JP4100516B2 - High stretch multicomponent fiber containing starch and polymer - Google Patents

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Description

本発明は、デンプン及びポリマーを含む多成分繊維に関する。繊維は高伸長を有し、不織布ウェブ及び使い捨て物品を作成するのに使用され得る。   The present invention relates to multicomponent fibers comprising starch and polymers. The fibers have a high elongation and can be used to make nonwoven webs and disposable articles.

伸長性又は伸展性が改良された低コストの繊維を提供することが所望される。また、生再生可能な(biorenewable)資源から誘導されるポリマー構成成分を配合するかかる繊維を提供することも所望される。また、柔軟性及び伸展性を提供し得る不織布に対する必要性もある。比較的低い力で高い進展性を可能とする不織布も所望される。これらは、製品における持続適合性を与え、多様な機械的後処理の使用を容易にするために使うことができる。一般的には、伸展性は、繊維の製造費用を増大することなく達成するのは困難であることが知られている。繊維の伸展性を増大させる典型的な方法としては、高コストの材料、及び/又は、特殊で多くの場合高価な混合要件を使用することが挙げられる。   It would be desirable to provide a low cost fiber with improved extensibility or extensibility. It would also be desirable to provide such fibers that incorporate polymer components derived from biorenewable resources. There is also a need for nonwovens that can provide flexibility and extensibility. Nonwoven fabrics that allow high progress with relatively low forces are also desired. They can be used to give sustained compatibility in the product and facilitate the use of various mechanical aftertreatments. In general, extensibility is known to be difficult to achieve without increasing the manufacturing cost of the fiber. Typical methods for increasing fiber extensibility include the use of high cost materials and / or special and often expensive mixing requirements.

今日、熱可塑性ポリマーで作成され得る伸展可能な不織布に対して、満たされるべき必要性の存在がある。本発明は、費用対効果で、容易に加工処理できる伸展可能な繊維を提供する。それら繊維は、デンプン及び熱可塑性ポリマーの組み合わせから作成される。このデンプン及びポリマー組成物は、多成分繊維を作成するために使用される市販の装置が好適である。   Today, there is a need to be met for stretchable nonwovens that can be made of thermoplastic polymers. The present invention provides stretchable fibers that are cost effective and can be easily processed. The fibers are made from a combination of starch and thermoplastic polymer. The starch and polymer composition is preferably a commercially available device used to make multicomponent fibers.

本発明は、多成分繊維に関する。多成分繊維は、熱可塑性デンプンを含むコア構成要素を具備し、この構成要素は、非デンプン熱可塑性ポリマーを含む熱可塑性ポリマー構成成分により包囲される。多成分繊維の構成はシース−コア形状のものであり、熱可塑性ポリマー構成成分がシースを構成し、熱可塑性デンプン構成成分がコア構成要素を構成する。コア構成要素は、単一のコア又は2以上のコアを有し得る。多成分繊維は、同じ加工条件下で製造された同じ熱可塑性単一成分繊維よりも高い伸長性を有する。
本発明はまた、多成分繊維を含む不織布ウェブ及び使い捨て物品に関する。不織布ウェブはまた、本発明の繊維とブレンドされる他の合成繊維又は天然繊維を含有することも可能である。
The present invention relates to multicomponent fibers. The multicomponent fiber comprises a core component that includes a thermoplastic starch, which is surrounded by a thermoplastic polymer component that includes a non-starch thermoplastic polymer. The composition of the multicomponent fiber is in the form of a sheath-core, with the thermoplastic polymer component constituting the sheath and the thermoplastic starch component constituting the core component. The core component may have a single core or more than one core. Multicomponent fibers have higher extensibility than the same thermoplastic single component fibers produced under the same processing conditions.
The invention also relates to nonwoven webs and disposable articles comprising multicomponent fibers. Nonwoven webs can also contain other synthetic or natural fibers that are blended with the fibers of the present invention.

本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の請求の範囲、及び添付図を考慮することにより、さらによく理解されるであろう。
本明細書で使用される全てのパーセント、比率、及び割合は、特に指定しない限り、組成物の重量パーセントによる。全ての平均値は、特に明示的な指示がない限り、組成物又はその構成成分の「重量」で計算される。ポリマーに関する「平均分子量」又は「分子量」は、指示がない限り、数平均分子量を指す。数平均分子量は、特記しない限り、ゲル透過クロマトグラフィーにより測定される。本明細書にて引用される全ての特許又は他の刊行物は、参考文献引用の目的のためであって、そこに含まれる本文全てに関して、本明細書に参考として組み込まれる。かかる特許又は刊行物のいずれかを含むことにより、引用した参考文献が、先行技術として引用可能であることを、又はその主題の本発明に対する材料の先行技術として承認することを意図するものではない。本明細書中に記載される組成物、製品及び方法は、本明細書に記載される所要の及び/又は任意の構成要素、成分、組成物或いは工程のいずれか又は全てを含むか、それらから本質的に成る、又はそれらから成る。
本明細書は(1)本発明の材料、(2)多成分繊維の形状、(3)多成分繊維の材料特性、(4)プロセス、及び(5)物品、の詳細な記述を含有する。
These and other features, aspects, and advantages of the present invention will become better understood upon consideration of the following description, the appended claims, and the accompanying drawings.
All percentages, ratios and proportions used herein are by weight percent of the composition unless otherwise specified. All average values are calculated by "weight" of the composition or its components unless otherwise indicated. “Average molecular weight” or “molecular weight” for polymers refers to number average molecular weight unless otherwise indicated. The number average molecular weight is measured by gel permeation chromatography unless otherwise specified. All patents or other publications cited herein are for the purpose of reference citation and are incorporated herein by reference for all text contained therein. The inclusion of either such patents or publications is not intended to acknowledge that the cited reference is cited as prior art or as prior art of material to the subject invention. . The compositions, products and methods described herein may include or include any or all of the required and / or optional components, ingredients, compositions or steps described herein. Consists essentially of or consists of them.
This specification contains a detailed description of (1) the material of the invention, (2) the shape of the multicomponent fiber, (3) the material properties of the multicomponent fiber, (4) the process, and (5) the article.

(1)材料
(構成成分A:熱可塑性ポリマー)
熱可塑性ポリマー並びに熱可塑性ポリマー構成成分の好適な融解温度は、約60℃〜約300℃、好ましくは約80℃〜約250℃、及び好ましくは100℃〜215℃である。熱可塑性ポリマー含有構成成分の組成物の融解温度が上述の範囲内になるように観測された融解温度を下げるべく可塑剤若しくは希釈剤又は他のポリマーを使用する場合、250℃よりも高い融解温度(Tm)を有する熱可塑性ポリマーを使用することも可能である。0℃未満のガラス転移(Tg)温度を有する熱可塑性ポリマーを使用することが望ましいことがある。熱可塑性ポリマー構成成分は、溶融紡糸に適するレオロジー特性を有する。ポリマーの分子量は、ポリマー分子間のからみ合いを可能にするのに十分に高く、しかし溶融紡糸可能であるべく十分に低いものでなければならない。溶融紡糸に適する熱可塑性ポリマーは、約1,000,000g/mol以下、好ましくは約5,000g/mol〜約800,000g/mol、より好ましくは約10,000g/mol〜約700,000g/mol、及び最も好ましくは約20,000g/mol〜約500,000g/molの分子量を有することができる。
(1) Material (Constituent component A: Thermoplastic polymer)
Suitable melting temperatures for the thermoplastic polymer and the thermoplastic polymer component are from about 60 ° C to about 300 ° C, preferably from about 80 ° C to about 250 ° C, and preferably from 100 ° C to 215 ° C. When using a plasticizer or diluent or other polymer to lower the observed melting temperature of the thermoplastic polymer-containing component composition within the above range, a melting temperature higher than 250 ° C. It is also possible to use thermoplastic polymers having (Tm). It may be desirable to use a thermoplastic polymer having a glass transition (Tg) temperature of less than 0 ° C. The thermoplastic polymer component has rheological properties suitable for melt spinning. The molecular weight of the polymer must be high enough to allow entanglement between polymer molecules, but low enough to be melt spinnable. Thermoplastic polymers suitable for melt spinning are about 1,000,000 g / mol or less, preferably about 5,000 g / mol to about 800,000 g / mol, more preferably about 10,000 g / mol to about 700,000 g / mol. mol, and most preferably from about 20,000 g / mol to about 500,000 g / mol.

熱可塑性ポリマーは、好ましくは、短繊維のための既知のプロセス(紡糸延伸プロセス)、連続フィラメント又はスパンボンド連続フィラメントプロセスで該して遭遇するように、伸展流動下で、かなり迅速に固化し得ることが望ましく、また、熱的に安定な繊維構造を形成し得ることが望ましい。「熱的に安定な繊維構造」とは、本明細書で使用する時、25℃及び環境大気圧で、24時間の期間に亘り、50%の相対湿度において直径が測定され、繊維がその形成中である5分以内、その環境に置かれる時に、著しい溶融変化又は寸法変化を呈しないものとして定義される。対応する原繊維直径の測定値を基準として用い、測定された繊維直径差が25%よりも大きく異なるのは著しい寸法変化であると考えられる。原繊維が丸形でない場合、最小直径を計算に使用するべきである。最も小さい直径はまた、24時間測定に使用するべきである。   The thermoplastic polymer can preferably solidify fairly rapidly under stretch flow, as encountered in known processes for short fibers (spun drawing process), continuous filament or spunbond continuous filament processes. It is also desirable to be able to form a thermally stable fiber structure. As used herein, “thermally stable fiber structure” means that the diameter is measured at 50% relative humidity over a period of 24 hours at 25 ° C. and ambient atmospheric pressure, and the fibers are formed. Defined as not exhibiting significant melting or dimensional changes when placed in that environment within 5 minutes of being. It is believed that it is a significant dimensional change that the measured fiber diameter difference differs by more than 25% using the corresponding fibril diameter measurement as a reference. If the fibril is not round, the minimum diameter should be used in the calculation. The smallest diameter should also be used for 24 hour measurements.

好適な熱可塑性ポリマーとしては、低密度、高密度、線状低密度又は超低密度ポリエチレン類、ポリプロピレン又はそれらのコポリマー、例えば、アタクチックポリプロピレンを含むポリエチレン又はそのコポリマーなどのポリオレフィン類;ポリブチレン又はそのコポリマー;ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン46、ナイロン66などのポリアミド類又はそのコポリマー;ポリエチレンテレフタレート類などのポリエステル類又はそれらのコポリマー;エチレン/アクリル酸コポリマー、エチレン/マレイン酸コポリマー、エチレン/メタクリル酸コポリマー、エチレン/ビニルアセテートコポリマー又はそれらの組み合わせなどのオレフィンカルボン酸コポリマー類;ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類及びポリ(メチルメタクリレート)類などのそれらのコポリマーが挙げられる。他のポリマーの非限定例としては、ポリカーボネート類、ポリビニルアセテート類、ポリ(オキシメチレン)、スチレンコポリマー類、ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類、ポリ(メチルメタクリレート)類、ポリスチレン/メチルメタクリレートコポリマー類、ポリエーテルイミド類、ポリスルホン類又はこれらの組み合わせが挙げられる。幾つかの実施形態において、熱可塑性ポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド類、ポリビニルアルコール、エチレンアクリル酸、ポリオレフィンカルボン酸コポリマー類、ポリエステル類及びこれらの組み合わせが挙げられる。   Suitable thermoplastic polymers include polyolefins such as low density, high density, linear low density or very low density polyethylenes, polypropylene or copolymers thereof, for example polyethylene containing atactic polypropylene or copolymers thereof; polybutylene or the like Copolymers; polyamides such as nylon 6, nylon 11, nylon 12, nylon 46, nylon 66 or copolymers thereof; polyesters such as polyethylene terephthalates or copolymers thereof; ethylene / acrylic acid copolymers, ethylene / maleic acid copolymers, ethylene / Olefin carboxylic acid copolymers such as methacrylic acid copolymers, ethylene / vinyl acetate copolymers or combinations thereof; polyacrylates, polymethacrylates and Li copolymers thereof, such as (methyl methacrylate) s. Non-limiting examples of other polymers include polycarbonates, polyvinyl acetates, poly (oxymethylene), styrene copolymers, polyacrylates, polymethacrylates, poly (methyl methacrylate), polystyrene / methyl methacrylate copolymers, poly Examples include ether imides, polysulfones, and combinations thereof. In some embodiments, thermoplastic polymers include polypropylene, polyethylene, polyamides, polyvinyl alcohol, ethylene acrylic acid, polyolefin carboxylic acid copolymers, polyesters, and combinations thereof.

生分解性の熱可塑性ポリマーも本明細書に用いるのに好適である。生分解性材料は、その生分解性材料が地中に埋められるか、或いは微生物と接触(微生物の成長を助長する環境条件下での接触を含む)した時に、カビ類、菌類及び細菌類などの微生物によって同化されやすい。好適な生分解性ポリマーには、好気的若しくは嫌気的消化処理を用いて、又は日光、雨、湿気、風、温度等の環境要素への曝露の効果によって環境で分解可能であるような生分解性の材料も包含される。生分解性の熱可塑性ポリマーは、個々に、又は生分解性若しくは非生分解性ポリマーの組み合わせとして使用することができる。生分解性ポリマーとしては、脂肪族構成成分を含有するポリエステル類が挙げられる。ポリエステル類の中では、脂肪族構成要素及びポリ(ヒドロキシカルボン)酸を含有するエステル重縮合物類である。エステル重縮合物としては、二酸/ジオール脂肪族ポリエステル(例えば、ポリブチレンコハク酸エステル、ポリブチレンコハク酸エステルアジピン酸共重合物、脂肪族/芳香族ポリエステル(例えば、ブチレンジオール、アジピン酸、及びテレフタル酸で作られるターポリマー)が挙げられる。ポリ(ヒドロキシカルボン)酸としては、乳酸ベースのホモポリマー及びコポリマー、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、又は他のポリヒドロキシアルカノエートホモポリマー及びコポリマーが挙げられる。かかるポリヒドロキシアルカノエート類としては、C6−C12及びそれ以上のより高鎖長のモノマーを有するPHBのコポリマー、及び米国再発行特許第36,548号(US Patent RE 36,548)及び米国特許第5,990,271号に開示されるようなポリヒドロキシアルカノエート類が挙げられる。   Biodegradable thermoplastic polymers are also suitable for use herein. Biodegradable materials, such as molds, fungi and bacteria, when the biodegradable material is buried in the ground or contacted with microorganisms (including contact under environmental conditions that promotes the growth of microorganisms) It is easy to be assimilated by other microorganisms. Suitable biodegradable polymers include biodegradable using an aerobic or anaerobic digestion process, or by the effect of exposure to environmental elements such as sunlight, rain, moisture, wind, temperature, etc. Degradable materials are also included. The biodegradable thermoplastic polymers can be used individually or as a combination of biodegradable or non-biodegradable polymers. Biodegradable polymers include polyesters containing aliphatic constituents. Among polyesters are ester polycondensates containing aliphatic constituents and poly (hydroxycarboxylic) acid. Ester polycondensates include diacid / diol aliphatic polyesters (eg, polybutylene succinate, polybutylene succinate adipic acid copolymers, aliphatic / aromatic polyesters (eg, butylene diol, adipic acid, and Poly (hydroxycarboxylic) acids include lactic acid based homopolymers and copolymers, polyhydroxybutyrate (PHB), or other polyhydroxyalkanoate homopolymers and copolymers. Such polyhydroxyalkanoates include copolymers of PHB having higher chain length monomers of C6-C12 and higher, and US Reissue Patent 36,548 (US Patent RE 36,548) and US Pat. Disclosure in 5,990,271 And polyhydroxyalkanoates.

市販されている好適なポリ乳酸の例は、カーギル・ダウ(Cargill Dow)からのネイチャーワークス(NATUREWORKS)及び三井化学(Mitsui Chemical)からのラシエ(LACEA)である。市販されている好適な二酸/ジオール脂肪族ポリエステルの例は、昭和高分子株式会社(Showa Highpolymer Company,Ltd.、日本東京)からビオノーレ(BIONOLLE)1000及びビオノーレ3000として販売される、ポリブチレンコハク酸エステル/アジピン酸エステルコポリマーである。市販されている好適な脂肪族/芳香族コポリエステルの例は、イーストマン化学(Eastman Chemical)からイースター・バイオ(EASTAR BIO)コポリエステルとして、又はバスフ(BASF)からのエコフレックス(ECOFLEX)として販売されている、ポリ(テトラメチレンアジピン酸エステル−コ−テレフタル酸エステル)である。   Examples of suitable polylactic acids that are commercially available are NATUREWORKS from Cargill Dow and LACEA from Mitsui Chemical. Examples of suitable diacid / diol aliphatic polyesters that are commercially available are polybutylene succinates sold as Showa Highpolymer Company, Ltd., Tokyo, Japan as BIONOLLE 1000 and BIONORE 3000. Acid ester / adipic acid ester copolymer. Examples of suitable aliphatic / aromatic copolyesters that are commercially available are sold from Eastman Chemical as EASTAR BIO copolyester or as ECOFLEX from BASF. Poly (tetramethylene adipate-co-terephthalate).

ポリマー及びポリマーの量の選択は、当業者により理解されているように、最終製品の柔軟性、質感及び特性に影響を及ぼす。熱可塑性ポリマー構成成分は、単一のポリマー種、又は2以上の非デンプン熱可塑性ポリマーのブレンドを包含することができる。更に、熱可塑性デンプンを含むがこれに限定されない他の材料も、熱可塑性ポリマー構成成分中に存在することができる。典型的には、非デンプン熱可塑性ポリマーは、熱可塑性ポリマー構成成分の総重量の約51%〜100%、好ましくは約60%〜約95%、より好ましくは約70%〜約90%の量で存在する。   The choice of polymer and polymer amount will affect the flexibility, texture and properties of the final product, as will be appreciated by those skilled in the art. The thermoplastic polymer component can include a single polymer species or a blend of two or more non-starch thermoplastic polymers. In addition, other materials can be present in the thermoplastic polymer component, including but not limited to thermoplastic starch. Typically, the non-starch thermoplastic polymer is in an amount of about 51% to 100%, preferably about 60% to about 95%, more preferably about 70% to about 90% of the total weight of the thermoplastic polymer component. Exists.

熱可塑性ポリマー構成成分は、デンプン構成成分の外側面を囲み、機械的条件、熱力学的条件、電気的条件若しくは溶媒条件、又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない周囲条件からデンプン構成成分を保護することができる。熱可塑性ポリマー構成成分は、熱可塑性デンプン構成成分の外側面を完全に囲むことができる。熱可塑性ポリマー構成成分はまた、繊維がより温度安定性であり、溶媒に対してより耐性があり、且つ熱的に結合されることができるように、繊維をより機能的にすることもできる。   The thermoplastic polymer component surrounds the outer surface of the starch component and the starch component from ambient conditions including but not limited to mechanical conditions, thermodynamic conditions, electrical conditions or solvent conditions, or combinations thereof. Can be protected. The thermoplastic polymer component can completely surround the outer surface of the thermoplastic starch component. Thermoplastic polymer components can also make the fibers more functional so that the fibers are more temperature stable, more resistant to solvents, and can be thermally bonded.

(構成成分B:熱可塑性デンプン)
本発明は、低コストの天然に生じるバイオポリマーであるデンプンの使用に関する。本発明で使用されるデンプンは、熱可塑性の非構造化(destructured)デンプンである。用語「非構造化(destructurized)デンプン」は、その天然に生じる粒状構造をもはや有さないデンプンを意味するのに使用される。用語「熱可塑性デンプン」又は「TPS」は、それが紡糸されて繊維になることができるように、その熱可塑性流動特性を向上させるための可塑剤を有するデンプンを意味するのに使用される。
(Component B: Thermoplastic starch)
The present invention relates to the use of starch, a low cost naturally occurring biopolymer. The starch used in the present invention is a thermoplastic unstructured starch. The term “destructurized starch” is used to mean starch that no longer has its naturally occurring granular structure. The term “thermoplastic starch” or “TPS” is used to mean a starch with a plasticizer to improve its thermoplastic flow properties so that it can be spun into fibers.

天然デンプンは、従来の熱可塑性ポリマーのように溶融したり、流動したりしない。天然デンプンは一般に粒状構造を有するため、熱可塑性材料のように溶融加工及び紡糸され得る前に、望ましくは天然デンプンが「非構造化した(destructurized)」又は「構造化(destructured)され」るべきである。理論に束縛されるものではないが、デンプンの粒状構造は、デンプン粒子内に別個のアミロペクチン及びアミロース領域の構造を具備する粒子を特徴とする。この粒状構造は非構造化中に破壊され、その後、溶媒又は可塑剤の存在下でデンプン構成成分の容量が拡張され得る。溶媒又は可塑剤の存在下で非構造化を受けるデンプンは、典型的には、溶媒又は可塑剤を用いて非構造化されていないデンプンよりも粘度が高くなる。その結果生じた非構造化したデンプンは、ゼラチン化した形態であるか、又は、乾燥及び/又は徐冷時には結晶形態であり得るが、一旦破断すると、天然のデンプンの粒状構造は一般的には元に戻らない。デンプンは、繊維紡糸プロセスに影響を与える塊が存在しないように十分に非構造化されていることが望ましい。デンプンを非構造化するのに使用される非構造化剤は、デンプンと共に紡糸される繊維中に残存しないように除去されるのであれば、更なる加工中デンプンと共に残存してもよいし、一時的なものであってもよい。   Natural starch does not melt or flow like conventional thermoplastic polymers. Because native starch generally has a granular structure, it should desirably be “destructurized” or “destructured” before it can be melt processed and spun like a thermoplastic material. It is. Without being bound by theory, the granular structure of starch is characterized by particles with distinct amylopectin and amylose domain structures within the starch particles. This granular structure can be destroyed during destructuring, after which the capacity of the starch component can be expanded in the presence of a solvent or plasticizer. Starches that are destructured in the presence of a solvent or plasticizer typically have a higher viscosity than starch that is not destructured with a solvent or plasticizer. The resulting unstructured starch can be in gelatinized form or in crystalline form when dried and / or slowly cooled, but once broken, the natural starch granular structure is generally It will not return. It is desirable that the starch be sufficiently unstructured so that there are no lumps affecting the fiber spinning process. The destructuring agent used to destructure the starch may remain with the starch during further processing, as long as it is removed so that it does not remain in the fiber spun with starch. It may be a natural one.

デンプンは様々な異なる方法で非構造化され得る。デンプンは溶媒で非構造化され得る。例えば、デンプンと溶媒の混合物を、加圧条件及び剪断力下であり得る熱に付してデンプンをゼラチン化して、非構造化に至らせることによりデンプンを非構造化することができる。溶媒はまた可塑剤としても作用することができ、望ましくは後の加工中に可塑剤としての役割を果たすべく、組成物中に保持されることも可能である。デンプンを非構造化するための溶媒として作用し得る多様な可塑化剤が本明細書に記載されている。これらとしては、例えばマンニトール、ソルビトール及びグリセリンなどのポリオール類を含むがこれらに限定されないヒドロキシル含有可塑剤などの(しかしこれに限定されない)低分子量又はモノマー可塑剤が挙げられる。水もデンプンの溶媒として作用することができ、デンプンを水に溶解することによりそのデンプンを非構造化するために使用することができる。   Starch can be destructured in a variety of different ways. The starch can be destructured with a solvent. For example, starch can be destructured by subjecting a mixture of starch and solvent to heat, which can be under pressure and shear, to gelatinize the starch, leading to destructuring. The solvent can also act as a plasticizer and desirably can be retained in the composition to serve as a plasticizer during subsequent processing. A variety of plasticizers are described herein that can act as solvents for destructuring starch. These include low molecular weight or monomer plasticizers, such as but not limited to hydroxyl-containing plasticizers including but not limited to polyols such as mannitol, sorbitol and glycerin. Water can also act as a solvent for starch and can be used to destructure the starch by dissolving it in water.

デンプンが従来の熱可塑性ポリマーのように流動し、溶融紡糸可能であるために、デンプンは可塑剤を存在させなければならない。非構造化剤が除去される場合、一般に非構造化されたままであるのがデンプンの性質であるが、可塑剤は、繊維の紡糸を容易にするために、熱可塑性特性をデンプン構成成分に付与し、デンプン構成成分に添加されるか、さもなければ別の方法でその中に包含されるべきである。従って、紡糸中に存在する可塑剤は、デンプンを非構造化するのに使用されるものと同じであってもよい。或いは、特に非構造化剤が上述のように一過性である時、別個の又は追加の可塑剤をデンプンに添加してもよい。かかる追加の可塑剤が繊維紡糸工程の間デンプン内に残存する限り、デンプンが非構造化される前、間又は後に可塑剤を添加することができる。   In order for starch to flow like conventional thermoplastic polymers and to be melt-spun, starch must have a plasticizer present. When the unstructuring agent is removed, it is generally the nature of the starch that remains unstructured, but the plasticizer imparts thermoplastic properties to the starch component to facilitate fiber spinning. And should be added to the starch component or otherwise contained therein. Thus, the plasticizer present during spinning may be the same as that used to destructure the starch. Alternatively, a separate or additional plasticizer may be added to the starch, especially when the destructuring agent is transient as described above. As long as such additional plasticizer remains in the starch during the fiber spinning process, the plasticizer can be added before, during or after the starch is destructured.

好適な天然に生じるデンプンとしては、コーンスターチ(例えば、ワクシートウモロコシデンプン(waxy maize starch)を含む)、ジャガイモデンプン、サツマイモデンプン、小麦デンプン、サゴヤシデンプン、タピオカデンプン、米デンプン、大豆デンプン、クズウコンデンプン、ワラビデンプン、ハスデンプン、キャッサバデンプン、高アミロースコーンスターチ、及び市販のアミロース粉末が挙げられるがこれらに限定されない。デンプンのブレンドもまた使用してもよい。すべてのデンプンは本明細書中で有用であるが、本発明は、豊富に供給され、容易に補充可能であり、安価であるという利点を有する農作物源から誘導される天然デンプンを用いて、ごく普通に実施される。天然に生じるデンプン、特にコーンスターチ(例えば、ワクシートウモロコシデンプン(waxy maize starch)を含む)、小麦デンプン及びジャガイモデンプンは、それらの経済性及び入手可能性に起因して、選択すべきデンプンポリマーである。   Suitable naturally occurring starches include corn starch (including, for example, waxy maize starch), potato starch, sweet potato starch, wheat starch, sago palm, tapioca starch, rice starch, soybean starch, kuzukon starch, Examples include, but are not limited to, bracken starch, lotus starch, cassava starch, high amylose corn starch, and commercially available amylose powder. A blend of starches may also be used. Although all starches are useful herein, the present invention is based on natural starch derived from crop sources that has the advantage of being abundantly supplied, easily supplementable, and inexpensive. Implemented normally. Naturally occurring starches, especially corn starch (eg including waxy maize starch), wheat starch and potato starch are starch polymers to choose because of their economics and availability .

加工デンプンもまた使用してもよい。加工デンプンは、その元来の分子量特性を変化させた、置換されていないデンプン又は置換されたデンプンとして定義される(即ち、分子量は変化しているが、その他の変化は、必ずしもデンプンに対してなされていない)。それらの多くが当該技法分野において周知の技法のいずれかによって分子量を修正、好ましくは低減してもよい。例えば、これらとしては、酸又はアルカリ加水分解、酸還元、酸化還元、酵素還元などによるデンプンの化学的変性、物理的/機械的分解(例えば、加工機器のサーモメカニカルエネルギー投入による)、又はこれらの組み合わせが挙げられる。サーモメカニカル法及び酸化法は、原位置(in situ)で行われる場合、さらなる利点を提供する。デンプンの実際の化学的性質及び分子量を低減させる方法は、平均分子量が所望のレベル又は範囲で提供される限りは重要ではない。かかる技法もまた分子量分布を低減し得る。   Modified starch may also be used. Modified starch is defined as unsubstituted or substituted starch that has altered its original molecular weight properties (ie, molecular weight has changed but other changes are not necessarily relative to starch). Not done). Many of them may modify, preferably reduce, the molecular weight by any of the techniques well known in the art. For example, these include chemical modification of starch by acid or alkali hydrolysis, acid reduction, redox, enzyme reduction, etc., physical / mechanical degradation (eg, by thermomechanical energy input of processing equipment), or these Combinations are listed. Thermomechanical and oxidation methods offer additional advantages when performed in situ. The actual chemistry and molecular weight reduction method of the starch is not critical as long as the average molecular weight is provided at the desired level or range. Such techniques can also reduce the molecular weight distribution.

天然の加工されていないデンプンは、一般的に非常に高い平均分子量を有し、広い分子量分布を有する(例えば、天然コーンスターチは、約60,000,000グラム/モル(g/mol)までの平均分子量を有する)。本発明で使用するデンプンの分子量を低減することが望ましい。分子量の低減は、上述のものを含む当該技術分野において既知のいかなる技法によっても達成することができる。溶融物に添加される非構造化デンプン又はデンプンのブレンドについての分子量範囲は、約3,000g/mol〜約8,000,000g/mol、好ましくは約10,000g/mol〜約5,000,000g/mol、及びより好ましくは約20,000g/mol〜約3,000,000g/molであり得る。   Natural unprocessed starch generally has a very high average molecular weight and a broad molecular weight distribution (eg, natural corn starch averages up to about 60,000,000 grams / mole (g / mol)). Having a molecular weight). It is desirable to reduce the molecular weight of the starch used in the present invention. Molecular weight reduction can be achieved by any technique known in the art, including those described above. The molecular weight range for the unstructured starch or starch blend added to the melt is from about 3,000 g / mol to about 8,000,000 g / mol, preferably from about 10,000 g / mol to about 5,000,000. 000 g / mol, and more preferably from about 20,000 g / mol to about 3,000,000 g / mol.

任意には、置換されたデンプンを使用することができる。置換されたデンプンを提供するためのデンプンの化学的変性としては、エーテル化及びエステル化が挙げられるがこれらに限定されない。例えば、メチル、エチル又はプロピル(又はそれより大きな脂肪族基)が、当該技術分野において周知であるような従来のエーテル化及びエステル化技法を用いてデンプンに置換され得る。かかる置換は、デンプンが天然の粒状形態である時、又はデンプンが非構造化された後に行うことができる。置換は、デンプンの生分解速度率を低下させ得るだけでなく、非構造化のための時間、温度、剪断力及び/又は圧力条件をも低下させ得る。化学的に置換されたデンプンの置換度は、典型的には約0.01〜約3.0であるが、必ずしもそうであるとは限らず、約0.01〜約0.06でもあり得る。   Optionally, substituted starch can be used. Chemical modification of starch to provide a substituted starch includes, but is not limited to, etherification and esterification. For example, methyl, ethyl or propyl (or larger aliphatic groups) can be replaced with starch using conventional etherification and esterification techniques as are well known in the art. Such substitution can be made when the starch is in its natural granular form or after the starch has been destructured. Substitution can not only reduce the rate of starch biodegradation, but can also reduce the time, temperature, shear force and / or pressure conditions for destructuring. The degree of substitution of chemically substituted starch is typically about 0.01 to about 3.0, but is not necessarily so, and can be about 0.01 to about 0.06. .

典型的には、熱可塑性デンプンは、約51重量%〜約100重量%、好ましくは約60重量%〜約95重量%、より好ましくは約70重量%〜約90重量%の熱可塑性デンプン構成成分を含む。デンプン構成成分の熱可塑性ポリマーに対する比は、2成分繊維構成要素における熱可塑性デンプンの割合を決定する。組成物中のデンプンの重量は、デンプン及びその天然に生じる結合水含量を包含する。用語「結合水」とは、本発明の組成物を作るためにデンプンと他の構成成分とを混合する前に、デンプンに自然に存在する水を意味する。用語「遊離水」とは、本発明の組成物の製造において添加される水を意味する。構成成分が一旦組成物中に混合されると、水はもはやその発生源によって区別することはできないことを、当業者は理解するであろう。天然デンプンは、典型的にはデンプンの約5重量%〜約16重量%の結合水含量を有する。   Typically, the thermoplastic starch is from about 51% to about 100%, preferably from about 60% to about 95%, more preferably from about 70% to about 90% by weight thermoplastic starch component. including. The ratio of starch component to thermoplastic polymer determines the proportion of thermoplastic starch in the bicomponent fiber component. The weight of starch in the composition includes starch and its naturally occurring bound water content. The term “bound water” means the water that is naturally present in the starch before it is mixed with the other components to make the composition of the present invention. The term “free water” means water added in the manufacture of the composition of the present invention. One skilled in the art will appreciate that once the components are mixed into the composition, water can no longer be distinguished by its source. Natural starch typically has a bound water content of about 5% to about 16% by weight of the starch.

(可塑剤)
デンプンを非構造化し、デンプンを流動可能にするために(即ち、熱可塑性デンプンを作成するために)、本発明では1以上の可塑剤を使用することができる。上述のように、可塑剤をデンプンのための非構造化剤として使用してもよい。その可塑剤は、熱可塑性デンプンのための可塑剤として機能するべく非構造化デンプン構成成分内に残存してもよく、又は除去されて、熱可塑性デンプン構成成分において別の可塑剤と置換されてもよい。可塑剤はまた、組成物のガラス転移温度の低下に起因するものと考えられる最終製品の可撓性を向上させ得る。熱可塑性ポリマー構成成分のための可塑剤又は希釈剤は、ポリマーの融解温度を低下させ、最終製品の可撓性を修正し、又は熱可塑性デンプンのブレンドとの全体的な相溶性を向上させるために存在してもよい。更に、より高い融解温度を有する熱可塑性ポリマーは、ポリマーの融解温度を押さえる可塑剤又は希釈剤が存在する場合に使用されてもよい。
(Plasticizer)
One or more plasticizers can be used in the present invention to destructure the starch and make the starch flowable (ie, to make a thermoplastic starch). As mentioned above, plasticizers may be used as destructuring agents for starch. The plasticizer may remain in the unstructured starch component to function as a plasticizer for the thermoplastic starch, or may be removed and replaced with another plasticizer in the thermoplastic starch component. Also good. Plasticizers can also improve the flexibility of the final product, which can be attributed to a decrease in the glass transition temperature of the composition. Plasticizers or diluents for thermoplastic polymer components to lower the melting temperature of the polymer, modify the flexibility of the final product, or improve the overall compatibility with the thermoplastic starch blend May be present. In addition, thermoplastic polymers having higher melting temperatures may be used in the presence of a plasticizer or diluent that suppresses the melting temperature of the polymer.

一般に、可塑剤は、それらが混在する本発明のポリマー構成成分と実質的に相溶性であるべきである。本明細書で使用する時、用語「実質的に相溶性」は、組成物の軟化温度及び/又は融解温度よりも高い温度まで加熱される時、可塑剤が、それが混在する成分中に存在するポリマーとの均質な混合物を形成することができるということを意味する。   In general, plasticizers should be substantially compatible with the polymer components of the present invention in which they are mixed. As used herein, the term “substantially compatible” means that when heated to a temperature above the softening and / or melting temperature of the composition, the plasticizer is present in the components in which it is mixed. It means that a homogeneous mixture with the polymer can be formed.

本明細書における可塑剤は、モノマー化合物及びポリマーを包含し得る。ポリマー可塑剤は、典型的には約100,000g/mol以下の分子量を有する。ポリマー可塑剤は、ブロックコポリマー及びランダムコポリマー(それらのターポリマーを含む)を包含し得る。幾つかの実施形態において、可塑剤は、例えば、分子量が約20,000g/mol以下、又は約5,000g/mol以下、又は約1,000g/mol以下の低分子量可塑剤を有する。可塑剤は単独で使用されてもよく、又は2以上の可塑剤が、本発明のあらゆる特定構成成分中で使用されてもよい。   Plasticizers herein can include monomeric compounds and polymers. Polymer plasticizers typically have a molecular weight of about 100,000 g / mol or less. Polymer plasticizers can include block copolymers and random copolymers (including their terpolymers). In some embodiments, the plasticizer has a low molecular weight plasticizer, for example, having a molecular weight of about 20,000 g / mol or less, or about 5,000 g / mol or less, or about 1,000 g / mol or less. The plasticizer may be used alone or two or more plasticizers may be used in any particular component of the present invention.

可塑剤は、例えば、少なくとも1つのヒドロキシル基を有する有機化合物であり得、例えば2以上のヒドロキシル基を有するポリオールが挙げられる。有用なヒドロキシル可塑剤の非限定的な例としては、グルコース、スクロース、フルクトース、ラフィノース、マルトデキストロース、ガラクトース、キシロース、マルトース、ラクトース、マンノースエリスロース及びペンタエリスリトールなどの糖類;エリスリトール、キシリトール、マリトール、マンニトール及びソルビトールなどの糖アルコール類;グリセロール(グリセリン)、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサントリオールなどのポリオール類及びこれらのポリマー;並びにこれらの混合物が挙げられる。好適な可塑剤としては、特に、グリセリン、マンニトール及びソルビトールが挙げられる。   The plasticizer can be, for example, an organic compound having at least one hydroxyl group, such as a polyol having two or more hydroxyl groups. Non-limiting examples of useful hydroxyl plasticizers include sugars such as glucose, sucrose, fructose, raffinose, maltodextrose, galactose, xylose, maltose, lactose, mannose erythrose and pentaerythritol; erythritol, xylitol, malitol, mannitol And sugar alcohols such as sorbitol; polyols such as glycerol (glycerin), ethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, butylene glycol, hexanetriol and polymers thereof; and mixtures thereof. Suitable plasticizers include glycerin, mannitol and sorbitol, among others.

また本明細書で有用であるのは、ポロキソマー類(poloxomers)(ポリオキシエチレン/ポリオキシプロピレンブロックコポリマー)及びポロキサミン類(poloxamines)(エチレンジアミンのポリオキシエチレン/ポリオキシプロピレンブロックコポリマー)などのヒドロキシルポリマー可塑剤である。これらのコポリマーは、ニュージャージー州パーシッパニー(Parsippany,NJ)にあるバスフ社(BASF Corp.)からプルロニック(Pluronic)(登録商標)として入手可能である。好適なポロキサマー及びポロキサミンは、デラウェア州ウィルミントン(Wilmington,DE)にあるICIケミカルズ社(ICI Chemicals)からシンペロニック(Synperonic)(登録商標)として、又はニュージャージー州パーシッパニーにあるバスフ社からテトロニック(Tetronic)(登録商標)として入手可能である。   Also useful herein are hydroxyl polymers such as poloxomers (polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers) and poloxamines (polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers of ethylenediamine). It is a plasticizer. These copolymers are available as Pluronic® from BASF Corp., Parsippany, NJ. Suitable poloxamers and poloxamines are available as Synperonic® from ICI Chemicals in Wilmington, Del. Or Tetronic from Basf in Parsippany, NJ. (Registered trademark).

また本明細書に用いるのに好適なのは、ヒドロキシル基を有さず、尿素及び尿素誘導体を含む、水素結合を形成する有機化合物;ソルビタンなどの糖アルコールの無水物;ゼラチンなどの動物性タンパク質;ヒマワリタンパク質、大豆タンパク質、綿実タンパク質などの植物性タンパク質;並びにこれらの混合物である。他の好適な可塑剤は、フタル酸エステル類、コハク酸ジメチル及びコハク酸ジエチル及び関連エステル類、グリセロールトリアセテート、グリセロールモノアセテート及びジアセテート類、グリセロールモノプロピオネート、ジプロピオネート及びトリプロピオネート類、ブタノエート類、ステアレート類、乳酸エステル類、クエン酸エステル類、アジピン酸エステル類、ステアリン酸エステル類、オレイン酸エステル類、及び生分解性である他の更なる酸エステル類である。例えば、エチレンアクリル酸、エチレンマレイン酸、ブタジエンアクリル酸、ブタジエンマレイン酸、プロピレンアクリル酸、プロピレンマレイン酸、及び他の炭化水素に基づく酸脂肪族の酸。   Also suitable for use herein are organic compounds that do not have hydroxyl groups and that form hydrogen bonds, including urea and urea derivatives; sugar alcohol anhydrides such as sorbitan; animal proteins such as gelatin; sunflower Vegetable proteins such as protein, soy protein, cottonseed protein; and mixtures thereof. Other suitable plasticizers are phthalates, dimethyl succinate and diethyl succinate and related esters, glycerol triacetate, glycerol monoacetate and diacetates, glycerol monopropionate, dipropionate and tripropionate, butanoate , Stearates, lactic acid esters, citrate esters, adipic acid esters, stearic acid esters, oleic acid esters, and other further acid esters that are biodegradable. For example, aliphatic acids based on ethylene acrylic acid, ethylene maleic acid, butadiene acrylic acid, butadiene maleic acid, propylene acrylic acid, propylene maleic acid, and other hydrocarbons.

可塑剤の量は、デンプンの分子量及びデンプン量、並びにデンプン又は熱可塑性ポリマーに関する可塑剤の親和性に依存する。ポリマー構成成分を効果的に可塑化する量を使用することができる。可塑剤は、デンプン構成成分が効果的に加工されて繊維を形成することができるように、デンプン構成成分を十分に可塑化しなければならない。一般的に、デンプンの分子量が増加すると、可塑剤の量は増加する。典型的には、可塑剤は、それが混合される構成成分の約2%〜約70%の量で存在し得、また、約5%〜約55%、又は約10%〜約50%でもあり得る。デンプンのための可塑剤として機能する、デンプン構成成分中に配合されるポリマーは、本発明のその構成成分の可塑剤構成成分の1部としてみなされるべきである。可塑剤は、本発明における熱可塑性ポリマー構成成分にとって任意であり、0%又は2%未満の量は除外されることを意味しない。   The amount of plasticizer depends on the molecular weight and amount of starch and the plasticizer's affinity for the starch or thermoplastic polymer. An amount that effectively plasticizes the polymer component can be used. The plasticizer must sufficiently plasticize the starch component so that the starch component can be effectively processed to form fibers. In general, as the molecular weight of starch increases, the amount of plasticizer increases. Typically, the plasticizer may be present in an amount from about 2% to about 70% of the component with which it is mixed, and even from about 5% to about 55%, or from about 10% to about 50%. possible. The polymer incorporated in the starch component that functions as a plasticizer for the starch should be considered as part of that component's plasticizer component of the present invention. The plasticizer is optional for the thermoplastic polymer component in the present invention and amounts of 0% or less than 2% are not meant to be excluded.

(任意物質)
任意には、他の成分も、熱可塑性デンプン及び熱可塑性ポリマー組成物に配合されてもよい。これらの任意成分は、構成成分の重量の約49%以下、又は約0.1%〜約30%、又は約0.1%〜約10%の量で存在してもよい。加工処理性を改変するため及び/又は最終製品の弾性、引張強度、及び弾性率のような物理的特性を改変するために、任意の材料を使用してもよい。他の効果としては、酸化安定性を含む安定性、輝度、色、可撓性、弾力性、作業性、加工助剤、粘度調節剤、及び抑臭が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい加工助剤は、ステアリン酸マグネシウムである。特にデンプン構成成分において望まれる別の任意材料はエチレンアクリル酸であり、これはダウ(Dow)によりプリマコール(Primacor)として市販されている。任意成分の例は、その全体を本明細書に参考として組み込む米国特許出願第09/853,131号に見られる。
(Optional substance)
Optionally, other ingredients may also be incorporated into the thermoplastic starch and thermoplastic polymer composition. These optional ingredients may be present in an amount up to about 49% by weight of the component, or from about 0.1% to about 30%, or from about 0.1% to about 10%. Any material may be used to modify processability and / or to modify physical properties such as elasticity, tensile strength, and modulus of the final product. Other effects include, but are not limited to, stability including oxidation stability, brightness, color, flexibility, elasticity, workability, processing aids, viscosity modifiers, and odor control. A preferred processing aid is magnesium stearate. Another optional material particularly desired in the starch component is ethylene acrylic acid, which is marketed by Dow as Primacor. Examples of optional ingredients can be found in US patent application Ser. No. 09 / 853,131, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

(2)形状
本発明の繊維は、少なくとも2成分繊維である。本明細書で用いる時、構成成分とは、繊維の別の部分と空間的関係を有する繊維の区分された部分を意味する。用語、多成分は、本明細書で使用する時、お互いに空間的な関係において1つより多くの区分された部分を有する繊維として定義される。用語、多成分は、お互いに空間的関係において2つの区分された部分を有する繊維として定義される2構成成分を含む。多成分繊維の異なった構成成分は、繊維の断面を横切る実質的に識別可能な区域に配置され、繊維の長さに沿って連続して伸長する。
(2) Shape The fibers of the present invention are at least bicomponent fibers. As used herein, a component means a segmented portion of a fiber that has a spatial relationship with another portion of the fiber. The term multicomponent, as used herein, is defined as a fiber having more than one segmented portion in spatial relationship to each other. The term multicomponent includes two components that are defined as fibers having two compartments in spatial relation to each other. Different components of the multicomponent fiber are placed in substantially discernable areas across the fiber cross section and extend continuously along the length of the fiber.

上述のように、所要構成成分のいずれか又は両方は、多要素の構成成分であってもよい。構成要素は、本明細書で用いる時、物質又は材料の化学種を意味するとして定義される。多構成要素繊維は、本明細書で使用する時、2以上の化学種又は材料を含有する繊維、又は繊維の成分を意味するように定義される。   As noted above, either or both of the required components may be multi-component components. A component, as used herein, is defined as meaning a chemical species of a substance or material. Multicomponent fiber, as used herein, is defined to mean a fiber, or a component of a fiber, that contains two or more chemical species or materials.

本発明の多成分繊維は、熱可塑性ポリマー構成成分がデンプン構成成分を囲むのであれば、幾つかの異なる形状のうちのいずれの形状であってもよい。2成分繊維は、例えば、海島形状(複数個のデンプン構成成分のコアが熱可塑性ポリマーのシースに囲まれている)又はシース−コア形状(単一のデンプン構成成分のコアが熱可塑性ポリマー構成成分のシースに囲まれている)であってもよく、そこではデンプン構成成分は、熱可塑性ポリマーによって完全に囲まれている。   The multicomponent fiber of the present invention may be in any of several different shapes as long as the thermoplastic polymer component surrounds the starch component. Bicomponent fibers can be, for example, sea-island (a plurality of starch constituent cores are surrounded by a thermoplastic polymer sheath) or sheath-core shape (a single starch constituent core is a thermoplastic polymer constituent). In which the starch component is completely surrounded by the thermoplastic polymer.

多成分繊維は、海島形状又は他のシース−コア形状であってもよく、そこではデンプンは、熱可塑性ポリマーによって完全に囲まれている、即ち、包囲されている。
図1A〜図1Eは、シース/コア形状を有する2成分繊維の断面図である。構成成分Xは、熱可塑性ポリマー構成成分である構成成分Yによって常に包囲されているので、デンプン成分である。
図1Aは、同心のシース−コア形状を図示している。
図1Bは、中実のコア及び成形された連続するシースを有するシース−コア形状を図示している。
図1Cは、中空のコア及び連続するシースを有するシース−コア形状を図示している。
図1Dは、中空のコア及び成形された連続するシースを有するシース−コア形状を図示している。
図1Eは、偏心のシース−コア形状を図示している。
図2A〜図2Cは、海島形状を有する2成分繊維の断面図である。
図2Aは、構成成分Xが構成成分Yに囲まれた中実の海島形状である。構成成分Xの形状は三角形である。図2Bは、構成成分Xが構成成分Yに囲まれた中実の海島形状である。図2Cは、構成成分Xが構成成分Yに囲まれた中空の海島形状である。
The multicomponent fiber may be in the shape of an island or other sheath-core, where the starch is completely surrounded, i.e. surrounded by a thermoplastic polymer.
1A-1E are cross-sectional views of bicomponent fibers having a sheath / core shape. Component X is a starch component because it is always surrounded by component Y, which is a thermoplastic polymer component.
FIG. 1A illustrates a concentric sheath-core configuration.
FIG. 1B illustrates a sheath-core configuration with a solid core and a shaped continuous sheath.
FIG. 1C illustrates a sheath-core configuration with a hollow core and a continuous sheath.
FIG. 1D illustrates a sheath-core configuration with a hollow core and a shaped continuous sheath.
FIG. 1E illustrates an eccentric sheath-core configuration.
2A to 2C are cross-sectional views of bicomponent fibers having a sea-island shape.
FIG. 2A shows a solid sea-island shape in which the component X is surrounded by the component Y. The shape of the component X is a triangle. FIG. 2B shows a solid sea-island shape in which the component X is surrounded by the component Y. FIG. 2C shows a hollow sea island shape in which component X is surrounded by component Y.

熱可塑性デンプン構成成分の熱可塑性ポリマー構成成分に対する重量比は、約5:95〜約95:5であり得る。代替実施形態において、この比率は約10:90〜約65:35及び/又は約15:85〜約50:50である。
繊維製造中、単一のスピナレットの細管を通って流動する多成分繊維に対する構成成分の別個のセグメントはいかなる数であってもよい。典型的には、そのセグメント数は、2〜約2000、或いは4〜約400、又は8〜約164、又は約16〜約64の範囲であり得るが、限定されない。
The weight ratio of thermoplastic starch component to thermoplastic polymer component can be from about 5:95 to about 95: 5. In alternative embodiments, this ratio is from about 10:90 to about 65:35 and / or from about 15:85 to about 50:50.
There may be any number of separate segments of components for multicomponent fibers flowing through a single spinneret capillary during fiber manufacture. Typically, the number of segments can range from 2 to about 2000, or from 4 to about 400, or from 8 to about 164, or from about 16 to about 64, but is not limited.

(3)材料特性
本発明の繊維の直径は、典型的には、約200マイクロメートル(ミクロン)未満であり、代替実施形態は、約100ミクロン未満、約50ミクロン未満、又は30ミクロン未満であり得る。本発明の1つの実施形態において、繊維の直径は、約5ミクロン〜約25ミクロンである。繊維直径は、例えば、紡糸速度及び質量吐出量などの繊維紡糸分野において周知の要因により制御される。
(3) Material Properties The diameter of the fiber of the present invention is typically less than about 200 micrometers (microns), and alternative embodiments are less than about 100 microns, less than about 50 microns, or less than 30 microns. obtain. In one embodiment of the invention, the fiber diameter is from about 5 microns to about 25 microns. The fiber diameter is controlled by factors well known in the fiber spinning field such as spinning speed and mass discharge amount.

本発明において製造される繊維は、存在するデンプンの量、使用するポリマー、繊維の特定形状に応じて環境分解性であってもよい。「環境分解性」は、生分解性、崩壊性、分散性、フラッシャブル、若しくは堆肥化可能性、又はこれらの組み合わせであると定義される。本発明において、繊維、不織布ウェブ、及び物品は環境分解性であってもよい。
本明細書に記載されている繊維は、一般的に、使い捨ての不織布物品の製造に使用される。該物品は、通常はフラッシャブルである。用語「フラッシャブル」は、本明細書で使用する時、トイレのような腐敗処理システム内で溶解、分散、崩壊、及び/又は分解して、トイレに流した時にトイレ又はその他のいかなる下水管にも詰まることなく処分される材料を表す。繊維及び得られる物品はまた、水反応性であってもよい。水反応性という用語は、本明細書で使用する時、水中に入れられるか流された時に、観察可能及び測定可能な変化が生じることを意味する。典型的な観察には、物品の膨潤、解体、溶解、又は一般的な劣化構造の観察が挙げられる。
The fibers produced in the present invention may be environmentally degradable depending on the amount of starch present, the polymer used, and the specific shape of the fiber. “Environmentally degradable” is defined as being biodegradable, disintegrating, dispersible, flashable, or compostable, or a combination thereof. In the present invention, the fibers, nonwoven webs, and articles may be environmentally degradable.
The fibers described herein are generally used in the manufacture of disposable nonwoven articles. The article is usually flashable. The term “flashable”, as used herein, dissolves, disperses, disintegrates, and / or breaks down in a septic system such as a toilet and flows into the toilet or any other sewer pipe when flushed into the toilet. Represents material that is disposed of without clogging. The fiber and the resulting article may also be water reactive. The term water-reactive as used herein means that an observable and measurable change occurs when placed in water or flushed. Typical observations include observations of article swelling, disassembly, dissolution, or general degradation structures.

本発明の繊維は、高められた伸展性又は伸長を有する。伸長性又は伸びは、破断までの伸びにより測定される。伸展性又は伸長は、印加された力の下で伸長可能であるものとして定義されるが、必ずしも回復可能ではない。破断までの伸長は、繊維が破損するまで伸張することができる距離として測定される。単繊維の破断までの伸長は、歪み速度200%/分を使用することを除いて、ASTM標準D3822に従って試験される。10Nのロードセル及び空気グリップを用いてMTSシナジー(Synergie)400引張試験機で試験を実施する。2.54cm(1インチ)の標線間距離の試料で5.08cm(2インチ/分)の速度にて試験を行う。試料を引っ張って破断する。ピーク応力及び破断時の伸長%を記録し、10試験片について平均する。繊維の「破断までの伸長」は、上述の試験及び条件に従って測定される破断までの伸長として定義される。本発明の繊維の破断までの伸長比は、本発明の多成分繊維の破断までの伸長を、他の点では本質的に同じ繊維紡糸条件及びパラメータ下で熱可塑性ポリマー構成成分と同じ組成物から作成される単一成分繊維の破断までの伸長によって除したものとして定義される。特に、熱可塑性ポリマー構成成分の質量吐出量、押出溶融温度、スピナレットのデザイン及び紡糸速度は同じであるべきである。本発明の多成分繊維に関する破断までの伸長比は、1.0よりも大きくあるべきであり、約1.5以上、又は約2.0以上でもあり得る。   The fibers of the present invention have enhanced extensibility or elongation. Extensibility or elongation is measured by elongation to break. Extensibility or elongation is defined as being extensible under an applied force, but is not necessarily recoverable. Elongation to break is measured as the distance that can be stretched until the fiber breaks. The elongation to break of the single fibers is tested according to ASTM standard D3822, except that a strain rate of 200% / min is used. Testing is performed on an MTS Synergie 400 tensile tester using a 10N load cell and air grip. The test is performed at a speed of 5.08 cm (2 in / min) with a sample with a gauge distance of 2.54 cm (1 in). Pull the sample to break. Record peak stress and percent elongation at break and average over 10 specimens. The “elongation to break” of a fiber is defined as the elongation to break as measured according to the tests and conditions described above. The elongation ratio to break of the fiber of the present invention is the same as the thermoplastic polymer component under essentially the same fiber spinning conditions and parameters, except for the elongation to break of the multicomponent fiber of the present invention. Defined as divided by the elongation to break of the single component fiber produced. In particular, the mass discharge rate of the thermoplastic polymer component, the extrusion melt temperature, the spinneret design and the spinning speed should be the same. The elongation ratio to break for the multicomponent fibers of the present invention should be greater than 1.0 and may be about 1.5 or greater, or about 2.0 or greater.

本発明の繊維は、低い脆性を有し、及び、高い靭性、例えば約2MPa以上の靭性を有する。靭性は、応力−歪み曲線下の面積として定義される。
本発明の繊維から製造される不織布製品はまた、所望の機械的特性、特に、強度、可撓性、柔軟性及び吸収性を呈し得る。強度の測定は、乾燥引張強度及び/又は湿潤引張強度を含む。可撓性は、剛性と関連し、柔軟性に起因し得る。柔軟性は、一般的に、可撓性及び質感の両方に関連する生理的に認識される属性として記載される。吸収性は、製品が流体を吸い取る能力並びにその流体を保持する能力に関する。
The fiber of the present invention has low brittleness and high toughness, for example, a toughness of about 2 MPa or more. Toughness is defined as the area under the stress-strain curve.
Nonwoven products made from the fibers of the present invention may also exhibit desirable mechanical properties, particularly strength, flexibility, softness and absorbency. Strength measurements include dry tensile strength and / or wet tensile strength. Flexibility is related to stiffness and can be attributed to flexibility. Flexibility is generally described as a physiologically recognized attribute associated with both flexibility and texture. Absorbency relates to the ability of a product to absorb fluid and to retain that fluid.

(4)プロセス
多成分繊維を製造する第一工程は、配合又は混合工程である。配合工程において、原材料は、典型的には剪断力の下で加熱される。熱の存在下での剪断は、組成物を適切に選択すれば均一な溶融物を生じる。溶融物は、続いて繊維が形成される押出成形機に入れられる。繊維の収集物は、熱、圧力、化学的バインダー、機械的なからみ合い、及びこれらの組み合わせを用いて互いに組み合わされ、結果として不織布ウェブを形成する。続いて、不織布は物品へと組み立てられる。
(4) Process The 1st process which manufactures a multicomponent fiber is a mixing | blending or mixing process. In the compounding process, the raw materials are typically heated under shear forces. Shearing in the presence of heat produces a uniform melt if the composition is properly selected. The melt is then placed in an extruder where fibers are formed. The fiber collection is combined with each other using heat, pressure, chemical binder, mechanical entanglement, and combinations thereof, resulting in a nonwoven web. Subsequently, the nonwoven fabric is assembled into articles.

(配合)
配合工程の目的は、繊維の各構成成分の均質な溶融組成物を生成することである。好ましくは、溶融組成物は均質であり、これは溶融物中に成分の均一な分布が存在するということを意味する。その結果として生じた1又は複数の溶融組成物は、紡糸する繊維に対して本質的には水を含まないはずである。本質的に存在しないということは、紡糸の間に繊維が究極的に破断されるような泡を生じるような、実質的な問題を起こさないこととして定義される。溶融組成物の遊離水の含量は、約1%以下、約0.5%以下、又は約0.15%以下であり得る。全含水量は、結合水及び遊離水を含む。好ましくは全含水量(結合水及び遊離水を含む)は、約1%以下である。この低い含水量を達成するには、デンプン又はポリマーを、加工処理前に乾燥させる必要があることも、及び/又はいかなる遊離水をも除去するため加工処理中に真空が適用されることもある。本発明の熱可塑性デンプン又は他の構成成分は、高温、例えば約60℃で紡糸前に乾燥され得る。乾燥温度は、成分の構成要素の化学的性質により決定される。故に、異なる組成物は、異なる乾燥温度を用いることができ、これは20℃から150℃の範囲であり得、一般的にはポリマーの融解温度よりも低い。構成成分の乾燥は、例えば、連続していても、又は紡糸と組み合わせた別個の工程としてもよい。当該技術分野において周知であるような乾燥のための技法を、本発明の目的のために使用することができる。
(Combination)
The purpose of the compounding process is to produce a homogeneous molten composition of each component of the fiber. Preferably, the molten composition is homogeneous, meaning that there is a uniform distribution of the components in the melt. The resulting melt composition or compositions should be essentially free of water to the fiber being spun. Essentially absent is defined as not causing substantial problems such as creating bubbles that cause the fiber to ultimately break during spinning. The free water content of the molten composition can be about 1% or less, about 0.5% or less, or about 0.15% or less. The total water content includes bound water and free water. Preferably the total water content (including bound water and free water) is about 1% or less. To achieve this low water content, the starch or polymer may need to be dried prior to processing and / or a vacuum may be applied during processing to remove any free water. . The thermoplastic starch or other component of the present invention can be dried prior to spinning at elevated temperatures, such as about 60 ° C. The drying temperature is determined by the chemical nature of the component components. Thus, different compositions can use different drying temperatures, which can range from 20 ° C. to 150 ° C. and are generally below the melting temperature of the polymer. The drying of the components may be, for example, continuous or as a separate process combined with spinning. Techniques for drying as are well known in the art can be used for the purposes of the present invention.

一般に、当該技術分野において既知であるか、本発明の目的のために好適であるかの方法を用いて、本発明の構成要素の成分を結合することができる。典型的には、かかる技法としては、熱、混合及び圧力が挙げられる。特定の順序又は混合、温度、混合速度又は時間、及び機器は、当業者に理解されるように変更可能であるが、温度は、デンプンが著しく分解されないように制御すべきである。その結果として生じた溶融物は均質であるべきである。   In general, the components of the components of the present invention can be combined using methods known in the art or suitable for the purposes of the present invention. Typically, such techniques include heat, mixing and pressure. The particular sequence or mixing, temperature, mixing rate or time, and equipment can be varied as will be understood by those skilled in the art, but the temperature should be controlled so that the starch is not significantly degraded. The resulting melt should be homogeneous.

デンプン及び可塑剤のブレンドを混合する好適な方法は、以下の通りである。
1.可塑剤を添加してデンプンを非構造化する。可塑剤は、ソルビトール又はマンニトールのように固体である場合、デンプン(粉末形態)と共に二軸スクリュー押出成形機に添加することができる。グリセリンのような液体は、容量変位ポンプを介してデンプンと結合することができる。
2.押出成形機内で熱及び剪断力を加えることにより、デンプンを完全に非構造化する。デンプン及び可塑剤の混合物は、典型的には、デンプンがゼラチン化するまで、約10秒〜約15分の期間に亘って120℃〜180℃に加熱される。
3.典型的には少なくとも一回、押出成形機中の溶融物に真空を適用して遊離水を除去することができる。真空は、例えば、押出成形機の長さのおよそ3分の2の距離まで、又は操作者が所望するその他の点に適用することができる。
4.或いは、複数の可塑剤又はデンプンのブレンドを導入するために、複数の供給領域を用いることができる。
5.或いは、デンプンを液体の可塑剤と混合し、押出成形機内にポンプで送り込むことができる。
A preferred method of mixing the starch and plasticizer blend is as follows.
1. A plasticizer is added to destructure the starch. If the plasticizer is a solid, such as sorbitol or mannitol, it can be added to the twin screw extruder with starch (powder form). Liquids such as glycerin can be combined with starch via a displacement pump.
2. Starch is completely destructured by applying heat and shear forces in an extruder. The starch and plasticizer mixture is typically heated to 120 ° C. to 180 ° C. for a period of about 10 seconds to about 15 minutes until the starch gelatinizes.
3. Typically, at least once, vacuum can be applied to the melt in the extruder to remove free water. The vacuum can be applied, for example, to a distance of approximately two thirds of the length of the extruder, or other points as desired by the operator.
4). Alternatively, multiple feed zones can be used to introduce multiple plasticizers or starch blends.
5. Alternatively, starch can be mixed with a liquid plasticizer and pumped into the extruder.

配合分野の当業者により認識されるように、デンプンの非構造化、デンプン溶融物の成形(制限するものではないが、供給ポートの位置及びスクリュー押出成形機のプロファイルによるものを含む)のために多数の変形並びに代替方法及び条件を使用することができる。   As will be recognized by those skilled in the compounding arts, for starch destructuring, starch melt shaping (including but not limited to feed port location and screw extruder profile). Numerous variations and alternative methods and conditions can be used.

好適な混合装置は、複数の注入点を有する複数の混合領域を備えた二軸押出成形機である。複数の注入点を、非構造化デンプン及びポリマーを添加するために使用することができる。二軸スクリューバッチミキサー又は一軸スクリュー押出成形システムも使用できる。十分な混合及び熱が発生する限り、使用される特定の装置は重要ではない。   A suitable mixing device is a twin screw extruder with multiple mixing zones having multiple injection points. Multiple injection points can be used to add unstructured starch and polymer. A twin screw batch mixer or a single screw extrusion system can also be used. As long as sufficient mixing and heat is generated, the particular equipment used is not critical.

材料を配合する代替方法は、可塑剤、デンプン及びポリマーを押出成形システムに添加することを含み、ここで、それらは徐々に高くなる温度にて混合される。例えば、6つの加熱領域を有する二軸押出成形機においては、最初の3領域が90℃、120℃、及び130℃に加熱され、後の3領域がポリマーの融点より高く加熱される。この手順により、デンプンの最小の熱分解を生じ、デンプンが完全に非構造化されてから熱可塑性材料と完全に混合する。   An alternative method of blending the materials involves adding plasticizer, starch and polymer to the extrusion system, where they are mixed at progressively higher temperatures. For example, in a twin screw extruder having six heating zones, the first three zones are heated to 90 ° C., 120 ° C., and 130 ° C., and the latter three zones are heated above the melting point of the polymer. This procedure results in minimal pyrolysis of the starch and the starch is completely unstructured before it is thoroughly mixed with the thermoplastic material.

非構造化した熱可塑性デンプンを配合する例は、26rad/秒(250RPM)で設定されたワーナー・アンド・フライデラー(Werner & Pfleiderer)(直径30mm、長さ:直径比40:1)の共回転式二軸押出成形機を用いることであり、最初の2つの加熱領域は50℃で設定されており、残り5つの加熱領域は150℃で設定されている。真空が最後から2番目と最後の加熱部分の間に取り付けられ10atmの真空が引かれる。デンプン粉末及び可塑剤(例えば、ソルビトール)は、例えば質量損失フィーダーを使用して、結合速度が30ポンド/時間(13.6kg/時間)、デンプン/可塑剤の重量比が60/40で、押出成形機の基部にある供給スロート内に個々に供給される。デンプン又は可塑剤と共に、加工助剤を添加することができる。例えば、マグネシウムセパレート(magnesium separate)を、例えば熱可塑性デンプン構成成分の0重量%〜1重量%の量で添加することができる。   An example of blending an unstructured thermoplastic starch is a co-rotating Werner & Pfleiderer (diameter 30 mm, length: diameter ratio 40: 1) set at 26 rad / sec (250 RPM) Using a twin screw extruder, the first two heating zones are set at 50 ° C. and the remaining five heating zones are set at 150 ° C. A vacuum is installed between the penultimate and last heated part and a 10 atm vacuum is drawn. Starch powders and plasticizers (eg, sorbitol) are extruded using, for example, a mass loss feeder with a binding rate of 30 pounds / hour (13.6 kg / hour) and a starch / plasticizer weight ratio of 60/40. Individually fed into a feed throat at the base of the molding machine. A processing aid can be added along with the starch or plasticizer. For example, magnesium separate can be added, for example, in an amount of 0% to 1% by weight of the thermoplastic starch component.

(紡糸)
本発明の繊維は、溶融紡糸により作成することができる。溶融紡糸は、溶液からの湿式又は乾式紡糸などの他の紡糸とは区別され、かかる代替方法においては、溶媒が溶融物中に存在し、押出物からそれを揮発させるか、又は放散させることにより排除される。
溶融物に関する紡糸温度は、約105℃〜約300℃の範囲であり得、幾つかの実施形態において、約130℃〜約230℃、又は約150℃〜約210℃であり得る。加工処理温度は、各構成成分の化学的性質、分子量、及び濃度によって決まる。
一般に、本発明には、より高い繊維紡糸速度が所望される。約10メートル/分以上の繊維紡糸速度を使用することができる。本発明の幾つかの実施形態において、繊維紡糸速度は、約100〜約7,000メートル/分、又は約300〜約3,000メートル/分、又は約500〜約2,000メートル/分である。
(spinning)
The fibers of the present invention can be made by melt spinning. Melt spinning is distinguished from other spinning, such as wet or dry spinning from solution, and in such an alternative method, a solvent is present in the melt, by volatilizing or stripping it from the extrudate. Eliminated.
The spinning temperature for the melt can range from about 105 ° C to about 300 ° C, and in some embodiments can be from about 130 ° C to about 230 ° C, or from about 150 ° C to about 210 ° C. Processing temperature depends on the chemical nature, molecular weight, and concentration of each component.
In general, higher fiber spinning speeds are desired for the present invention. A fiber spinning speed of about 10 meters / minute or more can be used. In some embodiments of the invention, the fiber spinning speed is from about 100 to about 7,000 meters / minute, or from about 300 to about 3,000 meters / minute, or from about 500 to about 2,000 meters / minute. is there.

繊維は、高いドローダウン率を特徴とする繊維紡糸プロセスにより作成される。ドローダウン率は、繊維の最大直径(従来の紡糸プロセスにおいて、典型的にはスピナレットの細管から出た直後に生じる)と、成形された繊維の最終直径との比として定義される。ステープル、スパンボンド又はメルトブロウン法のいずれかによる繊維のドローダウン率は、典型的には1.5以上であり、約5以上、約10以上又は約12以上であり得る。   The fibers are made by a fiber spinning process characterized by a high drawdown rate. The drawdown rate is defined as the ratio of the maximum diameter of the fiber (which typically occurs immediately after exiting the spinneret capillaries in a conventional spinning process) to the final diameter of the shaped fiber. The drawdown rate of the fiber, either by staple, spunbond or meltblown processes, is typically 1.5 or higher and can be about 5 or higher, about 10 or higher, or about 12 or higher.

連続する繊維は、例えばスパンボンド法又はメルトブロウン法により製造することができる。或いは、非連続繊維(短繊維)は、当該技術分野において周知の従来の短繊維プロセスに従って製造することができる。当業者により理解されるように、多様な繊維製造方法を組み合わせて、組み合わせ技法とすることもできる。例えば、中空繊維は、米国特許第6,368,990号に記載されるように製造することができる。繊維紡糸のための上述のような方法は、当該技術分野において周知であり、且つ理解されている。   Continuous fibers can be produced, for example, by a spunbond method or a meltblown method. Alternatively, discontinuous fibers (short fibers) can be produced according to conventional short fiber processes well known in the art. As will be appreciated by those skilled in the art, various fiber manufacturing methods can be combined into a combination technique. For example, hollow fibers can be manufactured as described in US Pat. No. 6,368,990. Methods such as those described above for fiber spinning are well known and understood in the art.

紡糸された繊維を集め、その後、従来のゴデットワインディングシステムを用いるか、又は空気引張力減衰装置により成形することができる。ゴデットシステムを使用する場合、繊維は約50℃〜約200℃の温度での押出成形後、延伸によって更に配向され得る。延伸した繊維は、続いて捲縮及び/又は切断して、カーディング、エアレイド、又は流動体載置(fluidlaid)法において使用される非連続繊維(短繊維)を形成してもよい。
繊維を紡糸するプロセスにおいて、特に温度を105℃よりも高くする時、残留水分量は、典型的には、繊維の1重量%以下、或いは0.5重量%以下、又は0.15重量%以下で様々な構成成分中に存在することが望ましい。
The spun fibers can be collected and then shaped using a conventional godet winding system or by an air tension dampening device. When using a godet system, the fibers can be further oriented by stretching after extrusion at a temperature of about 50 ° C to about 200 ° C. The drawn fibers may then be crimped and / or cut to form discontinuous fibers (short fibers) used in carding, airlaid, or fluidlaid processes.
In the fiber spinning process, especially when the temperature is higher than 105 ° C., the residual moisture content is typically 1% or less, or 0.5% or less, or 0.15% or less by weight of the fiber. It is desirable to be present in various components.

好適な多成分溶融物紡糸機器は、例えば米国フロリダ州メルボルン(Melbourne,Florida USA)にあるヒルズ社(Hills Inc.)から市販され、米国特許第5,162,074号(ヒルズ社)に記載されている。
スピナレットの細管直径は、所望の繊維の大きさ及びデザイン、紡糸条件及びポリマー特性に応じて変更できる。好適な細管寸法は、長さ対直径比4(直径0.350mm)を包含するが、これに限定されない。
当業者により理解されるように、繊維の紡糸及び構成成分の配合は、任意にはインラインで行うことができ、配合、乾燥及び紡糸は連続するプロセスである。
Suitable multicomponent melt spinning equipment is commercially available, for example, from Hills Inc. in Melbourne, Florida USA and is described in US Pat. No. 5,162,074 (Hills). ing.
The spinneret capillary diameter can be varied depending on the desired fiber size and design, spinning conditions and polymer properties. Suitable capillary dimensions include, but are not limited to, a length to diameter ratio of 4 (diameter 0.350 mm).
As will be appreciated by those skilled in the art, fiber spinning and component blending can optionally be performed in-line, with compounding, drying and spinning being a continuous process.

紡糸ラインにおける各構成成分の滞留時間は、高融解温度の熱可塑性ポリマーが非構造化デンプンと紡糸されるに際し選択される時、特別な意義を有し得る。紡糸機器は、スピナレット内に滞留される非構造化の時間及び容量を最小にすることによって、非構造化されたデンプン構成成分の高い加工処理温度への滞留を最小にするべく、デザインすることができる。例えば、スピナレットに対するポリマー供給ラインは、多成分パックに導入されるまで、封止され、分離され得る。更に、多成分繊維の紡糸分野の当業者であれば、少なくとも2つの構成成分が、異なる温度で別個の押出成形機に導入されて加工され、その後スピナレットに導入され得ることを理解するであろう。   The residence time of each component in the spinning line can have special significance when a high melting temperature thermoplastic polymer is selected as it is spun with unstructured starch. The spinning equipment can be designed to minimize the residence of unstructured starch components to high processing temperatures by minimizing the unstructured time and volume that is retained in the spinneret. it can. For example, the polymer supply line for the spinneret can be sealed and separated until it is introduced into the multi-component pack. Further, those skilled in the field of multicomponent fiber spinning will understand that at least two components can be introduced and processed in separate extruders at different temperatures and then introduced into the spinneret. .

例えば、1つの非構造化デンプンの海と、複数のポリプロピレンの島とを有する2成分海島形状の繊維を紡糸する好適な方法は、以下の通りである。非構造化されたデンプン構成成分の押出成形機プロファイルは、実施例1と同様のデンプン組成物での3つのヒータ領域を備えた押出成形機の最初の3つの領域では80℃、150℃及び150℃であってもよい。輸送ライン及び溶融ポンプヒータ温度も、デンプン組成物に関しては150℃である。ポリプロピレン構成成分の押出成形機温度プロファイルは、3つのヒータ領域を備えた押出成形機の最初の3つの領域では180℃、230℃及び230℃である。輸送ライン及び溶融ポンプを、230℃まで加熱する。この場合、スピナレットの温度は180℃〜230℃の範囲であり得る。   For example, a preferred method for spinning a bicomponent sea-island shaped fiber having one unstructured starch sea and a plurality of polypropylene islands is as follows. The extruder profile of the unstructured starch component is 80 ° C., 150 ° C. and 150 ° C. for the first three zones of the extruder with three heater zones with a starch composition similar to Example 1. It may be ° C. The transport line and melt pump heater temperature is also 150 ° C. for the starch composition. The extruder temperature profile of the polypropylene component is 180 ° C., 230 ° C. and 230 ° C. in the first three zones of the extruder with three heater zones. The transport line and melt pump are heated to 230 ° C. In this case, the temperature of the spinneret can range from 180 ° C to 230 ° C.

(5)物品
本発明の繊維を、繊維が従来使用されるあらゆる目的のために使用することも可能である。これには、不織布基材への配合が包含されるが、限定されない。本明細書の繊維を、当該技術分野において既知のあらゆる好適な方法によって不織布に変換することも可能である。連続繊維は、産業界で標準的なスパンボンド式技術を用いてウェブに形成でき、一方で短繊維は産業界で標準的なカーディング、エアレイド、又は湿式載置技術を用いてウェブに形成できる。代表的な結合方法には、圧延(圧力及び熱)、通気加熱、機械的なからみ合い、流体力学的なからみ合い、ニードルパンチ、並びに化学結合及び/又は樹脂結合が挙げられる。圧延、通気加熱(thru-air heat)、及び化学的接合は、デンプン及びポリマー多成分繊維のための好ましい接合法である。熱結合可能な繊維は、加圧熱及び通気熱結合方法に必要である。
(5) Articles The fibers of the present invention can also be used for any purpose for which fibers are conventionally used. This includes, but is not limited to, blending into a nonwoven substrate. The fibers herein can also be converted to non-woven fabrics by any suitable method known in the art. Continuous fibers can be formed into a web using industry standard spunbond technology, while short fibers can be formed into a web using industry standard carding, airlaid, or wet placement techniques. . Exemplary bonding methods include rolling (pressure and heat), aeration heating, mechanical entanglement, hydrodynamic entanglement, needle punching, and chemical and / or resin bonding. Rolling, thru-air heat, and chemical bonding are the preferred bonding methods for starch and polymer multicomponent fibers. Thermally bondable fibers are necessary for pressurized heat and vented heat bonding methods.

本発明の繊維はまた、他の合成又は天然繊維と結合又は組み合わせて不織布物品を製造することもできる。合成繊維若しくは天然繊維は、成形プロセスで互いにブレンドされてもよく、又は別個の層で使用されてもよい。適切な合成繊維としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアクリレート、並びにこれらのコポリマー及びこれらの混合物から製造される繊維が挙げられる。天然繊維には、セルロース繊維及びその誘導体が挙げられる。適切なセルロース繊維としては、広葉樹の繊維、針葉樹の繊維、麻、及び綿を含む、いかなる樹木又は植物からでも誘導されるセルロース繊維が挙げられる。レーヨンのような加工処理された天然セルロース資源から製造される繊維もまた含まれる。   The fibers of the present invention can also be combined or combined with other synthetic or natural fibers to produce nonwoven articles. Synthetic or natural fibers may be blended together in the molding process or may be used in separate layers. Suitable synthetic fibers include fibers made from polypropylene, polyethylene, polyester, polyacrylate, and copolymers and mixtures thereof. Natural fibers include cellulose fibers and their derivatives. Suitable cellulosic fibers include cellulosic fibers derived from any tree or plant, including hardwood fibers, coniferous fibers, hemp, and cotton. Also included are fibers made from processed natural cellulosic resources such as rayon.

本発明の繊維は、好適な物品の中でも、とりわけ不織布の製造に使用できる。不織布物品は、連続又は非連続な、並びに物理的及び/又は化学的に互いに付着した複数個の繊維を、例えば15%以上含有し得る。不織布は、保護層、バリア層、液体及び/又は気体不透過性層、又は吸収性コア若しくはウェブの形状をなしてもよい。不織布は、それ自体で、又は他の材料の複合体の一構成成分としてのいずれかで使用される層状製品(例えば、乳児用おむつ又は女性用生理用パッド)を製造するために、追加の不織布又はフィルムと組み合わされてもよい。本明細書で想定される特定実施形態としては、使い捨て不織布物品が挙げられる。その結果生じた製品は、多くの異なる用途での1つの使用例となることがわかる。本発明の好適な物品としては、衛生、清掃、表面処理及び医療的用途のための使い捨て不織布が挙げられる。衛生用途としては、拭き取り布;おむつ(特に、トップシート若しくはバックシート、又はおむつの他の構成要素の弾性材を被覆する保護層として);及び女性用パッド又は製品(特にトップシート又はバックシート)などの品目が挙げられる。   The fibers of the present invention can be used in the manufacture of nonwoven fabrics, among other suitable articles. Nonwoven articles may contain, for example, 15% or more of a plurality of fibers that are continuous or discontinuous and physically and / or chemically attached to each other. The nonwoven may be in the form of a protective layer, a barrier layer, a liquid and / or gas impermeable layer, or an absorbent core or web. Nonwovens are additional nonwovens to produce layered products (eg, baby diapers or feminine sanitary pads) that are used either by themselves or as a component of composites of other materials. Or it may be combined with a film. Specific embodiments envisioned herein include disposable nonwoven articles. It can be seen that the resulting product is an example of use in many different applications. Suitable articles of the present invention include disposable nonwovens for hygiene, cleaning, surface treatment and medical applications. Hygiene applications include wipes; diapers (especially as a topsheet or backsheet, or as a protective layer covering the elastic material of other components of the diaper); and women's pads or products (especially topsheets or backsheets) And other items.

以下の実施例は、本発明を更に説明する。以下の実施例で使用するデンプンは、スタードリ(StarDri)1、スタードリ100、エチレックス(Ethylex)2015又はエチレックス2035であり、これらは全てスターレイケミカル社(Staley Chemical Co.)のものである。後者のスターレイ社の材料は、置換デンプンである。ポリプロピレン(PP)は、ベーセルプロファックス(Basell Profax)PH−835、ベーセル(Basell)PDC1298又はエクソン/モービルアチーブ(Exxon/Mobil Achieve)3854である。ポリエチレン(PE)は、ダウケミカルアスパン(Dow Chemicals Aspun)6811A、ダウケミカルアスパン6830A又はダウケミカルアスパン6842Aである。グリセリンは、ダウケミカル社(Dow Chemical Company)からのコシャーグレード(Kosher Grade)BU オプティム(OPTIM)*グリセリン99.7%である。ソルビトールは、アーチャー−ダニエル−ミッドランド社(Archer-Daniels-Midland Co.)(ADM)からのクリスタライン(Crystalline)NF/FCC 177440−2Sである。ポリエチレンアクリル酸は、ダウケミカル社(Dow Chemical Co.)からのプリマコール(PRIMACOR)5980−Iである。分子量、分子量分布及び/又はコモノマー若しくは欠陥レベルが異なる同様の化学組成を有する他のポリマーを使用することもできる。比較例1及び実施例1〜12において使用する加工処理条件は、総質量吐出量が0.8ghmである。質量吐出量の実用的な範囲は、約0.1ghm〜約8ghmである。 The following examples further illustrate the present invention. The starch used in the following examples is StarDri 1, Stardri 100, Ethylex 2015 or Ethilex 2035, all of which are from Staley Chemical Co. The latter Starray material is substituted starch. Polypropylene (PP) is Basell Profax PH-835, Basell PDC 1298 or Exxon / Mobil Achieve 3854. The polyethylene (PE) is Dow Chemical Aspun 6811A, Dow Chemical Aspan 6830A or Dow Chemical Aspan 6842A. Glycerin is Kosher Grade BU OPTIM * glycerin 99.7% from Dow Chemical Company. Sorbitol is Crystalline NF / FCC 177440-2S from Archer-Daniels-Midland Co. (ADM). Polyethylene acrylic acid is PRIMACOR 5980-I from Dow Chemical Co. Other polymers having similar chemical compositions differing in molecular weight, molecular weight distribution, and / or comonomer or defect level can also be used. The processing conditions used in Comparative Example 1 and Examples 1 to 12 are a total mass discharge amount of 0.8 ghm. A practical range of mass discharge is from about 0.1 ghm to about 8 ghm.

(比較例1)
1分当り1穴につき0.8グラム(ghm)の吐出量で、ベーセルプロファックス(Basell Profax)PH−835からなる固体のポリプロピレン(PP)単一成分繊維を調製し、190℃の溶融押出成形温度で連続フィラメント法により繊維に溶融紡糸された時の繊維直径が18μmである時、この繊維の破断までの伸長は、181%であった。
(Comparative Example 1)
A solid polypropylene (PP) monocomponent fiber consisting of Basell Profax PH-835 was prepared at a discharge rate of 0.8 grams per hole per minute (ghm) and melt extruded at 190 ° C. When the fiber diameter was 18 μm when melt-spun into a fiber by a continuous filament method at the molding temperature, the elongation to break of this fiber was 181%.

(実施例1)
(図1Aに例示するような)中実のシース/コア2成分繊維:構成成分Aはポリプロピレン(ベーセルプロファックス(Basell Profax)PH−835)である。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1、40部のソルビタル(sorbital)、15部のプリマコール(Primacore)5980−I及び1部のステアリン酸マグネシウム(全てのデンプン処方物に包含される)を用いて配合される。溶融加工処理温度は190℃である。繊維を、構成成分A:構成成分Bの比率が10:90、20:80、30:70及び50:50で製造する。
Example 1
Solid sheath / core bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 1A): Component A is polypropylene (Basell Profax PH-835). Component B is a TPS component, 60 parts StarDri 1, 40 parts sorbital, 15 parts Primacore 5980-I and 1 part magnesium stearate (all starch formulations) Included in the product). The melt processing temperature is 190 ° C. Fibers are produced with component A: component B ratios of 10:90, 20:80, 30:70 and 50:50.

(実施例2)
(図1Aに例示するような)中実のシース/コア2成分繊維:構成成分Aはポリエチレンである。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、150℃〜190℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜20:80である。
(Example 2)
Solid sheath / core bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 1A): Component A is polyethylene. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 150 ° C to 190 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 20:80.

(実施例3)
(図1Aに例示するような)中実のシース/コア2成分繊維:構成成分AはPLAである。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、180℃〜210℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜20:80である。
(Example 3)
Solid sheath / core bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 1A): Component A is PLA. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 180 ° C to 210 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 20:80.

(実施例4)
(図1Aに例示するような)中実のシース/コア2成分繊維:構成成分Aはイーストマン(Eastman)14285である。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、210℃〜250℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜20:80である。
Example 4
Solid sheath / core bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 1A): Component A is Eastman 14285. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 210 ° C to 250 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 20:80.

(実施例5)
(図1Aに例示するような)中実のシース/コア2成分繊維:構成成分Aはビオノーレ(Bionolle)1020である。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、160℃〜200℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜20:80である。
(Example 5)
Solid sheath / core bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 1A): Component A is Bionolle 1020. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 160 ° C to 200 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 20:80.

(実施例6)
(図1Aに例示するような)中実のシース/コア2成分繊維:構成成分Aはイースター・バイオ(EASTAR BIO)である。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、150℃〜180℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜20:80である。
(Example 6)
Solid sheath / core bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 1A): Component A is EASTAR BIO. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 150 ° C to 180 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 20:80.

(実施例7)
(図2Bに例示するような)海島型2成分繊維:構成成分Aはポリプロピレンである。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、180℃〜210℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜30:70である。
(Example 7)
Sea-island bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 2B): Component A is polypropylene. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 180 ° C to 210 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 30:70.

(実施例8)
(図2Bに例示するような)海島型2成分繊維:構成成分Aはポリエチレンである。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、150℃〜190℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜30:70である。
(Example 8)
Sea-island bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 2B): Component A is polyethylene. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 150 ° C to 190 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 30:70.

(実施例9)
(図2Bに例示するような)海島型2成分繊維:構成成分AはPLAである。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、180℃〜210℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜30:70である。
Example 9
Sea-island bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 2B): Component A is PLA. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 180 ° C to 210 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 30:70.

(実施例10)
(図2Bに例示するような)海島型2成分繊維:構成成分Aはイーストマン(Eastman)14285である。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、210℃〜250℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜30:70である。
(Example 10)
Sea-island bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 2B): Component A is Eastman 14285. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 210 ° C to 250 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 30:70.

(実施例11)
(図2Bに例示するような)海島型2成分繊維:構成成分Aはビオノーレ(Bionolle)1020である。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、160℃〜200℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜30:70である。
(Example 11)
Sea-island bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 2B): Component A is Bionolle 1020. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 160 ° C to 200 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 30:70.

(実施例12)
(図2Bに例示するような)海島型2成分繊維:構成成分Aはイースター・バイオ(EASTAR BIO)である。構成成分BはTPS構成成分であり、60部のスタードリ(StarDri)1及び40部のソルビタル(sorbital)を用いて配合される。溶融加工処理温度は、150℃〜180℃の範囲である。構成成分A:構成成分Bの比率は、95:5〜30:70である。
(Example 12)
Sea-island bicomponent fiber (as illustrated in FIG. 2B): Component A is Easter Bio. Component B is a TPS component and is formulated using 60 parts StarDri 1 and 40 parts sorbital. The melt processing temperature ranges from 150 ° C to 180 ° C. The ratio of component A: component B is 95: 5 to 30:70.

特定の実施例は上述されているが、異なる組み合わせの物質、比率、及び通気孔を備える対向回転二軸又は高剪断力一軸などを含むが、これらに限定されない装置も使用することができる。   Although specific embodiments are described above, devices including, but not limited to, different combinations of materials, ratios, and counter-rotating biaxial or high shear uniaxial with vents may also be used.

本発明の特定の実施形態を例示し記載したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には明白であろう。本発明の範囲内におけるこのような変形及び変更の全ては、添付の請求項に包含されることを意図するものである。   While particular embodiments of the present invention have been illustrated and described, it would be obvious to those skilled in the art that various other changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. All such variations and modifications within the scope of the present invention are intended to be covered by the appended claims.

シース/コア形状を有する2成分繊維の断面図。 同心のシース−コア形状を図示。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sheath / core shape. Illustrated concentric sheath-core shape. シース/コア形状を有する2成分繊維の断面図。 中実のコア及び成形された連続するシースを有するシース−コア形状を図示。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sheath / core shape. 1 illustrates a sheath-core configuration with a solid core and a shaped continuous sheath. シース/コア形状を有する2成分繊維の断面図。 中空のコア及び連続するシースを有するシース−コア形状を図示。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sheath / core shape. Figure 2 illustrates a sheath-core configuration with a hollow core and a continuous sheath. シース/コア形状を有する2成分繊維の断面図。 中空のコア及び成形された連続するシースを有するシース−コア形状を図示。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sheath / core shape. 1 illustrates a sheath-core configuration with a hollow core and a shaped continuous sheath. シース/コア形状を有する2成分繊維の断面図。 中心を外れたシース−コア形状を図示。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sheath / core shape. Illustrated off-center sheath-core configuration. 海島形状を有する2成分繊維の断面図。 中実の海島形状。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sea island shape. Solid sea island shape. 海島形状を有する2成分繊維の断面図。 代替の中実の海島形状。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sea island shape. Alternative solid sea island shape. 海島形状を有する2成分繊維の断面図。 中空の海島形状。Sectional drawing of the bicomponent fiber which has a sea island shape. Hollow sea island shape.

Claims (11)

A.非デンプン熱可塑性ポリマーを含む熱可塑性ポリマー構成成分と;
B.熱可塑性デンプン構成成分と;
を含む多成分繊維であって、
前記多成分繊維は各構成成分の溶融組成物から得られ、前記各溶融組成物の全含水量は1%以下であり、
前記熱可塑性デンプン構成成分は非構造化デンプン及び可塑剤を含み、
前記可塑剤は、糖類、糖アルコール類、ポリオール類、及びそれらの混合物からなる群から選択され、前記ポリオール類は、グリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサントリオール及びそれらの混合物からなる群から選択されるものであり、
該多成分繊維は、大きな、1.0を超える破断までの伸長比を有する多成分繊維。
A. A thermoplastic polymer component comprising a non-starch thermoplastic polymer;
B. A thermoplastic starch component;
A multi-component fiber comprising
The multicomponent fiber is obtained from a molten composition of each constituent, and the total water content of each molten composition is 1% or less,
The thermoplastic starch component comprises unstructured starch and a plasticizer;
The plasticizer is selected from the group consisting of saccharides, sugar alcohols, polyols, and mixtures thereof, and the polyols include glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, butylene glycol, hexanetriol and the like. Is selected from the group consisting of mixtures,
The multicomponent fiber is a large multicomponent fiber having an elongation ratio up to break exceeding 1.0.
前記多成分繊維の直径は、200μm以下である請求項1に記載の多成分繊維。The multicomponent fiber according to claim 1, wherein the multicomponent fiber has a diameter of 200 μm or less. 前記熱可塑性デンプン構成成分は外側面を有し、前記熱可塑性ポリマー構成成分は前記熱可塑性デンプン構成成分を包囲する、請求項1又は2に記載の多成分繊維。  The multi-component fiber of claim 1 or 2, wherein the thermoplastic starch component has an outer surface and the thermoplastic polymer component surrounds the thermoplastic starch component. 前記繊維はシース−コア形状を有し、前記熱可塑性ポリマー構成成分が前記シースであり、前記熱可塑性デンプン構成成分がコアである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の多成分繊維。  The multicomponent fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the fiber has a sheath-core shape, the thermoplastic polymer component is the sheath, and the thermoplastic starch component is a core. . 前記熱可塑性ポリマー構成成分は、前記構成成分の51重量%以上の非デンプン熱可塑性ポリマーを含み、前記熱可塑性デンプン構成成分は、前記構成成分の51重量%の熱可塑性デンプンを含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の多成分繊維。The thermoplastic polymer component comprises a non-starch thermoplastic polymer of 5 wt% or more of the components, the thermoplastic starch component comprises 5 1 wt% of thermoplastic starch of the component, wherein Item 5. The multicomponent fiber according to any one of Items 1 to 4 . 分2000m以下の繊維紡糸速度で製造される請求項1〜のいずれか一項に記載の多成分繊維。The multicomponent fiber according to any one of claims 1 to 5 , which is produced at a fiber spinning speed of 2,000 m or less per minute . 破断までの伸長比が1.5以上であるか、或いは2.0以上である請求項1〜のいずれか一項に記載の多成分繊維。The elongation ratio to break is 1 . 5 or more in either, walk two. It is 0 or more, The multicomponent fiber as described in any one of Claims 1-6 . 請求項1〜のいずれか一項に記載の多成分繊維を含む不織布ウェブ。Nonwoven web comprising multicomponent fibers as claimed in any one of claims 1-7. 前記多成分繊維と混合された少なくとも一種類の単一成分繊維を更に含み、繊維間結合を特徴とする請求項に記載の不織布ウェブ。9. The nonwoven web of claim 8 , further comprising at least one type of single component fiber mixed with the multicomponent fiber and having an interfiber bond. 前記繊維間結合は、前記繊維間の熱可塑性ポリマー結合を包含する請求項に記載の不織布ウェブ。The nonwoven web of claim 9 , wherein the interfiber bond comprises a thermoplastic polymer bond between the fibers. 請求項又は10の不織布ウェブを含む使い捨て物品。A disposable article comprising the nonwoven web of claim 9 or 10 .
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