JP5074495B2 - 二峰性単層単一成分媒体を有する成形単一成分単層レスピレーター - Google Patents
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Description
a)混じり合った連続的な単一成分ポリマーマイクロファイバーと、同じポリマー組成の、寸法の大きい方の繊維との二峰性質量分率/繊維寸法混合物を含む単一成分単層不織布ウェブ形成させる工程と、
b)前記ウェブを帯電させる工程と、
c)前記帯電ウェブを成形して、カップ形状多孔質単一成分単層マトリックスを形成させる工程であって、前記マトリックス繊維が、繊維交点の少なくともいくつかの点で相互に結合され、前記マトリックスが、1Nを超えるキングこわさを有する、工程と、を含む。
図2〜図5に示されている装置を使用して、ポリプロピレンメルトスパン繊維及びポリプロピレンメルトブロー超極細繊維から、4つのウェブを作製した。前記メルトスパン繊維は、70のメルトフローインデックスを有する、トータルペトロケミカルズ(Total Petrochemicals)製のトータル(TOTAL)(商標)3860、ポリプロピレンに、チバスペシャリティーケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)製のチマソーブ(CHIMASSORB)944、ヒンダードアミン光安定剤0.75重量%を加えたものから作製した。押出ヘッド10は、オリフィスの列16を有し、1列につき32個のオリフィスによって、合わせて512個のオリフィスが作られていた。オリフィスは、6.4mm(0.25インチ)間隔で、正方形のパターンで配列されていた(オリフィスは、横方向及び縦方向の直線状に、並びに横方向及び縦方向の双方で等間隔に並んでいたことを意味する)。ポリマーを異なる速度で(下記の図1Aを参照)押出ヘッドに供給し、ポリマーを235℃(455°F)の温度まで加熱した。2つの急冷空気ストリーム(図2の18b。ストリーム18aは用いなかった)を用いた。第1の上方急冷空気ストリームを高さ406mm(16インチ)の急冷ボックスから、7.2℃(45°F)の温度で、実行番号1−1〜1−3ではおよそ0.42m/秒(83フィート/分)、実行番号1−4ではおよそ0.47m/秒(93フィート/分)の面速度によって供給した。第2の下方急冷空気ストリームを高さ197mm(7.75インチ)の急冷ボックスから、周囲室温で、実行番号1−1〜1−3ではおよそ0.16m/秒(31フィート/分)、実行番号1−4ではおよそ0.22m/秒(43フィート/分)の近似面速度によって供給した。0.76mm(0.030インチ)のエアナイフギャップ(バーリガン(Berrigan)らの特許の30)、0.1MPa(14psig)の圧力によるエアナイフへの空気供給、5mm(0.20インチ)の細化装置上端ギャップ幅、4.7mm(0.185インチ)の細化装置下端ギャップ幅、及び長さ152mm(6インチ)の細化装置側面(バーリガン(Berrigan)らの特許の36)を用いて、米国特許第6,607,624号(バーリガン(Berrigan)ら)に示されているような可動壁付きの細化装置を使用した。押出ヘッド10から細化装置16までの距離(図2の17)は78.7cm(31インチ)、細化装置16から収集ベルト19までの距離(図3の524+522)は68.6cm(27インチ)であった。メルトスパン繊維のストリームは、約36cm(約14インチ)の幅で収集ベルト19の上に配置させた。収集ベルト19を20メッシュのステンレス鋼から作製して、実行番号1−1〜1−3では8.8メートル/分(約29フィート/分)、実行番号1−4では14.3メートル/分(約47フィート/分)の速度で動かした。同様のサンプルに基づき、実行番号1−1〜1−3のメルトスパン繊維は、約11μmの中位繊維直径を有すると推定した。実行番号1−4のメルトスパン繊維を走査電子顕微鏡(SEM)で測定し、15μmの中位径(44本の繊維を測定)を有することが分かった。
図8に示されているようなメルトブローイングダイ、並びにインダストリアルアンドエンジニアリングケミストリー(Industrial and Engineering Chemistry)48巻、8号(1956年)、1342〜1346頁のウェンテ、ヴァン・A.(Wente, Van A.)著「超微細熱可塑性繊維(superfine Thermoplastic Fibers)」、及び海軍研究試験所の報告書(Naval Research Laboratory Report)111437(1954年4月15日)に記載されているような手順を用いて、トータル(TOTAL)3960ポリプロピレンに、エレクトレット帯電添加剤として1%トリステアリルメラミンを加えたものから、4つの単一成分単層メルトブローウェブを形成させた。クロンプトンアンドノールズ社(Crompton & Knowles Corp.)のデービススタンダード部門(Davis Standard Division)製のモデル20デービススタンダード(Model 20 DAVIS STANDARD)(商標)、50.8mm(2インチ)の単軸押出成形機にポリマーを供給した。この押出成形機は、20/1の長さ/直径比、及び3/1の圧縮比を有していた。ゼニス(Zenith)の10cc/revのメルトポンプで、幅25.4cm(10インチ)の穿孔オリフィスメルトブローイングダイへのポリマーの流量を計測した。前記ダイの元々の0.3mm(0.012インチ)のオリフィスは、21個おきにオリフィスを0.6mm(0.025インチ)まで穿孔することによって修正し、それによって、寸法の小さい方のホール数と寸法の大きい方のホール数との20:1という比率、及び大きい方のホールの寸法と小さい方のホールの寸法との2:1という比率をもたらした。オリフィスの列は、10ホール/cm(25ホール/インチ)のホール間隔を有していた。熱風によって、繊維をダイチップで細化した。エアナイフでは、0.25mm(0.010インチ)のプラスセットバック、及び0.76mm(0.030インチ)の空気ギャップを採用した。ウェブ形成時点に、中庸なメッシュのコレクタースクリーンを通じて、ゼロから中程度までの減圧を行った。押出成形機からのポリマーの出力速度を0.18〜0.71kg/cm/時(1.0〜4.0ポンド/インチ/時)で変動させ、DCD(ダイとコレクターとの距離)を30.5〜63.5cm(12.0〜25.0インチ)で変動させ、気圧を必要に応じて調節して、下記の表1Aに示すような坪量及びEFDを有するウェブを作製した。このウェブを、米国特許第5,496,507号(アンガドジバンド(Angadjivand)ら、‘507)に教示されている技法に従って、蒸留水によってハイドロ帯電させ、乾燥させた。下記の表2Aには、13.8cm/秒の面速度におけるそれぞれのウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例2の一般的方法を用いて、100%トータル(TOTAL)3960ポリプロピレンからウェブを作製してから、1)コロナ帯電、又は2)コロナ帯電及び蒸留水によるハイドロ帯電を行った。下記の表3Aには、それぞれのウェブの実行番号、帯電技法、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例2の方法を用いて、トータル(TOTAL)3960ポリプロピレンに、エレクトレット帯電添加剤としてチバスペシャルティーケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)製のチマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定剤0.8%を加えたものから、ウェブを作製してから、蒸留水によってハイドロ帯電させた。下記の表4Aには、それぞれのウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例4の方法を用いて、37のメルトフローインデックスを有する、トータルペトロケミカルズ(Total Petrochemicals)製のトータル(TOTAL)3868ポリプロピレンに、エレクトレット帯電添加剤としてチバスペシャルティーケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)製のチマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定剤0.8%を加えたものから、ウェブを作製してから、蒸留水によってハイドロ帯電させた。下記の表5Aには、それぞれのウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例3の方法を用いて、エクソンモービル社(Exxon Mobil Corporation)から入手できるエクソン(EXXON)(商標)PP3746G、メルトフローレートが1475のポリプロピレンからウェブを作製してから、1)コロナ帯電、又は、2)コロナ帯電及び蒸留水によるハイドロ帯電を行った。下記の表6Aには、それぞれのウェブの実行番号、帯電技法、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例2の方法を用いて、エクソン(EXXON)PP3746Gポリプロピレンに、エレクトレット帯電添加剤として1%トリステアリルメラミンを加えたものからウェブを作製してから、蒸留水によってハイドロ帯電させた。下記の表7Aには、それぞれのウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例4の方法を用いて、エクソン(EXXON)PP3746Gポリプロピレンに、エレクトレット帯電添加剤としてチバスペシャルティーケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)製のチマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定剤0.8%を加えたものから、ウェブを作製してから、蒸留水によってハイドロ帯電させた。下記の表8Aには、それぞれのウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例3の方法を用いて、エクソン(EXXON)PP3746Gポリプロピレンに、エレクトレット帯電添加剤として1%トリステアリルメラミンを加えたものからウェブを作製してから、蒸留水によってハイドロ帯電させた。得られた平らなウェブを、他の層が米国特許第6,041,782号(アンガドジバンド(Angadjivand)ら、‘782)及び同第6,923,182 B2号(アンガドジバンド(Angadjivand)ら、‘183)に記載されているような成形レスピレーターに形成させた。このレスピレーターは、ブローマイクロファイバー外側カバー層ウェブ、ボスティックフィンドリー(Bostik Findley)製のPE85−12熱可塑性不織布接着ウェブ、本実施例9の平らなウェブ、別のPE85−12熱可塑性不織布接着ウェブ、及び別のブローマイクロファイバー内側カバー層ウェブを含んでいた。上に記載されているような成形型であるが、リブ付きの前側表面を有する成形型を用いて、これらの層をカップ形状レスピレーターに形成させた。ASTM F−1862−05「医療用フェイスマスクの、人口血液(既知の速度での一定体積の水平射出)による貫通に対する耐性に関する標準試験方法(Standard Test Method for Resistance of Medical Face Masks to Penetration by Synthetic Blood(Horizontal Projection of Fixed Volume at a Known Velocity))」に従って、1.2kPa(120mm Hg)及び1.6kPa(160mm Hg)の試験圧力で、得られた成形レスピレーターを評価した。1.2kPa(120mm Hg)の試験では、0.640秒のバルブタイム、及び0.043MPaのタンク圧力を採用した。1.6kPa(160mm Hg)の試験では、0.554秒のバルブタイム、及び0.052MPaのタンク圧力を採用した。前記レスピレーターは、双方の試験圧力における試験に合格した。下記の表9には、成形単一成分ウェブの実行番号、坪量、EFD、厚さ、初期圧力低下、及び初期NaCl貫通率が記載されている。
米国特許第6,319,865 B1号(ミカミ(Mikami))の比較例3の方法を用いて、幅25.4cm(10インチ)の穿孔オリフィスダイであって、寸法の大きいオリフィス及び寸法の小さいオリフィスからなる列をもたらすようにチップが修正された穿孔オリフィスダイを使用して、ウェブを作製した。前記の大きい方のオリフィスは0.6mmの直径(Da)を有し、前記の小さい方のオリフィスは0.4mmの直径(Db)を有し、そのオリフィス直径比R(Da/Db)は1.5で、一対の大きい方のオリフィスそれぞれの間に、小さい方のオリフィスが5つ存在し、オリフィスは、11.8オリフィス/cm(30オリフィス/インチ)で隔置されていた。直径50mmのネジ及び10ccのメルトポンプを有する単軸押出成形機を用いて、ダイに100%のトータル(TOTAL)3868ポリプロピレンを供給した。このダイは、0.20mmのエアスリット幅、60°のノズルエッジ角度、及び0.58mmのエアリップ開口部を有していた。1〜50m/分で動く微細メッシュスクリーンを用いて、繊維を収集した。その他の作業パラメーターは下記の表10Aに示されている。
図6に示されているような装置、並びにインダストリアルアンドエンジニアリングケミストリー(Industrial and Engineering Chemistry)48巻、8号(1956年)、1342〜1346頁のウェンテ、ヴァン・A.(Wente, Van A.)著「超微細熱可塑性繊維(superfine Thermoplastic Fibers)」、及び海軍研究試験所の報告書(Naval Research Laboratory Report)111437(1954年4月15日)に記載されている手順を用いて、大きい方の繊維、及び同じポリマー組成の、別々に作製される寸法の小さい方の繊維のメルトブローイングを利用して、単一成分単層ウェブを形成させた。前記の寸法の大きい方の繊維は、トータル(TOTAL)3960ポリプロピレン(メルトフローレートが350のポリマー)に、エレクトレット帯電添加剤としてチマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定剤0.8%、及びウェブ内における寸法の大きい方の繊維の分布を査定するのを助けるポリワン社(PolyOne Corp.)製のポリワン(POLYONE)(商標)番号CC10054018WE、青色顔料1%を加えたものを用いて、形成させた。得られた青色のポリマーブレンドを、クロンプトンアンドノールズ社(Crompton & Knowles Corp.)のデービススタンダード部門(Davis Standard Division)製のモデル20デービススタンダード(Model 20 DAVIS STANDARD)(商標)、50.8mm(2インチ)の単軸押出成形機に供給した。この押出成形機は、152cm(60インチ)の長さ、及び30/1の長さ/直径比を有していた。前記の寸法の小さい方の繊維は、エクソンモービル社(Exxon Mobil Corporation)から入手可能なエクソン(EXXON)PP3746ポリプロピレン(メルトフローレートが1475のポリマー)に、チマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定剤0.8%を加えたものを用いて形成させた。この後者のポリマーは白色で、このポリマーを、クロンプトンアンドノールズ社(Crompton & Knowles Corp.)のデービススタンダード部門(Davis Standard Division)製のキリオン(KILLION)(商標)19mm(0.75インチ)の単軸押出成形機に供給した。ゼニスポンプス(Zenith Pumps)製の10cc/revのゼニス(ZENITH)(商標)メルトポンプを用いて、それぞれのポリマーの流量を計量して、幅50.8cm(20インチ)の穿孔オリフィスメルトブローイングダイ内のダイキャビティを分離させ、このダイでは、10ホール/cm(25ホール/インチ)の間隔で直径0.38mm(0.015インチ)のオリフィスを採用し、ぞれぞれのダイキャビティによって交互のオリフィスが供給された。熱風によって、繊維をダイチップで細化した。エアナイフでは、0.25mm(0.010インチ)のプラスセットバック、及び0.76mm(0.030インチ)の空気ギャップを採用した。ウェブ形成時点に、中庸なメッシュのコレクタースクリーンを通じて、中程度までの減圧を行った。押出成形機からのポリマーの出力速度は0.18kg/cm/時(1.0ポンド/インチ/時)であり、DCD(ダイとコレクターとの距離)は57.2cm(22.5インチ)であり、コレクター速度を必要に応じて調節して、208gsmの坪量を有するウェブを作製した。必要に応じて、押出流速、押出温度及び熱風の圧力を変えることによって、20μmの標的EFDを実現させた。それぞれの押出成形機から出るポリマーの速度を調節することによって、75%の寸法の大きい方の繊維、及び25%の寸法の小さい方の繊維を有するウェブを作製した。このウェブを、米国特許第5,496,507号(アンガドジバンド(Angadjivand)ら、‘507)に教示されている技法に従って、蒸留水によってハイドロ帯電させて、乾燥させた。下記の表11Aには、13.8cm/秒の面速度における平らなウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
寸法の大きい方の繊維又は寸法の小さい方の繊維のいずれかにおいてエレクトレット帯電添加剤を用いることなく、実施例11を繰り返した。このウェブを、米国特許第6,660,210号(ジョーンズ(Jones)ら)に教示されている技法に従ってプラズマ帯電させてから、米国特許第5,496,507号(アンガドジバンド(Angadjivand)ら、‘507)に教示されている技法に従って、蒸留水によってハイドロ帯電させ、乾燥させた。下記の表12Aには、13.8cm/秒の面速度における平らなウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例11の方法を用いて、単一成分単層ウェブを形成させた。トータル(TOTAL)3868ポリプロピレン(メルトフローレートが37のポリマー)に、エレクトレット帯電添加剤としてチバスペシャルティーケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)製のチマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定剤0.8%及びポリワン(POLYONE)(商標)番号CC10054018WE青色顔料2%を加えたものを用いて、寸法の大きい方の繊維を形成させた。エクソン(EXXON)PP3746Gポリプロピレンに、チマソーブ(CHIMASSORB)944ヒンダードアミン光安定剤0.8%を加えたものを用いて、寸法の小さい方の繊維を形成させた。押出成形機からのポリマーの出力速度は0.27kg/cm/時(1.5ポンド/インチ/時)であり、DCD(ダイとコレクターとの距離)は34.3cm(13.5インチ)であり、それぞれの押出成形機からのポリマーの速度を調節して、65%の寸法の大きい方の繊維及び35%の寸法の小さい方の繊維を有するウェブを作製した。このウェブを、米国特許第5,496,507号(アンガドジバンド(Angadjivand)ら、‘507)に教示されている技法に従って蒸留水によってハイドロ帯電させ、乾燥させた。下記の表13Aには、13.8cm/秒の面速度における平らなウェブの実行番号、坪量、EFD、ウェブ厚、初期圧力低下、初期NaCl貫通率及び品質係数QFが記載されている。
実施例2の方法を用いて、エクソン(EXXON)PP3746Gポリプロピレンに、エレクトレット帯電添加剤として1%トリステアリルメラミンを加えたものからウェブを作製した。実行番号14−1F及び14−2Fでは、ゼニス(Zenith)の10cc/revのメルトポンプで、幅50.8cm(20インチ)の穿孔オリフィスメルトブローイングダイへのポリマーの流量を計測した。前記ダイの元々の0.3mm(0.012インチ)のオリフィスは、9個おきにオリフィスを0.6mm(0.025インチ)まで穿孔することによって修正し、それによって、寸法の小さい方のホール数と寸法の大きい方のホール数との9:1という比率、及び大きい方のホールの寸法と小さい方のホールの寸法との2:1という比率をもたらした。オリフィスの列は、10ホール/cm(25ホール/インチ)のホール間隔を有していた。熱風によって、繊維をダイチップで細化した。エアナイフでは、0.25mm(0.010インチ)のプラスセットバック、及び0.76mm(0.030インチ)の空気ギャップを採用した。ウェブ形成時点に、中庸なメッシュのコレクタースクリーンを通じて、ゼロから中程度までの減圧を行った。押出成形機からのポリマーの出力速度を0.18〜0.54kg/cm/時(2.0〜3.0ポンド/インチ/時)で変動させ、DCD(ダイとコレクターとの距離)を45.7〜52.1cm(18.0〜20.5インチ)で変動させ、気圧を必要に応じて調節して、下記の表14Aに示されているような坪量及びEFDを有するウェブを作製した。例えば、実施例14−3Fでは、10ホール/cm(25ホール/インチ)のホール間隔で0.38mm(0.015インチ)のオリフィスを有する幅50.8cm(20インチ)の穿孔オリフィスメルトブローイングダイを用いた。押出成形機からのポリマーの出力速度は0.54kg/cm/時(3.0ポンド/インチ/時)であり、DCD(ダイとコレクターとの距離)は78.7cm(31インチ)であり、気圧を必要に応じて調節して、下記の表14Aに示すような坪量及びEFDを有するウェブを作製した。
Claims (4)
- a)混じり合った連続的な単一成分ポリマーメルトブローマイクロファイバーと、同じポリマー成分の、寸法の大きい方の繊維との二峰性質量分率/繊維寸法混合物を含む単一成分単層不織布ウェブをメルトブローイングで形成する工程と、
b)前記メルトブローイングで形成されたウェブを帯電させる工程と、
c)前記メルトブローイングで形成され帯電せしめられたウェブを成形して、カップ形状多孔質単一成分単層マトリックスを形成する工程であって、前記マトリックスの繊維が、繊維交点の少なくともいくつかの点で相互に結合され、前記マトリックスが、1Nを超えるキングこわさを有する、工程と、を含む成形レスピレーターを作製するプロセス。 - 質量分率対繊維寸法(μm)のヒストグラムが、約1〜約5μmのマイクロファイバーのモードと、約12〜約30μmの寸法の大きい方の繊維のモードとを示す、請求項1に記載のプロセス。
- 混じり合った連続的な単一成分ポリマーメルトブローマイクロファイバーと、同じポリマー組成の、寸法の大きい方の繊維との帯電二峰性質量分率/繊維寸法混合物を含むカップ形状多孔質単一成分単層メルトブローマトリックスを含み、メルトブロー繊維が、繊維交点の少なくともいくつかの点で相互に結合され、前記マトリックスが、1Nを超えるキングこわさを有する、成形レスピレーター。
- 質量分率対繊維寸法(μm)のヒストグラムが、約1〜約5μmのマイクロファイバーのモードと、約12〜約30μmの寸法の大きい方の繊維のモードとを示す、請求項3に記載の成形レスピレーター。
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