JP6616025B2 - 不織布シート及びこれを作る方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のスパンボンド捲縮繊維で構成される平らなスパンボンド不織布シートを機械的に活性化することで得られたパターン付きスパンボンド不織布シートに関する。

従来から不織布材は知られている。これは、表面上に不規則に置かれた複数のポリマー繊維から作られ、平らな層を形成し、複数の結合点で結合して平らな布地シートを形成するようになっている。このような材料を得る典型的なプロセスは、スパンボンド法、すなわち連続プロセスを含み、ここでは細いポリマー繊維を紡ぎ、空気流で引き抜いて急冷し、移動ベルト上に不規則に分散させて、例えば、カレンダー又は熱風貫流結合法によって結合させる。スパンボンド不織布は衛生用途で、例えばバックシート又はおむつ用の脚袖口として一般的に使用される。

一般的な不織布材は、線形繊維で作られており、平らで圧密であり比較的高密度（不織布のｇ／ｃｍ³で表される）である。

また、従来、非常に低密度の、より柔軟な不織布材、所謂、高ロフト不織布材を得るために利用できる技術がある。この技術は、線形繊維の代わりに捲縮繊維を使用して、ロフトを生じさせる。例えば、捲縮繊維は、その断面に沿って２つのゾーンが非対称的に分散配置された複合繊維を引き抜くことで得ることができる。これらのゾーンは、異なるポリマー材料で構成され、これらは溶融弾性、溶融流動率等のような少なくとも１つの物理特性が異なる。このような繊維は、引き抜き及び急冷の間に非対称的挙動を示し、これによって捲縮が生じる。例示的な技術は米国特許第６，４５４，９８９号に開示されている。

結合領域、すなわち、例えばカレンダー加工された結合点によって占められるシート全面の分率は、一般に、圧密不織布が高ロフト不織布よりも高い。というのも大きな結合面積は高ロフト特性に反するからである。また、圧密設定値、すなわちベルト上に分散されているレイド繊維を圧密するための設定値は、一般的な標準生産物と高ロフト生産物との間で異なる。

線形繊維からの圧密不織布は、一般に、特に製造方向（「ＭＤ」）、すなわち移動ベルトの方向、においてかなり高い引張強度を有する。というのも、繊維が主として機械方向ＭＤに配向され、平均繊維配向が機械方向ＭＤだからである。高ロフト不織布においては、引張強度は一般に特にＭＤにおいて低いが、これはＭＤに直交する機械横方向（「ＣＤ」）においても同様である。通常、弾性は高ロフト不織布では高い。通常、通気性は圧密不織布では低いが、高ロフト不織布は柔らかい感触である。高バリア不織布の１つの欠点は高容量であることであり、これは材料を輸送するために求められる。

米国特許第６，４５４，９８９号

本発明の１つの目的は、高ロフトであるが、高ロフト不織布材で通常観察される全ての機械的特性は示さない、特に引張強度が高いスパンボンド不織布材を提供することである。

本発明の他の目的は、高ロフトであるが低容量で輸送するのに適しているスパンボンド不織布材を提供することである。

本発明の他の目的は、独特の柔らかい感触及び外見を有するスパンボンド不織布材を提供することである。

この背景技術に対して、本発明は、複数の結合点で結合した複数のスパンボンド捲縮繊維で構成されるパターン付きスパンボンド不織布シートを提供し、パターン付きスパンボンド不織布シートの全ての繊維はスパンボンド捲縮繊維である。布地は、シート内の繊維の配置が不均質であり、好ましくは規則的なパターンに従って変わることを特徴とする。パターンは、種々の繊維配置の種々の巨視的領域が存在するという意味で巨視的であり、この領域は、この配置に従って多数の繊維を含むことになる。この領域は、好ましくは肉眼で見ることができ、例えば１０ｍｍ²を超える最小サイズとすることができる。

１つの実施形態において、布地シートの中の繊維の密度及び／又は繊維の平均配向は、不均質でありパターンに応じて変化する。１つの実施形態において、繊維の平均捲縮半径は同様に布地シートの中で不均質でパターンに応じて変化することができる。これは、繊維の配置を種々の巨視的領域において顕微鏡レベルでどのように変え得るかの例である。

例えば、シートは、パターンに従ってその領域にわたって分布した２又は３以上の異なる種類の区域を備え、その１つは、第１の繊維濃度（従って、質量／体積で表した材料密度）を有し、別の１つは、第２の繊維密度（従って、質量／体積で表した材料密度）を有する。このような布地に関して、高密度領域及び低密度領域を定義できる。この定義の出発点は、布地の平均密度である。平均よりも高い密度の区域は、高密度区域と見なすことができ、平均よりも低い密度の区域は、低密度区域と見なすことができる。１つの実施形態において、おおよそ同じ繊維密度の一種の高密度領域及び一種の低密度領域が存在する。１つの実施形態において、高密度区域は、布地の全質量の５０から８０％の範囲に相当する。

このことは、平均繊維配向及び平均繊維捲縮半径に当てはまる。

１つの実施形態において、パターンはシートの製造方向に向いた平行ストライプで構成される。ストライプは、好ましくは直線、湾曲、又はジグザグ形状である。ストライプは、好ましくは途切れていない。

１つの実施形態において、パターンはシートの全区域で同一である。

１つの実施形態において、シートは、パターンに従って配置された複数の交互になった隆起部及び窪み部を備える３次元構造である。３次元パターン付き構造は、布地シートの曲がった断面形状をもたらし、シートの一方の面で突出する場合は他方の面で窪むことを意味する。例えば、パターンが平行な直線ストライプで構成される場合、布地シートは、溝及び頂点が一方向に向いた波形構造を有すること、及びこの一方向に対して直交する方向に沿って切断した場合に波状的断面を有することができる。

１つの実施形態において、隆起部及び窪み部は高密度領域であり、隆起部と窪み部との間の遷移ゾーンは低密度領域である。

シートがパターンに従う３次元構造を有する実施形態において、構造化された布地シートの垂直寸法は、シートの厚さを上回る。例えば、少なくとも２倍又は少なくとも３倍とすることができる。この定義による垂直寸法は、隆起部の最高点と窪み部の最低点との間の平均距離に対応する。シートの厚さは、シート面の任意の特定の点でのシートの上面と下面との間の最短距離に対応する。

１つの実施形態において、シートの厚さ（"caliper" キャリパー）は、密度又は３次元的に構造化された形状の相違に関わりなく本質的に全シート面にわたって一定のままである。

１つの実施形態において、布地の平均密度は、０．０３と０．０８ｇ／ｃｍ³の間である。１つの実施形態において、（潜在的に構造化されかつ真っ直ぐにされていない）布地の平均坪量は、１０と１００ｇ／ｍ²の間である。これらは平均値であるが、布地表面の特定の点での実際の密度及び坪量の両方は、パターンに応じて変わり得る。

１つの実施形態において、製造横方向の引張強度（ＴＳＣＤ）に対する製造方向の引張強度（ＴＳＭＤ）の比率は、ＷＳＰ １１０．４に従って測定した場合、０．８と１．２との間である。この比率は、一般に従来技術の生産物に観察されるよりもバランスがとれている。

１つの実施形態において、ＴＳＣＤは、シートのＷＳＰ １１０．４に従って測定した場合、以下の式で計算される境界の範囲内にある。

ＴＳＣＤ［Ｎ／５０ｍｍ］＝坪量［ｇ／ｃｍ²］＊Ａ

ここで、Ａは、０．７と１．３との間である。これは高ロフト布地で通常観察されるものよりは大きく、圧密布地により典型的なものになる。

１つの実施形態において、捲縮繊維は、捲縮多成分繊維であり、好ましくは１又は全ての成分はポリマー成分である。例えば、１又は全ての成分は、ポリプロピレンを含むか又はポリプロピレンから成ることができる。例えば、各成分は、純粋なポリプロピレン、ポリプロピレン及びポリエチレンコポリマー、又はポリプロピレン及びポリエチレンホモポリマーの混合物から成ることができる。捲縮多成分繊維は、その断面に沿って非対称的に配置された少なくとも２つのゾーンで構成される。これらのゾーンは、異なるポリマー材料で構成され、これらは、溶融弾性、溶融流動率などの少なくとも１つの物理特性が異なる。ゾーンの分散配置は横並び、偏心芯鞘型などとすることができる。このような繊維は、引き抜き及び急冷の間に非対称の挙動を示し、これが捲縮を引き起こす。捲縮繊維を得るための技術は、例えば、米国特許第６，４５４，９８９号で公知である。

上記の背景技術と対照して、本発明は、何らかの前述の請求項のスパンボンドパターン付き不織布シートを形成するための方法にさらに関し、この方法は、複数の結合点で互いに結合した複数のスパンボンド捲縮繊維を有する、平らなスパンボンド不織布シート出発材料を提供するステップを含み、平らなスパンボンド不織布シート出発材料の全ての繊維は、スパンボンド捲縮繊維であり、この方法は、局所的に伸張力を適用して出発材料を機械的に活性化させて、パターンに従って繊維の配置を変えるステップをさらに含む。

機械的活性化は、伸張ゾーンの結合点が非活性化して、繊維構造がより開くようになる（より低密度になる）ので、変形を引き起こす。繊維はそれ自身が伸張方向に向かって配向する。繊維は、例えばらせん状捲縮形態又は形状に起因する固有の伸張能力を有する。これにより、材料を細断することなく、所謂リングローリングプロセスで製造横方向（ＣＤ）に伸張することができる。出発材料の繊維が捲縮されていない場合、この材料は、本発明による活性化を試みると細断されることになる。繊維に十分な伸張性を与えて機械的活性化の間に伸張ゾーンに加えられた力に耐えるために、個々の繊維に一定の捲縮が必要である。

１つの実施形態において、出発材料を提供するステップ及び活性化させるステップは、互いに離れた異なる現場で行われる。機械的活性化のプロセスは、平らな不織布シートの形成の後で直接、遠隔の独立した活性化プロセスで行うこと、又は例えば衛生消耗品製造プロセスのための最終用途用の遠隔ラインで直接行うことができる。従って、比較的低ロフトの出発材料を出荷し、材料を最終用途の現場でようやく活性化させて高ロフトの材料を得ることができ、これによって出荷に必要な空間を節約すること、従って出荷コストを低減することができる。

１つの実施形態において、機械的活性化ステップは、平らな不織布シートをミル内でリングローリングさせることを含み、ミルは、各々が隆起部及び窪み部を有する構造化された表面を備える一対の相互作用ロールを備え、２つのロールの表面構造及び位置は、一方のロールの表面上の隆起部が、対応する他方のロールの表面上の窪み部に浸入する（ｉｍｐｉｎｇｅ）するようになっている。このロール上の構造は巨視的であり、本発明のパターン付き不織布シートの繊維配置パターンに従う。

好ましくは、ロールの表面構造は、平らな不織布シートの厚さの少なくとも２、３、又は５倍を超え、有意な機械的活性化度を与える。

１つの実施形態において、機械的活性化ステップは、平らな不織布シートを、表面が係合する環状溝及び頂点を有する一対の相互作用ロールを備えるミル内でローリングさせることを含む。環状溝及び頂点は、隆起部及び窪み部を構成する。これによって、本発明の活性化シートの製造が可能になり、パターンは、製造方向に配向された平行ストライプで構成される。ロール表面の隆起部及び窪み部は、例えば、ロールの円周に沿う直線路を有すること又は湾曲形又はジグザグ形の経路を選択することができ、活性化布地内に直線状、湾曲形、又はジグザグ形の平行ストライプがもたらされる。

本発明は、熱エンボス加工から得られた複数の、好ましくは規則的に分散配置された結合点で結合された複数のスパンボンド捲縮繊維を備える、平らなスパンボンド不織布シート出発材料にさらに関し、平らなスパンボンド不織布シート出発材料の全ての繊維は、スパンボンド捲縮繊維である。平らなシートは、布地表面の単位平方センチメートルあたりの結合点の数が１０と４０との間、好ましくは２０と３０との間であり、さらに結合点の全面積が、布地の全面積の６と１８％との間、好ましくは１０と１５％との間であることを特徴とする。

１つの実施形態において、結合点の刻印深さは、０．３と２．０ｍｍとの間、好ましくは０．５と１．０ｍｍの間である。本明細書では、刻印深さは、例えばカレンダーロール上のピンの高さに対応する、熱エンボス加工構造の浸入深さに対応すると理解される。

１つの実施形態において、布地シートのグラム／平方メートル（ｇ／ｍ²）で表される坪量を、カレンダーボンディングのミリメートル（ｍｍ）で表される刻印深さで除算すること得られた商は、２０と１５０との間、好ましくは４０と９０との間である。

これらのボンディングパラメータ／圧密設定値は、通常、高ロフト布地には厳しすぎると考えられるので、従来技術では、捲縮繊維を有する布地には適用されない。これらはむしろ線形繊維を有する布地に適用される。

好ましくは、エンボス加工は、加熱カレンダーロールを適用することで得られる。

勿論、ボンディングパラメータは、本発明のプロセスの間では維持されるので、ボンディングパラメータは、本発明によるパターン付き不織布シートにも適用される。

本発明による平らな不織布シートの繊維、材料、平均坪量及び密度、キャリパーなどのパラメータは、本発明によるパターン付きスパンボンド不織布シートに関して上記で定義したものと同じとすることができる。

本発明による平らなスパンボンド不織布シートは、好ましくは、本発明によるパターン付きスパンボンド不織布シートを得るための本発明の方法で用いられる。

本発明によるパターン付き／活性化スパンボンド不織布シートは、例えば、幼児用おむつ、成人用失禁用製品、又は生理用ナプキンなどの衛生用品の製造に用いることができる。本発明によるパターン付き／活性化スパンボンド不織布シートの他の用途としては、一般に、埃払い用品及びクリーニングワイプのような掃除用品、工業用品、空気濾過用品、又は医療用品を挙げることができる。

本発明のさらなる詳細及び利点は、図面及び下記の実施例を参照して説明される。

本発明による方法を実施するように構成されたミルの図である。 作動中の図１のミルの図である。 本発明による活性化された不織布シートの拡大上面画像である。 図３のシートの拡大斜視画像である。 本発明による異なる坪量の図３の布地及び２つの他の不織布シートの上面画像である。

図１は、本発明による方法を実施するように構成されたミル１を示す。ミルは、一対の逆方向に回転するローラー２及び３を備える。環状ディスク４は、ローラー２及び３の表面に取り付けられており、環状溝（ディスク間の）及び頂部（ディスク）の表面構造を得るようになっている。ディスク４は、ローラー２及び３上でオフセットして取り付けられ、一方のローラー２又は３のディスク４は、他方のローラー３又は２のディスク４と組み合わされる。本実施例では、ディスク４の幅「ａ」は０.８ｍｍであり、係合深さ「ｂ」（ＤＯＥ）は可変であり、各ディスク４の間の距離「ｃ」は１.６５ｍｍである。

図２は作動中の図１のミルを示す。複数の結合点で結合された複数の捲縮繊維からなる平らな不織布シート５は、所定の線速度でミルに送られ、ストレスゾーン６で伸張させるがストレスフリーゾーン７で伸張させないことで、波形パターンが不織布５に組み入れられる。

出発材料、すなわち種々の実施例で用いた平らな不織布シートは、分散率５０／５０でＰＰ／ＰＥランダムコポリマーと規則性ＰＰホモポリマーを組み合わせた、横並びの構成の捲縮繊維から作られたスパンボンドポリプロピレン不織布であった。繊維は１．８デニールであった。全ての材料は、刻印（ｅｎｇｒａｖｉｎｇ）深さ０．７５ｍｍでカレンダー結合によって２４ドット／ｃｍ²でオープンドット結合され、結合率１２．１％を得た。出発材料は、表１−１、１−２に示す特性を有していた。

１ キャリパー：ＷＳＰ．１２０．１ （Ｒ４）による材料の厚さ
２ 商：坪量［ｇ／ｍ²］をカレンダーボンディングの刻印深さ［ｍｍ］で除算した商

３ ＴＳＭＤ：ＷＳＰ １１０．４によるＭＤの引張強度
４ ＴＥＭＤ：ＷＳＰ １１０．４によるＭＤの引張伸び
５ ＴＳＣＤ：ＷＳＰ １１０．４によるＣＤの引張強度
６ ＴＥＣＤ：ＷＳＰ １１０．４によるＣＤの引張伸び

これらの出発材料は、図２に示すプロセスで図１に示すミル内で活性化した。設定値は表２に示す値であった。

結果として得られた材料は表３−１、３−２に示す特性であった。

図３は、試料３の発明性のある不織布シートの上面画像を示す。この材料は、溝及び頂点が長手方向（ＭＤ）配向され、これに対して直交する方向（ＣＤ）で切断した場合に波状断面の波形３次元構造を有する。材料内の繊維構造が再配列されており不均質であることが分かる。これは波形パターンに応じて変わる。

高い繊維密度及び平均繊維配向がＭＤの長手方向（ＭＤ）ストライプ８が存在する。これらのストライプは、画像内で明るく見え、頂点の上部区域及び谷の底部区域において長手方向（ＭＤ）に延びる。これらのストライプ８に対応する区域は、活性化プロセスの間では伸張しないか又はほとんど伸張しない。これらは図２のストレスフリーゾーン７に対応する。

ストライプ８は、低い繊維密度で平均繊維配向がＣＤの長手方向（ＭＤ）ストライプ９で中断される。これらのストライプは画像内で暗く見え、頂点と谷との間の遷移ゾーンで長手方向（ＭＤ）に延びる。これらのストライプ９に対応する区域は、活性化プロセスの間に著しく伸張される。これは図２のストレスゾーン６に対応する。

高濃度区域８及び低濃度区域９での繊維濃度を判定するために、図３ｂに示すように、試料３のシートを長手方向ストライプ内でスライスした。切断線は、参照番号１０で示されており、区域８と９との間の境界に沿って長手方向（ＭＤ）に延びる。切断線１０は、全てのストライプが同じ幅を有するように選択され、これは区域８に対応する全てのストライプの幅が区域９に対応する全てのストライプの幅と等しいことを意味する。これによって、材料の単純な計量によって比較分析が可能になる。１つのステップにおいて、区域８に対応する全てのストライプを計量した。他のステップにおいて、区域９に対応する全てのストライプを計量した。その結果は、高濃度区域８が試料の全重量の６１．７％を占め、低濃度区域９が試料の全重量の３８．３％を占めた。

図４ａ及び４ｂから分かるように、試料３の活性化布地は、織物様の外見であり、これは特定の用途、例えば衛生用途で望ましい場合がある。

図５ａから５ｃは、試料１（図５ａ）、再び試料３（図５ｂ）、及び試料５（図５ｃ）の不織布の上面画像を示す。これらの実例から分かるように、全ての試料で本発明の活性化を観察することができる。活性化の様々な性質を観察することができる。試料１のような密度の高い出発材料を用いる場合、ウェブは、活性化の間に試料３のようなより開いた布地を用いる場合よりも容易に開かない。他方で、試料６のような非常に開いた布地を用いる場合、活性化布地内の高密度及び密度区域は際立たない。

２ ローラー
３ ローラー
４ ディスク
５ 平らな不織布シート
６ ストレスゾーン
７ ストレスフリーゾーン

Claims (7)

1. 複数の結合点で結合した複数のスパンボンド捲縮繊維を備えるパターン付きスパンボンド不織布シートであって、前記パターン付きスパンボンド不織布シートの全ての繊維がスパンボンド捲縮繊維であり、
   前記布地シート内の前記繊維の密度及び／又は前記繊維の平均配向及び／又は前記繊維の平均捲縮半径は、不均質であって規則性パターンに応じて変化し、前記規則性パターンは、前記シートの製造方向に配向された、平行なストライプで構成され、前記シートは、前記パターンに従って配置された複数の交互になった隆起部及び窪み部を備える３次元構造を有し、
   前記シートは、前記パターンに応じてその領域上に分散配置された、２種類の異なる区域を備え、前記種類は、平均より上の繊維濃度を有する高密度領域及び平均より下の繊維濃度を有する低密度領域であり、前記高密度領域は、前記布地シートの全重量の５０％と８０％との間を占める、ことを特徴とする、パターン付きスパンボンド不織布シート。
2. 前記ストライプは、直線、湾曲、又はジグザグ形状である、請求項１に記載のパターン付きスパンボンド不織布シート。
3. 前記捲縮繊維は、捲縮多成分繊維であり、１又は全ての成分がポリマー成分である、請求項１または２に記載のパターン付きスパンボンド不織布シート。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のパターン付きスパンボンド不織布シートを形成する方法であって、
   複数の結合点で結合した複数のスパンボンド捲縮繊維を備える、スパンボンド不織布シートのための平らな出発材料であって、該出発材料の全ての繊維がスパンボンド捲縮繊維である、出発材料を提供するステップと、
   前記出発材料を、局所的に伸張力を適用して機械的に活性化させて、前記パターンに従って前記繊維の配置を変えるステップと、
   を含む方法。
5. 前記出発材料を提供するステップと前記出発材料を活性化させるステップは、互いに離れた異なる現場で行われる、請求項４に記載の方法。
6. 前記機械的に活性化させるステップは、表面が組み合わされる環状溝及び頂点を備える一対の相互作用するロールを備えるミル内で、前記出発材料をローリングさせるステップを含む、請求項４又は５に記載の方法。
7. 請求項１から３のいずれか１項に記載のパターン付きスパンボンド不織布シートのための平らな出発材料であって、前記出発材料は、複数のスパンボンド捲縮繊維を含み、前記出発材料の全ての繊維はスパンボンド捲縮繊維であり、
   前記出発材料は、分散配置された複数の結合点で前記繊維を結合させるためにカレンダーロールで熱エンボス加工を行うステップを含むプロセスで得られ、布地表面の単位平方センチメートル当たりの前記結合点の数は、１０と４０との間であり、前記結合点の全面積は、前記出発材料の全面積の６％と１８％との間であり、
   前記出発材料のグラム／平方メートル（ｇ／ｍ²）で表される坪量を、前記カレンダーロール上のエンボスピンのミリメートル（ｍｍ）で表される高さで除算することで得られた商は、２０と１５０との間であることを特徴とする、出発材料。

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