專利名稱：抗紫外線的彈性體單絲的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及彈性體聚酯單絲、尤其一種共擠出雙組分單絲對(duì)曝露于紫外(UV)光引起的降解的抗性的改善方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及有一個(gè)外鞘和一個(gè)芯的抗紫外線彈性體單絲，兩者各自含有紫外線防護(hù)量的、范圍為約1.8％～3.0％(重量)的碳。
美國(guó)專利No.4,469,739描述了一種部分地從彈性體單絲和部分地從天然紗或合成紗制成的取向機(jī)織家具支撐材料。將該彈性體織在一個(gè)第一方向上，而將紗織在一個(gè)與第一方向垂直的第二方向上，隨后將所得到機(jī)織織物進(jìn)行熱定形。按照一個(gè)實(shí)施方案，熱塑性彈性體絲是共擠出的雙組分皮/型芯單絲，其中構(gòu)成外皮的彈性體的熔點(diǎn)比芯彈性體低至少20℃。此前，這樣一種機(jī)織織物諸如作為座位支撐材料的用途一直限于那些不會(huì)曝露于紫外光的用途，例如，那些其中該織物用另外一層能防止紫外光直接或間接接觸該織物的材料覆蓋的用途。紫外光已被顯示能引起該機(jī)織織物、特別是該織物的彈性體單絲組分的物理性能大大降低。
發(fā)明概要本發(fā)明寓于如下發(fā)現(xiàn)包含一個(gè)外鞘和一個(gè)芯的雙組分彈性體聚酯單絲對(duì)直接或間接曝露于紫外光而引起的降解的抗性，可以通過把某一紫外線防護(hù)量的碳摻入該外鞘和該芯的彈性體材料中而得到實(shí)質(zhì)性改善。因此，按照一個(gè)方面，本發(fā)明是一種有一個(gè)芯和一個(gè)外鞘的雙組分彈性體單絲通過向所述芯中和所述外鞘中摻入某一紫外線防護(hù)量的碳來(lái)改善其紫外線抗性的方法。
按照另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種有一個(gè)基本上由第一聚酯彈性體組成的芯和一個(gè)基本上由第二聚酯彈性體組成的外鞘的改進(jìn)型雙組分彈性體單絲，所述第二(即外鞘)彈性體有比第一彈性體低至少20℃的熔點(diǎn)，其中，該改進(jìn)包括向所述第一彈性體中和向所述第二彈性體中摻入某一紫外線防護(hù)量的碳，例如一般來(lái)說(shuō)在約1.8％～3.0％(重量)范圍內(nèi)某一數(shù)量的有預(yù)定粒度的碳。在一個(gè)較好實(shí)施方案中，碳是這樣摻入每一種彈性體組合物中的先制備一種包括75％(重量)該彈性體和25％(重量)碳的濃制劑，然后以10％(重量)濃制劑對(duì)90％(重量)原料彈性體的比例使該碳/彈性體濃制劑均勻摻合到對(duì)應(yīng)的原料彈性體中。芯和外鞘各自的彈性體組分中碳的最終濃度均應(yīng)在上述范圍內(nèi)，然而對(duì)于最佳結(jié)果來(lái)說(shuō)碳的濃度是約2.5％(重量)。
按照又另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種改進(jìn)的取向機(jī)織支撐材料，例如家具用支撐材料，包含在一個(gè)第一方向上和在一個(gè)與該第一方向垂直的第二方向上的交叉紗線，其中第一方向上的紗線包含從共聚醚酯、聚氨酯和聚酯酰胺組成的一組中選擇的、有皮/芯構(gòu)型的取向熱塑性彈性體單絲，且外皮是一種其熔點(diǎn)比芯中彈性體的熔點(diǎn)低至少20℃的彈性體，而第二方向上的紗線包含一種非彈性體的、天然或合成的紗，該改進(jìn)包括向所述外皮中和向所述芯中摻入某一紫外線防護(hù)量的碳，例如一般來(lái)說(shuō)在約1.8％～約3.0％(重量)范圍內(nèi)某一數(shù)量、較好2.5％(重量)的碳。
當(dāng)如所述那樣把碳既引進(jìn)芯中也引進(jìn)外皮中時(shí)，所得到的彈性體單絲與當(dāng)碳只摻入外皮中或根本不摻入時(shí)相比實(shí)質(zhì)性地改善了對(duì)紫外光引起的降解的抗性。
詳細(xì)描述本發(fā)明的皮/芯單絲中使用的熱塑性彈性體，可以是一種可取向共聚醚酯彈性體、一種聚氨酯彈性體、或一種聚酯酰胺彈性體，其中外皮組分的熔點(diǎn)大大低于芯組分的熔點(diǎn)，即比芯中彈性體的熔點(diǎn)低至少約20℃。按照本發(fā)明使用的較好熱塑性彈性體是一種如美國(guó)專利No.3,651,014、3,763,109、3,766,146和4,136,715中一篇或多篇所述的共聚醚酯彈性體，這些專利的內(nèi)容列為本文參考文獻(xiàn)。這樣的共聚醚酯聚合物的基本組成為通過酯鍵頭尾相連的多個(gè)重復(fù)線型長(zhǎng)鏈和短鏈酯單元，其化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)于熟悉本門技術(shù)的人員來(lái)說(shuō)是眾所周知的。
在本發(fā)明的較好實(shí)施方案中，該單絲的外皮是Hytrel4056聚醚酯嵌段共聚物，而該單絲的芯是Hytrel7246聚醚酯嵌段共聚物(商業(yè)上可購(gòu)自杜邦公司，美國(guó)特拉華州威爾明頓)。該單絲是用諸如美國(guó)專利No.5,313,909中所述那樣技術(shù)上已知的慣用方法，讓芯和外皮從熔融熱塑性聚合物通過模具共擠出來(lái)制備的。該單絲的組成通常為約75％芯和約25％外皮，盡管構(gòu)成該芯和該外皮的彈性體的確切百分率可以在寬闊范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明中使用的碳可以是任何一種市售碳黑，例如有“細(xì)”到“中”粒度的Vulcan9A32或Elftex12(可購(gòu)自Cabot公司)。所謂“細(xì)”系指碳黑的粒度一般在約19nm范圍內(nèi)，而“中”粒度系指碳顆粒的粒度范圍可以從“細(xì)”直至約37～41nm。更細(xì)粒度的碳傾向于提供對(duì)紫外線降解的更高水平防護(hù)，但更細(xì)的顆粒會(huì)變得更難以分散在聚合物中，而且也傾向于比中等或粗大碳顆粒更快地吸收水分。無(wú)論粒度如何，較好的是，該碳黑要具有一種吸濕率盡可能低的級(jí)別。
為了得到最佳結(jié)果，重要是該碳黑要均勻地分布在皮和芯聚合物組分內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過先制備一種包含25％(重量)碳和75％(重量)的各自原料彈性體的碳/彈性體“濃制劑”，就能達(dá)到這樣一種均勻分布。碳組分在一種為此目的而設(shè)計(jì)的機(jī)器例如Farrell連續(xù)混合機(jī)或班伯里密煉機(jī)中強(qiáng)烈混合并分散到對(duì)應(yīng)的熔融原料彈性體中，然后用一臺(tái)熔體切割機(jī)或者鑄帶條切割機(jī)把這種濃制劑切成粒料。在本發(fā)明的一種較好實(shí)施方案中，這種含碳濃制劑在將其摻合到對(duì)應(yīng)原料彈性體中之前預(yù)先干燥到0.005％～0.02％(重量)范圍內(nèi)的某一低濕水平，盡管干燥也可以在摻合后進(jìn)行。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，低濕含量提高了含碳的原料聚合物的可加工性。然后，將呈粒料形式的預(yù)干燥含碳濃制劑和也呈粒料形式的芯和外皮的各自原料聚合物預(yù)混，以確保該含碳濃制劑在整個(gè)原料聚合物粒料混合物中的總體均勻分布。然后，每一種原料聚合物粒料混合物在一臺(tái)單螺桿或雙螺桿擠壓機(jī)中擠壓，其中，這些成分的熔融和進(jìn)一步混合可以在熔融態(tài)下進(jìn)行，同時(shí)熔體計(jì)量進(jìn)入一個(gè)噴絲孔系統(tǒng)中，在此，在為此目的而設(shè)計(jì)的加熱噴絲孔中形成皮組分和芯組分。離開噴絲孔的熔融單一纖維被冷卻，然后在機(jī)器方向上進(jìn)行后取向，以賦予該單絲以強(qiáng)度。然后，把取向的單絲繞到卷軸上。
測(cè)試然后，把按以上所述生產(chǎn)的單絲樣品(即該單絲的外皮是Hytrel4056聚醚酯嵌段共聚物，且該單絲的芯是Hytrel7246聚醚酯嵌段共聚物)放進(jìn)一臺(tái)氙光源標(biāo)準(zhǔn)老化試驗(yàn)機(jī)中(即，一個(gè)“室內(nèi)試驗(yàn)周期”)并對(duì)紫外光曝露到200和400KJ/m2的水平。該周期按照SAE J1885進(jìn)行。每個(gè)生產(chǎn)批號(hào)的對(duì)照樣品均予以保留和防護(hù)，以免曝露于任何紫外光。在隨后的表中，這些對(duì)照樣品簡(jiǎn)稱為“O”KJ/m2曝露樣品。
在暴露于紫外光之后，所有樣品(其中每個(gè)批號(hào)有3個(gè)樣品)都在一臺(tái)Instron拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測(cè)試。樣品測(cè)量長(zhǎng)度10英寸(25.4cm)，十字夾頭速度設(shè)定在10英寸/分鐘(25.4cm/min)，所有樣品都在23℃、40％RH(相對(duì)濕度)預(yù)處理24小時(shí)。隨后的表1顯示對(duì)每個(gè)樣品記錄的抗張性能。
樣品測(cè)試前的目視考察時(shí)，觀察到已曝露于紫外光的樣品，除那些在芯中和外皮中含有2.5％碳的樣品外，都出現(xiàn)裂紋和表面龜裂。這些樣品有非常亮而光滑的表面，外觀與對(duì)照樣品相同。按照本發(fā)明含有2.5％(重量)碳的樣品，當(dāng)與未曝光(0KJ/m2)樣品比較時(shí)，顯示出在斷裂負(fù)荷、抗張強(qiáng)度和尤其斷裂伸長(zhǎng)方面差異非常小。
表1拉伸試驗(yàn)結(jié)果(單絲)
韌性定義為應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。
機(jī)織織物試驗(yàn)結(jié)果本發(fā)明的取向機(jī)織支撐材料是一種機(jī)織織物，其構(gòu)型包含在一個(gè)第一方向上和在一個(gè)與該第一方向垂直的第二方向上的交叉紗線，其中第一方向上的紗線包含從共聚醚酯、聚氨酯和聚酯酰胺組成的一組中選擇的、有皮/芯構(gòu)型、且外皮是一種其熔點(diǎn)比芯中彈性體的熔點(diǎn)低至少20℃的彈性體的取向熱塑性彈性體單絲，而第二方向上的紗線可以與第一方向上的紗線相同，或者如同在隨后的實(shí)例中那樣，它們包含一種非彈性體的、天然的或合成的紗。這樣的紗可以包括但不限于棉、聚酯、尼龍、嫘縈、丙烯腈系、改性丙烯腈系和聚烯烴系紗。這種織物支撐材料可以像美國(guó)專利No.4,469,739中所述的那樣制備(該專利的內(nèi)容列為本文參考文獻(xiàn)，而且可作為Dymetrol牌機(jī)織、熱封的彈性織物(杜邦公司，美國(guó)特拉華州威爾明頓)市購(gòu)。Dymetrol織物的樣品也按照SAEJ1885在一臺(tái)老化試驗(yàn)機(jī)(Weatherometer)中曝露于紫外光，并在一臺(tái)Instron拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行物理測(cè)試。該織物是一種14緯紗共擠出芯/皮彈性體單絲組織、聚酯經(jīng)紗緞紋組織，所有樣品都在單絲方向上拉伸。
在每種情況下，該緞紋組織織物以聚酯為主的一側(cè)以及以單絲為主的一側(cè)在該測(cè)試中均應(yīng)放置得使每一側(cè)都能面對(duì)光源。這兩側(cè)在以下表2中報(bào)告的測(cè)試結(jié)果中分別稱為“白”側(cè)和“黑”側(cè)。
表2機(jī)織織物測(cè)試結(jié)果
織物樣品寬度2.54cm(正好14股單絲)。紫外線曝光試驗(yàn)按照SAE J1885進(jìn)行。Iustron測(cè)試長(zhǎng)度10.16cm；十字夾頭速度25.4cm/min。測(cè)試條件23℃，50％RH。測(cè)試每次曝光試驗(yàn)3個(gè)樣品，結(jié)果取平均值。單絲組成芯Hytrel7246；皮Hytrel4056；單絲由75％(體積)芯和25％(體積)皮組成。
這些結(jié)果顯示，由于在構(gòu)成該織物的單絲的皮組分和芯組分中添加2.5％碳，該織物的強(qiáng)度和完整性在老化試驗(yàn)機(jī)(Weatherometer)中能保持到至少451.2KJ/m2的紫外線曝光水平。例如，考慮“黑”樣品，其中緞紋組織織物樣品以單絲為主的一側(cè)在該老化試驗(yàn)機(jī)(Weatherometer)中直接曝露于氙燈光源，可以看到，應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積即因而代表斷裂負(fù)荷與伸長(zhǎng)率的組合的韌性提高了25,100％。
外部汽車用織物老化試驗(yàn)機(jī)測(cè)試結(jié)果紫外光試驗(yàn)也在一臺(tái)老化試驗(yàn)機(jī)(Weatherometer)中進(jìn)行，其中該單絲遭遇到按照SAE J1960試驗(yàn)程序?qū)悠烽g歇加濕的標(biāo)準(zhǔn)外部汽車用織物周期。拉伸結(jié)果列于以下表3中。
表權(quán)利要求
1.一種提高包含有一個(gè)芯和一個(gè)外皮的雙組分彈性體單絲的耐紫外線性能的方法，所述芯的基本組成為一種第一聚酯彈性體，所述外皮的基本組成為一種其熔點(diǎn)比第一彈性體低至少20℃的第二聚酯彈性體，所述芯和外皮彈性體是從共聚醚酯、聚氨酯和聚酯酰胺組成的一組中選擇的，該方法包括向所述芯中和向所述外皮中摻入某一紫外線防護(hù)量的碳。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該碳是這樣摻入所述芯和所述外皮彈性體組分各自當(dāng)中去的先形成每種組分的碳/彈性體濃制劑，其中包含所述彈性體各75％(重量)和碳25％(重量)，使該濃制劑干燥到0.005％～0.02％(重量)水分范圍內(nèi)某一低濕水平，然后以10％(重量)濃制劑對(duì)90％(重量)原料彈性體的比例將所得到的所述碳/彈性體濃制劑均勻地?fù)胶系綄?duì)應(yīng)的原料彈性體中，從而使所得到的、所述芯和所述外皮各彈性體組分中碳的濃度均在約1.8％～約3.0％(重量)碳的范圍內(nèi)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，碳/彈性體濃制劑先均勻地?fù)胶系礁髯詫?duì)應(yīng)的原料聚合物中，然后使所得到的原料聚合物/濃制劑摻合物干燥，直至該濃制劑的濕含量達(dá)到0.005％～0.02％(重量)范圍。
4.一種改進(jìn)的雙組分彈性體單絲，其芯基本上由一種第一聚酯彈性體組成，且其外皮基本上由一種第二聚酯彈性體組成，所述第二彈性體的熔點(diǎn)比第一彈性體低至少20℃，所述芯和所述外皮彈性體是從共聚醚酯、聚氨酯、和聚酯酰胺組成的一組中選擇的，其中該改進(jìn)包括向所述第一彈性體中和向所述第二彈性體中摻入某一紫外線防護(hù)量的碳。
5.權(quán)利要求3的單絲，其中該碳包括有約19nm～約45nm范圍內(nèi)粒度的顆粒。
6.一種改進(jìn)的取向機(jī)織支撐材料，即一種有包括在一個(gè)第一方向上和在一個(gè)與該第一方向垂直的第二方向上的交叉紗線的構(gòu)型的織物，其中，該第一方向上的紗線包含從共聚醚酯、聚氨酯、和聚酯酰胺組成的一組中選擇的、有皮/芯構(gòu)型的取向熱塑性彈性體單絲，且所述外皮是一種其熔點(diǎn)比構(gòu)成所述芯的彈性體的熔點(diǎn)低至少20℃的彈性體，而該第二方向上的紗線包括一種非彈性的、天然的或合成的紗、該改進(jìn)包括向所述第一彈性體中和向所述第二彈性體中摻入某一紫外線防護(hù)量的碳。
7.權(quán)利要求5的織物，其中，該第二方向上的紗線包含從共聚醚酯、聚氨酯、和聚酯酰胺組成的一組中選擇的、有皮/芯構(gòu)型的取向熱塑性彈性體單絲，且所述鞘是一種其熔點(diǎn)比構(gòu)成所述芯的彈性體的熔點(diǎn)低至少20℃的彈性體，而且該紫外線防護(hù)量的碳是以約1.8％～3.0％(重量)范圍內(nèi)某一濃度均勻分布在外皮內(nèi)和芯內(nèi)的。
全文摘要
抗紫外線的彈性體單絲,有各自含有約1.8%～約30%(重量)范圍內(nèi)的碳的外皮和芯。
文檔編號(hào)D03D15/00GK1249787SQ98803054
公開日2000年4月5日 申請(qǐng)日期1998年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月4日
發(fā)明者E·J·賽菲爾特 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司