TWI771366B - 製造彈性纖維的方法，製造彈性纖維製品的方法，彈性纖維及彈性纖維製品 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種製造彈性纖維的方法，該方法包含：以2,500m/min至10,000m/min之紡絲速率熔紡包含聚胺基甲酸酯熱塑彈性體之原料組成物。該聚胺基甲酸酯熱塑彈性體包含藉由使聚醚多元醇作為長鏈多元醇反應而獲得之軟鏈段。

Description

製造彈性纖維的方法，製造彈性纖維製品的方法，彈性纖維及彈性纖維製品
本發明尤其係關於一種藉由使用熱塑性聚胺基甲酸酯製造彈性纖維的方法(亦稱為製程)，一種藉由使用該彈性纖維製造彈性纖維製品的方法及彈性纖維以及彈性纖維製品。
具有橡膠樣彈性之纖維，亦即彈性纖維(JIS L0204-3)迄今已廣泛用於涉及工業材料以及服裝材料之各種領域中；作為此類彈性纖維之原料，例如熱塑性聚胺基甲酸酯(thermoplastic polyurethane；TPU)、熱塑性聚醚酯醯胺(thermoplastic polyether ester amide；TPA)及熱塑性聚烯烴(TPO)為普遍已知的。
其中，特定言之，使用TPU之纖維在例如耐化學性、耐磨性、減輕製品重量及與其他材料之黏著性方面為極佳的。TPU通常係藉由使有機異氰酸酯、長鏈多元醇及增鏈劑反應而獲得。在TPU纖維中，尤其當使用聚醚多元醇作為長鏈多元醇時，可獲得在耐低溫性、耐微生物腐蝕性及耐水性(諸如耐水解性)方面極佳之TPU纖維。
然而，相較於耐綸(諸如PA66)及聚酯(諸如PET)纖維，TPU纖維在機械特性，諸如拉伸彈性模數及拉伸強度方面通常並不足夠。此外，當使用聚醚多元醇作為長鏈多元醇時，相較於其他長鏈多元醇，諸如聚酯多元醇及聚碳酸酯多元醇，纖維在機械特性，諸如抗拉強度方面往往較差。
因此，本發明之目標在於提供一種即使當使用聚醚多元醇作為長鏈多元醇時，依舊能夠製造出在機械特性方面有所改良之TPU的方法。
如專利文獻1(日本專利特許公開第2005-281901號)中所揭示，鑒於例如抗拉強度之改良，通常將大約450m/min至1,000m/min之TPU纖維紡絲速率視為適合的(專利文獻1，段落0055)。專利文獻2(日本專利特許公開第2013-241701號)揭示了作為針對彈性纖維的高速可紡樹脂之實例的聚胺基甲酸酯樹脂；然而，本揭示案僅提出與複數種樹脂，諸如聚醚酯樹脂一起使用的能力，且從未研究過聚胺基甲酸酯樹脂之高速紡絲。此外，專利文獻2僅揭示了包含由己二酸與1,4-丁烷二醇製備之聚亞烷基酯多元醇作為軟鏈段之長鏈單元的聚酯類TPU(專利文獻2之段落0060)。
專利文獻3(WO2004/092241A1)揭示了TPU纖維及其熔紡方法。然而，專利文獻3基本上需要使用特定交聯劑，且此類交聯劑可能會降低纖維之期望特性。此外，專利文獻3僅揭示了用300m/min至1,200m/min之較低紡絲速度進行TPU熔紡(段落0040)，且其工作實施例僅嘗試處於480m/min下之速度。
專利文獻4(EP0548364A1)展示較高紡絲速度下之熔紡。然而，專利文獻4認識到了聚胺基甲酸酯紡絲之困難所在，且其藉由併入聚酯樹脂(複合長絲)達成高速紡絲。此類複合長絲需要複雜噴嘴進行紡絲且成本會 有所增加，同時產率會有所降低。
專利文獻5(US2005/106982A1)揭示了一種紡絲方法及Huntsman聚胺基甲酸酯的用途。然而，Huntsman聚胺基甲酸酯係藉由使用聚酯多元醇作為長鏈多元醇而製備。此外，專利文獻5之方法係用於製備相關非織造纖維幅材。儘管長絲速度甚至為2,800m/min或大於2,800m/min，但其係用於對作為最終產物(幅材)之中間物的極精細長絲進行紡絲，且該幅材藉由輥23以低得多之速度捲取。
專利文獻6(US6096252A)揭示了TPU纖維及其紡絲方法。
然而，專利文獻6僅揭示了處於較低速度，2,000m/min或小於2,000m/min下之一般紡絲方法。此外，專利文獻1至專利文獻6中之任一者認識到當主要使用聚醚多元醇作為長鏈多元醇時之問題。
本發明人進行了持續認真研究，且出人意料地發現，即使當使用聚醚多元醇作為長鏈多元醇時，增加紡絲速率仍會引起TPU纖維之機械特性得到顯著改良，且因此完善本發明。
具體而言，本發明係關於一種製造彈性纖維的方法，且該方法為一種藉由以下製造彈性纖維的方法：使用聚胺基甲酸酯熱塑彈性體，亦即含有軟鏈段及硬鏈段之TPU作為原料，且藉由以大於2,000m/min至10,000m/min、較佳2,500m/min或大於2,500m/min、更佳3,000m/min或大於3,000m/min，尤其大於3,000m/min，特定言之，3,500m/min或大於3,500m/min，甚至4,000m/min或大於4,000m/min之紡絲速率熔融紡絲包括該TPU之原料組成物。
本發明之較佳模式如下。
通常藉由使長鏈多元醇與異氰酸酯反應產生TPU之軟鏈段，且用作原料之長鏈多元醇較佳允許包括數目平均分子量(Mn)小於3,000，較佳 小於2,000，呈50質量%或大於50質量%之含量的多元醇。長鏈多元醇在下文亦稱為多元醇。
較佳地，將一或多種交聯劑添加至原料組成物中。較佳使用聚醚交聯劑，其在化學結構內包含一或多個聚醚單元。替代地或另外，可使用其他交聯劑，諸如非聚醚交聯劑，然而，最好能將非聚醚交聯劑之量降低至以原料組成物之總量計，小於5質量%(5wt.%)。
TPU之硬度不受特定限制，但較佳具有74D或小於74D之肖氏硬度。另外，70D或小於70D，較佳64D或小於64D之TPU肖氏硬度會進一步改良彈性恢復及能量損失。
TPU之硬鏈段含量不受特定限制，且為例如10質量%至90質量%，較佳小於60質量%，甚至小於50質量%。
本發明亦包括由上述方法獲得之彈性纖維、一種藉由使用彈性纖維製造彈性纖維製品的方法及由該製造方法獲得之彈性纖維製品。
根據本發明，可獲得在機械特性方面有所改良之TPU彈性纖維，同時TPU纖維之特性，諸如耐化學性得到維持。
1:設備
2:擠出機
3:紡絲頭
4:導絲輥
5:導絲輥
6:捲取輥
7:捲繞器
9:饋料口
L:紡絲路徑長度
[圖1]圖1為展示用於製造纖維之設備之實例的側視圖。
[圖2]圖2為展示實驗設備之部分截面圖。
[圖3]圖3(a)至圖3(d)為顯示纖維外徑變化之圖式。
[圖4]圖4為顯示彈性收縮之量測結果的圖式。
[圖5]圖5(a)為初始楊氏模數(initial Young’s modulus/initial young modulus)之圖式，圖5(b)為韌度之圖式，圖5(c)為斷裂伸長率之圖式，且圖5(d) 為顯示抗拉強度之圖式。
[圖6]圖6(a)至圖6(d)為顯示應力-應變曲線之圖式。
[圖7]圖7(a)至圖7(c)為顯示應力-應變曲線之上升部分的圖式。
[圖8]圖8(a)至圖8(d)顯示廣角X射線繞射(wide angle X-ray diffraction；WAXD)之繞射影像。
[圖9]圖9(a)至圖9(d)顯示小角度X射線散射(small angle X-ray scattering；SAXS)影像。
[圖10]圖10(a)為展示彈性恢復之圖式，且圖10(b)為展示能量損失率之圖式。
[圖11]圖11(a)為顯示彈性回復之圖式，且圖11(b)為顯示能量損失率之圖式。
[圖12]圖12(a)至圖12(d)為顯示樣品第2-1號至第2-IV號之纖維之外徑變化的圖式。
[圖13]圖13為顯示彈性收縮之量測結果的圖式。
[圖14]圖14(a)至圖14(d)為顯示應力-應變曲線之圖式。
[圖15]圖15(a)為初始楊氏模數之圖式，圖15(b)為韌度之圖式，圖15(c)為斷裂伸長率之圖式，且圖15(d)為展示抗拉強度之圖式。
[圖16]圖16(a)至圖16(d)顯示廣角X射線繞射(WAXD)之繞射影像。
[圖17]圖17(a)至圖17(d)顯示小角度X射線散射(SAXS)之影像。
[圖18]圖18(a)顯示彈性恢復且圖18(b)顯示能量損失率。
在下文中具體描述本發明，但本發明不限於特定實例。
製造本發明彈性纖維的方法包括對包括聚胺基甲酸酯熱塑彈性 體(TPU)之原料組成物進行熔融紡絲之步驟。在下文中，較詳細地描述製造方法(製程)。
- 熔融紡絲
熔融紡絲為以下技術：在該技術中，藉由使用擠出機或其類似者使藉由將原料組成物加熱至等於或高於熔點之溫度而獲得的呈熔融狀態之原料組成物自紡絲噴嘴排出至氣相中(例如空氣中，或經冷卻之空氣中(若需要))。噴嘴之定位不受限制，然而，較佳引導噴嘴向下以使得向下排出(下拉)熔融組成物(紗線、纖維)。冷卻所排出之熔融紗線且在氣相中固化，同時製成細紗，且隨後以一定速度捲取。
亦可將原料組成物之主要組分(彈性體)與該原料組成物之其他組分分開熔融，以使得僅在自噴嘴排出之前使熔融後之主要組分與其他組分混合。
本發明中所用之設備不受特定限制，且其實例展示在圖1中。用於製造纖維之設備1包括擠出機2、紡絲頭3及捲繞器7。將例如形成為丸粒之原料組成物或其主要組分自饋料口9饋送至擠出機2，在該擠出機2中熔融，且隨後自紡絲頭3之噴嘴(紡絲噴嘴)排出至氣相中而呈熔融紗線。
當使用一或多種添加劑(另一組分)，諸如交聯劑，可在設備1中提供至少一個混合器，諸如靜態或動態混合器，較佳靜態混合器。在此情況下，在擠出機中將包含彈性體，在一個較佳具體實例中，由彈性體組成之主要組分與交聯劑分開熔融；藉由使用混合器將交聯劑與熔融後之主要組分混合且隨後自紡絲頭3之噴嘴排出呈熔融狀態之混合組成物(亦即呈熔融狀態之原料組成物)。在熔融紡絲過程期間使原料組成物之彈性體與交聯劑交聯。
氣相不受特定限制，可為各種氣相，諸如惰性氣體氛圍及空氣氛圍，且鑒於成本，氣相為空氣氛圍。氣相溫度可為小於原料組成物之熔點的 任何溫度，且考慮到成本，為-10℃至50℃，且更佳為10℃至40℃。
當加以冷卻，同時使紗線在氣相中行進時，所排出之熔融紗線形成細紗，由此轉變成彈性纖維，並藉由措繞器7捲取。捲繞器7不受特定限制；捲繞器7通常具有一或多個導絲輥4和導絲輥5。
在一個較佳實例中，捲繞器7之至少一部分，在一較佳實例中，將一個導絲輥4安置在紡絲頭3下方，以使得自紡絲頭3之噴嘴將熔融紗線下拉到捲繞器7。在此，「下拉(drawn down)」之含義並不特別限於平行於垂直方向之行進方向(豎直向下)。紗線/纖維之行進方向可為傾斜的，在較佳實例中，相對於垂直方向以10度或小於10度，較佳5度或小於5度之角度傾斜。
藉由旋轉導絲輥4與導絲輥5移動熔融紗線(包括正經冷卻或冷卻後之彈性纖維)，且隨後以一定捲取速度(捲繞速度)，在一較佳實例中，以2,500m/min或大於2,500m/min環繞捲取輥6(線軸)捲取紗線。因此，以2,500m/min或大於2,500m/min之紡絲速率使紗線(纖維)自紡絲頭3之噴嘴行進至捲繞器7之捲取輥6。紡絲速率可較佳為3,000m/min或大於3,000m/min，尤其大於3,000m/min，特定言之，3,500m/min或大於3,500m/min，甚至更佳4,000m/min或大於4,000m/min。
應注意，捲繞器7之構造不限於上文所述。在本發明中，為了藉由控制紡絲速率改良纖維特性，允許至少一個導絲輥4為納爾遜式輥(nelson roller)，且亦可抑制紡絲速率由於輥與紗線之間的滑移而發生的變化。
迄今通常以數百m/min至小於1,000m/min之速度對TPU之彈性纖維進行紡絲。在本發明中，即使當使用聚醚多元醇作為原料組成物之TPU彈性體的長鏈多元醇單元時，藉由設定如上所述之紡絲速率，TPU彈性纖維之機械特性可得到改良。
紡絲速率之上限值不受特定限制；如下文所述，紡絲速率之上 限值可根據用於原料組成物之TPU而以適當方式變化，但出於穩定控制設備之目的，上限值為10,000m/min或小於10,000m/min，較佳9,000m/min或小於9,000m/min。
在本發明中，紡絲速率意謂例如紡絲頭3之噴嘴與捲繞器7之第一捲取輥6之間的速度，且其幾乎與捲取速度相同。
除紡絲速率外之紡絲條件不受特別限制，但較佳設定如下。
- 紡絲路徑長度
圖1之參考符號L表示紡絲路徑長度，紡絲頭3之噴嘴與捲繞器7之距離；鑒於熔融樹脂之冷卻，紡絲路徑長度L通常為50cm或大於50cm且更佳設定成100cm或大於100cm。當延長紡絲路徑長度L時，亦會增加空氣阻應力，且因此通常將紡絲路徑長度設定成800cm或小於800cm，較佳500cm或小於500cm且更佳為300cm或小於300cm。
- 紡絲溫度
紡絲溫度定義為例如擠出機2中之加熱溫度。紡絲溫度不受特定限制，且可根據原料組成物之熔點以適當方式變化；鑒於可紡絲性，紡絲溫度通常為180℃或高於180℃、較佳200℃或高於200℃、更佳230℃或高於230℃且尤其較佳為235℃或高於235℃。尤其當使用具有高硬度(例如肖氏硬度為50D或大於50D)之TPU彈性體時，較高紡絲溫度(例如大於230℃，較佳235℃或大於235℃)使得能夠以較高紡絲速率進行紡絲。鑒於抑制原料組成物之熱分解，紡絲溫度通常為260℃或低於260℃且較佳為250℃或低於250℃。
當設定成高紡絲溫度時，結晶速率得到抑制，且由於所抑制之結晶速率的效應，關於紡程(spinning line)之直徑往往會有所增加。當設定成高紡絲溫度時，斷裂伸長率往往會有所降低且彈性收縮C往往較小。視TPU之特性差異(諸如肖氏硬度、硬鏈段含量及(b)長鏈多元醇之分子量)而定， 由紡絲溫度之效應引起的可紡絲性之變化會有所不同，且因此紡絲溫度可根據TPU之特性在上述較佳範圍內以適當方式變化。
- 噴嘴直徑
鑒於排出壓力，紡絲頭3之噴嘴直徑(直徑)為0.2mm或大於0.2mm、較佳0.3mm或大於0.3mm、更佳0.5mm或大於0.5mm且尤其較佳0.8mm或大於0.8mm；鑒於排出穩定性，紡絲頭3之噴嘴直徑通常為3.0mm或小於3.0mm、較佳2.0mm或小於2.0mm、更佳1.5mm或小於1.5mm且尤其較佳1.2mm或小於1.2mm。
噴嘴類型不受限制。舉例而言，不需要使用具有複雜結構之噴嘴，諸如用於分開排出兩種或大於兩種組分(複合纖維)之連接紡絲噴嘴。換言之，本發明可使用普通紡絲噴嘴，作為較佳實例，用於排出僅一種原料組成物之噴嘴。因此，可獲得由僅一種原料組成物製得之彈性纖維。此類纖維具有其中未觀測到相或島狀物之截面，且99%或大於99%之截面積由僅一種材料佔據。換言之，纖維之99vol.%或大於99vol.%由僅一種原料組成物佔據，較佳纖維基本上由僅一種原料組成物組成。
- 排出速率
鑒於紡絲穩定性，每個單一噴孔(單一孔)之排出速率通常設定成0.2g/min或大於0.2g/min且較佳0.4g/min或大於0.4g/min；鑒於精細度控制，每個單一噴孔之排出速率通常設定成7.0g/min或小於7.0g/min、較佳5.0g/min或小於5.0g/min且更佳3.0g/min或小於3.0g/min。
如上文所述之此類紡絲條件可根據各條件之間的相互關係、原料組成物中之TPU類型及所用添加劑類型、整個紡絲設備1之設計及製品纖維之特性(諸如纖維直徑及長絲數目)視情況選擇。接下來描述本發明中所用之原料組成物。
- 原料組成物
原料可包含彈性體，其包含TPU，更佳基本上由TPU組成。術語「基本上由……組成」意謂彈性體包含TPU及視情況選用之不希望材料，諸如殘餘物、污染物或其類似者。換言之，彈性體包含95質量%(wt.%)或大於95wt.%之TPU、較佳99wt.%或大於99wt.%、更佳99.5wt.%或大於99.5wt.%，尤其99.9wt.%或大於99.9wt.%，甚至100wt.% TPU。此類TPU不受限制且TPU中之一或多者可用作彈性體。在下文中，將對較佳TPU加以解釋。
-聚胺基甲酸酯熱塑彈性體(TPU)
TPU通常(但不特別限於)藉由以下獲得：使(a)異氰酸酯，較佳有機二異氰酸酯；(b)長鏈多元醇，較佳聚酯多元醇或聚醚多元醇，更佳聚醚多元醇，及在更佳具體實例中，(c)增鏈劑(鏈長比長鏈多元醇要短之多元醇，通常為短鏈二醇)作為基本組分，若需要，在(d)催化劑及/或(e)助劑(aid/auxiliary agent)存在下互相反應。短鏈二醇亦稱為增鏈劑。在一個較佳具體實例中，增鏈劑之分子量為50g/Mol至499g/Mol。亦稱為長鏈多元醇之多元醇的數目平均分子量為500g/Mol至10×103g/Mol。反應可為使全部基本組分(a)至(c)以一階段形式，在較佳具體實例中，在視情況選用之組分(d)與組分(e)存在下進行相互反應的一階段反應，或可為使(a)與(b)中之兩種或大於兩種組分相互反應以形成預聚物，且隨後較佳在組分(d)與組分(e)存在下，使預聚物與其餘基本組分相互反應的具有複數個階段之反應。
TPU之硬度受由使(c)增鏈劑與(a)異氰酸酯反應形成之硬鏈段與由使(b)長鏈多元醇與(a)異氰酸酯反應形成之軟鏈段之間的比率(質量比)影響，且受硬鏈段之結構(異氰酸酯份數)影響。下式(1)顯示硬鏈段之一實例。
Figure 107104428-A0305-02-0013-1
式(1)之上半部分顯示(a)異氰酸酯與(c)增鏈劑，且此等組分之間的反應產生式(1)之下半部分中所示的硬鏈段結構。硬/軟鏈段比率可由例如上述硬鏈段結構之總質量在整個TPU之質量中的比例(硬鏈段含量，質量%)界定。更特定言之，硬鏈段含量可定義為(c)增鏈劑之質量及與增鏈劑反應之(a)異氰酸酯之質量((a)之莫耳量通常與(c)之莫耳量相同)的總和在整個TPU之質量中的比例。在本發明中所用之TPU中，硬鏈段含量為例如10質量%至90質量%、較佳25質量%至75質量%且更佳為30質量%至60質量%，尤其小於50質量%。
亦稱為剛性相份數之硬鏈段含量係藉由下式計算。
Figure 107104428-A0305-02-0013-4
其具有以下含義：MKVX：增鏈劑x之莫耳質量，以g/mol為單位
mKVX：增鏈劑x之質量，以g為單位
MISO：所用異氰酸酯之莫耳質量，以g/mol為單位
mges：全部起始物質之總質量，以g為單位
k：增鏈劑數目
TPU之硬度不受特定限制，但通常為肖氏70A至肖氏80D且較佳肖氏75A至肖氏74D。然而，當硬度過高時，會難以達成高紡絲速率，彈性恢復及能量損失率往往會降低；因此，當需要此等特性時，將TPU之肖氏硬度 設定成74D或小於74D且較佳70D或小於70D，更佳64D或小於64D。
作為(a)異氰酸酯，可使用通常已知的芳族、脂族、脂環及/或芳脂族異氰酸酯，且較佳使用二異氰酸酯。具體而言，可使用選自例如以下之一或多者：2,2'-、2,4'及/或4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯(diphenylmethane diisocyanate；MDI)、二異氰酸1,5-伸萘酯(naphthylene diisocyanate；NDI)、二異氰酸2,4-伸甲苯酯及/或二異氰酸2,6-伸甲苯酯(tolylene diisocyanate；TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯、二異氰酸3,3'-二甲基二苯酯、1,2-二苯基乙烷二異氰酸酯及/或二異氰酸伸苯酯、二異氰酸伸丙酯、二異氰酸伸丁酯、二異氰酸伸戊酯、二異氰酸伸己酯、二異氰酸伸庚酯及/或二異氰酸伸辛酯、2-甲基伸戊基-1,5-二異氰酸酯、2-乙基伸丁基-1,4-二異氰酸酯、二異氰酸1,5-伸戊酯、二異氰酸1,4-伸丁酯、1-二異氰酸酯基-3,3,5-三甲基-5-異氰酸酯基甲基環己烷(異佛酮二異氰酸酯(isophorone diisocyanate；IPDI))、1,4-及/或1,3-雙(異氰酸酯基甲基)環己烷(bis(isocyanatomethyl)cyclohexane；HXDI)、1,4-環己烷二異氰酸酯、1-甲基-2,4-及/或-2,6-環己烷二異氰酸酯及/或4,4'-、2,4'-及2,2'-二環己基甲烷二異氰酸酯。更佳異氰酸酯為2,2'-,2,4'-及/或4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、二異氰酸1,5-伸萘酯(NDI)、二異氰酸2,4-伸甲苯酯及/或二異氰酸2,6-伸甲苯酯(TDI)、二異氰酸伸己酯及/或IPDI，尤其4,4'-MDI及/或二異氰酸伸己酯，且最佳異氰酸酯為MDI。
作為(b)長鏈多元醇，可使用一般稱為異氰酸酯反應性化合物之化合物。舉例而言，可使用聚酯醇、聚醚醇及/或聚碳酸酯二醇；此等慣常由術語「多元醇(polyol)」涵蓋，通常使用之多元醇的數目平均分子量例如為500g/Mol至8,000g/Mol，較佳為600g/Mol至6,000g/Mol。然而，如下文所述，為了增加紡絲速率，(b)長鏈多元醇之數目平均分子量較佳小於3,000g/Mol且更佳小於2,000g/Mol，尤其小於1,500g/Mol，更尤其為1,200g/Mol或小於 1,200g/Mol且甚至為1,000g/Mol或小於1,000g/Mol。分子量之下限值較佳為500、更佳600且尤其較佳700。在一個較佳具體實例中，多元醇之分子量在800g/Mol與1,2×103g/Mol之間。本申請案中所提及的多元醇之分子質量為數目平均分子量。
當使用兩種或大於兩種類型之(b)長鏈多元醇作為TPU之原料時，各自具有如上文所述之此類合適分子量(例如小於3,000g/Mol)的多元醇之含量相對於100質量份之(b)長鏈多元醇總量，較佳為50質量份或大於50質量份、更佳70質量份或大於70質量份且尤其較佳90質量份或大於90質量份；最佳使用實質上由具有合適分子量之多元醇構成的(b)長鏈多元醇。
(b)長鏈多元醇之其他特性不受特別限制；然而，舉例而言，相對於異氰酸酯之平均函數值較佳為1.8至2.3、更佳1.9至2.2且尤其較佳2(二異氰酸酯)。應注意，除非另外規定，否則分子量意謂數目平均分子量Mn(g/mol)。
當將注意力集中於除分子量外之化學結構時，可使用一或兩種或大於兩種類型之(b)長鏈多元醇。推斷出即使當使用(b)長鏈多元醇中之任一者，亦即聚酯類、聚醚類或聚碳酸酯類多元醇時，理論上仍會獲得高效應。在此類多元醇中，考慮到期望纖維特性，諸如耐低溫性、耐微生物腐蝕性及耐水性，可較佳使用聚醚類多元醇(聚醚多元醇)。
當基於聚醚使用(b)長鏈多元醇時，可使用聚酯醇及聚碳酸酯二醇連同聚醚醇(聚醚多元醇)中之至少一者。然而，較佳使用聚醚多元醇作為(b)長鏈多元醇之主要組分(聚醚類TPU)，換言之，(b)長鏈多元醇之至少50質量%(wt.%)可由一或多種聚醚多元醇組成。更佳地，(b)長鏈多元醇包含80wt.%或大於80wt.%聚醚多元醇，尤其95wt.%或大於95wt.%聚醚多元醇，且甚至(b)長鏈多元醇可基本上由聚醚多元醇組成。適用聚醚醇之實例 包括所謂的低碳不飽和聚醚醇。
在本發明中，特定言之，低碳不飽和多元醇為包括含量小於0.02meg/g，較佳小於0.01meg/g之不飽和化合物的聚醚醇。此類聚醚醇之實例包括：四氫呋喃之開環聚合物(聚伸丁二醇(polytetramethylene glycol；PTMEG))、環氧烷(特定言之，環氧乙烷、環氧丙烷及此等之混合物)及醇加合物。作為長鏈多元醇(b)，鑒於藉由使用PTMEG製造的TPU之撓性、抗拉強度及耐用性，PTMEG為最佳的。然而，當需要耐熱性及其類似者時，較佳多元醇並不僅限於PTMEG。
(c)增鏈劑為分子量小於長鏈多元醇(b)之分子量的短鏈多元醇，且具體言之，分子量為50至499之雙官能化合物(二醇)。用作(c)增鏈劑之短鏈多元醇之實例包括通常已知的脂族、芳脂族、芳族及/或脂環化合物。短鏈多元醇之具體實例包括烷二醇(在亞烷基中具有2至10個碳原子)，尤其1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇及/或二亞烷基二醇、三亞烷基二醇、四亞烷基二醇、五亞烷基二醇、六亞烷基二醇、七亞烷基二醇、八亞烷基二醇、九亞烷基二醇及/或十亞烷基二醇(具有3至8個碳原子)及相應寡聚及/或聚丙二醇。(c)增鏈劑可各自單獨或以其兩者或大於兩者之組合形式使用。尤其較佳之(c)增鏈劑為1,4-丁二醇。
為了調節TPU之硬度，組成單元組分(b)與(c)之間的莫耳比可在相對較為廣泛的莫耳比範圍內變化。組分(b)與增鏈劑(c)之總量的莫耳比為10：1至1：10，特定言之，1：1至1：4之範圍為適用的，且TPU之硬度伴隨(c)含量之增加而增加。
(d)催化劑(視情況選用之組分)之實例並不特別限於：三甲胺、二甲基環己胺、N-甲基嗎啉、N,N'-二甲基哌嗪、2-(二甲胺基乙氧基)乙醇、二氮雙環(2,2,2)辛烷及其類似物；此外，特定言之，有機金屬化合物，諸 如鈦酯；鐵化合物，諸如乙醯基丙酮酸鐵(III)；錫化合物，諸如二乙酸錫、二辛酸錫及二月桂酸錫；及脂族羧酸之二烷基錫鹽，諸如二乙酸二丁基錫及二月桂酸二丁基錫；及其等效物。催化劑通常以相對於100質量份(b)長鏈多元醇，0.0001至0.1質量份之量使用。
助劑(e)(視情況選用之組分)之實例包括：界面活性劑、成核劑、滑動及脫模助劑、染料、顏料、抗氧化劑(例如與水解、光、熱及變色有關)、阻燃劑、增強劑及塑化劑、金屬去活化劑及交聯劑；可使用選自此等之一或多者。
亦可使用可在市面上購得之產品作為由組分(a)至(c)及視情況選用之(d)及(e)產生之TPU。作為可在市面上購得之產品，可使用以下可在市面上購得之熱塑性聚胺基甲酸酯類彈性體樹脂：由DIC Bayer Polymer公司製造之Pandex T-1185N及T-1190N；由Nippon Miractran公司製造之Miractran；由DIC公司製造之Pandex；由Dow Chemical Japan公司製造之Pellethane；由BASF Japan公司製造之Elastollan；由Kyowa Hakko公司製造之Estane；由Dainichiseika Color & Chemicals製造公司製造之Lezamine P；由Mitsui Chemicals Polyurethanes公司製造之Hiprene；由Nisshinbo公司製造之Mobilon；由Kuraray公司製造之Kuramiron U；由Asahi Glass公司製造之U-Fine；由Apco公司製造之Sumiflex；及由Toyobo公司製造之Toyobo Urethane。
原料組成物可包含以上TPU彈性體作為主要組分。換言之，然而，亦可將其他添加劑用於原料組成物。
添加劑不受特定限制；然而可添加且使用纖維領域中所用的添加劑中之一或多者，諸如阻燃劑、填充劑、顏料、染料、抗氧化劑、紫外線吸收劑及光穩定劑。若需要，亦可將除上述合適TPU外之TPU，例如非聚醚類TPU添加至原料組成物中，且亦可將稀釋劑，諸如有機溶劑添加至原料組成物 中。
然而，非聚醚類TPU，尤其聚酯類TPU在耐水性及耐微生物腐蝕性方面較差，因為酯鍵易於藉由微生物(來自其之酶)及水解斷裂。因此，較佳抑制非聚醚類TPU之量為以原料組成物之總量計，例如10wt.%或小於10wt.%，較佳5wt.%或小於5wt.%，甚至1wt.%或小於1wt.%。在此，術語「聚酯類TPU(polyester-based TPU)」意謂藉由使用一或多種聚酯多元醇作為(b)長鏈多元醇之主要組分(例如50wt.%或大於50wt.%)而製備之TPU。術語「非聚醚類TPU(non-polyether-based TPU)」」意謂藉由使用除聚醚多元醇外之多元醇作為(b)長鏈多元醇之主要組分(例如50wt.%或大於50wt.%)而製備之TPU。
此外，亦應不包括其他彈性體/樹脂，諸如聚酯樹脂，舉例而言，原料組成物中此類彈性體/樹脂之量應為1wt.%或小於1wt.%。
在添加劑中，可較佳與TPU彈性體一起使用以下交聯劑。
- 交聯劑
可使用任何類型之交聯劑，然而，較佳使用選自由一或多種(i)多元醇；一或多種(ii)異氰酸酯及視情況選用之其他化合物製得之反應化合物的交聯劑中之一或多者。考慮到最終產物(纖維)之特性，可較佳使用一或多種聚醚交聯劑。通常，交聯劑之分子量小於以上TPU彈性體之分子量。
藉由使用(i)多元醇製備聚醚交聯劑，其中(i)多元醇之至少50wt.%、較佳至少80wt.%、更佳至少95wt.%係選自一或多種聚醚多元醇。換言之，聚醚交聯劑含有源自聚醚多元醇之一或多個單元(聚醚多元醇單元)。
(i)聚醚多元醇可選自但不特別限於四氫呋喃之開環聚合物(聚伸丁二醇(PTMEG))、環氧烷(特定言之，環氧乙烷、環氧丙烷及此等之混合物)及醇加合物。更佳地，(i)聚醚多元醇之數目平均分子量(Mn) 為500g/mol至4,0×103g/mol，更佳500g/mol至2,0×103g/mol，尤其0,8×103g/mol至1,5×103g/mol。
(ii)聚異氰酸酯不受特定限制但可選自脂族及/或環脂族且視情況亦選自芳族二異氰酸酯。舉例而言，(ii)聚異氰酸酯可選自上文關於較佳TPU之異氰酸酯解釋的化合物。在異氰酸酯中，MDI可較佳用於交聯劑。
此類交聯劑之異氰酸酯基含量(NCO含量)較佳為1.5%至20%，較佳2%到10%，尤其5%到6%。
聚醚交聯劑之量不受限制但較佳將量設定成以原料組成物之總量計，1wt.%或大於1wt.%、3wt.%或大於3wt.%，甚至5wt.%或大於5wt.%。當與其他組分(一或多種交聯劑及/或一種或多種其它添加劑)分開熔融主要組分(TPU彈性體)時，可藉由對主要組分與其它組分之量求和來獲得原料組成物之總量。
交聯劑量之上限值不受特定限制，但在較佳具體實例中，上限值為以原料組成物之總量計，25wt.%或小於25wt.%、20wt.%或小於20wt.%、更佳15wt.%或小於15wt.%。
亦可使用非聚醚交聯劑，其中(i)多元醇之至少50wt.%係選自非聚醚多元醇(並非聚醚多元醇之多元醇)，諸如聚酯多元醇、聚己內醯胺多元醇及/或聚碳酸酯多元醇。然而，此類非聚醚交聯劑可能會降低最終產物之較佳特性。因此，較佳將非聚醚交聯劑之量設定成以原料組成物之總量計，小於5wt.%、較佳3wt.%或小於3wt.%、更佳1wt.%或小於1wt.%。
根據本發明方法，即使當非聚醚交聯劑之量有所降低時，仍可以高製造產率產生機械特性方面有所改良之纖維。
- 最終產物(纖維)
根據如上文所述之方法，可獲得彈性纖維。關於彈性纖維之機 械特性及其他特性，諸如形狀或大小不存在特定限制。舉例而言，可獲得平均直徑大於20微米、較佳25微米或大於25微米、更佳30微米或大於30微米，尤其40微米或大於40微米，甚至50微米或大於50微米之彈性纖維。平均直徑之上限值不受限制，但其可為1,000微米或小於1,000微米、較佳300微米或小於300微米、更佳200微米或小於200微米。平均直徑可例如藉由由纖維之精細度(旦尼爾)及密度計算而獲得。
藉由本發明製造之彈性纖維可用作服裝材料纖維、工業纖維及纖維製品，諸如濾紙。另外，藉由本發明製造之彈性纖維亦適用於供運載工具之內部使用的纖維製品。在下文中，參考實施例較具體地描述使用TPU之紡絲方法，但本發明不限於此等實施例。
- 實施例
A)硬鏈段含量之研究
存在使用以下之原料製備的複數種類型之TPU：作為(a)異氰酸酯之MDI、作為(b)長鏈多元醇之聚伸丁二醇及作為(c)增鏈劑之1,4-丁二醇。對於TPU中之每一者，肖氏硬度、硬鏈段(HS)含量及(b)長鏈多元醇之分子量描述於以下所展示之表1中。
- 經高速紡絲之彈性纖維的製造
圖2為示意性地展示實施例中所用的熔融紡絲-量測設備之組態的圖式，與圖1中之構件相同的構件由與圖1中相同之參考數字表示，且省略此類構件之描述。藉由使用圖2中所示之熔融紡絲-量測設備且藉由使用各TPU作為原料組成物，在表1中所示之紡絲溫度及排出壓力下，自噴嘴(一個孔，噴嘴直徑1mm)進行熔融紡絲以製造纖維。
在本文中，與纖維結構形成相關之紡絲速率為噴孔與捲繞器7(捲取輥)之間的速度，亦即捲取輥之捲取速度。圖2中所示之紡絲噴嘴與捲 取輥之距離對應於圖1中之紡絲路徑長度L。以一定方式增加捲取速度，該方式使得捲取速度在開始時設定在0.27km/min下，第二階段時設定在0.5km/min下，第三階段時設定在1km/min，且隨後以1km/min之增量依次重複設定；由此最後在最高速度下進行捲取，且最大捲取速度評估為可紡絲性。
Figure 107104428-A0305-02-0021-2
如由以上所展示之表1可見，存在最大捲取速度隨TPU之硬鏈段含量增加和TPU之硬度增加而降低之傾向。當紡絲溫度為230℃時，樣品第II號之最大捲取速度要比樣品第I號低。對於其他樣品而言，藉由增加溫度，直到能夠確保可紡絲性來測定紡絲溫度；因此，推斷出對於樣品第II號而言，紡絲溫度並不足夠，且當將紡絲溫度設定在較高溫度(例如235℃或高於235℃)時，樣品第II號之最大捲取速度將得到進一步改良。實際上，當紡絲溫度為240℃時，樣品第II號之最大捲取速度變為6km/min。
隨後，研究高速紡絲對彈性纖維之作用。
- 高速熔融紡絲期間速度變化概況之研究
為了研究紡程之速度變化概況，在彈性樹脂之熔融紡絲期間對紡程進行外徑-速度量測。藉由使用外徑計(Zimmere OHG，型號460/A10)自紡 絲頭(噴嘴)之排出噴嘴(紡絲噴嘴)下游10cm位置至以10cm間隔之排出噴嘴下游260cm位置量測纖維外徑。取樣頻率設定在1kHz，且量測時間設定在6秒。藉由使用雷射都卜勒速度計(TSI，Ls520)自噴嘴之排出噴嘴下游20cm位置至以10cm間隔之排出噴嘴下游280cm位置，且進一步在排出噴嘴下游285cm及289cm位置處進行纖維速度之量測。取樣頻率設定在1kHz，且量測持續至在各位置處達成2,000點取樣為止。紡絲溫度如以上所展示之表1所示。
圖3(a)至圖3(d)顯示TPU樣品I至IV之紡絲結果。相較於低硬度TPU(第IV號)，高硬度TPU(第I號至第III號)在上游側上經歷纖維直徑(外徑)降低，且在切斷之後維持小外徑。如圖3(c)中所示，當增加紡絲溫度時，可增加肖氏50D或大於50D(例如肖氏64D)之TPU的紡絲速率。
圖4顯示當自捲取輥(線軸)切斷纖維時的彈性收縮C；該彈性收縮C由(l-l')/l導出，其中l表示切斷之前的纖維長度(線軸之圓周長度：72.25cm)，且l'表示自線軸切斷纖維之後的纖維長度。舉例而言，當在相同捲取速度條件下使TPU第II號、第III號及第IV號相互比較時，尤其當紡絲溫度足夠高時，具有較高肖氏硬度之TPU第I號的彈性收縮要比各自具有較低肖氏硬度之TPU第II號、第III號及第IV號低。其中，具有最高肖氏硬度之TPU第I號展現出特別小的彈性收縮，以致最大時為大約3%。因此，已能夠驗證出，TPU之肖氏硬度愈高，彈性收縮愈小。
隨後，藉由使用由Shimadzu公司製造之「AUTOGRAPH AG-1」測定初始楊氏模數、斷裂韌度、斷裂伸長率及斷裂抗拉強度。使用長度為20mm的各別TPU彈性纖維作為樣品。對於樣品中之每一者而言，預先量測三個位置之截面積，且使用基於標準圓之假設，由所得面積之平均值計算出之面積作為截面積。測試速度設定在100%/min(亦即20mm/min)。根據應力上升處的應力-應變曲線之梯度讀出初始楊氏模數。斷裂韌度視為應力應變曲線之積 分值。針對樣品中之每一者將此等測試各進行五次，且使用平均值。
圖5(a)顯示初始楊氏模數之量測結果，圖5(b)顯示斷裂韌度之量測結果，圖5(c)顯示斷裂伸長率之量測結果且圖5(d)顯示斷裂抗拉強度之量測結果；在此等圖式中之每一者之圖示中，橫座標表示捲取速度(紡絲速率)。
即使當紡絲速率較高時，初始楊氏模數之增加速率仍為低的，且發現TPU第III號存在以下情況：其中初始楊氏模數在捲取速度為大約2km/min或大於2km/min時會有所降低(圖5(a))。藉由增加TPU第II號之紡絲溫度，初始楊氏模數在>3,000m/min之較高捲取速度下變得足夠高。
即使當捲取速度增加時，TPU第II號在230℃之較低紡絲溫度下的斷裂抗拉強度仍減小至較小程度；對於其他TPU樣品中之每一者而言，韌度之減小速率在捲取速度為大約2km/min或大於2km/min時會有所降低(圖5(b))。同時，當TPU第II號之紡絲溫度變得較高(240℃)時，TPU第II號之韌度與其他TPU樣品一樣，會有所降低。
在習知TPU纖維(紡絲速率小於1,000m/min)中，斷裂伸長率為500至1,000%且抗拉強度為50至100MPa；然而，已能夠驗證出，在大約2km/min或大於2km/min之紡絲速率下，斷裂伸長率特別小，且抗拉強度特別高(圖5(c)、圖5(d))。
圖6(a)至圖6(d)顯示應力-應變曲線(S-S曲線)。在彼等圖式中，圖6(c)顯示紡絲溫度為230℃之情況下的TPU II之結果。在此等圖式中之每一者中，橫座標表示標稱應變且縱座標表示標稱應力；在此等圖式中之每一者中，數字0.5、1、2、3、4、5及6表示捲取速度(km/min)。標稱應變為藉由長度變量(△1)除以初始長度L0獲得的值。如由圖6(a)至圖6(d)可見，已驗證出，當捲取速度(紡絲速率)為2km/min或大於2km/min時，標稱應變降低之傾向顯著增強。
圖7(a)至圖7(c)為顯示應力-應變曲線之上升部分的圖式，且在各圖式中之每一者中，數字0.5、1、2、3、4、5及6表示捲取速度(km/min)，類似於圖6(a)至圖6(d)。在具有低硬鏈段含量及低硬度之TPU第V號中，不顧及捲取速度，應力-應變曲線在大約40%或小於40%之標稱應力範圍內遵循幾乎相同之曲線；在具有高硬鏈段含量及高硬度之TPU第III號中，應力-應變曲線以互不相同之方式變化；在具有較高硬鏈段含量及較高硬度之TPU第I號中，發現了屈服點。
- 彈性纖維之廣角X射線繞射(WAXD)及小角度X射線散射(SAXS)之研究
為了研究高速紡絲彈性纖維之廣角X射線繞射(WAXD)及小角度X射線散射(SAXS)，藉由使用X射線產生器(Rigaku，RMT-18HFVE)在45kV之電壓及60mA之電流下輸出X射線，且藉由使用CCD相機(Rigaku，CCD MERCURY)獲得繞射影像。在廣角X射線繞射(WAXD)中，以10秒之照射時間且累計五次獲得繞射影像中之每一者。在小角度X射線散射(SAXS)中，以5分鐘之照射時間且累計6次獲得繞射影像中之每一者。
對於藉由使用TPU第I號至第IV號製造之彈性纖維而言，圖8(a)至圖8(d)分別顯示廣角X射線繞射影像，且圖9(a)至圖9(d)分別顯示小角度X射線散射影像。應注意，在圖8與圖9中，伴有「km/min」之數值表示相應彈性纖維之紡絲速率。
如由圖8(a)至圖8(d)可見，在廣角X射線繞射影像中，即使當硬鏈段含量增加時，仍未發現表明晶體之任何明顯峰。另外，如由圖9(a)至圖9(d)可見，在小角度X射線散射影像中，影像根據方位角沿赤道方向分開的傾向較小。
- 彈性恢復(滯後)之研究
除了不存在初始張力(預張力)，且根據ASTM-D2731將載荷應變設定在100%，藉由以下程序研究雙伸長率之後(100%伸長率之後)的彈性恢復(滯後)，並且對於第一伸長率及第五伸長率中之每一者，測定能量損失率(第一伸長率)及彈性恢復(第五伸長率)。
1.在100%/min之應變速率下，纖維之應變給定為1.0(100%初始長度之應變)，且隨後在相同速率下使纖維長度恢復至初始長度。
2.將上述1之步驟重複四次(總共五次)，且在第五步時，在給定應變之後，將纖維保持30秒。
3.使纖維長度恢復至初始長度，且最後拉伸纖維直至纖維斷裂(第六步)。
當在第六步中拉伸纖維直至纖維斷裂時，測定應力開始上升時之應變大小E6(圖10(a))，且根據應變大小E6(%)與載荷應變EM(%)基於下式測定彈性恢復。
彈性恢復[%]=(EM-E6)/EM×100
能量損失率測定如下：在第一應變循環中，自加入應變之過程中應力之積分值減去卸載過程中應力之積分值；所得值視為能量損失WL(亦即圖10(b)中由0abcd0包圍之區域)，且基於下式測定能量損失率。
能量損失率[%]=WL/(WL+WS)×100
在此，WS表示圖10(b)中由dcbed包圍之區域。
在圖11(a)及圖11(b)中，I至V分別對應於表1中TPU的樣品編號。如由圖11(a)及圖11(b)可見，已驗證出硬鏈段含量愈低且硬度愈低，彈性恢復(第五操作)愈高且能量損失愈低。相較於其他TPU，具有最高肖氏硬度之TPU第I號的彈性恢復顯著較低；然而，已驗證出，在TPU第I號中，伴隨捲取速度增加，彈性恢復有所增加且能量損失亦有所降低。
已發現，藉由增加捲取速度，尤其大於3,000m/min，雙折射率變得足夠高，且應理解，各樣品之定向度變得較高。此外，已發現藉由降低TPU之硬度，尤其肖氏64D或小於64D引起之較高平均折射率，且因此較低硬度使得結晶度較高。
- 硬鏈段含量之概述
當增加TPU之硬鏈段含量以用於高速熔紡時，可甚至在較高熔紡速率下獲得具有較小彈性收縮之TPU彈性纖維。儘管具有較高硬鏈段含量之TPU纖維顯示高於之楊氏模數，但其恢復特徵變得較差。此外，其應力-應變曲線之上升部分彼此不同。與其他TPU纖維相同，具有高硬鏈段含量之TPU纖維在WAXD影像中並未顯示明顯點，然而，差示掃描熱量測定(Differential Scanning Calorimetry；DSC)結果顯示約200℃之吸熱峰，推測其為源自硬鏈段熔融之峰。
B)多元醇之分子量之研究
如下表2中所示，在與「A)硬鏈段含量之研究」相同之條件下，藉由使用其中軟鏈段之(b)多元醇分子量彼此不同的TPU樣品來測試彈性纖維之特性。
Figure 107104428-A0305-02-0026-3
對於各TPU樣品2-I至2-V而言，整個TPU之重量平均分子量(標準聚苯乙烯轉化)係藉由使用凝膠許可層析裝置HLC-8820GPC(由Tosoh製 造，使用以下兩個管柱：TSKgel SuperHZM-H)量測。結果亦顯示於表2中。
圖12(a)至圖12(d)顯示線上直徑量測之結果，且括號內樣品第2-1號至第2-IV號及第2-V號之Mn值顯示各圖中多元醇之分子量。比較圖12(a)至12(d)，作為軟鏈段之組分的多元醇之較高分子量使得固化點更接近噴嘴(紡絲頭)且因此直徑不變之區域變得較寬。
儘管肖氏硬度較低(85A)，當使用分子量為3,000或大於3,000之(b)長鏈多元醇時，即使調整紡絲溫度，大於2km/min之高速紡絲仍變得困難。儘管TPU 2-IV之整個之分子量並未與其他TPU 2-I至2-III及2-V顯著不同，但TPU 2-IV在高速下顯示出極高熔融黏度及較差紡絲特性。因此，當出於改良纖維特性需要較高紡絲速率時，(b)長鏈多元醇之較佳分子量小於3,000，更佳小於2,000。
已發現，噴嘴直徑愈大，熔融拉伸比愈大，且因此在上部流側(亦即較接近噴嘴)處會發生由定向結晶引起之固化(如TPU第2-V號之線上直徑量測結果所顯示，其噴嘴直徑由1.0mm變成0.5mm)。
已發現，當捲取速度變得足夠高(3km/min)時，樣品第2-I號、第2-II號及第2-V號(多元醇Mn<2,000)顯示極為相似之曲線(如比較TPU第2-I號與TPU第2-V號之線上直徑量測之結果所顯示)。
圖13顯示當自線軸切斷纖維時的彈性收縮C之量測結果。在圖13中，縱座標表示彈性收縮C，橫座標表示捲取速度，且2-I至2-V分別表示TPU之樣品編號。根據彈性收縮C之量測結果，確認軟鏈段中長鏈多元醇之分子量變得愈小，彈性收縮C變得愈高。
圖14(a)至圖14(d)顯示應力-應變曲線之量測結果；在此等圖式中之每一者中，橫座標表示標稱應變且縱座標表示標稱應力；在此等圖式中之每一者中，數字0.5、1...、5及6表示捲取速度(km/min)。如圖14(a)至圖14(d) 中所示，軟鏈段中長鏈多元醇之分子量變得愈大，纖維抗拉強度變得愈小。比較所獲得之結果，似乎噴嘴直徑之變化並未顯著影響應力-應變曲線。
圖15(a)顯示初始楊氏模數之量測結果，圖15(b)顯示韌度之量測結果，圖15(c)顯示斷裂伸長率之量測結果且圖15(d)顯示抗拉強度之量測結果；在此等圖式中之每一者之圖示中，橫座標表示捲取速度(紡絲速率)且2-I至2-IV分別顯示TPU之樣品編號。
TPU第2-IV號(長鏈分子量=3,000)顯示楊氏模數相對於紡絲速率顯著增加(圖15(a))。另一方面，TPU第2-I號至第2-III號(長鏈分子量<3,000)顯示藉由增加捲取速度，抗拉強度顯著增加(圖15(d))，且在大約2km/min或大於2km/min之紡絲速率下，伸長率略微下降(圖15(c))。儘管在其中之一些中觀測到韌度降低，但下降量極小(圖15(b))。
- 彈性纖維之廣角X射線繞射(WAXD)及小角度X射線散射(SAXS)之研究
以與「A)硬鏈段含量之研究」中方式相同之方式，獲得藉由使用如表2中所示之TPU製造之纖維的廣角X射線繞射影像及小角度X射線散射影像。結果顯示於圖16(a)至圖16(d)及圖17(a)至圖17(d)中。
如圖16(a)至圖16(d)中所示，即使當使用具有較高分子量之(b)多元醇時，廣角X射線繞射仍未顯示明顯點。與圖9(a)至圖9(d)相似，圖17(a)至17(d)之小角度X射線散射影像顯示當紡絲速率增加時，雙點影像變得接近於四點影像之傾向，且當(b)長鏈多元醇之分子量增加時，沿赤道方向之繞射影像變為明顯的。
-彈性恢復(滯後)之研究
以與「A)硬鏈段含量之研究」中相同之方式測定彈性恢復及能量損失。結果顯示於圖18(a)至18(b)中。如圖18(a)中所示，(b)長鏈多元醇 之較高分子量會降低彈性恢復，尤其當比較「5次」與「第1及第2」之結果時。此外，如圖18(b)中所示，(b)長鏈多元醇之較高分子量使得能量損失較高，尤其當(b)長鏈多元醇之Mn>2,000時。
- 長鏈多元醇之分子量之概述
當具有較高分子量之(b)長鏈多元醇用於TPU纖維時，在較接近於噴孔之位置處發生固化，且因此假定其結晶速度較高。然而，WAXD並未顯示明顯點同時SAXS清晰地顯示沿赤道方向之明顯繞射影像。關於TPU纖維之機械特性，當具有較高分子量之(b)長鏈多元醇用於TPU纖維時，其初始楊氏模數變得較高，且其特性視紡絲速率而定，然而，該傾向並不明顯。根據DSC量測，TPU樣品第2-IV號顯示出峰(約10℃之吸熱能量峰)，推測其為源自(b)長鏈多元醇晶體之熔融的峰。
1‧‧‧設備
2‧‧‧擠出機
3‧‧‧紡絲頭
4‧‧‧導絲輥
5‧‧‧導絲輥
6‧‧‧捲取輥
7‧‧‧捲繞器
9‧‧‧饋料口
L‧‧‧紡絲路徑長度

Claims (8)

  1. 一種製造彈性纖維的方法，該方法包含：自噴嘴排出原料組成物以形成纖維；自該噴嘴下拉該纖維；及環繞捲取輥捲取該纖維，其中紡絲速率設定成3,000m/min至10,000m/min，其中該紡絲速率意謂該纖維自該噴嘴行進至該捲取輥之行進速率，其中該原料組成物包含熱塑性聚胺基甲酸酯，其中該原料組成物包含小於5wt.%之非聚醚交聯劑，且其中該原料組成物包含含有一或多個聚醚多元醇單元的交聯劑。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該熱塑性聚胺基甲酸酯之硬鏈段含量為10wt.%至60wt.%。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該熱塑性聚胺基甲酸酯為以下之反應產物：(a)異氰酸酯(b)多元醇及視情況選用之(c)增鏈劑視情況在以下之存在下(d)催化劑(e)助劑。
  4. 如請求項3所述之方法，其中參照該多元醇之總量，該多元醇包含至少50重量%之聚醚多元醇。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該聚醚多元醇為聚四氫呋喃。
  6. 如請求項3所述之方法，其中該異氰酸酯為2,2'-、2,4'-及/或4,4'-二環己基甲烷二異氰酸酯。
  7. 如請求項3所述之方法，其中該增鏈劑為1,4-丁二醇。
  8. 一種彈性纖維，其係藉由如請求項1至7中任一項所述之方法獲得。
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