JP2003518202A - フラッシュ紡糸されたシ−ト材料 - Google Patents
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Abstract
Description
服、空気フィルター、及び他の最終使用用途に適したフラッシュ紡糸されたプレ
キシフィラメントシートまたは布に関する。
囲を着用者による汚染から保護することが目的のカバ−オ−ル、ガウン、上っ張
り、及び他の衣類を含む。保護服の例は、ミクロエレクトロニクス製造のクリー
ンルームで着用する服、医者の服及びガウン、汚れ仕事のカバーオール、及び液
体や粒状物からの保護に適した服を含む。保護服が適当である特別な用途は、衣
類を作るために使用する布またはシート材料の組成、並びに布またはシート材料
片が衣類に一体化されている様子に依存する。例えばある種類の布またはシート
は、有害な化学品からの保護服に使用するのに優れいるが、医者の服に用いるの
には高価すぎ、また着心地がよくない。他の材料はクリーンルーム服に使用する
のに十分軽量で、通気性はあるが、汚れ仕事への用途に対しては耐久性が十分で
ない。
服を作るのに使用される材料が液体、例えば体液、塗料または噴霧液からの良好
な障壁的保護を付与することは、広範な種類の保護服の用途に対して望ましいこ
とが見出だされた。また保護服を作るのに使用される材料は細かい汚れ、塵、及
び繊維屑が通過するのを遮断することも望ましい。保護服に用いる布またはシー
ト材料に対する他の所望な性質は、このシート材料を用いて作られる服が予想さ
れる作業条件下にその合体性を失なわないほど十分な強度及び耐引裂き性を有す
ることである。更に保護服に使用される材料は、水分や熱を透過及び消散させて
、着用中に過度な発熱や汗ばみがなく物理的作業が行えるようにすることも重要
である。最後に、多くの保護服材料は、安価な保護服に実用的に利用するのに十
分なほど安い製造費で製造できねばならない。
、材料が最良に適合するかどうかを相互に性質を比較し且つ決定するために、保
護服に使用する材料を特性化するのに多くの標準化された試験法が工夫されてき
た。服用のシート材料の強度及び耐久性は、引っ張り強度、引裂き強度、及び伸
長に関して定量化される。液体障壁性を特徴付ける基本的な試験は、静水圧(h
ydrostatic head)耐性試験として知られる種々の圧力での水の
透過に対する耐性を試験する方法である。粒状物障壁性はバクテリア障壁性試験
及び粒子透過試験によって測定される。
R)で推定されてきた。しかしながらMVTRは、分子拡散だけで透過した蒸気
を測定する静的な実験室条件で決定される。MVTR試験結果は、実際の動的作
業場条件における衣服シート材料の心地好さを予測するのに完全に信頼性ある手
段ではないことが分かった。独立した試験用実験室においてデュポンで行われた
種々の衣服シート材料の研究の結果、材料の空気透過性は保護服で着用される布
及びシート材料が提供する相対的心地好さの最も信頼できる予測因子であること
を学んだ。空気透過性の、服の熱的心地好さに対する重要な寄与は、布または材
料を通る空気及び水分の動きで誘導されるポンプ作用によるものであるようにみ
える。水蒸気の分子拡散(MVTRで測定)は比較的遅い過程であるがゆえに、
布またはシート材料を通る水分を含んだ空気の少しの流れでさえ、材料を通過す
る水蒸気透過に関してかなり重要であるようである。従って、保護服に使用され
るシート材料は、強度または障壁性のような他の重要な性質をはなはだしく犠牲
にしないで高度の空気透過性を有することが重要である。
体の濾過には有孔性のシート材料も使用される。例えば空気フィルター及び真空
クリーナーバッグは、同時に空気をフィルターに通しつつ、その汚れ、塵、及び
小さい粒状物を捕捉するように設計されている。有孔シート材料は、胞子及びバ
クテリアのような微生物を濾過することが必要である用途にも使用される。例え
ば有孔シート材料は、殺菌した医用具、例えば外科の道具の包装に使用される。
殺菌包装の場合、有孔包装材料は、殺菌すべき道具のバクテリアを殺すために使
用されるエチレンオキシドのような気体を通さねばならないが、殺菌した道具を
汚染するかもしれないバクテリアを通してはいけない。良好な障壁性を有する有
孔シート材料の他の用途は、水蒸気吸収乾燥剤を保持する袋の製造に対してであ
る。そのような乾燥袋は、望ましくない水分を吸収するために、包装材料でしば
しば使用される。
々の濾過用途で使用されるシート材料は細かい粒子の透過に対して良好な障壁性
を提供するが、気体を良好に透過することが望ましいことが分かっている。ある
濾過用途に使用される布またはシートの所望の性質の組合わせは、材料がこのシ
ート材料を用いて作ったフィルターが予想される作業条件下にその合体性を失わ
ない十分な強度及び耐引き裂き性を有することである。最後に多くのフィルター
材料は、安価なフィルターに実用的に利用しうるために十分安い製造費で製造で
きねばならない。
境に最良に適合するかどうかを相互に比較し且つ決定するために、濾過に及び殺
菌包装に使用される材料を特性化するのに多くの標準化された試験法が工夫され
てきた。シート材料の強度及び耐久性は、引っ張り強度、引裂き強度、及び伸長
に関して定量化される。濾過効率を特徴づける基本的な試験は、フィルター効率
(フィルターに保留される粒状物の%)を測定する試験であり、空気透過性は空
気フィルターに対する試験であり、水流に対する抵抗は液体フィルターに対して
与えられた流速におけるフィルターの透過性(クリーン透過性年点も公知)を測
定する試験であり、フィルター材料の寿命は与えられた負荷及び運転条件下での
それを測定する試験(濾過能力としても公知)である。障壁性はバクテリア及び
粒子物障壁試験によって測定される。
長年にわたり保護服の材料として使用されてきたフラッシュ紡糸された(fla
sh−spun)プレキシフィラメントシ−ト材料である。E.I.デュポン
(du Pont de Nemours Company)は、タイベク紡糸
接合オレフィンの不織布を製造し且つ販売している。タイベクはデュポンの登録
商標である。タイベク不織布は、優秀な強度性、良好な障壁性、軽重量、適当な
程度の熱的心地好さ、及び多くの競合材料に比べて低製造費をもたらす単層構造
という理由から、保護服に対してよい対象であった。デュポンは、更にタイベク
布の衣服に対する心地好さを改良するための研究を行ってきた。例えばデュポン
は通気性を改良するための隙間を含むタイベク16型布を市販している。またデ
ュポンは心地好さと通気性を高めるために、より柔軟で、隙間のあいた水ジェッ
トで柔らかくしたタイベク布(参照、米国特許第5023130号)を製造した
。これらの両方の材料は、確かに着心地が好かったけれども、材料の障壁性はそ
の向上した通気性のためにかなり減少した。
うに設計されたポリエチレンの繊維パルプからシートを製造した。このシートは
、ハイサ−フ(HysurfTM)印で販売され、米国特許第5047121号及
び第5242546号に開示された多段法で作られる。この方法によれば、フラ
ッシュ紡糸したポリエチレンスクラップ材料を先ず切断し且つ精製してパルプと
する。このパルプを水及び界面活性剤と混合してスラリ−にし、これを湿式配置
製紙工程によりシートとする。このシート材料が真空クリーナーバッグに使用さ
れる。
ポンに帰属)は、良好な障壁性と改良された通気性を示すフラッシュ紡糸された
プレキシフィラメントシート材料を開示している。国際特許WO第98/079
08号に開示される多くの点接合された(point bonded)且つ軟化
されたプレキシフィラメント材料は、静水圧約120cmも示すシートにおいて
約9秒のガ−リ−・ヒル多孔度を示した。国際特許WO第98/07905号に
開示される全表面接合されたプレキシフィラメント材料は、約3.6秒のガ−リ
−・ヒル多孔度と静水圧約55cm有した。しかしながら、衣服布に対しては更
に大きい程度の通気性が望ましく、空気フィルター媒体として使用するのには更
に大きい程度の空気透過性が必要である。
過させるのに要する秒数の測定値である。ガ−リ−・ヒル多孔度(秒で測定)は
小さければ小さいほど、空気の材料透過性が大きい。ガ−リ−・ヒル多孔度の尺
度は、一般に比較的低い空気透過性を有する材料の多孔性を定量化するために使
用される。それより多孔性の材料の空気透過性は、一般に与えられた圧力下に与
えられた面積のシート材料を通過する空気容量を測定するフレイジア(Fraz
ier)透過度に関して測定される。3oz/yd2 以下のプレキシフィラメン
トシート材料の場合、2ft3 /分/ft2 のフレイジア透過度は、約3.1秒
のガ−リ−・ヒル多孔度に対応する。
ート材料から作るためには、約2秒以下のガ−リ−・ヒル多孔度を示し、一方良
好な液体障壁性を維持するプレキシフィラメントシート材料が必要とされている
。与えられた基本重量において、現在保護服に使用されているタイベク紡糸接合
オレフィン不織布に少なくとも同等の強度及び障壁性を有するが、この材料から
作られる保護服の熱的心地好さを高めるために、かなり改良された通気性を有し
且つ保護服に使用するのに適当なシート材料が必要である。
リマ−、コポリマ−(例えばブロック、グラフト、ランダム、及び交互コポリマ
−)、タ−ポリマ−など、並びにそのブレンド及び改変物を含む。更に特に断ら
ない限り、「ポリマ−」とはその材料のすべての可能な幾何的立体配置を含むで
あろう。これらの立体配置は、これに限定されはしないが、アイソタクチック、
シンジオタクチック及びランダム対掌体を含む。
なく、反復単位の少なくとも85%がエチレン単位であるコポリマ−も包含する
ことが意図される。
に認めうる柄のない平坦な材料を形成するようランダムに配置された個々の繊維
または糸構造を意味する。
製造する方向である。「横断方向」とは、機械方向に垂直なシート平面の方向で
ある。
の支持体構造を含まない実質的に均一な層を形成している、構造全体が同一種の
繊維または繊維ブレンドから作られた、織ったまたは不織の布またはシートを意
味する。
ry)」とは、ランダムな長さで、約4ミクロン以下の平均のフィルム厚さと約
25ミクロン以下の中位フィブリル幅を有する多数の薄い、リボン様のフィルム
−フィブリル要素の三次元全ネットワークを意味する。プレキシフィラメント構
造において、フィルム−フィブリル要素は、一般に構造の長い方向に同時に配列
して存在し、そして構造の長さ、幅及び厚さ方向を通して種々の場所において不
規則的な間隔で断続的に合体且つ分離して、連続的な三次元ネットワークを形成
している。
定するために次の試験法を使用した。ASTMはアメリカ試験及び材料協会(A
merican Society for Testing and Mate
rials)に監視、AATOCはアメリカ織物化学者及び染色者団体(Ame
rican Associationn of Textile Chemis
ts and Colorists)に関し、そしてIESは環境科学協会(I
nstitute of Environmental Science)に関
するものである。
50gの負荷下におけるウェッブ長180cmの試料の重さから決定した。
ッシュ紡糸した生成物のフィブリル化の程度と細かさの他の尺度である。表面積
はS.ブルナウア−(Brunauer)、P.H.エメット(Emmett)
及びE.テラ−(Teller)、J.アム・ケム・ソク(Am.Chem.S
oc.)、60、309−319(1938)のBET窒素吸着法で測定し、m 2 /gとして報告する。
定した。ストランドを21℃及び相対湿度65%で調整し、試験した。次いでス
トランドをインチ当たり10巻でねじり、インストロン試験機のジョウに取り付
けた。2インチのゲージ長を、毎分4インチの初期伸長速度と共に用いた。破断
時の靭性はg/デニル(gpd)で記録する。破断時伸長は試料の2インチゲー
ジ長のパーセントとして記録する。
つのプレキシフィラメント繊維ストランドを、接合してないプレキシフィラメン
トウェッブから手で引き抜いた。この3つの試料の重さは1、2、及び3グラム
であった。報告するクラッシュ値は、3つの試料で測定した値の平均値である。
各試料のプレキシフィラメントストランドを、クラッシュ化を避けるために最小
の圧力をかけてボールの形にし、次いでグラムで重さを測った。アクリル試料ホ
ルダーとクラッシャ−からなるクラッシュ試験機を用いて、各試料のクラッシュ
値を測定した。試料ホルダーは、内径5.64cm及び外径6.91cmの円筒
部分を含んでなった。この円筒の中心は、寸法15.24cmx15.25cm
mの平方形基本の幾何的な中心に位置した。クラッシャ−は、プランジャ−棒の
一端に位置する第一のディスク型面(ディスクは厚さ0.64cm、直径5.5
9cm)と第一のディスクから3.81cm後方へ離れたプランジャ−棒上の第
二のディスクを有する円柱形プランジャ−棒(直径=1.91cm)を含んでな
った。第二のディスクも厚さ0.64cm、直径5.59cmであった。ディス
クは、クラッシュ中に空気を試料から逃げさせるために、円筒形試料ホルダーの
内径より僅かに小さい寸法であった。プレキシフィラメント試料を、一度に試料
ホルダ−内に置き、クラッシュに先立って直径約5.59cmの薄い紙片をプレ
キシフィラメント試料上に置いた。次いでプランジャ−棒を、第一のディスク型
面が紙片と接触するように円筒形試料ホルダー中へ挿入した。第二のディスクは
プランジャ−棒の軸を円筒形試料ホルダーの軸と一列に保つのに役だった。次い
でプランジャ−棒に0.91kgの重りを置いて各プレキシフィラメントストラ
ンド試料をクラッシュした。試料の高さ(mm)を、円筒形試料ホルダーの底か
らクラッシャ−の底部まで測ることによって得た。約2分後にプランジャ−と重
りを試料から除き、紙片をその場に置いて、試料の回復した高さの測定を容易に
した。各試料を約2分間回復させ、試料ホルダ−の4つの側面の各々の中心から
紙の高さを測定し、この値を平均することによって試料の回復高さ(mm)を得
た。この平均のクラッシュ高さを平均の回復高さから差し引き、試料の重さの平
均で割ることによってクラッシュ値(mm/g)を計算する。クラッシュ値は試
料がクラッシュした後、その元の寸法にどのくらい戻るかの尺度であり、この値
が高いと元の試料高さへの回復は大きい。
g/m2で報告する。後の実施例で報告する基本重量はそれぞれ試料について少
なくとも12回行った測定の平均に基づくものである。
t2の単位で報告する。これは水0.5インチの差圧において材料を通る空気流
の容積を測定する。オリフィスを真空系に配置し、試料を通る空気流を測定でき
る量に限定する。オリフィスの大きさは、材料の多孔性に依存する。フレイジア
多孔度としても言及されるフレイジア透過性は、補正オリフィス装置付きのシャ
−マン(Sherman)W.フレイジア社の二重マノメ−タを用いてft3/
ft2/分の単位で測定する。
る。特にこれはある圧力勾配が存在するとき、気体のある容量が材料のある面積
を通して通過する期間の尺度である。ガ−リ−・ヒル多孔度は、ロ−レンツェン
・アンド・ウェットル(Lorentzen & Wettre)の121D型
デンソメ−タ(Densometer)を用い、TAPPI T−460OM−
88に従って測定した。この試験は、空気100立方センチメートルが水約1.
21kPaの圧力下に直径28.7mmの試料(1平方インチの面積)を通過す
るのに必要な時間を測定するものである。結果をしばしばガ−リ−秒として言及
される秒で表示する。
8−83(これは以後取り下げられた)で決定した。MVTRはg/m2 /24
時間で報告され、ここでは「MVTR−LYSSY]データとして示す。リッシ
−(Lyssy)はチュ−リッヒ(スイス)に本部がある。
)対相対湿度15%(乾燥空間)の湿度勾配に基づく。リッシ−法は、まさに数
分間且つ一定の湿度差における水分の拡散を測定し、次いでこの測定値を24時
間に外挿する。
によるシートの透過に対する抵抗の尺度である。17.78cmx17.78c
mの試料をSDL18シャ−リ−・ハイドロスタティック・ヘッド(Shirl
y Hydrostatic Head)試験機[シャ−リ−・ディベロップメ
ンツ社(Shirly Developments Limited,Stoc
kport,England)製]に取り付ける。次いで水が試料の3つの面積
に浸透するまで60+/−3cm/分の速度で水を試料の1つの面102.6c
m2 にポンプで供給した。静水圧をインチで測定し、SI単位に転換し、水のc
mで表示する。この試験は一般にASTM D583(1976年11月の刊行
物から取り消された)に従った。
よって決定し、psiで報告する。
測定は20.3cmx20.3cmのシート試料で行った。すべての試料を、0
.3μmまたは0.966μmのポリスチレンラテックス球を用いて2つの異な
る速度(15及び30cm/秒)で試験した。実施例で報告する濾過効率は試験
材料の3つの試料で連続的に行った3つの測定値の平均である。
rous Materials,Inc.)製のキャピラリ−フロ−細孔計を用
いて平均流細孔寸法及びバブル点(bubble point)に関して測定し
た。濡れ流体は16ダイン/cmの表面張力を有するフルオロカ−ボン油であっ
た。点接合したシートの測定は、ランダムに接合した(平滑な)面を上にして行
った。平均流細孔寸法及び最大最高寸法(バブル点)をミクロン(μm)で報告
する。
ss)は、厚さが2mmであり且つスロットへ圧入される試料の全長に延びる棒
を用いて、幅10mmのスロットへの圧入に対する試料の抵抗を測定する。ハン
ドル−オ−堅さは試料の柔軟性の指標である。ハンドル−オ−堅さは、スウィン
グ・アルバ−ト・インスツルメント社(Thwing Albet Instr
ument Co.,Philadelphia,Pennsylvania,
USA)製のハンドル−オ−メ−タ211−5型で測定した。203mmx20
3mmの四角い試料をシートから切り取った。試料の実質的に等しい直角の部分
がスロットの反対の側にあるように、試料をスロット上に中心を合わせた。測定
する試料の方向(例えば機械方向または横方向)をスロットの長い方向と一致さ
せた。棒の端を試料に押しつけ、試料を約9mmスロット中へ圧入させた。グラ
ムで測定されるピークの圧入力を記録した。期待されるように、試料の堅さは基
本重量と共に増加する傾向がある。かくして堅さはピークの力に1g/m2 の基
本重量に等しいファクタ−を乗じ、実際の基本重量で除することにより標準化す
ることができる。堅さの測定もグラムで報告する。
いてシートのどの部分が接合されているかを特徴付ける尺度である。例えば1つ
の面が点接合され且つ他の面が全表面接合されているシートの場合、2つの方法
で接合されたシートの相対量が特徴付けられる。シートを両面で接合した後、シ
ートの基本重量を測定する。シートを、シートの一端に沿ってシート層をピック
で分離し、次いで試料層を互いから引きはがすことによって剥離する。各層の基
本重量を測定し、次いで試料の全基本重量で除し、次いで100倍して、各方法
で接合された試料の重量%を得る。
オレフィンシート材料の製造法は、先ず25年前以上に開発され、デュポンによ
り商業化された。ブレ−ズ(Blades)らの米国特許第3081519号
(デュポンに帰属)は、繊維形成ポリマ−の、液体の常圧沸点以下においてポリ
マ−に対する溶媒でない液体紡糸剤中の溶液を、液体の常圧沸点以上の温度並び
に自発圧力またはそれ以上の圧力下に、より低い温度及び実質的に低い圧力の領
域へ紡糸して、プレキシフィラメントフィルム−フィブリルストランドを生成さ
せる方法を記述している。アンダ−ソン(Anderson)らの米国特許第3
227794号(デュポンに帰属)に開示されているように、プレキシフィラメ
ントフィルム−フィブリルストランドは、ポリマ−及び紡糸剤溶液の圧力を、フ
ラッシュ紡糸直前にレットダウン(letdown)室において僅かに減じる場
合、ブレ−ズらの開示する方法によって最良に得ることができる。
(1)紡糸剤の常圧沸点以下においてポリマ−に対し非溶媒であり、(2)高圧
においてポリマーと溶液を形成し、(3)溶液の圧力をレットダウン室において
僅かに減じた時ポリマ−を含む所望の2相分散液を形成し、そして(4)レット
ダウン室から実質的に低圧の領域へ放出した時フラッシュ蒸発する、紡糸剤を必
要とする。使用するポリマ−に依存して、次の化合物がフラッシュ紡糸法におけ
る紡糸剤として有用であることが判明した:芳香族炭化水素、例えばベンゼン及
びトルエン、脂肪族炭化水素、例えばブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、
オクタン、及びその異性体及び同族体、脂環式炭化水素、例えばシクロヘキサン
、不飽和炭化水素、ハロゲン化炭化水素、例えばトリクロロフルオロメタン、塩
化メチレン、四塩化炭素、ジクロロエチレン、クロロホルム、塩化エチル、塩化
メチル、アルコール、エステル、エーテル、ケトン、ニトリル、アミド、フルオ
ロカ−ボン、二酸化硫黄、二酸化炭素、二硫化炭素、ニトロメタン、水、及びこ
れらの液体の混合物。フラッシュ紡糸に有用な種々の溶媒混合物は、シン(Sh
in)の米国特許第5032326号、シンらの米国特許第5147586号、
及びシンの米国特許第5250237号(すべてデュポンに帰属)に開示されて
いる。
て引用されるブレソウア−(Brethauer)らの米国特許第386036
9号に開示されているものと同様である。繊維形成ポリマ−のフラッシュ紡糸の
系及び方法は、米国特許第3860369号に完全に記述されており、これを図
1に示す。フラッシュ紡糸工程は、通常時に紡糸室として言及される室10で行
われる。この室は紡糸剤除去口11及び工程で製造された不織シート材料の取出
し開口12を有する。ポリマ−及び紡糸剤の混合物を含んでなる紡糸液体を、紡
糸オリフィス14に至る加圧された供給導管13を通して付与する。紡糸液体は
供給導管13から室16へ、室の開口15を通過する。ある紡糸法を適用する場
合、室16は、アンダ−ソンらの米国特許第3227794号に開示されている
ように圧力の低減で紡糸液体の相分離を誘導する圧力レットダウン室として働く
ことができる。室16の圧力を監視するために圧力センサー22を設置してもよ
い。
−及び紡糸剤の、室16から紡糸オリフィスへの通過は、ポリマ−の配向に役立
つオリフィスの近傍で伸長された流を生じさせると思われる。ポリマーと紡糸剤
がオリフィスから出る時、紡糸剤は急速に気体として膨張し、フィブリル化され
たプレキシフィラメントフィルム−フィブリルから離れる。そしてこの気体は口
11を通って室10を出る。好ましくは気体の紡糸剤は紡糸流体中へ再使用のた
めに凝縮される。
フル26で方向が変わる。回転式バッフル26は、バッフルが左右へ交互に振れ
て、ストランド20をより平面のウェッブ構造24へ広げる。広がったウェッブ
はバッフルから下降するにつれて静電気で荷電され、ウェッブ24が移動ベルト
32に達するまでウェッブの広がった開放形が保持される。ウェッブ24はベル
ト32上に置かれ、バット(batt)34を形成する。ベルトは接地されてい
て、荷電されたウェッブ24のベルト上での適切な保留を保証する助けをする。
繊維バット34はローラー31の下を通過して、軽く固められたシート35へ圧
縮され、重なり合うマルチ方向の立体配置へ配向したプレキシフィラメントフィ
ルム−フィブリルネットワークを形成する。シート35は出口12を通って紡糸
室10を出、次いでシート捕集ロール29に集められる。
インを続いて通過する。例えばシート生成物は、デ−ビッド(David)の米
国特許第3532589号(デュポンに帰属)に開示されるように、平滑な加熱
ロールで接合して固い表面接合したシート生成物としてもよい。この接合法によ
れば、シ−トの両面が一般に均一な、全表面接触の熱接合に供される。この「固
い構造」の生成物は、すべすべした紙の感触を持ち、通常包装、構造膜材料、例
えばタイベク・ホ−ムラップ(HomewrapR )、及び殺菌包装材に使用さ
れる。全表面接合された「固い構造」材料は、ありそうにもないが、その紙様の
感触とドレ−プの欠如のために、服飾の用途に使用できる。
78141号、及び第4091137号(それぞれデュポンに帰属)に開示され
るように、典型的には点接合により、柔軟で、より布的な感触の「柔らかい構造
」の生成物を生成する。点接合の意図は、密な間隔の接合点とその間の接合して
ない繊維からなる美的に心地よい柄を与える。デュポンは、シートが波状表面の
熱接合ロールと接触して非常に僅かに熱接合し、一方他の部分がより明白に接合
して布部分を与える、点接合された柄を好んでいる。布シートは、接合された後
機械的柔軟化に供して、接合中に導入されたかもしれない固さを除去してもよい
。これは布の感触及び触感の質を改善する。
される好適な紡糸剤は、クロロフルオロカ−ボン(CFC)紡糸剤、トリクロロ
フルオロメタン(フレオン−11)であった。フレオン(FREONR )はデュ
ポンの登録商標である。フレオン11を紡糸剤として使用する場合、紡糸溶液は
ポリマ−約12重量%と残りの紡糸剤とからなる。フラッシュ直前の紡糸溶液の
温度は歴史的に約180℃に維持されてきた。
フラッシュ紡糸されたプレキシフィラメント布またはシートよりもかなり透過性
であり、且つ少なくとも同等の強度と障壁性を有する布またはシートを生成する
低表面積のプレキシフィラメント繊維がフラッシュ紡糸できることが発見された
。このより空気を透過する材料は、増大した空気透過性が製品の性能をかなり改
善する保護服及び濾過製品に大きな用途のあることが分かった。
より高い紡糸温度で炭化水素紡糸剤からフラッシュ紡糸する時、改良されたシー
ト透過性が達成できることを見出した。申請者は、ポリエチレンをそのような高
い紡糸温度でn−ペンタン及びシクロペンタンのブレンドである紡糸剤からフラ
ッシュ紡糸する時、非常に低表面積であり且つ公知のプレキシフィラメント繊維
ストランドよりもかなり低い密着性であるプレキシフィラメント繊維ストランド
の製造できることを見出だした。重要なことには、これらの繊維ストランドを配
置し、シートに接合する時、シートは障壁性の重大な低下を伴わずに、従来ポリ
エチレンプレキシフィラメントシートで達成できるよりもかなり高い空気透過性
を有する。フラッシュ紡糸し、接合して本発明のシート材料を生成するポリエチ
レンプレキシフィラメント繊維ストランドは、炭化水素紡糸剤中12−24%ポ
リエチレンポリマ−の紡糸溶液から205−220℃の範囲の紡糸温度で紡糸で
きる。
体障壁性、及び優秀な強度を組み合わせて有さねばならない場合、プレキシフィ
ラメント繊維は好ましくはペンタン紡糸剤中12−17重量%ポリエチレンを含
んでなる紡糸液から205−214℃の紡糸温度でフラッシュ紡糸される。より
好ましくは、服飾布に使用するためのプレキシフィラメント繊維ストランドは、
ペンタン紡糸剤中14−16重量%ポリエチレンを含んでなる紡糸液から208
−212℃の紡糸温度でフラッシュ紡糸される。シートが空気フィルター及び真
空バッグで使用されるシートに所望されるように良好な空気透過性、良好な粒状
物障壁性、及び適度な強度を組み合わせて有さねばならない場合、プレキシフィ
ラメント繊維は好ましくはペンタン紡糸剤中15−24重量%ポリエチレンを含
んでなる紡糸液から205−220℃の紡糸温度でフラッシュ紡糸される。より
好ましくは、空気濾過シート生成物に使用するためのプレキシフィラメント繊維
ストランドは、ペンタン紡糸剤中16−20重量%ポリエチレンを含んでなる紡
糸液から208−218℃の紡糸温度でフラッシュ紡糸される。
室内空気濾過、プリーツ型集塵カートリッジ、及び顔の呼吸マスクに対して十分
高いフレイジア範囲の空気透過度を有する。更に本発明の接合されてないシート
の空気透過性は、空気通流(through−air)接合工程を用いて接合す
るのに十分高い。空気通流接合は、2成分繊維ウェッブのような不織布を接合す
るのに使用されてきたが、従来フラッシュ紡糸されたプレキシフィラメントシー
トを接合するためには使用されなかった。通常のフラッシュ紡糸されたシートは
、空気通流接合法に対して低すぎる空気透過性しか持たなかった。空気通流接合
法を適用するためには、シートは好ましくは少なくとも2ft3 /分/ft2 、
更に好ましくは5ft3 /分/ft2 以上、そして最も好ましくは8ft3 /分
/ft2 のフレイジア透過度を有する。空気通流接合は、ウェッブ内の個々の繊
維を、布の均一な接合を保証する同一温度に加熱し且つこれに露呈させるために
、加熱空気をウェッブ中に引き込むことによって不織布繊維ウェッブを接合させ
ることを含む。接合は繊維の交差している点で起こる。
柄で全表面接合され、反対側の面が畝柄で点接合されている。この種のシートの
場合、リネン柄で全表面接合されたシートの重量%は歴史的に約60%であり、
点接合されたシートの重量%は歴史的に約40%である。今回接合温度及び接合
時間を変えることにより、シートの大きい%がシートの点接合部分からなるプレ
キシフィラメントシートの製造できることが発見された。シートは、畝柄で点接
合された部分が50%以上である時、ハンドル−オ−スティフネス(Handl
e−o−Stiffness)試験で測定してかなり柔軟になるということが発
見された。今回、全表面接合されたシート部分が40%以下及び点接合されたシ
ート部分が60%以上からなるプレキシフィラメントシ−トが製造された。シー
トの約30%がリネン柄で全表面接合され且つシートの約70%がリブ柄で点接
合されている更に柔軟なシートも製造された。
は点接合されたフラッシュ紡糸シートとかなり異なる性質を有する接合されたシ
ートが得られる。空気通流接合シートは、表面接合または点接合シートよりかな
り高いロフト(loft)を有する。例えば典型的な固く接合したタイベクシー
トと同一の基本重量を有する空気通流接合シートは、2倍以上の厚さを有する。
通常の接合シートと比較してシートの厚さを通してより均一に加熱されるために
、空気通流接合シートはシート厚さを通してより均一に接合され、また空気通流
シートは表面接合または点接合されたプレキシフィラメントシート材料の場合の
ように平面的に剥離しない。
フラッシュ紡糸プレキシフィラメント繊維の表面積は減少し、繊維がより粘着性
でなくなると考えられる。図5は、種々の紡糸条件下にフラッシュ紡糸されたポ
リエチレンプレキシフィラメント繊維ストランドに対するクラッシュ値対表面積
のグラフである。y軸で示されるクラッシュ値は上述のクラッシュ試験法にした
がって計算され、クラッシュ後の試料の寸法回復度を表す。クラッシュ値が高け
れば、繊維ストランドがより容易に元の寸法に回復することを意味する。粘着性
の低いプレキシフィラメント繊維ストランドはクラッシュ後にその元の寸法及び
形のほとんどを回復する。図5はポリエチレンプレキシフィラメント繊維の表面
積が低下するにつれて、繊維が粘着性でなくなることを示す。本発明のフラッシ
ュ紡糸されたシートの繊維は、一般に約10m2 /g、更に好ましくは8m2 /
g以下、最も好ましくは5m2 /g以下の表面積を有する。図7は本発明のシー
ト材料のプレキシフィラメントストランドの断面の顕微鏡写真であり、一方図6
は通常のプレキシフィラメントシートからのプレキシフィラメントストランドの
断面の顕微鏡写真である。本発明のプレキシフィラメントストランドは通常のプ
レキシフィラメントシ−ト材料のプレキシフィラメントストランドよりもかなり
低い表面積を有することが視覚的に理解できる。本発明のプレキシフィラメント
繊維の多くは、通常のフラッシュ紡糸されたプレキシフィラメント繊維よりも細
いようにみえるということを記述するのは興味がある。普通、繊維が細くなるに
つれて、その表面積が増大することが予期されよう。本発明のプレキシフィラメ
ント繊維の場合、細い繊維は驚くほど低表面積を有する。これは繊維の内部空隙
の大きさ及び数の減少によるためと思われる。
繊維は、厚い部分がより少なく、平均細孔寸法がより大きいシート層をもたらし
、シートの多くの部分が空隙空間からなると思われる。シートは、粘着性の低い
全構造を有し、シート平面における層間がより大きい空隙空間を有するようにみ
える。最終的な結果は、気体及び蒸気をより多く通過させる、即ち材料を障壁性
の有意な低下なしに非常に透過性にせしめたシートであるように思える。重要な
ことには、本申請者は、本発明の接合されたプレキシフィラメントシートが通常
のプレキシフィラメントシート構造で見出だされるよりも高い平均流細孔寸法(
flow pore size)を有することを見出だした。同時に、本発明の
シートにおける最大の細孔は、通常のフラッシュ紡糸されたシートの場合よりも
(平均流細孔分布で対比されるように)比例して小さい。平均流細孔寸法の増
加は、より大きい細孔寸法の比例した増加なしに、障壁性をほとんど低下させな
いで非常に大きい空気透過性を示すプレキシフィラメントシ−ト材料をもたらす
と思われる。
くつかの従来法のシート材料に対する細孔の測定及び最大細孔直径と最低細孔直
径の比を要約する。基本重量1.2oz/yd2 を有するフラッシュ紡糸された
プレキシフィラメント繊維(タイベク1424A型)の通常の点接合されたシー
ト、チャ−ルストン(Charleston)PGI(South Carol
ina)から売られている基本重量1.1oz/yd2 を有するD207メルト
ブロ−ポリオレフィンポリマ−のシート、及び基本重量2.0oz/yd2 を有
するハイサ−フ(HysurfTM)ポリエチレンパルプのシートに対して細孔寸
法を測定した。 シートの種類 最大最高直径 平均最高直径 直径比 (バブル点)(μm) (μm) 最大/平均 本発明の点接合された シート(実施例7) 46.9 16.7 2.8 本発明の空気通流接合 シート(実施例20) 19.5 13.3 1.5 本発明の空気通流接合 シート(実施例24) 11.8 9.4 1.3 通常の点接合されたプレキシ フィラメントシート 11.6 2.8 4.2 PGIのD207メルト ブロ− 19 12 1.6 ハイサ−フ 23.9 8.4 2.8 通常のプレキシフィラメントシ−トの最大細孔直径と平均細孔直径の比は、一
般に4以上である。上の表から見られるように、本発明のプレキシフィラメント
シ−トを点接合した時、最大/平均細孔寸法比は2.8が達成された。これはハ
イサ−フパルプに基づく濾過シート製品で得られたものに匹敵する。本発明の空
気通流接合されたプレキシフィラメントシ−トの場合、最大/平均細孔寸法比1
.3−1.5が達成された。これは非常に弱いメルトブロ−した材料に期待でき
る値と対比できる。
及び少なくとも1mm/gのクラッシュ値を有する。プレキシフィラメント繊維
ストランドは、好ましくは8m2 /g以下の、より好ましくは5m2 /g以下の
表面積を有する。更に、本発明の繊維ストランドは、少なくとも1.5mm/g
のクラッシュ値を有することが好適である。
ランドからなり、それは基本重量1.0oz/yd2 に標準化して少なくとも1
cfm/ft2 のフレイジア透過度を有する。好ましくは不織布シートは、少な
くとも30cm、より好ましくは少なくとも45cm、またより好ましくは少な
くとも75cm、またより好ましくは少なくとも85cm、また更により好まし
くは少なくとも100cm、そして最も好ましくは少なくとも130cmの静水
圧を有する。本発明のシートは、少なくとも30cmの静水圧を有する場合、基
本重量1.0oz/yd2 に標準化して少なくとも4cfm/ft2 、またより
好ましくは少なくとも10cfm/ft2 、またより好ましくは少なくとも15
cfm/ft2 、また更により好ましくは少なくとも20cfm/ft2 、そし
て最も好ましくは少なくとも25cfm/ft2 のフレイジア透過度も有するこ
とが好適である。本発明の他の好適な具体例によれば、本発明のシート材料は少
なくとも114cmの静水圧及び6秒以下のガ−リ−・ヒル多孔度を有する。本
発明の更に好適な具体例によれば、本発明のシート材料は少なくとも127cm
の静水圧を有し、一方6秒以下のガ−リ−・ヒル多孔度を保持する。本発明の不
織布シートは、好ましくは単一の繊維シートである。本発明のフラッシュ紡糸さ
れたポリエチレンプレキシフィラメント不織布シートは、全表面接合、点接合、
または空気通流接合されていてよい。
た装置を図2に示す。本発明のプレキシフィラメント繊維シート及びストランド
を製造する方法に従えば、ポリエチレンポリマ−を、導入口41からオ−トクレ
−ブ40へ仕込む。仕込み後、バルブ43を通して真空に引くことによってオ−
トクレ−ブから空気を除去する。オ−トクレ−ブからすべての酸素を脱気するた
めに、オ−トクレ−ブに窒素を加え、次いで連続して2または3回真空にして脱
気する。次にオ−トクレ−ブを約52℃に保ちながら、バルブ43から紡糸剤を
オ−トクレ−ブ40に仕込む。オ−トクレ−ブを閉じ、約100rpmで回転す
る二重らせん撹拌機でポリマ−及び紡糸剤を混合しつつ、徐々に約4時間にわた
って約210−220℃の温度まで加熱する。加熱及び混合4時間後、紡糸流体
の圧力は13790kPaに達する。
入する。次いでラム(ram)バルブ46を開いて紡糸流体の紡糸を開始する。
この時紡糸流体は加圧された一面の窒素45によってオ−トクレ−ブから強制的
に押出される。紡糸流体は加熱された直径1.9cmのライン48を通って、紡
糸パック(pack)56における紡糸流体の圧力を調節する圧力調節バルブ5
0へ流れる。紡糸流体は25.4cmの焼結された金属フィルター52を通って
流れ、次いで紡糸パック56に入る。紡糸流体の実際の紡糸温度は、紡糸パック
の直ぐ上流の温度プローブ54によって監視される。
と同様のレットダウン室及び紡糸オリフィスを含む。本発明のプレキシフィラメ
ント繊維ストランド及びシートを得るために使用されるレットダウン室を図3に
示す。紡糸流体は、長さ0.064cm及び直径0.095cmを有する開口7
2を通ってレットダウン室70に入る。レットダウン室の入口角αは10−70
°である。レットダウン室は直径1.56cm及び75で示す長さ約11.6c
mを有する。後の実施例では、レットダウン室の入口角は15、23.6または
60°に設定した。レットダウン室は、紡糸オリフィス74に向かって約80°
の角度の勾配がついている。本発明のプレキシフィラメントストランド及びシー
トを製造するための1つの方法によれば、レットダウン室70中に細かいメッシ
ュのスクリーンを挿入することができる。例えばそれぞれ互いに約0.32cm
の間隔で配置された7つの50メッシュスクリーンは、本発明のプレキシフィラ
メントストランドを紡糸する時、23.6°の入り口角を有するレットダウン室
において成功裏に使用できた。
及び直径0.087cm(L/D=0.74)を有する。紡糸トンネルは好まし
くは紡糸オリフィスの直ぐ下流に位置する。1つの好適な紡糸トンネルは、長さ
0.84cm、入口直径0.46cm、及び出口直径0.61cmを有する。紡
糸トンネルの面は図3に示したもののように堅い端または丸い端において紡糸ト
ンネルのバック(back)に適合させることができる。下の実施例において、
堅い端を有する紡糸トンネルは「ノ−ラド(no−rad)」として示し、約1
.3mmの曲面半径を有する丸い端は「ラド」として表される。
転するバッフル57を含んだ。バッフル57は、紡糸オリフィス74からでてく
るプレキシフィラメントストランドを広げ、このストランドを前後に振って移動
するスクリム(scrim)上に配置する。好ましくはバッフルは約90Hzで
プレキシフィラメントを振って、移動するスクリム63上に幅約50cmのシー
トを生成させる。このストランドを、気体流拡散器58中に組み込まれた荷電イ
オンガンと金属ターゲット板の間を通過させて静電気で荷電する。イオンガンは
互いに同心の2列に位置した21の荷電ニードル(needle)からなる(第
1列の11のニードルは半径7.6cmで10°の間隔、第2列の10のニード
ルは半径8.9cmで10°の間隔で配置)。荷電の極性は負である。好ましく
は荷電ニードル点はターゲット板表面から約1.9cmに位置する。ターゲット
板は接地され、約23cmの直径を有する。ストランドをイオンガン及びターゲ
ット板の間を通過させて荷電した後、このストランド及び気体の紡糸剤を、約6
cmの出口ギャップと約20cmの半径を有する拡散器を通過させる。拡散器は
乱流を減じ、更に下降するプレキシフィラメントストランドを広げるのに役立つ
。
約25cmである。移動ベルト捕集スクリム63は好ましくは開放スクリム材料
、例えば基本重量17g/m2 及びフレイジア多孔度329m3 /分/m2 を有
するリ−メイ(ReemayR )2250番紡糸接合ポリエステル布である。捕
集スクリム63は、供給ロール62から与えられ、次いで接地された支持金属板
上を引っ張られる。移動する捕集スクリム63の速度は、振幅しているプレキシ
フィラメントストランドを捕集し、所望の基本重量のプレキシフィラメントを形
成するように変化させうる。開放スクリム材料、例えばリ−メイ2250番紡糸
接合したポリエステル布の第2シート64は、バットが捕集ロール66にまかれ
るにつれて、フラッシュ紡糸されたプレキシフィラメント材料のバットの上且つ
金属固化ロール65下で巻き取られる。開放スクリム材料の2枚のシート間に挟
まれたプレキシフィラメント材料の軽く固められたバットは、以下の実施例にお
いて未接合シートとして言及される。この未接合シートの性質は、軽く固められ
たプレキシフィラメント材料の両面にある開放スクリムシートを含んで測定した
。スクリム材料は、未接合シートに対して測定した空気及び水分透過性または静
水圧性に影響しないことが認知されるほど開放されている。
メントシ−トを熱により接合するために伝統的に使用されている接合法にしたが
って接合できる。例えば本発明のプレキシフィラメントシ−トは、デ−ビッドの
米国特許第352589号に開示される方法に非常に類似した接合法に従って大
きい、平滑な、加熱されたロール接合機で全表面接合されて、「堅い表面」のシ
ート生成物とすることができる。デ−ビッドの特許の接合法によれば、シートの
両面が一般的に均一な全表面接触熱接合に供せられる。「堅い構造」の生成物は
つやつやした紙の感触を持つ。
号及び第3478141号に開示されるように点接合され且つ随時柔軟化されて
、より布様の感触を持つ「柔軟な構造」の生成物を製造する。点接合を用いる意
図は、美的に心地好い柄の中に接合されてない繊維を有する近い間隔の接合点を
付与することである。好適な点接合の柄は、非常に僅かしか熱接合して無い繊維
部分とより明白に接合に供された部分とを与える起伏の表面を有する熱接合ロー
ルにシートを接触させる場合に製造される。布シートを接合させた後、これを随
時機械的柔軟化に供して、接合中に導入されたかもしれない堅さを除く。これは
布の感触及び触感性を改善する。重要なことに本発明のシートは、柔軟化処理に
供さないで点接合したものである場合、通常のプレキシフィラメントシート材料
から点接合とシートの柔軟化の両方によってはじめて得ることのできる柔軟性及
び風合いをある程度示すことが発見された。
気孔性のプレキシフィラメントシートを用いて可能でなかった空気通流接合法に
よっても接合できる。空気通流接合法は技術的に公知であり、有孔ドラム装置ま
たは水平のコンベア型装置を用いて行うことができる。例えば空気通流接合は、
図4に概略的に例示される装置80を用いて行える。開放スクリム材料の層間に
挟まれた未接合のプレキシフィラメントシ−ト82を真空ロール86及びロール
85の間に供給する。真空ロール86は直径が約1.4メートルで、開放メッシ
ュ金属スクリーン材料から作られている。プレキシフィラメントシ−トが真空ロ
ール86と共に回転するにつれて、加熱された空気88が約130−140℃の
温度で、シートを横切る圧力降下が水約200−350mm下に、加圧空間84
から供給される。シートを横切る空気速度は0.5−2.0m/秒であり、滞留
時間は6秒ほどの長さであってよい。空気はシートの厚さを通して繊維の接合を
与えるのに充分高い温度まで加熱される。加熱された空気がシートを通過すると
、それは開放メッシュ真空ロール86を通り、真空ドラム90に入る。シートが
真空ロール86の周囲のほとんどを通過した後、出口ロール87はプレキシフィ
ラメントシ−トを真空ロール86から引き離す。
紡糸されたポリエチレンシートの強度及び耐久性を維持しつつ製造できることが
分かった。更に、リサイクル性及び低価格は、本発明の材料が市場でしばしば競
合しなければならない積層生成物と比べ、本発明の単一のフラッシュ紡糸された
布またはシート材料において具現化される。今や本発明は、本発明を例示するが
、いずれの具合にも本発明を限定しない以下の実施例によって例示されよう。
−トクレ−ブ中においてバッチ式で調製した。紡糸流体を図2に関して上述した
方法に従って調製し、フラッシュ紡糸した。実施例で報告するポリマ−濃度は、
全紡糸流体の重量に基づくポリマ−の重量%として計算した。但し全紡糸流体と
は、ポリマ−及び紡糸剤の重量を含む。
入口端におけるオリフィスは長さ0.064cm及び直径0.095cmを有し
、レットダウン室の出口端におけるオリフィスは長さ0.064cm及び直径0
.087cmを有し(L/D=0.74)、紡糸オリフィスの直ぐ下流に位置す
る紡糸トンネルは長さ0.84cm、入口直径0.46cm、及び出口直径0.
61cmであった。以下の実施例において、「std」として示す紡糸オリフィ
スは、L/D=0.74を有する上述した紡糸オリフィスである。いくつかの実
施例において、スクリーンの配列は、レットダウン室への溶液流の入口付近に置
いた。これらの実施例において、7つの50メッシュのスクリーンを使用し、直
径1.56及び入口角23.6°を有する長さ11.6cmのレットダウン室に
おいて互いに約0.32cmの距離間隔で配置した。レットダウン室にスクリー
ンのない実施例では、レットダウン室は直径1.56及び長さ11.6cmを有
し、そして入口角は断らない限り60°であった。実施例のすべてで使用した紡
糸パックは、図2に関して上述した特別に振幅するバッフル、荷電イオンガン、
金属ターゲット板、及び気体流拡散器を含んだ。実施例の各々で使用される回報
スクリム材料は17g/m2 の基本重量及び329m3 /分/m2 のフレイジア
多孔度を有する上述したリ−メイ2250番紡糸接合ポリエステル布であった。
びシートは、n−ペンタン60重量%及びシクロペンタン40重量%の、但し後
者が純度81重量%であり、その第1級の不純物が15%の2、2−ジメチルブ
タンである紡糸剤を用いてフラッシュ紡糸した。実施例のすべてにおいて用いた
ポリマ−は、0.7g/10分の溶融指数(ASTM D1238に従い、19
0℃及び2.16kg負荷で測定)、約133℃の融点、及び0.96g/cm 3 の密度を有する高密度ポリエチレンであった[アラソン(AlathonR )
、イクイスタ−・ケミカルズ(Equistar Chemicals)LP(
Houston,TX)から入手]。このポリエチレンは熱安定剤1200pp
mを含んだ。
1に示す紡糸条件及びポリマ−濃度にわたってフラッシュ紡糸した。各実施例に
おいて、未接合シートを、デ−ビッドの米国特許第3532589号に開示され
た方法に非常に類似した接合法に従い、直径約4フィートの水蒸気加熱接合ロー
ルで全表面接合した。全表面接合中、開放スクリム材料を、スクリム材料の1層
が常にプレキシフィラメントシ−ト試料と加熱された接合表面との間にあるよう
に、プレキシフィラメント材料の反対面上に残した。接合中試料に十分な普通の
圧力をかけて皺のよるのを防止するために、接合ロールから遠い方に面するスク
リム材料シートに対して抑圧ブランケット(blanket)を押しつけた。シ
ートの各面を、300フィート/分の速度で一度に接合ロール上に送った。次い
でスクリム材料を接合したシートから除去した。粗いスクリム表面上での接合は
シート材料の透過性を改善するのに役だった。
施例において、レットダウン室の入口角は23.6°であった。結果は、本発明
の未接合シートに対する標準化されたフレイジア透過度が、それより低温で紡糸
された対照実施例よりも約4−9倍高いことを示す。本発明の面接合されたシー
トも、対照実施例よりも高い空気透過性を有し、本発明の接合したシ−ト中の空
気流はフレイジア範囲にあった。
度の範囲にわたって、高密度ポリエチレンシートをフラッシュ紡糸した。図1に
示したものと同様の商業的フラッシュ紡糸ラインで紡糸した対照実施例Bを除い
て、上述した方法により未接合シートを製造した。
シート構造を実質的に変えることなく、試料の1面から除去した。スクリム材料
が除去されたシートの面を、ランダムな柄で、直径34インチの水蒸気加熱エン
ボス加工ロールと接触させ、このランダムな柄のエンボスロールと70のデュロ
メ−タ(durometer)を有する直径30インチの柔らかいゴムのバック
アップロ−ルとの間に形成されるニップ中で接合させた。このエンボスロ−ルは
、ロールの残りの表面から約0.203−0.508mm突き出ているランダム
な柄の突出面を有するステンレス鋼表面のロールであった。エンボスロ−ルの表
面のランダムな柄は、図9に示すようなものであった。ロールを140−144
℃に加熱しながら、シートを、150ft/分の速度でランダムな柄のエンボス
ロール上を通過させた。ニップ圧は、エンボスロールが柔らかいゴムロールに長
さ20mmのニップ・フットプリント(footprint)を作るのに十分な
ものであった。エンボスロ−ル上のランダムな柄のために、エンボスロ−ルは接
合されるシートの25−30%にだけ接触した。
をシートの他の面から除去し、次いでこれを畝柄を有するエンボスロ−ルに対し
て点接合した。スクリム材料を除去したシートの第2面を、畝柄で、直径34イ
ンチの水蒸気加熱されたエンボスロ−ルと接触させ、畝柄のエンボスロールと7
0のデュロメ−タを有する直径30インチの柔らかいゴムのバックアップロ−ル
との間に形成されるニップ中で接合させた。このエンボスロ−ルは、それぞれ幅
が約0.635mmで、ロールの残りの表面から約0.381mm突き出ており
、それぞれ1.6mmの間隔で位置する長い平衡の一連の畝で覆われたステンレ
ス鋼表面のロールであった。ロールを140−144℃に加熱しながら、シート
を150ft/分の速度でランダムな柄のエンボスロール上を通過させた。ニッ
プ圧は、エンボスロールが柔らかいゴムロールに長さ20mmのニップ・フット
プリント(footprint)を作るのに十分なものであった。
実施例6−8に関して上述したように接合した。対照実施例Bにおいて、開放ス
クリム材料を先ず、フラッシュ紡糸したシート構造を実質的に変えることなく、
試料の1面から除去した。スクリム材料が除去されたシートの面を、リネン柄で
、直径34インチの水蒸気加熱エンボス加工ロールと接触させ、このリネン柄の
エンボスロールと70のデュロメ−タを有する直径30インチの柔らかいゴムの
バックアップロ−ルとの間に形成されるニップ中で接合させた。このエンボスロ
−ルは、密な間隔で、細い、不連続な、且つ互いに垂直に延びる突出した一般に
平行な線2組からなるリネン柄を有するステンレス鋼表面のロールであった。こ
の細い線は厚さが0.127−0.381mmで、ロールの残りの表面から約0
.203mm突き出ていた。エンボスロ−ルの表面の平滑なリネン柄は、織った
リネン材料の外観を有するきめの、非常に僅かなきめを接合されるシ−ト材料上
に付与した。ロールを144−158℃に加熱しながら、シートを150ft/
分の速度でリネン柄のエナボスロール上を通過させた。ニップ圧は、エンボスロ
ールが柔らかいゴムロールに長さ19mmのニップ・フットプリントを作るのに
十分なものであった。
41号に開示された方法に従ってピンで軟らかくし、続いて5%のFC808フ
ッ素化化学防水剤[3M社(St.Paul,Minnesota)製]、1%
のゾニル活性化剤(Zonyl Activator)100(E.I.デュポ
ン社製)、0.75%のゼラック(Zelac)9012帯電防止仕上げ剤[ス
テパン(Stepan,Northfield,Ilinois)製]、及び0
.55%のヘキサノ−ルからなるフッ素化化学仕上げ剤で処理した。
に示す。接合したシートに対する細孔の測定はランダムなエンボス加工をした面
を上にして行った。
を、実施例1と同一のポリマ−を用いてフラッシュ紡糸し、クラッシュ値と表面
積を測定した。紡糸条件及び試験結果を表3に報告する。表3の実施例Bは、表
2の実施例Bと同一の試料に関するものである。また表3の実施例1は、表1の
実施例1と同一の試料に関するものである。
にクラッシュされる(より低い標準化されたクラッシュ高さ)けれども、それら
は驚くことに多くが永久的セットとして発現しないことを示す。この、増大した
非粘着性の指標である「回復」特性は、本発明の試料に対するより高いクラッシ
ュ値によって反映されている。更に本発明のウェッブは、かなり低いウェッブ表
面積によって対照実施例のものから区別される。
した。実施例16では、実施例3に記述した全表面接合シート(紡糸温度=12
1℃、ポリマ−濃度=全紡糸流体に基づいて22重量%)について濾過性を測定
した。実施例17では、実施例3の全表面接合シートを、テネシ−大学(Uni
v. of Tennessee)に帰属するツァイ(Tsai)らの米国特許
第5401446号に記述された方法を用いて静電気で荷電し、次いで濾過性を
測定した。実施例18では、実施例4に記述した全表面接合シート(紡糸温度=
214℃、ポリマ−濃度=全紡糸流体に基づいて16重量%)について濾過性を
測定した。実施例19では、実施例4の全表面接合シートを、ツァイ(Tsai
)らの米国特許第5401446号に記述された方法を用いて荷電し、次いで濾
過性を測定した。濾過性を下の表4に示す。
ハイサ−フ及びミクロ−ラインド(Micro−LinedR )生成物より大き
い濾過効率と低い圧力降下を示す。これらのシートは、パルプに基づくハイサ−
フシート材料を製造するために必要とされる多段法よりも非常に簡単な方法で製
造される単一シートであるという更なる利点を有する。実施例19の荷電したシ
ートは、いくらか高い圧力降下を有する3Mフィルトリ−ト生成物に匹敵する濾
過効率を示した。
ポリマ−濃度の範囲にわたって製造した本発明の未接合フラッシュ紡糸ポリエチ
レンシートを図4に関して上述した方法に従って空気通流接合した。空気通流接
合過程中、開放スクリム材料シートを、プレキシフィラメントシ−ト試料の両面
に残しておいた。空気通流接合は、図4に示したような、ドラム直径1.4m及
び有孔部分幅(真空幅)0.5mを有する有孔ドラム装置で行った。未接合シー
トを15m/分の線速度で有孔ドラムの周囲を約300°回転させた。接合空気
を表5に示す温度に加熱した。この加熱した空気を、シートが接合ドラムの周囲
を移動中約0.5−2m/秒の速度で、シート中に通過させた。シートの紡糸及
び接合条件、更にシートの性質を下表5に報告する。
空気透過度を有するから、本発明のプレキシフィラメントシ−トに適用すること
ができる。過去において、未接合のプレキシフィラメントシートの空気透過度が
空気通流接合の適用に対して余りにも低すぎたので、フラッシュ紡糸プレキシフ
ィラメントシ−トに空気通流接合を適用することは可能でなかった。本発明の空
気通流接合シートは、非常に高度の液体障壁性(静水圧)を維持しつつ、途方も
なく高いフレイジア空気透過度を示す。更に空気通流接合シ−トのムレンバ−ス
ト(Mullenburst)強度は、同一のプレキシフィラメントシ−ト材料
の全表面接合シートの約2倍ほど高かった。
空気通流接合シートに関し、濾過性を測定した。実施例25−27で試験した本
発明のシートは、静電気で荷電しなかった。本発明の空気通流接合シートの濾過
性能は、シートを静電気荷電によって改善できることが推定できる。本発明のシ
ートを荷電して濾過性能を改善するために使用できる方法は多くのものが知られ
ている。これらの公知の方法は、例えば熱的、液体接触、電子線及びコロナ放電
法を含む。本発明のシートを静電気で荷電するのに好適な方法は、テネシー大学
に帰属するツァイらの米国特許第5401446号に開示されている。この方法
は反対の極性を有する1対の電場に材料を供することを含む。
った:フラッシュ紡糸のポリエチレンプレキシフィラメントパルプから作られた
ハイサ−フ、静電気で荷電された紡糸接合−溶融ブロー−紡糸接合積層物のフィ
ルトリ−ト、および静電気で荷電されたポリプロピレン溶融ブロー内張りを有す
る紙の外層からなるホ−ム・ケア・インダストリ−ズ(Home Care I
ndustries)により売られているミクロ−ラインド。
を製造し、接合した。シートの軟らかさは、通常の点接合されたフラッシュ紡糸
シートと比べて、高い障壁性と良好な通気性を維持しつつ、改良される。
置であった。紡糸流体は、紡糸剤と溶融指数0.70g/10分(ASTM D
123によって測定、190℃および負荷2.16kg)、密度0.958g/
cm3 、および融点約132℃を有する高密度ポリエチレン(アラソン、イクイ
スタ−・ケミカルズLPから入手)とを連続混合装置で混合することによって調
製した。このポリエチレンは、熱安定剤ファイバ−スタブ(Fiberstab TM )FS210を1000ppm含んだ。このファイバ−スタブはチバガイギ−
社(Ciba Geigy Corporation)の商品名である。ポリエ
チレンには青色顔料濃厚物を添加した。青色顔料はフタロシアニン青色顔料、フ
タロシアニン緑色顔料、およびカーボンブラックの混合物から調製されたアンパ
セット(Ampacet)560665ブルーマスターバッチであった。濃厚物
は高密度ポリエチレン中に顔料約35%を含んだ。濃厚物およびポリマ−を混合
して、ブレンドの全重量に基づいて濃厚物2.5重量%およびポリマ−97.5
重量%のブレンドとし、ポリエチレンポリマ−および顔料ブレンドの全重量に基
づいて全顔料濃度を約0.86重量%とした。
を有する3つのダブル端(double−ended)紡糸口金組立品列に供給
した。図8は、1つのダブル端紡糸口金組立品130を概略的に示す。この組立
品は、2つのレットダウン室のそれぞれの出口端に紡糸オリフィス対138を有
する紡糸口金パックを含んでなる。紡糸トンネルは、各紡糸オリフィスの直ぐ下
流に位置し、紡糸オリフィスから遠ざかるにつれてトンネルの直径が増す円錐台
の形をしていた。紡糸トンネルの入口部分には小さい半径を使用した。紡糸トン
ネルは、電動機142で駆動される内部に収容された耳たぶ型バッフルの方向に
気体及び繊維材料を向かわせた。回転するバッフルは、気体及び繊維材料を1対
のレイダウン・ジェット158として、方向Mに移動する捕集ベルト132の下
方向へ向かわせた。バッフルは、ウェッブを約135Hzで振動させ、幅約50
cmのシートを接地された移動する真鍮製ベルト132上に集めた。レイダウン
・ジェット158は、ジェットが出口点146から出る前にそれを保護する目的
で、流線形シールド(拡散器)144で包囲されている。
含む。イオンガンは、互いに同心円的な2列に位置する23の荷電ニードルから
なった(第1列では12のニードルが半径7.6cm上に10°で並び、そして
第2列では11のニードルが半径8.9cm上に10°で並んだ)。ニードルの
各々は、100kVの可変容量の直流電源、典型的には5−20kVに設定され
た電源に結線されていた。荷電の極性は負であった。荷電ニードルの先端はター
ゲット板表面から約1.91cmのところに位置した。ターゲット板は接地され
、22.9cmの直径を有した。プレキシフィラメント構造体はイオンガンとタ
ーゲット板の間を通過することによって電気的に荷電され、プレキシフィラメン
ト構造体及び輸送気体の紡糸剤は拡散器144中を通過した。この拡散器は、約
0.635cmの出口空間と19.69cmの半径を有した。拡散器144の中
央底部から移動ベルト132の表面までの距離「H」は約33cmであった。
all)の米国特許第5123983号に記述されたものと同様であった。図8
に示すように、気体取り扱い系は、パックバッフル152及びポジショナル(p
ositional)バッフル154からなった。パックバッフル152は、各
ダブル端紡糸口金組立品の拡散器144間の捕集ベルト上に位置し、下流拡散器
よりも上流拡散器により近く位置し、上流の足より下流の足が短い逆「V字型」
の溝(trough)をしていた。ポジショナルバッフル154は、隣るダブル
端紡糸口金組立品間の途中に位置し、各端が開放の逆「V字型」の溝からなった
。紡糸条件を表7に示す。
ベルトと金属固めロール間に繊維層を通過させて固め、巻上げロールに捕集する
。この固めたシートを1面がリネン柄で表面接合し、反対の面を対照実施例Bに
関して上述した方法に従って畝柄で点接合させた。但し、ここではシートをスク
リム材料上に捕集せず、次の工程条件を使用した。
のリネン表面柄及び高パーセントの畝点接合柄を有するリネンと畝の接合柄を作
るために、上の接合条件を適用した。次いで米国特許第5966785号に記述
された方法に従って点接合したシートを軟らかくした。ウェッブ性、未接合及び
点接合のシート性、及び軟らかくしたシート性を表7に示す。
明を説明し且つ記述することを意図している。本明細書で付与される特許権利の
範囲は特許請求の範囲によって判断され、決定されねばならない。
る。但し、これらの図面は説明のためだけであって、必ずしも正確な縮尺で書か
れていないことを理解すべきである。
の概略的断面図である。
ムの概略的断面図を例示する。
図である。
維クラッシュ値対繊維表面積のグラフである。
フィラメントシ−ト繊維ストランドの一部分を4000Xで撮った顕微鏡写真で
ある。
シフィラメントシ−ト繊維ストランドの一部分を5000Xで撮った顕微鏡写真
である。
ブル端フラッシュ紡糸装置の概略的断面図を表す。
部分の平面図である。
Claims (27)
- 【請求項1】 10m2/g以下の表面積及び少なくとも1mm/gのクラ
ッシュ値を有するポリエチレンプレキシフィラメント繊維ストランド。 - 【請求項2】 ストランドの表面積が8m2/g以下である、請求項1のプ
レキシフィラメント繊維ストランド。 - 【請求項3】 ストランドの表面積が5m2/g以下である、請求項1のプ
レキシフィラメント繊維ストランド。 - 【請求項4】 ストランドのクラッシュ値が少なくとも1.5mm/gであ
る、請求項1のプレキシフィラメント繊維ストランド。 - 【請求項5】 実質的に連続のポリエチレンプレキシフィラメント繊維スト
ランドからなり且つ1.0oz/yd2基本重量に標準化して少なくとも2cf
m/ft2 のフレイジア透過度を有する不織シート。 - 【請求項6】 実質的に連続のポリエチレンプレキシフィラメント繊維スト
ランドからなり且つ少なくとも110cmの静水圧及び6秒以下のガ−リ−・ヒ
ル多孔度を有する不織シート。 - 【請求項7】 少なくとも30cmの静水圧を有する、請求項5の不織シー
ト。 - 【請求項8】 少なくとも45cmの静水圧を有する、請求項5の不織シー
ト。 - 【請求項9】 少なくとも75cmの静水圧を有する、請求項5の不織シー
ト。 - 【請求項10】 少なくとも85cmの静水圧を有する、請求項5の不織シ
ート。 - 【請求項11】 少なくとも100cmの静水圧を有する、請求項5の不織
シート。 - 【請求項12】 少なくとも130cmの静水圧を有する、請求項5の不織
シート。 - 【請求項13】 1.0oz/yd2基本重量に標準化して少なくとも4c
fm/ft2のフレイジア透過度を有する、請求項7の不織シート。 - 【請求項14】 1.0oz/yd2基本重量に標準化して少なくとも8c
fm/ft2のフレイジア透過度を有する、請求項7の不織シート。 - 【請求項15】 1.0oz/yd2基本重量に標準化して少なくとも10
cfm/ft2のフレイジア透過度を有する、請求項7の不織シート。 - 【請求項16】 1.0oz/yd2基本重量に標準化して少なくとも15
cfm/ft2のフレイジア透過度を有する、請求項7の不織シート。 - 【請求項17】 1.0oz/yd2基本重量に標準化して少なくとも20
cfm/ft2のフレイジア透過度を有する、請求項7の不織シート。 - 【請求項18】 1.0oz/yd2基本重量に標準化して少なくとも25
cfm/ft2のフレイジア透過度を有する、請求項7の不織シート。 - 【請求項19】 シートが単一の繊維シートである、請求項7の不織シート
。 - 【請求項20】 空気通流で接合されたポリエチレンプレキシフィラメント
不織シート。 - 【請求項21】 該シートが、全表面接合された第一のシート面部分と点接
合された第二のシート面部分を有する、但し該点接合されたシート部分が不織シ
ートの少なくとも50重量%を含んでなる、請求項5の不織シート。 - 【請求項22】 点接合されたシート部分が不織シートの少なくとも60重
量%を含んでなる、請求項21の不織シート。 - 【請求項23】 点接合されたシート部分が畝型接合柄で接合され、全表面
の接合されたシート部分がリネン柄で接合されている、請求項22の不織布シー
ト。 - 【請求項24】 請求項7の不織布シートからなる衣類。
- 【請求項25】 請求項7または請求項20の不織布シートからなるフィル
ター媒体。 - 【請求項26】 請求項5または請求項20の不織布シートからなる真空バ
ッグ。 - 【請求項27】 請求項5の不織布シートからなる枕カバー。
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