JP2004527671A - 多層多成分フィラメントを製造する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数種類の熱可塑性合成ポリマーから複数の多層フィラメントを形成する方法に関し、さらに、複数のコートハンガー分配マニホールド（６、８）と、各コートハンガー分配マニホールドの下流と連絡する別々のフィルターと、各コートハンガー分配マニホールド（１０、１２）の下流と連絡する紡糸口金と、前記多層フィラメントを紡糸するための別々の出口孔と連絡する別々のポリマー流路（１３、１４）を有し前記フィルターの下流と連絡する紡糸口金（１５）とを内部に有する直交ビームを含む紡糸ビームを備える装置に関する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融紡糸した多層断面多成分フィラメントの製造方法および装置に関する。これらのフィラメントを集合させて、フィルター、衣服、拭き取り用布、および衛生用製品に使用される不織ウェブに加工することができる。
【背景技術】
【０００２】
溶融紡糸法では、熱可塑性合成ポリマーを溶融させ、紡糸口金の孔から強制的に押し出して、フィラメントが形成される。これらのフィラメントは、空気ジェットまたは機械的手段によって延伸したり繊維化したりすることができ、移動する多孔質表面の上で捕集して、不規則に並んだフィラメントすなわち不織ウェブを製造することができる。このウェブは、その完全性を維持するために互いに接合させることができる。また、メルトブロー法では、紡糸口金末端部で空気ジェットを加えて、非常に迅速な延伸工程を行うことによって、非常に小さな直径のフィラメントを得ることができる。
【０００３】
紡糸口金孔の列から均一なフィラメントを形成するためには、各フィラメントのポリマーは、紡糸装置中においてできる限り同じ熱履歴および滞留時間となるようにすべきである。これは、より短い移動距離の溶融ポリマーよりも迅速により長い距離溶融ポリマーを移動させるポリマー分配マニホールドを使用することによって実施可能である。分配マニホールドの一例は、コートハンガー（マニホールドの全体的な形状を示している）であり、これは（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、（特許文献４）、および（特許文献５）に見ることができる。
【０００４】
２種類の異なるポリマーから製造される２成分フィラメントを溶融紡糸することもできる。別々の溶融ポリマー流れを合流させて層状のポリマー流れを得て、各フィラメントの長さ方向の実質的な部分に延在した異なるポリマー成分をそれぞれのフィラメント部分が有する断面が並列したフィラメントを形成することができる。メルトブロー法におけるこのような例は（特許文献６）である。断面が並列するフィラメントを製造する場合、コートハンガーを使用する前に、ポリマー流れを合流させる方法が公知である。残念ながら、２成分溶融物流れのろ過によって層状のポリマー流れの混合が起きるので、これによって下流のろ過能力がなくなってしまう。各ポリマー流れにコートハンガーを使用し、続いてポリマー流れを分割ホールダイに供給してから合流させる方法も公知である。残念ながら、この分割ホールダイは不均一なフィラメントを形成しうる。
【０００５】
ポリマーがろ過されないシステムでは、ダイの始動中および作業中に紡糸口金の多数の孔が詰まるが、その理由は溶融系が通過するときにこれらの孔は粒子から保護されないからである。実質的にすべての溶融方法では、紡糸孔を詰まらせるのに十分な大きさの粒子が形成される。これらの粒子は、分解したポリマー、ゲル、凝集物、汚染物質などによって形成されうる。ほとんどの方法では、詰まった孔の通常の数は開始時で１０〜１５％であり、その数は稼働中に増加し続ける。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第３，８６０，３８３号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，０４３，７３９号明細書
【特許文献３】
米国特許第４，２８５，６５５号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，７２８，４０７号明細書
【特許文献５】
米国特許第６，１２０，２７６号明細書
【特許文献６】
米国特許第６，０５７，２５６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術の方法では、溶融物がダイを出る前にポリマーが合流する場合には、２種類のポリマー溶融物の間に界面が存在する。この界面は直接は制御されず、工程中の多くの要因によって影響されうる。この界面を制御できないために発生しうる重大な問題の２つの例は、１）２種類の類似したポリマーが使用される場合、ポリマーが混合され始めると界面が拡散し始めることがあり、そのため得られる繊維は２成分繊維よりも溶融混合繊維に近づくこと、そして、２）ポリマーの溶融粘度に大きな差がある場合、より高粘度のポリマーは溶融物が占めることができる空間の不釣り合いな割合を占有し始め、これは２種類の溶融物がダイを出るときにそれらの速度が一致しないために生じると考えられ、それによってポリマー溶融物は界面に沿って互いに滑るような移動が発生する場合があり、これは紡糸上の問題となりうることである。下流でのろ過、異なる溶融粘度を有するポリマーの使用、および溶融ポリマー間の望ましくない混合が起こる接触時間を最小限にすることが可能な、均一な多層断面のフィラメントを製造するための溶融紡糸装置および方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の実施形態では、本発明は、複数種類の熱可塑性合成ポリマーを別々に溶融させ、別々の溶融ポリマー流れとして押し出す工程と、前記別々の溶融ポリマー流れを別々の平面状溶融ポリマー流れに分配する工程と、前記別々の平面状溶融ポリマー流れをろ過する工程と、複数の別々のポリマー流路を含む紡糸口金に前記別々の平面状溶融ポリマー流れを供給する工程とを含み、各平面状溶融ポリマー流れは紡糸口金出口孔と連絡する別々の一連の前記ポリマー流路に供給され、前記出口孔から出現する複数の溶融ポリマー流れが互いに接触して多層フィラメントが形成されるように前記流路が配列される、複数種類の熱可塑性合成ポリマーから複数の多層フィラメントを製造する方法に関する。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、複数種類の熱可塑性合成ポリマーを別々に溶融させ、溶融ポリマー流れとして押し出すための複数の押出機と、前記別々の溶融ポリマー流れを別々の平面状溶融ポリマー流れに分配するための、前記押出機の下流にあり前記押出機と連絡する別々の分配マニホールドと、前記別々の平面状溶融ポリマー流れをろ過するための、前記分配マニホールドの下流にあり前記分配マニホールドと連絡する別々のフィルターと、前記別々の平面状溶融ポリマー流れの各々を複数の紡糸口金出口孔に移動させるための、前記フィルターの下流にあり前記フィルターと連絡し複数のポリマー流路を含む紡糸口金とを含み、前記出口孔から出現する複数の溶融ポリマー流れが互いに接触して多層フィラメントが形成されるように前記流路が配列される、上記方法を実施するための装置である。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態は、別々の複数のコートハンガー分配マニホールドとそれぞれ連絡する複数のポリマー入口通路と、各コートハンガー分配マニホールドの下流にあり各コートハンガー分配マニホールドと連絡する別々のフィルターと、前記フィルターの下流にあり前記フィルターと連絡する紡糸口金とを含み、前記紡糸口金は、前記多層フィラメントを紡糸するための出口孔と連絡する複数の別々のポリマー流路を有する、上記方法および装置に使用される溶融紡糸ビームに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書で使用される場合、多層フィラメントという用語は、繊維の長手方向に延在する第１のポリマー層が、繊維の長手方向に延在する第２のポリマー層と接触し、第２のポリマーは任意に１つ以上の別のポリマー層と接触するフィラメントを意味する。
【００１２】
本明細書で使用される場合、複数種類の熱可塑性合成ポリマーという用語は、２種類以上の異なるまたは異種の合成された熱加工可能なポリマーを意味する。これには、ポリオレフィン、ポリエステル、およびポリアミドが含まれるが、これらに限定されるものではない。ホモポリマー、コポリマー、およびポリマー混合物も含まれる。
【００１３】
本明細書で使用される場合、溶融ポリマー流れという用語は、紡糸装置を流れて通過することが可能な、融点よりも高温に加熱されたポリマーを意味する。
【００１４】
本明細書で使用される場合、平面状溶融ポリマー流れという用語は、全体的に幅対高さの比率が大きい断面を有する溶融ポリマー流れを意味する。
【００１５】
本明細書で使用される場合、分配マニホールドという用語は、全体的に幅対高さの比率が大きい断面にポリマー流れを広げる装置を意味し、好ましくは流れの断面に沿ったすべてのポリマーはほぼ同じ熱履歴にさらされる。
【００１６】
本明細書で別々のまたは別々にという用語を使用する場合、本発明により使用される複数種類のポリマー成分の独立した移送、加工、または他の同様の機能を示すことを一般的に意図している。例えば、複数の別々のポリマー流路という語句は、本発明の方法で使用されるそれぞれの異なるポリマーを別々に移送するための複数の流路が存在することを示すことを意図している。
【００１７】
本発明は、均一な多層断面多成分フィラメントを溶融紡糸することに関する。これらのフィラメントは、成形スクリーン上に捕集して、互いに接合させて不織ウェブを製造することができる。このウェブは例えば、フィルター、衣服、拭き取り用布、および衛生用製品に使用することができる。
【００１８】
本発明によると、複数種類の熱可塑性合成ポリマーは、別々に溶融させて溶融ポリマー流れとなり、平面状溶融ポリマー流れに分配され、ろ過されて、ポリマーが孔から出現した後でポリマーが互いに接触して多層断面フィラメントが形成されるように各フィラメントのポリマーが配列されるような方法で配置された複数の別々の紡糸口金の孔に供給される。任意に、溶融ポリマー流れが紡糸口金の孔から出現するときに、フィラメントを形成する多層溶融ポリマー流れは、流体ジェットからの空気などの高速流体によって冷却し繊維化して、メルトブロー法のように非常に小さな直径のフィラメントを形成することができる。
【００１９】
多成分フィラメントでは、複数種類の熱可塑性合成ポリマーは、少なくとも２種類の異なるポリマーを含み、これらは化学的または物理的のいずれの相違であってもよい。ポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、およびポリアミドを挙げることができ、ホモポリマー、コポリマー、またはポリマーのブレンドであってもよい。
【００２０】
ポリマーは、押出機などの従来手段を使用して溶融させて別々の溶融ポリマー流れにされ、分配マニホールドに強制的に通されて、複数の別々の平面状溶融ポリマー流れが形成される。分配マニホールドによって複数の溶融ポリマー流れは、溶融ポリマーの複数の長く薄い面となり、この面に沿ったすべてのポリマーはほぼ同じ熱履歴および滞留時間を有する。マニホールド壁と接触するポリマーの劣化を最小限にするため、溶融ポリマー流れはできるだけ同じ熱履歴および滞留時間を有すると最適であり、このポリマーの劣化によって、紡糸口金孔下流を詰まらせうる固化粒子が形成され、および／またはより不均一に紡糸されたフィラメントが形成される傾向にある。一般的な分配マニホールドはコートハンガーマニホールドであり、コートハンガーの形態と全体的に類似している（長手方向断面で）ためにこの名称がついている。コートハンガー分配マニホールドは長く薄い形態であるため、溶融紡糸ビームの壁からの熱は、ほとんど瞬時に溶融ポリマーに伝達され、そのため紡糸ビーム内部での熱勾配は最小限となり、ポリマーの不均一な加熱が軽減される。
【００２１】
同様に、コートハンガー分配マニホールドの形状のため、マニホールド内部をより長い距離移動する溶融ポリマーは、より短い距離を移動する溶融ポリマーよりも高速で移動する。したがって、コートハンガー分配マニホールドを適切に設計することによって、マニホールド内部のすべての溶融ポリマーの滞留時間がほぼ同じになる。
【００２２】
コートハンガー分配マニホールドを使用するにもかかわらず、コートハンガーマニホールド内部および紡糸ビーム入口通路内の両方で、紡糸ビームの壁内部の界面において、紡糸ビーム内部の溶融ポリマーはある程度の劣化が常に起こる。したがって本発明では、平面状溶融ポリマー流れは合流する前にコートハンガー分配マニホールドの下流で個別にろ過され、紡糸口金出口孔を詰まらせうる不要な粒子による紡糸口金の通過が大きく軽減または解消される。この方法では、複数の溶融ポリマー流れのそれぞれは、流れを合流させた後で流れを乱さずにろ過することができ、このような流れの乱れは層状の流れの性質、そしてそれにより得られるフィラメントに悪影響を及ぼす。
【００２３】
ろ過された平面状溶融ポリマー流れは、ポリマーフィラメントが孔から出現した後で別々のポリマーフィラメントが互いに接触して所望の多層断面フィラメントが形成されるように各フィラメントのポリマーが配列されるような方法で配置された複数の別々の紡糸口金の孔を通って紡糸される。例えば、別々の溶融ポリマー流路１３および１４は、図１に示されるように紡糸口金１５内部で互いに向かって傾いていてもよく、これによって、紡糸口金の孔１６から出てくる別々のポリマーフィラメントは互いに接触して混合される。あるいは、後により詳細に説明する流体ジェット２０から出てくる流体の力などによって、紡糸口金の孔から出てくる異なるポリマーフィラメントが強制的に接触させられるように、実質的に平行で十分近接した状態で、別々のポリマー流路が紡糸口金内部に配列されてもよい。
【００２４】
ポリマーの層の形成は任意の順序であってよく、希望の回数だけ繰り返すことができる。各層はフィラメントと接触し、フィラメントの長さの実質的な部分に延在する。
【００２５】
最も簡単な例では、本発明のフィラメントを製造するための２種類の異なるポリマーのみを含むフィラメントは２成分フィラメントと呼ばれる。また、２層の場合、そのフィラメントは並列断面フィラメントと呼ばれる。本発明の別の実施形態では、紡糸ビームは、３つ以上の溶融ポリマー流れのための３つ以上の流路を含みうる。したがって、３成分フィラメントが望ましい場合、３つの別々のポリマー入口通路と、３つの別々のコートハンガー分配マニホールドと、３つの別々のフィルターとを有するように紡糸ビームが構成され、すべては紡糸口金に供給され、３つの別々の溶融ポリマー流れは複数の別々の溶融ポリマー通路に別々に押し出され、このような一連の通路は、３種類の溶融ポリマーのそれぞれの通路であり、これらすべては紡糸口金出口孔の下流に供給されて、紡糸ビームから出るときに３成分フィラメントが形成される。多成分フィラメントを形成するために任意の数の独立した流路を紡糸ビーム内部に形成することができることは当業者には理解できるであろう。
【００２６】
図１の紡糸装置によって並列断面２成分フィラメントを作製する具体例を参照しながら、本発明を説明することができる。
【００２７】
図１は、２成分直交紡糸ビーム１の横断面図であり、長手方向に延在しており、長手方向、すなわち図のページの面に対して垂直方向に数ｍ延在している。２種類の異なる熱可塑性合成ポリマーが、別々の押出機（図示していない）内部で別々に溶融し、入口通路２および４を通って紡糸ビームに供給される。複数の溶融ポリマーは２つのコートハンガー分配マニホールド６および８に移動し、ここで溶融ポリマー流れは２つの平面状溶融ポリマー流れになる。マニホールドの形状を慎重に選択すれば、溶融ポリマー流れの面の長さ方向に沿ったマニホールド内ですべてのポリマーの温度、粘度、および滞留時間はほぼ同じになる。平面状溶融ポリマー流れは、溶融紡糸ビームの長さ方向に延在するフィルター１０および１２を通ってそれぞれろ過される。別々の平面状溶融ポリマー流れは、紡糸口金１５内部の別々の溶融ポリマー通路１３および１４に供給される。流れが紡糸口金の複数の孔１６に供給される間、別々のポリマー流れの完全性および別々の性質は維持される。紡糸口金の孔から出た後で、このように形成された個々のフィラメントが合体して２層溶融ポリマーフィラメントになる。
【００２８】
任意に、メルトブロー法では、別々の溶融ポリマーフィラメントが紡糸口金の孔から出現して合体するときに、形成された２層溶融ポリマーフィラメントは、ジェット２０から放出される空気などの高速流体で冷却して繊維化して、非常に小さな直径のフィラメントを形成することができる。
【実施例】
【００２９】
以下の実施例は、図１の装置を参照しながら上述の方法に従ってメルトブロー２成分繊維から作製されるウェブの作製を説明する。
【００３０】
実施例１
ポリエチレン成分とポリ（エチレンテレフタレート）成分とを使用してメルトブロー２成分ウェブを作製した。ポリエチレン成分は、イクイスター（Ｅｑｕｉｓｔａｒ）よりＧＡ５９４として入手可能なメルトインデックスが１３５ｇ／１０分（ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８に従って測定した）である線状低密度ポリエチレンから作製した。ポリエステル成分は、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）よりクリスター（Ｃｒｙｓｔａｒ）（登録商標）ポリエステル（マージ（Ｍｅｒｇｅ）４４４９）として入手可能な、報告される固有粘度が０．５３のポリ（エチレンテレフタレート）から作製した。別々の押出機で、ポリエチレンポリマーは２６０℃に加熱し、ポリエステルポリマーは３０５℃に加熱した。これら２種類のポリマーを別々に押し出して、２つの別々のコートハンガー型ポリマー分配装置に供給した。各分配装置から出てきた平面状溶融物流れを別々にろ過し、各ポリマーの紡糸孔が非常に接近した配置であり紡糸孔の組が線状に配列するように配置された独立した孔の２組の線を有する２成分メルトブローダイに通して押し出した。組の中の両方の孔の中央を通る線が、孔の組の線状配列の方向に対して垂直であり、ダイ先端部の頂点上にある組の２つの孔に中心点を有するように、この組は配列した。このダイを３０５℃に加熱した。このダイは、５４．６ｃｍの線上に配列した６４５組のキャピラリー開口部を有した。ポリエチレンポリマーはポリマー処理速度０．１６ｇ／孔／分で紡糸した。ポリエステルポリマーはポリマー処理速度０．６４ｇ／孔／分で紡糸した。細長化空気は、３０５℃の温度に加熱し、幅１．５ｍｍの２つの空気チャネルから５．５ｐｓｉｇの圧力を加えた。この２つの空気チャネルは、キャピラリー開口部の５４．６ｃｍの線の長さ方向を通っており、キャピラリーの線の両側にある１つのチャネルは、キャピラリー開口部から１．５ｍｍ離した。ポリエチレンは６．２ｋｇ／時の速度で紡糸パックに供給し、ポリエステルは２４．８ｋｇ／時の速度で紡糸パックに供給した。２０重量％のポリエチレンと８０重量％のポリエチレンの２成分メルトブローウェブが作製された。このフィラメントを、ダイと捕集装置の間の距離２０．３ｃｍで移動スクリーン上に捕集してメルトブローウェブを作製した。このメルトブローウェブは、ロール上に集めた。このメルトブローウェブの坪量は５１ｇ／ｍ２であった。
【００３１】
平面状溶融ポリマー流れをろ過することによって、紡糸口金出口孔の詰まりが実質的に解消され、それによって形成される不織ウェブの均一性が増大し、紡糸システムの使用可能時間が延長される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】断面が並列した２成分フィラメントを製造するための本発明による溶融紡糸ビームの横断面の概略図である。
【０００１】
本発明は、溶融紡糸した多層断面多成分フィラメントの製造方法および装置に関する。これらのフィラメントを集合させて、フィルター、衣服、拭き取り用布、および衛生用製品に使用される不織ウェブに加工することができる。
【背景技術】
【０００２】
溶融紡糸法では、熱可塑性合成ポリマーを溶融させ、紡糸口金の孔から強制的に押し出して、フィラメントが形成される。これらのフィラメントは、空気ジェットまたは機械的手段によって延伸したり繊維化したりすることができ、移動する多孔質表面の上で捕集して、不規則に並んだフィラメントすなわち不織ウェブを製造することができる。このウェブは、その完全性を維持するために互いに接合させることができる。また、メルトブロー法では、紡糸口金末端部で空気ジェットを加えて、非常に迅速な延伸工程を行うことによって、非常に小さな直径のフィラメントを得ることができる。
【０００３】
紡糸口金孔の列から均一なフィラメントを形成するためには、各フィラメントのポリマーは、紡糸装置中においてできる限り同じ熱履歴および滞留時間となるようにすべきである。これは、より短い移動距離の溶融ポリマーよりも迅速により長い距離溶融ポリマーを移動させるポリマー分配マニホールドを使用することによって実施可能である。分配マニホールドの一例は、コートハンガー（マニホールドの全体的な形状を示している）であり、これは（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、（特許文献４）、および（特許文献５）に見ることができる。
【０００４】
２種類の異なるポリマーから製造される２成分フィラメントを溶融紡糸することもできる。別々の溶融ポリマー流れを合流させて層状のポリマー流れを得て、各フィラメントの長さ方向の実質的な部分に延在した異なるポリマー成分をそれぞれのフィラメント部分が有する断面が並列したフィラメントを形成することができる。メルトブロー法におけるこのような例は（特許文献６）である。断面が並列するフィラメントを製造する場合、コートハンガーを使用する前に、ポリマー流れを合流させる方法が公知である。残念ながら、２成分溶融物流れのろ過によって層状のポリマー流れの混合が起きるので、これによって下流のろ過能力がなくなってしまう。各ポリマー流れにコートハンガーを使用し、続いてポリマー流れを分割ホールダイに供給してから合流させる方法も公知である。残念ながら、この分割ホールダイは不均一なフィラメントを形成しうる。
【０００５】
ポリマーがろ過されないシステムでは、ダイの始動中および作業中に紡糸口金の多数の孔が詰まるが、その理由は溶融系が通過するときにこれらの孔は粒子から保護されないからである。実質的にすべての溶融方法では、紡糸孔を詰まらせるのに十分な大きさの粒子が形成される。これらの粒子は、分解したポリマー、ゲル、凝集物、汚染物質などによって形成されうる。ほとんどの方法では、詰まった孔の通常の数は開始時で１０〜１５％であり、その数は稼働中に増加し続ける。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第３，８６０，３８３号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，０４３，７３９号明細書
【特許文献３】
米国特許第４，２８５，６５５号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，７２８，４０７号明細書
【特許文献５】
米国特許第６，１２０，２７６号明細書
【特許文献６】
米国特許第６，０５７，２５６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術の方法では、溶融物がダイを出る前にポリマーが合流する場合には、２種類のポリマー溶融物の間に界面が存在する。この界面は直接は制御されず、工程中の多くの要因によって影響されうる。この界面を制御できないために発生しうる重大な問題の２つの例は、１）２種類の類似したポリマーが使用される場合、ポリマーが混合され始めると界面が拡散し始めることがあり、そのため得られる繊維は２成分繊維よりも溶融混合繊維に近づくこと、そして、２）ポリマーの溶融粘度に大きな差がある場合、より高粘度のポリマーは溶融物が占めることができる空間の不釣り合いな割合を占有し始め、これは２種類の溶融物がダイを出るときにそれらの速度が一致しないために生じると考えられ、それによってポリマー溶融物は界面に沿って互いに滑るような移動が発生する場合があり、これは紡糸上の問題となりうることである。下流でのろ過、異なる溶融粘度を有するポリマーの使用、および溶融ポリマー間の望ましくない混合が起こる接触時間を最小限にすることが可能な、均一な多層断面のフィラメントを製造するための溶融紡糸装置および方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の実施形態では、本発明は、複数種類の熱可塑性合成ポリマーを別々に溶融させ、別々の溶融ポリマー流れとして押し出す工程と、前記別々の溶融ポリマー流れを別々の平面状溶融ポリマー流れに分配する工程と、前記別々の平面状溶融ポリマー流れをろ過する工程と、複数の別々のポリマー流路を含む紡糸口金に前記別々の平面状溶融ポリマー流れを供給する工程とを含み、各平面状溶融ポリマー流れは紡糸口金出口孔と連絡する別々の一連の前記ポリマー流路に供給され、前記出口孔から出現する複数の溶融ポリマー流れが互いに接触して多層フィラメントが形成されるように前記流路が配列される、複数種類の熱可塑性合成ポリマーから複数の多層フィラメントを製造する方法に関する。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、複数種類の熱可塑性合成ポリマーを別々に溶融させ、溶融ポリマー流れとして押し出すための複数の押出機と、前記別々の溶融ポリマー流れを別々の平面状溶融ポリマー流れに分配するための、前記押出機の下流にあり前記押出機と連絡する別々の分配マニホールドと、前記別々の平面状溶融ポリマー流れをろ過するための、前記分配マニホールドの下流にあり前記分配マニホールドと連絡する別々のフィルターと、前記別々の平面状溶融ポリマー流れの各々を複数の紡糸口金出口孔に移動させるための、前記フィルターの下流にあり前記フィルターと連絡し複数のポリマー流路を含む紡糸口金とを含み、前記出口孔から出現する複数の溶融ポリマー流れが互いに接触して多層フィラメントが形成されるように前記流路が配列される、上記方法を実施するための装置である。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態は、別々の複数のコートハンガー分配マニホールドとそれぞれ連絡する複数のポリマー入口通路と、各コートハンガー分配マニホールドの下流にあり各コートハンガー分配マニホールドと連絡する別々のフィルターと、前記フィルターの下流にあり前記フィルターと連絡する紡糸口金とを含み、前記紡糸口金は、前記多層フィラメントを紡糸するための出口孔と連絡する複数の別々のポリマー流路を有する、上記方法および装置に使用される溶融紡糸ビームに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書で使用される場合、多層フィラメントという用語は、繊維の長手方向に延在する第１のポリマー層が、繊維の長手方向に延在する第２のポリマー層と接触し、第２のポリマーは任意に１つ以上の別のポリマー層と接触するフィラメントを意味する。
【００１２】
本明細書で使用される場合、複数種類の熱可塑性合成ポリマーという用語は、２種類以上の異なるまたは異種の合成された熱加工可能なポリマーを意味する。これには、ポリオレフィン、ポリエステル、およびポリアミドが含まれるが、これらに限定されるものではない。ホモポリマー、コポリマー、およびポリマー混合物も含まれる。
【００１３】
本明細書で使用される場合、溶融ポリマー流れという用語は、紡糸装置を流れて通過することが可能な、融点よりも高温に加熱されたポリマーを意味する。
【００１４】
本明細書で使用される場合、平面状溶融ポリマー流れという用語は、全体的に幅対高さの比率が大きい断面を有する溶融ポリマー流れを意味する。
【００１５】
本明細書で使用される場合、分配マニホールドという用語は、全体的に幅対高さの比率が大きい断面にポリマー流れを広げる装置を意味し、好ましくは流れの断面に沿ったすべてのポリマーはほぼ同じ熱履歴にさらされる。
【００１６】
本明細書で別々のまたは別々にという用語を使用する場合、本発明により使用される複数種類のポリマー成分の独立した移送、加工、または他の同様の機能を示すことを一般的に意図している。例えば、複数の別々のポリマー流路という語句は、本発明の方法で使用されるそれぞれの異なるポリマーを別々に移送するための複数の流路が存在することを示すことを意図している。
【００１７】
本発明は、均一な多層断面多成分フィラメントを溶融紡糸することに関する。これらのフィラメントは、成形スクリーン上に捕集して、互いに接合させて不織ウェブを製造することができる。このウェブは例えば、フィルター、衣服、拭き取り用布、および衛生用製品に使用することができる。
【００１８】
本発明によると、複数種類の熱可塑性合成ポリマーは、別々に溶融させて溶融ポリマー流れとなり、平面状溶融ポリマー流れに分配され、ろ過されて、ポリマーが孔から出現した後でポリマーが互いに接触して多層断面フィラメントが形成されるように各フィラメントのポリマーが配列されるような方法で配置された複数の別々の紡糸口金の孔に供給される。任意に、溶融ポリマー流れが紡糸口金の孔から出現するときに、フィラメントを形成する多層溶融ポリマー流れは、流体ジェットからの空気などの高速流体によって冷却し繊維化して、メルトブロー法のように非常に小さな直径のフィラメントを形成することができる。
【００１９】
多成分フィラメントでは、複数種類の熱可塑性合成ポリマーは、少なくとも２種類の異なるポリマーを含み、これらは化学的または物理的のいずれの相違であってもよい。ポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、およびポリアミドを挙げることができ、ホモポリマー、コポリマー、またはポリマーのブレンドであってもよい。
【００２０】
ポリマーは、押出機などの従来手段を使用して溶融させて別々の溶融ポリマー流れにされ、分配マニホールドに強制的に通されて、複数の別々の平面状溶融ポリマー流れが形成される。分配マニホールドによって複数の溶融ポリマー流れは、溶融ポリマーの複数の長く薄い面となり、この面に沿ったすべてのポリマーはほぼ同じ熱履歴および滞留時間を有する。マニホールド壁と接触するポリマーの劣化を最小限にするため、溶融ポリマー流れはできるだけ同じ熱履歴および滞留時間を有すると最適であり、このポリマーの劣化によって、紡糸口金孔下流を詰まらせうる固化粒子が形成され、および／またはより不均一に紡糸されたフィラメントが形成される傾向にある。一般的な分配マニホールドはコートハンガーマニホールドであり、コートハンガーの形態と全体的に類似している（長手方向断面で）ためにこの名称がついている。コートハンガー分配マニホールドは長く薄い形態であるため、溶融紡糸ビームの壁からの熱は、ほとんど瞬時に溶融ポリマーに伝達され、そのため紡糸ビーム内部での熱勾配は最小限となり、ポリマーの不均一な加熱が軽減される。
【００２１】
同様に、コートハンガー分配マニホールドの形状のため、マニホールド内部をより長い距離移動する溶融ポリマーは、より短い距離を移動する溶融ポリマーよりも高速で移動する。したがって、コートハンガー分配マニホールドを適切に設計することによって、マニホールド内部のすべての溶融ポリマーの滞留時間がほぼ同じになる。
【００２２】
コートハンガー分配マニホールドを使用するにもかかわらず、コートハンガーマニホールド内部および紡糸ビーム入口通路内の両方で、紡糸ビームの壁内部の界面において、紡糸ビーム内部の溶融ポリマーはある程度の劣化が常に起こる。したがって本発明では、平面状溶融ポリマー流れは合流する前にコートハンガー分配マニホールドの下流で個別にろ過され、紡糸口金出口孔を詰まらせうる不要な粒子による紡糸口金の通過が大きく軽減または解消される。この方法では、複数の溶融ポリマー流れのそれぞれは、流れを合流させた後で流れを乱さずにろ過することができ、このような流れの乱れは層状の流れの性質、そしてそれにより得られるフィラメントに悪影響を及ぼす。
【００２３】
ろ過された平面状溶融ポリマー流れは、ポリマーフィラメントが孔から出現した後で別々のポリマーフィラメントが互いに接触して所望の多層断面フィラメントが形成されるように各フィラメントのポリマーが配列されるような方法で配置された複数の別々の紡糸口金の孔を通って紡糸される。例えば、別々の溶融ポリマー流路１３および１４は、図１に示されるように紡糸口金１５内部で互いに向かって傾いていてもよく、これによって、紡糸口金の孔１６から出てくる別々のポリマーフィラメントは互いに接触して混合される。あるいは、後により詳細に説明する流体ジェット２０から出てくる流体の力などによって、紡糸口金の孔から出てくる異なるポリマーフィラメントが強制的に接触させられるように、実質的に平行で十分近接した状態で、別々のポリマー流路が紡糸口金内部に配列されてもよい。
【００２４】
ポリマーの層の形成は任意の順序であってよく、希望の回数だけ繰り返すことができる。各層はフィラメントと接触し、フィラメントの長さの実質的な部分に延在する。
【００２５】
最も簡単な例では、本発明のフィラメントを製造するための２種類の異なるポリマーのみを含むフィラメントは２成分フィラメントと呼ばれる。また、２層の場合、そのフィラメントは並列断面フィラメントと呼ばれる。本発明の別の実施形態では、紡糸ビームは、３つ以上の溶融ポリマー流れのための３つ以上の流路を含みうる。したがって、３成分フィラメントが望ましい場合、３つの別々のポリマー入口通路と、３つの別々のコートハンガー分配マニホールドと、３つの別々のフィルターとを有するように紡糸ビームが構成され、すべては紡糸口金に供給され、３つの別々の溶融ポリマー流れは複数の別々の溶融ポリマー通路に別々に押し出され、このような一連の通路は、３種類の溶融ポリマーのそれぞれの通路であり、これらすべては紡糸口金出口孔の下流に供給されて、紡糸ビームから出るときに３成分フィラメントが形成される。多成分フィラメントを形成するために任意の数の独立した流路を紡糸ビーム内部に形成することができることは当業者には理解できるであろう。
【００２６】
図１の紡糸装置によって並列断面２成分フィラメントを作製する具体例を参照しながら、本発明を説明することができる。
【００２７】
図１は、２成分直交紡糸ビーム１の横断面図であり、長手方向に延在しており、長手方向、すなわち図のページの面に対して垂直方向に数ｍ延在している。２種類の異なる熱可塑性合成ポリマーが、別々の押出機（図示していない）内部で別々に溶融し、入口通路２および４を通って紡糸ビームに供給される。複数の溶融ポリマーは２つのコートハンガー分配マニホールド６および８に移動し、ここで溶融ポリマー流れは２つの平面状溶融ポリマー流れになる。マニホールドの形状を慎重に選択すれば、溶融ポリマー流れの面の長さ方向に沿ったマニホールド内ですべてのポリマーの温度、粘度、および滞留時間はほぼ同じになる。平面状溶融ポリマー流れは、溶融紡糸ビームの長さ方向に延在するフィルター１０および１２を通ってそれぞれろ過される。別々の平面状溶融ポリマー流れは、紡糸口金１５内部の別々の溶融ポリマー通路１３および１４に供給される。流れが紡糸口金の複数の孔１６に供給される間、別々のポリマー流れの完全性および別々の性質は維持される。紡糸口金の孔から出た後で、このように形成された個々のフィラメントが合体して２層溶融ポリマーフィラメントになる。
【００２８】
任意に、メルトブロー法では、別々の溶融ポリマーフィラメントが紡糸口金の孔から出現して合体するときに、形成された２層溶融ポリマーフィラメントは、ジェット２０から放出される空気などの高速流体で冷却して繊維化して、非常に小さな直径のフィラメントを形成することができる。
【実施例】
【００２９】
以下の実施例は、図１の装置を参照しながら上述の方法に従ってメルトブロー２成分繊維から作製されるウェブの作製を説明する。
【００３０】
実施例１
ポリエチレン成分とポリ（エチレンテレフタレート）成分とを使用してメルトブロー２成分ウェブを作製した。ポリエチレン成分は、イクイスター（Ｅｑｕｉｓｔａｒ）よりＧＡ５９４として入手可能なメルトインデックスが１３５ｇ／１０分（ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８に従って測定した）である線状低密度ポリエチレンから作製した。ポリエステル成分は、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）よりクリスター（Ｃｒｙｓｔａｒ）（登録商標）ポリエステル（マージ（Ｍｅｒｇｅ）４４４９）として入手可能な、報告される固有粘度が０．５３のポリ（エチレンテレフタレート）から作製した。別々の押出機で、ポリエチレンポリマーは２６０℃に加熱し、ポリエステルポリマーは３０５℃に加熱した。これら２種類のポリマーを別々に押し出して、２つの別々のコートハンガー型ポリマー分配装置に供給した。各分配装置から出てきた平面状溶融物流れを別々にろ過し、各ポリマーの紡糸孔が非常に接近した配置であり紡糸孔の組が線状に配列するように配置された独立した孔の２組の線を有する２成分メルトブローダイに通して押し出した。組の中の両方の孔の中央を通る線が、孔の組の線状配列の方向に対して垂直であり、ダイ先端部の頂点上にある組の２つの孔に中心点を有するように、この組は配列した。このダイを３０５℃に加熱した。このダイは、５４．６ｃｍの線上に配列した６４５組のキャピラリー開口部を有した。ポリエチレンポリマーはポリマー処理速度０．１６ｇ／孔／分で紡糸した。ポリエステルポリマーはポリマー処理速度０．６４ｇ／孔／分で紡糸した。細長化空気は、３０５℃の温度に加熱し、幅１．５ｍｍの２つの空気チャネルから５．５ｐｓｉｇの圧力を加えた。この２つの空気チャネルは、キャピラリー開口部の５４．６ｃｍの線の長さ方向を通っており、キャピラリーの線の両側にある１つのチャネルは、キャピラリー開口部から１．５ｍｍ離した。ポリエチレンは６．２ｋｇ／時の速度で紡糸パックに供給し、ポリエステルは２４．８ｋｇ／時の速度で紡糸パックに供給した。２０重量％のポリエチレンと８０重量％のポリエチレンの２成分メルトブローウェブが作製された。このフィラメントを、ダイと捕集装置の間の距離２０．３ｃｍで移動スクリーン上に捕集してメルトブローウェブを作製した。このメルトブローウェブは、ロール上に集めた。このメルトブローウェブの坪量は５１ｇ／ｍ２であった。
【００３１】
平面状溶融ポリマー流れをろ過することによって、紡糸口金出口孔の詰まりが実質的に解消され、それによって形成される不織ウェブの均一性が増大し、紡糸システムの使用可能時間が延長される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】断面が並列した２成分フィラメントを製造するための本発明による溶融紡糸ビームの横断面の概略図である。
Claims (10)
- 複数種類の熱可塑性合成ポリマーを別々に溶融させ、別々の溶融ポリマー流れとして押し出す工程と、
前記別々の溶融ポリマー流れを別々の平面状溶融ポリマー流れに分配する工程と、
前記別々の平面状溶融ポリマー流れをろ過する工程と、
複数の別々のポリマー流路を含む紡糸口金に前記別々の平面状溶融ポリマー流れを供給する工程とを含み、各平面状溶融ポリマー流れは紡糸口金出口孔と連絡する別々の一連の前記ポリマー流路に供給され、前記出口孔から出現する複数の溶融ポリマー流れが互いに接触して多層フィラメントが形成されるように前記流路が配列される、
複数種類の熱可塑性合成ポリマーから複数の多層フィラメントを製造する方法。 - 形成された前記多層フィラメントを、前記複数の紡糸口金出口孔に近接して配置された流体ジェットから放出される流体によって冷却し繊維化する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
- 複数種類の熱可塑性合成ポリマーの種類数が２である請求項１に記載の方法。
- 複数種類の熱可塑性合成ポリマーの種類数が３以上である請求項１に記載の方法。
- 複数種類の熱可塑性合成ポリマーを別々に溶融させ、溶融ポリマー流れとして押し出すための複数の押出機と、
前記別々の溶融ポリマー流れを別々の平面状溶融ポリマー流れに分配するための、前記押出機の下流にあり前記押出機と連絡する別々の分配マニホールドと、
前記別々の平面状溶融ポリマー流れをろ過するための、前記分配マニホールドの下流にあり前記分配マニホールドと連絡する別々のフィルターと、
前記別々の平面状溶融ポリマー流れの各々を複数の紡糸口金出口孔に移動させるための、前記フィルターの下流にあり前記フィルターと連絡し複数の別々のポリマー流路を含む紡糸口金とを含み、前記出口孔から出現する複数の溶融ポリマー流れが互いに接触して多層フィラメントが形成されるように前記流路が配列される、
複数種類の熱可塑性合成ポリマーから複数の多層フィラメントを紡糸する装置。 - 前記紡糸口金出口孔に近接して配置され、前記多層フィラメントを冷却し繊維化するための流体を提供する流体ジェットをさらに含む請求項５に記載の装置。
- 前記分配マニホールドがコートハンガーマニホールドである請求項５に記載の装置。
- ２種類の熱可塑性合成ポリマー用に構成される請求項５に記載の装置。
- ３種類以上の熱可塑性合成ポリマー用に構成される請求項５に記載の装置。
- 別々の複数のコートハンガー分配マニホールドとそれぞれ連絡する複数のポリマー入口通路と、各コートハンガー分配マニホールドの下流にあり各コートハンガー分配マニホールドと連絡する別々のフィルターと、前記フィルターの下流にあり前記フィルターと連絡する紡糸口金とを含み、前記紡糸口金は、前記多層フィラメントを紡糸するための出口孔と連絡する複数の別々のポリマー流路を有する、複数種類の熱可塑性合成ポリマーから複数の多層フィラメントを形成するための溶融紡糸ビーム。
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