聚氨酯弹性体纤维和制备该纤维的方法技术

本发明专利技术由热塑性聚氨酯弹性体纤维组成，通过熔体纺丝回弹率为６０％或更大的聚氨酯和异氰酸酯封端的聚醚或聚酯添加剂而获得该纤维。弹性纤维具有低收缩率、高耐热性、低拉伸变形、和高伸长率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及通过熔体纺丝回弹率为60％或更大的聚氨酯和异氰酸酯封端的聚醚或聚酯获得的聚氨酯弹性体纤维，以得到具有低收缩率、高耐热性、低拉伸变形和高伸长率的弹性纤维。具有改进弹性体性能的聚氨酯具有许多实际应用，如生活消费品中的织物，如袜子和服装，医疗应用、娱乐应用、汽车应用、或工业应用，如传送带、电缆护套等。用于服装工业的通常弹性纤维是斯潘德克斯(spandex)。它是具有高弹性回复率的可拉伸纤维。斯潘德克斯用于许多商业纱线和织物以向服装添加弹性。斯潘德克斯由联邦商业委员会定义为包括至少85％嵌段聚氨酯的长链合成聚合物。它通过反应高分子量二羟基化合物与有机二异氰酸酯和扩链剂以形成弹性体纤维而制备。由于它在聚合物结构中由交替软和硬区域组成，它是嵌段的。硬链段用作将聚合物链结合在一起的物理交联。聚合物链的软链段由包含长、卷曲链段的聚合物组成，该长、卷曲链段可在拉伸材料时取向。交联防止聚合物链显著通过彼此移动。在拉伸之后，线性软链段回复到卷曲形式，使得纤维返回到它的原始形状。尽管湿纺和熔体纺丝方法是已知的，它优选由干纺方法制备。DuPont首先在1959年使用干纺方法，引入了斯潘德克斯弹性聚氨酯(脲)纤维。在1937年，Bayer引入了由熔体纺丝方法制备的聚氨酯弹性纤维。干纺方法是一种这样的工艺，其中将长链二元醇与芳族二异氰酸酯(通常是4，4’-亚甲基二苯基二异氰酸酯，MDI)以生产异氰酸酯封端的预聚物。在极性溶剂存在下，通过反应预聚物与二胺而完成扩链以制备纺丝原液。然后将原液以多长丝形式从喷嘴挤出。通过在纺丝塔中与热空气或热N2接触而蒸发溶剂。然后将纺成的纱线假捻，油处理和卷绕在线轴上。干纺纤维有在老化时损失强度的趋势。熔体纺丝方法的不同在于在溶剂不存在下进行预聚物制备和扩链两者。为达到性能可比于由干纺达到的那些纤维，必须将纺成的纤维进行热老化处理，以促进通过剩余异氰酸酯基团的交联。由Bayer在二十世纪三十年代后期和二十世纪四十年代早期开发的聚氨酯热塑性弹性体的熔体纺丝方法并没得到令人满意的性能。聚氨酯的其它熔体纺丝方法是已知的。U.S.专利No.3,503,933公开了熔体纺丝的斯潘德克斯，它使用不对称二异氰酸酯，该二异氰酸酯在两个异氰酸酯基团的反应性中具有五倍的差异。这些二异氰酸酯导致具有差加工品质如高粘性，差的织物性能如低卸荷力，在如染色、整理、和洗涤等领域中具有差的织物加工性能的斯潘德克斯。Foss等人的U.S.专利No.5,840,223教导了从包括二异氰酸酯封端的多元醇预聚物的可熔体纺丝弹性体组合物，制备熔体纺丝弹性体纤维的方法，采用芳族二羟基化合物将该预聚物扩链。可以将生产的纤维编织或织造成纺织品制品，如袜子或连裤袜。U.S.专利No.6,127,506，Green教导了熔体纺丝斯潘德克斯的方法，其中从精制的封端多元醇，线性脂族二胺和单胺链终止剂制备聚氨酯(脲)聚合物。在该方法期间，将二异氰酸酯与聚合二元醇接触以得到封端的二元醇。在Green中该方法的重点在于在聚氨酯(脲)的形成之前精制封端的二元醇。用于该方法的聚合二元醇包括聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、和二元醇的共聚物。二异氰酸酯基本具有与聚合物多元醇相同的对羟基的反应性。优选的二异氰酸酯是MDI。在Green中，将单体聚合和然后熔体纺丝以得到斯潘德克斯或聚氨酯(脲)。传统上，斯潘德克斯由干纺或湿纺制备。由于熔体纺丝并不涉及使用有机溶剂，其在健康、安全和环境考虑方面是最有利的方法。但，干纺斯潘德克斯生产了具有与由其它工艺制备的那些相比，最好性能平衡的纤维。因此，需要具有斯潘德克斯的性能但可以熔体纺丝而不是干纺的纤维材料。尽管热塑性聚氨酯一般具有关于耐磨性的所需性能，它们一般并不显示出如高熔点，低拉伸变形，低压缩变形，良好的回弹性，和低滞后的性能。聚醚聚氨酯是已知的，例如，Vedula等人的U.S专利No.5,959,059教导了聚醚尿烷，该聚醚尿烷当从如下物质的熔体聚合制备时，具有良好的物理性能包含2-6个碳原子的烯化氧重复单元的、羟基封端聚醚中间体，和扩链剂与二异氰酸酯。Vedula等人，使用芳族二异氰酸酯，优选是MDI。此外，热塑性聚醚尿烷由“一步法工艺”生产，其中将羟基封端的聚醚中间体，扩链剂，和二异氰酸酯加入在一起，混合，和聚合。由此“一步法工艺”生产的聚氨酯是这样的聚氨酯，其中扩链剂包括具有更高熔点的芳族部分。获得的聚醚尿烷显示170℃-230℃的高熔点，1.10或更小的低密度，和至少15或20的肖氏D硬度。另外，该聚醚尿烷显示良好的耐撕裂性，良好的耐磨性，和水解稳定性。聚氨酯聚合物的熔体纺丝也是已知的，包括在熔体中结合聚氨酯聚合物与另外的材料，以达到各种益处。例如，日本专利公开JP58098421(1983)(Yasuhiro等人)教导了向聚氨酯弹性体中加入来自多异氰酸酯和封端剂的反应产物，以生产在高温下具有高变形回复率的弹性纱线。在Yasuhiro公开文献中的反应，是在两个端部上的分子量为400或更大的多异氰酸酯，优选p，p’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和聚四亚甲基二醇与封端剂之间的反应。Yamakawa等人的日本专利公开60048617(2000)教导了熔体纺线对苯二甲酸丁二醇酯类结晶聚酯和热塑性聚氨酯，以制备光泽度为70或更小的弹性纤维。Yoshimoto等人的日本专利公开No.JP1282387(1989)教导了通过捏合作为交联剂的多异氰酸酯预聚物而生产弹性聚氨酯纱线，其中将纱线随后采用矿物油、聚硅氧烷、和二胺混合物处理，以防止纤维的附着。Ogawa等人的日本专利公开No.JP58186609(1983)教导了通过向熔融聚氨酯弹性体中，加入多异氰酸酯化合物和颜料制备的具有改进耐热性的纤维。Ogawa等人的日本专利公开No.JP57112409(1982)教导了通过向熔融聚氨酯弹性体中，加入来自分子量为300-2,500的聚醚和二苯基甲烷二异氰酸酯的含封端NCO端基的多异氰酸酯反应产物，而制备在高温下具有高变形回复率的弹性纱线。专利技术概述本专利技术是如下发现的结果可以通过回弹率为60％或更高的聚氨酯，和扩链或交联异氰酸酯封端的聚醚或聚酯添加剂的本体熔体纺丝聚合，获得聚氨酯弹性体纤维。聚氨酯优选衍生自与羟基封端的聚醚反应的二异氰酸酯和二醇扩链剂。聚醚尿烷优选来自羟基封端的聚醚中间体和扩链剂与二异氰酸酯的聚合，其中羟基封端的聚醚含有包含2-6个碳原子的烯化氧重复单元且重均分子量至少为1,500。扩链剂基本是含有2-16个碳原子的非支化二醇，且扩链剂的数量是0.7-小于1.0摩尔每摩尔该羟基封端的聚醚。在本专利技术中，当将聚氨酯聚合物熔体纺丝以生产纤维时，其通过引入异氰酸酯封端的预聚物而扩链或交联。与干纺的斯潘德克斯相比，获得的纤维具有改进的耐热性和降低的滞后损失，同时仍然保持干纺斯潘德克斯的所有有利性能。专利技术详述本专利技术涉及聚氨酯弹性体纤维，该纤维可以由聚氨酯和异氰酸酯封端的聚醚或聚酯添加剂的本体熔体纺丝聚合而获得。该聚氨酯衍生自与羟基封端的聚醚反应的二异氰酸酯和二醇扩链剂。用于本专利技术的聚氨酯可以是回弹率为60％或更高的聚醚聚氨酯或聚酯聚氨酯。可以采用的一种聚氨酯是描述于Ravi Vedula的USP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由如下物质本体熔体聚合获得的热塑性聚氨酯弹性体：　　　　Ａ．聚氨酯，和　　　　Ｂ．异氰酸酯封端的聚醚或聚酯。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RR维杜拉，
申请(专利权)人：诺沃恩IP控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]