JP4083808B2

JP4083808B2 - フラッシュ紡糸生成物

Info

Publication number: JP4083808B2
Application number: JP51087598A
Authority: JP
Inventors: マーシヤル，ラリー・レイ
Original assignee: イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: DE69731211T2; EP0918889A1; DE69731211D1; WO1998007907A1; JP2002501580A; CA2260862A1; EP0918889B1

Description

発明の分野
本発明はフラッシュ紡糸されたプレキシフィラメントにそして特に不織フラッシュ紡糸シートまたはフラッシュ紡糸されたプレキシフィラメントから製造された布地に関する。
発明の背景
E. I. du Pont de Nemours and Company(DuPont)は長年Tyvek^(R)不織（spunbonded）オレフィンを製造してきた。Tyvek^(R)不織オレフィンは特に化学的なまたは危険な暴露に対する保護的服装品への使用のための衣類の布地として、建設用途のための空気侵入遮蔽物として、医学用包帯用品としてそしてまた翌朝特急配達用封筒のような封筒のために使用される。Tyvek^(R)不織オレフィンの新規の用途は常に考慮され開発されてきた。高い強度、低い基本重量、高い遮蔽性、低い経費、高い不透明度、多孔性、鮮明な結果をもたらす印刷を受け入れる性能及び多数のその他の特性のようなTyvek^(R)不織オレフィンの特性はそれを極めて独特なものにさせる。Tyvek^(R)不織オレフィンに匹敵するような組み合わせの特性をもつ他の製品は市販されていない。しかし、DuPontは常にその製品提供物を改善するように努めておりTyvek^(R)不織オレフィンの特性にその現在の限界を越えさせることが極めて望ましい。
改善することが望まれるであろう１種の具体的特性は破断までの伸長度または「破断伸長度」である。破断伸長度はシート物質が破断する前に伸長する百分率である。破断伸長度を増加させて不織シートに破断前に幾らかの余裕を与えることが望ましい。例えば保護用服装品のための衣類として、着用者はその腕を身体から外側に延ばし次にひじのところで曲げるかも知れない。衣類がぴったり密着している場合、この状況下では袖の生地は伸ばされるであろう。しかし、生地は破けたり破断したりするよりも緩んだり譲ったりすることが好ましい。高い破断伸長度はまた靭性と称されるもう１種の関連した特性を増加させる傾向がある。概して靭性は引っ張り強さ及び破断伸長度の組み合わせの指標である。高い靭性を有する物質は破断前の伸長能を伴う実質的な引っ張り強さを有する傾向がある。
従ってその他の特性を維持しながらフラッシュ紡糸不織生地の伸長度を改善することが本発明の目的である。
発明の要約
本発明の前記及びその他の特性は８５％を越える不透明度、３０ｇ／ｍ²を越えるが１００ｇ／ｍ²未満の基本重量、２０ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ²を越えるスペンサー破壊度及び約３０％を越える平均破壊伸長度を有するシート材料により達成される。
本発明は更にポリマーをフラッシュ紡糸すること及びそれからシート材料を形成する方法に関し、それらの改善法は約１６％未満のポリマー比率で炭化水素紡糸剤中にポリマーを混合すること及び、ポリマー溶液を少なくとも約１８０℃の温度で少なくとも２．０の長さ対直径比を有する紡糸オリフィスを通して排出させることを含んでなる。
本発明は更に少なくとも２．０の長さ対直径比を有する紡糸オリフィスを通ってポリマー溶液を紡糸すること及び紡糸オリフィスに到る前の減圧工程にインラインミキサーを含むことによるフラッシュ紡糸生地に対する改善に関する。
【図面の簡単な説明】
本発明は図面を含む本発明の詳細な説明によってより容易に理解されるであろう。従って発明を説明するのに特に適当な図面が本明細書に付記されているが、これらの図面は説明の目的のためのみのものであり必ずしも実測性はないことを理解しなければならない。
図１はフラッシュ紡糸不織生成物を製造するための基礎工程を示す紡糸セルの横断面略図であり、そして
図２は繊維をフラッシュ紡糸するための紡糸装置の拡大断面図である。
好ましい態様の詳細な説明
フラッシュ紡糸不織生成物及び具体的にTyvek^(R)不織オレフィン製造のための基礎的フラッシュ紡糸法は最初にDuPont社により２５年よりも前に開発され市販された。基本的工程は図１に示されており、引用により本明細書中に取り入れられているBrethauer等に対する米国特許第３，８６０，３６９号明細書に公表されたものに類似している。フラッシュ紡糸法は通常、紡糸剤回収系統へ紡糸セル雰囲気を排出させるための排出口１１及び工程中に生成された不織シート物質がそれを通って取り出される開口部１２を有する、時々紡糸セルと呼ばれる室１０内で実施される。
ポリマー及び紡糸剤の溶液は加圧供給導管１３を介して減圧オリフィス１５へそして減圧室１６中に提供される。Anderson等に対する米国特許第３，２２７，７９４号明細書に公表されたように減圧室１６内の減圧はポリマー溶液からポリマーの核形成物を沈澱させる。その工程の１種の選択枝は減圧室１６内にインラインの静的ミキサー（static mixer）（図２を参照されたい）を含むことである。適当なミキサーはModel SMXとしてWichita KansasのKoch Engineering Companyから入手できる。室１６内の圧力を監視するために圧力感知器２２を設置することができる。次に室１６内のポリマー混合物は紡糸オリフィス１４を通過する。減圧室１６からの加圧されたポリマー及び紡糸剤の紡糸オリフィス１４中への通過がオリフィスの接近部の近辺で広がった流れ（extensional flow）をもたらし、それがポリマーを長いポリマー分子中に配置させる補助をすると考えられる。ポリマーが紡糸オリフィスを通過する時にポリマー分子が更に伸長されて整列される。ポリマー及び紡糸剤が紡糸オリフィス１４から排出する時に、紡糸剤は気体として急膨張しフィブリル化されたプレキシフィラメント状フィルムフィブリルを残す。気体は排気口１１を通って室１０を排出する。フラッシュ時の紡糸剤の膨張がポリマーを加速させて、ちょうどフィルムフィブリルが形成されポリマーが断熱膨張により冷却される時にポリマー分子を更に伸長させる。ポリマーの冷却はポリマー分子鎖の直線状配置をそのまま凍結させそれが生成されるフラッシュ紡糸プレキシフィラメント状ポリマー構造の強さに貢献する。
紡糸オリフィス１４から排出されるポリマー糸２０は通常回転している木の葉状そらせ板２６の方向に向けられる。そらせ板が左右に交互に向きを替える回転そらせ板２６は糸２０をより平面状のウェブ構造物２４に広げる。広がったウェブがそらせ板から降下する時にウェブは鉄の銃２８と目標板３０との間に生成される電気コロナを通過する。コロナはウェブがバット３４を形成する移動ベルト３２に降下する時に広がって開放された形態でそれを保持するようにウェブを帯電させる。ベルト上への帯電ウェブ２４の適当なピン留めを確実にする補助をするためにベルトを接地させる。繊維バット３４は重複した多方向性の形態に配置されたプレキシフィラメント状フィルムフィブリルの網目で形成されたシート３５にバットを圧迫するロール３１の下方を通過する。シート３５はシート回収ロール２９上に回収される前に排出口１２を通って紡糸室１０を排出する。
次にシート３５はその最終用途に適当な材料を処理して接着させる仕上げラインを通過する。例えばTyvek生成物ラインの大部分は平滑な加熱接着ロール上に圧迫される硬質の生成物である。硬質の生成物は滑らかな紙の感触を有し通常翌朝便用封筒にそして建築用途における空気侵入遮蔽物として使用される。この接着法により、シートの両面が概括的に均質な全面接触の熱接着にさらされる。服装品としてはシート３５は具体的にはより柔らかい布地様の感触を有するために点接着される。その目的は審美眼的に快適な形態にそれらの間に接着されていない繊維を有する近接して配置された接着点を提供することである。DuPontは１種の具体的な点接着形態を使用しており、シートの片面が一方の部分はより明らかに接着にさらされるが、非常に僅かな熱接着物を有する部分を提供する著しく波状の面の熱接着剤により接触されている。シートは接着後に機械的な柔軟化を受けて接着期間中に導入された可能性がある幾分かのざらつきを除去される。
再度図２において本発明の１種の態様は紡糸オリフィス１４のサイズ及び形態に関する。紡糸オリフィス１４はある長さ対直径比を有することを特徴とする可能性がある。紡糸オリフィス１４の直径は「ｄ」の文字で表される。紡糸オリフィス１４の長さは「ｌ」の文字による数字で示され直径「ｄ」を有する紡糸オリフィスの長さに関連する。通常の紡糸オリフィスは０．９の長さ対直径を有する。従ってオリフィスの長さはその直径より僅かに短い。その直径よりずっと長い紡糸オリフィスは布地のシート中に入れられる時にずっと高い伸長度を有するウェブを形成することが発見された。これは以下の実施例に関連して更に考察される。
フラッシュ紡糸及び仕上げの前記の方法は長年市販製品に使用されてきた。最近まで、フラッシュ紡糸のための唯一の営業的設備はクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）紡糸剤、トリクロロフルオロメタン（FREON^(R)-11）の使用に基づいていた。フラッシュ紡糸製造設備の複雑性及びこのような設備の操業の多大な斟酌を考慮することによりDuPontがそれが有効であるであろうことを証明したので、Freon-11が最近まで紡糸剤の唯一の合理的選択であった。しかし現在の法律に従うとオゾン層を保護するためにＣＦＣは工業的使用から撤退しなければならない。
ＣＦＣを工業的使用から排除する今日の要請により、DuPontは非ＣＦＣの非オゾン放出紡糸剤を使用するTyvek^(R)不織オレフィンの製法の改良に専念してきた。幾多のテスト及び考察により、その方法は必然的に炭化水素の紡糸剤すなわちペンタンの周辺で再開発された。その移行は方法の幾多の広範な変更を要し新規の紡糸剤を使用するためには完全に新規の設備を建設することを要した。プロジェクトの幾多の開発は多数の特許及び特許出願の主題であった。開発及び移行の過程（未だに継続している）の一部としてフラッシュ紡糸の多数の態様及びパラメーターに対する最適な操業管理法（operating regime）を見いだすために完全な生産能をもつテスト設備が建設された。
最初に減圧、溶液温度及びポリマーの比率並びにその他の操業パラメーターに対する操業範囲がウェブの特性のみに基づいて実験室で開発された。改善された製造法及び製品の性能の探求に注目してそのテスト設備において広範なテストが可能であった。営業的設備における以前のテストは操業パラメーターがごく僅かでも変動すると系統は装置の大規模な被覆を伴う重大な問題をもたらす傾向があることを示していた。設備が被覆されると、それを分解し大掛かりに清掃し再組み立てしなければならない。営業的設備においてはこれは支払いきれない長時間の遅滞をもたらすであろう。
最終的に溶液混合物中のポリマー濃度を実質的に低下させ溶液温度を高くすることによりより快適性をも有しながらより大きい遮蔽性を有するより強度の大きい布地が製造されることが見いだされた。この開発過程で特に興味深い発見は、紡糸オリフィスが長い長さ対直径比（Ｌ／Ｄ）をもつように再構成されるまでは、より低い濃度が伸長性を増加させるようには見えなかった点であった。約０．９の通常のＬ／Ｄ比においては伸長度の差異は実質的に認められなかった。しかしより長いＬ／Ｄ比を有する置き換えられた紡糸オリフィスが設置されると、伸長度はポリマー濃度の減少とともに実質的に改善された。
DuPontにより測定されるTyvek^(R)布地及びシートの多数の特性がある。本発明を説明する目的のために以下のテストが示される：
ガーレイヒル（Gurley Hill）多孔度は気体物質に対するシート物質の遮蔽度の指標である。特にそれはある容量の気体が一定の圧力勾配が存在する物質の面積を通過するのに要する時間の指標である。
ガーレイヒル多孔度はLorentzen & Wettre Model 121D Densometerを使用して、引用により本明細書中に取り入れられているTAPPI T-460 om-88に従って測定される。このテストは水約４．９インチの圧力下で空気１００立法センチメーターが１インチの直径のサンプルを押し出される時間を測定する。この結果は秒で表され通常ガーレイセカンドと称される。ＡＳＴＭはAmerican Society of Testing Materials（米国テスト物質協会）を意味しＴＡＰＰＩはTechnical Association of Pulp and Paper Industry（パルプ及び紙産業技術協会）を意味する。
シートの破断伸長度は切片の引っ張りテストにおいて破損（破断）前にシートが伸長する量の指標である。１．０インチ（２．５４ｃｍ）幅のサンプルをInstronテーブルモデルのテスターのような伸長引っ張りテスト機の一定率のクランプ−５．０インチ（１２．７ｃｍ）離して設定−に固定する。破損するまで２．０インチ／分（５．０８ｃｍ／分）のクロスヘッド速度で連続的に増加する負荷をサンプルにかける。測定値は破損前の伸長の百分率で測定される。テストは概括的に引用により本明細書中に取り入れられているＡＳＴＭＤＩ６８２−６４に従う。破損までの平均伸長度または平均破損伸長度は横断方向の破損伸長度と機械の方向の破損伸長度の平均である。
不透明度はシートを透過することができる光線の量に関する。Tyvek^(R)シートの特性の１種はそれが不透明で、透かして見えないことである。不透明度は光線が反射される量の指標かまたは物質を通過できる光線量の逆数である。それは反射光線の百分率として測定される。不透明度測定値は以下のデータ表に示されていないが、すべての実施例は９０パーセントを越える不透明度測定値を有し、少なくとも約８５の不透明度が、最低でもほとんどすべての目的用途に許容しうると考えられる。
静水頭部（hydrostatic head）は静的負荷下の液体水による浸透に対するシートの抵抗の指標である。７×７インチ（１７．７８×１７．７８ｃｍ）のサンプルをＳＤＬ１８シャーレイ静水頭部テスト機（Shirley Developments Limited, Stockpourt, Englandにより製造）に固定する。サンプルの３カ所に水が浸透するまで６０＋／−ｃｍ／分でサンプルの上方の配管中にポンプで水を圧縮する。測定された静水圧はインチで測定されＳＩ単位に変換され水のセンチメーターで与えられる。テストは概括的にＡＳＴＭＤ５８３（１９７６年１１月版から引用された）に従う。
スペンサー破壊度は０．３５平方インチの接触面をもつ衝撃頭部を、６４００グラム力の性能を有する改良エルメンドルフテスト機（Elmendorf tester）に使用した点を除いて、引用により本明細書中に取り入れられているＡＳＴＭＤ−３４２０−９１方法Ｂに従い測定する。破壊するための測定エネルギーを衝撃頭部の面積で割ることにより結果を標準化して（normalized）ｉｎ−ｌｂｓ／ｉｎ²（Ｊ／ｃｍ²）で報告している。以下の結果はそれぞれシートにおける少なくとも６回の測定の平均に基づいている。
実施例１〜７
実施例１〜７において表１及びIIは高密度ポリエチレン、５．１の紡糸オリフィスＬ／Ｄ比を含み、機械的柔軟化をせずに４８３キロパスカル−ゲージ（７０ｐｓｉｇ）の蒸気圧で３４”接着カレンダー上で５５１５キロパスカル（８００ｐｓｉｇ）において麻及び「Ｐ」点パターンで点接着される炭化水素紡糸剤系統において作成された。

実施例８〜１４
実施例８〜１４において表III及びIVは高密度ポリエチレン、５．１の紡糸オリフィスＬ／Ｄ比を含み、機械的柔軟化をせずに４８３キロパスカル−ゲージ（７０ｐｓｉｇ）の蒸気圧で３４”接着カレンダー上で５５１５キロパスカル（８００ｐｓｉｇ）においてリブ及びバーパターンで点接着される炭化水素紡糸剤系統において作成された。

上記のすべての実施例は９０を越える不透明度測定値を有し、少なくとも約８５を越える不透明度は最低でもほとんどすべての目的用途に許容し得ると考えられる。
上記の実施例において注目すべき１種の特性は布地の伸長度である。ほとんど５０％の伸長度が実施例１５に示されたように極めて実質的である。明らかに布地が破損または破れる前に伸長して緩むように実質的な伸長百分率を有することが望ましい。この改善は該系統に減圧室内のインライン静止ミキサーと組み合わせた細長い紡糸オリフィス１４を提供することにより得られた。
このようにこれまでのデータは柔軟な構造の「点接着」された物質に焦点を当ててきた。本発明の利点はまたシートの両面全面に接着されている硬い構造物に適用される。硬い構造物は服装品の用途に使用されるようには見えないが伸長度及び靭性の改善は面接着されたフラッシュ紡糸不織物にとって適切な用途において認識されるであろう。
実施例１５〜２２
実施例１５〜２２において表Ｖ及びVIは高密度のポリエチエレン、５．１の紡糸オリフィスＬ／Ｄ比を含み、熱接着剤を使用して面接着される炭化水素紡糸剤系統において作成された。

結論
前記の本発明を要約し正しく位置付けることにより本明細書に記載の開発は実質的に改良された製品をもたらすであろう。
前記の説明及び図面は知見の公の基礎に役立つように本発明を説明し記載することを意図された。知見及び理解のこの貢献の代わりに独占的権利を要求しそれは尊重されなければならない。このような独占的権利の範囲は提示された可能性のある具体的な詳細及び好ましい態様によりどんな方法でも制約されたり狭められてはならない。明らかに本出願に対して与えられるあらゆる特許権の範囲は以下の請求の範囲により測られ決定されなければならない。

Claims

８５％を越える不透明度、３０ｇ／ｍ²を越えるが１００ｇ／ｍ²未満の基本重量及び３０％を越える平均破断伸長度を有するフラッシュ紡糸された、水力でもつれさせたものではない、ポリマーからなるシート材料。
オレフィンポリマーを含んでなる請求の範囲第１項記載のシート材料。
フラッシュ紡糸されたポリマーが高密度ポリエチレンである請求の範囲第１項記載のシート材料。
平均破断伸長度が３５％を越える請求の範囲第１項記載のシート材料。
平均破断伸長度が４０％を越える請求の範囲第１項記載のシート材料。
基本重量が８５ｇ／ｍ²未満である請求の範囲第１項記載のシート材料。
基本重量が７０ｇ／ｍ²未満である請求の範囲第１項記載のシート材料。
実質的に独占的に不織繊維からなる請求の範囲第１項記載のシート材料。
不透明度が９０％を越える請求の範囲第１項記載のシート材料。
面接着されたフラッシュ紡糸三次元網状フィルムフィブリルを含んでなる請求の範囲第１項記載のシート材料。
点接着されている請求の範囲第１項記載のシート材料。
点接着されたフラッシュ紡糸三次元網状フィルムフィブリルからなり、接着点が部分的に破損されていることによってより柔軟化されている請求の範囲第１項記載のシート材料。
８５％を越える不透明度、３０ｇ／ｍ²を越えるが１００ｇ／ｍ²未満の基本重量、０．３４ニュートン−メーター／ｃｍ²を越えるスペンサー破壊度及び３５％を越える平均破断伸長度を有するフラッシュ紡糸された、水力でもつれさせたものではない、ポリマーからなる封筒材料。
オレフィンポリマーを含んでなる請求の範囲第１３項記載のシート材料。
フラッシュ紡糸されたポリマーが高密度ポリエチレンである請求の範囲第１４項記載のシート材料。
平均破断伸長度が３５％を越える請求の範囲第１３項記載のシート材料。
平均破断伸長度が４０％を越える請求の範囲第１３項記載のシート材料。
基本重量が８５ｇ／ｍ²未満である請求の範囲第１３項記載のシート材料。
基本重量が７０ｇ／ｍ²未満である請求の範囲第１３項記載のシート材料。
ポリマーをフラッシュ紡糸してそれから請求項１のシート材料を形成する工程において、少なくとも２．０の長さ対直径比及び紡糸オリフィス（１４）の上流の減圧室（１６）中にインラインミキサー（３６）を有する紡糸オリフィスを通してポリマー溶液を紡糸することを含んでなる改良法。
紡糸オリフィス（１４）の長さ対直径比が３．０を越える請求の範囲第２０項記載の方法。
紡糸オリフィス（１４）の長さ対直径比が４．０を越える請求の範囲第２０項記載の方法。
ポリマーをフラッシュ紡糸してそれから請求項１のシート材料を形成する工程において、１６％未満の比率でポリマーをペンタン紡糸剤中に混合すること及び少なくとも１８０℃の温度において少なくとも２．０の長さ対直径比を有する紡糸オリフィス（１４）を通してポリマー溶液を排出させることを含んでなる改良法。
前記改良法が３．５を越える長さ対直径比を有する紡糸オリフィス（１４）を通してポリマーを紡糸することを更に含んでなる請求の範囲第２３項記載の方法。
減圧室（１６）内に静的ミキサー（３６）を更に含む請求の範囲第２４項記載の方法。