JP2005515305A - 二構成要素弾性繊維及び二組成成分弾性繊維、及びそれらからセルロース系構造物を製造する方法 - Google Patents

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Abstract

弾性の吸収性構造物、例えば、おむつの弾性を、二構成要素弾性繊維及び／又は二組成成分弾性繊維の使用により前記構造物の吸収性の有意な妥協なしに改善する。吸収性構造物は、典型的には、ステープルファイバー、例えば、セルロース繊維、及び二構成要素弾性及び／又は二組成成分弾性繊維を含んでいる。二構成要素繊維は、典型的には、芯／鞘構成を有している。その芯は、弾性の熱可塑性エラストマー、好ましくは、ＴＰＵを含んでおり、そしてその鞘は均一に分枝しているポリオレフィン、好ましくは、均一に分枝している実質的に線状であるエチレンポリマーを含んでいる。本発明の種々の態様において、弾性は、弾性繊維：セルロース繊維結合、対、セルロース繊維：セルロース繊維結合の比を高める製造技法により改善される。これらの技法は、セルロース繊維との混合前の弾性繊維のウェット及びドライ高強度攪拌、セルロース繊維間の水素結合の失活、及び極性基含有化合物、例えば、無水マレイン酸を用いた弾性繊維のグラフト処理を含んでいる。

Description

本出願は、２００１年７月１７日出願の米国仮出願(US Provisional Application)第６０／３０６，００３号の利益を請求するものである。
本発明は、弾性繊維に関する。一つの観点において、本発明は二構成要素弾性繊維(bicomponent elastic fiber)に関し、一方、別の観点において、本発明は二組成成分弾性繊維(biconstituent elastic fiber)に関する。別の観点において、本発明は芯／鞘(sheath)構成を有する二構成要素弾性繊維及び二組成成分弾性繊維に関する。また別の観点において、本発明は鞘を形成するポリマーが芯を形成するポリマーより低い融点を有している前記繊維に関する。さらに別の態様において，本発明はセルロース系繊維(cellulosic fiber)と芯／鞘構成を有する二構成要素弾性繊維及び／又は二組成成分弾性繊維との組合せから弾性セルロース系構造物を形成する方法に関する。
セルロース系構造物は、その吸収性について公知であり、そしてその性質はこれらの構造物を広い種類の用途において有用なものとしている。前記用途の典型的な例は、おむつ、創傷被覆材(wound dressing)、女性用衛生用品(feminine hygiene product)、ベッドパッド、よだれかけ(bib)、ワイプ等である。もちろん、これらの製品の目的は、液体を吸収し及び保持することであり、そしてこれらの課題を実行する上でのこれらの製品の有効性は、大部分がそれらの構造物により決定される。米国特許第４，８１６，０９４号、第４，８８０，６８２号、第５，４２９，８５６号及び第５，７９７，８９５号は種々の前記製品、それらの構成及びそれらの製品を製造する材料を記載しており、そしてそれらの各々は参考までに本明細書に記載する。
典型的には、吸収性のセルロース系構造物は、容易には延伸しない材料から製造されている。例えば、セルロース繊維は、全ての意図及び目的に対して、非弾性(inelastic)であり、そして多くのセルロール系構造物、例えば、おむつにおいて、セルロース系繊維は比較的に非弾性の方法で、例えば、ラテックスを用いて互いに他と結合されている。残念なことに、これらの構造物の多くは快適性及び用途の理由で、例えば、人体の線に適合するおむつ又は布の感触及びドレープを有するワイプの理由で或る程度の弾性を必要としており、そして構造物が十分には弾性でない場合は、構造物の中にギャップが生じる。ギャップは、構造物の全ての部分への液体の移動を阻止することによって構造物の吸収性を低減させる。
より良好な形状適合性(form-fitting)の吸収性製品(absorbent product)に対する要求が存在する。このことは、通常、製品が改善された弾性を有していなければならないのみならず、それらの製品は薄く且つ軽くなければならないことを意味している。弾性は、一部のセルロース繊維に弾性繊維を追加するか又は一部のセルロース繊維を弾性繊維と置きかえることによって現在まで追跡されてきた。例えば、その開示内容を参考までに本明細書に引用する、Ａｎｊｕｒ等に対する米国特許第５，６４５，５４２号は、湿潤性(wettable)のステープルファイバー（例えば、セルロースファイバー）及び熱可塑性弾性繊維、例えば、ポリオレフィンゴムから製造された吸収性製品を記載している。しかしながら、ステープルファイバーと弾性繊維との単なるブレンディングは、ステープルファイバーの吸収性を弱める(compromise)ことなしに弾性繊維の完全な利益を得るのには十分でない。セルロース繊維（ステープルファイバーの最も一般的なもの）は、弾性繊維との接着(adhering)に相反して互いに他と接着する傾向にある。結果として、二種類の繊維の極めて均一な混合物が吸収性構造物の構成の間に形成されなければ、この２つのタイプの繊維は分離する傾向にあり、そして弾性繊維の利益は低減されるか又は失われる。
従って、吸収性製品産業は、吸収性における妥協(compromise)なしに改善された弾性を有する吸収性製品の設計及び構成に継続して関心を持ち続けている。この関心は、吸収性製品が製造される繊維の性質及びこれらの吸収性製品が構成される方法の両方にわたっている。
発明の要旨
一つの態様において、本発明は、芯が熱可塑性エラストマー、好ましくは、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を含んでおり、そして鞘が均一に分枝しているポリオレフィンを含んでいる、芯／鞘構成の二構成要素繊維(bicomponent fiber)である。好ましくは、鞘のポリマーは、芯のポリマーより低い融点を有しており、そしてより好ましくは、鞘のポリマーは３０パーセントより少ないゲル含量を有している。
別の態様において、本発明は、一つの組成成分(constituent)が熱可塑性エラストマー、好ましくは、ＴＰＵを含んでおり、そして他の組成成分が均一に分枝しているポリオレフィンを含んでいる二組成成分繊維(biconstituent fiber)である。好ましくは、繊維の外面の大部分を形成している組成成分は他の組成成分より低い融点を有しており、そして好ましくは、３０パーセントより少ないゲル含量を有している。
別の態様において、本発明は、（ｉ）弾性の芯及び弾性の鞘を含む弾性繊維及び（ii）（ｉ）の弾性繊維以外の少なくとも一種類の繊維を含む繊維のブレンド（又は簡単に「ファイバーブレンド」）である。弾性繊維の芯は、好ましくは、熱可塑性エラストマー、好ましくは、ＴＰＵを含んでおり、そして弾性繊維の鞘は、好ましくは、均一に分枝しているポリオレフィン、より好ましくは、均一に分枝している、実質的に線状であるエチレンポリマーを含んでいる。鞘のポリマーは、芯のポリマーの融点より低い融点を有しており、そして好ましくは、鞘のポリマーは３０重量パーセントより少ないゲル含量を有している。（ii）の繊維は実質的に、（ｉ）の繊維以外のいずれかの繊維であり、好ましくは、セルロース、ウール、シルク、熱可塑性ポリマー、シリカの繊維又はこれらの２種類又はそれ以上の組合わせである。本発明の別の態様において、（ｉ）の繊維を、好ましくは（ii）の繊維及び繊維（ｉ）の芯のポリマーの両方の溶融温度(melt temperature)又はそれよりわずかに低い温度であるが繊維（ｉ）の鞘のポリマーの溶融温度より高い温度に暴露することによって（ii）の繊維に溶融結合(melt bond)させる。本発明のさらに別の態様において、溶融結合したファイバーブレンドは実質的にいかなる添加された接着剤(adhesive)、例えば、グルーも含んでいない。
本発明の別の態様において、前節に記載したブレンドは、弾性の吸収性構造物を構成するのに用いる。前記構造物は、弾性を有する紙、例えば、形状適合性ラベル、及び使い捨ておむつの吸収性パッド(padding)を含んでいる。
別の態様において、本発明は、弾性繊維及び不織基材(nonwoven substrate)を含む二次加工品(fabricated article)であり、前記繊維が少なくとも２種類の弾性ポリマーを含んでおり、その１つのポリマーが、好ましくは、熱可塑性エラストマー、より好ましくは、ＴＰＵであり、そして他のポリマーが均一に分枝しているポリオレフィン、好ましくは、均一に分枝している、実質的に線状であるエチレンポリマーであり、そして前記繊維が接着剤なしに前記不織基材に溶融結合している前記二次加工品である。この態様の典型的な二次加工された(fabricated)構造物は、使い捨ておむつのレッグカフ(leg cuff)、レッグギャザラー(leg gatherer)、ウェストバンド(waistband)及びサイドパネル(side panel)を含んでいる。
本発明の別の態様において、弾性繊維に結合した非弾性ステープルファイバー、例えば、セルロース繊維、対、他の非弾性ステープルファイバーに結合した非弾性ステープルファイバーの比は、弾性繊維が親水性剤(hydrophilic agent)を用いてグラフトされた疎水性繊維、例えば、無水マレイン酸を用いてグラフトされたポリエチレン繊維である方法によって高められる。この態様の延長(extension)において、及び親水性剤が酸又は酸無水物(anhydride)、例えば、無水マレイン酸である態様の延長において、前記剤を繊維にグラフトした後、その剤をアミンと反応させる。
本発明の別の態様において、水素結合により互いに他と結合している非弾性ステープルファイバー、例えば、セルロース繊維について、弾性繊維に結合した非弾性ステープルファイバー、対、他の非弾性ステープルファイバーに結合した非弾性ステープルファイバーの比は、非弾性ステープルファイバーを、これらのファイバーと弾性繊維とをブレンドする前に又はブレンドすると同時に、剥離剤(debonding agent)、例えば、１個又はそれ以上の酸基を含有する第四アンモニウム化合物を用いて処理することにより高められる。剥離剤は、非弾性ステープルファイバー間の水素結合の少なくとも一部を失活(deactivate)する。
本発明の別の態様において、非弾性ステープルファイバーと弾性繊維とのブレンディングは、水性媒体中で、好ましくは、界面活性剤の存在下に且つ激しい攪拌を伴って、繊維をブレンドすることにより増進される。この方法は、弾性繊維の相互の分離を増進し、そしてこのようにして各繊維が非弾性ステープルファイバーと結合することをより容易にする。この方法は、単独で又は本発明の１つ又はそれ以上の他の繊維分離態様と組合せて使用することができる。
本発明の別の態様において、高強度(high intensity)の空気混合を用いて、ステープルファイバーとのブレンディングの前に弾性繊維を互いに他と分離する。この技法は、弾性繊維の相互の分離を促進し、そしてこのことは次に、ステープルファイバーとの結合に対する可能性(accessibility)を改善する。本発明のこの態様は、単独で又は本発明の１つ又はそれ以上の他の態様と組合せて用いることができる。
上記した３つの繊維分離及びグラフト処理の態様は、弾性の吸収性構造物、例えば、おむつ、創傷被覆材等の構成にとりわけ有用である。
二構成要素弾性繊維及び二組成成分弾性繊維
本明細書で用いる「繊維」又は「繊維状(fibrous)」は、粒状材料(particulate material)であって、かかる材料の長さ対直径比が約１０より大きい粒状材料を意味する。逆に言えば、「非繊維(nonfiber)」又は「非繊維状(nonfibrous)」は、その長さ対直径比が約１０又はそれより小さい粒状材料を意味する。
本明細書で用いる「弾性(elastic)」又は「エラストマー性(elastomeric)」は、１００パーセントの歪み(strain)（長さを２倍）までの最初の引っ張り後及び４回目の引っ張り後のいずれにおいてもその延伸された長さの少なくとも約５０％を回復する繊維又は他の構造物、例えば、フィルムを述べるものである。弾性(elasticity)は、繊維の「永久歪」により記述することもできる。永久歪は、繊維を所定のポイントまで延伸した後、これをその元の位置まで解放し、そして再び延伸することにより測定する。繊維が荷重を引っ張り始めるポイントをパーセント永久歪として表示する。
本明細書で用いる「二構成要素繊維」は、少なくとも２つの構成要素を含む、すなわち、少なくとも２つの明確な重合体レジーム(polymeric regime)を有している繊維を意味する。第一の構成要素、すなわち、「構成要素Ａ」は、一般的には熱的接着温度の間、繊維の形状を保持する目的を果たすものである。第二の構成要素、すなわち、「構成要素Ｂ」は接着剤の機能を果たす。典型的には、構成要素Ａは、構成要素Ｂより高い融点を有しており、好ましくは、構成要素Ａは、構成要素Ｂが溶融する温度より高い温度、少なくとも約２０℃、好ましくは、少なくとも４０℃で溶融する。
簡単にするために、二構成要素繊維の構造物を、典型的には、芯／鞘構造物と呼ぶ。しかしながら、繊維の構造物は、二構成要素繊維に対して、多くの多構成要素配置(multi-component configuration)、例えば、対称的(symmetrical)芯鞘、非対称的(asymmetrical)芯鞘、サイドバイサイド(side-by-side)、パイ・セクションズ(pie sections)、クレセント・ムーン(crescent moon)等のいずれかを有していることができる。これらの各配置に本質的である特徴は、繊維の外面の少なくとも一部、好ましくは、少なくとも主要部が繊維の鞘部分、すなわち、繊維の、接着性、又は低融点、又は繊維の３０重量％より少ない量のゲル、又は構成要素Ｂを含んでいることである。その開示内容を参考までに本明細書に引用する米国特許第６，２２５，２４３号の図１Ａ〜１Ｆは、種々の芯／鞘構成を説明している。
本明細書で用いる「二組成成分繊維」は、少なくとも２種類のポリマー組成成分の均質ブレンド(intimate blend)を含む繊維を意味する。二組成成分繊維の構造は、海中の島(islands-in-the-sea)構成である。
本発明の実施において用いる二構成要素繊維は、弾性であり、そして二構成要素繊維の各構成要素が弾性である。二構成要素弾性繊維及び二組成成分弾性繊維は、例えば、その開示内容を参考までに本明細書に引用する米国特許第６，１４０，４４２号において公知である。
本発明において、芯（構成要素Ａ）は熱可塑性のエラストマー性ポリマーであり、その実例は、ジブロック(diblock)、トリブロック(triblock)又はマルチブロック(multiblock)エラストマー性コポリマー、例えば、オレフィンコポリマー、例えば、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、又はスチレン−エチレン／プロピレン−スチレン、例えば、商品名クレイトン(Kraton)弾性樹脂の下にシェル・ケミカル社(Shell Chemical Company)から入手可能であるもの；ポリウレタン、例えば、商品名ペラタン(PELLATHANE)の下にザ・ダウ・ケミカル社(The Dow Chemical Company)から入手可能であるもの又は商品名ライクラ(Lycra)の下にイー．アイ．デュポンドゥヌムール社(E.I.Du Pont de Nemours Co.)から入手可能なスパンデックス；ポリアミド、例えば、商品名ペバックス(Pebax)ポリエーテルブロックアミドの下にエルフ・アトケム社(Elf AtoChem Company)から入手可能なポリエーテルブロックアミド；及びポリエステル、例えば、商品名ハイトレル(Hytrel)ポリエステルの下にイー．アイ．デュポンドゥヌムール社から入手可能なポリエステルである。熱可塑性ウレタン（すなわち、ポリウレタン）、とりわけペレタン(Pellethane)ポリウレタンが好ましい芯ポリマーである。
鞘（接着性又は構成要素Ｂ）もエラストマー性であり、そしてそれは均一に分枝しているポリオレフィン、好ましくは、均一に分枝しているエチレンポリマー、そしてより好ましくは、均一に分枝している、実質的に線状であるエチレンポリマーである。これらの材料は周知である。例えば、米国特許第６，１４０，４４２号は好ましい、均一に分枝している実質的に線状であるエチレンポリマーの優れた記載を与えており、そして前記特許は、他の均一に分枝しているポリオレフィンを記載する他の特許及び非特許文献への多くの言及を含んでいる。
均一に分枝しているポリオレフィンは、１１０℃又はそれより低い融点（ＤＳＣにより測定）を持ち、約０．９１ｇ／ｃｍ3又はそれより小さい密度（ＡＳＴＭ／Ｄ７９２により測定）を有している。より好ましくは、ポリオレフィンの密度は、約５０〜約７０℃の間の融点を持ち、約０．８５〜約０．８９ｇ／ｃｍ3の間である。好ましくは、ポリオレフィンは、ステープルファイバー又は不織布構造物への結合に対して容易な流動を可能にする融点における粘性を有している。ポリオレフィンに対するメルトインデックス（ＭＩ；１９０℃においてＡＳＴＭ Ｄ１２３８により測定）は少なくとも約３０、好ましくは、少なくとも約１００である。添加剤、例えば、抗酸化剤（例えば、ヒンダードフェノール(hindered phenolic)（例えば、チバ−ガイギー社(Ciba-Geigy Corp.)製のイルガノックス．(Irganox.)ＲＴＭ．１０１０）、及びホスフィット（例えば、チバ−ガイギー社製のイルガフォス．(Irgafos.)ＲＴＭ．１６９）、クリンギング添加剤(cling additive)(例えば、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）)、粘着防止剤(antiblock additive)、顔料等は、それらが本発明に特有な、向上した繊維特性及び布帛(fabric)特性を妨害しない程度まで、弾性繊維を製造するのに用いる均一に分枝しているエチレンポリマー中に含めることもできる。
ポリオレフィンのゲル含量は、３０重量％より少なく、好ましくは、２０重量％より少なくそしてより好ましくは、１０重量％より少ない。ゲル含量は、ポリオレフィンの架橋度の目安であり、そしてポリオレフィンの主要な機能がステープルファイバー及び／又は不織構造物への熱的接着を容易にするために繊維に溶融可能な外部構成要素を与えることであるので、ポリオレフィンの架橋はあってもわずかであることが好ましい。さらに、通常、ポリオレフィンの架橋が少なければ少ないほど、その融点は低くなる。
「不織構造物(nonwoven structure)」は、繊維の群であって、前記群が凝集性(cohesive)の集積した(integrated)構造物を形成するように一緒に結合された繊維の群を意味する。前記構造物は、当業者に公知の技法、例えば、エアレイド、スパンボンディング(spun bonding)、ステープルファイバーカーディング、熱的接着、及びメルトブローン及びスパンレイシング(spun lacing)によって形成することができる。前記繊維を製造するのに有用なポリマーは、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ナイロン、ポリオレフィン、シリカ、ポリウレタン、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）、ライクラ(Lycra)（商標）（イー．アイ．デュポンドゥヌムール社によりポリエチレングリコールとトルエン−２，４−ジイソシアネートとの反応から製造されるポリウレタン）、カーボンファイバー及び天然高分子、例えば、セルロース及びポリアミドを含んでいる。
本明細書で用いる「ステープルファイバー」は、天然繊維又は、例えば、製造されたフィラメントからカットされた長さ(length)を意味する。これらの繊維は、本発明の吸収性構造物において液体の一時的なリザーバ(reservoir)として及び液体分配(distribution）の流路(conduit)としても働く。ステープルファイバーは天然材料及び合成材料を含んでいる。天然材料はセルロース系繊維及び紡織繊維、例えば、綿及びレーヨンを含んでいる。合成材料は非吸収性合成高分子繊維、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸(polyacrylic)、ポリアミド及びポリスチレンを含んでいる。非吸収性の合成ステープルファイバーは、好ましくは、ひだが付けられており、すなわち、その長さに沿って連続的な波状の(wavy)、カーブ状の(curvy)又はギザギザ状の(jagged)特徴を有する繊維である。セルロース系繊維は、入手可能性、コスト及び吸収性の理由から好ましいステープルファイバーである。
ステープルファイバーと弾性繊維との良好な混合を促進するために、二構成要素繊維は、好ましくは、「湿潤(wetted)」している。本明細書で用いる「湿潤(wetted)」又は「湿潤性(wettable)」は、９０度より小さい空気接触角度(air contact angle)において液体を示す繊維を意味する。これらの用語及びこの性質の測定は、米国特許第５，６４５，５４２号により十分に記載されている。
湿潤性のステープルファイバー及び弾性繊維は、本発明のエラストマー性の吸収性構造物において所望の吸収性特性及び弾性特性を与えるのに十分な量で存在している。典型的には、ステープルファイバーは、ステープルファイバーと弾性繊維との合計重量を基準として約２０〜約８０重量％、好ましくは、約２５〜約７５重量％、そしてより好ましくは、約３０〜約７０重量％の量で存在する。
二構成要素繊維及び／又は二組成成分繊維は、弾性の吸収性構造物に対する他の弾性繊維と同じ方法で使用するが、好ましくは、これらの繊維は下記の本発明の態様の一つ又はそれ以上と組合せて使用する。しかしながら、いかなる場合でも、弾性の吸収性構造物の弾性繊維構成要素としての二構成要素繊維又は二組成成分繊維の使用は、前記構造物の吸収性を弱めることなしに改善された弾性を有する弾性の吸収性構造物を与える。これは、より軽く、より薄く及び／又はより良好な形状適合性の構造物を生じる。
グラフト変性された(graft-modified)弾性繊維
本発明のこの態様において、エラストマー性繊維のステープルファイバーへの接着性は、極性基、例えば、カルボニル基、ヒドロキシル基又は酸基を含有する化合物をエラストマー性繊維にグラフトすることにより高められる。本発明のこの態様は、ホモフィル繊維及び二構成要素エラストマー性繊維又は二組成成分エラストマー性繊維の両方に適用できる。「ホモフィル（Homofil）」繊維は、単一の構成要素を含む繊維であり、又は、換言すれば、その長さの全体にわたり本質的に均一である。二構成要素繊維及び二組成成分繊維に関して、極性基を含有する化合物を、繊維の鞘構成要素（すなわち、外面の少なくとも一部を形成する構成要素）にグラフトする。
極性基を含有する有機化合物は、任意の公知の技法、例えば、その両者の開示内容を参考までに本明細書に引用する米国特許第３，２３６，９１７号及び第５，１９４，５０９号に教示されている技法により、エラストマー性繊維にグラフトすることができる。例えば、前記‘９１７号特許において、ポリマー（すなわち、エラストマー性繊維ポリマー）を二本ロールミキサー(two-roll mixer)中に導入し、そして温度６０℃で混合する。次いで、不飽和のカルボニル含有有機化合物を、遊離基開始剤、例えば、過酸化ベンゾイルと共に添加し、そしてこれらの構成要素をグラフトが完了するまで３０℃で混合する。前記‘５０９号特許において、反応温度がより高い温度、例えば、２１０〜３００℃であり、且つ遊離基開始剤を使用しないことを除いてはその手順は同様である。
グラフトの別法及び好ましい方法は、その開示内容を参考までに本明細書に引用する米国特許第４，９５０，５４１号に教示されている。この方法は、混合装置として二軸スクリュー脱蔵押出機を用いる。エラストマー性繊維、例えば、ポリオレフィン、及び不飽和のカルボニル含有化合物を混合し、そして反応体が溶融する温度において及び遊離基開始剤の存在下に押出機内で反応させる。この方法において、好ましくは、不飽和のカルボニル含有有機化合物を、押出機内で圧力下に維持されたゾーン中に射出(inject)する。
繊維を製造するポリマーは、通常、（繊維を構成するためにどのような方法が用いられるとしてもその方法により）繊維形成の前に極性基を含有する化合物を用いてグラフトされる。
エラストマー性繊維に対してグラフトされる、極性基を含有する有機化合物は不飽和であり、すなわち、それらの有機化合物は少なくとも１個の二重結合を含んでいる。少なくとも１個の極性基を含んでいる、代表的な及び好ましい不飽和の有機化合物は、エチレン列の(ethylenically)不飽和カルボン酸、酸無水物(anhydride)、エステル及びそれらの金属性及び非金属性両方の塩である。好ましくは、前記有機化合物は、カルボニル基で共役されたエチレン不飽和を含んでいる。代表的な化合物は、マレイン酸、フマル酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、α−メチルクロトン酸、桂皮酸等、及びある場合にはそれらの酸無水物、エステル及び塩誘導体を含んでいる。無水マレイン酸が、少なくとも１個のエチレン不飽和及び少なくとも１個のカルボニル基を含有する好ましい不飽和の有機化合物である。
グラフトされたエラストマー性繊維の不飽和有機化合物構成要素は、エラストマー性繊維及び有機化合物の合計重量を基準として少なくとも約０．０１重量％、好ましくは、少なくとも約０．１重量％そしてより好ましくは、少なくとも約０．５重量％の量で存在している。不飽和有機化合物の最大量は、都合に応じて変化することができるが、典型的には、約１０重量％を超えず、好ましくは、約５重量％を、そしてより好ましくは、約２重量％を超えない。
二構成要素繊維及び／又は二組成成分繊維に関して、グラフトは、極性基含有化合物を全ての鞘構成要素（構成要素Ｂ１）とグラフト反応させることにより、又はグラフトコンセントレート又はマスターバッチ（Ｂ２）、すなわち、鞘構成要素と混合された極性基含有化合物を用いることにより調製することができる。かかる構成要素のブレンドを用いる場合には、好ましくは、構成要素Ｂ２はＢ１及びＢ２の組合せの約５〜５０重量％、そしてより好ましくは、約５〜１５重量％である。ブレンド中の極性基含有化合物の好ましい濃度は、鞘構成要素とのブレンド後の最終的な混合物が少なくとも０．０１重量％、そしてより好ましくは、少なくとも約０．１重量％の最終的な極性基含有濃度を有しているような濃度である。
グラフトコンセントレートを二構成要素繊維に関して用いる場合に、好ましくは、グラフトコンセントレート（Ｂ２）は、マトリックス接着性材料（Ｂ１）より低い粘度を有している。このことは、材料が繊維形成ダイを通過する間におけるグラフト構成要素の繊維の表面への移行を高める。もちろん、その目的は、グラフト化合物の繊維表面への濃度を高めることにより結合用繊維(bond fiber)のステープルファイバーへの接着性を高めることである。好ましくは、構成要素Ｂ２のメルトインデックスは、構成要素Ｂ１のメルトインデックスの２〜１０倍である。
セルロース水素結合の失活(deactivation)
本発明の別の態様（ステープルファイバーがセルロース繊維である態様）において、吸収性の弾性構造物の弾性性能は、セルロース系−セルロース系の繊維結合を犠牲にしてより多くのセルロース系−弾性の繊維結合を促進することにより高められる。この態様において、セルロース系ステープルファイバーを、それらとエラストマー性繊維との混合の前に又は混合と同時に剥離剤を用いて処理する。これらの結合及びその破壊(disruption)は、２０００年１０月３０日〜１１月２日にトロント(Toronto)で開催されたインサイト・２０００・ノンウーヴンズ／アブソーバンツ・カンファレンス(Insight 2000 Non-wovens/Absorbents Conference)においてクレイグ・ポフェンバーガー(Craig Poffenberger)によりなされた「バルク・アンド・パフォーマンス，バット・ソフト・アンド・セイフ」("Bulk and Performance,But Soft and Safe")なる演題の発表において述べられた。これらの水素結合のデカップリング(decoupling)を用いて、より多くのセルロース繊維が弾性繊維と結合できるようになり、そして形成されるセルロース−弾性繊維結合がより多くなればなるほど、得られる吸収性構造物はより弾性になる。
セルロース繊維の繊維間(inter-fiber)の水素結合をデカップリングするのに有用な化合物は、１個又はそれ以上の酸基又は酸無水物基を含有する第四アンモニウム化合物を含んでいる。これらの化合物の典型的なものは、ジ脂肪ジメチル(difattydimethyl)、イミダゾリナム(imidazolinum)、Ｎ−アルキルジメチルベンジル及びジアルコキシル化アルキルジメチルである。剥離剤は、処理されるセルロース繊維の重量を基準として約０．０１〜約１０重量％の量で用いる。セルロース−セルロース水素結合をデカップリングするのに有用である別の化合物は、ゴルドシュミット社(Goldschmidt Corp.)により製造される界面活性剤、アロサーフ(AROSURF)ＰＡ−７７７である。
本発明のこの態様は、単独で又は本発明の他の態様の１つ又はそれ以上と組合せて用いることができる。
弾性繊維を分離するための水媒体中での攪拌
本発明のこの態様において、弾性繊維を水媒体中での攪拌により相互に分離する。弾性繊維、典型的には、細いデニールの弾性繊維は相互に分離しずらく、そしてそれ自体、弾性の吸収性構造物の構成の間にステープルファイバーと均等にブレンドするのが困難である。本明細書で用いる「細いデニール」の弾性繊維は、フィラメント当たり約１５デニールより小さな直径を有する弾性繊維を意味する。繊維は、典型的には、その直径に従って分けられ、そしてモノフィラメント繊維は、一般的には、約１５デニールより大きい、通常約３０デニールより大きい個々の繊維直径を有していると定義される。ミクロデニール(microdenier)繊維は、一般的には、約１００ミクロンより小さい直径を有する繊維として定義される。
この態様において、弾性繊維を水性媒体中に入れ、次いで任意の常用手段、例えば、機械的スターラー(mechanical stirrer)、ジェットポンプ等による激しい攪拌に付する。界面活性剤及び／又は湿潤剤を用いることができ、そして弾性繊維を十分に互いに他と分離した後にステープルファイバーを加えることができる。本発明の好ましい態様において、ステープルファイバーを剥離剤と組合せて加える。弾性繊維とステープルファイバーとの均一なブレンドが形成された後、典型的には、濾過後に熱に曝す、例えば、時にオーブン内で(time in an oven)熱に曝すことにより水を除去する。十分に乾燥した後、得られた毛羽立ち(fluff)パルプは、弾性の吸収性構造物に加工される状態にある。この時点で、種々の添加剤、例えば、高吸収性粉末(super absorbent powder)を前記パルプに添加することができる。延伸(drawing)工程の間、結合用繊維を時期尚早に(prematurely)活性化し／溶融するであろう温度まで繊維を加温することを回避すべき注意が必要である。
この特定の態様は、任意の組成及び構造の任意のエラストマー性繊維（ホモフィル繊維を含む）に関しても有用であり、そしてこの態様は任意のステープルファイバーに関しても有用である。
高強度の空気混合
本発明のこの態様において、エラストマー性繊維を、高強度の空気混合技法を用いて相互に分離する。この技法は、水性媒体（又はさらに言えば、任意の液体媒体）を用いないということを除いては、前記水媒体技法における攪拌と同様である。ホモフィル又は二構成要素のエラストマー性繊維を、機械的に又は空気圧手段(pneumatic means)を介して、激しい攪拌に付し、そして十分に分離された後、及び本発明のさらなる態様において、ステープルファイバーとブレンドする。この技法は得られた繊維のブレンドを乾燥する必要を回避しているので、この技法は、セルロース系繊維に対して剥離剤と組み合わせて用いるのに、又はエラストマー性繊維と共に使用するための界面活性剤及び／又は湿潤剤を用いるのには向いていない。しかしながら、ここでまた、この態様は、本発明の他の態様の一つ又はそれ以上、例えば、二構成要素エラストマー性繊維及び／又は二組成成分エラストマー性繊維、及び繊維間の水素結合が予め失活されているセルロース系繊維の使用、と組合せることができる。
弾性の吸収性構造物構成
本発明の弾性の吸収性構造物は、芯が熱可塑性ウレタンであり且つ鞘が均一に分枝しているポリオレフィンである芯／鞘構成の二構成要素弾性繊維及び／又は二組成成分弾性繊維とステープルファイバーとのブレンドから構成することができる。この態様に従って、ステープルファイバーと弾性繊維とのブレンドを、任意の常法により及び／又は前記本発明の(inventive)技法のいずれかを用いて製造し、そして場合により、引き続き１種又はそれ以上の高吸収性ポリマーと混合する。この混合も常法を用いて実施するが、二構成要素繊維又は二組成成分繊維中の低い溶融温度の接着性構成要素（すなわち、均一に分枝しているポリオレフィン）の存在により、毛羽立ちパルプを約７０℃の低熱で一緒に結合して弾性の吸収性構造物、例えば、おむつを形成することができる。弾性の結合用繊維の接着性構成要素のより低い融点は、接着性構成要素がより高い溶融温度を有している二構成要素エラストマー性繊維及びモノフィルエラストマー性繊維のいずれよりも低温においてであるが現在使用されている市販装置の使用を可能にし、これはより速い製造速度が達成されることを意味する。しかしながら、より低い溶融温度及び／又はより速い結合速度は、構造物製造機、例えば、おむつ製造機において又はそれとインラインでの結合用繊維活性化の問題を低減し又は緩和する。
従来の吸収性の芯又は構造物において、セルロース系繊維を、典型的には、ラテックスを用いて相互に結合させている。ラテックスは多くの場合、セルロース系繊維の境界面(interface)に集まり、そして硬化後に、セルロース系繊維を結合させる。二つの明確なレジーム、例えば、芯及び鞘を有する二構成要素結合用繊維及び／又は二組成成分結合用繊維の使用は、より良好な結合系に役立つ。芯はオーブン温度を超える融点を有しており、そして鞘はオーブン温度未満(below)の融点を有している。二構成要素繊維及び二組成成分繊維は、それらの繊維が接触するものならどのようなセルロース系繊維であろうとそれらに融合(fuse)する。このように、セルロース系繊維間の結合は、融合(fusion)ジョイントのちょうどの大きさより長くなる。このことは、次に、より柔軟性の構造物を生み出す。
均一に分枝しているエチレンポリマー、とりわけ、均一に分枝している実質的に線状であるエチレンポリマーは優れた鞘材料を生成する。なぜならば、その融点は、多くの他の弾性重合体材料より低いからである。好ましくは、鞘材料は、芯材料の融点未満で、少なくとも約２０℃、より好ましくは、少なくとも約４０℃で溶融する。
弾性紙(elastic paper)構成
二構成要素結合用弾性繊維及び／又は二組成成分結合用弾性繊維は、弾性紙、すなわち、或る程度の弾性を有する紙を製造するのに有用である。前記のように、弾性紙に対するこれらの結合用弾性繊維は、弾性の均一に分枝しているポリオレフィン、より好ましくは、無水マレイン酸又は同様な化合物を用いてグラフトされた均一に分枝しているポリオレフィンを有する弾性のポリウレタン芯を含んでいる。これらの二構成要素弾性繊維を、セルロース−セルロース水素結合を遮断すること(interrupting)なしにセルロース繊維と混合すれば、これらの二構成要素弾性繊維及び／又は二組成成分弾性繊維の添加は張力(tensil)を低減させそして或る程度の弾性を与えるが、紙は５パーセントの伸び率で裂けてしまう。言い換えれば、二構成要素弾性繊維及び／又は二組成成分弾性繊維の添加の利益は、セルロース−セルロース水素結合が遮断されなければ最小となる。
しかしながら、セルロース−セルロース水素結合を二構成要素弾性繊維又は二組成成分弾性繊維によって妨げることができれば、得られる紙は、顕著な張力の低下、有意な弾性回復を示し、そして５パーセントの伸び率で裂け(tear)に耐える。セルロース−セルロース水素結合は、前記のように妨げることができる。
遮断されたセルロース−セルロース水素結合の利益を最大にするために、セルロース系繊維を用いた二構成要素弾性繊維の良好な分散が望ましい。セルロース繊維マトリックス内での二構成要素弾性繊維の分散は、弾性繊維の束をセルロース繊維と混合する前に分離することにより高められる。ここでまた、繊維の束の分離は、前記のドライ（すなわち、高強度空気攪拌）又はウェットの分離方法のいずれかによって促進され、ドライの分離方法はウェットの分離方法より好ましい。
紙の弾性は、繊維の構造物によっても影響される。低いモジュラス(modulus)の弾性繊維は、良好な生地性能(fabric performance)を与えるが、加工しにくい。短いマトリックス繊維（すなわち、セルロース繊維）と混合された長い結合用繊維（すなわち、二構成要素弾性繊維及び／又は二組成成分弾性繊維）は、良好な弾性（すなわち、より少ない交差的(intersectional)結合）を有する紙を生成するが、完全な分散はより困難である。なぜならば、柔軟性の長い弾性繊維は、容易によれてそれらをほどく(unbundle)のを困難にするからである。しかしながら、弾性の結合用繊維は太ければ、それらは経済的には逆効果を有するがより良好な分散に対して役立つ。要約すれば、弾性と分散の好ましいバランスは、低いモジュラスの繊維であって、その結合用繊維が長く且つ太くそしてマトリックス繊維が短い、繊維のミックスを使用することにより生じる。
さらに、紙中の弾性繊維の量も紙の強度及び弾性に影響を与える。二構成要素弾性結合用繊維又は二組成成分弾性結合用繊維が少なすぎる場合には、生地(fabric)中の他の繊維の乏しい結合を招き、このことにより強度及び弾性に乏しい紙が生じる。前記弾性結合用繊維が多すぎる場合には、多すぎる交差的結合を招き、そして紙の強度が良好である反面、その弾性は乏しい。しかしながら、多すぎる二構成要素結合用弾性繊維の負の効果は、紙構成においてより高い嵩高性(loft)を用いることにより低減することができる。
以下の実施例は、前記した本発明の所定の態様を例証するものである。部及び百分率は、他に断らない限り、全て重量部及び重量百分率である。
特定の態様
実施例１：ポリエチレンのグラフト変性
実質的に線状であるエチレン／１−オクテンポリマー（ＭＩ−７３、密度−０．８７ｇ／ｃｍ3）を無水マレイン酸を用いてグラフト化して、無水マレイン酸から誘導されたＭＩ３４．６及び０．３５重量％のユニットを有する材料を生成する。米国特許第４，９５０，５４１号に教示されているグラフト方法に従う。グラフトされたポリエチレンをグラフト濃縮物として用い、そしてＭＩ ３０及び密度０．８７ｇ／ｃｍ3を有するエチレン／１−オクテンポリオレフィンにより２：１でのばす(let down)。得られたレットダウン材料を用いて以下の実施例に用いる二構成要素弾性繊維の鞘（接着性構成要素）を形成する。
実施例２Ａ：水性媒体中での激しい混合を用いた繊維分離
５０パーセントのペラタン(Pellathane)（商標）２１０３−８０ＰＦ（ダウ・ケミカル社により製造されるエラストマー性の熱可塑性ポリウレタン）及び５０パーセントの均一に分枝している、実質的に線状であるエチレン／１−オクテンポリオレフィンを含んでいる、二構成要素、１１．２デニールの弾性繊維を前記実施例１に記載のように製造する。熱可塑性ポリウレタンは芯を形成しそしてＭＡＨ−グラフトされたエチレンポリマーは二構成要素繊維の鞘を形成する。界面活性剤（ローダミール（Rhodameer）、カタポール(Katapol)ＶＰ−５３２）５ｇ及び０．５パーセント固形(solid)のマグナフロック(Magnafloc)１８８５アニオン系ポリアクリルアミド粘度調整剤１１０ｇを含む水５Ｌ中の、このエラストマー性結合用繊維３０パーセント及びハイブライト(Hi Bright)セルロース繊維[叩解されておらず(unbeaten)、漂白された(bleached)クラフト軟材(softwood)で、水中に１．１パーセントで、柔らかくされ(macerate)、一夜間浸漬(soak)された]７０パーセントの混合物を、ワーリングブレンダーに加える。この混合物を攪拌して弾性繊維とセルロース繊維との実質的に均一な混合物を造り、次いでこれを弾性の吸収性紙に成形する。
実施例２Ｂ：水性媒体中での激しい攪拌を用いた繊維分離及び水素結合失活
Figure 2005515305
 最初に、上記表中の５つの繊維系（短線(tow)）は全て、はさみを用いて１／８インチ長さにカットされている。１２％の結合用繊維荷重を有する１００ｇ／ｍ2のエアレイドパッドは、重量で結合用繊維０．４３ｇを取り込む(incorporate)必要がある。十分量の繊維を全ての場合にカットして３つのパッドを作る。
５つの短線（fiber tows）を長さにカッティングした（各短線は７２個の個々の繊維フィラメントを有している）後、次の工程は、短線から個々の繊維を、それらがセルロースパルプ中に取り込まれてパッド中にエアレイドされることができるように、分離するものである。全ての場合に、鞘のポリマー（複数の種類を含む）は、室温でさえ全く「粘着性(tacky)」であり（０．８７０ｇ／ｃｃ密度）、そして個々の繊維は長期にわたり(over time)全ての場合に完全に一緒に「融合(fused)」されている。
繊維の短線を個々のフィラメントに分離するために、結合用繊維０．４３ｇを秤量してワーリング（商標）ブレンダーに加える。これに、セルロースパルプ２．００ｇを添加する（全量３．１９５ｇのセルロースパルプを１００ｇｓｍのパッドに用いる）。次に、水とゴルドシュミット社製のアロサーフ(AROSURF)（商標）ＰＡ−７７７界面活性剤ブレンドとの２５：１溶液を、結合用繊維とセルロースパルプとのミックスに加える。ブレンダーを２〜３秒間活性化しそしてこの間に結合用繊維短線は瞬間的に個々の繊維フィラメント中に「オープン」アップする。セルロースパルプを前記ミックスに加えて、結合用繊維フィラメントが次の乾燥処理の間に分離された状態のままでいることを確実にする。前記方法は、結合用繊維を個々のフィラメントに分離することを可能にするだけでなく、パルプ中の水素結合を失活させることにも至る。
次の工程は、結合用繊維及びパルプ混合物を乾燥させることを伴う。最初に、ふるいを用いて繊維を水／界面活性剤溶液から分離する。次いで、この繊維混合物を５０℃で真空オーブン内で一夜間乾燥させて、いかなる残留する水分も除去されることを確実にする。次いで、この乾燥された繊維混合物を、エアレイドチャンバー中に導入し（追加の「失活され」且つ乾燥されたセルロースパルプ１．１９５ｇもこのときに加える）そしてバキュームアシスト法を用いて吸収性パッドを製造する。
実施例３：弾性紙比較
８インチ四方（８インチ×８インチ）の弾性紙サンプルを実施例２の方法を用いて調製する。サンプル３．１及び３．２はいずれも１００パーセントのハイブライトセルロース繊維を含んでいる。実施例３．３〜３．８は、種々の百分率のハイブライトセルロース繊維及び前記実施例２に記載の二構成要素弾性繊維から製造する。サンプル３．９及び３．１０は第３の繊維構成要素、すなわち、ナイロン繊維を含んでいる。紙サンプルはノーブル・アンド・ウッド(Noble&Wood)抄紙機を用いて製造する。
サンプル３．４は、水５０ｃｃ及びカタポール(Katapol)界面活性剤（ＶＰ−５３２）中に二構成要素繊維０．９ｇを予備浸漬することにより調製し、次いでそれをハイブライト繊維１９０ｃｃを添加する前にさらに５分間浸漬させる。この方法の理論的根拠は、二構成要素繊維の固まり(clump)を分解する(break up)セルロース繊維の増粘(thickening)効果を用いることである。ワーリングブレンダーは、１５００ｒｐｍで運転する。エマーソン装置(Emerson apparatus)において２５０Ｆで乾燥させて得られる紙は、目で確認できる二構成要素繊維の固まりをまだ有している。しかしながら、紙を引き裂いたとき、その裂け目は結合した弾性繊維間のものである。
サンプル３．５の紙は、二構成要素繊維の固まりの一部をワーリングブレンダー内で乾燥状態で分解することを除いては、サンプル３．４と本質的に同じ方法により調製する（高強度の空気攪拌の例）。これらの固まりを分解した後、カタポール５滴を含んだ水５０ｃｃをこのブレンダーに添加し、そしてこの混合物を低い設定(low setting)で再度攪拌する。引き続き、別の水１００ｃｃを有するハイブライトセルロース繊維１９０ｃｃをこの混合物に添加し、そして１０００ｒｐｍで追加の５分間攪拌する。このサンプルの紙は目で確認できる、より少ない固まりを有しており、そして裂け目は結合した弾性繊維間に生じる。
サンプル３．６の紙は、前記サンプルと同じセルロースパルプ含量、すなわち、１９０ｃｃを用いて製造される約７０ポンドグレードである。二構成要素繊維２ｇをワーリングブレンダーに添加し、次いでワーリングブレンダー中で乾燥条件で（すなわち、水性媒体なしに）、１．５分間、低い設定において分解する（この方法は、各攪拌の間にブレンダー壁の掻き落としを行いながら３回繰り返す）。次いで、水１００ｍＬをカタポール５滴と共に加え、得られた混合物を低い設定で１分間攪拌した後、それを、ハイブライトセルロース繊維１９０ｃｃ及び全混合物を６００ｃｃとするのに十分な水と一緒にする。次いで、この全混合物をビーカーに移しそして１５００ｒｐｍで２分間攪拌する。この混合物から調製された紙は引き裂き前に或る程度の弾性を示す。
サンプル３．７は、二構成要素繊維２．４ｇを２．０ｇに代えて使用することを除いてはサンプル３．６の繰り返しである。
サンプル３．８は、消泡剤をカタポールと共に添加する（ダイアモンド・シャムロック(Diamond Shamrock)製のフォームマスター(Foammaster)ＶＦ、３滴）ことを除いてはサンプル３．７の繰り返しである。
サンプル３．９は、米国ロードアイランド州(RI)、マイクロファイバーズ・オブ・ポーチュケット(Microfibers of Pawtucket)製の０．０８０ ＳＤナイロン繊維５ｇも加えることを除いてはサンプル３．８の繰り返しである。このナイロンを水１００ｃｃと共に加え、そしてそれはほとんど攪拌せずに高い分散性(dispersion)を生じる。このナイロン−水混合物を二構成要素繊維−ハイブライト混合物に添加しそしてこの全混合物６００ｃｃを１５００ｒｐｍで２分間攪拌する。ナイロン添加の目的は、セルロース繊維間の結合の分解を促進することである。
サンプル３．１０は、二構成要素繊維２．４ｇ、カタポール２０滴、消泡剤６滴、ナイロン繊維２ｇ及びハイブライトセルロース繊維１００ｃｃ（約１．１ｇ）を用いることを除いてはサンプル３．９の繰り返しである。
サンプルの特質及びインストロン試験装置(Instron instrument)におけるそれらサンプルの試験結果を下記表に報告する。
Figure 2005515305
本発明を前記実施例により詳細に記載してきたが、その詳細は説明の目的で示すものであり本発明に対する限定として構成されるべきものではない。多くの変形を、特許請求の範囲の精神及びその範囲から逸脱することなしに前記実施例に基づいて成すことができる。

Claims (9)

  1. 芯／鞘構成を有する弾性繊維であって、前記繊維が少なくとも二種類のポリマーを含んでおり、前記芯が熱可塑性エラストマーを含んでおり及び前記鞘が３０重量％より少ないゲル含量を有する均一に分枝しているエチレンポリマーを含んでいる前記弾性繊維。
  2. 前記鞘ポリマーが芯ポリマーより低い融点を有している、請求項１に記載の繊維。
  3. （Ａ）芯／鞘構成を有する弾性繊維であって、前記弾性繊維が少なくとも二種類のポリマーを含んでおり、前記芯が熱可塑性エラストマーを含んでおり及び前記鞘が均一に分枝しているエチレンポリマーを含んでおり、前記鞘ポリマーが３０重量％より少ないゲル含量を有している前記弾性繊維、及び（Ｂ）少なくとも１種類の非弾性繊維、を含んでいる繊維ブレンド。
  4. 前記非弾性繊維がセルロース系繊維、ウール、シルク及びシリケート繊維の少なくとも１つである、請求項３に記載の繊維ブレンド。
  5. （Ａ）の繊維が（Ｂ）の繊維に溶融結合している、請求項３に記載の繊維ブレンド。
  6. 請求項３に記載の繊維ブレンドを含む二次加工品。
  7. セルロース系繊維を互いに他と分離する方法であって、前記セルロース系繊維を第四アンモニウム化合物を用いて処理し、次いで処理された繊維を攪拌に付することを含む前記分離方法。
  8. 弾性繊維を互いに他と分離する方法であって、前記弾性繊維を、界面活性剤を含有する水性媒体中で攪拌に付することを含む前記分離方法。
  9. 弾性繊維を互いに他と分離する方法であって、前記弾性繊維を高強度の空気混合に付することを含む前記分離方法。

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