JP6324483B2 - ポリエチレンブレンドを含む繊維 - Google Patents
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Description
(A)2.0〜3.0のMw/Mnを有する95重量%〜99重量%の高密度エチレン系ポリマーと、
(B)5g/10分〜15g/10分のメルトインデックスを有する5重量%〜1重量%の低密度エチレン系ポリマーと、を含むポリマーブレンドからなる。
この繊維は、1デニール〜2デニールの密度及び8.5g/デニール〜20g/デニールの3%割線弾性率を有する。
繊維は、高密度エチレン系ポリマーを含む。用語「エチレン系ポリマー」は、50モルパーセント超の重合されたエチレンモノマー(重合可能なモノマーの総量に基づく)を含有し、任意に、少なくとも1つのコモノマーを含有し得るポリマーである。「高密度エチレン系ポリマー」(または「HDPE」)は、0.930g/ccを超える密度、または0.930g/cc超〜0.97g/ccの密度を持つエチレン系ポリマーである。HDPEは、エチレンホモポリマーまたは、1つ以上のC3−C10α−オレフィンと共重合されたエチレンモノマーからなるエチレンコポリマーであり得る。
−0.93g/cc超〜0.96g/ccの密度
−2.0〜2.5のMw/Mn
−15g/10分〜20g/10分のI2
−2.0未満、または1.0、または1.3〜1.5、または1.6、2.0未満のMz/Mw
−1.1を超える、または1.2〜1.5のZSVR
−100未満、または10、または25、または50〜75、100ビニル106炭素(C)未満までのビニル/106炭素(C)
本繊維のブレンドは、低密度エチレン系ポリマーを含む。「低密度エチレン系ポリマー」(または「LDPE」)は、0.915g/cc〜0.930g/ccの密度を有するエチレンホモポリマーであり、タービュラープロセスまたはオートクレーブプロセス、またはそれらの混成において、高圧遊離ラジカル重合によって生成される。LDPEは、直鎖状低密度ポリエチレンを除外し、高密度ポリエチレン(すなわち、0.93g/ccを超える密度を持つエチレン系ポリマー)を除外する。
−0.915g/cc〜0.930g/ccの密度
−5.0〜7.0のMw/Mn
−10g/10分〜20g/10分のI2
−0.915g/cc〜0.920g/ccの密度
−11.0〜12.0のMw/Mn
−7g/10分〜9g/10分のI2
本繊維は、モノフィラメント繊維、ホモフィル繊維、または複合繊維であり得る。
本繊維を使用して、織物スパンボンド不織布、梳繊接合ウェブ、織布、編物、織テープ、及び人工芝を作製することができる。
用語「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」及びそれらの派生語は、いずれの追加の構成要素または手順の存在を除外しない。用語「〜から本質的になる」は、操作性に欠かせないものを除いて、いずれの他の構成要素または手順を除外する。用語「〜からなる」は、特に述べられていない、いずれの構成要素または手順を除外する。
密度
メルトインデックス(MI)、またはI2を、ASTM−D 1238、条件190℃/2.16kgに従って測定し、10分ごとに溶出されるグラムで報告する。I10を、ASTM−D 1238、条件190℃/10kgに従って測定し、10分ごとに溶出されるグラムで報告する。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)システムは、内蔵の示差屈折計(RI)(他の好適な濃度検出器は、Polymer ChAR(Valencia,Spain)からのIR4赤外線検出器を含み得る)を装備した、150℃の高温クロマトグラフであるWaters(Milford,Mass)(他の好適な高温GPC器具は、Polymer Laboratories(Shropshire,UK)Model 210及びModel 220を含む)からなる。データ収集を、Viscotek TriSECソフトウェア、バージョン3、及び4−チャネルViscotek Data Manager DM400を使用して実施する。このシステムはまた、Polymer Laboratories(Shropshire,United Kingdom)からのオンライン溶媒脱気装置を装備する。
Mポリエチレン=Ax(Mポリスチレン)B、
式中、Mが、ポリエチレンまたはポリスチレンの分子量(示されるように)であり、Bが、1.0と等しい。Aが、約0.38〜約0.44の範囲内であり得ることは当業者に既知であり、広いポリエチレン基準を使用して、較正の時間で決定される。分子量分布(MWDまたはMw/Mn)などの分子量値を得るこのポリエチレン較正方法の使用、及び関連する統計値(一般に、従来のGPCまたはcc−GPC結果を指す)は、本明細書において、Williams及びWardの修正方法として定義される。
測定を、RCS(冷蔵された冷却システム)及びオートサンプラを装備する、TA instruments Q1000 DSCを用いて実施する。各試料をまず、175℃で、薄いフィルムへ溶融押圧し、溶けた試料は次いで、室温まで空冷する。3〜10mgの直径6mmの試験体を、冷却したポリマーから抽出し、はかりにかけて、軽量アルミニウム鍋(約50mg)の中へ配置し、シャットを折り曲げる。試料の熱挙動を、試料温度を上げる及び下げることによって決定し、温度プロファイルに対する熱流を生み出す。試験のあいだ、50ml/分の窒素パージガス流を使用する。最初に、試料を180℃まで急速に加熱し、その熱履歴を除去するために3分間等温を保持する。次に、試料を、10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、−40℃で3分間等温を保持する。試料を、次いで、10℃/分の加熱速度で150℃(2回目の加熱スキャン)まで加熱する。冷却及び加熱(2回目のスキャン)曲線を記録する。冷却曲線を、結晶化の開始から−20℃までの基線の終点を設定することによって、分析する。加熱曲線を、−20℃から溶融の終了までの基線の終点を設定することによって、分析する。決定される値は、ピーク溶融温度(Tm)、ピーク結晶化温度(Tc)、溶融熱(Hf)(J/gで)、及び結晶化熱(Hc)(J/gで)である。
ゼロせん断粘度を、直径25mmの平行板を190℃で使用して、AR−G2ストレス・コントロールド・レオメーター(TA Instruments;New Castle,Del)上で行うクリープ試験によって得る。レオメーターオーブンを、ゼロ点に固定する前に、少なくとも30分間試験温度へ設定する。試験温度で、圧縮成形された試料ディスクをその板の間に挿入し、5分間平衡状態となるようにする。次いで、上板を、所望の試験差(1.5mm)を超える50μmまで下げる(loared down)。任意の余分な素材を切り落とし、上板を所望の差まで下げる(loared down)。測定は、5L/分の流速の窒素パージにおいて完了する。デフォルトのクリープ時間を、2時間に設定する。
3.26gの原液を、10mmのNMR管中の0.133gのポリオレフィン試料へ添加する。原液は、テトラクロロエタン−d2(TCE)及び、0.001MのCr3+を持つテトラクロロエチレン(50:50、w:w)の混合物である。管中の溶液を、N2で5分間パージして、酸素量を低減させる。密封された試料の管を、室温で一晩放置して、ポリマー試料を膨潤させる。試料を、震盪しながら110℃で融解する。試料は、例えば、エルカミドなどのスリップ剤といった、不飽和の一助となり得る添加剤を含まない。
NCH2=I合計/2
Nビニレン=Iビニレン/2
N三置換=I三置換
Nビニル=Iビニル/2
Nビニリデン=Iビニリデン/2
不飽和単位/1,000,000炭素を、以下のように計算する。
Nビニレン/1,000,000C=(Nビニレン/NCH2)*1,000,000
N三置換/1,000,000C=(N三置換/NCH2)*1,000,000
Nビニル/1,000,000C=(Nビニル/NCH2)*1,000,000
Nビニリデン/1,000,000C=(Nビニリデン/NCH2)*1,000,000
ブレンドを、30mmの共回転噛合Coperion Werner−Pfleiderer ZSK−30(ZSK−30)二軸スクリュー押出機で調製する。ZSK−30は、全長960mm及び32の長さ対直径比(L/D)を持つ10個の胴部を有する。供給区域の温度は、80℃である。区域1〜4をそれぞれ、160、180、185、及び190℃に設定する。ダイ温度は、230℃である。スクリュー速度を、およそ18.14kg/時(40lb/時)の出力速度をもたらす325rpmで設定する。
繊維を、ヒルズ社の複合連続フィラメント繊維紡糸ライン上で、毎分一穴当たり0.50グラムの押出量で紡糸する。50/50の鞘/芯比で動作するヒルズ社の複合ダイを使用して、同じ素材を各押出機へ供給し、それにより単成分繊維を形成する。ダイ構成は、0.6mmの穴直径及び4/1のL/D比を持つ144個の穴からなる。急冷空気温度及び流速をそれぞれ、15℃、及び最大の30%に設定する。押出機プロファイルを、220〜224℃の溶融温度を達成するように調節する。繊維束を、2つのゴデットの間での引張なく、ゴデットの周囲で最低4回巻装し、次いで、巻取機によるいかなる変動性も排除するように吸入器へ移動する。
破断勾配は、フィラメント束の巻き取り速度を徐々に増加させることによって達成するように、ヒルズライン上のドローダウン繊維の最大ライン速度を決定するための方法である。これは、勾配方法を用いて、少なくとも1つの繊維破断が発生する点に達する。素材を、単一の繊維破断なく、最低30秒間行う最高速度は、最大ドローダウン速度または破断勾配速度である。勾配手順は、1500mpmの巻取速度で、または必要であればそれより低い速度で、開始する。素材を、このライン速度で30秒間行い、繊維破断が観察されない場合は、次いで、ゴデットロール速度は30秒を超えて250mpm増加する。素材を、破断を確認する間に、各中間点で30秒間行う。これは、破断を達成するまでに完了する。破断が発生する速度を、記録する。本プロセスを、最低3回繰り返し、破断勾配技法によって、最大ドローダウン速度として平均を記録する。同じポリマーにおけるリピート測定の標準偏差は、約100mpmである。
繊維の引張応力歪曲線を、ASTM Standard D 2256に従って試験する。144個の繊維のストランドを、MTS Sintech 5/G試験機を使用して、単一の束として試験する。従来の繊維ホーングリップを使用する。ジョーを、8インチの初期分離で設定する(すなわち、8インチの初期ゲージ長さ)。クロスヘッド速度を、16インチ/分へ設定する。5つの複製物を、各試料のために行う。3%張力での割線弾性率の平均及び標準偏差、ピーク引張強度、及びピーク引張強度での伸度を、表形式で報告する。
繊維中の複屈折を、光学顕微鏡を使用して、4つの個々のフィラメントについて測定する。約1cmの長さのフィラメントを、清潔なスライドガラスに載上し、いかなる伸張も適用しないように配慮する。ノーランド光学接着剤の小滴を、繊維上に配置し、清潔なカバーガラスをそれらの上に位置づける。接着剤を、紫外線ランプの下で、5分間硬化する。
フィールドレンズではないモードで、1kVの加速電圧、4mmの作動距離で動作する、Hitachi SU−70走査電子顕微鏡を使用して、不織布中の繊維の画像を捉える。不織布の小片を切断し、カーボンテープ及びカーボン塗料を使用して、アルミニウムSEMスタブに載上する。試料を、画像処理する前に、Irを使用してスパッタコーティングする。
Nikon DCM−1000デジタルカメラ及びACT−1画像取得ソフトウェアを装備した、Olympus Vanox−S複合型光学顕微鏡を使用して、繊維断面図の送信された交差偏光の光学顕微鏡写真を収集する。不織布を薄いストリップに切断し、EpoFix(商標)に包埋し、18時間に設定させる。約2.5um厚さの包埋した繊維の断片を、Leica UCT6ミクロトーム及びダイヤモンドナイフを使用して、−80℃で取る。断片を、浸漬油を持ち、かつカバーガラスが適用されたスライドガラスの上に配置する。
実施例の素材及び比較試料を、下の表1に列挙する。
少量のLDPEを持つHDPE樹脂の溶融ブレンドを、上述のように、ZSK 30共回転噛合二軸押出機で調製する。表5、及び図2で見られるHDPE1及びHDPE2の正味の樹脂対照はまた、ブレンドに関して、ZSK30内での同じプロセス履歴を目的とする。実施例において使用される特定のLDPE及びブレンド比が、表5で見られる。
様々な組成物を、張力特性の測定のために、フィラメント当たり2デニールの繊維へ加工し、さらに破断勾配プロトコルで評価する。
HDPE1、HDPE2、及び対照の荷重伸度曲線、ならびにPP5D49繊維を、図2に示す。
例えば、2a〜2dならびに1a及び1cといった、対応する応力−ひずみ曲線が、図3で見られる。
繊維特性についてのLDPE荷重の効果を、上の表5の2重量%〜5重量%のLDPE荷重の範囲内での、LDPE2及びLDPE3とのHDPE1のブレンドについてのデータで例示する。
溶融及び結晶化挙動へのLDPE添加の影響を、上述のように、示差走査熱量測定を使用して、少数のブレンドで調査し、表6で要約する。結晶化ピーク温度についての結果は、純LDPEの結晶化温度がHDPE1及びHDPE2のそれよりも低いという事実にかかわらず、核剤で観察されるように、LDPE添加がHDPEの結晶化温度を増加させることを提示する。
複屈折の測定を、LDPE型及び荷重の影響を比較及び対照するのに選択した一組の試料のために、繊維の全配向において実施する。測定プロトコルを、上述の項で説明する。2デニール繊維についての結果は、表7で見られる。
走査電子顕微鏡(SEM)及び光学顕微鏡を用いた繊維の調査はさらに、HDPE1へ混合したLDPEの予期しない影響を明らかにし、それは、弾性率及び複屈折についての観察と定性的に一致する。図5は、HDPE1で作製されたスパンボンド不織布のSEM顕微鏡写真である。図5において、表面粗さは、2デニールの繊維で明らかである。比較において、同一のプロセス条件で作製されるHDPE2スパンボンド不織布のSEM顕微鏡写真は、図6の平滑な繊維(所与の拡大レベルで)を特色とする。光学顕微鏡検査による不織布の断面について実施する分析は、繊維の表面粗さが、図5の挿入画像に示されるように、HDPE1繊維内に存在する大きな球晶に関連することを明らかにする。対照的に、そのような織地は、HDPE2繊維内に存在しない(図6の挿入画像)。
我々は、予期せずに、少量のLDPEを大量のHDPE1で添加することで、繊維の弾性率及び引張強度が改善することを発見した。弾性率における2倍〜3倍の向上は、3%割線弾性率による測定のように、1重量%〜5重量%のLDPEをHDPE1へ添加することによって達成可能である。不特定の理論によって結び付けられ、引張強度の改善は、複屈折測定によって確認されるように、LDPE添加によって獲得した増加した全配向の結果であると考えられる。LDPEのHDPE1への添加はまた、DSCデータ内で明らかなように、静止状態で結晶化の発現を増加する。
請求の範囲内であるように、実施形態の一部、及び異なる実施形態の構成要素の組み合わ
せを含む、それらの実施形態の修正形態を含むことを意図する。
なお、本発明には、以下の実施形態が包含される。
[1]ポリマーブレンドを含む繊維であって、前記ポリマーブレンドが、
2.0〜3.0のM w /M n を有する95重量%〜99重量%の高密度エチレン系ポリマーと、5g/10分〜15g/10分のメルトインデックスを有する5重量%〜1重量%の低密度エチレン系ポリマーと、を含み、
前記繊維が、1デニール〜2デニールの密度及び8.5g/デニール〜20g/デニールの3%割線弾性率を有する、前記繊維。
[2]10g/デニール〜20g/デニールの3%割線弾性率を有する、[1]に記載の前記繊維。
[3]2600mpm〜3200mpmの破断勾配(ramp−to−break)を有する[1]または[2]のいずれかに記載の前記繊維。
[4]前記高密度エチレン系ポリマーが、0.930g/cc超〜0.96g/ccの密度、及び15g/10分〜20g/10分のメルトインデックスを有する、[1]〜[3]のいずれかに記載の前記繊維。
[5]前記高密度エチレン系ポリマーが、2.0未満のMz/Mwを有する、[1]〜[4]のいずれかに記載の前記繊維。
[6]前記高密度エチレン系ポリマーが、1.1を超えるゼロせん断粘度比を有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の前記繊維。
[7]前記高密度エチレン系ポリマーが、100未満のビニル/10 6 炭素を有する、[1]〜[6]のいずれかに記載の前記繊維。
[8]前記低密度エチレン系ポリマーが、0.915g/cc〜0.925g/ccの密度、及び5g/10分〜15g/10分のメルトインデックスを有する、[1]〜[7]のいずれかに記載の前記繊維。
[9]前記繊維が、溶融紡糸繊維である、[1]〜[8]のいずれかに記載の前記繊維。
[10]前記繊維が、2デニールの密度、10g/デニール〜20g/デニールの3%割線弾性率、1.0g/デニール超〜1.3g/デニールの引張強度、及び2600mpm〜3200mpmの破断勾配を有する、[1]〜[9]のいずれかに記載の前記繊維。
[11]前記繊維が、205J/gを超える結晶化熱を有する、[1]〜[10]のいずれかに記載の前記繊維。
[12][1]〜[11]のいずれかに記載の前記繊維を含む織物。
Claims (12)
- ポリマーブレンドを含む繊維であって、前記ポリマーブレンドが、
2.0〜3.0のMw/Mnを有する95重量%〜99重量%の高密度エチレン系ポリマーと、
5g/10分〜15g/10分のメルトインデックスを有する5重量%〜1重量%の低密度エチレン系ポリマーと、を含み、
前記繊維が、1デニール〜2デニールの線形質量密度及び8.5g/デニール〜20g/デニールの3%割線弾性率を有する、前記繊維。 - 10g/デニール〜20g/デニールの3%割線弾性率を有する、請求項1に記載の前記繊維。
- 2600mpm〜3200mpmの破断勾配(ramp−to−break)を有する請求項1または2のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記高密度エチレン系ポリマーが、0.930g/cc超〜0.96g/ccの密度、及び15g/10分〜20g/10分のメルトインデックスを有する、請求項1〜3のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記高密度エチレン系ポリマーが、2.0未満のMz/Mwを有する、請求項1〜4のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記高密度エチレン系ポリマーが、1.1を超えるゼロせん断粘度比を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記高密度エチレン系ポリマーが、100未満のビニル/106炭素を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記低密度エチレン系ポリマーが、0.915g/cc〜0.925g/ccの密度、及び5g/10分〜15g/10分のメルトインデックスを有する、請求項1〜7のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記繊維が、溶融紡糸繊維である、請求項1〜8のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記繊維が、2デニールの線形質量密度、10g/デニール〜20g/デニールの3%割線弾性率、1.0g/デニール超〜1.3g/デニールの引張強度、及び2600mpm〜3200mpmの破断勾配を有する、請求項1〜9のいずれかに記載の前記繊維。
- 前記繊維が、205J/gを超える結晶化熱を有する、請求項1〜10のいずれかに記載の前記繊維。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の前記繊維を含む不織布。
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