可染色且阻燃的熱塑性聚氨酯纖維的制作方法
【專利說明】可染色且阻燃的熱塑性聚氨酯纖維
[0001] 發(fā)明背景
[0002] 本發(fā)明涉及熱塑性聚氨酯纖維及其制備方法，其中所述纖維具有良好可染性以及 在一些實施方案中良好的阻燃性能。
[0003] 盡管由于它們的許多有用性能，由熱塑性聚氨酯（TPU)制備的彈性纖維已拓寬了 它們的用途并且目前在新興紡織品工業(yè)市場中引起更多的注意，它們在要求染色的應(yīng)用中 的廣泛使用受限。這是因為TPU纖維與常規(guī)紡織長絲，包括由尼龍或聚酯或者類似材料熔 紡的那些相比不容易染色。一些TPU纖維可接受染料，但染料牢度性能通常是商業(yè)上不能 接受的。其它的可能稍微可通過一類染料染色，但不能通過另一類染色，例如TPU纖維通常 不能通過常用的酸性和/或堿性染料染色。
[0004] 這些問題由于沒有任何令人滿意的解決方法而持續(xù)多年，所以TPU纖維僅可通過 酸性或堿性染料上色（或沾染），但不能完全染色變成通常的印象。因此，它們在要求染色 的應(yīng)用中的使用受限。
[0005] 這些問題的一個解決方法是使用溶液染料（或顏料染料）與TPU纖維。然而，溶 液染料的有效色澤受限且它們不能經(jīng)濟地作為更常用的染料和染色方法。
[0006] TPU纖維的可染性問題的其它解決方法包括將TPU纖維用更加可染色的其它纖維 覆蓋或混合，以掩藏TPU纖維的可染性缺陷。然而，在這些情況下，當將由覆蓋和/或混合 TPU纖維制成的這類織物拉伸時，未染色或弱染色的TPU纖維可穿過覆蓋的有色纖維顯露 出來或者在織物中可見。
[0007] 因此，仍需要可染色，具有改進的可染性，尤其是用酸性和/或堿性染料染色的 TPU纖維。這類纖維降低或者甚至除去對覆蓋熱塑性聚氨酯纖維和/或?qū)崴苄跃郯滨ダw 維與其它更可染色纖維混合的需要，從而提供給織物生產(chǎn)和使用染色織物的下游工業(yè)的顯 著益處。這類纖維可用于其中目前的TPU纖維不合適的更寬應(yīng)用范圍。
[0008] 還仍需要具有改進的阻燃性能的纖維，包括熱塑性聚氨酯纖維。具有改進的阻燃 性能的纖維可用于其中由于安全性顧慮和/或這類應(yīng)用的準許要求而不能使用具有較差 阻燃性能的現(xiàn)有纖維的應(yīng)用中。
[0009] 本發(fā)明解決了這些持續(xù)要求中的兩個。
[0010] 發(fā)明概沐
[0011] 本發(fā)明提供由熱塑性聚氨酯組合物制備的纖維，其包含（a)本身包含以下組分的 反應(yīng)產(chǎn)物的熱塑性聚氨酯：（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二異氰酸酯、（iii) 一 種或多種增鏈劑、（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑和（v) -種或多種官能改性劑。各所述官能 改性劑本身為氨基二醇和布朗斯臺德酸（其也可稱為Br0nsted酸）的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0012] 所述熱塑性聚氨酯組合物可進一步包含（b)本身包含以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物的第 二熱塑性聚氨酯：（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二異氰酸酯、（iii) 一種或多種 增鏈劑和（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑，其中組分（b)的第二熱塑性聚氨酯不同于組分（a) 的熱塑性聚氨酯。
[0013] 所述熱塑性聚氨酯組合物可進一步包含（c)NCO封端預(yù)聚物。
[0014] 所述熱塑性聚氨酯組合物可進一步包含（b)第二熱塑性聚氨酯并且還包含（c) NCO封端預(yù)聚物。
[0015] 可將組分（a)和組分（b)和/或（c)混合和/或相互反應(yīng)，所得產(chǎn)物然后可用于 制備所述纖維。組分（a)可通過反應(yīng)性擠出而與組分（b)和/或（c)反應(yīng)。然而，組分（a) 也可簡單地與組分（b)混合，即不反應(yīng)。
[0016] 在一些實施方案中，進一步描述了將本文所述官能改性劑并入組分（a)的熱塑性 聚氨酯的主鏈中。
[0017] 本發(fā)明纖維可以為單絲或復(fù)絲纖維。
[0018] 本發(fā)明進一步提供包含任何本文所述纖維的織物。本發(fā)明織物可僅由本文所述纖 維構(gòu)成，但也可由一種或多種其它纖維的組合構(gòu)成。本發(fā)明織物可以為非織造物或機織物。
[0019] 本發(fā)明進一步提供制備纖維的方法。該方法包括步驟：（1)制備熱塑性聚氨酯組 合物，所述組合物包含：(a)包含以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物的熱塑性聚氨酯：（i) 一種或多種多 元醇、（ii) 一種或多種二異氰酸酯、（iii) 一種或多種增鏈劑、（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑 和（v) -種或多種官能改性劑，其中各所述官能改性劑為氨基二醇和布朗斯臺德酸的反應(yīng) 產(chǎn)物；（II)由所述熱塑性聚氨酯組合物制備纖維。
[0020] 該方法的熱塑性聚氨酯組合物可進一步包含（b)包含以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物的第 二熱塑性聚氨酯：（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二異氰酸酯、（iii) 一種或多種 增鏈劑和（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑，其中組分（b)的第二熱塑性聚氨酯不同于組分（a) 的熱塑性聚氨酯；（c)NCO封端預(yù)聚物；或（d) (b)和（c)。在這類實施方案中，步驟（II)可 進一步包括將組分（a)和組分（b)、（c)或（d)混合和/或反應(yīng)，產(chǎn)生熱塑性聚氨酯組合物。
[0021] 本發(fā)明進一步提供提高由熱塑性聚氨酯組合物制備的纖維的可染性的方法。該方 法包括步驟：（I)將一種或多種官能改性劑加入（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二 異氰酸酯、（iii) 一種或多種增鏈劑和（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑的混合物中，其中各所 述官能改性劑為氨基二醇和布朗斯臺德酸的反應(yīng)產(chǎn)物；（II)使步驟（I)的混合物反應(yīng)，產(chǎn) 生其中官能改性劑并入熱塑性聚氨酯的主鏈中的熱塑性聚氨酯；（III)制備包含步驟（II) 的熱塑性聚氨酯的熱塑性聚氨酯組合物；和（IV)由所得熱塑性聚氨酯組合物制備纖維，其 中所得纖維具有提高的可染性。
[0022] 該方法的熱塑性聚氨酯組合物可進一步包含（b)包含以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物的第 二熱塑性聚氨酯：（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二異氰酸酯、（iii) 一種或多種 增鏈劑和（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑，其中組分（b)的第二熱塑性聚氨酯不同于組分（a) 的熱塑性聚氨酯；（c)NCO封端預(yù)聚物；或（d) (b)和（c)。在這類實施方案中，步驟（II)可 進一步包括將組分（a)和組分（b)、（c)或（d)混合和/或反應(yīng)，產(chǎn)生熱塑性聚氨酯組合物。
[0023] 本發(fā)明進一步提供提高由熱塑性聚氨酯組合物制備的纖維的阻燃性的方法。該方 法包括步驟：（I)將一種或多種官能改性劑加入（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二 異氰酸酯、（iii) 一種或多種增鏈劑和（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑的混合物中，其中各所 述官能改性劑為氨基二醇和布朗斯臺德酸的反應(yīng)產(chǎn)物；（II)使步驟（I)的混合物反應(yīng)，產(chǎn) 生其中官能改性劑并入熱塑性聚氨酯的主鏈中的熱塑性聚氨酯；（III)制備包含步驟（II) 的熱塑性聚氨酯的熱塑性聚氨酯組合物；和（IV)由所得熱塑性聚氨酯組合物制備纖維，其 中所得纖維具有提高的阻燃性。
[0024] 該方法的熱塑性聚氨酯組合物可進一步包含（b)包含以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物的第 二熱塑性聚氨酯：（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二異氰酸酯、（iii) 一種或多種 增鏈劑和（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑，其中組分（b)的第二熱塑性聚氨酯不同于組分（a) 的熱塑性聚氨酯；（c)NCO封端預(yù)聚物；或（d) (b)和（c)。在這類實施方案中，步驟（III)進 一步包括將組分（a)和組分（b)、（c)或（d)混合和/或反應(yīng)，產(chǎn)生熱塑性聚氨酯組合物。
[0025]發(fā)明詳沐
[0026] 下面通過非限定性闡述描述本發(fā)明的各個特征和實施方案。
[0027]
[0028] 本發(fā)明提供具有改進的可染性以及在一些實施方案中改進的阻燃性能的纖維。本 發(fā)明纖維由包含熱塑性聚氨酯（TPU)的組合物制備。該組合物可稱為熱塑性聚氨酯組合物 或TPU組合物。
[0029] 存在于TPU組合物中的TPU可最一般性地描述為TPU的主鏈結(jié)構(gòu)的主鏈中包含官 能改性劑的TPU。該官能改性劑并入TPU的主鏈中通過將官能改性劑加入用于制備TPU的 反應(yīng)物中而實現(xiàn)。在產(chǎn)生TPU的反應(yīng)以后加入官能改性劑可能不產(chǎn)生相同類型的結(jié)構(gòu)，因 為官能改性劑僅作為含TPU混合物的組分存在，所以不與TPU反應(yīng)，或者可能作為結(jié)合在 的結(jié)構(gòu)上，但不并入TPU的主鏈中的側(cè)鏈或端基。盡管不愿受任何理論束縛，認為該區(qū) 別是重要的，且對本發(fā)明TPU纖維而言，為提供所需益處，包括改進的可染性，需要官能改 性并入TPU主鏈中，而不僅僅是與TPU混合或者作為側(cè)鏈或端基接枝在TPU上。因此，本發(fā) 明要求將官能改性劑與用于制備TPU本身的反應(yīng)物混合，且它在產(chǎn)生TPU的反應(yīng)期間存在。
[0030] 因此，本發(fā)明纖維描述為由TPU組合物制備，其中TPU組合物包含TPU，其中TPU包 含以下的反應(yīng)產(chǎn)物：（i) 一種或多種多元醇、（ii) 一種或多種二異氰酸酯、（iii) 一種或多 種增鏈劑、（iv)任選一種或多種交聯(lián)劑和（v) -種或多種官能改性劑。官能改性劑包含氨 基二醇和布朗斯臺德酸的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0031] 這產(chǎn)生其中官能改性劑并入TPU的主鏈中的TPU。盡管不愿受任何理論束縛，認 為將該官能改性劑并入TPU的主鏈中產(chǎn)生更可染色的聚合物，因為與染料通常不能非常好 地締合的TPU本身相比，染料具有它更容易締合的面積（官能團）。還認為該相同的機制 可幫助改進填料或其它類似材料（如同染料）在整個TPU組合物中的分散性并改進這類材 料與TPU組合物的相容性，這也通過賦予填料和類似材料在TPU主鏈上它們可能更容易和 /或更強締合的面積。
[0032] 用于制備本文所述TPU組合物的多元醇不過度受限。合適的實例包括羥基封端聚 酯、羥基封端聚醚、羥基封端聚碳酸酯或其混合物，其都是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
[0033] 合適的羥基封端聚酯中間體包括具有約500至約10