JP2847221B2 - ポリエチレンプレキシフイラメント状フイルム―フイブリルストランドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の技術的背景 本発明の技術分野 本発明はポリエチレンのプレキシ（plexi）フィラメ
ント状フィルム−フィブリルストランドの製造方法に関
する。より詳細には、本発明はストランドがポリエチレ
ン、有機溶剤及び水の混合物からフラッシュ紡糸され
る、改善された方法に関する。

本発明を要約すれば、本発明によりポリエチレンのプ
レキシフィラメント状フィルム−フィブリルストランド
をフラッシュ紡糸する改善された方法が提供され、スト
ランドはポリエチレン、有機溶剤及び水の非−クロロフ
ルオロカーボン混合物からフラッシュ紡糸されることで
ある。

既往技術の説明 ブレーズ（Blades）及びホワイト（White）の米国特
許第3,081,519号は繊維形成重合体からプレキシフィラ
メント状フィルム−フィブリルストランドを製造するフ
ラッシュ紡糸方法を記載している。通常の沸点において
又はそれ以下では重合体の非溶剤である液体中に溶解さ
れた重合体の溶液が、液体の通常の沸点よりも高い温
度、及び自己加圧圧力又はそれより高い圧力で、低温且
つ事実上低圧の媒体中に押出される。このフラッシュ紡
糸は液体の蒸発を起こし、それにより重合体から形成さ
れるプレキシフィラメント状フィルム−フィブリルスト
ランドを冷却させる。好適な重合体はポリエチレン及び
ポリプロピレンのような結晶性ポリ炭化水素を含んでい
る。

米国特許第3,081,519号によれば、フラッシュ紡糸に
は下記の液体が有用である：ベンゼン、トルエン等のよ
うな芳香族炭化水素；ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘ
プタン、オクタン、及びそれらの異性体及び同族体のよ
うな脂肪族炭化水素；シクロヘキサンのような脂環式炭
化水素；不飽和炭化水素；塩化メチレン、四塩化炭素、
クロロホルム、塩化エチル、塩化メチルのようなハロゲ
ン化炭化水素；アルコール；エステル；エーテル；ケト
ン；ニトリル；アミド；フルオロカーボン；二酸化硫
黄；二硫化炭素；ニトロメタン；水；及び上記の液体の
混合物。該特許は更にフラッシュ紡糸溶液は更に窒素、
二酸化炭素、ヘリウム、水素、メタン、プロパン、ブタ
ン、エチレン、プロピレン、ブテン等のような溶解ガス
を含むこともできると記載している。プレキシフィラメ
ントのフィブリル化を改善するためには溶解性の低いガ
ス、即ち、紡糸条件下で重合体溶液中に濃度７％以下に
溶解するガスが好ましい。

ポリオレフィンの個別的な繊維を、エマルション又は
逆エマルションを形成するのに充分な量に水が添加され
た溶剤中に溶解した重合体からフラッシュ紡糸すること
は既知である。例えば、コズロウスキ（Kozlowski）の
米国特許第4,054,625号は水及び有機溶剤及び水に溶解
した重合体の溶液から個別的な繊維を製造する方法を教
示している。コズロウスキの方法に対して重要な点は、
水が重合体溶液全体に亙って独立した小滴として分散し
た不連続相を構成するような量で存在することである。
この“逆エマルション”を次いでフラッシュ紡糸して個
別的な繊維を形成する。有機溶剤中の水の溶解度を遥か
に超えた40ないし50％の濃度の水は工程上好適である
が、水が不連続相であることを確実にするように溶液の
混合には一層の注意が払われなければならない。

ポリエチレンのプレキシフィラメント状フィルム−フ
ィブリルストランドから製造された市販の不織布（spun
bonded）製品は、ポリエチレンをトリクロロフルオロメ
タンからフラッシュ紡糸することによって好都合に製造
されている。トリクロロフルオロメタンはこの目的に広
範囲に使用されているが、こうしたハロゲン化炭素の大
気中への消散は地球のオゾン相の枯渇の源として示唆さ
れている。オゾン枯渇問題の一般的議論は、例えばP.S.
ザーラー（Zurer）、“Search Intensifies for Altern
atives to Ozone−Depleting Halocarbons"、Chemical
＆ Engineering Newsn、17−20頁（２月８日、1988）に
よる提示されている。

本発明はポリエチレンのプレキシフィラメント状フィ
ルム−フィブリルストランドを製造する改善された方法
を提供する。ストランドはポリエチレン、有機溶剤及び
水の非−クロロフルオロカーボン混合物から紡糸され
る。

本発明の総括 本発明によって、紡糸混合物が有機溶剤、ポリエチレ
ン及び水を含んで構成され、次いで紡糸混合物の自己圧
力よりも大きい圧力で事実上低い温度及び圧力の領域中
にフラッシュ紡糸される、ポリエチレンのプレキシフィ
ラメント状フィルム−フィブリルストランドをフラッシ
ュ紡糸するための改良された方法が提供され、該改良
は、水が有機溶剤の0.5重量％から溶剤中の水の飽和限
界に等しい量に占めること、及びポリエチレンがポリエ
チレン及び有機溶剤の５ないし25重量％に達する量であ
ること、混合及びフラッシュ紡糸が100゜ないし250℃の
範囲の温度で実施されることを併せて含んで成ることで
ある。

好適な具体化の詳細な説明 “ポリエチレン”という用語はエチレンのホモポリマ
ーだけではなく、繰り返し単位の少なくとも85％がエチ
レン単位である共重合体をも包括することを想定してい
る。好適はポリエチレンは約130ないし135℃の熔融範囲
の上限、0.94ないし0.98g/cm³の範囲の密度及び0.1ない
し6.0のメルトインデックス（ASTM D−1238−57T、条件
Ｅにより規定されたような）を有する、ホモポリマー状
の直鎖状ポリエチレンである。

本分で使用されたような、“ポリエチレンのプレキシ
フィラメント状フィルム−フィブリルストランド”とい
う用語は、一般にストランドの長手軸と同一区域上に整
列している、ランダムな長さ及び約４μｍよりも小さい
平均厚さの、多数の薄い、リボン状の、フィルム−フィ
ブリル要素の三次元的な総合的網状構造としての特製を
有するストランドを意味する。フィルム−フィブリル要
素は、ストランドの長さ、幅及び厚さ全体に亙る各種の
場所で不規則な間隔を置いて断続的に結合し及び分離し
て、三次元的な網状構造を形成する。かようなストラン
ドについては、ブレーズ及びホワイトにより米国特許第
3,081,519号に、及びアンダーソン（Anderson）及びロ
マノ（Romano）により米国特許第3,227,794号に、更に
詳細に記載されている。

本文で使用される“有機溶剤”という用語は、本発明
の条件下でポリエチレンの溶剤である、任意の置換され
た又は置換されていない脂肪族、芳香族又は環式炭化水
素を称する。適当な溶剤の例はシクロヘキサン、ヘキサ
ン、ヘプタン、オクタン、キシレン、トルエン、ベンゼ
ン、メチルシクロヘキサン及びメチルシクロペンタンを
含む。便利な点からは、シクロヘキサンが好適な溶剤で
ある。

本文で使用される“紡糸混合物”という用語は、水が
有機溶剤の0.5重量％ないし溶剤中の水の飽和限界に等
しい量までを占める、有機溶剤、ポリエチレン及び水の
均質な溶液を称する。

本発明はポリエチレン、有機溶剤及び水の非−クロロ
フルオロカーボン混合物からポリエチレンをフラッシュ
紡糸することにより、ポリエチレンのプレキシフィラメ
ント状フィルム−フィブリルストラドを製造する既知の
方法における改善を提供する。本発明の方法は、有機溶
剤の0.5重量％ないし溶剤中の水の飽和限界に等しい量
までを占める水；及び重合体及び溶剤の５ないし25重量
％の量に達するポリエチレン；を含有して成る紡糸混合
物を用いて行われるフラッシュ紡糸を必要とする。

本発明の条件下における水の添加は、本発明の高度に
フィブリル化したストランド、即ち、高い表面積のスト
ランドの形成に対して決定的な要因である。本発明の紡
糸混合物の溶剤に溶解した水は、有機溶剤の溶媒和力を
減少させる効果を有し、それが紡糸されたプレキシフィ
ラメントの表面積の増大をもたらす。追加量の水、即ち
有機溶剤中への水の溶解限界を超える量の水は特別な混
合を必要とし、そして逆エマルション又はエマルション
の形成をもたらすことができ、コゾロウスキの教示のよ
うに独立した繊維の形成を導くことができる。水がない
場合、又は有機溶剤の0.5重量％よりも少ない量の水
は、フィブリル化の乏しいストランドをもたらす結果を
招く。

紡糸混合物はポリエチレン、有機溶剤及び水を含有し
て成る。しかし、慣用のフラッシュ紡糸添加剤を溶液中
で併用することはできる。かような添加剤の例は紫外線
安定剤、酸化紡糸剤、充填剤、染料等である。

ポリエチレン、有機溶剤及び水が混合される順序は決
定的なものではない。便宜上、本発明の方法はエチレン
重合工程の生産物を用いて行うことができる。即ち、エ
チレンを重合させるために使用された有機溶剤中に溶解
したポリエチレンに水を添加することができる。エチレ
ン重合装置からの連続法の利点は、ポリエチレンを単離
すること及び後にそれを有機溶剤及び水に再溶解する経
費のかかる手順の免れることにある。

混合及びフラッシュ紡糸、即ち混合物をオリフィスに
通すことは、ほぼ同じ温度で実施することができる。温
度は100ないし250℃の範囲である。温度の上限は重合体
の分解又は半融したプレキシフィラメントの生産を回避
するように決定される。下限は水の顕著な溶解、及び紡
糸の間の溶剤の事実上完全な蒸発を可能とするように決
定される。

混合及び紡糸の際の圧力は同一であることができる
が、紡糸混合物の形成後及びフラッシュ紡糸の直前に圧
力は屡々幾分か減少する。一般に、混合及び紡糸圧力は
800ないし5,000psiの範囲、及び通常は1,000ないし2,50
0psiの範囲にある。

実施例 本発明は比較的寸法の小さい装置中でのバッチ法を用
いる下記の実施例中で例示される。かようなバッチ法は
スケールアップし、例えばアンダーソン及びロマノ米国
特許第3,227,794号により開示された形式の装置中で実
施することが可能な、連続的フラッシュ紡糸方法に転換
することができる。

試験方法 実施例において製造されたプレキシフィラメント状フ
ィルム−フィブリルストランドのフィブリル化度（fibr
illation level）は主観的に評価された。“5"の等級
は、ストランドがこのようなフラッシュ紡糸ポリエチレ
ンストラドから製造された不織布シートの商業的生産に
おいて通常達成されるよりは良いフィブリル化を呈した
ことを示している。“4"の等級は製品が市販のフラッシ
ュ紡糸ストランドと同程度に良好であったことを示す。
“3"の等級は製品が市販のスラッシュ紡糸ストランドと
完全に同程度に良くはなかったことを示す。“2"の等級
は極めてフィブリル化が乏しく、不適当なストランドを
示す。“1"の等級はストランドの形成のないことを示
す。“3"の等級が本発明の方法において使用するのに満
足と考えられる最低源である。

ブレキシフィラメント状フィルム−フィブリルストラ
ンド生成物の表面積は、フラッシュ紡糸生成物のフィブ
リル化の程度及び繊度の別な尺度である。表面積はS.ブ
ルナウアー（Brunauer）、P.H.エメット（Emmet）、E.
テラー（Teller）、J.Am.Chem.Soc.60、309−319頁（19
38）の、BET窒素吸着法により測定され、m²/gとして報
告される。

装置／方法論 第Ｉ表の実施例１ないし５及び対照Ａの場合、1.0の
メルトインデックスの高密度直鎖状ポリエチレンが使用
された。使用された装置は各々容器の内容物に圧力をか
けるのに適したピストンを備える、二本の高圧シリンダ
ー室から構成されている。シリンダーは1.0インチの内
径を有し、各々30立方センチメートルの内容積を有して
いる。シリンダーは直径3/32インチの流路及び静止混合
機として使用される一連のメッシュの細かい篩を含む混
合室を通して一端で相互に連結されている。混合は静止
混合機を通して二本のシリンダーの間で容器の内容物を
前後に強制的に移動させることによって行われる。次い
でオリフィスを開くための迅速作動手段を備えた紡糸口
金組立物を、直径0.030インチ×長さ0.020インチのオリ
フィスに通ずる、Ｔ管継ぎ手を通して流路に取り付け
る。混合の際、ピストンは油圧系により供給される高圧
水によって駆動される。紡糸の際、ピストンを駆動させ
るために高圧窒素が使用される。オリフィスに通ずるラ
イン中の圧力を測定するために圧力変換器が使用され
る。

操業の際、装置に諸成分（ポリエチレン粉末、シクロ
ヘキサン、及び実施例１ないし５の場合には水）が装入
され、ピストンを駆動させるために高圧水（1000psi）
が導入されて装入物を圧縮する。次いで内容物が140℃
に加熱され、約１時間又はそれ以上その温度に保持さ
れ、その時間の間に約200psiの差圧が二本のシリンダー
の間に交互に加えられ、一方のシリンダーから他方のシ
リンダーに混合流路を通じて内容物が繰り返し強制的に
通過されて混合が与えられ、且つ重合体が溶液中に入れ
られる。次いで溶液の温度は最終的な紡糸温度まで昇温
され、そこで温度を平衡させ、水を溶解させるために約
15分間保持される。混合はこの期間を通じて継続され
る。最後に、紡糸口金オリフィスが開かれ、生じるフラ
ッシュ紡糸生成物が集められる。紡糸口金オリフィスに
通じる流路内の圧力は紡糸の際コンピューターを用いて
記録され、第Ｉ表に紡糸圧力として採録されている。実
施例１ないし５の条件下で有機溶剤、シクロヘキサン中
の水の溶解度限界は６％である。

重合体の重量％はシクロヘキサン及び重合体の重量を
基準としている 水の重量％はシクロヘキサンの重量のみを基準として
いる 本発明の主なる特徴及び態様は以下の通りである。

1.紡糸混合物が有機溶剤、ポリエチレン及び水を含ん
で構成され、次いで紡糸混合物の自己圧よりも大きい圧
力で事実上温度及び圧力の低い領域中にフラッシュ紡糸
される、ポリエチレンのプレキシフィラメント状フィル
ム−フィブリルストランドをフラッシュ紡糸する方法の
改良方法において、水が有機溶剤の0.5重量％から溶剤
中の水の飽和限界に等しい量を占めること、及びポリエ
チレンがポリエチレン及び有機溶剤の５ないし25重量％
に達する量であること、混合及びフラッシュ紡糸が100
゜ないし250℃の範囲の温度で実施されることを併せて
含んで成る改良方法。

2.有機溶剤がシクロヘキサンである、上記１に記載の
方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) D01F 6/04 D01D 5/11

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】紡糸混合物が有機溶剤、ポリエチレン及び
   水を含んで構成され、次いで紡糸混合物の自己圧よりも
   大きい圧力で事実上温度及び圧力の低い領域中にフラッ
   シュ紡糸される、ポリエチレンのプレキシフィラメント
   状フィルム−フィブリルストランドをフラッシュ紡糸す
   る方法の改良方法において、水が有機溶剤の0.5重量％
   から溶剤中の水の飽和限界に等しい量を占めること、及
   びポリエチレンがポリエチレン及び有機溶剤の５ないし
   25重量％に達する量であること、混合及びフラッシュ紡
   糸が100゜ないし250℃の範囲の温度で実施されることを
   併せて含んで成る改良方法。