TWI625436B

TWI625436B - 具可分離、摩擦力降低之長絲的雙成份彈性纖維及其製造方法

Info

Publication number: TWI625436B
Application number: TW100118349A
Authority: TW
Inventors: 史蒂芬Ｗ史密斯; 雷蒙ＳＰ郎
Original assignee: 伊唯斯科技公司
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2018-06-01
Also published as: BR112013016641A2; US9487889B2; CN110699811A; KR20140080560A; EP2659038B1; MX349846B; JP6293172B2; JP2014504683A; WO2012091750A1; KR101851827B1; JP5870116B2; CN103270205A; EP2659038A4; JP2016135937A; EP2659038A1; KR20130137016A; TW201226651A; MX2013007309A; KR101876597B1; US20130298519A1

Abstract

本文揭示摩擦力降低之彈性纖維，其經組合以提供多重絲彈性纖維捲裝。彈性纖維具有鞘芯截面，且在鞘中包含潤滑添加劑。明確地不包括熔合添加劑以避免紗中個別長絲之間之聚結。當在紗捲裝中組合時，該多長絲可分離。

Description

具可分離、摩擦力降低之長絲的雙成份彈性纖維及其製造方法

本發明包含多重成份彈性纖維紗，其包含脫模劑。將紗之多長絲捲繞至相同捲裝上以提供具有可分離彈性纖維長絲之多重絲捲裝。

彈性纖維彈性體紗可向由其製造之物件(例如緯編針織物、經編針織物、織造織物及其他紡織品)提供高拉伸性、良好延長回復性及良好適合性。然而，彈性纖維基材具有高黏性及高摩擦力，從而限制其商業應用。黏性過高通常表現為熔合長絲段及高紗間摩擦力。同樣，在自紗捲裝上退繞時，彈性纖維長絲可經受過大張力及張力之快速瞬時大幅增加，繼而導致長絲在作業(例如包覆、針織、織造及諸如此類)期間斷裂。該等張力變化在用該等捲裝供應之彈性纖維製造之織物中產生不均勻性。

彈性纖維紗之現有生產方法係基於聚結複絲紗，其中在乾式紡絲製程中，在紡絲期間藉由氣動或機械加撚機構將形成總紗之個別長絲束縛在一起。

製造聚結彈性纖維紗之製程闡述於(例如)美國專利第3,094,374號中，其概述具有高長絲間黏合之複絲紗在一致性處理方面之優點且揭示得到該等紗之方法。然而，許多紡織品商品及製程得益於單絲彈性纖維紗，其中期望織物透明性或低彈性功率。製造單絲彈性纖維紗之商業成本可由於資產利用率低而顯著高於複絲彈性紗。日本專利第03-059112號闡述成束聚胺基甲酸酯複絲或單絲，其以定向方式捲繞至筒管上，從而使得在與筒管分離時需要15 mg或更少成束複絲或單絲。以至少150 m/min之速率將其進一步處理為分離複絲或單絲。該等產物係藉由使乾式紡絲長絲在60℃以下冷卻及藉由用金屬皂塗覆產物來獲得。美國專利第5,723,080號闡述自乾式紡絲製程製造易分裂(可分離)彈性纖維紗之製程，其中經由使用寬距噴絲頭、分層氣流及個性化導紗器來防止個別長絲之聚結。

共同待決的PCT專利申請公開案WO2010/045155(其全部內容以引用之方式併入本文中)闡述藉由溶液紡絲製程所製備之彈性纖維，其中截面包含至少兩個分離區域且具有可界定邊界，其中至少一個藉由截面之邊界界定之區域包含彈性纖維組合物。所揭示截面之實例包含並列型及鞘芯型。

業內需要可經由鞘芯雙成份構造提高使用包含鏈段聚胺基甲酸酯-脲彈性纖維(elastic fiber)之彈性纖維(spandex)之效率之紗，該等鏈段聚胺基甲酸酯-脲彈性纖維具有提高之官能度及商業價值。更具體而言，一實施例係關於易分裂(可分離)彈性纖維複絲紗，其中纖維之表面修飾防止形成紗之個別長絲因熔合、黏合、纏結或合股而聚結。可分離複絲紗可產生單絲紗之多重絲紗捲裝，其尤其可用於輕質織物及透明服裝。

一些實施例組合基於在雙成份纖維結構中具有表面修飾劑之溶液紡絲彈性纖維組合物之纖維的高拉伸性與高回復性，從而滿足對經濟性單絲彈性纖維紗之市場需求。聚脲-聚胺基甲酸酯係藉由業內已知方法來製備。一種常用方法係藉由預聚合物製程合成纖維原材料，其中在第一步驟中，在溶劑中使長鏈二元醇與二異氰酸酯反應以形成預聚合物，以使得反應產物含有異氰酸酯末端基團(NCO基團)。在第二步驟中，用雙官能醇或胺延長預聚合物以形成最終聚合物。

本發明藉由對雙成份、鞘芯纖維實施乾式紡絲來提供低摩擦力彈性纖維彈性體紗，其中該鞘包含：

A.「脫模劑」，例如剪切成易破裂之薄平小板之特徵性結晶材料，適宜組合物之非限制性實例包含雲母、石墨、滑石、氮化硼及其混合物，及

B.具有令人滿意之彈性性能之聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯-脲，且芯包含鏈段聚胺基甲酸酯。

一些實施例之彈性纖維複絲紗表現高均勻度及極佳紡織品處理特性，且其與以習用方式製造之直接紡絲成最終線性密度之彈性纖維(亦稱為彈力纖維(elastane)紗)無差別。穩定長絲分離使得與個別長絲數目對應之多單絲細支紗可組合至一個捲裝上。此提供多重絲(多絲)捲裝，從而顯著提高製程效率。利用一些實施例可使藉由習用紡絲製程獲得之細支(<30丹尼(denier)或<33分特克斯(dtex))彈性纖維紗之數量成倍增長且對紡織品處理機具有經濟益處。

一些態樣提供包含低摩擦力彈性纖維彈性體紗之物件，其包含：

(a)聚胺基甲酸酯雙成份纖維，其具有芯及鞘；及

(b)脫模劑，其亦用作潤滑添加劑；其中該彈性體紗係單長絲紗或纖維。

另一態樣提供包含雙成份聚胺基甲酸酯紗之捲裝或絲餅之物件，其中：

(a)雙成份聚胺基甲酸酯紗具有鞘及芯；

(b)鞘包含脫模劑；且

(c)紗包含多重可分離長絲。

本發明亦包含方法，其包含：

(a)提供雙成份聚胺基甲酸酯紗之捲裝；其中：

(1)雙成份聚胺基甲酸酯紗具有鞘及芯；

(2)鞘包含脫模劑；且

(3)紗包含多重可分離長絲；

(b)退繞聚胺基甲酸酯紗；及

(c)分離多重可分離長絲。

倘若同一紗中長絲之間之抱合黏結會降低或妨礙紗之可分離性，則對於單長絲紗捲裝應省略熔合添加劑。

定義

本文所用術語「多重成份纖維」意指具有至少兩個分離的不同區域之纖維，該等區域具有不同組合物及可辨別邊界，即，兩個或更多個具有不同組合物且沿纖維長度連續之區域。此與聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲摻合物相反，其中組合一種以上組合物以形成沿纖維長度不具有不同且連續邊界之纖維。在本文中，術語「多重成份纖維」與「多成份纖維」係同義詞且可互換使用。在此定義中，「雙成份纖維」具有兩個分離且不同之區域。

術語「組成上不同」定義為兩種或更多種包含不同聚合物、共聚物或摻合物之組合物或兩種或更多種具有一或多種不同添加劑之組合物，其中包含於組合物中之聚合物可相同或不同。倘若所比較之兩種組合物包含不同聚合物及不同添加劑，則其亦「組成上不同」。

術語「邊界(boundary)」、「邊界(boundaries)」及「邊界區域」用於闡述多成份纖維截面中不同區域之間之接觸點。倘若在兩個區域之組合物之間重疊極小或無重疊，則此接觸點「界限清晰」。若兩個區域之間存在重疊，則邊界區域將包含兩個區域之摻合物。此摻和區域可係單獨均質摻和部分且在摻和邊界區域與其他兩個區域之每一區域之間具有單獨邊界。或者，邊界區域可包含與第一區域相鄰處之較高第一區域組合物濃度至與第二區域相鄰處之較高第二區域組合物濃度之梯度。

本文所用「溶劑」係指有機溶劑，例如N,N-二甲基乙醯胺(DMAC)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)及N-甲基吡咯啶酮。

本文所用術語「溶液紡絲」包含自溶液中製備纖維，其可係濕式紡絲或乾式紡絲製程，該兩者皆係常用纖維製造技術。多重成份或雙成份纖維可藉由溶液紡絲製程製備且因此可闡述為溶液紡絲紗。

本文所用術語「包芯紡絲紗」包含藉由圍繞長絲加撚纖維且由此包覆芯來製造之紗。包芯紗通常係彈性彈性纖維紗以賦予拉伸回復性特徵，且包覆纖維係棉以獲得期望觸覺感受。

本文所用「絲條」意指單一或一組彈性纖維長絲。絲條之長絲係作為一組一起處理。本文所用「絲」意指個別纖維、紗或絲條。本文所用「絲條」與「絲」可互換。在習用纖維紡絲及捲繞製程中，通常將單絲條捲繞至單管芯上以製造「單絲」捲裝。藉由習用程序製造之單絲捲裝亦稱為「單絲式捲裝(one end per package)」。

一些態樣提供包含溶液紡絲鏈段聚胺基甲酸酯組合物之雙成份纖維，其亦稱為彈性纖維或彈力纖維。雙成份纖維中不同區域之組合物包含不同聚胺基甲酸酯-聚脲組合物，其中聚合物不同，添加劑不同，或聚合物及添加劑兩者均不同。可藉由提供雙成份纖維，實現多種不同益處，例如降低成本及提高效率。

一些態樣提供彈性纖維之新穎表面結構，其減小纖維摩擦力、降低黏性且在低張力下維持複絲紗之穩定分離。個別長絲不能沿纖維長度加撚、合股或纏結以滿足商業紡織品製程中之穩定性。本發明之易分裂/可分離雙成份纖維通常係藉由擠出複數個雙成份長絲且捲繞至單捲裝上來製造。傳統上，高添加劑荷載對彈性纖維性質具有有害影響，但在雙成份結構中，在鞘成份中使用高添加劑含量(例如大於約10%)可提供較大靈活性，同時可改良產品在紡織品針織及包覆作業中之輸送，且不損害彈性性能。

纖維之表面修飾係藉由製造易分裂彈性纖維複絲紗之製程藉助雙成份溶液紡絲方法(乾式或濕式紡絲)自習用聚胺基甲酸酯-聚脲材料來獲得，該製程包含：

1)摻和包含高濃度脫模劑之鞘溶液與聚胺基甲酸酯-聚脲；

2)對具有未修飾聚胺基甲酸酯-聚脲芯材料之鞘溶液進行溶液紡絲以提供至少兩個雙成份紗，將其組合以形成複絲紗；

3)將複絲紗捲繞至單捲裝上以提供多絲捲裝，及視情況

4)在隨後之紡織品處理步驟期間將複絲紗分離成單一單絲紗。

一些態樣不需要如日本專利第03-059 112號中所述冷卻長絲及用金屬皂進行後處理。此外，不需要(例如)美國專利第5,723,080號中所闡述之毛細管幾何形狀之專用組態、氣流之分層及個性化導紗器。

在一些態樣中，彈性纖維紗包含多股長絲且可加以處理以使得長絲在退繞後可容易且穩定地分離。產物可以多絲捲裝形式藉由正向輸送器件用於諸如以下等製程中：包芯紡絲、中空錠(單側及雙側)包覆、圓形針織、彈性紗整經，且可替換多單絲捲裝，其可為紡織品製造商提供方便並節省成本。多長絲紗可包含任何適宜數目之可分離成個別單絲紗之長絲，例如每根多長絲紗有2根長絲至10根長絲。

本發明包含摩擦力降低/低摩擦力之雙成份彈性纖維/彈力纖維紗，其可與傳統整理劑(例如基於矽或礦物油之整理劑)組合使用以提供低摩擦力纖維。該等纖維具有以下性質中之一或多者：高熱蠕變抗性、良好彈性、低摩擦力及穩定長絲抱合。該等屬性理想地適合於紡織品應用，例如輕質圓形針織物、經編針織物及織造織物，但亦可用於任何需要彈性紗之織物及服裝。

一些態樣之紗係多長絲紗。該等紗包含脫模劑，該脫模劑亦可係有助於降低摩擦力性質之潤滑添加劑。多長絲紗亦必須不包括熔合添加劑以確保其可分離。熔合添加劑之目的係在多長絲紗中之長絲之間增強或提供抱合，其在包含易分裂/可分離紗之多絲捲裝中不應添加。

脫模劑由於能向彈性纖維提供摩擦力降低之表面而亦可稱為潤滑添加劑。脫模劑可係易破裂結晶材料、低摩擦力聚合物或該等物質中兩種或更多種之組合。可用作脫模劑之固體潤滑劑之實例包含結晶材料，其剪切成薄平小板且易於相互滑動以產生潤滑效果。適宜脫模劑之非限制性實例包含雲母、石墨、碳黑、二硫化鉬、滑石、氮化硼、發煙二氧化矽、多種蠟及其混合物。亦包含高負電性聚合物，例如含氟聚合物。該等聚合物可係低摩擦力聚合物，例如廣泛用於降低摩擦力之PTFE。

滑石可係通常包含矽酸鋁之水合矽酸鎂。滑石之晶體結構可包含氫氧鎂石(氫氧化鎂)位於二氧化矽層之間之重複夾層。

雲母可包含矽酸鋁且視情況包含鐵及/或鹼金屬。雲母可分成薄層(約1 μm)。其最大尺寸(長度)通常在5至150 μm尺寸範圍內，較佳為10至100μm且更佳為10至60 μm，且高度(厚度)為0.1至0.5 μm。雲母可包含金雲母、白雲母、氟金雲母、蛭石、諸如伊利石(illite)等雲母狀黏土及其混合物。

一些態樣之雙成份纖維可包含寬比率範圍之第一區域(芯)與第二區域(鞘)。在鞘芯組態中，鞘以纖維重量計可以約1%至約60%之量存在，包含纖維重量之約1%至約50%、纖維重量之約10%至約35%、纖維重量之約10%至約20%、約10%至約15%及約5%至約30%。倘若期望限制鞘對芯之彈性性質之影響，則可使鞘含量降至最低。

脫模劑/潤滑添加劑之量可變化。脫模劑/潤滑添加劑可單獨使用，或可與聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物及/或額外聚合物及添加劑組合使用。脫模劑以鞘之重量計可以約1%至約50%之量存在，包含約5%至約25%、10%至約25%及約10%至約15%。

一些態樣包含多成份或雙成份纖維，其包含溶液紡絲聚合物組合物。多種不同組合物係適宜的，包含聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯脲或其混合物。多成份纖維中不同區域之組合物包含不同聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物，其中聚合物不同、添加劑不同或聚合物及添加劑兩者均不同。可藉由提供多重成份纖維，實現多種不同益處。例如，可藉由引入與習用單成份彈性纖維紗不相容之新添加劑或經由組合兩種組合物之協同效應改良纖維性質。

基於期望織物構造，可產生5-2000分特克斯之纖維線性密度。5-70分特克斯之彈性纖維紗可具有介於1與5之間之長絲支數，且70-2000分特克斯之紗可具有5至200(包含20至200)之長絲支數。該纖維可用於任何種類之織物(織造物、經編針織物或緯編針織物)中，其端視織物之期望最終用途具有0.5%至100%之含量。

在製程期間，可向彈性纖維施加潤滑劑或整理劑，以改良纖維之下游處理。整理劑(例如基於聚矽氧或礦物油之整理劑)可以0.5重量%至10重量%之量來施加。

聚胺基甲酸酯脲及聚胺基甲酸酯組合物

多種不同聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物可用於本發明第一及第二區域(即，分別指芯及鞘)中之一者或兩者。亦可包含額外區域。可用之聚胺基甲酸酯/聚胺基甲酸酯脲組合物在下文中詳細闡述。

聚胺基甲酸酯嵌段共聚物之性質依賴於胺基甲酸酯與多元醇鏈段之相分離，從而使得硬胺基甲酸酯結構域在軟鏈段基質中用作交聯。胺基甲酸酯結構域受所選鏈延長劑之含量及品質二者控制。當鏈延長劑係二元醇時，結果係聚胺基甲酸酯；當鏈延長劑係水或二胺時，結果係聚胺基甲酸酯脲。

彼等熟習此項技術者可瞭解，眾多種二元醇鏈延長劑可用於本發明。可用於製備高熔點聚胺基甲酸酯之市售二元醇鏈延長劑之一適宜實例包含(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)。

彼等熟習此項技術者可瞭解，多種不同聚胺基甲酸酯及聚胺基甲酸酯脲組合物適合於本發明。該等組合物包含(但不限於)包含長鏈合成聚合物之可用聚胺基甲酸酯脲組合物，該等聚合物包含至少85重量%之鏈段聚胺基甲酸酯。通常，該等組合物包含聚合二醇，亦稱為多元醇，其與二異氰酸酯反應形成NCO-末端預聚合物(「封端二醇」)，然後將該預聚合物溶解於適宜溶劑(例如N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺或N-甲基吡咯啶酮)中，且之後使其與二官能鏈延長劑反應。當鏈延長劑係二元醇時，形成聚胺基甲酸酯(且製備時可不使用溶劑)。當鏈延長劑係二胺時，形成聚胺基甲酸酯脲，其係聚胺基甲酸酯之亞類。在可紡絲成彈性纖維之聚胺基甲酸酯脲聚合物之製備中，藉由使羥基端基與二異氰酸酯及一或多種二胺連續反應來延長二醇。在每一情形中，封端二醇必須經歷鏈延長以提供具有包含黏度在內的所需性質之聚合物。若需要，可使用二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、無機酸、三級胺(例如三乙胺)、N,N'-二甲基哌嗪及諸如此類及其他已知觸媒來輔助進行封端步驟。

適宜聚合二醇成份之非限制性實例包含數量平均分子量為約600至約3,500之聚醚二醇、聚碳酸酯二醇及聚酯二醇。可包含兩種或更多種聚合二醇或共聚物之混合物。

可使用之適宜聚醚二醇之非限制性實例包含彼等具有兩個或更多個羥基之二醇，其來自以下之開環聚合反應及/或共聚合反應：環氧乙烷、環氧丙烷、氧雜環丁烷、四氫呋喃及3-甲基四氫呋喃；或來自以下之縮聚反應：每一分子中具有少於12個碳原子之多元醇(例如二醇或二醇混合物)，例如乙二醇、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。直鏈雙官能聚醚多元醇較佳，且分子量為約1,700至約2,100之聚(四亞甲基醚)二醇(例如官能度為2之Terathane 1800(INVISTA，Wichita,KS))係適宜二醇之一具體實例。共聚物可包含聚(四亞甲基醚-共-伸乙基醚)二醇。

可使用之適宜聚酯多元醇之非限制性實例包含彼等具有兩個或更多個羥基之酯二醇，其係藉由每個分子具有不超過12個碳原子之低分子量脂肪族多羧酸與多元醇或其混合物之縮聚反應來產生。適宜多羧酸之實例係丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二甲酸及十二烷二甲酸。製備聚酯多元醇之適宜多元醇之實例係乙二醇、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-庚二醇及1,12-十二烷二醇。具有約5℃至約50℃之熔融溫度之直鏈雙官能聚酯多元醇係聚酯多元醇之一具體實例。

可使用之適宜聚碳酸酯多元醇之非限制性實例包含彼等具有兩個或更多個羥基之碳酸酯二醇，其係藉由光氣、氯甲酸酯、碳酸二烷基酯或碳酸二烯丙基酯與每個分子中具有不多於12個碳原子之低分子量脂肪族多元醇或其混合物之縮聚反應來產生。製備聚碳酸酯多元醇之適宜多元醇之實例係二乙二醇、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。具有約5℃至約50℃之熔融溫度之直鏈雙官能聚碳酸酯多元醇係聚碳酸酯多元醇之具體實例。

適宜二異氰酸酯成份之非限制性實例可包含單一二異氰酸酯或不同二異氰酸酯之混合物，該混合物包含含有4,4'-亞甲基雙(苯基異氰酸酯)及2,4'-亞甲基雙(苯基異氰酸酯)之二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)之同分異構體混合物。可包含任何適宜芳香族或脂肪族二異氰酸酯。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-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。

對於聚胺基甲酸酯脲，鏈延長劑可係水或二胺鏈延長劑。端視聚胺基甲酸酯脲及所得纖維之期望性質，可包含不同鏈延長劑之組合。適宜二胺鏈延長劑之非限制性實例包含：肼、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-己二胺、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-丙胺)、1,2-環己二胺、1,4-環己二胺、4,4'-亞甲基-雙(環己胺)、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(Huntsman)。

在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(羥基乙氧基)苯及1,4-丁二醇、己二醇及其混合物。

可視情況包含單官能醇或一級/二級單官能胺以控制聚合物之分子量。亦可包含一或多種單官能醇與一或多種單官能胺之摻合物。

可用於一些態樣中之適宜單官能醇之非限制性實例包含至少一個選自由以下組成之群之成員：具有1至18個碳之脂肪族及環脂族一級及二級醇、酚、經取代酚、分子量低於約750(包含分子量低於500)之乙氧基化烷基酚及乙氧基化脂肪醇、羥胺、羥甲基及羥乙基取代之三級胺、羥甲基及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、苄醇、辛醇、十八醇、N,N-二乙基羥胺、2-(二乙胺基)乙醇、2-二甲胺基乙醇及4-六氫吡啶乙醇及其組合。

適宜單官能二烷基胺封閉劑之非限制性實例包含：N,N-二乙胺、N-乙基-N-丙胺、N,N-二異丙胺、N-第三丁基-N-甲胺、N-第三丁基-N-苄胺、N,N-二環己胺、N-乙基-N-異丙胺、N-第三丁基-N-異丙胺、N-異丙基-N-環己胺、N-乙基-N-環己胺、N,N-二乙醇胺及2,2,6,6-四甲基六氫吡啶。

其他聚合物

可用於包含於一些態樣之多重成份纖維之一或多個區域中之其他聚合物包含可溶或具有有限溶解度或可以微粒形式(例如，細粒)包含之其他聚合物。該等聚合物可分散或溶解於聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲溶液中，或與溶液紡絲-聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物共擠出。共擠出之結果可係具有並列型、同心鞘芯或偏心鞘芯截面之雙成份或多重成份纖維，其中一種成份係聚胺基甲酸酯脲溶液且另一成份含有另一聚合物。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、丙烯酸類、聚芳醯胺及聚烯烴。

纖維截面組態

對於本發明之一些實施例可使用多種不同截面。該等截面包含雙成份或多重成份同心或偏心鞘芯型及雙成份或多重成份並列型。可涵蓋獨特截面，只要該等截面可包含至少兩個分離區域即可。為使複絲紗之可分離性最大化，可包含鞘芯截面，其中至少在鞘中包含脫模劑，但端視期望紗性質亦可於芯中包含脫模劑。

鞘芯截面中之每一者皆包含在至少兩種組成上不同之聚胺基甲酸酯脲組合物之間之邊界區域。邊界可係界限清晰之邊界或可包含摻和區域。倘若邊界包含摻和區域，則邊界本身為不同區域，其係第一及第二(或第三，第四等)區域之組合物之摻合物。此摻合物可係均質摻合物或可包含自第一區域至第二區域之濃度梯度。

添加劑

可視情況包含於聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物中之添加劑種類列於下文。包含例示性及非限制性列表。然而，額外添加劑為業內所熟知。實例包含：抗氧化劑、UV穩定劑、著色劑、色素、交聯劑、有機及無機填充劑、穩定劑(位阻酚、氧化鋅、位阻胺)、滑爽劑(聚矽氧油)及其組合。

添加劑可提供一或多種有利性質，包含：可染性、疏水性(即，聚四氟乙烯(PTFE))、親水性(即，纖維素)、摩擦力控制、耐氯性、耐降解性(即，抗氧化劑)、色彩、黏性控制(即，金屬皂)、觸覺性質、定形能力、消光劑(例如二氧化鈦)、穩定劑(例如水滑石、碳鈣鎂礦與水菱鎂礦之混合物)、UV屏蔽劑及其組合。

可以適合達成期望效果之任何量包含添加劑。

裝置

雙成份纖維通常一直係藉由熔融紡絲製程來製備。用於該等製程之裝置可適用於溶液紡絲製程。乾式紡絲及濕式紡絲為熟知溶液紡絲製程。

關於纖維及長絲(包含彼等人造雙成份纖維)之以引用方式併入本文中之適合參考文獻係(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. Bi-component Fibres，R Jeffries，Merrow Publishing有限公司，1971；

c. Handbook of Fiber Science and Technology，T. F. Cooke，CRC Press，1993；

類似參考文獻包含以引用方式併入本文之美國專利第5,162,074號及第5,256,050號，其闡述製造雙成份纖維之方法及設備。

經由模具擠出聚合物以形成纖維係用諸如擠出機、齒輪幫浦及諸如此類等習用設備來實施。較佳採用分離齒輪幫浦以向模具供應聚合物溶液。當摻和功能性添加劑時，較佳在(例如)齒輪幫浦上游之靜態混合器中混合聚合物摻合物以獲得更均勻之成份分散物。在擠出之前，可藉由夾套式容器以受控溫度單獨加熱每一彈性纖維溶液且過濾以提高紡絲產率。

雙成份彈性纖維亦可藉由以下方式來製備：分離毛細管以形成分離長絲，隨後使其聚結以形成單纖維。

製造纖維之製程

一些實施例之纖維係藉由對具有習用胺基甲酸酯聚合物溶劑(例如，DMAc)之溶液中之聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯-脲聚合物進行溶液紡絲(濕式紡絲或乾式紡絲)來製備。聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲聚合物溶液可包含上述組合物或添加劑中之任一種。聚合物係藉由以下方式來製備：使有機二異氰酸酯與適當二醇反應，二異氰酸酯與二醇之莫耳比率在1.6至2.3範圍內，較佳為1.8至2.0，以產生「封端二醇」。然後使封端二醇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/胺基甲酸酯部分。該等軟鏈段表現低於60℃之熔融溫度。硬鏈段為聚合物鏈之聚胺基甲酸酯/脲部分；該等硬鏈段具有高於200℃之熔融溫度。硬鏈段總計為聚合物總重量之5.5%至12%、較佳6%至10%。聚胺基甲酸酯聚合物係藉由以下方式來製備：使有機二異氰酸酯與適當二醇反應，二異氰酸酯與二醇之莫耳比率在2.2至3.3範圍內，較佳為2.5至2.95，以產生「封端二醇」。然後使封端二醇與二元醇鏈延長劑之混合物反應。硬鏈段為聚合物鏈中之聚胺基甲酸酯鏈段；該等鏈段具有150-240℃之熔融溫度。硬鏈段可佔聚合物總重量之10%至20%，較佳13%。

紗及織物可藉由任何習用方式自本文所述彈性多重成份纖維來製備。彈性紗可用第二紗(例如硬質紗)包覆。適宜硬質紗尤其包含耐綸、丙烯酸類、棉、聚酯及其混合物。包覆紗可包含單包覆、雙包覆、空氣包覆、包芯紡絲紗及併撚紗。

一些實施例之彈性紗可包含於多種構造中，例如針織物(經編及緯編)、織造物及非織造物。該等彈性紗可用於襪子、長襪、襯衫料、貼身衣服、泳衣、下裝及非織造衛生結構。

複絲可分離紗可經紡絲且然後捲繞至捲裝(亦稱為絲餅)上，其中捲裝之直徑小於其高度。可將捲裝退繞且將紗分離成兩個或更多個單絲多成份彈性纖維紗，可對其進行進一步紡織品處理。具體而言，該方法包含：

(a)提供雙成份彈性纖維紗之捲裝；其中：

(1)雙成份彈性纖維紗具有鞘及芯；

(2)鞘包含脫模劑；且

(3)紗包含多重可分離長絲；

(b)退繞彈性纖維紗；及

(c)分離多重可分離長絲。

進一步處理可包含以下步驟中之一或多者：

(d)將多重可分離長絲與短粗紗纖維單獨組合以提供包芯紡絲紗；及

(e)將包芯紡絲紗捲繞至管上以提供多重包芯紡絲紗捲裝；或

(d)使多重可分離長絲單獨穿過載有非彈性紗之中空管錠；

(e)用該非彈性紗包裹多重可分離長絲以提供包覆紗；及

(f)將包覆紗捲繞至管上以提供多重包覆紗捲裝，或

(d)單獨針織多重可分離長絲以提供多層織物，或

(d)整經/捲經多重可分離長絲以增加經軸上絲條之數目。

測試方法

根據ASTM D 2731-72之一般方法來量測彈性纖維及膜之強度及彈性性質。每一量測使用三根紗、2英吋(5 cm)隔距長度及0-300%伸長率循環。將樣品以50公分/分鐘之恆定伸長速率循環五次。第一循環中以100%(M100)及200%(M200)伸長率下之力來測定模數且以克來報告。在第五循環中於200%伸長率下測定卸荷模數(U200)且以克報告於表中。在第六延長循環中量測斷裂伸長百分比及斷裂力。

以第五與第六循環之間保持之伸長率來測定永久變形百分比，如在第五卸荷曲線返回至實質上零應力時所示。在已對樣品實施五個0-300%伸長/鬆弛循環後30秒時量測永久變形百分比。然後根據永久變形%=100(Lf-Lo)/Lo來計算永久變形百分比，其中Lo及Lf係在五個伸長/鬆弛循環之前(Lo)及之後(Lf)，長絲(紗)保持無張力伸直時之長度。

摩擦係數量測

當量測摩擦係數時，如圖5中圖解說明，自彈性纖維絲餅2引導彈性纖維紗1經過第一輥4及第二輥6以將其延長，繞經張力計10，經過摩擦插釘8，且經過第二張力計12，且繞經另一導輥14。

在給定之線速率下，可使用下述「卡普斯頓(capstan)」方程來計算纖維與金屬摩擦插釘之間之表觀摩擦係數(f)：

f=ln(T2/T1)/q

其中T1係在即將到達金屬摩擦插釘之前纖維上之張力，T2係在剛離開金屬摩擦插釘後纖維上之張力，且q係纖維與金屬摩擦插釘之間之弧度之接觸角。對於所有實例，皆按以1.047之弧度繞經0.25英吋不銹鋼插針來將q標準化。對於所有實例，退繞速率皆恆定為45 m/min，且自第一輥至最後一輥拉伸2.78X。

張力之量測係使用與實時數據採集電腦相連之兩個張力感測器來實施，在長100米之紗上以5 cm間隔記錄張力讀數。彈性纖維紗由於簡化卡普斯頓方程無法解釋之彈性體之接觸變形及黏合特徵而可能出現超過整體之摩擦係數。

抱合指數-圖6

為評估抱合強度，首先將複絲紗樣品自捲裝上移出且藉由搓條或拉伸使長絲分裂。在最小延長下將紗自起點分開約20 cm。在板22上用兩個相隔10 cm之插釘(24a、24b)夾住每一分裂絲(20a、20b)以使得分裂點28位於11.5 cm處。每一分裂絲(20a、20b)及多長絲纖維30應沿直線延長及鬆弛。將第三夾鉗32置於連接點處且將紗穩定伸長直至第三夾鉗32到達40.5 cm處且允許分裂點28保持平衡。用直尺量測黏合紗之長度(精確至mm)且報告為抱合指數。較高值表示黏合長度較長且長絲間黏結較強。此佈置繪示於圖6中。

藉由下述實例來更全面地顯示本發明之特徵及優點，該等實例旨在闡釋本發明，而不應理解為以任何方式限制本發明。

實例

在本發明之所示實施例中，將兩種不同聚合物溶液引入在40℃-90℃下作業之分段夾套式熱交換器中。根據期望纖維組態及WO 2010/04515A1中針對鞘芯所述來配置擠出模具及板。本發明之纖維係藉由自N,N-二甲基乙醯胺溶液(CAS號127-19-50)之溶液進行PUU聚合物之乾式紡絲來製造。為使最終纖維具有足夠熱穩定性，如下所述製備高熔點PUU聚合物且使用其作為芯及鞘組合物之成份基礎。封端比率為1.7之聚胺基甲酸酯預聚合物係藉由將MDI(1,1-亞甲基雙[異氰酸]苯，CAS號[26447-40-5])與1800數量平均分子量之PTMEG(α-氫-ω-羥基聚(氧基-1,4-丁烷二基)，CAS號25190-06-1)之混合物加熱至70-90℃並保持2小時來製備。隨後，將預聚合物於DMAc中溶解至約35%固體濃度。用二胺混合物(較佳為乙二胺(「EDA」)與2-甲基五亞甲基二胺(「MPMD」)之混合物)來稀釋預聚合物溶液，從而將40℃落球溶液黏度提高至3600泊且形成PUU。硬鏈段為聚合物鏈中之聚胺基甲酸酯/脲部分。硬鏈段總計為聚合物總重量之5%至12%，較佳8%至10%。在所得聚合物中，軟鏈段為聚合物鏈之聚醚/胺基甲酸酯部分。該等軟鏈段表現低於25℃之熔融溫度。

經由期望配置之分佈板及噴絲孔計量加入含有30-40%聚合物固體之聚合物溶液以形成長絲。分佈板經配置以按照同心鞘芯配置來組合聚合物流，隨後經由共用毛細管擠出。藉由在220℃-440℃下引入熱氣體來乾燥所擠出長絲，且氣體：聚合物質量比率為至少10:1，且以至少400米/分鐘(較佳至少600 m/min)之速率牽拉，且然後以至少500米/分鐘(較佳至少750 m/min)之速率捲繞。自根據本發明製造之彈性纖維形成之紗通常具有至少1 cN/分特克斯之斷裂韌度、至少400%之斷裂伸長率、至少0.2 cN/分特克斯之M200。

實例1：

將由Rio Tinto Mineral供應之滑石(Nicron 674)分散於二甲基乙醯胺中且與彈性纖維聚合物溶液摻和以在DMAc中形成37%固體溶液。該溶液之固體組成為16%滑石及其餘為聚合物。將最終溶液作為鞘成份與由相同彈性纖維聚合物組成之芯溶液以1:9之鞘芯比率一起擠出，從而形成44分特克斯之二長絲紗。自兩個位置相隔11 mm且一起穿過第一陶瓷導紗器之毛細管製造複絲紗，且無額外加撚。在用基於聚矽氧之整理油劑塗覆後，將產物以490 m/min牽拉離開且以550 m/min捲繞在0.5 kg捲裝上。彼等熟習此項技術者可瞭解若需要添加諸如抗氧化劑、滑動劑及染料助劑等之額外添加劑之益處以提高商業價值。表2中顯示包含摩擦力及抗張性質在內之產物性質。為測試分裂性能，使紗捲裝與以400 m/min作業之從動輥相接觸且引導分裂絲穿過相隔58 mm之導紗器。在穿過導紗器之後，藉由吸絲器收集單絲紗且在製程運行中整個捲裝皆未斷裂。

對比實例1：

將所製備呈36% DMAc溶液形式之彈性纖維聚合物不經修飾即作為比率為1:9之鞘及芯成份擠出，從而形成44分特克斯之二長絲紗。用基於聚矽氧之整理油劑塗覆後，將產物以500 m/min牽拉離開且以490 m/min捲繞在0.5 kg捲裝上。表2中展示包含摩擦力及抗張性質在內之產物性質。

為測試分裂性能，使紗捲裝與以400 m/min作業之從動輥相接觸且引導分裂絲穿過相隔58 mm之導紗器。在穿過導紗器之後，藉由廢絲吸絲器收集單絲紗且製程在斷裂之間最多運行3-4分鐘。本實例之紗在分裂期間不滿足商業實用性預期且未實施額外紡織品處理。

實例2：

將由Canada Talc有限公司(Ontario)供應之Cantal 400分散於二甲基乙醯胺中。摻和上述滑石漿液及PUU聚合物以在DMAc中形成38%固體溶液。該溶液之固體組成為16%滑石、84% PUU聚合物且產物在鞘調配物中省略任何熔合劑。將最終溶液作為鞘成份與由高熔點PUU聚合物組成之芯溶液以1:9之鞘芯比率一起擠出，從而形成44分特克斯之三長絲紗。在用基於聚矽氧之整理油劑塗覆後，將產物以700 m/min牽拉離開且以800 m/min捲繞在捲裝上。表3中展示包含摩擦力、抱合及抗張性質在內之產物性質。

對比實例2：

將所製備呈36% DMAc溶液形式之PUU聚合物不經修飾即作為比率為1:9之鞘及芯成份擠出，從而形成44分特克斯之三長絲紗。在用基於聚矽氧之整理油劑塗覆後，將產物以700 m/min牽拉離開且以800 m/min捲繞在捲裝上。表3中展示包含摩擦力、抱合指數及抗張性質在內之產物性質。

實例3-包芯紡絲

如圖1所示，將來自實例1之複絲彈性纖維紗之捲裝2供應至對排輸送輥38以使得來自產物2之每一個別長絲(1A、1B)分離且切向退繞至輥導紗器31且進一步引導至紡絲位置之對應前輥35處。以2-4 m/min之輸送速率用棉纖維3包覆產物且整個捲裝無長絲斷裂或紗纏結，從而提供分離包芯紡絲紗捲裝(5A、5B)。

實例4-中空錠包覆

如圖2所示，將來自實例1之複絲彈性纖維紗之捲裝2供應至對排輸送輥38以使得將每一個別長絲(1A、1B)切向輸送至紡絲位置之對應個別導紗器孔眼42中。使分離單絲紗(1A、1B)單獨經過第二輸送輥40，然後穿過載有外部非彈性紗捲裝46之中空管錠44。該錠之紡絲作用釋放非彈性紗且將其包裹在單絲紗周圍，且藉由第三輸送輥41捲取並收集為包覆捲裝48以供進一步處理。在整個捲裝期間，在6-10米/分鐘之範圍內且無斷裂或紗纏結情況下測試輸送輥之線性速率。

實例5-圓形針織

實例產物為具有2根長絲之44分特克斯彈性纖維，其捲繞至管上以提供多絲彈性纖維捲裝2。如圖3所示，藉由兩個輸送輥38輸送多絲捲裝2且將其分離成2根長絲並切向退繞。每一經分離長絲(1A、1B)皆變成22分特克斯且將其經由個別自停裝置54、輥式導紗器50、餵料機52引導至織針58，並在28號圓形針織機(Vignoni，Venis E型)上用速率控制裝置56將其與71丹尼/68長絲聚醯胺60針織在一起。針織機速率為35 rpm，對應於75米/分鐘之彈性纖維輸送速率。在整個輸送及針織製程中未發現產物出現紗纏結及斷裂。

為進行比較，亦以75 m/min之輸送速率將22分特克斯彈性纖維標準樣品(LYCRA纖維T169B)與相同71dex/68f聚醯胺針織在一起。在此情況中，使用兩倍數目之彈性纖維捲裝來產生相當數目之絲。

針織後，經由正常整理製程處理織物，即：精練、染色、洗滌及在拉幅機上乾燥。製程細節為：

步驟1：用2.0 g/l之蘇打灰(Sesoda公司，中國)、Imacol S(來自Clariant Chemicals有限公司)、Humectol LYS(來自Clariant)及B-30(來自Yue Fa有限公司，臺灣)以90℃×20 min精練。用水將織物沖洗2次，之後用60℃熱水沖洗10 min，且用冷水再沖洗2次。

步驟2：用以下按織物重量(owf)計之染料及輔助劑以100℃×30 min染色：

a.　來自Clariant之Nylosan Yellow SL　0.087%

b.　來自Clariant之Lanasyn Turquoise M-5G　0.14%

c.　來自Clariant之Nylosan Blue SR染料　0.38%

d.　來自Clariant之Sandogen NH　0.75g/l

e.　來自Clariant之Imacol S　0.5 g/l

f.　來自Clariant之Sandacid VS　0.3 g/l

g　來自Yue Fa有限公司之B-30　0.1 g/l

h.　染色後用4倍冷水沖洗

步驟3：在拉幅機(Krantz model K30)上以130℃×90 sec乾燥

測試織物性能且評定為與本發明相當。亦根據AATCC方法178評定均勻度且當具有頂部照明時評定為與本發明相當，而在透射照明下本發明略優於對比織物。

實例6-彈性紗捲經

圖4圖解說明用於彈性紗之典型整經系統。藉由輸送輥驅動產物且將其分離成兩根絲條，將紗1A及1B穿過搓條機筘7(孔眼導紗器板)切向輸送至搓條輥9。然後將紗片(端視紗尺寸(分特克斯)及經編針織機之隔距(每英吋針數)在500-1000絲範圍內)拉緊(經過預拉伸輥11及張力計13，穿過筘15且捲繞至分段式經軸17上)以供用於後續經編針織製程。藉由壓輥19所提供之經軸架之典型輸送速率在150-300 m/min範圍內。

儘管已闡述目前據信為本發明之較佳實施例者，但熟習此項技術者應瞭解，可對其進行改變及修改而不背離本發明之精神，且所有該等改變及修改均意欲包含於本發明之實際範疇中。

1．．．彈性纖維紗

1A．．．長絲

1B．．．長絲

2．．．捲裝/彈性纖維絲餅

3．．．棉纖維

4．．．第一輥

5A．．．分離包芯紡絲紗捲裝

5B．．．分離包芯紡絲紗捲裝

6．．．第二輥

7．．．搓條機筘

8．．．摩擦插釘

9．．．搓條輥

10．．．張力計

11．．．預拉伸輥

12．．．第二張力計

13．．．張力計

14．．．導輥

15．．．筘

17．．．分段式經軸

19．．．壓輥

20a．．．分裂絲

20b．．．分裂絲

22．．．板

24a．．．插釘

24b．．．插釘

28．．．分裂點

30．．．多長絲纖維

31．．．輥式導紗器

32．．．第三夾鉗

35．．．前輥

38．．．對排輸送輥

40．．．第二輸送輥

41．．．第三輸送輥

42．．．導紗器孔眼

44．．．中空管錠

46．．．外部非彈性紗捲裝

48．．．包覆捲裝

50．．．輥式導紗器

52．．．餵料機

54．．．自停裝置

56．．．速率控制裝置

58．．．織針

60．．．聚醯胺

圖1係自多絲彈性纖維捲裝製備包芯紡絲包覆紗之示意圖。

圖2係多絲彈性纖維捲裝之中空錠包覆製程之示意圖。

圖3係使用多絲彈性纖維捲裝之圓形針織製程之示意圖。

圖4係使用多絲彈性纖維捲裝之整經/捲經製程之示意圖。

圖5係摩擦力量測器件之示意圖。

圖6顯示用於量測紗中長絲之間之抱合力之紗配置圖。

Claims

一種物件，其包括製自纖維(fiber)之溶液紡絲雙成份聚胺基甲酸酯紗(yarn)捲裝；其中：(a)該纖維具有鞘及芯；(b)該鞘含有以鞘之重量計1%至50%之量摻和至該鞘中之脫模劑，且在該鞘中不包含熔合添加劑，其中該脫模劑選自由以下組成之群：至少一種易破裂結晶材料、至少一種低摩擦力聚合物及其組合；且(c)該紗包含2至10根可分離長絲。
如請求項1之物件，其中該芯包括：(1)聚胺基甲酸酯，(2)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(3)聚胺基甲酸酯-脲。
如請求項1之物件，其中該脫模劑選自由以下組成之群：雲母、石墨、碳黑、二硫化鉬、滑石、氮化硼、發煙二氧化矽、蠟及其混合物。
如請求項1之物件，其中該脫模劑包括含氟聚合物。
如請求項1之物件，其中該鞘包括以該鞘之重量計10%至25%之量之該脫模劑。
如請求項1之物件，其中該鞘佔該纖維之1重量%至50重量%。
如請求項1之物件，其中該鞘佔該纖維之10重量%至35重量%。
一種方法，其包括：(a)提供雙成份聚胺基甲酸酯紗之捲裝；其中：(1)該雙成份聚胺基甲酸酯紗具有鞘及芯；(2)該鞘包含以鞘之重量計1%至50%之量摻和至該鞘中之脫模劑；且(3)該紗包含多重可分離長絲，但在鞘中不包含熔合添加劑；(b)退繞該聚胺基甲酸酯紗；及(c)分離該等多重可分離長絲。
如請求項8之方法，其另外包括：(d)將該等多重可分離長絲與短粗紗纖維單獨組合以提供包芯紡絲紗；及(e)將該包芯紡絲紗捲繞至管上以提供多重包芯紡絲紗捲裝。
如請求項8之方法，其另外包括：(d)使該等多重可分離長絲單獨穿過載有非彈性紗之中空管錠；(e)用該非彈性紗包裹該等多重可分離長絲以提供包覆紗；及(f)將該包覆紗捲繞至管上以提供多重包覆紗捲裝。
如請求項8之方法，其另外包括：(d)單獨針織該等多重可分離長絲以提供多層織物。
如請求項8之方法，其另外包括：(d)整經/捲經該等多重可分離長絲以增加經軸上之絲條數目。