JP2016508188A - 水流交絡エアレイドウェブの製造方法、及びこの製造方法により製造された製品 - Google Patents

Abstract

優れたMD及びCD強度を有し、水分散可能な不織布を形成する方法である。この方法は、３．５mm以下の繊維長を有する５０重量％以上の天然セルロース繊維と、８．０mm以上の繊維長を有する５０重量％以下の短繊維とのエアレイドウェブを水流交絡させることを有している。エアレイドウェブは、前駆体ウェブ上に置かれず、又結合剤、接着剤又は熱接着剤を使用していない。空気処理と水流交絡とは、連続した工程で行われる。製品は、本願発明の方法に従って、トイレで流して捨てら得るための自治体のガイドラインを満たしている。【選択図】図１

Description

本願発明は、２０１２年１２月１３日に出願された米国仮出願No.61/７３６８３７)の基での優先権の利益をクレームし、この内容は、参照としてこの明細書に組み入れられる。

本願発明は、工程数が少なくて、使い捨ての拭き取り布、即ちワイパーのような、トイレで流して捨てられる又は使い捨ての物品として有用である経済的な製品を与える使い捨ての不織布を製造するための一連の方法に向けられている。

使い捨ての不織布基材が、一般に、一度使用されて破棄される種々の消費者向けの製品の製造のために使用されている。このような製品は、使い捨て清掃ワイバー、使い捨ておむつ、使い捨て成人用失禁製品、代表的には体液の吸収のために病院で使用される使い捨てパッド、及び、ケラチン性の基質から化粧や他の物質を除去するための化粧の適用品又は化粧用パッドを含んでいる。

上記のような市販の製品は、増え続ける使用の可能性と広がりとを有する産業を構築している。しかし、実際には、このような製品は、埋め立て処理又は下水処理システムによって、潜在的に環境に入るので、製造が容易な使い捨て材にとって、接着剤、粘着剤、又は熱可塑性ポリマーのような生物分解の可能性が低く、また、性能のために要求されている湿潤引張強度を有する化学成分を含んでいないか、少ししか含んでいないことが必要である。更に、製品は、製造が経済的でありながら、リントを少し含むように構成され、自治体及び個人の下水処理システムにとって許容可能なトイレで流して捨てられるように分類するための規約を満たす製品が求められている。

従来、使い捨ての不織布でできた拭き取り布は、「エアレース(airlace)」プロセス及び「水流スピン(hydraspun)」プロセスとして業界で知られている２つの基本的な技術のいずれかによって製造されることができる。異なる生産者は、操作の基本的な原理は維持するけれども、意図した最後の使用に基づいて変更した状態で、利用可能な製造設備を使用して、これら技術を遂行している。

エアレース方法は、不織布キャリア層、又は前駆体基材の不織布上に、ステープル長繊維と木材パルプ繊維とのエアレイドウェブを堆積する動作と、 このエアレイド層を不織布キャリアで水流交絡する動作とを組み合わせている。このような技術は、ここでは参照として記載されているOuelletteによるU.S.8,250,719に開示されている。キャリアウェブを使用することに加えて、Ouelletteは、エアレイド繊維を熱風又はスプレーした接着剤で接着することを開示している。

Manning等によるU.S.4,755,421に開示されているような「水流スピン」方法によれば、パルプと人工繊維と湿式ウェブが、水流交絡され、そして乾燥される。しかし、Viazmensky等によるU.S.5,292,581が、このような製品は、湿潤強度が弱いことを指摘し、結合剤を加えることが、この強度を実質的に改善することを開示している。更に、最近になって、Annis等によるU.S.7,732,357が、加熱のときに少なくとも部分的に溶融することにより活性化され、繊維を繊維結合する不織布のシートへの接着繊維の使用を開示している。このような接着繊維は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、及びこれらの混合物を含んでいる。

かくして、接着剤、結合剤、又は接着繊維を含まず、実施に対して便利で経済的であり、又、良好な性能強度を有する使い捨ての可能な不織布を提供し、更に、自治体及び個人の下水処理システムにおいてトイレで流して捨てられることが可能な不織布を形成する方法の必要性が存在している。

かくして、本願発明の目的は、処理工程が少なく、結合剤、接着剤又は熱接着剤を使用せず、拭き取り布として使用するための充分な湿潤引張強度を有する不織布を提供する不織布を製造するための方法を提供することである。本願発明の他の目的は、下水処理及び腐敗物処理システムで破棄可能であり、拭き取り布として使用されるのに充分な湿潤強度を有する不織布を提供することである。

これら及び他の目的は、本願発明に従って達成され、一実施の形態は、天然セルロース繊維と短繊維との混合物を準備することと、少なくとも１つの均一なエアレイドウェブを得るように、前記混合物を空気処理（空気処理）することと、少なくとも片面にウェブを統合するように、前記エアレイドウェブを水流交絡させることと、不織布を得るように、水流交絡された前記ウェブを乾燥させることとを具備し、
前記空気処理と水流交絡とは、連続した工程で行われ、前記繊維の混合物中の天然セルロース繊維の含有量は、５０重量％以上であり、また、前記短繊維の含有量は、５０重量％未満であり、結合剤、接着剤又は熱接着剤を使用しておらず、
前記天然セルロース繊維の繊維長は、３．５mm未満であり、前記短繊維の繊維長は、８．０mm以上であり、前記不織布の坪量は、２０g／m²から１００g／m²までであり、そして、前記不織布の厚さは、０．２５mmから２mmである、不織布の製造方法を含んでいる。

第１の実施の形態の好ましい例では、前記エアレイドウェブは、直接前駆体ウェブを予備成形又は連続フィラメントウェブを組み込むことなく、前記空気処理のキャリア上に直接形成されている。

更なる好ましい実施の形態では、接着剤、結合剤、結合剤繊維が、前記不織布に与えておらず、機械方向に垂直な方向の引張強度に対する機械方向の引張強度の比（MD / CD）は、３未満である。

また、一実施の形態では、本願発明は、上記方法の実施の形態の如何なる方法により与えられた不織布を提供し、これは、７５重量％の木材パルプと、２５重量％のリヨセルとを含んでいる。前記不織布の坪量は、４０グラム/m²から６０グラム//m²までであり、MD/CDの比は、３未満であり、CD湿潤引張強度は、少なくとも５N/5cmであり、そして、前記不織布は、不織布消費生活用製品のトイレで流して捨てられることを評価するためのEDANAのガイダンス文書の2009年7月版に従って規定されているようなトイレで流して捨てられことが可能な製品である。

他の実施の形態では、本願発明は、上記方法の実施の形態のいずれかの方法により達成され、約５０重量％の木材パルプと、約５０重量％のビスコースとを含み、前記不織布の坪量は、４０グラム/m²から６０グラム//m²までであり、MD/CDの比は、３未満であり、CD湿潤引張強度は、少なくとも１２N/5cmである、不織布を提供する。

図１は、本願発明の一実施の形態に係わる水流交絡ユニットでの複数の水ジェットの配置の概略図を示している。 図２は、商業的に入手可能な布と比較した、本願発明に係わる使い捨てが可能ではない布と使い捨てが可能な布とのための比較データを示している。

以下の記載に係われば、記載されている全ての数値の範囲は、他の説明が無い限りは、全てのサブ範囲とこれらの間の全ての値とを含んでいる。全ての重量含有値は、総重量に基づいている。以下の記載は、本願発明と特定の好ましい実施の形態との一般的な説明をしている。しかし、当業者は、本願発明の多くの変更が、本願発明の要旨から逸脱しない範囲で可能であることは、認識できるであろう。この記載及び以下の請求項は、このような変更の全てを含むように意図されている。

第１の実施の形態において、本願発明は、天然セルロース繊維と短繊維との混合物を準備することと、少なくとも１つの均一なエアレイドウェブを得るように、前記混合物を空気処理することと、少なくとも片面にウェブを統合するように、前記エアレイドウェブを水流交絡させることと、不織布を得るように、水流交絡された前記ウェブを乾燥させることとを具備し、前記空気処理と水流交絡とは、連続した工程で行われ、前記繊維の混合物中の天然セルロース繊維の含有量は、５０重量％以上であり、好ましくは、６０重量％以上であり、最も好ましくは少なくとも７５重量％である。前記短繊維の含有量は、５０重量％以下であり、好ましくは、４０重量％以下であり、最も好ましくは、２５重量％以下である。結合剤、接着剤、又は熱接着剤が、本願発明に係わる前記空気処理工程及び水流交絡工程で利用されない。

前記天然セルロース繊維の繊維長は、３．５mm未満であり、好ましくは、１．５mm乃至３．５mmであり、最も好ましくは、２．５乃至３．５mmである。任意の天然セルロース繊維が、混合物の短繊維として用いられることができる。一実施の形態では、説明した長さの木材パルプは、短繊維であってもよく、好ましい実施の形態では、サザンパインクラフト（southern pine Kraft）が、天然セルロース繊維であっても良い。 亜硫酸パルプ化プロセスから得られる木材パルプは、さらに、天然セルロース繊維源であっても良い。天然セルロース繊維の混合物が、使用されることができる。天然セルロース繊維は、個別の緩い繊維の混合物を形成するように、ハンマーミルによって離解されることができる。

短繊維は、長さが８．０mm以上に、好ましくは８mm乃至２５mmに、最も好ましくは８mm乃至２５mmの任意の非熱可塑性人造繊維であっても良い。 好ましくは、短繊維は、ビスコース又はリヨセルである。非熱可塑性繊維の混合物が、使用されることが可能である。

エアレイドウェブを製造する方法は、一般的に、Laursen等によるU.S.4,640,810に開示されている。短い離解天然セルロース繊維が、均質な混合物に混合され、そして、空気流で支持されながら、ディストリビュータユニットに搬送される。ディストリビュータユニットは、有孔キャリア上への繊維の通過を可能にするように設計された穴、スロット、又は、他の適当な形状の開口が形成されたが回転シリンダー又はドラムを有している。ドラムの構造と、開口の形状及び寸法とは、使用される繊維混合物の特性に応じて、ユニークな繊維構造を得るために、変えられることができる。空気の流れと、ドラム内の機械的撹拌と、キャリアの下からの吸引との任意の組み合わせの影響下で、繊維は、孔あきドラムの開口部を通って導かれ、キャリアの表面上に均一なウェブを形成する。乾燥ウェブの高さとマット度とは、繊維含有量及びサイズと、ドラム開口部のサイズ及び形状と、空気の流量と、キャリアの底から与えられる吸引力の程度と、キャリアの速度とを含んだプロセス変数の制御によって、変化されることができる。他の機器の制御は、また、ユニークなマット構造を与えるように、変えられることがでる。

ウェブの幅は、使用される空気処理設備の種類に依存し、１m乃至６mに変えられることができる。Dan-Web,Oerlikom及びAnpap Oy により供給されているような通常の市販のユニットは、幅が２乃至５mの範囲である。

本発明によれば、形成されたエアレイドウェブは、水流交絡ユニット、即ち、スパンレースユニットに直接かつ連続して搬送され、ここで、エアレイドマットは、繊維を機械的に絡めるか、統合するように、一連の高圧のウオータジェットに打たれて、不織布を形成する。前記ジェットの向きは、ウェブにユニークな特性を与えるように、キャリアの面に垂直か所定角度を有し得る。ジェットは、一方の側から、好ましくは、上側と下側との両方から、又は頂部および底部側の両方からのウェブを統合するように、配設されることができる。 ジェット圧力は、０．０４バール/kg/時／m乃至１５バール/kg/時／m、好ましくは、０．１バール/kg/時／m乃至１０バール/kg/時／m、最も好ましくは、０．３バール/kg/時／m乃至４バール/kg/時／mが良い。

両側からウェブを統合するためのジェットの配置を示す実施のが、図1に概略的に示されている。 図１に示されているように、空気処理装置から直接取得されたエアレイドウェブは、一連のキャリアベルトに沿って通過し、番号順に示された高圧ジェットにさらされる。 ジェット１１，１２，１３は、ウェブの上側に衝突しており、ジェット２１，２２は、反対側、即ち、下側に衝突している。概略的に示されたジェットは、ウェブの幅全体に渡ったジェットのバンクを示し、これらジェットのバンクは、ウェブの幅を横切った種々の交絡の完全性を与えるように位置され、又配設されることができる。かくして、交絡は、不織布の意図した最終用途に従って、パターンとされるかランダムにされることができる。

不織布のひだ（drape）、柔らかさ、及び心地の良い手ざわりは、高圧ジェットによって与えられるエネルギーと、装置を通るウェブの移動速度とによって制御されることができる。 本願発明に係われば、接着剤、結合剤、接着繊維を使用しないことと、スパンレースユニットを通るウェブの移動速度と水圧との両者の制御によって、種々の程度の強度、吸収性、硬さ、及び厚さを有する狭いウェブが、得られる。

スパンレースユニット、即ち、水流交絡ユニットは、Fleissner GmbH（ドイツ）とAndritz Perfojet（フランス）とから入手可能である。

上記基本的な実施の形態の一変形では、比較的厚い不織布が形成され得るように、複数のエアレイドウェブが、準備され、スパンレースで処理される前に、積層され得る。夫々の積層される層は、不織布の意図した最終用途のために選択された同じ繊維構造のものでも良いし、異なる繊維構造のものでも良い。このような夫々の可能な実施の形態において、交絡は、ウオータジェットの圧力とスパンレースユニットを通るウェブの走行速度との変更によりなされ得る。結合剤と接着剤と接着繊維とは使用されていない。

スパンレース処理に続いて、ぬれている不織布は、乾燥され、輸送や貯蔵のために卷回されることができる。更なる実施の形態では、乾燥の前に、交絡されたウェブは、水圧エンボス処理又は熱エンボス処理によりエンボスが施され得る。

不織布の坪量は、厚さが０．２５mm乃至２mmの不織布に対して、２０g／m²乃至１００g／m²、好ましくは、４０g／m²乃至８０g／m²で良い。しかし、複数のエアレイドが、積層される場合には、坪量と厚さとは、上記範囲内でなくても良い。坪量は、エアレイド処理とスパンレース処理とに対して記載されているプロセス変数の制御と、この技術で当業者により良く知られている他のプロセス変数とを制御することにより、変更されることができる。

本願発明に係わる不織布は、ある種の通常に利用できる不織布よりも優れた全方向性である強度プロファイルを有している。マシン方向と直交する方向（CD）に対するマシン方向（MD）での湿潤引張強度の比率は、３未満である。図２の表で示されているように、接着剤、結合剤、及び接着繊維の無い、本願発明に係わるJHI製品は、比較とした商業的に利用可能な拭き取布よりもかなり軽い坪量を有しており、更に、近い値のMD及びCD引張強度を有している。このような特性は、CD湿潤引張強度は、トイレで流して捨てられるための標準ガイドラインを満たしている製品では得ることが難しいことが知られているので、特に驚くべきである。

特別に好ましい実施の形態では、トイレで流して捨てられ得る製品は、３．５mm未満の長さを有する約７５重量％の離解された木材パルプ繊維と、８mm以上の繊維を有する２５重量％のリヨセルとの合成物により、本願発明に従って形成されている。エアレイドウェブは、０．３５バール/kg/時／m乃至２．１バール/kg/時／mのジェット圧力で、水流交絡されている。不織布のCD湿潤引張強度は、少なくとも５．０N/5cmであり、MD/CD比率は、３未満である。このような不織布は、不織布消費生活用製品のトイレで流して捨てられることを評価するためのEDANAのガイダンス文書の2009年7月版に従って規定されているようなトイレで流して捨てるためのテスト基準を満たしている。重要なことは、この製品は、６０の拭き取り布５綜合ランに渡って測定された全てのデータ地点の１０％未満の各々が１０％より大きいパワーの増加を有することができ、また好ましくは、１０％未満が１０％のパワーでの増加を示して、自治体の下水処理ポンプテストを通過している。

比較的高い強度を有する他の特別な実施の形態において、不織布は、３．５mm以下の長さを有する約５０重量％の離解された木材パルプ繊維と、８mm以上の繊維を有する約５０重量％のビスコースとの混合物により、本願発明に従って形成されている。このエアレイドウェブは、０．３バール/kg/時／m乃至１５バール/kg/時／mの、好ましくは、０．４バール/kg/時／m乃至６バール/kg/時／mのジェット圧力で、水流交絡されている。不織布のCD湿潤引張強度は、少なくとも１２N/5cmであり、MD/CD比率は、３未満である。注目するべきことは、この製品の規定特性は、赤ちゃん用のウェットティシュー又は手の表面のクリーニングワイパーとして使用されるように流通している製品よりもかなり低いことである。

Claims (20)

1. 天然セルロース繊維と短繊維との混合物を準備することと、
   少なくとも１つの均一なエアレイドウェブを得るように、前記混合物を空気処理することと、
   少なくとも片面にウェブを統合するように、前記エアレイドウェブを水流交絡させることと、
   不織布を得るように、水流交絡された前記ウェブを乾燥させることとを具備し、
   前記空気処理と水流交絡とは、連続した工程で行われ、
   前記繊維の混合物中の天然セルロース繊維の含有量は、５０重量％以上であり、また、前記短繊維の含有量は、５０重量％以下であり、
   結合剤、接着剤又は熱接着剤を使用しておらず、
   前記天然セルロース繊維の繊維長は、３．５mm以下であり、
   前記短繊維の繊維長は、８．０mm以上であり、
   前記不織布の坪量は、２０g／m²から１００g／m²までであり、そして、
   前記不織布の厚さは、０．２５mmから２mmである、
   不織布の製造方法。
2. 前記混合物中の天然セルロース繊維の含有量は、少なくとも７５重量％であり、また、前記短繊維の含有量は、２５重量％以下である、請求項1に記載の方法。
3. 前記坪量は、４０g/m²から６０0g/m²までである請求項1に記載の方法。
4. 前記天然セルロース繊維は、木材パルプであり、また、前記短繊維は、ビスコースまたはリヨセルである請求項1に記載の方法。
5. 前記木材パルプは、亜硫酸パルプ化によって得られた亜硫酸パルプである請求項4に記載の方法。
6. 前記エアレイドウェブは、両側でウェブを統合するように水流交絡される請求項1に記載の方法。
7. 前記水流交絡の加圧力は、０．０４バール/kg/時間/mから１５バール/kg/時間/mまでである請求項1に記載の方法。
8. 前記水流交絡の加圧力は、０．３バール/kg/時間/mから４バール/kg/時間/mまでである請求項7に記載の方法。
9. 前記水流交絡ウェブをエンボス加工することを更に具備し、このエンボス加工は、前記空気処理及び水流交絡と続いて行われる、請求項1に記載の方法。
10. 前記エアレイドウェブの空気処理は、単一の空気処理装置で行われる請求項1に記載の方法。
11. 前記エアレイドウェブの空気処理は、複数の空気処理装置で行われ、各ウェブの繊維含有量は、同じである、請求項1に記載の方法。
12. 前記エアレイドウェブの空気処理は、複数の空気処理装置で行われ、少なくとも１つのウェブの繊維含量は、他のウェブの繊維含量とは異なっている、請求項1に記載の方法。
13. 結合剤、接着剤又は熱接着剤が、前記不織布に適用されていない請求項1に記載の方法。
14. 前記エアレイドウェブは、直接前駆体ウェブを予備成形又は連続フィラメントウェブを組み込むことなく、前記空気処理装置のキャリア上に直接形成されている請求項1に記載の方法
15. 前記エアレイドウェブの水流交絡の圧力は、０．３５バール/kg/時間/mから１５バール/kg/時間/mまでである、請求項1に記載の方法。
16. 接着剤、結合剤、結合剤繊維が、前記不織布に与えておらず、機械方向に垂直な方向の引張強度に対する機械方向の引張強度の比（MD / CD）は、３未満である、請求項１５に記載の方法。
17. 請求項1に記載の方法により製造された不織布。
18. 前記不織布は、
    ７５重量％の木材パルプと、
    ２５重量％のリヨセルとを含み、
    前記不織布の坪量は、４０グラム/m²から６０グラム//m²までであり、
    MD/CDの比は、3未満であり、
    CD湿潤引張強度は、少なくとも５N/5cmであり、そして、
    前記不織布は、不織布消費生活用製品のトイレで流して捨てられることを評価するためのEDANAのガイダンス文書の2009年7月版に従って規定されているようなトイレで流して捨てられことが可能な製品である、請求項１７に記載の不織布。
19. 前記不織布は、
    約５０重量％の木材パルプと、
    約５０重量％のビスコースとを含み、
    前記不織布の坪量は、４０グラム/m²から６０グラム//m²までであり、
    MD/CDの比は、３未満であり、
    CD湿潤引張強度は、少なくとも１２N/5cmである、請求項１７に記載の不織布。
20. 請求項１８に記載の不織布と、
    洗浄剤と、滅菌剤と、脱臭剤と、殺菌剤と、保湿剤と、化粧除去剤とからなるグループから選択された少なくとも１種とを具備するクリーニング用の拭き取り布。

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