[发明专利]高生产率的斯潘德克斯弹性纤维生产方法和产品

说明书

本申请是申请号为200480012034.7(PCT/US2004/006838)、申请日为2004年3月5日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种可高度溶解的聚氨酯脲，其用下列物质制备：(a)至少一种聚合二醇；(b)一种二异氰酸酯混合物，其含有：(i)至少约78摩尔％的1-异氰酸根合-4-[(4-异氰酸酯苯基)甲基]苯(4，4′-MDI)；和(ii)至少约5摩尔％的1-异氰酸根合-2-[(4-异氰酸酯苯基)甲基]苯(2，4′-MDI)；(c)至少一种扩链剂；和(d)至少一种胺类链终止剂。能用含有所述聚氨酯脲的这些高含固量聚合物溶液显著增产斯潘德克斯弹性纤维，同时不用牺牲纤维的性能。本发明还涉及用所述聚氨酯脲的高含固量溶液生产斯潘德克斯弹性纤维的方法，并涉及由此形成的斯潘德克斯弹性纤维。

背景技术

斯潘德克斯弹性纤维是人造纤维的类属名，其成纤材料是含有至少85％链段聚氨酯的一种长链合成聚合物。为了方便起见，本申请中将以术语斯潘德克斯弹性纤维讨论本发明，但是应当将本发明理解成包括下述公开所有实施方案及其等价形式，该术语不用于限定本发明。

斯潘德克斯弹性纤维一般分两步制备。第一步使低分子量双官能聚合物例如聚合二醇与二异氰酸酯反应，形成异氰酸酯封端的预聚物(“封端二元醇”)与未反应二异氰酸酯的混合物。然后将封端的二元醇溶解在合适的溶剂中并与双官能扩链剂和单官能链终止剂的组合物反应，以便形成聚氨酯脲聚合物溶液。然后用常规的干纺或湿纺技术将获得的聚氨酯脲溶液制成商品斯潘德克斯弹性纤维。

按照这种方式制备聚合物，则斯潘德克斯弹性纤维含有自封端二醇上的异氰酸酯基与扩链剂反应产生的所谓“硬”链段。斯潘德克斯弹性纤维还含有主要来源于聚合二醇的“软”链段。据信斯潘德克斯弹性纤维的所需弹性体性能部分源于这种链段结构。

尽管如乙二胺的扩链剂的两个末端可与封端二醇的异氰酸酯基反应，但是某些情况下可能仅扩链剂的一端反应。产物是一种伯胺在一个末端的带扩链剂的聚合物。这些“扩链剂末端”(CE)的数量用末端含量表达，单位为每千克聚合物的毫当量，其能够通过测量聚合物中的伯胺含量确定。可用常规技术测定伯胺的含量。

能够用数种手段控制扩链剂的末端数，例如通过改变扩链剂对封端二醇的化学计量。替换地，可用链终止剂例如二乙胺(DEA)控制扩链剂的末端数。链终止剂按照和扩链剂同样的方式与封端二醇反应，但是没有第二个反应基团。生成物是带链终止剂末端而不是扩链剂末端的聚合物。

通过控制扩链剂和链终止剂相对封端二醇中异氰酸酯官能团的化学计量，有可能调节聚合物末端的总数，从而控制聚合物的分子量和特性粘度(IV)。已知控制聚氨酯脲分子量和IV的有效方法。例如参见美国专利3,577,044，该专利的公开内容经引用并入本发明作为参考。

本发明的一个方面是所希望的聚合物末端数与所希望的扩链剂末端数的比例的组合，而且可用本领域常规测量的聚合物性能描述。如前所述，聚合物末端的总数与IV成正比。聚合物末端数越大，分子量越低且IV越低。类似地，扩链剂末端数与聚合物中伯胺的数量有关。因此，用所希望的IV和伯胺量描述本发明方面分别等价于用所希望的聚合物末端数和扩链剂末端数描述那些方面。本读物涉及关于进一步细节的实施例。

能够通过纤维纺丝法例如干纺法用聚氨酯脲形成斯潘德克斯弹性纤维。在干纺法中，将含有聚合物和溶剂的聚合物溶液计量经过喷丝孔加入纺丝室(spin chamber)，形成一根丝或多根丝。使气体通过该室以便蒸发溶剂而使丝固化。然后可将复丝合并成斯潘德克斯弹性纱。

聚合物溶液所用的溶剂应当提供一种均质溶液，该溶液几乎不含或不含凝胶。特别适用于干纺法的溶剂包括N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亚砜(DMSO)。由于考虑到安全性和成本，优选DMAc，而且实际上在工业上几乎只使用它。