专利名称：高强度非织造弹性织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及由轻微交联的热塑性聚氨酯制得的高强度非织造弹性织物。交联剂降低了聚氨酯的熔体粘度，使得可以通过熔喷法或纺粘法制得较小直径的纤维。非织造织物可以进一步熔融处理以制得具有孔隙的膜。本发明还涉及由织造织物的交联热塑性聚氨酯制得的膜以及由未交联的热塑性聚氨酯非织造织物制得的膜。
背景技术：
众所周知，热塑性聚氨酯聚合物(TPU)可以制成非织造织物。非织造织物可以通过已知的熔喷法或纺粘法制得。这些方法包括在挤出机中熔融聚合物和使聚合物熔体通过具有几个孔的模头。通过模头上的每个孔制得纤维束。邻近该纤维施加高速空气，其使得纤维受到拉伸并且以随机排列在模头下方的带上沉积。TPU聚合物具有很多好的性能，例如具有弹性、可以传输水分、良好的物理性能、透气性和高耐磨性。非织造织物可以具有多种应用。如果非织造物可以由小尺寸纤维制得，其应用领域可以进一步扩展。TPU聚合物熔体较高的粘度已经成为非织造过程中制备小尺寸纤维的障碍。如果熔体的温度增加，可以降低熔体的粘度，但却对物理性能产生不利的影响，这是由于在较高温度下聚合物趋于解聚。添加剂，如增塑剂，可以降低粘度，但同样不利于物理性能且在一些应用中会出现问题。考虑到更高的聚合物通过量和更大的衰减，也需要降低聚合物熔体的粘度。需要具有一种添加剂，其可以降低TPU聚合物熔体粘度，进而使得纤维可以更快地以更小的尺寸纺成，同时，可选地增强非织造织物中纤维的物理性能。发明概述本发明的目的是提供一种由TPU制得的非织造织物，其具有高拉伸强度和是弹性的。一种典型的非织造织物是通过向TPU聚合物熔体中添加交联剂制得。基于TPU聚合物和交联剂的总重量，所述交联剂的用量为5-20重量％。交联剂降低了 TPU聚合物熔体的熔体粘度，使得纤维可以以更小的直接离开模头并且还要考虑到更大的衰减。在典型的实施方案中，非织造物可以通过熔喷法或纺粘法制备。 在另一个典型的实施方案中，非织造织物可以进一步熔融加工以压紧织物，这样可以减少织物的空气通道。空气通道可以减少至形成膜的程度。在又一个典型的实施方案中，将非织造织物压延成固态膜。在另一个典型的实施方案中，将未交联的TPU非织造织物进一步熔融加工以制得膜。
图I显示了模头压力(psi) (Y轴)与交联剂的重量百分数(X轴)的关系。
发明详述本发明的非织造织物是由热塑性聚氨酯聚合物(TPU)制得。用于本发明的TPU聚合物类型可以是本领域所公知的以及在文献中记载的任意常见的TPU聚合物，只要所述TPU聚合物具有合适的分子量。TPU聚合物通常由多异氰酸酯与例如羟基封端聚酯、羟基封端聚醚、羟基封端聚碳酸酯或其混合物的中间体，以及一种或多种扩链剂反应得到，上述反应物均为本领域技术人员所公知。羟基封端聚酯中间体通常是线性聚酯，其具有约500-约10，000的数均分子量 (Mn)，理想值为约700-约5，000，优选约700-约4，000，酸值通常低于I. 3和优选低于O. 8。 分子量通过分析末端官能团而确定并且与数均分子量相关。通过(I) 一种或多种二元醇与一种或多种二元羧酸或酸酐的酯化反应或(2)酯交换反应，即一种或多种二元醇与二元羧酸酯的反应制备聚合物。优选是超过一摩尔二元醇与酸的摩尔比以得到端羟基占优势的线性链。合适的聚酯中间体还包括各种内酯，例如通常由ε-己内酯和例如二甘醇的双官能引发剂制成的聚己内酯。理想的聚酯的二元羧酸可以是脂族的、脂环族的、芳族的或其组合。可以单独或作为混合物使用的合适的二元羧酸通常具有总计4-15个碳原子和包括琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、环己烷二羧酸等。也可以使用上述二元羧酸的酸酐，例如邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐等。优选使用己二酸。反应生成理想的聚酯中间体的二元醇可以是脂族的、芳族的或其组合，和具有总计2-12个碳原子，并且包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3- 丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1,6-己二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，4-环己烷二甲醇、 十亚甲基二醇、十二亚甲基二醇等，优选的二元醇是1，4- 丁二醇。羟基封端聚醚中间体为衍生自如下物质的聚醚多元醇具有总计2-15个碳原子的二元醇或多元醇，优选烷基二醇或二元醇，其与包含具有2-6个碳原子的环氧烷烃，通常是环氧乙烷或环氧丙烷或其混合物的醚进行反应。例如，可以通过首先使丙二醇与环氧丙烷反应，随后与环氧乙烷反应制得羟基官能聚醚。由环氧乙烷产生的伯羟基基团比仲羟基基团更具反应性，因此是优选的。可用的商业聚醚多元醇包括含有与乙二醇反应的环氧乙烷的聚(乙二醇)、含有与丙二醇反应的环氧丙烷的聚(丙二醇)、含有与四氢呋喃反应的水的聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)。聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)是优选的聚醚中间体。聚醚多元醇还包括环氧烷烃的聚酰胺加合物，和可以包括，例如，含有乙二胺和环氧丙烷的反应产物的乙二胺加合物、含有二亚乙基三胺与环氧丙烷的反应产物的二亚乙基三胺加合物， 以及类似的聚酰胺型聚醚多元醇。共聚醚也可以用于本发明。典型的共聚醚包括THF和环氧乙烷的反应产物或THF和环氧丙烷的反应产物。这些可以通过Poly THF B，嵌段共聚物，和poly THF R,无规共聚物从BASF商购。各种聚醚中间体通过分析末端官能团而确定的作为平均分子量的数均分子量(Mn)通常大于约700，例如约700-约10，000，理想值为约 1000-约5000，优选约1000-约2500。尤其理想的聚醚中间体为两种或多种不同分子量聚醚的共混物，例如20001^和IOOOMn PTMEG的混合物 。本发明最优选的实施方案使用的聚酯中间体是由己二酸与以50/50按重量比共混的1，4- 丁二醇和1，6-己二醇共混物进行反应而制得的。共混物也可以是二醇以50/50 按摩尔比共混。本发明的聚碳酸酯基聚氨酯树脂是通过使二异氰酸酯与羟基封端聚碳酸酯和扩链剂的共混物反应而制备的。羟基封端聚碳酸酯可以通过二元醇与碳酸酯反应制得。在此引入美国专利4，131，731来公开羟基封端聚碳酸酯及其制备。此类聚碳酸酯是线性的且基本上排除了其他端基而具有端羟基基团。必要的反应物是二元醇和碳酸酯。 合适的二元醇选自含有4-40个、优选4-12个碳原子的脂环族和脂族二醇，以及选自每分子含有2-20个烷氧基的聚氧亚烷基二醇，其中每个烷氧基含有2-4个碳原子。适用于本发明的二元醇包括含有4-12个碳原子的脂族二醇，例如丁二醇-1，4、戊二醇-1，4、新戊二醇、己二醇-1，6、2，2，4-三甲基己二醇-1，6、癸二醇-1，10、氢化二亚油基二醇、氢化二油基二醇； 以及脂环族二醇，例如环己二醇-I，3、二羟甲基环己烷-1，4、环己二醇-1，4、二羟甲基环己烷-1，3、1，4-桥亚甲基-2-羟基-5-羟甲基环己烷、和聚亚烷基二醇。根据最终产品所需的性能，用于反应的二醇可以是单一的二醇或二醇混合物。羟基封端聚碳酸酯中间体通常是本领域和文献中所已知的。合适的碳酸酯选自具有如下通式的由5-7个环构成的碳酸亚烷基酯
权利要求
1.一种非织造织物，包括 (a)热塑性聚氨酯聚合物；和 (b)交联剂。
2.权利要求I所述的非织造织物，其中所述热塑性聚氨酯聚合物选自聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯和聚碳酸酯聚氨酯。
3.权利要求2所述的非织造织物，其中所述热塑性聚氨酯聚合物为聚酯聚氨酯。
4.权利要求I所述的非织造织物，其中基于所述热塑性聚氨酯聚合物和所述交联剂的总重量,所述交联剂的量为5-20重量％。
5.权利要求4所述的非织造织物，其中所述交联剂的量为8-15重量％。
6.权利要求4所述的非织造织物，其中所述交联剂为选自聚醚预聚物和聚酯预聚物的异氰酸酯封端预聚物。
7.权利要求4所述的非织造织物，其中所述交联剂具有1，000-10，000道尔顿的数均分子量。
8.权利要求2所述的非织造织物，其中所述热塑性聚氨酯聚合物由如下物质的反应制备 (a)至少一种轻基封端中间体； (b)至少一种二元醇扩链剂；和 (c)至少一种多异氰酸酯。
9.权利要求8所述的非织造织物，其中所述多异氰酸酯为二异氰酸酯。
10.权利要求9所述的非织造织物，其中所述热塑性聚氨酯具有100，000-800，000道尔顿的重均分子量。
11.一种制备非织造织物的方法，包括如下步骤 (a)添加预制热塑性聚氨酯聚合物至挤出机； (b)在所述挤出机中熔融所述热塑性聚合物以制得聚合物熔体； (C)添加交联剂至所述聚合物熔体； (d)使与所述交联剂混合的所述聚合物熔体通过具有多个孔的模头，从该模头采用选自熔喷法和纺粘法的方法形成纤维； (e)按随机排列将所述纤维聚集以形成所述非织造织物。
12.权利要求11所述的方法，其中所述方法为纺粘法。
13.权利要求12所述的方法，其中所述方法为熔喷法。
14.权利要求11所述的方法，其中基于所述预制热塑性聚氨酯聚合物和所述交联剂的总重量,所述交联剂的量为5-20重量％。
15.权利要求14所述的方法，其中所述交联剂的量为8-15重量％。
16.权利要求11所述的方法，其中所述预制热塑性聚氨酯聚合物由如下物质的反应制备 (a)至少一种轻基封端中间体； (b)至少一种二元醇扩链剂；和 (c)至少一种多异氰酸酯。
17.权利要求16所述的方法，其中所述预制热塑性聚氨酯具有100，000-800，000道尔顿的重均分子量；和其中所述多异氰酸酯为二异氰酸酯；以及其中所述交联剂具有I,000-10, 000道尔顿的数均分子量。
18.权利要求11所述的方法，其中将所述非织造织物是通过压延机操作以压缩所述非织造织物。
19.一种包含权利要求I所述的非织造织物的制品，其中所述制品选自生活消费服装、工业服装、医疗制品、运动制品、防护用品和过滤膜。
20.一种由非织造热塑性聚氨酯织物制得且具有多个空隙的多孔膜。
21.权利要求20所述的膜，其中所述膜具有从100纳米至小于100微米的孔度。
22.权利要求20所述的膜，其中所述膜具有根据ASTMD737-96测得的2-500ft. 3/min. /ft2 (O. 601-152. 4m3/min. /m2)的气流速率。
23.权利要求20所述的膜，其中所述热塑性聚氨酯织物是通过使用交联剂制得的。
24.权利要求22所述的膜，其中所述膜具有5-10ft3/min./ft2 (I. 524-3. 048m3/min. /m2)的气流速率。
全文摘要
本发明公开了一种由熔喷法或纺粘法制得的弹性非织造织物。所述非织造织物是由热塑性聚氨酯聚合物和交联剂共混以制得高强度弹性非织造织物。添加交联剂至预先熔融的聚合物熔体，通过模头制得纤维。本发明还公开了制备非织造织物的方法。
文档编号D04H3/009GK102713040SQ201180007010
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月24日 优先权日2010年1月25日
发明者J·E·小布莱森, M-W·李, R·R·维杜拉 申请人:路博润高级材料公司