JP7138197B2 - スパンボンド不織布、衛生材料、及びスパンボンド不織布の製造方法 - Google Patents
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Description
このような不織布には、使用される箇所によって伸長性を有すること等が求められる。
また、国際公開第2014/050965号には、柔軟性を有する不織布としては、融点の互いに異なる2種以上のポリプロピレンと特定の脂肪酸アミドとを含む組成物からなるスパンボンド不織布が提案されている。
更に、国際公開第2017/006972号には、低温でのヒートシール性、延伸加工適性が良好なスパンボンド不織布として、比較的融点の高いプロピレン単独重合体と、ポリエチレンに加え、更に、特定の炭素数を有するα-オレフィンとプロピレンとのランダム共重合体と比較的低融点であり特定のメソペンタッド分率、ラセミペンタッド分率であるプロピレン単独重合体とからなる群より選ばれる重合体を含むスパンボンド不織布が提案されている。
国際公開第2014/050965号に記載のスパンボンド不織布は、伸長性の向上が求められる場合がある。
国際公開第2017/006972号に記載のスパンボンド不織布に対しては、伸長性をより向上させることが求められる場合がある。
本発明の別の一実施形態によれば、伸長性に優れたスパンボンド不織布の製造方法が提供される。
<1>
融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、下記(I)に示す重合体及び下記(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体と、を含む繊維を含み、
前記繊維が海島構造を有し、前記繊維の軸方向に直交する断面における島相のうち、直径0.12μm以上0.63μm未満の島相の割合が個数基準で30%以上である、スパンボンド不織布。
(I)プロピレンと、エチレン及び炭素数が4以上20以下であるα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種と、のランダム共重合体
(II)下記(a)~(f)を満たす融点120℃未満のプロピレン単独重合体
(a)[mmmm]=20モル%以上60モル%以下
(b)[rrrr]/(1-[mmmm])≦0.1
(c)[rmrm]>2.5モル%
(d)[mm]×[rr]/[mr] 2 ≦2.0
(e)重量平均分子量(Mw)=10,000以上200,000以下
(f)分子量分布(Mw/Mn)<4
(a)~(d)中、[mmmm]はメソペンタッド分率であり、[rrrr]はラセミペンタッド分率であり、[rmrm]はラセミメソラセミメソペンタッド分率であり、[mm]、[rr]及び[mr]はそれぞれトリアッド分率であり、Mnは数平均分子量である。
<2>
直径が0.63μm以上である島相の割合が個数基準で10%以下である、<1>に記載のスパンボンド不織布。
<3>
直径が0.12μm未満である島相の割合が個数基準で70%以下である、<1>または<2>に記載のスパンボンド不織布。
<4>
前記ポリエチレンの含有量が、前記繊維の全量に対して1.0質量%以上15.0質量%以下である、<1>~<3>のいずれか1つに記載のスパンボンド不織布。
<5>
前記(I)に示す重合体及び(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体の含有量が、前記繊維の全量に対して5.0質量%以上30.0質量%以下である、<1>~<4>のいずれか1つに記載のスパンボンド不織布。
<6>
前記融点140℃以上のプロピレン単独重合体の含有量が、前記繊維の全量に対して55.0質量%以上90.0質量%以下である、<1>~<5>のいずれか1つに記載のスパンボンド不織布。
<7>
前記繊維が炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドを含み、前記炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドの含有量が、前記繊維の全量に対して0.1質量%以上5.0質量%以下である、<1>~<6>のいずれか1つに記載のスパンボンド不織布。
<8>
前記(I)に示す重合体が、プロピレンに由来する構成単位とエチレンに由来する構成単位とを少なくとも含むランダム共重合体である、<1>~<7>のいずれか1つに記載のスパンボンド不織布。
<9>
<1>~<8>のいずれか1つに記載のスパンボンド不織布を含む衛生材料。
<10>
融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、下記(I)に示す重合体及び下記(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体と、を含む組成物を、押し出し機A及び押し出し機Bから、押し出される組成物の量が質量基準で85:15~55:45(押し出し機A:押し出し機B)となるように押し出すことを特徴とする、スパンボンド不織布の製造方法。
(I)プロピレンと、エチレン及び炭素数が4以上20以下であるα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種と、のランダム共重合体
(II)下記(a)~(f)を満たす融点120℃未満のプロピレン単独重合体
(a)[mmmm]=20モル%以上60モル%以下
(b)[rrrr]/(1-[mmmm])≦0.1
(c)[rmrm]>2.5モル%
(d)[mm]×[rr]/[mr] 2 ≦2.0
(e)重量平均分子量(Mw)=10,000以上200,000以下
(f)分子量分布(Mw/Mn)<4
(a)~(d)中、[mmmm]はメソペンタッド分率であり、[rrrr]はラセミペンタッド分率であり、[rmrm]はラセミメソラセミメソペンタッド分率であり、[mm]、[rr]及び[mr]はそれぞれトリアッド分率である。
<11>
前記押し出し機Aの口径Aは、前記押し出し機Bの口径Bよりも大きい、前記<10>に記載のスパンボンド不織布の製造方法。
本発明の別の一実施形態によれば、伸長性に優れたスパンボンド不織布の製造方法が提供される。
但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
本実施形態のスパンボンド不織布は、融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、下記(I)に示す重合体及び下記(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体と、を含む組成物からなる繊維を含み、前記繊維が海島構造を有し、前記繊維の軸方向に直交する断面における島相のうち、直径0.12μm以上0.63μm未満の島相の割合が個数基準で30%以上である、スパンボンド不織布である。
(I)プロピレンと、エチレン及び炭素数が4以上20以下であるα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種と、のランダム共重合体
(II)下記(a)~(f)を満たす融点120℃未満のプロピレン単独重合体
(a)[mmmm]=20モル%以上60モル%以下
(b)[rrrr]/(1-[mmmm])≦0.1
(c)[rmrm]>2.5モル%
(d)[mm]×[rr]/[mr]2≦2.0
(e)重量平均分子量(Mw)=10,000以上200,000以下
(f)分子量分布(Mw/Mn)<4
(a)~(d)中、[mmmm]はメソペンタッド分率であり、[rrrr]はラセミペンタッド分率であり、[rmrm]はラセミメソラセミメソペンタッド分率であり、[mm]、[rr]及び[mr]はそれぞれトリアッド分率である。
なお、「(I)に示す重合体及び(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体」を総じて、「特定重合体」と称することがある。
本発明者らは、上記のような海島構造を有する繊維を含み、繊維の軸方向に直交する断面における島相のうち、直径0.12μm以上0.63μm未満の島相の割合が個数基準で30%以上であることで、得られたスパンボンド不織布の伸長性が高まるという新たな知見を得た。上記のように繊維が海島構造を有することで、ポリプロピレンの配向結晶化を阻害して伸長性が高まるものと推測され、直径0.12μm以上0.63μm未満の島相の割合が上記範囲内であることでポリプロピレンの配向結晶化の阻害がより適切に行われ伸長性がより高まると考えられる。
なお、(II)に示す重合体における融点120℃未満のプロピレン単独重合体の、メソペンタッド分率[mmmm]、ラセミペンタッド分率[rrrr]及びラセミメソラセミメソペンタッド分率[rmrm]、並びに、トリアッド分率[mm]、[rr]及び[mr]は、以下に詳述するように、エイ・ザンベリ(A.Zambelli)等により「Macromolecules,6,925(1973)」で提案された方法に準拠して算出することができる。
組成物におけるポリエチレンの含有量が上記範囲において、得られるスパンボンド不織布の伸長性の向上が図れる。
組成物におけるポリエチレンの密度が上記範囲であることで、得られるスパンボンド不織布の強度の向上が図れる。
組成物におけるポリエチレンの含有量が上記範囲において、得られるスパンボンド不織布の伸長性の向上が図れる。
組成物における融点140℃以上のプロピレン単独重合体の含有量が上記範囲であることで、得られるスパンボンド不織布の伸長性の向上が図れると共に、スパンボンド不織布の強度物性が良好な範囲に維持され、低目付で柔軟な不織布を得られ易い。
炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドの含有量は、組成物の全量に対して0.1質量%以上5.0質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上3.0質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上1.0質量%以下が更に好ましい。
ここで、本実施形態のスパンボンド不織布の目付は特に制限されない。
本実施形態の不織布は、柔軟性と強度とを両立するという観点からは、通常、目付が30g/m2以下であることが好ましく、28g/m2以下であることがより好ましく、25g/m2以下であることが更に好ましく、5g/m2以上20g/m2以下の範囲であることが最も好ましい。本実施形態のスパンボンド不織布を後述する衛生材料等に適用する場合、スパンボンド不織布の目付は、5g/m2以上19g/m2以下の範囲にあることが好ましい。スパンボンド不織布の目付は、例えば、以下の方法で測定される。
以下に、本実施形態のスパンボンド不織布の好ましい物性を挙げる。
本実施形態のスパンボンド不織布の物性の一つとしてヒートシール性が挙げられる。
スパンボンド不織布のヒートシール性は、2枚の不織布を重ね合わせ、ヒートシール試験機でヒートシールした場合、180℃以下の温度にてヒートシールし得ることが好ましく、160℃以下の温度でヒートシールし得ることがより好ましい。
また、上記条件にてヒートシールした場合の焼け、即ち加熱による変色が抑制されることが好ましい。
ヒートシールを行なった2枚のスパンボンド不織布の引張剥離強度は、スパンボンド不織布の使用目的により適宜定められるが、一般的には、0.05N/20mm以上であることが好ましく、0.1N/20mm以上であることがより好ましい。スパンボンド不織布の引張剥離強度は、例えば、以下の方法で測定される。
シールバー幅:10.0mm
シール圧力 :2.0kg/cm2
シール時間 :1.0秒
シール温度 :上部バー及び下部バーを同一温度に設定(145℃、155℃)
シール方向 :MDと垂直
試験片形状 :幅20mm、長さ50mm
引張速度 :30mm/分
測定時雰囲気温度:23℃
本実施形態のスパンボンド不織布の物性の一つとしてエンボス残存率が挙げられる。
スパンボンド不織布の延伸加工後のエンボス残存率は40%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であることが更に好ましい。
延伸加工後のエンボス残存率が40%以上であると、スパンボンド不織布の触感がより良好となる。
エンボス残存率は、例えば、以下の方法で測定される。
エンボス残存率=(破壊されていないエンボス数/観察されたエンボス数)×100
なお、ギア延伸されたスパンボンド不織布のエンボス部の観察により、エンボス部での孔あき、繊維の脱離、及びエンボス部とその境界における繊維切れのいずれもが確認されなかったエンボス部を「破壊されていないエンボス」とする。「破壊されていないエンボス数」とは、観察範囲内に存在する破壊されていないエンボスの個数を意味する。「観察されたエンボス数」とは、観察範囲内に存在するエンボスの個数を意味する。走査電子顕微鏡としては、日立製作所社製のS-3500N形走査電子顕微鏡を用い、観察倍率を100倍とする。
本実施形態のスパンボンド不織布の物性の一つとして柔軟性が挙げられる。
スパンボンド不織布の柔軟性は不織布の使用感に大きな影響を与える。柔軟性としては、手触りによる官能評価による柔軟性が挙げられる。
本実施形態のスパンボンド不織布の好ましい物性の一つとして、最大伸度及び最大強度が挙げられる。
本実施形態のスパンボンド不織布は、少なくとも一方向の最大伸度が70%以上であることが好ましく、100%以上であることがより好ましく、140%以上であることが更に好ましい。
また、本実施形態のスパンボンド不織布は、少なくとも一方向の最大強度が10N/50mm以上であることが好ましく、15N/50mm以上であることがより好ましく、20N/50mm以上であることが更に好ましい。
また、弾性回復が殆どない性質を有するスパンボンド不織布が好ましい。
スパンボンド不織布の最大伸度及び最大強度は、例えば、以下の方法で測定される。
また、最大強度における伸度を最大伸度とする。
本実施形態のスパンボンド不織布を構成する組成物は、既述のように、融点140℃以上のプロピレン単独重合体(以下、「特定ポリプロピレン」と称することがある)と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、(I)で示す重合体及び(II)で示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体(特定重合体)と、を含有する。
融点140℃以上のプロピレン単独重合体は、プロピレンに由来する構成単位を含み、融点が140℃以上である。
プロピレン単独重合体の融点は150℃以上であることが好ましい。
具体的には、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC-7)を用い、試料5mgを窒素雰囲気下-40℃で5分間保持した後、10℃/分で昇温させることにより得られた融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして求めることができる。
組成物の全量に対する特定ポリプロピレンの好ましい含有量は、既述の通りである。
本実施形態に用い得る密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンは、エチレンに由来する構成単位を含む高密度ポリエチレン(所謂HDPE)などのエチレン単独重合体等が挙げられる。
組成物に高密度ポリエチレンを用いることで、伸長性、柔軟性、及び破断強度をより向上させることができる。
組成物の全量に対するポリエチレンの好ましい含有量は、既述の通りである。
本実施形態において、特定重合体を含む組成物を用いることで、得られたスパンボンド不織布は、良好な柔軟性及び伸長性を維持しながらも極めて優れた延伸加工適性を得ることができる。
(I)で示す重合体(以下、重合体(I)と称することがある)は、プロピレンに由来する構成単位と、エチレン及び炭素数4以上20以下のα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種のオレフィンに由来する構成単位と、を含むランダム共重合体である。
重合体(I)がランダム共重合体であることは、得られたスパンボンド不織布にべたつき感が発生せずに柔軟性が向上する点から好ましい。
重合体(I)としては、上記構成単位を含むランダム共重合体であれば特に制限されない。
中でも、プロピレンと共重合させるモノマーは、エチレン又は炭素数4以上8以下のα-オレフィンが好ましい。
重合体(I)に含まれるα-オレフィンに由来する構成単位は1種のみでもよく、2種以上であってもよい。
重合体(I)の好ましい例としては、プロピレン・1-ブテンランダム共重合体、プロピレン・エチレンランダム共重合体、プロピレン・エチレン・1-ブテンランダム共重合体などが挙げられる。
重合体(I)の融点は、示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下-40℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られた融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして定義される。
具体的には、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC-7)を用い、試料5mgを窒素雰囲気下-40℃で5分間保持した後、10℃/分で昇温させることにより得られた融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして求めることができる。
重合体(I)の結晶化度は、示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下-40℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られた融解吸熱カーブのうち主成分の融解に由来する融解熱カーブより算出される。
具体的には、示差走査型熱量計(パーキン・エルマー社製、DSC-7)を用い、試料5mgを窒素雰囲気下-40℃で5分間保持した後、10℃/分で昇温させることにより得られた融解吸熱カーブのうち主成分の融解に由来する融解熱カーブより下記の式を用いて算出することができる。
結晶化度=(ΔH/ΔH0)×100(%)
式中、ΔHはエチレンとプロピレンを含むα-オレフィン共重合体の主成分の融解に由来する融解熱カーブより求めた融解熱量(J/g)であり、ΔH0は主成分の完全結晶の融解熱量(J/g)である。つまり、主成分がエチレンの場合、ΔH0は293J/gであり、主成分がプロピレンの場合、ΔH0は210J/gである。
なお、良好な紡糸性とは、紡糸ノズルから重合体(I)の吐き出し時及び延伸中に糸切れを生じず、且つ、フィラメントの融着が生じないことをいう。
重合体(I)のMw及びMnは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって、公知の方法で測定することができる。
測定方法の詳細は後述する。
(II)で示す重合体(以下、重合体(II)と称することがある)は、下記(a)~(f)の要件を満たす重合体である。
まず、(a)~(f)の要件について説明する。
重合体(II)のメソペンタッド分率[mmmm]が20モル%以上であると、べたつきの発生が抑制され、60モル%以下であると、結晶化度が高くなりすぎることがないので、弾性回復性が良好となる。
このメソペンタッド分率[mmmm]は、好ましくは30モル%以上50モル%以下であり、より好ましくは40モル%以上50モル%以下である。
方法 :プロトン完全デカップリング法
濃度 :220mg/ml
溶媒 :1,2,4-トリクロロベンゼンと重ベンゼンの90:10(容量比)混合溶媒
温度 :130℃
パルス幅 :45°
パルス繰り返し時間 :4秒
積算 :10000回
M=m/S×100
R=γ/S×100
S=Pββ+Pαβ+Pαγ
S:全プロピレン単位の側鎖メチル炭素原子のシグナル強度
Pββ:19.8ppm以上22.5ppm以下のシグナル強度
Pαβ:18.0ppm以上17.5ppm以下のシグナル強度
Pαγ:17.5ppm以上17.1ppm以下のシグナル強度
γ:ラセミペンタッド連鎖:20.7ppm以上20.3ppm以下のシグナル強度
m:メソペンタッド連鎖:21.7ppm以上22.5ppm以下のシグナル強度
なお、Mは、プロピレン中のメソペンタッド連鎖の存在率を表し、Rはプロピレン中のラセミペンタッド連鎖の存在率を表す。
[rrrr]/[1-mmmm]の値は、上記ラセミペンタッド単位及びメソペンタッド単位の分率から求められ、重合体(II)におけるプロピレン由来の構成単位の規則性分布の均一さを示す指標である。この値が大きくなると、既存触媒系を用いて製造される従来のポリプロピレンのように高規則性ポリプロピレンとアタクチックポリプロピレンとの混合物となり、べたつきの原因となる。
重合体(II)において、[rrrr]/(1-[mmmm])が0.1以下であると、得られるスパンボンド不織布におけるべたつきが抑制される。このような観点から、[rrrr]/(1-[mmmm])は、好ましくは0.05以下であり、より好ましくは0.04以下である。
重合体(II)のラセミメソラセミメソ分率[rmrm]が2.5モル%を超える値であると、該重合体(II)のランダム性が増加し、スパンボンド不織布の弾性回復性が更に向上する。[rmrm]は、好ましくは2.6モル%以上であり、より好ましくは2.7モル%以上である。重合体(II)のラセミメソラセミメソ分率[rmrm]の上限は、通常10モル%程度である。
[mm]×[rr]/[mr]2は、重合体(II)のランダム性の指標を示し、この値が2.0以下であると、弾性不織布は十分な弾性回復性が得られ、且つ、べたつきも抑制される。[mm]×[rr]/[mr]2は、0.25に近いほどランダム性が高くなる。上記十分な弾性回復性を得る観点から、[mm]×[rr]/[mr]2は、好ましくは0.25を超え1.8以下であり、より好ましくは0.5以上1.5以下である。
プロピレン単独重合体である重合体(II)において重量平均分子量が10,000以上であると、当該重合体(II)の粘度が低すぎず適度のものとなるため、組成物により得られるスパンボンド不織布の製造時の糸切れが抑制される。また、重量平均分子量が200,000以下であると、当該重合体(II)の粘度が高すぎず、紡糸性が向上する。
この重量平均分子量は、好ましくは30,000以上150,000以下であり、より好ましくは50,000以上150,000以下である。
重合体(II)の重量平均分子量の測定法については後述する。
重合体(II)において、分子量分布(Mw/Mn)が4未満であると、得られるスパンボンド不織布におけるべたつきの発生が抑制される。この分子量分布は、好ましくは1.5以上3以下である。
上記重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により、下記の装置及び条件で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量である。上記分子量分布(Mw/Mn)は、同様にして測定した数平均分子量(Mn)及び上記重量平均分子量(Mw)より算出した値である。
カラム :TOSO GMHHR-H(S)HT
検出器 :液体クロマトグラム用RI検出器 WATERS 150C
[測定条件]
溶媒 :1,2,4-トリクロロベンゼン
測定温度 :145℃
流速 :1.0ml/分
試料濃度 :2.2mg/ml
注入量 :160μl
検量線 :Universal Calibration
解析プログラム :HT-GPC(Ver.1.0)
(g)融点(Tm-D)=0℃以上120℃以下
重合体(II)の融点(Tm-D)は、(g)示差走査型熱量計(DSC)を用いて、窒素雰囲気下-10℃で5分間保持した後10℃/分で昇温させることにより得られた融解吸熱カーブの最も高温側に観測されるピークのピークトップとして定義される融点(Tm-D)である。
重合体(II)の融点(Tm-D)が0℃以上であると、組成物により形成されるスパンボンド不織布のべたつきの発生が抑制され、120℃以下であると、十分な弾性回復性が得られる。このような観点から、融点(Tm-D)は、より好ましくは0℃以上100℃以下であり、更に好ましくは30℃以上100℃以下である。
組成物は、本実施形態の目的を損なわない範囲で、任意成分として、酸化防止剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、帯電防止剤、スリップ剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、天然油、合成油、ワックス、脂肪酸アミド等の種々公知の添加剤を含んでもよい。
組成物は、既述の通り、炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドを含有することが好ましい。
組成物が脂肪酸アミドを含有することで、組成物により形成されるスパンボンド不織布の繊維表面に脂肪酸アミドが吸着し、繊維表面が改質されて柔軟性、触感、耐ブロッキング性等がより向上し、エンボス工程等で使用する装置内の各種回転機器等の部材への不織布繊維の付着がより効果的に抑制されると考えられる。
なお、本明細書における脂肪酸アミドの炭素数とは、分子中に含まれる炭素数を意味し、アミドを構成する-CONHにおける炭素も炭素数に含まれる。脂肪酸アミドの炭素数は、より好ましくは18以上22以下である。
脂肪酸アミドは、組成物に1種のみ用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
組成物の全量に対する脂肪酸アミドの好ましい含有量は、既述の通りである。
本実施形態のスパンボンド不織布は、既述の組成物の1種又は2種以上を用いて常法により製造することができる。
具体的には、本実施形態のスパンボンド不織布は、以下に示す本実施形態のスパンボンド不織布の製造方法により製造されることが好ましい。
本実施形態のスパンボンド不織布の製造方法は、融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、特定重合体と、を含む組成物を、押し出し機A及び押し出し機Bから、押し出される組成物の量が質量基準で85:15~55:45(押し出し機A:押し出し機B)となるように押し出すことを特徴とする。
スパンボンド不織布の伸長性向上の観点から、押し出し機A及び押し出し機Bから押し出される組成物の量は、80:20~55:45であることが好ましく、75:25~55:45であることがより好ましい。
ここで、口径とは、押し出し機(以下、「押出機」とも称する)の出口部分、すなわち、ノズルに繋がる流路の口径のことを示す。また、押し出し機の口金の形状は特に限定されるものではない。
混合工程では、融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、特定重合体と、を混合して組成物を得る。
また、本工程で用いる、ポリエチレン以外の成分、即ち、融点140℃以上のプロピレン単独重合体、特定重合体、及び添加剤(炭素数15以上22以下の脂肪酸アミド等の任意成分)は、それぞれ、溶融した状態のものであってもよいし、固体であってもよい。
本工程は、不織布形成工程にて用いる押出機中で行ってもよい。
また、本工程に用いる特定重合体の含有量は、組成物の全量に対して5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
更に、本工程で用いる融点140℃以上のプロピレン単独重合体の含有量は、組成物の全量に対して55.0質量%以上90.0質量%以下であることが好ましい。
つまり、本工程は、融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、特定重合体と、炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドと、を混合して組成物を得る工程であることが好ましい。
そして、本工程で用いる炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドの含有量は、組成物の全量に対して0.1質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。
不織布形成工程では、混合工程で得られた組成物からスパンボンド法にて不織布を得る。
本工程では、例えば、以下の方法で、不織布を得る。
即ち、同じ組成物を、2台の押出機を用いて溶融し、溶融した同じ組成物を、複数の紡糸口金を有するスパンボンド不織布成形機を用いて溶融紡糸し、紡糸により形成された長繊維を必要に応じて冷却した後、スパンボンド不織布成形機の捕集面上に堆積させ、エンボスロールで加熱加圧処理する方法である。
紡糸口金の温度は、用いる組成物に依存するが、本工程で用いる組成物がプロピレン単独重合体の含有量が多い組成物であるため、180℃以上240℃以下であることが好ましく、190℃以上230℃以下であることがより好ましく、200℃以上225℃以下であることが更に好ましい。
紡糸した長繊維を冷却する冷却風の温度は、組成物が固化する温度であれば特に限定はされない。冷却風の温度は、一般的には、5℃以上50℃以下が好ましく、10℃以上40℃以下がより好ましく、15℃以上30℃以下の範囲であることが更に好ましい。
紡糸した長繊維を冷却風により延伸する場合、冷却風の風速は、通常、100m/分以上10,000m/分以下の範囲、好ましくは500m/分以上10,000m/分以下の範囲である。
本実施形態のスパンボンド不織布は、単独で用いてもよいし、目的に応じて、本実施形態のスパンボンド不織布と他の層とを積層した不織布積層体としてもよいし、本実施形態のスパンボンド不織布を複数含む不織布積層体としてもよい。
本実施形態のスパンボンド不織布を用いて不織布積層体とする場合、本実施形態のスパンボンド不織布以外の他の層は、1層であってもよいし、2層以上であってもよい。
本実施形態のスパンボンド不織布に他の層を更に積層する(貼り合せる)方法は、特に制限されず、熱エンボス加工、超音波融着等の熱融着法、ニードルパンチ、ウォータージェット等の機械的交絡法、ホットメルト接着剤、ウレタン系接着剤等の接着剤を用いる方法、押出しラミネート等の種々の方法を採り得る。
これらの不織布は伸縮性不織布であっても、非伸縮性不織布であってもよい。
ここで非伸縮性不織布とは、MD(即ち、不織布の流れ方向、縦方向)又はCD(即ち、不織布の流れ方向に直角の方向、横方向)に伸長後、戻り応力を発生させないものをいう。
通気性フィルムとしては、透湿性を有するポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等の熱可塑性エラストマーからなるフィルム、無機微粒子又は有機微粒子を含む熱可塑性樹脂からなるフィルムを延伸して多孔化してなる多孔フィルム等の、種々の公知の通気性フィルムが挙げられる。
多孔フィルムに用いる熱可塑性樹脂としては、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン(所謂、LLDPE)、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンランダム共重合体、これらの組み合わせ等のポリオレフィンが好ましい。
また、不織布積層体が通気性を必要としない場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン等から選ばれる1種以上の熱可塑性樹脂からなるフィルムを用いることができる。
中でも、熱融着方法は熱エンボス加工であることが、不織布積層体を延伸する際に、長繊維が効率よく延伸されるため好ましい。
非エンボス単位面積とは、四方をエンボス部で囲まれた最小単位の非エンボス部において、エンボスに内接する四角形の最大面積である。また刻印形状としては、円、楕円、長円、正方、菱、長方、四角及びそれら形状を基本とする連続した形が例示される。
延伸加工の方法は特に制限されず、従来公知の方法を適用できる。
延伸加工の方法は、部分的に延伸する方法であってもよく、全体的に延伸する方法であってもよい。また、延伸加工の方法は、一軸延伸する方法であっても、二軸延伸する方法であってもよい。
機械の流れ方向(MD)に延伸する方法としては、例えば、2つ以上のニップロールに、部分的に融着した混合繊維を通過させる方法が挙げられる。このとき、ニップロールの回転速度を、機械の流れ方向の順に速くすることによって部分的に融着した不織布積層体を延伸できる。また、ギア延伸装置を用いてギア延伸加工することもできる。
また、積層される他の層においても同様に、弾性を有する層は弾性変形し、弾性を有しない層は塑性変形する。
不織布積層体を形成する際に、弾性を有する層と弾性を有しない層とを積層して、延伸した後、応力が解放されると、弾性を有する層(具体的には、層を構成する長繊維)は弾性回復し、弾性を有しない長繊維は、弾性回復せずに褶曲し、不織布積層体に嵩高感を発現させることができる。塑性変形した長繊維は細くなるので柔軟性及び触感が良くなるとともに、不織布積層体に伸び止り機能を付与することができる。
本実施形態のスパンボンド不織布は、例えば、衛生材料に好適に用いることができる。衛生材料としては、例えば、紙おむつ、生理用ナプキン等の吸収性物品;包袋、医療用ガーゼ、タオル、医療用ガウン、サージカルドレープ、創傷被覆材等の医療用衛生材料;衛生マスク等が挙げられる。
また、本実施形態のスパンボンド不織布は、例えば、美容用フェイスマスク、化粧用パフ等の美容用材料としても好適に用いることができる。
また、本実施形態のスパンボンド不織布は、例えば、フィルター、吸音材、油吸着材に代表される産業資材としても好適に用いることができる。
伸長性に優れる不織布は、ふんわりとした感触を与えやすいため、肌に接する用途に適している。そのため、これらの用途の中でも、衛生材料により好適に用いることができる。
本実施形態の衛生材料は、既述の本実施形態のスパンボンド不織布を含む。
本発明のスパンボンド不織布は、伸長性に優れるものである。そのため、本実施形態のスパンボンド不織布は、衛生材料に好適に用いられる。
実施例及び比較例における物性値等は、以下の方法により測定した。
スパンボンド不織布から繊維を取り出し、パラフィンに包埋し、測定試料を作製した。そして、測定試料を、繊維の軸方向に直交する方向と刃が平行するようにミクロトームに設置し、繊維の軸方向に直交する方向に沿ってスライスした。その後、スライスして得られた繊維にカーボン補強を施した後、スライスして得られた繊維の断面について、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)を用いて観察した。繊維の断面には、海島模様が確認された。連続した相を海相、分散して存在する相を島相として、観察範囲内(断面)にある島相の直径を計測した。直径が0.63μm以上である島相の個数、直径が0.12μm以上0.63μm未満である島相の個数、及び、直径が0.12μm未満である島相の個数を数えた。各範囲に該当する島相の個数を、観察範囲内(断面)の島相数で割って割合を算出した。
ここで、透過型電子顕微鏡としては、日立ハイテク(株)製の透過型電子顕微鏡型式:H-7650を用いた。観察倍率は6000倍又は8000倍とした。
島相の直径は、Mac-View(株式会社マウンテック)にて画像解析を行い求めた。具体的には、島相の長径と短径とを測定し、その平均値を直径とした。
スパンボンド不織布から、流れ方向(MD)が300mm、横方向(CD)が250mmの試験片を10枚採取した。なお、採取箇所は任意の10箇所とした。次いで、採取した各試験片の質量(g)を、上皿電子天秤(研精工業社製)を用いてそれぞれ測定した。各試験片の質量の平均値を求めた。求めた平均値から1m2当たりの質量(g)に換算し、小数点第1位を四捨五入して、スパンボンド不織布の目付〔g/m2〕とした。
スパンボンド不織布から、JIS L 1906の6.12.1[A法](JIS L 1913:2010へ移行、ISO 9073-3:1989に対応)に準拠して、JIS Z 8703(ISO 554:1976に対応、試験場所の標準状態)に規定する温度20±2℃、湿度65±2%の恒温室内で、流れ方向(MD)が25cm、横方向(CD)が5cmの試験片を5枚採取した。得られた試験片について、チャック間100mm、及び引張速度300mm/分の条件で引張り試験機(インストロンジャパンカンパニイリミテッド製、インストロン5564型)を用いて引張試験を行った。5枚の試験片について引張荷重を測定し、それらの最大値の平均値を最大強度とした。
また、最大強度における伸度を最大伸度とした。
[ヒートシール方法]
スパンボンド不織布から、流れ方向(MD)が100mm、横方向(CD)が100mmの試験片を10点採取した。次いでこの試験片をMD方向が同じ向きになるように2枚重ね合せ、テスター産業(株)製のヒートシール試験機(製品名:ヒートシールテスター)を使用し、下記の条件でヒートシールを行った。
シールバー幅:10.0mm
シール圧力 :2.0kg/cm2
シール時間 :1.0秒
シール温度 :上部バー及び下部バーを同一温度に設定(145℃)
シール方向 :MDと垂直
定速度引張試験機((株)東洋精機社製、製品名:ストログラフ)を用いて、上記条件でヒートシールを行なった試験片の引張剥離試験を、下記の条件で各々5枚ずつ実施して、剥離の有無を確認し、5枚全てにおいて剥離がなかった場合を「ヒートシール性有り」と評価した。
試験片形状 :幅20mm、長さ50mm
引張速度 :30mm/分
測定時雰囲気温度:23℃
スパンボンド不織布から、流れ方向(MD)が250mm、横方向(CD)が200mmの試験片を1枚採取した。得られた試験片を、図3に示すようなギア延伸装置(言い換えると、ギア加工機)のロール回転方向と試験片のCD方向が一致するように挿入し、MD方向(すなわち、不織布の流れ方向)にギア延伸されたスパンボンド不織布を得た。ギア加工機に搭載されるギアロールは各々直径が200mm、ギアピッチが2.5mmであり、両ロールの噛み合い深さを5.5mmとなるように調整した。
ギア延伸されたスパンボンド不織布のエンボス部について、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて形態観察を行い、ギア延伸された後のエンボスの残存率を評価した。エンボス残存率が高いほど、触感が良好であるとした。エンボス残存率は下記の式を用いて算出した。
エンボス残存率=(破壊されていないエンボス数/観察されたエンボス数)×100
なお、ギア延伸されたスパンボンド不織布のエンボス部の観察により、エンボス部での孔あき、繊維の脱離、及びエンボス部とその境界における繊維切れのいずれもが確認されなかったエンボス部を「破壊されていないエンボス」とした。「破壊されていないエンボス数」とは、観察範囲内に存在する破壊されていないエンボスの個数を意味する。「観察されたエンボス数」とは、観察範囲内に存在するエンボスの個数を意味する。
ギア加工機を用いた延伸加工により形成されたエンボスの残存率が良好であり、延伸加工時にエンボス部とその境界におけるスパンボンド不織布の繊維切れ、及び繊維切れに起因する不織布の破れが発生しないことにより、スパンボンド不織布の延伸加工適性が良好であることを確認できる。
走査電子顕微鏡としては、日立製作所社製のS-3500N形走査電子顕微鏡を用い、観察倍率を100倍とした。
スパンボンド不織布に関し、直接手で触れた際の触感(手触り)を官能評価し、以下の基準に基づいて評価を行った。官能評価はモニター10名で行ない、最も回答の多かった評価結果を採用した。
なお、最も回答が多かった評価結果が複数あった場合、より優れる結果の方を採用した。
-評価基準-
A:手触りが非常に良好で柔軟性に優れていた
B:手触りが良好で、下記C評価に比べれば柔軟性に優れていた。
C:手触りに硬さがあり柔軟性が劣っていた。
<スパンボンド不織布の製造>
-混合工程-
MFR(ASTM D 1238、230℃、荷重2160g)5g/10分、密度0.95g/cm3、及び融点134℃の高密度ポリエチレン7質量部と、MFR(ASTM D 1238、230℃、荷重2160g)60g/10分、密度0.91g/cm3、及び融点160℃のプロピレン単独重合体72.7質量部と、MFR(ASTM D 1238、230℃、荷重2160g)60g/10分、密度0.91g/cm3、及び融点142℃のプロピレンランダム共重合体(プロピレンとエチレンとの共重合体、重合モル比97:3、重合体(I))20質量部と、エルカ酸アミド0.3質量%と、を混合して、組成物を得た。
上記混合工程で得られた組成物を、図2に示す2台の押出機を備えるスパンボンド不織布製造装置(以下、「BC」とも示す)を使用して溶融紡糸を行った。このスパンボンド製造装置は、原料を押し出す押出機1(「押し出し機A」ともいう)及び押出機1’(「押し出し機B」ともいう)と、押し出された原料を紡糸して繊維3とする紡糸口金2と、延伸後の繊維を捕集することにより不織布8とする捕集面6を備えるコレクター装置と、不織布8の少なくとも一部を熱融着するボンディングユニット9と、熱融着後の不織布を巻き取るワインダー10と、を備える。コレクター装置は、繊維を捕集する面(捕集面6)の下部に、吸引によって繊維を効率良く捕集するためのサクションユニット7を備える。このスパンボンド不織布製造装置において、紡糸口金2によって得られた繊維3は、冷却室5中のクエンチエアー4(空気)によって冷却される。
具体的には、口径175mmφの押出機1と口径150mmφの押出機1’を用い溶融し、孔数5776ホール/mの紡糸口金2を有するスパンボンド不織布製造装置(密閉式スパンボンド法に用いる装置、捕集面6上の機械の流れ方向に垂直な方向の長さ:4273mm)を用いて、組成物の溶融温度とダイ温度が共に240℃、冷却風温度20℃、及び延伸エア風量23653m3/時の条件で、密閉式スパンボンド法により溶融紡糸を行った。また、このとき、押出機1と押出機1’とから押し出される樹脂組成物の量が質量基準で60:40となるようにした。
紡糸された繊維3を捕集面6上に堆積させ、エンボスロールで加熱加圧処理(エンボス面積率(熱圧着率)18%、エンボス温度125℃以上130℃以下)して、総目付量が18.0g/m2であるスパンボンド不織布8を作製した。
結果を下記表1に示す。
<スパンボンド不織布の製造>
押出機1と押出機1’とから押し出される樹脂組成物の量を質量基準で70:30とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。
結果を下記表1に示す。
また、図1Aに実施例2で得られたスパンボンド不織布における繊維の断面を透過型電子顕微鏡で観察したときの像を示す。
<スパンボンド不織布の製造>
押出機1と押出機1’とから押し出される樹脂組成物の量を質量基準で80:20とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。
結果を下記表1に示す。
また、図1Bに実施例3で得られたスパンボンド不織布における繊維の断面を透過型電子顕微鏡で観察したときの像を示す。
<スパンボンド不織布の製造>
上記混合工程で得られた組成物を、図2に示す2台の押出機を備えるスパンボンド不織布製造装置に代えて、(図示しない)1台の押出機を備えるスパンボンド不織布製造装置(以下、「MC」とも示す)を使用して溶融紡糸を行った以外は、実施例1と同様の操作を行った。
結果を下記表1に示す。
また、図1Cに比較例1で得られたスパンボンド不織布における繊維の断面を透過型電子顕微鏡で観察したときの像を示す。
これらの評価結果より、本実施形態のスパンボンド不織布は、伸長性、柔軟性、及び加工適性を必要とする衛生材料の用途に好適であることが分かる。
Claims (11)
- 融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、下記(I)に示す重合体及び下記(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体と、を含む繊維を含み、
前記繊維が海島構造を有し、前記繊維の軸方向に直交する断面における島相のうち、直径0.12μm以上0.63μm未満の島相の割合が個数基準で30%以上である、スパンボンド不織布。
(I)プロピレンと、エチレン及び炭素数が4以上20以下であるα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種と、のランダム共重合体
(II)下記(a)~(f)を満たす融点120℃未満のプロピレン単独重合体
(a)[mmmm]=20モル%以上60モル%以下
(b)[rrrr]/(1-[mmmm])≦0.1
(c)[rmrm]>2.5モル%
(d)[mm]×[rr]/[mr] 2 ≦2.0
(e)重量平均分子量(Mw)=10,000以上200,000以下
(f)分子量分布(Mw/Mn)<4
(a)~(d)中、[mmmm]はメソペンタッド分率であり、[rrrr]はラセミペンタッド分率であり、[rmrm]はラセミメソラセミメソペンタッド分率であり、[mm]、[rr]及び[mr]はそれぞれトリアッド分率であり、Mnは数平均分子量である。 - 直径が0.63μm以上である島相の割合が個数基準で10%以下である、請求項1に記載のスパンボンド不織布。
- 直径が0.12μm未満である島相の割合が個数基準で70%以下である、請求項1または請求項2に記載のスパンボンド不織布。
- 前記ポリエチレンの含有量が、前記繊維の全量に対して1.0質量%以上15.0質量%以下である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のスパンボンド不織布。
- 前記(I)に示す重合体及び(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体の含有量が、前記繊維の全量に対して5.0質量%以上30.0質量%以下である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のスパンボンド不織布。
- 前記融点140℃以上のプロピレン単独重合体の含有量が、前記繊維の全量に対して55.0質量%以上90.0質量%以下である、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のスパンボンド不織布。
- 前記繊維が炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドを含み、前記炭素数15以上22以下の脂肪酸アミドの含有量が、前記繊維の全量に対して0.1質量%以上5.0質量%以下である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のスパンボンド不織布。
- 前記(I)に示す重合体が、プロピレンに由来する構成単位とエチレンに由来する構成単位とを少なくとも含むランダム共重合体である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のスパンボンド不織布。
- 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のスパンボンド不織布を含む衛生材料。
- 融点140℃以上のプロピレン単独重合体と、密度が0.941g/cm3以上0.970g/cm3以下であるポリエチレンと、下記(I)に示す重合体及び下記(II)に示す重合体からなる群より選択される少なくとも一種の重合体と、を含む組成物を、押し出し機A及び押し出し機Bから、押し出される組成物の量が質量基準で85:15~55:45(押し出し機A:押し出し機B)となるように押し出すことを特徴とする、スパンボンド不織布の製造方法。
(I)プロピレンと、エチレン及び炭素数が4以上20以下であるα-オレフィンから選ばれる少なくとも1種と、のランダム共重合体
(II)下記(a)~(f)を満たす融点120℃未満のプロピレン単独重合体
(a)[mmmm]=20モル%以上60モル%以下
(b)[rrrr]/(1-[mmmm])≦0.1
(c)[rmrm]>2.5モル%
(d)[mm]×[rr]/[mr] 2 ≦2.0
(e)重量平均分子量(Mw)=10,000以上200,000以下
(f)分子量分布(Mw/Mn)<4
(a)~(d)中、[mmmm]はメソペンタッド分率であり、[rrrr]はラセミペンタッド分率であり、[rmrm]はラセミメソラセミメソペンタッド分率であり、[mm]、[rr]及び[mr]はそれぞれトリアッド分率であり、Mnは数平均分子量である。 - 前記押し出し機Aの口径Aは、前記押し出し機Bの口径Bよりも大きい、請求項10に記載のスパンボンド不織布の製造方法。
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