JP4533748B2 - 3次元繊維をウェブに形成する方法 - Google Patents
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Description
不織ウェブを形成するのに用いられる具体的な方法は、ウェブに別の方法では再現できない独特の特性及び特徴を生じさせることができる。ここで、ウェブが非常に望ましい特性を呈することができるようにする新規なウェブ形成方法が発明され、そうしたウェブは、使い捨て吸収性物品に組み込まれたときには非常に望ましい。
第1成分10はさらに、ポリエステル脂肪族ポリウレタン又はポリヒドロキシアルカノエートのような生分解性エラストマー材料から形成することができる。第1成分10は、エラストマー及びプラストマーのようなオレフィン系エラストマー材料から形成することができる。このようなプラストマーの1つは、商品名AFFINITY(登録商標)として販売されるエチレン系樹脂又はポリマーである。AFFINITY(登録商標)は、テキサス州Freeportに事務所を有するDow Chemical Companyの登録商標である。AFFINITY(登録商標)樹脂は、Dow Chemical CompanyのINSITE(登録商標)拘束幾何触媒技術を用いて製造されるエチレン及びオクテンのエラストマーコポリマーである。別のプラストマーは、シングルサイト触媒により誘導されたコポリマー及びターポリマーを含む商品名EXACT(登録商標)として販売される。EXACT(登録商標)は、テキサス州Irving75039−2298、Las Colinas Boulevard 5959に事務所を有するExxon Mobil Corporationの登録商標である。第1成分10を形成するのに使用できる他の好適なオレフィン系エラストマーとしては、ポリプロピレン誘導エラストマーが挙げられる。
第2成分12は、第1成分10と同様に、紡糸できるか、又は別の方法で連続繊維を形成することができる材料である。第2成分12が線状繊維を形成する場合、該線状繊維は、延伸可能であって、R1より小さい回復率R2を有するものでなければならない。「回復率R2」は、成分がその最初の長さの少なくとも50%延伸された後、それを引き伸ばすために適用された力を取り除いた時に回復できるパーセントとして定義される。第1及び第2成分10及び12が線状繊維を形成する場合、線状繊維が吸収性物品に有用となるために、繊維は延伸された状態から収縮又は縮むことができなければならない。本明細書に言及される場合、「収縮」という用語は、「縮む」と同じことを意味する。望ましくは、R1/R2の比は、少なくとも約2〜約100の範囲に及ぶ。最も望ましくは、R1/R2の比は、少なくとも約2〜約50の範囲に及ぶ。線状繊維においてR1をR2より大きくする理由は、第1及び第2成分10及び12が収縮又は縮む時に、3次元繊維が非常に望ましい所定の構造上の構成を示すからである。3次元繊維のこのような構造上の構成は、少なくとも1方向において例外的な伸び特性を示す。
V=π(d2/4)L1
式中、Vは固体線状繊維の体積であり、πは円周と円の直径との比を表し、かつ広範囲の数学的問題において定数で表すことができる約3.14159の超越数であり、dは線状繊維の直径であり、L1は線状繊維の初期長さである。
PEO樹脂は、反応性押出し、グラフト化、ブロック重合又は分枝によって化学的に修飾され、その加工性を改善できることに留意すべきである。PEO樹脂は、2001年1月9日にWangらに対して発行された米国特許第6,172,177号に記載される反応性押出し又はグラフト化によって修飾することができる。
紡糸パック30の開口部は、断面が丸い又は円形である必要はなく、バイローバル、トリローバル、正方形、三角形、長方形、楕円形、又は所望のその他の幾何学的断面構成を有することができることに留意すべきである。
1つの二成分繊維36は、紡糸パック30内で板に形成された各開口部毎に形成される。これによって、各々が所与の直径を有する複数の連続溶融繊維36が、第1速度で同時に紡糸パック30から出ることができる。線状の二成分繊維36の各々は、間隔を空けられ、隣接する繊維36と分離されている。各二成分繊維36の直径は、紡糸パック30の底板に形成された開口部の大きさによって規定される。例えば、上述したように、底板の孔又は開口部の直径が約0.1mm〜約2.0mmに及ぶ場合、溶融繊維36の各々は、約0.1mm〜約2.0mmに及ぶ直径を有することができる。溶融繊維36は、板に形成された開口部を出た後、断面積が大きくなることがある傾向にあるが、この伸長は比較的小さい。
冷却チャンバ38において、連続溶融繊維36は、1以上の空気ストリームと接触する。通常、紡糸パック30を出て冷却チャンバ38に入る連続溶融繊維36の温度は、約150℃〜約250℃の範囲である。溶融繊維36の実際の温度は、構成する材料、このような材料の溶融温度、押出しプロセスの間に適用される熱量、並びに他の要因による。冷却チャンバ38内では、連続溶融繊維36は、より低温の空気と接触して、囲まれる。この空気の温度は、約0℃〜約120℃に及ぶことができる。望ましくは、空気は、溶融繊維36を素早く冷却するように冷却又は冷蔵される。しかし、二成分繊維36を形成するのに使用される特定の材料では、周囲の空気又はさらに加熱された空気を用いるのが有利である。しかし、大部分のエラストマー材料では、空気は、約0℃〜約40℃に冷却又は冷蔵される。より望ましくは、空気は、約15℃〜約30℃の温度に冷却又は冷蔵される。より低温の空気を、種々の角度で溶融繊維36に向けることができるが、水平角度又は下向きの角度が最も良く作用するようである。入ってくる空気の速度は、溶融繊維36を効率よく冷却するように維持又は調節することができる。
複数の冷却された連続繊維40は、次いで引伸ばしユニット42に送られる。引伸ばしユニット42は、重力の利点を利用するために冷却チャンバ38の垂直方向下方に位置することができる。引伸ばしユニット42は、冷却された繊維40をその上に引伸ばせるのに充分な間隔を与えるために十分な高さを有していなければならない。引伸ばしは、冷却された繊維40に、紡糸パック30から下方に出た溶融材料を引く又は引伸ばす加圧空気を供することを含む。空気圧力は、1平方インチあたり(psi)約3ポンド〜約100psiに及ぶことができる。望ましくは、空気圧力は、約4psi〜約50psiに及ぶことができる。より望ましくは、空気圧力は、約5psi〜約20psiに及ぶことができる。冷却チャンバ38において、加圧空気の速度は、冷却された繊維40を効率よく引伸ばすために維持又は調整することができる。
引伸ばしユニット42内において、冷却された繊維40は、紡糸パック30を出た連続溶融繊維36が示す第1速度よりも速い第2速度で引かれる。連続溶融繊維36と連続冷却繊維40との間のこのような速度変化が、溶融材料を長くし、またさらに断面積を小さくすることができる。引伸ばしユニット42を出た時、冷却された繊維40は固体繊維44になる。
繊維44は、分裂することなく、かつ分裂繊維を形成することなく、延伸することができることに注目されたい。繊維44の第1成分10及び第2成分12は、分裂を防ぐために、互いに化学的に、機械的に及び/又は物理的に接着され又は接合される。
第1及び第2成分10及び12の変形特性は、延伸された繊維が連続3次元繊維48に収縮する時に現れる螺旋コイルの構成及び大きさに影響することに留意すべきである。
%E=100×(L1−L)/L
式中、%Eは3次元繊維48のパーセント伸びであり、Lは3次元繊維48の収縮した長さであり、L1は直線又は非コイル形状に延伸された後の3次元繊維48の最終長さである。
収縮した3次元繊維48は、その後、収縮した長さの少なくとも100%に伸ばされる能力を有する。最も望ましくは、収縮した3次元繊維48は、その後、収縮した長さの約150%〜約900%に伸ばすことができる。さらにより望ましくは、収縮した3次元繊維48は、その後、収縮した長さの約250%〜約500%に伸ばすことができる。さらにより望ましくは、収縮した3次元繊維48は、その後、収縮した長さの約300%〜約400%に伸ばすことができる。
連続3次元繊維48は、延伸された繊維44が弛緩又は収縮した後に得られる。連続3次元繊維48は、第2成分12の回復率R2と比較した場合の、第1成分10の回復率R1との差によって螺旋プロファイルを達成できる。例えば、第1成分10は、第2成分12の回復率R2より高い回復率R1を有するので、第1成分10は、第2成分12よりも大きな程度に収縮しようとする。しかし、第1及び第2成分10及び12の両方は、互いに物理的、化学的又は機械的に接着又は結合しているので、同程度に収縮又は縮む。第1及び第2成分10及び12の体積パーセント及び回復パーセントの組み合わせは、繊維48の特有の3次元構成を作り出す。第1及び第2成分10及び12の収縮又は回復は、収縮した繊維48のツイスト又はコイル化効果を確立する。得られたコイル化の量、並びにコイル化形状及び位置は、線状繊維44の構成に使用される材料の選択によって制御することができる。これらの3つの変数、コイル化量、コイル化形状及びコイル化位置はまた、各成分の体積、並びに線状繊維44の各延伸量によって制御することができる。固体繊維44が延伸されて収縮する時間及び温度条件はまた、収縮した繊維48の最終プロファイルに影響することがある。
回復%=[(l2−l3)/l2]×100
式中、l2は試料の狭い区域の延伸された長さであり、l3は試料の狭い区域の収縮した長さである。
図1に再び戻ると、ボンデッドウェブ76は、該ウェブを大きな供給ロール80に蓄積できる巻取りロール78に送られる。供給ロール80が所望の外側直径に達した時、切断ナイフ82及び協働アンビル84を用いてボンデッドウェブ76を切断することができる。所望の時間にボンデッドウェブ76を切断又は断つ他の手段も利用できる。こうした切断手段は当業者に周知である。
ここで図7−9を参照すると、二成分繊維をウェブに形成する別の方法を描く流れ図が示されている。これらの流れ図は、複数の繊維をウェブに形成することに関係する一連の段階を示している。
本発明はいくつかの具体的な実施形態に関連させて説明されたが、上述の説明に照らして当業者は多くの代替、変更及び変形が明らかであることを理解すべきである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内のこのような代替、変更及び変形は全て包含することを意図する。
Claims (26)
- 繊維をウェブに形成する方法であって、
a)少なくとも50%の伸びまで延伸可能であり、高い延伸後回復率R1 を有するエラストマー性の第1成分と、少なくとも50%の伸びまで延伸可能であり、低い延伸後回復率R2を有する非エラストマー性の第2成分とを共押出しし、
b)前記第1及び第2成分を、紡糸パックを通して導き、各々が所定の直径を有する複数の連続溶融繊維を形成し、
c)前記複数の溶融繊維を冷却チャンバに通して、複数の冷却された繊維を形成し、
d)前記複数の冷却された繊維を引伸ばしユニットに通して、前記溶融繊維より小さい直径を有する複数の固体繊維を形成し、
e)前記冷却された固体繊維の各々を少なくとも50パーセント延伸させ、
f)前記延伸された繊維を弛緩させてコイル化繊維を形成し、
g)前記コイル化繊維を可動支持体上に堆積させてウェブを形成する、
段階を含み、
h)前記段階b)において、前記連続繊維の前記第1成分と前記第2成分とが、前記段階e)及びf)における延伸及び弛緩の際に前記第1成分と前記第2成分との間の分裂が生じない強さで互いに接着されるようにする、
ことを特徴とする方法。 - 前記繊維が二成分繊維であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記二成分繊維の各々が、芯/鞘断面形状を有することを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記第1及び第2成分が、互いに機械的に接着されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1及び第2成分が、互いに化学的に接着されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1及び第2成分が、互いに物理的に接着されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ウェブがスパンボンド不織ウェブであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記紡糸パックを出る前記溶融繊維の速度より速い速度で前記複数の冷却繊維を引き伸ばすことをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ウェブ中の前記第1成分の体積パーセントが、40%から80%までであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 二成分繊維をウェブに形成する方法であって、
a)少なくとも50%の伸びまで延伸可能であり、高い延伸後回復率R1 を有するエラストマー性の第1成分と、少なくとも50%の伸びまで延伸可能であり、低い延伸後回復率R2を有する非エラストマー性の第2成分とを共押出しし、
b)前記第1及び第2成分を、紡糸パックを通して導き、各々が所定の直径を有する複数の連続溶融繊維を形成し、
c)前記複数の溶融繊維を第1速度で冷却チャンバに通して、複数の冷却された繊維を形成し、
d)前記複数の冷却された繊維を、前記第1速度より大きい第2速度で引伸ばしユニットに通して、各々が前記溶融繊維より小さい直径を有する複数の固体線状繊維を形成し、
e)前記冷却された固体繊維の各々を少なくとも50パーセント延伸させ、
f)前記延伸された繊維を弛緩させてコイル化繊維を形成し、
g)前記コイル化繊維を可動支持体上に堆積させてウェブを形成し、
h)前記ウェブに高温空気を向けて該ウエブ内の繊維の一部を溶融接着させることにより安定化されたウェブを形成し、
i)前記安定化されたウェブ内の繊維を複数の結合点において互いに結合することにより複数の結合を形成して、ボンデッドウェブを形成する、
段階を含み、
j)前記段階c)において、前記冷却された繊維の前記第1成分と前記第2成分とが、前記段階e)及びf)における延伸及び弛緩の際に前記第1成分と前記第2成分との間の分裂が生じない強さで互いに接着されるようにする、
ことを特徴とする方法。 - 前記第1成分がポリエステルであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記第1成分がポリ乳酸であることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記安定化繊維ウェブを、一対の結合ロールによって形成されたニップに通して結合して、ボンデッドウェブを形成することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記ウェブが、少なくとも一方向に400%までの伸びを有することを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記第2成分がポリオレフィンであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記冷却された固体繊維の各々を、75パーセントから1000パーセントまで延伸させることをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記冷却された固体繊維の各々を、100パーセントから500パーセントまで延伸させることをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記溶融繊維の各々が、0.1ミリメートルから2.0ミリメートルまでの所定の直径を有することを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記ウェブが、少なくとも一方向に200%までの伸びを有することを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 二成分繊維をウェブに形成する方法であって、
a)少なくとも50%の伸びまで延伸可能であり、高い延伸後回復率R1 を有するエラストマー性の第1成分と、少なくとも50%の伸びまで延伸可能であり、低い延伸後回復率R2を有する非エラストマー性の第2成分とを共押出しし、
b)前記第1及び第2成分を、紡糸パックを通して導き、各々が所定の直径を有する複数の連続溶融繊維を形成し、
c)前記複数の溶融繊維を第1速度で冷却チャンバに通して、複数の冷却された繊維を形成し、
d)前記複数の冷却された繊維を、前記第1速度より大きい第2速度で引伸ばしユニットに通して、各々が前記溶融繊維より小さい直径を有する複数の固体繊維を形成し、
e)前記冷却された固体繊維の各々を少なくとも100パーセント延伸させ、
f)前記延伸された繊維を弛緩させてコイル化繊維を形成し、
g)前記コイル化繊維を可動支持体上に堆積させてウェブを形成し、
h)前記ウェブに高温空気を向けて該ウエブ内の繊維の一部を溶融接着させることにより安定化されたウェブを形成し、
i)前記安定化されたウェブ内の繊維を複数の結合点において互いに結合することにより複数の結合を形成して、ボンデッドウェブを形成する、
段階を含み、
j)前記段階c)において、前記冷却された繊維の前記第1成分と前記第2成分とが、前記段階e)及びf)における延伸及び弛緩の際に前記第1成分と前記第2成分との間に分裂が生じない強さで互いに接着されるようにする、
む方法。 - 前記コイル繊維が螺旋形状を有することを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記ウェブに高温空気の幾つかの流れを向けて、安定化ウェブを形成することをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記ボンデッドウェブにおいて、1平方インチ(6.45cm 2 )当たり少なくとも1つの結合部が形成されることを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記ボンデッドウェブにおいて、1平方インチ(6.45cm 2 )当たり少なくとも30の結合部が形成されることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記ボンデッドウェブは、少なくとも一方向に100%までの伸びを有することを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記ボンデッドウェブは、二方向に400%までの伸びを有することを特徴とする請求項20に記載の方法。
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