【発明の詳細な説明】
本発明はポリウレタン弾性フイラメントからな
る不織布およびその製造方法に関する。
従来、各種の不織布が提案され、多くの分野で
実用化されているが、これらの不織布はその殆ど
が非弾性のポリエステル、ポリアミド、或いはポ
リオレフインなどのゴム状弾性を持たない繊維か
ら構成された不織布であり、ゴム或いはポリウレ
タンのような高い弾性を持つ繊維からなる不織布
は実用化されていない。
有機高分子物質、例えばナイロンを溶融し気体
流によつて延伸して不織布を製造することは、特
公昭41−7883号に記載されているが、ポリウレタ
ンについては有機高分子物質の一例として示され
ているのみに過ぎない。この方法によりポリウレ
タンを使用して不織布を製造しようとすると、ポ
リウレタン弾性体の溶融粘度を下げるために溶融
粘度を高くする必要があり、このためにポリウレ
タン弾性体の熱分解を生じ、紡糸操業を満足に実
施することは困難である。また紡糸温度を低くす
るために可塑剤を用いたり、低分子量の重合体を
用いたりすると、強度も伸度も劣る不満足な性能
の不織布が得られるに過ぎない。
ポリウレタン弾性体からなる不織布を製造する
他の方法としては、特開昭52−81177号にポリウ
レタン弾性体を乾式紡糸して不織布とすることが
提案されている。
しかしながらこの方法は溶媒を使用するため溶
媒の除去回収を要し、経済的に極めて不利であ
る。
このようにポリウレタン弾性体からなる不織布
を工業的有利に製造する方法は、未だ知られてい
ないのが現状である。
本発明者等は、このような現状においてポリウ
レタン弾性体繊維からなる不織布の製造について
鋭意研究、検討を進め、本発明を完成するに至つ
たのである。
すなわち、本発明の目的はポリウレタン弾性フ
イラメントからなる不織布を提供することにあ
り、他の目的はこのような不織布を溶融紡糸法に
より工業的有利に製造する方法を提供することに
ある。
本発明方法は溶融した熱可塑性ポリウレタン弾
性体にポリイソシアネート化合物を添加、混練し
た後、細孔から紡出されたフイラメントを高速気
流に随伴させて噴射し、シート状に堆積、捕集す
ることを特徴とする。
本発明に適用するポリウレタン弾性体として
は、公知のセグメントポリウレタンが使用される
が、特に溶融紡糸可能な熱可塑性ポリウレタンが
適している。このようなポリウレタン弾性体は分
子量500〜6000の低融点ポリオール、たとえばジ
ヒドロキシポリエーテル、ジヒドロキシポリエス
テル、ジヒドロキシポリカーボネート、ジヒドロ
キシポリエステルアミド等と、分子量500以下の
有機ジイソシアネート、たとえばｐ，p′−ジフエ
ニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシ
アネート、イソホロンジイソシアネート、水素化
ジフエニルメタンジイソシアネート、キシリレン
ジイソシアネート、２，６−ジイソシアネートメ
チルカプロエート、ヘキサメチレンジイソシアネ
ート等と分子量500以下の鎖伸長剤、たとえば、
グリコール、アミノアルコール、或いはトリオー
ルとの反応により得られるポリマーである。これ
らのポリマーのうち、特に良好なものは、ポリオ
ールとしてポリテトラメチレングリコール、また
はポリε−カプロラクトン、或いはポリブチレン
アジペートを用いたポリウレタンである。ポリオ
ールとしてポリエチレングリコールを用いると親
水性が向上するため特殊の用途に用いられる。
また有機ジイソシアネートとしては、ｐ，p′−
ジフエニルメタンジイソシアネートが好適であ
る。また鎖伸長剤としては、ｐ，p′−ビスヒドロ
キシエトキシベンゼンおよび１，４−ブタンジオ
ールが好適である。
本発明に使用するポリイソシアネート化合物
は、少くとも２個のイソシアネート基を有する化
合物で平均分子量400以上のものが好適であり、
たとえばポリウレタン弾性体の合成に使用する分
子量500〜6000のポリオールに２倍モル量の分子
量500以下の有機ジイソシアネートを反応させて
合成することができる。このときポリオールとし
て３個以上の水酸基を有する化合物を使用しても
よい。また有機ジイソシアネート二量体も用いら
れる。好適なポリイソシアネート化合物として
は、分子量500〜2000の両末端に水酸基を有する
ポリテトラメチレングリコール、ポリカプロラク
トン、或いはポリブチレンアジペートにｐ，p′−
ジフエニルメタンジイソシアネートを２倍モル付
加させた化合物を挙げることができる。
ポリイソシアネート化合物の添加量は５〜30重
量％が好適で、特に10〜20重量％が好ましい。添
加量は使用するポリイソシアネート化合物の種類
により異なるものであるが、添加量が少ない場合
は目的とするポリウレタン不織布の物理的性能が
不充分であり、紡糸操業性改良の効果も少ない。
また添加量が多すぎると混合不均一、糸質低下等
を生じやすく、また紡糸操業が不安定となり好ま
しくない。
本発明に用いるポリイソシアネート化合物の分
子量は通常400以上、好ましくは800〜3000であ
る。本発明に適用するポリイソシアネート化合物
の分子量はアミン滴定法によつて測定したイソシ
アネート基量から計算される見掛けの分子量であ
る。
本発明のポリウレタン弾性フイラメントよりな
る不織布は、上記の熱可塑性ポリウレタンに製造
工程において添加、混練されたポリイソシアネー
ト化合物が、繊維形成後、反応して架橋結合を生
成するため原料として用いる熱可塑性ポリウレタ
ン弾性体とは全く性状が異なり、再溶融は不能と
なり、またジメチルホルムアミド、或いはテトラ
ハイドロフラン等の溶剤にも室温では不溶とな
る。このため本発明の不織布は強度が大きく伸張
回復性も優れたものであり、従来は得られなかつ
た性能を示すものである。本発明の方法における
ポリイソシアネート化合物は得られる不織布の物
性を向上するばかりでなく、更に紡糸工程におい
てポリウレタン弾性体の溶融粘度を低下させる効
果があるため、紡糸温度を下げることが可能とな
り、このためポリウレタン弾性体の熱分解を避け
ることが容易となり、紡糸操業性が向上する。ま
た不織布として堆積されたポリウレタン弾性体繊
維相互が互いに粘着しやすくなるため、後述する
如く、不織布をプレスすることにより接着剤を使
用せずに強固に接合することが容易となる。
本発明の不織布の製造は、熱可塑性ポリウレタ
ン弾性体を溶融押出する部分、ポリイソシアネー
ト化合物を添加し、混合する部分および不織布用
の紡糸ヘツドを備えた紡糸装置により実施するこ
とが好適である。このような紡糸装置としては、
紡糸中に改質剤を添加するために用いられる公知
の装置を使用することができる。また不織布用の
紡糸ヘツドとしては、公知の形状のものが使用で
きるが特に溶融したポリマーを吐出するノズルと
その両側に加熱不活性ガスを噴出するスリツトを
備えた紡糸ヘツドが好適である。このような紡糸
ヘツドは、例えば特公昭41−7883号に記載されて
いる。ポリイソシアネート化合物を溶融状態のポ
リウレタンに添加、混合する部分には、回転部を
有する混練装置を使用することも可能であるが、
より好ましいのは静止系混練素子を有する混合装
置を用いることである。静止系混練素子を有する
混合装置としては、公知のものを用いることがで
きる。静止系混練素子の形状およびエレメント数
は使用する条件により異なるものであるが、ポリ
ウレタン弾性体とポリイソシアネート化合物とが
紡糸口金から吐出される前に充分に混合が完了し
ているように選定することが肝要である。
以下に本発明実施の態様の一例を説明する。
ホツパーから熱可塑性ポリウレタン弾性体のペ
レツトを供給し押出機で加熱、溶融する。溶融温
度は190〜230℃の範囲が好適である。一方、ポリ
イソシアネート化合物は、供給タンク内で、100
℃以下の温度で溶融し、予め脱泡しておく。溶融
温度は高過ぎるとポリイソシアネート化合物の変
質を生じやすいため、溶融可能な範囲で低い方が
望ましく室温から100℃の間の温度が適宜用いら
れる。溶融したポリイソシアネート化合物を計量
ポンプより計量し、要すればフイルターにより濾
過し、押出機先端に設けられた会合部で溶融した
ポリウレタンに添加する。ポリイソシアネート化
合物とポリウレタンとは静止混練素子を有する混
練装置によつて混練される。この混合物は計算ポ
ンプにより計量され、紡糸ヘツドに導入される。
紡糸ヘツドは通常の不織布紡糸用の装置を用い得
るが、できるだけ該混合物の滞留部の少ない形状
に設計することが好ましい。必要により紡糸ヘツ
ド内に設けられた濾層で金網或いはガラスビーズ
等の濾材により異物を除去した後、該混合物は列
状に配設した口金から吐出され、スリツトから噴
出する加熱された高速気流により延伸され移動す
るネツトの上に堆積、捕集される。ネツト上に捕
集されたウエブは、必要により直ちにローラーで
プレスし、不織布として引き取られる。
本発明の不織布は、通常繊維の直径が30ミクロ
ン以下で、見掛け密度が0.3ｇ／cm3以下、切断伸
度200％以上、100％伸長時の回復率が90％以上で
あり、通気性、伸長回復性、保温性に優れ極めて
柔軟であるため伸張性、保温性と通気性を要求さ
れるスポーツウエア等の中綿、複合素材として、
また各種衣類の芯地、補強材、ストレツチテー
プ、ヒモ等に有用である。また各種形状へのフイ
ツト性、クツシヨン性を有するためパツキン類、
充填物、成形物などの従来公知の不織布の利用分
野において従来は得られなかつた優れた効果を得
ることができる。
以下実施例により本発明を説明する。
実施例 １
水酸基価102のポリテトラメチレングリコール
5550部と１，４−ビス（β−ヒドロキシエトキ
シ）ベンゼン500部およびｐ，p′−ジフエニルメ
タンジイソシアネート1960部をニーダー中で混合
し、85℃に加熱して粉末状のポリウレタンを得
た。これを押出機でペレツト状に成形した。ジメ
チルホルムアミド中、25℃の濃度１ｇ／100c.c.の
相対粘度は2.01であつた。
一方、水酸基価112のポリテトラメチレングリ
コール1000部とｐ，p′−ジフエニルメタンジイソ
シアネート500部を80℃で30分間反応させて粘稠
なポリイソシアネート化合物を得た。このものの
イソシアネート基含有量は5.60％であつた。
このようにして得たポリウレタン弾性体のペレ
ツトとポリイソシアネート化合物を原料として、
ポリイソシアネート化合物供給装置および静止系
混練素子からなる混練部を備えた押出機と一列に
並んだノズルの両側に加熱空気噴射用スリツトを
有する紡糸ヘツドを用い不織布を作つた。
ノズル当りの吐出量を1.75ｇ／min.と一定にし
て、ポリイソシアネート化合物の添加量を変更し
た場合の適正な紡糸条件と、得られるウエブの特
性は第１表に示す如くであつた。
ポリイソシアネート化合物を添加しない場合
は、紡糸温度、加熱空気温度を高くしても、紡糸
状況は不安定で、太い粒状の糸が混入する傾向が
あつた。
【表】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a nonwoven fabric made of polyurethane elastic filaments and a method for producing the same. In the past, various types of nonwoven fabrics have been proposed and put into practical use in many fields, but most of these nonwoven fabrics are nonwoven fabrics made of fibers that do not have rubber-like elasticity, such as inelastic polyester, polyamide, or polyolefin. Therefore, nonwoven fabrics made of highly elastic fibers such as rubber or polyurethane have not been put to practical use. The production of nonwoven fabric by melting an organic polymer material, such as nylon, and stretching it with a gas flow is described in Japanese Patent Publication No. 7883/1983, but polyurethane is not shown as an example of an organic polymer material. It's just that. When attempting to produce nonwoven fabric using polyurethane using this method, it is necessary to increase the melt viscosity of the polyurethane elastomer in order to lower it, which causes thermal decomposition of the polyurethane elastomer and satisfies the spinning operation. It is difficult to implement this method. Furthermore, if a plasticizer or a low molecular weight polymer is used to lower the spinning temperature, a nonwoven fabric with unsatisfactory performance with poor strength and elongation is obtained. As another method for producing a nonwoven fabric made of a polyurethane elastic material, Japanese Patent Laid-Open No. 52-81177 proposes dry spinning a polyurethane elastic material to form a nonwoven fabric. However, since this method uses a solvent, removal and recovery of the solvent is required, which is extremely disadvantageous economically. At present, there is no known method for industrially advantageous production of nonwoven fabrics made of polyurethane elastomers. Under these circumstances, the inventors of the present invention have carried out intensive research and study on the production of nonwoven fabrics made of polyurethane elastic fibers, and have completed the present invention. That is, an object of the present invention is to provide a nonwoven fabric made of polyurethane elastic filaments, and another object of the present invention is to provide an industrially advantageous method for manufacturing such a nonwoven fabric by a melt spinning method. The method of the present invention involves adding a polyisocyanate compound to a molten thermoplastic polyurethane elastomer, kneading it, and then injecting the filament spun out from the pores with a high-speed air stream, depositing and collecting it in a sheet form. Features. As the polyurethane elastomer applied to the present invention, known segmented polyurethanes can be used, but melt-spun thermoplastic polyurethane is particularly suitable. Such a polyurethane elastomer is made of a low melting point polyol with a molecular weight of 500 to 6000, such as dihydroxy polyether, dihydroxy polyester, dihydroxy polycarbonate, dihydroxy polyester amide, etc., and an organic diisocyanate with a molecular weight of 500 or less, such as p,p'-diphenylmethane diisocyanate. , tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, 2,6-diisocyanate methyl caproate, hexamethylene diisocyanate, etc. and a chain extender having a molecular weight of 500 or less, for example,
It is a polymer obtained by reaction with glycol, amino alcohol, or triol. Among these polymers, particularly good are polyurethanes using polytetramethylene glycol, polyε-caprolactone, or polybutylene adipate as the polyol. When polyethylene glycol is used as a polyol, it improves hydrophilicity and is therefore used for special purposes. In addition, as organic diisocyanates, p, p'-
Diphenylmethane diisocyanate is preferred. Further, p,p'-bishydroxyethoxybenzene and 1,4-butanediol are suitable as chain extenders. The polyisocyanate compound used in the present invention is preferably a compound having at least two isocyanate groups and having an average molecular weight of 400 or more,
For example, it can be synthesized by reacting a polyol with a molecular weight of 500 to 6,000 used in the synthesis of polyurethane elastomer with twice the molar amount of an organic diisocyanate with a molecular weight of 500 or less. At this time, a compound having three or more hydroxyl groups may be used as the polyol. Also used are organic diisocyanate dimers. Suitable polyisocyanate compounds include polytetramethylene glycol having a molecular weight of 500 to 2000 and having hydroxyl groups at both ends, polycaprolactone, or polybutylene adipate with p, p'-
A compound to which double mole of diphenylmethane diisocyanate is added can be mentioned. The amount of the polyisocyanate compound added is preferably 5 to 30% by weight, particularly preferably 10 to 20% by weight. The amount added varies depending on the type of polyisocyanate compound used, but if the amount added is small, the intended physical performance of the polyurethane nonwoven fabric will be insufficient and the effect of improving spinning operability will be small.
Moreover, if the amount added is too large, non-uniform mixing, deterioration of yarn quality, etc. tend to occur, and the spinning operation becomes unstable, which is not preferable. The molecular weight of the polyisocyanate compound used in the present invention is usually 400 or more, preferably 800 to 3,000. The molecular weight of the polyisocyanate compound applied to the present invention is the apparent molecular weight calculated from the isocyanate group weight measured by amine titration. The nonwoven fabric made of the polyurethane elastic filament of the present invention is made of thermoplastic polyurethane used as a raw material because the polyisocyanate compound added and kneaded to the above-mentioned thermoplastic polyurethane in the manufacturing process reacts to form crosslinks after fiber formation. Its properties are completely different from that of the body, and it cannot be remelted, and it is also insoluble in solvents such as dimethylformamide or tetrahydrofuran at room temperature. Therefore, the nonwoven fabric of the present invention has high strength and excellent stretch recovery properties, and exhibits performance that has not been available in the past. The polyisocyanate compound used in the method of the present invention not only improves the physical properties of the resulting nonwoven fabric, but also has the effect of lowering the melt viscosity of the polyurethane elastomer during the spinning process, making it possible to lower the spinning temperature. It becomes easy to avoid thermal decomposition of the polyurethane elastomer, and spinning operability is improved. In addition, since the polyurethane elastic fibers deposited as a non-woven fabric tend to adhere to each other, it becomes easy to firmly bond the non-woven fabric without using an adhesive by pressing the non-woven fabric, as will be described later. The production of the nonwoven fabric of the present invention is preferably carried out using a spinning device equipped with a section for melt extruding the thermoplastic polyurethane elastomer, a section for adding and mixing the polyisocyanate compound, and a spinning head for the nonwoven fabric. As such a spinning device,
Known equipment used for adding modifiers during spinning can be used. As a spinning head for nonwoven fabrics, any known shape can be used, but a spinning head equipped with a nozzle for discharging molten polymer and slits on both sides of the nozzle for discharging heated inert gas is particularly suitable. Such a spinning head is described, for example, in Japanese Patent Publication No. 7883/1983. Although it is possible to use a kneading device having a rotating part in the part where the polyisocyanate compound is added to and mixed with the molten polyurethane,
More preferably, a mixing device with static kneading elements is used. As the mixing device having a static kneading element, a known one can be used. The shape and number of elements of the static kneading element will vary depending on the conditions of use, but should be selected so that sufficient mixing of the polyurethane elastomer and polyisocyanate compound is completed before they are discharged from the spinneret. is essential. An example of an embodiment of the present invention will be described below. Pellets of thermoplastic polyurethane elastomer are fed from a hopper and heated and melted by an extruder. The melting temperature is preferably in the range of 190 to 230°C. On the other hand, the polyisocyanate compound is
It is melted at a temperature below ℃ and degassed in advance. If the melting temperature is too high, the quality of the polyisocyanate compound is likely to change, so it is preferable that the melting temperature is as low as possible within the melting range, and a temperature between room temperature and 100° C. is appropriately used. The molten polyisocyanate compound is measured by a metering pump, filtered by a filter if necessary, and added to the molten polyurethane at a meeting point provided at the tip of the extruder. The polyisocyanate compound and polyurethane are kneaded using a kneading device having static kneading elements. This mixture is metered by a counting pump and introduced into the spinning head.
As the spinning head, a conventional nonwoven fabric spinning device may be used, but it is preferable to design the spinning head in a shape that minimizes the retention area of the mixture as much as possible. After removing foreign matter using a filter layer such as a wire mesh or glass beads, if necessary, the mixture is discharged from a nozzle arranged in a row, and is heated by a heated high-speed air stream ejected from a slit. It is deposited and collected on the stretched and moving net. The web collected on the net is immediately pressed with a roller, if necessary, and taken off as a nonwoven fabric. The nonwoven fabric of the present invention usually has a fiber diameter of 30 microns or less, an apparent density of 0.3 g/cm 3 or less, a cutting elongation of 200% or more, a recovery rate of 90% or more at 100% elongation, and breathability. It has excellent stretch recovery and heat retention properties and is extremely flexible, so it can be used as filling and composite materials for sportswear and other items that require stretchability, heat retention, and breathability.
It is also useful as interlining for various clothing, reinforcing materials, stretch tapes, strings, etc. In addition, it has good fitting and cushioning properties to various shapes, so it is suitable for packing, etc.
It is possible to obtain excellent effects that were previously unobtainable in the fields of use of conventionally known nonwoven fabrics such as fillers and molded articles. The present invention will be explained below with reference to Examples. Example 1 Polytetramethylene glycol with a hydroxyl value of 102
5550 parts of 1,4-bis(β-hydroxyethoxy)benzene and 1960 parts of p,p'-diphenylmethane diisocyanate were mixed in a kneader and heated to 85°C to obtain a powdered polyurethane. This was molded into pellets using an extruder. The relative viscosity at a concentration of 1 g/100 c.c. at 25° C. in dimethylformamide was 2.01. On the other hand, 1000 parts of polytetramethylene glycol having a hydroxyl value of 112 and 500 parts of p,p'-diphenylmethane diisocyanate were reacted at 80°C for 30 minutes to obtain a viscous polyisocyanate compound. The isocyanate group content of this product was 5.60%. Using the polyurethane elastomer pellets and polyisocyanate compound thus obtained as raw materials,
A nonwoven fabric was produced using an extruder equipped with a polyisocyanate compound feeder and a kneading section consisting of a static kneading element, and a spinning head having slits for jetting heated air on both sides of aligned nozzles. Table 1 shows the appropriate spinning conditions and the properties of the resulting web when the amount of polyisocyanate compound added was varied while the discharge rate per nozzle was kept constant at 1.75 g/min. When a polyisocyanate compound was not added, even if the spinning temperature and heated air temperature were increased, the spinning condition was unstable and thick granular threads tended to be mixed in. 【table】