JP2012528957A - 流体浸透性構造化繊維ウェブ - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書及び特許請求の範囲で使用するとき、用語「含む」は、包括的であるか、又は非制限的であり、列挙されていない追加的な要素、構成要素、又は方法工程を排除するものではない。
本発明によるベース基材20は、熱的に安定な繊維の緩い集束から形成される、流体浸透性の繊維不織布ウェブである。本発明によるこの繊維は、破裂又は破断することなく300%未満まで伸長するとして上記で定義した、非延伸性であるが、しかしながら、本発明のベース基材を形成する非延伸性繊維は、好ましくは、破裂又は破断することなく200%未満まで伸長する。この繊維は、業界標準のカーディング、エアレイド、又はウェットレイド技術を使用してウェブへと形成される短繊維を含み得るが、しかしながら、業界標準のスパンボンド式技術を使用してスパンレイド不織布ウェブを形成する、連続的スパンボンド繊維が好ましい。スパンレイドウェブを作り出すための繊維及びスパンレイドプロセスを、より詳細に以下で説明する。
本発明では、ベース基材を修正して、流体管理が重要である製品での使用のために、その流体分散特性及び流体獲得特性を最適化することができる。流体分散特性は、ベース基材の表面エネルギーを変化させ、親水性及び対応する吸い上げ特性を増大させることによって、強化することができる。ベース基材の表面エネルギーの修正は、任意選択的であり、典型的には、ベース基材が作製される際に実行される。流体獲得特性は、繊維の変位によってベース基材の構造を修正し、基材の厚さ、すなわちロフト、及び対応する比体積を増大させる3D質感を導入することにより影響され得る。
ベース基材の親水性は、表面エネルギーに関連する。ベース基材の表面エネルギーは、局所的表面処理、繊維の表面への化学的グラフト処理によって、又はプラズマ処理若しくはコロナ処理を介した繊維表面の反応性酸化に次ぐガス反応の追加による更なる化学的結合によって、修正することができる。
ベース基材20に対する第2の修正は、ベース基材を機械的処理して構造化繊維ウェブ基材(用語「構造化繊維ウェブ」及び「構造化基材」は、本明細書では互換的に使用される)を作り出すことを伴う。構造化基材は、(1)繊維の再配列、並びに恒久的な繊維の転位(以降では「繊維変位」と称する)を作り出す繊維の分離及び破断によって、構造化基材がベース基材の厚さの値よりも高い厚さの値を有するように、恒久的に変形されたベース基材、及び任意選択的に、(2)ベース基材の厚さよりも低い圧縮領域を形成するように、過剰な接着(以降では「過剰接着」と称する)によって修正されたベース基材として定義される。繊維変位プロセスは、ロッド、ピン、ボタン、構造化されたスクリーン若しくはベルト、又は他の好適な技術を介した、繊維の恒久的な機械的変位を伴う。この恒久的な繊維の転位は、ベース基材と比較して、付加的な厚さ、すなわち付加的キャリパーをもたらす。この付加的な厚さは、基材の比体積を増大させ、また基材の流体浸透性も増大させる。過剰接着は、ベース基材の機械的特性を向上させ、流体管理のための、変位繊維領域間のチャネルの深さを増進させることができる。
前述のベース基材を、図1に示す装置150を使用して加工処理し、その一部分が図3〜図6に示される構造化基材21を形成することができる。図3に示すように、この構造化基材は、X−Y平面内の第1領域2、及びこの第1領域2の全域に配置される複数個の第2領域4を有する。第2領域4は、構造化基材21の第2表面14上に不連続部16を形成する変位繊維6、及び第1表面12から延びる遊離端部18を有する変位繊維6を含む。図4に示すように、変位繊維6は、第2領域4の第1辺11から延びて、分離して破断し、第1表面12に近位の、第1辺と対向する第2辺13に沿って、遊離端部18を形成する。本発明に関しては、第1表面12に近位とは、繊維の破断が、第1表面12と、変位繊維の頂点、すなわち遠位部分3との間で、好ましくは、変位繊維6の遠位部分3よりも、第1表面12に接近して発生することを意味する。
過剰接着とは、事前に繊維変位が施されている基材上に実行される、溶融接着を指す。過剰接着は、任意選択的なプロセス工程である。この過剰接着は、インラインで行なってもよく、あるいは、別個の変換プロセス上で行なってもよい。
図1の装置を参照すると、構造化基材23は、変位繊維6の遠位配置部分ではない接着部分、すなわち変位繊維6の遠位配置部分のみではない接着部分を有し得る。例えば、接着ロール156用に、平坦で円筒形のロールではなく、噛み合う隆起付きのローラーを使用することによって、第2領域4間の第1領域2内の、第1表面12上の位置などの、構造化基材23の他の部分を接着することができる。例えば、溶融接着された材料の連続的な線を、変位繊維6の列の間の、第1表面12上に作製することができる。この溶融接着された材料の連続的な線が、前述の過剰接着領域11を形成する。
本発明のベース基材のための繊維を形成するために使用される組成物は、熱可塑性ポリマー材料、及び非熱可塑性ポリマー材料を含み得る。熱可塑性ポリマー材料は、溶融紡糸に好適な粘弾性特性を有さなければならない。ポリマーの分子量は、ポリマー分子間のもつれを可能にするのに十分でなければならないが、なおかつ、溶融紡糸可能であるように十分低くなければならない。溶融紡糸に関しては、熱可塑性ポリマーは、約1,000,000g/mol未満、好ましくは約5,000g/mol〜約750,000g/mol、より好ましくは約10,000g/mol〜約500,000g/mol、更により好ましくは約50,000g/mol〜約400,000g/molの分子量を有する。特に指定のない限り、示される分子量は、数平均分子量である。
所望により、ベース基材のための繊維を形成するために使用される、紡糸可能な組成物中に、他の成分を混和することができる。任意材料は、加工性を修正するために、並びに/又は最終製品の不透明度、弾性、引っ張り強度、湿潤強度、及び弾性率などの、物理的特性を修正するために使用することができる。他の効果としては、酸化安定性を含めた安定性、白色度、色、可撓性、弾力性、加工性、加工助剤、粘度修正剤、及び臭気制御が挙げられるが、これらに限定されない。任意材料の例としては、二酸化チタン、炭酸カルシウム、色顔料、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。更なる添加物を、安価な充填材又は加工助剤として添加してもよく、この添加物としては、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、及びチタンの酸化物などの、無機充填材が挙げられるが、これらに限定されない。他の好適な無機材料としては、ケイ酸マグネシウム水和物、二酸化チタン、炭酸カルシウム、粘土、白亜、窒化ホウ素、石灰岩、珪藻土、雲母ガラス石英、及びセラミックスが挙げられるが、これらに限定されない。更には、無機塩類を使用してもよく、この無機塩類としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びリン酸塩が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明におけるベース基材を形成する繊維は、モノコンポーネント又はマルチコンポーネントとすることができる。用語「繊維」は、1,000より大きい長さ対厚さの比を有する、固化ポリマー形状として定義される。本発明のモノコンポーネント繊維はまた、多成分であってもよい。成分とは、本明細書で使用するとき、物質の化学種又は材料を意味するとして定義される。多成分繊維は、本明細書で使用するとき、2種以上の化学種又は材料を含有する繊維を意味するように定義される。多成分ポリマー及びアロイポリマーは、本発明では同じ意味を有し、互換的に使用することができる。一般的には、繊維は、モノコンポーネントのタイプのものか、又はマルチコンポーネントのタイプのものとすることができる。コンポーネントとは、本明細書で使用するとき、繊維の別の部分に対して空間的関係を有する、繊維の別個の部分として定義される。マルチコンポーネントという用語は、本明細書で使用するとき、繊維が、互いに対する空間的関係において2つ以上の別個の部分を有することとして定義される。マルチコンポーネントという用語は、繊維が、互いに対する空間的関係において2つの別個の部分を有することとして定義される、バイコンポーネントを包含する。マルチコンポーネント繊維の異なるコンポーネントは、繊維の横断面にわたって実質的に個別の区域内に配置構成され、繊維の長さに沿って連続して延びる。マルチコンポーネント繊維を作製するための方法は、当該技術分野において周知である。マルチコンポーネント繊維の押出成形は、1960年代には周知であった。DuPontは、これらの繊維を作製するために使用される技術の技術説明を提供する、米国特許第3,244,785号、及び同第3,704,971号を有するマルチコンポーネント機能の先端技術開発者であった。1971年の、Merrow Publishingからの、R.Jeffriesによる「Bicomponent Fibers」は、バイコンポーネント技術に関する確固とした基盤を築いた。より最近の刊行物としては、「Taylor−Made Polypropylene and Bicomponent Fibers for the Nonwoven Industry」(Tappi Journal 1991年12月(103ページ))、及び「Advanced Fiber Spinning Technology」(Nakajima編、Woodhead Publishingより)が挙げられる。
本発明におけるベース基材を形成する繊維は、好ましくは、スパンレイド布地を形成する連続フィラメントである。スパンレイド布地とは、本質的に連続的なフィラメントから形成される、基本的に凝集性の引っ張り特性を有さない、非接着布地として定義される。連続フィラメントとは、10,000:1を超える比率の、長さ対直径の高い比率を有する繊維として定義される。スパンレイド布地を構成する、本発明における連続フィラメントは、短繊維、短く切断された繊維、又は他の意図的に作製された短い長さの繊維ではない。本発明における連続フィラメントは、平均して、長さ100mmを超え、好ましくは長さ200mmを超える。本発明における連続フィラメントはまた、意図的に又は非意図的に、捲縮されていない。
本発明の構造化基材を使用して、流体を管理することができる。流体管理とは、構造化基材の特性の制御による、流体の意図的な移動として定義される。本発明では、流体管理は、2つの工程によって達成される。第1の工程は、繊維の形状、繊維のデニール、坪量、接着方法、及び表面エネルギーによって、ベース基材の特性を設計操作することである。第2の工程は、繊維変位によって発生する空隙容量を設計操作することを伴う。
●人口尿:0.9%食塩水溶液(23±2℃で70±2mN/mの表面張力を有し、青色顔料(例えば、Merck Indigocarmin c.i.73015)で着色された、分析等級の脱イオン水中塩化ナトリウム9.0g/L)を調製する
調整室.....温度....摂氏23°(±2℃)
相対湿度..50%(±2%)
1.)機械方向で幅(70±1)mm*長さ(300±1)mmのサンプルを切り出す。
2.)サンプルの重量(w1)を、0.01gの単位までの概数で測定し報告する
3.)サンプルを、トレイの上側端部上で、その幅にわたって、ベビー面を上に向けて(構造化基材の測定の場合には非平坦面、又はベース基材の測定の場合には彫刻ロールの面)、クランプ固定する。このとき、材料は、トレイの底よりも上で、自由に張られている。
4.)弁付き250mLガラス漏斗の出口を、サンプルの上方25.4±3mmで、サンプルにわたる機械方向及び横断方向の中心に位置するように調節する
5.)人工尿を調製する
6.)漏斗の便を閉鎖したままで、ピペット又はビュレットで、人工尿5.0mL(4.)を漏斗内に分与する
7.)漏斗の弁を開放して、人工尿5.0mLを排出する。
8.)30秒の期間、待機する(ストップウォッチを使用する)
9.)最大のMD分配を測定する。センチメートルの単位の概数で報告する。
●サンプルの状態調節及び測定は、23℃±2℃、及び湿度50%±5%で実施される
●参照の吸収パッドとしての、10層のAhlstrom Grade 989、又は等価物(平均裏抜け時間:1.7秒±0.3秒、寸法:10×10cm)
2.Eに記載されるような吸収パッドを参照とする
3.試験片を、70×125mmの矩形に切り出す
4.Bに記載されるように状態調節する
5.試験片を、10プライの濾紙のセット上に定置する。構造化基材に関しては、構造化面を上方に向ける。
10.この手順を、第1の噴出及び第2の噴出のそれぞれの吸収の60秒後に繰り返し、第2及び第3の裏抜けの時間を記録する。
11.各試料からの試験片に対する3回の試験のうちの、最小値が推奨される。
●サンプルの状態調節及び測定は、23℃±2℃、及び湿度50%±5%で実施される
●裏抜け測定からの、最上部に試験片を備える濾紙のセットを使用して、再湿潤を測定する。
●持ち上げ紙:62mm×125mmの寸法に切り出し、参照吸収パッドと接触しないように、試験片上に中心を合わせた、Ahlstrom Grade 632、又は等価物。
12.裏抜けの方法の第3の噴出の終了直後に、工程12から手順を開始する。追加量(L)は、裏抜け試験の3回の噴出の15mLを、この湿潤戻り試験に必要とされる液体の総量(Q)から差し引くことによって決定される。
21.この湿潤戻りの値は、本発明での再湿潤と等しい。
kは、材料の浸透性(cm2)である
Qは、流量(g/s)である
ρは、22℃での液体の密度(g/cm3)である
μは、22℃での液体の粘度(Pa・s)である
Roは、サンプルの外側半径(mm)である
Riは、サンプルの内側半径(mm)である
Lpは、平均のサンプル厚さ(cm)である
ΔPは、静水圧(Pa)である
本発明のベース基材及び構造化基材は、多種多様の用途のために使用することができ、それらの用途としては、エアフィルター、バグフィルター、液体フィルター、真空フィルター、排水フィルター、及び細菌遮蔽フィルターなどの、フィルターシート;コンデンサ用セパレータ紙、及びフロッピーディスク梱包材料などの、様々な電気機器用のシート;粘着性接着テープ基布、及び油吸収材料などの、様々な工業用シート;硬質表面の洗浄、床の手入れ、及び他の家庭用手入れの用途などの、様々なドライタイプ若しくはウェットタイプの拭き取り布;家庭用、業務用、及び医療処置用のワイパー、印刷ロール用ワイパー、コピー機洗浄用ワイパー、ベビーワイパー、並びに光学システム用ワイパーなどの、様々なワイパー用シート;手術用ガウン、医療用ガウン、創傷手当、被覆布、帽子、マスク、シーツ、タオル、ガーゼ、パップ用基布などの、様々な医療用及び衛生用シートが挙げられる。他の用途としては、流体管理のための手段としての、使い捨て吸収性物品が挙げられる。使い捨て吸収性物品の用途としては、タンポンのライナー、及びおむつの獲得層が挙げられる。
Claims (15)
- 熱可塑性繊維を含む流体浸透性構造化繊維ウェブであって、前記繊維ウェブは、1.5mm未満のエージングされたキャリパー、少なくとも5mmの垂直吸い上げ高さ、少なくとも10,000cm2/(Pa・s)の浸透性、及び少なくとも5cm3/gの構造化基材の比体積を有する、流体浸透性構造化繊維ウェブ。
- 前記繊維が、熱的に安定である、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維が、連続及び非捲縮のスパンボンド繊維である、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維が、熱ポイント接着される、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維ウェブが、完全に接着される、請求項4に記載の繊維ウェブ。
- 前記垂直吸い上げ高さが、少なくとも20mmである、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記構造化基材の比体積が、少なくとも10cm3/gである、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維ウェブが、少なくとも20,000cm2/(Pa・s)の浸透性を有する、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維が、PETを含む、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維が、成形繊維を含む、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維ウェブが、2秒未満の、エージングされた第2の裏抜けを有する、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維ウェブが、3.0g未満の再湿潤を有する、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維ウェブが、30〜80g/m2の坪量を有する、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記エージングされたキャリパーが、0.5mmより大きい、請求項1に記載の繊維ウェブ。
- 前記繊維ウェブが、少なくとも50%の熱可塑性繊維を含む繊維含有量を有する、請求項1に記載の繊維ウェブ。
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