JP2007523233A - ポリエチレンブレンド及び混合物を含んでなる繊維及び不織布 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)密度ρ1及びメルトインデックスMI1の第1ポリエチレンと、及び
(b)密度ρ2及びメルトインデックスMI2の第2ポリエチレンを含んでなり、
ここでポリマーブレンドが、約0.920g/cm3〜約0.950g/cm3の密度ρb及び約10g/10分〜約40g/10分のメルトインデックスMIpaを有し、ここで、
ρ1<ρb<ρ2、及び
MI1<MIb<MI2である、ポリマーブレンドを提供する。
本明細書で使用する時、用語「ポリマーブレンド」は、ホモポリマー類、コポリマー類(例えば、ブロック、グラフト、ランダム及び交互コポリマー)、ターポリマー類など、並びにこれらのブレンド及び変性物が挙げられるが、それらには限定されないポリマー樹脂類の混合物を意味し、これは実質的に均質の混合物を形成すると考えられる固溶体の形態である。任意の補助剤は、ポリマーブレンドに添加されてもよく、ブレンドが固溶体を維持する場合、そのようなブレンドもポリマーブレンドと考えられる。
本発明のポリマーブレンドは、少なくとも第1ポリエチレンと第2ポリエチレンを包含する。理論に束縛されることなく、本発明のポリマーブレンドは、構成成分のポリエチレンの最善の特性を組み合わせていると考えられる。特に、1)低密度で低メルトインデックス構成成分は、高分子量「主鎖」をブレンドに供給することによりポリマーブレンドを含んでなる繊維に強度(例えば、破断点引張り強さ)を提供し、高結合強度、良好な摩耗耐性及び改善された安定性を圧密不織布ウェブにもたらすこと、及び2)高密度で高メルトインデックスの構成成分は、紡糸プロセスの初期段階で流れ誘導結晶化を受けにくくなることによって、同等の破断点引張り強さを有する従来技術の繊維と比較して改善された押出ライン処理量、繊維引落及び冷伸展性を提供することが考えられる(コーンフィールド(Kornfield)、J.講習要旨:ポリマーの流れ/プロセス誘導結晶化(Flow/Process Induced Crystallization of Polymers)、米国化学工学会材料工学科学部門(Materials Engineering and Sciences Division, American Institute of Chemical Engineers)、2002年年次総会、インディアナポリス、2002年11月3日を参照すること)。当該技術は、構成成分の樹脂を密度及びメルトインデックスの両方に関して正確に選択することによって、そのような特性の望ましい組み合わせが、繊維紡糸プロセスで受けるような高せん断力又は伸長流れ下での結晶化の関連において達成できることを認識することができなかった。本明細書で記載されている樹脂の多次元(密度及びメルトインデックス)の評価は、これらの特性において意味のある改善を有する改善されたブレンドをもたらすことが判明した。
本発明のポリマーブレンドは第1ポリエチレンを含んでなる。第1ポリエチレンの密度ρ1は、ポリマーブレンドの密度ρbよりも小さく、第1ポリエチレンのMI1は、ポリマーブレンドのMIbよりも小さい。
本発明のポリマーブレンドは、第2ポリエチレンを含んでなる。第2ポリエチレンの密度ρ2は、ポリマーブレンドの密度ρbよりも大きく、第2ポリエチレンのMI2は、ポリマーブレンドのMIbよりも大きい。
本発明のポリマーブレンドは、前述された望ましい特性を有する不織布材を形成する繊維への押出成形に好適でもあるポリマー混合物を形成するために、下記で記載される補助剤とブレンドされてもよい。そのようなポリマー混合物は、従来のブレンド技術及び装置、例えば、バンバリー・ミキサー(Banbury mixer)(ファレル社(Farrel Corp.)、コネチカット州アンソニア(Ansonia)から入手可能)又は材料の少量のバッチを調製するのに好適なポリラボ・ツイン・スクリュー・エクストルーダー(Polylab Twin Screw Extruder)(サーモ・エレクトロン・(カールスルーエ)(Thermo Electron(Karlsruhe))、ドイツ、カールスルーエ(Karlsruhe)から入手可能)のような実験室用押出成形機を使用して、望ましい構成成分を望ましい比率でブレンドすることが挙げられるが、それらには限定されないあらゆる好適な方法で調製されてもよい。また工業規模のペレット化押出成形機が多量のブレンドなどを調製するために使用されてもよい。
本発明のポリマーブレンドとポリマー混合物は、任意に補助剤を包含してもよい。好適な補助剤には、典型的には繊維製造、不織布加工、ポリマー組成物及びポリマー形成に使用されるものが挙げられるが、それらには限定されない。ポリマーブレンドの場合、望ましい補助剤は、ポリマーブレンド及びこれらには限定されないが第1及び第2ポリエチレンのようなポリマー混合物の他の構成成分と、均質の混合物である固溶体を形成するものである。いずれにしても、組成物は、ブレンドのどの構成成分よりも高い密度と低いメルトインデックスの両方を有する構成成分を、又はブレンドのどの構成成分よりも低い密度と高いメルトインデックスの両方を有する構成成分を実質的に含有しない。
本明細書で記載されている範囲の密度ρb及びMIbを有するポリマーブレンド又はポリマー混合物を含む繊維、並びにその繊維を含む不織布材は、第1及び第2ポリエチレンのために本明細書で特定された範囲外の密度及びメルトインデックスを有する樹脂を使用し、LLDPEブレンドのような他のポリエチレン類から製造される繊維と比較して、伸展性、柔軟性及び磨耗耐性に関して優れた性能を有する。更に、本発明のポリマーブレンドは、典型的には、特に繊維及びウェブの伸展性又は冷延伸性の程度及び容易さに関して、同等のMI及び密度の他のポリエチレン樹脂及びLLDPEブレンドより性能が優れている。
典型的には上記で記載された繊維は不織布材に圧密される。圧密は、熱スポット(すなわち、点)接着のような、熱及び/又は圧力を繊維ウェブに印加する方法によって達成できる。熱点接着は、米国特許第3,855,046号で記載されているように、繊維ウェブを、そのうちの1つが加熱され、表面に複数個の突起を含有する2つのロールにより形成される加圧ニップの中を通すことによって達成できる。圧密法には、超音波接着、空気通過接着、樹脂接着、及び水流交絡を挙げることができるが、これらに限定されない。水流交絡は、典型的には、繊維ウェブを高圧水噴流で処理して、機械的な繊維の絡み合い(摩擦)により、ウェブを圧密が望ましい区域に圧密し、繊維絡み合い領域にサイトを形成することを伴う。繊維は、米国特許第4,021,284号及び同第4,024,612号で教示されたように水流交絡できる。
(密度)
密度は、ASTM標準法D1505の使用により好適に測定できる。ブレンドの場合、平均密度が報告されるとき、ブレンドの樹脂画分の密度も測定されてよい。例えば、TREF(下記を参照すること)がブレンドの組成を特徴付けするために使用される場合、それぞれの分留の密度が決定されるべきであり、TREF分析から決定される分留組成物に従って重み付けされた分留密度が、ブレンド構成成分(ゲル浸透クロマトグラフィー及び核磁気共鳴のような他の分析方法により同定された)の密度を決定するために決定されるべきである。
メルトインデックスは、ASTM標準法D1238の使用により好適に測定できる。ブレンドの場合、平均溶解温度が報告されるとき、メルトインデックスの対数は、構成成分の樹脂又は分留の対数メルトインデックスの線状重み付け(ブレンドにおける構成成分樹脂又は樹脂分留の重量%)平均を決定することにより、構成成分のメルトインデックスから計算できる。例えば、TREF(下記を参照すること)がブレンドの組成を特徴付けるために使用される場合、それぞれの分留のメルトインデックスが測定されるべきであり、そのlogも決定されるべきである。次に分留のメルトインデックスの対数は、ブレンドのメルトインデックスの対数を決定するために、TREF分析で決定される分留組成物に従って重み付けされる。ブレンドのメルトインデックスは、真数により決定できる。
(昇温溶出分別法(TREF))
TREF分析は、ポリマー試料をその構成成分を表す分留に分離するのに適している。要約すると、試料が溶解され、溶液が担体(例えば、クロマトグラフィーに好適なカラム充填剤)の表面に分配され、次に分配された溶液が徐々に冷却され、ポリマー分留が溶解度の逆順で沈殿する(すなわち、可溶性の最も少ない分留が最初に沈殿する)。試料が冷却された後、流れ溶媒が、沈殿したポリマーの上を通過してポリマーを再溶解する。それにより形成されるポリマー溶液の別個の部分が収集され、それは更なる分析(例えば、分留の分子量を決定するためのゲル浸透クロマトグラフィー(重量平均に好適な検出器、すなわち光散乱検出器又は数平均に好適な検出器、例えば、毛管粘度計、或いはその両方が使用されてもよい)又は分留における分岐度を決定するための核磁気共鳴)に好適な試料の分留を提供する。溶媒の温度がゆっくりと上昇すると、その溶解力も上昇し、それにより収集された分留が元の試料の異なる溶解度の部分を表す。この溶解度の差が、分子量、分岐度などのような特性の差の原因となりうる。
1)試験されるポリマー材料の試料20gを収集する。
好適なTREF法及び装置は、ワイルド(Wild)、L.、「ポリマー科学の発展(Advances in Polymer Science)」、第98巻(1990年)シュプリンガー・フェアラグ(Springer-Verlag)ドイツ、ハイデルベルグ(Heidelberg)、1頁〜47頁で記載されている。
試験されるそれぞれの試料のために、押し出された繊維の束から10〜12本の繊維が無作為に選択され、分離される。次に繊維は紙クーポンにテープで貼り付けられる(テープを巻き付けること、及び繊維の末端をクーポンの裏側にテープで巻き付けることを確認する)。繊維をいかなる方法でも伸ばす又は変形することのないように注意する。
繊維構成は、押し出された繊維の断面の顕微鏡検査により好適に測定することができ、そのような断面は繊維の長軸に対して垂直に取られている。
デニールはASTM標準法D1577の使用により好適に測定できる。
低速引張り特性は、ASTM標準D3822に従って測定される。10ニュートンのロードセル及び空気圧式グリップを備えたMTSシナジー(MTS Synergie)(商標)400引張り試験機(MTSシステムズ社(MTS Systems Corporation)、ミネソタ州エデン・プレーリー(Eden Prairie))が使用されてもよい。試験は、標点距離2.54cmで単一の繊維試料に毎分200%のクロスヘッド速度で実施される。クーポンに取り付けられた繊維は、試験機のグリップの中に装填される。次に紙が試験結果を妨げないように切り取られる。試料は破断するまで引っ張られる。報告は、ピーク荷重(すなわち、極限引張応力)及び破断点伸び(破断伸び)の計算を包含する。降伏応力は、20%ひずみでの応力と60%ひずみでの応力の平均として選択される。
低速度引張り特性は、EDANA(ヨーロッパ使い捨て用品及び不織布協会(European Disposables and Nonwovens Association))標準法20.2−89に従って測定される。100ニュートンのロードセル及び空気圧式グリップを備えたMTSシナジー(MTS Synergie)(商標)400引張り試験機(MTSシステムズ社(MTS Systems Corporation)、ミネソタ州エデン・プレーリー(Eden Prairie))が使用されてもよい。次の条件が使用される:
活性化引張特性は、同時係属米国特許出願10/377,070、表題「リングロール・シミュレーション・プレス(Ring Rolling Simulation Press)」、(アンダーソン(Anderson)らの名前で2003年2月28日に出願)で記載されている装置及び方法を使用して決定されてもよい。下記の設定条件が使用される。これは500秒−1の最大ひずみ速度に相当する:
この方法は、不織布又は積層材の磨耗耐性の定量的予測として使用され、907g(2ポンド)の重りのサザーランド・インク・ラブ・テスター(Sutherland Ink Rub Tester)を使用して、320グリットの紙やすりで11.0cm×4.0cm片の試験材を研磨することによって達成される。ぱらぱらのマイクロファイバーが接着テープで収集され、それらは、単位面積当たりの収集されたぱらぱらのマイクロファイバーを決定するために計量される。この方法の詳細は、公開された米国特許出願2002/0119720A1で提示されている。本発明の材料を評価するために実施するに際し、’720適用の毛羽立ちレベル法で詳細に説明されている剥離ライナーは、40#剥離紙としてインディアナ州シオンスビル(Zionsville)のアメリカン・コーテッド・プロダクツ(American Coated Products)から入手可能である。
この実施例は、異なる密度及びメルトインデックスの2つ以上の線状低密度ポリエチレン(LLDPE)構成成分を含む、幅広い組成及び幅広い分子量分布を持つ混和性ブレンドの調製を記載する。
2.テキサス州ヒューストンのエクソンモービル・ケミカル社(ExxonMobil Chemical Company)からの高密度ポリエチレン樹脂
3.テキサス州ヒューストンのエクソンモービル・ケミカル社(ExxonMobil Chemical Company)からの線状低密度ポリエチレン樹脂
4.比較例
5.比較例
6.ミシガン州ミッドランド(Midland)のダウ・ケミカル社(Dow Chemical Company)からの親和性ポリオレフィンプラストマー
7.比較例
8.バーゼル・ポリオレフィンズ(Basell Polyolefins)(デラウエア州ウイルミントン(Wilmington))、チーグラー・ナッタ・レオロジー制御プロピレンホモポリマー
9.テキサス州ヒューストンのアトフィナ・ケミカルズ(AtoFina Chemicals)からの高級エチレン・チーグラー・ナッタ・ランダムポリプロピレンコポリマー
10.エクソンモービル(ExxonMobil)のメタロセンポリプロピレンホモポリマー
11.同時係属米国仮出願60/539,298(オートラン(Autran)らの名前で2004年1月26日に出願)に記載されている2型ポリプロピレンブレンド
12.ジャパン・ポリプロピレン(Japan Polypropylene)(日本、東京)のメタロセンプロピレン/エチレンランダムコポリマー
それぞれの押出成形機が水平一軸スクリュー押出成形機である、2個の押出成形機のシステムを使用して、純粋な又は配合された材料が繊維に溶融紡糸された。それぞれの押出成形機からスピンパックへの押出品の速度は、四穴スピンパック(ヒルズ社(Hills Incorporated)、フロリダ州ウエスト・メルボルン(W. Melbourne))へ供給する定量溶融ポンプにより制御されている。押出成形機は、樹脂又は樹脂ブレンドを約200℃の温度で溶融ポンプへ送達するように設定された。質量処理能力は、約0.8g/穴/分で一定に維持された。全ての例において、スピンパックは、丸い穴の紡糸口金及びシース−コアの断面用の分配プレートに適合されている。この実施例の単一構成成分の繊維では、同じ樹脂がシース対コアの比率約50:50で両方の押出成形機において使用される。押出成形機/溶融ポンプ/スピンパックシステムは、高さが調節可能な台の上に取り付けられる。これらの例では、紡糸線の長さは、約1.78mの距離で一定に維持された。溶融フィラメントは、紡糸口金を出て、スピンパックの真下に位置しているクエンチキャビネットに入り、圧縮空気を高圧で使用してフィラメントを囲み且つ延伸する空気流を生み出す、高さが調節可能な空気抵抗装置によりドローダウンされる。一連の繊維直径が、空気銃入口圧及び空気銃の種類を変えることにより収集される。
2.高紡糸速度(2000〜2400m分)で押し出された繊維で測定。
3.本発明の2型ブレンド
4.ミシガン州ミッドランド(Midland)のダウ・ケミカル社(Dow Chemical Company)により繊維紡糸に好適であるとして販売されている樹脂
5.表1の組成物Kの平均密度及び平均メルトインデックスに匹敵するように設計された、40%のE、30%の第1線状低密度ポリエチレン(LL6201)及び30%の第2線状低密度ポリエチレン(LL6100)のブレンド。両方の線状低ポリエチレンは、テキサス州ヒューストンのエクソンモービル・ケミカル社(ExxonMobil Chemical Company)から入手可能である。
この実施例は、上記で記載されたLLDPE繊維処方の幾つかにより作製された小型ウェブの物理的性質を記載する。
2.110℃で圧密される
この実施例は、特定のLLDPE2構成成分繊維処方で作製されたウェブの物理的特性を記載する。実施例1の種々のブレンドが特に押し出されて繊維のシースとなり、一方、繊維のコアが、シースのメルトインデックス及び密度と「合う」ように選択された市販の樹脂又はブレンドから構成される、2構成成分繊維が紡糸された。材料が、2個の押出成形機システム、並びに紡糸口金及び望ましいシース/コア断面用の分配プレートに適合するスピンパックを使用して2構成成分繊維に紡糸されることを除いて、実質的に同じ紡糸プロセスが使用された。
次の実施例は、スパンボンド不織布パイロットラインでの2構成成分繊維を含んでなる不織布材の押出し及び形成を示す。表7で記載される組成及び特性を有する不織布材は、溝噴流繊細システムを持つ1m幅のスパンボンドパイロットラインのパイロット規模で調製された。ウェブは、1穴当たり毎分約0.3gの質量処理能力で製造され、2つの異なる接着パターンのうちの1つで熱的に圧密された。パターンSは、接着総面積14%及び接着密度32接着/cm2のダイヤモンド形接着サイトを有する。パターンAは、接着総面積15%及び接着密度26接着/cm2の正方形接着サイトを有する。全ての2構成成分繊維は、熱接着形成を容易にするためにポリエチレンを含んでなるシースを有し、そして機械的一体性のためにポリプロピレンを含んでなるコアを有する。
Claims (11)
- ポリマーブレンドであって、
(a)好ましくは0.900g/cm3〜0.935g/cm3の密度ρ1及び好ましくは5g/10分〜25g/10分のメルトインデックスMI1を有する第1ポリエチレンと、及び
(b)好ましくは0.935g/cm3〜0.965g/cm3の密度ρ2及び25g/10分及び50g/10分のメルトインデックスMI2を有する第2ポリエチレンを含んでなり、
前記ポリマーブレンドが、0.920g/cm3〜0.950g/cm3の密度ρb、10〜40g/10分のメルトインデックスMIbを有し、
ρ1<ρb<ρ2、MI1<MIb<MI<MI2、及びMI2/MI1 >2.0であることを特徴とする、ポリマーブレンド。 - ρ2−ρ1 >0.015である、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記第1ポリエチレンと前記第2ポリエチレンの重量比が1:4〜4:1である、請求項1又は2に記載のポリマーブレンド。
- 前記第1ポリエチレンがエチレン/C3〜C20α−オレフィンコポリマー、好ましくはメタロセンポリエチレンである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリマーブレンド。
- 前記第2ポリエチレンがエチレンとC3〜C20α−オレフィンのコポリマーである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリマーブレンド。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリマーブレンドを含む繊維。
- 請求項6に記載の繊維を含んでなる、不織布材。
- 請求項7に記載の不織布材を含んでなる、吸収性物品。
- ポリマー混合物であって、
(i)請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリマーブレンドと、及び
(ii)補助剤を含んでなる、ポリマー混合物。 - 前記補助剤が前記第1及び第2ポリエチレン以外のポリマーを含み、前記ポリマーが前記ポリマーブレンドにおいて不溶性である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリマー混合物。
- 2成分繊維であって、
(i)請求項1に記載のポリマー混合物から実質的に成るものを含む第1ポリマー構成成分と、及び
(ii)相溶する熱可塑性ポリマーを含む第2ポリマー構成成分を含んでなる、2成分繊維。
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