JP7219245B2 - 不織ウェブ - Google Patents
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Description
不織布は、糸の状態に変換されず、機械的、流体力学的、熱的又は化学的手段によって互いに結合された天然及び/又は人造繊維又はフィラメント(紙を除く)のシート、ウェブ又はバットとして定義される。
図1を参照すると、不織ウェブ12を製造する装置10が示されている。不織ウェブ12は、高い嵩高性を有するのが良い。小さな固体ペレットの形態をしたポリマー樹脂14をホッパー16に入れ、次に導管18に通して押出機20まで送る。押出機20内では、ポリマー樹脂14を高い温度まで加熱する。温度は、ポリマーの特定の組成及び溶融温度に応じて様々であろう。通常、ポリマー樹脂14をその溶融温度又はこれよりも高い温度まで加熱する。加熱したポリマー樹脂14を溶融材料(ポリマー)22に変換し(図2参照)、次にこれを導管24に通してスピナレット本体52が固定されているダイブロック26まで送る。
チレン‐ブタジエン、スチレン‐無水マレイン酸、エチレンビニルアセテート、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、可塑化セルロース、セルロースプロピオネート、エチルセルロース、天然繊維、これらの任意の誘導体、これらの任意のポリマーブレンド、これらの任意のコポリマー又はこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されるのが良い。加うるに、ポリマー樹脂14は、天然資源に由来する生分解性熱可塑性樹脂、例えばポリ乳酸、ポリ‐3‐ヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシアルカノエート、又は任意のブレンド、コポリマー、ポリマー溶液若しくは組み合わせから選択されるのが良い。化学技術分野における当業者であれば、不織ウェブ12を形成するために使用することもできる他のポリマーを知っている場合がある。理解されるべきこととして、本発明の不織ウェブ12は、上述した諸ポリマーそのものに限定されることはない。
図1、図2及び図11を参照して不織ウェブ12の形成方法又はプロセスについて説明する。この方法は、溶融材料22(ポリマー)を形成するステップとダイブロック26に通して溶融材料(ポリマー)を差し向けるステップとを含む。溶融材料22(ポリマー)は、ホモポリマーであっても良く又は2種類の互いに異なるポリマーであっても良く、各ポリマーは、ノズル58の或る特定の群に差し向けられる。望ましくは、溶融材料22(ポリマー)は、ポリプロピレンである。溶融材料22(ポリマー)をダイブロック26の上流側で、通常は押出機20内で少なくとも約170℃の温度まで加熱する。ダイブロック26は、キャビティ30及びキャビティ30に連結された入口28を有する。入口28は、溶融材料22をダイブロック26中に運び込む。また、加圧ガス(空気)をスピナレット本体52まで運ぶ1つ又は2つ以上のガス通路32,32がダイブロック26を貫通して形成されている。ガス通路32,32(2つが図示されている)の各々は、内径dを有する。インサート34は、ガス通路32,32の各々の中に位置決めされている。各インサート34,34は、内周部又は内径d1及び外周部又は外径d2を有する。各インサート34,34の外径d2の大部分は、ガス通路32,32の各々の内径dよりも小さく、それによりこれらの間にはチャンバ48が形成されている。スピナレット本体52がダイブロック26に固定されている。スピナレット本体52は、ガスチャンバ54及び1つ又は2つ以上のガス路56,56(2つが示されている)を有し、これらガス路56,56は、ガスチャンバ54をガス通路32,32に連結している。スピナレット本体52は、複数のノズル58及びこれらノズルに固定された複数本の静止ピン62を有し、複数のノズル58及び複数本の静止ピン62は、複数個のロウ64及び複数個のコラム66から成るアレイの状態にグループ化され、アレイは、周囲68を有する。
上述した装置10で製造された不織ウェブ12は、溶融材料22(ポリマー)で作られた複数本の繊維98を含む。望ましくは、溶融材料22(ポリマー)はホモポリマーである。より望ましくは、溶融材料22(ポリマー)はポリプロピレンである。オプションとして、不織ウェブ12は、2種類又は3種類以上の互いに異なるポリマー樹脂で形成できる。さらに、不織ウェブ12は、2成分繊維を含むことができる。
1.本発明の不織ウェブ
ウィスコンシン州54942‐8635グリーンビル、スート・B、N992クオリティ・ドライブに営業所を持つバイアックス‐ファイバーフィルム・コーポレーション(Biax-FiberFilm Corporation)により製造された多列スピナレット52,52が固定されている2つの25°ダイを有するパイロットラインを用いて以下の不織サンプルを製造した。各スピナレット52,52は、全部で4,150個のノズルを有し、各ノズルは、0.305mmの内径d3を有していた。各ノズル58は、加圧ガス(空気)が流出することができる外側部材78の第1の拡大開口部80によって包囲されていた。第1の拡大開口部80の各々の内径d6は、1.4mmであった。比較として、バイアックス‐ファイバーフィルム・コーポレーションによって製造された典型的な市販のスピナレットは、1メートル当たり約6,000個~約11,000個のノズルを有することができる。従来のメルトブローン材料22(ポリマー)を互いに異なる供給業者から得たが、処理条件及びシステムパラメータは、表1に開示されている。
上述のパイロットラインを用いて数種類の不織ウェブを作った。
3種類の互いに異なるポリマー樹脂を用いた。第1のポリマー樹脂は、商標名Achieve 6936G1で市販されているエクソンモービル(ExxonMobil)社製のポリプロピレン(PP)樹脂であった。エクソンモービル・ケミカル(ExxonMobil Chemical )社は、テキサス州77079‐1398、ヒューストン、ケーティ・フリーウェイ13501に営業所を有する。Achieve 6936G1は、210℃及び2.16kgで米国標準試験方法(ASTM)D1238に準拠して1,550グラム/10分(g/10分)のメルト流量を有する。第2のポリマー樹脂は、エクソンモービル(ExxonMobil)ポリプロピレン‐PP3155であった。PP3155は、210℃及び2.16kgで米国標準試験方法(ASTM)D1238に準拠して35g/10分のメルト流量を有する。第3のポリマー樹脂は、リヨンデルバセル(LyondellBasell)によって市販されているMetocene MF650W であった。リヨンデルバセルは、テキサス州77010、ヒューストン、マッキニー・ストリート1221、スート700、リヨンデルバセル・タワーに営業所を有する。Metocene MF650W は、210℃及び2.16kgで米国標準試験方法(ASTM)D1238に準拠して500g/10分のメルト流量を有する。互いに異なるサンプルのプロセス条件は、表1に開示されている。
3.1坪量
坪量は、単位面積当たりの質量として定義されており、坪量は、1平方メートル当たりのグラム(g/m2)又は1平方ヤード当たりのオンス(osy)という単位で測定可能である。坪量試験をASTM規格ASTM D3776と同等のINDA規格IST130.1に従って実施した。INDAは、“Association of the Non-Woven Fabrics Industry ”(不織布業協会)の略語である。10個の互いに異なるサンプルを不織布中の互いに異なる場所からダイカットしたが、各サンプルは、100平方センチメートル(cm2)に等しい個々の面積を有していた。高感度天秤を用いてこの天秤上で重さの±0.1%以内で各サンプルの重量を測定した。平均重量に100を乗算することにより坪量をグラム/平方メートル(g/m2)の単位で測定した。
繊維の形態学的特徴及び製造された不織ウェブの繊維直径分布を検査するため、サンプルを金の10ナノメートル(nm)の薄い層でスパッタコーティングし、そしてオランダ国9652AMアイントホーフェン、ディレンバーグストラート9Eに営業所を持つフェノム・ワールド・BV(Phenom World BV )によって製造された走査型電子顕微鏡モデルSEM、Phenom G2 で分析した。電子ビームについて5キロボルト(kV)の加速電圧下でイメージを500×倍率及び1500×倍率で撮影した。Image J ソフトウェアを用いて繊維直径を測定した。“Image J ”は、アメリカ国立衛生研究所で開発した公有財産であるJava(登録商標)準拠イメージ処理プログラムであり、これをhttp://imagej.nih.gov/ij/ からダウンロードすることができる。各サンプルについて少なくとも100の個々の繊維直径を測定した。
破断力は、破損又は破断させるために支持された不織ウェブに加えられる最大力として定義される。不織ウェブのような延性材料に関し、不織ウェブは、破断前に最大の力を受ける。引張り強さをINDA規格IST 110.4(95)と同一であるASTM規格D5035‐90に従って測定した。不織ウェブの引張り強さを測定するために、各不織ウェブからの6個の試料ストリップを不織ウェブの幅方向に互いに異なる場所で切欠いたが、各ストリップは、25.4ミリメートル(mm)×152.4mm(1インチ×6インチ)の寸法を有していた。各ストリップを引張り試験機のジョー相互間にクランプし、この引張り試験機は、スウィング・アルバート・テンシル・テスタ(Thwing Albert Tensile Tester)であった。クランプは、10インチ(25.4cm)/分の一定伸張速度でストリップを引っ張った。平均破断力及び破断力での平均伸び百分率を不織ウェブの幅当たり坪量当たりのグラム力(gf/gsm/cm)の単位で各不織布について記録した。
不織布の通気度は、特定の圧力降下での布の面積を通る測定空気流量である。アクストロン・エア・パーミアビリティ・テスタ(Akustron Air Permeability Tester)を用いて125Paに等しい圧力降下で繊維マットについて通気度を測定した。各マットについて10個の測定値を記録し、平均値は、本明細書に記録されている。通気度を測定するこの方法は、フレージャー(Frazier )型通気度試験方法又はASTM D737試験方法と均等である。
この実施例では、本発明者は、ウェブ特性に対するスピニング技術の作用効果を見ていた。同一のポリマー樹脂を用いて3つの互いに異なる不織ウェブを製造した。3つ全ては、同一の坪量を有していたが、異なるスピナレット設計及び異なる処理条件を用いて各不織ウェブを紡糸した。表2に示されているように、バイアックス(Biax)多列スピナレット設計を用いてサンプルS‐1を製造したが、このバイアックス多列スピナレット設計は、空気断熱インサート34又は第1の拡大開口部80の周囲84を包囲する空気囲いカーテン(第2の拡大開口部82)を備えていなかった。従来型メルトブローン法を用いてサンプルS‐2を製造したが、この従来型メルトブローン法は、傾斜した空気ジェットと共に一線をなすだけのノズルを有していた。本発明の方法を用いてサンプルS‐3を製造した。
この第2の実施例では、本発明の方法によって製造されたサンプルS‐5と従来型メルトブローン法によって製造されたサンプルS‐4及び従来型スパンボンド法により製造されたサンプルS‐6と比較した。3つのサンプルを作ったが、各サンプルは、同一の坪量を有していた。表3に示されているように、サンプルS‐5の特性は、メルトブローンウェブS‐4の特性とスパムボンドS‐6の特性のほぼ真ん中であった。表3は又、サンプルS‐5(本発明の方法を用いて製造された)の通気度は、従来型メルトブローンサンプルS‐4と従来型スパンボンドサンプルS‐6とのほぼ真ん中にあることを示している。これにより、本発明者の新規な技術がメルトブローン繊維とほぼ同じ細い繊維直径を有するが、スパンボンド繊維と比較して強固である不織ウェブを製造することができるということが分かる。
表3:実施例2のサンプル性能
Claims (19)
- メルト流量が35g/10分~1,550g/10分の溶融ポリマーで作られている複数本のランダムに配置された繊維で構成されている不織ウェブであって、前記繊維は、標準偏差を1.57マイクロメートル以上として平均繊維直径が1.0マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にあり、坪量が少なくとも0.5gsmであり、縦方向に測定された引張り強さが19,855.44ニュートン/[(kg/m2)×m幅]から98,100ニュートン/[(kg/m2)×m幅]までの範囲にある、不織ウェブ。
- 前記不織ウェブは、88.94%の横方向伸び率を有する、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記不織ウェブは、7,396.74ニュートン/[(kg/m2)×m幅]の横方向の引張り強さを有する、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、1マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にあり、前記不織ウェブは、23.84%から41.02%の縦方向伸び率を有する、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記溶融ポリマーは、ホモポリマーであり、前記不織ウェブは、19,855.44ニュートン/[(kg/m2)×m幅]から、20,829ニュートン/[(kg/m2)×m幅]までの範囲にある縦方向の引張り強さを有する、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記不織ウェブは、2つの互いに異なるポリマー樹脂から作られている、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記不織ウェブ中の前記複数本のランダムに配置された繊維は、1.57マイクロメートルから2.98マイクロメートルまでの範囲にある標準偏差を有する、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記ランダムに配置された繊維は、互いに粘着している、請求項1記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、機械的に結合され、流体力学的に結合され、熱的に結合され又は化学的に結合されている、請求項8記載の不織ウェブ。
- メルト流量が35g/10分~1,550g/10分のポリプロピレンの溶融ホモポリマーで作られた複数本のランダムに配置されると共に互いに粘着した繊維で構成されている不織ウェブであって、前記繊維は、平均繊維直径が1.0マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にあり、標準偏差が1.57マイクロメートル以上であり、坪量が少なくとも0.5gsmであり、縦方向に測定された引張り強さが19,855.44ニュートン/[(kg/m2)×m幅]から78,480ニュートン/[(kg/m2)×m幅]までの範囲にあり、前記不織ウェブを形成するには、溶融ポリマーを作り、前記溶融ポリマーを、キャビティ及びキャビティに連結された入口を有するダイブロック中に差し向け、前記入口を通って溶融材料が運ばれ、前記ダイブロックは、これを貫通して形成されていて加圧ガスを運ぶガス通路を更に有し、前記ガス通路は、内径及び外径を有し、それにより前記外径と前記内径との間には空気チャンバが形成され、前記ダイブロックは、ダイブロックに固定されていて、ガスチャンバ及び前記ガスチャンバを前記ガス通路に連結するガス路を有するスピナレット本体と、前記スピナレット本体に固定されたガス分配プレートと、前記ガス分配プレートに固定された外側部材とを更に有し、前記スピナレット本体は、複数個のノズル及び前記ノズルに固定された複数本の静止ピンを有し、前記ノズル及び前記静止ピンは、複数個のロウ及び複数個のコラムから成るアレイの状態にグループ化され、前記アレイは、周囲を有し、前記ガス分配プレートを貫通して複数個の第1、第2、及び第3の開口部が形成され、前記第1の開口部の各々は、前記ノズルの各々をそれぞれ受け入れ、前記第2の開口部の各々は、前記静止ピンの各々をそれぞれ受け入れ、前記第3の開口部の各々は、前記第1及び前記第2の開口部に隣接して配置され、前記外側部材を貫通して複数個の第1及び第2の拡大開口部が形成され、前記第1の拡大開口部の各々は、前記ノズルの各々をそれぞれ包囲し、前記第2の拡大開口部の各々は、前記静止ピンの各々をそれぞれ包囲し、前記アレイは、前記周囲に隣接して配置された前記第2の拡大開口部の少なくとも1つのロウ及び少なくとも1つのコラムを有し、加圧ガスを前記ガス分配プレートに設けられた前記複数個の第3の開口部中に差し向け、前記溶融ポリマーを前記ノズルの各々から押し出してフィラメントを形成し、前記フィラメントを前記第1の拡大開口部から放出された加圧ガスで包んで減衰させ、それにより繊維を形成し、前記第2の拡大開口部から出た加圧ガスを用いて前記繊維の全てを周囲空気から隔離し、前記繊維を移動中の表面上に集めて前記不織ウェブを形成する、不織ウェブ。
- 前記繊維は、流体力学的に結合され、前記不織ウェブは、88.94%の横方向伸び率を有する、請求項10記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、熱的に結合され、前記不織ウェブは、7,396.74ニュートン/[(kg/m2)×m幅]の横方向の引張り強さを有する、請求項10記載の不織ウェブ。
- 前記繊維は、化学的に結合され、前記不織ウェブは、23.84%から41.02%までの縦方向伸び率を有する、請求項10記載の不織ウェブ。
- 前記引張り強さは、19,855.44ニュートン/[(kg/m2)×m幅]から68,670ニュートン/[(kg/m2)×m幅]までの範囲にある、請求項10記載の不織ウェブ。
- メルト流量が35g/10分~1,550g/10分のポリプロピレンの溶融ホモポリマーで作られた複数本のランダムに配置されると共に互いに粘着した繊維で構成されている不織ウェブであって、前記繊維は、平均繊維直径が1.0マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にあり、標準偏差が1.57ミクロン以上であり、坪量が少なくとも1gsmであり、縦方向に測定された引張り強さが19,855.44ニュートン/[(kg/m2)×m幅]から49,050ニュートン/[(kg/m2)×m幅]までの範囲にあり、前記不織ウェブは、キャビティ及び前記キャビティに連結された空気入口を備えるダイブロックを有する装置で製造され、前記入口を通して溶融材料が運ばれ、前記ダイブロックは、該ダイブロックを貫通して形成されていて加圧ガスを運ぶガス通路を更に有し、前記ガス通路は、内周部を有し、前記装置は、前記ガス通路内に位置決めされていて内周部及び外周部を備えたインサートを更に有し、それにより前記インサート外周部と前記ガス通路内周部との間にはガスチャンバが形成され、前記装置は、ダイブロックに固定されたスピナレット本体を更に有し、前記スピナレット本体は、ガスチャンバ及び前記ガスチャンバを前記ガス通路に連結するガス路を有し、前記装置は、前記スピナレット本体に固定された複数個のノズル及び複数本の静止ピンを更に有し、前記複数個のノズル及び前記複数本の静止ピンは、複数個のロウ及び複数個のコラムを形成するアレイの状態にグループ化され、前記アレイは、周囲を有し、前記複数個のノズルの各々は、前記キャビティに連結され、前記装置は、前記スピナレット本体に固定されたガス分配プレートを更に有し、前記ガス分配プレートを貫通して複数個の第1、第2及び第3の開口部が形成され、前記第1の開口部の各々は、ノズルの各々をそれぞれ受け入れ、前記第2の開口部の各々は、静止ピンの各々をそれぞれ受け入れ、前記第3の開口部の各々は、前記第1及び前記第2の開口部に隣接して配置され、前記装置は、ガス分配プレートに固定された外側部材を更に有し、前記外側部材を貫通して複数個の第1及び第2の拡大開口部が形成され、前記第1の拡大開口部の各々は、前記ノズルの各々をそれぞれ包囲し、前記第2の拡大開口部の各々は、前記静止ピンの各々を包囲し、前記アレイは、前記周囲に隣接して配置された前記第2の拡大開口部の少なくとも1つのロウ及び少なくとも1つのコラムを有し、前記ノズルの各々を出た押し出し状態のフィラメントは、前記第1の拡大開口部の各々を出た加圧ガスによって包まれ、前記押し出されたフィラメントの全ては、周りの周囲空気から隔離されるよう前記第2の拡大開口部を出た加圧ガスによって包まれ、前記外側部材は、下面を有し、前記下面には1対のカバーストリップが固定され、前記1対のカバーストリップは、前記第2の拡大開口部のうちの少なくとも幾つかを通って出ている前記加圧ガスの周りでの周囲空気の流れを容易にし、前記装置は、前記外側部材の下流側に配置された動いている表面を更に有し、前記繊維は、前記動いている表面上に集められて前記不織ウェブの状態になる、不織ウェブ。
- 前記不織ウェブは、88.94%の横方向伸び率を有する、請求項15記載の不織ウェブ。
- 前記不織ウェブは、7,396.74ニュートン/[(kg/m2)×m幅]の横方向の引張り強さを有する、請求項15記載の不織ウェブ。
- 前記平均繊維直径は、1マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にあり、前記不織ウェブは、23.84%から41.02%までの縦方向伸び率を有する、請求項15記載の不織ウェブ。
- 前記不織ウェブは、19,855.44ニュートン/[(kg/m2)×m幅]の縦方向の引張り強さを有する、請求項15記載の不織ウェブ。
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