JP2010507028A - 開孔不織布、並びに当該不織布を製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明には、熱可塑性繊維から構成される布を連続的に穿孔するプロセスが開示されている。このプロセスは、熱および圧力の組合せを利用して、布を穿孔するものである。個々の布における開孔の形状、大きさ、および分布は、パターン付きエンボスロールの設計によって、決定されることとなる。具体的には、個々のエンボス点の頂部側は、平坦ではなく、隆起した周辺縁部を有しており、これによって、接合点における実際の布の接触面積は、各接合点によって囲まれた全面積よりも著しく小さくなっている。全接合面積に対する布の接触面積の比率が小さいことによって、エンボスニップにおける熱および圧縮力を集中させて、穿孔ニップ内を高速度で移動する布において大きな開孔を切り抜くことができる。

Description

本発明は、開孔不織布、並びにこのような布を製造する方法および装置に関する。

布の表面の約１０％よりも大きな総開孔率を有する布について、このような布を市販の不織布製造ラインの標準的なライン速度で製造することが望まれている。これによって、布製造ライン上で開孔布の製造が可能になるので、高コストの別の製造工程を設ける必要がなくなることとなる。もしも布が熱可塑性繊維から構成されるのであれば、この布の選択された点に熱および圧力を組み合わせながら加えることによって、開孔を連続的に形成することができる。

熱可塑性布に大きな開孔を形成するためのいくつかのプロセスは、特許文献に記載されている。シマラ（Ｓｈｉｍａｌｌａ）は、特許文献１において、２段階プロセスに関して述べている。このプロセスでは、高圧の熱エンボスカレンダーによって、熱可塑性布の小径孔を溶融し、次いで、ＭＤ（マシン方向）および／またはＣＤ（交差方向）において、この布に非回復性の延伸処理を施すことによって、孔を拡大する。そのため、開孔の溶融縁部が、開孔布の強度および完全性の向上に寄与することとなる。

ベンソンは、特許文献２において、代替となる２段階プロセスについて述べている。このプロセスでは、点接合された布に対して布の選択された点を溶融により脆弱化させるが、実質的な穿孔をしない別の熱エンボス工程が、施される。次いで、この選択的に脆弱化した布に、漸増的な延伸処理のプロセスを施すことによって、まずは脆弱化した点を破断して、狭幅の孔を形成し、次いで、それらの狭幅の孔を延伸処理し、これによって、大きい開孔を布に形成する。

特許文献１および２のいずれも、予延伸布の初期の小さい開孔または小さい脆弱領域を著しく拡大させるために、熱穿孔された布または熱脆弱化された布に対して、著しく大きい非回復性の延伸処理を施すことが必要であるという共通の重要な特徴を有している。

コスレット（Ｃｏｓｌｅｔｔ）らは、特許文献３，４および５において、開孔を形成するのに最適な熱可塑性布および熱可塑性布／フィルムラミネートについて述べている。ここでは、各穿孔ロールのエンボス点は、得られる開孔の寸法と実質的に同一寸法の布の接触面積を有している。この特許は、高融点の繊維を低融点の繊維または低融点のフィルムのいずれかと混合すると、きれいで、かつ明瞭な境界となった開孔が得られて有利であるということを示唆している。低い伸びの高強度ポリプロピレン短繊維は、高い伸びの低強度ポリプロピレン繊維よりも好ましく、境界が明瞭な開孔を形成するのに優れている。ギレスピー（Ｇｉｌｌｅｐｉｅ）らも、特許文献６において、熱エンボス加工およびそれに続く著しく大きな延伸処理による熱穿孔に対して、特に改善効果を有する布繊維組成物を特定している。

米国特許第４，５８８，６３０号明細書 米国特許第５，９１６，６６１号明細書 米国特許第５，６５６，１１９号明細書 米国特許第５，５６７，５０１号明細書 米国特許第５，８３０，５５５号明細書 米国特許第６，６３２，５０４号明細書

市販の不織布ラインの製造速度で布を穿孔しながら、所望される布の設計において正確なレプリカである開孔パターンを得ることができるプロセスが必要とされている。シマラおよびベンソンのプロセスは、大きな開孔を得るために、ＭＤおよび／またはＣＤの方向における延伸によって布に大きな歪みを生じさせることを必要としている。コスレットらのプロセスは、大きな開孔を生じさせることができるが、布を穿孔する熱エネルギーおよび圧縮エネルギーが、最終的に得られる開孔の全面積にわたって分布されることになるので、きれいな開孔を生じさせるための最大ライン速度が著しく制限される可能性がある。

一態様において、本発明は、複数の接合部位で互いに接合され、かつ密着した強力な不織ウエブを形成している熱可塑性繊維と、不織ウエブの選択された部分を除去することによって不織布に形成される複数の開孔とから構成されている不織布において、当該複数の開孔は、布の表面積に対して少なくとも１０％の開孔率となるように構成されていることを特徴とする不織布を提供している。不織ウエブの除去された部分から形成される開孔屑が、開孔の少なくともいくつかに離脱可能に付着していてもよい。溶融した熱可塑性繊維の辺縁部が、開孔屑の周囲に沿って延在している。また、溶融した熱可塑性繊維の辺縁部が、開孔の周囲に沿って延在していてもよい。不織布は、カーディング熱接合不織布、エアレイド不織布、および熱可塑性ポリマーの連続フィラメントから構成されるスパンボンド不織布を含む種々の構造を有することができる。開孔は、きれいに切断され、かつ境界が明瞭に画成されることになる。布には、非回復性の延伸処理が施されていない。

また、本発明は、開孔不織布を製造する方法において、熱可塑性繊維から構成されている不織布を所定の走行経路に沿ってエンボスステーション内に導き、当該エンボスステーション内を通過させるステップと、エンボスステーションにて、不織布を所定のパターン付き表面を有するエンボスロールと接触させるステップと、パターン付き表面によって、熱および圧力を不織布に加え、布の表面の選択された領域を画成する複数の閉経路に沿って、熱可塑性繊維を熱溶融させるステップであって、選択された領域に、開孔が形成されることになる、ステップと、布の選択された領域を布の残りから除去するステップと、を含むことを特徴とする方法を提供している。繊維が熱溶融している複数の閉経路は、エンボス加工された領域をなし、当該エンボス加工された領域は、布の表面積に対して１０％以下を占め、熱可塑性繊維が溶融されず、かつエンボス加工されていない不織布の領域を包囲しているとよい。いくつかの実施形態では、繊維が熱溶融している複数の閉経路は、閉経路によって囲まれた面積に対して２％〜２０％の表面積を有している。

本発明は、開孔不織布を製造するためのエンボスロールにも関連している。当該ロールは、円筒体と、円筒体の円筒表面の全体に及ぶ互いに離間した所定の箇所に位置する複数の隆起エンボス部とを備え、隆起エンボス部は、隆起エンボス部の周囲に沿った閉経路に沿って延在する布と接触する隆起ランド面と、隆起ランド面によって包囲された凹面とを備え、隆起ランド面は、当該隆起ランド面によって包囲された部分の面積に対して２％〜２０％の表面積を有している。いくつかの有利な実施形態では、隆起エンボス部は、隆起ランド面および包囲された凹面が円筒面の表面積の少なくとも１０％を占めるような密度で、ロール上に設けられている。

本発明を一般的な用語で説明してきたが、本発明のさらに他の態様は、以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになるだろう。

エンボスロール用の接合パターン設計の一実施形態を示す図である。 ロールの上面図である。 熱穿孔プロセスの概略図である。 超音波穿孔プロセスの概略図である。 開孔屑が除去されている開孔および開孔屑が除去されていない開孔を示す、穿孔された布の拡大写真である。 エンボス領域の周囲に沿って残っている線維によって緩く保持されている開孔屑を示す単一開孔の拡大図である。

ここに開示される本発明は、１）各接合点の外周縁部のみがニップで開孔対象の布と接触するように、個々の接合点が凹んでいる、エンボスパターン設計と、２）布にあらゆる非回復性の延伸処理を施すこともなく、各接合点において、布の開孔からエンボスラインの内側に残っている布部分を除去することに用いられるエンボス後工程とを特徴としている。

図１は、隆起した環状周縁部（Ｂ）が中心凹部領域または中心空隙領域（Ｃ）を取り囲んでいるこのような接合パターン設計（Ａ）の一実施形態を示している。図２は、パターン付きエンボスカレンダーロール（Ｄ）上の接合点（Ａ）の配列を示している。この実施形態では、楕円状の接合点によって占有される部分の累積表面積は、エンボスロールの表面積に対して約３５％であり、各接合点における隆起した環状縁部の累積表面積は、エンボスロールの表面積に対して約５％である。従って、ニップにおける穿孔エネルギーは、ニップを通過する布の表面積に対する約５％の部分にのみ集中することになる。本発明は、どのような特定の接合点の形状またはどのような特定のエンボスロール上の接合点の配列にも制限されるものではない。一般的に、接合点の設計は、接合点の布の接触面積が、接合点の全体によって囲まれる面積の２％〜２０％の範囲内にあれば、適切といえるだろう。単位面積当たりの接合点の大きさ、形状、および数は、具体的な用途の要件に従って、変動することになるだろう。本発明者らは、この連続的な布穿孔は、布の所望される開孔率が布の表面に対して１０％よりも大きい用途において、最も有益であるとしている。

布接触点の局部的な加熱は、加熱されたカレンダーロールからの熱伝導または超音波ホーンの高周波振動のいずれかによって、行うことができる。

図１に示される接合点は、開孔から脱落することになる布の開孔屑（ｃｈａｄ）を残して、布の接触箇所を融除するように、設計されている。本発明者らは、適切な原料選択および適切なエンボスニップの設定によって、エンボス加工された凹凸模様付きの布がニップを出るとき、開孔屑が開孔内に極めて緩く保持されているという驚くべき結果を見出している。これによって、布がニップの外に移動したとき、単純な空気噴射（図３ａおよび図３ｂ）によって、開孔屑をそれらの開孔から容易に除去することができる。この空気噴射の開孔屑除去作用は、エンボス加工された凹凸模様付きの布の表面への一連のブラシロールの作用によって、補助されてもよいし、または置き換えられてもよい。

このような布の挙動は、ニップにおいて開孔屑が完全に抜け落ちる布の挙動よりも好ましい。なぜなら、開孔屑は、エンボスロールの凹んだ空洞を塞がず、開孔屑除去ステーションをニップの近傍から離すことができ、これによって、再利用を見込んだ開孔屑の収集が容易になるからである。不織布の開孔屑を除去するのに、シマラの特許およびベンソンの特許に記載されている種類の非回復性の延伸処理を全く必要としていないことに留意することが重要である。

図４は、開孔屑のいくつかが除去され、開孔屑のいくつかが適所に残っているエンボス加工後の布を拡大して示している。図５は、不織布の切断されていない繊維のいくつかによって、適所に部分的に保持されている開孔屑の拡大図を示している。図４および図５に示されている布は、図１および図２で説明したパターンによって、エンボス加工されたものである。

この布穿孔プロセスは、先行技術を上回るいくつかの利点を有している。適切な布に、大きい（例えば、１０％よりも大きい）開孔領域を、どの方向においても非回復性の延伸処理を施すことなく、高速度で形成することができる。布の非回復性の延伸処理は、材料特性を劣化させる可能性がある。個々の開孔の形状および分布が、正確に画成され、後続のウエブの延伸によって、予測不能に歪むことがない。従って、これらの開孔は、不織布に種々のパターンを画成することができる。開孔を得るエネルギーは、大きな開孔を切除するのに必要な箇所のみに集中されている。これによって、良好なウエブ穿孔を実施可能な最大のライン速度で行うことができる。

［実施例１］
エンボスロールの面積に対して約５％のランド領域をもたらすように構成された隆起エンボス部を備えたエンボスロールによって、１８ｇ／ｍ^２のスパンボンドポリエチレン・スパンボンド不織布を３０５ｍ／分のライン速度で熱エンボス加工した。

［実施例２］
図１および図２に示されているエンボスロールを、５％以下の布の接触面積を有する環状の隆起ランド面によって、布面積の少なくとも２０％の開孔領域を生じさせるように、設計した。

このエンボスロールを、カレンダースタンド内において平面のアンビルロールに対向配置させて用いた。ニップ圧力を１２５０ｐｓｉ（８．６１８４ＭＰａ（１ｐｓｉ＝６８９５Ｐａ））に設定した。パターン付きエンボスロールを２５４℃に加熱し、アンビルロールを２５６℃に加熱した。１００フィート／分（３０．４８ｍ／分（１フィート＝０．３０４８ｍ））のライン速度で操業し、このカレンダーを用いて、５０％ポリエチレン鞘および５０％ポリプロピレン芯を有する鞘−芯２成分構造の連続フィラメントから形成された２８．１ｇ／ｍ^２のスパンボンド不織布を熱エンボス加工した。高速度の空気流を布に導くことによって、開孔屑が布の外に容易に吹き飛ばされ、あらゆる布の亀裂または歪みを生じることもなく、きれいで、かつ明瞭な境界を有する開孔が得られた。この開孔布は、軟質状態に保たれていた。

［実施例３］
フィラメントが、交互に配置されたポリプロピレンおよびポリエチレンの６つのセグメントから成るセグメント化されたパイ状の断面構造を有している、スパンボンド不織布を用いて、実施例２のエンボスの加工手順を行った。実施例２の開孔と同様の開孔が観察された。

［実施例４］
１８ｇ／ｍ^２のスパンボンドポリプロピレン不織布を、ロール温度を高くする以外は実施例２と同様のエンボス加工手順を用いて、熱エンボス加工した。

［実施例５］
２４．１ｇ／ｍ^２のスパンボンド−メルトブロー−スパンボンド複合不織布ラミネートに対して、実施例２のエンボス加工手順を行った。空気および／または擦り付けによって、開孔屑を容易に除去することができた。きれいで、かつ明瞭な境界を有する開孔が、観察され、布は、軟質状態に保たれていた。

Claims (19)

1. 複数の接合部位で互いに接合され、かつ密着した強力な不織ウエブを形成している熱可塑性繊維と、前記不織ウエブの選択された部分を除去することによって形成される複数の開孔とから構成され、
   前記複数の開孔が、不織布の表面積に対して少なくとも１０％の開孔率となるように構成されている、不織布。
2. 前記不織ウエブの除去された部分から形成され、前記開孔の少なくともいくつかに離脱可能に付着する開孔屑を有している請求項１に記載の不織布。
3. 前記開孔屑の周囲に沿って延在かつ溶融した熱可塑性繊維の辺縁部を有している請求項２に記載の不織布。
4. 前記開孔の周囲に沿って延在かつ溶融した熱可塑性繊維の辺縁部を有している請求項１〜３に記載の不織布。
5. 熱可塑性短繊維から構成されるカーディング熱接合不織布、熱可塑性短繊維から構成されるエアレイド不織布、および熱可塑性ポリマーの連続フィラメントから構成されるスパンボンド不織布からなる群から選択される請求項１〜４のいずれか一項に記載の不織布。
6. 延伸処理が施されていない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の不織布。
7. ランダムに配列され、複数の接合部位で互いに接合され、かつ密着した強力なスパンボンド不織布を形成する連続熱可塑性フィラメントと、前記不織ウエブの選択された部分を除去することによって形成される複数の開孔とから構成され、
   前記複数の開孔が、不織布の表面積に対して少なくとも１０％の開孔率となるように構成されている、スパンボンド不織布。
8. 開孔不織布を製造する方法であって、
   熱可塑性繊維から構成される不織布を所定の走行経路に沿ってエンボスステーション内に導き、前記エンボスステーション内を通過させるステップと、
   前記エンボスステーションにて、前記不織布を所定のパターン付き表面を有するエンボスロールに接触させるステップと、
   前記パターン付き表面によって、熱および圧力を前記不織布に加え、前記不織布の表面の選択された領域を画成する複数の閉経路に沿って、前記熱可塑性繊維を熱溶融させて、それによって、前記選択された領域に開孔が形成される、ステップと、
   前記不織布の前記選択された領域を前記不織布の残りから除去するステップと
   を含む方法。
9. 前記選択された領域が、前記不織布の表面積に対して少なくとも１０％を占めている、請求項８に記載の方法。
10. 繊維が熱溶融する、前記複数の閉経路は、エンボス加工された領域を構成し、前記エンボス加工された領域が、前記不織布の表面積に対して１０％以下を占めるように構成され、前記熱可塑性繊維が溶融されず、かつエンボス加工されていない、前記不織布の領域を包囲している、請求項８に記載の方法。
11. 前記繊維が熱溶融する、複数の閉経路は、前記閉経路によって囲まれた面積に対して２％〜２０％の表面積を有している、請求項１０に記載の方法。
12. 前記選択された領域を除去するステップが、前記選択された領域を除去するために、空気を前記不織布に導くことを含む、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記選択された領域を除去するステップが、前記選択された領域を除去するために、前記不織布をブラシに接触させることを含む、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記熱および圧力を加えるステップが、前記エンボスロールを加熱されたアンビルロールまたは超音波アンビルに接触させることを含む、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 開孔不織布を製造するためのエンボスロールであって、
    円筒体と、前記円筒体の円筒表面の全体に及ぶように互いに離間した所定の箇所に位置する複数の隆起エンボス部とを備え、
    前記隆起エンボス部が、前記隆起エンボス部の周囲に沿った閉経路に沿って延在する前記不織布に接触する隆起ランド面と、前記隆起ランド面によって包囲された凹面とを備え、
    前記隆起ランド面が、前記隆起ランド面によって包囲された面積に対して２％〜２０％の表面積を有している、エンボスロール。
16. 前記隆起エンボス部が、前記隆起ランド面および前記包囲された凹面が前記円筒面の表面積に対して少なくとも１０％を占めるような密度で、前記ロール上に設けられている、請求項１５に記載のエンボスロール。
17. 前記隆起ランド面が、前記隆起ランド面によって包囲された面積に対して２％〜１０％の表面積を占めている、請求項１５または１６に記載のエンボスロール。
18. 前記隆起ランド面が、前記隆起エンボス部の最大幅に対して１０％〜３０％の幅を有している、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のエンボスロール。
19. 前記隆起エンボス部が、円形または楕円形状を含んでいる、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載のエンボスロール。

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