JPH09511190A - 多孔性フィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フィルム形成性材料の繊維を含む繊維状材料を、該繊維状材料を多孔性フィルムに変換するための熱及び圧力の条件にさらすことを含むことを特徴とする多孔性フィルムを製造する方法。この方法は、実質的に均一な孔サイズを有するフィルム材料の製造を許容する。例えば、このフィルムの孔サイズ分布は、1.2未満、例えば1.1未満の最大孔サイズ：平均流量孔の比を有するようになり得る。

Description

【発明の詳細な説明】 多孔性フィルム 技術分野 本発明は、多孔性フィルム、このフィルムを製造する方法、及びこのフィルム の使用に関する。（注意：‘多孔性’という言葉は、文脈が他を要求しなければ 、‘貫通孔を有すること’を意味するように本明細書内で用いられる。） 技術的背景 プラスチック材料の貫用のフィルムは、一般的に本質的に非多孔性である。こ のように、これらは不透過性バリアーを提供するのに一般に用いられる。薄いフ ィルムは良好な機械強度のものであり得る。 繊維材料の多孔性ウェブ、例えば紙並びに織物状ウェブ及び不織物状ウェブは 公知である。このような材料は広いサイズの範囲で孔を有する。いくつかの孔は 極めて大きいであろうので、材料が厚く、その孔が長く巻き込んでいるような場 合にのみバリアー特性が重要となるであろう。薄いウェブは不十分なバリアー特 性しか有さないであろうし、（特に不織物状ウェブにおいて）不十分な機械強度 しか有さないようでもある。 不織物状ウェブの製造において、最初に製造された粗いウェブは、カレンダー にかけることにより一般に緻密にされる。これは、例えばEP−Ａ−0116845に開 示されるように、繊維のいくつかの結合により安定した繊維状ウェブを製造する ような温度及び圧力の条件下で行われ得る。この書類は、ポリエチレン繊維状ウ ェブを不透性 フィルムに変換するためのより厳密な条件下でのそれの処理も開示する。これは 一般的に有用な技術ではない。プラスチック材料のフィルムが要求されるならば 、（押出し及び必要であれば延伸により）溶融物から直接それを製造することは 安価で容易である。繊維を押し出してこれらを不織物状ウェブに変換することは より高価であり、更なる変換ステップがその費用に追加されるであろう。 繊維状ウェブに結合したフィルムを有する複合ウェブも周知である。それらは 、フィルムが孔をあけられ、その複合物にいくつかの制限された透過性を与える ように処理され得る（例えば、US−Ａ−4,684,568 ：カレンダーにかけることに よる処理；US−Ａ−4,898,761：フィルムのニードリング）。このような材料は 低透過性であり、製造するのが極めて高価であり、限られた適用可能性のもので ある。 調節された孔サイズを有する多孔性フィルム、特に‘吸収可能な’、即ち実質 的に透過性を有するものについて、多くの可能な使用があるであろうことを我々 は認めている。例えば、医学的及び外科的部材は、多孔性材料から部分的に製造 される個々の包装内に包まれた滅菌状態において、一般的に供給される。このよ うな多孔性材料は、水蒸気又はエチレンオキシドのようなガスの手段により（包 装した後に）部材の滅菌を許容するようにガス及び水蒸気に対して必要な透過性 を有するものである。更に、滅菌の間の減圧の適用を許容すること、包装工程を 容易にすること、及び包装された部材の周囲の空気容量を限定することのために 空気に対する透過性が重要である。しかしながら、この空気透過性にかかわらず 、包装された部材が滅菌状態を維持するように微生物の通過に対して効果的なバ リアーとして材料は作用しなければならない。慣用のポリマーフィルムは、ガス 透過度がほとんどないか又は全くないので、結果とし てそれらの使用は医療的包装の非多孔性部分を形成することに制限される。 調節された孔サイズを有する多孔性フィルムについての可能な使用の他の例は 、（例えば液体から粒子の）ろ過及び水蒸気の調節された放出を含む。 当然の仮定は、特定の範囲のサイズの孔を有するウェブを十分な熱及び圧力に さらすと、その結果物は、最も小さなものからはじまる進行的な孔の閉鎖を導く 孔のサイズの全般的な削減であろう。（全ての孔の閉鎖が完了する前に）部分的 に処理された材料を単離することが可能であるか否かを予想することはできない であろう。材料が関心のものとなることが予想されないであろうから、これを試 みることは刺激的でない。それらは、孔サイズの全般的な削減のため、それらの 透過性のほとんどを失うことが予想されるであろう：避けられない厚みの削減は 、深層フィルター (depth filters)として作用する能力の大部分を削除し、一方 孔サイズの分布は、それらが比較的大きな孔の割合をなお有することを意味する であろうから、それらはそれらのバリアー特性の大部分を喪失することも予想さ れるであろう。 発明の開示 驚くことに、孔サイズの分布が調節されており、もとのウェブのものとの類似 点をほとんど持たないことができる多孔性フィルムへ繊維状ウェブを変換するこ とが可能であることを我々は見い出した。特に好ましい型の実施形態において、 広範囲の孔サイズを有する（即ち対数正規分布である非織物状ウェブである）繊 維状ウェブは、実質的に均一な孔を有するフィルムに変換される。それは全てで はなく最も大きい孔がふさがれる：それらの数は、材料が実質的に 非多孔性となるであろうには極めて少い。我々がまだ十分に理解していないいく つかのメカニズムにより、当初は多くのサイズであった大量の孔が、本質的に単 一のサイズである孔に変換される。この結果物は本当のメンブランフィルター： シービング (sieving)メカニズムによりフィルターとして作用する能力を有する 薄いフィルムとなり有る。周知のいわゆるメンブランフィルターは、実際は、こ の理念から大きく離れている。 本発明の第１の態様によれば、多孔性フィルムを製造する方法であって、フィ ルム形成性材料の繊維を含む繊維状材料を、前記繊維状材料を多孔性フィルムに 変換するための熱及び圧力の条件にさらすことを含むことを特徴とする方法を提 供する。 前記条件は、前記材料のサンプルを特定の範囲の温度及び／又は圧力における 処理にさらし、その空気透過度又は前記処理されたサンプルの関連するパラメー タを監視することにより多孔性フィルムを形成するための条件を決定することに より選択され得；その後このような条件下で多孔性フィルムの製造を行う。 本発明の方法は、多孔性の、好ましくは呼吸可能なフィルムを結果として生ず る。前記フィルム中の孔は、好ましくは均一の孔サイズのものである。これらの 性質は、温度、圧力及び時間のような処理の条件による。それは、繊維状材料の ウェブの特性、例えば繊維の直径及び“物質”（即ち単位領域当りの質量に影響 を与えるウェブの開口度及び／又は厚さ）のような化学的性質及び物理的特性に もよる。 本発明は、排他的でなく、メルト・ブロウンウェブ(melt-blownwebs) 及びス パン・ボンドウェブを含む不織物状ウェブの変換に主に関する。 ‘孔サイズ’という言葉は、その慣用的な意味、即ち、与えられ た孔について、該孔の全長を通じて最小の横断サイズを意味する。与えられた材 料のサンプルにおいて、孔サイズ分布は、示差流量(differential flow) 分布（ 示差流動対孔サイズ百分率）により表される。これにおいて、最大孔サイズは最 も大きい最小横断領域の孔の直径であり、最小孔サイズは最も小さい横断領域の 孔の直径であり、平均流量孔は、累積的なガス流量の50％がサンプルを横切って 通過する孔の直径である。平均流量孔に対する最大孔サイズの比は、材料内の効 果的な孔サイズの範囲の尺度である。孔サイズ分布は、慣用の流体置換（fluid displacement）技術により測定され得る。 繊維状材料への熱及び圧力の適用が、該繊維状材料が通過するニップ(nip)に おいて行われることが好ましい。このように、本発明を行う好ましい方法は、材 料をカレンダーにかけることである。 一般的に、カレンダーの両方のロールは加熱される。ウェブの両面が熱的及び 機械的に処理されることが要求される。このように、前記方法は、一般的に、単 層ウェブに適用され、積層物には適用されない。 本発明の方法において用いられる温度及び圧力の条件は、繊維状材料を多孔性 フィルムに変換するのに十分である：この変換は、本明細書に‘フィルムを形成 性’としても言及される。本発明の方法が多孔性フィルムを製造するのに実施さ れる上での温度及び圧力の重要な組合せがあることを我々は見い出した。‘フィ ルム形成性’多孔性ウェブに必要とされる条件は、ウェブの型ごとに種々であろ うが、当業者により容易に確かめられるであろう。例えば、50℃超の温度（例え ば70〜100℃）において線インチ(linear inch)当り250ポンド(pli)(45kg／cm)超 の圧力でカレンダーにかけることがいくつかのポリマーに適していることを我々 は見い出した。最終的 なフィルムは繊維状ウェブと、後者は全体的に不透明であるのに対して前者はあ る程度透明である点で全体的に異なるであろう。 繊維を含む広範囲の多孔性ウェブを本発明において用いることができる。前記 繊維は好ましくはポリマー材料のものである。例えば、多孔性ウェブは、１以上 の以下のポリマー繊維を含み得る：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタ ン、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、コポリマー、EVA，EMA（エチルメタク リレート）及びEVOH（エチレンビニルアルコール）。（特別に要求されることは 繊維が‘フィルム形成’することができることである。）加えて、ポリマー繊維 は、蛍光化学物質、染料剤、及び抗菌剤のような化学的付加物を含み得る。異な る繊維型はフィルム／形成を引きおこすために異なる温度／圧力条件を要求する であろう。使用は、複数成分の繊維、即ち、異なる構成物間の規定可能な相の境 界を有する繊維から作られ得る。二成分の繊維のクラスの例は、シース・コア(s heath-core)、サイド・バイ・サイド(Side-by-side)、及びマトリックスフィブ リル繊維を含む。例えば、１以上の構成物が、少くとも１つの他の構成物の繊維 が例えば補強として存在しているフィルムを形成するような条件下でシース・コ ア又は他の複数成分繊維は、処理され得る。使用はマルチ・デニール溶融結合ウ ェブから作られる。 ウェブは不織物状材料又は織物状材料であり得る。理想的には、材料は15ｇｍ^-2 超の重量を有する。これは、極めて緻密な(sub−μｍ)繊維のためである。よ り粗い繊維はより高い最小値を有する。同等である他の物、即ちより重いウェブ （より厚い及び／又はより高い繊維の密度）はフィルムにより小さい孔を与える 。 本発明の方法は、サイズにおいて実質的に均一である孔を含む孔構造を有する 多孔性フィルムの製造を許容する。このように、例え ば、本発明の方法は、最大孔サイズ：平均流量孔の比が1.2未満、更に好ましく は、1.1未満である多孔性フィルムの製造を許容する。我々の予備的な仕事は、1 ,005程度の低さの比を有する材料の調製を含んでおり、これを改良することが可 能であろうことは明らかである。しかし実際には、大部分の目的において、1.05 （又はそれ未満）の比は孔サイズの本質的な均一性を表す。このような多孔性フ ィルムは、新しいと確信され、それゆえ本発明の第２の態様によれば、孔サイズ 分布が1.2未満の最大孔サイズ：平均流量孔の比を有することを特徴とする多孔 性フィルム材料を提供する。 本発明の特定の適用は、サイズにおいて実質的に均一である孔を含む孔構造を 有するフィルムを製造することである。これらの均一な孔構造は、‘フィルム形 成性’ウェブを特徴とし、調節されたバリアー機能を有する多孔性フィルムを作 り出す。 図面の簡単な説明 図１，２及び３は、処理前、20°での処理後、及び90°での処理後の実施例１ に用いられたウェブ‘Ａ’のサンプルによる示差流量分布を示すグラフである： 図４及び５は実施例１における処理温度が空気圧及び最大孔サイズ：平均流量 孔の比にどのような影響を与えるかを示すグラフである；並びに 図６及び７は、各々90°及び110°での処理の後の、実施例２に用いられたウ ェブ‘Ｂ’のサンプルによる示差流量分布を示すグラフである。 発明の実施の形態 以下の実施例は、本発明を実例で説明するために提供される。我 々は、１つのローラーのみが加熱される実験室用カレンダーを用いた。それゆえ 、材料を２回、それら各々の間で逆にして通した。条件は以下の通りである： ニップ圧力 700pli(130kg／cm) ニップの数 １ 多孔性ウェブ幅 30cm 速度 10ｍ／min テストサンプルのサイズ 17.3cm² 実施例１ ポリエチレン繊維から作製された50ｇｍ^-2メルト・ブロウン（melt-blown）ポ リマーウェブ（ウェブＡと示す）を上述の条件を用いてカレンダーにかけた。異 なるカレンダー条件を提供するように（20〜90℃の範囲で）ローラー温度を変化 させてこの方法を行った。カレンダーにかける前に、ウェブＡは約30,000Bendts enの空気透過度であり、孔サイズ分布は図１の通りであった。分布は対数標準で 、極めて広範囲であり、最小及び最大サイズは7.2及び17.3μｍであり、平均流 量孔サイズは9.1μｍである。20℃のニップ温度での処理により、ウェブの空気 透過度は2,050Bendtsenとなった。20〜50℃の範囲のニップ温度においては、空 気透過度は温度が増加するにつれて少しずつ落ちることが観察される。しかしな がら、50〜80℃の間のニップ温度においては、90℃以上のニップ温度で達成され る約600Bendtsenのレベルでカレンダーにかけられたウェブの空気透過度におい て著しい変化がある。全体の応答は以下の段階に区別することができると考えら れる： 20〜50℃−ウェブ焼固（フィルム形成しない） 50〜80℃−ウェブ焼固とフィルム形成との間の遷移段階 80〜100℃−フィルム形成 図２及び図３は、各々焼固されたウェブＡ（ニップ温度20℃）及び‘フィルム 形成された’ウェブＡ（ニップ温度90℃）について作製された孔サイズ分布デー タを示す。焼固されたウェブは、圧搾されたカレンダーにかけていないポリマー ウェブのそれに類似した対数標準孔サイズ分散を示し、相当する最大、最小及び 平均値は8.9，2.9及び4.9μｍである。対照的に、フィルム形成されたウェブは 極めて狭い孔サイズ分布を有している。平均サイズ（1.43）はほとんど最大サイ ズ（1.46）と異ならない。最小サイズは0.57μｍである。このように、孔はサイ ズにおいて実質的に均一である。示差流量の百分率は、焼固されたウェブについ て８％であったのに対してフィルム形成されたウェブについておおよそ23％にお いてピークがある。本発明の方法を行うことによる孔サイズ分布の劇的な変化は 、平均流量孔に対する最大孔サイズの比により更に示される。図５は、ウェブＡ についてのニップ温度に対する最大孔サイズ及び平均流量孔の比のプロットであ る。点は５回の測定の平均値である。（バーは平均値の標準誤差を表す。）比較 目的のため、未カレンダー処理のポリマーウェブについての最大／平均孔比も含 まれる。図５から未カレンダー処理のウェブＡについて最大／平均孔比が約1.75 であることがわかる。（50℃までの）ウェブ焼固に相当するニップ温度範囲にわ たり、この比は効果的に一定である。しかしながら、フィルム形成を開始するた めのニップ温度（700pliにおいてウェブＡについておおよそ50℃）に達する時、 最大／平均孔比は次第に落ちて90℃以上のフィルム形成ニップ温度においておお よそ1.05の値に達する。実際に、1.05の最大／平均孔比は実質的に同じサイズの 孔を含む孔構造を示す。実施例２ ポリプロピレン繊維から作製された40ｇｍ^-2のメルト・ブロウンポリマーウェ ブ（ウェブＢと示す）を20〜 110℃の範囲の温度で７00pli のニップ圧力を用い てカレンダーにかけた。表１は、未カレンダー処理のウェブＢについてのデータ と共に４つの異なるニップ温度でカレンダー処理したウェブについて作製された データをリストする。 ニップ圧力700pliを用いるウェブＢにおいて、実質的に均一な孔を含む‘フィ ルム形成された’ウェブを作るために110℃のニップ温度が割り出される（未カ レンダー処理のウェブＢについておおよそ1.32及び90℃以下のニップ温度で焼固 されたウェブＢについておおよそ1.48の比であるのに対して、1.03の最大／平均 流量孔比）。図６及び７は、各々90及び110℃のニップ温度でカレンダー処理さ れたウェブＢについての孔サイズ分布を示す。90℃の処理についてのグラフ（図 ６）はほとんど全ての孔がより大きい所にあると同時に約1.6μｍにおいて小さ なピークを示す。しかし110°の処理（図７）においては、約1.6μｍにおけるこ のピークは支配的となる。そこには他には事実上何もない。全ての孔はこのサイ ズになっている。 実施例１のように、示差流量百分率は、焼固されたウェブ（ニッ プ温度90℃）についておおよそ７％であるのに対して‘フィルム形成された’ウ ェブ（ニップ温度110℃）についておおよそ20％の実質的により高いレベルにお いてピークがあることが視察される。この差異は、ポリマーウェブが、実質的に 均一なサイズの孔を含む多孔性フィルムに変換される本発明の方法を維持するこ とにある。 透過値及び孔サイズから、フィルム形成された製品において孔の数を計算する ことが可能である。実施例１及びこの“変換された”フィルムについて、これら の値は8.5及び3.4×10⁶孔／cm²である。これらの数字はおそらく不正確であろう が、このフィルムが平方センチメーター当り１〜10百万孔の次数を有することは 間違いない。この穴が直接的な円柱状の孔であるなら、１及び２についての値は 、孔により占有されている表面領域の14％及び７％に相当するであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｄ０６Ｍ 17/00 7633−3Ｂ Ｄ０６Ｍ 17/00 Ｚ // Ｂ２９Ｋ 105:04 Ｂ２９Ｌ 7:00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 シンクレアー，コリン サミュエル イギリス国，エム14，５エイチエックス マンチェスター，ラッショルム，バーチ ポリゴン 19

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．フィルム形成性材料の繊維を含む繊維状材料を、該繊維状材料を多孔性フ ィルムに変換するための熱及び圧力の条件にさらすことを含むことを特徴とする 多孔性フィルムを製造する方法。 ２．前記条件が、前記多孔性フィルム材料が1.2未満の最大孔サイズ：平均流 量孔の比を有するように選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記条件が、所定の範囲の温度及び／又は圧力における処理に材料のサン プルをさらし、前記処理されたサンプルの空気透過度又は関連するパラメータを 監視し、これにより多孔性フィルムを形成するための条件を決定することにより 選択され；その後前記選択された条件下で多孔性フィルムの製造を行うことを特 徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４．前記繊維がポリマー材料を含むことを特徴とする先の請求項のいずれかに 記載の方法。 ５．前記ポリマー材料が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポ リアミド、ポリエステル又はレーヨンである又はそれらを含むことを特徴とする 請求項４に記載の方法。 ６．前記ポリマーが、EVA，EMA又はEVOHである又はそれらを含むことを特徴と する請求項４に記載の方法。 ７．前記熱及び圧力が前記繊維状材料をカレンダーにかけることにより適用さ れることを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の方法。 ８．カレンダーにかけることが、各々の表面が加熱されたローラーにより接触 されるような対向する表面に接触する一対のローラーの間の少くとも１つのニッ プに前記繊維状材料を通過させることに より行われることを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９．前記カレンダーにかけることが、50℃超の温度において、25Opli（45kg／ cm）超の圧力を用いて行われることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。 10．前記繊維状材料が不織物状材料であることを特徴とする先の請求項のいず れかに記載の方法。 11．前記繊維状材料が織物状材料であることを特徴とする請求項１〜９のいず れかに記載の方法。 12．前記繊維状材料が、異なる直径及び／又は異なる材料の繊維を含むことを 特徴とする先の請求項のいずれかに記載の方法。 13．孔サイズ分布が1.2未満の最大孔サイズ：平均流量孔の比を有することを 特徴とする多孔性フィルム材料。 14．前記比が1.1未満であることを特徴とする請求項13に記載のフィルム材料 。 15．前記比が1.05以下であることを特徴とする請求項13に記載のフィルム材料 。 16．少くとも100Bendtsen単位の透過度を有することを特徴とする請求項13〜1 5のいずれかに記載のフィルム材料。 17．少くとも200Bendtsen 単位の透過度を有することを特徴とする請求項13〜 15のいずれかに記載のフィルム材料。 18．少くとも400Bendtsen 単位の透過度を有することを特徴とする請求項13〜 15のいずれかに記載のフィルム材料。 19．少くとも10⁵孔／cm²を有することを特徴とする請求項13〜18のいずれかに 記載のフィルム材料。 20．請求項１〜13のいずれかに記載の方法により調製され得る請求項14〜19の いずれかに記載のフィルム材料。