JP2017515010A - 不織ウェブ - Google Patents
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Abstract
Description
不織布は、糸の状態に変換されず、機械的、流体力学的、熱的又は化学的手段によって互いに結合された天然及び/又は人造繊維又はフィラメント(紙を除く)のシート、ウェブ又はバットとして定義される。
図1を参照すると、不織ウェブ12を製造する装置10が示されている。不織ウェブ12は、高い嵩高性を有するのが良い。小さな固体ペレットの形態をしたポリマー樹脂14をホッパー16に入れ、次に導管18に通して押出機20まで送る。押出機20内では、ポリマー樹脂14を高い温度まで加熱する。温度は、ポリマーの特定の組成及び溶融温度に応じて様々であろう。通常、ポリマー樹脂14をその溶融温度又はこれよりも高い温度まで加熱する。加熱したポリマー樹脂14を溶融材料(ポリマー)22に変換し(図2参照)、次にこれを導管24に通してスピナレット本体52が固定されているダイブロック26まで送る。
図1、図2及び図11を参照して不織ウェブ12の形成方法又はプロセスについて説明する。この方法は、溶融材料22(ポリマー)を形成するステップとダイブロック26に通して溶融材料(ポリマー)を差し向けるステップとを含む。溶融材料22(ポリマー)は、ホモポリマーであっても良く又は2種類の互いに異なるポリマーであっても良く、各ポリマーは、ノズル58の或る特定の群に差し向けられる。望ましくは、溶融材料22(ポリマー)は、ポリプロピレンである。溶融材料22(ポリマー)をダイブロック26の上流側で、通常は押出機20内で少なくとも約170℃の温度まで加熱する。ダイブロック26は、キャビティ30及びキャビティ30に連結された入口28を有する。入口28は、溶融材料22をダイブロック26中に運び込む。また、加圧ガス(空気)をスピナレット本体52まで運ぶ1つ又は2つ以上のガス通路32,32がダイブロック26を貫通して形成されている。ガス通路32,32(2つが図示されている)の各々は、内径dを有する。インサート34は、ガス通路32,32の各々の中に位置決めされている。各インサート34,34は、内周部又は内径d1及び外周部又は外径d2を有する。各インサート34,34の外径d2の大部分は、ガス通路32,32の各々の内径dよりも小さく、それによりこれらの間にはチャンバ48が形成されている。スピナレット本体52がダイブロック26に固定されている。スピナレット本体52は、ガスチャンバ54及び1つ又は2つ以上のガス路56,56(2つが示されている)を有し、これらガス路56,56は、ガスチャンバ54をガス通路32,32に連結している。スピナレット本体52は、複数のノズル58及びこれらノズルに固定された複数本の静止ピン62を有し、複数のノズル58及び複数本の静止ピン62は、複数個のロウ64及び複数個のコラム66から成るアレイの状態にグループ化され、アレイは、周囲68を有する。
上述した装置10で製造された不織ウェブ12は、溶融材料22(ポリマー)で作られた複数本の繊維98を含む。望ましくは、溶融材料22(ポリマー)はホモポリマーである。より望ましくは、溶融材料22(ポリマー)はポリプロピレンである。オプションとして、不織ウェブ12は、2種類又は3種類以上の互いに異なるポリマー樹脂で形成できる。さらに、不織ウェブ12は、2成分繊維を含むことができる。
1.本発明の不織ウェブ
ウィスコンシン州54942‐8635グリーンビル、スート・B、N992クオリティ・ドライブに営業所を持つバイアックス‐ファイバーフィルム・コーポレーション(Biax-FiberFilm Corporation)により製造された多列スピナレット52,52が固定されている2つの25°ダイを有するパイロットラインを用いて以下の不織サンプルを製造した。各スピナレット52,52は、全部で4,150個のノズルを有し、各ノズルは、0.305mmの内径d3を有していた。各ノズル58は、加圧ガス(空気)が流出することができる外側部材78の第1の拡大開口部80によって包囲されていた。第1の拡大開口部80の各々の内径d6は、1.4mmであった。比較として、バイアックス‐ファイバーフィルム・コーポレーションによって製造された典型的な市販のスピナレットは、1メートル当たり約6,000個〜約11,000個のノズルを有することができる。従来のメルトブローン材料22(ポリマー)を互いに異なる供給業者から得たが、処理条件及びシステムパラメータは、表1に開示されている。
上述のパイロットラインを用いて数種類の不織ウェブを作った。
3種類の互いに異なるポリマー樹脂を用いた。第1のポリマー樹脂は、商標名Achieve 6936G1で市販されているエクソンモービル(ExxonMobil)社製のポリプロピレン(PP)樹脂であった。エクソンモービル・ケミカル(ExxonMobil Chemical )社は、テキサス州77079‐1398、ヒューストン、ケーティ・フリーウェイ13501に営業所を有する。Achieve 6936G1は、210℃及び2.16kgで米国標準試験方法(ASTM)D1238に準拠して1,550グラム/10分(g/10分)のメルト流量を有する。第2のポリマー樹脂は、エクソンモービル(ExxonMobil)ポリプロピレン‐PP3155であった。PP3155は、210℃及び2.16kgで米国標準試験方法(ASTM)D1238に準拠して35g/10分のメルト流量を有する。第3のポリマー樹脂は、リヨンデルバセル(LyondellBasell)によって市販されているMetocene MF650W であった。リヨンデルバセルは、テキサス州77010、ヒューストン、マッキニー・ストリート1221、スート700、リヨンデルバセル・タワーに営業所を有する。Metocene MF650W は、210℃及び2.16kgで米国標準試験方法(ASTM)D1238に準拠して500g/10分のメルト流量を有する。互いに異なるサンプルのプロセス条件は、表1に開示されている。
3.1坪量
坪量は、単位面積当たりの質量として定義されており、坪量は、1平方メートル当たりのグラム(g/m2)又は1平方ヤード当たりのオンス(osy)という単位で測定可能である。坪量試験をASTM規格ASTM D3776と同等のINDA規格IST130.1に従って実施した。INDAは、“Association of the Non-Woven Fabrics Industry ”(不織布業協会)の略語である。10個の互いに異なるサンプルを不織布中の互いに異なる場所からダイカットしたが、各サンプルは、100平方センチメートル(cm2)に等しい個々の面積を有していた。高感度天秤を用いてこの天秤上で重さの±0.1%以内で各サンプルの重量を測定した。平均重量に100を乗算することにより坪量をグラム/平方メートル(g/m2)の単位で測定した。
繊維の形態学的特徴及び製造された不織ウェブの繊維直径分布を検査するため、サンプルを金の10ナノメートル(nm)の薄い層でスパッタコーティングし、そしてオランダ国9652AMアイントホーフェン、ディレンバーグストラート9Eに営業所を持つフェノム・ワールド・BV(Phenom World BV )によって製造された走査型電子顕微鏡モデルSEM、Phenom G2 で分析した。電子ビームについて5キロボルト(kV)の加速電圧下でイメージを500×倍率及び1500×倍率で撮影した。Image J ソフトウェアを用いて繊維直径を測定した。“Image J ”は、アメリカ国立衛生研究所で開発した公有財産であるJava(登録商標)準拠イメージ処理プログラムであり、これをhttp://imagej.nih.gov/ij/ からダウンロードすることができる。各サンプルについて少なくとも100の個々の繊維直径を測定した。
破断力は、破損又は破断させるために支持された不織ウェブに加えられる最大力として定義される。不織ウェブのような延性材料に関し、不織ウェブは、破断前に最大の力を受ける。引張り強さをINDA規格IST 110.4(95)と同一であるASTM規格D5035‐90に従って測定した。不織ウェブの引張り強さを測定するために、各不織ウェブからの6個の試料ストリップを不織ウェブの幅方向に互いに異なる場所で切欠いたが、各ストリップは、25.4ミリメートル(mm)×152.4mm(1インチ×6インチ)の寸法を有していた。各ストリップを引張り試験機のジョー相互間にクランプし、この引張り試験機は、スウィング・アルバート・テンシル・テスタ(Thwing Albert Tensile Tester)であった。クランプは、10インチ(25.4cm)/分の一定伸張速度でストリップを引っ張った。平均破断力及び破断力での平均伸び百分率を不織ウェブの幅当たり坪量当たりのグラム力(gf/gsm/cm)の単位で各不織布について記録した。
不織布の通気度は、特定の圧力降下での布の面積を通る測定空気流量である。アクストロン・エア・パーミアビリティ・テスタ(Akustron Air Permeability Tester)を用いて125Paに等しい圧力降下で繊維マットについて通気度を測定した。各マットについて10個の測定値を記録し、平均値は、本明細書に記録されている。通気度を測定するこの方法は、フレージャー(Frazier )型通気度試験方法又はASTM D737試験方法と均等である。
この実施例では、本発明者は、ウェブ特性に対するスピニング技術の作用効果を見ていた。同一のポリマー樹脂を用いて3つの互いに異なる不織ウェブを製造した。3つ全ては、同一の坪量を有していたが、異なるスピナレット設計及び異なる処理条件を用いて各不織ウェブを紡糸した。表2に示されているように、バイアックス(Biax)多列スピナレット設計を用いてサンプルS‐1を製造したが、このバイアックス多列スピナレット設計は、空気断熱インサート34又は第1の拡大開口部80の周囲84を包囲する空気囲いカーテン(第2の拡大開口部82)を備えていなかった。従来型メルトブローン法を用いてサンプルS‐2を製造したが、この従来型メルトブローン法は、傾斜した空気ジェットと共に一線をなすだけのノズルを有していた。本発明の方法を用いてサンプルS‐3を製造した。
この第2の実施例では、本発明の方法によって製造されたサンプルS‐5と従来型メルトブローン法によって製造されたサンプルS‐4及び従来型スパンボンド法により製造されたサンプルS‐6と比較した。3つのサンプルを作ったが、各サンプルは、同一の坪量を有していた。表3に示されているように、サンプルS‐5の特性は、メルトブローンウェブS‐4の特性とスパムボンドS‐6の特性のほぼ真ん中であった。表3は又、サンプルS‐5(本発明の方法を用いて製造された)の通気度は、従来型メルトブローンサンプルS‐4と従来型スパンボンドサンプルS‐6とのほぼ真ん中にあることを示している。これにより、本発明者の新規な技術がメルトブローン繊維とほぼ同じ細い繊維直径を有するが、スパンボンド繊維と比較して強固である不織ウェブを製造することができるということが分かる。
表3:実施例2のサンプル性能
Claims (20)
- 溶融ポリマーで作られた複数本の繊維で構成されている不織ウェブであって、前記繊維は、平均繊維直径が約0.5ミクロンから約50ミクロンまでの範囲にあり、坪量が少なくとも約0.5gsmであり、縦方向に測定された引張り強さが約12gf/gsm/cm不織ウェブ幅から約100gf/gsm/cm不織ウェブ幅までの範囲にある、不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、約1ミクロンから約30ミクロンまでの範囲にある、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、約1ミクロンから約20ミクロンまでの範囲にある、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、約1ミクロンから約10ミクロンまでの範囲にある、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記溶融ポリマーは、ホモポリマーである、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記不織ウェブは、2つの互いに異なるポリマー樹脂から作られている、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記不織ウェブ中の前記複数本の繊維は、約0.9ミクロンから約5ミクロンまでの範囲にある標準偏差を有する、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、ランダムに配置されている、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、機械的に結合されている、請求項8記載の不織ウェブ。
- 溶融ホモポリマーで作られた複数本の繊維で構成されている不織ウェブであって、前記繊維は、平均繊維直径が約0.5ミクロンから約50ミクロンまでの範囲にあり、坪量が少なくとも約0.5gsmであり、縦方向に測定された引張り強さが約12gf/gsm/cm不織ウェブ幅から約80gf/gsm/cm不織ウェブ幅までの範囲にある、不織ウェブ。
- 前記繊維は、流体力学的に結合されている、請求項10記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、熱的に結合されている、請求項10記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、化学的に結合されている、請求項10記載の不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、約1ミクロンから約10ミクロンまでの範囲にあり、前記引張り強さは、約13gf/gsm/cm不織ウェブ幅から約70gf/gsm/cm不織ウェブ幅までの範囲にある、請求項10記載の不織ウェブ。
- 前記ホモポリマーは、ポリプロピレンである、請求項10記載の不織ウェブ。
- 溶融ホモポリマーで作られた複数本の繊維で構成されている不織ウェブであって、前記繊維は、平均繊維直径が約1ミクロンから約50ミクロンまでの範囲にあり、坪量が少なくとも約1gsmであり、縦方向に測定された引張り強さが約15gf/gsm/cm不織ウェブ幅から約50gf/gsm/cm不織ウェブ幅までの範囲にある、不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、約1ミクロンから約30ミクロンまでの範囲にある、請求項16記載の不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、約1ミクロンから約15ミクロンまでの範囲にある、請求項16記載の不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、約1ミクロンから約10ミクロンまでの範囲にある、請求項16記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、ランダムに配置され且つ機械的に結合されている、請求項16記載の不織ウェブ。
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