雙組分斯潘德克斯的制作方法

專利名稱：雙組分斯潘德克斯的制作方法
雙組分斯潘德克斯發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明包括通過溶液紡絲方法制備的包含聚氨酯脲組合物的彈性纖維，諸如斯潘德克斯(Spandex)，其具有包含具有可限定邊界的至少兩個(gè)單獨(dú)區(qū)的截面，其中由所述截面的邊界限定的至少一個(gè)區(qū)包含聚氨酯脲組合物。相關(guān)技術(shù)描述歷史上，遍尋熔融可加工聚合物諸如熱塑性聚氨酯(TPU)、聚酯、聚烯烴和聚酰胺來尋找高功能彈性多重組分(多組分)纖維。然而，這些結(jié)構(gòu)缺乏足夠的回復(fù)力、受低耐熱性困擾或當(dāng)延長超出某一程度時(shí)引起嚴(yán)重永久變形。具有優(yōu)良回復(fù)性、耐熱性和低變形的優(yōu)選且眾所周知的聚合物種類為基于聚氨酯-脲的體系，其通常歸類為斯潘德克斯或彈力纖維(elastane)。然而，由于強(qiáng)烈的分子間鍵合，得自此種類的纖維必須由擠出的聚合物溶液在熱惰性氣體下形成以便于溶劑回收。諸如斯潘德克斯(也稱作彈力纖維)的彈性纖維現(xiàn)在用于各式各樣的產(chǎn)品中。實(shí)例主要包括針織襪類、泳衣、衣服、諸如尿布等的衛(wèi)生產(chǎn)品。用以制備斯潘德克斯纖維的聚氨酯脲組合物具有一些限制，這些限制已導(dǎo)致諸如加入添加劑或改變聚合物組成的改進(jìn)以防止降解和增強(qiáng)染色性等。在美國專利5，6 ，960號(hào)中，包含碳鈣鎂石和水菱鎂石添加劑，其降低由于暴露于氯氣隨時(shí)間過去而降解。美國專利申請(qǐng)公開案2005/0165200A1號(hào)提供特定的聚氨酯脲組合物，其包含增加數(shù)目的胺端基，這增加了斯潘德克斯纖維的染色性。美國專利6，403，682號(hào)提供了包含作為增加斯潘德克斯纖維的染色性的添加劑的季銨的聚氨酯脲組合物。雖然這些斯潘德克斯組合物中的每一種都為纖維提供額外的功能性，但是這會(huì)是以纖維的有利性質(zhì)為代價(jià)。例如，改變斯潘德克斯組成或包含添加劑可降低纖維的彈性或增加纖維在加工期間斷裂的可能性或具有某些其他負(fù)面影響。因此，需要將保持纖維的有利性質(zhì)諸如彈性、同時(shí)還提供增加纖維功能性的其他益處(特別是在諸如衣服、泳衣和針織襪類的最終用途產(chǎn)品中)的新斯潘德克斯纖維。發(fā)明概述本發(fā)明涉及生產(chǎn)具有增強(qiáng)的功能性的多組分斯潘德克斯纖維的產(chǎn)品和方法。一些實(shí)施方案為彈性多重組分纖維，其包括截面，其中所述截面的至少第一區(qū)包含聚氨酯脲組合物；且包括第二區(qū)。在一些實(shí)施方案中，第一區(qū)和第二區(qū)包含不同的組合物。一些實(shí)施方案為彈性多重組分溶液紡絲纖維，其包括截面，其中所述截面的至少第一區(qū)包含聚氨酯或聚氨酯脲組合物；且包括第二區(qū)。一些實(shí)施方案為彈性雙組分纖維，其包括皮-芯截面，芯區(qū)包含聚氨酯或聚氨酯脲組合物，皮區(qū)包含聚氨酯或聚氨酯脲組合物，其中所述芯區(qū)和所述皮區(qū)的組成不同。一些實(shí)施方案為包含包括截面的彈性多重組分纖維的制品，其中所述截面的至少一個(gè)區(qū)包含聚氨酯脲組合物。一些實(shí)施方案為制備多重組分纖維的方法。一種方法包括(a)提供至少兩種聚合物組合物，其中所述組合物中的至少一種包括聚氨酯脲溶液；(b)通過分配板和噴絲孔合并組合物以形成具有截面的長絲；(c)將所述長絲擠出通過常見毛細(xì)管；和(d)從所述長絲中除去溶劑；其中所述截面包括在所述聚合物組合物之間的邊界。還包括包括截面的彈性多重組分纖維，其中所述截面的至少一個(gè)區(qū)包含聚氨酯或聚氨酯脲組合物且所述纖維的至少一個(gè)區(qū)經(jīng)溶液紡絲。另一實(shí)施方案為包括并列型截面的彈性雙組分纖維，所述截面具有各自包含組成不同的聚氨酯脲的第一區(qū)和第二區(qū)。附圖簡述

圖1表示可在一些實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)的纖維截面的實(shí)例。圖2為一些實(shí)施方案的紡絲板的截面的示意圖。圖3為一些實(shí)施方案的紡絲板的截面的示意圖。圖4為一些實(shí)施方案的紡絲板的截面的示意圖。圖5為一個(gè)實(shí)施方案的纖維的差示掃描量熱計(jì)結(jié)果的繪圖。發(fā)明詳述^X如本文所用的術(shù)語“多重組分纖維”是指如下纖維，其具有邊界可辨別的不同組合物的至少兩個(gè)單獨(dú)且不同的區(qū)，即，沿纖維長度連續(xù)的不同組合物的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)。這與其中多于一種組合物合并形成沿纖維的長度沒有清晰連續(xù)的邊界的纖維的聚氨酯或聚氨酯脲共混物形成對(duì)比。術(shù)語“多重組分纖維”和“多組分纖維”是同義的且在本文中可互換使用。術(shù)語“組成不同”定義為包含不同聚合物、共聚物或共混物的兩種或更多種組合物或具有一種或多種不同添加劑的兩種或更多種組合物，其中包括在組合物內(nèi)的聚合物可相同或不同。在兩種比較組合物包含不同聚合物和不同添加劑的情況下，它們也是“組成不同的”。術(shù)語“邊界”、“多個(gè)邊界”和“邊界區(qū)”用以描述多組分纖維截面的不同區(qū)之間的接觸點(diǎn)。該接觸點(diǎn)是“明確限定的”，其中在兩個(gè)區(qū)的組合物之間存在極小重疊或沒有重疊。在兩個(gè)區(qū)之間存在重疊的情況下，邊界區(qū)將包含兩個(gè)區(qū)的共混物。該共混區(qū)可為在共混邊界區(qū)與其他兩個(gè)區(qū)中的每一個(gè)之間具有單獨(dú)邊界的單獨(dú)均質(zhì)共混區(qū)?；蛘撸吔鐓^(qū)可包含從鄰近第一區(qū)的較高濃度的第一區(qū)組合物到鄰近第二區(qū)的較高濃度的第二區(qū)組合物的梯度。如本文所用，“溶劑”是指諸如二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基吡咯烷酮的有機(jī)溶劑。如本文所用的術(shù)語“溶液紡絲”包括自溶液制備纖維，其可為濕紡或干紡工藝，這兩者都是纖維生產(chǎn)的常見技術(shù)。本發(fā)明的一些實(shí)施方案為包含溶液紡絲聚氨酯脲組合物的多組分或雙組分纖維， 其也稱作斯潘德克斯或彈力纖維。多組分纖維的不同區(qū)的組合物包含不同的聚氨酯脲組合物，其中聚合物不同、添加劑不同或聚合物和添加劑兩者都不同。通過提供多重組分纖維， 可以實(shí)現(xiàn)多種不同益處。例如，由于僅在纖維的一個(gè)區(qū)中使用添加劑或更加昂貴的聚氨酯脲組合物而降低了成本，同時(shí)保持了可媲美的性質(zhì)。并且，通過引入與常規(guī)單組分斯潘德克斯紗線不相容的新添加劑或通過合并兩種組合物的協(xié)同效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)改善的纖維性質(zhì)。為了幫助確保斯潘德克斯纖維適合于紗線加工、織物制造和包含在衣服中時(shí)消費(fèi)者的滿意度，可以調(diào)節(jié)許多額外性質(zhì)。斯潘德克斯組合物在本領(lǐng)域中眾所周知且可包括諸如在Monroe Couper中公開的那些變體。纖維科技手冊(cè)(Handbook of Fiber Science and Technology)第 III 卷，高技術(shù)纖維(High Technology Fibers)部分 A. Marcel Dekker, INC :1985,51-85頁。潘德克斯纖維的一些實(shí)例在此列出。斯潘德克斯纖維可含有含量為0. 01-6%重量的諸如TW2的消光劑或折光指數(shù)不同于基礎(chǔ)纖維聚合物的其他顆粒。當(dāng)需要光亮或有光澤的外觀時(shí)，也可以使用更低量。隨著含量增加，可改變紗線的表面摩擦，其可影響加工期間纖維接觸表面處的摩擦。可根據(jù)分子量和/或紡絲條件將以斷裂每單位旦尼爾的力克數(shù)所測得的纖維斷裂強(qiáng)度(以克/旦尼爾為單位的強(qiáng)度)調(diào)節(jié)為0. 7-1. 2克/旦尼爾?？苫谒椢飿?gòu)造生產(chǎn)旦尼爾為5-2000的纖維。5-30旦尼爾的斯潘德克斯紗線可具有1-5的長絲支數(shù)，且30-2000旦尼爾的紗線可具有20-200的長絲支數(shù)。纖維可根據(jù)織物的所要最終用途以0. 5% -100%的含量用于任何種類的織物(機(jī)織織物、經(jīng)編織物或緯編織物)中。斯潘德克斯紗線可單獨(dú)使用或可將其與如FTC(聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)(Federal Trade Commission))認(rèn)可的適于服裝最終用途的任何其他紗線合股、加捻、共插(co-inserted) 或混合。這包括但不限于由尼龍、聚酯、多組分聚酯或尼龍、棉、羊毛、黃麻、劍麻、大麻 (help)、亞麻、竹、聚丙烯、聚乙烯、聚氟烴、人造絲、任何種類的纖維素和丙烯酸類纖維制造的纖維。斯潘德克斯纖維可具有在制造工藝期間施用以改善纖維的下游加工的潤滑劑或油劑。該修整劑可以0.5-10%重量的量施用。斯潘德克斯纖維可含有用以調(diào)節(jié)斯潘德克斯的最初顏色或防止或掩蓋暴露于諸如氯氣、煙霧、uv、NOx或燃燒廢氣的可引發(fā)聚合物降解的成分后的黃變效應(yīng)的添加劑。斯潘德克斯纖維可以制成具有40-160的“CIE”白度。聚氨酯脲和聚氨酯組合物用于制備纖維或長鏈合成聚合物的聚氨酯脲組合物包含至少85%重量的嵌段聚氨酯。通常，這些聚氨酯脲組合物包含與二異氰酸酯反應(yīng)以形成NCO封端的預(yù)聚物(“封端二醇”)的聚合二醇或多元醇，其隨后溶解于諸如二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮的合適溶劑中，且隨后與雙官能擴(kuò)鏈劑反應(yīng)。當(dāng)擴(kuò)鏈劑為二醇時(shí)，形成聚氨酯(且可在沒有溶劑的情況下制備)。當(dāng)擴(kuò)鏈劑為二胺時(shí)，形成聚氨酯脲(聚氨酯的子類)。在制備可紡成斯潘德克斯的聚氨酯脲聚合物的過程中，二醇通過羥基端基與二異氰酸酯和一種或多種二胺的接續(xù)反應(yīng)而擴(kuò)鏈。在所有情況下，二醇必須經(jīng)歷擴(kuò)鏈以提供具有包括粘度的必要性質(zhì)的聚合物。如果需要，則可使用二月桂酸二丁錫、辛酸亞錫、無機(jī)酸、叔胺(諸如三乙胺、N，N' - 二甲基哌嗪等)和其他已知催化劑來幫助封端步驟。合適的多元醇組分包含數(shù)均分子量為約600-約3，500的聚醚二醇、聚碳酸酯二醇和聚酯二醇?？砂▋煞N或更多種多元醇或共聚物的混合物。可使用的聚醚多元醇的實(shí)例包括具有兩個(gè)或更多個(gè)羥基的二醇，得自環(huán)氧乙烷、 環(huán)氧丙烷、氧雜環(huán)丁烷、四氫呋喃和3-甲基四氫呋喃的開環(huán)聚合和/或共聚合，或得自諸如二醇或二醇混合物的多元醇(在各分子中具有小于12個(gè)碳原子，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、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-癸二醇和1，12-十二烷二醇)的縮聚。優(yōu)選線形、雙官能聚醚多元醇，分子量為約1，700-約2，100的聚(1，4_亞丁基醚)二醇(諸如官能度為2的 Terathane 1800 (Wichita，KS的INVISTA))為特定合適多元醇的一個(gè)實(shí)例。共聚物可包括聚(1，4_亞丁基-共-亞乙基醚)二醇。可使用的聚酯多元醇的實(shí)例包括通過各分子中具有不高于12個(gè)碳原子的低分子量的脂族多羧酸與多元醇或其混合物的縮聚反應(yīng)生成的具有兩個(gè)或更多個(gè)羥基的酯二醇。 合適的多羧酸的實(shí)例有丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、 十一烷二酸和十二烷二酸。用于制備聚酯多元醇的合適多元醇的實(shí)例有乙二醇、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-癸二醇和1，12-十二烷二醇。具有約5°C -約50°C的熔融溫度的線形雙官能聚酯多元醇為特定聚酯多元醇的實(shí)例?？墒褂玫木厶妓狨ザ嘣嫉膶?shí)例包括通過光氣、氯甲酸酯、碳酸二烷基酯或碳酸二烯丙酯與各分子中具有不高于12個(gè)碳原子的低分子量的脂族多元醇或其混合物的縮聚反應(yīng)生成的具有兩個(gè)或更多個(gè)羥基的碳酸酯二醇。用于制備聚碳酸酯多元醇的合適多元醇的實(shí)例有二乙二醇、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-癸二醇和1，12-十二烷二醇。具有約5°C -約50°C的熔融溫度的線形雙官能聚碳酸酯多元醇為特定聚碳酸酯多元醇的實(shí)例。二異氰酸酯組分還可包括單一二異氰酸酯或不同二異氰酸酯的混合物，包括含有 4,4'-亞甲基雙(苯基異氰酸酯)和2，4'-亞甲基雙(苯基異氰酸酯)的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)的異構(gòu)體混合物?？砂ㄈ魏魏线m的芳族或脂族二異氰酸酯。可使用的二異氰酸酯的實(shí)例包括但不限于1-異氰酸基_4-[ (4-異氰酸基苯基)甲基]苯、1-異氰酸基-2-[(4-氰酸根合苯基)甲基]苯、雙(4-異氰酸基環(huán)己基)甲烷、5-異氰酸基-1-(異氰酸基甲基)-1，3，3_三甲基環(huán)己烷、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。特定多異氰酸酯組分的實(shí)例包括Mondur ι ML (Bayer)、Lupranate ⑧ MI (BASF)和 Isonate 50 0，P，(Dow Chemical)及其組合。擴(kuò)鏈劑可為水或用于聚氨酯脲的二胺擴(kuò)鏈劑。根據(jù)聚氨酯脲和所得纖維的所要性質(zhì)，可包括不同擴(kuò)鏈劑的組合。合適二胺擴(kuò)鏈劑的實(shí)例包括胼；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-氨基甲基環(huán)己烷；2，4_ 二氨基-1-甲基環(huán)己烷；N-甲基氨基-雙(3-丙胺)；1，2_環(huán)己烷二胺；1，4_環(huán)己烷二胺；4，4’ -亞甲基雙(環(huán)己胺)；異氟爾酮二胺；2，2_ 二甲基-1，3-丙二胺；間-四甲基苯二甲基二胺；1，3- 二氨基-4-甲基環(huán)己烷；1，3-環(huán)己烷-二胺；1，1-亞甲基-雙G，4' - 二氨基己烷)；3-氨基甲基-3，5，5-三甲基環(huán)己烷；1，3-戊二胺(1，3-二氨基戊烷)；間-苯二甲基二胺；及Jeffamine (Texaco)。當(dāng)需要聚氨酯時(shí)，擴(kuò)鏈劑為二醇?？墒褂玫倪@類二醇的實(shí)例包括但不限于乙二醇、 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)苯和1，4_ 丁二醇及其混合物?？扇芜x包括為單官能醇或單官能二烷基胺的封端劑，以控制聚合物的分子量。還可包括一種或多種單官能醇與一種或多種二烷基胺的共混物。本發(fā)明可用的單官能醇的實(shí)例包括選自以下各物中的至少一員具有1-18個(gè)碳的脂族和環(huán)脂族伯醇和仲醇；苯酚；被取代的苯酚；分子量小于約750、包括分子量小于500 的乙氧基化烷基苯酚和乙氧基化脂肪醇；羥基胺；被羥甲基和羥乙基取代的叔胺；被羥甲基和羥乙基取代的雜環(huán)化合物及其組合，包括糠醇、四氫糠醇、N-(2-羥乙基)丁二酰亞胺、 4-(2-羥乙基)嗎啉、甲醇、乙醇、丁醇、新戊醇、己醇、環(huán)己醇、環(huán)己烷甲醇、芐醇、辛醇、十八醇、N，N-二乙基羥基胺、2-( 二乙基氨基)乙醇、2-二甲氨基乙醇和4-哌啶乙醇及其組合。合適的單官能二烷基胺封端劑的實(shí)例包括N，N- 二乙胺、N-乙基-N-丙胺、N， N- 二異丙胺、N-叔丁基-N-甲胺、N-叔丁基-N-芐胺、N，N- 二環(huán)己胺、N-乙基-N-異丙胺、 N-叔丁基-N-異丙胺、N-異丙基-N-環(huán)己胺、N-乙基-N-環(huán)己胺、N，N- 二乙醇胺和2，2,6, 6-四甲基哌啶。非聚氨酯脲聚合物可供本發(fā)明的多重組分和/或雙組分纖維用的其他聚合物包括可溶解或可以顆粒形式包括的其他聚合物?？扇苄跃酆衔锟扇芙庥诰郯滨ル迦芤褐谢蚺c溶液紡絲聚氨酯脲組合物共擠出。共擠出的結(jié)果可為具有并列型、同心皮-芯型或偏心皮-芯型截面的雙組分或多重組分纖維，其中一種組分為聚氨酯脲溶液且另一組分含有另一聚合物。其他可溶性聚合物的實(shí)例包括聚氨酯(如上所述)、聚酰胺、丙烯酸類和聚芳酰胺等?？晒┍景l(fā)明的多重組分和/或雙組分纖維用的其他聚合物包括可以顆粒形式包括的其他半結(jié)晶溶解性聚合物。有用的聚酰胺包括尼龍6、尼龍6/6、尼龍10、尼龍12、尼龍 6/10和尼龍6/12。有用的聚烯烴包括由C2-C^1單體制備的聚合物。這包括共聚物和三元共聚物，諸如乙烯-丙烯共聚物。有用的聚烯烴共聚物的實(shí)例公開在Datta等的美國專利 6，867，260中，該專利以引用的方式結(jié)合到本文中。纖維截面構(gòu)造本發(fā)明的一些實(shí)施方案可使用多種不同截面。這些截面包括雙組分或多重組分同心或偏心皮-芯型截面和雙組分或多重組分并列型截面。不同截面的實(shí)例示于圖1中。圖1中所示的所有纖維截面具有組成不同的第一區(qū)和第二區(qū)。44分特/3支長絲紗線示于圖IA和圖IB中，而44分特/4支長絲紗線示于圖IC和圖ID中。各截面中的第一區(qū)包含顏料，第二區(qū)不含顏料。圖IA和圖IB包括50/50皮-芯截面；圖IC包括17/83 皮-芯截面；且圖ID包括50/50并列型截面。皮-芯截面和并列型截面中的每一個(gè)包括在至少兩種組成不同的聚氨酯脲組合物之間的邊界區(qū)。在這些圖中的每一個(gè)中，邊界呈現(xiàn)為明確限定的邊界，但邊界可包括共混區(qū)。在邊界包括共混區(qū)的情況下，邊界本身為不同的區(qū)，其為第一區(qū)和第二區(qū)(或第三區(qū)、 第四區(qū)等)的組合物的共混物。該共混物可為均質(zhì)共混物或可包括從第一區(qū)到第二區(qū)的濃度梯度。添加劑可任選包含在聚氨酯脲組合物中的添加劑的種類列于如下。包括示例性且非限制性的例舉。然而，本領(lǐng)域中眾所周知其他添加劑。實(shí)例包括抗氧化劑、紫外穩(wěn)定劑、著色劑、顏料、交聯(lián)劑、相變物質(zhì)(石蠟)、抗微生物劑、礦物(即銅)、微包封添加劑(即蘆薈、維生素E凝膠、蘆薈、海帶、尼古丁、咖啡因、香精或香味料)、納米顆粒(即二氧化硅或碳)、納米粘土、碳酸鈣、滑石、阻燃劑、防粘添加劑、耐氯降解添加劑、維生素、藥物、香料、導(dǎo)電添加劑、染色性助劑和/或助染劑(諸如季銨鹽)?？杉拥骄郯滨ル褰M合物中的其他添加劑包括增粘劑、抗靜電劑、抗蠕變劑、熒光增白劑、聚結(jié)劑、導(dǎo)電添加劑、發(fā)光添加劑、潤滑劑、有機(jī)和無機(jī)填料、防腐劑、變形劑(texturizing agent)、熱變色添加劑、驅(qū)蟲劑、濕潤劑、穩(wěn)定劑 (位阻酚、氧化鋅、位阻胺)、滑爽劑(硅油)及其組合。添加劑可提供一種或多種有益性質(zhì)包括染色性、疏水性(即聚四氟乙烯 (PTFE))、親水性(即纖維素)、磨擦控制、耐氯性、耐降解性(即抗氧化劑)、粘著性和/或可熔性(即粘著劑和增粘劑)、阻燃性、殺微生物性能(銀、銅、銨鹽)、阻擋性、導(dǎo)電性(碳黑)、拉伸性質(zhì)、顏色、發(fā)光、再循環(huán)性、可生物降解性、香料、粘性控制(即硬脂酸金屬鹽)、 觸覺性質(zhì)、可定形性、熱調(diào)節(jié)(即相變物質(zhì))、營養(yǎng)性、消光劑(諸如二氧化鈦)、穩(wěn)定劑(諸如水滑石；碳鈣鎂石和水菱鎂石的混合物)、紫外光防曬劑及其組合。驢關(guān)于纖維和長絲(包括人造雙組分纖維的長絲)且以引用的方式結(jié)合到本文中的合宜的參考文獻(xiàn)例如有a.纖維形成原理-纖維紡絲和拉制科學(xué)(Fundamentals of Fibre Formation—The Science of Fibre Spinning and Drawing), Adrezij Ziabicki, John Wiley and Sons, London/New York,1976 ；b. MWM^i^- (Bicomponent Fibres) ,R Jeffries,Merrow Publishing Co. Ltd, 1971 ；c.纖維科學(xué)與技術(shù)手冊(cè)(Handbook of Fiber Science and Technology), T. F. Cooke, CRC Press,1993。類似參考文獻(xiàn)包括以引用的方式結(jié)合到本文中的美國專利5，162，074號(hào)和 5，256，050號(hào)，其描述了用于雙組分纖維生產(chǎn)的方法和設(shè)備。將聚合物擠出通過模具以形成纖維用諸如擠出機(jī)、齒輪泵等的常規(guī)設(shè)備進(jìn)行。優(yōu)選使用單獨(dú)齒輪泵以將聚合物溶液供應(yīng)到模具。當(dāng)出于功能性而共混添加劑時(shí)，聚合物共混物優(yōu)選在靜態(tài)混合器中、例如在齒輪泵上游混合以得到更加均勻的組分分散體。在擠出之前，各斯潘德克斯溶液可通過具有受控溫度的夾套式容器單獨(dú)加熱且過濾以改善紡絲產(chǎn)率。在本發(fā)明的舉例說明的實(shí)施方案中，將兩種不同的聚合物溶液引入在40-90°C下操作的分區(qū)段夾套式換熱器中。根據(jù)所要纖維構(gòu)造來配置擠出模具和板，對(duì)于皮-芯構(gòu)造，圖示于圖2中，對(duì)于偏心皮-芯型構(gòu)造，圖示于圖3中，對(duì)于并列型構(gòu)造，圖示于圖4中。在所有情況下，各組分流都剛好在毛細(xì)管上方合并。將預(yù)熱的溶液從供應(yīng)口( 和(5)引導(dǎo)通過篩子(7)，到達(dá)分配板(4)并到達(dá)紡絲板(9)，紡絲板(9)通過墊片(8)安置且用螺母 (6)支撐。圖2、圖3和圖4中所述的擠出模具和板用于常規(guī)斯潘德克斯紡絲單元(spin cell)，諸如以引用的方式結(jié)合到本文中的美國專利6，248, 273號(hào)中所示的斯潘德克斯紡
絲單元。雙組分斯潘德克斯纖維也可通過單獨(dú)的毛細(xì)管制備以形成單獨(dú)的長絲，其隨后聚結(jié)形成單纖。制造纖維的方法一些實(shí)施方案的纖維通過從具有常規(guī)氨基甲酸酯聚合物溶劑(例如DMAc)的溶液中溶液紡絲(濕紡或干紡)聚氨酯-脲聚合物來生產(chǎn)。聚氨酯脲聚合物溶液可包含上述的任何組合物或添加劑。聚合物通過使有機(jī)二異氰酸酯與適當(dāng)二醇以在1. 6-2. 3、優(yōu)選為1. 8-2. 0范圍內(nèi)的二異氰酸酯二醇摩爾比反應(yīng)來生成“封端二醇”而制備。隨后使封端二醇與二胺擴(kuò)鏈劑的混合物反應(yīng)。在所得聚合物中，軟鏈段為聚合物鏈的聚醚/氨基甲酸酯部分。這些軟鏈段表現(xiàn)出低于60°C的熔融溫度。硬鏈段為聚合物鏈的聚氨酯/脲部分；這些硬鏈段具有高于200°C的熔融溫度。硬鏈段總計(jì)占聚合物總重量的5. 5-9%、優(yōu)選 6-7. 5%。在制備纖維的一個(gè)實(shí)施方案中，使含有30-40%聚合物固體的聚合物溶液計(jì)量通過分配板和噴絲孔的所要配置以形成長絲。分配板經(jīng)配置而以同心皮-芯型、偏心皮-芯型和并列型配置中的一種合并聚合物流，接著擠出通過常見毛細(xì)管。擠出的長絲通過引入處于300°C-400°C下且氣體聚合物質(zhì)量比為至少10 1的熱惰性氣體干燥且以至少400m/ min (優(yōu)選為至少600m/min)的速度牽拉，隨后以至少500m/min (優(yōu)選至少750m/min)的速度卷繞。以下給出的所有實(shí)施例都是用80°C的擠出溫度在熱惰性氣氛中以762m/min的卷繞速度進(jìn)行。本領(lǐng)域中眾所周知標(biāo)準(zhǔn)工藝條件。由根據(jù)本發(fā)明制備的彈性纖維形成的紗線通常具有至少0.6cN/dteX的斷裂強(qiáng)度、至少400%的斷裂伸長率、在300%伸長率下至少27mg/dtex的卸載模量(unload modulus)ο斯潘德克斯的強(qiáng)度和彈性根據(jù)ASTM D 273172的通用方法測量。對(duì)于下表中記錄的實(shí)施例，使標(biāo)距長度為5cm的斯潘德克斯長絲以50cm/min的恒定伸長速率在0% -300% 伸長率下循環(huán)。模量測定為在第一循環(huán)100% (M100)-200% (M200)伸長率下的力并以g 記錄。卸載模量(U200)在第五循環(huán)在200%伸長率下測定并在表中以g記錄。在第六伸長循環(huán)測量斷裂伸長百分率和斷裂力。永久變形率測定為如由第五卸載曲線回到基本零應(yīng)力處的點(diǎn)所指示的在第五循環(huán)和第六循環(huán)之間保留的伸長度。永久變形率是在樣品受到5次0-300%伸長/松弛循環(huán)之后30秒測量。永久變形率隨后按照下式計(jì)算變形％= 100 (Lf-Lo)/Lo，其中Lo和Lf為在五次伸長/松弛循環(huán)之前(Lo)和在五次伸長/松弛循環(huán)之后(Lf)保持直線沒有張力時(shí)的長絲(紗線)長度。通過以下實(shí)施例更加全面地表現(xiàn)本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)，以下實(shí)施例出于舉例說明目的而提供且無論如何不應(yīng)將其理解為限制本發(fā)明。 實(shí)施例實(shí)施例1-應(yīng)力-應(yīng)變改進(jìn)將低模量、高伸長A型聚合物(基于共聚醚的斯潘德克斯)作為芯聚合物、B型聚合物(常規(guī)基于聚1，4-亞丁基醚的斯潘德克斯)作為皮以變化比率紡絲來制造44/4產(chǎn)品 (44分特/4支長絲)。拉伸性質(zhì)分析展示令人驚訝的改善，用25%和50%的基于共聚醚的 A型聚合物，得到比預(yù)期(即通過線形增加)高的伸長/強(qiáng)度和低的模量(M200)。合并和定制應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)的能力增強(qiáng)了選自窄范圍聚合物基礎(chǔ)材料的纖維在廣泛應(yīng)用中的適用性。
表1-聚合物B/聚合物A-皮/芯纖維的應(yīng)力-應(yīng)變反應(yīng)44/4紗線ABCDE聚合物A-芯025%50%75%100%聚合物B-皮100%75%50%25%0%伸長率491542566578601斷裂力(g)40.149.746.840.135.0MlOO3.42.842.652.312.38M2007.146.065.554.834.76線形增加%伸長率491519546573601斷裂力(g)40.138.837.636.335.0MlOO3.43.122.892.62.4M2007.16.55.955.44.8實(shí)施例2-可熔皮熱熔結(jié)晶熱塑性聚氨酯粘著劑(Pearlbond 122，得自Merquinsa Mercados Quimicos)與作為在DMAC中的35%溶液的常規(guī)基于聚1，4-亞丁基醚的斯潘德克斯制備為 50/50共混物，且作為皮與常規(guī)斯潘德克斯芯一起紡絲來制造44分特/3支長絲紗?；诶w維重量計(jì)算，總皮含量為20%，以在高于80°C加熱時(shí)制造可粘結(jié)紗線。紗線可熔性通過將15cm長樣品安裝在三角形的可調(diào)節(jié)框架上來測量，頂點(diǎn)在框架中心且兩個(gè)等邊長為7. 5cm。將相同長度的第二長絲從相對(duì)側(cè)安裝在框架上，使得兩紗線交叉且以單一接觸點(diǎn)交迭。將纖維松弛到5cm，隨后暴露于洗浴1小時(shí)、漂洗、風(fēng)干且隨后暴露于染色浴30分鐘、漂洗且風(fēng)干。將帶有纖維的框架的長度從5cm調(diào)節(jié)到30cm，且將其暴露于121°C的蒸汽下30秒，冷卻3分鐘，讓其松弛。將紗線從框架上移除并轉(zhuǎn)移到拉力試驗(yàn)機(jī)，各紗線一端被夾緊，使接觸點(diǎn)位于夾子之間。紗線以100% /min被伸長，使接觸點(diǎn)斷裂的力記錄為熔合強(qiáng)度。 優(yōu)點(diǎn)在于紗線具有優(yōu)良的熔合特性以及高拉伸/回復(fù)性能。示例性紗線可用聚酰胺或聚酯紗線包覆且織物在圓形經(jīng)編機(jī)上構(gòu)造。包覆紗線分圈編織(knit in an every course)，特里科經(jīng)編織物(tricot)構(gòu)造允許彈性紗線在編織結(jié)構(gòu)的各接觸點(diǎn)處熔合。在可熔紗線包括在供選的線圈橫列(course)中的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)充分熔合。
權(quán)利要求
1.彈性多重組分纖維，其包括截面，其中所述截面的至少第一區(qū)包含聚氨酯脲組合物； 且包括第二區(qū)。
2.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維的多重組分?jǐn)D出通過同一毛細(xì)管形成單一長絲。
3.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維的多重組分?jǐn)D出通過單獨(dú)毛細(xì)管形成單獨(dú)長絲且聚結(jié)成單一熔合纖維。
4.權(quán)利要求1的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)具有明確限定的邊界。
5.權(quán)利要求1的纖維，其還包括第三區(qū)，所述第三區(qū)包括在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)之間、包含所述第一區(qū)和所述第二區(qū)的共混物的邊界區(qū)。
6.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維經(jīng)溶液紡絲。
7.權(quán)利要求1的纖維，其中所述截面包括選自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股線的構(gòu)造。
8.權(quán)利要求1的纖維，其中所述截面為非圓形。
9.權(quán)利要求1的纖維，其中所述第二區(qū)包含聚氨酯脲組合物。
10.權(quán)利要求1的纖維，其中所述第二區(qū)包含非聚氨酯脲組合物。
11.權(quán)利要求10的纖維，其中所述非聚氨酯脲由熱塑性聚合物和可溶性聚合物中的一種制備。
12.權(quán)利要求1的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)包含至少一種不同的添加劑或不同濃度的相同添加劑。
13.權(quán)利要求1的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)各自包含組成不同的聚氨酯脲。
14.權(quán)利要求1的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)各自包含不同的組合物。
15.權(quán)利要求1的纖維，其中至少一個(gè)區(qū)包含為紡織纖維提供給增強(qiáng)的功能性或性質(zhì)的組合物。
16.權(quán)利要求15的纖維，其中所述增強(qiáng)的功能性包括至少一種選自以下的性質(zhì)染色性、疏水性、親水性、摩擦控制、耐氯性、耐降解性、粘著性、可熔性、阻燃性、抗微生物性能、 阻擋性、導(dǎo)電性、拉伸性質(zhì)、顏色、發(fā)光、再循環(huán)性、香味、粘著控制、觸覺性質(zhì)、可定形性、熱調(diào)節(jié)、營養(yǎng)性及其組合。
17.權(quán)利要求1的纖維，其中所述至少一個(gè)區(qū)包含選自染料、顏料、聚烯烴、納米粘土、 殼聚糖、尼龍、聚酯、纖維素、聚四氟乙烯(PTFE)、相變物質(zhì)及其組合的添加劑。
18.彈性多重組分溶液紡絲纖維，其包括截面，其中所述截面的至少第一區(qū)包含聚氨酯或聚氨酯脲組合物；且包括第二區(qū)。
19.權(quán)利要求18的纖維，其中所述聚氨酯或聚氨酯脲包含嵌段聚氨酯。
20.權(quán)利要求18的纖維，其中所述纖維的多重組分?jǐn)D出通過同一毛細(xì)管形成單一長絲。
21.權(quán)利要求18的纖維，其中所述纖維的多重組分?jǐn)D出通過單獨(dú)毛細(xì)管形成單獨(dú)長絲且聚結(jié)成單一熔合纖維。
22.權(quán)利要求18的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)具有明確限定的邊界。
23.權(quán)利要求18的纖維，其還包括第三區(qū)，所述第三區(qū)包括在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)之間、包含所述第一區(qū)和所述第二區(qū)的共混物的邊界區(qū)。
24.權(quán)利要求18的纖維，其中所述截面包括選自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股線的構(gòu)造。
25.權(quán)利要求18的纖維，其中所述截面為非圓形。
26.權(quán)利要求18的纖維，其中所述第二區(qū)包含聚氨酯脲組合物。
27.權(quán)利要求18的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)包含至少一種不同的添加劑或不同濃度的相同添加劑。
28.權(quán)利要求18的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)各自包含組成不同的聚氨酯脲。
29.權(quán)利要求18的纖維，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)各自包含不同的組合物。
30.權(quán)利要求18的纖維，其中所述第二區(qū)包含選自熱塑性聚合物和可溶性聚合物的非聚氨酯脲組合物。
31.權(quán)利要求18的纖維，其中至少一個(gè)區(qū)包含為紡織纖維提供增強(qiáng)的功能性的組合物。
32.權(quán)利要求31的纖維，其中所述增強(qiáng)的功能性包括至少一種選自以下的性質(zhì)染色性、疏水性、親水性、摩擦控制、耐氯性、耐降解性、粘著性、可熔性、阻燃性、抗微生物性能、 阻擋性、導(dǎo)電性、拉伸性質(zhì)、顏色、再循環(huán)性、香味、粘著控制、觸覺性質(zhì)及其組合。
33.彈性雙組分纖維，其包括皮-芯截面，芯區(qū)包含聚氨酯或聚氨酯脲組合物，皮區(qū)包含聚氨酯或聚氨酯脲組合物，其中所述芯區(qū)和所述皮區(qū)組成不同。
34.權(quán)利要求33的纖維，其中所述皮區(qū)包含選自尼龍、纖維素、聚酯、聚丙烯腈、聚烯烴及其組合的添加劑。
35.制品，其包含包括截面的彈性多重組分纖維，其中所述截面的至少一個(gè)區(qū)包含聚氨酯脲組合物。
36.權(quán)利要求35的制品，其中所述制品為織物。
37.權(quán)利要求35的制品，其中所述織物選自機(jī)織織物、非織造織物和編織織物。
38.權(quán)利要求35的制品，其中所述截面包括選自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股線的構(gòu)造。
39.權(quán)利要求35的制品，其中所述截面提供包含組成不同的聚氨酯脲組合物的至少第一區(qū)和第二區(qū)。
40.權(quán)利要求35的制品，其中至少一個(gè)區(qū)包含提供至少一種選自以下的性質(zhì)的至少一種添加劑染色性、疏水性、摩擦降低、耐氯性、粘著性、可熔性、阻燃性、抗菌性、阻擋性、導(dǎo)電性及其組合。
41.權(quán)利要求35的制品，其中所述制品為紡織品。
42.權(quán)利要求35的制品，其中所述制品為衣服。
43.權(quán)利要求35的制品，其中所述制品為針織襪類。
44.方法，其包括(a)提供至少兩種聚合物組合物，其中所述組合物中的至少一種包括聚氨酯脲溶液；(b)通過分配板和噴絲孔合并組合物以形成具有截面的長絲；(c)將長絲擠出通過常見毛細(xì)管；和(d)從所述長絲中除去溶劑；其中所述截面包括在所述聚合物組合物之間的邊界。
45.權(quán)利要求44的方法，其中所述溶劑通過熱惰性氣體從所述長絲中除去。
46.權(quán)利要求44的方法，其中同時(shí)制造多于一支多重組分纖維。
47.權(quán)利要求44的方法，其中所述聚合物組合物包含兩種組成不同的聚氨酯脲溶液。
48.權(quán)利要求44的方法，其中所述聚合物組合物包括至少一種聚氨酯脲溶液和至少一種非聚氨酯脲組合物。
49.權(quán)利要求44的方法，其中所述截面選自同心皮-芯型、偏心皮-芯型、并列型和熔合股線。
50.彈性多重組分纖維，其包括截面，其中所述截面的至少一個(gè)區(qū)包括聚氨酯或聚氨酯脲組合物且所述纖維的至少一個(gè)區(qū)經(jīng)溶液紡絲。
51.彈性雙組分纖維，其包括具有各自包含組成不同的聚氨酯脲的第一區(qū)和第二區(qū)的并列型截面。
全文摘要
一種彈性多重組分纖維，其包括截面，其中所述截面的至少第一區(qū)包含聚氨酯脲組合物；且包括第二區(qū)。
文檔編號(hào)D01F6/70GK102257194SQ200980151646
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者D·A·威爾遜, J·B·埃爾莫爾, S·W·史密斯, 劉洪 申請(qǐng)人:英威達(dá)技術(shù)有限公司