JP5821097B2 - ポリウレタン弾性繊維およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1) ポリマージオールおよびジイソシアネートを出発物質とするポリウレタンを含むポリウレタン弾性繊維であって、ポリウレタンのウレタン基濃度がポリウレタン1kgに対して0.2mol/kg以上3.5mol/kg以下であり、繊維表面には下記一般式(1)に表されるビニルモノマーが重合されてなる被膜重合体を有し、かつ、該被膜重合体の厚みの平均が1ナノメートル以上5マイクロメートル以下であることを特徴とするポリウレタン弾性繊維。また、前記被膜重合体の厚みの平均は121ナノメートル以上2246ナノメートル以下であることが好ましい。
(2) 重量比換算から求めた前記ポリウレタン弾性繊維における前記被膜重合体の含有率が0.1%以上40%以下であることを特徴とする、前記(1)に記載のポリウレタン弾性繊維。
(3) 前記被膜重合体が、カルボキシル基、ホスホリルコリン基、およびベンゾトリアゾール構造の内の少なくとも1種を分子中に有することを特徴とする前記(1)または(2)に記載のポリウレタン弾性繊維。
(4) 前記ビニルモノマーが、(メタ)アクリル酸、または、下記一般式(2)もしくは(3)で表される化合物であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維。
(6) ポリマージオールおよびジイソシアネートを出発物質とするポリウレタンを含む紡糸原液を口金から紡出して、ポリウレタンのウレタン基濃度がポリウレタン1kgに対して0.2mol/kg以上3.5mol/kg以下である繊維を得た後、該繊維の表面に、下記一般式(1)に表されるビニルモノマーまたは前記ビニルモノマーからなるオリゴマーを重合または前記ビニルモノマーからなるポリマーを固着させ、厚みの平均が1ナノメートル以上5マイクロメートル以下である被膜重合体を形成することを特徴とするポリウレタン弾性繊維の製造方法。また、前記被膜重合体の厚みの平均は121ナノメートル以上2246ナノメートル以下であることが好ましい。
(7) 前記被膜重合体の形成時、前記ビニルモノマーもしくは前記ビニルモノマーからなるオリゴマーの濃度または前記ビニルモノマーからなるポリマーの濃度が0.1重量%以上40重量%以下である溶液に前記繊維を接触させて該ビニルモノマーもしくは該ビニルモノマーからなるオリゴマーを重合または該ビニルモノマーからなるポリマーを固着させることを特徴とする前記(6)に記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
(8) 前記ポリウレタン弾性繊維において重量比換算から求めた前記被膜重合体の含有率が0.1%以上40%以下となるように重合させることを特徴とする、前記(6)または(7)に記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
(9) 前記被膜重合体が、カルボキシル基、ホスホリルコリン基、ベンゾトリアゾール構造の内の少なくとも1種を分子中に有することを特徴とする前記(6)〜(8)のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
(10) 前記ビニルモノマーが、(メタ)アクリル酸、または、下記一般式(2)もしくは(3)で表される化合物であることを特徴とする前記(6)〜(9)のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
(12) 紡糸方法が乾式であることを特徴とする、前記(6)〜(11)のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
紡糸を連続して24時間行い、その時の糸切れ回数にて判定した。回数の少ない方が紡糸性に優れていることを示す。
ポリウレタン弾性繊維表面の被膜重合体の厚みを、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて100000倍の倍率で観察した。なお、繊維構造物の単糸をOsO4染色超薄切片法により観察し、膜厚を繊維表面に観察されるOsO4濃染の層の厚みとした。測定はn=4とし、それらn個のデータの平均値を得た。また、濃染層と淡染層の境界が見られず、均一な濃度の層であった場合は、膜厚「無」と判定した。
ポリウレタンにおけるウレタン基濃度は、下記式に基づいて求めた。なお、ポリウレタン弾性繊維に含有されるポリマージオールのモル数は、13C−NMR法によりポリマージオールのオキシメチレンピーク強度を求め、さらに既知のポリマージオール濃度含有ポリウレタン弾性繊維を用いた検量線により算出した。
ポリウレタン弾性繊維中に含まれる式(1)で表されるビニルモノマーからなる重合体の重量あたりの機能の発現度合いを示す指標として、加齢臭消臭性、防汚性、生体適合性、吸湿性、抗菌性、耐光性のそれぞれの機能発現率F1、F2、F3、F4、F5、F6を以下のように評価した。
加齢臭消臭試験は、消臭加工繊維製品認証基準(制定者は社団法人繊維評価技術協議会 製品認証部が制定日は平成14年9月1日)に準拠し、機器試験(検知管法またはGC法)により臭気成分の消臭性評価を行なった。
1.サンプルを所定のサイズに調製した。
2.容器にサンプル、臭気成分および希釈ガスを入れ、2時間後の残存ガス濃度(ppm)を成分対応検知管(ガステック社製)またはガスクロマトグラフィーで測定した。尚ガス充填量は3L、希釈ガスは乾燥空気または窒素ガスとした。
3.サンプルを用いずに同様の評価を行い、空試験とした。
4.全ての評価は表1に従い、さらに検知管法では数2、GC法では数3に従って、残存ガス濃度の減少率を算出した。
5.上記機器試験において、社団法人繊維評価技術協議会では、各臭気成分について減少率が70%以上の時消臭効果有りと認めるレベルである。また、臭気成分であるアンモニア、酢酸、イソ吉草酸、ノネナールに対する減少率が、それぞれ70%以上、80%以上、85%以上、75%以上である場合を加齢臭消臭性があると定義されている。そこで、実施例・比較例では、ポリウレタン弾性繊維中に含まれる式(1)で表されるビニルモノマーからなる重合体の重量あたりの機能の発現度合いを示す指標である、加齢臭消臭性に関する機能発現率F1(%)を、以下のとおりとして表記した。
[防汚性F2]
防汚性試験は、以下の通り行った。
1.10cm×10cmのサンプルを調製した。
2.そのサンプルを10cm×10cmのガラス板上に置き、B重油を試験片の中央部に0.05cc滴下し、その上に厚さ1mmの5cm×5cmのガラス板を置き、そのガラス板の上に200gの荷重を乗せて1分間放置した。
3.荷重とガラス板を取り除いて、サンプルを濾紙の上に移してティッシュペーパーをかぶせ、その上からローラー掛けして汚れを拭き取り、水平状態で24時間放置して自然乾燥させた。
4.汚染後のサンプルを、自動反転渦巻き電気洗濯機に、JIS K 337(1972年制定、1994改定)に規定される弱アルカリ性合成洗剤を0.1容量%の濃度になるように溶解した液25Lで、浴比1:50で40±2℃の温度で、強条件で5分間洗濯し、次いで排水し、水洗を5分行った。
5.洗濯後のサンプルを絞らずに取り出し、濾紙で軽く押さえて水を切り、水平状態で自然乾燥させた。
6.乾燥したサンプルの汚染性を、JIS L 0805(1965年制定、2005年改正)の汚染用グレースケールにより1級から5級で等級判定した。1級から5級になるに従って防汚性が良好であることを示す。
本発明における生体適合性とは、血液中で異物として認識されない、もしくはされにくい性質のことを指し、本性質が高いほど血液中で血栓を形成しにくいことを意味する。生体適合性の評価方法は以下の通りである。
1.ケタミン(ケタラール(登録商標)、三共株式会社)0.8mL/kgおよびキシラジン(セラクタール(登録商標)、バイエル株式会社)0.8mL/kgをそれぞれラットに筋肉内投与して麻酔し、背位に固定した後、右頸動脈および左頸静脈を剥離する。
2.長さ5cmのポリエチレンチューブ(PE240:内径1.67mm)内に長さ3cm、幅1.5mmにカットしたサンプルを挿入し、そのポリエチレンチューブの両端に長さ1cmのポリエチレンチューブ(PE160:内径1.14mm)を用いて、2本のポリエチレンチューブ(PE90:内径0.86mm、長さ13cm)を接続した。
3.接続されたポリエチレンチューブ内を生理食塩液で満たした後、ポリエチレンチューブ(PE90)の一方の端を左頸静脈内に挿入し、もう一方の端を右頸動脈内に挿入した。
4.20分間ポリエチレンチューブ内に血液を循環させた後、中央部のポリエチレンチューブ内のサンプルを取り出し、湿重量を測定した。
5.得られた湿重量から、あらかじめ測定しておいたサンプルの重量を引いた値を血栓湿重量とした。
6.式(1)で表されるビニルモノマーからなる重合体を含有しないポリウレタン弾性繊維(実施例1に記載のE1)から構成した布帛を用いた場合の血栓湿重量の値をY0、各実施例・比較例で最終的に得られたポリウレタン弾性繊維から構成した布帛を用いた場合の血栓湿重量の値をY1とした時、以下の式より血栓形成阻害率を求めた。血栓形成阻害率が高いほど、生体適合性が良好であることを示す。
吸湿性試験は以下の通りである。
1.サンプル1gを準備し、その絶乾時の重量(W0)を測定した。
2.上記サンプルを20℃・65%RHの状態に調湿された恒温恒湿器(タバイ製PR−2G)中に24時間放置し、平衡状態となった試料の重量(W20)を測定し、吸湿率を下記式により求めた。吸湿率が高いほど、吸湿性が良好であることを示す。また、該吸湿率を、吸湿性に関する機能発現率F4(%)として示した。
抗菌試験は社団法人繊維製品新機能評価評議会が指定した抗菌性試験手順(JIS L1902:2008、菌液吸収法)に準拠して実施した。抗菌性は下記式による静菌活性値で評価した。静菌活性値の高いものほど抗菌性に優れている。なお、試験菌として、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus:ATCC 6538P)を使用した。
A:未加工品の接種直後に回収した菌数の平均値
B:未加工品の18時間培養回収した菌数の平均値
C:加工品(抗菌処理をした試料)の18時間培養回収した菌数の平均値
一定重量に調製した洗濯10回実施後のサンプルを用い、測定はいずれもn=3で行い、それらn個の数値の平均を表記した。また、該静菌活性値を抗菌性に関する機能発現率F5とした。
耐光性はUV暴露処理による耐久性で評価した。方法は以下の通りである。
1.ポリウレタン弾性繊維を100%伸長状態で固定した。
2.スガ試験機(株)製カーボンアーク型フェードメーターを用い、63℃、60%RHの温湿度でUV暴露処理を実施した。
3.上記2.の暴露処理を合計2回実施した後、ポリウレタン弾性繊維をフリーで24時間、室温で放置し、下記[ポリウレタン弾性繊維の強度、伸度]の項に記載した方法で破断強度(Z1)を測定した。未処理糸の破断強度(Z0)に対する処理後の破断強度(Z1)の割合(保持率)を耐光性とした。これらは下記により定義される。
強度、伸度は、試料糸をインストロン4502型引張試験機にて、引張テストをすることにより測定した。測定回数はn=3で測定し、それらの平均値を採用した。これらは下記により定義される。
[実施例1]
分子量2900のPTMG、MDI、エチレンジアミンおよび末端封鎖剤としてジエチルアミンからなるポリウレタンウレア重合体(ウレタン基濃度=0.7mol/kg)のDMAc溶液(35重量%)を常法により調製し、ポリマー溶液A1とした。次に、酸化防止剤として、t−ブチルジエタノールアミンとメチレン−ビス−(4−シクロヘキシルイソシアネ−ト)の反応によって生成せしめたポリウレタン溶液(デュポン社製“メタクロール”(登録商標)2462)と、p−クレゾ−ルおよびジビニルベンゼンの縮合重合体(デュポン社製“メタクロール”(登録商標)2390)とを2対1(重量比)で混合し、酸化防止剤DMAc溶液(濃度35重量%)を調整し、これをその他添加剤溶液B1(35重量%)とした。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
[実施例10]
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
分子量1800のPTMG、MDI、エチレングリコールおよび末端封鎖剤としてブタノールからなるポリウレタンウレタン重合体(ウレタン基濃度=1.4mol/kg)のDMAc溶液(35重量%)を常法により調製し、ポリマー溶液A5とした。
実施例13に記載のE4と実施例4に記載のM4を用いてグラフト重合処理を80℃、2時間の条件で実施し、f2が0.30重量%であるポリウレタン弾性繊維G14を得た。さらにG14のみを用いて、320針の1口筒編み機にて編成し、120℃1分間のスチームセットを行い、直径約7cm、長さ50cmの筒編み地を得た。これを評価用の布帛とした。
実施例13に記載のE4と実施例7に記載のM7を用いてグラフト重合処理を80℃、2時間の条件で実施し、f3が16.80重量%であるポリウレタン弾性繊維G15を得た。さらにG15のみを用いて、320針の1口筒編み機にて編成し、120℃1分間のスチームセットを行い、直径約7cm、長さ50cmの筒編み地を得た。これを評価用の布帛とした。
実施例13に記載のE4と実施例10に記載のM10を用いてグラフト重合処理を80℃、2時間の条件で実施し、f4が8.00重量%であるポリウレタン弾性繊維G16を得た。さらにG16のみを用いて、320針の1口筒編み機にて編成し、120℃1分間のスチームセットを行い、直径約7cm、長さ50cmの筒編み地を得た。これを評価用の布帛とした。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
のみを用いて、320針の1口筒編み機にて編成し、120℃1分間のスチームセットを行い、直径約7cm、長さ50cmの筒編み地を得たのでこれを評価用の布帛とした。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例1に記載のポリウレタン弾性繊維E1を調製した。
実施例2に記載のM2を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf1であるポリメタクリル酸を得た。これを用い、f1が35重量%含有したDMAc分散溶液P1を調製した。
実施例5に記載のM5を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf2であるポリメタクリル酸2,2,2−トリフルオロエチルを得た。これを用い、f2が35重量%含有したDMAc分散溶液P2を調製した。
実施例8に記載のM8を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf3であるポリ(2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン)を得た。これを用い、f3が35重量%含有したDMAc分散溶液P3を調製した。
実施例11に記載のM11を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf4であるポリメタクリル酸2−ヒドロキシエチルを得た。これを用い、f4が35重量%含有したDMAc分散溶液P4を調製した。
特許文献3に記載のPBD(日本曹達株式会社製)、HPBD(日本曹達株式会社製)、MDIおよび1,4−ブタンジオールからなるポリウレタンウレタン重合体(ウレタン基濃度=0.7mol/kg)を得た。さらにこのポリウレタンウレタン重合体のジオキサン溶液(12重量%)を調製し、そこへ2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンのメタノール溶液(30重量%)をポリウレタンウレタン重合体:2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン=2.5:1(重量比)となるよう混合した。この混合溶液にAIBNを加えグラフト重合処理を80℃、2時間の条件で実施し、得られた重合体をメタノールとヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf3が16.80%であるグラフト化ポリウレタン重合体を得た。
分子量2900のPTMG、MDI、エチレンジアミンおよび末端封鎖剤としてジエチルアミンからなるポリウレタンウレア重合体(ウレタン基濃度=0.1mol/kg)のDMAc溶液(35重量%)を常法により調製し、ポリマー溶液A3とした。
分子量2900のPTMG、MDI、エチレンジアミンおよび末端封鎖剤としてジエチルアミンからなるポリウレタンウレア重合体(ウレタン基濃度=3.8mol/kg)のDMAc溶液(35重量%)を常法により調製し、ポリマー溶液A4とした。
実施例17に記載のM17を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf5からなる重合体成分を得た。これを用い、f5が35重量%含有したDMAc分散溶液P5を調製した。
実施例18に記載のM18を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf6からなる重合体成分を得た。これを用い、f6が35重量%含有したDMAc分散溶液P6を調製した。
実施例19に記載のM19を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf7からなる重合体成分を得た。これを用い、f7が35重量%含有したDMAc分散溶液P7を調製した。
実施例20に記載のM20を用いて溶液重合反応を常法により実施し、得られた重合体をヘキサンで抽出した後、乾燥させることによってf8からなる重合体成分を得た。これを用い、f8が35重量%含有したDMAc分散溶液P8を調製した。
Claims (12)
- 重量比換算から求めた前記ポリウレタン弾性繊維における前記被膜重合体の含有率が0.1%以上40%以下であることを特徴とする請求項1に記載のポリウレタン弾性繊維。
- 前記被膜重合体が、カルボキシル基、ホスホリルコリン基、およびベンゾトリアゾール構造の内の少なくとも1種を分子中に有することを特徴とする請求項1または2に記載のポリウレタン弾性繊維。
- 前記被膜重合体がグラフト重合により前記ポリウレタンに直接結合していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維。
- 前記被膜重合体の形成時、前記ビニルモノマーもしくは前記ビニルモノマーからなるオリゴマーの濃度または前記ビニルモノマーからなるポリマーの濃度が0.1重量%以上40重量%以下である溶液に前記繊維を接触させて該ビニルモノマーもしくは該ビニルモノマーからなるオリゴマーを重合または該ビニルモノマーからなるポリマーを固着させることを特徴とする請求項6に記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
- 前記ポリウレタン弾性繊維において重量比換算から求めた前記被膜重合体の含有率が0.1%以上40%以下となるように重合させることを特徴とする請求項6または7に記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
- 前記被膜重合体が、カルボキシル基、ホスホリルコリン基、およびベンゾトリアゾール構造の内の少なくとも1種を分子中に有することを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
- 前記被膜重合体をグラフト重合により前記ポリウレタンに直接結合させることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
- 紡糸方法が乾式であることを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載のポリウレタン弾性繊維の製造方法。
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