JP2008546928A - 不織布、その製造方法及びその使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、不織布の製造方法に関するものであり、当該製法においては、Ｎ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシド中のセルロースカルバメート溶液が、ノズルビームの複数孔を通って押し出され、空気流を用いて数倍に引き伸ばされる。生成された繊維カーテンは、有孔コンベアベルト上に置かれ、洗浄され、乾燥される。同様に、本発明はまた、この種の不織布及びその使用に関するものでもある。
【選択図】なし

Description

本発明は、不織布の製造方法に関するものであり、当該方法においては、Ｎ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシド中のセルロースカルバメート溶液がノズルビームの複数孔を通って押し出され、空気流によって数倍に引き伸ばされる。形成された繊維カーテンは、有孔コンベアベルト上に置かれ、洗浄され、乾燥される。さらに本発明は、この種の不織布及び、その使用に関するものでもある。

不織布は、布地の形成が織成または引き伸ばしによって達成されるのではなく、繊維のかみ合いおよびその後の固定によって達成されている織布である。多用途の使用可能性ならびに編成および織成の布地に比べて比較的低い製造コストであるので、不織布は、高い年成長率を依然として有している。

これらの不織布材料の利点は、高い吸水性にあり、製造方法によってきわめてさまざまな密度および厚さが可能であり、さらには高い表面等方性をもたらすことができる。これらの有利な特性の結果として、例えば手術室カバー、ベッドシーツ、包帯、ガーゼなどといった衛生用品のための医学における使用、家庭におけるあらゆる種類の布としての使用および装飾用の不織布としての使用（例えばテーブルクロス、テーブルナプキン）、衣料産業における裏当てフリースとしての使用、ならびに技術的用途のための使用（例えば絶縁マット、カバーマット）について、多数の可能性が存在している。

原理的には、短繊維、ステープルファイバ、または連続フィラメントからのフリース形成が可能である。カット繊維のためのウェブの形成は、乾式または湿式のフリース法に従って達成される。前者の場合には、ベールの形態で供給されたステープルファイバが、フリースを形成すべく、櫛またはカードによって梳かれ、ベルト上に置かれる。湿式のフリース法においては、ウェブの形成が、繊維および水の懸濁液を有孔スクリーンベルトへと塗布し、その後に水を押し出すことによって達成される。次いで、形成されたフリースを、ニードル縮充(needle felting)、熱および／または化学処理、あるいは水ジェットによって、さらに固めることができる。

紡糸不織布の製造においては、紡糸とフリース形成プロセスとの直接の組み合わせが行われる。融解乾燥紡糸法および湿式紡糸法の両方が、フィラメントを主体とするフリース形成に適している。多数の繊維形成ポリマーが、不織布のための出発材料として知られている。連続的な材料で作られた不織布は、好ましくはポリエステルおよびポリプロピレンから製造され（融解紡糸‐メルトブローン不織布）、さらにはポリアクリロニトリルから製造される（湿式紡糸‐スパンレイド不織布）。

ビスコース法、すなわち再生セルロース繊維が、不織布製造のための短繊維またはステープルファイバとして好ましく使用される。再生セルロース繊維を主体とする不織布は、市場のかなりの部分を占めており、その特性の潜在能力ゆえに連続的な成長が見込まれている。

ビスコース法は、依然として再生セルロース繊維の最大の部分がこの方法によって製造されているが、例えば二硫化炭素、硫化水素、重金属などの大きな環境汚染ならびに高い投資コストを伴っており、何年もの間、ビスコース法を他の方法によって置き換えるための努力が行われてきている。適切な溶媒へのパルプの直接的溶解または二硫化炭素を含まない他の誘導体化の変種にもとづく方法が開発されている。これらの活動は、セルロースで作られた不織布の製造にも広がっている。

いわゆる「ベンリーゼ(Bemliese)」法は、綿くずを銅アンモニア法に従ってフリースへと形成するが、連続フィラメントからセルロース不織布を製造するために提案された最初の紡糸フリース法の１つである（米国特許第３，８３３，４３８号）。

溶融物を繊維の方向に流れる気体流へと微細なノズル孔を通って押し出し、それによって繊維を冷却するとともに、長さを数倍へと引き伸ばすことによる合成ポリマーの溶融物の形成が、かなりの長きにわたって知られている不織布製造のための方法である。このプロセスは、「メルトブローン(meltblowing)」とも称されるが、極細繊維の製造に適している。欧州特許第０ ９２０ ５４８ Ｂ１号明細書には、セルロースのアミンオキシド（好ましくは、Ｎ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシド（ＮＭＭＯ））溶液にもメルトブローンを適用することがクレームされている。この方法は、セルロース／ＮＭＭＯ溶液の粘度により大きく左右され、セルロース／ＮＭＭＯ溶液の粘度は、ポリマー（セルロース）、分子量（セルロースのＤＰ）、ならびに濃度によっても決定される。

セルロース繊維および成型品の製造のための公知の環境に優しいさらなる方法は、セルロースカルバメートを水酸化ナトリウム溶液中で、このセルロース誘導体の溶液から沈殿させることに基づいている（ＥＰ ５７ １０５、ＥＰ １７８ ２９２）。セルロースカルバメートは、高められた温度においてセルロースの尿素との変換の際に形成され、低温の希釈水酸化ナトリウム溶液に溶解させることができる。

紡糸液中のセルロースの固体濃度が、一般的には８〜１２％と低いことが、すべてのセルロース湿式紡糸法の生産性にとって不利であり、特にはＮＭＭＯおよびカルバメートの方法の生産性にとって不利である。

ここから出発し、本発明の目的は、セルロースカルバメートで作られた不織布の製造のための方法であって、良好な製品特性とともに、低い投資および製造コストならびに少ない環境への影響に関する要望を満足する方法を提供することにある。また、本発明の目的は、優れた製品特性を備える不織布を提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法、および請求項２０の特徴を有する不織布によって達成される。さらなる従属請求項が、有利な発展を明らかにしている。請求項２６〜３０においては、本発明による不織布の使用が示されている。

本発明によれば、この目的が、紡糸液が高められた温度においてノズルブロックを通って押し出され、ノズル穴から現われる繊維が、温度制御された空気流を通って引かれることで引き伸ばされて冷却され、水の噴霧によって凝固させられるメルトブローン法によって達成される。その後に、繊維が、無作為な配向を形成しつつ運搬装置へと置かれ、個々の繊維が自発的に結合する。その後に、溶媒が洗浄によって取り除かれる。

したがって、Ｎ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシド中にあるセルロースカルバメートの溶液を紡糸液として使用することが、この方法の特別な特徴である。

ＮＭＭＯ中にあるセルロースカルバメート溶液は、類似のセルロース溶液と同様に形成することができる。セルロースと比較したセルロースカルバメートの利点は、ＮＭＭＯへの可溶性の向上にあり、したがってプロセスをより高い濃度で行うことができる。その結果、スループットが大になり、溶媒の再利用におけるコストが低くなる。

今や、驚くべきことに、セルロースカルバメートのＮＭＭＯ溶液から、セルロースに比べて高い強度および大きな水の吸収性を有する不織布を、メルトブローン法によって製造できることが明らかになり、これがこれらのフリースを、医療用の衛生品における使用、家庭用の物品としての使用、ならびに装飾用の不織布としての使用に特に適したものにしている。

好ましく使用されるノズルブロックは、少なくとも２０個、好ましくは１５０〜１５００個、特に好ましくは５００〜１０００個のノズル穴を、１メートルのノズル幅について有している。ノズル穴の直径に関しては、０．０５〜１ｍｍ、特には０．３〜０．５ｍｍの直径が、結果として好ましい。

押し出しの際の紡糸液の温度は、好ましくは８０〜１３０℃の間の範囲にあり、特に好ましくは９０〜１１０℃の間の範囲にある。したがって、運ばれる紡糸液の量は、１つのノズルにつき１分間に０．２５〜２．５ｇの間であり、特に好ましくは０．７５〜１．５ｇである。

繊維をノズルから引き出すために使用される空気流は、好ましくは１００〜１９０℃に加熱され、特に好ましくは、１２０〜１６０℃の空気温度がノズル内部において設定されるべきである。ノズル内部において空気流によって生み出される圧力は、好ましくは０．０３〜１．５バールであり、特に好ましくは０．１５〜０．８バールの間である。

ノズルの出力速度は、好ましくは１〜２０ｍ／分であるが、特に好ましくは３〜１０ｍ／分である。高温の空気流が存在する結果として、押し出された糸は、好ましくはノズルを出た後の長さの５０〜８００倍に引き伸ばされ、結果として最大１００００ｍ／分の紡糸速度がもたらされる。

単一の繊維の直径は、１０μｍよりも有意に小さく、引き伸ばし条件を相応に調節することによって、単一の繊維の繊度を１ｄｔｅｘ未満にすることができる。

少なくともノズルの下方１０ｃｍにおいて、形成されつつある繊維ウェブに、水またはＮＭＭＯ／水の混合物（ＮＭＭＯの含有量が、好ましくは最大２０％、好ましくは５〜１５％である）が噴霧され、これによって凝固が行われる。

この繊維ウェブが、有孔ベルト上に高速で配置され、結果として繊維がかみ合い、高圧の水ジェットによる洗浄、圧搾、および乾燥などといった後の作業をフリースをさらに固めることなく実現できるような良好な機械的特性を有するフリースが形成される。

この方法の好ましい実施の形態においては、紡糸液が、５〜２０重量％のセルロースカルバメートを含んでいる。さらに好ましい変形例は、２０〜３０重量％のセルロースカルバメートを含む紡糸液を提供する。後者の場合、驚くべきことに、離液の挙動を有するセルロースカルバメートのＮＭＭＯ溶液が得られ、すなわちセルロースカルバメートが結晶状態で液体中に存在する。ここから、ノズルチャネルにおけるせん断の結果として、紡糸の際に分子がほぼ完璧に繊維の方向に配向するという特に有利な実用性が生み出され、その結果として、繊維がきわめて強い配向、したがってきわめて大きな強度を有する。

さらに、本発明によれば、セルロースカルバメート不織布が、連続フィラメントのランダム配向、または個々の毛管を裂くことによって生み出される有限長さの繊維からもたらされ、この不織布を、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法によって製造することができる。

本願請求の範囲に記載された方法により製造された不織布は、好ましくは２０〜５００ｇの坪量を有し、好ましくは少なくとも１８０％の保水容量を有しており、処理後には、少なくとも３５０Ｎ／ｍの縦方向の強度と、少なくとも１２０Ｎ／ｍの横方向の強度と、３３ｇ／ｍ^２の坪量を有する。

本発明の不織布は、好ましくは医学において使用され、特に手術室カバー、ベッドシーツ、包帯、ガーゼ又は脱脂綿パッドとして使用される。同様に、この不織布は、家庭における衛生材料又は衛生布としても使用できる。本発明の不織布の更に別の利用分野は、装飾用不織布、特にテーブルクロス、テーブルナプキン又はカーテンであり、更には衣料産業における裏当てフリースである。

前記セルロースカルバメートが、前述の離液性溶液とすることが可能な量にて使用される場合には、同様に、補強材料として本発明の不織布を使用することも可能である。

以下の実施例については、本発明の対象を更に詳細に説明するためのものであって、ここに記載された具体例に限定されるものではない。

実施例１
１８０ｇのセルロースカルバメート（ＤＰ‐Ｃｕｅｎ４５３）を、混合器内にて２４３０ｇの５０％ＮＭＭＯ水溶液と混合し、この溶液を８０ミリバールの真空下で水を蒸留除去することによりＮＭＭＯ一水和物となるよう濃縮し、それによってセルロースカルバメートを溶解させる。このようにして生成された紡糸液は、１２％のセルロースカルバメート含有量を有している。９０℃の温度の上記紡糸液を、５０μｍフィルターにて濾過し、直径０．４８ｍｍのノズル孔が６０個設けられた１５ｃｍ幅のノズルから、０．９ｇ／孔／分の搬送量にて紡糸ポンプを用いて押し出す。４ｍ／分の速度で上記ノズル孔から生成された繊維は、１２５℃に加熱された空気流を通過することによって４５９倍の長さに引き伸ばされ、ノズルの約２０ｃｍ下の位置で、７．５％のＮＭＭＯ／９２．５％の水から成る混合物を用いてスプレーされ、１ｍ／分の速度で搬送ベルト上に置かれる。このようにして生成されたフリースは、勢いのある水ジェットにて洗浄され、搾り出され、張力をかけて１２％収縮させながら乾燥させる。

不織布パラメーター：
坪量：３６ｇ／ｍ^２
縦方向の強度（処理後）：３５６Ｎ／ｍ
横方向の強度（処理後）：１２０Ｎ／ｍ
保水容量（ＤＩＮ５３８１４）：１９２％

実施例２（比較例）
１５０ｇのＰＨＫパルプ（ＤＰ‐Ｃｕｅｎ８４０）を、混合器内にて１９４５ｇの５０％ＮＭＭＯ水溶液と混合し、この溶液を８０ミリバールの真空下で水を蒸留除去することにより濃縮し、ＮＭＭＯ一水和物を形成させ、それによって上記パルプを溶解させる。このようにして生成された紡糸液は、８％のセルロース含有量を有している。９０℃の温度の上記紡糸液を、５０μｍフィルターにて濾過し、直径０．４８ｍｍのノズル孔が６０個設けられた１５ｃｍ幅のノズルから、０．９ｇ／孔／分の搬送量にて紡糸ポンプを用いて押し出す。４ｍ／分の速度で上記ノズル孔から生成された繊維は、１２５℃に加熱された空気流を通過することによって４５９倍の長さに引き伸ばされ、ノズルの約２０ｃｍ下の位置で、７．５％のＮＭＭＯ／９２．５％の水から成る混合物を用いてスプレーされ、１ｍ／分の速度で搬送ベルト上に置かれる。このようにして生成されたフリースは、勢いのある水ジェットにて洗浄され、搾り出され、張力をかけて１２％収縮させながら乾燥させる。

再生セルロースから生成された上記フリースは、以下のパラメーターを有していた。

坪量：３７ｇ／ｍ^２
縦方向の強度（処理後）：１３３Ｎ／ｍ
横方向の強度（処理後）：４５Ｎ／ｍ
保水容量（ＤＩＮ５３８１４）：１４５％

Claims (30)

1. メルトブローン法による不織布の製造方法で、
   ‐紡糸液が、増加した温度にてノズルブロックを通って押し出され、
   ‐前記ノズルブロックから出てきた繊維が、温度調節された空気流に曝され、この際、引き続いて冷却されながら当該繊維が引き伸ばされ、
   ‐得られた糸が、水をスプレーすることによって凝固され、
   ‐前記繊維が、ランダムの配向が形成される間に搬送装置上に置かれ、そして、
   ‐洗浄によって溶媒が除去される
   方法において、
   紡糸液として、Ｎ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシド中のセルロースカルバメート溶液が使用されることを特徴とする不織布の製造方法。
2. 前記ノズルブロックが、１メートル当たり少なくとも２０個、特に１５０〜１５００個のノズル孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ノズル孔の直径が０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記ノズル内の前記紡糸液温度が８０〜１３０℃であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記紡糸液の搬送量が、１分間に１ノズル孔当たり０．２５〜１．５ｇであることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記空気流が１００〜１９０℃の温度を有していることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ノズル内での空気流によって０．０３〜１．５バールの圧力が調整されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記繊維のノズル出力速度が１〜２０ｍ／分であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記糸が、空気流によって５０〜８００倍に引き伸ばされることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記の紡糸速度が１５０〜１００００ｍ／分の範囲内であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記繊維が最大で２０μｍの直径を有していることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記繊維が最大で２．５ｄｔｅｘの繊度を有していることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記繊維が、水又は、Ｎ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシドと水を含む混合物にて、前記ノズルよりも少なくとも１０ｃｍ下の位置でスプレーされることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記混合物が、０．５〜２０重量％のＮ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシドを含有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記繊維が、有孔コンベアベルト上に置かれることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記の洗浄が、高圧での水ジェットにて行われることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記不織布が前記洗浄後に圧搾される、及び／又は、乾燥されることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記紡糸液が、５〜２０重量％のセルロースカルバメートを含有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記紡糸液が、２０〜３０重量％のセルロースカルバメートを含有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記請求項のいずれか１項に記載の方法により製造可能な、セルロースカルバメートから成る繊維のランダム配向より成る不織布。
21. 前記不織布が２０〜５００ｇ／ｍ^２の坪量を有していることを特徴とする請求項２０に記載の不織布。
22. 前記不織布が、少なくとも１８０％の保水容量を有していることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の不織布。
23. 前記不織布が、少なくとも２５０Ｎ／ｍの縦方向の強度を有していることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の不織布。
24. 前記不織布が、少なくとも８０Ｎ／ｍの横方向の強度を有していることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の不織布。
25. 前記セルロースカルバメートが、０．１〜１．５の置換度ＤＳを有していることを特徴とする請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の不織布。
26. 医学における、特に手術室カバー、ベッドシーツ、包帯、ガーゼ又は脱脂綿パッドとしての、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の不織布の使用。
27. 家庭における衛生材料又は衛生布としての、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の不織布の使用。
28. 装飾用不織布、特にテーブルクロス、テーブルナプキン又はカーテンとしての、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の不織布の使用。
29. 衣料産業における裏当てフリースとしての、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の不織布の使用。
30. 補強材料としての、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の不織布の使用。