JP2016532017A - 即時的に濡れるポリマー繊維シート - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年8月9日に出願された米国特許出願第61/864,317号明細書の利益を主張するものである。
(C)2014 Amtek Research International LLC.本特許明細書の開示内容の一部は、著作権保護の対象となる内容を含む。著作権者は、特許商標庁の特許ファイルまたは記録にあるように何人が特許明細書または特許の開示を複製することに対し、意義を唱えるものではないが、それ以外については37 CFR §1.71(d)に従って全ての著作権を留保する。
ポリマー繊維シートの8つのサンプルをBiax-FiberFilm(Greenville、WI)のパイロットラインにおいて、単軸押出機(American Kuhne;直径1インチ(2.54cm); 24:1 長さ:直径)を使用して表1に示す条件の下で製造した。Biax-FiberFilm Corporation(Greenville、WI)により製造されたメルトブローダイをメルトブロー工程で使用した。ダイは幅15インチ(38cm)で4列のオリフィスを有し、各オリフィスは直径0.009インチ(0.23mm)であるように構築されている。ポリブチレンテレフタラートペレット(PBT2008;Celanese)を、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(Solvay-Rhodacal DS-10)を用いる場合と、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(Solvay-Rhodacal DS-10)を用いない場合の両方で別々に繊維シートに変換した。ペレットで使用したDS-10の投入濃度は10重量%であった。この実施例において、DS-10繊維改質剤は表面改質剤として機能する。
ポリマー繊維シートをBiax-FiberFilm(Greenville、WI)のパイロットラインにおいて、単軸押出機(American Kuhne;直径1インチ(2.54cm); 24:1 長さ:直径)を使用して表3に示す条件の下で製造した。Biax-FiberFilm Corporation(Greenville、WI)により製造されたメルトブローダイをメルトブロープロセスで使用した。ダイは幅15インチ(38cm)で4列のオリフィスを有し、各オリフィスは直径0.009インチ(0.23mm)であるように構築されている。ポリブチレンテレフタラートペレット(PBT2008;Celanese)をドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(Solvay-Rhodacal DS-10)を用いて厚さ1.3mmの繊維シートに変換した。ペレットで使用したDS-10の投入濃度は5重量%であった。この実施例において、DS-10繊維改質剤は表面改質剤として機能する。
ポリエチレンテレフタラート(予備乾燥PET7000、Indorama Corporation)樹脂を27mm共回り二軸押出機(ENTEK Manufacturing LLC)に4lb/時(1.8kg/時)の速度で供給した。溶融温度が266℃の押出物をメルトポンプを介してExxon型メルトブローダイに供給した。メルトブローダイは幅6インチ(15.24cm)でダイの先端で一列に並んだ120個のオリフィスで構築されていた。各オリフィスの直径は0.010インチ(0.254mm)だった。ダイにおける空隙は0.080インチ(2mm)とした。310℃で75SCFM流量の加熱プロセス空気によりオリフィスを出ていくポリマーメルトを細化し繊維の流れにした。繊維を穿孔した収集ベルトの上に置き、厚さ約1.8mmの繊維シートを形成した。繊維シートはその後、2ロールカレンダーを使用して1.5mmの厚さまでカレンダー加工にかけた。2ロールルカレンダーの平滑ロールの表面温度は95℃だった。2つの2インチ×3インチ(50mm×75mm)のクーポンを、界面活性剤溶液で浸漬塗布するためにカレンダー加工にかけたポリマー繊維シートから切り出した。カレンダー加工後、カレンダー加工にかけたシートの嵩密度は約0.14g/ccだった。
ポリエチレンテレフタラート(予備乾燥PET7000、Indorama Corporation)樹脂を27mm共回り二軸押出機(ENTEK Manufacturing LLC)に4lb/時(1.8kg/時)の速度で供給した。PEG−400ジ−2−ヘキサノン酸エチル(TegMeR(登録商標)809、Hallstar Company)をPET樹脂に、媒体流可変スピード蠕動チュービングポンプ(Control Company)を介して押出機の供給ゾーンで添加した。押出物のTegMeR(登録商標)809の濃度は0重量%と5重量%の両方で検出した。274℃の溶融温度を持つ押出物をExxon型メルトブローダイにメルトポンプを介して供給した。メルトブローダイは幅6インチ(15.24cm)で、ダイの先端で一列に並んだ120個のオリフィスで構築されていた。各オリフィスの直径は0.010インチ(0.254mm)とした。ダイの空隙は0.080インチ(2mm)とした。加熱プロセス空気によりオリフィスを出ていくポリマーメルトを細化し繊維の流れにした。繊維を収集ベルトの上に置き、厚さ約1.8mmの繊維シートを形成した。それに続く実験では、PET7000をPET7200およびPET7800(Indorama Corporation)に置き換える一方、TegMeR(登録商標)809の濃度は同じ5重量%のままにした。3つのPET樹脂グレードの固有粘度は表6に示す。実験用プロセスパラメータは表7に示す。
ポリエチレンテレフタラート(予備乾燥PET7000、Indorama Corporation)樹脂を27mm共回り二軸押出機(ENTEK Manufacturing Inc.)に4lb/時(1.8kg/時)の速度で供給した。PEG−400ジ−2−ヘキサノン酸エチル(TegMeR(登録商標)809、Hallstar Company)をPET樹脂に、媒体流可変スピード蠕動チュービングポンプ(Control Company)を介して押出機の供給ゾーンで添加した。押出物におけるTegMeR(登録商標)809の濃度は3重量%、5重量%、および、8重量%と変化させた。もう一つの実験では、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(Solvay-Rhodacal DS-10)をPET樹脂に、ロスインウェイト式供給装置を介して押出機の供給ゾーンで添加した。押出物におけるDS-10の濃度は5重量%であった。PETと、TegMeR(登録商標)809またはDS-10から構成された押出物を、メルトポンプを介してExxon型メルトブローダイに供給した。メルトブローダイは幅6インチ(15.24cm)で、ダイの先端で一列に並んだ120個のオリフィスで構築されていた。各オリフィスの直径は0.010インチ(0.254mm)だった。加熱プロセス空気によりオリフィスを出ていくポリマーメルトを細化し繊維の流れにした。繊維を収集ベルトの上に置き、厚さ約1.8mmの繊維シートを形成した。表8は、種々のポリマー繊維シートを生産するのに用いたプロセス条件を集計したものである。
%多孔率=[1−(ρ嵩/ρ骨子)]×100
(ρ嵩はサンプルの質量と直径を基に測定、サンプルのρ骨子はヘリウムピクノメトリーを使用して測定)
結果は図13に示す。86%〜88%の範囲の多孔率が得られた。
ポリエチレンテレフタラート(予備乾燥PET7000、Indorama Corporation)を27mm共回り二軸押出機(ENTEK Manufacturing LLC)に4lb/時(1.8kg/時)の速度で供給した。PEG−400ジ−2−ヘキサノン酸エチル(TegMeR(登録商標)809、Hallstar Company)をPET樹脂に、媒体流可変スピード蠕動チュービングポンプ(Control Company)を介して押出機の供給ゾーンで添加した。押出物におけるTegMeR(登録商標)809の濃度は8重量%であった。本実施例において、TegMeR(登録商標)809繊維改質剤は可塑剤と表面改質剤の両方として機能する。
標準鉛電池セパレータ(RhinoHide(登録商標)、162 × 1.3 ×0.25、SiO2/PE = 2.6、ENTEK International LLC)を、セパレータの主要リブの上で、アクリル系粘着剤(Hycar(登録商標)261402、Lubrizol)の薄い層を塗布し、乾燥した。RhinoHide(登録商標)セパレータはシリカ充填超高分子量ポリエチレンセパレータである。RhinoHide(登録商標)セパレータを、セパレータの平坦側が下部ロールに接し、リブ側が上部ロールに接するように、2つの逆回転ニップロールの間のニップを通して供給した。
Claims (29)
- 水性溶液により即時的に濡れる高多孔率ポリマー繊維シートであって、
ポリマー繊維の三次元マトリックス、ここで該マトリックスは厚さおよび該厚さに連通する連結細孔を有する、と、
前記マトリックスのポリマー繊維に留まり、前記高多孔率ポリマー繊維シートに即時的な、および、持続的な濡れ性を提供する、前記マトリックス全体に分布した繊維改質剤と、を備えることを特徴とする、高多孔率ポリマー繊維シート。 - 前記ポリマー繊維はメルト粘度を有する熱可塑性樹脂から形成され、
前記繊維改質剤は、ポリマー繊維形成時に前記熱可塑性樹脂のメルト粘度を低減する可塑剤と、前記高多孔率ポリマー繊維シートの即時的な、および、持続的な濡れ性を促進する表面改質剤との両方として機能する、請求項1に記載のポリマー繊維シート。 - 前記繊維改質剤が、ジブトキシエトキシエチルアジペート、トリエチレングリコール2−エチルヘキサノアート、トリエチレングリコールジベンゾアート、ジアルキルジエーテルグルタラート、および、ポリエチレングリコールエステル族の化合物で主に構成される一群より選択される、請求項2に記載のポリマー繊維シート。
- 前記繊維改質剤が、ポリエチレングリコールエステル族の化合物である、請求項2に記載のポリマー繊維シート。
- ポリエチレングリコールエステル族のポリマーが、ポリエチレングリコール−600ジウラレートまたはポリエチレングリコール−400ジ−2−エチルヘキサノアートである、請求項4に記載のポリマー繊維シート。
- 前記ポリマー繊維はメルト粘度を有する熱可塑性樹脂から形成され、
前記繊維改質剤は可塑剤と表面改質剤の混合物であり、
前記可塑剤はポリマー繊維形成時に前記熱可塑性樹脂のメルト粘度を低減し、
前記表面改質剤は前記高多孔率ポリマー繊維シートの即時的な、および、持続的な濡れ性を促進する、請求項1に記載のポリマー繊維シート。 - 前記可塑剤が、フタル酸ジ−n−ブチル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジ(2−エチルヘキシル)、ラウリル酸n−ヘキシル、セバシン酸ジ(2−エチルヘキシル)、アジピン酸ジ(2−エチルヘキシル)、及びアゼライン酸ジ(2−エチルヘキシル)で主に構成される一群より選択される、請求項6に記載のポリマー繊維シート。
- 前記表面改質剤が、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ジブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジイソプロピルナフタレンスルホン酸ナトリウム、および、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウムで主に構成される一群より選択される、請求項6に記載のポリマー繊維シート。
- 前記ポリマー繊維が硫酸中で安定である、請求項1に記載のポリマー繊維シート。
- 硫酸中で安定である前記ポリマー繊維に、ポリエステル、ポリスチレン、ポリオレフィン、またはポリアクリラートが含まれる、請求項9に記載のポリマー繊維シート。
- ポリマー繊維の前記マトリックスは、表面を有し、さらに、シリカ充填ポリエチレンセパレータを備え、該シリカ充填ポリエチレンセパレータはポリマー繊維の前記マトリックスの表面に結合し、シリカ充填セパレータ−ポリマー繊維シート複合体を形成する、請求項1に記載のポリマー繊維シート。
- 前記シリカ充填ポリエチレンセパレータは、表面を有し、該表面には間隔のあいたリブが形成され、ポリマー繊維の前記マトリックスの表面に適合している、請求項11に記載のポリマー繊維シート。
- ポリマー繊維の前記マトリックスは、前記マトリックスの一つ以上の表面に非平面トポグラフィーを有する、請求項1に記載のポリマー繊維シート。
- 前記非平面トポグラフィーは、前記ポリマー繊維シートのエンボス加工、カレンダー加工、または、高密度化によって形成されたパターンで特徴付けられている、請求項13に記載のポリマー繊維シート。
- 前記非平面トポグラフィーは、押出によって形成された、間隔のあいたリブのパターンで特徴付けられている、請求項13に記載のポリマー繊維シート。
- 前記非平面トポグラフィーは、前記マトリックスの一つ以上の表面に置かれたパターンによって特徴づけられている、請求項13に記載のポリマー繊維シート。
- ポリマー繊維の第1三次元マトリックスおよび前記第1マトリックス全体に分布した第1繊維改質剤を含み、前記第1マトリックスは厚さおよび該第1マトリックスの厚さに連通する連結細孔を有し、前記第1繊維改質剤は前記第1マトリックスのポリマー繊維に留まる、第1高多孔率ポリマー繊維シート層と、
ポリマー繊維の第2三次元マトリックスおよび前記第2マトリックス全体に分布した第2繊維改質剤を含み、前記第2マトリックスは厚さおよび該第2マトリックスの厚さに連通する連結細孔を有し、前記第2繊維改質剤は前記第2マトリックスのポリマー繊維に留まる、第2高多孔率ポリマー繊維シート層と、を備え、
前記第1繊維改質剤および前記第2繊維改質剤はそれぞれの第1ポリマー繊維シート層および第2ポリマー繊維シート層に付与され、それにより、多層複合体ポリマー繊維シートに水性溶液による即時的な、および、持続的な濡れ性を付与することを特徴とする、高多孔率多層複合ポリマー繊維シート。 - 前記第1マトリックスおよび第2マトリックスそれぞれのポリマー繊維が硫酸中で安定である、請求項17に記載の多層複合ポリマー繊維シート。
- 前記第1マトリックスのポリマー繊維と前記第2マトリックスのポリマー繊維とが異なるポリマーから形成されている、請求項18に記載の多層複合ポリマー繊維シート。
- 前記第1マトリックスのポリマー繊維と前記第2マトリックスのポリマー繊維とが、異なる繊維径の同一ポリマーから形成されている、請求項17に記載の多層複合ポリマー繊維シート。
- ポリマーと繊維改質剤の混合物を加工して、厚さと該厚さに連通する連通細孔を有する三次元マトリックスの形をしたポリマー繊維シートであって、前記繊維改質剤が前記マトリックス全体に分布して該マトリックスのポリマー繊維に留まっているポリマー繊維シートを得て、それにより、水性溶液による即時的な、および、持続的な濡れ性を示す高多孔率ポリマー繊維シートを形成するステップを備えることを特徴とする、水性溶液により即時的に濡れる高多孔率ポリマー繊維シートの製造方法。
- さらに、前記ポリマー繊維シートを加工して、該ポリマー繊維シートに望ましい物理的特性を付与するステップを備える、請求項21に記載の方法。
- 前記望ましい物理的特性は、前記ポリマー繊維シートの厚さおよび多孔率の一方または両方である、請求項22に記載の方法。
- 前記ポリマー繊維シートに望ましい物理的特性付与するための前記ポリマー繊維シートの加工に、カレンダー加工が含まれる、請求項22に記載の方法。
- ポリマー繊維シートを生産するためのポリマーと繊維改質剤の混合物の加工に、該混合物を押し出して溶融した押出物を形成し、該溶融した押出物をダイを通じて押し出し、前記ポリマー繊維を形成することを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記繊維改質剤が可塑剤と表面改質剤との両方として機能し、溶融した状態で前記ポリマーと混合される、請求項25に記載の方法。
- 前記繊維改質剤が可塑剤と表面改質剤との両方として機能し、前記ポリマーに導入されて、前記混合物の加工前に前記混合物を形成する、請求項25に記載の方法。
- ポリマー繊維シートを生産するためのポリマーと繊維改質剤の混合物の加工に、エレクトロスピニング、メルト繊維スピニング、溶液スピニング、エレクトロブロー、フォーススピニング、または、冷気細化によるメルトスピニングが含まれる、請求項21に記載の方法。
- ポリマー繊維シートを生産するためのポリマーと繊維改質剤の混合物の加工に、フォーススピニングが含まれる、請求項21に記載の方法。
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