JP2022550725A - 靭皮繊維、それを用いて製造された布及び関連する製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、靭皮繊維の投入を提供し、靭皮繊維の水分含有率を約１０重量％～約４０重量％の範囲になるように調整して、繊維マットを形成し、繊維マットを一対の加熱された捲縮ロールに接触させて、１センチメートル当たり約１～約１０個のクリンプを有する捲縮靭皮繊維を提供することを含む、捲縮靭皮繊維を提供する方法に関する。本発明はさらに、少なくとも５％の捲縮靭皮繊維を含む不織布を提供する。これらの不織布中の靭皮繊維の捲縮は、様々な不織製品用途での性能に関連した望ましい特性を有する、ドライレイド、エアレイド、又はウェットレイド不織布を形成するのに有益である。

Description

本発明は、天然セルロース繊維、天然セルロース繊維の少なくとも一部を含有する不織布、及びそのような不織布の製造方法に関する。より具体的には、本発明は、靭皮繊維を含有する不織布に関する。

植物由来のセルロース繊維は、伝統的な織布及びニット織物の両方、並びに不織繊維製品を製造するために長い間使用されてきた。一般に、天然セルロース繊維は、綿及びカポックなどの種子繊維、アバカ及びサイザル麻などの葉繊維、亜麻、麻、ジュート及びケナフ麻などの靭皮繊維の３種類の基本型のものである。種子繊維は柔らかいことで知られており、綿繊維の長さと組合せることにより、特に衣類のための糸及び布の製造に非常に望ましいものとなった。一般により粗くて硬い靭皮繊維及び葉繊維は、歴史的には、ロープ、網及びマットのためにより多く使用される傾向があった。

動物の毛及び繊維、並びに絹とともに、天然セルロースは何世紀にもわたって繊維製品の加工の繊維源であった。これらの世紀を通じて、繊維製品及び繊維の開発は、新しい又は向上した特性を提供したり、加工効率を向上させたりするためにこれらの材料を改変したいという願望によって動機づけられてきた。これの多くは、繊維の加工を改善する機械的手段又は繊維の特性を改善する栽培に頼っていたが、化学は染色による繊維の審美性、及び天然繊維の表面に関連する特定の化学物質を除去するために洗毛又は浸水することによる柔軟性を改善するためにも用いられた。

天然繊維で達成できたものを超えた特性及び経済性を有する繊維の必要性及び科学的関心が残された。１８４６年のレーヨンの発明は合成繊維の発達の始まりを示した。自然物を発明の促進として用いて、再生セルロースであるレーヨンを開発し、絹繊維のより費用効果の高い代替物とした。１９００年代、石油化学をベースとした合成繊維の開発により、いくつかの主要な例を挙げると、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアラミド繊維及びポリオレフィン繊維などの、産業の変化をもたらす発明が生まれた。ポリマー化学に特異な性質をもつ合成繊維のリストは、人間の産業の全域にわたって一般的に使用されている繊維系材料の拡大を支持した。この使用拡大により、何世紀にもわたって使用されてきた繊維製品の種類の製品のほか、２０世紀及び２１世紀の技術的要請により産み出された新製品の改良が同時に行われるようになった。

従来の繊維製品形成技術は、そのような布を織り込み、編み込むための核となる製糸方法の一部として、繊維を分離し、個別化し、整列させる手段として、長い間カーディング（ｃａｒｄｉｎｇ）に頼ってきた。実際、繊維束を繰り返しくしで梳くというカーディングの本質的な側面は同じままであるが、工業化された改良により、最終製品の均一性が高まり、製造コストが改善されると共に、加工速度が上がった。

繊維の高速カーディングにより、不織繊維製品技術の拡大及び使い捨て手術着及び乳児用おむつ及びフィルターなどの手頃な単回使用繊維系製品の開発が支持された。スパンボンド及びメルトブローイングなど、石油系ポリマー樹脂から直接不織繊維製品を製造することを可能にする他の不織布技術は、不織繊維製品産業及びその産業からの商業製品において確固たる地位を獲得しているが、カーディング方法により製造される製品に対する必要性及び要望は依然として残っている。

例えば、カーディング対スパンボンディングの利点の中には、ブレンド中の各繊維の種類に由来する機能的利点を有する布を製造する目的で、２種以上の繊維を容易に一緒にブレンドする能力がある。例えば、強いが、疎水性であるポリエステル繊維を、より弱いが、親水性のレーヨン繊維とブレンドして、同等のレーヨン不織布よりも強いが、流体を容易に吸収する能力を有する不織布を製造することができる。

特定の不織繊維製品技術は、標的機能を有する繊維系製品を好ましい価格で生産する能力が長い間評価されてきた。ある種の不織布製造方法の製造において選択された繊維をブレンドする能力は、特定の性能及び審美的特性を有する不織布を製造するために、天然及び合成繊維の両方に対する強い必要性及び関心を促進する。さらに、合成繊維は繊維産業において大きな存在を維持しているが、今日産業の多くの局面で一般的なテーマである持続可能性及びカーボンフットプリントの問題も、伝統的な産業及び不織繊維製品産業の両方において焦点となっている。

そのために、セルロース系は不織繊維製品製造で最も好まれる天然繊維である。綿は伝統的な繊維製品に用いられるこれらの中で最も一般的なものであるが、綿繊維は、ドライレイド（ｄｒｙｌａｉｄ）不織布を製造するために用いられる現在の高速カードには適合しない。木材パルプは、不織布に使用される別のセルロース系繊維であるが、Ａｎｄｅｒｓｏｎらの米国特許第４，１００，３２４号及びＫｉｍｂｅｒｌｙ－Ｃｌａｒｋに譲渡された他のものに記載されているように、熱可塑性ポリマーの溶融物から紡がれる繊維を形成する流れの中でパルプ繊維をブレンドし、吸収性製品を作る場合、特殊紙及び適合と呼ばれる特殊な種類の不織布技術を超えた使用が制限されてきた。

靭皮繊維は、植物源から回収されたときには実質的に直線状である。しかし、ほとんどの不織布加工、特にカーディングのようなドライレイド技術は、良好な効率及び結果として生じる布の特性を伴う高速処理を支持するために繊維対繊維の凝集のレベルを必要とする。表面摩擦に加えて、この凝集は繊維形状における一種の三次元（３－Ｄ）形状に関係し、個々の繊維の長さに沿ったうねり又は波打ちとして容易に説明される。合成繊維製造では、クリンプの幾何学的性質が繊維に課せられている。自然界では、遺伝的特徴及び成長条件は、例として、綿繊維に渦巻として表される１種のクリンプ又は「ねじれたリボン」として表される一種のクリンプ、及び羊毛にコイル状の構成を誘発する。特に不織布加工では、繊維クリンプが生産効率、及びその結果生じる布の特性、例えば、２つ、３つ挙げると、布のバルク、バルクの安定性、摩耗抵抗に影響を及ぼすことが知られている。さらに、ある種の不織布加工技術には、許容可能な効率で処理し、得られた布に良好な機能性を提供するために、ある種の最小繊維長が必要となる。

天然及び人工ステープル繊維のための不織ウェブ形成方法は、ウェットフォーミング及びドライフォーミングを含む。ウェットフォーミングは製紙工程と類似しており、典型的には長さ６～１０ｍｍの天然繊維及び長さ２～４ｍｍの木質繊維を提供する。

したがって、加工及び布の特性を補助するために、繊維対繊維の凝集性を改善した、平均繊維長６ｍｍを超える、最大１００％の濃度の天然靭皮繊維を使用する不織布が必要である。

米国特許第４，１００，３２４号明細書

繊維が天然では直線状であり、天然のクリンプの欠如のために繊維対繊維の凝集性が乏しく、ある種の不織布形成方法で採用した場合には、それらの繊維の最適に満たない加工をもたらすことが、靭皮繊維の知られた特徴である。これらの方法は、繊維のランダムな配列の形成における繊維－繊維接触に依存し、不織布の基本構造を形成し、それにより最終的な繊維形態における強度及び完全性に寄与する。繊維が直線状で滑らかな場合、それらの繊維の表面摩擦が不十分であるため、製造中の廃棄物として繊維が過剰に失われる可能性がある。さらに、繊維の得られたランダムな配列において直線状繊維が他の繊維から解離し、それにより強度及び完全性が低下した布構造が生じる可能性がある。

特定の実施形態において、本開示は、靭皮繊維の投入を提供し、靭皮繊維の水分含有率を約１０重量％～約４０重量％の範囲になるように調整して繊維マットを形成し、繊維マットを一対の加熱された捲縮ロールと接触させて、１ｃｍ当たり約１～約１０クリンプというクリンプを有する捲縮靭皮繊維を提供し、該対の加熱された捲縮ロールは、繊維マットの上側に近接して配置されと第１の捲縮ロールと、繊維マットの下側に近接して配置された対向する第２の捲縮ロールを含む、捲縮靭皮繊維を形成する方法を利用することにより、不織布の形成に使用するための靭皮繊維の上記の欠点に対処するための解決策を提供する。

いくつかの実施形態において、本明細書に開示されている方法は、加熱された捲縮ロールに接触する前に繊維マットを圧縮することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、前記対の加熱された捲縮ロールは、約１００℃～約２５０℃、例えば、約１２０℃～約１８０℃、又は約１３０℃～約１７０℃の温度を維持する。いくつかの実施形態において、前記対の加熱された捲縮ロールは、直線１インチ当たり約５ｌｂ_ｆ～直線１インチ当たり約１００ｌｂ_ｆの力を繊維マットに加えるように構成される。いくつかの実施形態において、接触工程は、２対以上の加熱された捲縮ロールを含むことができる。

いくつかの実施形態において、捲縮靭皮繊維中のクリンプは、実質的に三角形の形状である。いくつかの実施形態において、クリンプの先端から測定されたときに、クリンプは、約３０℃～約１５０℃、例えば、約６０°～約１２０°の範囲のクリンプ角度を有する。

さらなる実施形態では、開示された方法は、接触工程後の捲縮靭皮繊維の総重量に基づいて、約５％～約２０％の水分含有率まで、捲縮靭皮繊維を乾燥させることをさらに含むことができる。いくつかの実施形態において、開示された方法は、さらに、水分含有率を調整する前に、開繊し、靭皮繊維の投入密度を調整するように構成された開繊機に靭皮繊維をかけることを含むことができる。いくつかの実施形態において、開示された方法は、開繊程後かつ水分含有率を調整する前に、空気分離器を用いて、開繊された靭皮繊維から過剰な空気を抜き出すことをさらに含むことができる。

いくつかの実施形態では、平均で繊維長１ｃｍ当たり少なくとも１つのクリンプのクリンプレベルを提供するように処理され、繊維長１ｃｍ当たり１０クリンプもの多くのクリンプを有し得る天然靭皮繊維を約５％～約１００％組み込む不織布を製造することができる。そのように製造され、クリンプレベルを示す不織布中の捲縮靭皮繊維の大部分は、少なくとも６ｍｍの平均長を有することが、本開示の一態様である。

植物源から回収されたときには束状に個々の繊維を一緒に接着している天然のペクチンが、不織布形成方法で使用されるように靭皮繊維が個別化されて不織布を製造するのに十分な尺度で除去されるように、全ての形態で記載された靭皮繊維が、処理されていることが、本開示のさらなる態様である。繊維からのペクチンの除去は、種々の従来技術、例えば、酵素又は化学ベースの洗浄を用いて達成することができる。

クリンプを課す機械的又は化学的処理は個々の繊維処理ではなくバルク方式であるため、１ｃｍ未満の与えられた単一繊維がその長さに沿って少なくとも１クリンプを有することができることが、前記クリンプレベルを課す手段の特徴である。そのようなクリンプは、ドライレイド、エアレイド（ａｉｒｌａｉｄ）及びウェットレイド（ｗｅｔｌａｉｄ）を含む不織布形成方法を経たこれらの捲縮靭皮繊維の処理の改善と関連し、その処理の製品における布の特性の改善をもたらす。

別の実施形態では、靭皮繊維不織布は、天然靭皮繊維の複数の供給源からの捲縮靭皮繊維を含むことができる。

本発明の靭皮繊維不織布中の靭皮繊維の一部は、繊維の長さ１センチ当たり１クリンプ未満のクリンプレベルを有し得ることが本開示の実施形態である。

本開示のいくつかの実施形態において、靭皮繊維不織布は、布の重量に基づいてそれらの靭皮繊維の少なくとも５％～１００％のレベルで捲縮靭皮繊維を含み、ここで、布重量の残余は９５％～０％の他の天然繊維又は合成繊維であり、これらの繊維は単一の種類の繊維であっても、２種以上の繊維種のブレンドであってもよい。本発明の靭皮繊維を含む不織布の特定の実施形態は、靭皮繊維が平均して１ｃｍ当たり約１～約１０クリンプを有するが、実質的に直線状靭皮繊維を用いて製造された類似の布よりもバルク及びバルクの安定性が改善されたことを実証する。

本開示のいくつかの実施形態において、靭皮繊維不織布は、ドライレイド加工又はエアレイド加工又はウェットレイド加工を含む形成方法によって製造され得る。ドライレイド（ｄｒｙ－ｌａｉｄ）、エアレイド（ａｉｒ－ｌａｉｄ）、ウェットレイド（ｗｅｔ－ｌａｉｄ）とも表され得るドライレイド、エアレイド、ウェットレイドという用語は、広い意味であり、それぞれに様々な設備、方法、手段を含むことが業界では知られている。ドライレイド、エアレイド、ウェットレイドの使用は限定的なものではなく、それぞれが製造手段のための単一の工程を規定するものではない。

ドライレイド、エアレイド又はウェットレイド布形成方法の製品は、本明細書に含まれる靭皮繊維不織布の最終的な物理的及び審美的特性のいくつかを提供するために、熱的、機械的、又は化学的手段によって接合（強化又は安定化と呼ばれることもある）され得ることは、本開示のさらなる態様である。

熱接合手段には、空気結合又はカレンダー加工を介する熱点接合が含まれるが、これらに限定されない。機械的結合手段には、ニードルパンチ又は水流絡合が含まれるが、これらに限定されない。接着結合手段には、浸漬絞り、グラビアロール、水煙及び泡を含むが、これらに限定されるものではない手段によって塗布される液体接着剤が含まれ、また、熱融解塗布、及び接着粉末塗布が含まれる。

本開示で利用される靭皮繊維は、機械的洗浄又は化学的洗浄により個別化することができる。

いくつかの実施形態において、靭皮繊維は、クリンプ保持を改善するために、捲縮前に様々なコーティング（例えば、塩、ポリマー、樹脂など）で任意に前処理することができる。

本開示は、限定されるわけではないが、以下の実施形態を含む。

実施形態１：１センチメートル当たり約１～約１０個のクリンプというクリンプを有する捲縮された植物系繊維。

実施形態２：植物系繊維が靭皮繊維である、実施形態１の捲縮された植物系繊維。

実施形態３：植物系繊維が、亜麻、麻、ジュート、カラムシ、イラクサ、レダマ、ケナフ植物、又はそれらの任意の組合せから引き出される、実施形態１～２の捲縮された植物系繊維。

実施形態４：捲縮靭皮繊維が、洗浄され、天然のペクチンが除去されている、実施形態１～３のいずれかに記載の捲縮された植物系繊維。

実施形態５：個々のクリンプが、クリンプの先端から測定して約３０°～約１５０°の範囲のクリンプ角度を有する、実施形態１～４のいずれかに記載の捲縮された植物系繊維。

実施形態６：実施形態１～５のいずれか１つによる複数の捲縮された植物系繊維を含む不織布。

実施形態７：不織布が、５～１００重量％の捲縮靭皮繊維を含む、実施形態６に記載の不織布。

実施形態８：天然ステープル繊維、人工ステープル繊維、又はそれらの組合せをさらに含み、ステープル繊維が捲縮されているか、されていない、実施形態６～７のいずれかに記載の不織布。

実施形態９：不織布中の個々のクリンプが実質的に三角形の形状である、実施形態６～８のいずれかに記載の不織布。

実施形態１０：靭皮繊維の投入を提供し、靭皮繊維の水分含有率を約１０重量％～約４０重量％の範囲になるように調整し、靭皮繊維を繊維マットに形成し、繊維マットを一対の加熱された捲縮ロールに接触させることなどにより繊維マット中の繊維を捲縮して、１ｃｍ当たり約１～約１０クリンプというクリンプを有する捲縮靭皮繊維を提供し、該対の加熱された捲縮ロールは、繊維マットの上側に近接して配置された第１の捲縮ロールと、繊維マットの下側に近接して配置された対向する第２の捲縮ロールを含む、捲縮靭皮繊維を形成する方法。

実施形態１１：加熱された捲縮ロールに接触する前に繊維マットを圧縮することをさらに含む、実施形態１０に記載の方法。

実施形態１２：前記対の加熱された捲縮ロールが、約１００℃～約２５０℃の間の温度を維持する、実施形態１０～１１のいずれかに記載の方法。

実施形態１３：前記対の加熱された捲縮ロールが、直線１インチ当たり約５ｌｂｆ～直線１インチ当たり約１００ｌｂｆまでの力を繊維マットに加えるように構成される、実施形態１０～１２のいずれかに記載の方法。

実施形態１４：接触工程が、一対以上の加熱された捲縮ロールを含む、実施形態１０～１３のいずれかに記載の方法。

実施形態１５：捲縮靭皮繊維中のクリンプが実質的に三角形の形状である、実施形態１０～１４のいずれかに記載の方法。

実施形態１６：クリンプが、クリンプの先端から測定して、約３０°～約１５０°の範囲のクリンプ角度を有する、実施形態１０～１５のいずれかに記載の方法。

実施形態１７：接触工程に続いて、捲縮靭皮繊維を、捲縮靭皮繊維の総重量に基づいて、約５％～約２０％の水分含有率まで乾燥させることをさらに含む、実施形態１０～１６のいずれかに記載の方法。

実施形態１８：さらに、水分含有率を調整する前に、開繊し、靭皮繊維の投入密度を調整するように構成された開繊機に靭皮繊維をかけることを含む、実施形態１０～１７のいずれかに記載の方法。

実施形態１９：開繊工程後かつ水分含有率を調整する前に、空気分離器を用いて、開繊された靭皮繊維から過剰な空気を抜き出すことをさらに含む、実施形態１０～１８のいずれかに記載の方法。

実施形態２０：捲縮靭皮繊維を少なくとも約５重量％含む不織布を形成することをさらに含む、実施形態１０～１９のいずれかに記載の方法。

実施形態２１：不織布を形成することが、ドライレイド処理、エアレイド処理、又はウェットレイド処理を含む、実施形態１０～２０のいずれかに記載の方法。

実施形態２２：調整工程が、靭皮繊維を空気乾燥に供して所望の水分含有率を達成することを含む、実施形態１０～２１のいずれかに記載の方法。

実施形態２３：調整工程が、靭皮繊維を蒸気調整に供して所望の水分含有率を達成することを含む、実施形態１０～２２のいずれかに記載の方法。

実施形態２４：蒸気調整工程が、繊維マットを大気圧で飽和蒸気と接触させることを含む、実施形態１０～２３のいずれかに記載の方法。

実施形態２５：水分含有率を調整する前に、靭皮繊維の密度を調整して、密度制御繊維を提供することをさらに含む、実施形態１０～２４のいずれかに記載の方法。

実施形態２６：第１の捲縮ロール及び第２の捲縮ロールを含む少なくとも１組の捲縮ロールを含み、第１及び第２の捲縮ロールが互いに近接して配置され、その間で繊維マットを圧縮するように適合され、各捲縮ロールはその外面に複数の溝を有し、複数の溝は約３０～約１５０度の角度を有する、捲縮装置。

実施形態２７：第１及び第２の捲縮ロール間の領域に圧縮力を加えるように配置された少なくとも１つの空気圧シリンダをさらに含む、実施形態２６に記載の捲縮装置。

実施形態２８：圧縮力が直線１インチ当たり少なくとも５ｌｂｆである、実施形態２６～２７のいずれかに記載の捲縮装置。

実施形態２９：第１及び第２の捲縮ロールの少なくとも１つが加熱される、実施形態２６～２８のいずれかに記載の捲縮装置。

実施形態３０：第１及び第２の捲縮ロールの少なくとも１つが約１００℃～約２５０℃の温度まで加熱される、実施形態２６～２９のいずれかに記載の捲縮装置。

開示のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下に簡潔に記載する添付の図とともに、以下の詳細な記述から明らかになる。本発明は、前記実施形態の２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の組合せ、及び本開示で記載される任意の２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の特徴又は要素の組合せを、本明細書の特定の実施形態においてそのような特徴又は要素が明確に組み合わされているかどうかにかかわらず、含む。この開示は、開示された発明のあらゆる分離可能な特徴又は要素が、その様々な態様及び実施形態のいずれかにおいて、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、組合せ可能であることが意図されているとみなされるべきであるように、全体的に読み取られることを意図している。本発明の他の態様及び利点は、以下から明らかになる。

本発明の実施形態の理解を提供するために、本発明の例示的な実施形態の構成要素を参照数字で参照する添付図を参照する。この図は単に例示的なものであり、発明を限定するものとして解釈すべきではない。本明細書に記載される開示は、例として示されており、添付図における制限として示されているわけではない。図を簡略化し、分かりやすくするために、図に示した特徴は必ずしも尺度に従って描かれていない。例えば、いくつかの特徴の寸法は、明確化のために他の特徴に対して誇張されることがある。さらに、適切と考えられる場合には、対応する又は類似する要素を示すために、図中で参照ラベルを繰り返した。

図１は、本開示の一実施形態による捲縮靭皮繊維の提供方法のフローチャート図である。 図２は、本開示の実施形態による捲縮靭皮繊維の顕微鏡画像である。 図３は平面クリンプをもつ繊維の図である。 図４は、本開示の実施形態による一対の加熱された捲縮ロールを含む捲縮アセンブリの図である。 図５Ａは、本開示の一実施形態による、その上に機械加工された半径方向の捲縮パターンを有する単一の捲縮ロールの一部の切断図を示す。 図５Ｂは、本開示の一実施形態による捲縮ロール上の半径方向の溝の角度及び寸法を強調する、図５Ａにおける詳細Ａの切断図を示す。 図６Ａは、本開示の実施形態に従って、単一の繊維が一対の捲縮ロール間で捲縮されていることを示す。 図６Ｂは、本開示の実施形態に従って、繊維マット内の繊維の配向を含む、捲縮アセンブリに入る繊維マットを示す。 図７は、本開示の一実施形態による捲縮靭皮繊維の提供方法のフローチャート図である。

本発明の特許請求の範囲及び明細書の解釈に使用するために、以下の定義を示す。「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含むがこれらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｔｅｄ ｔｏ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、「含むこと（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの用語は、請求された発明に関連するものとして限定的又は排他的とはみなされない。「１つの（Ａ）」及び「１つの（ａｎ）」は、要素又は構成要素に先行する場合、羅列を示すものとはみなさない。「発明」、「本発明（ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」又は「本発明（ｉｎｓｔａｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、限定的な用語ではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載され、論じられている全ての態様を伝え、含むために使用される。量の修飾語として使用される「約」という用語は、繊維科学及び工学の技術の分野の当業者に知られているように、測定及び取扱い手順において起こることが知られ、理解されている変動を指す。専門用語及び参照の追加定義が続く。

本明細書に引用したいずれの範囲も包括的である。本明細書を通じて使用される「約」という用語は、小さな変動を記載し、説明するために用いられる。例えば、「約」は、数値が±５％、±４％、±３％、±２％、±１％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２％、±０．１％又は±０．０５％によって修正され得ることを意味し得る。全ての数値は、明確に示されているかどうかにかかわらず、「約」という用語によって修飾される。「約」という用語によって修飾された数値には、明確な特定された値が含まれる。例えば、「約５．０」は５．０を含む。

セルロース及びセルロース繊維とは、天然繊維又はセルロースの化学的エーテル若しくはエステルである合成繊維を指す。そのような天然繊維は、植物の樹皮、木材、葉、茎、又は種子から得られ、一方、合成セルロース繊維は、分解された木材パルプから製造され、セルロース分子へのこれらの繊維に特定の特性を提供する置換側基を含み得る。

靭皮繊維は、ジュート、ケナフ、亜麻及び麻を含むが、これらに限定されない特定の植物の師部又は靭皮から得られる天然繊維である。靭皮繊維は、最初に、ペクチンによって接着される個々の繊維の束として回収され、その後、ペクチンは靭皮繊維をさらに加工することを可能にするためにある程度除去されなければならない。

クリンプとは、繊維の波打ちの自然発生的な渦巻、又は合成繊維の捲縮のような化学的又は機械的手段によって誘導される同じ特性のことである。繊維の長さの単位当たりのクリンプ数によって定義される特定の頻度へのクリンプの強制は、規定されたクリンププロフィール、例えば、１ｃｍ当たりの限定された数のクリンプを有する全体的な繊維を生成し得る。

天然繊維は、植物、動物、又は鉱物から直接供給されるものであり、そのような繊維が繊維製品の製造目的に有用とするためには、特定の前処理を必要とする可能性があることに注意する。合成繊維は、天然に存在し、かつ持続的に供給される原料又は石油由来の原料を用いて、重合過程を経て製造されるものである。

ステープル繊維は個別の長さの繊維であり、天然のものと合成のものがある。連続繊維は、絹又は特定の合成繊維の紡糸過程に由来するもののように、不確定の長さ又は測定するのが困難な長さを有する。どの長さの繊維も個別の長さに切断することができ、その切断製品をステープル繊維と呼ぶ。

エアレイド（ａｉｒ－ｌａｉｄ）と呼ばれることもあるエアレイド（ａｉｒｌａｉｄ）は、短い又は長いステープル繊維、又はその混合物を用いて繊維状マット又はバットを製造する方法である。この方法では、空気を用いて、方法の開繊及び整列部から繊維を移動させ、次いで、繊維マット又はバットが集められる形成表面にそれらの繊維を運び、次いで、結合又は強化のさらなる工程に供して、エアレイド不織布を生成する。

ドライレイド（ｄｒｙ－ｌａｉｄ）と呼ばれることもあるドライレイド（ｄｒｙｌａｉｄ）は、カーディングのような機械的な開繊及び整列を用いる方法によって繊維マット又はバットを製造する方法であり、ここで、繊維マット又はバットは、コンベア表面に空気によってではなく、機械的手段によって移動され、ここで、繊維マット又はバットは、結合又は強化のさらなる工程に供されて、ドライエイド不織布を生成する。

ウェットレイド（ｗｅｔ－ｌａｉｄ）と呼ばれることもあるウェットレイド（ｗｅｔｌａｉｄ）は、繊維シートを製紙と同様の手段で製造する方法であり、繊維は水性媒体中に懸濁され、その懸濁液をコンベアベルト又は穿孔したドラム上で濾過することによりウェブを形成する。最終使用用途及び布を製造するために使用される繊維によっては、布において最終的な特性を達成するために、何らかの結合又は強化の手段が必要となる場合がある。

繊維マット又はバットの結合又は強化は、不織布を製造するための様々な技術の中で一般的な加工工程である。結合又は強化の手段は、一般に、機械的、熱的又は接着的であると考えられており、それらの見出しの各々の下にいくつかの異なる方法論が存在する。一般に、機械的手段は、所望の物理的特性を生じるために繊維間の絡み合いを作り出すことに依存しており、ニードルパンチ及び水流絡合が、それらの手段の排他的でない例である。熱接合は、布に含まれる少なくともいくつかの繊維の熱可塑性特性を使用し、圧力の有無にかかわらず、熱を加えて、繊維の一部を軟化させ、互いにに変形させ、及び／又は溶融し、熱可塑性材料が冷却され凝固したときに、交差点で繊維間の固体の連結を形成する。接着手段は、交差点の繊維間の物理的結合を生成するために何らかの形の接着剤の塗布を使用し、そのような手段は、液体接着剤、乾燥接着剤、ホットメルト接着剤を非排他的に含む。これらの接着剤は、水煙及び泡としてマット又はバットに塗布されるか、又は浸漬絞り又はグラビアロールを含むがこれらに限定されない当該分野で知られた方法により塗布され得る。

重量パーセンテージは、布に関して、与えられた固体成分の重量を布の総重量で割ったものであり、布の重量のパーセンテージで表される。

強度対重量比は、布の引張強さが、次いで、布の引張強度が、試料布間の基本重量の差又は布の等級間の影響なしに、類似の布と比較して考えることができる、布のための正規化された引張強さの値の表現である。基本重量だけでは、所定の布の引張強さの値に影響を及ぼし得るため、強度対重量比は、特定の繊維の含有又は方法のパラメータの変化によって寄与される布の強度に対する影響の評価を、その測定基準の有用性の非排他的な例として可能にする。

ロフトは、バルクの特性及び布の弾力性に依存する。技術用語において、バルクは密度の逆数であり、一般的な使用では、バルクは単純な布の厚さに等しい。弾力性とは、面積荷重の適用後に、体積の減少を伴う永久的な圧縮に抵抗する布の能力である。

上記したように、靭皮繊維の原料（例えば、ジュート、ケナフ、亜麻及び麻を含むがこれらに限定されない、特定の植物の師部又は靭皮など）は、様々な基本の大域プロセッサから供給することができる。いくつかの実施形態において、靭皮繊維は、約０．１％～約１０重量％のごみ含有率が与えられるように機械的又は化学的に洗浄されていてもよい。いくつかの実施形態において、機械的又は化学的に洗浄された繊維は、約１ｍｍ～約１００ｍｍのステープル長を有し得る。

いくつかの実施形態において、本開示で利用される靭皮繊維は、機械的又は化学的洗浄により個別化することができる。靭皮繊維の機械的洗浄は、製繊又は剥皮と呼ばれる処理の間に行われる。この処理の間、植物の茎は壊れ、くしで梳かれて、植物の木部組織及び一般的な破片から粒子のような非靭皮成分を除去する。例えば、靭皮繊維のベールを巻き戻して機械に入れ、その後、破砕機のロールが茎を分割し、繊維束を露出させることができる。さらに、別々の収集区域に繊維を排出する前に、回転コームを使用して、全てのごみ及び非繊維材料を繊維から取り除いてもよい。剥皮は、回転コームの代わりにピン止めされたシリンダを利用する同様の処理である。機械的洗浄は、靭皮繊維を個別化し、化学的洗浄よりも少ないペクチンを除去する。

機械的に洗浄された繊維は、典型的には、「浸水」として知られる処理により、機械的加工前に繊維からペクチンの一部を除去しており、したがって、この適用によりペクチンが減少したと考えられる。ペクチン／汚染物質の残留レベルは、地理的地域及び生育時期によって異なり、繊維の自然の浸水、繊維がさらされる回転コーム／ピン止めされたローラの数に依存する。靭皮繊維を機械的に洗浄することは一般的であり、ペクチンが減少した繊維の等級は当業者に知られている。

靭皮繊維の化学洗浄はいくつかの方法で行われる。すなわち、浸水精錬、化学洗浄、又は酵素洗浄である。靭皮繊維を化学的に洗浄するための方法は、いくつかの実施形態において、ペクチン、リグニン、及び他の非セルロース性材料を除去するために化学的に洗浄されていると言うことができる。自然な化学洗浄は、浸水精錬と呼ばれ、水たまり又は川で行われ、数日から１週間以上の期間、靭皮繊維の茎が水中に置かれる。自然の微生物が繊維からペクチンを取り除き、その結果洗浄され、ペクチンが減少した個別化された靭皮繊維が生じる。化学洗浄はより迅速な処理であり、機械的に洗浄された靭皮繊維に、大気圧より高い圧力で８０℃～１６０℃超の範囲の温度で機能することができる設備を備えた産業施設で行われる。靭皮繊維は加熱、圧力、苛性ソーダ又は他の洗浄剤などの溶液にさらされ、ペクチン及びリグニンをすばやく取り除く。酵素洗浄は化学洗浄と非常に類似しており、苛性ソーダ及び他の化学薬品の一部がペクチナーゼ又はプロテアーゼなどの酵素で置き換えられる。一旦洗浄されると、靭皮繊維は、予め設定された約２％～約２０重量％の水分含有率になるように、遠心分離機及び／又はエアドライヤーにより脱水されてもよい。洗浄された靭皮繊維が脱水されない実施形態では、それらはスラリーの形態で提供されてもよく、任意に繊維の捲縮の前に所望の水分含有率まで乾燥されてもよい。

化学的に洗浄された靭皮繊維は、産業界では実質的にペクチンを含まないと考えられている。参照により本明細書に援用されるＢａｅｒらのＵＳ２０１４／００６６８７２号には、大幅にペクチンを減少させた繊維が、実質的にペクチンを含まない繊維が由来する天然繊維のペクチン含有率の１０重量％～２０重量％未満を有するものとして記載されている。

本開示の一態様は、捲縮靭皮繊維、及び不織布又は種々の種類の繊維製品中に取り込まれてもよい捲縮靭皮繊維を提供する方法に関するものであり、これらについて本明細書でさらに論じる。

本開示のいくつかの実施形態において、捲縮靭皮繊維を形成する方法が提供される。そのような実施形態において、捲縮靭皮繊維を形成する方法は、密度制御繊維を提供するために所望の密度に調整される靭皮繊維（例えば、上記の機械的又は化学的に洗浄された靭皮繊維）の投入を提供し、密度制御繊維の水分含有率を約１０％～約４０％重量、又は約１５％～約２０％の範囲になるように調整し、成形コンベア上に湿気制御繊維から繊維マットを形成し、繊維マットを一対の加熱された捲縮ロールと接触させて、１ｃｍ当たり約２～約１０クリンプのクリンプを有する捲縮靭皮繊維を提供することを含み、該対の加熱された捲縮ロールは繊維マットの上側に配置され、繊維マットの下側に近接して配置された第２の捲縮ロールに対向する第１の捲縮ロールを含む。

図１に描かれているように、操作１００で繊維の投入が提供され、この繊維を、操作１０５で所望の密度に任意に調整して、密度制御繊維１１０を提供することができる。いくつかの実施形態において、密度調整工程は、開繊された靭皮繊維を提供するために、靭皮繊維の投入を開繊機にかけることを含むことができる。そのような開繊方法は、繊維表面積を最大化するのに役立ち、繊維マットを形成する前に均一な繊維マットを作ることを可能にするので、一般に有利である。繊維マットの均一な分布は、捲縮工程の間の捲縮の制御を改善することができる。いくつかの実施形態において、開繊機は、様々な速度で運転することができ、より低い速度を用いると、靭皮繊維自体に対する損傷がより少なくなり得ることに注意すべきである。本明細書に記載された方法に適した開繊機の例は、Ｔｒｕｅｔｚｓｃｈｌｅｒ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧから市販されている。

いくつかの実施形態において、密度調整工程は、開繊工程に続いて、空気分離器を使用して、開繊された靭皮繊維から過剰な空気を抜き出すことをさらに含むことができる。開繊機は通常、非常に高い毎分回転数（ＲＰＭ）で作動し、これが過剰な量の空気を発生させることが注目される。そのように、開繊機を出る際に空気分離器を用いて、開繊された繊維から過剰な空気を抜き出すことができる。本明細書に記載された方法に適した空気分離器の例は、Ｔｅｍａｆａ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｆａｂｒｉｋ ＧｍｂＨから市販されている。

上記したように、密度制御繊維１１０の水分含有率は、約１０重量％～約４０重量％、又は好ましくは約１５％～約２０％の範囲の水分含有率を有する湿気制御繊維１２０を提供するために、任意の密度調整工程に続いて、水分含有率調整１１５を受けることができる。投入された繊維がスラリー形態（例えば、水系システムにおいて化学的に洗浄された靭皮繊維など）で提供されるいくつかの実施形態において、湿気調整工程は、飽和繊維を加熱して、水分含有率を所望の範囲に低下させることを含むことができる。そのような実施形態では、繊維の加熱は、形成工程の前に飽和繊維から水分を除去するように構成されたフードドライヤーを用いることによって達成され得る。

あるいは、投入された繊維が比較的乾燥した形態（例えば、靭皮繊維の低水分含有率ベール）で提供されるいくつかの実施形態において、湿気調整工程は、所望の水分含有率を達成するために繊維マットを蒸気調整に供することを含むことができる。そのような実施形態において、蒸気調整は、乾燥繊維を大気圧で飽和蒸気と接触させることを含むことができる。乾燥繊維の蒸気調整は、繊維を囲む閉鎖された領域に蒸気を注入するように構成された特注フード（例えば、噴射トンネルなど）を用いて提供することができる。靭皮繊維は高い吸収特性を提供するため、蒸気から水分を容易に吸収することに注意すべきである。

上記のように、操作１２５において、繊維マットが形成コンベア上に形成され得る。いくつかの実施形態において、この繊維マットは、従来のエアレイド又はドライレイドマット形成技巧及び技術を用いて形成され得る。いくつかの実施形態では、コンベア上の繊維配向は、一般に等方性であることができる。コンベア上に形成される繊維マットの基本重量は変化することができ、送込みコンベア又は形成コンベアの速度を変化させることによって調整することができる。典型的な基本重量範囲は、約１０ｇ／ｍ^２～約１００ｇ／ｍ^２、約２５ｇ／ｍ^２～約７５ｇ／ｍ^２、又は約４０ｇ／ｍ^２～約６０ｇ／ｍ^２の範囲にあり得る。より高い基本重量も使用され得るが、特にクリンプロール表面に最も近い繊維はより捲縮されやすいので、捲縮繊維の割合がより低くなることに注意すべきである。

いくつかの実施形態において、コンベアは、操作１２５において、及び捲縮１３０の前に形成されたマットの厚さ又は均一性を変化させることができる１つ以上の追加の構成要素を任意に含むことができる。いくつかの実施形態において、形成コンベアは、さらに、繊維マットを圧縮するか、又は捲縮工程の前に均一なシートプロファイルを提供するように構成された１つ以上の加重ローラ又はベルトを含んでいてもよい。例えば、重力で形成された繊維マットを圧縮して厚みを減少させ、ｚ方向の均一性を改善するように、１つ又は複数の加重ローラ又はベルトをコンベアの初期重力形成部の下流に配置することができる。本明細書に記載される方法に適した形成コンベア及び追加の構成要素の例は、Ｔｒｕｅｔｚｓｃｈｌｅｒ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧから市販されている。

いくつかの実施形態において、繊維マットは、形成工程に続く捲縮工程を経ることができる。図１の操作１３０で図示されているように、形成された繊維マットは、捲縮繊維マット１３５を作製するように構成される一対の加熱された捲縮ロールに供給されることができる。上記したように、前記一対の加熱された捲縮ロールは、典型的には、１センチメートル当たり約２～約１０クリンプのクリンプを有する捲縮靭皮繊維を提供する。いくつかの実施形態において、前記一対の加熱された捲縮ロールは、繊維マットの上側に近接して配置された第１の捲縮ロールと、繊維マットの下側に近接して配置された対向する第２の捲縮ロールを含み得る。捲縮ロールの１組のみを本開示の特定の実施形態において使用することができるが、複数組の捲縮ロールも使用することができ、捲縮ロールと繊維マットの送込み方向との間の角度は変化し得る。特定の実施形態において、捲縮ロールは繊維マットの送込み方向に対してほぼ垂直であるが、他の方向も使用することができる。

いくつかの実施形態において、加熱された捲縮ロールは、捲縮繊維マットにおいて所望される特定のクリンプパターンを供給するように構成された圧痕をその表面に沿って含む。そのような圧痕又はパターンは、加熱された捲縮ロールの１つ以上に円周方向に機械加工することができる。いくつかの実施形態において、捲縮ロール対は、クリンプを付与するために一緒に押されると互いに適合するように一致する。あるいは、いくつかの実施形態において、捲縮ロールの一方だけが捲縮プロファイルを有することが可能であり、他方のロールは滑らかな表面を有する。いくつかの実施形態において、捲縮ロール速度は、マット内の繊維の剪断を避けるために形成コンベアと一致させることができる。

いくつかの実施形態において、捲縮ロール上の圧痕又はパターンは、ロール面の周りの円周方向ではなく、ロール面を横切って機械加工されてもよい。そのような実施例では、これは、頂部ロールと底部ロールとの間のピーク及び溝の整列をより困難にするが、これは、繊維マットが縦方向に機械的に延伸される場合（例えば、一連の次第に速くなる回転ローラ又はベルトによって）、クリンプの均一性を改善し得ることに注意するべきである。

いくつかの実施形態において、捲縮ローラの角度、ピッチ、及び／又はプロファイルは、異なる凝集及びバルク特性を達成するために変化させることができる。例えば、いくつかの実施形態において、捲縮靭皮繊維中の個々のクリンプは、実質的に三角形、実質的に正弦曲線、実質的に長方形、又は波状の形状であってもよい。例えば、図２は、クリンプを受けた靭皮繊維の顕微鏡像を示している。ここに提供された円は、画像に現れる様々なクリンプを示している。

図３は、例えば、機械的な平面クリンプの図を示す。クリンプ角度及び１センチメートル当たりのクリンプの数は、機械的捲縮の方法によって決定される。いくつかの実施形態において、個々のクリンプは、実質的に三角形のクリンプの先端１５０から測定して約３０°～約１５０°、又は約６０°～約１２０°の範囲のクリンプ角度（例えば、図３の角度αによって描かれる）を有する。いくつかの実施形態において、捲縮繊維マットは、直線１ｃｍ当たり少なくとも２つのクリンプ、直線１ｃｍ当たり少なくとも４つのクリンプ、直線１ｃｍ当たり少なくとも６つのクリンプ、又は直線１ｃｍ当たり少なくとも８つのクリンプを含むことができる。

いくつかの実施形態において、捲縮ロールのその対を、約１００℃～約２５０℃の間、例えば、約１２０℃～約１８０℃、又は約１３０℃～約１７０℃の温度を維持するように構成することができる。いくつかの実施形態において、捲縮ロールの対は、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、又は少なくとも約２００℃の温度を維持するように構成されてもよい。図１に図示されているように、捲縮ロールは、捲縮ロールを加熱するヒーター１４０に接続することができる。ヒーターの種類は様々であり、一般に、捲縮ロールの外面に一定の熱を供給するように構成され得る任意のヒーターを含む。図１に示されるように、捲縮ロールの表面温度を一定に保つために、捲縮ロール全体にわたって連続的に油をポンプ送液する熱流体ヒーター１４０を使用することができる。本明細書に記載した方法に適したいくつかの循環ヒーターの例は、Ｗａｔｔｃｏ Ｉｎｃ．から市販されている。

いくつかの実施形態において、一対の加熱された捲縮ロールは、蒸された繊維マットに直線１インチ当たり約５ｌｂ_ｆ～直線１インチ当たり約１００ｌｂ_ｆの力を加えるように構成される。クリンプの程度及び範囲は捲縮ロールによって加えられる力によって決まることに注意すべきである。いくつかの実施形態において、加熱捲縮工程は、一対の捲縮ロールに接続され、一対の捲縮ロールによって繊維マットに加えられる力を制御するように構成された、空気圧縮機及び空気圧シリンダをさらに含んでもよい。そのような実施形態では、空気圧縮機及び空気圧シリンダは、繊維マットに加えられる圧力を制御するために、第１の捲縮ロール及び／又は第２の捲縮ロールのいずれかを調整するように構成することができる。いくつかの実施形態において、接触工程は、２対以上の加熱された捲縮ロールを含むことができる。

図４は、上記のように繊維マットを捲縮することができる捲縮アセンブリを例示する。図４に示されるように、捲縮アセンブリ３００は、フレーム３０５と、任意に加熱され得、及び／又は繊維マットに力を加えるように構成され得る一対の捲縮ロール３１０とを含む。一般に、本明細書に記載される方法で使用される捲縮ロールの数は変動し得ることに注意すべきである。例えば、描かれた実施形態では、一対の捲縮ロールが示されているが、一対以上の追加の捲縮ロールを捲縮アセンブリに含めることができる。いくつかの実施形態において、捲縮ロールは、約１００℃～約２５０℃、約１２０℃～約１８０℃、又は約１３０℃～約１７０℃の範囲の温度まで内部加熱され得る。いくつかの実施形態において、捲縮アセンブリは、（捲縮ロールを介して）繊維マットに力を加えるように構成される一対の捲縮ロール３１０の対向する端部上に空気シリンダ３１５を含むことができる。いくつかの実施形態において、直線１インチ当たり最大約１００ｌｂ_ｆの力が捲縮ロールにより繊維マットに加えられ得る。一般に、空気シリンダは、操作中に繊維マットに、直線１インチ当たり少なくとも５ｌｂ_ｆ、直線１インチ当たり少なくとも４０ｌｂ_ｆ、直線１インチ当たり少なくとも６０ｌｂ_ｆ、又は直線１インチ当たり少なくとも８０ｌｂ_ｆの力を加えるように構成することができる。いくつかの実施形態において、捲縮アセンブリは、捲縮ロール３１０に動力を伝える伝達システムの一部として、変速駆動軸３２０を任意に含んでもよい。図４に描かれた捲縮アセンブリ及び本明細書に記載される方法のパラメータのいずれかは、本明細書に記載される方法のいずれかにおける捲縮工程に追加的に、又は代替的に使用され得ることに注意すべきである。

上記のように、いくつかの実施形態において、捲縮ロール３１０の一方又は両方に、圧痕及び／又は溝を円周方向に機械加工することができる。例えば、図５Ａは、その上に半径方向の溝を設けるために円周方向に機械加工された捲縮ロールの一部の切断図を示す。描かれた実施形態では、機械加工された溝は、例えば、溝が繊維マットの縦方向に平行に配向されるように、縦方向（ＭＤ）にあるように示される。しかし、他の構成も可能である。例えば、いくつかの実施形態において、機械加工された溝は、溝が繊維マットの縦方向に対して垂直に配向されるように、横方向（ＣＤ）に配向されてもよい。

図５Ｂは、図５Ａの詳細Ａの切断図を示す。図５Ｂに示されるように、捲縮ロールの外側の機械加工された溝は、操作中に繊維マット内の個々の繊維にクリンプを付与する実質的に三角形の形状を形成する。上記したように、これらの溝の角度は約３０°～約１５０°の範囲で変化し得る。描かれた実施形態では、例えば、捲縮溝の角度は約９０°である。一般に、溝の寸法は、溝の所望の角度及び／又は１センチメートル当たりのクリンプの所望の数に基づいて変化し得る。描かれた実施形態では、例えば、個々の溝の高さは約１．６７ｍｍであり、溝間の距離間隔は約３．３４ｍｍである。他の実施形態において、個々の溝の高さは、約１ｍｍ～約３ｍｍの範囲内とすることができ、溝間の距離間隔は、約２ｍｍ～約５ｍｍの範囲内とすることができる。選択した特定のクリンププロファイルは、クリンプ性能、最終的には繊維マット内の繊維強度に影響を及ぼす可能性があることに注意すべきである。いくつかの実施形態において、例えば、クリンプ角度を減少させて、全体のクリンプ数を増加させてもよく、それにより、繊維当たりのクリンプ数に影響を及ぼすことなく、クリンプの高さを増加させることができる。そのような実施形態では、より高い大きさの捲縮繊維の凝集特性を高めることができる。他の実施形態では、クリンププロファイルは（例えば、溝の精細度を低下させることにより）面取りされ得、これにより、より高い捲縮圧力で繊維強度を維持しながらクリンプの鮮明度を低下させ得る。

図６Ａは、一対の捲縮ロール３１０ａ、３１０ｂの間で捲縮された単一の繊維を示す。描かれた実施形態では、溝のパターンは、捲縮ロールに円周方向に機械加工されており（例えば、上記のように）、上部の捲縮ロール３１０ａは、上部の捲縮ロールのピークが底部の捲縮ロールの谷と整列され、その逆も同様になるように、下部の捲縮ロール３１０ｂからオフセットされている。描かれた実施形態では単一繊維のみが示されているが、この単一繊維は繊維マット全体を表すこともでき、そのような例では繊維マットの縦方向（ＭＤ）は繊維の描写と垂直であると理解される（例えばＭＤは、頁内にある）。

そのような例は、一対の捲縮ロール３１０に入る繊維マット３３０の全体像を示す図６Ｂに示される。図６Ｂに記載したように、繊維マットの移動方向は、捲縮ロールの回転軸と実質的に平行である。一般に、繊維マット内の個々の繊維の方向は変化し得る。例えば、図６Ａに描かれた繊維は、捲縮ロールの回転軸と実質的に平行であるように示されている。しかし、上記のように、不織布の形成中、繊維マット内の繊維は、その中にランダムに配向され、配置される。例えば、マット内の繊維の角度（例えば、ロールの回転軸との関係）は、０°から９０°の間で変化し得る。しかし、繊維状のマット内にランダムに配向された繊維は、平均して約４５°の角度で自身を提示することがあることに注意すべきである。さらに、例えば、繊維自体がその長さに沿ってまっすぐではない可能性があるため、個々の繊維の長さに沿って提示された角度は変化する。したがって、いくつかの実施形態において、繊維マット内の繊維プロファイルにおけるそのような変動は、任意の個々の繊維に付与されるクリンプの変動をもたらし得る。しかし、繊維マット内の全ての繊維に付与される平均クリンプは、再現性があり、一致している。

一般に、繊維マット上に付与された特定のクリンププロファイルを計算し、予測する際に、様々な方法のパラメータを使用することができる。例えば、これらのパラメータには、１ｃｍのロール長当たりのクリンプ数（Ｎ_ａ）、クリンプロールの軸に沿ったクリンプ間の長さ（Ｌ）、捲縮ロールに機械加工されたクリンプ角度（θ）、繊維と横方向との間の平均角度（α）、繊維の長さに沿って測定されたクリンプ間の長さ（Ｌ_ｆ）、捲縮ロール上の溝深さ（Ｄ）、繊維長さ（Ｆ）、及び繊維当たりのクリンプ数（Ｎ_ｆ）が含まれる。本明細書に記載された捲縮アセンブリの操作中に、これらのパラメータは、以下の式を使用して計算することができる。

以下の表１は、回転軸と完全に平行な捲縮ロールに入る繊維（例えば、α＝０°）及びランダムに配向した繊維マット（例えば、α＝４５°）で予想されるであろうように平均角度４５°の捲縮ロールに入る繊維について、どのようにして特定のクリンププロファイルが算出されるかを示す。

表１に示されるように、角度が０°の繊維（例えば、繊維が回転軸と完全に平行な捲縮ロールに入る場合）と比較すると、角度が４５°の繊維では繊維当たりのクリンプ数が減少した。予想通り、繊維当たりのクリンプ数のこの減少は、角度０°の繊維と比較した場合、角度が４５°の繊維のクリンプ間の全長の増加につながった。

いくつかの実施形態において、靭皮繊維は、クリンプ保持を改善するために、捲縮前に様々なコーティング（例えば、塩、ポリマー、樹脂など）で任意に前処理することができる。例えば、いくつかの実施形態において、熱可塑性ポリマーを用いて繊維を被覆することができ、そのような実施形態において、冷却した捲縮ローラで捲縮する前にマットを予熱することが好ましい場合がある。そのような実施形態では、所望の接着を提供するために、繊維マットをポリマーコーティングの溶融温度を超えるように加熱しなければならない。そのような実施形態において、マットは、引き続いて、靭皮繊維にクリンプを設定することを可能にし得る、冷却した捲縮ローラによって冷却される。

いくつかの実施形態では、捲縮靭皮繊維は、場合により、捲縮工程に続いて、接触工程後の捲縮靭皮繊維の総重量に基づいて約５％～約２０％の水分含有率まで乾燥されてもよい。いくつかの実施形態において、捲縮靭皮繊維は、マットドライヤーを用いて乾燥させることができる。

上記のように、投入された靭皮繊維が乾燥されたベール梱包された繊維として提供されるいくつかの実施形態において、湿気調整工程は、捲縮の前に湿気制御繊維を提供するために乾燥された繊維を蒸気調整することを含むことができる。図７は、捲縮繊維を提供するために、開繊機２００、空気分離器２０５、及び形成コンベア２１０を含み、その後、蒸気調整工程２１５、捲縮工程２２０、及び乾燥工程２２５が続くそのような実施形態を示す。描かれた実施形態では、先に本明細書に記載された開繊機のいずれか、空気分離器、及び形成コンベアの使用が、開示された実施形態のこの態様に従って使用に適することができる。

さらに、図７に示されるように、繊維マットを蒸気調整し、繊維マットを捲縮し、繊維マットを乾燥させる工程は、閉ループシステムとして提供することができ、これは効率の向上を促進し、熱及びエネルギー損失を減少させる。例えば、本明細書で上記したような熱流体ヒーター２３０を、閉ループシステム内の空気加熱装置２３５及び蒸気発生装置２４０に接続することができる。そのような実施形態では、熱流体ヒーターは、捲縮ロール及び蒸気発生器を通って循環する流動液体（例えば、オイルなど）を加熱して、蒸気調整工程及び捲縮工程の両方に必要な熱を提供するように構成される。蒸気発生器は、投入水ラインに接続され、流入水を加熱することによって蒸気を発生するように構成されたボイラーをさらに含むことができる。加熱された液体がボイラーに入り、投入された水と接触すると、蒸気が形成され、蒸気調整工程に別々に移送される。ボイラーから出る加熱された液体は、次いで、捲縮ロールからの液体の流れと組み合わされてもよい。さらに、乾燥空気の投入を含む空気加熱装置が設けられ、これはまた、蒸気発生器及びボイラーを含む閉鎖系につながれてもよい。例えば、このシステムは、熱流体ヒーターからの加熱された液体を、加熱された液体が乾燥空気と接触するように、空気ヒーターを介して循環させ、それに含まれる空気を加熱して、乾燥（ｄｒａｙ）空気を乾燥工程に別々に移動させるようにすることをさらに提供することができる。

いくつかの実施形態において、本明細書に提供される方法は、繊維投入を提供する前に、化学的又は機械的に洗浄された靭皮繊維のベールを開くベール開口器をさらに含むことができる。ベール開口器の使用は、繊維ベールを、送込みコンベアに沿って均等に分配できる、より小さな管理可能な塊へと変えるのに役立つことができる。いくつかの実施形態において、送込みコンベアはベール開口器に続いて提供されてもよく、形成コンベアに移される繊維材料の量を計るように構成されているか、あるいは形成前に１つ以上の任意の工程（例えば、開繊機／空気分離器に）に移される繊維材料の量を計ることができる。いくつかの実施形態において、送込みコンベアの速度は、形成コンベア上の繊維マットの基本重量を制御するために、さらに制御され得る。本明細書に記載される方法に適したベール開口器の例は、Ｔｒｕｅｔｚｓｃｈｌｅｒ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧから市販されている。

上記のように、本明細書に記載される方法はまた、本明細書に上記される方法に従って調製される捲縮靭皮繊維を有利に含む不織布を形成することを含む。いくつかの実施形態において、靭皮繊維不織布は、産業界で周知の様々な方法及び手段によって形成され、結合されることができ、これらの不織布は、靭皮繊維が実質的にペクチンを含まない場合、少なくとも６ミリメートルの平均繊維長を有する捲縮靭皮繊維を約５重量％～約１００重量％含む。いくつかの実施形態では、不織布中の捲縮靭皮繊維のクリンプレベルは、１センチメートル当たり約２～１０個のクリンプを有する捲縮繊維を製造するために、本明細書に記載の方法の１つによって誘導される。

靭皮繊維不織布及び繊維製品中の繊維の総重量の少なくとも少数の部分に捲縮靭皮繊維が含まれることは、直線状靭皮繊維の同じ部分で同じように形成された布と比較して、加工効率及び、それらの布の改良された物理的特性の改良を提供する。改良された物理的特性には、布の強度／重量比、より高い靭皮繊維内容物の包含の可能性、加工効率の向上、吸収性の向上、及び／又は布のロフト又は触覚特性の増大が含まれるが、これらに限定されない。

本発明の一実施形態において、不織布は、少なくとも約５重量％の捲縮靭皮繊維を含み、他のステープル繊維の大部分は天然又は合成繊維の種類から選択される。本実施形態の靭皮繊維不織布は、捲縮靭皮繊維を含まない靭皮繊維不織布に比べて、上記した物性特性の向上を示す。

用途のいくつかの実施形態において、捲縮靭皮繊維は、不織布を形成するために、平均長が６ｍｍを超える、少なくとも約５％～４９％の捲縮靭皮繊維の重量パーセントで、１種以上の他の種類の天然又は合成ステープル繊維とブレンドすることができる。

別の実施形態では、捲縮靭皮繊維を、６ｍｍを超える平均長を有する約５１％～１００％の捲縮靭皮繊維の重量パーセントで、１種以上の他の種類の天然又は合成ステープル繊維とブレンドして、不織布を形成することができ、他の天然又は合成繊維は、布重量の約４９％～０％を構成する。

いくつかの実施形態において、布中に平均長さが６ｍｍを超える捲縮靭皮繊維を少なくとも約５重量％包むことは、靭皮繊維が本質的に直線状であり、クリンプを示さない、他の同様に製造された靭皮繊維を含む不織布と比較して、強度／重量比の改善及びロフトの改善を提供する。

捲縮靭皮繊維とのブレンドに含まれる１種以上の天然繊維が、繊維の長さの１センチメートル当たり最低１個のクリンプを示さない靭皮繊維を含み得ることは、本発明のさらなる実施形態である。

捲縮靭皮繊維不織布は、ドライレイド、エアレイド又はウェットレイド不織布技術のいずれかによって製造され得、接着、機械又は熱接合手段のいずれかによって接合又は強化され得ることが、本発明の一態様である。そのような手段は、最終的な布の形態を作り出すために組合せて使用され得ることが理解され、ここでは、最終的な布の所望の物理的及び審美的特性を生み出すために、いずれかの層又はラミネートが１つ以上の結合又は強化手段に供され得る場合に、例えば、カードされたマット又はバットがエアレイドマット又はバットと組合せられ得る。

特定の実施形態において、靭皮繊維不織布は、少なくとも２つの不織布のラミネートであってよく、ここで、ラミネートの少なくとも１つの布は、少なくとも５％の捲縮靭皮繊維を含み、布の各々が、ドライレイド、エアレイド又はウェットレイド形成方法によって形成され得、そして、ラミネート構成を形成する前に、布の各々が熱的、機械的又は接着手段によって接合され得る。

本明細書に記載された制御された捲縮靭皮繊維不織布は、限定されるものではないが、赤ちゃん用おしり拭き、化粧ワイプ、会陰ワイプ、使い捨て洗浄布、キッチンワイプ、浴槽ワイプ、硬質表面用ワイプ、ガラスワイプ、鏡用ワイプ、革用ワイプ、電子機器用ワイプ、消毒用ワイプ、外科用ドレープ、手術着、創傷ケア製品、保護カバーオール、スリーブ保護具、おむつ及び失禁ケア及び女性用ケア用品、看護パッド、エアフィルター、ウォーターフィルター、オイルフィルター、家具又はいす張りの裏装を含む使用最終製品用途を見出すことになるが本発明の態様である。

本開示に従って提供することができる不織布の様々な種類及び方法に加えて、本明細書に記載された捲縮靭皮繊維及び方法は、様々な異なる繊維製品用途においてさらに有用であり得る。例えば、本明細書に提供された繊維及び方法は、例えば、オープンエンド紡糸、リング紡糸、エアジェット紡糸などの紡糸用途、及びこれらの方法を用いて紡糸された糸から作られた布において有用であり得る。これらの種々の異なる方法に従って調製された繊維製品用糸は、少なくとも約５％の捲縮靭皮繊維を含むことができる。いくつかの実施形態では、そのような繊維製品用糸は、約５重量％～約１００重量％の範囲の量の捲縮靭皮（ｂａｓｅｄ）繊維を含むことができる。

いくつかの実施形態において、捲縮靭皮繊維は、様々な他の天然、合成、及び／又は再生セルロース繊維と組合せることができる。いくつかの実施形態において、捲縮靭皮繊維は、限定されるわけではないが、綿、羊毛、動物の毛、ポリエステル、及びレーヨン又はテンセル（Ｒ）などの再生人工セルロース繊維（「ＭＭＣＦ」）、並びにそれらの組合せを含む、他の繊維と組合せることができる。そのような繊維製品用途は、さらに、様々な糸番手及び最終用途、例えば、家庭用繊維製品、衣服、履物、いす張り材料、ジオテキスタイル、医療用繊維製品、工業用繊維製品、及びタオルを提供し得る。紡糸用途において捲縮靭皮繊維を使用する利点は、凝集性の向上及びより強力な糸によるカードを通る繊維の加工性の向上である。例えば、糸を強くすることで、糸番手が細かくなり、編み及び織りが容易になり、より高級な衣類が得られる。

上記は、本発明の原理の例を提供するものと考えられる。本発明に対してなされ得る改変の範囲は、先行技術によって課された範囲を超えて限定されるものではなく、特許請求の範囲に示されるようなものである。

捲縮されていない靭皮繊維で作られた不織布（本明細書では「対照布」と称する）の強度特性を、本明細書に記載された捲縮靭皮繊維を含む不織布（本明細書では「凝集性増強布」と称する）と比較して評価するために試験を実施した。

対照布の調製中、亜麻繊維を洗浄し、化学脱ガム処理を用いて漂白した。次に、洗浄及び漂白した亜麻繊維を、総繊維重量に基づいて１５重量％の１．７ｄｔｅｘ Ｔｅｎｃｅｌ（Ｒ）とブレンドし、ブレンドした繊維組成物を形成した。次いで、ブレンドした繊維組成物をカード処理し、水流絡合させ、対照布を形成した。対照布の最終組成は、布の総重量に基づいて８５重量％の亜麻繊維及び１５重量％のテンセル（Ｒ）を含み、全基本重量が１平方メートル当たり８５グラム（「ｇｓｍ」）である対照布を製造した。

凝集力増強布の調製中に、亜麻繊維を、対照布の製造中に提供されるのと同じ方法で、洗浄し、化学的脱ガム処理を使用して漂白した。次に、繊維マットを、１５０℃の温度まで加熱され、直線１インチ当たり約５０ｌｂ_ｆの捲縮力に相当する、１平方インチ当たり３５ポンド（「ｐｓｉ」）の圧縮力をその間に有する、一対の捲縮ロールに接触させることによって、洗浄し、漂白した亜麻繊維にクリンプを付与した。捲縮繊維マットは、以下のクリンプパラメータ、すなわち、１センチメートル当たり平均７．６個のクリンプ、平均クリンプ角度９０度、及びクリンプ間の平均距離０．３３ｍｍを示した。次に、捲縮繊維マットをカード処理し、水流絡合させて、対照布の製造中に提供されるのと同じ方法で、凝集力増強布を形成した。凝集力増強布の最終組成は、布の総重量に基づいて、１００重量％の捲縮亜麻繊維を含み、８５ｇｓｍの全基本重量を有する凝集力増強布を製造した。

これらの２つの布の調製に続いて、各布の縦方向（ＭＤ）及び横方向（ＣＤ）の引裂強度を測定した。引裂強度試験は、ペンシルバニア州ウェストコンショホッケン２０１９のＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌの台形法による布の引裂強度の標準試験法ＡＳＴＭ Ｄ５５８７－１５（２０１９）に従った台形法を使用して実施した。引裂強度データは、布を半分に裂くのに必要な力のニュートン（Ｎ）の単位で測定した。以下の表２は、対照布及び捲縮靭皮繊維を含む凝集性増強布の両方の試験中に達成されたＭＤ及びＣＤ引裂強度値を示す。表２に示すように、凝集性増強布は、対照布と比較した場合（それぞれ２０．８Ｎ及び１６．１Ｎ）、縦方向及び横方向の両方において優れた引裂強度（それぞれ３６．９Ｎ及び２７．１Ｎ）を実証した。

Claims (30)

1. １センチメートル当たり約１～約１０個のクリンプという、クリンプを有する植物由来の捲縮繊維。
2. 前記植物由来の繊維が靭皮繊維である、請求項１に記載の植物由来の捲縮繊維。
3. 前記植物由来の繊維が、亜麻、麻、ジュート、カラムシ、イラクサ、レダマ、ケナフ植物、又はそれらの任意の組合せから引き出される、請求項２に記載の植物由来の捲縮繊維。
4. 前記捲縮靭皮繊維が、洗浄され、天然に存在するペクチンが除去されている、請求項２に記載の植物由来の捲縮繊維。
5. 個々のクリンプが、クリンプの先端から測定して約３０°～約１５０°の範囲のクリンプ角度を有する、請求項１に記載の植物由来の捲縮繊維。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の植物由来の捲縮繊維を複数含む不織布。
7. 前記不織布が、５～１００重量％の捲縮靭皮繊維を含む、請求項６に記載の不織布。
8. 天然ステープル繊維、人工ステープル繊維、又はそれらの組合せをさらに含み、ステープル繊維が捲縮されているか又は捲縮されていない、請求項６に記載の不織布。
9. 不織布中の個々のクリンプが実質的に三角形の形状をしている、請求項６に記載の不織布。
10. 捲縮靭皮繊維を形成する方法であって、
    靭皮繊維の投入を提供し、
    約１０重量％～約４０重量％の範囲になるように靭皮繊維の水分含有率を調整し、
    靭皮繊維を繊維マットに形成し、及び
    繊維マットを一対の加熱された捲縮ロールと接触させて、１センチメートル当たり約１～約１０個のクリンプという、クリンプを有する捲縮靭皮繊維を提供し、該対の加熱された捲縮ロールは、繊維マットの上側に近接して配置された第１の捲縮ロールと、繊維マットの下側に近接して配置された対向する第２の捲縮ロールを含む、方法。
11. 加熱された捲縮ロールに接触する前に繊維マットを圧縮することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記対の加熱された捲縮ロールが、約１００℃～約２５０℃の間の温度を維持する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記対の加熱された捲縮ロールが、直線１インチ当たり約５ｌｂ_ｆ～直線１インチ当たり約１００ｌｂ_ｆの力を繊維マットに加えるように構成される、請求項１０に記載の方法。
14. 接触させる工程が、一対以上の加熱された捲縮ロールを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 捲縮靭皮繊維中のクリンプが、実質的に三角形の形状をしている、請求項１０に記載の方法。
16. クリンプが、クリンプの先端から測定して、約３０°～約１５０°の範囲のクリンプ角度を有する、請求項１０に記載の方法。
17. 捲縮靭皮繊維を、接触させる工程後の捲縮靭皮繊維の総重量に基づいて、約５％～約２０％の水分含有率まで乾燥させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
18. 水分含有率を調整する前に、開繊し、かつ靭皮繊維の投入密度を調整するように構成された開繊機に靭皮繊維をかけることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
19. 開繊工程後かつ水分含有率を調整する前に、空気分離器を用いて、開繊された靭皮繊維から過剰な空気を抜き出すことをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 少なくとも約５重量％の捲縮靭皮繊維を含む不織布を形成することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
21. 不織布を形成することが、ドライレイド処理、エアレイド処理、又はウェットレイド処理を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 調整工程が、靭皮繊維を空気乾燥に供して所望の水分含有率を達成することを含む、請求項１０に記載の方法。
23. 調整工程が、靭皮繊維を蒸気調整に供して所望の水分含有率を達成することを含む、請求項１０に記載の方法。
24. 蒸気調整工程が、繊維マットを大気圧で飽和蒸気と接触させることを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 水分含有率を調整する前に、靭皮繊維の密度を調整して、密度制御繊維を提供することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
26. 第１の捲縮ロール及び第２の捲縮ロールを含む少なくとも１組の捲縮ロールを含み、該第１及び第２の捲縮ロールが互いに近接して配置され、その間で繊維マットを圧縮するように適合され、各捲縮ロールがその外面に複数の溝を有し、該複数の溝が約３０～約１５０度の角度を有する捲縮装置。
27. 前記第１及び第２の捲縮ロール間の領域に圧縮力を加えるように配置された少なくとも１つの空気圧シリンダをさらに備える、請求項２６に記載の捲縮装置。
28. 圧縮力が直線１インチ当たり少なくとも５ｌｂ_ｆである、請求項２７に記載の捲縮装置。
29. 第１及び第２の捲縮ロールの少なくとも１つが加熱される、請求項２６に記載の捲縮装置。
30. 第１及び第２捲縮ロールの少なくとも１つが、約１００℃～約２５０℃の温度まで加熱される、請求項２９に記載の捲縮装置。

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