KR20120102578A - High strength fabrics consisting of thin gauge constant compression elastic fibers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 100% 내지 200% 연신율에서 비교적 편평한 모듈러스 곡선을 지니는 탄성 섬유에 관한 것이다. 섬유는 매우 편안한 느낌을 갖는 의복으로 제조될 수 있다. 바람직한 탄성 섬유는 열가소성 폴리우레탄 폴리머로 제조되며, 방사구를 나가는 폴리머의 용융 속도보다 단지 약간 높은 속도로 섬유가 보빈에 권사되는 독특한 용융 방사 공정에 의해 제조된다. The present invention relates to elastic fibers having a relatively flat modulus curve at 100% to 200% elongation. The fibers can be made into garments that have a very comfortable feeling. Preferred elastic fibers are made of thermoplastic polyurethane polymers and are produced by a unique melt spinning process in which the fibers are wound into bobbins at a rate only slightly higher than the melt rate of the polymer exiting the spinneret.
Description
본 발명은 성긴(thin) 게이지의 일정한 압축력의 탄성 섬유로 제조된 고 강도 직물에 관한 것이다. 일정한 압축력의 탄성 섬유로 만들어진 의복은 착용자로 하여금 매우 편한 느낌을 받게 한다. 상기 의복은 또한 탄성 섬유로 제조된 고 강도 직물이기 때문에 구멍이 나지 않는다FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to high strength fabrics made from elastic fibers of constant compressive force of thin gauges. Garments made of elastic fibers of constant compression force the wearer to feel very comfortable. The garment is also not punctured because it is a high strength fabric made of elastic fibers.
최근에, 전 세계적으로 라이프스타일의 변화로 인해, 기본적인 단열 기능을 넘어, 직물의 더 큰 기능성에 대한 요구가 높아지고 있다. 기능성 이후에 추구한 것이 직물의 강도 및 완전성을 저하시키지 않는 성긴 게이지의 직물이다. 이러한 성긴 게이지의 직물은 패킹 부피의 저하, "벌크(bulk)" 느낌의 감소 및 속옷의 경우, 겉옷을 통한 비침(external visibility)이 없게 할 수 있다.Recently, due to lifestyle changes around the world, there is a growing demand for greater functionality of fabrics beyond basic insulation. The pursuit after functionality is a loose gauge fabric that does not degrade the strength and integrity of the fabric. Such coarse gauge fabric can reduce the packing volume, reduce the "bulk" feel and, in the case of underwear, no external visibility through the garment.
합성 탄성 섬유(SEF)는 보통 연질 및 경질 세그먼트를 갖는 폴리머로부터 제조되어 탄성을 제공한다. 경질 및 연질 세그먼트를 지니는 폴리머는 전형적으로 폴리(에테르-아미드), 예를 들어 Pebax® 또는 코폴리에스테르, 예를 들어 Hytrel® 또는 열가소성 폴리우레탄, 예를 들어 Estane®이다. 그러나, 매우 높은 연신율(elongation)의 SEF는 통상적으로 건식 방사 폴리우레탄(Lycra®) 또는 용융 방사 열가소성 폴리우레탄(Estane®)과 같은 경질 및 연질 세그먼트화된 폴리머를 이용한다. 이러한 SEF는 파손 연신율에 있어서 낮거나 매우 높게 변화되지만, 이들 모두는 연신율(응력)의 증가에 따라 지수적으로 증가하는 모듈러스(modulus)(변형(strain))를 갖는 것으로 일반적으로 기술될 수 있다.Synthetic elastic fibers (SEF) are usually made from polymers having soft and hard segments to provide elasticity. Polymers with hard and soft segments are typically poly (ether-amides) such as Pebax® or copolyesters such as Hytrel® or thermoplastic polyurethanes such as Estane®. However, very high elongation SEFs typically use hard and soft segmented polymers such as dry spun polyurethane (Lycra®) or melt spun thermoplastic polyurethane (Estane®). These SEFs change low or very high in break elongation, but all of them can generally be described as having modulus (strain) which increases exponentially with increasing elongation (stress).
용융 방사 TPU 섬유는 용융 방사 공정에 용매가 사용되지 않는 점에 있어서 건식 방사 폴리우레탄 섬유에 비해 일부 이점을 제공하는 한편, 건식 방사 공정에서, 폴리머는 용매에 용해되어 방사된다. 그 후, 용매는 부분적으로 섬유 밖으로 증발된다. 모든 용매는 건식 방사 섬유로부터 완전히 제거되기가 매우 어렵다. 건식 방사 섬유로부터 용매의 제거를 촉진하기 위해, 섬유를 통상적으로 작은 크기로 제조하고 함께 모아서 멀티-필라멘트(리본-유사) 섬유를 생산한다. 이는 주어진 데니어에 대해 용융 방사 섬유보다 큰 물리적 크기를 초래한다. 이러한 물리적 특징은 직물에서 더 많은 벌크를 야기하고 멀티-필라멘트 다발의 성질은 편안함을 잃게 하는 원인이다.Melt spinning TPU fibers provide some advantages over dry spinning polyurethane fibers in that no solvent is used in the melt spinning process, while in the dry spinning process, the polymer is dissolved in the solvent and spun. Thereafter, the solvent is partially evaporated out of the fiber. All solvents are very difficult to remove completely from dry spun fibers. To facilitate the removal of the solvent from the dry spun fibers, the fibers are typically made in small sizes and brought together to produce multi-filament (ribbon-like) fibers. This results in a larger physical size than the melt spun fibers for a given denier. These physical features cause more bulk in the fabric and the properties of the multi-filament bundles cause a loss of comfort.
용융 방사 TPU 섬유는 TPU 폴리머를 용융 방사시킴에 의해 제조된다. TPU 폴리머는 하기 세 개의 성분, 즉 (a) 통상적으로 히드록실기로 말단 캡핑된 폴리에테르 또는 폴리에스테르인, 히드록실 말단 중간체; (b) 폴리이소시아네이트, 예를 들어 디이소시아네이트; 및 (c) 단쇄 히드록실 말단 사슬 연장제의 반응으로부터 제조된다. 히드록실 말단 중간체는 TPU 폴리머의 연질 세그먼트를 형성하는 한편, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제는 TPU 폴리머의 경질 세그먼트를 형성한다. 연질 및 경질 세그먼트의 조합은 TPU 폴리머에 탄성 특성을 제공한다. TPU 폴리머는 또한 폴리이소시아네이트로 말단 캡핑된 예비폴리머를 사용하여 종종 약간 가교됨으로써 개선된 성질을 제공한다. 가교 물질은 섬유의 용융 방사 동안 용융된 TPU 폴리머에 첨가된다.Melt Spinning TPU fibers are made by melt spinning the TPU polymer. TPU polymers include the following three components: (a) hydroxyl terminal intermediates, which are typically polyethers or polyesters end capped with hydroxyl groups; (b) polyisocyanates such as diisocyanates; And (c) reaction of short-chain hydroxyl end chain extenders. The hydroxyl terminal intermediate forms the soft segment of the TPU polymer, while the polyisocyanate and chain extender forms the hard segment of the TPU polymer. The combination of soft and hard segments provides elastic properties to the TPU polymer. TPU polymers also often provide slightly improved crosslinking, using prepolymers end-capped with polyisocyanates. The crosslinking material is added to the molten TPU polymer during melt spinning of the fibers.
0 내지 250% 연신율에서 비교적 일정한 압축력을 지니는 TPU 탄성 섬유를 얻고 그러한 TPU 섬유를 함유하는 일정한 압축력의 의복 및/또는 직물을 제조하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 일정한 압축력의 직물이 성긴 게이지이고 높은 천공 강도를 갖는 것이 바람직할 것이다. 그러한 직물로 제조된 의복은 착용자에게 더 큰 편안함과 신뢰를 제공할 것이다.It would be desirable to obtain TPU elastic fibers having a relatively constant compressive force at 0-250% elongation and to produce garments and / or fabrics of constant compressive force containing such TPU fibers. It would also be desirable for the fabric of constant compressive force to be coarse gauge and to have high puncture strength. Garments made of such fabrics will give the wearer greater comfort and confidence.
도 1은 시중의 건식 방사 폴리우레탄 섬유의 70 데니어 멀티-필라멘트의 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 70 데니어의 용융 방사된 일정한 압축력의 열가소성 폴리우레탄 섬유의 현미경 사진이다.
도 3은 데니어로서의 X축 대 섬유 폭 제곱 (제곱 미크론)의 Y축을 도시하는 그래프이다. 본 발명의 섬유를 시중의 건식 방사 섬유와 비교한다.1 is a micrograph of 70 denier multi-filaments of commercially available dry spun polyurethane fibers.
Figure 2 is a micrograph of a 70 denier melt spun constant compressive thermoplastic polyurethane fiber according to the present invention.
3 is a graph depicting the X axis as denier versus the Y axis of fiber width squared (square microns). The fiber of the present invention is compared with the commercially available dry spun fiber.
발명의 개요Summary of the Invention
본 발명의 목적은 400% 이상의 최종 연신율을 지니고 100% 내지 200% 연신율의 로딩 및 언로딩 사이클에서 비교적 균일하고/거나 일정한 모듈러스를 지니는 성긴 게이지의 일정한 압축력의 고 강도 섬유를 제공하는 것이다. 상기 균일하고/거나 일정한 모듈러스는 로딩 사이클에서는 100% 연신율에서 데니어 당 0.023 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.023 미만의 그램-포스, 200% 연신율에서 데니어 당 0.053 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되고; 언로딩 사이클에서는 200% 연신율에서 데니어 당 0.027 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.018 미만의 그램-포스, 및 100% 연신율에서 데니어 당 0.015 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증된다. It is an object of the present invention to provide a high strength fiber of constant compressive force of a coarse gauge having a final elongation of 400% or more and a relatively uniform and / or constant modulus in the loading and unloading cycles of 100% to 200% elongation. The uniform and / or constant modulus is less than 0.023 gram-force per denier at 100% elongation in loading cycles, less than 0.023 gram-force per denier at 150% elongation, and less than 0.053 gram-force per denier at 200% elongation. Evidenced by stress; Unloading cycles are evidenced by stresses of less than 0.027 grams-force per denier at 200% elongation, less than 0.018 grams-force per denier at 150% elongation, and less than 0.015 gram-forces per denier at 100% elongation.
예시적인 섬유는 열가소성 폴리우레탄 폴리머, 바람직하게는 폴리에스테르 폴리우레탄 폴리머를 용융 방사시킴에 의해 제조된다. 섬유는 용융 방사 공정 동안 폴리머 용융물에 가교제를 바람직하게는 5 내지 20 중량%로 첨가시킴에 의해 약간 가교된다.Exemplary fibers are made by melt spinning a thermoplastic polyurethane polymer, preferably a polyester polyurethane polymer. The fibers are slightly crosslinked by adding a crosslinking agent, preferably 5-20% by weight, to the polymer melt during the melt spinning process.
섬유를 생산하는 공정은 용융 방사 공정을 포함하는데, 이로써 폴리머 용융물을 방사구를 통해 통과시킴에 의해 섬유가 형성된다. 방사구를 나오는 섬유의 속도 및 섬유가 보빈으로 권사되는 속도는 비교적 유사하다. 즉, 섬유는, 섬유가 방사구를 나오는 속도보다 크나, 50%를 넘지 않고, 바람직하게는 20%, 및 보다 바람직하게는 10%를 넘지 않는 속도로 보빈에 권사되어야 한다.The process of producing the fiber includes a melt spinning process whereby the fiber is formed by passing the polymer melt through the spinneret. The speed of the fiber exiting the spinneret and the rate at which the fiber is wound into bobbins are relatively similar. That is, the fibers should be wound into the bobbin at a rate that is greater than the rate at which the fibers exit the spinneret, but no more than 50%, preferably no more than 20%, and more preferably no more than 10%.
본 발명의 또 다른 목적은 성긴 게이지의 일정한 압축력의 섬유로 직물을 생산하는 것이다. 예시적인 구체예에서, 직물은 탄성 섬유를 경질 섬유, 예를 들어 나일론 및/또는 폴리에스테르 섬유와 조합, 예를 들어 편직(knitting) 또는 제직(weaving)함에 의해 제조된다. 신규한 섬유로 제조된 직물은 또한 높은 파열(burst) 강도를 갖는다.Another object of the present invention is to produce a fabric from fibers of constant compressive force of a coarse gauge. In an exemplary embodiment, the fabric is made by combining, for example, knitting or weaving elastic fibers with hard fibers, such as nylon and / or polyester fibers. Fabrics made from the novel fibers also have high burst strength.
의복, 예를 들어 속옷은 탄성 섬유로 제조된다. 그러한 의복은 착용자에게 매우 양호한 편안함을 제공한다. Garments, for example underwear, are made of elastic fibers. Such clothing provides the wearer with very good comfort.
발명의 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
본 발명의 섬유는 열가소성 엘라스토머로 제조된다. 바람직한 열가소성 엘라스토머는 열가소성 폴리우레탄 폴리머(TPU)이다. 본 발명은 TPU를 이용하여 기술될 것이나, 이것은 단지 하나의 구체예이며, 다른 열가소성 엘라스토머가 당업자에 의해 이용될 수 있음이 이해되어야 한다.The fibers of the present invention are made of thermoplastic elastomers. Preferred thermoplastic elastomers are thermoplastic polyurethane polymers (TPUs). The present invention will be described using a TPU, but it is only one embodiment and it should be understood that other thermoplastic elastomers may be used by those skilled in the art.
본 발명에 사용된 TPU 폴리머 유형은 TPU 폴리머가 적당한 분자량을 지니는 한 당 분야 및 문헌에 공지된 임의의 통상적인 TPU 폴리머일 수 있다. TPU 폴리머는 일반적으로 폴리이소시아네이트를 히드록실 말단 폴리에스테르, 히드록실 말단 폴리에테르, 히드록실 말단 폴리카르보네이트 또는 이들의 혼합물과 같은 중간체, 하나 이상의 사슬 연장제와 반응시킴에 의해 제조되고, 이들 모두는 당업자에게 널리 공지되어 있다. The TPU polymer type used in the present invention may be any conventional TPU polymer known in the art and in the literature as long as the TPU polymer has a suitable molecular weight. TPU polymers are generally prepared by reacting polyisocyanates with intermediates such as hydroxyl terminated polyesters, hydroxyl terminated polyethers, hydroxyl terminated polycarbonates or mixtures thereof, one or more chain extenders, all of which are Are well known to those skilled in the art.
히드록실 말단 폴리에스테르 중간체는 일반적으로 수평균 분자량(Mn)이 약 500 내지 약 10,000, 바람직하게는 약 700 내지 약 5,000, 및 바람직하게는 약 700 내지 약 4,000이고, 산가(acid number)가 일반적으로 1.3 미만 및 바람직하게는 0.8 미만인 선형 폴리에스테르이다. 분자량은 말단 작용기의 분석에 의해 결정되고 수평균 분자량과 관련된다. 폴리머는 (1) 하나 이상의 글리콜을 하나 이상의 디카르복실산 또는 무수물과 에스테르화 반응시킴에 의해 또는 (2) 트랜스에스테르화 반응에 의해, 즉, 하나 이상의 글리콜을 디카르복실산의 에스테르와 반응시킴에 의해 생산된다. 다수의 말단 히드록실기를 지니는 선형 사슬을 수득하기 위해서는 글리콜 대 산의 몰비가 일반적으로 1몰 이상의 과량인 것이 바람직하다. 적합한 폴리에스테르 중간체는 또한 전형적으로 ε-카프로락톤으로부터 제조된 폴리카프로락톤과 같은 다양한 락톤 및 디에틸렌 글리콜과 같은 이작용성 개시제를 포함한다. 목적하는 폴리에스테르의 디카르복실산은 지방족, 지환족, 방향족 또는 이들의 조합물일 수 있다. 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있는 적합한 디카르복실산은 일반적으로 총 탄소원자가 4 내지 15개이고, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세박산, 도데칸디오산, 이소프탈산, 테레프탈산 및 시클로헥산 디카르복실산 등을 포함한다. 상기 디카르복실산의 무수물, 예를 들어 프탈산 무수물 및 테트라히드로프탈산 무수물 등이 또한 사용될 수 있다. 아디프산이 바람직한 산이다. 바람직한 폴리에스테르 중간체를 형성하기 위해 반응되는 글리콜은 지방족, 방향족 또는 이들의 조합물일 수 있고, 총 탄소원자가 2 내지 12개이며, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 데카메틸렌 글리콜, 도데카메틸렌 글리콜 등이고, 1,4-부탄디올이 바람직한 글리콜이다.The hydroxyl terminated polyester intermediates generally have a number average molecular weight (Mn) of about 500 to about 10,000, preferably about 700 to about 5,000, and preferably about 700 to about 4,000, and acid numbers generally. Linear polyesters less than 1.3 and preferably less than 0.8. The molecular weight is determined by analysis of the terminal functional groups and is related to the number average molecular weight. The polymer may be reacted by (1) esterifying one or more glycols with one or more dicarboxylic acids or anhydrides or (2) by transesterification reactions, ie, reacting one or more glycols with esters of dicarboxylic acids Is produced by. In order to obtain linear chains having a large number of terminal hydroxyl groups, it is preferred that the molar ratio of glycol to acid is generally in excess of 1 mole. Suitable polyester intermediates also include a variety of lactones such as polycaprolactone, typically made from ε-caprolactone, and difunctional initiators such as diethylene glycol. The dicarboxylic acids of the desired polyesters can be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or combinations thereof. Suitable dicarboxylic acids that can be used alone or in combination generally have 4 to 15 carbon atoms in total, and include succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, Isophthalic acid, terephthalic acid, cyclohexane dicarboxylic acid and the like. Anhydrides of the above dicarboxylic acids, such as phthalic anhydride and tetrahydrophthalic anhydride, may also be used. Adipic acid is the preferred acid. The glycols reacted to form the preferred polyester intermediates may be aliphatic, aromatic or combinations thereof, having 2 to 12 carbon atoms in total, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1 , 3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, decamethylene glycol , Dodecamethylene glycol, and the like, and 1,4-butanediol is a preferred glycol.
히드록실 말단 폴리에테르 중간체는 총 탄소원자가 2 내지 15개인 디올 또는 폴리올, 바람직하게는 탄소원자가 2 내지 6개인 알킬렌 옥사이드, 전형적으로 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 에테르와 반응된 알킬 디올 또는 폴리올로부터 유래된 폴리에테르 폴리올이다. 예를 들어, 히드록실 작용성 폴리에테르는 먼저 프로필렌 글리콜을 프로필렌 옥사이드와 반응시키고 이어서 에틸렌 옥사이드와 반응시켜 생산될 수 있다. 에틸렌 옥사이드 기원의 1차 히드록실기는 2차 히드록실기보다 반응성이어서 바람직하다. 유용한 시중의 폴리에테르 폴리올은 에틸렌 글리콜과 반응된 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리(에틸렌 글리콜), 프로필렌 글리콜과 반응된 프로필렌 옥사이드를 포함하는 폴리(프로필렌 글리콜), 테트라히드로푸란과 반응된 물을 포함하는 폴리(테트라메틸 글리콜)(PTMG)을 포함한다. 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG)은 바람직한 폴리에테르 중간체이다. 폴리에테르 폴리올은 추가로 알킬렌 옥사이드의 폴리아미드 부가물을 포함하고 예를 들어, 에틸렌디아민 및 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함하는 에틸렌디아민 부가물, 디에틸렌트리아민과 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함하는 디에틸렌트리아민 부가물 및 유사한 폴리아미드 유형의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 코폴리에테르가 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 전형적인 코폴리에테르는 THF와 에틸렌 옥사이드의 반응 생성물 또는 THF와 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함한다. 이들은 바스프(BASF)로부터의 블록 코폴리머인 폴리 THF B, 및 랜덤 코폴리머인 폴리 THF R로서 시판되고 있다. 다양한 폴리에테르 중간체는 말단 작용기의 분석에 의해 측정되는 바와 같이, 평균 분자량이 약 700 이상, 예를 들어 약 700 내지 약 10,000, 바람직하게는 약 1000 내지 약 5000, 및 바람직하게는 약 1000 내지 약 2500인 수평균 분자량(Mn)을 갖는다. 바람직한 특정 폴리에테르 중간체는 2000 Mn 및 1000 Mn PTMEG의 블렌드(blend)와 같은, 둘 이상의 상이한 분자량의 폴리에테르의 블렌드이다.The hydroxyl terminated polyether intermediates are alkyl reacted with diols or polyols having 2 to 15 carbon atoms in total, preferably alkylene oxides having 2 to 6 carbon atoms, typically ethers comprising ethylene oxide or propylene oxide or mixtures thereof. Polyether polyols derived from diols or polyols. For example, hydroxyl functional polyethers can be produced by first reacting propylene glycol with propylene oxide and then with ethylene oxide. Primary hydroxyl groups of ethylene oxide origin are preferred because they are more reactive than secondary hydroxyl groups. Useful commercial polyether polyols include poly (ethylene glycol) comprising ethylene oxide reacted with ethylene glycol, poly (propylene glycol) comprising propylene oxide reacted with propylene glycol, poly containing water reacted with tetrahydrofuran (Tetramethyl glycol) (PTMG). Polytetramethylene ether glycol (PTMEG) is the preferred polyether intermediate. Polyether polyols further comprise polyamide adducts of alkylene oxides and include, for example, ethylenediamine adducts comprising reaction products of ethylenediamine and propylene oxide, reaction products of diethylenetriamine and propylene oxide Diethylenetriamine adducts and polyether polyols of similar polyamide type. Copolyethers can also be used in the present invention. Typical copolyethers include reaction products of THF and ethylene oxide or reaction products of THF and propylene oxide. These are commercially available as poly THF B, a block copolymer from BASF, and poly THF R, a random copolymer. Various polyether intermediates have an average molecular weight of about 700 or more, such as about 700 to about 10,000, preferably about 1000 to about 5000, and preferably about 1000 to about 2500, as measured by analysis of terminal functional groups. It has a number average molecular weight (Mn). Preferred specific polyether intermediates are blends of two or more different molecular weight polyethers, such as blends of 2000 M n and 1000 M n PTMEG.
본 발명의 가장 바람직한 구체예는 아디프산과 1,4-부탄디올 및 1,6-헥산디올의 50/50 블렌드의 반응으로부터 제조된 폴리에스테르 중간체를 사용한다.Most preferred embodiments of the invention use polyester intermediates prepared from the reaction of a 50/50 blend of adipic acid with 1,4-butanediol and 1,6-hexanediol.
본 발명의 폴리카르보네이트-기반 폴리우레탄 수지는, 디이소시아네이트를 히드록실 말단 폴리카르보네이트 및 사슬 연장제의 블렌드와 반응시킴에 의해 제조된다. 히드록실 말단 폴리카르보네이트는 글리콜을 카르보네이트와 반응시킴에 의해 제조될 수 있다.The polycarbonate-based polyurethane resins of the present invention are prepared by reacting diisocyanates with blends of hydroxyl terminated polycarbonates and chain extenders. Hydroxyl terminated polycarbonates can be prepared by reacting glycols with carbonates.
미국 특허 제4,131,731호는 히드록실 말단 폴리카르보네이트 및 이의 제조방법을 기재하고 있고 본원에 참조로서 인용된다. 그러한 폴리카르보네이트는 선형이고 필수적으로 기타 말단 그룹이 제외된 말단 히드록실기를 갖는다. 필수 반응물은 글리콜 및 카르보네이트이다. 적합한 글리콜은 탄소원자가 4 내지 40개 및 바람직하게는 탄소원자가 4 내지 12개인 지환족 및 지방족 디올, 및 각각의 알콕시 그룹이 2 내지 4개의 탄소원자를 갖는 분자 당 알콕시기의 수가 2 내지 20개인 폴리옥시알킬렌 글리콜로부터 선택된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 디올은 탄소원자가 4 내지 12개인 지방족 디올, 예를 들어, 부탄디올-1,4, 펜탄디올-1,4, 네오펜틸 글리콜, 헥산디올-1,6, 2,2,4-트리메틸헥산디올-1,6, 데칸디올-1,10, 수소화된 디리놀레일글리콜, 수소화된 디올레일글리콜; 및 지환족 디올, 예를 들어, 시클로헥산디올-1,3-디메틸올시클로헥산-1,4, 시클로헥산디올-1,4, 디메틸올시클로헥산-1,3, 1,4-엔도메틸렌-2-히드록시-5-히드록시메틸 시클로헥산, 및 폴리알킬렌 글리콜을 포함한다. 당해 반응에 사용되는 디올은 최종 생성물에서 요구되는 성질에 라 단일 디올이거나 디올의 혼합물일 수 있다.US Pat. No. 4,131,731 describes hydroxyl terminated polycarbonates and methods for their preparation and is incorporated herein by reference. Such polycarbonates are linear and have terminal hydroxyl groups essentially free of other terminal groups. Essential reactants are glycols and carbonates. Suitable glycols are aliphatic and aliphatic diols having 4 to 40 carbon atoms and preferably 4 to 12 carbon atoms, and polyoxys having 2 to 20 alkoxy groups per molecule of each alkoxy group having 2 to 4 carbon atoms Alkylene glycols. Suitable diols for use in the present invention are aliphatic diols having 4 to 12 carbon atoms, for example butanediol-1,4, pentanediol-1,4, neopentyl glycol, hexanediol-1,6, 2,2, 4-trimethylhexanediol-1,6, decanediol-1,10, hydrogenated dilinoleyl glycol, hydrogenated dioleyl glycol; And cycloaliphatic diols, such as cyclohexanediol-1,3-dimethylolcyclohexane-1,4, cyclohexanediol-1,4, dimethylolcyclohexane-1,3, 1,4-endomethylene- 2-hydroxy-5-hydroxymethyl cyclohexane, and polyalkylene glycols. The diols used in this reaction may be single diols or mixtures of diols depending on the properties required in the final product.
히드록실 말단 폴리카르보네이트 중간체는 일반적으로 당해 기술분야 및 문헌에 공지된 것들이다. 적합한 카르보네이트는 하기 화학식의 5 내지 7원 고리로 이루어진 알킬렌 카르보네이트로부터 선택된다:Hydroxyl terminated polycarbonate intermediates are generally those known in the art and literature. Suitable carbonates are selected from alkylene carbonates consisting of 5 to 7 membered rings of the formula:
상기 식에서, R은 선형 탄소원자가 2 내지 6개인 포화된 2가 라디칼이다. 본원에 사용하기에 적합한 카르보네이트는 에틸렌 카르보네이트, 트리메틸렌 카르보네이트, 테트라메틸렌 카르보네이트, 1,2-프로필렌 카르보네이트, 1,2-부틸렌 카르보네이트, 2,3-부틸렌 카르보네이트, 1,2-에틸렌 카르보네이트, 1,3-펜틸렌 카르보네이트, 1,4-펜틸렌 카르보네이트, 2,3-펜틸렌 카르보네이트 및 2,4-펜틸렌 카르보네이트를 포함한다.Wherein R is a saturated divalent radical having 2 to 6 linear carbon atoms. Suitable carbonates for use herein include ethylene carbonate, trimethylene carbonate, tetramethylene carbonate, 1,2-propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3- Butylene carbonate, 1,2-ethylene carbonate, 1,3-pentylene carbonate, 1,4-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate and 2,4-phene Styrene carbonate.
또한, 본원에서 적절한 것은 디알킬카르보네이트, 지환족 카르보네이트 및 디아릴카르보네이트이다. 디알킬카르보네이트는 각각의 알킬기에서 2 내지 5개의 탄소원자를 함유할 수 있고, 이의 특정 예는 디에틸카르보네이트 및 디프로필카르보네이트이다. 지환족 카르보네이트, 특히 이지환족(dicycloaliphatic) 카르보네이트는 각각의 시클릭 구조에 4 내지 7개의 탄소원자를 함유할 수 있고, 이러한 구조가 1개 또는 2개가 존재할 수 있다. 하나의 기가 지환족인 경우, 다른 하나는 알킬 또는 아릴일 수 있다. 한편, 하나의 기가 아릴인 경우, 다른 하나는 알킬 또는 지환족일 수 있다. 각각의 아릴기에 6 내지 20개의 탄소원자를 함유할 수 있는 디아릴카르보네이트의 바람직한 예는 디페닐카르보네이트, 디톨릴카르보네이트 및 디나프틸카르보네이트이다.Also suitable herein are dialkylcarbonates, cycloaliphatic carbonates and diarylcarbonates. Dialkylcarbonates may contain 2 to 5 carbon atoms in each alkyl group, specific examples of which are diethylcarbonate and dipropylcarbonate. Alicyclic carbonates, in particular dicycloaliphatic carbonates, may contain 4 to 7 carbon atoms in each cyclic structure, and one or two such structures may be present. If one group is alicyclic, the other can be alkyl or aryl. On the other hand, when one group is aryl, the other may be alkyl or cycloaliphatic. Preferred examples of diaryl carbonates which may contain 6 to 20 carbon atoms in each aryl group are diphenyl carbonate, ditolyl carbonate and dinaphthyl carbonate.
에스테르 상호교환 촉매의 존재 또는 부재하에서 100℃ 내지 300℃의 온도 및 수은 0.1 내지 300 mm의 압력 범위에서 10:1 내지 1:10, 바람직하게 3:1 내지 1:3의 몰 범위에서 글리콜을 카르보네이트, 바람직하게 알킬렌 카르보네이트와 반응시키며 저비등점의 글리콜을 증류 제거함으로써 반응을 수행한다.Glycol glycol at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C. in the presence or absence of an ester interchange catalyst and a molar range of 10: 1 to 1:10, preferably 3: 1 to 1: 3 at a pressure range of 0.1 to 300 mm of mercury. The reaction is carried out by reacting with a carbonate, preferably an alkylene carbonate and distilling off the low boiling glycol.
더욱 특히, 히드록실 말단 폴리카르보네이트는 2 단계로 제조된다. 제 1 단계에서, 글리콜을 알킬렌 카르보네이트와 반응시켜 저분자량의 히드록실 말단 폴리카르보네이트를 형성한다. 10 내지 30 mmHg, 바람직하게는 50 내지 200 mmHg의 감압하에서 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃에서 증류시켜 보다 낮은 비등점의 글리콜을 제거한다. 분별 컬럼을 사용하여 반응 혼합물로부터 글리콜 부산물을 분리한다. 글리콜 부산물이 컬럼 상부로부터 제거되고 미반응된 알킬렌 카르보네이트 및 글리콜 반응물은 환류로서 반응 용기에 되돌아온다. 비활성 가스 또는 비활성 용매의 흐름이 형성된 글리콜 부산물의 제거를 촉진하기 위해 사용될 수 있다. 수득된 글리콜 부산물의 양이, 히드록실 말단 폴리카르보네이트의 중합도가 2 내지 10의 범위에 있음을 나타내는 경우, 압력을 점진적으로 0.1 내지 10 mmHg로 감소시키고 미반응된 글리콜 및 알킬렌 카르보네이트를 제거한다. 이것이, 반응의 제 2 단계를 개시시키며, 그 동안 요망되는 분자량의 히드록실 말단 폴리카르보네이트가 수득될 때까지, 0.1 내지 10 mmHg의 압력 및 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃에서 형성된 글리콜을 증류시킴으로써 저분자량의 히드록실 말단 폴리카르보네이트가 응축된다. 히드록실 말단 폴리카르보네이트의 분자량(Mn)은 약 500 내지 약 10,000까지 다양할 수 있으나, 바람직한 구체예에서 500 내지 2500의 범위일 것이다.More particularly, hydroxyl terminated polycarbonates are prepared in two steps. In the first step, glycol is reacted with alkylene carbonate to form a low molecular weight hydroxyl terminated polycarbonate. Lower boiling glycols are removed by distillation at 100 ° C to 300 ° C, preferably 150 ° C to 250 ° C under reduced pressure of 10 to 30 mmHg, preferably 50 to 200 mmHg. A fractionation column is used to separate the glycol byproducts from the reaction mixture. Glycol byproducts are removed from the top of the column and unreacted alkylene carbonate and glycol reactant are returned to the reaction vessel as reflux. A stream of inert gas or inert solvent can be used to facilitate removal of the formed glycol byproduct. When the amount of glycol byproduct obtained indicates that the degree of polymerization of hydroxyl terminated polycarbonate is in the range of 2 to 10, the pressure is gradually reduced to 0.1 to 10 mmHg and unreacted glycol and alkylene carbonate Remove it. This initiates the second stage of the reaction, during which a pressure of 0.1 to 10 mmHg and a temperature of 100 ° C. to 300 ° C., preferably 150 ° C. to 250, are obtained until a hydroxyl terminated polycarbonate of the desired molecular weight is obtained. Low molecular weight hydroxyl terminated polycarbonates are condensed by distilling off the glycol formed at < RTI ID = 0.0 > The molecular weight (Mn) of the hydroxyl terminated polycarbonate may vary from about 500 to about 10,000, but in preferred embodiments it will range from 500 to 2500.
본 발명의 TPU 폴리머를 제조하기 위한 제 2의 필수 성분은 폴리이소시아네이트이다.The second essential component for preparing the TPU polymer of the present invention is polyisocyanate.
일반적으로, 본 발명의 폴리이소시아네이트는 화학식 R(NCO)n을 지니고, 여기서 n은 일반적으로 2 내지 4이고 조성물이 열가소성이므로 2가 매우 바람직하다. 따라서, 3 또는 4의 작용성을 지니는 폴리이소시아네이트는 매우 소량, 예를 들어 모든 폴리이소시아네이트의 전체 중량에 기초하여 5중량% 미만, 바람직하게는 2중량% 미만으로 사용되는데, 이는 이들이 가교를 야기시키기 때문이다. R은 일반적으로 2 내지 약 20개의 탄소원자를 지니는 방향족, 지환족, 지방족 또는 이들의 조합물일 수 있다. 적절한 방향족 디이소시아네이트의 예는 디페닐 메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI), H12 MDI, m-크실릴렌 디이소시아네이트(XDI), m-테트라메틸 크실릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 페닐렌-1,4-디이소시아네이트(PPDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI) 및 디페닐메탄-3,3'-디메톡시-4,4'-디이소시아네이트(TODI)를 포함한다. 적절한 지방족 디이소시아네이트의 예는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 1,4-시클로헥실 디이소시아네이트(CHDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 1,6-디이소시아나토-2,2,4,4-테트라메틸 헥산(TMDI), 1,10-데칸 디이소시아네이트 및 트랜스-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(HMDI)를 포함한다. 매우 바람직한 디이소시아네이트는 약 3 중량% 미만의 오르토-파라(2,4) 이성질체를 함유하는 MDI이다. In general, polyisocyanates of the present invention have the formula R (NCO) n , where n is generally 2-4 and 2 is very preferred since the composition is thermoplastic. Thus, polyisocyanates having a functionality of 3 or 4 are used in very small amounts, for example less than 5% by weight, preferably less than 2% by weight, based on the total weight of all polyisocyanates, which leads to crosslinking. Because. R may generally be an aromatic, alicyclic, aliphatic or combination thereof having from 2 to about 20 carbon atoms. Examples of suitable aromatic diisocyanates include diphenyl methane-4,4'-diisocyanate (MDI), H 12 MDI, m-xylylene diisocyanate (XDI), m-tetramethyl xylylene diisocyanate (TMXDI), Phenylene-1,4-diisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI) and diphenylmethane-3,3'-dimethoxy-4,4'-diisocyanate (TODI). Examples of suitable aliphatic diisocyanates include isophorone diisocyanate (IPDI), 1,4-cyclohexyl diisocyanate (CHDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), 1,6-diisocyanato-2,2,4,4 -Tetramethyl hexane (TMDI), 1,10-decane diisocyanate and trans-dicyclohexylmethane diisocyanate (HMDI). Highly preferred diisocyanates are MDIs containing less than about 3% by weight of the ortho-para (2,4) isomer.
본 발명의 TPU 폴리머를 제조하는데 필요한 제 3 성분은 사슬 연장제이다. 적합한 사슬 연장제는 탄소원자가 약 2개 내지 약 10개인 저급 지방족 또는 단쇄 글리콜이고 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 시클로헥실 디메틸올의 시스-트랜스-이성질체, 네오펜틸 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,3-부탄디올 및 1,5-펜탄디올을 포함한다. 방향족 글리콜이 또한 사슬 연장제로서 사용될 수 있고, 고열 적용을 위해 바람직한 선택이다. 벤젠 글리콜(HQEE) 및 크실레넨 글리콜은 본 발명의 TPU 제조용으로 적합한 사슬 연장제이다. 크실레넨 글리콜은 1,4-디(히드록시메틸)벤젠과 1,2-디(히드록시메틸)벤젠의 혼합물이다. 벤젠 글리콜은 바람직한 방향족 사슬 연장제이고 특히, 히드로퀴논, 즉, 비스(베타-히드록시에틸)에테르(또한, 1,4-디(2-히드록시에톡시)벤젠으로도 공지됨); 레소르시놀, 즉, 비스(베타-히드록시에틸)에테르(또한 1,3-디(2-히드록시에틸)벤젠으로도 공지됨); 카테콜, 즉, 비스(베타-히드록시에틸)에테르(또한, 1,2-디(2-히드록시에톡시)벤젠으로도 공지됨) 및 이의 조합물을 포함한다. 바람직한 사슬 연장제는 1,4-부탄디올이다.The third component required to prepare the TPU polymer of the present invention is a chain extender. Suitable chain extenders are lower aliphatic or short chain glycols having about 2 to about 10 carbon atoms and are for example ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, triethylene glycol, cyclohexyl dimethylol Cis-trans-isomer, neopentyl glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,3-butanediol and 1,5-pentanediol. Aromatic glycols can also be used as chain extenders and are a preferred choice for high temperature applications. Benzene glycol (HQEE) and xyleneene glycol are suitable chain extenders for the production of TPUs of the present invention. Xyleneene glycol is a mixture of 1,4-di (hydroxymethyl) benzene and 1,2-di (hydroxymethyl) benzene. Benzene glycol is the preferred aromatic chain extender and in particular, hydroquinone, ie bis (beta-hydroxyethyl) ether (also known as 1,4-di (2-hydroxyethoxy) benzene); Resorcinol, ie bis (beta-hydroxyethyl) ether (also known as 1,3-di (2-hydroxyethyl) benzene); Catechols, ie bis (beta-hydroxyethyl) ether (also known as 1,2-di (2-hydroxyethoxy) benzene) and combinations thereof. Preferred chain extenders are 1,4-butanediol.
상기 3개의 필수 성분(히드록실 말단 중간체, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제)을 바람직하게 촉매의 존재하에 반응시킨다.The three essential components (hydroxyl terminal intermediate, polyisocyanate and chain extender) are preferably reacted in the presence of a catalyst.
일반적으로, 임의의 통상적인 촉매가 디이소시아네이트를 히드록실 말단 중간체 또는 사슬 연장제와 반응시키는데 사용될 수 있고 이들은 당업계 및 문헌에 널리 공지되어 있다. 적합한 촉매의 예는 비스무트 또는 주석의 다양한 알킬 에테르 또는 알킬 티올 에테르를 포함하고, 여기에서 알킬 부분은 탄소원자가 1 내지 약 20개이고 이의 특정 예는 비스무트 옥토에이트 및 비스무트 라우레이트 등을 포함한다. 바람직한 촉매는 주석 옥토에이트, 디부틸틴 디옥토에이트 및 디부틸틴 디라우레이트 등과 같은 다양한 주석 촉매를 포함한다. 그러한 촉매의 양은 일반적으로 폴리우레탄 형성 모노머의 총 중량을 기준으로 하여 약 20 내지 약 200 ppm (parts per million)과 같이 소량이다.In general, any conventional catalyst may be used to react diisocyanates with hydroxyl terminal intermediates or chain extenders and they are well known in the art and in the literature. Examples of suitable catalysts include various alkyl ethers or alkyl thiol ethers of bismuth or tin, wherein the alkyl moiety has from 1 to about 20 carbon atoms and specific examples thereof include bismuth octoate and bismuth laurate and the like. Preferred catalysts include various tin catalysts such as tin octoate, dibutyltin dioctoate and dibutyltin dilaurate and the like. The amount of such catalyst is generally small, such as from about 20 to about 200 parts per million (ppm) based on the total weight of the polyurethane forming monomer.
본 발명의 TPU 폴리머는 당업계 및 문헌에 널리 공지된 임의의 통상적인 중합 방법에 의해 제조될 수 있다.The TPU polymers of the present invention can be prepared by any conventional polymerization method well known in the art and literature.
본 발명의 열가소성 폴리우레탄은 바람직하게, 모든 성분들을 함께 동시에 또는 실질적으로 동시에 가열된 압출기에 첨가하고 반응시켜 폴리우레탄을 형성하는 "원 샷(one shot)" 공정을 통해 제조된다. 히드록실 말단 중간체 및 디올 사슬 연장제의 총 당량에 대한 디이소시아네이트의 당량 비율은 일반적으로 약 0.95 내지 약 1.10이고, 바람직하게는 약 0.97 내지 약 1.03이며, 보다 바람직하게는 약 0.97 내지 약 1.00이다. 형성된 TPU의 쇼어(Shore) A 경도는, 완성된 제품의 가장 바람직한 성질을 달성하기 위해 65A 내지 95A, 및 바람직하게는 약 75A 내지 약 85A여야 한다. 우레탄 촉매를 사용하는 반응 온도는 일반적으로 약 175℃ 내지 약 245℃이고, 바람직하게는 약 180℃ 내지 약 220℃이다. 열가소성 폴리우레탄의 분자량(Mw)은 폴리스티렌 표준과 비교하여 GPC에 의해 측정되는 바와 같이 일반적으로 약 100,000 내지 약 800,000이고, 바람직하게는 약 150,000 내지 약 400,000이고, 바람직하게는 약 150,000 내지 약 350,000이다.The thermoplastic polyurethanes of the present invention are preferably prepared through a "one shot" process in which all the components are added together and reacted simultaneously or substantially simultaneously to a heated extruder to form the polyurethane. The equivalent ratio of diisocyanate to the total equivalent of hydroxyl terminal intermediate and diol chain extender is generally about 0.95 to about 1.10, preferably about 0.97 to about 1.03, and more preferably about 0.97 to about 1.00. Shore A hardness of the formed TPU should be between 65A and 95A, and preferably between about 75A and about 85A to achieve the most desirable properties of the finished product. The reaction temperature using the urethane catalyst is generally about 175 ° C to about 245 ° C, preferably about 180 ° C to about 220 ° C. The molecular weight (Mw) of the thermoplastic polyurethane is generally from about 100,000 to about 800,000, preferably from about 150,000 to about 400,000, and preferably from about 150,000 to about 350,000 as measured by GPC compared to the polystyrene standard.
열가소성 폴리우레탄은 또한 예비폴리머 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 예비폴리머 경로에서, 히드록실 말단 폴리에테르 중간체를 일반적으로 과 당량의 하나 이상의 폴리이소시아네이트와 반응시켜 그 안에 유리되거나 미반응된 폴리이소시아네이트를 갖는 예비폴리머 용액을 형성한다. 반응은 적합한 우레탄 촉매의 존재하에 일반적으로 약 80℃ 내지 약 220℃의 온도 및 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 200℃의 온도에서 수행된다. 이어서, 상기된 바와 같은 선택적인 유형의 사슬 연장제가 일반적으로 임의의 유리되거나 미반응된 디이소시아네이트 화합물 뿐만 아니라 이소시아네이트 말단기와 일반적으로 동일한 당량으로 첨가된다. 따라서 히드록실 말단 중간체 및 사슬 연장제의 총 당량에 대한 총 디이소시아네이트의 전체 당량 비율은 약 0.95 내지 약 1.10, 바람직하게는 약 0.98 내지 약 1.05이고, 보다 바람직하게는 약 0.99 내지 약 1.03이다. 사슬 연장제에 대한 히드록실 말단 중간체의 당량 비율은 65A 내지 95A, 바람직하게는 75A 내지 85A 쇼어 강도를 제공하도록 조정된다. 사슬 연장 반응의 온도는 일반적으로 약 180℃ 내지 약 250℃이고, 약 200℃ 내지 약 240℃인 것이 바람직하다. 전형적으로, 예비폴리머 경로는 임의의 통상적인 장치에서 수행될 수 있고 압출기가 바람직하다. 따라서, 히드록실 말단 중간체는 압출기의 제 1 부분에서 과 당량의 디이소시아네이트와 반응하여 예비폴리머 용액을 형성하고 이어서 사슬 연장제를 하류 부분에 첨가하여 예비폴리머 용액과 반응시킨다. 임의의 통상적인 압출기를 사용할 수 있고, 압출기에는 길이 대 직경의 비율이 20 이상이고 바람직하게는 25 이상인 장벽 스크류가 장착되어 있다.Thermoplastic polyurethanes can also be prepared using prepolymer processes. In the prepolymer route, the hydroxyl terminated polyether intermediate is generally reacted with an excess equivalent of one or more polyisocyanates to form a prepolymer solution with free or unreacted polyisocyanate therein. The reaction is generally carried out at a temperature of about 80 ° C. to about 220 ° C. and preferably at a temperature of about 150 ° C. to about 200 ° C. in the presence of a suitable urethane catalyst. Subsequently, an optional type of chain extender as described above is generally added in generally equivalent equivalents to any free or unreacted diisocyanate compounds as well as isocyanate end groups. Thus the total equivalent ratio of total diisocyanate to the total equivalent of hydroxyl terminal intermediates and chain extenders is from about 0.95 to about 1.10, preferably from about 0.98 to about 1.05, more preferably from about 0.99 to about 1.03. The equivalent ratio of hydroxyl terminal intermediate to chain extender is adjusted to provide 65A to 95A, preferably 75A to 85A Shore strength. The temperature of the chain extension reaction is generally about 180 ° C to about 250 ° C, preferably about 200 ° C to about 240 ° C. Typically, the prepolymer route can be carried out in any conventional apparatus and extruders are preferred. Thus, the hydroxyl terminal intermediate reacts with the excess equivalent of diisocyanate in the first part of the extruder to form a prepolymer solution, and then adds a chain extender to the downstream part to react with the prepolymer solution. Any conventional extruder may be used, and the extruder is equipped with a barrier screw having a length to diameter ratio of 20 or more and preferably 25 or more.
유용한 첨가제가 적절한 양으로 사용될 수 있고, 이는 불투명 안료, 착색제, 무기 충전제, 안정화제, 윤활제, UV 흡수제, 가공 보조제 및 요망되는 기타 첨가제를 포함한다. 유용한 불투명 안료는 이산화티탄, 산화아연 및 티타네이트 옐로우를 포함하는 반면, 유용한 틴팅(tinting) 안료는 카본 블랙, 황색 산화물, 갈색 산화물, 로(raw) 및 번트(burnt) 시에나(sienna) 또는 엄버(umber), 산화크로뮴 그린, 카드뮴 안료, 크로뮴 안료 및 기타 혼합된 금속 산화물 및 유기 안료를 포함한다. 유용한 충전제는 규조토(수퍼플로스(superfloss)) 클레이, 실리카, 활석, 운모, 월로스토나이트, 황산바륨 및 탄산칼슘을 포함한다. 요망되는 경우, 산화방지제와 같은 유용한 안정화제가 사용될 수 있고, 이것은 페놀계 산화방지제를 포함하는 반면, 유용한 광안정화제는 유기 포스페이트 및 유기주석 티올레이트(메르캅타이드)를 포함한다. 유용한 윤활제는 금속 스테아레이트, 파라핀 오일 및 아미드 왁스를 포함한다. 유용한 UV 흡수제는 2-(2'-히드록시페놀)벤조트리아졸 및 2-히드록시벤조페논을 포함한다.Useful additives may be used in appropriate amounts, including opaque pigments, colorants, inorganic fillers, stabilizers, lubricants, UV absorbers, processing aids and other additives as desired. Useful opaque pigments include titanium dioxide, zinc oxide and titanate yellow, while useful tinting pigments are carbon black, yellow oxide, brown oxide, raw and burnt sienna or umber ( umber), chromium green oxide, cadmium pigments, chromium pigments and other mixed metal oxides and organic pigments. Useful fillers include diatomaceous earth (superfloss) clay, silica, talc, mica, wurostonite, barium sulfate and calcium carbonate. If desired, useful stabilizers such as antioxidants can be used, which include phenolic antioxidants, while useful light stabilizers include organic phosphates and organotin thiolates (mercaptide). Useful lubricants include metal stearates, paraffin oils and amide waxes. Useful UV absorbers include 2- (2'-hydroxyphenol) benzotriazole and 2-hydroxybenzophenone.
또한, 가소제 첨가제는 특성에 영향을 미치지 않으면서 경도를 감소시키기 위해 유리하게 사용될 수 있다.Plasticizer additives may also be advantageously used to reduce hardness without affecting properties.
용융 방사 공정 동안에, 상기된 TPU 폴리머는 가교제로 약하게 가교될 수 있다. 가교제는 폴리이소시아네이트와 반응된 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리카프로락톤, 또는 이들의 혼합물인 히드록실 말단 중간체의 예비폴리머이다. 폴리에스테르 또는 폴리에테르는 가교제를 제조하기 위해 바람직한 히드록실 말단 중간체이며, 폴리에스테르 TPU와 함께 사용되는 경우, 폴리에테르가 가장 바람직하다. 예비폴리머인 가교제는 약 1.0 이상, 바람직하게는 약 1.0 내지 3.0 및 보다 바람직하게는 약 1.8 내지 약 2.2의 이소시아네이트 작용성을 가질 것이다. 특히, 히드록실 말단 중간체의 양 말단이 이소시아네이트로 캡핑되어 이소시아네이트 작용성이 2.0인 것이 바람직하다.During the melt spinning process, the TPU polymers described above may be lightly crosslinked with a crosslinking agent. The crosslinker is a prepolymer of a hydroxyl terminal intermediate which is a polyether, polyester, polycarbonate, polycaprolactone, or mixtures thereof reacted with polyisocyanate. Polyesters or polyethers are preferred hydroxyl terminal intermediates for preparing crosslinking agents, and polyethers are most preferred when used with polyester TPUs. The prepolymer crosslinker will have isocyanate functionality of at least about 1.0, preferably from about 1.0 to 3.0 and more preferably from about 1.8 to about 2.2. In particular, it is preferred that both ends of the hydroxyl terminal intermediate are capped with isocyanates so that isocyanate functionality is 2.0.
가교제를 제조하기 위해 사용된 폴리이소시아네이트는 TPU 폴리머를 제조하는데 있어서 상기 기재된 바와 같다. MDI와 같은 디이소시아네이트가 바람직한 디이소시아네이트이다.The polyisocyanate used to prepare the crosslinking agent is as described above in preparing the TPU polymer. Diisocyanates such as MDI are preferred diisocyanates.
가교제는 약 1,000 내지 약 10,000 돌턴, 바람직하게는 약 1,200 내지 약 4,000, 더욱 바람직하게는 약 1,500 내지 약 2,800 돌턴의 수평균 분자량(Mn)을 지닌다. 약 1500 이상의 Mn을 지닌 가교제는 보다 양호한 경화 성질(set property)을 제공한다.The crosslinker has a number average molecular weight (Mn) of about 1,000 to about 10,000 Daltons, preferably about 1,200 to about 4,000, more preferably about 1,500 to about 2,800 Daltons. Crosslinkers with M n of about 1500 or more provide better set properties.
TPU 폴리머와 함께 사용된 가교제의 중량%는 약 2.0% 내지 약 20%, 바람직하게는 약 8.0% 내지 약 15%, 및 보다 바람직하게는 약 10% 내지 약 13%이다. 사용된 가교제의 %는 TPU 폴리머 및 가교제의 총 중량을 기준으로 한 중량%이다.The weight percent of crosslinking agent used with the TPU polymer is from about 2.0% to about 20%, preferably from about 8.0% to about 15%, and more preferably from about 10% to about 13%. The percentage of crosslinker used is% by weight based on the total weight of the TPU polymer and the crosslinker.
본 발명의 TPU 섬유를 제조하기 위해 바람직한 용융 방사 공정은 압출기에 미리 형성된 TPU 폴리머를 공급하여 TPU 폴리머를 용융시키는 것을 포함하고, 가교제는 TPU 용융물이 압출기로부터 배출되는 지점 근처에 또는 TPU 용융물이 압출기로부터 배출된 이후에 하류에 연속적으로 첨가된다. 가교제는 용융물이 압출기로부터 배출되기 이전에 압출기에 첨가되거나 용융물이 압출기로부터 배출된 이후에 첨가될 수 있다. 용융물이 압출기로부터 배출된 후에 첨가되는 경우, 가교제를 정적 또는 동적 혼합기를 사용하여 TPU 용융물과 혼합시킴으로써 가교제가 TPU 폴리머 용융물에 적절하게 혼합될 수 있도록 보장할 필요가 있다. 압출기로부터 배출된 후, 가교제와 함께 용융된 TPU 폴리머는 매니폴드(manifold)로 유동한다. 매니폴드는 용융 스트림을 상이한 스트림으로 분할하고, 여기서 각각의 스트림은 다수의 방사구로 공급된다. 보통, 매니폴드로부터 유동하는 각각의 상이한 스트림에 대한 용융물 펌프가 있고 각각의 용융물 펌프는 여러 방사구를 공급한다. 방사구는 소형 홀(hole)을 갖고 이를 통해 용융물이 압박되어 방사구로부터 모노필라멘트 섬유 형태로 배출된다. 방사구내 홀의 크기는 섬유의 요망되는 크기(데니어)에 따를 것이다.Preferred melt spinning processes for producing the TPU fibers of the present invention include supplying a preformed TPU polymer to the extruder to melt the TPU polymer, the crosslinker being near the point where the TPU melt is discharged from the extruder or the TPU melt from the extruder After draining it is added continuously downstream. The crosslinking agent may be added to the extruder before the melt is discharged from the extruder or may be added after the melt is discharged from the extruder. If the melt is added after exiting the extruder, it is necessary to mix the crosslinker with the TPU melt using a static or dynamic mixer to ensure that the crosslinker can be properly mixed into the TPU polymer melt. After exiting the extruder, the molten TPU polymer with the crosslinker flows into the manifold. The manifold splits the melt stream into different streams, where each stream is fed to a plurality of spinnerets. Usually there is a melt pump for each different stream flowing from the manifold and each melt pump supplies several spinnerets. The spinneret has small holes through which the melt is pressed and discharged in the form of monofilament fibers from the spinneret. The size of the hole in the spinneret will depend on the desired size (denier) of the fiber.
TPU 폴리머 용융물은 스핀 팩(spin pack) 어셈블리를 통과할 수 있고 사용된 스핀 팩 어셈블리를 섬유로서 빠져 나온다. 사용된 바람직한 스핀 팩 어셈블리는 어셈블리를 통해 TPU 폴리머의 플러그(plug) 흐름을 제공하는 어셈블리이다. 가장 바람직한 방사 팩 어셈블리는 그 전문이 본원에서 참조로서 포함된 PCT 특허 출원 WO 2007/076380호에 개시된 것이다.The TPU polymer melt can pass through a spin pack assembly and exit the used spin pack assembly as a fiber. The preferred spin pack assembly used is an assembly that provides a plug flow of the TPU polymer through the assembly. Most preferred spin pack assemblies are those disclosed in PCT patent application WO 2007/076380, which is incorporated herein by reference in its entirety.
일단 섬유가 방사구에서 나오면, 섬유를 보빈에 권사시키기 전에 냉각시킨다. 섬유를 제 1 고데(godet) 상에서 통과시키고, 피니시 오일(finish oil)을 적용하고, 섬유를 제 2 고데로 진행시킨다. 본 발명의 섬유를 제조하는 공정의 중요한 양태는 섬유가 보빈에 권사되는 상대 속도이다. 상대 속도라 함은 권사 속도와 관련하여 방사구에서 배출되는 용융물의 속도 (용융 속도)를 의미한다. 보통 종래 기술의 TPU 용융 방사 공정에서, 섬유는 용융 속도보다 4배 내지 6배 빠른 속도로 권사된다. 이에 의해 섬유를 연신시키고 스트레치시킨다. 본 발명의 독특한 섬유의 경우, 이렇게 광범한 연신은 바람직하지 않다. 섬유는 공정을 수행하기 위해 용융 속도와 적어도 같은 속도로 권사되어야 한다. 본 발명에 따른 섬유의 경우, 섬유를 용융 속도보다 50% 이하, 바람직하게는 20% 이하, 및 보다 바람직하게는 10% 이하의 더 빠른 속도로 권사시키는 것이 필요하고, 5% 이하의 속도가 양호한 결과를 제공한다. 용융 속도와 같은 권사 속도가 이상적일 것이나, 공정을 수행하기 위해서는 약간 더 높은 권사 속도가 필요한 것으로 여겨진다. 예를 들어, 방사구에서 분당 300 미터의 속도로 배출되는 섬유는 분당 300 내지 315 미터의 속도로 권사되는 것이 가장 바람직할 것이다.Once the fiber exits the spinneret, cool the fiber before winding it to the bobbin. The fiber is passed on a first godet, a finish oil is applied and the fiber is advanced to a second gode. An important aspect of the process for making the fibers of the present invention is the relative speed at which the fibers are wound into bobbins. Relative velocity refers to the rate (melt rate) of the melt exiting the spinneret in relation to the winding rate. Usually in the prior art TPU melt spinning process, fibers are wound at speeds four to six times faster than the melt rate. This stretches and stretches the fibers. In the case of the unique fibers of the invention, such extensive stretching is undesirable. The fibers must be wound at a speed at least equal to the melt rate to carry out the process. In the case of the fibers according to the invention, it is necessary to wind the fibers at a faster rate of 50% or less, preferably 20% or less, and more preferably 10% or less, and a speed of 5% or less is good. Give results. Winding rates such as melt rates would be ideal, but it is believed that slightly higher winding speeds are required to perform the process. For example, the fibers exiting the spinneret at a speed of 300 meters per minute would most preferably be wound at a speed of 300 to 315 meters per minute.
본 발명의 섬유는 다양한 데니어로 제조될 수 있다. 데니어는 섬유 크기를 지정하는 당 분야의 용어이다. 데니어는 9000 미터 섬유 길이의 그램 중량이다. 본 발명의 섬유는 통상적으로 20 내지 600의 데니어 크기, 바람직하게는 40 내지 400 데니어 크기, 및 보다 바람직하게는 70 내지 360 데니어 크기로 제조된다.The fibers of the invention can be made from a variety of denier. Denier is a term in the art that specifies fiber size. Denier is the gram weight of a 9000 meter fiber length. The fibers of the present invention are typically produced in denier sizes of 20 to 600, preferably 40 to 400 denier sizes, and more preferably 70 to 360 denier sizes.
본 발명의 공정에 의해 섬유를 제조할 때, 냉각시킨 후 또는 냉각하는 동안 그리고 보빈에 권사되기 직전에 점착 방지제, 예를 들어 피니시 오일, 그 예로서 규소 오일을 섬유의 표면에 일반적으로 첨가한다. When preparing fibers by the process of the present invention, anti-sticking agents, such as finish oils, such as silicon oils, are generally added to the surface of the fibers after cooling or during cooling and just before winding onto the bobbin.
용융 방사 공정의 중요한 양태는 가교제와 TPU 폴리머 용융물을 혼합하는 것이다. 적절하고 균일한 혼합은 균일한 섬유 특성을 달성하고 섬유 파손의 발생 없이 장기간의 실행 시간을 달성하기 위해 중요하다. TPU 용융물 및 가교제의 혼합은 플러그-유동, 즉 선입 선출을 달성하는 방법이어야 한다. 적당한 혼합은 동적 혼합기 또는 정적 혼합기를 이용하여 달성될 수 있다. 정적 혼합기는 세척하기가 더욱 어려우므로, 동적 혼합기가 바람직하다. 공급 스크류 및 혼합 핀을 지니는 동적 혼합기가 바람직한 혼합기이다. 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 제 6,709,147호에는 이러한 혼합기가 기재되어 있고, 이는 회전할 수 있는 혼합 핀을 지닌다. 또한, 혼합 핀은 고정된 위치에 있을 수 있고, 예를 들어 혼합기의 배럴에 부착되어 공급 스크류의 중심선 쪽으로 연장될 수 있다. 혼합 공급 스크류는 쓰레드(thread)에 의해 압출기 스크류의 단부에 부착될 수 있고, 혼합기의 하우징은 압출기 기계에 대해 볼트로 고정될 수 있다. 동적 혼합기의 공급 스크류는 용융물의 플러그-유동을 달성하기 위해 매우 적은 역혼합과 함께 점진적 방식으로 폴리머 용융물을 이동시키는 설계이어야 한다. 혼합 스크류의 L/D는 3 이상 내지 30 미만, 바람직하게는 약 7 내지 약 20, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 12이어야 한다.An important aspect of the melt spinning process is to mix the crosslinking agent with the TPU polymer melt. Proper and uniform mixing is important to achieve uniform fiber properties and to achieve long run times without the occurrence of fiber breakage. The mixing of the TPU melt and the crosslinker should be a method of achieving plug-flow, ie first-in first-out. Proper mixing can be achieved using a dynamic mixer or a static mixer. Since static mixers are more difficult to clean, dynamic mixers are preferred. Dynamic mixers with feed screws and mixing pins are preferred mixers. U. S. Patent No. 6,709, 147, incorporated herein by reference, describes such a mixer, which has a rotatable mixing pin. In addition, the mixing pin may be in a fixed position, for example attached to the barrel of the mixer and extending towards the centerline of the feed screw. The mixing feed screw can be attached to the end of the extruder screw by a thread and the housing of the mixer can be bolted to the extruder machine. The feed screw of the dynamic mixer should be designed to move the polymer melt in a gradual manner with very little backmixing to achieve plug-flow of the melt. The L / D of the mixing screw should be at least 3 and less than 30, preferably from about 7 to about 20, more preferably from about 10 to about 12.
TPU 폴리머 용융물과 가교제가 혼합되는 혼합 구역내의 온도는 약 200℃ 내지 약 240℃, 바람직하게는 약 210℃ 내지 약 225℃이다. 이들 온도는 폴리머를 분해시키지 않으면서 반응을 일으키기 위해 필요하다.The temperature in the mixing zone where the TPU polymer melt and crosslinker are mixed is from about 200 ° C to about 240 ° C, preferably from about 210 ° C to about 225 ° C. These temperatures are necessary to cause the reaction without degrading the polymer.
형성된 TPU는 용융물 방사 공정 동안 가교제와 반응하여 약 200,000 내지 약 800,000, 바람직하게는 약 250,000 내지 약 500,000, 더욱 바람직하게는 약 300,000 내지 약 450,000의 분자량(Mw)의 최종 섬유 형태의 TPU를 제공한다.The formed TPU reacts with the crosslinking agent during the melt spinning process to provide a TPU in the form of final fibers of molecular weight (Mw) of about 200,000 to about 800,000, preferably about 250,000 to about 500,000, more preferably about 300,000 to about 450,000.
방사 온도(방사구에서의 폴리머 용융물의 온도)는 폴리머의 용융점보다 높아야 하고, 바람직하게는 폴리머의 용융점보다 약 10℃ 내지 약 20℃ 높아야 한다. 보다 나은 방사를 위해 보다 높은 방사 온도가 사용될 수 있다. 그러나, 방사 온도가 너무 높은 경우, 폴리머가 분해될 수 있다. 따라서, TPU 폴리머의 용융점보다 약 10℃ 내지 약 20℃ 높은 것이 폴리머의 분해 없이 우수한 방사의 균형을 달성하기 위해 최적이다. 방사 온도가 너무 낮은 경우, 폴리머가 방사구 내에서 응고되어 섬유 파손을 일으킬 수 있다.The spinning temperature (temperature of the polymer melt at the spinneret) should be higher than the melting point of the polymer and preferably about 10 ° C. to about 20 ° C. above the melting point of the polymer. Higher spinning temperatures can be used for better spinning. However, if the spinning temperature is too high, the polymer may decompose. Thus, about 10 ° C. to about 20 ° C. higher than the melting point of the TPU polymer is optimal to achieve a good spinning balance without degradation of the polymer. If the spinning temperature is too low, the polymer may solidify in the spinneret and cause fiber breakage.
본 발명의 독특한 섬유는 100% 내지 200% 연신율의 로딩 및 언로딩 사이클에서 비교적 균일하고/거나 일정한 모듈러스를 지닌다. 상기 균일한 모듈러스는 로딩 사이클에서는 100% 연신율에서 데니어 당 0.023 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.036 미만의 그램-포스, 200% 연신율에서 데니어 당 0.053 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되고; 언로딩 사이클에서는 200% 연신율에서 데니어 당 0.027 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.018 미만의 그램-포스, 및 100% 연신율에서 데니어 당 0.015 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되며, 이러한 모든 데이터는 360 데니어 섬유로부터 수집되었다.The unique fibers of the present invention have a relatively uniform and / or constant modulus in the loading and unloading cycles of 100% to 200% elongation. The uniform modulus is caused by a stress of less than 0.023 grams-force per denier at 100% elongation at load loading cycles, less than 0.036 grams-force per denier at 150% elongation, and less than 0.053 gram-forces per denier at 200% elongation. Proven; Unloading cycles are demonstrated by stresses of less than 0.027 grams-force per denier at 200% elongation, less than 0.018 grams-force per denier at 150% elongation, and less than 0.015 gram-forces per denier at 100% elongation, All this data was collected from 360 denier fibers.
상기 균일한 모듈러스는 또한 로딩 사이클에서 100% 연신율에서 데니어 당 0.158 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.207 미만의 그램-포스, 200% 연신율에서 데니어 당 0.265 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되고; 언로딩 사이클에서 200% 연신율에서 데니어 당 0.021 미만의 그램-포스, 150% 연신율에서 데니어 당 0.012 미만의 그램-포스, 및 100% 연신율에서 데니어 당 0.008 미만의 그램-포스의 응력에 의해 입증되며, 이러한 모든 데이터는 70 데니어 섬유로부터 수집되었다.The homogeneous modulus also provides for stresses of less than 0.158 gram-force per denier at 100% elongation in loading cycles, less than 0.207 gram-force per denier at 150% elongation, and less than 0.265 gram-force per denier at 200% elongation. Proven by; Evidenced by a stress of less than 0.021 grams-force per denier at 200% elongation at unloading cycles, less than 0.012 grams-force per denier at 150% elongation, and less than 0.008 gram-forces per denier at 100% elongation, All this data was collected from 70 denier fibers.
상기 모듈러스 값을 수득하기 위해 수행된 표준 시험 과정은 탄성 얀에 대해 듀퐁(DuPont)에서 개발한 것이었다. 이러한 시험은 섬유를 일련의 5 사이클에 적용시킨다. 각각의 사이클에서, 섬유를 300%의 연신율로 스트레칭하고, 일정한 신장률(본래의 게이지 길이 내지 300% 연신율 사이)을 사용하여 이완시켰다. % 세트는 5번째 사이클 이후에 측정하였다. 이후, 섬유 견본을 6번째 사이클에 통과시키고, 파손되도록 스트레칭시켰다. 장치는 각각의 신장에서의 로드(파손되기 전 가장 높은 로드) 및 데니어 당 그램-포스의 단위로 파손 로드 뿐만 아니라 파손 연신율 및 최대 로드에서의 연신율을 기록한다. 시험은 보통 실온 (23℃±2℃; 및 50%±5% 습도)에서 수행되었다.The standard test procedure performed to obtain the modulus value was that developed by DuPont for elastic yarns. This test applies the fiber to a series of five cycles. In each cycle, the fibers were stretched to an elongation of 300% and relaxed using a constant elongation (between the original gauge length and 300% elongation). The% set was measured after the fifth cycle. The fiber swatch was then passed through a sixth cycle and stretched to break. The device records the failure elongation and elongation at maximum load as well as the failure load in units of gram-force per denier and rod at each elongation (highest load before failure). The test was usually performed at room temperature (23 ° C. ± 2 ° C .; and 50% ± 5% humidity).
본 발명의 섬유는 400% 이상, 및 바람직하게는 약 450 내지 500%의 파손 연신율을 지닌다. 섬유는 둥근 형상의 모노필라멘트이다. 도 2를 참조하면, 70 데니어 모노필라멘트 섬유가 단면 형상에 있어서 실제 둥근 것이 확인될 수 있다. 도 1은 더 큰 단면 너비를 갖는 70 데니어 모노필라멘트 건식 방사 섬유를 나타낸다. The fibers of the present invention have a break elongation of at least 400%, and preferably about 450 to 500%. The fiber is a monofilament of round shape. 2, it can be seen that the 70 denier monofilament fibers are actually round in cross-sectional shape. 1 shows a 70 denier monofilament dry spun fiber with a larger cross sectional width.
도 3은 건식 방사 섬유를 본 발명의 용융 방사 섬유와 비교한 그래프를 도시한다. 그래프는 데니어 (X축) 대 섬유 폭 제곱 (제곱 미크론)을 플롯팅한다. 상기 그래프는 본 발명의 용융 방사 섬유가 그래프 상에서 일정한 기울기를 갖는 반면, 건식 방사 섬유는 지수적으로 증가하는 기울기를 지님을 나타낸다. 더 얇아서 착용자에게 보다 편안할 수 있는 본 발명의 섬유로 직물이 제조될 수 있다는 결과이다.3 shows a graph comparing dry spun fibers to melt spun fibers of the present invention. The graph plots denier (X axis) versus fiber width squared (square microns). The graph shows that the melt spun fiber of the present invention has a constant slope on the graph, while the dry spun fiber has an exponentially increasing slope. The result is that fabrics can be made from the fibers of the present invention that are thinner and more comfortable to the wearer.
본 발명의 섬유의 또 다른 중요한 특징은 이것이 건식 방사 섬유에 비해 직물에서 개선된 파열 강도를 나타낸다는 것이다.Another important feature of the fibers of the present invention is that they exhibit improved burst strength in fabrics compared to dry spun fibers.
상기 특징은 ASTM D751에 따라 1인치 직경의 볼을 사용하여 볼 파열 (Ball Burst) 천공 강도 시험을 수행함에 의해 제시될 수 있다. 상기 시험은 직물을 통한 핑거 푸싱(finger pushing)을 자극하여 구멍을 형성할 것이다. 본 발명의 섬유가 파열 강도에 있어서 건식 방사 폴리우레탄 섬유에 비해 약 50 내지 75%의 개선을 나타냈다는 것은 매우 놀라웠다. 심지어 섬유의 인장 강도가 거의 동일한 경우에도 이렇게 개선된 파열 강도가 존재한다.This feature can be presented by performing a Ball Burst puncture strength test using a 1 inch diameter ball according to ASTM D751. The test will stimulate finger pushing through the fabric to form a hole. It was very surprising that the fibers of the present invention showed about 50-75% improvement in the burst strength over the dry spun polyurethane fibers. Even when the tensile strength of the fibers is about the same, this improved burst strength is present.
본 발명의 섬유는 또한 보다 높은 열 용량을 지닌다. 균일한 모듈러스 곡선, 더 높은 열 용량 및 성긴 게이지의 조합은 의복 착용자에게 편안한 느낌을 주는 본 발명의 섬유로 제조된 직물을 생산한다. The fibers of the present invention also have higher heat capacity. The combination of uniform modulus curves, higher heat capacity, and coarse gauge produces a fabric made from the fibers of the present invention that gives a garment wearer a comfortable feel.
본 발명의 섬유를 이용하여 제조된 직물은 편직 또는 제직에 의해 제조될 수 있다. 종종 TPU 섬유와 함께 다른 섬유를 이용하여 직물을 제조하는 것이 바람직하다. 본 발명의 탄성 섬유와 함께 경질 섬유를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 나일론 및/또는 폴리에스테르와 같은 경질 섬유가 바람직하다. 경질 섬유는 100% 탄성 섬유 직물에 비해 직물의 스낵(snag) 내성을 개선시킨다. 바람직한 직물은 140 데니어 TPU/70 데니어 나일론의 가닥을 140 데니어 TPU (1-1 직물로서 지칭됨)의 가닥 또는 140 데니어 TPU/70 데니어 나일론의 가닥과 교대시킨 후에 2가닥의 140 데니어 TPU (1-2 직물로서 지칭됨)와 교대시키는 것과 같이, 섬유의 교대를 이용하여 편직된 것이다.Fabrics made using the fibers of the invention can be produced by knitting or weaving. It is often desirable to make fabrics using other fibers along with TPU fibers. It is particularly preferable to use hard fibers together with the elastic fibers of the present invention. Hard fibers such as nylon and / or polyester are preferred. Hard fibers improve the fabric's snag resistance compared to 100% elastic fiber fabrics. Preferred fabrics are two strands of 140 denier TPU (1- 1) after alternating strands of 140 denier TPU / 70 denier nylon with strands of 140 denier TPU (referred to as 1-1 fabric) or strands of 140 denier TPU / 70 denier nylon. 2) as knitted using alternating fibers.
본 발명의 직물로 의복을 제조할 수 있다. 직물의 가장 바람직한 용도는 섬유에 의해 제공된 편안함으로 인해 속옷 또는 타이트 피팅 의복을 제조하는데 있다. 브래지어와 같은 속옷 및 T-셔츠뿐 아니라 러닝, 스킹, 사이클링 또는 그 밖의 스포츠와 같은 활동에 사용되는 스포츠 웨어는 이러한 섬유의 특성으로부터 이익을 얻을 수 있다. 섬유가 체온에 도달하면 모듈러스가 한층 낮아지므로, 다음에 몸에 착용한 의복은 이러한 섬유의 균일한 모듈러스의 이익을 얻는다. 타이트하게 느껴지는 의복은 섬유가 체온에 도달한 지 약 30초 내지 5분 후에 더욱 편안해질 것이다. 임의의 의복이 본 발명의 직물 및 섬유로부터 제조될 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예시적인 구체예는 제직된 직물로 제조된 브래지어 어깨끈 및 편직된 직물로 제조된 브래지어의 윙일 것이고, 둘 모두는 본 발명의 용융 방사 TPU 섬유를 함유하는 제직되고 편직된 직물이다. 브래지어 끈은 직물이 탄성이므로 조정가능한 버클을 필요로 하지 않을 것이다.Garments can be made from the fabrics of the invention. The most preferred use of the fabric is in the manufacture of underwear or tight fitting garments due to the comfort provided by the fibers. Underwear and T-shirts, such as bras, as well as sportswear used for activities such as running, skiing, cycling or other sports, can benefit from the properties of these fibers. The modulus is further lowered when the fibers reach body temperature, so the next garment worn on the body benefits from the uniform modulus of these fibers. Clothing that feels tight will be more comfortable about 30 seconds to 5 minutes after the fiber reaches body temperature. It will be understood by those skilled in the art that any garment can be made from the fabrics and fibers of the present invention. An exemplary embodiment would be a bra shoulder strap made of woven fabric and a wing of a bra made of knitted fabric, both of which are woven and knitted fabrics containing the melt spun TPU fibers of the present invention. The bra strap will not need an adjustable buckle because the fabric is elastic.
본 발명은 하기 실시예를 참조하여 보다 잘 이해될 것이다.The invention will be better understood with reference to the following examples.
실시예Example
실시예에 사용된 TPU 폴리머는 폴리에스테르 히드록실 말단 중간체(폴리올)를 1,4-부탄디올 사슬 연장제 및 MDI와 반응시켜 제조되었다. 폴리에스테르 폴리올은 아디프산을 1,4-부탄디올과 1,6-헥산디올의 50/50 혼합물과 반응시킴에 의해 제조되었다. 폴리올의 Mn은 2500이다. TPU를 원-샷 공정에 의해 제조하였다. 방사 공정 동안 TPU에 첨가된 가교제는, 1000 Mn PTMEG를 MDI와 반응시켜 이소시아네이트로 말단 캡핑된 폴리에테르를 생성시킴에 의해 제조된 폴리에테르 예비폴리머였다. 가교제를 TPU와 가교제를 합친 중량의 10 중량%의 수준으로 이용하였다. 섬유를 용융 방사시켜 실시예에 사용된 40, 70, 140 및 360 데니어 섬유를 제조하였다.The TPU polymer used in the examples was prepared by reacting polyester hydroxyl terminal intermediates (polyols) with 1,4-butanediol chain extenders and MDI. Polyester polyols were prepared by reacting adipic acid with a 50/50 mixture of 1,4-butanediol and 1,6-hexanediol. Mn of the polyol is 2500. TPU was prepared by a one-shot process. The crosslinker added to the TPU during the spinning process was a polyether prepolymer prepared by reacting 1000 Mn PTMEG with MDI to produce a polyether end capped with isocyanate. The crosslinker was used at a level of 10% by weight of the combined weight of the TPU and the crosslinker. The fibers were melt spun to produce the 40, 70, 140 and 360 denier fibers used in the examples.
실시예Example 1 One
본 실시예는 현존하는 종래의 용융 방사 TPU 섬유 (40 데니어) 및 시중의 건식 방사 섬유 (70 데니어)에 비해 본 발명의 섬유 (70 데니어)의 비교적 균일한 모듈러스 곡선을 나타내기 위해 제공되었다.This example was provided to show a relatively uniform modulus curve of the fiber (70 denier) of the present invention as compared to existing conventional melt spun TPU fibers (40 denier) and commercially available dry spun fiber (70 denier).
사용된 시험 절차는 탄성 특성을 시험하기 위해 상기 개시된 바와 같았다. Merlin 소프트웨어를 구비한 Instron 모델 5564 장력계를 이용하였다. 시험 조건은 23℃±2℃ 및 50%±5% 습도였다. 시험 견본의 섬유 길이는 50.0mm였다. 네 개의 견본을 시험하였고, 결과는 시험된 4개 견본의 평균치이다. 그 결과를 표 1에 제시한다.The test procedure used was as described above to test the elastic properties. An Instron model 5564 tension meter with Merlin software was used. Test conditions were 23 ° C. ± 2 ° C. and 50% ± 5% humidity. The fiber length of the test specimen was 50.0 mm. Four specimens were tested and the result is the average of the four specimens tested. The results are shown in Table 1.
표 ITable I
상기 데이터 모두는 시험된 4개 견본에 대한 평균치이다.All of the above data are averages for the four specimens tested.
상기 데이터로부터, 본 발명의 용융 방사 섬유가 5회의 시험 사이클 동안 비교적 균일한 모듈러스 곡선을 지님을 알 수 있다. 첫 번째 사이클은 보통 무시되는데, 그 이유는 이것이 섬유에서의 응력을 완화시키기 때문이다.From the data, it can be seen that the melt spun fiber of the present invention has a relatively uniform modulus curve for five test cycles. The first cycle is usually ignored because it relieves stress in the fiber.
실시예Example 2 2
본 실시예는 시중의 건식 방사 섬유에 비해 본 발명의 용융 방사 섬유의 폭을 나타내기 위해 제공되었다. SEM에 의해 폭을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 II에 제시한다. This example was provided to show the width of the melt spun fiber of the present invention as compared to the dry spun fiber on the market. The width was measured by SEM. The results are shown in Table II below.
표 table IIII
확인할 수 있는 바와 같이, 건식 방사 섬유는 훨씬 높은 폭을 지니며 데니어가 증가할수록 차이는 더 커졌다.As can be seen, the dry spun fibers have a much higher width and the difference increases with increasing denier.
실시예Example 3 3
본 실시예는 시중의 건식 방사 폴리우레탄 섬유에 비해 본 발명의 용융 방사 TPU 섬유의 개선된 파열 강도를 나타내기 위해 제공되었다. 각 유형의 섬유로부터 시그넬 저지 (signel Jersey) 니트 직물을 제조하기 위해 70 데니어 섬유를 이용하였다. 상기 직물을 ASTM D751에 따라 파열 천공 강도에 대해 시험하였다. 그 결과를 하기 표 III에 제시한다. 하기 결과는 시험된 5개 샘플의 평균이다.This example was provided to demonstrate the improved burst strength of the melt spun TPU fibers of the present invention over commercial dry spun polyurethane fibers. 70 denier fibers were used to make a Signel Jersey knit fabric from each type of fiber. The fabric was tested for burst puncture strength according to ASTM D751. The results are shown in Table III below. The following results are the average of five samples tested.
표 table IIIIII
본 발명의 용융 방사 섬유가 건식 방사 섬유보다 높은 인장 강도를 지니지는 않았으나, 용융 방사 섬유의 파열 강도가 더 높다는 것은 매우 놀라웠다.Although the melt spun fiber of the present invention did not have a higher tensile strength than the dry spun fiber, it was very surprising that the burst strength of the melt spun fiber was higher.
특허 법령에 따라, 최선의 방식 및 바람직한 구체예를 기술하였으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구범위에 의해 제한된다.In accordance with patent legislation, the best mode and preferred embodiments have been described, but the scope of the invention is not limited thereto but by the appended claims.
Claims (22)
(b) 탄성 섬유를, 방사구를 나가는 폴리머 용융 속도보다 50% 이하의 더 빠른 권사 속도로 보빈에 권사시키는 것을 포함하여, 100% 내지 200% 연신율의 로딩 및 언로딩 사이클에서 비교적 균일한 모듈러스를 지니는 탄성 섬유를 생산하는 방법.(a) melt spinning the thermoplastic elastomer polymer through the spinneret;
(b) a relatively uniform modulus in the loading and unloading cycles of 100% to 200% elongation, including winding the elastic fibers to the bobbin at a winding speed no greater than 50% faster than the polymer melt rate exiting the spinneret. Genie how to produce elastic fibers.
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