JP2016534251A - 高表面積繊維およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

高面積繊維およびその製造方法を提供する。高面積繊維は長手方向の中心軸に沿って延びる内側繊維を含む。内側繊維は概ね互いにまた中心軸との関係で平行に縦に延びる複数の脚部を含む。それぞれの脚部は中心軸から第１の頂部に向けて径方向外側に延びる。第１の溝部が隣接する脚部の間に概ね互いにまた中心軸との関係で平行に形成される。脚部のうちの少なくともいくつかはそこから横方向外側に延びる突起を有する。突起は概ね互いにまた中心軸との関係で平行に縦に延びる。

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１３年９月１３日に提出された米国仮出願整理番号６１／８７７，７２７、および２０１４年９月１２日に提出された米国特許出願整理番号１４／４８４，３６９の利益を主張し、それらの全体をここに引用により援用する。

発明の背景
１．技術分野
本発明は概ね高表面積を有する繊維およびその構築方法に関する。

２．関連技術
伝統的に繊維技術にはラウンド繊維が用いられる。ラウンド繊維の断面の形状は円形である。そのようなものとして、ラウンド繊維は最小で、３．１４×繊維直径×繊維長で定義される外側表面積を有し、所定の長さのラウンド繊維の表面積を増加させる２つの方法は、直径を大きくし、これにより繊維がより大きな空間を占め、増加した重量を有するか、同じ重さの繊維を用いて多数の小さなラウンド繊維を用いることにより表面積を増やすかである。ここにナノ繊維または電子紡糸技術の恩恵がある。繊維が小さくなればより大きな表面積が与えられるが、代わりに濾過作用もより大きくなる。多くの適用例では、空間および重量は厳格に調節され、これによりできる限り最大の表面積を備える繊維の使用を求めている。

非ラウンド繊維はラウンド繊維に比べてより大きな表面積を有することが知られている。そのような繊維は複数の縦方向に延びる脚部を有し、それぞれの脚部は繊維の表面上に縦方向に延びる溝部を形成するために繊維の中心軸から径方向外側に延びる。公知の脚部は繊維の表面積を増加させるけれども、濾過、音および流体の吸収および毛細管現象作用の改善に役立てるために、本発明に従ったさらなる改善が繊維の表面積の著しい増加を生じ、これによりそれらのさらなる濾過、音および流体の吸収特性を高める。

直径の小さい繊維は一般に「海島（islands in the sea）」デザインで作られる。これは１つの素材で作られる多くの小さな繊維が他の犠牲的な材料内で押し出され、外側の犠牲的な材料が洗い流されると、多くの小さな個々の直径の繊維が残るというものである。これは冷却時にまだその内側形状を維持しながら多くの封入された繊維が伸ばされるのを許容し、より小さな直径を有する個々の繊維の作成を可能とする。

発明の概要
本発明の一態様によれば、高表面積繊維が提供される。この高表面積繊維は長手方向の中心軸に沿って延びる内側繊維を含む。この内側繊維は概ね互いにまた中心軸に対して平行に縦方向に延びる複数の脚部を有する。それぞれの脚部は中心軸から第１の頂部に向けて径方向外側に延びる。第１の溝部が隣り合う脚部の間に形成される。第１の溝部は概ね互いにまた中心軸に対して平行に延びる。脚部の少なくとも一部は、そこから横方向外方に延びる突起部を有する。突起部が概ね互いにまた中心軸に対して平行に長手方向に延びる。

本発明のさらなる態様によれば、それぞれの脚部は第１の対向側面を有し、それぞれの第１の対向側面はそこから横方向外側に延びる複数の突起部を有する。

本発明のさらなる態様によれば、それぞれの脚部の対向側面はそれぞれの頂部に向けて収束する。

本発明のさらなる態様によれば、それぞれの突起部は第２の頂部に向けて延び、それぞれの突起部はそれぞれの第２の頂部に向けて収束する第２の対向側面を有する。

本発明のさらなる態様によれば、内側繊維は中心軸と合致して延びる第１の素材と内側繊維とは離れ第１の素材を封入する第２の素材から形成される外側被覆とで形成され、ここで、第１と第２の素材とは異なるものである。

本発明のさらなる態様によれば、第２の素材は溶媒中に溶解可能である。
本発明のさらなる態様によれば、第２の素材は水に溶解して提供可能である。

本発明のさらなる態様によれば、高表面積繊維の構築方法が提供される。この方法は長手方向の中心軸と概ね互いにまた中心軸に対して平行に長手方向に延びる複数の脚部を有する内側繊維の押出しを含み、それぞれの脚部は隣接する脚部の間に第１の溝部を形成するよう中心軸から離れて径方向外側に延び、第１の溝部は概ね互いにまた中心軸に対して平行に延びる。この方法はさらに脚部と共に突起部を同時に押し出すことを含み、突起部は、脚部の少なくともいくつかから横方向外側に延び、隣接する突起部の間に第２の溝を形成するよう概ね互いにまた中心軸に対して平行に長手方向に延びる。この方法はさらに、外側被覆が少なくとも部分的に第１および第２の溝部を埋めるよう第１の素材とは異なる第２の素材から外側被覆を内側繊維に対して共に押出することを含む。

本発明のさらなる態様によれば、この方法はさらに第１の対向側面を有するそれぞれの脚部の押出しとそれぞれの第１の対向側面から外側に延びる複数の突起部の押出しを含む。

本発明のさらなる態様によれば、この方法はさらに頂部に向かって収束するそれぞれの脚部の対向側面の押出しを含む。

本発明のさらなる態様によれば、この方法はさらに第２の頂部に向けて延びる突起部の押し出しと、第２の頂部に向かって収束する第２の対向側面を有するそれぞれの突起部の押出しとを含む。

本発明のさらなる態様によれば、この方法はさらに溶媒内に溶解可能な第２の素材の提供を含む。

本発明のさらなる態様によれば、この方法はさらに水に溶解可能な第２の素材の提供を含む。

図面の簡単な説明
本発明のこれらおよびその他の態様、特徴および利点は、以下の現在の好ましい実施例および最善の形態の詳細な説明、添付の請求の範囲および添付図面との関係において検討されるとより明確に理解できるであろう。

図１は本発明の実施例によって構築された高表面積繊維の斜視図である。 図２Ａは概ね図１の線２−２に沿ってとられた断面図である。 図２Ｂは押し出された繊維の外側被覆が取り除かれた図２Ａと類似した視点の図である。 図３Ａは本発明の別の実施例によって構築された繊維の図２Ａと類似した視点の図である。 図３Ｂは押し出された繊維の外側被覆が取り除かれた図２Ａと類似した視点の図である。 図４は図２Ｂの繊維の部分拡大図である。 図５は図３Ｂの繊維の部分拡大図である。 図６は本発明の別の実施例に基づいて構築された、犠牲被覆内での共押出を示す複数の高表面積繊維の部分拡大図である。

現在の好ましい実施例の詳細な説明
図をより詳細に参照すると、図１は本発明に従って構築され、後に繊維１０となる高表面積フィラメントを図示する。繊維１０は所望のように、任意の適切な連続する長さおよび直径を有して形成することができる。繊維１０は長手方向の中心軸１２に沿って縦に延びる連続する内側繊維１１を含む。内側繊維１１は概ね互いにまた中心軸１２との関係で平行に縦に延びる複数の脚部１４を有する。それぞれの脚部１４は、内側繊維１１の中心部１６から分岐形状で径方向外側に離れて延び、こうして中心軸１２から第１の頂部１８に向けて離れる。脚部１４が互いに平行に延びていることにより、複数の連続する第１の溝部２０が脚部１４により形成され、それぞれの溝部２０は隣接する脚部１４の連続する谷として形成される。そのようなものとして、第１の溝部２０は概ね互いにまた中心軸１２との関係で平行に延びる。少なくとも脚部１４のうちのいくつかは、ここではすべての脚部１４で示されるが、そこから横方向に延びる、ローブ、頂上部、指状部、突起部または腕部２２と呼ばれる頂上部を有する。それぞれの腕部２２は第２の頂部２４に向かって径方向外側に延びる。腕部２２は概ね互いにまた中心軸１２との関係で縦に連続して平行に延び、こうして連続する第２の溝部２６が隣接する腕部２２の間に形成される。内側繊維１１の縦に延びる脚部１４と腕部２２は内側繊維１１に円筒状のモノフィラメントと比較して増加した表面積をもたらし、同様に織られ、編成され、編組されあるいはその他の生地に形成された際、音および/または流体の濾過および吸収する繊維１０の能力を高める。したがって、繊維１０で形成された織物は、繊維１０が交絡糸またはフィラメントとして参照される織る、編成、編組により結び合わされているかに関わらず、あるいは小さい繊維１０を少なくとも部分的に含んで形成された網を有して不織素材によって形成されているかに関わらず、微粒子、音および流体を濾過および/または吸収する容量を増大して機能させることができる。

繊維１０は最初は、上記に述べた幾何学的特徴を有する第１の素材から押し出される内側繊維１１が中心軸１２と一致して押し出され、外側被覆２８が後に共押出と称される、第１の素材の周りの第２の素材から同時に押出される、二成分要素の共押出として形成される。外側被覆２８は、第１および第２の溝部２０、２６の全体を満たすか、少なくとも部分的に満たすかにより全体として封入しても、部分的に封入してもよく、第１および第２の素材は異なる種類の素材である。第１の素材は例として限定なくポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、熱可塑性ウレタン、共ポリエステルあるいは液晶ポリマーなどの標準的な熱可塑性樹脂材料から押し出されてもよい。第２の素材はポリアクチド（ＰＬＡ)、共ポリエステル（ＰＥＴＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、又は水溶性熱可塑性ポリマーなど、しかしこれらに限定されない犠牲的な熱可塑性樹脂から押し出される。そのようなものとして、二成分繊維１０を押出す際に、押し出された繊維１０が固化し、編成、織る、編組に拘わらず織物素材のような所望の最終製品が形成された直後またはその後の所望の時に外側被覆２８は容易に溶解する。したがって、繊維１０はまず概ね長円形または平坦な断面を含む円形の断面を有する概ね標準モノフィラメントとして加工でき、その後最終製品を形成した後、外側被覆２８は溶解して封入された内側繊維１１は露出される。そのようなものとして、織物の内に内側繊維１１の加工は容易にでき、標準的なモノフィラメントと共に、その後外側被覆２８を内側繊維１１から取り除くことにより、より複雑な形状の内側繊維１１が露出される。外側被覆２８を溶解するために、第２の素材の素材内容に応じて、ＮａＯＨ、酸あるいはエクセバールのような水溶性ポリマーなどの任意の適切な溶媒が使用でき、外側被覆を溶解するのに水を用いてもよい。

図６に示されるように、製造効率改善のために、複数の繊維１０が単一の犠牲的な外側被覆２８内に共に押出され、外側被覆２８が取り除かれるとすぐに、個々の繊維１０が個々に使用のために露出される。

内側繊維１１の中心部１６は円形、楕円形またはその他の任意の所望の断面形状を有するように形成可能である。脚部１４は中心部１６から中心部１６の全長に沿って径方向外側に延び、後に第１の側面３０で参照される対向側面を有する。それぞれの脚部１４の第１の対向側面は第１の頂部１８に向かって収束する。それぞれの対向側面３０は少なくとも１つのそこから横方向外側に延びる複数の腕部２２として示される。腕部２２は脚部１４の全長に沿って延び、そこから後に第２の側面３２として参照され、第２の頂部２４に向かって収束する対向側面を有する。したがって、それぞれの脚部の表面積はそこから外側に延びる腕部を有しない脚部と比較してそこから外側に延びるそれぞれの腕部２２の側面によって提供される追加的な面積によって増加する。脚部１４と腕部２２は図２Ａ、２Ｂに示されるように任意の所望の形状または輪郭を有して良く、脚部１４はそこから外側に延びる腕部２２の波状パターンの結果、概ね蛇行またはジグザグ形状で、さらに図３Ａ、図３Ｂに示されるように脚部１４は概ね三角形状で、対向側面３０から外側に延びる腕部２２は概ね互いに鏡像関係にある。また脚部１４、腕部２２および関連する第１および第２の溝部２０、２６の数は所望のように適用でき、さらに脚部１４、腕部２２および関連する第１および第２の溝部２０、２６の深さおよび高さは適用例に合わせて約２００−１０００ナノメートルといったナノサイズである。

上記教示の観点から、現在の発明の多くの修正や変形が可能である。そこで本発明は具体的に説明したものと異なって実施されてもよく、本発明の範囲は最終的に許可された請求の範囲によって定義されることが理解されるべきである。

Claims (11)

1. 高表面積繊維であって、
   長手方向の中心軸に沿って延びる細長い内側繊維を備え、前記内側繊維は概ね互いにまた前記中心軸との関係で平行に縦に延びる複数の細長い脚部を有し、それぞれの前記脚部は前記中心軸から第１の頂部に向けて径方向外側に延び、前記脚部は隣接する脚部の間に延びる第１の溝部によって互いに周方向に離間され、前記脚部のうちのいくつかはそこから横方向外側に延びる突起部を有し、それぞれの前記突起部は第２の頂部に向けて延び、前記突起部は隣接する突起部の間に延びる第２の溝部によって離間され、
   前記第１および第２の溝部を少なくとも部分的に満たす外側被覆を備える、高面積繊維。
2. 前記突起部が概ね互いにまた前記中心軸との関係で平行に縦方向に延びる、請求項１に記載の前記高表面積繊維。
3. それぞれの脚部が第１の対向側面を有し、それぞれの前記第１の対向側面がそこから外側に延びる複数の前記突起部を有する、請求項１に記載の前記高表面積繊維。
4. それぞれの脚部の前記対向側面が前記第１の頂部に向かって収束する、請求項３に記載の前記高表面積繊維。
5. それぞれの突起部が前記第２の頂部に向かって収束する第２の対向側面を有する、請求項４に記載の前記高表面積繊維。
6. 前記内側繊維が前記中心軸と一致して延びる第１の素材で形成され前記外側被覆が第２の素材で形成され、前記第１および第２の素材は異なる、請求項１に記載の前記高表面積繊維。
7. 前記第２の素材が水溶性である、請求項６に記載の前記高表面積繊維。
8. 高表面積繊維の構築方法であって、
   第１の素材から内側繊維を押出すステップを備え、前記内側繊維は長手方向の中心軸に沿って概ね互いにまた前記中心軸との関係で平行に前記内側繊維に沿って縦に延びる複数の脚部を備えて延び、それぞれの前記脚部は前記中心軸から第１の頂部に向けて隣接する脚部の間に第１の溝部を形成して径方向外側に延び、前記脚部のうちの少なくともいくつかはそこから横方向外側に延びる突起部を有し、それぞれの前記突起部は隣接する突起部の間に第２の溝部を形成しながら第２の頂部に向けて延び、
   前記内側繊維に対し外側被覆を押出すステップを備え、前記外側被覆は前記第１の素材とは異なる第２の素材で形成され、前記外側被覆は前記第１および第２の溝部を少なくとも部分的に満たす、高表面積繊維の構築方法
9. 第１の対向側面を有するそれぞれの脚部を押出すステップと、それぞれの前記第１の対向側面から外側に延びる複数の突起部を押出すステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の頂部に向かって収束するそれぞれの脚部の前記対向側面を押出すステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第２の頂部に向かって収束する第２の対向側面を有するそれぞれの突起部を押出すステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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