TW201510070A - 包括二醇摻合物之聚胺基甲酸酯脲纖維 - Google Patents

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Abstract

本發明包括一種聚胺基甲酸酯彈性纖維，其包括經摻合之二醇。諸如PTMEG之聚醚二醇經PPG部分置換。來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基與來自二胺增鏈劑之總一級胺(NH2)端基之比為約0.99至約1.01；且來自該PPG之非反應性端基與聚胺基甲酸酯脲中之二烷基脲端基之組合量為少於約50meq/kg。

Description

包括二醇摻合物之聚胺基甲酸酯脲纖維
本發明解決了在彈性人造纖維生產中使用具有高濃度非反應性端基(諸如不飽和或單醇端基)之PPG來取代一部分聚醚二醇(諸如PTMEG)的問題，由此允許降低製造之成份成本且為改良織品提供獨特紗線特性(低遲滯與高伸長率)。
過去已進行嘗試以將聚四亞甲基醚二醇(以下稱作「PTMEG」)與聚丙二醇(以下稱作「PPG」)之混合或摻合二醇用於彈性人造纖維。PTMEG為用於彈性人造纖維之典型二醇，但是考慮其在彈性人造纖維中之總含量，其具有高成份成本。由於聚合物中之大量非反應性端基，諸如不飽和或單醇端基，PPG通常不為所需的。為克服此問題，常常藉由諸如雙金屬氰化物錯合物催化劑之特定技術生產具有較低單醇濃度之PPG，但成本高於用習知鹼金屬氫氧化物催化劑製造之PPG。或者，使用具有高於2.0之官能度的低程度交聯劑抵消PPG中單醇濃度之負面影響以獲得就彈性人造纖維產品效能要求而言足夠高的聚合物分子量。使用該種交聯劑常常產生處理困難，諸如在形成纖維中形成聚合物凝膠。
美國專利第5,691,441號揭示由異氰酸酯封端預聚物製成之嵌段聚胺基甲酸酯/脲彈性人造纖維彈性體，該異氰酸酯封端預聚物衍生自聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)與超低不飽和度、高分子量之聚氧伸烷 基二醇之混合物。在該種狀況下，使用具有少於約10meq/kg之平均不飽和度的PPG。
美國專利第5,998,574號揭示應用於鑄造彈性體、彈性人造纖維及熱塑性聚胺基甲酸酯中的二醇摻合物組合物，其包括聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)與二官能活性氫化合物起始的聚氧伸烷基醚多元醇之摻合物，該等聚氧伸烷基醚多元醇具有40meq/kg或少於40meq/kg之低不飽和度。
美國專利6,255,431 B1揭示包含應用於鑄造彈性體、彈性人造纖維及熱塑性聚胺基甲酸酯中的二醇摻合物，其包含聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)與三官能活性氫化合物起始的聚氧伸烷基醚多元醇，該聚氧伸烷基醚多元醇具有不超過40meq/kg之不飽和度。
中國專利101575406B揭示使用PTMEG與PPG之二醇摻合物製備彈性人造纖維聚合物溶液之方法，其中PPG之不飽和度少於30meq/kg。
上文所論述之在製備彈性人造纖維聚合物中使用PTMEG與PPG之二醇摻合物的所有專利限於具有超低不飽和度(<10meq/kg)或低不飽和度(<40meq/kg)之PPG。製備具有低/超低不飽和度之PPG之成本高，所產生之纖維不具有商業競爭性。
一般而言，與PTMEG相比，PPG為低成本二醇。用PPG取代一部分較昂貴聚醚二醇(諸如PTMEG)不僅對於降低彈性人造纖維成份成本，而且對於改變彈性人造纖維紗線特性，諸如達成拉伸循環中之減少的遲滯及達成增加的紗線斷裂伸長率或較高牽伸能力而言為所需的。然而，在製造彈性人造纖維中使用習知PPG常常因PPG存在過量非反應性或不飽和端基或單醇而受阻，該等端基或單醇充當聚合物鏈終止劑且抑制高分子量聚合物之形成。需要此問題之解決方案，即不 需要使用具有典型地不超過40meq/kg之較低單醇濃度之PPG來獲得可接受的彈性人造纖維特性。
在一個態樣中，為由新穎聚胺基甲酸酯脲組合物製成之彈性體纖維，該新穎聚胺基甲酸酯脲組合物基於包括PPG與諸如PTMEG之不同聚醚二醇的聚醚二醇之組合，其中PPG具有高濃度之非反應性端基，換言之，非反應性或不飽和或單醇端基。二醇摻合物在預聚合階段與過量二異氰酸酯反應，在非質子極性溶劑中用二胺或二胺混合物增鏈且視情況以二烷基胺封端，隨後經由溶液紡絲方法(特定言之，乾式紡絲方法或濕式紡絲方法)紡絲成纖維。藉由使聚合物分子量最大化來克服高濃度不飽和或單醇端基之不足。
在一些態樣中，使用具有高濃度非反應性端基(諸如非反應性或不飽和或單醇端基)之PPG之問題藉由在彈性人造纖維生產中用另一種諸如PTMEG之聚醚二醇取代一部分二醇量來解決，其允許降低製造過程中之成份成本且為改良織品效能提供諸如低遲滯與高伸長率之獨特紗線特性。
在一些態樣中為包括聚胺基甲酸酯脲之物品，該聚胺基甲酸酯脲為以下各者之反應產物：
(a)包含以下各者之反應產物之預聚物
(i)包括PPG及另一諸如PTMEG之多元醇之多元醇；及(ii)二異氰酸酯；及
(b)二胺增鏈劑；及視情況存在之二烷基胺終止劑
其中來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基與來自二胺增鏈劑之總一級胺(NH2)端基之比為約0.99至約1.01；且來自PPG之非反應性端基與聚胺基甲酸酯脲中之二烷基脲端基之組合量為少於約50meq/kg。
在另一態樣中為包括至少一種彈性體纖維之物品，該彈性體纖維包括為以下各者之反應產物之聚胺基甲酸酯脲：
(a)包含以下各者之反應產物之封端二醇
(i)包括PPG及另一諸如PTMEG之多元醇之多元醇；及(ii)二異氰酸酯；及
(b)二胺增鏈劑；及視情況存在之二烷基胺終止劑
其中來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基與來自二胺增鏈劑之總一級胺(NH2)端基之比為約0.99至約1.01；且非反應性端基與二烷基脲端基之量為少於約50meq/kg。
另一態樣提供製造彈性人造纖維之方法，該方法包括：(a)提供包括PPG及另一諸如PTMEG之多元醇之多元醇；(b)提供二異氰酸酯；(c)使多元醇與二異氰酸酯接觸以形成封端二醇；(d)以將來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基與來自二胺增鏈劑之總一級胺(NH2)端基之比控制在約0.99至約1.01的量提供二胺增鏈劑；(e)視情況以控制聚合物分子量之量提供二烷基胺鏈終止劑，該控制係以該聚胺基甲酸酯脲中之非反應性端基與二烷基脲端基之組合量少於約50meq/kg之方式；(f)在溶劑中使封端二醇、增鏈劑及鏈終止劑組合物接觸以形成呈溶液之聚胺基甲酸酯脲；及(g)將呈溶液之聚胺基甲酸酯脲紡絲以形成彈性人造纖維。
視情況，在本發明中可用聚酯或聚碳酸酯二醇置換PTMEG以用於與PPG摻合。
定義
纖維在本文中定義為具有大於200之縱橫比(長度與直徑之比)的呈細線或長絲形式之成形物品。「纖維」可為單絲或複絲，且可與「紗線」互換使用。
彈性人造纖維滿足「一種製造纖維，其中形成纖維之物質為包含至少85%嵌段聚胺基甲酸酯之長鏈合成聚合物」之定義。此等為彈性體纖維。
本文中使用之二醇定義為在各鏈端處具有羥基之聚合二醇。此術語可與多元醇互換使用。
聚(四亞甲基醚)二醇(PTMEG)定義為用1,4-丁二醇或四氫呋喃(THF)作為主要單體成份(以莫耳百分比計至少50%)製造之二醇，包括含有四亞甲基醚重複單元之均聚物及共聚物。
聚(丙烯醚)二醇或聚丙二醇(PPG)定義為用1,2-環氧丙烷[CAS編號75-56-9]作為主要成份(以莫耳百分比計>50%)製造之二醇，包括含有丙烯醚重複單元之均聚物及共聚物。
預聚物或封端二醇之%NCO定義為在完成封端反應之後封端二醇預聚物中之-NCO基團的重量百分比，其可藉由滴定方法以實驗方式測定。
封端比率(CR)定義為預聚合中所用之二異氰酸酯與二醇的莫耳比。在於反應中使用多種二異氰酸酯及/或二醇之情況下，在計算封端比率中應使用平均分子量。假定二異氰酸酯與二醇均為雙官能的，封端比率與異氰酸酯(-NCO)基團之總數與羥基(-OH)基團之總數之比相同。
如本文中所使用，「溶劑」係指有機溶劑，諸如二甲基乙醯胺(DMAC)、二甲基甲醯胺(DMF)及N-甲基吡咯啶酮(NMP)，在其中彈性人造纖維聚合物可形成均質溶液。
添加劑在本文中定義為以較小量添加至纖維中以在纖維之製 造、儲存、處理及使用中改良外觀、效能及品質之物質。添加劑本身可能無法形成纖維。
在一些態樣中為基於嵌段聚胺基甲酸酯脲之彈性人造纖維，該等嵌段聚胺基甲酸酯脲包括用於紡織應用之混合聚醚二醇，該等應用包括針織品、編織品、非編織品及層壓物品。彈性人造纖維及含有該等彈性人造纖維之織品可包括至少一種聚丙烯醚二醇(PPG)與至少一種其他聚醚二醇(諸如聚四亞甲基醚二醇(PTMEG))之混合物的反應產物。在二醇摻合物中，可以任何適合之量使用諸如PTMEG之其他聚醚二醇之重量百分比，諸如按二醇摻合物之重量計大於約50%，且添加至摻合物中之PPG具有約40meq/kg至約90meq/kg之非反應性端基，諸如不飽和端基或單醇。
聚合材料之應力應變特性極大地受其分子量及分子量分佈影響。已知就熱塑性聚胺基甲酸酯彈性體而言，存在某一重量平均聚合物分子量((Mw)，所謂的「回折分子量」)，在其以下特性繼續改變且在其以上該趨勢隨著增加的聚合物分子量逐漸平穩。視特定聚胺基甲酸酯組合物及特定特性而定，此回折分子量按重量平均數計，通常在100,000g/mol至200,000g/mol範圍內。就彈性人造纖維聚合物而言，此現象亦存在，該等彈性人造纖維聚合物為包括聚胺基甲酸酯脲之嵌段聚胺基甲酸酯。一般而言，就彈性人造纖維而言，需要最小聚合物分子量以形成足夠的拉伸與回復特性，且較高分子量為較佳的以平衡抗張特性，諸如斷裂伸長率及抗拉強度。此外，出於制彈性人造纖維造之可處理性考慮，該聚合物分子量亦應控制在合理的範圍內，因為聚合物分子量可直接影響於溶液中之黏度。
聚合物之固有黏度為聚合物之分子量的指示。包括二醇摻合物之聚胺基甲酸酯脲可具有0.93dL/g至約1.02dL/g之固有黏度。
為了降低成份成本或為了改質特性，嵌段聚胺基甲酸酯脲可由 用於彈性人造纖維之混合或摻合二醇製造。一般而言，與PTMEG或其他聚醚二醇相比，PPG為低成本二醇。不僅為了降低彈性人造纖維成份成本，而且為了改質彈性人造纖維紗線特性，諸如為了減少的拉伸循環中之遲滯及為了增加的紗線斷裂伸長率或較高牽伸能力，用PPG取代一部分包括PTMEG之彈性人造纖維為所需的。
一些態樣包括嵌段聚胺基甲酸酯脲，其適用於使用包括聚醚二醇，諸如聚(四亞甲基醚)二醇(PTMEG)及聚(丙烯醚)二醇(PPG)之混合或摻合二醇製備彈性人造纖維以降低成份成本且增強產品效能。
適用於製造彈性人造纖維之PPG二醇具有相對較高濃度之非反應性端基，諸如不飽和或單醇端基，該等端基在約40meq/kg至約90meq/kg，諸如約45meq/kg至約90meq/kg或約50meq/kg至約90meq/kg或約50meq/kg至約70meq/kg或約45meq/kg至約70meq/kg範圍內。混合二醇中之PPG之重量百分比在約10%至約50%，諸如約20%至約40%或約30%至約50%範圍內。用該等混合二醇之彈性人造纖維與僅用PTMEG之彈性人造纖維相比具有較高的斷裂伸長率及較低的拉伸回復循環中之遲滯。PPG具有約1000至約5000，諸如約1000至約4000之數目平均分子量。當聚醚二醇為PTMEG時，其可具有約600至約2900之數目平均分子量。其他適合範圍包括約1600至約2200及約1800至約2000。摻合在一起之PTMEG及PPG可具有約1000至約4000，諸如約1800至約3600或1800至2500之數目平均分子量。
適合之聚醚二醇或聚醚多元醇可包括約600至約7,000之數目平均分子量，包括約1,000至約7,000及約2,000至約7,000。可包括兩種或兩種以上多元醇(除PPG之外)或共聚物之混合物。
可使用之聚醚多元醇之實例包括具有兩個或兩個以上羥基之彼等二醇，該等羥基來自氧化乙烯、氧化丙烯、環氧丙烷、四氫呋喃及3-甲基四氫呋喃之開環聚合及/或共聚合或來自多元醇，諸如各分子 中具有少於12個碳原子之二醇或二醇混合物，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-癸二醇及1,12-十二烷二醇之縮合聚合。直鏈、雙官能聚醚多元醇為較佳的，且分子量為約1,700至約2,900、官能度為2之聚(四亞甲基醚)二醇，諸如Terathane® 1800(INVISTA,Wichita,KS)為特定適合多元醇之一個實例。共聚物可包括聚(四亞甲基醚-共-伸乙基醚)二醇及聚(四亞甲基醚-共-2-甲基四亞甲基醚)二醇。
聚酯二醇之實例包括具有兩個羥基端基之彼等聚酯(諸如聚己內酯二醇)及藉由在各分子中具有不超過12個碳原子之低分子量的脂族二羧酸及二醇或其混合物之縮合聚合生產之彼等物。適合聚羧酸之實例為丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二羧酸及十二烷二羧酸。用於製備聚酯多元醇之適合多元醇之實例為乙二醇、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-癸二醇及1,12-十二烷二醇。具有在55℃以下之熔化溫度或軟化溫度之直鏈、雙官能聚酯多元醇為較佳的。聚碳酸酯二醇之實例包括具有兩個羥基端基之彼等聚碳酸酯，其藉由脂族二醇與光氣、二烷基碳酸酯或碳酸二芳酯之縮合聚合產生。用於製備聚碳酸酯二醇之適合二醇之實例為1,3-丙二醇、1,4-丁二醇1、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、1,12-十二烷二醇或其混合物及寡聚聚酯或聚醚二醇。具有在55℃以下之熔化溫度或軟化溫度之直鏈、雙官能聚碳酸酯多元醇為較佳的。
另一態樣為一種使用混合或摻合二醇生產包括聚胺基甲酸酯脲之彈性人造纖維之方法，該等混合或摻合二醇包括聚醚多元醇及具有 相對高濃度之非反應性端基或不飽和或單醇端基的PPG。混合二醇與過量二異氰酸酯反應以形成異氰酸酯封端預聚物，將預聚物用非質子極性溶劑稀釋且在溶劑中進一步與脂族二胺或二胺混合物增鏈劑及二烷基胺終止劑反應，且將所形成的聚胺基甲酸酯脲溶液隨後經由諸如乾式紡絲方法或濕式紡絲方法之溶液紡絲方法紡絲成纖維。在形成纖維之前及之後，以克服二醇中之高非反應性端基/單醇濃度之不足且平衡對製造可處理性及對產品效能之需求的方式控制彈性人造纖維聚合物之聚合物分子量。特定言之，藉由保持參與鏈增長及鏈終止反應之個別組分的相對比率控制聚合物分子量，以使得：(a)來自預聚物之異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之濃度比在0.99至1.01範圍內，諸如約1.00，及(b)來自終止劑之二烷基胺與來自PPG之單醇端基之總和少於約50毫當量/公斤(meq/kg)聚合物，包括約20meq/kg至40meq/kg聚合物。
換言之，聚胺基甲酸酯脲聚合物具有少於約50meq/kg(包括約10meq/kg至約45meq/kg或約20meq/kg至40meq/kg)之量的總非反應性端基。
另一態樣為織品。在此項技術中已知數種製備織品之方法。實例包括針織或編織或層壓。此等物品可包括約1重量%至約30重量%之本發明之彈性人造纖維。該等織品具有軟拉伸而無需犧牲回復力。
一些態樣之物品可為紗線、被覆紗線、編織品、非編織品、針織品或層壓物品。針織品可為經編針織品或圓形針織品。適合之層壓物品可包括一或多層織品、薄膜等，在其之間置放及黏附或接合彈性人造纖維。
用於彈性人造纖維之聚胺基甲酸酯脲可藉由兩步法製備。
在第一步中，藉由使兩種或兩種以上二醇之摻合物與二異氰酸酯反應形成異氰酸酯封端胺基甲酸酯預聚物或封端二醇。在二醇摻合物中，至少一種組分為聚醚多元醇，諸如聚(四亞甲基醚)二醇(PTMEG)或含有至少50莫耳百分比的四亞甲基醚重複單元之共聚醚二醇，且二醇摻合物中之至少另一種組份為包括共聚醚之聚(丙烯醚)二醇(PPG)，該等共聚醚具有至少50莫耳百分比之丙烯醚重複單元。PTMEG或其共聚醚二醇在摻合二醇中具有至少50重量%，且具有在1000至4000(包括1000至3000)範圍內之數目平均分子量。PPG或其共聚醚二醇具有至少10重量%之摻合二醇，且具有在1000至5000範圍內之數目平均分子量。此外，用於該種二醇摻合物之PPG二醇具有在PPG二醇之40毫當量/公斤至90毫當量/公斤，較佳40毫當量/公斤至70毫當量/公斤(meq/kg)範圍內之相對高濃度之不飽和或單醇端基。用於製造預聚物之封端比率，亦即二異氰酸酯與摻合二醇之莫耳比或異氰酸酯基團(-NCO)之總數與羥基(-OH)之總數之比係控制在約1.50至約2.50範圍內。視情況，在此預聚合步驟中，可使用催化劑以輔助反應。
在第二步中，將胺基甲酸酯預聚物或封端二醇溶解於諸如N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)之溶劑中以形成30%至50%固體含量之溶液。此經稀釋之封端二醇溶液隨後用低分子量之脂族一級二胺或二胺之混合物增鏈，且同時視情況以少量二烷基胺封端以形成聚胺基甲酸酯脲溶液。所使用之該或該等二胺增鏈劑之量應以如下方式控制，即使得來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比在0.99至1.01(諸如約1.00)範圍內。用如下方式控制終止劑量，即使得來自終止劑之二烷基胺與來自PPG之單醇端基之總和少於50毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體，較佳地在20meq/kg至40meq/kg聚合物固體之範圍內。
在增鏈步驟期間或之後，可將額外的溶劑添加至聚合物溶液中以調整溶液中之聚合物固體及溶液黏度。典型地，溶液中之固體含量係控制在溶液之30重量%至50重量%範圍內，且在增鏈步驟之後的溶液黏度係控制在2000泊至3500泊範圍內，該溶液黏度係在40℃下藉由落球方法量測。
可在形成聚胺基甲酸酯脲之後但在將溶液紡絲成纖維之前的任何階段將添加劑混合至聚合物溶液中。在紡絲之前聚合物溶液中之固體含量(包括添加劑)典型地控制在溶液之30.0重量%至50.0重量%範圍內。在紡絲之前保持在儲存槽中之溶液的黏度典型地藉由調整老化時間、攪動速度及貯槽溫度控制在3000泊至5000泊範圍內，以實現最優紡絲效能。
PTMEG及共聚醚二醇之實例包括(但不限於)來自INVISTA(Wichita,Kansas,U.S.A.)之Terathane®二醇、來自LyondellBasell(Houston,Texas,U.S.A.)之POLYMEG多元醇、來自BASF(Geismer,Louisiana,U.S.A.)之PolyTHF®二醇、來自Dairen Chemical Corp.(DCC)(Taipei,Taiwan)之PTG多元醇、來自Mitsubishi Chemical Corp.(MCC)(Tokyo,Japan)之PTMG二醇、來自Tianhua Fubang Chemical Industry Ltd.Co.(Luzhou,Sichuan,China)之PTMEG二醇及來自Hodogaya Chemical Co.(Tokyo,Japan)之PTG & PTG-L二醇。
PPG二醇及共聚醚二醇之實例包括(但不限於)來自BASF(Wyandotte,Michigan,U.S.A.)之Pluracol®聚醚多元醇、來自Bayer MaterialScience(Leverkusen,Germany)之Multranol®與Arcol®聚醚多元醇、來自Dow Chemical(Midland,Michigan,U.S.A.)之VORANOL聚醚多元醇、來自Lonza Group Ltd.(Basel,Switzerland)之Poly-L®聚醚多元醇及來自SINOPEC Gaoqiao Petrochemical Co.(Shanghai,China)之聚醚多元醇。
可使用之二異氰酸酯之實例包括(但不限於)4,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)(亦稱為4,4'二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI))、2,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)、4,4'-亞甲基雙(異氰酸環己酯)、1,4-二異氰酸二甲苯酯、2,6-二異氰酸甲苯酯、2,4-二異氰酸甲苯酯及其混合物。特定聚異氰酸酯組分之實例包括Takenate® 500(Mitsui Chemicals)、Mondur® MB(Bayer)、Lupranate® M(BASF)及lsonate®125 MDR(Dow Chemical)及其組合。
適合之二胺增鏈劑之實例包括一或多種選自以下之二胺：1,2-乙二胺、1,4-丁二胺、1,2-丁二胺、1,3-丁二胺、1,3-二胺-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-胺基-3,3,5-三甲基-5-胺甲基環己烷、2,4-二胺-1-甲基環己烷、N-甲胺基-雙(3-丙胺)、1,2-環己二胺、1,4-環己二胺、4,4'-亞甲基-雙(環己胺)、異佛爾酮二胺、2,2-二甲基-1,3-丙二胺、間四甲基二甲苯二胺、1,3-二胺-4-甲基環己烷、1,3-環己烷-二胺、1,1-亞甲基-雙(4,4'-二胺基己烷)、3-胺甲基-3,5,5-三甲基環己烷、1,3-戊二胺(1,3-二胺基戊烷)、間苯二甲二胺及Jeffamine®(Texaco)。
適合之單官能二烷基胺鏈終止劑之實例包括N,N-二乙胺、N-乙基-N-丙胺、N,N-二異丙胺、N-第三丁基-N-甲胺、N-第三丁基-N-苄胺、N,N-二環己胺、N-乙基-N-異丙胺、N-第三丁基-N-異丙胺、N-異丙基-N-環己胺、N-乙基-N-環己胺、N,N-二乙醇胺及2,2,6,6-四甲基哌啶。
可視情況包括之例示性及非限制性清單添加劑為抗氧化劑、UV穩定劑/篩選劑、著色劑、顏料、交聯劑、抗微生物劑、微囊封添加劑、阻燃劑、抗黏著添加劑(金屬硬脂酸鹽)、抗氯降解添加劑、染色性及/或助染色試劑、諸如二氧化鈦之消光劑、諸如水滑石、碳鈣鎂石與水碳鎂石之混合物之穩定劑及其組合。其他可包括在彈性人造纖 維組合物中之添加劑為諸如黏著促進劑、抗靜電劑、光學增亮劑、導電添加劑、發光添加劑、潤滑劑、有機與無機填充劑、防腐劑、調質劑、濕潤劑、穩定劑(受阻酚、氧化鋅、受阻胺)、助滑劑(聚矽氧油)及其組合。
如上所述製備之聚胺基甲酸酯脲聚合物溶液隨後經由如此項技術中已知之乾式紡絲方法紡絲成彈性人造纖維。
藉由以下實例更完全顯示本發明之特徵及優勢，以下實例出於說明之目的提供且不理解為以任何方式限制本發明。
測試方法
聚合物溶液之黏度係根據ASTM D1343-69之方法用DV-8型落球黏度計(Duratech Corp.,Waynesboro,VA)測定，在40℃下操作且按泊報導。
聚合物溶液中之固體含量藉由微波加熱濕氣/固體分析器，Smart System 5(CEM Corp.(Matthews,NC))量測。
封端二醇預聚物之異氰酸酯百分比(%NCO)係根據S.Siggia.「Quantitative Organic Analysis via Functional Group」第3版，Wiley & sons,New York第559-561頁(1963)之方法使用電位滴定來測定。
彈性人造纖維與薄膜之強度及彈性特性係根據ASTM D 2731-72之通用方法量測。每次量測使用三個長絲、2吋(5cm)標距及0-300%伸長循環。樣品在50公分/分鐘之恆定伸長速率下循環五次。負載力(TP2)(初始延長期間彈性人造纖維上之應力)在第一循環在200%延長下量測，且按給定丹尼爾(denier)之公克力報導。卸載力(TM2)為在200%之延長下第五次卸載循環之應力，且亦以公克力報導。斷裂伸長率(ELO)百分比及抗拉強度(TEN)在第六次延長循環量測。應力衰減(%SD)按在30秒延遲之後在300%下在第五次循環中應力降低之百分比量測。
%SD=(5LP-5UP)×100/5LP
其中以公克力計之5LP與5UP分別為在樣品之300%延長下之負載力與卸載力。
亦對已經受五次0-300%伸長/鬆弛循環之樣品量測永久變形百分比。隨後如下計算永久變形百分比，%SET：%SET=100×(Lf-Lo)/Lo
其中Lo與Lf分別為在五次伸長/鬆弛循環之前及之後當在無張力之情況下保持筆直時之長絲(紗線)長度。
實例
Terathane® 1800為具有1,800g/mol之數目平均分子量之直鏈聚(四亞甲基醚)二醇(PTMEG)(可購自Invista,S.à.r.L.,Wichita,KS)；Pluracol® 1062為具有一級羥基端基之直鏈聚丙烯多元醇，其包括以多元醇之總重量計18重量%之氧化乙烯封端，且具有4000g/mol之數目平均分子量，其可購自BASF Corporation,Wyandotte,Mich.。根據其規格，此二醇具有65毫當量/公斤之最大不飽和度，且用於本發明之彈性人造纖維之特定批次之不飽和度經供應商測定為59毫當量/公斤。
Isonate® 125MDR為含有98% 4,4'-MDI異構體及2% 2,4'-MDI異構體之二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)之純混合物(可購自Dow Company,Midland,Michigan)；Dytek® A為2-甲基-1,5-戊二胺(MPMD)(可購自Invista,S.à.r.L.,Wichita,KS)；Terathane® 2900為具有2,900g/mol之數目平均分子量之直鏈聚(四亞甲基醚)二醇(PTMEG)(可購自Invista,S.à.r.L.,Wichita,KS及Wilmington,DE)；Terathane® E 2049為四氫呋喃與氧化乙烯之直鏈共聚醚二醇，其 具有2,000g/mol之數目平均分子量及約49莫耳百分比之伸乙基醚重複單元，其來自Invista,S.à.r.L.,Wichita,KS及Wilmington,DE；Terathane® E 2549為四氫呋喃與氧化乙烯之直鏈共聚醚二醇，其具有2,500g/mol之數目平均分子量及約49莫耳百分比之伸乙基醚重複單元，其來自Invista,S.à.r.L.,Wichita,KS及Wilmington,DE；Terathane® E 2538為四氫呋喃與氧化乙烯之直鏈共聚醚二醇，其具有2,500g/mol之數目平均分子量及約38莫耳百分比之伸乙基醚重複單元，其來自Invista,S.à.r.L.,Wichita,KS及Wilmington,DE；PTG-L2200為四氫呋喃與3-甲基-四氫呋喃之直鏈共聚醚二醇，其具有2,200g/mol之數目平均分子量及約8莫耳百分比之2-甲基-四亞甲基醚重複單元，其來自Hodogaya Chemical.,Ltd.,Tokyo,Japan；PTG-L3500為四氫呋喃與3-甲基-四氫呋喃之直鏈共聚醚二醇，其具有3,500g/mol之數目平均分子量及約13莫耳百分比之2-甲基-四亞甲基醚重複單元，其來自Hodogaya Chemical Co.,Ltd.,Tokyo,Japan；Desmophen® C 2200為具有2,000g/mol之數目平均分子量之直鏈脂族聚碳酸酯二醇(CAS編號101325-00-2)，其可購自Bayer MaterialScience,Pittsburgh,PA；聚己內酯-嵌段-聚四氫呋喃-嵌段-聚己內酯二醇為具有約2000g/mol之數目平均分子量之三嵌段共聚物，其來自Sigma-Aldrich Co.,St.Louis,MO；VORANOLTM 222-056多元醇為基於氧化丙烯之直鏈聚醚二醇，其中氧化乙烯在末端處封端，且該VORANOLTM 222-056多元醇具有2,000g/mol之數目平均分子量，其可購自Dow Company,Midland,Michigan。用於本發明之彈性人造纖維之特定批次之不飽和度經供應商提供為50毫當量/公斤； EDA代表乙二胺；DETA代表二伸乙基三胺；DEA代表作為鏈終止劑之N,N-二乙胺
纖維實例1(比較例)
將100.00重量份之Terathane® 1800二醇與23.47份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.69之情況下混合並反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團之百分比(-NCO)為預聚物之2.60%。此預聚物隨後溶解於165.52份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與胺於DMAc溶液中之混合物反應以形成具有約34.8%聚合物固體及2600泊之黏度(在40℃下量測)之均質聚胺基甲酸酯脲溶液，該DMAc溶液含有1.94份EDA、0.42份Dytek*A、0.03份DETA、0.42份DEA及71.05份DMAc。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.05，且來自二乙胺終止劑之端基濃度為約45meq/kg聚合物固體。
此聚合物溶液與添加劑之漿料混合，該等添加劑包括基於固體重量計4.0%抗漂白劑、0.17%消光劑、1.35%抗氧化劑、0.5%助染色劑、0.3%紡絲助劑及0.4%抗黏著添加劑。在930公尺/分鐘之捲繞速度下將此混合物紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之4個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表1中。
纖維實例2：
將44.49重量份Terathane® 1800二醇與22.25重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與13.26份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.75之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.38%。隨後將此預聚物溶解於99.60份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器 使此經稀釋之預聚物溶液與11.41份二胺增長劑於DMAc溶液(含有1.22份EDA、0.26份Dytek®A、0.01份DETA及9.92份DMAc)中之混合物及8.00份DMAc溶液(含有0.07份DEA與7.93份DMAc)中之DEA以及額外34.01份DMAc反應以形成均質聚胺基甲酸酯脲溶液，該聚胺基甲酸酯脲溶液在40℃下量測具有約35.0%聚合物固體及2600泊之黏度。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自二乙胺終止劑之端基濃度為約12毫當量/公斤聚合物固體及來自PPG之單醇端基為約16毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
此聚合物溶液與添加劑之漿料混合，該等添加劑包括以固體重量計4.0%抗漂白劑、0.17%消光劑、1.35%抗氧化劑、0.5%助染色劑、0.3%紡絲助劑及0.4%抗黏著添加劑。在930公尺/分鐘之捲繞速度下將此混合溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之4個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表1中。
纖維實例3(比較例)
將200.00重量份Terathane® 1800二醇與100.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與59.84份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.75之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.40%。此預聚物隨後溶解於578.22份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與201.86份二胺增長劑於DMAc溶液(含有5.46份EDA、1.17份Dytek®A及195.23份DMAc)中之混合物及8.00份DMAc溶液(含有0.70份DEA及7.30份DMAc)中之DEA反應以形成均質聚胺基甲酸酯脲溶液，該聚胺基甲酸酯脲溶液在40℃下量測具有約32.0%聚合物固體及3011泊之黏度。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總 一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.02，且來自二乙胺終止劑之端基濃度為約20毫當量/公斤聚合物固體及來自PPG之單醇端基為約18毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
由於紡絲室中之頻繁斷裂，此聚合物溶液不能夠紡絲成具有4個長絲之40丹尼爾纖維。
纖維實例4：(比較例)
將200.00重量份Terathane® 2000二醇與100.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與56.78份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.82之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.46%。此預聚物隨後溶解於575.30份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與203.78份二胺增長劑於DMAc溶液(含有5.51份EDA、1.18份Dytek®A及197.08份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。溶液黏度太高以致不能在40℃下藉由落球方法量測。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基之比為約1.03，且端基濃度僅為在約18毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體下來自PPG之單醇端基。
由於紡絲室中之頻繁斷裂，此聚合物溶液不能夠紡絲成具有4個長絲之40丹尼爾纖維。
纖維實例5：
將200.00重量份Terathane® 2000二醇與100.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與56.74份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.75之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.45%。此預聚物隨後溶解於513.65份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器 使此經稀釋之預聚物溶液與203.78份二胺增長劑於DMAc溶液(含有5.51份EDA、1.18份Dytek®A及197.08份DMAc)中之混合物及1.82份DMAc溶液(含有0.16份DEA與1.66份DMAc)中之DEA反應以形成均質聚胺基甲酸酯脲溶液，該聚胺基甲酸酯脲溶液在40℃下藉由落球方法量測具有32.0%聚合物固體及2541泊之黏度。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.02，且來自二乙胺終止劑之端基濃度為約6毫當量/公斤聚合物固體及來自PPG之單醇端基為約18毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在930公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之4個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表1中。
纖維實例6：
將200.00重量份Terathane® 1800二醇與100.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與62.17份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.82之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.60%。此預聚物隨後溶解於566.84份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與224.08份二胺增長劑於DMAc溶液(含有6.06份EDA、1.30份Dytek®A及216.72份DMAc)中之混合物及1.86份DMAc溶液(含有0.16份DEA與1.70份DMAc)中之DEA反應以形成均質聚胺基甲酸酯脲溶液，該聚胺基甲酸酯脲溶液在40℃下藉由落球方法量測具有約32.0%聚合物固體及4795泊之黏度。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自二乙胺終止劑之端基濃度為約6毫當量/公斤聚合物固體及來自PPG之單醇 端基為約18毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在930公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之4個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表1中。
以上纖維實例2、5及6說明可用PTMEG二醇與具有高濃度不飽和端基或單醇含量之PPG二醇之二醇摻合物製造彈性人造纖維。與僅用PTMEG製造之彈性人造纖維相比，此等彈性人造纖維提供獨特特性，諸如較低負載力、高卸載力及高斷裂伸長率。然而，為了獲得必需的聚合物結構及分子量以生產該等彈性人造纖維，如本發明所描述及例示，在用摻合PTMEG與PPG製造彈性人造纖維聚合物中必須嚴格地控制組分之相對比率。
纖維實例7：
將200.00重量份PTG-L2200二醇(Hodogaya Chemical Co.,Ltd.)與100.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與51.05份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.70之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.06%。此預聚物隨後溶解於595.23份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與168.01份二胺增長劑於DMAc溶液(含有4.54份EDA、0.98份Dytek®A及162.49份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量 計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自PPG之單醇端基為約16.5毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例8：
將134.00重量份Terathane® 2900二醇與66.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與28.25份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.80之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之1.84%。隨後將此預聚物溶解於395.00份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與100.33份二胺增長劑於DMAc溶液(含有2.71份EDA、0.58份Dytek®A及97.03份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自PPG之單醇端基為約16.8毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例9：
將150.00重量份PTG-L3500二醇(Hodogaya Chemical Co.,Ltd.)與50.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與23.55份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.70之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚 物之1.50%。隨後將此預聚物溶解於404.47份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與77.50份二胺增長劑於DMAc溶液(含有2.10份EDA、0.45份Dytek®A及74.95份DMAc)中之混合物及1.13份DMAc溶液(含有0.10份DEA與1.03份DMAc)中之DEA反應，以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自二乙胺終止劑之端基濃度為約6毫當量/公斤聚合物固體及來自PPG之單醇端基為約13毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例10：
將150.00重量份Desmophen® C 2200二醇(Bayer MaterialScience LLC)與50.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與40.46份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.80之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.50%。此預聚物隨後溶解於382.60份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與143.06份二胺增長劑於DMAc溶液(含有3.87份EDA、0.83份Dytek®A及138.36份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自PPG之單醇端基為約12毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例11：
將225.00重量份Terathane® E 2049二醇(Invista)與75.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與61.87份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為2.00之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.49%。此預聚物隨後溶解於547.14份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與247.22份二胺增長劑於DMAc溶液(含有6.69份EDA、1.44份Dytek®A及239.10份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自PPG之單醇端基為約12毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例12：
將225.00重量份Terathane® E 2538二醇與75.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與52.97份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.95之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.45%。此預聚物隨後溶解於565.39份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與205.80份二胺增長劑於DMAc溶液(含有 5.57份EDA、1.20份Dytek®A及199.04份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自PPG之單醇端基為約12毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例13：
將225.00重量份Terathane® E 2549二醇(Invista)與75.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與51.71份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.90之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.26%。此預聚物隨後溶解於571.73份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與195.76份二胺增長劑於DMAc溶液(含有5.29份EDA、1.14份Dytek®A及189.33份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自PPG之單醇端基為約12毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例14：
將200.00重量份Terathane® 1800二醇(Invista)與100.00重量份 VoranolTM 222-056多元醇摻合，且使此摻合二醇與68.57份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.70之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.55%。此預聚物隨後溶解於580.73份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與225.65份二胺增長劑於DMAc溶液(含有6.10份EDA、1.31份Dytek®A及218.24份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自PPG之單醇端基為約13毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例15：
將150.00重量份平均Mn為約2000之聚己內酯-嵌段-聚四氫呋喃-嵌段-聚己內酯二醇(Sigma-Aldrich)與50.00重量份Pluracol® 1062多元醇摻合，且使此摻合二醇與41.25份Isonate® 125MDR MDI在封端比率(NCO/OH)為1.85之情況下反應，以形成異氰酸酯封端預聚物，其中異氰酸酯基團(-NCO)之百分比為預聚物之2.62%。此預聚物隨後溶解於376.73份N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)中。使用高速分散器使此經稀釋之預聚物溶液與151.48份二胺增長劑於DMAc溶液(含有4.10份EDA、0.88份Dytek®A及146.50份DMAc)中之混合物反應以形成具有約32.0%聚合物固體之均質聚胺基甲酸酯脲溶液。在此聚合物中，來自預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基(以毫當量計)與來自增鏈劑或增鏈劑混合物之總一級胺(NH2)端基(以毫當量計)之比為約1.00，且來自 PPG之單醇端基為約12毫當量/公斤(meq/kg)聚合物固體。
在850公尺/分鐘之捲繞速度下將此聚合物溶液紡絲成40丹尼爾彈性人造纖維紗線，其具有纏繞在一起之3個長絲。此測試物件之初紡紗線特性經量測且列於表2中。
纖維實例2之纖維的織品實例：
以下實例展現本發明及其用於製造多種重量織品之能力。因此，認為實例在本質上為說明性且非限制性的。來自實例1至實例9之織品為編織品。來自實例10至實例20之織品為圓形針織品。在各實例中，D48彈性纖維係指實例2之纖維。
對於以下編織品中之每一者，將100%棉短纖維紡絲紗線用作經紗。其包括兩種紗線：具有不規則排列圖案之7.0Ne OE紗線及8.5Ne OE紗線。在整經之前，以繩形式使紗線染成靛藍色。隨後，其經尺寸化且用於製造編織經軸。
將D48彈性纖維/棉纖芯紡絲紗線(CSY)及D48彈性纖維/聚酯變形噴氣被覆紗線(AJY)用作緯紗。表3列舉用於製造各實例之纖芯紡絲紗線及空氣被覆紗線之材料及處理條件。彈性紗線可購自Invista,s.á.r.L.,Wichita,KS。舉例而言，在以彈性纖維為表頭之行中40d意謂40丹尼爾；且3.3×意謂藉由纖芯紡絲機施加的彈性之牽伸比(機械牽伸比)。在以『硬紗』為表頭之行中，16's為藉由英國棉支系統(English Cotton Count System)量測之紡絲紗線之線性密度。表3中之其餘項目經明確標記。
隨後使用表3中各實例之纖芯紡絲紗線及空氣被覆紗線製造拉伸編織品。將纖芯紡絲紗線及空氣被覆紗線用作緯紗。表4概述用於織品中之紗線、織品之編織圖案及品質特徵。以下給出實例中之每一者之一些額外註解。除非另外說明，否則在Donier噴氣織機上編織織品。織機速度為500緯/分鐘。在織機中及在原胚狀態下之織品寬度分別為約76吋及約72吋。
實例中之各原胚織品藉由：精練、退漿、鬆弛及添加軟化劑完成。
「表3緯紗規格」、「表4織品實例清單」及「表5 CK織品實例清單」係指如下所述之織品實例。
在表4中，AJY為空氣被覆紗線且CSY為具有彈性人造纖維纖芯之纖芯紡絲紗線。
織品實例1C：具有標準彈性AJY之拉伸粗斜紋布
此為比較實例，並非根據本發明。經紗為7.0Ne支數與8.4Ne支數混合開端式紗線。在整經之前將經紗染成靛藍色。緯紗為具有40D T162B Lycra®彈性人造纖維之300d/192長絲聚酯空氣被覆紗線。在被覆處理期間將Lycra®纖維牽伸3.3×。表4列舉織品特性。此織品具有重量(10.1OZ/Y2)、拉伸(32.4%)、增長(4.1%)且織品回復率為84.18%。
織品實例2：含有40D D48彈性AJY之拉伸粗斜紋布
此樣品具有與實例1相同之織品結構。區別為在緯向上之空氣被覆紗線，其含有40D D48 LYCRA®纖維。此織品使用與實例1相同之經紗及結構。此外，編織與精整處理與實例1相同。表4概述測試結果。吾人可見與實例1中之織品相比，此樣品具有低織品增長(3.3%)及高織品回復率(86.30%)。
織品實例3：含有70D D48彈性AJY之拉伸粗斜紋布
此樣品具有與實例1及實例2相同之織品結構。區別為在緯向上之空氣被覆紗線，其含有70D D48 LYCRA®纖維。表4概述測試結果。因為使用較高丹尼爾D48，與實例1及2中之織品相比，此樣品具有高拉伸(39.3%)、低織品增長(3.1%)及高織品回復率(90.14%)。
織品實例4：伴以熱定形的含有40D D48彈性AJY之拉伸粗斜紋布
此樣品具有與實例2相同之織品結構與處理。區別為此織品在380℉下熱定形45秒。列於表4中之織品效能顯示D48彈性纖維可承受 熱定形處理。在熱定形之後，織品具有低收縮率及較好的尺寸穩定性。織品緯紗收縮率從實例2中之未熱定形織品之-5.85%降至此實例中之熱定形織品之-2.73%。
織品實例5C：具有標準彈性CSY之拉伸粗斜紋布
此為比較實例，並非根據本發明。經紗為7.0Ne支數與8.4Ne支數混合開端式紗線。在整經之前使經紗染成靛藍色。緯紗為具有70D T162B Lycra®彈性人造纖維之16Ne纖芯紡絲紗線。在被覆處理期間Lycra®纖維牽伸3.8×。表4列舉織品特性。此織品具有重量(11.60g/m2)、拉伸(44.4%)、增長(5.6%)及織品回復率(84.23%)。
織品實例6：含有70D D48 CSY之拉伸粗斜紋布
此樣品具有與實例5C相同之織品結構。區別為緯向上之纖芯紡絲紗線，其含有70D D48 LYCRA®纖維。此織品使用與實例5C相同之經紗及結構。此外，編織及精整處理與實例5C相同。表4概述測試結果。吾人可見此樣品具有與樣品5C類似的效能：織品拉伸(43%)、織品增長(5.7%)及織品回復率(83.4%)。
織品實例7：含有70D D48彈性CSY之拉伸粗斜紋布
此樣品具有與實例5C及實例6相同的織品結構。區別為纖芯紡絲紗線中之彈性纖維的牽伸比。相對於以上兩個實例中之3.8×，在此實例中70D D48 LYCRA®纖維之牽伸比為4.6×。表4概述織品結果。此樣品具有與實例5中之織品類似的織品拉伸(45.4%)、織品增長(5.6%)及織品回復率(84.59%)。此表明在紗線被覆處理期間，D48纖維可比習知彈性人造纖維拉伸更多。高牽伸比為紡織廠提供使用較低含量彈性人造纖維及降低原料成本之能力。
織品實例8：含有40D D48彈性CSY之拉伸粗斜紋布
此樣品具有與實例6相同的織品結構及處理。區別為緯向上之纖芯紡絲紗線，其含有40D D48 LYCRA®纖維。列於表4中之織品效能 顯示40D D48彈性纖維可用於製造具有可接受效能之良好織品。
織品實例9：伴以熱定形的含有70D D48彈性CSY之拉伸粗斜紋布
此樣品具有與實例6相同的織品結構及處理。區別為此織品在380。F下熱定形45秒。列於表4中之織品效能顯示D48彈性纖維可承受熱定形處理。在熱定形之後，織品具有低收縮率及較好的尺寸穩定性。織品緯紗收縮率從實例6中之未熱定形織品之-9.75%減至在此實例中之熱定形織品之-3.65%。
表5列舉圓形織品實例。來自實例10至實例15之織品為低含量彈性人造纖維棉CK織品。來自實例16至實例20之織品為具有耐綸及聚酯長絲之高彈性人造纖維含量CK織品。所有織品為用28標準尺寸機器製造之單面平針織物結構。
織品實例10C：棉拉伸CK
此為比較實例，並非根據本發明。硬紗為32Ne支棉環形紡絲紗線。彈性纖維為40D T162B Lycra®彈性人造纖維。在於28標準尺寸機器進行針織期間將Lycra®纖維在3.5×下牽伸。在織品染色及精整之後，在380℉下進行熱定形45秒。表5列舉織品特性。此織品具有重量(314g/m2)、拉伸(129.8%×124.6%)及收縮率(-4.25%×-0.71%)。
織品實例11：具有D48纖維之棉拉伸CK
此樣品具有與實例10C相同的織品結構。區別為彈性纖維：使用在95o公尺/分鐘下紡絲之40D D48 LYCRA®纖維。表5概述織品結果。吾人可見此樣品具有輕織品重量(282g/m2)、類似拉伸程度(128.4%×129.4%)及比實例10C中之織品低的收縮率(-3.65×-0.36%)。D48纖維可用於製造具有較輕重量、軟拉伸及較低收縮率之良好CK織品。
織品實例12：具有在高速下紡絲之D48纖維之棉拉伸CK
彈性纖維為在比實例11中之纖維高10%的速度下紡絲之40D/4f D48。纖維紡絲速度為1140公尺/分鐘。列於表5中之織品結果表明此高速D48具有高彈力、更高拉伸程度及更高收縮率，該高彈力導致略微較重重量。織品效能為可接受的。
織品實例13C：棉拉伸CK(預熱定形)
此為比較實例，並非根據本發明。硬紗為32Ne支棉環形紡絲紗線。彈性纖維為40D T162B Lycra®彈性人造纖維。在於28標準尺寸機器進行針織期間將Lycra®纖維在3.5×下牽伸。在原胚階段中預熱定形之後，織品經染色及精整。在380℉下進行預熱定形30秒。表5列舉織品特性。此織品具有重量(189g/m2)、拉伸(75.7%×113.6%)及收縮率(-5.2%×0.0%)。
織品實例14：具有D48纖維之棉拉伸CK(預熱定形)
此樣品具有與實例13C相同的織品結構。區別為彈性纖維：在950公尺/分鐘下紡絲之40D D48 LYCRA®纖維。從表5中，吾人可見此樣品具有與實例13C中之織品類似的織品重量(194g/m2)、類似的拉伸程度(76.3%×113.9%)及較低收縮率(-3.64%×-1.43%)。此結果確認D48纖維可用於預熱定形拉伸CK織品中。
織品實例15：具有在高速下紡絲之D48纖維之棉拉伸CK(預熱定形)
彈性纖維為在比實例14中之纖維高10%的速度下紡絲之40D/4f D48。纖維紡絲速度為1140公尺/分鐘。列於表5中之織品結果表明此高速D48纖維可用於預熱定形CK織品中。織品效能為可接受的。
織品實例16：具有70D D48纖維之高含量拉伸CK
硬紗為150D/200f T935 COOLMAX®聚酯長絲。彈性纖維為70D/5f D48 Lycra®彈性人造纖維。在於28標準尺寸機器進行針織期間將Lycra®纖維在2.8×下牽伸。織品內之LYCRA®纖維含量為13.9重量%。在190℃下預熱定形40秒之後，織品經染色及精整。表5列舉織品特性。此織品具有重量(232g/m2)、拉伸(85%×123%)及收縮率(-0.3%×-0.3%)。
織品實例17：具有70D D48纖維之高含量拉伸CK
硬紗為71D/68f Tactel®耐綸長絲。彈性纖維為70D/5f D48 Lycra® 彈性人造纖維。在於28標準尺寸機器進行針織期間將Lycra®纖維在2.8×下牽伸。織品內之LYCRA®纖維含量為25.9重量%。在190℃下預熱定形40秒之後，織品經染色及精整。表5列舉織品特性。此織品具有重量(354g/m2)、拉伸(209%×183%)及收縮率(-1.3%×-0.2%)。織品具有柔軟手感及高回復力。
織品實例18：具有40D D48纖維之高含量拉伸CK
將70D/72f 564DT聚酯長絲用作硬紗。將40D/4f D48 Lycra®彈性人造纖維用作彈性紗線。在於28標準尺寸機器進行針織期間將Lycra®纖維在2.8×下牽伸。織品內之LYCRA®纖維含量為17.3重量%。在190℃下預熱定形40秒之後，織品經染色及精整。列於表5中之織品特性顯示40D D48纖維能夠為基於聚酯之CK織品提供良好拉伸及回復率。
織品實例19：具有40D D48纖維之高含量拉伸CK
此織品與實例18之區別為硬紗。使用80D/68f Supplex®耐綸長絲。彈性纖維為40D/4f D48 Lycra®彈性人造纖維。在針織期間將Lycra®纖維在2.8×下牽伸。在190℃下預熱定形40秒之後，織品經染色及精整。織品內之LYCRA®纖維含量為16.1重量%。表5列舉織品特性為：重量(207g/m2)、拉伸(192%×189%)及收縮率(至1.4%×-0.7%)。織品亦具有柔軟手感及高回復力。
織品實例20：具有140D D48纖維之高含量拉伸CK
硬紗為162D/136f耐綸長絲。彈性纖維為140D/10f D48 Lycra®彈性人造纖維。在於28標準尺寸機器進行針織期間將Lycra®纖維在2.0×下牽伸。織品內之LYCRA®纖維含量為29重量%。在190℃下預熱定形40秒之後，織品經染色及精整。此織品具有重量(309g/m2)、拉伸(99%×163%)及收縮率(-0.6%×-0.9%)。在30%延長下之織品回復力為550×444公克，其幾乎比標準棉拉伸CK織品大3倍。此織品為製造高能成形服裝之理想材料。
雖然已描述目前咸信為本發明之較佳實施例，但熟習此項技術者應認識到可在不背離本發明之精神的情況下對其進行變化及修改，且意欲將所有該等變化與修改包括為在本發明之真正範疇內。

Claims (20)

  1. 一種包含聚胺基甲酸酯脲之物品，該聚胺基甲酸酯脲為以下各者之反應產物：(a)包含以下各者之反應產物之預聚物(i)包括PPG及至少一種其他多元醇之多元醇；及(ii)二異氰酸酯；及(b)二胺增鏈劑及視情況存在之二烷基胺鏈終止劑；其中來自該預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基與來自該二胺增鏈劑之總一級胺(NH2)端基之比為約0.99至約1.01；且來自該PPG之非反應性端基及該聚胺基甲酸酯脲中之二烷基脲端基之組合量為少於約50meq/kg。
  2. 如請求項1之物品，其中該至少一種其他多元醇包括PTMEG。
  3. 如請求項1之物品，其進一步包含(c)鏈終止劑。
  4. 如請求項之3物品，其中該鏈終止劑包含二烷基胺鏈終止劑。
  5. 如請求項1之物品，其中該多元醇具有約600至約3500之數目平均分子量。
  6. 如請求項1之物品，其中該PPG具有約1000至約5000之數目平均分子量。
  7. 如請求項1之物品，其中包括摻合在一起之PPG及至少一種其他多元醇之該多元醇具有約1000至約4000之數目平均分子量。
  8. 如請求項1之物品，其中該預聚物具有約1.50至約2.50之封端比。
  9. 如請求項1之物品，其中該PPG具有含量約40meq/kg至約90meq/kg，諸如約45meq/kg至約90meq/kg或約50meq/kg至約90meq/kg或約50meq/kg至約70meq/kg或約45meq/kg至約70 meq/kg的非反應性端基。
  10. 如請求項1之物品，其中該聚胺基甲酸酯脲具有約0.93dL/g至約1.02dL/g之固有黏度。
  11. 如請求項1之物品，其中該聚胺基甲酸酯脲具有含量約10meq/kg至約45meq/kg，諸如約20meq/kg至40meq/kg的總非反應性端基。
  12. 如請求項1之物品，其中該二異氰酸酯包含二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)。
  13. 如請求項1之物品，其中該二胺增鏈劑包括二胺增鏈劑之摻合物。
  14. 如請求項1之物品，其中該物品為彈性體纖維。
  15. 一種包含至少一種彈性體纖維之物品，該彈性體纖維包含作為以下各者之反應產物之聚胺基甲酸酯脲：(a)包含以下各者之反應產物之封端二醇(i)包括PPG及至少一種其他多元醇之多元醇；及(ii)二異氰酸酯；及(b)二胺增鏈劑與視情況存在之二烷基胺鏈終止劑；其中來自該預聚物之總異氰酸酯(NCO)端基與來自該二胺增鏈劑之總一級胺(NH2)端基之比為約0.99至約1.01；且非反應性端基與二烷基脲端基之量為少於約50meq/kg。
  16. 如請求項15之物品，其進一步包含(c)鏈終止劑。
  17. 如請求項16之物品，其中該鏈終止劑包含二烷基胺鏈終止劑。
  18. 如請求項15之物品，其中該物品為被覆紗線、編織品、非編織品、針織品或層壓物品。
  19. 如請求項15之物品，其中該針織品係選自經紗針織品及圓形針織品。
  20. 一種製造彈性人造纖維之方法，其包括：(a)提供包括PTMEG及PPG之多元醇；(b)提供二異氰酸酯；(c)使該多元醇與該二異氰酸酯接觸以形成封端二醇；(d)以將來自該預聚物之該總異氰酸酯(NCO)端基與來自二胺增鏈劑之總一級胺(NH2)端基之比控制在約0.99至約1.01的量提供該二胺增鏈劑；(e)以控制聚合物分子量之量提供二烷基胺鏈終止劑，該控制方式係使得該聚胺基甲酸酯脲中之非反應性端基與二烷基脲端基之組合量少於約50meq/kg；(f)在溶劑中使該封端二醇、該增鏈劑及該鏈終止劑組合物接觸，以形成呈溶液之聚胺基甲酸酯脲；及(g)將該呈溶液之聚胺基甲酸酯脲紡絲以形成彈性人造纖維。
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