JP2005538264A - 多層不織布 - Google Patents

Abstract

不織布は、約５０重量％から約９０重量％までの非熱可塑性吸収性ステープル繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの熱可塑性繊維とを含む第１の複合層を含む。第１の複合層の第１の外面において優勢の繊維は非熱可塑性吸収性ステープル繊維からなり、該第１の複合層の第２の外面において優勢の繊維は熱可塑性繊維からなる。不織布は、さらに、約５０重量％から約９０重量％までの非熱可塑性吸収性ステープル繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの熱可塑性繊維とを含む第２の複合層を含む。第２の複合層は、第１の複合層の第２の外面に隣接している。不織布は、さらに、結合領域を含み、ここでは、第１の複合層の熱可塑性繊維の一部が、第２の複合層の熱可塑性繊維の一部に融着されており、さらに、該結合領域は、複数の連続的な空隙を有する。

Description

本発明は、一般に、不織材料の準備及び製造に関する。より具体的には、本発明は、吸収性拭取材として用いるのに適した不織材料の準備及び製造に関する。

多くの適用例において、大量の水及び油の両方を迅速に吸収する能力を有する拭取材の必要性がある。拭取材は、さらに、縞状の拭取り跡のないクリーンな表面を残すことが好ましい。拭取材は、吸収した液体を絞り出すことにより再利用できることが好ましい。拭取材は、引き裂き、細断、又は繊維くずなしで、このような使用に耐えるのに十分な強さ及び摩擦抵抗を有することが望ましい。拭取材は、さらに、柔らかさ及びドレープ性を含む手触りのよい感触を有することが望ましい。

多くの種類の拭取材が入手可能である。紙の拭取材は安価であるが、油ベースの液体を吸収することに関しては不足である。布地の拭取材は、水及び油を十分に吸収するが、製造するには高価であり、これらを費用効果のあるものにするには、洗濯が必要になる。不織拭取材は、使い捨てするのに十分なだけ安価であるが、布地の拭取材と比較した場合には、吸収性及び感触が不備である。

水及び油の両方の吸収性がある親水性繊維及び疎水性繊維の両方の不織複合材が当業者に知られている。高い坪量の拭取材は、布地の拭取材のそれに近い吸収能力を有する。しかし、改善された触感特性をもつさらに大きい吸収能力を有する低価格の不織拭取材のための不織布を与える余地がある。

改善された不織拭取材に対する前述の必要性は、高度の吸収性のある不織布を与える本発明により対処される。不織布は、約５０重量％から約９０重量％までの非熱可塑性吸収性ステープル繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの熱可塑性繊維とを含む第１の複合層を含む。第１の複合層の第１の外面において優勢の繊維は、非熱可塑性吸収性ステープル繊維からなり、該第１の複合層の第２の外面において優勢の繊維は熱可塑性繊維からなる。不織布は、さらに、約５０重量％から約９０重量％までの非熱可塑性吸収性ステープル繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの熱可塑性繊維とを含む第２の複合層を含む。第２の複合層は、第１の複合層の第２の外面に隣接する。不織布は、さらに、結合領域を含み、ここでは、第１の複合層の熱可塑性繊維の一部が第２の複合層の熱可塑性繊維の一部に融着されており、さらに、該結合領域は複数の連続的な空隙を有する。

連続的な空隙は、結合領域内で吸収された液体の実質的な流れを可能にすることが望ましい。一態様においては、結合領域は、不織布の表面上に或るパターンで配置された個別の結合点を含む。さらに別の態様においては、結合領域は、超音波結合される。

一態様においては、結合領域は、ｚ軸方向、すなわち、不織布の表面に対して垂直方向において、実質的に多孔性である。結合領域は、ｘ軸方向及びｙ軸方向、すなわち、不織布の表面に対して平行な方向に多孔性であることが望ましい。結合領域は、すべての方向、すなわち、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向において、実質的に多孔性であることがさらにより望ましい。

一態様においては、結合領域は、拭取適用中に、層の剥離を抑制するのに十分な強さを与える。剥離強度は、互いに結合された層間強度を測定するように設計された試験である。不織布の剥離強度は、約５０グラムから約５００グラムまでの範囲に及ぶことが望ましく、この剥離強度は約５０グラムから約３００グラムまでの範囲に及ぶことがさらに望ましい。不織布は、約４０ｇｓｍから約３００ｇｓｍまでの坪量を有することが望ましい。

一態様においては、非熱可塑性吸収性ステープル繊維は、パルプ繊維からなる。さらに別の態様においては、熱可塑性繊維は、実質的に連続的なフィラメントからなる。熱可塑性繊維は、実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントからなることが望ましい。

さらに別の態様においては、第２の複合層の第１の外面において優勢の繊維は、非熱可塑性吸収性繊維からなり、該第２の複合層の第２の外面において優勢の繊維は熱可塑性繊維からなる。第２の複合層の第２の外面は第１の複合層の第２の外面に隣接していることが望ましい。

別の実施形態においては、不織布は、非熱可塑性吸収性ステープル繊維及び熱可塑性繊維を含む第１の複合層と、非熱可塑性吸収性ステープル繊維及び熱可塑性繊維を含み、該第１の複合層に隣接する第２の複合層と、該第１の複合層の熱可塑性繊維の一部が該第２の複合層の熱可塑性繊維の一部に融着されており、さらに、複数の連続的な空隙を有する結合領域とを含む。

本発明の他の特徴及び態様は、以下により詳細に述べられる。

（定義）
ここで用いられる「機械方向」という用語は、不織ウェブの形成中に繊維が付着される形成面の移動方向を指す。
ここで用いられる「機械横方向」という用語は、上で定義された機械縦方向に垂直な方向のことを指す。
ここで用いられる「ステープル繊維」という用語は、天然繊維であるか、又は通常のステープル繊維のスピニング及びドローイング工程から製造されたフィラメントから切断された繊維のことを指す。
ここで用いられる「パルプ」という用語は、木質植物及び非木質植物などの自然資源からの繊維のことを指す。木質植物は、例えば、落葉樹及び針葉樹を含む。非木質植物は、例えば、綿、亜麻、アフリカハネガヤ、トウワタ、わら、ジュート、ヘンプ、及びバガスを含む。

ここで用いられる「実質的に連続的な」フィラメント又は繊維という用語は、紡糸口金からの押し出しにより準備された、制限的ではないが、スパンボンド繊維及びメルトブローン繊維を含むフィラメント又は繊維のことを指す。実質的に連続的なフィラメント又は繊維は、約２０ｃｍより大きい値から１メートルより大きい値までの長さまで、及び形成されているウェブ又は布の長さまでの範囲に及ぶ平均長さを有することができる。これに代わりに又はこれに加えて、「実質的に連続的な」フィラメント又は繊維の定義は、不織ウェブ又は布に形成される前に切断されていないが、該不織ウェブ又は布が切断された後に切断されるものを含む。
ここで及び特許請求の範囲で用いられる「からなる」という用語は、包括的又は制約のないものであり、付加的な、列挙されなかった要素、構成成分又は方法段階を排除するものではない。従って、この「からなる」という用語は、「から本質的に構成される」及び「から構成される」といった、より限定的な用語を包含するものである。

ここで本発明を、その特定の実施形態を参照して詳細に説明する。これらの実施形態は、本発明を説明する目的で与えられたものであって、本発明を制限することを意味するものではない。例えば、１つの実施形態の一部として述べられ又は示される特徴を、別の実施形態に用いて、さらに別の実施形態を生み出すことができる。本発明は、本発明の範囲及び精神の範囲内にあるこれらその他の修正及び変形を含むことが意図されている。

本発明は、非熱可塑性吸収性ステープル繊維及び熱可塑性繊維からなる複合層を含む不織布を提供する。これらの層は、結合領域で互いに取り付けられ、ここでは、各複合層からの熱可塑性繊維が他の複合層からの熱可塑性繊維と融着される。非熱可塑性吸収性ステープル繊維及び熱可塑性繊維は、複合層の一方の面で優勢な繊維が非熱可塑性吸収性ステープル繊維であり、他方の面で優勢な繊維が熱可塑性繊維となるように、配置するのが望ましい。熱可塑性繊維が優勢な表面を互いに隣接させて、外面は、非熱可塑性吸収性ステープル繊維が優勢な不織材料を生成するようにすることが望ましい。

複合層の非熱可塑性吸収性ステープル繊維は、通常の湿式形成工程、空気堆積工程、カーディング工程などを含むが、これらに限定されない不織布形成行程に用いるのに適したあらゆる平均繊維長を有することができる。限定されない例として、非熱可塑性吸収性ステープル繊維は、約０．７ミリメートルから約２５ミリメートルまでの平均繊維長を有することができる。限定されない例として、パルプ繊維は、本発明を実施するのに有用な非熱可塑性吸収性ステープル繊維である。他の好適なステープル繊維としては、アセテートステープル繊維、レーヨンステープル繊維、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）ステープル繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）ステープル繊維、ポリビニルアルコールステープル繊維、リオセルステープル繊維などを含むが、これらに限定されない。望ましくは、層内の非熱可塑性吸収性ステープル繊維は、例えば、１平方メートル当たり約８グラム（ｇｓｍ）から約１２０ｇｓｍまでの坪量を有することができる。さらにより望ましくは、層内の非熱可塑性吸収性ステープル繊維は、約１０ｇｓｍから約６０ｇｓｍまでの坪量を有する。

複合層の熱可塑性繊維は、例えば、既知の溶媒紡糸又は融着紡糸工程、例えば、スパンボンド又はメルトブローのような既知の不織布押出し工程によって形成することができる。熱可塑性繊維はステープル繊維であってもよいし、又は実質的に連続なフィラメントであってもよい。

熱可塑性繊維は、溶媒紡糸可能な又は融着紡糸可能なあらゆる熱可塑性ポリマー、コポリマー又はそれらのブレンドから形成することができる。本発明に好適なポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、それらのブレンド及びコポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されない。望ましくは、熱可塑性繊維は、ポリオレフィンを含み、さらにより望ましくは、熱可塑性繊維はポリプロピレン及びポリエチレンを含む。好適な繊維形成ポリマー組成物はさらに、熱可塑性エラストマーがブレンドされていてもよく、並びに顔料、酸化防止剤、流動促進剤、安定剤、芳香剤、研磨粒子、充填剤などを含有していてもよい。任意に、熱可塑性繊維は、２つ又はそれ以上の異なるポリマーで構成される多成分繊維であってもよい。熱可塑性繊維は、丸くてもよいし、又は当業者に知られる好適ないずれの形状であってもよく、そのような形状には２つの突出部形状、３つの突出部形状などが含まれるが、これらに限定されない。望ましくは、層内の熱可塑性繊維は、約８から約７０ｇｓｍまでの坪量を有する。より望ましくは、熱可塑性繊維は、約１０から３５ｇｓｍまでの坪量を有する。

本発明のさらに別の態様においては、複合層は、例えば、活性炭、粘土、デンプン、及び超吸収性材料のような種々の材料を含有できる。例えば、これらの材料は、これらを複合層に組み込む前に、非熱可塑性吸収性ステープル繊維に加えることができる。代替的に及び／又は付加的に、これらの材料は、非熱可塑性吸収性ステープル繊維及び熱可塑性繊維を組み合わせた後に、複合層に加えることができる。有用な超吸収体は、吸収性材料の当業者に知られている。超吸収体は、複合層の繊維１００グラム当たり約５０グラムまでの割合で存在するのが望ましい。

選択された特性を個々の複合層に付与するためには、仕上げ工程及び／又は後処理工程を用いることが望ましいとすることができる。例えば、複合層は、機械的処理、化学的処理などを受けることができる。均一な外観及び／又は特定の肌触り特性を与えるための機械的処理は、限定されない例として、プレス加工、しぼ寄せ、ブラッシング、及び／又はカレンダロール、エンボスロールを用いるプレス加工などを含む。化学的後処理は、限定されない例として、接着剤、染料などによる処理を含む。

本発明の不織材料を形成するための層として用いることができる複合不織材料の例としては、Ａｎｄｅｒｓｏｎらに付与された米国特許第４，１００，３２４号、Ｇｅｏｒｇｅｒらに付与された米国特許第５，５０８，１０２号及びＥｓｃｈｗｅｙらに付与された米国特許第４，９０２，５５９号に記載されるもののような材料が挙げられるが、これらに限定されず、これら文献の内容は、本明細書において全体を引用によりここに組み入れる。他の例示的な材料としては、Ｅｖｅｒｈａｒｔらに付与された米国特許第５，２８４，７０３号に記載されるような、互いに水圧交絡された熱可塑性繊維と吸収性ステープル繊維との複合材料が挙げられ、この文献の内容は、本明細書において全体を引用によりここに組み入れる。

図面の図１を参照すると、本発明の不織材料の複合層の少なくとも１つを形成するのに用いることができる水圧交絡された複合布を形成するための例示的な工程が１０に概略的に示されている。この工程においては、非熱可塑性吸収性ステープル繊維の懸濁液は、ヘッドボックス１２によって供給され、分散した状態で、スルース１４を介して通常の湿式形成機の形成布１６上に付着される。本明細書では、湿式形成工程による非熱可塑性吸収性ステープル繊維ウェブの形成が述べられるが、非熱可塑性吸収性ステープル繊維ウェブは、別の選選択肢として、例えばカーディング、空気堆積、乾燥堆積などのような他の通常の工程によって製造できることを理解すべきである。

ステープル繊維の懸濁液は、通常の湿式形成工程において通常用いられる、あらゆる粘度を有していてもよい。例えば、懸濁液は、水に懸濁された約０．０１重量％から約１．５重量％までのステープル繊維を含有することができる。均一なステープル繊維層１８を形成するために、ステープル繊維の懸濁液から水が除去される。ステープル繊維層１８は、例えば、１平方メートル当たり約１０から約１２０グラム（ｇｓｍ）までの乾燥坪量を有することができる。望ましくは、ステープル繊維層１８は、約１０から約６０ｇｓｍまでの乾燥坪量を有する。

本実施形態においては、ステープル繊維は、通常の湿式形成工程に用いるのに適した、あらゆる平均繊維長を有することができる。限定されない例として、北方針葉樹のクラフトパルプは、湿式形成工程に用いるのに好適なステープル繊維である。限定されない例として、ステープル繊維は、約１．５ｍｍから約６ｍｍまでの平均繊維長を有することができる。望ましいパルプ繊維は、平均繊維長がより短いものを含み、それらには、特定のヴァージン広葉樹パルプ、及び例えば新聞紙、再生板紙、事務系廃棄物などのような供給源からの二次（すなわち、リサイクルされた）繊維パルプが含まれるが、これらに限定されない。このような供給源からのパルプ繊維は、通常、約１．２ｍｍ未満、例えば０．７ｍｍから１．２ｍｍまでの平均繊維長を有する。他の好適なステープル繊維としては、アセテートステープル繊維、レーヨンステープル繊維などが挙げられるが、これらに限定されない。

パルプ繊維が本発明で用いられる場合には、それらは、精製されていなくてもよいし、又は種々の精製程度に砕かれていてもよい。要望通りに強度及び耐磨耗性を改善するために、湿潤強化樹脂及び／又は樹脂バインダを加えることができる。有用なバインダ及び湿潤強化樹脂は、製紙分野の当業者に知られている。架橋剤及び／又は水和剤もパルプに加えることができる。非常に目の開いた又は緩んだパルプ繊維ウェブが望まれる場合には、水素結合程度を減少させるために、解離剤をパルプに加えることができる。有用な解離剤は、製紙分野の当業者に知られている。特定の解離剤を加えることは、さらに、静的及び動的摩擦係数を減少させる場合がある。解離剤は、潤滑剤又は摩擦還元剤として作用すると考えられる。

図面の図１を再び参照すると、熱可塑性繊維基体２０が、供給ロール２２から繰り出されている。熱可塑性繊維基体２０は、スタックローラ２８及び３０によって形成されたＳ字ロール構成２６のニップ２４を通過する。代替的な実施形態（図示せず）では、不織基体は、ニップ２４に向けられる前に、インラインで作ることができる。ローラの正確な構成は、本発明にとって重要でない。

熱可塑性繊維基体２０は、約１０から約７０ｇｓｍまでの坪量を有することができる。望ましくは、熱可塑性繊維基体２０は、約１０から約３５ｇｓｍまでの坪量を有することができる。熱可塑性繊維基体を構成するポリマーは、例えば、顔料、酸化防止剤、流動促進剤、安定剤などのような付加的な材料を含んでいてもよい。

熱可塑性繊維基体２０は、水圧交絡工程前に結合することができる。望ましくは、熱可塑性繊維基体２０は、約３０パーセントより少ない合計結合面積、及び１平方インチ当たり約１００個より多い結合という均一な結合密度を有する。例えば、熱可塑性繊維基体は、約２から約３０パーセントまでの合計合面積、及び１平方インチ当たり約２５０から約５００個のピン結合の結合密度を有することができる。こうした合計結合面積と結合密度との組み合わせは、種々の結合パターンを有する結合ロールを用いて熱可塑性繊維を結合させることにより達成できる。熱結合ロールによって生成されるピン結合が上述されているが、最小合計結合面積でフィラメントをしっかりと固定する、あらゆる形態の結合を用いることができる。例えば、熱結合及びラテックス含浸の組み合わせを用いて、最小結合面積で、望ましいフィラメントの固定を与えることができる。代替的に及び／又は付加的に、樹脂、ラテックス又は接着剤を、例えば、噴霧又は印刷によって熱可塑性繊維基体に適用し乾燥して、所望の結合を与えることができる。

ステープル繊維層１８は、次いで、通常の水圧交絡機の有孔交絡面３２上にある熱可塑性繊維基体２０の上に載せられる。ステープル繊維層１８は、熱可塑性繊維基体２０と水圧交絡マニホールド３４との間にあるのが望ましい。ステープル繊維層１８及び熱可塑性繊維基体２０は、１つ又はそれ以上の水圧交絡マニホールド３４の下を通り、噴流流体で処理されて、ステープル繊維と熱可塑性繊維基体２０を交絡させる。噴流流体はまた、ステープル繊維が熱可塑性繊維基体２０の中に、及び該熱可塑性繊維基体２０を通るようにし、複合材料３６を形成する。

或いは、水圧交絡は、ステープル繊維層１８及び熱可塑性繊維基体２０が、湿式堆積が行われた同じ有孔スクリーン（すなわち、メッシュ布）上にあるときに、行うことができる。或いは、乾燥されたステープル繊維シートは、熱可塑性繊維基体上に重ねられ、特定の粘度まで再水和され、次いで水圧交絡を受けることができる。

水圧交絡は、ステープル繊維層１８が、高度に水で飽和されているときに行ってもよい。例えば、ステープル繊維層１８は、水圧交絡の直前に、約９０重量％までの水を含有することができる。或いは、ステープル繊維層は、ステープル繊維の空気堆積又は乾燥堆積層であってもよい。

水圧交絡は、通常の水圧交絡工程及び装置、例えばＥｖｅｒｈａｒｔらに付与された米国特許第５，２８４，７０３号、及びＥｖａｎｓの米国特許第３，４８５，７０６号に見出されるようなものを利用して達成することができ、これらの文献の全体の内容は、引用によりここに組み入れられる。水圧交絡は、例えば、水のようなあらゆる適切な作動流体を用いて行うことができる。作動流体は、限定されない例として、約０．０７ミリメートルから約０．４ミリメートルまでの直径を有することのできる一連の個々の穴又はオリフィスに、流体を均一に分配するマニホールドを通って流れる。当業者に知られる多くの他のマニホールド構成及び組み合わせを用いることができる。例えば、単一マニホールドを用いてもよいし、又は幾つかのマニホールドを連続的に配置してもよい。

水圧交絡工程においては、作動流体は、約１，３００から約１４，０００ｋＰａまでの範囲に及ぶ圧力にてオリフィスを通過するのが望ましい。記載された圧力の上限域では、複合布が毎分約３００メートルの速度で処理され得ると想定される。流体は、例えば、メッシュサイズが約４０×４０から約１００×１００までの単一平面メッシュであることができる有孔交絡面３２によって支持されるステープル繊維層１８及び熱可塑性繊維基体２０と衝突する。有孔交絡面３２はまた、メッシュサイズが約５０×５０から約２００×２００までの多プライメッシュであってもよい。多くの水噴流処理工程では典型的であるが、過剰な水が水圧交絡された複合材料３６から引き出されるように、真空スロット３８は、水圧交絡マニホールド３４の真下に、又は該水圧交絡マニホールド３４の下流側にある有孔交絡面３２の下に配置することができる。

熱可塑性繊維基体上に載せられたステープル繊維に直接衝突する作動流体の円柱状噴流は、これらの繊維が熱可塑性繊維基体中の繊維のマトリックス又は繊維の不織ネットワークの中に及びこれを部分的に通るように働く。流体噴流及びステープル繊維が熱可塑性繊維基体と相互作用する場合には、該ステープル繊維は、該熱可塑性繊維基体の繊維及び該ステープル繊維同士と交絡する。達成できる交絡の程度は、熱可塑性繊維が互いに結合された程度に左右される。熱可塑性繊維基体が非常に緩く結合している場合には、フィラメントは、一般に、ステープル繊維を固定するための密着したマトリックスを形成するには可動性があり過ぎる。一方、熱可塑性繊維基体の合計結合面積が大きすぎる場合には、ステープル繊維の浸透が不良になる。さらに、結合面積が大きすぎると、流体噴流が孔のない大きな結合点にぶつかった時に、跳ね、跳ね散って、該ステープル繊維を洗い落とすので、不均一な複合布がもたらされる。上述したように、適切な結合レベルは、密着した熱可塑性繊維基体を与え、その基体は、片側だけを水圧交絡することによって、本発明の不織材料における複合層として用いるのに好適な布を形成でき、依然として、強くて有用で、並びに望ましい寸法安定性を有する複合布を与える。

ステープル繊維層及び熱可塑性繊維基体と衝突する流体噴流エネルギーは、結果として得られる複合層の二つ側面性を向上させるような方法で、ステープル繊維が、連続フィラメント基体の中に挿入されかつこれと交絡されるように調整することができる。すなわち、交絡は、一方の面の優勢な繊維が非熱可塑性吸収性ステープル繊維であり、他方の面の優勢な繊維が熱可塑性繊維である材料を製造するように調整できる。

流体噴流処理の後、複合布３６は、任意的に、乾燥工程、望ましくは非圧縮性乾燥工程に移されることになる。必要に応じて、複合布は、乾燥工程に移される前に湿式しぼ寄せされてもよい。ウェブの非圧縮性乾燥は、図１において４２として示される通常の回転式ドラム空気貫流乾燥装置を利用して達成することができる。貫流乾燥機４２は、通気孔４６及び該通気孔４６を通って吹き込まれる高温空気を受け取るための外側フードを組み合わせてもつ外側回転可能シリンダー４４とすることができる。貫流乾燥機ベルト５０は、貫流通気乾燥機の外側シリンダー４４の上方部分の上に複合布３６を運ぶ。貫流乾燥機４２の外側シリンダー４４の通気孔４６を通される加熱空気は、複合布３６から水を除去する。貫流乾燥機４２によって複合布３６を通される空気の温度は、ライン速度、飽和量、大気条件などによって変化し得る。乾燥空気は、加熱されてもよいし、又は室温であってもよい。他の有用な貫流乾燥方法及び装置は、例えば、Ｎｉｋｓの米国特許第２，６６６，３６９号及びＳｈａｗの米国特許第３，８２１，０６８号に見出すことができ、前述の参照文献の内容の各々は、全体を引用によりここに組み入れる。

本発明の不織布は、例えば、図２に示される工程に従って製造することができる。上述されるように第１及び第２の複合層１２０は、第１及び第２ベースロール１２２から繰り出され、超音波ラミネータ１４０のニップ１４２に供給される。超音波ラミネータ１４０のニップ１４２は、固定型超音波ホーン１４６と回転するパターン形成されたアンビルロール１４８との間に形成される。しかし、２つより多い複合層を互いに重ねて、本発明の不織布を形成できることが想定される。複合層１２０は、ニップ１４２内で互いに結合されて不織布１５０を形成し、これは次いで最終ベースロール１５２に巻き取られる。或いは、超音波ラミネータ１４０を出る不織材料１５０は、当業者に知られるスリット加工、エンボス加工、嵩減らし、巻き戻しなどのような後続の変換段階に移されてもよい。

固定型ホーン及び回転するパターン形成されたアンビルロールによる超音波結合は、当業者において知られており、例えば、ＧｒＧａｃｈらに付与された米国特許第３，９３９，０３３号、Ｒｕｓｔ Ｊｒ．の米国特許第３，８４４，８６９、及びＨｉｌｌの米国特許第４，２５９，３９９号に教示され、上述の文献の各々は、本明細書において全体を引用によりここに組み入れられる。本発明の材料は、例えば、Ｎｅｕｗｉｒｔｈらに付与された米国特許第５，０９６，５３２号、Ｅｈｌｅｒｔの米国特許第５，１１０，４０３号、及びＢｒｅｎｎｅｃｋｅらに付与された米国特許第５，８１７，１９９号に教示されるような、回転するパターン形成されたアンビルロールをもつ回転ホーンを含む超音波結合装置を用いることによって製造できることが想定され、上述の文献の各々は、本明細書において全体を引用によりここに組み入れられる。特定の超音波結合機が上で特定されているが、さらに他の結合機も本発明に用いるのに好適であると考えられる。

互いに重ねられた複合層１２０は、上述のように側面性を有することが望ましい。各複合層１２０の一方の面は、熱可塑性繊維が優勢であり、より滑らかで、より可塑性の感触を与える一方で、他方の面は非熱可塑性吸収性ステープル繊維が優勢であり、より柔らかく、より一貫した感触を与える。これらの２つの複合層を互いに積層する場合には、熱可塑性繊維が優勢な面が積層構造の内側に面し、非熱可塑性吸収性ステープル繊維が優勢な面を外側に残すようにするのが望ましい。このようにして複合層を配置させることは、２つの層の熱可塑性繊維間での接触を増加させ、それによって生じる結合量が増加する。さらに、非熱可塑性吸収性ステープル繊維が優勢な面を積層構造の外側に残して、単一プライ構造と比較した場合に、不透明性が向上し、視覚的美観及び感触が改善される。熱可塑性繊維は、複合層が互いに積層された後にはほとんど見えなくなるため、熱可塑性繊維が優勢な複合層の面を積層体の内側に配置することは、さらに、顔料を含まない熱可塑性繊維を用いることを可能にする。次いで、例えば、非熱可塑性吸収性ステープル繊維だけを染色することによって、着色された拭取材が製造でき、結果として製造コストが削減される。

本発明者らは特定の作動理論に拘束されることを望まないが、結合領域面積内に存在する非熱可塑性吸収性ステープル繊維は、熱可塑性繊維の完全な融着を抑制し、それによって、熱可塑性繊維のみを含有するウェブの結合中に生じるような実質的にポリマーで満たされた結合領域が形成されるのを阻止すると考えられている。比較として、図３及び図４の結合領域が与えられる。図３及び図４の試料は、液体窒素に含浸され、単一エッジかみそりを用いて、結合領域の列に沿って二分された。二分化は、どのような伝導性コーティングも用いることなく、低電圧（１．２ｋＶ）にて電解放射型走査電子顕微鏡（ＦＥＳＥＭ）にて評価した。組成（後方散乱電子）画像は、マイクロチャンネルプレート検出器を用いて負バイアス電圧かけて得られた。

図３は、ポリプロピレンスパンボンド繊維のウェブにおける超音波結合領域の例を示す。実質的に孔をもたず、空隙容量が実質的に０である実質的にポリマーで満たされた結合領域が形成されていることがわかる。しかし、図４は、本発明の不織布における超音波結合領域の例を示す。個々の熱可塑性繊維間には結合が存在するが、処理された面積においては実質的にポリマーで満たされた結合領域は形成されていないことがわかる。結合領域の表面には明白な孔があり、この結合領域は、ｚ軸方向にわたり、すなわち、該結合領域の不織布の表面に対して垂直に空隙容量を有する。この有孔性及び空隙容量によって、液体は、結合領域表面において、拭き取り材に入り、該結合領域を通って横方向に、該結合領域間の拭取材の高吸収力面積に移動できるようになる。

複合層間の結合領域は、使用中に層間剥離が生じる可能性を減少させるのに十分な強度を与えることが望ましい。剥離強度試験は、結合されたか又は積層された布の成分層間の結合強度を求めるのに用いられる。望ましくは、剥離強度は、約５０グラムから約５００グラムまでの範囲に及ぶ。より望ましくは、剥離強度は約５０グラムから約３００グラムまでの範囲に及び、さらにより望ましくは、剥離強度は約５０グラムから約２００グラムまでの範囲に及ぶ。実質的にポリマーで満たされた結合点が形成されることなく、所望の剥離強度を達成できる能力は、さらに、拭取材材料に改善された感触を与え、それが増加したドレープ性及び／又は柔らかさとなって現れる。本発明者らは、特定の作動理論に拘束されることを望まないが、これは、ポリマーで満たされた結合領域がないこと、及び、パルプ繊維が結合領域内で移動しなければならない自由度の増加によるものと考えられる。ポリマーで満たされた結合領域がないために、パルプ繊維は、結合領域内で実質的に塞がれることがない。この結果、ドレープ性、柔らかさ及び／又は手触りが改善される。

従って、本発明の不織布は、十分なプライ強度を与えるが、結合領域内に開放構造を生み出す超音波結合工程を利用して製造される。この構造は、三次元全てに開放されている。これは、結合領域の外側から該結合領域の内側、すなわちｚ軸方向への流動を可能にするだけでなく、ｘ軸方向及びｙ軸方向への横方向の流動も可能にする。この方法はまた、その他の熱結合材料では見出されない柔らかさ、手触り及び／又はドレープを与える。これらの特性は、強い超音波出力、速いライン速度及び低いニップ圧力の選択及び使用により達成されることが望ましい。強い超音波出力は、エネルギーを複合層に浸透させ、熱可塑性繊維を不織布の中間領域で融着させることができる。速いライン速度は、滞留時間を減少させ、焼き付き及び／又は穴の形成をもたらし得る過剰の結合に対する可能性を減少させる。低いニップ圧力は、結合領域内の繊維の圧縮を減少させ、空隙の完全な損失も回避する。

複合層の超音波積層は、結果として得られる不織布に区別できる側面性をもたらすことができる。積層の間に、パターン形成されたアンビルロールは、結合段階中に該パターン形成されたアンビルロールと接触する積層材料の側面に粗い表面テクスチャを与える。この表面テクスチャは、洗浄される表面からの細片のスクラビング、除去、及び取り込みを助けることができる。粗い表面テクスチャはまた、反復するテクスチャの幾何学形状をもつより大きい表面積を与え、これは、不織布表面上の高粘度液体の除去及び取り込みを助け、該不織布表面の中への吸上げ作用を促進する。次いで、液体を、不織布の表面から、ｚ軸方向において、該不織布の中心コアの中に吸収できる。積層又はエンボス加工されていない不織布は、材料の両面に、このような属性を与えない相対的に滑らかなテクスチャを呈することができる。

本発明の材料は、どのような特定のパターン設計又は幾何学的形状にも限定されるものではない。熱可塑性材料を融着させ、流動させ、結合して固化するのを可能にするのに十分な点又は面積を与える、多数の設計パターンが利用可能である。望ましい視覚外観を与えるパターンは、限定されない例として、布地状の外観を選択することができる。例示的なパターンとしては、Ｓａｙｏｖｉｔｚらに付与された米国特許第Ｄ３６９，９０７号、ＲｏｍａｎｏＩＩＩらに付与された米国特許第Ｄ４２８，２６７号、及びＲｏｍａｎｏＩＩＩの米国特許第Ｄ４２８，７１０号に教示されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、上述の文献の各々は本明細書において全体を引用によりここに組み入れられる。

複合層が互いに結合された後、選択された特性を層状不織布に付与するために、仕上げ段階及び／又は後処理工程を用いることが望ましいとすることができる。例えば、布は、均一な外観及び／又は特定の触感特性を与えるために、カレンダロールによって軽くプレス加工されるか、しぼ寄せされるか、又はブラッシングされることができる。代替的に及び／又は付加的に、接着剤又は染料のような化学的後処理を布に加えてもよい。

本発明の不織布は、拭取材材料として特に有用である。例示的な拭取材材料は、約４０ｇｓｍから約３００ｇｓｍまでに及ぶ坪量を有するのが望ましい。より望ましくは、例示的な拭取材材料は、約４０ｇｓｍから約５０ｇｓｍまで、約５０ｇｓｍから約６０ｇｓｍまで、約６０ｇｓｍから約７５ｇｓｍまで、約７５ｇｓｍから約１００ｇｓｍまで、約１００ｇｓｍから約１５０ｇｓｍまで、約１５０ｇｓｍから約２００ｇｓｍまで、又は約２００ｇｓｍから約２５０ｇｓｍまでに及ぶ坪量を有する。さらにより望ましくは、例示的な拭取材材料は、約１２０ｇｓｍから約１３０ｇｓｍまでに及ぶ坪量を有する。拭取材は、あらゆるサイズであってよく、このサイズは種々の拭取材作業に適切になるように選択することができる。例示的な拭取材は、望ましくは約８センチメートルから約１００センチメートルまでの幅、より望ましくは約１０から約５０センチメートルまでの幅、さらにより望ましくは約２０センチメートルから約２５センチメートルまでの幅を有する。例示的な拭取材は、望ましくは約１０センチメートルから約２００センチメートルまでの長さ、より望ましくは約２０センチメートルから約１００センチメートルまでの長さ、さらにより望ましくは約３５センチメートルから約４５センチメートルまでの長さを有する。拭取材は、ロール、箱、タブ、可撓性包装材料などを含むが、これらに限定されない種々の形態、材料及び／又は容器に包装することができる。包装は、１包装当たり約１０から約５００個までの拭取材を含有するのが望ましく、より望ましくは１包装当たり約５０から約２００個までの拭取材を含有する。包装内の拭取材は、折込、Ｃ字折り曲げなどを含むがこれらに限定されない種々の方法で折り曲げることができる。

本発明の不織布はまた、ウェットタイプの拭取材材料の基体として有用である。不織布は、限定されない例として、水、水を含まないハンドクリーナ、その他の好適な液体のような液体で処理することができる。液体は、限定されない例として、消毒剤、難燃剤、界面活性剤、皮膚軟化剤、保湿剤などを含むことができる。濡れた拭取材用途に用いるのに適切な多くの液体及び成分は、当業者に知られている。完全に飽和された場合には、ウェットタイプの拭取材材料の結合領域内の連続的な空隙は、さらに、少なくとも部分的に液体により満たされることができ、さらに完全に液体により満たされることもできる。

試験手順
坪量：試料の坪量は、試料の大きさを５×５平方インチに変更したＡＳＴＭ Ｄ３７７６−９６に本質的に基づいて測定された。
嵩：試料の嵩は、ＴＡＰＰＩ試験方法Ｔ４１１ ｏｍ−８９に本質的に基づいて測定された。相対的なシートキャリパ（単一プライの厚さ）は、米国オレゴン州Ｎｅｗｂｅｒｇ所在のＥｍｖｅｃｏ Ｉｎｃ．から入手可能なＥｍｖｅｃｏ制御充填マイクロメータ、型番２００−Ａを用いて測定された。用いられた充填圧力は２．０キロパスカル（ｋＰａ）であり、圧力フット直径は、５６．４２ミリメートルであった。圧力フットの低下速度は、毎秒０．８ミリメートルであり、滞留時間は約３秒であった。

油及び水速度：この試験は、吸収性材料の試験片が液体を吸収する速度を、この材料が０．１ミリリットルの液体を完全に吸収するのに必要な時間を測定することによって求める。この試験では、３滴を材料の片側に滴下して、完全な吸収にかかる時間を記録する。３回の平均を各試験片について報告する。試料側を逆にし、試験を繰り返して、材料の両面を試験する。この試験は、潤滑油（１０Ｗ３０）及び水の両方を用いて行われた。
油及び水吸収能力：吸収能力は、ある期間にわたり材料が液体を吸収する能力のことを指し、その飽和点で該材料が保持する液体の総量に関連する。吸収能力は、液体の吸収によって得られる材料試料の重量増加を測定することによって求められる。水及び潤滑油（１０Ｗ３０）両方について吸収能力を試験した。４インチ×４インチ試料を計量し、次いで５分間液体に液没させ、その後これらを取り除いて、水切りのために吊るした。水に液没された試料は、３分間だけ水切りされた。潤滑油に液没された試料は、５分間だけ水切りされた。水切り後、試料を再び計量した。吸収能力は、吸収された液体の重量を試料の重量で割ったものとして、次の式により、パーセントで表すことができる：
総吸収能力＝［（飽和試料重量−試料重量）／試料重量］×１００

磨耗：耐磨耗性試験は、米国ニューヨーク州Ｎｏｒｔｈ Ｔｏｎａｗａｎｄａ所在のＴａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なＴａｂｅｒ Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅａｄ Ｒｏｔａｒｙ Ａｂｒａｓｅｒ、型番５１３０を用いて、本質的にＡＳＴＭ Ｄ３８８４に従って行った。磨耗試験は、制御された圧力及び磨耗作用の下で反復回転摩擦作用を受けた場合の、布の耐磨耗性を求める。試料を、前述のＴａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能な型番Ｅ１４０−１５の試験品ホルダに取り付けた。試料は、磨耗輪に付加的な重りを加えることなく、７０ＲＰＭで回転する、前述のＴａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能な型番Ｈ−１８磨耗輪である、２つの直径６．３インチのセラミック磨耗輪による滑り回転を受けた。磨耗試験は、湿潤試料及び乾燥試料の両方に関して、材料に０．５インチの穴を形成するのに必要とされるサイクル数を測定した。
ドレープ：試料のドレープ剛性は、試料のサイズを１インチ×８インチとしたこと以外は、ＡＳＴＭ Ｄ１３８８に本質的に基づいて測定された。
台形の引き裂き：試料の台形の引き裂き強度は、引き裂き負荷が、最も低い及び高いピーク負荷の平均ではなく、最初の及び最も高いピーク負荷の平均として計算されたこと以外は、ＡＳＴＭ Ｄ １１１７−１４に本質的に基づいて測定された。

グラブ引張り：試料のグラブ引張り強度は、ＡＳＴＭ Ｄ５０３４−９０に本質的に基づいて測定された。試料の引張り強度の測定は、米国マサチューセッツ州Ｃａｎｔｏｎ所在のＩｎｓｔｒｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＩｎｓｔｒｏｎモデル１１２２万能試験器を用いて行った。引張り強度とは、試料を伸張して破断させる間に遭遇する最大荷重又は力（すなわち、ピーク荷重）のことを指す。ピーク荷重の測定は、機械方向及び機械横方向にて行った。結果は、幅４インチで長さ６インチ（伸長方向）で測定された試料について力の単位（グラム）で表される。
剥離強度試験：剥離強度は、ＡＳＴＭ Ｄ２７２４．１３に本質的に基づいて測定された。この手順は、積層布のｚ軸方向の強度（結合強度）を求めることを意図するものであった。布の複合層間の結合効率は、布の層間剥離に必要な力を測定することによって求められた。層間剥離は、結合機構の障害による積層布のプライの分離として定義される。剥離強度は、特定条件下でテキスタイルの成分層を分離するのに必要な引張り力である。この手順では、６インチ×２インチの試験片（機械方向に６インチ）のプライを、試験片の長さに沿って約２インチの距離だけ人為的に分離した。次いで、１つの層を、１インチのゲージ長さで引張り試験機の各把持部の中にクランプして、布の成分層を完全に分離するのに必要な最大力（すなわちピーク荷重）を求めた。７個の試験片が各試料について試験され、平均ピーク荷重が計算された。結果は力の単位で表される。より大きい数は、より強く、より高度に結合した布を示す。

本発明による２層の超音波結合された不織布を、非結合単一プライ拭取材材料と比較するために製造した。２プライ不織布の各複合層は、約１４ｇｓｍのポリプロピレンスパンボンド繊維と、約５３ｇｓｍの北方針葉樹クラフトパルプ繊維とを含んでいた。各複合層は、Ｅｖｅｒｈａｒｔらに付与された米国特許第５，２８４，７０３号に基づいて、複合層の一方の面はポリプロピレンスパンボンド繊維が優勢であり、反対側の面はパルプ繊維が優勢になるように製造された。２つの複合層を超音波ラミネータを通して向けて、プロピレンスパンボンド繊維が優勢な面が互いに面しており、表面はパルプ繊維が優勢な約１３４ｇｓｍの不織布を形成した。ラミネータは、９インチの固定ホーンを有する、米国コネティカット州Ｄａｎｂｕｒｙ所在のＢｒａｎｓｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＢｒａｎｓｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ装置、型番２０００ＢＤＣであった。２つの複合層は、ＲｏｍａｎｏＩＩＩの米国特許第Ｄ４２８，２６７号に記載されるパターンを有するパターンが形成されたアンビルロールを用いて互いに結合された。ホーンからの出力は、最大出力レベルに設定され、ライン速度は、焼き付きを防止するために毎分約８５メートルに増加された。ニップ内の圧力は、超音波ホーンとパターン形成されたアンビルロールとの間の間隙を調整することによって最小限にされ、結合領域の過圧縮を阻止しながら十分な剥離強度を得た。比較のために用いられる単一プライ材料は、米国特許第５，２８４，７０３号に基づいて製造された、約２９ｇｓｍのポリプロピレンスパンボンド繊維及び約１０６ｇｓｍのパルプ繊維を含有する約１３５ｇｓｍの水圧交絡複合材である。

表１では、２つの材料を比較する。表１からは、２層の不織布は、水及び油の両方に対する吸収速度及び吸収能力の両方により測定された、増加した吸収性をもたらすことを見ることができる。２層の不織布はまた、嵩の増加及びドレープの減少によって示される改善された触感特性をもたらす。耐久性、すなわち耐磨耗性、引き裂き強度及び引張り強度を示す特性は、２つの試料間で実質的に同様である。





















表１−２層 対 単一層

本発明は、その特定の実施形態に関して、特にここに述べられる例により詳細に説明されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から離れることなく、種々の改変、修正その他の変更を行うことができることが明らかであろう。従って、このような全ての修正、改変その他の変更は、特許請求の範囲に包含されることが意図される。

不織材料の層を互いに重ねるのに用いられる例示的な工程の概略図である。 不織材料のプライを生成するのに用いられる例示的な工程の概略図である。 熱可塑性フィラメントの２プライ間の例示的な熱結合の断面図のＳＥＭ画像である。 熱可塑性フィラメント及びパルプ繊維を含有する水圧交絡された複合材料の２プライ間の例示的な超音波結合の断面図のＳＥＭ画像である。

Claims (20)

1. 約５０重量％から約９０重量％までの非熱可塑性吸収性ステープル繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの熱可塑性繊維とからなり、第１の複合層と、
   第１の外面において優勢である繊維は非熱可塑性吸収性ステープル繊維からなり、第２の外面において優勢である繊維は熱可塑性繊維からなる、
   約５０重量％から約９０重量％までの非熱可塑性吸収性ステープル繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの熱可塑性繊維とからなり、前記第１の複合層の前記第２の外面に隣接する第２の複合層と、
   前記第１の複合層の前記熱可塑性繊維の一部が、前記第２の複合層の前記熱可塑性繊維の一部に融着された結合領域と、
   を備え、前記結合領域は、複数の連続的な空隙を有することを特徴とする不織布。
2. 前記結合領域が個別の結合点からなる請求項１に記載の不織布。
3. 前記結合領域が、ｚ軸方向において、実質的に、多孔性である請求項１に記載の不織布。
4. 前記連続的な空隙が、前記結合領域内で吸収された液体の実質的な流れを可能にする請求項１に記載の不織布。
5. 前記結合領域が、ｘ軸方向及びｙ軸方向において、実質的に、多孔性である請求項１に記載の不織布。
6. 前記結合領域が、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｘ軸方向において、実質的に、多孔性である請求項１に記載の不織布。
7. 前記不織布が、約５０グラムから約５００グラムまでの範囲に及ぶ剥離強度を有する請求項１に記載の不織布。
8. 前記不織布が、約５０グラムから約３００グラムまでの範囲に及ぶ剥離強度を有し、さらに、約４０ｇｓｍから約３００ｇｓｍまでの範囲に及ぶ坪量を有する請求項１に記載の不織布。
9. 前記結合領域が超音波結合された請求項１に記載の不織布。
10. 前記非熱可塑性吸収性ステープル繊維が、パルプ繊維からなる請求項１に記載の不織布。
11. 前記熱可塑性繊維が、実質的に、連続的なフィラメントからなる請求項１に記載の不織布。
12. 前記熱可塑性繊維が、実質的に、ポリプロピレン繊維からなる請求項１に記載の不織布。
13. 前記第２の複合層の第１の外面において優勢の繊維が、非熱可塑性吸収性ステープル繊維からなり、さらに、該第２の複合層の第２の外面において優勢の繊維が、熱可塑性繊維からなり、さらに、該第２の複合層の前記第２の外面が前記第１の複合層の前記第２の外面に隣接する請求項１に記載の不織布。
14. 不織布であって、
    約５０重量％から約９０重量％までの吸収性パルプ繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントからなり、前記吸収性パルプ繊維及び前記実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントが互いに交絡されており、さらに、該第１の複合層の第１の外面において優勢である繊維が吸収性パルプ繊維からなり、該第１の複合層の第２の外面において優勢である繊維が実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントからなる、第１の複合層と、
    約５０重量％から約９０重量％までの吸収性パルプ繊維と、約１０重量％から約５０重量％までの実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントからなる第２の複合層と、
    を含み、
    前記第２の複合層内の前記吸収性パルプ繊維及び前記実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントが互いに交絡されており、該第２の複合層の第１の外面において優勢の繊維が吸収性パルプ繊維からなり、該第２の複合層の第２の外面において優勢である繊維が実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントからなり、該第２の複合層の前記第２の外面が前記第１の複合層の前記第２の外面に隣接しており、
    前記第１の複合層の前記実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントの一部が、前記第２の複合層の前記実質的に連続的なポリプロピレンフィラメントの一部に融着された結合領域を含み、該結合領域は複数の連続的な空隙を有し、
    前記不織布が、約５０グラムから約５００グラムまでの範囲に及ぶ剥離強度を有することを特徴とする不織布。
15. 前記結合領域が、ｚ軸方向において、実質的に、多孔性である請求項１４に記載の不織布。
16. 前記結合領域が超音波結合された請求項１４に記載の不織布。
17. 前記不織布が、約４０ｇｓｍから約３００ｇｓｍまでの範囲に及ぶ坪量を有する請求項１４に記載の不織布。
18. 不織布であって、
    非熱可塑性吸収性ステープル繊維と熱可塑性繊維とからなる第１の複合層と、
    非熱可塑性吸収性ステープル繊維と熱可塑性繊維とからなり、前記第１の複合層に隣接する第２の複合層と、
    前記第１の複合層の前記熱可塑性繊維の一部が、前記第２の複合層の前記熱可塑性繊維の一部に融着されており、さらに、複数の連続的な空隙を有する結合領域と、
    からなることを特徴とする不織布。
19. 前記複数の顕著な空隙が、液体を前記結合領域の中に吸収して、その中を横方向に流れることを可能にする請求項１８に記載の不織布。
20. 前記結合領域が超音波結合された請求項１８に記載の不織布。

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