生物衍生的聚氨酯纤维制造技术

本发明专利技术包括弹性纤维和制备此类纤维的方法，所述弹性纤维包括生物衍生的丁二醇。所述生物衍生的丁二醇用于制备聚合二醇组合物，所述聚合二醇组合物与二异氰酸酯接触并进行纺丝以提供弹性纤维。

Bio derived polyurethane fiber

The present invention comprises an elastic fiber and a method for producing such a fiber. The biologically derived butanediol is used for the preparation of a polymeric diol composition, which is in contact with the diisocyanate and is spun to provide an elastic fiber.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供通过溶液纺丝工艺制备的弹性纤维，诸如包括衍生自聚合二醇的聚氨酯组合物的氨纶纤维，其中所述聚合二醇至少部分衍生自生物衍生的1,4-丁二醇。
技术介绍
目前弹性纤维如氨纶纤维（又称为氨纶）用在各种各样的产品中。实例包括针织品、游泳衣、服装、卫生产品如尿布，等等。用于制备氨纶纤维的聚氨酯组合物具有局限性，所述局限性导致改性诸如包括添加剂或改变聚合物组合物以防止降解和增强可染性等。目前使用聚合二醇或衍生自非再生资源的多元醇来制备这些弹性纤维。
技术实现思路
目前已知使用可再生资源即生物衍生的资源制备1,4-丁二醇的方法。需要新型氨纶纤维，所述新型氨纶纤维将保持纤维的良好特性诸如商用产品（如服装、游泳衣和针织品）所需的弹性，同时允许包含生物衍生的、可再生的和/或可持续的来源。本专利技术如权利要求书中所述。具体实施方式本专利技术提供弹性纤维，所述弹性纤维部分衍生自可再生/可持续的生物源。本文所述的任何纤维可以是单组分、双组分或多组分纤维。为了清晰起见，提供以下定义。定义如本文所用，“溶剂”是指有机溶剂，诸如二甲基乙酰胺（DMAC）、二甲基甲酰胺（DMF）和N-甲基吡咯烷酮。本文所用的术语“溶液纺丝”包括由溶液制备纤维，其可为湿法纺丝工艺或干法纺丝工艺，两者均是生产纤维的常用技术。本文所用的术语“多组分纤维”是指具有至少两个不同组合物的独立的可识别的区域的纤维，所述纤维具有可识别边界，即具有沿纤维长度连续的两个或更多个不同组合物的区域。这与聚氨酯或聚氨酯脲共混物相反，其中一个以上组合物组合形成沿纤维长度无明显连续边界的纤维。术语“多个组分纤维”和“多组分纤维”意义相同并且在本文中可互换使用。术语“组成上不同的”定义为两种或更多种组合物，包括不同的聚合物，共聚物或共混物或两种或更多种具有一种或多种不同添加剂的组合物，其中包含在组合物中的聚合物可以相同或不同。两种对比组合物也是“组成上不同的”，其中所述两种对比组合物包括不同的聚合物和不同的添加剂。术语“边界”、“多个边界”和“边界区域”用于描述多组分纤维横截面的不同区域之间的接触点。该接触点是“界限分明的”，其中所述两个区域的组合物之间很少或没有重叠。当两个区域确实存在重叠时，边界区域包括两个区域的混合。所述混合区域可以是在边界区域和其它两个区域中的每一个之间具有独立边界的独立均匀混合段。或者，边界区域可以包括与第一区域相邻的第一区域的组合物的较高浓度的梯度到与第二区域相邻的第二区域的组合物的较高浓度的梯度。在一些实施例中为多组分或双组分纤维，所述多组分或双组分纤维包括溶液纺丝聚氨酯脲组合物，也称为氨纶纤维或氨纶。用于多组分纤维的不同区域的组合物包括不同的聚氨酯脲组合物，所述不同的聚氨酯脲组合物中的聚合物不同，添加剂不同，或聚合物和添加剂均不同。通过提供多组分纤维，可获得各种利益。例如，由于仅在纤维的一个区域中使用添加剂或较昂贵的聚氨酯脲组合物，降低成本的同时保持了可比性质。此外，通过引入与常规单组分氨纶纱不相容的新型添加剂或通过组合两种组合物的协同效应，可以实现纤维性质的改进。为了确保用于衣服的氨纶纤维适合进行纱线加工、织物制造并令消费者满意，可以调整许多其它性质。氨纶纤维组合物在本领域是众所周知的，并可以包括诸如MonroeCouper公开的各种变型。纤维科学与技术手册：MarcelDekker公司高科技纤维A部分第三卷：1985，第51页到第58页。下面列出一些实例。氨纶纤维可以含有消光剂诸如TiO2，或者折射率不同于基础纤维聚合物的另一种颗粒，含量为0.01重量%到6重量%。当需要明亮或有光泽的外观时，也可使用较低的含量。随着含量的增加，纱线的表面摩擦可能改变，这可能影响加工期间纤维接触表面处的摩擦。以克每单位旦尼尔的断裂力（克/旦尼尔的强度）测量的纤维断裂强度可以根据分子量和/或纺丝条件从0.7克/旦尼尔调节到1.2克/旦尼尔。基于所需的织物结构，生产的纤维旦尼尔可以为5到2000。旦尼尔为5到30的氨纶纱的长丝数可为1到5，旦尼尔为30到2000的纱线的长丝数可为2到200。根据所需的织物的最终用途，所述纤维可以0.5%到100%的含量用于任何种类的织物（机织织物、经编织物或纬编织物）。氨纶纱可以单独使用，或者可以与任何其它纱线（例如适合于服装最终用途的FTC（联邦贸易委员会）认可的纱线）合股、加捻、共插入或混合。这包括但不限于由尼龙、聚酯、多组分聚酯或尼龙、棉、羊毛、黄麻、剑麻、助麻、亚麻、竹、聚丙烯、聚乙烯、多氟烃、人造纤维，任何种类的纤维素制品和丙烯酸纤维制成的纤维。可以在制造过程中向氨纶纤维施加润滑剂或整理剂以改善纤维的下游加工。整理剂的施加量可为0.5重量%到10重量%。氨纶纤维可以包含添加剂以调整氨纶的初始颜色，或防止或掩盖在暴露于可引发聚合物降解的元素（例如氯、烟雾、UV、NOx或燃烧气体）之后发黄的影响。氨纶纤维可以制成具有40到160范围内的“CIE”白度。聚氨酯脲和聚氨酯组合物聚氨酯脲组合物用于制备包含至少85重量%的嵌段聚氨酯的纤维或长链合成聚合物。通常，这些包含聚合二醇或多元醇，所述聚合二醇或多元醇与二异氰酸酯反应形成NCO封端的预聚物（“封端二醇”），然后，所述预聚物溶解在合适的溶剂如二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中，再与双官能扩链剂反应。当扩链剂是二醇时，形成聚氨酯（并且可以在没有溶剂的情况下制备）。当扩链剂为二胺时，形成聚氨酯的亚类聚氨酯脲。在制备可以纺成氨纶纤维的聚氨酯脲聚合物的过程中，通过羟基端基与异氰酸酯和一种或多种二胺的顺序反应来扩展二醇。在每一种情况下，二醇都必须进行扩链，以提供聚合物必要的性质（包括粘度）。如果需要，可以使用二月桂酸二丁锡、辛酸亚锡、无机酸、叔胺如三乙胺、N,N'-二甲基哌嗪等，以及其它已知的催化剂来协助封端步骤。合适的多元醇组分（又称为聚合二醇）包括数均分子量为约600到约3500的聚醚二醇、聚碳酸酯二醇和聚酯二醇。可以包括两种或更多种多元醇或共聚物的混合物。多元醇组分理想地包括至少一种衍生自生物衍生的1,4-丁二醇的聚合物。1,4-丁二醇的合成方法1,4-丁二醇（BDO）可以通过重组微生物中的4-羟基丁酸酯由琥珀酸酯或α-酮戊二酸盐（又称为2-氧戊二酸盐）合成，其中所述重组微生物包括2-酮戊二酸脱羧酶或琥珀酰-CoA合成酶、琥珀酸半醛脱氢酶、4-羟基丁酸脱氢酶、4-羟基丁酸-CoA转移酶、4-羟基丁酸-CoA还原酶和醇脱氢酶。在此类重组微生物中，琥珀酸酯可以使用琥珀酰-CoA合成酶转化为琥珀酰-CoA，随后使用CoA-琥珀酸半醛脱氢酶将琥珀酰-CoA转化为琥珀酰半醛。可以使用4-羟基丁酸脱氢酶将琥珀酰半醛转化为4-羟基丁酸，随后使用4-羟基丁酸-CoA转移酶将4-羟基丁酸转化为4-羟基丁酸-CoA，再使用4-羟基丁酸-CoA还原酶转化为4-羟基丁醛。可以使用醇脱氢酶将4-羟基丁醛转化为BDO。在一些实施例中，2-酮戊二酸脱羧酶用于将α-酮戊二酸盐转化为琥珀酰半醛，其可以如上所述转化为BDO。参见，例如YIM等人,《自然化学生物学杂志（Nat.Chem.Biol.）》7:445-452(2011)；和美国专利号8,067,214。另参见EP2690109A1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备弹性纤维的方法，其包括：(a) 自生物衍生的丁二醇提供聚合二醇组合物；(b) 使所述聚合二醇组合物与至少一种二异氰酸酯接触；(c) 将封端二醇溶解在溶剂中以提供封端二醇溶液；(d) 使所述封端二醇溶液与扩链剂组合物接触；和(e) 将所述溶液纺丝以形成所述弹性纤维；其中所述聚合二醇组合物包括至少一种聚合二醇，所述聚合二醇使用生物衍生的1,4‑丁二醇制备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.05 US 61/9886891.一种用于制备弹性纤维的方法，其包括：(a)自生物衍生的丁二醇提供聚合二醇组合物；(b)使所述聚合二醇组合物与至少一种二异氰酸酯接触；(c)将封端二醇溶解在溶剂中以提供封端二醇溶液；(d)使所述封端二醇溶液与扩链剂组合物接触；和(e)将所述溶液纺丝以形成所述弹性纤维；其中所述聚合二醇组合物包括至少一种聚合二醇，所述聚合二醇使用生物衍生的1,4-丁二醇制备。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性纤维为氨纶纤维。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物衍生的1,4-丁二醇在聚合之前转化为四氢呋喃，以形成聚合二醇。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述聚合二醇是四氢呋喃和由环氧乙烷、环氧丙烷、氧杂环丁烷、3-甲基四氢呋喃及其组合组成的群组的至少一个成员的共聚物。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述二异氰酸酯包括至少一种二异氰酸酯，所述至少一种二异氰酸酯选自由4,4'-亚甲基双(苯基异氰酸酯)、2,4'-亚甲基双(苯基异氰酸酯)1-异氰酸基-4-[(4-异氰酸基苯基)甲基]苯、1-异氰酸基-2-[(4-氰氧苯基)甲基]苯、双(4-异氰酸基环己基)甲烷、5-异氰酸基-1-(异氰酸基甲基)-1,3,3-三甲基环己烷、1,3-二异氰酸基-4-甲基苯、2,2'-甲苯二异氰酸酯、2,4'-甲苯二异氰酸酯及其混合物组成的群组。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述扩链剂组合物包括至少一种二醇或二胺扩链剂。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述扩链剂组合物包括至少一种二胺扩链剂，所述至少一种二胺扩链剂选自由肼、1,2-乙二胺、1,4-丁二胺、1,2-丁二胺、1,3-丁二胺、1,3-二氨基-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-氨基-3,3,5-三甲基-5-氨基甲基环己烷、2,4-二氨基-1-甲基环己烷、...

【专利技术属性】
技术研发人员：RO小沃德鲍尔，NJ达卢拉，
申请(专利权)人：英威达技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH