摻合物，其中第一組分包含至少一種具有高熔點之聚胺基甲酸酯，諸如熔點為約190℃至約250℃之聚胺基甲酸酯，以及彼等熔點為約200℃或更高者，與諸如低溫熔融聚胺基甲酸酯之改善可熔性之添加劑。適用之低熔點聚胺基甲酸酯包含熔點為約50℃至約150℃之聚胺基甲酸酯，尤其係熔點低於120℃之聚胺基甲酸酯；或
B.　一摻合物，其中第一組分包含至少一種具高熔點之聚胺基甲酸酯，諸如熔點為約190℃至約250℃之聚胺基甲酸酯，以及熔點為約200℃或更高之聚胺基甲酸酯，與至少一種供隨後基質鍵合用的黏性物質或改善可熔性之添加劑，其中該黏性物質為改善可熔性之添加劑；或
C.　至少一種聚胺基甲酸酯與至少一種改善可熔性之黏性添加劑的摻合物。
亦涵蓋A、B及C之排列組合。亦可包含其他添加劑。
對於可熔性纖維，特別適用於第一區域(其可為芯)之組合物可包含：
1)至少一種具有高熔點之聚胺基甲酸酯，諸如熔點為約190℃至約250℃之聚胺基甲酸酯，以及熔點為約200℃或更高之聚胺基甲酸酯；或
2)具有200℃至250℃範圍之高熔點的聚胺基甲酸酯與具有低於180℃之低熔點的聚胺基甲酸酯的摻合物；或
3)至少一種聚胺基甲酸酯與至少一種聚胺基甲酸酯脲之摻合物；或
4)聚胺基甲酸酯脲，包含彼等具有高於240℃之熔點者。
一些實施例之雙成份纖維可包含廣範圍之第一區域與第二區域的比例。該第二區域(其亦可為鞘-芯構形中之鞘)含量可占基於纖維重量之約1%至約60%，包含占纖維重量之約1%至約50%，占纖維重量之約10%至約35%，及占纖維重量之約5%至約30%。
一些實施例之可熔性纖維可具有大於50%之蒸汽定型效率。纖維亦可具有大於0.15cN/分德士(dtex)之熔融強度。
一些實施例為多成份、或雙成份纖維，其包括含有聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲或其混合物之經溶液紡絲之聚合物組合物。用於多成份纖維之不同區域之組合物包含不同的聚合物組合物，其中聚合物不同、添加劑不同、或聚合物與添加劑皆不同。亦包含具有經溶液紡絲部份與經熔融紡絲部份之多成分纖維。
聚胺基甲酸酯脲及聚胺基甲酸酯組合物
適用於製備纖維或長鏈合成聚合物之聚胺基甲酸酯脲組合物包含至少85重量%之嵌段聚胺基甲酸酯。其通常包含聚合二元醇，其與二異氰酸酯反應形成以NCO-封端之預聚合物(「經封端之二元醇」)，其隨後溶解於諸如二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、或N-甲基吡咯啶酮之適宜溶劑中，且隨後與雙官能鏈延長劑反應。當鏈延長劑為二醇時(且可在無溶劑時製成)，於第二步驟形成聚胺基甲酸酯。當鏈延長劑為二胺時，形成聚胺基甲酸酯脲(一種聚胺基甲酸酯之亞類)。在製備可經紡絲成彈性纖維之聚胺基甲酸酯脲聚合物時，藉由羥基端基與二異氰酸酯及一或多種二胺之連續反應延長二元醇。在每一情形下，二元醇必需經歷鏈延長，以提供具有所需性質(包含黏度)之聚合物。若需要，可使用二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、礦物酸、諸如三乙胺之第三胺、N,N'-二甲基哌嗪等、及其他已知之催化劑於協助封端步驟。
適宜的聚合二元醇成份包含數量平均分子量為約600至約3500之聚醚二元醇、聚碳酸酯二元醇、及聚酯二元醇。可包含兩種或兩種以上之聚合二元醇或共聚物之混合物。
可使用之聚醚二元醇之實例包含彼等二元醇：具有兩個或兩個以上羥基，衍生自環氧乙烷、環氧丙烷、1,3-環氧丙烷、四氫呋喃、及3-甲基四氫呋喃之開環聚合反應及/或共聚合反應，或衍生自諸如每一分子中含有少於12個碳原子的二元醇或二元醇混合物(諸如乙二醇、1,3-丙二醇、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、3-甲基-1,5-戊二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇及1,12-十二烷二醇)之多元醇的縮合聚合反應。以直鏈、雙官能聚醚多元醇為較佳，且諸如官能度為2之Terathane 1800(INVISTA of Wichita,KS)之分子量約1700至約2100之聚(四亞甲基醚)二醇為特定適宜二元醇的一實例。共聚物可包含聚(四亞甲基-共-伸乙基醚)二醇。
可使用之聚酯多元醇之實例包含彼等酯二元醇：具有兩個或兩個以上羥基，由每一分子中含有不多於12個碳原子的低分子量脂族多元羧酸與多元醇、或其混合物之縮合聚合反應製得。適宜的多元羧酸實例為丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二羧酸、及十二烷二羧酸。適用於製備聚酯多元醇之多元醇實例為乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇及1,12-十二烷二醇。熔點約5℃至約50℃之直鏈雙官能聚酯多元醇為特定之聚酯多元醇實例。
可使用的聚碳酸酯多元醇實例包含彼等碳酸酯二元醇：具有兩個或兩個以上羥基、由每一分子中碳原子數不多於12個之低分子量之光氣、氯甲酸酯、二烷基碳酸酯或二烯丙基碳酸酯與脂族多元醇、或其混合物之縮合聚合反應製得。適用於製備聚碳酸酯多元醇之多元醇實例為二甘醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇及1,12-十二烷二醇。熔點約5℃至約50℃之直鏈雙官能聚碳酸酯多元醇為特定聚碳酸酯多元醇之實例。
二異氰酸酯成份亦可包含單種二異氰酸酯或不同二異氰酸酯之混合物，包括含有4,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)與2,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)之二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)之異構混合物。可包含任一適宜的芳族或脂族二異氰酸酯。可使用之二異氰酸酯之實例包含，但不限於，4,4'-亞甲基雙(苯基異氰酸酯)、2,4'-亞甲基雙(苯基異氰酸酯)、4,4'-亞甲基雙(環己基異氰酸酯)、1,3-二異氰酸基-4-甲基-苯、2,2'-甲苯二異氰酸酯、2,4'-甲苯二異氰酸酯、及其混合物。特定之聚異氰酸酯成份實例包含Mondur ML(Bayer)、Lupranate MI(BASF)、及Isonate 50 O,P'(Dow Chemical)、及其組合。
用於聚胺基甲酸酯脲之鏈延長劑可為水或二胺鏈延長劑。可包含不同鏈延長劑之組合，其取決於聚胺基甲酸酯脲與所得纖維之所需性質。適宜的二胺鏈延長劑實例包含：聯胺、1,2-乙二胺、1,4-丁二胺、1,2-丁二胺、1,3-丁二胺、1,3-二胺基-2,2-二甲基丁烷、1,6-六亞甲基二胺、1,12-十二烷二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、1-胺基-3,3,5-三甲基-5-胺基甲基環己烷、2,4-二胺基-1-甲基環己烷、N-甲基胺基-雙(3-丙基胺)、1,2-環己烷二胺、1,4-環己烷二胺、4,4'-亞甲基-雙(環己基胺)、異佛爾酮二胺、2,2-二甲基-1,3-丙二胺、間四甲基二甲苯二胺、1,3-二胺基-4-甲基環己烷、1,3-環己烷-二胺、1,1-亞甲基-雙(4,4'-二胺基己烷)、3-胺基甲基-3,5,5-三甲基環己烷、1,3-戊二胺(1,3-二胺基戊烷)、間二甲苯二胺、及(Texaco)。
當需要聚胺基甲酸酯時，鏈延長劑為二元醇。可使用之該等二元醇之實例包含，但不限於，乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,2,4-三甲基-1,5-戊二醇、2-甲基-2-乙基-1,3-丙二醇、1,4-雙(羥乙氧基)苯、及1,4-丁二醇、己二醇及其混合物。
可視需要包含單官能醇或第一/第二單官能胺，以控制聚合物之分子量。亦可包含一種或多種單官能醇與一種或多種單官能胺之摻合物。
適用於本發明之單官能醇之實例包含至少一個選自由下列組成之群之成員：具有1至18個碳之脂族及環脂族第一與第二醇；分子量小於約750(包含分子量小於500)之酚、經取代酚、乙氧基化烷基酚與乙氧基化脂肪醇；羥基胺、經羥甲基與羥乙基取代之第三胺、經羥甲基與羥乙基取代之雜環化合物、及其組合，包含糠醇、四氫糠醇、N-(2-羥乙基)琥珀醯亞胺、4-(2-羥乙基)嗎啉、甲醇、乙醇、丁醇、新戊醇、己醇、環己醇、環己烷甲醇、苯甲醇、辛醇、十八烷醇、N,N-二乙基羥基胺、2-(二乙胺基)乙醇、2-二甲胺基乙醇、及4-哌啶乙醇、及其組合。
適宜之單官能二烷基胺封端劑的實例包含：N,N-二乙基胺、N-乙基-N-丙基胺、N,N-二異丙基胺、N-第三丁基-N-甲基胺、N-第三丁基-N-苯甲基胺、N,N-二環己基胺、N-乙基-N-異丙基胺、N-第三丁基-N-異丙基胺、N-異丙基-N-環己基胺、N-乙基-N-環己基胺、N,N-二乙醇胺、及2,2,6,6-四甲基哌啶。
其他聚合物
適用於本發明之多成分及/或雙成份纖維之其他聚合物包含可溶性或具有有限溶解度或可以顆粒形式(例如，微細顆粒)包含之其他聚合物。該等聚合物可分散於或溶解於聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲溶液中或與經溶液紡絲之聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物共擠出。共擠出之結果可為具有並列式、同心鞘-芯、或偏心鞘-芯橫截面之雙成份或多成分纖維，其中一種成份為聚胺基甲酸酯脲溶液且另一種成份包含另一種聚合物。其他聚合物之實例尤其包含低熔點聚胺基甲酸酯(如上所述)、聚醯胺、丙烯酸系樹脂、聚芳醯胺、及聚烯烴。在一些實施例中，非聚胺基甲酸酯聚合物可為改善可熔性之添加劑，尤其係當該聚合物之熔點低於約150℃時。
可包含於該等多成分纖維中之其他聚合物包含尼龍6、尼龍6/6、尼龍10、尼龍12、尼龍6/10、及尼龍6/12。聚烯烴包含自C2至C20單體製備之聚烯烴。其包含共聚物與三元共聚物，諸如乙烯-丙烯共聚物。適用之聚烯烴共聚物實例揭示於頒予Datta等人之美國專利第6,867,260號，其以引用的方式併入文中。
纖維橫截面構形
多種不同橫截面適用於本發明之一些實施例。其包含雙成份或多成份同心或偏心鞘-芯與雙成份或多成份並列式。亦涵蓋獨特的橫截面，只要該等橫截面包含至少兩個分開的區域即可。替代性橫截面可具有扇形區構形或類似於偏心鞘-芯之構形，其中該鞘僅部份包圍芯。換言之，該橫截面之第二區域可部份或完全地包圍第一區域。適宜之不同橫截面實例顯示於圖1。
可包含可熔性聚合物作為鞘或並列式構形或替代性構形之主要或唯一成份，而不包含分開的改善可熔性之添加劑，其中該可熔性聚合物具有所需熔點。
所有顯示於圖1之纖維橫截面皆具有組成上不同之第一區域與第二區域。圖1A與1B顯示44分德士(dtex)/3長絲紗線，而圖1C與1D顯示44分德士/4長絲紗線。各者中之第一區域包含顏料而第二區域則不含。圖1A與1B包含一50/50鞘-芯橫截面；圖1C包含一17/83鞘-芯橫截面；及圖1D包含一50/50並列式橫截面。
各鞘-芯與並列式橫截面包含介於至少兩種組成上不同之聚胺基甲酸酯脲組合物之間之一邊界區。在每一該等圖形中，該等區域呈現為一清晰界定之邊界，但該邊界可包含摻合區域。若邊界包含摻合區域，則邊界本身為一不同區域，其為第一與第二(或第三、第四等)區域之組合物之摻合。該摻合可為均勻摻合或可包含自第一區域至第二區域之濃度梯度。
添加劑
可視需要包含於聚胺基甲酸酯脲組合物中之添加劑種類列舉如下。其包含一示例性且非限制性的列表。然而，技術中熟知其他添加劑。實例包含：抗氧化劑、UV安定劑、著色劑、顏料、交聯劑、相變物質(石蠟)、抗微生物劑、礦物(即銅)、微囊封添加劑(即蘆薈、維生素E凝膠、蘆薈、海藻、菸鹼、咖啡因、香料或芳香料)、奈米粒子(即矽石或碳)、碳酸鈣、阻燃劑、抗黏添加劑、抗氯降解添加劑、維生素、藥物、香料、導電性添加劑、可染性及/或助染劑(諸如第四銨鹽)。可添加至聚胺基甲酸酯脲組合物之其他添加劑包含黏附促進劑及改善可熔性之添加劑、抗靜電劑、抗蠕變劑、光學增亮劑、聚結劑、導電性添加劑、發光添加劑、潤滑劑、有機與無機填料、防腐劑、調質劑、熱變色添加劑、防蟲劑、及濕潤劑、安定劑(受阻酚、氧化鋅、受阻胺)、增滑劑(聚矽氧油)及其組合。
添加劑可提供下列有益特性中之一種或多種，包含：可染性、疏水性(即聚四氟乙烯(PTFE))、親水性(即纖維素)、摩擦控制性、耐氯性、耐降解性(即抗氧化劑)、黏性及/或可熔性(即黏著劑與黏附促進劑)、阻燃性、抗微生物行為(銀、銅、銨鹽)、障壁性、導電性(碳黑)、拉伸性質、顏色、發光性、可再循環性、生物可降解性、香味、黏性控制(即金屬硬脂酸鹽)、觸感性質、可變形性、熱調節性(即相變物質)、營養藥物性、諸如二氧化鈦之去光劑、諸如水滑石之安定劑、碳鈣鎂礦及水菱鎂礦之混合物、UV防曬劑、及其組合。
添加劑包含量可為於適於獲得所需效果之任一量。
一些添加劑適用作為改善可熔性之添加劑，其具有低熔融溫度，且包含於一些實施例中。其包含水份固化、熱黏合、及反應性熱熔等級之基於聚醚、聚酯、聚碳酸酯、及聚己內酯之直鏈、芳族熱塑性聚胺基甲酸酯、或其摻合物。特定市售產品實例尤其包含Mor-Melt(R-5022)(Rohm and Haas)、Pellathane 2103C(Dow)、Desmopan 5377、Desmopan 9375A、Texin DP7-1197(Bayer Material Science)、Pearlbond 104、106、122、123(Merquinsa Mercados Qumicos,S.L)、及TPUA-252A(TPUCO,Taiwan)。改善可熔性之添加劑可以適於獲得纖維之所需可熔性的任何量包含。該改善可熔性之添加劑可包含於纖維之鞘或第二區域，且占鞘或第二區域之約10重量%至約90重量%，包含占鞘或第二區域之約30重量%至約60重量%。基於多成份或雙成份纖維總重量之改善可熔性之添加劑的重量百分比將取決於纖維之芯或第一區域對鞘或第二區域之重量比。在一些情形中，該第二鞘區域本身可為含或不含另外的改善可熔性之添加劑的可熔性聚合物。
設備
雙成份纖維通常係藉由熔融紡絲方法製成。用於該等方法之該等設備可經調適用於溶液紡絲方法。乾式紡絲及濕式紡絲為熟知之溶液紡絲方法。
關於纖維及長絲(包含彼等人造雙成份纖維者)且以引用的方式併入文中之習知參考文獻例如：
a. Fundamentals of Fibre Formation--The Science of Fibre Spinning and Drawing,Adrezij Ziabicki,John Wiley and Sons,London/New York,1976；
b. Bicomponent Fibres,R Jeffries,Merrow出版有限公司，1971；
c. Handbook of Fiber Science and Technology,T. F. Cooke,CRC出版社，1993；
類似的參考文獻包含以引用的方式併入文中的美國專利案第5,162,074號及第5,256,050號，其闡述用於製造雙成份纖維之方法與設備。
利用習知設備完成通過一模頭擠出聚合物以形成纖維，該設備例如擠壓機、齒輪泵等。較佳使用個別的齒輪泵於向該模頭提供聚合物溶液。當為獲得功能性而摻合添加劑時，較佳於靜態混合機中混合聚合物之摻合物，例如於齒輪泵之上游，以獲得更均勻之成份分散物。作為擠出之預備，可藉由具有受控溫度之夾套容器分別加熱各彈性纖維溶液並過濾，以提高紡絲收率。
在本發明之闡述性實施例中，向於40至90℃下操作之分段、夾套熱交換器引入兩種不同聚合物溶液。根據所需纖維構形配置擠出模頭與平板，其闡述於圖2(鞘-芯型)、圖3(偏心鞘-芯型)、及圖4(並列式型)。在所有情形中，於毛細管正上方組合成份物流。經預熱之溶液自供應口(2)與(5)導出，通過一篩網(7)，到達一分佈板(4)且進入由一填片(8)定位且由一螺帽(6)支持之一噴絲頭(9)。
闡述於圖2、3、及4之擠出模頭與平板係與習知之彈性纖維紡絲單元(諸如顯示於以引用的方式併入文中的美國專利案第6,248,273號中者)一起使用。
雙成份彈性纖維亦可藉由分開的毛細管製成分開的長絲，隨後聚結該等長絲形成單根纖維。
本發明之特點與優點藉由下列實例更全面地顯示，提供該等實例係為闡述之目的，且不應將其視作以任何方式限制本發明。
製造纖維之方法
由聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲聚合物之含有習知之胺基甲酸酯聚合物溶劑(例如DMAc)的溶液，經溶液紡絲(濕式紡絲或乾式紡絲)製成一些實施例之纖維。聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲聚合物溶液可包含任一上述之組合物或添加劑。該聚胺基甲酸酯脲之製法為在1.6至2.3，較佳1.8至2.0範圍內之二異氰酸酯比二元醇的莫耳比下，令有機二異氰酸酯與適宜的二元醇反應，產生「經封端的二元醇」。該經封端的二元醇隨後與二胺鏈延長劑之混合物反應。在所得聚合物中，軟鏈段為聚合物鏈之聚醚/胺基甲酸酯部份。該等軟鏈段展示低於60℃之熔點。硬鏈段為聚合物鏈之聚胺基甲酸酯/尿素部份；其熔點高於200℃。硬鏈段占聚合物總重量之5.5至12%，較佳占6至10%。聚胺基甲酸酯聚合物之製法為在2.2至3.3，較佳2.5至2.95範圍內之二異氰酸酯比二元醇的莫耳比下，令有機二異氰酸酯與適宜的二元醇反應，產生「經封端的二元醇」。該經封端的二元醇隨後與二醇鏈延長劑之混合物反應。硬鏈段為聚合物鏈之聚胺基甲酸酯鏈段；其熔點為150至240℃。該等硬鏈段可組成聚合物總重量之10至20%，較佳組成13至7.5%。
在製備纖維之一項實施例中，將包含30至40%聚合物固體之聚合物溶液計量通過期望配置之分佈板與孔口而形成長絲。安置分佈板使得依同心鞘-芯、偏心鞘-芯、及並列式配置中之一種組合聚合物流，隨後通過一共同毛細管擠出。藉由引入300℃至400℃之熱的惰性氣體，且於至少10：1之氣體：聚合物質量比下，乾燥經擠出之長絲，並以每分鐘至少400米之速度(較佳為至少600m/min)拉伸，且隨後以每分鐘至少500米之速度(較佳為至少750m/min)捲起。以下給出之所有實例均係以80℃之擠出溫度，於熱惰性氣體氛圍下，以762m/min之捲取速度進行。標準加工條件已於技術中熟知。
由根據本發明製得之彈性纖維形成之紗線通常具有至少0.6cN/分德士之斷裂韌性，至少400%之斷裂伸長率，於300%伸長率下至少27mg/分德士之卸載模量。
可藉由任一習知方法，自文中所述之彈性多成分纖維製成紗線與織物。該等彈性紗線可由諸如硬紗線之第二紗線包覆。適宜的硬紗線尤其包含尼龍、丙烯酸系樹脂、棉、聚酯及其混合物。經包覆之紗線可包含單一包覆、雙重包覆、空氣包覆、包芯紡絲紗線與併撚紗線。
一些實施例之彈性紗線可包含於多種結構物中，諸如針織物(經編與緯編)、織物、及不織物。其適用於襪子、長筒襪、襯衫、內衣、泳衣、襯底及不織布衛生結構物。
若需要紗線的熔融或黏著，則取決於改善可熔性之添加劑的組成，可藉由暴露於熱及/或至多3.5巴(bar)之靜壓來達到。熱可以蒸汽或乾熱來施加。適用於襪子之熔融條件可包含：當使用蒸汽熱時，暴露於約105℃至約135℃之溫度下約3秒至約60秒；及當使用乾熱時，暴露於165℃至約195℃下約3秒至約60秒。
適宜的熔融條件可取決於許多因素而變化，尤其包含所選之改善可熔性之添加劑、聚合物化學、紗線線性密度、及織物結構(亦即針織物、編織物等)。
對於襪子，將織物暴露於多種加工條件，包含暴露於熱及/或壓力。因此，不需要分開的熱定型/熔融製程，因為織物之熱定型亦將導致含有改善可熔性之添加劑或其他添加劑之紗線之熔融。
根據一般方法ASTM D 2731-72測量實例中彈性纖維之強度及彈性性質。對於每一測量，使用三根2英寸(5-cm)量規長度之長絲，經0-300%之伸長循環。使樣本於每分鐘50釐米之恒定伸長速率下循環五次。在第一次循環時，於200%伸長率下測量負荷力量(M200)-初次延長期間彈性纖維上之應力，並記錄為對於給定丹尼爾之克-力。卸載力量(U200)為在第五次卸載循環時，於200%伸長下之應力，且亦記錄為克-力。在第六次延長循環時測量斷裂伸長百分比及韌性。亦於經歷五次0-300%伸長/鬆弛循環之樣本上測量變形百分比。隨後如下計算變形百分比%S
%S=100(Lf-Lo)/Lo
其中Lo及Lf分別為在五次伸長/鬆弛循環之前及之後，在無張力下保持筆直時之長絲(紗線)長度。
為測定蒸汽定型(其模擬襪子加工與定形操作)，將一處於筆直無張力條件下之選定長度Yo(通常為10cm)之樣本拉伸至其原始長度之三倍，持續約2分鐘且隨後鬆弛。此係模擬當以習知紗線包覆時，彈性纖維被拉伸之包覆操作。隨後將經如此拉伸與鬆弛之彈性纖維測試樣本置於沸水浴中30分鐘。此暴露於沸水係模擬染色操作。隨後自該浴移出樣本，經乾燥，並拉伸至其浴後鬆弛長度之兩倍。當在此拉伸條件下時，將該樣本暴露於121℃之蒸汽氛圍下30秒。此蒸汽處理係模擬襪子定形。在自蒸汽氛圍移出後，使樣本乾燥，並測量其之筆直無張力長度Yf。隨後根據下式計算蒸汽定型(SS，%)：
%SS=100(Yf-Yo)/Yo
藉由以下方法測定紗線可熔性：將一長15cm之樣本呈三角形安置於可調節邊框上，使其頂角正中位於邊框上且兩條等邊長度為7.5cm。將相同長度之第二條長絲安置於邊框之對側，使得兩條紗線相交且交叉於單一個接觸點。
使纖維鬆弛至5cm，隨後暴露於精煉浴一小時、經沖洗、空氣乾燥，且隨後暴露於染料浴中30分鐘、經沖洗、並空氣乾燥。
將載有纖維之邊框的長度自5cm調整至30cm，並暴露於121℃之蒸汽30秒，經冷卻3分鐘，並鬆弛。將紗線自邊框移出並轉移至拉伸測試機，夾住各紗線之一頭，且保留接觸點位於夾子之間。以100%/min伸長紗線，且將使接觸點斷裂之力(克-力)記錄為熔化強度。
藉由下列實例更全面地顯示本發明之特點與優點，提供該等實例係為闡述之目的，且不應將其視為以任何方式限制本發明。
實例
對於下列實例1至3，由含高熔點聚胺基甲酸酯彈性聚合物的N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)(CAS編碼為127-19-50)溶液經乾式紡絲製成纖維。為對最終纖維提供充分的熱安定性，如下製備高熔點聚胺基甲酸酯聚合物，並將其用作芯及鞘組合物之基質。藉由以下步驟製備具有2.70之封端比例之聚胺基甲酸酯預聚合物：將MDI(CAS編號為[26447-40-5]之1,1-亞甲基雙[異氰酸基苯])及2000數目平均分子量之PTMEG(CAS編號為25190-06-1之聚(氧-1,4-丁二基)，α-氫-ω-羥基)的混合物加熱至75℃，保持2小時。隨後將預聚合物於DMAc中溶解至約39%固體之濃度。於75℃下，藉由添加足量乙二醇(CAS編號107-21-1)延長預聚合物溶液，以使40℃落球溶液黏度增加至4000泊。一旦溶液達到目標黏度，則藉由添加單官能醇(CAS編號為71-36-3之1-丁醇)來終止聚合反應。
使包含35至40%聚合物固體之聚合物溶液計量通過期望配置之分佈板與孔口而形成長絲。安置分佈板使得依同心鞘-芯配置組合聚合物物，隨後再通過一共同毛細管擠出。藉由引入320至440℃之熱的惰性氣體，且於至少10：1之氣體：聚合物質量比下乾燥經擠出之長絲，並以每分鐘至少400米之速度(較佳至少600m/min)拉伸，且隨後以每分鐘至少500米之速度(較佳至少750m/min)捲起。由此等彈性纖維形成之紗線通常具有至少1cN/分德士之斷裂韌性，至少400%之斷裂伸長率，至少0.2cN/分德士之M200。
實例1：
將由Merquinsa Mercados Qumicos,S.L(Pearlbond 122)提供之基於聚己內酯之線型聚胺基甲酸酯溶解，並以30%之重量比與經製備之高熔點PU聚合物(上述)摻合，而形成35% DMAc溶液，並作為鞘組分擠出。芯溶液由含高溫PU聚合物之DMAc溶液組成，並與鞘溶液依4：1之比組合，而形成22分德士之雙長絲紗線。以700m/min取出產品，並於塗覆聚矽氧油後以850m/min收捲於包裝上。包含可熔性、蒸汽定型效率、及拉伸性質之產品性質於表2中給出。示差掃描量熱跡線(圖5)闡述可熔性添加劑在約56℃下之低熔融轉變。
實例2：
將由Bayer Material Science,USA(Desmopan 5377A)供應之熱塑性聚胺基甲酸酯彈性物(酯/醚)溶解，並以60%重量比與經製備之高溫PU聚合物(上述)摻合，而形成36% DMAc溶液，且作為鞘組分擠出。芯溶液由存於DMAc中之高熔點PU聚合物組成，且與鞘溶液依4：1之比例組合，而形成22分德士之雙長絲紗線。以700m/min拉出產品，並於塗覆聚矽氧油後以850m/min收捲於包裝上。包含可熔性、蒸汽定型效率、及拉伸性質之產品性質於表2中給出。
實例3(對照)：
將呈39% DMAc溶液之經製備之高溫PU聚合物(上述)不經修飾即作為鞘與芯組分，依4：1之比例擠出，形成22分德士之雙長絲紗線。以700m/min拉出產品，並於塗覆基於聚矽氧之油劑後以850m/min收捲於包裝上。包含可熔性、蒸汽定型效率、及拉伸性質之產品特性於表2中給出。
於市售Menegatto或ICBT包覆機上以扁平11分德士/7長絲之扁平聚醯胺66紗線包覆實例紗線(實例1至3)。彈性紗線之拉伸比為2.8x，且包覆因數為1500tpm。於諸如Lonati 400圓形織襪機之市售針織機器上針織襪子樣本。該經包覆之紗線經針織入每一路徑之三軸向編織結構(tricot construction)，使得於經針織結構之每一接觸點處的彈性紗線熔化。若可熔性紗線係包含於交替路徑中，亦可獲得適宜的熔化。
經熱壓及組裝之標準操作後，將成衣置於標準定形設備之蒸氣室中，於110℃及130℃下定形10至60s。藉由將成衣置於將產生於穿著期間典型之拉伸的開放平板上而測試適宜之可熔性。利用刀子或剪刀挑起彈性紗線造成破裂而製造一刺孔。若由於平板上拉伸所引起之彈性紗線之力量小於由彈性紗線熔融所產生之力量，則該洞之尺寸不會增大。若彈性紗線之力量較大，則該熔融點將不會保持完整，且該針織結構將會散開(所謂的跑針或爬格)。以肉眼觀察成衣之爬格性能，並顯示於表2。針織襪(實例1)之黏合形成及熔融品質的SEM分析顯示於圖6，其中該雙長絲組分22分德士紗線10具有熔融點11，且由尼龍包覆紗線12的較小長絲包圍。
實例4-可熔性鞘：
將熱熔性結晶熱塑性聚胺基甲酸酯黏著劑(獲自Merquinsa Mercados Qumicos之Pearlbond 122)與習知之嵌段聚胺基甲酸酯脲依50/50摻合，製成於DMAc中之35%溶液，且作為鞘紡絲，與嵌段聚胺基甲酸酯脲習知彈性纖維芯一起製成44分德士/3長絲紗線。總鞘含量基於纖維重量計為20%，而在加熱至80℃以上時製得可熔性紗線。
優點為具有極佳熔融特性結合優良拉伸/恢復性能之纖維。包含蒸汽定型與熔融強度之物理測試結果列於表3中。
儘管已闡述目前據認為係本發明之較佳實施例，但熟習此項技術者當瞭解在不脫離本發明精神下可對其進行改變與修改，且意欲包含所有屬於本發明真實範圍內的該等改變與修改。
2．．．供應口
4．．．分佈板
5．．．供應口
6．．．螺帽
7．．．篩網
8．．．填片
9．．．噴絲頭
10．．．雙長絲組分22分德士紗線
11．．．熔融點
12．．．尼龍包覆紗線
圖1A至1D顯示可在一些實施例中達成之纖維橫截面之實例。
圖2為一些實施例之噴絲頭橫截面之示意圖。
圖3為一些實施例之噴絲頭橫截面之示意圖。
圖4為一些實施例之噴絲頭橫截面之示意圖。
圖5為實例1纖維之示差掃描量熱結果的描述。於-100℃至350℃間，以10℃/min進行掃描。
圖6為一些實施例之熔融紗線的SEM顯微照片。

Claims (26)

  1. 一種包含一彈性、多成分之經溶液紡絲纖維的纖維，該彈性、多成分之經溶液紡絲纖維包含一橫截面，其中該橫截面之至少一第一區域包含彈性聚胺基甲酸酯、或聚胺基甲酸酯脲、或其混合物；且該橫截面包含一第二區域，其包含彈性聚胺基甲酸酯、或聚胺基甲酸酯脲、或其混合物與至少一種改善可熔性之添加劑，其中該第一及第二區域具有不同組成且沿著纖維長度連續，且其中該改善可熔性之添加劑包含至少一種熔點低於180℃之低溫熔融聚胺基甲酸酯。
  2. 如請求項1之纖維，其中該纖維包含單長絲結構或多長絲結構。
  3. 如請求項1之纖維，其中該低溫熔融聚胺基甲酸酯具有約50℃至約150℃之熔點。
  4. 如請求項3之纖維，其中該低溫熔融聚胺基甲酸酯具有低於約120℃之熔點。
  5. 如請求項1之纖維，其中該第二區域係鄰近或至少部份包圍該第一區域。
  6. 如請求項1之纖維，其中該第一區域包含具有約190℃至約250℃之高熔點之彈性聚胺基甲酸酯。
  7. 如請求項1之纖維，其中該第一區域包含熔點高於約240℃之聚胺基甲酸酯脲。
  8. 如請求項5之纖維，其中該第二區域佔該纖維之約11重量%至約60重量%。
  9. 如請求項5之纖維，其中該第二區域佔該纖維之約5重量%至約30重量%。
  10. 如請求項1之纖維，其中該第一區域為芯及該第二區域為鞘。
  11. 如請求項1之纖維，其中該彈性多成份之經溶液紡絲纖維具有大於50%之蒸汽定型效率。
  12. 如請求項1之纖維，其中該彈性多成份之經溶液紡絲纖維具有大於0.15cN/dtex之熔融強度。
  13. 如請求項1之纖維，其中該至少一種改善可熔性之添加劑包含至少一種熔點為約50℃至約150℃之低溫熔融聚胺基甲酸酯；其中該第一區域包含具有約190℃至約250℃之高熔點之彈性聚胺基甲酸酯，及其中該第一及第二區域具有不同組成且沿著纖維長度連續。
  14. 一種包含一彈性、多成份之經溶液紡絲纖維之織物，該纖維包含一橫截面，其中該橫截面的至少一第一區域包含至少一種彈性聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲組合物、或其混合物；且該橫截面包含一第二區域，其包含至少一種彈性聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲組合物、或其混合物與至少一種改善可熔性之添加劑，其中該第一及第二區域具有不同組成且沿著纖維長度連續，且其中該改善可熔性之添加劑包含至少一種熔點低於180℃之低溫熔融聚胺基甲酸酯。
  15. 如請求項14之織物，其中該改善可熔性之添加劑包含至少一種低溫熔融之聚胺基甲酸酯。
  16. 如請求項15之織物，其中該低溫熔融之聚胺基甲酸酯改善可熔性之添加劑具有約50℃至約150℃的熔點。
  17. 如請求項14之織物，其中該低溫熔融之聚胺基甲酸酯改善可熔性之添加劑具有低於約120℃的熔點。
  18. 如請求項14之織物，其中該第二區域係鄰近或至少部份包圍該第一區域，或其中該第一區域為芯且該第二區域為鞘。
  19. 如請求項14之織物，其中該第一區域及該第二區域在每一長絲中係並列的。
  20. 如請求項14之織物，其中該第一區域包含一聚合物，其選自(a)具有約190℃至約250℃之高熔點之彈性聚胺基甲酸酯；(b)具有高於約240℃之熔點之聚胺基甲酸酯脲，及其混合物。
  21. 如請求項14之織物，其中該彈性多成分之經溶液紡絲纖維係經包覆。
  22. 如請求項21之織物，其中該彈性多成分之經溶液紡絲纖維係經聚醯胺(尼龍)、棉、聚酯、或其組合包覆。
  23. 如請求項14之織物，其中該彈性多成分之經溶液紡絲纖維係可熔性。
  24. 如請求項14之織物，其中該織物包含針織物、編織物、或不織物結構。
  25. 如請求項14之織物，其中該織物包含襪子、長筒襪、襯衫、內衣、泳衣、襯底及不織布衛生結構。
  26. 一種製備可熔性、彈性、多成分之經溶液紡絲纖維的方 法，其包含：(a)提供第一與第二聚合物溶液；(b)將該等溶液組合穿過分佈板與孔口，而形成具有一橫截面之長絲；(c)經由一共同毛細管擠出該等長絲；及(d)移除該等長絲中之溶劑；其中該橫截面包含一介於該等聚合物溶液之間的邊界；其中該等第一與第二聚合物溶液各獨立地包含彈性聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲、或其混合物；及其中該第二聚合物溶液包含改善可熔性之添加劑；其中該可熔性、彈性、多成分之經溶液紡絲纖維包含一多區域橫截面，其中該第一聚合物溶液係對應於該橫截面之第一區域且該第二聚合物溶液係對應於該橫截面之第二區域。
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