DE10355665A1 - Verfahren zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser und die so hergestellte elastische Polyurethanfaser - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser, das das Mischen einer Komponente, die aus Polystyrolpolymeren oder Polystyrol-Copolymeren mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 50000-500000 ausgewählt wird, mit einem Polyurethan mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 15000-100000 beinhaltet, um eine Polymermischung herzustellen, die dann versponnen wird. Die elastische Polyurethanfaser, die durch dieses Verfahren hergestellt wird, ist ebenfalls bereitgestellt, wobei sie stark in ihren Wärmeaushärtungseigenschaften verbessert ist, wobei sie eine niedrige Änderungsrate der wesentlichen Eigenschaften, wie die Ergebnisse, verglichen mit herkömmlichen elastischen Polyurethanfasern, zeigen, hat. Daher kann die elastische Polyurethanfaser direkt für die Herstellung von Endprodukten, die überragende Wärmeaushärtungseigenschaften erfordern, ohne Änderung der herkömmlichen Bedingungen des Verfahrens, angewendet werden.
Description
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanfasern und auf die durch das oben genannte Verfahren hergestellten elastischen Polyurethanfasern. Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren. zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser, das das Mischen eines Polystyrolpolymers oder Copolymers mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 50.000-500.000 mit Polyurethan mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 15.000-100.000, gefolgt von einem Spinnverfahren, beinhaltet, und somit auf die Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser.
- Im Allgemeinen wird Polyurethan erhalten, indem man zuerst ein Polyol als Diolverbindung mit einem hohen Molekulargewicht zusammen mit einem Überschuss Diisocyanat polymerisiert, um ein Prepolymer eines Polyols mit endständigem Isocyanat zu bilden, welches dann in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst wird und für eine zweite Polymerisation mit einem auf Diamin oder Diol basierenden Kettenverlängerer versetzt wird.
- Für die Herstellung einer Polyurethanfaser gibt es ein Trocken-Spinnverfahren, ein Nass-Spinnverfahren, ein chemisches Spinnverfahren oder ein Schmelz-Spinnverfahren. Im Trocken-Spinnverfahren wird ein Polyurethan in der Schmelze hergestellt, in einem Lösungsmittel aufgelöst, um eine Palyurethanlösung zu erhalten, und dann trocken versponnen. In dem Nass-Spinnverfahren wird des weiteren ein Polyurethan direkt in einem Lösungsmittel synthetisiert. Das Polyurethan löst sich, sobald es gebildet ist, in dem Lösungsmittel, um eine Lösung zu bilden, die dann trocken versponnen wird. Das chemische Spinnverfahren wird ebenfalls durch Extrudieren einer Lösung eines Prepolymers mit endständigem Isacyanat in eine Lösung mit einem auf Amin basierenden Kettenverlängerer durch eine Düse ausgeführt, um eine Kettenverlängerung zu bewirken.
- Das Schmelz-Spinnverfahren wird zusätzlich durch Extrudieren von geschmolzenem Polyurethan durch eine Düse und Abkühlen des extrudierten Polyurethans ausgeführt.
- Die so hergestellte Polyurethanfaser kann entsprechend des gewünschten Verwendungszweckes mit anderen Fasern, z.B. einer Polyacrylnitrilfaser, Wolle, Baumwolle, Seide etc., vermischt werden. Aufgrund seiner breiten Verwendung hat Spandex, das eine synthetisch hergestellte Faser ist, bei welcher die faserbildende Substanz ein langkettiges synthetisches Elastomer ist, das wenigstens 85 Gewichtsprozent eines mehrteiligen Polyurethans umfasst, eine entsprechende Bedeutung.
- Die Polyurethanfaser wird aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie z.B. der hohen Elastizität verschiedenartig angewendet. Entsprechend der Verbreiterung der Anwendungsgebiete, werden Polyurethanfasern benötigt, die zusätzlich zu den herkömmlichen Eigenschaften weitere, neue Eigenschaften haben. Bis heute sind Polyurethanfasern entwickelt worden, um eine weiter verbesserte Hitzebeständigkeit und Elastizität zu haben, und in den letzten Jahren stiegen die Anforderungen an Polyurethanfasern mit hervorragenden Wärmestabilitäts-eigenschaften schrittweise.
- Deshalb ist eine intensive Forschung zur Verbesserung von, Wärmeaushärtungseigenschaften der Polyuretharifasern durchgeführt worden. In diesem Zusammenhang offenbaren die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Sho. 63-53287 und 63-53288 ein Verfahren zur Steigerung von Wärmeaushärtungseigenschaften einer elastischen Polyurethanfaser durch Verwendung eines speziellen Zusatzes, wie z.B. eines Diisocyanat-Dimers oder pulverförmigen Siliziumdioxids. Das oben genannte Verfahren hat jedoch Nachteile, da die Zusätze ungleichmäßig in der Polyurethanlösung verteilt sind. Des weiteren ist es schwierig, geeignete Mischbedingungen auszuwählen, und das Polymerisationsverfahren wird an sich komplizierter.
- Zusätzlich offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho. 43-639 ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan, dass das Mischen eines Polymerdiols und eines Diols mit niederem Molekulargewicht, das 1-3 mal soviel Mol wie das Polymerdiol hat, mit einer Diisocyanatverbindung beinhaltet, um ein Prepolymer mit endständigem Hydroxid und ein Prepolymer mit endständigem Isocyanat herzustellen, welche dann zusammen umgesetzt werden, um ein Polyurethanpolymer herzustellen. Das so erhaltene Polyurethan wird jedoch nur einem Schmelz-Spinnverfahren unterzogen.
- Des weiteren offenbart die offengelegte koreanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-5854 ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei Prepolymere, die beide eine Isocyanatende und eine Hydroxidende mit relativ ähnlichen Viskositäten haben, zusammen umgesetzt werden, um ein flüssiges Polyurethanpolymer zu erhalten, welches dann kontinuierlich durch eine Düse extrudiert wird. Da die beiden Prepolymere gleiche Viskositäten haben, ist es gemäß dieses Verfahrens möglich, beide vor einer zweiten Polymerisation gleichmäßig zu vermischen, wobei somit der Mischeffekt und die Spinnstabilität verbessert werden. Das oben genannte Verfahren ist jedoch verglichen mit herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von elastischen Polyurethanfasern ein komplizierteres Verfahren. Da der Mischeffekt und die Spinnstabilität durch Kontrolle der Verfahrensbedingungen erreicht werden, ist das oben genannte Verfahren ebenso nicht praktikabel.
- Außerdem offenbart die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei. 7-316922 ein relativ einfaches Verfahren, das in der Lage ist, die Wärmeaushärtungseigenschaften einer elastischen Polyurethanfaser zu verbessern, bei dem, wenn die Polyurethanfaser über ein herkömmliches Verfahren hergestellt wird, ein Teil der Polyurethankomponente durch ein thermoplastisches Polyurethan, das von der Verwendung eines Diols als Kettenverlängerer der zweiten Polymerisation resultiert, ersetzt wird. Die elastische Polyurethanfaser, die durch das oben genannte Verfahren hergestellt wurde, hat verbesserte Wärmeaushärtungseigenschaften, ist aber in ihrer Elongation verkürzt, mit einem drastischen Anstieg des Moduls.
- Dort wird ebenfalls ein Verfahren zum Ersetzen eines Teils des herkömmlich hergestellten Polyurethans durch ein Copolymer mit niederem Molekulargewicht, das auf Styrolmaleinsäure-Anhydrid basiert, mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht mit weniger als 5.000, beschrieben. In der Absicht, die Wärmeaushärtungseigenschaften zu verbessern und die u wesentlichen Eigenschaften der Faser beizubehalten, ist das oben beschriebene Verfahren jedoch nicht bevorzugt.
- Im offengelegten koreanischen Patent Nr. 2001-16788 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Wärmeaushärtungseigenschaften einer Polyurethanfaser durch eine nachfolgende zusätzliche thermische Behandlung nach einem Trockenspinnen offenbart. Dieses Verfahren ist jedoch nachteilig, da außerdem zusätzlich zu einer herkömmlichen Spinnvorrichtung andere Vorrichtungen benötigt werden. Zusätzlich wird die Faser übermäßig erwärmt, wodurch die Wärmeaushärtungseigenschaften verbessert werden, aber die wesentlichen Eigenschaften, wie z.B. Elongation und Modul, sich verschlechtern.
- Die intensive und gründliche Suche nach einem wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser mit überragenden Wärmeaushärtungs-Eigenschaften, die zur vorliegenden Erfindung führte und die von den Erfindern hier mit dem Ziel, die Probleme, die im Stand der Technik auftraten, zu vermeiden, durchgeführt worden ist, führte zu der Entdeckung, dass eine festgelegte Menge eines Polystyrolpolymers oder Polystyrol-Copolymers mit einem spezifischen Molekulargewicht mit einer herkömmlichen Polyurethanlösung gemischt und dann versponnen wird, wodurch die elastische Polyurethanfaser mit stark verbesserten Wärmehärtungseigenschaften hergestellt werden kann, ohne Wechsel Änderung der herkömmlichen Bedingungen des Verfahrens und der Vorrichtungen, während überragende wesentliche Eigenschaften der herkömmlichen elastischen Polyurethanfasern so, wie sie sind, beibehalten werden, d.h. das 200% Modul ist nicht drastisch verändert oder die Elongation ist nicht merklich verringert.
- De shalb ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser mit stark verbesserten Wärmeaushärtungseigenschaften bereitzustellen, während die überragenden Eigenschaften, der herkömmlichen elastischen Polyurethanfasern beibehalten werden, ohne die Verwendung einer zusätzlichen Vorrichtung oder die Änderung der Herstellungsbedingungen.
- Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine über das oben genannte Verfahren hergestellte elastische Polyurethanfaser mit wesentlich verbesserten Wärmeaushärtungseigenschaften bereitzustellen.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser bereitgestellt, dass das Mischen eines Polystyrolpolymers oder Polystyrol-Copolymers mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 50.000-500.000 mit Polyurethan mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 15.000-100.000 beinhaltet, um eine Polymermischung, die dann versponnen wird, herzustellen.
- Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine elastische Polyurethanfaser mit überragenden Wärmeaushärtungseigenschaften bereitgestellt, während wesentliche Eigenschaften der herkömmlichen elastischen Polyurethanfasern, die nach dem oben genannten Verfahren hergestellt werden, beibehaltenbeibehalten werden.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Hiernach wird eine detaillierte Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser und der elastischen Polyurethanfaser, die durch das oben genannte Verfahren hergestellt wird, angegeben werden.
- Basierend auf der vorliegenden Erfindung wird ein Polystyrolpolymer oder ein Polystyrol-Copolymer- mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 50.000-500.000 mit Polyurethan mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 15.000-100.000 gemischt und dann versponnen.
- In der vorliegenden Erfindung sind die Wärmeaushärtungseigenschaften nicht verbessert, wenn ein zahlenmittleres Molekulargewicht des Polystyrolpolymers oder Polystyrol-Copolymers weniger als 50.000 ist. Wenn ein zahlenmittleres Molekulargewicht des Polystyrolpolymers oder Polystyrol-Copolymers mehr als 500.000 ist, ist die Spinnstabilität geringer und wesentliche Eigenschaften der elastischen Polyurethanfaser sind stark verringert. Das Polystyrolpolymer, das in der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, beinhaltet z.B. Polystyrol, p-Akylpolystyrol, wie z.B. p-Methylpolystyrol, p-Arylpolystyrol und dergleichen. Des weiteren beinhalten die Beispiele des Polystyrol-Copolymers Styrol-Acrylonitril-Copolymer (SAN), Styrol-Butadien-Copolymer (SBS), Styrol-Butadien-Block-Copolymer, Acrylonitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und dergleichen.
- Außerdem ist es bevorzugt, dass das Misch-Gewichtsverhältnis des Polystyrolpolymers oder Polystyrol-Copolymers zu Polyurethan von 1:99 bis 30:70 (w/w) liegt. Bevorzugter liegt das Mischverhältnis im Bereich von 1:99 zu 25:75 (w/w). Wenn das Polystyrolpolymer oder Copolymer in einer Menge, die kleiner als ein Gewichtsteil ist, verwendet wird, hat die fertige elastische Polyurethanfaser schlechte Wärmeaushärtungseigenschaften. Auf der anderen Seite ist die Spinnstabilität, wenn das Polystyrolpolymer oder Copolymer in einer Menge, die größer als 30 Gewichtsteile ist, verwendet wird, geringer, und die wesentlichen Eigenschaften der elastischen Polyurethanfaser sind stark herabgesetzt. In der vorliegenden Erfindung ist der Spinnprozess nicht besonders beschränkt , und es können ein Trocken-Spinnverfahren, ein Nass-Spinnverfahren oder ein Schmelz-Spinnverfahren zusätzlich zu einem chemischen Spinnverfahren verwendet werden.
- Die über das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte elastische Polyurethanfaser hat stark verbesserte Wärmeaushärtungseigenschaften, während die wesentlichen Eigenschaften des herkömmlichen Polyurethans, z.B. Elongation und 200% Modul, beibehalten erhalten werden.
- Während hier eine allgemeine Beschreibung angegeben werden soll, kann ein weiteres Verständnis unter Bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele, die hier zum Zweck der Erläuterung bereitgestellt werden und nicht einschränken sollen, sofern nicht anders angegeben, erhalten werden.
- Die Wärmeaushärtungseigenschaften und das Modul der elastischen Polyurethanfaser der vorliegenden Erfindung werden wie folgt gemessen.
- (1) Wärmeaushärtungseigenschaften
- Eine durch diese Erfindung hergestellte elastische Polyurethanfaser wird um 100% gestreckt, thermisch bei 160 °C für eine Minute in einem der Atmosphäre ausgesetzten Zustand behandelt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Im Anschluss wird die Länge der Faser (nach der thermischen Behandlung) gemessen und die Wärmeaushärtungseigenschaften werden gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
- (2) Modul
- Eine hergestellte Faser wird auf einer Länge von 5 cm abgeschnitten und um 200% bei einer Rate von 500 mm/min gestreckt. Dann wird das Modul der Faser unter den Bedingungen von 20°C und 65% relativer Luftfeuchtigkeit, unter Verwendung eines Instron 5565 von Instron Co. LTD, gemessen.
- BEISPIEL 1
- Polystyrol mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 100.000 wurde vollständig in einem Dimethylacetamid-Lösungsmittel (DMAC) aufgelöst, um eine Polystyrolpolymerlösung zu erhalten, die dann mit einer Polyurethanlösung mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 100.000 (Polyurethan:DMAC-Lösung), die gemäß eines herkömmlichen Verfahrens hergestellt wurde, gemischt wird, wobei sich somit eine Spinnlösung ergab. Als solches war ein Misch-Gewichtsverhältnis von Polystyrol zu Polyurethan 10:90 (w/w). Danach wurde die Spinnlösung in Luft oder Stickstoff unter Verwendung einer Spinndüse zum Trockenspinnen extrudiert, wobei die Spinnbedingungen, wie z.B. die Spinntemperatur und die Wickelraten, gemäß den herkömmlichen Herstellungsbedingungen von elastischen Polyurethanfasern waren.
- Die Wärmeaushärtungseigenschaften und wesentlichen Eigenschaften (Elongation und 200% Modul) der elastischen Polyurethanfaser von Beispiel 1 wurden mit denen einer herkömmlichen elastischen Polyurethanfaser (Creora, Hyosung Co. Ltd, Korea) verglichen. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 2 gezeigt.
- BEISPIELE 2 – 5
- Jede elastische Polyurethanfaser wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Art und ein zahlenmittleres Molekulargewicht eines Polystyrolpolymers oder Polystyrol-Copolymers und ein Mischgewichtsverhältnis (w/w) zwischen dem Polystyrolpolymer oder Copolymer und dem herkömmlich hergestellten Polyurethanpolymer wie in Tabelle 1 unten gezeigt, geändert wurden.
- Die Wärmeaushärtungseigenschaften und wesentlichen Eigenschaften (Elongation und 200% Modul) der elastischen Polyurethanfaser, die durch das entsprechende Beispiel hergestellt wurden, wurden mit denen einer herkömmlichen elastischen Polyurethanfaser (Creora, Hyosung Co. Ltd., Korea) verglichen. Die Ergebnisse werden unten in Tabelle 2 gezeigt.
- VERGLEICHSBEISPIELE 1 – 3
- Jede elastische Polyurethanfaser wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Art und ein zahlenmittleres Molekulargewicht eines Polystyrolpolymers oder Polystyrol-Copolymers und ein Mischgewichtsverhältnis (w/w) zwischen dem Polystyrolpolymer oder Copolymer und dem herkömmlich hergestellten Polyurethanpolymer wie in Tabelle 1 unten gezeigt, geändert wurden.
- Die Wärmeaushärtungseigenschaften und wesentlichen Eigenschaften (Elongation und 200% Modul) der elastischen Polyurethanfaser die durch die Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellt wurden, wurden mit denen einer herkömmlichen elastischen Polyurethanfaser (Creora, Hyosung Co. Ltd., Korea) verglichen. Die Ergebnisse werden unten in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 1TABELLE 2
- Aus Tabelle 2 kann gesehen werden, dass die elastische Polyurethanfaser dieser Erfindung hohe Wärmeaushärtungseigenschaften von 65% oder mehr und hervorragende 200% Modul und Elongation hat, mit einer Änderungsrate der wesentlichen Eigenschaften kleiner 15%, wie die Ergebnisse, verglichen mit der herkömmlichen elastischen Polyurethanfaser, zeigen.
- In den Fällen der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 ist die elastische Polyurethanfaser (Vergleichsbeispiel 1), die durch Polystyrol mit einem Molekulargewicht kleiner als das des Polystyrols, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hergestellt wird, nachteilig im Hinblick auf die geringeren Wärmeaushärtungseigenschaften und deutlich reduzierten wesentlichen Eigenschaften der herkömmlichen Polyurethanfasern. Die elastische Polyurethanfaser (vergleichendes Beispiel 2), die durch Zugabe von Polystyrol mit einem Molekulargewicht größer als das des Polystyrols, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hergestellt wird, und die elastische Polyurethanfaser (vergleichendes Beispiel 3), die durch Zugabe von Polystyrol mit einer Menge, die größer ist als das Polystyrol, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hergestellt wird, haben gute Wärmeaushärtungseigenschaften, sind aber drastisch in 200% Modul und Elongation herabgesetzt.
- Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser und die dadurch hergestellt elastische Polyurethanfaser bereit. Die elastische Polyurethanfaser der vorliegenden Erfindung hat exzellente Wärmeaushärtungseigenschaften bei einer sehr niedrigen Änderungsrate der wesentlichen Eigenschaften, wie die Ergebnisse, verglichen mit den herkömmlichen elastischen Polyurethanfasern, zeigen. Deshalb kann die elastische Polyurethanfaser dieser Erfindung direkt für die Herstellung von Endprodukten, die hohe Wärmeaushärtungseigenschaften benötigen, ohne Änderung der herkömmlichen Bedingungen des Verfahrens angewendet werden.
- Die vorliegende Erfindung ist auf eine veranschaulichende Art und Weise beschrieben worden und soll so verstanden werden, dass die verwendete Terminologie in dem Rahmen der Beschreibung liegen soll, weniger in einer Einschränkung. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Lichte der obigen Lehre möglich. Deshalb. sollte verständlich sein, dass innerhalb des Bereiches der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als im Speziellen beschrieben ausgeführt werden kann.
Claims (4)
- Ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Polyurethanfaser, das die Schritte umfasst: Mischen einer Komponente, die aus der Gruppe, die aus Polystyrolpolymeren oder Polystyrol-Copolymeren mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 50.000-500.000 besteht, ausgewählt wird, mit Polyurethan mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 15.000-100.000, um eine Polymermischung herzustellen; und Spinnen der Polymermischung.
- Das Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, wobei die Komponente, die aus der Gruppe, die aus Polystyrolpolymeren oder Polystyrol-Copolymeren besteht, ausgewählt wird, mit dem Polyurethan bei einem Mischgewichtsverhältnis, das von 1:99 bis 30:70 (w/w) reicht, im Mischungsschritt gemischt wird.
- Das Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, wobei die Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polystyrolpolymeren oder Polystyrol-Copolymeren besteht, Polystyrol, p-Alkylpolystyrol, p-Arylpolystyrol, Styrol-Acrylonitril-Copolymer (SAN), Styrol-Butadien-Copolymer (SBS), Styrol-Butadien-Block-Copolymer und Acrylonitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) umfasst.
- Eine elastische Polyurethanfaser, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Applications Claiming Priority (3)
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