JP2010516836A - ポリオレフィンブレンド物から製造されたスパンボンド繊維及び不織布 - Google Patents

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Abstract

スパンボンド繊維または長繊維組成物に適したポリオレフィンブレンド組成物であって、a)少なくとも1の、全共重合体の重量を基準とするコモノマー含量が8から25wt%で、示差走査熱量測定(DSC)で測定した結晶融解転移点(Tm)が約40℃から約110℃のランダムプロピレン共重合体60〜98wt%と、(b)少なくとも1の、DSCで測定した結晶融解転移点(Tm)が120℃より高い実質的にアイソタクチックなポリプロピレンホモポリマーまたは共重合体2〜40wt%とから成る、ポリオレフィンブレンド組成物が提供される。このブレンド物のメルトフローレート(MFR)は約100g/10分から約500g/10分である。
【選択図】図1

Description

本願に開示し特許を請求する発明は、ポリオレフィン熱可塑性構成成分から成るスパンボンド弾性繊維に関し、少なくとも1の構成成分が顕著なプロピレン結晶性を有する弾性エチレン‐プロピレン共重合体であるポリオレフィン熱可塑性組成物に関する。
ポリプロピレンはよく知られた商品であり、当業者にとって周知の種々の用途に用いられている。ポリプロピレンは、繊維、織物や同様の用途に広く用いられている。しかし、使い捨て衣料やおむつ用の不織布等、高い柔軟性が要求される用途では、未だ改善の余地があることが知られている。
このような柔軟な繊維及び織物の用途では、ホモポリマーポリプロピレンから製造された繊維及び織物と比較して改善された柔軟性とドレープ性を有する繊維及び織物を製造することができることから、プロピレン及びエチレンモノマーユニットが統計的に配列された高分子(以下、ランダム共重合体)が用いられ始めている。
スパンボンド不織布の製造には、プロピレンベースのランダム共重合体が長い間用いられている。一般的なスパンボンドの製造プロセスでは、先ず顆粒またはペレット形状のランダムプロピレン共重合体の樹脂が押出機に供給され、加熱溶融スクリューにより、樹脂が溶融されるとともに輸送される。スクリューの先端部では、紡糸ポンプが溶融ポリマーを計量しながら、フィルターを通してダイ(以下、紡糸口金)へ移送する。紡糸口金は多数の孔(以下、細孔)を有し、溶融ポリマーは加圧下で細孔から押し出されて繊維になる。紡糸口金から出た繊維は、高速エアージェットによって固化され、より径の細い繊維へ延伸される。固化された繊維は、走行ベルト上にランダムに集積され、この技術分野で繊維ウエブと呼ばれる、ランダムな繊維状の網目状構造体が形成される。
従来、ランダム共重合体は、ポリマーの重量に対し一般に0.5から約0.6重量パーセントの少量のエチレンを、プロピレンと、エチレンモノマーを高分子鎖に導入することができる触媒とから成る反応媒体に添加して製造される。これにより、得られる高分子の全体的結晶化度と剛性が低下する。ランダム共重合体は、結晶化度と剛性が低いことにより、優れた柔軟性が要求される繊維及び織物の用途において、ポリプロピレンのホモポリマーよりも好ましい。
しかし、様々な実用上の限界があることから、ランダム共重合体の柔軟な繊維及び織物への適用が制限されている。このため、特許文献では、これらの問題を解決するための手段が検討されている。
米国特許第6,218,010号は、経済的に許容可能な加工条件で柔軟な繊維及びスパンボンド不織布を製造することが可能なエチレン-プロピレン共重合体のアロイに関する。このアロイは、アロイの約40から約90重量%を占めるエチレン含有量が約1から約5重量%のランダム共重合体と、アロイの約10から60重量%を占め、エチレン含有量が約から約40重量パーセントの第2のエチレン-プロピレン共重合体とから成る。
この共重合体のアロイは、エチレンモノマーおよび/またはα−オレフィンを高分子にランダムに導入してランダム共重合体を生成可能な触媒系の存在下で、エチレンとプロピレンの混合物を、1または複数の反応器内で重合する第1ステージと、活性触媒を含む前記ランダム共重合体の存在下で、エチレンとプロピレンの混合物を、単一または複数段階で重合して第2のエチレン-プロピレン共重合体を製造する第2ステージとから成る複数の反応器を備えるプロセスで製造されることが開示されている。
米国特許第6,342,565号には、エチレン-プロピレンポリオレフィンアロイから成り、メルトブローン及びスパンボンドプロセスにより加工可能な繊維が開示されている。これらの繊維は、柔軟で永久変形しにくく、アニールされたポリオレフィンのブレンド物の繊維から成る。このブレンド物にはa)80wt%以上のプロピレンと20wt%以下のエチレンとを有するプロピレン-エチレン共重合体であり、繊維中にポリオレフィンの重量を基準として75〜98wt%存在し、示差走査熱量測定(DSC)で測定した融点が25〜70℃で融解熱量が25J/gである第1ポリマー成分と、b)繊維中の全ポリマーを基準として繊維中に2〜25wt%存在し、立体規則性のアイソタクチックポリプロピレン(iPP)であり、DSCで測定した融点が130℃より高く、融解熱量が120J/gより大きい第2ポリマー成分とが含まれる。
米国特許第6,635,715号には、第1アイソタクチックポリプロピレンホモポリマーまたは共重合体成分と、第2アルファオレフィン及びプロピレンの共重合体成分とのブレンド物を開示している。第1アイソタクチックポリプロピレン成分の融点は約110℃より高く、好ましくは約115℃より高く、第2共重合体の融点は、約25℃から105℃である。
このブレンド物は、第1成分を2から95wt%含み、第2成分を98から5wt%含むとしている。実施例には、用いられたポリプロピレンが公称メルトフローレート(MFR)が2.0g/10分のアイソタクチックポリプロピレンホモポリマーであるEscorene(登録商標)4292で、第2共重合体のMw(重量平均分子量)が248,900から318,900で、ムーニー粘度(ML(1+4)、125℃、ASTM D1646準拠)が12.1から38.4であることが開示されている。
このブレンド物は、加工時の機械的強度と、引張り強さ及び伸びと、全体的強靭性を向上させることを目的としている。
以上のような改良が試みられて来たにもかかわらず、例えば乳児用オムツ、プルアップパンツ、成人用失禁パンツ、使い捨て衣料、その他の衣料品用に適した、全体的性能を保持しつつ伸縮可能な、柔軟で弾性を有する織物が引き続き要望されている。
本願に開示し特許を請求する発明は、a)少なくとも1の、全共重合体の重量を基準とするコモノマー含量が8から25wt%で、示差走査熱量測定(DSC)で測定した結晶融解転移点(Tm)が約40℃から約110℃のランダムプロピレン共重合体60〜98wt%と、(b)少なくとも1の、DSCで測定した結晶融解転移点(Tm)が120℃より高い実質的にアイソタクチックなポリプロピレンホモポリマーまたは共重合体2〜40wt%とから成る、スパンボンド繊維または長繊維組成物に適したポリオレフィンブレンド組成物の様々な実施形態が提供される。このブレンド物のメルトフローレート(MFR)は約100g/10分から約500g/10分である。
この発明のポリオレフィンブレンド組成物から成る繊維または長繊維は、スパンボンド不織布に用いられ、この不織布は、商品としての複合シートを製造するために、裁断され、別のプラスチックまたは別の天然繊維の布に固定または接合される。すなわち、この発明のポリオレフィンブレンド組成物はスパンボンド不織布に用いられ、例えば幼児用オムツ、成人用失禁パンツ、その他、医療用ガウン、エプロン、ベッド用品またはこれらに類似の衣料品やカバー等の複合体に使用することができるが、これらの例示に限定されない。
図1は、この発明のポリオレフィンブレンド物から製造されたスパンボンド繊維を含む不織布のヒステリシス曲線を比較した図である。
この発明のポリオレフィンブレンド組成物は、引張強度と伸びのバランスに優れた不織布用の繊維を製造するスパンボンドプロセスに用いることができる。
すなわち、製造された不織布は、優れた「触感」を有し、特にオムツの外装、その他の失禁用品、または上記の保護被服やカバーに好適に用いることができる。このように、この発明のブレンド物と不織布は産業上の利用可能性を備えている。
<プロピレン共重合体成分>
ポリオレフィンブレンド物のプロピレン共重合体成分には、少なくとも約75wt%の、アイソタクチックに配列されたプロピレン誘導体ユニットが導入され、Cおよび/またはCからCのオレフィンから選択された少なくとも1のコモノマーを有する。このコモノマーは、例えばエチレン、1−ブテン、および/または1−ヘキセンであり、エチレンが好ましい。
共重合体は、この少なくとも1のコモノマーを(全共重合体の重量を基準として)約8wt%から約25wt%備える。コモノマーの含有量は好ましくは約8から約18wt%、より好ましくは約10から約18wt%、例えば12から18wt%である。
この共重合体は、好ましくは、示差走査熱量測定(DSC)で測定した融解転移点(Tm)上限値が110℃未満、100℃未満、90℃未満、または75℃未満で、下限値が20℃より高く、25℃より高く、40℃より高く、または45℃より高い範囲内にある。共重合体の融解熱容量は、約75J/g未満、好ましくは約0.5から約70J/gである。
示差走査熱量測定(DSC)によるポリマーのTmの測定方法は以下の通りである。
ポリマーを約200℃から約230℃の熱プレスによりプレス成形し、得られたポリマーのシートを室温下で空気中に置き冷却する。約6から10mgのシートを、パンチダイで打抜く。この6から10mgのサンプルを、室温下で約80から100時間アニールする。その後、サンプルを示差走査熱量測定(Perkin Elmer Pyris One Thermal Analysis System)に取り付け、約−50℃から約−70℃まで冷却する。サンプルを10℃/分で約200℃まで加熱する。サンプルを200℃に5分間保持し、2回目の冷却−加熱サイクルを行なう。両サイクルの間のデータを記録する。熱の出力は、サンプルの融解ピークの下の面積として記録される。サンプルの融解ピークは一般に約0℃から約200℃の範囲にある。サンプルの融解ピークの下の面積はポリマーの融解熱量の測定値であり、単位ジュールで測定される。融点は、サンプルが融解する範囲で最大の熱吸収が認められる温度であるとして、記録する。
この発明のポリマーブレンド物のプロピレン共重合体成分は、上記のように、プロピレンと、炭素数6以下の少なくとも1の他のオレフィンモノマーを有し、好ましくはエチレンを有する。任意に、プロピレン共重合体はさらに上記のコモノマーに加え、少量(共重合体の全重量を基準として例えば0.5から6.0wt%)の、例えば1,4−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、エチリデンノルボルネン、ビニルノルボルネン等のCからC20のジオレフィンを有する。
この発明の組成物のランダム共重合体成分は、組成分布(CD)が狭いことが好ましい。ポリマーの分子内の組成分布は、ヘキサンまたはヘプタン等の溶媒に対する熱溶解分画により測定することができる。この熱分画測定は次のようにして行なうことができる。
約75wt%、より好ましくは85wt%のポリマーを、1または2の隣接する溶解分画として、直前または直後の分画から分離する。
上記の組成分布が狭い共重合体とは、分離された各分画の組成(エチレン含有量wt%)は、第2ポリマー成分全体のエチレン含有量wt%との差が20wt%(相対値)を超えず、好ましくは10wt%(相対値)を超えない共重合体である。
エチレン含有量が5から40wt%エチレンの共重合体の場合、エチレン含有量は次のようにして測定することができる。
均一な薄いフィルムを、ASTM D-3900のsub-method Aに従ってプレス成形する。このフィルムをPerkin Elmer Spectrum 2000赤外分光分析計に取り付ける。次の条件で、全スペクトルを測定する。解像度:4.0cm−1、スペクトル範囲:4500から450cm−1
エチレン含有量は、1155cm−1のプロピレン吸収帯面積と、732cm−1のエチレン吸収帯面積(C3/C2)の比を、次式に当てはめて求めることができる。
エチレンwt% = 73.492 − 89.298X + 15.637X
ここで、X=AR/(AR+1)で、ARはピーク面積比(1155cm−1/732cm−1)。
プロピレン共重合体成分は、分子量分布(MWD)が狭いことが好ましく、通常はMWDが約1.8から約5.0、好ましくは4.0以下であり、MWDが約2.0から約3.2であることがより好ましい。
MWDは、ポリマーの重量平均分子量と数平均分子量の比と定義される。
ランダムプロピレン共重合体を製造する方法は文献で周知であり、通常は、立体特異的でシングルサイトの遷移金属触媒系を用いて行なわれる。従来のチーグラー・ナッタプロピレン触媒でもプロピレンのアイソタクチックシーケンスが形成されるが、本願に示すような、コモノマー量、コモノマーのランダムな導入、プロピレン及びコモノマーのポリマー鎖への均一な導入等の特徴を有するポリマーを製造することはできない。従って、キラルで架橋されたビシクロペンタジエニル遷移金属触媒が好ましい。例えば米国特許第6,218,010号、6,342,565号、及び6,635,715号を参照されたい。
また、ヘテロアリールリガンドを有する遷移金属中心触媒系も好ましい。例えば、米国特許第6,960,635号を参照されたい。
このようなシングルサイト触媒は、通常、アルキルアルミニウム化合物、アルキルアルモキサン、及び米国特許第6,121,395号、6,245,706号に開示されているような非配位性イオン等の活性化助触媒とともに用いられる。
重合プロセスは周知であり、連続またはバッチプロセス、特に連続溶液重合法、バルク重合法、スラリー重合法、気相重合法で行なわれ、連鎖移動剤、掃去剤、その他のこの技術分野で公知の添加剤を併用することができる。
<実質的にアイソタクチックなポリプロピレン成分>
この発明のブレンド物のアイソタクチックポリプロピレン(iPP)成分は、プロピレンのホモポリマー、プロピレンを含む共重合体、またはこれらのブレンドから成る。この発明のiPP成分は結晶性である。すなわち、融点が約120℃より高く、好ましくは約140℃より高い。一般に、上記のDSC法で測定したiPPの結晶化度は50%より高い。最も立体規則性の高いポリプロピレンの融解熱量(Hf)は189J/g(すなわち、結晶化度100%は189J/gに相当)と見積もられる。
ブレンド物のiPP成分がiPP共重合体である場合、iPP共重合体は、前記のランダム共重合体とは、導入されたコモノマーの量、および/または、コモノマーのランダム性において大きく異なり、DSCで測定される融点の違いとして表れる。
この発明のブレンド物で用いられるiPP共重合体は、様々な形態となり得る。例えば、実質的にアイソタクチックなポリプロピレンホモポリマーを用いることができるし、約10wt%以下の他のモノマー、すなわち、少なくとも約90wt%プロピレンを含み、最も好ましくは少なくとも約94wt%のプロピレンを含む共重合体のポリプロピレンを用いることもできる。
さらに、iPP共重合体は、グラフト共重合体またはブロック共重合体であってもよい。この場合、グラフト共重合体またはブロック共重合体が、立体規則性のプロピレンシーケンスの特徴である約120℃より高い温度のシャープな融点を有する限り、ポリプロピレンのブロックは実質的にプロピレン−アルファ−オレフィン共重合体と同じ立体規則性を有する。
iPP共重合体成分は、ホモポリプロピレンおよび/またはランダム、および/または、ここに開示するブロック共重合体の組合せであってもよく、この技術分野で反応器共重合体あるいは耐衝撃性共重合体として知られているポリマーからなる。
iPP共重合体成分がランダム共重合体の場合、共重合体中に共重合化されたオレフィンコモノマーの量は、最大約10wt%、好ましくは約2wt%から8wt%、最も好ましくは約2wt%から約6wt%である。オレフィンコモノマーは、Cおよび/またはC〜C12のα−オレフィンである。最も好ましいオレフィンはエチレンである。1、2、またはそれ以上の種類のオレフィンを、プロピレンと共重合させることができる。
オレフィンの例には、エチレン、及びブテン−1、ペンテン−1、2−メチルペンテン−1、3−メチルブテン−1、ヘキセン−1、3−メチルペンテン−1、4−メチルペンテン−1、3,3−ジメチルブテン−1、ヘプテン−1、ヘキセン−1、メチルヘキセン−1、ジメチルペンテン−1、トリメチルブテン−1、エチルペンテン−1、オクテン−1、メチルペンテン−1、ジメチルヘキセン−1、トリメチルペンテン−1、エチルヘキセン−1、メチルエチルペンテン−1、ジエチルブテン−1、プロピルペンタン−1、デセン−1、メチルノネン−1、ノネン−1、ジメチルオクテン−1、トリメチルヘプテン−1、エチルオクテン−1、メチルエチルブテン−1、ジエチルヘキセン−1、及びドデセン−1が含まれる。
iPP共重合体成分には市販品を用いることができる。および/または、アイソタクチックな立体規則性で成長するポリマー鎖にプロピレンモノマーを追加することができる触媒を用いて、配位重合により製造することができる。
この発明のiPP共重合体の製造方法には、特に制限は無い。しかし、一般にこのポリマーは、一段または多段反応器で重合されたプロピレンのホモポリマーか、一段または多段反応器でプロピレンと1以上のオレフィンを共重合させた共重合体である。ここで、1以上の反応器は直列または並列であり、これらの反応器は互いに同種でも、別の種類でもよい。
重合方法には、高圧法、スラリー法、気相法、バルク重合法、またはこれらの方法の1以上の組合せが含まれ、従来のチーグラー・ナッタ立体規則性触媒系および/または従来の立体規則重合が可能な金属触媒系を用いて行なうことができる。
好ましい触媒系には、米国特許第5,441,920号に開示されているようなキラルなメタロセン触媒系、または米国特許第6,960,635号に開示されているようなヘテロアリールリガンドを有する中心遷移金属触媒系が含まれる。
用いる触媒は、アイソ特異性(isospecificity)が高いことが好ましい。重合は連続またはバッチプロセスで、連鎖移動剤、掃去剤、または使用可能な添加剤を用いて行なわれる。
すなわち、好ましいiPP共重合体成分には、この技術分野で反応器共重合体、耐衝撃性共重合体として知られているポリプロピレン共重合体や、その他のランダム、ブロック、グラフトポリプロピレン共重合体が含まれ、これらは全て溶融転移点が120℃以上である。
この発明のアイソタクチックホモポリマーと共重合体の両者とも、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)で、ポリスチレン標準サンプルを用い、適正に較正された光散乱法で測定した分子量分布(MWD)が約2から約10、好ましくは約2から約8である。また、ASTM D1238またはISO 1133に準拠して測定したこの両者のメルトフローレートは、約0.2から約1500g/分である。ASTM とISOは若干異なる試験方法であるが、同様の結果が得られる。
この発明のブレンド組成物は、約60から約98wt%のプロピレン共重合体成分と、約2から約40wt%のiPP成分とから成り、wt%はポリマーの全重量を基準とする。ブレンド組成物は、60〜95wt%のプロピレン成分と、5〜40wt%のiPP成分とから成り、より好ましくは70〜92wt%のプロピレン成分と、8〜30wt%のiPP成分とから成り、最も好ましくは80〜90wt%のプロピレン成分と、10〜20wt%のiPP成分とから成る。
この発明では、加工性を改善するため、または、使用環境下に曝露されることによる劣化、または老化に対する安定剤として、この技術分野で公知の化学添加剤を、任意成分として添加することが好ましい。すなわち、種々の添加剤が物性を改善するため、または個々の構成成分をブレンドした結果として含有されている。
使用される添加剤の非限定的例示には、防燃剤、酸化防止剤、可塑剤、含量、加硫剤または硬化剤、加硫剤または硬化促進剤、硬化遅延剤、加工助剤、難燃剤、粘着性樹脂、流動性改良剤等が含まれる。アンチブロッキング剤、着色剤、滑剤、離型剤、造核剤、補強材、充填材(顆粒状、繊維状、粉末状の物を含む)を用いることもできる。造核剤と充填材は、成形品の剛性を向上させる。
滑剤も添加剤として好ましく、成形品の触感を向上させる。このような滑剤には、エルカミド、オレアミド等が含まれる。
好ましい添加剤の例は、米国特許公開第2006- 0183861号に開示されている。添加剤の量は、その機能により異なるが、組成物の重量を基準として、一般に0または約0.2wt%から約10wt%未満である。上記の添加剤の例示は、この発明で用いることができる添加剤の範囲を限定することを意図したものではない。
この発明のポリオレフィンポリマーブレンド物から作られる繊維は、例えばプロピレン共重合体とiPP成分とを、MFRがこの発明に規定する範囲(すなわち約100から約500)と成るようにブレンドして製造することができる。
この発明に規定する範囲より低いMFRのブレンド組成物でも、この技術分野で周知のレオロジー制御プロセス(CR)で処理して、所定のMFR範囲に調整することができる。CRプロセスは下記に詳しく説明する。この発明のブレンド組成物に用いる各成分の好ましいMFR値は、プロピレン共重合体については0.1から200g/10分、iPP成分については0.1から2000g/10分である。
各成分の量は上記の通りであり、当業者であれば、各成分を適宜選択して所定のMFR値を有するブレンド物を調製することができる。例えば、MFR150のプロピレン共重合体90wt%をMFR1500g/10分のiPP成分とブレンドすることにより、MFR170g/10分のブレンド物を得ることができる。
CRプロセスでは、共重合体は、例えば過酸化物、特にジアルキル過酸化物等の遊離ラジカル剤により、粘度分解(visbroken)または「分解」され、分子量分布が狭く、高MFRの繊維紡糸に適した樹脂となる。
粘度分解された共重合体ブレンド物のメルトフローレート(MFR)により、繊維の溶融粘度と最終的物性が決定される。粘度分解された共重合体ブレンド物のASTM D1238、条件L(230℃、2.16kg)で測定したMFRは、100から約500g/10分の範囲であり、好ましくは約120から約400g/10分、最も好ましくは約160から約350g/10分である。
粘度分解された共重合体ブレンド物のMWDも様々な値となり得るが、繊維用途では、MWDが狭いことが好ましい。MWDは、溶融加工性に影響し、また、達成可能な物性のレベルとバランスに影響する。粘度分解されたブレンド物のMWDは、非常に狭い(多分散性、Mw/Mn約2)分布から、広い(多分散性、Mw/Mn約12)分布の、幅広い範囲となり得る。MWDの範囲は、約2から約6が好ましく、約2から約4であることが最も好ましい。
ブレンドまたはCRプロセスで処理した後、繊維紡糸押出機への供給を容易にするため、ポリマー溶融物またはポリマーの粒子をペレットにすることが好ましい。安定剤、顔料、充填材、酸化防止剤、紫外線防止剤、造核剤、プロセスオイル等の添加剤の一部または全部をブレンドまたはCRプロセスで処理時に添加することができる。しかし、本願はこれに限定されない。CRプロセスは、米国特許のプラクティスのため本願に取り込まれる、米国特許第4,143,099号に開示されている。
この発明のMFRの範囲内にあるポリマーブレンド、または前記のように分解されたポリマーブレンドは、この技術分野で公知の基本的な溶融押出繊維加工プロセスのいくつかの改良された方法のひとつにより、極細繊維に加工される。
この繊維加工プロセスには、
(1)溶融スクリュー押出機に共重合体アロイを連続的に供給する工程と、
(2)共重合体アロイの溶融と紡糸口金からの押出とを同時に行って共重合体アロイを細孔を通して繊維状に押し出す工程であって、細孔の数、寸法、形状が所望の繊維製品に応じて大きく異なる工程と、
(3)周囲の媒体に熱を移動させて繊維を固化する工程と、
(4)固化された繊維をパッケージに巻き取る工程とが含まれる。
更なる工程には、繊維を元の長さの何倍にも引き伸ばして延伸する工程が含まれる。また、繊維に最終的に求められる物性に応じて、周知の様々な熱処理及び織物処理が施される。
この発明のいくつかの実施形態では、ポリマーブレンド物は、結晶化点より下方において、繊維が互いに付着することなく高ドローダウン速度で極細繊維に引き伸ばされる。
「ドローダウン速度」と「結晶化点」は当業者の間で周知であるが、明確にするために簡単に説明する。
ドローダウン速度は、ポリマーをキャピラリーから所定の一定速度、一般には0.3から1,2g/孔/分で押し出して測定する。繊維の引き取り速度を、繊維が切断するまで上昇させて行く。繊維が切断した最高引き取り速度をドローダウン速度とする。スパンボンドプロセスで紡糸を行うためには、樹脂のキャピラリードローダウン速度は少なくとも1000メートル/分でなければならない。
結晶化点は、紡糸口金から下方に離間した位置にあり、繊維が固化する点である。
ブレンド物の有する溶融粘度の特徴により、柔軟性と紡糸性と、低い外力での伸び、弾性、及び伸び等の物性のバランスが際立って優れた極細繊維が形成される。
この発明のひとつの実施形態では、この発明のポリマーブレンド物を、スパンボンド繊維の製造に使用する。従来のスパンボンドプロセスは、米国プラクティスのため本願に参照として組み込まれる米国特許第3,825,379号、4,813,864号、4,405,297号、4,334,340号に開示されている。
スパンボンドプロセスは、不織布の製造の分野において周知である。一般に、長繊維を押し出し、エンドレスベルト上に集積し、加熱したカレンダーロール、または結合剤の添加により、繊維を互いに接合させ、あるいはメルトブローン層等の第2の層に接合させる。スパンボンド法の概要は、L. C. WadsworthとB. C. GoswamiのNonwoven Fabrics: "Spunbonded and Melt Blown Processes." Proceedings of the Eighth Annual Nonwovens Workshop(1990年7月30日〜8月3日、主催TANDEC, University of Tennessee, Knoxville, Tenn.)に記載されている。
一般的なスパンボンドプロセスには、長繊維押出工程と、その次の延伸工程と、ある種のエジェクターを用いたウエブ形成工程と、ウエブのボンディング工程とが含まれる。この発明によれば、高MFRのブレンド物のペレットを押出機に供給する。あるいは、各ブレンド成分を、押出機のホッパーで計量する。
押出機では、加熱溶融スクリューによってペレットの溶融と系外への押出が同時に行われる。スクリューの先端では、紡糸ポンプが溶融ポリマーを計量し、フィルターを通して紡糸口金へ送る。溶融ポリマーは圧力下で、一般に約0.3から1.0グラム/孔/分の速度で細孔を通して押し出される。紡糸口金には一般に、直径が約0.4〜0.6mmの細孔が数百個設けられている。
通常、ポリマーは融点より約30〜50℃高い温度まで加熱され、押出に適した低粘度にされる。紡糸口金から押し出される繊維は、流速1000〜6000m/分の冷エアージェットにより冷却され、直径約10〜40ミクロンの極細繊維に引き伸ばされる。
固化された繊維は、走行ベルト上にランダムに集積され、この分野でウエブとして知られる網目状の構造体が形成される。形成されたウエブはヒートボンディングされ、最終的強度が得られる。
ヒートボンディングには一般に、この分野でサーモボンドカレンダーとして知られている加熱織物カレンダーロールが用いられる。このカレンダーロールには2つの加熱された鉄製ロールが含まれる。ロールの1本の表面は平滑であり、別のロールには、複数の隆起点が一定のパターンで配置されている。ウエブはカレンダーまで移送され、2本のロールの間で約60℃から100℃のボンディング温度で圧縮されることにより、不織布が形成される。
ボンディングは広い温度範囲で行なうことができ、ボンディング温度は、不織布の機械的強度が最大になるように調整される。オーバーボンディング、すなわち最適な温度より高い温度でのボンディングでは、繊維が過剰に溶融するため、ボンディングポイントの周囲の繊維強度が著しく低下する。これらは不織布の強度が弱い点となる。
アンダーボンディング、すなわち、最適な温度より低い温度でのボンディングでは、繊維−繊維結合点でのボンディングが不十分になる。最適なボンディング温度は、当業者であれば、繊維の原材料の性質を考慮して、容易に決めることができる。
この発明のポリオレフィンブレンド物を用いて製造されたスパンボンド不織布組成物は、柔軟性と機械的強度のバランスが際立って優れている。さらに、最適なボンディング温度は、従来のランダム共重合体よりも低いため、加工コストが低減する。
図1に示す全ての共重合体は、有意義な相互比較を可能にするため、同一の低いドローダウン速度で溶融紡糸したものである。
メタロセン触媒を用いた溶液重合により、MFRが20g/10分、密度が0.863g/cmで、プロピレン結晶性を有し、15wt%のエチレンを含有するプロピレン共重合体(PE1)を調製した。PE1は、ExxonMobil Chemical Co社から商品名VM2000として販売されている。
4日間アニールした後、前記の方法によりPE1をDSC測定した結果、Tm48℃、融解熱量19J/gであった。PE1のMWD(LALLS較正GPCによる)は1.9、Mwは134,000、Mnは72,000であった。
以下の実施例では、PE1はペレット化され、次いで異なる分量のポリプロピレンホモポリマー(PP1)のペレット、及び有機ジアルキル過酸化物(2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン)とともに溶融ブレンドした。PP1はExxonMobil Chemical Co社から商品名PP3155として販売されている。有機ジアルキル過酸化物はArkema Inc社からLuperox(登録商標)101として市販されている。
PP1は不織布及び繊維用途に適したグレードであり、Tmが166℃、融解熱量が98J/g(1回目のヒートサイクルで測定)である。PP1のMFRは36g/10分で、MWD<0.3である。ブレンド操作は、アンダーウォータペレタイザを備え、L:D比24/1の単軸Davis Extruderを用いて行なった。生産速度50ポンド/時(22.7kg/時)で、ポリプロピレンブレンドの一般的な押出温度、すなわち220℃から250℃を維持した。
得られたブレンド物の組成を表1に示す。ブレンドA1とA4は対照ブレンド物であり、ブレンドA2,A3,A5はこの発明のブレンド物である。
Figure 2010516836
スパンボンド不織布の試作は、University of Tennessee in Knoxville, TNのTANDECスパンポンド製造設備にあるReicofilTM line (Reifenhauser Company社製, ドイツ)を用いて行なった。単軸押出機のスクリュー径は70mmで、30:1L/D(長さ:直径)である。紡糸口金には4036のダイプレート孔があり、この孔の径は0.6mmである。
長繊維をエンドレスベルト上へ押し出し、一方が平滑で他方に隆起部のパターンがある加熱カレンダーロールによって長繊維を互いにヒートボンディングした。実際のボンディングエリアの面積は、ウエブの全表面積の約14.5%であった。
ダイにおける樹脂温度は215℃で、冷却エアーの温度は12〜13℃であった。カレンダーロールの温度は185℃〜195.6℃に保たれ、ニップ圧は最小であった。
表2において、略号GHMはポリマーのグラム数/孔/分を意味し、GSMはグラム/平方フィートを意味し、g/ft(g/cm)で表わされる。不織布の形成状態(不織布中の繊維分布の均一性)を目視観察し、全ての実施例の不織布について良好であることを確認した。
繊維または不織布のサンプル(織物を含む)の最大荷重と最大伸びは、ASTM D-5035-95 (2003)に以下の4点の変更を行なって測定した。
1)掴み具の幅は3インチ(7.6cm)ではなく5インチ(12.7cm)とした。
2)引張速度は12インチ/分(30.5cm/分)ではなく5インチ/分(12.7cm/分)とした。
3)金属製の平らな上側及び下側グリップに代えて、金属製のアーク型上側グリップと、ゴム製の平らな下側グリップを用いた。
4)各試験片について、MD方向サンプル5件、TD方向サンプル8件ではなく、MD方向サンプル6件、TD方向サンプル6件とした。
表2に各実施例の試作条件を示し、得られた不織布の物性を表3に示す。
Figure 2010516836
Figure 2010516836
同等の条件で製造され、同等の坪量を有する不織布を比較した。特に、この発明の不織布である試験番号8,11を、対照不織布の試験番号1と比較した。結果を表4に示す。また、これらのサンプルについて、2インチ(5.08cm)のグリップを取り付けたInstron Instrumentで測定したヒステリシスを図1に示す。試験片のサイズは、2ft×7ft(61cm×213cm)で、ゲージ長さが3インチ(7.6cm)、クロスヘッドスピードが20インチ/分(50.8cm/分)であった。
100%伸長させる試験を3サイクル行い、各サイクルの間に不織布の位置調整は行なわなかった。
定義:1)50%での荷重ロス=100×(上昇時荷重−下降時荷重)/上昇時荷重;
2)永久変形=下降時に荷重ゼロになったときの伸びで、%で表示する。
表4に示すように、この発明の不織布は、対照不織布と同様に(永久変形の測定値に見られるように)弾性を示す。この発明の不織布は低分子量であり弾性が低いと予想されるため、このような結果は意外である。さらに、この発明の不織布の外力−伸びの値は、50%の荷重ロスに見られるように、対照不織布よりも低い。これは、不織布を伸ばし易いことが重要な性質であるオムツや、その他の肌着の用途に好ましい。
このように、この発明のポリマーは、不織布の弾性を維持しながら、低い外力で伸長させることができる。
Figure 2010516836
この発明の実施例と対照不織布のヒステリシス曲線を比較すると(図1)、この発明の不織布は対照不織布と同一の伸びのときに荷重が明らかに低いことから、弾性は同等でより柔軟な不織布が得られることが分かる。
この発明について実施形態に基づいて説明したが、種々変更して実施することもできる。例えば、エチレンビニルアセテート共重合体の例を示したが、他の共重合体を用いることもできる。従って、本願は実施形態に限定されるものではない。
いくつかの構成要件について、複数組の上限値と下限値を記載した。特に断りの無い限り、いずれかの下限値といずれかの上限値の範囲が本願発明の範囲に含まれる。
本願に引用した全ての特許、試験方法、その他の文献は、それが許される全ての法域で本願に組み込まれる。

Claims (21)

  1. スパンボンド繊維または長繊維組成物に適したポリオレフィンブレンド組成物であって、
    a)少なくとも1の、全共重合体の重量を基準とするコモノマー含量が8から25wt%で、示差走査熱量測定(DSC)で測定した結晶融解転移点(Tm)が約40℃から約110℃のランダムプロピレン共重合体約60から約98wt%と、(b)少なくとも1の、DSCで測定した結晶融解転移点(Tm)が約120℃より高い実質的にアイソタクチックなポリプロピレンホモポリマーまたは共重合体約2から約40wt%とから成り、ブレンド組成物のメルトフローレート(MFR)が約100g/10分から約500g/10分である、ブレンド組成物。
  2. ブレンド組成物のMFRが約120g/10分から約400g/10分である、請求項1に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  3. ブレンド組成物のMFRが約160g/10分から約350g/10分である、請求項2に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  4. ランダムプロピレン共重合体がエチレンをコモノマーとして含む、請求項1に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  5. 共重合体の全重量に対するエチレン含有量が8〜18wt%である、請求項4に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  6. 前記ランダムプロピレン共重合体の、示差走査熱量測定(DSC)で測定した結晶融解転移点(Tm)が約40℃から約90℃である、請求項1に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  7. 前記ランダムプロピレン共重合体の融解熱量が約0.5J/gから約70J/gである、請求項1に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  8. 60〜95wt%のランダムプロピレン共重合体と、5〜40wt%のアイソタクチックポリプロピレンとから成る、請求項1に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  9. 70〜92wt%のランダムプロピレン共重合体と、8〜30wt%のアイソタクチックポリプロピレンとから成る、請求項8に記載のポリオレフィンブレンド組成物。
  10. 請求項1に記載のポリオレフィンブレンド組成物から成るスパンボンド不織布。
  11. さらに1以上の滑剤を含む、請求項10に記載の不織布。
  12. 請求項10に記載の不織布であって、複合構造体に用いられる、不織布。
  13. 前記複合構造体が、オムツ、成人用失禁衣料、保護被服、またはカバーのいずれかである、請求項12に記載の不織布。
  14. スパンボンド不織布を製造するプロセスであって、
    a)ポリオレフィンブレンド組成物であって、i)少なくとも1の、コモノマー含量が8から25wt%で、示差走査熱量測定(DSC)で測定した結晶融解転移点(Tm)が約40℃から約110℃のランダムプロピレン共重合体約60から約98wt%と、(ii)少なくとも1の、DSCで測定した結晶融解転移点(Tm)が120℃以上の、実質的にアイソタクチックなポリプロピレンホモポリマー、または1以上のCおよび/またはC〜Cのコモノマーを含む共重合体約2から約40wt%とから成るブレンド組成物を供給する工程と、
    b)前記ブレンド組成物をレオロジー制御プロセスで処理して、メルトフローレート(MFR)を約100dg/分から約500g/10分に調製する工程と、
    c)前記ブレンド組成物を直径約10から約40ミクロンの繊維に引き伸ばす工程と、
    d)前記繊維を走行ベルト上にランダムに集積して、加熱によりボンディングする工程とを含むプロセス。
  15. ランダムプロピレン共重合体がコモノマーとしてエチレンを含む、請求項14に記載のプロセス。
  16. 共重合体のエチレン含有量が8〜18wt%である、請求項14に記載のプロセス。
  17. 前記ランダムプロピレン共重合体の結晶融解転移点(Tm)が、約40℃から約90℃である、請求項14に記載のプロセス。
  18. 前記ランダムプロピレン共重合体の融解熱量が約0.5J/gから約70J/gである、請求項14に記載のプロセス。
  19. 前記ブレンド組成物が、60〜95wt%のランダムプロピレン共重合体と、5〜40wt%のアイソタクチックポリプロピレンとから成る、請求項14に記載のプロセス。
  20. 前記ブレンド組成物が、70〜92wt%のランダムプロピレン共重合体と、8〜30wt%のアイソタクチックポリプロピレンとから成る、請求項19に記載のプロセス。
  21. スパンボンド不織布を製造するプロセスであって、
    a)ポリオレフィンブレンド組成物であって、i)少なくとも1の、コモノマー含量が8から25wt%で、示差走査熱量測定(DSC)で測定した結晶融解転移点(Tm)が約40℃から約110℃のランダムプロピレン共重合体約60から約98wt%と、(ii)少なくとも1の、DSCで測定した結晶融解転移点(Tm)が120℃以上で、1以上のCおよび/またはC〜Cのコモノマーを含む実質的にアイソタクチックなプロピレンポリマー約2から約40wt%とから成り、
    得られるブレンド組成物のMFRが約100g/10分から約500g/10分になるように、前記ランダムプロピレン共重合と、前記実質的にアイソタクチックなプロピレンポリマーとが選択されたブレンド組成物を供給する工程と、
    b)前記ブレンド組成物を直径約10から約40ミクロンの繊維に引き伸ばす工程と、
    c)前記繊維を走行ベルト上にランダムに集積して、加熱によりボンディングする工程とを含むプロセス。
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