JP3904614B2 - ランダムマクロドメイン多成分繊維、その調製および該繊維から作製した不織構造体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は多成分繊維およびその製造、並びにこのような繊維から調製した不織構造体に関する。
【０００２】
【技術的背景】
多成分繊維およびその製造手段は当分野で公知である。この分野の参考文献は米国特許第3,616,149 号（ウインクローファー(WINCKLHOFER))、米国特許第4,634,739 号（バシラトス(VASSILATOS)'739))、米国特許第4,632,861 号（バシラトス'739の分割：バシラトス'861))、米国特許第4,839,228 号（ジェジック(JEZIC) 等'228))、米国特許第5,133,917 号（ジェジック等'228の分割：ジェジック等'917))、米国特許第5,108,827 号（ゲスナー(GESSNER))を包含する。
多成分繊維を調製するための種々の公知法は、乾式混合し、ついで混合したポリマーを押出すか、あるいは該乾式混合ポリマーブレンドを溶融し、可能ならば付随的に混合した後、押出す工程を含む手順を包含する。これら方法において、該ポリマーは、ポリマーを溶融する前に必ず混合しており、従って個々のポリマーは別々には溶融しない。
上記の方法では、該ポリマーの混合前にこれらを別々に溶融していないので、該ポリマーを確実に緊密混合した後に、繊維を与える押出工程を実施する必要がある。結局、該分散したポリマードメインのサイズは１以上の寸法(dimensions)において制限されてしまい、例えば該ドメインは該繊維の幅については狭くまたは細い。例えば、該ドメイン各々が該繊維断面の大部分を占有せず、あるいは該繊維の径に比して小さい相当直径(equivalent diameter) を有し、および／またはこれらは短く、即ち該繊維の軸に沿って長い距離に渡って拡がっている訳ではない。
【０００３】
例えば、上記方法で得られた結果の中には、ドメインとしての不連続相をもつ連続／不連続相分散体があり、該ドメインは典型的には断面の最大の幅をもつ部分における該繊維の径に沿った１μｍ未満の幅をもつか、あるいは該繊維の断面積の0.1%以下の断面を有する。更に、該不連続相成分の混和性または溶融粘度が該連続相成分の値と大幅に異なる場合には、前者は最終的には不連続の短い、典型的には長さ10μｍ未満のフィブリルとして存在する可能性がある。
これら方法により得られた繊維は該繊維表面上での低融点ポリマーの利用性に欠ける。結果として、これら繊維は該繊維間の良好な熱的結合性を与えない。
上記の如く、上に挙げた文献は、多成分繊維の調製の際の、個々のポリマーの混合前における、その予備的並びに別々の溶融を記載もしくは示唆していない。これら文献は予備的かつ別々の溶融と同様に、後の混合の程度をおよび必要ならば該ポリマーの初期の相対的な量を加減して、上記方法により得られるドメインよりも大きなドメインにより特徴付けられる多成分繊維を最終的に得ることを開示も示唆もしていない。
この点に関連して、個々のポリマーの予備的な別々の溶融が、後の混合の際に該ポリマーの混合を妨害もしくは遅延することが見出されている。このような後の混合においては、混合すべき量を適当に限定し、かつこれに対応して使用される該ポリマーの相対的な量を調節することにより、従来技術に見られた程度までに該ポリマーが分解されるのを防止し、本発明の多成分繊維のマクロドメインが得られる。
米国特許第5,059,482 号（カワモト(Kawamoto)等）は、混合し、最終的に押出す前に別々に押出される２種のポリマーを含む複合繊維を開示している。しかしながら、このカワモトの特許は該混合工程において、好ましくは金網またはフィルターを使用して作製した「微細なアイランド(fine island)」の分散体を開示している。このカワモトの特許は本発明の層状ポリマードメインにより特徴付けられる多成分繊維並びにその製造方法を教示も示唆もしていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は多成分繊維およびその製造、並びにこのような繊維から調製した不織構造体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の多成分繊維は公知技術を越える新規かつ予想外の利点をもたらす。一例として、上記ポリマーのマクロドメインの存在は不織構造体または織物の製造において、特に低圧熱結合技術を使用した場合に、該繊維の優れた結合性をもたらす。
このような優れた結合性は、特に本発明の繊維が不混和性もしくは少なくとも実質的に不混和性の、異なる融点をもつ熱可塑性ポリマーを含む場合に生じ、結果として熱の適用が該繊維のうちの低融点成分を溶融し、該繊維中の該成分の相互融合が繊維を結合する。より詳細には、該少なくとも２種のポリマーは異なる量で存在し、少量で存在するポリマーが低融点のポリマーである。特に好ましい態様において、この優れた結合は本発明の線状ポリエチレン／線状ポリプロピレン多成分、特に２成分繊維で実現され、ここで該ポリエチレンが該低融点かつ少量成分である。
【０００６】
もう一つの利点として、本発明の繊維は圧力を印加することなく熱的に結合でき、その結果濾過および他の用途に適した高品位の不織構造体を与える。このような優れた低圧熱結合性は、特に本発明の繊維が少なくとも２種の異なる融点をもつポリマーを含み、その低融点をもつポリマーがマクロドメインを与えるという特徴をもつ場合に見られ、この例においては、上記の好ましい結合性は、該低融点ポリマー成分のマクロドメインの寸法に基くその利用性によってもたらされる。
本発明は少なくとも２種のポリマーを含む、多成分繊維に関する。これらポリマーの少なくとも一方は該繊維内全体に渡り、ドメインとしてランダムに分散しており、このようにランダムに分散したポリマーの各々に関連して、該ドメインの少なくとも約40重量％は該繊維の相当直径の少なくとも約5%の第一の寸法と、少なくとも約20μｍの第二の寸法を有する。
より好ましくは、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％の第一の寸法と、少なくとも約100 μｍの第二の寸法を有する。特に好ましくは態様において、該ドメインの少なくとも約50重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％〜約80％の第一の寸法と、少なくとも約100 μｍの第二の寸法を有する。
本発明の多成分繊維において、該少なくとも２種のポリマーは、該ポリマーの１種が連続相であり、少なくとも１種の他のポリマーがドメイン形状の不連続相として該連続相全体に渡りランダムに分散された構成であり得る。もう一つの構成として、少なくとも２種のポリマーの全て、またはその実質的全てがドメイン形状でランダムに分散されていてもよい。
【０００７】
好ましくは、本発明の多成分繊維の少なくとも２種のポリマーの融点間には少なくとも約10°Ｃ、より好ましくは少なくとも約20°Ｃ（本発明において有用なポリマーの融点間の差は典型的には約10〜200 °Ｃまたはそれ以上である）の差がある。このような例において特に好ましくは、上記の少なくとも２種のポリマーは高融点ポリマーとしてポリプロピレンを、また低融点ポリマーとしてポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーを含む。
該ポリマーが上記の連続／不連続相構成で与えられる場合、該連続相を構成するポリマーの融点は、好ましくは少なくとも１種の不連続相を構成するポリマーの融点よりも少なくとも約10°Ｃ高く、とりわけこの構成については、同様に特に好ましくは、該連続相のポリマーはポリプロピレンを含み、かつ該少なくとも１種の不連続相のポリマーはポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーを含む。このような融点における差は上記の別の態様についても好ましいことである。
好ましい態様において、本発明の多成分繊維は２成分繊維である。特に好ましい態様として、本発明の２成分繊維の該２種のポリマーは上記のポリプロピレンとポリエチレンとの組み合わせ、またはポリプロピレンとエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせである。
【０００８】
本発明の多成分繊維で使用する該ポリマーの相対的な割合は、該繊維に望ましい諸特性に応じて決定できる。ポリプロピレンとポリエチレンとの組み合わせを使用する場合、あるいはポリプロピレンとエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせを使用する場合、特に何れの例においても本発明の２成分繊維中でこれらの組み合わせを使用する場合、約10〜約90重量％のポリプロピレンと約90〜約10重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、または約20〜約80重量％のポリプロピレンと約80〜約20重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせが本発明の範囲内にはいる。これらの各割合はポリプロピレンとポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーの全重量を基準とするものである。特に好ましい組み合わせは、上記の如くポリプロピレンとポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーの全重量を基準として、
約80重量％のポリプロピレンと、約20重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、
約60重量％のポリプロピレンと、約40重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、
約50重量％のポリプロピレンと、約50重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、および
約35重量％のポリプロピレンと、約65重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせである。
【０００９】
本発明は、更に本発明の多成分繊維を含む不織布または不織構造体にも関連する。
本発明は、更に少なくとも２種のポリマーを含み、該ポリマーの少なくとも１種が多成分繊維全体に渡りランダムに分散された該多成分繊維の製造方法にも関連する。この本発明の方法は以下の諸工程を含む。即ち、
(a) 該少なくとも２種のポリマー各々を別々に溶融する工程、
(b) 別々に溶融した該ポリマーを混合して、ポリマーブレンドを得る工程、および
(c) 該ブレンドを押出して該多成分繊維を得る工程。
好ましくは、該工程(b) は、該工程(c) で得られる多成分繊維中におけるドメインとしてランダムに分散された各ポリマーについて、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約5%の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約20μｍの第二の寸法をもつ程度に混合を実施する工程を含む。
別々に溶融することに加えて、該少なくとも２種のポリマーを押出した後に、該工程(b) の混合工程を実施することも可能である。この点に関して、特に該工程(a) は該ポリマー各々について別々の押出機を使用して、特にその中で該各ポリマーを溶融し、次いで各ポリマーをそこから押出すことにより達成され、このような工程を経た後に、該ポリマーメルトを工程(b) の混合工程および該工程(c) の押出しに付す。
【００１０】
より好ましくは、該工程(b) における混合の程度は、該工程(c) で得られる本発明の多成分繊維中でドメインとしてランダムに分散された各ポリマーについて、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつように決定される。最も好ましくは、該工程(b) における混合の程度は、該工程(c) で得られる本発明の多成分繊維中でドメインとしてランダムに分散された各ポリマーについて、該ドメインの少なくとも約50重量％が該繊維の相当直径の約10％〜約80％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつように決定される。
本発明の方法において、該少なくとも２種のポリマーは、該工程(c) で得られる本発明の多成分繊維中で、上記の連続／不連続相構成を与えるような相対的量で使用できる。また、該ポリマーは上記の多重ドメイン構成を与えるような相対的量で使用できる。
本明細書で使用する用語「相当直径(equivalent diameter)」とは、当分野で認識されており、ここではその一般的に理解されている意味をもつものとして使用し、特にこれは繊維に共通のパラメータであって、一般的には繊維の断面が円形であるか否かを問わない。特定の繊維の相当直径とは、該繊維の断面と同一の面積をもつ円の径を表す。
本明細書で使用する該ドメインの第一の寸法とは、該ドメインの断面における最も離れた２点間の距離であり、これら点を結ぶ線により決定され、該線は該ドメイン断面を面積の等しい２部分に分割する。この点に関連して、該ドメイン断面は該繊維の軸に垂直となるようにとられ、即ち該ドメイン断面は該繊維断面の面内にある。
【００１１】
本明細書で使用する上記ドメインの第二の寸法とは、該繊維の軸に沿った方向で測定される。
本発明のポリマーは多成分繊維の調製に適したものであり、該多成分繊維は２成分繊維としての多成分繊維を包含する。用語「多成分(multiconstituent)」 および「２成分(biconstituent)」とは、ここでは当分野で許容された意味に従って使用され、用語「ドメイン(domain)」も同様である。
該多成分繊維は、連続相として与えられる１種のポリマー全体に渡り、少なくとも１種の不連続相としての、ドメインとして分散された少なくとも１種のポリマーを含む繊維を包含するものとして理解される。この多成分繊維は、更にドメインとして相互に分散された少なくとも２種またはそれ以上のポリマーを含む繊維をも包含するものとして理解され、このような分散はランダムである。
本発明の繊維は多成分繊維であり、２成分繊維を包含し、より詳しくは本発明の繊維はマクロドメイン多成分繊維、特にランダムなマクロドメイン多成分繊維であり、上記の如く２成分繊維を包含する。本明細書で使用する用語「マクロドメイン(macrodomain)」とは、公知技術の小さなドメインをもつ多成分繊維とは対照的に、本発明の繊維を特徴付けるより大きなポリマードメインのサイズを意味する。
本発明の多成分繊維の該少なくとも２種のポリマーは、好ましくは熱可塑性であり、また同様に好ましくは不混和性あるいは少なくとも実質的に不混和性である。更に、好ましいこととして、本発明の多成分繊維で使用する該少なくとも２種のポリマーは異なる融点を有し、最も好ましくはこれらは少なくとも約10°Ｃの融点における差をもつ。
【００１２】
本発明の多成分繊維に適したポリマーはウインクローファー(WINCKLHOFER) 、バシラトス(VASSILATOS)'739、バシラトス'861、ジェジック(JEZIC) 等'228、ジェジック等'917およびゲスナー(GESSNER) の各米国特許に記載されているようなポリマーを包含する。これら特許の全内容を本発明の参考とする。
本発明の多成分繊維に適した特定のポリマーはポリエチレン類(PE)、例えば低密度ポリエチレン類(LDPE)、好ましくは約0.90-0.935g/ccの密度を有するもの、高密度ポリエチレン類(HDPE)、好ましくは約0.94-0.98 g/ccの密度を有するもの、線状低密度ポリエチレン類(LLDPE) 、好ましくは約0.94-0.98 g/ccの密度を有するもの、およびエチレンと少なくとも１種のC3-C12α−オレフィンとを共重合することにより調製されるポリマーを包含する。
同様に適当なポリマーの例はポリプロピレン類(PP)であり、これらはアタクチック、シンジオタクチック、およびアイソタクチック（部分的におよび完全にアイソタクチックであるものあるいは少なくとも実質的に完全にアイソタクチックなものを含む）ポリプロピレン類を包含する。
本発明の多成分繊維で使用することのできる更に別のポリマー類は以下に例示するものを含む。即ち、エチレン−プロピレンコポリマー（エチレンとプロピレンとのブロックコポリマーおよびエチレンとプロピレンとのランダムコポリマーを包含する）；ポリブチレン、例えばポリ-1- ブテン類、ポリ-2- ブテン類、およびポリイソブチレン類；ポリ4-メチル-1- ペンテン類(TPX);ポリカーボネート類；ポリエステル類、例えばポリ（オキシエチレンオキシテレフタロイル);ポリアミド、例えばポリ（イミノ-1- オキソヘキサメチレン）（ナイロン 6) 、ヘキサメチレンジアミンセバシン酸（ナイロン 6-10)およびポリイミノヘキサメチレンイミノアジポイル（ナイロン 66)；ポリオキシメチレン類；ポリスチレン類；スチレンコポリマー類、例えばスチレンアクリロニトリル(SAN);ポリフェニレンエーテル類；ポリフェニレンオキサイド類(PPO);ポリエーテルエーテルケトン類(PEEK)；ポリエーテルイミド類；ポリフェニレンスルフィド類(PPS);ポリ酢酸ビニル(PVA);ポリメチルメタクリレート類(PMMA)；ポリメタクリレート類(PMA);エチレンアクリル酸コポリマー類；およびポリスルホン類。
【００１３】
２種以上のポリマーが使用でき、また特定の目的にとって望ましい諸特性により特徴付けられる生成物を得るのに適した相対的量は任意である。当業者は、過度の実験を行うことなしに、使用する該ポリマーの型並びにその諸特性を容易に決定し得る。
特に好ましいポリマーは、ポリプロピレン、とりわけ少なくとも90％のアイソタクチックポリプロピレンと、低融点（好ましくは、少なくとも約10°Ｃ低い）のポリエチレン、特に高密度ポリエチレンまたは上記のような低融点のエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせであり、この組み合わせは本発明の２成分繊維を与える。適当な市販品として入手可能なアイソタクチックポリプロピレン類はPD 701（約35の溶融流量を有する）およびPH 012（約18の溶融流量を有する)(これら両者共にDE州、ウイルミントンのハイモント(HIMONT) U.S.A. 社から入手できる）であり、一方適当な市販品として入手可能な高密度ポリエチレン類はTX州、ヒューストンのソルベイポリマー社(Solvay Polymers, Inc.) から入手可能なT60-4200を含み、また適当な市販品として入手可能なエチレン−プロピレンコポリマー（約6%のエチレン単位を含むランダムコポリマーであると考えられている）はTX州、ダラスのフィナオイルアンドケミカル社(Fina Oil and Chemical Company) から入手できるフィナ(FINA) Z9450である。
また、好ましいものは高融点ポリマーとしてポリエステルと、低融点ポリマーとしてポリプロピレン、ポリエチレン、プロピレン−エチレンコポリマーおよびコポリエステルを含有する繊維である。
【００１４】
本発明の多成分繊維の調製において、該ポリマーの各々は別々に溶融される。これは各ポリマーに対してそれぞれ別々の押出機を使用することにより、より詳しく言えば個々の押出機中で各ポリマーを溶融し、次いで該押出機から該各ポリマーを押出すことにより達成される。
これらの別々に溶融されたポリマーを次いで混合するが、この混合はこれらポリマーの溶融された状態で、即ちポリマーメルトについて実施することが好ましい。これらポリマーは、その各々につき１個の別々のポンプを使用することにより、この混合工程に送ることができる。
使用するポリマーの不混和性または少なくとも実質的に不混和性のために、上記の混合は該ポリマーのランダムな相互分散を生じ、かつポリマードメインの形成に寄与する。
この相互分散ポリマーの構成に影響を与えるファクタは該混合工程で与えられた該ポリマーの相対的な量である。このような相対的な量は上記の別々のポンプの速度を変えることにより制御できる。
該ポリマーの何れか（第一のポリマー）が他の１以上のポリマーの量よりも十分に多量で与えられた場合、結果として上記第一のポリマーが連続相を与え、そこには該１種以上の他のポリマーのドメインがランダムに相互分散される。任意の単一のポリマーの優越性がない場合には、該ポリマーの全てがかかるランダムに分散されたドメインとして存在することになる。
【００１５】
全てのポリマーがドメインとして与えられる構成とは逆に、上記の連続／不連続相構成を与えるのに十分な優越性は、特に使用するポリマーの同一性に依存する。ポリマーの任意の特定の組み合わせについて、過度の実験を実施することなく、当業者は必要な構成を得るのに要求される相対的量を容易に決定できる。
どのような構成が得られるかに関連して、該ポリマーのドメインのサイズが種々のファクタにより影響される。生成する構成に影響を与えるものとして上で議論した、使用するポリマーの上記相対的割合も同様にドメインのサイズを決定する１ファクタである。
更に、第二のファクタは使用する混合の度合いである。特に、混合の程度(amount of mixing)が高い程、生成するドメインのサイズは小さくなる。この点に関連して、該押出されたポリマーは適当な比率で使用され、適度な混合に付され、かくして本発明の範囲内のドメインを与える。上記２つのファクタの特に後者に関連して、使用する混合の程度が十分であると、必要なサイズのドメインが得られるが、生成するドメインのサイズが本発明のドメインのサイズ以下に低下する程に混合の程度を高くしてはならない。
使用するポリマーの型並びに割合に関連して既に述べた如く、過度の実験を実施することなしに、当業者は必要な混合の程度を容易に決定できる。特に、適当なポリマーの比率および混合の程度の適当な組み合わせは、かくして容易に決定できる。
【００１６】
従って、該ポリマーの相対的な割合および使用する混合の程度は本発明のランダムなマクロドメイン多成分ポリマーを与えるようなものである。好ましくは、これらの相対的なポリマーの比率および混合の程度は、最終的に得られる本発明の多成分繊維中にランダムに分散された各ポリマーにつき、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約5%の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約20μｍの第二の寸法をもつようなものである。
更に好ましくは、該ポリマーの比率および混合の程度は、かくしてランダムに分散した各ポリマーにつき、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつようなものであり、最も好ましくは該ポリマーの比率および混合の程度は、かくしてランダムに分散した各ポリマーにつき、該ドメインの少なくとも約50重量％が該繊維の相当直径の約10％〜約80％の範囲の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつようなものである。
該混合は必要な結果を与えるであろう任意の手段により、例えば混合エレメントを含む静的混合デバイスの使用により実施できる。該静的混合デバイス内で使用する混合エレメントが多い程、混合の程度は高くなるであろう。適当な混合エレメントはニューヨーク州、ニューヨークのコッホエンジニアリング社(Koch Engineering Company)により製作された、８個の波形相をもつ、1/2 インチスケジュール(schedule) 40 パイプサイズの混合エレメントを包含する。
【００１７】
上記混合工程で作製されるブレンドは紡糸口金に供給され、そこで過熱され、そこからフィラメントとして押出される。これらのフィラメントは必要な伸張およびクリンプ加工に付され、次いでステープルファイバーに裁断される。
上記の伸張、クリンプ加工および裁断、特に伸張加工は生成する繊維の径並びにそのドメインの第一の寸法に、該処理に対応するあるいは少なくとも実質的に対応する効果を及ぼす。特に、該繊維径および該ドメインの第一の寸法は絶対的な意味で両者共に、同一のもしくは実質的に同一の比率で縮小され、従ってこれらの寸法は相互に同一もしくは少なくともほぼ同一の関係を維持する。
好ましくは、該繊維は約0.5 〜40 dpf、より好ましくは約２〜15 dpfである。好ましくは、ステープルファイバーは約2.5 〜25cm（約１〜10インチ）、より好ましくは約3.2 〜15cm（1・1/4 〜６インチ）である。最も好ましくは、ステープルファイバーは3.8 〜14 dpf、かつ2.5 〜4.7 cmである。
これらの生成するステープルファイバーは不織布の調製のために使用できる。特に、これらをウエブに形成することができ、このウエブは公知の商業的方法、例えば繊維をウエブに集合させるための機械的、電気的、空力的、または水力学的手段の利用を含む方法、例えばカーディング、エアーレイイング、カーディング／ハイドロエンタングリング(hydroentangling) 、ウエットレイイング(wetlaying) 、ハイドロエンタングリングおよびスパン結合(spunbonding)(即ち、スパン結合法による、繊維の直接的な繊維ウエブへの溶融紡糸）などにより生成することが適している。かくして調製したウエブは任意の適当な手段、例えば熱結合および音波結合技術、カレンダー、スルーエアーおよび超音波結合などによって結合できる。
【００１８】
本発明のランダムなマクロドメイン多成分繊維から調製した不織布または不織構造体は種々の用途、例えばカバーストック(coverstock)織物、使い捨て衣料、濾過媒体、フェイスマスク(face masks)、および充填材等（これらに限定されない）に適している。サイズはその工業に典型的な値並びに衛生および濾過織物で使用するのに適した値であり、好ましくは約10〜300 g/m2、より好ましくは衛生用途に対して約10〜40g/m2、および濾過用について50〜200 g/m2の範囲内の坪量をもつ。
本発明は、また少なくとも一つの上記不織布と、好ましくは１以上の他の織物またはフィルム層を有する積層体（織物）にも関する。他の層の例は他の繊維を含有するカーディング可能な繊維のウエブ；カーディング不能な繊維のウエブ、例えばスパン結合、メルトブローまたはハイドロエンタングル処理したウエブ；あるいはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルまたは他のフィルムなどである。好ましいフィルムの１つは、通気性のポリエチレンフィルム（例えば、イリノイ州、レイクツーリッヒのエクソンケミカル社(Exxon Chemical Company)製のエクセール(EXXAIRE: 商標）通気性ポリエチレン）である。これら材料は、公知の技術、例えばカレンダー熱結合、スルーエアー結合、ハイドロエンタングル、ニードルパンチ、超音波結合、およびラテックス結合などを利用して、凝集させることができる。
【００１９】
【実施例】
本発明を以下の実施例により説明する。これら実施例は本発明の例示の目的で与えられるものであり、本発明の範囲を何等限定するものではない。特に述べない限り、全ての“%" 、“部”等は重量基準である。
実施例１
本発明のランダムなマクロドメイン２成分繊維をPH012 ポリプロピレンおよびT60-4200高密度ポリエチレンから調製した。以下に記載する数回の実験を実施した。
各実験において、これら２種のポリマーを２つの異なる押出機に供給し、そこで260 °Ｃにてこれらポリマーを溶融した。これらの溶融ポリマーを各押出機から押出し、混合エレメント(1/2インチスケジュール40パイプサイズの混合エレメントであって、８層の波形層をもつ、NY州、ニューヨークのコッホエンジニアリング社(Koch Engineering Company)製）を含む静的混合デバイスに供給した。
該ポリマーの相対的割合および使用した混合エレメントの数を実験毎に変えることにより、最終的に得られる本発明の繊維の好ましい混合度を達成した。該ポリマーの比率および混合エレメントの数は異なる実験に対して以下の通りであった。
【００２０】
【表１】
【００２１】
各実験について、上記の溶融および引き続き実施される該静的混合デバイス中での混合の後に、生成する混合ポリマーメルトを105 個の孔を有する紡糸口金を通して押出して、径約200 μｍのフィラメントを得た。図１〜６は200 倍に拡大した各実験Ａ〜Ｆ各々の繊維の断面の顕微鏡写真である。
より暗い領域は該高密度ポリエチレンのマクロドメインを表す。従って、これらの顕微鏡写真は本発明による該ポリマーのランダムなマクロドメイン分布を立証している。
実施例２
実施例１のポリマーおよび手順を利用して本発明の繊維を調製し、次いで付随的に伸張、クリンピングおよび裁断処理にかけた。実施例と同様に、数回の実験を、即ち以下に示す実験Ｇ〜Ｊを実施した。
以下の表に示したパラメータに関連して、スピンdtexは各フィラメントの10,000ｍ当たりのグラム重である。上記の付随的な処理に関連して、このようにして調製された該フィラメントを伸張し、かつクリンプ処理して、特定のステープルdpf およびクリンプ/cm をもつように調整し、かつ指定されたステープル長をもつ、不織構造体に転化するためのステープルに裁断した。
【００２２】
【表２】
【００２３】
図７および図８は、400 倍に拡大した、実験Ｉからの同一の3 本の繊維（繊維ａ、ｂおよびｃとした）の長さに沿った50μｍ間隔でとった部分の断面の顕微鏡写真である。図１〜６におけるように、より暗い領域が高密度ポリエチレンマクロドメインを表す。
繊維ａ、ｂおよびｃ各々の最初の断面を表す図７と、これら繊維の後の断面を表す図８との比較は、上記初期並びに後の断面に示されたドメインのパターンが本質的に同一であることを立証しており、従って同一のドメインが該初期および後の断面に示されていることは明らかである。50μｍ間隔でとられた上記の断面に見られるように、該ドメインは、従ってこれら繊維の軸に沿った少なくとも50μｍの長さをもつ。即ち、これらのドメインは長さ少なくとも50μｍに等しい第二の寸法を有する。
実施例３および４
実施例３および４では、それぞれ実験ＧおよびＨの繊維を使用して、以下に示すこれら実施例の条件に従って、カレンダー結合により熱的に結合した不織構造体を調製した。これら両実施例について、該ステープルファイバーをカーディングして異なる坪量の不織ウエブとし、ついで線速度12m/分の２個の平滑なカレンダーロールを使用して、熱的に結合した。
更に、これら両実施例について、該カレンダーロール温度および圧力を、同様に以下に示すように変化させた。これらの織物を横−方向(CD)（即ち、縦方向に直交する方向）における強度をテストし、ASTM D1682-64 テスト手順を利用して、該織物のCDグラブ(grab)強度および伸びの値を測定した。結果を以下の表３および４に示す。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
実施例３および４両者の上記結果は本発明の繊維の熱的結合可能性を立証している。上記繊維は所定の強度を示し、この強度は結合温度と結合圧力との関数である。
実施例５
実験Ｈのステープルファイバーから、加熱空気結合技術を利用して、以下に示す条件に従って、熱的に結合した不織構造体を調製した。これら繊維はカーディングし、かつ不織ウエブに形成し、次いで加熱空気をこれら繊維に通じて、結合させた不織構造体を形成し、ASTM D-1682-64テスト手順を利用して横方向(CD)におけるこれら結合織物のグラブ強度および伸びを測定した。結果を以下の表５に示す。
【００２７】
【表５】
【００２８】
上記結果は、本発明の繊維から不織構造体を調製するのに、スルーエアー結合も利用できること、および所定の特性を示す高品位の不織構造体を提供し得ることを立証している。
実施例６
上記実験ＩおよびＪのステープルファイバーから、以下に示す条件に従って、熱的に結合した不織布構造体を調製した。これらのステープルファイバーをカーディングにより異なる坪量の不織ウエブに形成し、次いで１本の平滑なカレンダーロールと、全結合領域15％に等しい結合点をもつ彫刻カレンダーロールとを使用して熱的に結合した。
このカレンダーロールの圧は一定値7.2kg/cmに維持し、以下に説明するようにロール温度を変化させた。該織物を縦方向(MD)および横方向(CD)における強度についてテストした。実施例３、４および５と同様に、これら織物のグラブ強度および伸びを、ASTM D-1682-64テスト手順を利用して測定した。結果を以下の表６に示す。
【００２９】
【表６】
【００３０】
上記のデータは、前の実施例のデータと同様に、本発明の繊維の熱的な結合可能性を立証している。これら結果は、実施例６の手順に従って調製した織物が所定の強度をもつことを示している。
最後に、以上本発明を特定の手段、材料、および態様を参照して記載してきたが、本発明はこれら特定の記載により何等限定されず、かつ特許請求の範囲内に入る全ての等価な範囲に及ぶものであることに注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 200 倍に拡大した実験Ａの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図２】 200 倍に拡大した実験Ｂの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図３】 200 倍に拡大した実験Ｃの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図４】 200 倍に拡大した実験Ｄの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図５】 200 倍に拡大した実験Ｅの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図６】 200 倍に拡大した実験Ｆの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図７】 400 倍に拡大した、実験Ｉからの同一の3 本の繊維（繊維ａ、ｂおよびｃとした）の長さに沿った50μｍ間隔でとった部分の断面の顕微鏡写真である。
【図８】 400 倍に拡大した、実験Ｉからの同一の3 本の繊維（繊維ａ、ｂおよびｃとした）の長さに沿った50μｍ間隔でとった部分の断面の顕微鏡写真である。
【産業上の利用分野】
本発明は多成分繊維およびその製造、並びにこのような繊維から調製した不織構造体に関する。
【０００２】
【技術的背景】
多成分繊維およびその製造手段は当分野で公知である。この分野の参考文献は米国特許第3,616,149 号（ウインクローファー(WINCKLHOFER))、米国特許第4,634,739 号（バシラトス(VASSILATOS)'739))、米国特許第4,632,861 号（バシラトス'739の分割：バシラトス'861))、米国特許第4,839,228 号（ジェジック(JEZIC) 等'228))、米国特許第5,133,917 号（ジェジック等'228の分割：ジェジック等'917))、米国特許第5,108,827 号（ゲスナー(GESSNER))を包含する。
多成分繊維を調製するための種々の公知法は、乾式混合し、ついで混合したポリマーを押出すか、あるいは該乾式混合ポリマーブレンドを溶融し、可能ならば付随的に混合した後、押出す工程を含む手順を包含する。これら方法において、該ポリマーは、ポリマーを溶融する前に必ず混合しており、従って個々のポリマーは別々には溶融しない。
上記の方法では、該ポリマーの混合前にこれらを別々に溶融していないので、該ポリマーを確実に緊密混合した後に、繊維を与える押出工程を実施する必要がある。結局、該分散したポリマードメインのサイズは１以上の寸法(dimensions)において制限されてしまい、例えば該ドメインは該繊維の幅については狭くまたは細い。例えば、該ドメイン各々が該繊維断面の大部分を占有せず、あるいは該繊維の径に比して小さい相当直径(equivalent diameter) を有し、および／またはこれらは短く、即ち該繊維の軸に沿って長い距離に渡って拡がっている訳ではない。
【０００３】
例えば、上記方法で得られた結果の中には、ドメインとしての不連続相をもつ連続／不連続相分散体があり、該ドメインは典型的には断面の最大の幅をもつ部分における該繊維の径に沿った１μｍ未満の幅をもつか、あるいは該繊維の断面積の0.1%以下の断面を有する。更に、該不連続相成分の混和性または溶融粘度が該連続相成分の値と大幅に異なる場合には、前者は最終的には不連続の短い、典型的には長さ10μｍ未満のフィブリルとして存在する可能性がある。
これら方法により得られた繊維は該繊維表面上での低融点ポリマーの利用性に欠ける。結果として、これら繊維は該繊維間の良好な熱的結合性を与えない。
上記の如く、上に挙げた文献は、多成分繊維の調製の際の、個々のポリマーの混合前における、その予備的並びに別々の溶融を記載もしくは示唆していない。これら文献は予備的かつ別々の溶融と同様に、後の混合の程度をおよび必要ならば該ポリマーの初期の相対的な量を加減して、上記方法により得られるドメインよりも大きなドメインにより特徴付けられる多成分繊維を最終的に得ることを開示も示唆もしていない。
この点に関連して、個々のポリマーの予備的な別々の溶融が、後の混合の際に該ポリマーの混合を妨害もしくは遅延することが見出されている。このような後の混合においては、混合すべき量を適当に限定し、かつこれに対応して使用される該ポリマーの相対的な量を調節することにより、従来技術に見られた程度までに該ポリマーが分解されるのを防止し、本発明の多成分繊維のマクロドメインが得られる。
米国特許第5,059,482 号（カワモト(Kawamoto)等）は、混合し、最終的に押出す前に別々に押出される２種のポリマーを含む複合繊維を開示している。しかしながら、このカワモトの特許は該混合工程において、好ましくは金網またはフィルターを使用して作製した「微細なアイランド(fine island)」の分散体を開示している。このカワモトの特許は本発明の層状ポリマードメインにより特徴付けられる多成分繊維並びにその製造方法を教示も示唆もしていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は多成分繊維およびその製造、並びにこのような繊維から調製した不織構造体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の多成分繊維は公知技術を越える新規かつ予想外の利点をもたらす。一例として、上記ポリマーのマクロドメインの存在は不織構造体または織物の製造において、特に低圧熱結合技術を使用した場合に、該繊維の優れた結合性をもたらす。
このような優れた結合性は、特に本発明の繊維が不混和性もしくは少なくとも実質的に不混和性の、異なる融点をもつ熱可塑性ポリマーを含む場合に生じ、結果として熱の適用が該繊維のうちの低融点成分を溶融し、該繊維中の該成分の相互融合が繊維を結合する。より詳細には、該少なくとも２種のポリマーは異なる量で存在し、少量で存在するポリマーが低融点のポリマーである。特に好ましい態様において、この優れた結合は本発明の線状ポリエチレン／線状ポリプロピレン多成分、特に２成分繊維で実現され、ここで該ポリエチレンが該低融点かつ少量成分である。
【０００６】
もう一つの利点として、本発明の繊維は圧力を印加することなく熱的に結合でき、その結果濾過および他の用途に適した高品位の不織構造体を与える。このような優れた低圧熱結合性は、特に本発明の繊維が少なくとも２種の異なる融点をもつポリマーを含み、その低融点をもつポリマーがマクロドメインを与えるという特徴をもつ場合に見られ、この例においては、上記の好ましい結合性は、該低融点ポリマー成分のマクロドメインの寸法に基くその利用性によってもたらされる。
本発明は少なくとも２種のポリマーを含む、多成分繊維に関する。これらポリマーの少なくとも一方は該繊維内全体に渡り、ドメインとしてランダムに分散しており、このようにランダムに分散したポリマーの各々に関連して、該ドメインの少なくとも約40重量％は該繊維の相当直径の少なくとも約5%の第一の寸法と、少なくとも約20μｍの第二の寸法を有する。
より好ましくは、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％の第一の寸法と、少なくとも約100 μｍの第二の寸法を有する。特に好ましくは態様において、該ドメインの少なくとも約50重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％〜約80％の第一の寸法と、少なくとも約100 μｍの第二の寸法を有する。
本発明の多成分繊維において、該少なくとも２種のポリマーは、該ポリマーの１種が連続相であり、少なくとも１種の他のポリマーがドメイン形状の不連続相として該連続相全体に渡りランダムに分散された構成であり得る。もう一つの構成として、少なくとも２種のポリマーの全て、またはその実質的全てがドメイン形状でランダムに分散されていてもよい。
【０００７】
好ましくは、本発明の多成分繊維の少なくとも２種のポリマーの融点間には少なくとも約10°Ｃ、より好ましくは少なくとも約20°Ｃ（本発明において有用なポリマーの融点間の差は典型的には約10〜200 °Ｃまたはそれ以上である）の差がある。このような例において特に好ましくは、上記の少なくとも２種のポリマーは高融点ポリマーとしてポリプロピレンを、また低融点ポリマーとしてポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーを含む。
該ポリマーが上記の連続／不連続相構成で与えられる場合、該連続相を構成するポリマーの融点は、好ましくは少なくとも１種の不連続相を構成するポリマーの融点よりも少なくとも約10°Ｃ高く、とりわけこの構成については、同様に特に好ましくは、該連続相のポリマーはポリプロピレンを含み、かつ該少なくとも１種の不連続相のポリマーはポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーを含む。このような融点における差は上記の別の態様についても好ましいことである。
好ましい態様において、本発明の多成分繊維は２成分繊維である。特に好ましい態様として、本発明の２成分繊維の該２種のポリマーは上記のポリプロピレンとポリエチレンとの組み合わせ、またはポリプロピレンとエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせである。
【０００８】
本発明の多成分繊維で使用する該ポリマーの相対的な割合は、該繊維に望ましい諸特性に応じて決定できる。ポリプロピレンとポリエチレンとの組み合わせを使用する場合、あるいはポリプロピレンとエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせを使用する場合、特に何れの例においても本発明の２成分繊維中でこれらの組み合わせを使用する場合、約10〜約90重量％のポリプロピレンと約90〜約10重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、または約20〜約80重量％のポリプロピレンと約80〜約20重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせが本発明の範囲内にはいる。これらの各割合はポリプロピレンとポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーの全重量を基準とするものである。特に好ましい組み合わせは、上記の如くポリプロピレンとポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーの全重量を基準として、
約80重量％のポリプロピレンと、約20重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、
約60重量％のポリプロピレンと、約40重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、
約50重量％のポリプロピレンと、約50重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせ、および
約35重量％のポリプロピレンと、約65重量％のポリエチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせである。
【０００９】
本発明は、更に本発明の多成分繊維を含む不織布または不織構造体にも関連する。
本発明は、更に少なくとも２種のポリマーを含み、該ポリマーの少なくとも１種が多成分繊維全体に渡りランダムに分散された該多成分繊維の製造方法にも関連する。この本発明の方法は以下の諸工程を含む。即ち、
(a) 該少なくとも２種のポリマー各々を別々に溶融する工程、
(b) 別々に溶融した該ポリマーを混合して、ポリマーブレンドを得る工程、および
(c) 該ブレンドを押出して該多成分繊維を得る工程。
好ましくは、該工程(b) は、該工程(c) で得られる多成分繊維中におけるドメインとしてランダムに分散された各ポリマーについて、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約5%の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約20μｍの第二の寸法をもつ程度に混合を実施する工程を含む。
別々に溶融することに加えて、該少なくとも２種のポリマーを押出した後に、該工程(b) の混合工程を実施することも可能である。この点に関して、特に該工程(a) は該ポリマー各々について別々の押出機を使用して、特にその中で該各ポリマーを溶融し、次いで各ポリマーをそこから押出すことにより達成され、このような工程を経た後に、該ポリマーメルトを工程(b) の混合工程および該工程(c) の押出しに付す。
【００１０】
より好ましくは、該工程(b) における混合の程度は、該工程(c) で得られる本発明の多成分繊維中でドメインとしてランダムに分散された各ポリマーについて、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつように決定される。最も好ましくは、該工程(b) における混合の程度は、該工程(c) で得られる本発明の多成分繊維中でドメインとしてランダムに分散された各ポリマーについて、該ドメインの少なくとも約50重量％が該繊維の相当直径の約10％〜約80％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつように決定される。
本発明の方法において、該少なくとも２種のポリマーは、該工程(c) で得られる本発明の多成分繊維中で、上記の連続／不連続相構成を与えるような相対的量で使用できる。また、該ポリマーは上記の多重ドメイン構成を与えるような相対的量で使用できる。
本明細書で使用する用語「相当直径(equivalent diameter)」とは、当分野で認識されており、ここではその一般的に理解されている意味をもつものとして使用し、特にこれは繊維に共通のパラメータであって、一般的には繊維の断面が円形であるか否かを問わない。特定の繊維の相当直径とは、該繊維の断面と同一の面積をもつ円の径を表す。
本明細書で使用する該ドメインの第一の寸法とは、該ドメインの断面における最も離れた２点間の距離であり、これら点を結ぶ線により決定され、該線は該ドメイン断面を面積の等しい２部分に分割する。この点に関連して、該ドメイン断面は該繊維の軸に垂直となるようにとられ、即ち該ドメイン断面は該繊維断面の面内にある。
【００１１】
本明細書で使用する上記ドメインの第二の寸法とは、該繊維の軸に沿った方向で測定される。
本発明のポリマーは多成分繊維の調製に適したものであり、該多成分繊維は２成分繊維としての多成分繊維を包含する。用語「多成分(multiconstituent)」 および「２成分(biconstituent)」とは、ここでは当分野で許容された意味に従って使用され、用語「ドメイン(domain)」も同様である。
該多成分繊維は、連続相として与えられる１種のポリマー全体に渡り、少なくとも１種の不連続相としての、ドメインとして分散された少なくとも１種のポリマーを含む繊維を包含するものとして理解される。この多成分繊維は、更にドメインとして相互に分散された少なくとも２種またはそれ以上のポリマーを含む繊維をも包含するものとして理解され、このような分散はランダムである。
本発明の繊維は多成分繊維であり、２成分繊維を包含し、より詳しくは本発明の繊維はマクロドメイン多成分繊維、特にランダムなマクロドメイン多成分繊維であり、上記の如く２成分繊維を包含する。本明細書で使用する用語「マクロドメイン(macrodomain)」とは、公知技術の小さなドメインをもつ多成分繊維とは対照的に、本発明の繊維を特徴付けるより大きなポリマードメインのサイズを意味する。
本発明の多成分繊維の該少なくとも２種のポリマーは、好ましくは熱可塑性であり、また同様に好ましくは不混和性あるいは少なくとも実質的に不混和性である。更に、好ましいこととして、本発明の多成分繊維で使用する該少なくとも２種のポリマーは異なる融点を有し、最も好ましくはこれらは少なくとも約10°Ｃの融点における差をもつ。
【００１２】
本発明の多成分繊維に適したポリマーはウインクローファー(WINCKLHOFER) 、バシラトス(VASSILATOS)'739、バシラトス'861、ジェジック(JEZIC) 等'228、ジェジック等'917およびゲスナー(GESSNER) の各米国特許に記載されているようなポリマーを包含する。これら特許の全内容を本発明の参考とする。
本発明の多成分繊維に適した特定のポリマーはポリエチレン類(PE)、例えば低密度ポリエチレン類(LDPE)、好ましくは約0.90-0.935g/ccの密度を有するもの、高密度ポリエチレン類(HDPE)、好ましくは約0.94-0.98 g/ccの密度を有するもの、線状低密度ポリエチレン類(LLDPE) 、好ましくは約0.94-0.98 g/ccの密度を有するもの、およびエチレンと少なくとも１種のC3-C12α−オレフィンとを共重合することにより調製されるポリマーを包含する。
同様に適当なポリマーの例はポリプロピレン類(PP)であり、これらはアタクチック、シンジオタクチック、およびアイソタクチック（部分的におよび完全にアイソタクチックであるものあるいは少なくとも実質的に完全にアイソタクチックなものを含む）ポリプロピレン類を包含する。
本発明の多成分繊維で使用することのできる更に別のポリマー類は以下に例示するものを含む。即ち、エチレン−プロピレンコポリマー（エチレンとプロピレンとのブロックコポリマーおよびエチレンとプロピレンとのランダムコポリマーを包含する）；ポリブチレン、例えばポリ-1- ブテン類、ポリ-2- ブテン類、およびポリイソブチレン類；ポリ4-メチル-1- ペンテン類(TPX);ポリカーボネート類；ポリエステル類、例えばポリ（オキシエチレンオキシテレフタロイル);ポリアミド、例えばポリ（イミノ-1- オキソヘキサメチレン）（ナイロン 6) 、ヘキサメチレンジアミンセバシン酸（ナイロン 6-10)およびポリイミノヘキサメチレンイミノアジポイル（ナイロン 66)；ポリオキシメチレン類；ポリスチレン類；スチレンコポリマー類、例えばスチレンアクリロニトリル(SAN);ポリフェニレンエーテル類；ポリフェニレンオキサイド類(PPO);ポリエーテルエーテルケトン類(PEEK)；ポリエーテルイミド類；ポリフェニレンスルフィド類(PPS);ポリ酢酸ビニル(PVA);ポリメチルメタクリレート類(PMMA)；ポリメタクリレート類(PMA);エチレンアクリル酸コポリマー類；およびポリスルホン類。
【００１３】
２種以上のポリマーが使用でき、また特定の目的にとって望ましい諸特性により特徴付けられる生成物を得るのに適した相対的量は任意である。当業者は、過度の実験を行うことなしに、使用する該ポリマーの型並びにその諸特性を容易に決定し得る。
特に好ましいポリマーは、ポリプロピレン、とりわけ少なくとも90％のアイソタクチックポリプロピレンと、低融点（好ましくは、少なくとも約10°Ｃ低い）のポリエチレン、特に高密度ポリエチレンまたは上記のような低融点のエチレン−プロピレンコポリマーとの組み合わせであり、この組み合わせは本発明の２成分繊維を与える。適当な市販品として入手可能なアイソタクチックポリプロピレン類はPD 701（約35の溶融流量を有する）およびPH 012（約18の溶融流量を有する)(これら両者共にDE州、ウイルミントンのハイモント(HIMONT) U.S.A. 社から入手できる）であり、一方適当な市販品として入手可能な高密度ポリエチレン類はTX州、ヒューストンのソルベイポリマー社(Solvay Polymers, Inc.) から入手可能なT60-4200を含み、また適当な市販品として入手可能なエチレン−プロピレンコポリマー（約6%のエチレン単位を含むランダムコポリマーであると考えられている）はTX州、ダラスのフィナオイルアンドケミカル社(Fina Oil and Chemical Company) から入手できるフィナ(FINA) Z9450である。
また、好ましいものは高融点ポリマーとしてポリエステルと、低融点ポリマーとしてポリプロピレン、ポリエチレン、プロピレン−エチレンコポリマーおよびコポリエステルを含有する繊維である。
【００１４】
本発明の多成分繊維の調製において、該ポリマーの各々は別々に溶融される。これは各ポリマーに対してそれぞれ別々の押出機を使用することにより、より詳しく言えば個々の押出機中で各ポリマーを溶融し、次いで該押出機から該各ポリマーを押出すことにより達成される。
これらの別々に溶融されたポリマーを次いで混合するが、この混合はこれらポリマーの溶融された状態で、即ちポリマーメルトについて実施することが好ましい。これらポリマーは、その各々につき１個の別々のポンプを使用することにより、この混合工程に送ることができる。
使用するポリマーの不混和性または少なくとも実質的に不混和性のために、上記の混合は該ポリマーのランダムな相互分散を生じ、かつポリマードメインの形成に寄与する。
この相互分散ポリマーの構成に影響を与えるファクタは該混合工程で与えられた該ポリマーの相対的な量である。このような相対的な量は上記の別々のポンプの速度を変えることにより制御できる。
該ポリマーの何れか（第一のポリマー）が他の１以上のポリマーの量よりも十分に多量で与えられた場合、結果として上記第一のポリマーが連続相を与え、そこには該１種以上の他のポリマーのドメインがランダムに相互分散される。任意の単一のポリマーの優越性がない場合には、該ポリマーの全てがかかるランダムに分散されたドメインとして存在することになる。
【００１５】
全てのポリマーがドメインとして与えられる構成とは逆に、上記の連続／不連続相構成を与えるのに十分な優越性は、特に使用するポリマーの同一性に依存する。ポリマーの任意の特定の組み合わせについて、過度の実験を実施することなく、当業者は必要な構成を得るのに要求される相対的量を容易に決定できる。
どのような構成が得られるかに関連して、該ポリマーのドメインのサイズが種々のファクタにより影響される。生成する構成に影響を与えるものとして上で議論した、使用するポリマーの上記相対的割合も同様にドメインのサイズを決定する１ファクタである。
更に、第二のファクタは使用する混合の度合いである。特に、混合の程度(amount of mixing)が高い程、生成するドメインのサイズは小さくなる。この点に関連して、該押出されたポリマーは適当な比率で使用され、適度な混合に付され、かくして本発明の範囲内のドメインを与える。上記２つのファクタの特に後者に関連して、使用する混合の程度が十分であると、必要なサイズのドメインが得られるが、生成するドメインのサイズが本発明のドメインのサイズ以下に低下する程に混合の程度を高くしてはならない。
使用するポリマーの型並びに割合に関連して既に述べた如く、過度の実験を実施することなしに、当業者は必要な混合の程度を容易に決定できる。特に、適当なポリマーの比率および混合の程度の適当な組み合わせは、かくして容易に決定できる。
【００１６】
従って、該ポリマーの相対的な割合および使用する混合の程度は本発明のランダムなマクロドメイン多成分ポリマーを与えるようなものである。好ましくは、これらの相対的なポリマーの比率および混合の程度は、最終的に得られる本発明の多成分繊維中にランダムに分散された各ポリマーにつき、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約5%の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約20μｍの第二の寸法をもつようなものである。
更に好ましくは、該ポリマーの比率および混合の程度は、かくしてランダムに分散した各ポリマーにつき、該ドメインの少なくとも約40重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約10％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつようなものであり、最も好ましくは該ポリマーの比率および混合の程度は、かくしてランダムに分散した各ポリマーにつき、該ドメインの少なくとも約50重量％が該繊維の相当直径の約10％〜約80％の範囲の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約100 μｍの第二の寸法をもつようなものである。
該混合は必要な結果を与えるであろう任意の手段により、例えば混合エレメントを含む静的混合デバイスの使用により実施できる。該静的混合デバイス内で使用する混合エレメントが多い程、混合の程度は高くなるであろう。適当な混合エレメントはニューヨーク州、ニューヨークのコッホエンジニアリング社(Koch Engineering Company)により製作された、８個の波形相をもつ、1/2 インチスケジュール(schedule) 40 パイプサイズの混合エレメントを包含する。
【００１７】
上記混合工程で作製されるブレンドは紡糸口金に供給され、そこで過熱され、そこからフィラメントとして押出される。これらのフィラメントは必要な伸張およびクリンプ加工に付され、次いでステープルファイバーに裁断される。
上記の伸張、クリンプ加工および裁断、特に伸張加工は生成する繊維の径並びにそのドメインの第一の寸法に、該処理に対応するあるいは少なくとも実質的に対応する効果を及ぼす。特に、該繊維径および該ドメインの第一の寸法は絶対的な意味で両者共に、同一のもしくは実質的に同一の比率で縮小され、従ってこれらの寸法は相互に同一もしくは少なくともほぼ同一の関係を維持する。
好ましくは、該繊維は約0.5 〜40 dpf、より好ましくは約２〜15 dpfである。好ましくは、ステープルファイバーは約2.5 〜25cm（約１〜10インチ）、より好ましくは約3.2 〜15cm（1・1/4 〜６インチ）である。最も好ましくは、ステープルファイバーは3.8 〜14 dpf、かつ2.5 〜4.7 cmである。
これらの生成するステープルファイバーは不織布の調製のために使用できる。特に、これらをウエブに形成することができ、このウエブは公知の商業的方法、例えば繊維をウエブに集合させるための機械的、電気的、空力的、または水力学的手段の利用を含む方法、例えばカーディング、エアーレイイング、カーディング／ハイドロエンタングリング(hydroentangling) 、ウエットレイイング(wetlaying) 、ハイドロエンタングリングおよびスパン結合(spunbonding)(即ち、スパン結合法による、繊維の直接的な繊維ウエブへの溶融紡糸）などにより生成することが適している。かくして調製したウエブは任意の適当な手段、例えば熱結合および音波結合技術、カレンダー、スルーエアーおよび超音波結合などによって結合できる。
【００１８】
本発明のランダムなマクロドメイン多成分繊維から調製した不織布または不織構造体は種々の用途、例えばカバーストック(coverstock)織物、使い捨て衣料、濾過媒体、フェイスマスク(face masks)、および充填材等（これらに限定されない）に適している。サイズはその工業に典型的な値並びに衛生および濾過織物で使用するのに適した値であり、好ましくは約10〜300 g/m2、より好ましくは衛生用途に対して約10〜40g/m2、および濾過用について50〜200 g/m2の範囲内の坪量をもつ。
本発明は、また少なくとも一つの上記不織布と、好ましくは１以上の他の織物またはフィルム層を有する積層体（織物）にも関する。他の層の例は他の繊維を含有するカーディング可能な繊維のウエブ；カーディング不能な繊維のウエブ、例えばスパン結合、メルトブローまたはハイドロエンタングル処理したウエブ；あるいはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルまたは他のフィルムなどである。好ましいフィルムの１つは、通気性のポリエチレンフィルム（例えば、イリノイ州、レイクツーリッヒのエクソンケミカル社(Exxon Chemical Company)製のエクセール(EXXAIRE: 商標）通気性ポリエチレン）である。これら材料は、公知の技術、例えばカレンダー熱結合、スルーエアー結合、ハイドロエンタングル、ニードルパンチ、超音波結合、およびラテックス結合などを利用して、凝集させることができる。
【００１９】
【実施例】
本発明を以下の実施例により説明する。これら実施例は本発明の例示の目的で与えられるものであり、本発明の範囲を何等限定するものではない。特に述べない限り、全ての“%" 、“部”等は重量基準である。
実施例１
本発明のランダムなマクロドメイン２成分繊維をPH012 ポリプロピレンおよびT60-4200高密度ポリエチレンから調製した。以下に記載する数回の実験を実施した。
各実験において、これら２種のポリマーを２つの異なる押出機に供給し、そこで260 °Ｃにてこれらポリマーを溶融した。これらの溶融ポリマーを各押出機から押出し、混合エレメント(1/2インチスケジュール40パイプサイズの混合エレメントであって、８層の波形層をもつ、NY州、ニューヨークのコッホエンジニアリング社(Koch Engineering Company)製）を含む静的混合デバイスに供給した。
該ポリマーの相対的割合および使用した混合エレメントの数を実験毎に変えることにより、最終的に得られる本発明の繊維の好ましい混合度を達成した。該ポリマーの比率および混合エレメントの数は異なる実験に対して以下の通りであった。
【００２０】
【表１】
各実験について、上記の溶融および引き続き実施される該静的混合デバイス中での混合の後に、生成する混合ポリマーメルトを105 個の孔を有する紡糸口金を通して押出して、径約200 μｍのフィラメントを得た。図１〜６は200 倍に拡大した各実験Ａ〜Ｆ各々の繊維の断面の顕微鏡写真である。
より暗い領域は該高密度ポリエチレンのマクロドメインを表す。従って、これらの顕微鏡写真は本発明による該ポリマーのランダムなマクロドメイン分布を立証している。
実施例２
実施例１のポリマーおよび手順を利用して本発明の繊維を調製し、次いで付随的に伸張、クリンピングおよび裁断処理にかけた。実施例と同様に、数回の実験を、即ち以下に示す実験Ｇ〜Ｊを実施した。
以下の表に示したパラメータに関連して、スピンdtexは各フィラメントの10,000ｍ当たりのグラム重である。上記の付随的な処理に関連して、このようにして調製された該フィラメントを伸張し、かつクリンプ処理して、特定のステープルdpf およびクリンプ/cm をもつように調整し、かつ指定されたステープル長をもつ、不織構造体に転化するためのステープルに裁断した。
【００２２】
【表２】
図７および図８は、400 倍に拡大した、実験Ｉからの同一の3 本の繊維（繊維ａ、ｂおよびｃとした）の長さに沿った50μｍ間隔でとった部分の断面の顕微鏡写真である。図１〜６におけるように、より暗い領域が高密度ポリエチレンマクロドメインを表す。
繊維ａ、ｂおよびｃ各々の最初の断面を表す図７と、これら繊維の後の断面を表す図８との比較は、上記初期並びに後の断面に示されたドメインのパターンが本質的に同一であることを立証しており、従って同一のドメインが該初期および後の断面に示されていることは明らかである。50μｍ間隔でとられた上記の断面に見られるように、該ドメインは、従ってこれら繊維の軸に沿った少なくとも50μｍの長さをもつ。即ち、これらのドメインは長さ少なくとも50μｍに等しい第二の寸法を有する。
実施例３および４
実施例３および４では、それぞれ実験ＧおよびＨの繊維を使用して、以下に示すこれら実施例の条件に従って、カレンダー結合により熱的に結合した不織構造体を調製した。これら両実施例について、該ステープルファイバーをカーディングして異なる坪量の不織ウエブとし、ついで線速度12m/分の２個の平滑なカレンダーロールを使用して、熱的に結合した。
更に、これら両実施例について、該カレンダーロール温度および圧力を、同様に以下に示すように変化させた。これらの織物を横−方向(CD)（即ち、縦方向に直交する方向）における強度をテストし、ASTM D1682-64 テスト手順を利用して、該織物のCDグラブ(grab)強度および伸びの値を測定した。結果を以下の表３および４に示す。
【００２４】
【表３】
【表４】
実施例３および４両者の上記結果は本発明の繊維の熱的結合可能性を立証している。上記繊維は所定の強度を示し、この強度は結合温度と結合圧力との関数である。
実施例５
実験Ｈのステープルファイバーから、加熱空気結合技術を利用して、以下に示す条件に従って、熱的に結合した不織構造体を調製した。これら繊維はカーディングし、かつ不織ウエブに形成し、次いで加熱空気をこれら繊維に通じて、結合させた不織構造体を形成し、ASTM D-1682-64テスト手順を利用して横方向(CD)におけるこれら結合織物のグラブ強度および伸びを測定した。結果を以下の表５に示す。
【００２７】
【表５】
上記結果は、本発明の繊維から不織構造体を調製するのに、スルーエアー結合も利用できること、および所定の特性を示す高品位の不織構造体を提供し得ることを立証している。
実施例６
上記実験ＩおよびＪのステープルファイバーから、以下に示す条件に従って、熱的に結合した不織布構造体を調製した。これらのステープルファイバーをカーディングにより異なる坪量の不織ウエブに形成し、次いで１本の平滑なカレンダーロールと、全結合領域15％に等しい結合点をもつ彫刻カレンダーロールとを使用して熱的に結合した。
このカレンダーロールの圧は一定値7.2kg/cmに維持し、以下に説明するようにロール温度を変化させた。該織物を縦方向(MD)および横方向(CD)における強度についてテストした。実施例３、４および５と同様に、これら織物のグラブ強度および伸びを、ASTM D-1682-64テスト手順を利用して測定した。結果を以下の表６に示す。
【００２９】
【表６】
上記のデータは、前の実施例のデータと同様に、本発明の繊維の熱的な結合可能性を立証している。これら結果は、実施例６の手順に従って調製した織物が所定の強度をもつことを示している。
最後に、以上本発明を特定の手段、材料、および態様を参照して記載してきたが、本発明はこれら特定の記載により何等限定されず、かつ特許請求の範囲内に入る全ての等価な範囲に及ぶものであることに注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 200 倍に拡大した実験Ａの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図２】 200 倍に拡大した実験Ｂの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図３】 200 倍に拡大した実験Ｃの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図４】 200 倍に拡大した実験Ｄの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図５】 200 倍に拡大した実験Ｅの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図６】 200 倍に拡大した実験Ｆの繊維の断面の顕微鏡写真である。
【図７】 400 倍に拡大した、実験Ｉからの同一の3 本の繊維（繊維ａ、ｂおよびｃとした）の長さに沿った50μｍ間隔でとった部分の断面の顕微鏡写真である。
【図８】 400 倍に拡大した、実験Ｉからの同一の3 本の繊維（繊維ａ、ｂおよびｃとした）の長さに沿った50μｍ間隔でとった部分の断面の顕微鏡写真である。
Claims (4)
- 少なくとも２種のポリマーを含み、該ポリマーの少なくとも一方がドメインとして多成分繊維全体にランダムに分散されている多成分繊維であって、ドメインとしてランダムに分散された各ポリマーの該ドメインの少なくとも約４０重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約５％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約２０μｍの第二の寸法をもつことを特徴とする上記多成分繊維。
- 請求項１に記載の多成分繊維を含有する不織構造体。
- 少なくとも２種のポリマーを含み、該ポリマーの少なくとも一方がドメインとして多成分繊維全体にランダムに分散されている該多成分繊維の製造方法であって、（ａ）該少なくとも２種のポリマー各々を別々に溶融する工程と、（ｂ）別々に溶融した該ポリマーを混合して、ポリマーブレンドを得る工程と、（ｃ）該ブレンドを押出して該多成分繊維を得る工程と、を含み、該工程（ｂ）が、該工程（ｃ）で得られる多成分繊維中におけるドメインとしてランダムに分散された各ポリマーについて、該ドメインの少なくとも約４０重量％が該繊維の相当直径の少なくとも約５％の第一の寸法をもち、かつ少なくとも約２０μｍの第二の寸法をもつ程度に混合を実施する工程を含むことを特徴とする上記方法。
- 請求項２に記載の少なくとも一つの不織構造体と、異なる織物またはフィルムの少なくとも一つの層とを含むことを特徴とする積層体。
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