(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯と鞘とを有する二成分エラストマーモノフィラメントの耐ＵＶ性の改善方法であって、前記芯は第一のエラストマーから本質的になり、および前記鞘は第一のエラストマーより少なくとも２０℃低い融点を有する第二のエラストマーから本質的になり、前記芯エラストマーおよび前記鞘エラストマーは、コポリエーテルエステル、ポリウレタン、およびポリエステルアミドよりなる群から選択され、前記芯および鞘にＵＶ保護剤としての炭素を１．８重量％から３．０重量％の範囲で混合する工程を具えることを特徴とする耐ＵＶ性の改善方法。
【請求項２】
７５重量％のそれぞれの前記エラストマーと、２５重量％の炭素を含有する各成分の炭素／エラストマー濃縮物を最初に形成する工程と、
０．００５重量％から０．０２重量％の水分の範囲の低水分レベルに濃縮物を乾燥する工程と、
ついで、１０重量％の濃縮物と９０重量％のベースエラストマーとの割合で、対応するベースエラストマーに得られた前記炭素／エラストマー濃縮物を均一にブレンドする工程と、
によって、前記炭素は、前記芯エラストマー成分および前記鞘エラストマー成分のそれぞれに混合され、得られた前記芯エラストマー成分および前記鞘エラストマー成分中のそれぞれの炭素濃度は、１．８重量％から３．０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭素／エラストマー濃縮物は、最初に対応する各ベースポリマーに均一にブレンドされ、ついで得られたベースポリマー／濃縮物ブレンドを、濃縮物の水分レベルが０．００５重量％から０．０２重量％の範囲になるまで乾燥させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第一のエラストマーから本質的になる芯と、第二のエラストマーから本質的になる鞘とを有する耐ＵＶ性の改善された二成分エラストマーモノフィラメントであって、
前記第二のエラストマーは、第一のエラストマーより少なくとも２０℃低い融点を有しており、
前記芯および前記鞘エラストマーは、コポリエーテルエステル、ポリウレタン、およびポリエステルアミドよりなる群から選択され、
改善点が前記第一エラストマーおよび前記第二エラストマーにＵＶ保護剤としての炭素を１．８重量％から３．０重量％の範囲で混合してなること、
を特徴とする二成分エラストマーモノフィラメント。
【請求項５】
前記炭素は、１９ｎｍから４５ｎｍの範囲のサイズの粒径を有することを特徴とする請求項４に記載のモノフィラメント。
【請求項６】
第一の方向と、第一の方向に垂直な第二の方向とに交差したストランドを具える構造を有する耐ＵＶ性の改善された延伸された織布であって、
第一の方向のストランドは、コポリエーテルエステル、ポリウレタン、およびポリエステルアミドよりなる群から選択される鞘／芯構造の延伸された熱可塑性エラストマーモノフィラメントを含有し、前記鞘は、前記芯を構成するエラストマーの融点より少なくとも２０℃低い融点を有するエラストマーであり、および第二の方向のストランドは、非エラストマーの天然または合成糸を含有し、改善点は、前記第一のエラストマーと、前記第二のエラストマーにＵＶ保護剤としての炭素を１．８重量％から３．０重量％の範囲で混合してなること、
を特徴とする、耐ＵＶ性の改善された延伸された織布。
【請求項７】
前記第二の方向のストランドは、コポリエーテルエステル、ポリウレタン、およびポリエステルアミドよりなる群から選択される鞘／芯構造の延伸された熱可塑性エラストマーモノフィラメントを含有し、前記鞘は、前記芯を構成するエラストマーの融点より少なくとも２０℃低い融点を有するエラストマーであり、および炭素は、鞘および芯内に、１．８重量％から３．０重量％の範囲の濃度で均一に分布されていることを特徴とする請求項６に記載の、耐ＵＶ性の改善された延伸された織布。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、エラストマーポリエステルモノフィラメント、特に同時押出した二成分モノフィラメントの、紫外（ＵＶ）光に曝した際に生じる劣化に対する耐性を改善する方法に関する。より詳しくは、本発明は、鞘と芯とを有する耐ＵＶ性エラストマーモノフィラメントに関しており、この鞘と芯はそれぞれ、約１．８重量％から３．０重量％の範囲でＵＶ保護量の炭素を含む。
米国特許第４，４６９，７３９号は、エラストマーモノフィラメントの部分と、天然糸または合成糸の部分とからなる、延伸され織られた家具保持材を記載している。そのエラストマーは第一の方向に織られ、そして第一の方向に垂直な第二の方向に糸が織られ、次いで得られる織布をヒートセットさせる。一つの実施形態において、熱可塑性エラストマーフィラメントは同時押出された二成分の芯鞘モノフィラメントであり、この鞘を構成するエラストマーは、芯のエラストマーより少なくとも２０℃低い融点を有する。今まで、例えばイスの保持材としてのこのような織布使用は、紫外光に曝さない用途に制限され、例えば布を材料の他の層で被覆し、そして直接的または間接的に紫外光が布に接触するのを防ぐ用途に制限されていた。紫外光は、その織布、特にその布のエラストマーモノフィラメント成分の物性の本質的な減退の原因となることが分かっている。
発明の要旨
本発明は、鞘および芯を具える二成分エラストマーポリエステルモノフィラメントの、直接的または間接的に紫外光に曝すことによる劣化に対する耐性が、鞘および芯のエラストマー材料にＵＶ保護量の炭素を含ませることによって本質的に改善されるという発見にある。そのため、一つの態様において、本発明は、前述の芯および前述の鞘にＵＶ保護量の炭素を含めることによって、芯と鞘とを有する二成分エラストマーモノフィラメントの耐ＵＶ性を改善する方法である。
他の態様において、本発明は、第一のポリエステルエラストマーから本質的になる芯と、第二のポリエステルエラストマーから本質的になる鞘を有する改善された二成分エラストマーモノフィラメントであり、前述の第二すなわち鞘のエラストマーは、第一のエラストマーより少なくとも２０℃低い融点を有している。この発明の改善点は、前述の第一のエラストマーおよび前述の第二のエラストマーにＵＶ保護量の炭素、例えば一般的に所定の粒径の炭素を約１．８重量％から約３．０重量％の範囲の量含ませることを具える。好ましい実施形態において、先ず７５重量％のエラストマーと２５重量％の炭素とを含有する濃縮物を製造し、次いで９０重量％のベースエラストマーに対して１０重量％の濃縮物の割合で、対応するベースエラストマーに炭素／エラストマー濃縮物を均一にブレンドすることによって、炭素は各エラストマー組成に組み込まれる。得られる芯エラストマー成分および鞘エラストマー成分中のそれぞれの炭素の濃度は、上記した範囲であり、最も好ましい結果に対しては、炭素濃度は約２．５重量％である。
さらに他の態様において、本発明は改善された、例えば家具の保持材のような延伸され織られた保持材であり、第一方向および第一方向に垂直な第二方向に交差したストランドを有している。この第一の方向におけるストランドは、コポリエーテルエステル、ポリウレタン、およびポリエステルアミドよりなる群から選択された鞘／芯構造の延伸された熱可塑性エラストマーモノフィラメントを含有しており、鞘は、芯のエラストマーの融点より少なくとも２０℃低い融点を有するエラストマーである。前述の第二の方向のストランドは、非エラストマーの天然糸または合成糸を含有している。この本発明の改善点は、ＵＶ保護量の炭素、例えば一般に約１．８重量％から約３．０重量％の範囲、好ましくは２．５重量％の炭素を前述の鞘および芯に組み込んだことを含む。
記載されたように炭素を芯および鞘の両方に組み込むと、得られたエラストマーモノフィラメントは、炭素を鞘のみまたは全く組み込まなかったときより、ＵＶ光による劣化に対して本質的に改善された耐性を有する。
発明の詳細な説明
本発明の芯鞘モノフィラメントに用いられた熱可塑性エラストマーは、延伸可能なコポリエーテルエステルエラストマー、ポリウレタンエラストマー、またはポリエステルアミドエラストマーであり、鞘成分の融点は、芯成分の融点より実質的に低く、すなわち、芯のエラストマーの融点より少なくとも約２０℃低い。本発明において用いられる好ましい熱可塑性エラストマーは、米国特許第３，６５１，０１４号、同第３，７６３，１０９号、同第３，７６６，１４６号、および同第４，１３６，７１５号の一つ以上に記載されているようなコポリエーテルエステルエラストマーである。これらの米国特許の教示は、ここに参照することによって本明細書の一部を構成するものとする。係るコポリエーテルエステルポリマーは、エステル結合を通して端から端まで結合された、多数の反復する直線内の長鎖および短鎖エステル単位から本質的に構成され、これらの化学構造は、当業者によく知られている。
本発明の好ましい実施態様は、モノフィラメントの鞘がHytrel（登録商標）４０５６ポリエーテルエステルブロックコポリマーであり、モノフィラメントの芯がHytrel（登録商標）７２４６ポリエーテルエステルブロックコポリマー（E. I. du Pont de Nemours and Company，ウィルミントン，デラウエア州より商業的に入手可能）である。モノフィラメントは、米国特許第５，３１３，９０９号に記載されたような当業者に知られている慣用の方法によって、ダイを通して溶融された熱可塑性材料から芯および鞘を同時押出することによって製造される。エラストマーを含む芯と鞘との正確な割合は、広い範囲にわたって変えることができるが、通常モノフィラメントは、約７５％の芯と約２５％の鞘から構成されている。
本発明に用いられる炭素は、例えば「微細」から「中間」の粒径を有するVulcan（登録商標）9A32またはElftex 12（Cabot Corporationより商業的に「入手可能）などのいずれの市販のカーボンブラックであってもよい。「微細」とは、カーボンブラックの粒径が一般に約１９ｎｍの範囲であることをいい、「中間」粒径とは、カーボン粒子が、「微細」から約３７〜４１ｎｍのサイズの範囲であることを意味する。より微細な粒径を有する炭素は、ＵＶ劣化から一層高いレベルで保護をする傾向がある。しかし、より微細な粒子は、ポリマー中に分散するのがより困難となり、中間または粗い炭素粒子より素早く水分を吸収する傾向もある。粒径に関係なく、できる限り低い吸湿速度を有するグレードのカーボンブラックが好ましい。
最も良好の結果に対して、カーボンブラックが均一に鞘と芯のポリマー成分内に分布していることが重要である。このような均一の分布は、２５重量％の炭素と、７５重量％のそれぞれのベースエラストマーを含有する炭素／エラストマー「濃縮物」をまず製造することによって達成される。炭素成分を、この目的の為に設計された、例えばファレル連続ミキサ（Farrell Continuous Mixer）またはバンバリーミキサのような機器内で、対応する溶融されたベースエラストマーによく混合し分散させる。引き続き、この濃縮物を溶融カッターまたはストランドカッターのいずれかを用いてペレット状に切断する。本発明の好ましい実施形態において、乾燥はブレンド後に行われても良いが、対応するベースエラストマーにブレンドされる前に、炭素含有濃縮物を、０．００５重量％から０．０２重量％の範囲の低水分レベルに予め乾燥する。低水分含有量によって、炭素を含むベースポリマーの加工性が増すことが分かっている。ペレット状の予め乾燥した炭素含有濃縮物と、同様にペレット状の芯および鞘のそれぞれのベースポリマーを、引き続き予備混合し、一般的に、ベースポリマーのペレット混合物中に炭素含有濃縮物が全体に均一に分布するようにする。次いで、各ベースポリマーペレット混合物を一軸または二軸スクリュー押出機で押出する。この押出機内で、この目的のために設計され加熱されたダイ内で鞘および芯成分が形成されるダイシステムに溶融物を計量して供給しながら、成分の溶融およびさらには混合が、溶融された状態で起こる。溶融ストランドはダイから出て、冷却され、次いでモノフィラメントに強度を付与するために機械方向において後延伸される。延伸されたモノフィラメントを、次いでスプールに巻く。
試験
上述したように製造されたモノフィラメントサンプル、すなわちモノフィラメントの鞘がHytrel（登録商標）４０５６ポリエーテルエステルブロックコポリマーであり、モノフィラメントの芯がHytrel（登録商標）７２４６ポリエーテルエステルブロックコポリマーであるモノフィラメントサンプルを、キセノン光源標準（Xenon light source standard）Weatherometer（登録商標）（すなわち、「屋内試験サイクル」）内に配置し、２００および４００ＫＪ／ｍ2のレベルの紫外光に曝した。このサイクルは、ＳＡＥＪ１８８５に従って実施された。各製造実施に対する対照サンプルを保持し、そしていかなる紫外光への露光からも保護した。以下の表には、これらの対照サンプルを「０」ＫＪ／ｍ2露光サンプルとして記載している。
紫外光に露光した後、それぞれの実施に対して３つの試料がある、全てのサンプルをインストロン引張試験機内で引張試験を行った。サンプルは１０インチ（２５．４ｃｍ）ゲージ長さであり、クロスヘッド速度を１０インチ／分（２５．４ｃｍ／分）に設定し、全てのサンプルを２４時間にわたって２３℃、４０％ＲＨで予備調整した。以下の表１に、各サンプルに対して報告された引張特性を示す。
試験前のサンプルの視覚検査において、芯および鞘に２．５％の炭素を含むサンプルを除いて紫外光に曝されたサンプルの全てが、クラックが生じており、表面でひび割れしていた。芯および鞘に２．５％の炭素を含むサンプルは、対照サンプルと同様の、非常に光った平滑な表面の外観を有していた。本発明における２．５重量％の炭素を含有するサンプルは、非露光（０ＫＪ／ｍ2）のサンプルと比べ、破断負荷、引張強度、特に破断時の伸びにほとんど差異がないことを示す。
0003974189.tif 000002
織布試験結果
本発明の延伸された織られた保持材は、第一の方向と、第一の方向に垂直の第二の方向とに交差したストランドを具える構造を有する織布である。この第一の方向のストランドは、コポリエーテルエステル、ポリウレタン、およびポリエステルアミドよりなる群から選択された鞘／芯構造の延伸された熱可塑性エラストマーモノフィラメントを含有し、該鞘は芯のエラストマーの融点より少なくとも２０℃低い融点を有するエラストマーである。前述の第二の方向のストランドは、第一の方向のストランドと同じ、または、以下の具体例のように非エラストマーの天然または合成糸を含有するストランドでもよい。このような糸としては、綿、ポリエステル、ナイロン、レーヨン、アクリル、モダクリリック、およびオレフィン糸が挙げられるが、これに限定されるわけではない。布保持材は、ここで参照され本明細書の一部を構成する米国特許第４，４６９，７３９号に記載されているように製造され、Dymetrol（登録商標）brandの織られた、加熱シールされたスプリング布（E. I. du Pont de Nemours and Company,ウィルミントン、デラウエア州）として入手可能である。サンプルのDymetrol（登録商標）布を、ＳＡＥＪ１８に従ってWeatherometer（登録商標）内で紫外光に曝し、物理的にインストロン引張試験器内で試験した。布は１４横糸の同時押出された芯鞘エラストマーモノフィラメントウィーブ、ポリエステル縦糸の朱子織、および全てのサンプルはモノフィラメントの方向に引っ張られた。
各場合において、朱子織布の主にポリエステル面および主にモノフィラメント面の両方は、各面が光源に面するように試験にかけられた。これらの面は、以下の試験結果の報告された表２に、それぞれ「白」面および「黒」面と表す。
0003974189.tif 000003
布サンプル幅：２．５４ｃｍ（正確に１４ストランドモノフィラメント）
ＳＡＥＪ１８８５に準じたＵＶ露光試験
インストロン：ゲージ長１０．１６ｃｍ
クロスヘッド速度：２５．４ｃｍ／分
試験条件：２３℃、５０％ＲＨ
試験：露光試験当たり３サンプルの得られた結果の平均
モノフィラメント組成：芯Hytrel（登録商標）７２４６、鞘Hytrel（登録商標）４０５６、７５体積％の芯と２５体積％の鞘とからなるモノフィラメント
得られた結果より、モノフィラメントの鞘および芯成分に２．５％の炭素添加を有する布は、その布の強度および結合性が、Weatherometer（登録商標）で少なくとも４５１．２ＫＪ／ｍ2のＵＶ露光レベルに対して保たれることがわかる。例えば、朱子織布サンプルの主にモノフィラメントの面が直接にWeatherometer（登録商標）のキセノン光源に曝された「黒」サンプルを考えると、応力−ひずみ曲線の下の面積であり、したがって破断負荷および伸びの組み合わせを表す靭性は２５，１００％に改善されたことがわかる。
外部自動車Weatherometer（登録商標）試験結果
ＵＶ試験をWeatherometer（登録商標）で実施した。この耐候試験器でサンプルを試験手段ＳＡＥＪ１９６０に従って断続的に湿らせる標準外部自動車サイクルにかけた。引張結果を以下の表３に示す。
0003974189.tif 000004