JP2004515664A - Thermal bonding cloth and manufacturing method thereof - Google Patents

Abstract

The method of making the nonwoven comprises passing the fibrous web through a pair of rollers to obtain a thermally bonded nonwoven having a high percentage of bonded areas. This high percentage of adhesive areas is formed by the engraved pattern on at least one of the rolls. This engraved pattern has a high percentage of bond point areas and wide bond point angles. The nonwoven has increased tensile strength, elongation, abrasion resistance, flexural rigidity and / or flexibility (softness).

Description

【００２６】
布の最終特性に影響する他の繊維特性には、繊維の配向性、結晶性、直径および冷却速度がある。接着強度は不織布強度における制限的な要因である。繊維の配向性が低くなると、接着時に溶融する量が多くなり、より強い接着領域を生じさせることが可能である。さらに、ポリマーの延伸によって誘導される高量の配向性が、熱接着時に高量の収縮を生じさせ、加工性を困難にする。
【００２７】
繊維の結晶性部分は、熱接着法にとって、発生する溶融にのために特に重要である。溶融および流動の程度が接着強度に有意に影響を及ぼす。比較的に安定でない結晶が最初に溶融し；次に、該ポリマーに十分な熱が移動すれば、比較的に安定な又は配向した結晶が溶融する。接着領域への熱移動の時間が短いために、一部分の結晶だけが溶融する。
【００２８】
ウェブが緩やかに形成された後に、個々の繊維が一緒に結合される必要がある。ウェブ厚蜜化は、布に強度と剛性を与える。ウェブを圧蜜化する方法には、機械的、化学的および熱的接着がある。機械的圧蜜化は、ウェブ中の種々のポイントにおいて繊維を交絡することによって達成され、ニードルパンチ法、スティッチボンド法、スパンレース法または他のいずれかの機械的圧蜜化方法を含む。化学的接着は、ラテックスなどの接着剤でウェブを噴霧し又は飽和させることを含む。ウェブの熱接着は、一般的な接着方法であり、ポイントカレンダー接着、超音波接着および放射熱接着を含む。幾つかの実施形態において、ポイントカレンダー接着が使用され、緊密に接触している２つの加熱ロールを通してウェブを通過させることを含む。一方のロールには雄型パターンの彫刻が施され、他方のロールはフラットロールである。繊維が相互にわたって溶融流動する。冷却により、布が形成される。
【００２９】
繊維のウェブがカレンダーに引き込まれるにつれて、異なる強度の熱力学的過程が発生する。これらの過程には：伝導性熱移動；変形熱；溶融ポリマーの流動；拡散；およびクラペイロン効果が含まれる。
【００３０】
伝導性熱移動は、鋼ロール、布境界面を越えて運ばれる。伝導により移動される熱の量は、鋼ロールの温度、およびウェブが接着ポイントの下で過ごす時間量（ロール速度）に比例する。更に系に加わる熱として変形の熱がある。鋼ロール間の高い圧力に起因して、ウェブが異なる形状に非常に速く変形し、系で機械的仕事が行われる。この機械的仕事が熱に移り変わる。これら２つの形態の熱がロール間のウェブの温度を上昇させ、接着ピンの下で最高である。機械的仕事の全てが熱に移り変わると仮定すると、以下の式が与えられる：
［Ｆ（ｓ）ｄｓ］α＝ＶρＣ_ｐ ΔＴ ＋ ｆΔＨ_ｆ χρＶ
式中、Ｆ（ｓ）ｄｓは距離ｄｓにわたってウェブ上に及ぼされる力であり、αは機械的仕事から熱への変換比であり、Ｖはウェブの体積であり、χは結晶化度であり、ｆは溶融する結晶の割合である。右辺の第一項は温度を増大させるのに用いられる熱量であり、第二項はポリマー結晶を溶融させる熱量を記述する。
【００３１】
温度がその融点に到達すると、該ピンの下での高い圧力が溶融物を低い圧力の領域へと外側に流動させる。また溶融状態にある間にポリマーは自己拡散する。カレンダーを作動させることにより、溶融物が固化し、接着ポイントにおける繊維を機械的に固定する。これらの２つの現象が接着ポイントにおける幾つかの繊維を一緒に融合し、ウェブを布に変化させる。接着プロセス時のポリマーにとって拡散浸透距離は殆ど無視できる。この浸透距離は以下の式により与えられる：
Ｒ＝［ｔ（２×Ｄ）］^１／２
式中、Ｒは浸透距離であり、ｔは時間であり、Ｄは自己拡散係数である。一般に、大部分のポリマーは１０^−１５ 程度の拡散係数を有し、接着ピンの下で１０〜４０ミリ秒を過ごす。これらの大まかな数字を用いて、拡散距離は僅か４５Åないし１００Åであると計算される。熱接着に使用される大部分の繊維が直径約２０ミクロンであることを考慮すると、繊維はその全直径の僅か０．０００００２２５％しか拡散しない。それ故に、接着領域において繊維の周囲で溶融するポリマーの機械的な固着が、接着ポイントにおいて繊維を一緒に保持する支配的な力であると考えられる。
【００３２】
接着ピンの下での増大した圧力が、クラペイロン効果（ｃｌａｐｅｙｒｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）としても知られている融点の上昇を招く。この圧力の効果はポリプロピレンの融点を３８Ｋ／ｋｂａｒまたは０．３８℃／ＭＰａ上昇させる。接着ピンの下での典型的な圧力を用いると、ポリプロピレンの融点は約１０℃上昇する。ポリエチレンの融点は典型的な接着圧力の下で約５℃上昇するだけである。
【００３３】
温度、圧力、速度、ロール直径および彫刻パターンを含む、ポイント接着熱カレンダー加工法の幾つかの要因が、最終布特性に影響する。温度の選択は主に材料の関数であるが、ウェブへの全エネルギー移動は温度、圧力、ロール直径およびライン速度の関数であることに留意される。温度を過度に低く選択すると、ウェブが接着不足となり、布の強度が弱くなる傾向にある。ロール温度が過度に高いと、ウェブが接着過多となり、得られる布がこわすぎるか、又はウェブが完全に溶融してロールに貼り付くことになる。
【００３４】
布に適用される圧力の効果は小さいが、無視することはできない。低い圧力においては、ウェブの接着が不良で、それ故に強度が不良である。圧力が増加するに伴い、布の強度は接着温度および圧力の両方の関数である。非常に高い圧力においては、布の強度が最大値に到達した後に、圧力の増加に伴い減少し始める。この圧力より低ければ、布の強度はポリマーの融点まで連続的に増大する。
【００３５】
接着ロールの速度および直径は、ウェブへの熱移動の全時間に影響する。接着ロール直径が大きいと、小さなロールに比べて加熱されたロールとの緊密な接触が可能となる。したがって、ウェブへ移動する熱量が多くなる。同様に、遅く回転するロールは、速く回転するロールに比べて接触時間が長くなる。
【００３６】
布がニップ（緊密接触領域）において過ごす時間量は、以下のように表される：
【数２】

式中、Ｃ_０ はウェブの当初の厚さであり、Ｃ_Ｎ は接着ロール間での厚さであり、Ｃ_Ｒ は接着ロールでの圧縮後の厚さである。
【００３７】
繊維の形状は、限定されず、いずれの適当な形状であってもよい。例えば、典型的な繊維は円形の断面形状を有するが、繊維が異なる形状、例えば三葉形状、またはフラット（すなわち「リボン」様）形状を有する場合もある。
【００３８】
熱接着布が接着ピンから逃れ出た後に、接着領域の冷却および固化が起こる。布およびより詳細には接着領域のクエンチ速度は、最終布特性に影響を及ぼし得る。
【００３９】
重要な布特性としては、強度、伸び、ピーク荷重、磨耗および曲げ剛性がある。不織布の強度もしくは靭性および伸びは、製造後処理および消費者の両方にとって重要である。布の強度および弾性が大きければ大きい程、それを他の材料と組み合わせて最終消費製品とすることが迅速に可能となる。不織布のもう一つの特性はその耐磨耗性である。不織布に研磨表面が適用される場合に、表面から繊維が引っ張られ、毛羽立ち又は毛玉を表面に生じさせる。そのため、不織布にとって高い耐磨耗性が望ましい。人によって着用され肌に触れる材料の更に別の重要な特性が、そのこわさ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ：剛性）である。この特性は曲げ剛性または手触り評価によって測定できる。
【００４０】
繊維形成ポリマー
いずれの繊維形成ポリマー、特に熱接着できる繊維形成ポリマーも、本発明の実施形態において使用し得る。例えば、適当なポリマーとしては、限定されることなく、α−オレフィン単独重合体、およびインターポリマー、すなわちポリプロピレン、プロピレン／Ｃ_４ 〜Ｃ_２０ α−オレフィン共重合体、ポリエチレンおよびエチレン／Ｃ_３ 〜Ｃ_２０ α−オレフィン共重合体を含むインターポリマーが含まれ、該インターポリマーは、不均一（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｏｕｓ）エチレン／α−オレフィン・インターポリマー、又は均一（ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ）エチレン／α−オレフィン・インターポリマー、例えば実質的に線状のエチレン／α−オレフィン・インターポリマーであってよい。また、炭素原子数２〜２０を有し極性基を含有する脂肪族α−オレフィンも含まれる。ポリマーに極性基を導入した脂肪族α−オレフィンとして適当なものとしては、例えば、エチレン不飽和ニトリル、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリルなど；エチレン不飽和酸無水物、例えば無水マレイン酸；エチレン不飽和アミド、例えばアクリルアミド、メタクリルアミドなど、エチレン不飽和カルボン酸（一官能および二官能の両方を含む）、例えばアクリル酸およびマレイン酸など；エチレン不飽和カルボン酸のエステル（特に、低級、例えばＣ_１ 〜Ｃ_６ アルキルエステル）、例えばメタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸またはアクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸２−エチル−ヘキシル、またはエチレン−酢酸ビニル共重合体など；エチレン不飽和ジカルボン酸イミド、例えばＮ−アルキルもしくはＮ−アリールマレイミド、例えばＮ−フェニルマレイミドなどが含まれる。好ましくは、極性基を含有するこのようなモノマーは、アクリル酸、酢酸ビニル、無水マレイン酸およびアクリロニトリルである。脂肪族α−オレフィンモノマーから該ポリマーに含まれ得るハロゲン基としては、フッ素、塩素、臭素があり；好ましくは、そのようなポリマーは塩素化ポリエチレン（ＣＰＥｓ）である。ポリエステルおよびナイロンなどのポリマーも使用し得る。
【００４１】
均一（ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ）インターポリマーにおいては、実質的に全てのインターポリマー分子が当該インターポリマー内で同一のエチレン／コモノマー比を有するのに対し、不均一（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｏｕｓ）インターポリマーはインターポリマー分子が同一のエチレン／コモノマー比を有しないものである点において、不均一インターポリマーは均一インターポリマーとは区別される。本願明細書で使用される用語「広範な組成分布」（ｂｒｏａｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、不均一インターポリマーについてコモノマー分布を記述するものであり、不均一インターポリマーが「線状」部分を有すること、および不均一インターポリマーがＤＳＣにより多重融解ピークを有すること（すなわち少なくとも２つの異なる融解ピークを示すこと）を意味する。不均一インターポリマーは、約１０％（重量基準）以上、好ましくは約１５％（重量基準）より多く、特に好ましくは約２０％（重量基準）より多く、２メチル／１０００炭素以下の分岐度を有する。また、不均一インターポリマーは、約２５％（重量基準）以下、好ましくは約１５％（重量基準）より少なく、特に好ましくは約１０％（重量基準）より少なく、２５メチル／１０００炭素以上の分岐度を有する。
【００４２】
不均一ポリマー成分は、α−オレフィン単独重合体、好ましくはポリエチレンもしくはポリプロピレン、または、好ましくは少なくとも１種のＣ_３ 〜Ｃ_２０ α−オレフィンおよび／またはＣ_４ 〜Ｃ_１８ ジエンとエチレンのインターポリマーとすることができる。プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテンと、エチレンのインターポリマーが特に好適である。
【００４３】
線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）は、溶液法または流動層法により製造される。この重合は触媒による。チーグラー・ナッタ触媒系およびシングルサイト・メタロセン触媒系がＬＬＤＰＥを製造するために使用されている。その結果得られるポリマーは、本質的に線状の骨格によって特徴付けられる。この線状ポリマー骨格に取り込まれるコモノマーのレベルによって、密度が制御される。ＬＬＤＰＥを製造する際に、典型的には種々のα−オレフィンがエチレンと共重合される。好ましくは炭素原子数４〜８のα−オレフィンが約１０重量％以下の量でポリマー中に存在する。最も典型的なコモノマーは、ブテン、ヘキセン、４−メチル−１−ペンテンおよびオクテンである。コモノマーはポリマーの密度に影響する。ＬＬＤＰＥの密度範囲は比較的に広く、典型的には０．８７〜０．９５ｇ／ｃｃ（ＡＳＴＭ Ｄ−７９２）である。
【００４４】
線状低密度ポリエチレンのメルトインデックスは、鎖終結剤、例えば水素または水素供与剤の導入によっても制御できる。ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８ 条件１９０℃／２．１６ｋｇ（以前は「条件Ｅ」として知られ「Ｉ_２ 」としても知られていた）に従い、線状低密度ポリエチレンについて測定されるメルトインデックスは、約０．１〜約１５０ｇ／１０分という広い範囲をとり得る。本発明の目的のためには、ＬＬＤＰＥは１０よりも大きなメルトインデックスを有するべきであり、スパンボンドフィラメントの場合には１５以上が好ましい。特に好適なのは０．９０〜０．９４５ｇ／ｃｃの密度および２５よりも大きなメルトインデックスを有するＬＬＤＰＥである。
【００４５】
適当な市販の線状低密度ポリエチレンポリマーの例としては、ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能な線状低密度ポリエチレンポリマー、例えば繊維等級樹脂のＡＳＰＵＮ（商標）シリーズ、ＤＯＷ ＬＬＤＰＥ ２５００（ＭＩ５５、密度０．９２３）、ＤＯＷ ＬＬＤＰＥ タイプ６８０８Ａ（ＭＩ３６、密度０．９４０）、およびエクソン・ケミカル・カンパニーからの線状低密度ポリエチレンポリマーのＥＸＡＣＴ（商標）シリーズ、例えば、ＥＸＡＣＴ（商標）２００３（ＭＩ３１、密度０．９２１）がある。
【００４６】
均一ポリマー成分は、α−オレフィン単独重合体、好ましくはポリエチレンもしくはポリプロピレン、または、好ましくは少なくとも１種のＣ_３ 〜Ｃ_２０ α−オレフィンおよび／またはＣ_４ 〜Ｃ_１８ ジエンとエチレンのインターポリマーとすることができる。プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテンと、エチレンとのインターポリマーが特に好適である。
【００４７】
エチレン／α−オレフィン重合についてのメタロセン系触媒の比較的最近の導入の結果、均一（ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ）インターポリマーとして知られる新しいエチレンインターポリマーが製造されている。
【００４８】
本願明細書に記載される繊維を形成するために有用な均一インターポリマーは均一な分岐分布を有する。すなわち、このポリマーは、任意のインターポリマー分子内にコモノマーがランダムに分散され、実質的に全てのインターポリマー分子が当該インターポリマー内で同一のエチレン／コモノマー比を有するものである。ポリマーの均一性は、通常、ＳＣＢＤＩ（Ｓｈｏｒｔ Ｃｈａｉｎ Ｂｒａｎｃｈ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ：短鎖分岐分布インデックス）またはＣＤＢＩ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｂｒａｎｃｈ Ｉｎｄｅｘ：組成分布分岐インデックス）によって記述され、メジアン全モル・コモノマー含有量の５０％以内のコモノマー含有量を有するポリマー分子の重量％として定義される。ポリマーのＣＤＢＩは、当該技術分野において既知の方法、例えばＷｉｌｄ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｐｏｌｙ． Ｐｈｙｓ． Ｅｄ．， Ｖｏｌ． ２０， ｐ．４４１ （１９８２）、または米国特許第４，７９８，０８１号、または米国特許第５，００８，２０４号に記載されているような（その開示が参照により本願明細書に取り込まれる）例えば昇温溶出分別法（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｉｎｇ ｅｌｕｔｉｏｎ ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）（本願明細書において「ＴＲＥＦ」と略する）より得られるデータから容易に計算される。ＣＤＢＩの計算方法は、米国特許第５，３２２，７２８号および米国特許第５，２４６，７８３号または米国特許第５，０８９，３２１号に記載されており、その全ての開示が参照により本願明細書に取り込まれる。本発明に使用される均一インターポリマーについてのＳＣＢＤＩまたはＣＤＢＩは、好ましくは約３０％よりも大きく、特に好ましくは約５０％、７０％または９０％よりも大きい。
【００４９】
本発明において使用される均一インターポリマーは、ＴＲＥＦ法により測定される測定可能な「高密度」（ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ）フラクションを本質的に欠いている（すなわち均一エチレン／α−オレフィン・インターポリマーは２メチル／１０００炭素以下の分岐度をもったポリマーフラクションを含有しない）。また、均一インターポリマーは、非常に短い鎖の分岐したフラクションも含有しない（すなわちそれらは３０メチル／１０００炭素以上の分岐度をもったポリマーフラクションを含有しない）。
【００５０】
実質的に線状のエチレン／α−オレフィン・ポリマーおよびインターポリマーもまた均一インターポリマーであるが、米国特許第５，２７２，２３６号および米国特許第５，２７２，８７２号において更に規定されており、その内容全体が参照により取り込まれる。そのようなポリマーは、その優れた加工性ならびに特異なレオロジー特性および高い溶融弾性および溶融破損耐性に起因して特異である。これらのポリマーは、ジオメトリーが束縛されたメタロセン触媒系を用いて連続重合法により首尾よく調製できる。
【００５１】
用語「実質的に線状」（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｌｉｎｅａｒ）のエチレン／α−オレフィン・インターポリマーは、約０．０１長鎖分岐／１０００炭素ないし約３長鎖分岐／１０００炭素、より好ましくは約０．０１長鎖分岐／１０００炭素ないし約１長鎖分岐／１０００炭素、そして特に好ましくは約０．０５長鎖分岐／１０００炭素ないし約１長鎖分岐／１０００炭素で置換されたポリマー骨格を意味する。
【００５２】
長鎖分岐は、本願明細書において、少なくともコモノマーの全炭素数よりも２炭素少ないよりも１炭素多い鎖長として定義され、例えば、エチレン／オクテンの実質的に線状のインターポリマーの長鎖分岐は、少なくとも７炭素の長さ（すなわち８炭素よりも２少ない＝６炭素＋１＝７炭素長鎖分岐長）である。長鎖分岐はポリマー骨格の長さとほぼ同じの長さとなり得る。長鎖分岐は、 ^１３Ｃ核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法を使用して決定され、Ｒａｎｄａｌｌの方法（Ｒｅｖ． Ｍａｃｒｏｍｏｌ． Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．， Ｃ２９（２＆３）， ｐ．２８５−２９７）を使用して定量され、その開示が参照により本願明細書に取り込まれる。長鎖分岐は当然のことながら、コモノマーの取込みのみから生じる短鎖分岐とは区別され、そのため、例えば、エチレン／オクテンの実質的に線状のポリマーの短鎖分岐が６炭素の長さであるのに対し、同一ポリマーの長鎖分岐は少なくとも７炭素の長さである。
【００５３】
追加的な適当なポリマーが以下の米国特許：第６，３１６，５４９号；第６，２８１，２８９号；第６，２４８，８５１号；第６，１９４，５３２号；第６，１９０，７６８号；第６，１４０，４４２号；第６，０３７，０４８号；第５，６０３，８８８号；第５，１８５，１９９号；および第５，１３３，９１７号に開示されており、その全てがその全体において参照により本願明細書に取り込まれる。
【００５４】
市販の繊維形成ポリエチレンの例としては、ＡＳＰＵＮ（商標）６８０６Ａ（メルトインデックス：１０５．０ｇ／１０分；密度：０．９３０ｇ／ｃｃ）、ＡＳＰＵＮ（商標）６８４２Ａ（メルトインデックス：３０．０ｇ／１０分；密度：０．９５５ｇ／ｃｃ）、ＡＳＰＵＮ（商標）６８１１Ａ（メルトインデックス：２７．０ｇ／１０分；密度：０．９４１ｇ／ｃｃ）、ＡＳＰＵＮ（商標）６８３０Ａ（メルトインデックス：１８．０ｇ／１０分；密度：０．９３０ｇ／ｃｃ）、ＡＳＰＵＮ（商標）６８３１Ａ（メルトインデックス：１５０．０ｇ／１０分；密度：０．９３０ｇ／ｃｃ）、およびＡＳＰＵＮ（商標）８６３５Ａ（メルトインデックス：１７．０ｇ／１０分；密度：０．９５０ｇ／ｃｃ）があり、全てミシガン州ミッドランド、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能である。
【００５５】
市販の繊維形成ポリプロピレンの例としては、５Ａ１０（溶融流量：１．４ｇ／１０分；曲げ弾性率：１５８５ＭＰａ（２３０，０００ｐｓｉ））；５Ａ２８（溶融流量：３．０ｇ／１０分；曲げ弾性率：１５８５ＭＰａ（２３０，０００ｐｓｉ））；５Ａ６６Ｖ（溶融流量：４．６ｇ／１０分；曲げ弾性率：１６５４ＭＰａ（２４０，０００ｐｓｉ））；５Ｅ１７Ｖ（溶融流量：２０．０ｇ／１０分；曲げ弾性率：１３４４ＭＰａ（１９５，０００ｐｓｉ））；５Ｅ４０（溶融流量：９．６ｇ／１０分；曲げ弾性率：１３７８ＭＰａ（２００，０００ｐｓｉ））；ＮＲＤ５−１２５８（溶融流量：１００．０ｇ／１０分；曲げ弾性率：１３１８ＭＰａ（１９１，３００ｐｓｉ））；ＮＲＤ５−１４６５（溶融流量：２０．０ｇ／１０分；曲げ弾性率：１３４４ＭＰａ（１９５，５００ｐｓｉ））；ＮＲＤ５−１５０２（溶融流量：１．６ｇ／１０分；曲げ弾性率：１３４７ＭＰａ（１９５，５００ｐｓｉ））；ＮＲＤ５−１５６９（溶融流量：４．２ｇ／１０分；曲げ弾性率：１３７８ＭＰａ（２００，０００ｐｓｉ））；ＮＲＤ５−１６０２（溶融流量：４０．０ｇ／１０分；曲げ弾性率：１１７２ＭＰａ（１７０，０００ｐｓｉ））；ＳＲＤ５−１５７２（溶融流量：３８．０ｇ／１０分；曲げ弾性率：１２９８ＭＰａ（１８８，４００ｐｓｉ））；ＳＲＤ５−１２５８（溶融流量：２５．０ｇ／１０分）；およびＩＮＳＰＩＲＥ（商標）樹脂（１．８〜約２５ｇ／１０分の範囲の溶融流量）があり、全てザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能である。溶融流量はＡＳＴＭ Ｄ １２３８（２３０℃／２．１６ｋｇ）に従って測定され、曲げ弾性率はＡＳＴＭ Ｄ ７９０Ａに従って測定される。エクソン（Ｅｘｘｏｎ）、バーゼル（Ｂａｓｓｅｌ）、三井（Ｍｉｔｓｕｉ）等、他の会社からの樹脂も使用し得ることに留意されるべきである。
【００５６】
添加剤、例えば酸化防止剤（例えばチバガイギー（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ）により供給されるＩＲＧＡＮＯＸ（商標）１０１０またはＩＲＧＡＮＯＸ（商標）１０７６のような嵩高いフェノール類）、ホスファイト類（同じくチバガイギーにより供給されるＩＲＧＡＦＯＳ（商標）１６８）、付着添加剤（例えばＰＩＢ）、顔料、着色剤、充填剤等も、本願明細書で開示される繊維材料に含めることができる。
【００５７】
同様に、本願明細書で開示されるポリマーを他のポリマーと混合して、所望の特性に悪影響を及ぼさないような程度で、弾性、加工性、強度、熱接着性または付着性などの特性を変性することができる。
【００５８】
ポリマーを変性するために有用な材料としては、他の実質的に線状のエチレンポリマー、ならびに他のポリオレフィン、例えば高圧低密度エチレン単独重合体（ＬＤＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−カルボン酸共重合体、エチレン・アクリレート共重合体、ポリブチレン（ＰＢ）、エチレン／α−オレフィン・ポリマー、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン・インターポリマー、超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）、ならびにグラフト変性ポリマー、例えば無水物および／またはジエンを含むもの、またはこれらの混合物が含まれる。
【００５９】
ポリマーを変性するのに適当な更に他のポリマーとしては、種々の異なる程度の弾性を示すことが知られている合成および天然のエラストマーおよびゴムが含まれる。ＡＢおよびＡＢＡブロックまたはグラフト共重合体（式中、Ａは例えばスチレン部分などの熱可塑性末端ブロックであり、Ｂは例えば共役ジエンまたは低級アルケンから誘導されるエラストマー中間ブロックである）、塩素化エラストマーおよびゴム、エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー（ＥＰＤＭ）ゴム、エチレン−プロピレンゴム等およびそれらの混合物が、本願明細書で開示される弾性材料を変性するために適当と考えられる既知の従来技術の弾性材料の例である。
【００６０】
ポリプロピレンをポリエチレンなどの低融点ポリマーとブレンドして接着領域での強度を増大させることができる。同様にして、ＬＬＤＰＥを低融点／低密度ポリエチレンとブレンドして同様の結果を生じさせることができる。
【００６１】
不織布を製造するために使用されるポリマーの最初の化学構造が布特性に対する影響を有する。ポリマーの化学構造は該ポリマーの密度／結晶性、粘性および分子量分布に影響する。また、ブレンドをつくるための２種以上のポリマーの添加が布特性に対して有意な影響を及ぼし得る。ＭＷＤの増加は紡糸プロセスにおける繊維の配向性を減少させ、カレンダー加工時の溶融量を増加させる。
【００６２】
本発明の実施形態による不織布は種々の用途において有用性を有する。適当な用途としては、限定されることなく、使い捨て個人用衛生製品（例えばトレーニング・パンツ、おむつ、吸収性アンダーパンツ、失禁製品、女性用衛生物品など）、使い捨て衣服（例えば産業衣料、作業服、ヘッドカバー、アンダーパンツ、パンツ、シャツ、手袋、靴下など）および感染制御／クリーンルーム製品（例えば手術用ガウンおよびドレープ、フェースマスク、ヘッドカバー、手術用帽子およびフード、靴カバー、ブーツスリッパ、傷ドレッシング、包帯、滅菌ラップ、ワイパー、実験用上着、カバーオール、パンツ、エプロン、ジャケット、寝具およびシーツ）が含まれる。不織布はまた、以下の米国特許：第６，３１６，６８７号；第６，３１４，９５９号；第６，３０９，７３６号；第６，２８６，１４５号；第６，２８１，２８９号；第６，２８０，５７３号；第６，２４８，８５１号；第６，２３８，７６７号；第６，１９７，３２２号；第６，１９４，５１７号；第６，１７６，９５２号；第６，１４６，５６８号；第６，１４０，４４２号；第６，０９３，６６５号；第６，０２８，０１６号；第５，９１９，１７７号；第５，９１２，１９４号；第５，９００，３０６号；第５，８３０，８１０号；および第５，７９８，１６７号に教示されたように使用してもよく、これらの全てがその全体において本願明細書に取り込まれる。
【００６３】
実施例
以下の実施例は本発明の幾つかの実施形態を例示するものである。それらは本願において他の部分に記載され特許請求された発明を限定するものではない。実施例における全ての数値は概略値である。以下の実施例において、種々の不織布が多数の方法によって特徴付けられた。これらの布の性能データも得られた。これらの方法または試験は、適用できる場合にはＡＳＴＭ基準に従って、又は既知の手順に従って行われた。
【００６４】
ポリマーブレンドの調製
ハーケ（ＨＡＡＫＥ）二軸スクリュー押出機を使用してポリマーブレンドを製造した。この押出機は以下の特性を有する：
・それぞれ温度１１０℃、１２０℃、１３０℃、１３５℃、１３５℃、１３５℃の６つの加熱ゾーン。
・２つの１８ｍｍ直径スクリュー。
・Ｌ／Ｄ＝３０。
・溶融温度＝１４６℃。
・ダイ圧力＝２．６４×１０^６ Ｐａ（３８３ｐｓｉ）。
・トルク＝３．４４×１０^７ Ｐａ（５０００ｐｓｉ）。
・速度＝２００ｒｐｍ。
【００６５】
ポリマー繊維の調製
ギアポンプを送り出す１インチ直径押出機を使用してポリマーを押出すことによって繊維を製造した。このギアポンプは、４０マイクロメートル（平均孔径）焼結フラット金属フィルターおよび１０８孔の紡糸口金を有する紡糸パックを通して該材料を押し出すものである。この紡糸口金の孔は４００マイクロメートルの直径および４／１のランド長さ（すなわち長さ／直径またはＬ／Ｄ）を有する。ギアポンプは、１分当たり紡糸口金の各孔を通して約３グラムのポリマーが押し出されるように操作される。ポリマーの溶融温度は紡糸されるポリマーの分子量によって異なる。一般には、分子量が大きい程、溶融温度は高くなる。溶融紡糸される繊維が冷めるのを補助するためにクエンチ空気（室温（約２４℃）よりも僅かに高い）が使用される。クエンチ空気は紡糸口金の直ぐ下に位置しており、繊維線が押し出される際にそれを横切る空気を吹き出す。クエンチ空気流量は、紡糸口金よりも下の繊維領域において手で殆ど感じられない程に十分小さい。繊維は直径約０．１５２ｍ（６インチ）のゴデットロール上に捕集される。ゴデットロールの速度は調整可能であるが、本願において実証される実験の場合にはゴデット速度は約１５００回転／分である。ゴデットロールは紡糸口金ダイよりも約３メートル下に位置している。紡糸プロセスの直後に、全ての繊維が長さ０．０３８１ｍ（１．５インチ）の繊維に切断される。
【００６６】
不織布の調製
本願明細書に記載した手順に従って、硬化クロムメッキ彫刻鋼ロールを備えた実験用カレンダーにより不織布サンプルを製造した。１つの彫刻パターンは２０％の全接着領域および３．４４×１０^５ 接着ポイント／平方メートル（２２２接着ポイント／平方インチ）を有する。図３Ａ〜３Ｉは、本発明の実施形態において使用される種々の接着パターンをその寸法と共に模式的に示す。
【００６７】
各パターンのデザインについて以下の手順を行った。全ての繊維は３デニールであった。これらの繊維をカード加工機に送り込んだ。これらの繊維を次に減圧によりローターリング（ＲｏｔｏｒＲｉｎｇ）に引き込み、一連の針を通過させた。これらの繊維を次に、高速遠心機による更なるカード加工のために整然と配列した。このプロセスをサンプル毎に繰り返した。次に、これらの繊維を寸法１０ｃｍ×４０ｃｍのスチール（鋼）トレー上に均一に分配し、該繊維ウェブの前端部をペーパーフィードカード内に入れた。これにより基本重量（目付）が３３ｇ／ｍ^２ または１オンス／平方ヤードのウェブを生じる。この繊維ウェブを回転する熱カレンダーロール間に配置し、そこで該ウェブを熱接着して不織布にした。出発接着ロール条件は以下の通りである：
・上部（彫刻）ロール温度−約１１０℃（２３０°Ｆ）ないし約１２１．１（２５０°Ｆ）であって、図および表に記載された温度である。
・底部（滑らか）ロール温度−約１１０℃（２３０°Ｆ）ないし約１２１．１（２５０°Ｆ）であって、上部ロールへの付着を防止するために上部ロールよりも約４℃高い。
・液圧−約４．８２×１０^６ Ｐａ（７００ｐｓｉ）ないし約１．０３×１０^７ Ｐａ（１５００ｐｓｉ）。
・ロール速度／ダイヤル設定＝約３ないし約５ｍ／分。
【００６８】
試験方法
製造された布は主に機械方向の整列を有する。横方向の整列の繊維は極めて少ない。布および繊維の配向の特徴付けは、以下の方法により行った：
１．この実験からランダムに選択した布から光学顕微鏡写真を得た。布の表と裏の両方を倍率４０×で撮影した。同じ方法でＴＡＮＤＥＣで製造された市販のスパンボンドＰＰ布からも光学顕微鏡写真を得た。
２．これらの顕微鏡写真をシオン（Ｓｃｉｏｎ）イメージング・ソフトウェアに移し、４つの四つ割部分に分割した。
３．顕微鏡写真の各四つ割部分における繊維の角度を、機械方向を垂直（０°）および横方向を水平（９０°）として測定した。
【００６９】
全ての繊維をいったん測定した後に、以下の式を用いて配向性を定量した：
Ｆ_ｐ ＝２＊ａｖｇ．（ｃｏｓθ）^２ −１
θは繊維の角度であり、Ｆ_ｐ は配向パラメータであって、値０がランダム配向に対応し、値１が一方向における完全な整列に対応する。
【００７０】
各布サンプルの引張強さを、インストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）４５０１引張試験機を用いて測定した。ライン・グリップ・ジョー（線条把持あご）を使用して布をインストロンに固定した。一つの例外を除いて、「繊維布の破断力および伸びの標準試験方法」（ＡＳＴＭ Ｄ ５０３５−９０）を使用した。ストリップ（試験片）を０．１５２ｍ（６インチ）に切断するのではなく０．１０１ｍ（４インチ）に切断した。
【００７１】
標準磨耗手順を、８区分室サンプルホルダーを備えたテーバー・アブレイザー（Ｔａｂｅｒ Ａｂｒａｓｅｒ）・モデル５０３（ロータリープラットフォーム−ダブルヘッド法）を使用して以下の工程を含むように展開した：
１．布を０．０７６２×０．０７６２ｍ（３×３インチ）片に切断し標識した。
２．研磨される表面の端部に接着テープ（ａｄｈｅｓｉｖｅ ｂａｃｋｉｎｇ）を適用して、端部で裂けるのを防止した。
３．サンプルを個別に小数点以下４桁まで秤量した。
４．皺や緩んだ領域が全く生じないことを確保して、サンプルをサンプルホルダー内に置いた。機械方向が該サンプルホルダーの中心に向き、かつ彫刻パターン側が上を向くように、サンプルを配置した。
５．Ｃ０_２ ゴム砥石車を使用して、所定量のサイクル（１００）について布サンプルを研磨した。その研磨された表面にアメリカン・タイプ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ）により製造されたマスキングテープを貼り、次に着実であるが素早い動作で剥がした。
６．その布を再び秤量し記録した。
【００７２】
裂けた又は完全に分解したサンプルを廃棄し、次の試験から抹消した。
【００７３】
曲げ剛性は、ＡＳＴＭ 方法Ｄ １３８８−６４の設計仕様に従って測定した。一貫性を確保すべく、整準気泡（ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｂｕｂｂｌｅ）を水平プラットフォーム上に置いてから測定を行った。次に、オーバーハング長さと布の基本重量を用いて曲げ剛性を計算した。カンチレバー試験は全ての布の剛性を容易に測定する方法であるが、その結果が消費者の意見と相関できることが重要である。個人の手による布の感触が機械による試験において得られるものとは異なる特性となり得る。さらに、布の表面は触れてみてソフトな感触を有する必要もある。
【００７４】
布のざらざら性（ｇｒａｉｎｉｎｅｓｓ）とこわさ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）について評価するために選ばれた１２人のパネリストにより全ての手触り評価を行った。全パネリストは以下の手順に従った：
１．各パネリストに４種のアンカー・サンプル、および最少のざらざら性または最少のこわさに対する１から最大のざらざら性または最大のこわさに対する１５までの範囲のそれらの布の対応する数を提供した。それらのアンカーおよびそれらの対応する数は表１０に示される。
２．パネリストは該サンプルを布のエンボス加工面を上向きにしてテーブル上に平らに置いた。彼等の手首をテーブル面上に置いて、彼等の人差し指と中指を該サンプルの面全体にわたって動かした。このプロセスを該サンプルの全４方向に繰り返した。ざらざら性について評点付けた彼等の評価を記録した。
３．パネリストは該サンプルをテーブル上に平らに置き、彼等の利き手を該サンプルの表上に置いた。彼等の指が該サンプルの表に向かって指差すように指が配置された。指をその手のひらに向け動かして該サンプルを寄せ集める間に、該サンプルをそのカップのように凹んだ手の中に反対の手で誘導した。該サンプルを繰り返して握り締めそして放した。
４．こわさについて評点付けた彼等の評価を記録した。
【００７５】
各々について評点付けた数を付す前に、全サンプルを評価した。パネリストの利用可能性のために、選択された組のサンプルのみが試験された。
【００７６】
実施例１
ポリエチレン（ＰＥ）ポリマーをザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから入手した。これらのポリエチレンポリマーは種々の異なる密度およびメルトインデックスを有する。また、ポリプロピレン（ＰＰ）ポリマーをザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから入手した。これらのポリマーの特性は表１に示される。
【００７７】
【表１】

【００７８】
ＰＥ１で表すポリエチレンは、ミシガン州ミッドランド、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能なＡＳＰＵＮ（商標）６８４２Ａを含む。ＰＥ２で表すポリエチレンは、ミシガン州ミッドランド、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能なＡＳＰＵＮ（商標）６８１１を含む。ＰＥ３で表すポリエチレンは、ミシガン州ミッドランド、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能なＡＳＰＵＮ（商標）６８３５Ａを含む。ＰＥ４で表すポリエチレンは、ミシガン州ミッドランド、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能なＡＦＦＩＮＩＴＹ（商標）ＥＧ８１００を含む。ＰＰ１で表すポリプロピレンは、ミシガン州ミッドランド、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから利用可能なＨ５００−３５を含む。４種類のサンプルを上記ポリエチレンポリマーから配合した。３種類のホモポリマーおよびＰＥ１とＰＥ４の９５％／５％ブレンドを試験した。ブレンドの配合は上述のように行った。４．７５ｋｇのＰＥ１のペレットを０．２５ｋｇのＰＥ４と組み合わせ、二軸スクリュー押出機のホッパーに入れた。押出機を作動させた後に、そのポリマーを５℃に維持された冷却バスに通過させる。次にその固体ポリマーをベルリン・クレイ・グループ（Ｂｅｒｌｙｎ Ｃｌａｙ Ｇｒｏｕｐ）チッパーに送り込んで、そこでそれをペレットに切断する。該ポリマーを１５分間パージし、ペレットを１００分間集めた。
【００７９】
表２に示される紡糸条件および上述の方法を使用して、繊維を製造した。
【００８０】
【表２】

【００８１】
表１で製造された繊維を使用して上述の方法より布を製造し、以下のようにしてコード化した。一連の３つの番号を各サンプルに付けた。第１の番号は使用されたポリマーを示す。第２の番号は接着パターン番号を示し、第３の番号は接着温度を示す。ポリマー番号については表２を参照し、接着パターン番号については図３Ａ〜３Ｉを参照する。便宜上、この標識システムを用いてサンプルを特定する。
【００８２】
図３Ａは、４６°の角度、２０％の接着領域、３．４４×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２２２ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および７．６２×１０^−４ ｍ（０．０３インチ）のポイント幅を有する接着パターン１について示すものである。図３Ｂは、２０°の角度、１６％の接着領域、３．４４×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２２２ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および６．８６×１０^−４ ｍ（０．０２７インチ）のポイント幅を有する接着パターン２について示すものである。図３Ｃは、２０°の角度、２４％の接着領域、３．４４×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２２２ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および８．３８×１０^−４ ｍ（０．０３３インチ）のポイント幅を有する接着パターン３について示すものである。図３Ｄは、２０°の角度、２０％の接着領域、２．３１×１０^５ ポイント／ｍ^２ （１４９ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および９．３０×１０^−４ ｍ（０．０３６６インチ）のポイント幅を有する接着パターン４について示すものである。図３Ｅは、２０°の角度、２０％の接着領域、４．６０×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２９７ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および６．６０×１０^−４ ｍ（０．０２６インチ）のポイント幅を有する接着パターン５について示すものである。図３Ｆは、４２°の角度、１６％の接着領域、３．４４×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２２２ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および６．８６×１０^−４ ｍ（０．０２７インチ）のポイント幅を有する接着パターン６について示すものである。図３Ｇは、３７°の角度、２４％の接着領域、３．４４×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２２２ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および８．３８×１０^−４ ｍ（０．０３３インチ）のポイント幅を有する接着パターン７について示すものである。図３Ｈは、４６°の角度、２０％の接着領域、２．３１×１０^５ ポイント／ｍ^２ （１４９ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および９．３×１０^−４ ｍ（０．０３６６インチ）のポイント幅を有する接着パターン８について示すものである。図３Ｉは、３５°の角度、２０％の接着領域、４．６０×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２９７ポイント／インチ^２ ）、１．７×１０^−３ ｍ（０．０６７インチ）のベース幅、４．３２×１０^−４ ｍ（０．０１７インチ）のベース高、および６．６０×１０^−４ ｍ（０．０２６インチ）のポイント幅を有する接着パターン９について示すものである。
【００８３】
次に、引張試験、磨耗試験およびカンチレバー試験のために布片を切断した。端部の処理温度および繊維ウェブにおける不一致のため、全てのサンプルを中心から切り取った。
【００８４】
布を視覚的に評価した。温度、圧力および樹脂の選択は布の視覚的な概観に対し効果が無かった。接着ロールパターンは布の視覚的特性に対し顕著な効果を有した。図４Ａ〜４Ｉは、１１９．４℃（２４７°Ｆ）において樹脂６８２４Ａから製造された不織布の倍率２０×における顕微鏡写真であり、視覚的に布の差異を示す。暗い菱形領域が布の接着領域であり、一方、比較的明るい領域が非接着繊維である。
【００８５】
図４Ａ、図４Ｆ、図４Ｇ、図４Ｈおよび図４Ｉと、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、および図４Ｅとの比較は、２０°の側壁角度が、より大きな側壁角度を有するパターンのものよりも小さな接着領域を生じることを示す。布の接着部位領域の測定が表３に示される。このデータは、接着パターン１、６、７および８において布を製造したロールパターンよりも大きな％の接着領域を示す。これは接着ピンの下からのポリマーの溶融物流動（メルトフロー）に起因し、また接着ピン間の空隙領域における繊維の圧蜜化に起因する増大した熱移動にも起因する。繊維が含む自由空間は小さくなり、伝導による熱移動が大きくなる。２０°の側壁角度を有する全てのパターンが、ロールパターンの％接着領域よりも小さな布の％接着領域を示す。ポリマー繊維の収縮が考えられる原因である。繊維の紡糸プロセス時に、繊維は配向状態での張力の下で固化する。繊維が接着ピンの下で高い温度に曝されると、ポリマー分子はより安定な状態に収縮するか又は緩和する。
【００８６】
【表３】

【００８７】
２０°の側壁角度パターンはまた、圧蜜化の少ない繊維または高い空隙率を有するように見える。接着パターン４，５，７および８は同じ％の接着領域を有するが、平方メートル当たりのポイントの集中度が異なる。平方メートル当たりのポイントの集中度が低くなると、該パターンについての各接着ポイント間の距離が大きくなる。
【００８８】
布の重量の分析を表４に示す。繊維ウェブの取扱いおよびカード加工プロセスのばらつきに起因して、薄いスポットが布に出現する。厚さのばらつきは機械的特性に対し強い影響を有し得る。布内の１平方インチサンプルの重量は非常に低いばらつきを有する。
【００８９】
【表４】

【００９０】
図４Ａ〜４Ｉは１１９．４℃（２４７°Ｆ）におけるＰＥ１樹脂の種々異なる接着パターンの顕微鏡写真であり、これを用いて繊維の配向をも評価した。これらの図の検討は、大部分の繊維が一方向（上下）に配列されていることを示す。これは繊維の機械方向（ＭＤ）である。大部分のスパンボンド布およびメルトブローン布が、機械方向強度のみならず横方向（ＣＤ）強度をも有するように、より多くのランダムな配列の繊維を含有する。ランダムに選択された繊維の評価は、市販スパンボンド布についての布配向（ｆ_ｐ ）値が、これらの実施例で製造され試験されたサンプルの値よりも遥かに低いことを示した。この市販スパンボンド布はＴＡＮＤＥＣでポリプロピレンから製造される。これらの結果を表５に示す。布の裏のｆ_ｐ 値は表の値よりも高く、このことは繊維が裏において機械方向により多く整列していることを意味する。表において接着ピンが繊維をよりランダムな状態に押す一方、フラットロールに抗して接着される裏の繊維はウェブの整列を維持する。
【００９１】
【表５】

【００９２】
表６ないし表９は種々の温度における種々の接着パターンを使用して試験された各ポリマー繊維についての不織布の種々の特性を示す。一連の３つの番号を各サンプルに付けた。第１の番号は使用されたポリマーを示す。第２の番号は接着パターン番号を示し、第３の番号は接着温度を°Ｆで示す。ポリマー番号については表２を参照し、接着パターン番号については図３Ａ〜３Ｉを参照する。便宜上、この標識システムを用いてサンプルを特定する。例えば、１−１−１１６．１は、１１６．１℃（２４１°Ｆ）の接着温度における接着パターン１（図３Ａ）を使用してＰＥ１樹脂より製造された布を意味する。全サンプルの引張特性を、前述した手順ＡＳＴＭ Ｄ ５０３５−９０およびインストロン４５０１を使用して、ピーク荷重および破断点伸びについて測定した。同一条件において製造された布間でのばらつきのために、６つの引張サンプルを試験した。加工処理条件の各々において観測された平均磨耗（ＡＢＲ）が掲載されている。曲げ剛性（ＦＲ）については、各布をその基本重量とともにオーバーハング長さについて測定して、上述のＡＳＴＭ Ｄ １３８８−６４に従ってＦＲを決定した。各樹脂の測定された平均ＦＲが各加工処理条件とともに掲載されている。
【００９３】
【表６】

【００９４】
【表７】

【００９５】
【表８】

【００９６】
【表９】

【００９７】
ピーク荷重の値は８００ｇから２４００ｇという高さまでの範囲にあった。これらの値は典型的なＰＰサンプルよりも遥かに小さい。１３６．６℃（２７８°Ｆ）においてパターン２を使用してＰＰ１は４８７５ｇのピーク荷重を生じる。一般に、規格化されたピーク荷重は、温度、接着領域および接着角度の増加とともに増大する。ＰＥ２樹脂および９５％ＰＥ１と５％ＰＥ４のブレンドについては、ＰＥ２の場合に１１４．４℃（２３８°Ｆ）から１１６．１℃（２４１°Ｆ）まで、また該ブレンドの場合に１１７．７℃（２４４°Ｆ）から１１９．４℃（２４７°Ｆ）まで温度が増大すると、ピーク荷重が減少した。このことは破断機構における変化に原因があるかもしれない。サンプルの二つ一組の比較は、２４％の接着領域が１６％の接着領域よりも高いピーク荷重を有することを示す。前に示したように、接着角度はサンプル上の実際の接着領域に劇的な効果を有する。図５は、種々の接着パターンを使用した異なる温度におけるＰＥ２の温度に対する規格化ピーク荷重のグラフである。ピーク荷重は基本重量の強い関数であるので、ピーク荷重は３３ｇ／ｍ^２ （１オンス／ヤード^２ ）の基本重量に直線的に規格化されている。
【００９８】
図６は、種々の接着パターンを使用した異なる温度におけるＰＥ２樹脂について温度に対する％伸びのグラフである。このＰＥ不織布の伸びは１０％から９５％という高さまでの範囲にあった。ＰＰの伸びは１３６．６℃（２７８°Ｆ）においてパターン２を使用して３１％に到達するに過ぎず、３７％がいずれかの加工処理条件において到達した最高値であった。接着ポイントの集中度の減少が伸びを有意に増大させる。事実、４．６０×１０^５ ポイント／ｍ^２ から２．３１×１０^５ ポイント／ｍ^２ （２９７ポイント／インチ^２ から１４９ポイント／インチ^２ に接着ポイントの集中度が減少するに伴い、ＰＥ２樹脂は１１４．４℃（２３８°Ｆ）におけるその伸びがほぼ２倍になった。これに対する例外は、９５％ＰＥ１と５％ＰＥ４の樹脂であり、接着ポイントの集中度の減少に伴い伸びに大きな差を示さない。このことは接着パターンの効果よりも有意になり得ると考えられるＰＥ４の高い弾性によって説明できる。温度制御は重要である。１．６℃（３°Ｆ）の温度差が１００％という大きな伸びの減少を有し得る。
【００９９】
図７にはＰＥ１樹脂についての典型的な応力−歪曲線の３つの例が示されている。サンプルは、ＰＥ１樹脂を使用し、１１６．１℃（２４１°Ｆ）、１１７．７℃（２４４°Ｆ）および１１９．４℃（２４７°Ｆ）の温度において接着パターン３を使用して製造された。温度が増大するにつれてピーク荷重も増大する。最高温度である１１９．４℃（２４７°Ｆ）においては布の伸びが減少した。また、１１９．４℃（２４７°Ｆ）において製造された布の初期弾性率は、より低い温度において製造されたものよりも高い。このことは全ての布サンプルについて典型的である。
【０１００】
図８は、ＰＥ１樹脂について温度に対する磨耗の典型的なグラフである。一般に、伸びは全加工処理変数の関数である。接着領域および接着角度における増大は、布の伸びの増大に相関する。一般に、耐磨耗性は主として温度の関数であるが、接着パターン間でも有意な差が見られる。これはその破損機構によって説明し得る。表面が磨耗する際に、繊維が接着ポイントから引っ張られる。磨耗についての破損機構のために、表面上の毛羽の量は、接着サイズよりも接着強度に大きく依存する。磨耗の値は０．４８ｍｇ／ｃｍ^２ から１ｇ／ｃｍ^２ よりも大きい範囲にある。１３６．６℃（２７８°Ｆ）において接着パターン２を使用するＰＰサンプルは０．１５ｍｇ／ｃｍ^２ の磨耗値を有し、ＰＥの１／３よりも小さい。
【０１０１】
ＰＥ２樹脂について温度に対する曲げ剛性（「ＦＲ」）のプロットが図９に示されている。これは典型的なプロットであり、その他の樹脂にも見出される傾向を表す。オーバーハング長さが大きいことは、こわい布であることを示す。また、基本重量が大きいことは、その布が端部をオーバーハング（張出し）する際に布が大きな重量を支えるため、こわさ（剛性）の増大に寄与し得る。彫刻ロール側を上に向けた場合及び下に向けた場合の布のオーバーハングの平均は、布の個々の片についての全オーバーハングと考えられる。各々の平均を採った。これは、布が着用時に両方向に曲がるので、布の全剛性を良好に表すと考えられる。このような方法で各サンプル毎に４回の測定を行った。
【０１０２】
２０°の接着角度を有する接着パターン２〜５に比べて比較的大きな接着角度を有する接着パターン６〜９は高い値を有することが観測された。全ＰＥサンプルの曲げ剛性は低い２０からサンプル３−７−１１９．４の場合の１２５ｍｇ＊ｃｍの高い値までの範囲にあった。典型的なＰＰ布が２００ｍｇ＊ｃｍを超えるＦＲ値を有することを考慮すると、これらの値は比較的に低い。これはポリマーの低密度に起因すると考えられる。最も高いＦＲ値はＰＥ３により得られ、比較的高いポリマー密度の結果であると考えることができる。ＰＥ１にＰＥ４を加えることで、より高いＦＲ値を生じた。これは接着領域における溶融の増加および／または繊維と布の収縮に起因すると考えられる。接着パターンに関しては、小さな接着領域、小さな側壁角度および小さな接着ポイント集中度が、最も小さなＦＲ値を生じた。小さな接着領域、側壁角度および接着ポイント集中度が、他の特性、例えば磨耗にも影響し得ることが留意されるべきである。それ故に、ＰＥの低い弾性率のために、ＦＲ値は他の特性ほど重要でない。
【０１０３】
接着ロールパターンが布のこわさ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ：ＳＴ）およびその表面のざらざら性（ｇｒａｉｎｉｎｅｓｓ：ＧＲ）に及ぼす効果を、手触り試験により評価した。１２人のパネリストがこれら二種類の特性を１〜１５の尺度で評点付けた。表１０に掲載されるようなアンカー（ベースラインとして使用される）を提供した。各接着パターンについて１１９．４℃（２４７°Ｆ）において加工処理されたＰＥ１樹脂をサンプルとして使用した。表１１は各接着パターンについて二種類の手の評点について平均値をまとめたものである。
【０１０４】
【表１０】

【０１０５】
【表１１】

【０１０６】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、加工処理条件が不織布表面、接着周辺部、断面および破損機構に及ぼす効果を分析した。加工処理条件は布の手触りおよび強度に影響することが示された。この部分では、布表面とその特性の間の関係を論じ、また加工処理条件の関数として破損機構を特定する。
【０１０７】
以下の手順を用いてアライアルビューおよび断面ビューを得た。
１．布を２枚の紙の間に挟み、該サンプルを液体窒素中に約１分間置き、次にカミソリ刃を用いて機械方向と垂直に切断することにより、布の断面を切断した。
２．そのサンプルを導電性テープによりステージ上に置き、その端部に導電性グラファイト塗料で線を引いた。
３．デントン・ヴァキューム・ハイレス（Ｄｅｎｔｏｎ Ｖａｃｕｕｍ Ｈｉ−Ｒｅｓ）１００クロム・スパッタリング・システムを使用して、布を１００〜１２０オングストローム厚さの膜でコーティングした。
４．そのサンプルをサンプル区分室に入れ、その区分室を１．３×１０^−５ Ｐａ（１０^−７ ｔｏｒｒ）まで排気した。
５．布表面に蓄積される電荷に伴う問題のため、利用可能な２０ｋＥＶのうち５ｋＥＶを使用した。
６．種々の倍率で顕微鏡写真を撮った。
７．シオン（ｓｃｉｏｎ）イメージング・ソフトフェアを用いて、顕微鏡画像を見るとともに測定した。
【０１０８】
接着ポイントに焦点を当てた６０×ないし１００×の低倍率で、全試験サンプルを顕微鏡写真に撮った。温度間での顕著な表面差は無かったので、それらの粘着点よりも１．６℃（３°Ｆ）低い温度におけるサンプルから全ての写真を撮った。この温度は、１１９．４℃（２４７°Ｆ）であるＰＥ２樹脂を除いて、全サンプルについて１１９．４℃（２４７°Ｆ）である。ＰＥ１樹脂から製造された９つの全ての接着パターンが図１０Ａ〜１０Ｉに示されている。全ての接着ポイントが大きな平らな表面を中央部に含み、それが端部に向かって隆起している。パターン１、６、７および８は全て大きな側壁角度を有する。この大きな側壁角度の効果は、ＰＥ１樹脂の場合には多分その高いメルトインデックスに起因して、他の樹脂において顕著である程には顕著でない。小さな側壁角度をもったパターンは、比較的小さな平らな領域を含む接着部および幾何学的に比較的丸い接着ポイントを生じる。２０度の側壁角度を用いて生じる接着ポイントは形状が丸く、そして前に示したように比較的小さな表面領域を覆うので、各接着ポイント間の空間が比較的大きい。繊維の露出領域の増加に起因して、この比較的大きな空間が布にソフトな手触りを付与する。これは手触り評価データと良く相関する。逆に、小さな接着ポイント表面被覆は、交絡が比較的少ない繊維を生じ、布強度を減少させる。これは引張データにおいて前に見られた。
【０１０９】
不織布に対する加工処理条件の一つの効果は、引張試験および磨耗試験のような破壊試験時のその破損機構である。３種類の破損が発生し得る。繊維が接着部位から引っ張られるか、接着周辺部において破断するか、又は接着部から切り離される。選択された不織サンプルについて破損機構を特定するために、ＳＥＭ顕微鏡写真も使用した。図１１Ａ〜Ｃは引張破損時の破損機構の例を示す。大部分の加工処理条件が弱い接着ポイントから引っ張られる繊維によって該ポリエチレン布の破損を生じさせることに留意される。比較的高い温度における幾つかの場合では、接着周辺部における繊維の破断を生じさせるのに十分な程に接着が強かったことが明白である。ＰＥ１樹脂に対し５％のＰＥ４を添加することは、接着周辺部において幾つかの繊維の破断を生じさせる１１９．４℃（２４７°Ｆ）における接着強度を増大させる。この温度における２種類の破損機構、すなわち接着部からの引離し及び周辺部における繊維破断の証拠が得られた。
【０１１０】
磨耗により生じた破損機構の分析は、接着周辺部における破断による破損のしるしを示さなかった。図１２Ａ〜Ｂは、磨耗によって生じた破損接着ポイントの２つの例を示す。細いリボン様の片は以前の熱接着ポイントの残余物である。それらのサンプルが引張試験において接着周辺部における脆弱な繊維の破損により破損したものであっても、同じ破損機構を示さなかった。磨耗後は、接着ポイントの破壊により布が破損した。この現象は、加工処理温度が高くなるにつれて、靭性および伸びがピーク値に到達した後に減少するのとは異なり、何故に耐磨耗性がピーク値に到達した後に減少することがないのかを説明し得る。耐磨耗性は接着強度だけに依存する。
【０１１１】
以上実証されたように、本発明の実施形態は、比較的に増大した引張強度、伸び、耐磨耗性、曲げ剛性および／または柔軟性（ソフトさ）を有する不織布を提供する。本発明の実施形態により与えられる追加的な特徴および利点は当業者に明らかである。
【０１１２】
限られた数の実施形態について本発明を説明してきたが、それから生じる変形および改良が存在する。例えば、布組成物は上で与えられた組成範囲内の混合物である必要はない。その布組成物において所望される特性が満たされる限り、如何なる量の成分も含み得る。布組成物の用途は衛生用物品に限られず；熱接着不織布を必要とする如何なる環境にも使用し得ることに留意されるべきである。添付された請求の範囲は本発明の範囲内に属する全てのそのような変形および改良を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は本発明の実施形態に使用するための不織布製造方法の略図である。
【図２】
図２Ａは接着ポイントの１つの配列を例示するエンボス加工用ロールの部分立面図である。図２Ｂは図１の方法および図２Ａの彫刻ロールにより製造された不織布の略図である。
【図３】
図３Ａ〜図３Ｉは本発明の実施形態に使用するための接着パターンの任意縮尺による模式図である。
【図４】
図４Ａ〜図４Ｉは実施例１に用いられるＰＥ１樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された不織布の顕微鏡写真である。
【図５】
図５はＰＥ１樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された布についての、温度に対する規格化ピーク荷重のグラフである。
【図６】
図６は実施例１に用いられるＰＥ２樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された布についての、温度に対する％伸びのグラフである。
【図７】
図７は実施例１で製造された３つの布についての典型的な応力−歪曲線である。
【図８】
図８はＰＥ１樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された布についての、温度に対する耐磨耗性のグラフである。
【図９】
図９はＰＥ１樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された布についての、温度に対する曲げ剛性のグラフである。
【図１０】
図１０Ａ〜図１０ＩはＰＥ１樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された不織布の接着ポイントの、倍率８０×における走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１】
図１１Ａ〜図１１Ｃは種々の樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された不織布の引張試験破損部位の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２】
図１２Ａ〜図１２Ｂは種々の樹脂について図３Ａ〜図３Ｉの接着パターンより製造された不織布の磨耗した接着部位の走査型電子顕微鏡写真である。[0001]
Field of the invention
The present invention relates to a nonwoven fabric produced from a polyolefin polymer and a method for producing the fabric.
[0002]
Background of the Invention
Fabrics made from fibers include both woven and nonwoven fabrics. Nonwoven fabrics are used for hygiene and medical applications, including medical gowns, diaper linings, sanitary wipes, and the like. Bonding heat and pressure in a limited area of the nonwoven web, for example, by passing the nonwoven web through a nip between hot calender rolls, both or one of which may have a textured pattern on its surface Can be. During such a bonding process, depending on the type of fibers that make up the nonwoven web, the bonded areas are formed spontaneously, i.e., the fibers of the web are melted and fused at least in the pattern areas, or the addition of adhesive Can be formed by Advantages of heat bonded nonwovens include low energy costs and manufacturing speed.
[0003]
Nonwovens can also be prepared by a number of other methods, such as spunlacing or hydroentanglement (disclosed in US Pat. No. 3,485,706 and US Pat. No. 4,939,016); By carding and thermal bonding of staple fibers; by spunbonding of continuous fibers in a continuous process; melt blowing of the fibers into fabric and then the resulting web Can be produced by calendering or thermal bonding.
[0004]
Various properties of the nonwoven determine its suitability for different applications. Nonwovens can be designed to have different combinations of properties to meet different needs. Variable properties of the nonwoven include liquid handling properties, such as wettability, dispensability, absorbency, etc., strength properties, such as tensile strength, tear strength, etc., flexible properties, durability properties, such as abrasion resistance, and the like. Aesthetic properties are included.
[0005]
Polypropylene has become a major polymer for nonwovens because of its cost, high strength and processability. However, polypropylene nonwovens generally do not have the feel of a soft (soft) cotton cloth. As such, polyethylene nonwovens are of interest. Polyethylene produces a softer (softer) nonwoven, but has relatively low tensile strength and abrasion resistance.
[0006]
Nonwoven properties such as liquid handling properties, strength properties, flexibility properties and durability properties are usually of primary importance in nonwoven design, but in some cases the appearance and hand of the nonwoven are critical to the success of the nonwoven product. Many. The appearance and feel of the nonwoven is particularly important for the nonwoven forming the exposed portion of the product. For example, it is often desirable for the outer cover of a nonwoven product to have a fabric-like feel and a comfortable decorative design.
[0007]
Despite the advances in the art described above, there is still a need for improved nonwovens and methods of making the same. In particular, there is a need for nonwoven fabrics having improved flexibility (softness) as defined by tensile strength, elongation, abrasion resistance, and flexural rigidity.
[0008]
Summary of the Invention
Embodiments of the present invention meet the above needs with one or more of the following aspects of the present invention. In one aspect, the invention is directed to a method of making a nonwoven fabric having increased tensile strength, elongation, abrasion resistance, flexural rigidity, and / or flexibility (softness). The method comprises passing a fibrous web through a pair of rollers to obtain a thermally bonded nonwoven having a high percentage of bonded areas. This high percentage of the adhesive area is formed by an engraved pattern on at least one of the rollers. The engraved pattern has a high percentage of bond point areas and / or wide bond point angles.
[0009]
In some embodiments, the percentage of non-woven bonded areas is at least about 16%, or at least about 20%, or at least about 24%. The glue point angle is about 20 ° or greater, or about 35 ° or greater, or about 37 ° or greater, or about 42 ° Or greater, or about 46 ° or greater. The engraving pattern is at least about 1.55 x 10⁵ Glue points / square meter, or at least about 2.31 x 10⁵ Glue points / square meter, or at least about 3.1 x 10⁵ Glue points / square meter, or at least about 3.44 x 10⁵ Glue points / square meter, or at least about 4.6 x 10⁵ Glue points / square meter, or at least about 4.65 x 10⁵ With glue points / square meter. The fibrous web may comprise polyethylene, which may be a homopolymer of ethylene (homopolymer) or a copolymer of ethylene and comonomer (copolymer). The polyethylene can be obtained in the presence of a single site catalyst, such as a metallocene catalyst or a constrained geometry catalyst.
[0010]
In another aspect, the invention is directed to a nonwoven fabric made by the methods described herein. This nonwoven fabric comprises a polymer and is characterized by a high percentage of bonded areas and high abrasion resistance. In some embodiments, the polymer is polyethylene, which can be a homopolymer of ethylene or a copolymer of ethylene and a comonomer. The polyethylene can be obtained in the presence of a single-site catalyst, such as a metallocene catalyst or a constrained geometry catalyst. In other embodiments, the percentage of the bonded area of the fabric is at least about 16%, or at least about 20%, or at least about 24%.
[0011]
Various aspects and advantages of embodiments of the present invention will become apparent from the following description.
[0012]
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention provide a method for manufacturing a nonwoven fabric by thermal bonding. The fabric has a high percentage of adhesive areas created by passing the fibrous web through a pair of rollers, where at least one of the rollers has an engraved pattern with a high percentage of adhesive point areas with a wide adhesive point angle. Have.
[0013]
As used herein, the term "nonwoven" refers to a web or fabric having a structure of individual fibers or yarns that is interlaid but is not in an identifiable manner as in the case of a knitted fabric. Means As used herein, the term "bonding" refers to (either separately or in addition to the force or pressure required or used to draw the fiber below 50 denier). It means that the fibers that have been melted or softened by the application of force or pressure are fused together. In some embodiments, the bond strength is about 1,500 grams or more. As used herein, the term "thermal bonding" refers to reheating and (either separately or in addition to the force or pressure required or used to draw the fiber below 50 denier). Means) causing the fiber to melt (or soften) and fuse by application of force or pressure. In some embodiments, the bond strength will be about 2,000 grams or more. The process of drawing and fusing the fibers in a single or simultaneous process prior to the take-up roll (eg, godet), such as a spunbond process, is not considered a thermal bonding process.
[0014]
FIG. 1 shows a thermal bonding method for producing a nonwoven fabric. Such methods or variations thereof are described, for example, in the following U.S. Patents: 5,888,438; 5,851,935; 5,733,646; 5,654,088; No. 5,494,736; No. 4,770,925; No. 4,635,073; No. 4,631,933; No. 4,564,553; No. 4,315. 965, which is incorporated herein by reference in its entirety. All such disclosed methods may be used in embodiments of the present invention with or without modification.
[0015]
Referring to FIG. 1, a web forming system 10 such as a card processing system is used to initially form a fibrous web 12. The fibers are mainly aligned in the machine direction of web formation as indicated by arrow 13. Alternatively, a spunbond system may be used to produce more randomly oriented fibers. The web 12 may pass through a preheating station 14. The web is then passed through the pressure nip of the bonding station provided by opposing rolls 20 and 22. The roll 20 is a metal engraving roll and is heated to a temperature near the melting point of the fiber. The backup roll (ie, the smooth roll) 22 is heated in a controlled manner to a temperature near the melting point of the fiber, preferably below the stick point of the fiber. In some embodiments, the engraving pattern is circular, but other shapes, such as oval, square, and square, may be used.
[0016]
The engraving roll illustrated in FIG. 2A includes an adhesive point area in intimate compression contact with a flat roll. These areas induce melting and give rise to adhesive areas. The size of these areas determines the number of fibers bonded at a single point, and also determines the overall area of the fabric, including non-fibrous integrity. The number of fibers bonded at one point of adhesion can affect its overall strength, but can also contribute to its overall stiffness. There are three factors of the engraving pattern that affect the overall properties of the nonwoven. They include the bond area, bond point angle or sidewall angle, and bond point concentration, usually described as the number of points per square unit area.
[0017]
The engraving pattern on the roll results from breaking the glue points. These points extend from the engraving roll and create an adhesive area when in contact with the flat roll. In general, the points of adhesion create a pattern on the nonwoven as shown in FIG. 2B. The bonding points of the engraving pattern are generally expressed by the number of bonding points per square area. In a preferred embodiment, the engraving pattern is about 1.55 × 10⁵ Adhesive points per square meter (100 adhesive points per square inch), preferably about 2.31 x 10⁵ Glue points per square meter (149 glue points per square inch), more preferably about 3.10 x 10⁵ Adhesive points per square meter (200 adhesive points per square inch), or about 3.44 x 10⁵ Glue points / square meter (222 glue points / square inch), or about 4.60 x 10⁵ Glue points / square meter (297 glue points / square inch), or about 4.65 x 10⁵ It has adhesive points per square meter (300 adhesive points per square inch). 5.42 × 10⁵ , 6.20 × 10⁵ , 7.75 × 10⁵ , 9.30 × 10⁵ Or higher bonding points per square area (350, 400, 500, 600, or more bonding points per square inch) are also feasible.
[0018]
The bonding point consists of a bonding point angle and a bonding area. Referring to FIGS. 3A-I, various bonding point patterns with different bonding point angles and bonding areas are shown. Adhesion point angle refers to the angle at which the adhesion point extends from the engraving roll. The bonding point angle is about 20 degrees or more, preferably about 35 degrees or more, more preferably about 37 degrees or more, still more preferably about 42 degrees or more, and even more preferably about 46 degrees or more. FIG. 3A shows a 46 ° angle, 20% adhesive area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 7.62 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 1 having a point width of m (0.03 inch). FIG. 3B shows a 20 ° angle, 16% bond area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 6.86 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 2 having a point width of m (0.027 inch). FIG. 3C shows a 20 ° angle, 24% bond area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 8.38 x 10^-4 This is for an adhesive pattern 3 having a point width of m (0.033 inch). FIG. 3D shows a 20 ° angle, 20% adhesive area, 2.31 × 10⁵ Points / m² (149 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 9.30 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 4 having a point width of m (0.0366 inches). FIG. 3E shows a 20 ° angle, 20% adhesive area, 4.60 × 10⁵ Points / m² (297 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 6.60 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 5 having a point width of m (0.026 inches). FIG. 3F shows a 42 ° angle, 16% bond area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 6.86 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 6 having a point width of m (0.027 inch). FIG. 3G shows a 37 ° angle, 24% adhesive area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 8.38 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 7 having a point width of m (0.033 inch). FIG. 3H shows a 46 ° angle, 20% adhesive area, 2.31 × 10⁵ Points / m² (149 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 9.3 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 8 having a point width of m (0.0366 inches). FIG. 31 shows an angle of 35 °, 20% adhesion area, 4.60 × 10⁵ Points / m² (297 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 6.60 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 9 having a point width of m (0.026 inch).
[0019]
The bonded region and the non-bonded region constitute a nonwoven fabric. The bonding area can be defined as the percentage of the surface area of the nonwoven that is covered by the bonding created by the bonding points. This bonded area is preferably at least about 16%, more preferably at least about 20%, and even more preferably at least about 24%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% in embodiments of the present invention. Or larger.
[0020]
Fiber and nonwoven manufacturing
Web forming systems generally include methods of making fibers that can be heat bonded to form a fabric, including dry laid, wet laid, and polymer laid or any other method. In some embodiments, the fibers are made by a spunbond, meltblown or carded staple fiber method. These methods are disclosed in the following U.S. Patents: 3,338,992; 3,341,394; 3,276,944; 3,502,538; 3,978,185; No. 4,644,045, which is incorporated herein by reference in its entirety. In general, the spunbond process uses a high-pressure vacuum chamber to increase the speed of the fiber and reduce the fiber diameter to produce continuous fiber. The melt blown process involves blowing down air from above and using surface forces to pull the fibers at higher speeds to produce very low denier discontinuous fibers.
[0021]
Conventional spunbond processes are described in U.S. Patent Nos. 3,825,379; 4,813,864; 4,405,297; 4,208,366 and 4,334,340. And incorporated herein by reference in its entirety. Spunbonding is one of the well-known techniques in the art of fabric production. Generally, continuous fibers are extruded, laid on an endless belt, and then adhered to each other, and often to a second layer, such as a meltblown layer, by a heated calender roll or by the addition of a binder. Glued. For an overview of the spunbond method, see the 8th Anniversary Nonwoven Workshop, sponsored by The Textiles and Nonwovens Development Center ("TANDEC"), Knoxville, TN, The University of Tennessee, July 30, 1990. ~ LC Wadsworth and BC Gosami, Non-Woven Fabrics; "Spunbonded and Melt Brown Processes" published August 3rd.
[0022]
The term "meltblown" as used herein refers to the converging of a molten thermoplastic polymer composition through a plurality of fine, usually circular, die capillaries as a molten yarn or filament. Fibers formed by extruding into a high velocity gas stream (eg, air), which functions to thin the yarn or filament to a reduced diameter. Thereafter, the filaments or yarns are carried by the high velocity gas stream and deposited on the collection surface to form a web of randomly dispersed meltblown fibers having an average diameter of less than about 10 microns.
[0023]
The term "spunbond" as used herein is formed by extruding a molten thermoplastic polymer composition as a filament through a plurality of fine, usually circular, die capillaries of a spinneret. Fiber, wherein the diameter of the extruded filament is then rapidly reduced, after which the filament is deposited on a collection surface to form a randomly dispersed spunbond fiber having an average diameter of about 7 to about 30 microns. Form the web.
[0024]
Nonwoven fabrics can be manufactured by a number of methods. Many methods include substantially the same basic procedure: (1) material selection; (2) web formation; (3) web consolidation; and (4) web finishing. Material selection gives properties suitable for the application. A web is formed from fibers of the selected material. The web is then glued to form a fabric, which is finished to produce the final product for cutting and folding.
[0025]
Fiber diameter affects the properties of the fabric, including strength and flexural stiffness. Fiber diameter has been measured and reported in various ways. Generally, fiber diameter is measured in denier per filament. Denier is a fiber term defined as grams of the fiber per 9000 meters of the fiber length. Monofilament refers to an extruded yarn generally having a denier per filament of greater than 15, usually greater than 30. Fine denier fibers generally refer to fibers having a denier of about 15 or less. Microdenier (ie, microfibers) generally refers to fibers having a diameter of about 100 micrometers or less. In the case of the fibers disclosed herein, the diameter can be varied significantly without substantially affecting the elasticity of the fibers. However, the fiber denier can be adjusted to suit the properties of the finished product, and is therefore preferably from about 0.5 to about 30 denier / filament for meltblown; To about 30 denier / filament; and in the case of continuous wound filaments, from about 1 to about 20,000 denier / filament. The fiber diameter in denier can be converted to meters by the following formula:
(Equation 1)

[0026]
Other fiber properties that affect the final properties of the fabric include fiber orientation, crystallinity, diameter, and cooling rate. Adhesive strength is a limiting factor in nonwoven fabric strength. When the orientation of the fiber is low, the amount of the fiber melted at the time of bonding increases, and a stronger bonding area can be generated. Furthermore, the high amount of orientation induced by the stretching of the polymer causes a high amount of shrinkage during thermal bonding, making processability difficult.
[0027]
The crystalline portion of the fiber is particularly important for the thermal bonding process due to the melting that occurs. The degree of melting and flow significantly affects the bond strength. The less stable crystals melt first; then, if sufficient heat is transferred to the polymer, the more stable or oriented crystals melt. Due to the short time of heat transfer to the bonding area, only some of the crystals melt.
[0028]
After the web is formed loosely, the individual fibers need to be bonded together. Web thickening gives the fabric strength and rigidity. Methods of consolidating webs include mechanical, chemical and thermal bonding. Mechanical consolidation is achieved by entanglement of the fibers at various points in the web, including needle punching, stitch bonding, spunlacing or any other mechanical consolidation method. Chemical bonding involves spraying or saturating the web with an adhesive such as latex. Thermal bonding of webs is a common method of bonding, including point calender bonding, ultrasonic bonding, and radiant heat bonding. In some embodiments, point calendering is used and involves passing the web through two intimately contacting heating rolls. One roll is engraved with a male pattern and the other roll is a flat roll. The fibers melt and flow over each other. Upon cooling, a cloth is formed.
[0029]
As the web of fibers is drawn into the calender, different strength thermodynamic processes occur. These processes include: conductive heat transfer; heat of deformation; flow of the molten polymer; diffusion; and the Clapeyron effect.
[0030]
Conductive heat transfer is carried across the steel roll, fabric interface. The amount of heat transferred by conduction is proportional to the temperature of the steel roll and the amount of time the web spends below the point of bonding (roll speed). Further, there is heat of deformation as heat applied to the system. Due to the high pressure between the steel rolls, the web deforms very quickly into different shapes and mechanical work is performed in the system. This mechanical work turns into heat. These two forms of heat raise the temperature of the web between the rolls and are highest below the adhesive pins. Assuming that all of the mechanical work turns into heat, the following equation is given:
[F (s) ds] α = VρC_p ΔT + fΔH_f χρV
Where F (s) ds is the force exerted on the web over a distance ds, α is the conversion ratio of mechanical work to heat, V is the volume of the web, χ is the crystallinity, , F is the proportion of the crystals that melt. The first term on the right side is the amount of heat used to increase the temperature, and the second term describes the amount of heat to melt the polymer crystals.
[0031]
When the temperature reaches its melting point, the high pressure below the pin causes the melt to flow outward into a region of lower pressure. Also, the polymer self-diffuses while in the molten state. Activating the calender solidifies the melt and mechanically secures the fibers at the point of bonding. These two phenomena fuse some of the fibers at the point of bonding together, turning the web into a fabric. The diffusion penetration distance is almost negligible for the polymer during the bonding process. This penetration distance is given by the following equation:
R = [t (2 × D)]^1/2
Where R is the penetration distance, t is time, and D is the self-diffusion coefficient. In general, most polymers have 10^-15 It has a diffusion coefficient of the order and spends 10 to 40 milliseconds under the adhesive pin. Using these rough figures, the diffusion distance is calculated to be only 45 ° to 100 °. Considering that most fibers used for thermal bonding are about 20 microns in diameter, the fibers diffuse only 0.00000225% of their total diameter. It is therefore believed that the mechanical anchoring of the polymer, which melts around the fibers at the bonding area, is the predominant force holding the fibers together at the point of bonding.
[0032]
The increased pressure under the adhesive pins causes an increase in the melting point, also known as the Clapeyron effect. The effect of this pressure increases the melting point of the polypropylene by 38 K / kbar or 0.38 ° C./MPa. Using typical pressure under the adhesive pins, the melting point of polypropylene increases by about 10 ° C. The melting point of polyethylene only increases by about 5 ° C under typical bonding pressure.
[0033]
Several factors of the point bond thermal calendering process, including temperature, pressure, speed, roll diameter and engraving pattern, affect the final fabric properties. It is noted that the choice of temperature is primarily a function of the material, but the total energy transfer to the web is a function of temperature, pressure, roll diameter and line speed. Choosing too low a temperature tends to result in poor adhesion of the web and weakening of the fabric. If the roll temperature is too high, the web will be over-adhered and the resulting fabric will be too stiff or the web will completely melt and stick to the roll.
[0034]
The effect of the pressure applied to the fabric is small, but not negligible. At low pressures, the adhesion of the web is poor and therefore the strength is poor. As pressure increases, fabric strength is a function of both bonding temperature and pressure. At very high pressures, after the fabric strength reaches a maximum, it begins to decrease with increasing pressure. Below this pressure, the strength of the fabric increases continuously to the melting point of the polymer.
[0035]
The speed and diameter of the bonding roll affects the total time of heat transfer to the web. Larger bond roll diameters allow for closer contact with heated rolls than smaller rolls. Therefore, the amount of heat transferred to the web increases. Similarly, a slowly rotating roll will have a longer contact time than a fast rotating roll.
[0036]
The amount of time the fabric spends in the nip (close contact area) is expressed as:
(Equation 2)

Where C₀ Is the original thickness of the web, C_N Is the thickness between the adhesive rolls, and C_R Is the thickness after compression with an adhesive roll.
[0037]
The shape of the fiber is not limited, and may be any suitable shape. For example, a typical fiber has a circular cross-sectional shape, but the fiber may have a different shape, such as a trilobal shape, or a flat (ie, "ribbon" -like) shape.
[0038]
After the thermal bonding cloth escapes from the bonding pins, cooling and solidification of the bonding area occurs. The quench rate of the fabric and, more particularly, the bonded area, can affect the final fabric properties.
[0039]
Important fabric properties include strength, elongation, peak load, wear and flexural stiffness. The strength or toughness and elongation of the nonwoven are important for both post-production processing and consumers. The greater the strength and elasticity of the fabric, the sooner it can be combined with other materials into a final consumer product. Another property of a nonwoven is its abrasion resistance. When an abrasive surface is applied to a nonwoven fabric, the fibers are pulled from the surface, causing fluff or pills on the surface. Therefore, high abrasion resistance is desirable for the nonwoven fabric. Yet another important property of materials worn by humans and in contact with the skin is their stiffness. This property can be measured by bending stiffness or touch evaluation.
[0040]
Fiber-forming polymer
Any fiber-forming polymer, especially a heat-bondable fiber-forming polymer, may be used in embodiments of the present invention. For example, suitable polymers include, without limitation, α-olefin homopolymers and interpolymers, ie, polypropylene, propylene / C₄ ~ C₂₀ α-olefin copolymer, polyethylene and ethylene / C₃ ~ C₂₀ Interpolymers comprising α-olefin copolymers are included, wherein the interpolymer is a heterogenous ethylene / α-olefin interpolymer, or a homogenous ethylene / α-olefin interpolymer, eg, a substantially ethylene / α-olefin interpolymer. A linear ethylene / α-olefin interpolymer. Further, an aliphatic α-olefin having 2 to 20 carbon atoms and containing a polar group is also included. Suitable aliphatic α-olefins having a polar group introduced into the polymer include, for example, ethylenically unsaturated nitriles such as acrylonitrile, methacrylonitrile, ethacrylonitrile and the like; ethylene unsaturated acid anhydrides such as maleic anhydride; Ethylenically unsaturated amides, such as acrylamide, methacrylamide, etc., ethylenically unsaturated carboxylic acids (including both monofunctional and bifunctional), such as acrylic acid and maleic acid; esters of ethylenically unsaturated carboxylic acids, especially lower, e.g. C₁ ~ C₆ Alkyl esters), for example, methyl methacrylate, ethyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, methacrylic acid or n-butyl acrylate, 2-ethyl-hexyl acrylate, or ethylene-vinyl acetate copolymer; ethylene unsaturated dicarboxylic acid Includes imides, such as N-alkyl or N-aryl maleimides, such as N-phenylmaleimide. Preferably, such monomers containing polar groups are acrylic acid, vinyl acetate, maleic anhydride and acrylonitrile. Halogen groups that can be included in the polymer from aliphatic α-olefin monomers include fluorine, chlorine, and bromine; preferably, such polymers are chlorinated polyethylenes (CPEs). Polymers such as polyesters and nylons may also be used.
[0041]
In a homogenous interpolymer, substantially all interpolymer molecules have the same ethylene / comonomer ratio within the interpolymer, whereas a heterogeneous interpolymer is one in which the interpolymer molecules have the same ethylene Heterogeneous interpolymers are distinguished from homogeneous interpolymers in that they have no / comonomer ratio. As used herein, the term "broad composition distribution" describes the comonomer distribution for a heterogeneous interpolymer, wherein the heterogeneous interpolymer has a "linear" portion, and It means that the heterogeneous interpolymer has multiple melting peaks by DSC (ie, exhibits at least two different melting peaks). Heterogeneous interpolymers have a degree of branching of greater than about 10% (by weight), preferably greater than about 15% (by weight), particularly preferably greater than about 20% (by weight) and less than 2 methyl / 1000 carbons. Have. Also, the heterogeneous interpolymer may be less than about 25% (by weight), preferably less than about 15% (by weight), particularly preferably less than about 10% (by weight), and branched with at least 25 methyl / 1000 carbons. Have a degree.
[0042]
The heterogeneous polymer component is an α-olefin homopolymer, preferably polyethylene or polypropylene, or preferably at least one C₃ ~ C₂₀ α-olefin and / or C₄ ~ C₁₈ It can be an interpolymer of diene and ethylene. Interpolymers of propylene, 1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene and ethylene are particularly preferred.
[0043]
Linear low density polyethylene (LLDPE) is produced by a solution method or a fluidized bed method. The polymerization is catalyzed. Ziegler-Natta and single-site metallocene catalyst systems have been used to make LLDPE. The resulting polymer is characterized by an essentially linear backbone. The density is controlled by the level of comonomer incorporated into the linear polymer backbone. In producing LLDPE, various α-olefins are typically copolymerized with ethylene. Preferably, the C4-8 alpha-olefin is present in the polymer in an amount up to about 10% by weight. The most typical comonomers are butene, hexene, 4-methyl-1-pentene and octene. Comonomer affects the density of the polymer. The density range of LLDPE is relatively wide, typically between 0.87 and 0.95 g / cc (ASTM D-792).
[0044]
The melt index of linear low density polyethylene can also be controlled by the introduction of a chain terminator, such as hydrogen or a hydrogen donor. ASTM D-1238 Condition 190 ° C./2.16 kg (formerly known as “Condition E”₂ ), The melt index measured for linear low density polyethylene can range from about 0.1 to about 150 g / 10 minutes. For the purposes of the present invention, the LLDPE should have a melt index greater than 10, preferably 15 or more for spunbond filaments. Particularly preferred is LLDPE having a density between 0.90 and 0.945 g / cc and a melt index greater than 25.
[0045]
Examples of suitable commercially available linear low density polyethylene polymers include the linear low density polyethylene polymers available from Dow Chemical Company, such as the ASPUN ™ series of fiber grade resins, DOW LLDPE 2500 (MI55, density 0). 923), DOW LLDPE type 6808A (MI36, density 0.940), and the EXACT ™ series of linear low density polyethylene polymers from Exxon Chemical Company, such as EXACT ™ 2003 (MI31, density 0 .921).
[0046]
The homogeneous polymer component is an α-olefin homopolymer, preferably polyethylene or polypropylene, or preferably at least one C₃ ~ C₂₀ α-olefin and / or C₄ ~ C₁₈ It can be an interpolymer of diene and ethylene. Interpolymers of propylene, 1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene and ethylene are particularly preferred.
[0047]
The relatively recent introduction of metallocene-based catalysts for ethylene / α-olefin polymerization has resulted in the production of new ethylene interpolymers known as homogenous interpolymers.
[0048]
Homogeneous interpolymers useful for forming the fibers described herein have a uniform distribution of branches. That is, the polymer is one in which comonomers are randomly dispersed within any interpolymer molecule and substantially all interpolymer molecules have the same ethylene / comonomer ratio within the interpolymer. The homogeneity of a polymer is usually described by SCBDI (Short Chain Branch Distribution Index) or CDBI (Composition Distribution Branch Index: composition distribution branching index), and the median total molar monomer content within 50%. % Of polymer molecules having a comonomer content of The CDBI of a polymer can be determined by methods known in the art, for example, Wild et al,Journal of Polymer Science,Poly. Phys. Ed., Vol. 20, p. No. 441 (1982), or US Pat. No. 4,798,081 or US Pat. No. 5,008,204, the disclosure of which is incorporated herein by reference, for example, elevated temperature elution. It is easily calculated from the data obtained by the temper- ature rising elution fractionation (abbreviated herein as "TREF"). Methods for calculating CDBI are described in US Pat. No. 5,322,728 and US Pat. No. 5,246,783 or US Pat. No. 5,089,321, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Is included in the book. The SCBDI or CDBI for the homogeneous interpolymer used in the present invention is preferably greater than about 30%, particularly preferably greater than about 50%, 70% or 90%.
[0049]
The homogeneous interpolymer used in the present invention essentially lacks a measurable "high density" fraction as measured by the TREF method (i.e., a homogeneous ethylene / [alpha] -olefin interpolymer has 2 methyl / It does not contain a polymer fraction having a degree of branching of 1000 carbons or less). Also, homogeneous interpolymers do not contain a very short chain branched fraction (ie, they do not contain a polymer fraction with a degree of branching of 30 methyl / 1000 carbons or more).
[0050]
Substantially linear ethylene / alpha-olefin polymers and interpolymers are also homogeneous interpolymers, but are further defined in U.S. Pat. Nos. 5,272,236 and 5,272,872. , The entire contents of which are captured by reference. Such polymers are unique due to their excellent processability and unique rheological properties and high melt elasticity and melt fracture resistance. These polymers can be successfully prepared by continuous polymerization methods using geometry-constrained metallocene catalyst systems.
[0051]
The term "substantially linear" ethylene / [alpha] -olefin interpolymers has about 0.01 long chain branches / 1000 carbons to about 3 long chain branches / 1000 carbons, more preferably about 0.01 carbon atoms. Long chain branches / 1000 carbons to about 1 long chain branches / 1000 carbons, and particularly preferably about 0.05 long chain branches / 1000 carbons to about 1 long chain branches / 1000 carbon substituted polymer backbone.
[0052]
Long chain branching is defined herein as a chain length that is at least one carbon greater than the total carbon number of the comonomer than two carbons, for example, a long linear branch of an ethylene / octene substantially linear interpolymer. Is at least 7 carbons long (ie 2 less than 8 carbons = 6 carbons + 1 = 7 carbon long chain branch length). The long chain branch can be approximately as long as the length of the polymer backbone. The long chain branch is^ThirteenDetermined using C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, Randall's method (Rev .. Macromol. Chem. Phys., C29 (2 & 3), p. 285-297), the disclosure of which is incorporated herein by reference. The long-chain branches are of course distinguished from the short-chain branches resulting solely from the incorporation of the comonomer, so that, for example, the short-chain branches of a substantially linear polymer of ethylene / octene are 6 carbons long. Whereas the long chain branch of the same polymer is at least 7 carbons long.
[0053]
Additional suitable polymers are described in the following U.S. Patents: 6,316,549; 6,281,289; 6,248,851; 6,194,532; 6,190,768. No. 6,140,442; 6,037,048; 5,603,888; 5,185,199; and 5,133,917, all of which are incorporated herein by reference. Is incorporated herein by reference in its entirety.
[0054]
Examples of commercially available fiber-forming polyethylene include ASPUN ™ 6806A (melt index: 105.0 g / 10 min; density: 0.930 g / cc), ASPUN ™ 6842A (melt index: 30.0 g / 10 min) Density: 0.955 g / cc), ASPUN ™ 6811A (melt index: 27.0 g / 10 min; density: 0.941 g / cc), ASPUN ™ 6830A (melt index: 18.0 g / 10 min) Density: 0.930 g / cc), ASPUN ™ 6831A (melt index: 150.0 g / 10 min; density: 0.930 g / cc), and ASPUN ™ 8635A (melt index: 17.0 g / 10) Min; density: 0.950 g / cc), all of Midra, Michigan De, is available from The Dow Chemical Company.
[0055]
Examples of commercially available fiber forming polypropylenes include 5A10 (melt flow rate: 1.4 g / 10 min; flexural modulus: 1585 MPa (230,000 psi)); 5A28 (melt flow rate: 3.0 g / 10 min; flexural modulus: 5A66V (melt flow rate: 4.6 g / 10 min; flexural modulus: 1654 MPa (240,000 psi)); 5E17V (melt flow rate: 20.0 g / 10 min; flexural modulus: 1344 MPa (230,000 psi)); 5E40 (melt flow rate: 9.6 g / 10 min; flexural modulus: 1378 MPa (200,000 psi)); NRD5-1258 (melt flow rate: 100.0 g / 10 min; flexural modulus: 1318 MPa (195,000 psi)); NRD5-1465 (melt flow rate: 20.0 g / 10 min; song) NRD5-1502 (melt flow rate: 1.6 g / 10 min; flexural modulus: 1347 MPa (195,500 psi)); NRD5-1569 (melt flow rate: 4.2 g / 10 min) Flexural modulus: 1378 MPa (200,000 psi)); NRD5-1602 (melt flow rate: 40.0 g / 10 min; flexural modulus: 1172 MPa (170,000 psi)); SRD5-1572 (melt flow rate: 38.0 g / 10 minutes; flexural modulus: 1298 MPa (188, 400 psi)); SRD5-1258 (melt flow rate: 25.0 g / 10 minutes); and INSPIRE ™ resin (melting in the range of 1.8 to about 25 g / 10 minutes). Flow rates), all available from The Dow Chemical Company. Melt flow rate is measured according to ASTM D 1238 (230 ° C./2.16 kg) and flexural modulus is measured according to ASTM D 790A. It should be noted that resins from other companies, such as Exxon, Bassel, Mitsui, etc. may also be used.
[0056]
Additives such as antioxidants (e.g., bulky phenols such as IRGANOX (TM) 1010 or IRGANOX (TM) 1076 supplied by Ciba Geigy), phosphites (IRGAFOS also supplied by Ciba Geigy) 168), adhesion additives (eg, PIB), pigments, colorants, fillers, and the like, can also be included in the fiber materials disclosed herein.
[0057]
Similarly, the polymers disclosed herein can be mixed with other polymers to provide properties such as elasticity, processability, strength, thermal adhesion, or adhesion to the extent that they do not adversely affect the desired properties. It can be denatured.
[0058]
Materials useful for modifying the polymer include other substantially linear ethylene polymers, as well as other polyolefins such as high pressure low density ethylene homopolymer (LDPE), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) , Ethylene-carboxylic acid copolymer, ethylene-acrylate copolymer, polybutylene (PB), ethylene / α-olefin polymer such as high density polyethylene (HDPE), medium density polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene interpolymer, Ultra low density polyethylene (ULDPE), and graft-modified polymers, such as those containing anhydrides and / or dienes, or mixtures thereof are included.
[0059]
Still other polymers suitable for modifying the polymer include synthetic and natural elastomers and rubbers known to exhibit a variety of different degrees of elasticity. AB and ABA blocks or graft copolymers, where A is a thermoplastic endblock such as, for example, a styrene moiety, and B is an elastomeric midblock derived, for example, from a conjugated diene or lower alkene, chlorinated elastomers and Rubber, ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM) rubber, ethylene-propylene rubber, and the like, and mixtures thereof, are known prior art elastic materials which are considered suitable for modifying the elastic materials disclosed herein. This is an example.
[0060]
Polypropylene can be blended with a low melting polymer such as polyethylene to increase the strength in the bonded area. Similarly, LLDPE can be blended with low melting / low density polyethylene to produce similar results.
[0061]
The initial chemical structure of the polymer used to make the nonwoven has an effect on the fabric properties. The chemical structure of a polymer affects the density / crystallinity, viscosity and molecular weight distribution of the polymer. Also, the addition of two or more polymers to make a blend can have a significant effect on fabric properties. Increasing the MWD decreases the fiber orientation during the spinning process and increases the amount of melt during calendering.
[0062]
Nonwoven fabrics according to embodiments of the present invention have utility in various applications. Suitable uses include, but are not limited to, disposable personal hygiene products (eg, training pants, diapers, absorbent underpants, incontinence products, feminine hygiene articles, etc.), disposable garments (eg, industrial clothing, work clothes, Head covers, underpants, pants, shirts, gloves, socks, etc. and infection control / clean room products (eg surgical gowns and drapes, face masks, head covers, surgical hats and hoods, shoe covers, boot slippers, wound dressings, bandages, Sterile wraps, wipers, lab coats, coveralls, pants, aprons, jackets, bedding and sheets). Nonwoven fabrics are also disclosed in the following U.S. Patents: 6,316,687; 6,314,959; 6,309,736; 6,286,145; 6,281,289; 6,280,573; 6,248,851; 6,238,767; 6,197,322; 6,194,517; 6,176,952; No. 146,568; No. 6,140,442; No. 6,093,665; No. 6,028,016; No. 5,919,177; No. 5,912,194; No. 5,900, No. 306; 5,830,810; and 5,798,167, all of which are incorporated herein in their entirety.
[0063]
Example
The following examples illustrate some embodiments of the present invention. They are not intended to limit the invention described and claimed elsewhere in this application. All numerical values in the examples are approximate values. In the following examples, various nonwovens were characterized by a number of methods. Performance data for these fabrics was also obtained. These methods or tests were performed according to ASTM standards where applicable or according to known procedures.
[0064]
Preparation of polymer blend
The polymer blend was prepared using a HAAKE twin screw extruder. This extruder has the following properties:
6 heating zones with temperatures of 110 ° C, 120 ° C, 130 ° C, 135 ° C, 135 ° C, 135 ° C respectively.
-Two 18mm diameter screws.
L / D = 30.
Melting temperature = 146 ° C.
-Die pressure = 2.64 x 10⁶ Pa (383 psi).
・ Torque = 3.44 × 10⁷ Pa (5000 psi).
-Speed = 200 rpm.
[0065]
Preparation of polymer fiber
Fibers were produced by extruding the polymer using a 1 inch diameter extruder pumping a gear pump. The gear pump extrudes the material through a spin pack having a 40 micrometer (average pore size) sintered flat metal filter and a 108-hole spinneret. The spinneret hole has a diameter of 400 micrometers and a land length of 4/1 (ie, length / diameter or L / D). The gear pump is operated such that about 3 grams of polymer are extruded through each hole in the spinneret per minute. The melting temperature of the polymer depends on the molecular weight of the polymer being spun. Generally, the higher the molecular weight, the higher the melting temperature. Quench air (slightly above room temperature (about 24 ° C.)) is used to help cool the melt-spun fibers. The quench air is located just below the spinneret and blows air across the fiber line as it is extruded. The quench air flow is small enough that it is barely noticeable by hand in the fiber area below the spinneret. The fibers are collected on a godet roll approximately 6 inches in diameter. The speed of the godet roll is adjustable, but for the experiments demonstrated in this application, the godet speed is about 1500 rev / min. The godet roll is located about 3 meters below the spinneret die. Immediately after the spinning process, all fibers are cut into 1.5 inch (0.0381 m) long fibers.
[0066]
Preparation of nonwoven fabric
Nonwoven fabric samples were prepared according to the procedure described herein using a laboratory calendar equipped with a hardened chrome plated engraved steel roll. One engraving pattern has a total adhesive area of 20% and 3.44 × 10⁵ It has adhesive points per square meter (222 adhesive points per square inch). 3A to 3I schematically illustrate various bonding patterns used in embodiments of the present invention along with their dimensions.
[0067]
The following procedure was performed for the design of each pattern. All fibers were 3 denier. These fibers were sent to a card processing machine. The fibers were then drawn by vacuum into a RotorRing and passed through a series of needles. These fibers were then neatly arranged for further card processing by a high speed centrifuge. This process was repeated for each sample. The fibers were then evenly distributed on a steel tray measuring 10 cm × 40 cm and the front end of the fiber web was placed in a paper feed card. Thereby, the basic weight (basis weight) is 33 g / m.² Or 1 oz / square yard of web. The fibrous web was placed between rotating hot calender rolls where the web was thermally bonded into a nonwoven. The starting adhesive roll conditions are as follows:
Top (engraving) roll temperature-from about 110 ° C. (230 ° F.) to about 121.1 (250 ° F.), as indicated in the figures and tables.
Bottom (smooth) roll temperature-about 110 ° C (230 ° F) to about 121.1 (250 ° F), about 4 ° C higher than the top roll to prevent sticking to the top roll.
-Hydraulic pressure-about 4.82 x 10⁶ Pa (700 psi) to about 1.03 × 10⁷ Pa (1500 psi).
-Roll speed / dial setting = about 3 to about 5 m / min.
[0068]
Test method
The fabric produced has a predominantly machine direction alignment. There are very few fibers in the lateral alignment. Characterization of fabric and fiber orientation was performed by the following method:
1. Light micrographs were obtained from randomly selected fabrics from this experiment. Both the front and back of the fabric were photographed at 40 × magnification. Optical micrographs were also obtained from commercial spunbond PP fabric manufactured by TANDEC in the same manner.
2. These micrographs were transferred to Scion imaging software and split into four quarters.
3. The angle of the fiber in each quarter of the micrograph was measured with the machine direction vertical (0 °) and the transverse direction horizontal (90 °).
[0069]
Once all fibers were measured, the orientation was quantified using the following formula:
F_p = 2 * avg. (Cos θ)² -1
θ is the angle of the fiber, F_p Is the orientation parameter, where the value 0 corresponds to random orientation and the value 1 corresponds to perfect alignment in one direction.
[0070]
The tensile strength of each fabric sample was measured using an Instron 4501 tensile tester. The fabric was secured to the Instron using a line grip jaw. With one exception, the "Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Fiber Fabrics" (ASTM D 5035-90) was used. Strips (test pieces) were cut to 4 inches instead of to 6 inches.
[0071]
The standard wear procedure was developed to include the following steps using a Taber Abraser model 503 (rotary platform-double head method) with an eight-compartment sample holder:
1. The cloth was cut into 3 x 3 inch (0.0762 x 0.0762 m) pieces and labeled.
2. Adhesive backing was applied to the edges of the surface to be polished to prevent tearing at the edges.
3. The samples were individually weighed to four decimal places.
4. The sample was placed in the sample holder, ensuring that no wrinkles or loose areas occurred. The sample was placed so that the machine direction was toward the center of the sample holder and the engraving pattern side was facing up.
5. C0₂ The cloth sample was polished for a predetermined amount of cycles (100) using a rubber grinding wheel. A masking tape manufactured by American Type was applied to the polished surface, and then peeled off with a steady but quick action.
6. The fabric was weighed again and recorded.
[0072]
The torn or completely degraded samples were discarded and deleted from the next test.
[0073]
Flexural stiffness was measured according to the design specifications of ASTM Method D 1388-64. The measurements were taken after placing the leveling bubble on a horizontal platform to ensure consistency. Next, the bending stiffness was calculated using the overhang length and the basic weight of the cloth. The cantilever test is an easy way to measure the stiffness of all fabrics, but it is important that the results can be correlated with consumer opinion. The feel of the cloth by an individual's hand may have different properties than those obtained in a mechanical test. In addition, the surface of the fabric must also have a soft feel to the touch.
[0074]
All hand evaluations were performed by 12 panelists selected to evaluate the fabric for graininess and stiffness. All panelists followed the following procedure:
1. Each panelist was provided with four anchor samples and a corresponding number of their fabrics ranging from 1 for minimal graininess or minimum stiffness to 15 for maximum graininess or maximum stiffness. Their anchors and their corresponding numbers are shown in Table 10.
2. Panelists laid the sample flat on a table with the embossed side of the fabric facing up. With their wrists on the table surface, their index and middle fingers were moved across the surface of the sample. This process was repeated in all four directions of the sample. Their rating, which was scored for roughness, was recorded.
3. Panelists laid the sample flat on the table and placed their dominant hand on the sample table. The fingers were positioned so that their fingers pointed toward the front of the sample. While moving the finger toward the palm to gather the sample, the sample was guided with the opposite hand into the cup-like recessed hand. The sample was repeatedly squeezed and released.
4. Their ratings for stiffness were recorded.
[0075]
All samples were evaluated before assigning a score to each. Due to the availability of panelists, only selected sets of samples were tested.
[0076]
Example 1
Polyethylene (PE) polymer was obtained from The Dow Chemical Company. These polyethylene polymers have a variety of different densities and melt indices. Also, a polypropylene (PP) polymer was obtained from The Dow Chemical Company. The properties of these polymers are shown in Table 1.
[0077]
[Table 1]

[0078]
Polyethylene, designated PE1, includes ASPUN® 6842A available from The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. Polyethylene, designated PE2, includes ASPUN ™ 6811 available from The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. Polyethylene, designated PE3, includes ASPUN ™ 6835A available from The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. Polyethylene, designated PE4, includes AFFINITY ™ EG8100 available from The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. Polypropylene designated PP1 includes H500-35 available from The Dow Chemical Company, Midland, Michigan. Four types of samples were blended from the above polyethylene polymer. Three homopolymers and a 95% / 5% blend of PE1 and PE4 were tested. The blending was performed as described above. 4.75 kg of PE1 pellets were combined with 0.25 kg of PE4 and placed in the hopper of a twin screw extruder. After operating the extruder, the polymer is passed through a cooling bath maintained at 5 ° C. The solid polymer is then fed to a Berlin Clay Group chipper, where it is cut into pellets. The polymer was purged for 15 minutes and the pellet was collected for 100 minutes.
[0079]
Fibers were produced using the spinning conditions shown in Table 2 and the methods described above.
[0080]
[Table 2]

[0081]
Fabrics were made from the fibers produced in Table 1 by the method described above and coded as follows. A series of three numbers was assigned to each sample. The first number indicates the polymer used. The second number indicates the bonding pattern number, and the third number indicates the bonding temperature. See Table 2 for polymer numbers and FIGS. 3A-3I for adhesive pattern numbers. For convenience, the sample is identified using this labeling system.
[0082]
FIG. 3A shows a 46 ° angle, 20% adhesive area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 7.62 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 1 having a point width of m (0.03 inch). FIG. 3B shows a 20 ° angle, 16% bond area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 6.86 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 2 having a point width of m (0.027 inch). FIG. 3C shows a 20 ° angle, 24% bond area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 8.38 x 10^-4 This is for an adhesive pattern 3 having a point width of m (0.033 inch). FIG. 3D shows a 20 ° angle, 20% adhesive area, 2.31 × 10⁵ Points / m² (149 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 9.30 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 4 having a point width of m (0.0366 inches). FIG. 3E shows a 20 ° angle, 20% adhesive area, 4.60 × 10⁵ Points / m² (297 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 6.60 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 5 having a point width of m (0.026 inches). FIG. 3F shows a 42 ° angle, 16% bond area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 6.86 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 6 having a point width of m (0.027 inch). FIG. 3G shows a 37 ° angle, 24% adhesive area, 3.44 × 10⁵ Points / m² (222 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 8.38 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 7 having a point width of m (0.033 inch). FIG. 3H shows a 46 ° angle, 20% adhesive area, 2.31 × 10⁵ Points / m² (149 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height, and 9.3 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 8 having a point width of m (0.0366 inches). FIG. 31 shows an angle of 35 °, 20% adhesion area, 4.60 × 10⁵ Points / m² (297 points / inch² ) 1.7 × 10^-3 m (0.067 inch) base width, 4.32 x 10^-4 m (0.017 inch) base height and 6.60 x 10^-4 This shows an adhesive pattern 9 having a point width of m (0.026 inch).
[0083]
The pieces were then cut for tensile, wear and cantilever tests. All samples were cut from the center due to inconsistencies in the edge processing temperature and fiber web.
[0084]
The fabric was evaluated visually. The choice of temperature, pressure and resin had no effect on the visual appearance of the fabric. The adhesive roll pattern had a significant effect on the visual properties of the fabric. 4A-4I are photomicrographs at 20 × magnification of a nonwoven fabric made from resin 6824A at 119.4 ° C. (247 ° F.) and visually show the difference between the fabrics. The dark diamond-shaped areas are the bonded areas of the fabric, while the relatively light areas are the non-bonded fibers.
[0085]
4A, 4F, 4G, 4H, and 4I and FIGS. 4B, 4C, 4D, and 4E show that a sidewall angle of 20 ° is greater than that of a pattern having a larger sidewall angle. Also produce small adhesive areas. The measurements of the fabric bond site area are shown in Table 3. This data shows a greater percentage of the bond area for bond patterns 1, 6, 7 and 8 than for the roll pattern that made the fabric. This is due to the melt flow of the polymer from underneath the adhesive pins, and also to the increased heat transfer due to densification of the fibers in the void areas between the adhesive pins. The free space contained by the fibers becomes smaller and heat transfer by conduction increases. All patterns with a sidewall angle of 20 ° show a% adhesive area of the cloth smaller than the% adhesive area of the roll pattern. A possible cause is shrinkage of the polymer fibers. During the fiber spinning process, the fibers solidify under tension in the oriented state. When the fibers are exposed to elevated temperatures below the adhesive pins, the polymer molecules shrink or relax to a more stable state.
[0086]
[Table 3]

[0087]
The 20 ° sidewall angle pattern also appears to have less densified fibers or higher porosity. Adhesive patterns 4, 5, 7 and 8 have the same percentage of adhesive area, but differ in the concentration of points per square meter. The lower the concentration of points per square meter, the greater the distance between each bonding point for the pattern.
[0088]
An analysis of the weight of the fabric is shown in Table 4. Thin spots appear on the fabric due to variations in fiber web handling and carding processes. Thickness variations can have a strong effect on mechanical properties. The weight of a one square inch sample in the fabric has very low variability.
[0089]
[Table 4]

[0090]
4A-4I are micrographs of various adhesion patterns of PE1 resin at 119.4 ° C. (247 ° F.), which were also used to evaluate fiber orientation. Examination of these figures shows that most fibers are arranged in one direction (up and down). This is the machine direction (MD) of the fiber. Most spunbond and meltblown fabrics contain more random arrays of fibers so that they have not only machine direction strength but also cross direction (CD) strength. Evaluation of the randomly selected fibers is based on the fabric orientation (f_p ) Values were much lower than those of the samples made and tested in these examples. This commercial spunbond fabric is made from polypropylene with TANDEC. Table 5 shows the results. F on the back of the cloth_p The values are higher than the values in the table, which means that the fibers are more aligned on the back in the machine direction. The backing fibers, which are bonded against the flat roll, maintain the web alignment while the adhesive pins push the fibers in a more random manner in the front.
[0091]
[Table 5]

[0092]
Tables 6-9 show the various nonwoven properties for each polymer fiber tested using various bonding patterns at various temperatures. A series of three numbers was assigned to each sample. The first number indicates the polymer used. The second number indicates the bonding pattern number, and the third number indicates the bonding temperature in ° F. See Table 2 for polymer numbers and FIGS. 3A-3I for adhesive pattern numbers. For convenience, the sample is identified using this labeling system. For example, 1-1-116.1 means a fabric made from PE1 resin using bonding pattern 1 (FIG. 3A) at a bonding temperature of 116.1 ° C. (241 ° F.). Tensile properties of all samples were measured for peak load and elongation at break using procedures ASTM D 5035-90 and Instron 4501 as described above. Six tensile samples were tested for variability between fabrics produced under the same conditions. Average wear (ABR) observed under each of the processing conditions is listed. For flexural stiffness (FR), each fabric was measured for overhang length along with its basis weight to determine FR according to ASTM D 1388-64 described above. The measured average FR of each resin is listed with each processing condition.
[0093]
[Table 6]

[0094]
[Table 7]

[0095]
[Table 8]

[0096]
[Table 9]

[0097]
Peak load values ranged from 800 g to as high as 2400 g. These values are much smaller than typical PP samples. Using Pattern 2 at 136.6 ° C. (278 ° F.), PP1 produces a 4875 g peak load. Generally, the normalized peak load increases with increasing temperature, bonding area and bonding angle. For PE2 resin and blends of 95% PE1 and 5% PE4, from 114.4 ° C (238 ° F) to 116.1 ° C (241 ° F) for PE2 and 117.7 ° C for the blend. As the temperature increased from (244 ° F) to 119.4 ° C (247 ° F), the peak load decreased. This may be due to a change in the breaking mechanism. A pairwise comparison of the samples shows that 24% of the bonded area has a higher peak load than 16% of the bonded area. As previously indicated, the bond angle has a dramatic effect on the actual bond area on the sample. FIG. 5 is a graph of normalized peak load versus temperature for PE2 at different temperatures using various bonding patterns. Since the peak load is a strong function of the basis weight, the peak load is 33 g / m² (1 oz / yard² ) Is linearly standardized to the basic weight.
[0098]
FIG. 6 is a graph of% elongation versus temperature for PE2 resin at different temperatures using various bonding patterns. The elongation of this PE nonwoven ranged from 10% to as high as 95%. The PP elongation reached only 31% using Pattern 2 at 136.6 ° C. (278 ° F.), with 37% being the highest reached in any of the processing conditions. Decreasing the degree of concentration of the bonding points significantly increases elongation. In fact, 4.60 × 10⁵ Points / m² From 2.31 × 10⁵ Points / m² (297 points / inch² From 149 points / inch² As the concentration of bonding points decreased, the elongation of the PE2 resin at 238 ° F (114.4 ° C) nearly doubled. The exception to this is the 95% PE1 and 5% PE4 resins, which show no significant difference in elongation with decreasing concentration of the bonding points. This can be explained by the high elasticity of PE4, which could be more significant than the effect of the adhesive pattern. Temperature control is important. A temperature difference of 1.6 ° C. (3 ° F.) can have a large elongation reduction of 100%.
[0099]
FIG. 7 shows three examples of typical stress-strain curves for the PE1 resin. The sample was manufactured using adhesive pattern 3 using PE1 resin at temperatures of 116.1 ° C. (241 ° F.), 117.7 ° C. (244 ° F.) and 119.4 ° C. (247 ° F.). Was. As the temperature increases, the peak load also increases. At the highest temperature, 119.4 ° C. (247 ° F.), fabric elongation decreased. Also, the initial modulus of the fabric produced at 119.4 ° C. (247 ° F.) is higher than that produced at lower temperatures. This is typical for all fabric samples.
[0100]
FIG. 8 is a typical graph of wear versus temperature for PE1 resin. In general, elongation is a function of all processing variables. The increase in bond area and bond angle correlates with increased fabric elongation. Generally, abrasion resistance is primarily a function of temperature, but there are significant differences between the bond patterns. This can be explained by its failure mechanism. As the surface wears, the fibers are pulled from the bond points. Because of the failure mechanism for wear, the amount of fluff on the surface is more dependent on bond strength than bond size. The value of abrasion is 0.48 mg / cm² From 1g / cm² In the larger range. The PP sample using adhesive pattern 2 at 136.6 ° C. (278 ° F.) is 0.15 mg / cm² Of less than 1/3 of PE.
[0101]
A plot of bending stiffness ("FR") versus temperature for the PE2 resin is shown in FIG. This is a typical plot, showing the tendency found in other resins. A large overhang length indicates a scary cloth. Also, a large basis weight can contribute to an increase in stiffness (rigidity) because the cloth supports a large weight when the cloth overhangs (extends) the end. The average fabric overhang with the engraving roll side up and down is considered the total overhang for each piece of fabric. The average of each was taken. This is believed to be a good representation of the overall stiffness of the fabric, as the fabric bends in both directions when worn. In this manner, four measurements were performed for each sample.
[0102]
It was observed that bonding patterns 6 to 9 having a relatively large bonding angle had higher values than bonding patterns 2 to 5 having a bonding angle of 20 °. The flexural stiffness of all PE samples ranged from low 20 to as high as 125 mg * cm for sample 3-7-19.4. These values are relatively low considering that typical PP fabrics have FR values greater than 200 mg * cm. This is believed to be due to the low density of the polymer. The highest FR values are obtained with PE3 and can be attributed to the relatively high polymer density. Adding PE4 to PE1 resulted in higher FR values. This may be due to increased melting in the bonded area and / or shrinkage of the fiber and fabric. For the bond pattern, a small bond area, a small sidewall angle and a small bond point concentration resulted in the lowest FR value. It should be noted that small bond areas, sidewall angles and bond point concentration may also affect other properties, such as wear. Therefore, due to the low modulus of PE, the FR value is less important than other properties.
[0103]
The effect of the adhesive roll pattern on the stiffness (ST) of the fabric and the graininess (GR) of its surface was evaluated by a touch test. Twelve panelists rated these two properties on a scale of 1-15. An anchor (used as a baseline) as provided in Table 10 was provided. PE1 resin processed at 119.4 ° C. (247 ° F.) for each adhesive pattern was used as a sample. Table 11 summarizes the average values of the two hand scores for each adhesive pattern.
[0104]
[Table 10]

[0105]
[Table 11]

[0106]
Using a scanning electron microscope (SEM), the effects of processing conditions on the surface of the nonwoven fabric, the perimeter of the bond, the cross section, and the failure mechanism were analyzed. Processing conditions were shown to affect the feel and strength of the fabric. This section discusses the relationship between the fabric surface and its properties, and identifies the failure mechanism as a function of processing conditions.
[0107]
The following procedure was used to obtain the arial and cross-sectional views.
1. A cross section of the fabric was cut by sandwiching the fabric between two sheets of paper, placing the sample in liquid nitrogen for about one minute, and then cutting perpendicular to the machine direction using a razor blade.
2. The sample was placed on a stage with conductive tape, and its end was lined with conductive graphite paint.
3. The fabric was coated with a 100-120 Å thick film using a Denton Vacuum Hi-Res 100 chrome sputtering system.
4. The sample is placed in the sample compartment, and the compartment is 1.3 × 10^-5 Pa (10^-7 Torr).
5. Due to problems with the charge stored on the fabric surface, 5 kEV of the available 20 kEV was used.
6. Micrographs were taken at various magnifications.
7. Microscopic images were viewed and measured using scion imaging software.
[0108]
All test samples were micrographed at a low magnification of 60 × to 100 × focusing on the point of adhesion. Since there were no significant surface differences between the temperatures, all pictures were taken from the samples at 1.6 ° C. (3 ° F.) below their stick points. This temperature is 119.4 ° C (247 ° F) for all samples except for PE2 resin, which is 119.4 ° C (247 ° F). All nine bonding patterns made from PE1 resin are shown in FIGS. All bonding points include a large flat surface in the center, which protrudes toward the ends. Patterns 1, 6, 7 and 8 all have large sidewall angles. The effect of this large side wall angle is not as pronounced in the case of PE1 resin as it is in other resins, probably due to its high melt index. Patterns with small sidewall angles result in glues that contain relatively small flat areas and glue points that are relatively geometrically round. The bonding points created using a 20 degree side wall angle are round in shape and cover a relatively small surface area, as indicated above, so that the space between each bonding point is relatively large. This relatively large space gives the fabric a soft hand due to the increased exposed area of the fibers. This correlates well with the touch evaluation data. Conversely, a small adhesion point surface coating results in fibers that are relatively less entangled, reducing fabric strength. This was previously seen in the tensile data.
[0109]
One effect of the processing conditions on the nonwoven is its failure mechanism during destructive tests, such as tensile and wear tests. Three types of damage can occur. The fibers are pulled from the bond, break at the bond perimeter, or are detached from the bond. SEM micrographs were also used to identify failure mechanisms for selected nonwoven samples. 11A to 11C show examples of a failure mechanism at the time of tensile failure. It is noted that most processing conditions cause the polyethylene fabric to break due to the fibers being pulled from the weak bond points. It is clear that in some cases at relatively high temperatures, the bond was strong enough to cause fiber breakage at the bond periphery. Adding 5% PE4 to PE1 resin increases the bond strength at 119.4 ° C (247 ° F) causing some fiber breakage at the bond periphery. Evidence of two types of failure mechanisms at this temperature was obtained: detachment from the bond and fiber breakage at the periphery.
[0110]
Analysis of the mechanism of failure caused by abrasion showed no sign of failure due to breakage at the bond periphery. 12A-B show two examples of breakage adhesion points caused by wear. The thin ribbon-like pieces are a remnant of the previous thermal bonding point. Even though the samples failed in the tensile test due to the breakage of fragile fibers at the perimeter of the bond, they did not exhibit the same failure mechanism. After abrasion, the fabric was damaged due to the destruction of the bonding points. This phenomenon explains why as the processing temperature increases, the toughness and elongation do not decrease after reaching the peak value, but why the wear resistance does not decrease after reaching the peak value. I can do it. Abrasion resistance depends only on the bond strength.
[0111]
As demonstrated above, embodiments of the present invention provide non-woven fabrics having relatively increased tensile strength, elongation, abrasion resistance, flexural rigidity and / or flexibility (softness). Additional features and advantages provided by embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art.
[0112]
While the invention has been described with respect to a limited number of embodiments, there are variations and improvements that may result. For example, the fabric composition need not be a mixture within the composition ranges given above. Any amount of component may be included as long as the desired properties in the fabric composition are satisfied. It should be noted that the use of the fabric composition is not limited to sanitary articles; it can be used in any environment that requires a heat bonded nonwoven. The appended claims are intended to cover all such modifications and improvements that fall within the scope of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of a nonwoven fabric manufacturing method for use in an embodiment of the present invention.
FIG. 2
FIG. 2A is a partial elevation view of an embossing roll illustrating one arrangement of bonding points. FIG. 2B is a schematic illustration of a nonwoven fabric made with the method of FIG. 1 and the engraved roll of FIG. 2A.
FIG. 3
3A to 3I are schematic diagrams of an adhesive pattern for use in an embodiment of the present invention at an arbitrary scale.
FIG. 4
4A to 4I are micrographs of the non-woven fabric manufactured from the adhesive patterns of FIGS. 3A to 3I for the PE1 resin used in Example 1.
FIG. 5
FIG. 5 is a graph of normalized peak load versus temperature for a fabric made from the bond patterns of FIGS. 3A-3I for PE1 resin.
FIG. 6
FIG. 6 is a graph of% elongation with respect to temperature for a fabric manufactured from the adhesive patterns of FIGS. 3A to 3I for the PE2 resin used in Example 1.
FIG. 7
FIG. 7 is a typical stress-strain curve for the three fabrics made in Example 1.
FIG. 8
FIG. 8 is a graph of abrasion resistance versus temperature for a fabric made from the bond patterns of FIGS. 3A-3I for PE1 resin.
FIG. 9
FIG. 9 is a graph of bending stiffness versus temperature for a fabric made from the adhesive patterns of FIGS. 3A-3I for PE1 resin.
FIG. 10
FIGS. 10A to 10I are scanning electron micrographs at 80 × magnification of the bonding points of the nonwoven fabric manufactured from the bonding patterns of FIGS. 3A to 3I for the PE1 resin.
FIG. 11
FIGS. 11A to 11C are scanning electron micrographs of tensile test failure sites of nonwoven fabrics manufactured from the adhesive patterns of FIGS. 3A to 3I for various resins.
FIG.
FIGS. 12A and 12B are scanning electron micrographs of the worn bonding sites of the nonwoven fabrics manufactured from the bonding patterns of FIGS. 3A to 3I for various resins.

Claims (28)

Passing the fibrous web through a pair of rollers to obtain a thermally bonded fabric having a high percentage of bonded areas, wherein the high percentage of bonded areas is formed by an engraving pattern on one of the rolls; A method for producing a nonwoven fabric, wherein the engraving pattern has a high percentage of adhesion point areas. The method of claim 1 wherein the engraved pattern has a high percentage of bond point areas and wide bond point angles. The method of claim 1, wherein the percentage of the bonded area is at least about 16%. The method of claim 1, wherein the percentage of the bonded area is at least about 20%. The method of claim 1, wherein the percentage of the bonded area is at least about 24%. 3. The method of claim 2, wherein the bonding point angle is about 20 degrees or greater. 3. The method of claim 2, wherein the bonding point angle is about 35 degrees or greater. 3. The method of claim 2, wherein the bonding point angle is about 37 degrees or greater. 3. The method of claim 2, wherein the bonding point angle is about 42 degrees or greater. 3. The method of claim 2, wherein the bonding point angle is about 46 degrees or greater. The method of claim 1 engraved pattern has at least about 1.55 × 10 ⁵ bond points / square meter. The method of claim 1 engraved pattern has at least about 2.31 × 10 ⁵ bond points / square. The method of claim 1 engraved pattern has at least about 3.1 × 10 ⁵ bond points / square meter. The method of claim 1 engraved pattern has at least about 3.44 × 10 ⁵ bond points / square meter. The method of claim 1 engraved pattern has at least about 4.6 × 10 ⁵ bond points / square meter. The method of claim 1 engraved pattern has at least about 4.65 × 10 ⁵ bond points / square meter. 15. The method of claim 1, 4, 7, or 14 wherein the fibrous web comprises polyethylene. 18. The method of claim 17, wherein said polyethylene is a homopolymer of ethylene. 18. The method of claim 17, wherein said polyethylene is a copolymer of ethylene and a comonomer. 18. The method of claim 17, wherein said polyethylene is obtained in the presence of a metallocene catalyst. 18. The method of claim 17, wherein said polyethylene is obtained in the presence of a constrained geometry catalyst. 18. The method of claim 17, wherein said polyethylene is obtained in the presence of a single-site catalyst. A nonwoven fabric comprising a polymer, wherein the fabric is characterized by a high percentage of bonded areas and high abrasion resistance. 24. The heat bonded nonwoven fabric of claim 23, wherein said polymer is polyethylene. 24. The method of claim 23, wherein the percentage of bonded area is at least about 16%. 24. The method of claim 23, wherein the percentage of the bonded area is at least about 20%. 24. The method of claim 23, wherein the percentage of the bonded area is at least about 24%. A fabric produced by the method of any of claims 1 to 22.

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