JP2010538170A - 少なくとも部分的に解繊された糸、繊維またはフィラメントを有するファブリックの製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも部分的に解繊された糸、繊維またはフィラメントからなるファブリックを製造するための簡単かつ経済的な方法であって、特に、時間を要し、エネルギーおよび／または費用を要する工程が避けることの可能なファブリック製造方法に関する。結果として、分割可能な最初のファブリックが、糸、繊維またはフィラメントとして用いるポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも少なくとも２０℃〜３０℃低い温度で、ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物によって処理とりわけ衝撃を与えられることによって、少なくとも部分的に基本フィラメントへと分割または解繊される。

Description

本発明は、少なくとも部分的に解繊（split）された糸、繊維またはフィラメントを有するファブリック（fabric）の形成方法および同ファブリックを形成するための装置に関する。

下記の特許文献は、不相溶性の出発物質であるポリエチレンテレフタレートおよびナイロン６で構成される連続２成分フィラメントから、容易に解繊可能な繊維状不織ウェブ（fibrous nonwoven web）を形成するための方法を開示している。その方法では、その複合要素を基本フィラメント（elementary filaments）に分離し、絡み合わせて結合させるために、繊維状不織ウェブを液体加圧噴射の作用に曝している。

欧州特許第０８１４１８８Ｂ１号公報

本発明の目的は、解繊可能な糸、繊維またはフィラメントからファブリックを形成する作業が簡単かつ経済的に特に有利になる方法を提供することである。

少なくとも部分的に解繊可能な糸、繊維またはフィラメントを含むファブリックを形成するこの操作は、例えば、高圧水噴射処理（特に約１２０〜５００バールの圧力）と比べて非常に小さいエネルギーまたは機械力しか必要としない。

この方法は、さらに、例えば水噴射処理の場合に必要なファブリックの乾燥操作のような、余分な時間、エネルギーおよび／または費用のかかる作業を必要とはしない。

この方法では、さらに、コンジュゲート糸、繊維またはフィラメントを、それらが互いに相溶性のあるポリマーで構成されていようが、互いに不相溶性のポリマーで構成されていいようが、少なくとも部分的に解繊することが可能になる。

本発明の別の目的は、この方法に特に適しており、したがって、この方法を簡単に実施できる装置を提供することである。

出願人は、上述の各目的が請求項１および１０の特徴によって達成されることを見出した。

本発明の方法は、解繊可能な出発ファブリックを、ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物によって、繊維またはフィラメントとして用いるポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも少なくとも２０℃〜３０℃低い温度で処理する、より具体的には衝撃を与えることによって、少なくとも部分的に基本フィラメントに解繊することを含む。

使用する非晶質ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）または軟化温度は、ポリマーがその変形能力において最大の変化を示す温度である。いわゆるガラス転移は、低質で脆いエネルギー弾性領域（ガラス領域）を、優位な柔らかいエントロピー弾性領域（ゴム弾性領域）から分離する。非晶質ポリマーの流体領域への転移は流動的である。部分的に結晶質のポリマーは、それ以下では非晶相が（脆化を伴って）「凍結する」ガラス転移温度と、結晶相が存在しなくなる溶融温度との両方を有する。溶融温度は、エントロピー弾性領域と流体領域との間の明確な境界である。

空気−粒子混合物として有用な固体粒子には、特に砂（例えば珪砂）などの無機粒子、あるいはポリマー顆粒が含まれる。

ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物は、好ましくはペレットの形態で用いる。スノー（雪）もドライアイスまたは凍結水の場合には可能である。

使用するドライアイスペレットは、好ましくは、直径が約３ｍｍで、長さが５から３０ｍｍの間の円筒形粒子である。それと対照的に、ドライアイススノー（dry ice snow）は、例えば直径が約０．１ｍｍで長さが１ｍｍ以下などの、より細かい粒状の粒子、従って、より粗くない粒子を指す。

ドライアイスは、解繊可能な出発ファブリック上に達すると、残留物を残すことなく気体状態へと移行（昇華）する約−７８．５℃の温度の凍結二酸化炭素を含む。

従ってドライアイスを使用することは、例えば空気−砂混合物を使用する場合などに必要な、解繊した基本フィラメントから後に分離や濾過を行う必要がないという利点がある。

また、大気圧下でドライアイスを使用する場合、例えばウォーターアイスの場合のように液体が形成されることもなく、それ故に「ドライアイス」と称される。

本発明の方法では、ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物を使用する際に、解繊の目的で、液体、より具体的には液体の水を使用しないので、例えば水噴射処理の場合とは異なり、少なくとも部分的に解繊された糸、繊維またはフィラメントを含むファブリックに対して、一般には必要な、特に時間、エネルギーおよび／または費用のかかる乾燥作業が必要でなくなる。

選択された工程パラメーターの下でドライアイスによる衝撃を与えると処理表面の温度が約６０℃低下することになる。

空気−粒子混合物または凍結水を使用する場合、処理表面の温度が、糸、繊維またはフィラメントとして用いるポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）より少なくとも２０〜３０℃低くなるように、処理温度を選択する。

処理温度が、糸、繊維またはフィラメントとして用いるポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）より少なくとも２０〜３０℃低いので、ある程度のポリマーの脆化が達成され、それによって、基本フィラメントを損傷することなく、ファブリックを基本フィラメントに解繊する操作が少なくとも増大または促進される。

基本フィラメントの損傷は、ドライアイス、空気−砂混合物または凍結水の粗さを比較的小さくすることでも避けられる。

ペレットの代わりにスノーの形態で使用することは、スノーの粒径が小さく、及び／又は、粗さが小さい（より「柔らかい」）ので、解繊の達成において基本フィラメントに損傷を与えず、基本フィラメントに優しいため、特に好ましい。

解繊可能な出発ファブリックを処理する過程におけるドライアイスの昇華作用の結果として、二酸化炭素の体積は急激に固体から気体状態へと元の体積の約６００〜８００倍に膨張する。ドライアイスは基本フィラメントどうしの間に入るが、これも同様に、ファブリックの基本フィラメントへの解繊を少なくとも増大または促進する。

糸、繊維またはフィラメントの断面を見た場合における基本フィラメントの構成は、例えば、鞘−芯構造またはオレンジ状セグメントまたはパイ構造であってよい。基本フィラメントがパイ構造を持つ、好ましくはフィラメントの直径に応じて２〜６４個のセグメントを備えた、パイ構造を持つ解繊可能な出発ファブリックを使用するのが特に好ましい。

本発明の好ましい実施形態は従属請求項の主題となっている。
解繊可能な出発ファブリックとしては繊維状不織ウェブを使用するのが有利である。使用する繊維状不織ウェブは、溶融紡糸法または溶剤紡糸（solvent-spinning）法によって得られた連続フィラメント繊維または複合繊維を含んだ、ステープルファイバー不織ウェブまたはスパンボンド繊維状不織ウェブである（spunbonded fibrous nonwoven web）のが好ましい。

溶剤紡糸スパンボンド繊維状不織ウェブと比べて、除去すべき溶剤がないこと、及び、使用する際に経済的であるといった利点を有するため、溶融紡糸スパンボンド繊維状不織ウェブを使用するのが好ましい。
使用する解繊可能な出発ファブリックは、好ましくは、予め固化された（preconsolidated）繊維状不織ウェブであり、それは熱的、機械的および／または化学的に、より好ましくは熱的に予め固化されている。

ファブリックの糸、繊維またはフィラメントは、好ましくは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミドおよび／またはポリウレタンを任意に組合せたポリマーのペアまたはポリマーのブレンドから選択された少なくとも２本の基本フィラメントを有する。

好ましいポリオレフィンは、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンであり、好ましいポリエステルは、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、再生ポリエステル、ポリ乳酸またはコポリエステルであり、好ましいポリアミドは、例えばナイロン−６、ナイロン−１２、ナイロン６，６またはコポリアミドである。

高効率で作業を行うために、解繊可能な出発ファブリックの表面への前記ドライアイス、前記凍結水または前記空気−粒子混合物による処理、より具体的には衝撃は、好ましくは０．１°〜１８０°、特に好ましくは４５°〜１３５°、さらに好ましくは９０°の入射角で実施する。
ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物の粒子の運動エネルギーは、０．４ジュール以上であることが有利である。粒子の質量および速度は、視認可能な損傷がファブリックに生じること、或いは、ファブリックに穴が開くことのないように選択される。

ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物の流量は、３０ｋｇ／ｈ〜７０ｋｇ／ｈの範囲が有利であり、好ましくは３０ｋｇ／ｈ〜５０ｋｇ／ｈの範囲がよい。
ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物の粒子は、好ましくは、解繊可能な出発ファブリックの表面に到達するときに１０μｍ〜３０ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ〜１０ｍｍの平均サイズを有する。
ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物による解繊可能な出発ファブリックの表面への衝撃は、１００ｍ／ｓ〜５００ｍ／ｓの速度にて、出口ノズルの２．５ｍ／ｍｉｎ〜１２．５ｍ／ｍｉｎ、より好ましくは２．５ｍ／ｍｉｎ〜５ｍ／ｍｉｎの前進速度と組み合わせて実施するのが好ましい。
基本フィラメントへの解繊は、０．５バール〜１６バール、好ましくは０．５バール〜６バール、さらに好ましくは０．５〜２バールの圧力で実施することが有利である。

本発明はさらに、前述の本発明の方法に特に適し且つ同方法を簡単に実施できるようにする装置を提供する。
少なくとも２本の基本フィラメントを含んでいる少なくとも部分的に解繊された糸、繊維またはフィラメントを含むファブリックを、より具体的には、請求項１〜７に記載の方法に従って解繊するための装置は、解繊可能な出発ファブリックに向けることができ、かつ解繊可能な出発ファブリックの少なくとも１つの解繊可能な表面に、ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物で衝撃を与えることの可能な少なくとも１つの出口ノズルを有する。
少なくとも１つの出口ノズルが、その内部にドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物を微粉砕するための内部構造物を配置していることが有利である。

熱的に予め固化され、本発明に従ってドライアイスペレットを用いて２バールで解繊された、重量比７０：３０のＰＥＴ／ＰＡ６のセグメント化されたパイ繊維スパンボンド繊維状不織ウェブの表面を１００倍に拡大した要部の走査型電子顕微鏡写真である。 本発明に従ってドライアイススノーを用いて２バールで解繊された、重量比７０：３０のＰＥＴ／ＰＡ６のセグメント化されたパイ繊維（熱的に予め固化されていない）のスパンボンド繊維状不織ウェブの表面を１００倍に拡大した要部の走査型電子顕微鏡写真である。 本発明に従ってドライアイススノーを用いて１バールで解繊された、重量比７０：３０のＰＥＴ／ＰＡ６のセグメント化されたパイ繊維（熱的に予め固化されていない）のスパンボンド繊維状不織ウェブの表面を１００倍に拡大した要部の走査型電子顕微鏡写真である。

これから本発明の主題を、実施例および図面を参照しながらより具体的に説明する。
走査型電子顕微鏡写真は、JEOL JSM-6480LV低圧走査型電子顕微鏡を用いた２０ｋＶの加速電圧によって得られた。

実施例１は、スパンボンド繊維状不織ウェブ、より具体的には、ポリエチレンテレフタレート／ナイロン−６（ＰＥＴ／ＰＡ６）を重量比７０：３０で交互に備えた１６個のセグメントのパイ構造を備えた連続２成分フィラメントから構成される溶融スパンのスパンボンド繊維状不織ウェブに対してドライアイスペレットで衝撃を与える操作からなる。

このため、前記スパンボンド繊維状不織ウェブは、搬送が可能な程度に、最小限の針刺加工を行い、したがって最小限に機械的な凝集化を施した状態とされる。さらに、スパンボンド繊維状不織ウェブは、加熱可能なプラテンプレス（platen press）によって１５０℃の温度、３００バールの圧力で３０秒間に亘って熱的に予め固化される。

スパンボンド繊維状不織ウェブのフィラメントを解繊するために、スパンボンド繊維状不織ウェブを、ドライアイスペレットの出口ノズルの下に９０°の角度で配置する。形状に関して述べると、前記ノズルは、寸法が５０ｍｍ×４ｍｍの長方形の出口領域を備えたワイドスロットノズルである。可能な限り広い領域にエネルギーを分配するためにこのノズルが使用されるが、この実施例では円形ノズルでも基本的に使用可能である。
次に、スパンボンド繊維状不織ウェブにドライアイスペレットで垂直に衝撃を与える。

ポリエチレンテレフタレート（結晶質）のＩＳＯ７５ＨＤＴ／Ａ（１．８ＭＰａ）ガラス転移温度（Ｔｇ）は約８０℃であり、ＩＳＯ１１３５９溶融温度は約２５５℃であり、ナイロン−６のＩＳＯ７５ＨＤＴ／Ａ（１．８ＭＰａ）ガラス転移温度（Ｔｇ）は約６５℃であり、ＩＳＯ１１３５９溶融温度は約２２０℃である。
ドライアイスペレットは概して直径が３ｍｍで長さが１ｃｍである。ドライアイスの密度が１．５６ｇ／ｃｍ^３の場合、１つのペレットの重量は約０．１１ｇ（質量ｍ）である。

ドライアイスペレットによる衝撃は、５０ｋｇ／ｈの流量で、且つ、個々のドライアイスペレットの速度（ｖ）を３００ｍ／ｓで実施する。
従って、ドライアイスペレットの運動エネルギー（Ｅ_ｋｉｎ＝０．５ｍｖ^２＝０．５×０．１１×^１０−３ｋｇ×（３００ｍ／ｓ）^２＝４．９５ｋｇｍ^２／ｓ^２）は４．９５ジュールである。

出口ノズルと解繊可能な出発ファブリックの表面との間の離隔距離は、１０ｍｍから１００ｍｍの間、好ましくは２５ｍｍから７５ｍｍの間である。
スパンボンド繊維状不織ウェブに衝撃を与えるときのドライアイスペレットの圧力は、２バールである。出口ノズルの前進速度は５ｍ／ｍｉｎである。

図１は実施例１のスパンボンド繊維状不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真を示す。

実施例２では、実施例１と対照的に、ドライアイスペレットの代わりに粒径が約０．１ｍｍ×０．５ｍｍのドライアイススノーが使用される。ドライアイススノーの重量は０．０１０５ｇ（質量ｍ）である。
ドライアイススノーによる衝撃は、３００ｍ／ｓの速度（ｖ）で実施される。
従って、ドライアイススノーの運動エネルギー（Ｅ_ｋｉｎ＝０．５ｍｖ^２＝０．５×０．０１０５×１０^−３ｋｇ×（３００ｍ／ｓ）^２＝０．４７２５ｋｇｍ^２／ｓ^２）は、０．４７２５ジュールである。

さらに、使用される重量比７０：３０のポリエチレンテレフタレート／ナイロン−６からなり１６セグメントのパイ構造を備えた２成分フィラメントで構成されたスパンボンド繊維状不織ウェブは、実施例１の手順とは対照的に、熱的に予め固化されていない。その他の点では、ドライアイスペレットの代わりにドライアイススノーを用いることを除いて、この方法は実施例１の条件と同様に実施される。
図２は実施例２のスパンボンド繊維状不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真を示す。
熱的に予め固化されていないため、フィラメントは実施例１のものより動きやすい。

実施例３による方法では、同様に、重量比が７０：３０のポリエチレンテレフタレート／ナイロン−６からなり、１６セグメントのパイ構造を有する２成分フィラメントのスパンボンド繊維状不織ウェブを利用する。この方法は、実施例２と同様に、ドライアイスペレットの代わりにドライアイススノーを用いて実施する。実施例２と対照的に、スパンボンド繊維状不織ウェブの衝撃における実施例３でのドライアイススノーの圧力は２バールではなく僅か１バールである。

図３は、実施例３のスパンボンド繊維状不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真を示す。
実施例３によるこの方法は、基本フィラメントへの解繊が１バールという圧力でも未だ非常に容易に行えることを示す。

Claims (9)

1. 少なくとも２本の基本フィラメントから形成された少なくとも部分的に解繊された糸、繊維またはフィラメントを含むファブリックを形成する方法であって、解繊可能な出発ファブリックを、ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物によって、糸、繊維またはフィラメントとして用いられるポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）より少なくとも２０℃〜３０℃低い温度で処理、より具体的には衝撃処理によって、少なくとも部分的に基本フィラメントに解繊することを含む方法。
2. 繊維状不織ウェブ、より具体的にはスパンボンド繊維状不織ウェブが、解繊可能な出発ファブリックとして用いられる請求項１に記載の方法。
3. 予め固化された繊維状不織ウェブが、解繊可能な出発ファブリックとして用いられる請求項１または２に記載の方法。
4. 前記糸、繊維またはフィラメントが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミドおよび／またはポリウレタンから任意の所望の組合せで得たポリマーのペアまたはブレンドから選択された少なくとも２本の基本フィラメントを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ドライアイス、前記凍結水または前記空気−粒子混合物による前記解繊可能な出発ファブリックの表面に対する前記処理、より具体的には前記衝撃処理が０．１°〜１８０°、好ましくは４５°〜１３５°、より好ましくは９０°の入射角（α）で実施される請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ドライアイス、前記凍結水または前記空気−粒子混合物の粒子の運動エネルギーが０．４ジュール以上である請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記基本フィラメントへの前記解繊が、０．５バール〜１６バール、好ましくは０．５〜６バール、より好ましくは０．５〜２バールの圧力で実施される請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 少なくとも２本の基本フィラメントを含む少なくとも部分的に解繊された糸、繊維またはフィラメントを含む解繊可能な出発ファブリックを、より具体的には請求項１〜７に記載の方法によって解繊するための装置であって、前記ファブリックに向けることができ、前記出発ファブリックの少なくとも１つの解繊可能な表面に、ドライアイス、凍結水または空気−粒子混合物で衝撃を与えることの可能な少なくとも１つの出口ノズルを備えた装置。
9. 前記ドライアイス、前記凍結水または前記空気−粒子混合物を粉砕するための内部構造物が、少なくとも１つの出口ノズルに配置されている請求項８に記載の装置。

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