JPH04228667A - 熱可塑性重合体からの超微細繊維不織布の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、回転ノズルヘッド中の溶融重合
体を１バール　−２００　バールの供給圧で複数の放出
孔から半径方向に紡糸放出して繊維を形成させ、未だ完
全には固化していない繊維を外側気体流により放出孔か
ら　１０　ｍｍ　ないし　２００　ｍｍ　の半径方向距
離で軸方向に偏向させ、その後、循環空気透過性担体上
に不織布として沈積させる、熱可塑性重合体よりの、平
均繊維直径　０．１　μｍ　−　２０　μｍ、好ましく
は０．５　μｍ　−　１０　μｍ　の超微細重合体繊維
不織布の製造方法から出発する。この種の方法は　ＤＥ
−Ａ　３　８０１　０８０　に記載されている。

【０００２】この先行技術によれば、溶融可能な重合体
からの不織布は、最初はいわゆる溶融ブロー法により製
造される（たとえば　ＵＳ　４　０４８　３６４、ＵＳ
　４　６２２　２５９、ＵＳ　４　６２３　５７６、Ｄ
Ｅ　２　９４８　８２１、ＥＰ　９２　８１９、ＥＰ　
０　２３９　０８０　を参照）。ＥＰ２３９　０８０　
により製造される弾性不織布は、たとえば　１０　μｍ
　以上の平均繊維直径を特徴としている。この範囲はま
た、通常のステープルファイバーまたは連続フィラメン
ト紡糸法でも問題なく達成することができる。したがっ
て、このようにして製造された弾性不織布は厳密には微
細繊維不織布または超微細繊維不織布と呼ぶことはでき
ない。溶融ブロー法は、重合体溶融物を融点以上の高速
（１００　−３００　ｍ／秒）の空気で直接に吹き出す
純粋に空気力学的な繊維形成に基礎を置くものであるの
で、極めて微細な繊維直径を得るためには、重合体の材
料特性に関して特殊な条件が満たされなければならない
。特に、溶融物は低い溶融粘性とクリープ粘性とを持た
なければならない。低い重合体鎖間相互作用力を有する
重合体、たとえばポリオレフィンが特に好適であること
が実証されている。他方、たとえばポリアミド、テレフ
タレートおよびポリウレタンでのように高い相互作用力
が存在するならば、繊維形成工程は通常は大きな繊維直
径につながる高い伸長粘性により妨害される。分子量を
減少させても、繊維と織布との性質に関しては限定され
た効果を持つのみである。 ポリオレフィンの場合とは対照的に、熱分解や重合体の
損傷を考慮に入れなければならないので、融点および空
気温度のような工程パラメーターは極めて狭い範囲で変
えることができるのみである。このことは、特に原料ポ
リウレタンについて適合する。

【０００３】したがって、弾性不織繊維布の製造に関し
ては、たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ
）またはエチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ
）のような共重合体を使用する溶融ブロー法の応用が、
ＥＰ−Ａ−０　２３９　０８０　に記載されている。こ
の刊行物の実施例７には、ＥＶＡ　に関して　１０　μ
ｍ　を超える繊維直径が示されている。不織布の強度お
よび伸長度は、縦方向と横方向とで大きく異なることが
示されている。

【０００４】他方、ＤＥ　３　８０１　０８０　に記載
されている紡糸ブロー法は、０．１　−　１０　μｍ　
の繊維直径を有する超微細重合体繊維の製造を可能にす
る。この方法は、まず生成した一次フィラメントを遠心
領域で牽引（予備牽引）し、ついで、このフィラメント
を高速の軸方向の気体流によりさらに牽引（最終牽引）
して超微細繊維とする方法を基礎に置くものである。

【０００５】この超微細繊維の製造方法では、広い範囲
の溶融粘性および伸長粘性を有する重合体からでも成功
するので、高分子量でかつ大きい分子鎖間相互作用力を
有する重合体でも出発材料として使用することができる
。これが本発明に出発点である。

【０００６】上記の工程から出発する場合の基本的な問
題点は、熱可塑性重合体から、特に熱可塑性ポリウレタ
ンから以下の諸性質を有する不織布を製造することであ
る： １．不織布は　０．１　μｍ　−　２０　μｍ　の、好
ましくは　０．５　μｍ　−　１０　μｍ　の平均繊維
直径を有する短繊維よりなるものでなければならない。

【０００７】２．繊維は比較的長いもの（長さ対直径比
　＞　２０，０００）でなければならない。

【０００８】３．不織布は高い耐摩耗性を、改良された
破断力および破断伸長度、ならびに高い弾性復元力とと
もに持たなければならない。

【０００９】４．不織布は縦方向と横方向との強度特性
に極めて小さい差異を持つのみであるか、または全く差
異を持たないものでなければならない。

【００１０】この問題は、ＤＥ　３　８０１　０８０　
に記載されている紡糸ブロー法から出発し、高速の外側
気体流に加えて、溶融物放出孔より小さい半径方向距離
において、ノズルヘッドの複数の軸方向貫通孔からより
低速の内側気体流も発生し、回転ノズルヘッドで生ずる
遠心的掃出力の影響下に、圧倒的に半径方向の速度成分
を有する回転対称流域を形成し、その温度がノズルヘッ
ド温度と等しくなるか、またはそれ以上となる本発明に
より解決される。

【００１１】有利には、この過程において上記の内側気
体流と外側気体流との流速は、その比が　０．２　ない
し　２．０　になるように調整する。

【００１２】その幅全体にわたって、またその機械的性
質において均一な不織布の製造に関しては、上記のノズ
ルヘッドの外側、溶融物放出孔から　０　ｍｍ≦　ａ　
≦　５００　ｍｍ　の軸方向距離に、少なくとも　２個
の反対側に、軸に対して　０　°ないし　７０°、好ま
しくは　１０°ないし　６０°の角度で、軸方向に偏向
した繊維流を指向する方向の上記以外の境界画定用気体
流よりなるその上の改良がある。

【００１３】好ましくはこれに加えて、これらの境界画
定用気体流速の合計の、外側気体流と内側気体流との流
速の合計に対する比率を　０．１　ないし１、好ましく
は　０．１　ないし　０．５　の値に調整する。また、
上記の境界画定用気体流を、ノズルヘッド半径の　１．
５　ないし　５　倍、好ましくは　１．５　ないし　３
　倍のノズルヘッド軸からの半径方向距離で噴出させる
のが有利であることも実証されている。

【００１４】本件新規改良紡糸ブロー法はポリオレフィ
ン、ポリエステル、ポリアミドの超微細繊維不織布の、
および特にポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタ
ンまたはポリエーテルカーボネートウレタン不織布の製
造に成果を挙げ得ることが実証されている。したがって
、本発明の主題はまた、本件方法により製造した、顕著
な物理的性質を有するポリウレタン不織布でもある。

【００１５】本発明により以下の利点が達成される：本
件新規方法に従って製造した超微細繊維不織布は、他の
紡糸法により製造した同等なポリウレタン不織布より明
らかに小さい平均繊維直径を有する。この特殊な繊維の
微細さにも拘わらず、個々の繊維は異常に長い。さらに
後処理することなく優れた強度、弾性および耐摩耗性を
有する種々の微細さ（繊維直径０．１　μｍないし　２
０　μｍ）の繊維の弾性不織布を製造することができる
。

【００１６】他の方法とは対照的に、２０　ないし　１
，０００　Ｐａ・ｓ　の溶融粘性範囲のポリウレタン溶
融物を、特に高分子量のポリウレタンも加工することが
できる。累積した均一な回転対称流域を有する遠心領域
における一次フィラメントの形成は、より高い溶融粘性
とより低い溶融温度の使用とを可能にして、重合体の熱
分解（解重合）が回避される。

【００１７】製造された不織布は、その高度の繊維の微
細さにも拘わらず、その高度の均一性により顕著であり
、特に膠着、絡まり、および未延伸部分が少ない。この
不織布は、縦方向においても横方向においても均一な強
度特性を有する。

【００１８】この方法により、４　ないし　５００　ｇ
／ｍ２の単位面積あたりの質量を有する弾性不織布を問
題なく製造することができ、特に単位面積あたりの質量
が小さい場合には、その高度の繊維の微細さのために優
れた表面保護を有する。特殊なポリウレタンからの不織
布はさらに、優れた化学的、および生物学的抵抗性（微
生物安定性）をも有する。

【００１９】本件弾性超微細繊維不織布はまた、種々の
方法で他の重合体の不織布と組合わせることもできる。 本件製造方法はさらに、ポリウレタンとたとえばポリオ
レフィンとの重合体混合物の加工をも可能にし、その結
果、特に弾性特性を目的に応じて調整することができる
。

【００２０】本発明記載の方法はまた、その優れた収益
性においても顕著である。

【００２１】本発明の実施例を以下に図面を援用して記
述する。

【００２２】図１は本件方法を実施するための装置の工
程図を示し、 図２は境界画定用気体流の製造用の装置を有するノズル
ヘッドの構成を示し、 図３は境界画定用気体流の製造用の旋回装置を有するノ
ズルヘッドを示す。

【００２３】図１によれば、熱可塑性ポリウレタンの重
合体顆粒１を押出し機２　中で融解させ、５　バールの
領域の一定値に制御されている圧力で、中心部の回転溶
融物通路　４　の回転シール　３　を経由して、同時に
支持装置としても作用している容器　５に導く。溶融物
通路　４　は回転ノズルヘッド　６　に接続されており
、その回転速度は　１，０００　ないし　１１，０００
　ｒｐｍ　の、好ましくは　６，０００　ないし　９，
０００　ｒｐｍ　の範囲である。ノズルヘッド　６　か
ら回転軸に対して　９０゜の角度で、周辺の小孔を経て
重合体溶融物を半径方向に放出する。小孔の近傍の　５
　ないし　２０　バールの溶融供給圧のために、小孔１
個あたり　０．０１　ないし　２　ｇ／分の連続的質量
流速が生まれる。これらの流れを環状ダクト　７　から
発生する圧倒的に軸方向の成分を有する偏向用気体流　
８　に乗せ、結果的に連続的な長い超微細繊維　１０　
に牽引し、延伸する。ついで、この繊維　１０　を気体
吸引系　１３、１４　によりシャフト　１１　を通して
沈積用ベルト　１２　上に圧縮させて不織布　１５　と
し、任意にこれをさらに加熱ローラー　１６　の間に圧
縮させる。

【００２４】回転ノズルヘッド　６　は、Ｖ　ベルト駆
動部　１８　を有するモーター　１７　により駆動する
。ノズルヘッド　６　は電気的誘導加熱系により、また
は電気的加熱コイルを用いる放射加熱により適当に加熱
する。偏向用気体流　８　用の気体は接続部　１９を通
じて供給する。

【００２５】牽引工程に関して決定的な空気動力学的流
域は図２を援用して説明される。図２によれば、補足的
な気体流　２１　を牽引ダクト　２２　を経てノズルヘ
ッド　６　の反対側の帯域に導入する。この気体流は、
ノズルヘッド　６　の前面に回転対称に配列している　
４　個の軸方向貫通孔　２３　を通じて排出し、遠心力
により半径方向流域　２４　に吹き込まれる。この流域
は基本的には半径方向の成分を有する。

【００２６】紡糸するポリウレタン溶融物　２５　を所
望の粘度調整に必要な物理的融点以上の温度に加熱し、
５　バールの圧力で中心部で回転している溶融物通路　
４　に導き、そこから半径方向の貫通孔　２６　を経て
ノズルヘッド　６　に配置されている、溶融物放出開口
部　２７　の上流の環状室　２８　に導く。

【００２７】小孔　２７　の出口における所望の溶融温
度の調整のために、ノズルヘッド　６　を電気的放射加
熱器　２９、３０　で加熱する。

【００２８】内側の補足的な気体流　２１　は、ノズル
ヘッドを離れる際に、ノズルヘッド　６　に等しいかま
たはこれより若干高い温度を持たなければならない。ノ
ズルヘッド６　の幾何学的形状および回転のために、小
孔２７　から排出する一次溶融物流　９　の均一な（角
度分布に関して）牽引を提供する対称的に吹き出される
流域が生ずる結果となる。加えて、一次溶融物流の冷却
も遅延する。 続いて、溶融物流が送風環　７　から発生する外側の気
体流　８　に乗せられ、軸方向に偏向して超微細繊維１
０（図１をも参照）に牽引される。

【００２９】さらに、送風ノズル　３１ａ、３１ｂ　が
溶融物放出孔　２７　から　ａ　＝　４０　ｍｍ　の軸
方向距離に配置されており、分配器　３３ａ、３３ｂ　
から流域の外側に供給される。この結果として気体流　
３４ａ、３４ｂ　が製造され、これが軸に対して　３０
°の角度　α　の境界画定用気体流として軸方向に偏向
した繊維流を指向する。この気体は供給用配管　３２ａ
、３２ｂ　を経て加圧下に分配器　３３ａ、３３ｂ　に
供給される。分配器の回転軸からの軸方向距離は、ノズ
ルヘッド半径の　２　倍である。境界画定用気体流　３
４ａ、３４ｂ　により、繊維−空気混合物はシャフト　
１１（図１を参照）に入る直前に全断面にわたって均一
化される。（均一な単位面積あたりの質量と均一な機械
的性質とを有する不織布の製造）。

【００３０】さらに、境界画定用気体流　３４ａ、３４
ｂ　は脈動させるのが有利であることが実証されている
。たとえばサイン曲線的な脈動は同一相で、または交替
相（逆相）であることが可能である。脈動周波数は　０
．５　ｓ−１　ないし　５　ｓ−１　の範囲が可能であ
る。

【００３１】上記以外の有利な変法は、境界画定用気体
流　３４ａ、３４ｂ　を相互に平行に配列し、これらを
繊維流の軸に対して±１０°≦β≦±７０°の角度範囲
で、０．５　ｓ−１ないし　５　ｓ−１　の頻度で旋回
させることよりなるものである。この手段により、特に
平行に作動する数個のノズルヘッド　６　を用いて、よ
り均一な繊維沈積が達成される（図３）。

【００３２】

【実施例１】デズモパン（ＤｅｓｍｏｐａｎＲ）として
知られる市販の熱可塑性ポリエステル−ポリウレタンを
図１および２の装置で紡糸した。この材料は　１．２　
ｇ／ｃｍ３　の密度、−４２℃　のガラス転移温度、＋
９１℃　の軟化温度および　１８０℃　ないし　２５０
℃　の融点範囲を有していた。溶融物の粘性は　２３０
℃　の温度、４００　ｓ−１　の剪断速度で６０Ｐａ・
ｓ　であった。溶融物温度は　２２５℃、ノズルヘッド
の温度は２４０℃　であった。ノズルヘッドは　９，０
００　ｒｐｍ　で回転させた。結果として、小孔　２７
　１個あたり　０．２　ｇ／分の流通量に達した。内側
気体流　２１　の外側牽引気体流　１９　に対する量比
は　０．４　であり、外側偏向用気体流　１９　の温度
は　２０℃、内側の補足的気体流２１　のそれは　２６
０℃　であった。２　個の反対側の境界画定用気体流　
３４ａ　および３４ｂ　は　４０　ｍｍ　の軸方向距離
を有し（図２を参照）、回転軸からの半径方向距離は、
ｒ　をノズルヘッド半径として　２ｒ　であった。法線
に対する設定角度　α（図２を参照）は　３０°であっ
た。これら　２個の気体流　３４ａ　および　３４ｂ　
の流通量のノズルヘッドで導入された気体流　１９　と
　２１　との合計に対する比は　０．３　であり、境界
画定用気体流の温度は　２０℃　であった。この方法で
紡糸した超微細繊維１０　は、１．９　μｍ　の標準偏
差で　３．５　μｍ　の平均繊維直径を有していた。こ
の結果は、走査電子顕微鏡で　２５０　本の繊維を計数
することにより得た。沈積した不織布は、その幅全体に
わたる優れた均一性と以下の単位面積あたりの質量の関
数としての強度特性とを有していた。

【００３３】

【表１】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　表　　Ｉ　　　　　　　　　　　単位
面積あたりの　　　　　ＢＦ　　　　　　　ＢＥ　　　
　　２５　％伸長　　　　　　　　　　　　　　　　　
質量　　　　　　　　　　破断力　　　破断伸長度　　
後の回復度　　　　　　　　　　　　　　　［ｇ／ｍ２
］　　　　　［Ｎ／ｃｍ］　　　［％］　　　　　　［
％］　　　　　　　　　　　　　　　　　５０　縦方向
　　　　　　　　３．２　　　　　　　　　４５８　　
　　　　　　　２６　　　　　　　　　　　　　　　　
　　横方向　　　　　　　　２．６　　　　　　　　　
３７０　　　　　　　　　２８　　　　　　　　　　　
　　　　８０　縦方向　　　　　　　　６．８　　　　
　　　　　４８２　　　　　　　　　２７　　　　　　
　　　　　　　　　　　　横方向　　　　　　　　５．
７　　　　　　　　　４７５　　　　　　　　　２８　
　　　　　　　　　　　　１０５　　縦方向　　　　　
　　１０．５　　　　　　　　　５１１　　　　　　　
　　３２　　　　　　　　　　　　　　　　　　横方向
　　　　　　　　７．３　　　　　　　　　４８０　　
　　　　　　　２１

【００３４】

【実施例２】同一の装置を用い、その他は同一の調整で
、質量流通量を小孔１個あたり　０．１ｇ／分に減少さ
せ、境界画定用気体流　３４ａ、３４ｂ　はノズルヘッ
ド　６　に供給される気体流　１９、２１　の合計に対
して　０．２　の量比を与えるように調整した。結果と
して、標準偏差　０．７　μｍ　で　１．３　μｍ　の
平均繊維直径を得た（実施例１と同様の測定した）。実
施例１との関連で既に定義した強度特性は、以下の表　
ＩＩ　にまとめてある。

【００３５】

【表２】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　表　　ＩＩ　　　　　　　　　　　　
単位面積あたりの質量　　　　　　ＢＦ　　　　　　Ｂ
Ｅ　　　　回復　　　　　　　　　　　　　　　　　　
［ｇ／ｍ２］　　　　　　　　［Ｎ／ｃｍ］　　［％］
　　［％］　　　　　　　　　　　　　　　　　　６８
　縦方向　　　　　　　　　　　　２．７　　　　　　
　２８０　　　　　１５　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　横方向　　　　　　　　　　　　２．５
　　　　　　　２５５　　　　　１１　　　　　　　　
　　　　　　　　１０５　　縦方向　　　　　　　　　
　　　３．７　　　　　　　２５５　　　　　１３　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　横方向　　　
　　　　　　　　　３．６　　　　　　　２３０　　　
　　１０ 実施例１と比較して、実施例２による不織布は、より高
い内部均一性と表面保護とを有する。

【００３６】本発明の主な特徴及び態様は以下のとおり
である。

【００３７】１．高速の外側気体流（８）に加えて、回
転ノズルヘッド　　（６）に生ずる遠心的掃出力の影響
下に、溶融物放出孔（２７）より小さい半径方向距離に
ノズルヘッドの複数の軸方向貫通孔（２３）からより低
速の内側気体流（２４）を排出して、圧倒的に半径方向
の速度成分を有し、その温度がノズルヘッド温度に等し
いか、またはそれ以上の回転対称流域を形成することを
特徴とする、回転ノズルヘッド（６）の１バール　−　
２００　バールの供給圧で溶融重合体を複数の放出孔（
２７）から半径方向に紡糸放出して繊維を形成させ、未
だ完全には固化していない繊維を外側気体流（８）によ
り放出孔（２７）から　１０　ｍｍ　ないし　２００ｍ
ｍ　の半径方向距離で軸方向に偏向させ、その後、循環
空気透過性担体（１２）上に不織布　（１５）として沈
積させる、熱可塑性重合体よりの、平均繊維直径　０．
１　μｍ　−　２０　μｍ、好ましくは　０．５　μｍ
　−　１０　μｍ　の超微細重合体繊維不織布の製造方
法。

【００３８】２．上記の内側気体流速対外側気体流速の
比率を　０．２ないし　２．０　の値に調整することを
特徴とする上記１記載の方法。

【００３９】３．上記の内側気体流が、回転ノズルヘッ
ド（６）の軸方向に走る　２　ないし　２０　個の、好
ましくは　２　ないし　１０個の貫通孔（２３）から噴
出することを特徴とする上記１ないし２記載の方法。

【００４０】４．上記のノズルヘッド（６）の外側、溶
融物放出孔（２７）から　０　ｍｍ　≦　ａ　≦　５０
０　ｍｍ　の軸方向距離に、少なくとも　２　個の上記
以外の境界画定用気体流（３４ａ、３４ｂ）を軸に対し
て　０　°ないし　７０°、好ましくは　１０°ないし
　６０°の角度で、軸方向に偏向した繊維流に指向させ
ることを特徴とする上記１ないし３記載の方法。

【００４１】５．上記の境界画定用気体流速（３４ａ、
３４ｂ）の合計と外側気体流速（１９）と内側気体流速
（２１）との合計との比率を０　ないし１、好ましくは
　０　ないし　０．５の値に調整することを特徴とする
上記４記載の方法。

【００４２】６．上記の境界画定用気体流（３４ａ、３
４ｂ）を、ノズルヘッド半径の１ないし５　倍、好まし
くは１ないし　３　倍の半径方向距離で噴出させること
を特徴とする上記４ないし５記載の方法。

【００４３】７．上記の境界画用定気体流が同位相で、
または逆位相で脈動することを特徴とする上記４ないし
６記載の方法。

【００４４】８．上記の境界画定用気体流（３４ａ、３
４ｂ）を相互に平行に排列し、繊維流の軸に対して　±
１０°ないし　±７０°角度範囲で、０．５　ｓ−１　
ないし　５　ｓ−１　の頻度で旋回させることを特徴と
する上記４ないし７記載の方法。

【００４５】９．ポリエステルウレタン、ポリエーテル
ウレタンまたはポリエーテルカーボネートウレタンを重
合体として使用することを特徴とする上記１ないし８記
載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本件方法を実施するための装置の工程図を示す
図である。

【図２】境界画定用気体流の製造装置を有するノズルヘ
ッドの構造を示す図である。

【図３】境界画定用気体流の製造用の旋回装置を有する
ノズルヘッドを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高速の外側気体流（８）に加えて、回
   転ノズルヘッド（６）に生ずる遠心的掃出力の影響下に
   、溶融物放出孔（２７）より小さい半径方向距離にノズ
   ルヘッドの複数の軸方向貫通孔（２３）からより低速の
   内側気体流（２４）を排出して、圧倒的に半径方向の速
   度成分を有し、その温度がノズルヘッド温度に等しいか
   、またはそれ以上の回転対称流域を形成することを特徴
   とする、回転ノズルヘッド（６）の１バール−２００バ
   ールの供給圧で溶融重合体を複数の放出孔（２７）から
   半径方向に紡糸放出して繊維を形成させ、未だ完全には
   固化していない繊維を外側気体流（８）により放出孔（
   ２７）から　１０　ｍｍ　ないし　２００　ｍｍ　の半
   径方向距離で軸方向に偏向させ、その後、循環空気透過
   性担体（１２）上に不織布（１５）として沈積させる、
   熱可塑性重合体よりの、平均繊維直径　０．１　μｍ　
   −　２０　μｍ、好ましくは　０．５　μｍ　−　１０
   　μｍ　の超微細重合体繊維不織布の製造方法。