(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）天然及び合成繊維から構成される群から選択される繊維と、
（ｂ）粒子を繊維に結合するために有機ヒドロキシ酸の塩を含む結合剤であって、前記結合剤は乳酸の塩であり、繊維又は粒子とハイブリッドイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基と、結合剤が粒子とハイブリッドイオン結合を形成する場合には繊維と結合を形成し、結合剤が繊維とハイブリッドイオン結合を形成する場合には粒子と結合を形成することが可能な別の官能基を含む結合剤
を含む、粒子を結合させるための繊維ウェブ。
【請求項２】
結合剤が粒子とハイブリッドイオン結合を形成する場合に繊維との間で形成される結合が水素又はハイブリッドイオン結合であり、結合剤が繊維とハイブリッドイオン結合を形成する場合に粒子との間で形成される結合が水素、配位共有、又はハイブリッドイオン結合である請求項１に記載のウェブ。
【請求項３】
有機ヒドロキシ酸の塩が乳酸ナトリウムである請求項１に記載のウェブ。
【請求項４】
高吸湿性ポリマー粒子を更に含む請求項１に記載のウェブ。
【請求項５】
ウェブのｐＨを＞ｐＨ４に維持するために十分な量の緩衝剤を更に含む請求項１に記載のウェブ。
【請求項６】
繊維がセルロース繊維であり、結合剤が乳酸ナトリウムであり、結合剤と繊維の総重量を基にして０．５〜１０重量％の範囲の量の結合剤を繊維に添加する請求項１に記載のウェブ。
【請求項７】
グリセリン、ソルビトール又は乳酸を更に含む請求項６に記載のウェブ。
【請求項８】
繊維、乳酸ナトリウム、グリセリン、ソルビトール及び乳酸の総重量を基にして０〜２０％の範囲の量のグリセリンが存在し、０〜１５％の範囲の量のソルビトールが存在し、０〜１０％の範囲の量の乳酸が存在する請求項７に記載のウェブ。
【請求項９】
（ａ）天然及び合成繊維から構成される群から選択される繊維と、
（ｂ）粒子を繊維に結合するために非ポリマー有機塩基の塩又は８０００未満の分子量を有するポリマー有機塩基の塩を含む結合剤であって、繊維又は粒子とイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基と、結合剤が粒子とイオン結合を形成する場合には繊維と水素、ハイブリッドイオン、又はイオン結合を形成し、結合剤が繊維とイオン結合を形成する場合には粒子と水素、配位共有、ハイブリッドイオン又はイオン結合を形成することが可能な別の官能基を含む結合剤
を含む、粒子を結合するための繊維ウェブ。
【請求項１０】
有機塩基がプロトン化第１、第２及び第３級アミン並びに脱プロトン化第４級アンモニウム塩から構成される群から選択される請求項９に記載のウェブ。
【請求項１１】
有機塩基の塩が塩化コリンである請求項９に記載のウェブ。
【請求項１２】
高吸湿性ポリマー粒子を更に含む請求項９に記載のウェブ。
【請求項１３】
粒子に結合するための繊維塊の製造方法であって、
（ａ）天然及び合成繊維から構成される群から繊維を選択する手段と、
（ｂ）粒子を繊維に結合するために有機ヒドロキシ酸の塩を含む結合剤であって、前記結合材は乳酸の塩であり、繊維又は粒子とハイブリッドイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基と、結合剤が粒子とハイブリッドイオン結合を形成する場合には繊維と結合を形成し、結合剤が繊維とハイブリッドイオン結合を形成する場合には粒子と結合を形成することが可能な別の官能基を含む結合剤を添加することにより繊維塊を形成する段階
を含む前記方法。
【請求項１４】
結合剤が粒子とハイブリッドイオン結合を形成する場合に繊維との間で形成される結合が水素又はハイブリッドイオン結合であり、結合剤が繊維とハイブリッドイオン結合を形成する場合に粒子との間で形成される結合が水素、配位共有、又はハイブリッドイオン結合である請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
有機ヒドロキシ酸の塩が乳酸ナトリウムである請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
繊維塊の密度を増加するのに十分な圧力下で繊維塊を圧縮する段階を更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
圧縮段階の前に繊維塊に高吸湿性粒子を添加する段階を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
圧縮段階の前にグリセリン、ソルビトール又は乳酸を繊維塊に添加する段階を更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
粒子に結合するための繊維塊の製造方法であって、
（ａ）天然及び合成繊維から構成される群から繊維を選択する段階と、
（ｂ）粒子を繊維に結合するために非ポリマー有機塩基の塩又は８０００未満の分子量を有するポリマー有機塩基の塩を含む結合剤であって、繊維又は粒子とイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基と、結合剤が粒子とイオン結合を形成する場合には繊維と水素、ハイブリッドイオン、又はイオン結合を形成し、結合剤が繊維とイオン結合を形成する場合には粒子と水素、配位共有、ハイブリッドイオン又はイオン結合を形成することが可能な別の官能基を含む結合剤を添加することにより繊維塊を形成する段階
を含む前記方法。
【請求項２０】
有機塩基がプロトン化第１、第２及び第３級アミン並びに脱プロトン化第４級アンモニウム塩から構成される群から選択される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
有機塩基の塩が塩化コリンである請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
繊維塊の密度を増加するのに十分な圧力下で繊維塊を圧縮する段階を更に含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
圧縮段階の前に繊維塊に高吸湿性粒子を添加する段階を更に含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ソルビトールを更に含む請求項１に記載の繊維ウェブ。
【請求項２５】
グリセリンを更に含む請求項１に記載の繊維ウェブ。
【請求項２６】
プロピレングリコールを更に含む請求項１に記載の繊維ウェブ。
【請求項２７】
ポリマー有機塩基の塩が、４０００未満の分子量を有する請求項９記載の繊維ウェブ。
【請求項２８】
繊維柔軟剤を更に含む請求項１又は９いずれかに記載の繊維ウェブ。
【請求項２９】
繊維柔軟剤を繊維塊に添加する工程を更に含む請求項１３又は１９いずれかに記載の方法。
【請求項３０】
請求項１，２，４−１２及び２４〜２８のいずれか記載の繊維ウェブを含む使い捨て液体吸収性物品。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、繊維用ポリマー及び非ポリマー結合剤と、該結合剤を使用して粒子を繊維に結合し、該結合剤で処理した繊維の圧縮を強化することに関する。処理された繊維は粒子と結合し、外部から加圧することにより容易に圧縮できる。結合剤は湿式堆積繊維シート製造ラインで繊維に添加した後、繊維化され、空気堆積装置を使用して処理することができる。特定態様では、本発明は例えば液体吸収品に組み込む圧縮吸収繊維コアを製造するために使用可能なセルロース繊維の圧縮ウェブを提供する。
発明の背景
それ自体の重量と同一重量の液体を何度も吸収することが可能な高吸湿性ポリマーが近年開発された。これらのポリマーは非水溶性ヒドロゲルとしても知られ、おむつや生理用ナプキン等の衛生用品の吸収性を増加するために使用されている。高吸湿性ポリマーは多くの場合、製品の吸収性を増加するように吸収性セルロース製品全体に分配された粒状粉末、顆粒又は繊維の形態で提供される。高吸湿性粒子は例えば米国特許第４，１６０，０５９号、４，６７６，７８４号、４，６７３，４０２号、５，００２，８１４号及び５，０５７，１６６号に記載されている。米国特許第３，６６９，１０３号及び３，６７０，７３１号には、吸収性ヒドロゲルを組み込んだおむつ等の製品が報告されている。場合によっては、最終製品で特定の所望の機能を果たす他の型の粒子も繊維ウェブに添加する。これらの粒子としては例えば、抗微生物剤、難燃剤、ゼオライト、臭気吸収剤等が挙げられる。
粒子を使用して繊維ウェブに属性を付与する際の１つの問題は、粒状材料が吸収品の繊維から物理的に分離し得ることである。繊維からの粒子の物理的分離は、通常、粒子含有繊維ウェブの機械的取扱中や輸送中に生じる。この分離の結果、最終製品に望ましくない有害な影響が生じる。例えば、高吸湿性粒子がその基質から離れると、通常は製品の吸収性が低下し、高吸湿性材料の効果が低減する。この問題は、ヨーロッパ特許出願第４４２  １８５  Ａ１号で論じられており、この文献はポリ塩化アルミニウム結合剤（ｂｉｎｄｅｒ）を使用して吸収性ポリマーを繊維基質に結合することを開示している。しかし、ポリアルミニウム結合剤は、生分解しにくい無機製品であるという欠点がある。更に、このヨーロッパ特許は、ポリ塩化アルミニウム以外に吸収性粒子を結合するのに有用な結合剤の選択については何ら提案していない。
米国特許第４，４１０，５７１号には高吸湿性材料の固定化方法が開示されており、水膨潤性吸収性ポリマーを非粒状固定融合層に加工している。グリセロール、エチレングリコール、又はプロピレングリコール等のポリヒドロキシ有機化合物中で可塑化することにより、ポリマー粒子をコーテッドフィルムに加工している。高吸湿性材料は、基質に発泡できる非粒状固定形態をとる。この方法では、高吸湿性ポリマーの独立粒状性は失われる。高吸湿性材料の融合性質によってゲルブロッキングが生じることもあり、水で膨潤されたポリマーがフィルム層の液体通過を阻止するにつれて吸収が低下する。
米国特許第４，４１２，０３６号及び４，４６７，０１２号は、加水分解澱粉ポリアクリロニトリルグラフトコポリマーとグリセロールの混合物を２つの組織層の間に積層した吸収性積層体を開示している。組織層は外部から加熱及び加圧することによって相互に積層される。反応条件は、組織層を相互に強く付着させる共有結合を組織層の間に形成する。
結合剤を繊維ウェブに添加する方法は多数の他の特許に記載されている。このような特許の例を挙げると、米国特許第２，７５７，１５０号、４，５８４，３５７号及び４，６００，４６２号などがある。これらの結合剤は高吸湿性粒子等の粒子を繊維に結合するのに有用であるとは示されていない。
ヨーロッパ特許出願第４４０  ４７２  Ａ１号、４２７  ３１７  Ａ２号、４２７  ３１６  Ａ２号及び４２９  １１２  Ａ２号等の更に別の特許には、個々のセルロース繊維の内側で繊維内共有結合を形成するポリカルボン酸等の架橋剤が開示されている。繊維内共有結合は高温で形成され、繊維内エステル架橋を形成することによって架橋剤で処理されたセルロース繊維の嵩を増加する。繊維内共有結合によって得られる繊維製品を空気堆積して繊維ウェブにすると、慣用パルプシート密度まで圧縮するのが未処理シートよりも困難になる。繊維と粒子の間にも共有架橋結合が形成されることがあり、吸収に利用可能な筈の繊維の官能基が占有され、吸収効率が低下する。
用途によっては、繊維内エステル共有架橋を形成すると、架橋によって剛化した吸収品を圧縮しにくくなることが特に問題となる。吸収品を圧縮するために非常に高い圧縮力を加えなければならないので、圧縮吸収品を製造するのに必要なエネルギーが増加する。
上記及び他の問題のいくつかは、より容易に圧縮される繊維ウェブを提供する本願の親出願及び関連出願の技術によって解決されており、これらのウェブは、水素結合官能部位をもつ繊維と、繊維と水素結合を形成することが可能な官能基と、同様に粒子と水素結合又は配位共有結合を形成することが可能な別又は同一の官能基をもつ水よりも低揮発性の結合剤から製造されている。親及び関連出願の結合剤はポリマー又は非ポリマーである。ポリマー結合剤はポリグリコール類［特にポリ（プロピレングリコール）］ポリカルボン酸、ポリカルボキシレート、ポリ（ラクトン）ポリオール（例えばジオール）、ポリアミド、ポリアミン、ポリスルホン酸、ポリスルホネート等及びその組み合わせから選択することができる。これらの結合剤のいくつかの具体例は、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）及びポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含むポリグリコール類；ポリ（カプロラクトン）ジオールを含むポリ（ラクトン）ジオール類；ポリアクリル酸（ＰＡＡ）を含むポリカルボン酸；ポリアクリルアミドを含むポリアミド類又はポリペプチド類；ポリエチレンイミン及びポリビニルピリジンを含むポリアミン類；ポリ（ナトリウム−４−スチレンスルホネート）又はポリ（２−アクリルアミドメチル−１−プロパンスルホン酸）を含むポリスルホン酸又はポリスルホネート；並びにそのコポリマー（例えばポリプロピレングリコール／ポリエチレングリコールコポリマー）である。
上記非ポリマー結合剤は、水よりも低い揮発性をもつとして開示されており、粒子と水素結合又は配位共有結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基と、セルロース繊維と水素結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基をもつ。非ポリマー結合剤は、カルボキシル（例えばカルボン酸）、カルボキシレート、カルボニル（例えばアルデヒド）、スルホン酸、スルホネート、リン酸、ホスフェート、ヒドロキシル（例えばアルコール又はポリオール）、アミド、アミン等及びその組み合わせ（例えばアミノ酸又はヒドロキシ酸）から選択される官能基を含む有機結合剤であると記載されており、これらの基から選択された分子上に少なくとも２個の官能基が存在し、２個の官能基は同一又は異なる。ポリオール、ポリアミン（２個以上のアミン基をもつ非ポリマー有機結合剤）、ポリアミド（２個以上のアミド基をもつ非ポリマー有機結合剤）、ポリカルボン酸（２個以上のカルボン酸官能基をもつ非ポリマー有機結合剤）、アミノアルコール、及びヒドロキシ酸がこのような結合剤の例として挙げられている。これらの結合剤は、粒子及び繊維と特定結合を形成することが可能な官能基をもつ。
結合剤の存在量は、結合剤と粒子の種類や、粒子をすぐに繊維に加えるか又は所定時間後に加えるかなどの多数の因子に依存すると記載されている。従って、特定用途に適切で特に有用な結合剤の量は一定でないことが当業者に理解されよう。但し、結合剤は繊維材料の総重量の約１〜８０％の量で存在するのが適切であり得ると開示されている。結合剤の特に適切な開示範囲は繊維材料の１〜４０重量％、又は１〜２５重量％である。（水素／配位共有結合を介して）結合剤により結合された粒子は適切には、繊維材料と粒子の総重量の０．０５〜８０重量％、好ましくは１〜８０重量％又は３〜８０重量％、又は＞３重量％の量で存在し得る。
関連出願に開示されている粒子の特に適切な範囲は繊維材料と粒子の重量の３〜４０％である。粒子と結合剤の好適重量比は８：１〜５０：１である。適切な粒子は澱粉グラフトポリアクリレートヒドロゲル微粒子又はより大きい寸法の粒子（例えば顆粒）等の高吸湿性ポリマー粒子であり、結合剤と水素結合を形成する。関連出願は、結合剤がセルロースのヒドロキシル基とも水素結合を形成し、高吸湿性粒子を繊維に強く結合できると教示している。
関連出願によると、固体（例えば乾燥粉末又は乾燥液体）として結合剤を繊維に結合する場合もあり、この結合段階を実施する場合には、繊維は少なくとも７重量％の水を含有する。繊維中のこの含水率は反応体の十分な移動性を確保し、粒子と繊維は相互に十分に結合することができる。液体結合剤（例えばグリセリン又はグリセリン粉末の溶液）を使用する場合には、繊維は少なくとも約０．０５重量％の水を含むと適切である。
更に、活性化又は再活性化能により結合剤を繊維に添加できることも記載されており、結合剤を不活性形態にしたまま繊維を配達地点まで輸送する。その後、配達地点（例えば顧客施設）で結合剤を活性化させ、粒子を繊維に添加して結合させる。関連出願中で使用されている結合剤「活性化」とは、元々不活性な結合剤（例えば液体の不在下の固体結合剤）の活性化又は元々活性な結合剤（例えば乾燥してある液体結合剤）の再活性化の両者を含める。
有用な結合剤のうちの大半は、製品を例えば合成尿で濡らしたときに液体吸収品のｐＨを調節できるように酸性である。しかし、健康上の理由から、粒子（特に高吸湿性粒子）を使用した商業的に重要な製品である使い捨ておむつのｐＨは、中性ｐＨにできるだけ近くなるように＞約ｐＨ４に維持するのが一般には好ましい。
粒子を繊維及び繊維を繊維に結合するために水素結合及び／又は配位共有結合メカニズムを利用した結合剤は入手可能であるが、より強力に粒子を繊維に結合する結合剤が必要とされている。この必要は、繊維−粒子複合材料が輸送、貯蔵及び再加工などで集約的機械的取扱を受けなければならない場合に特に重要である。このような集約的取扱下では、結合剤により水素結合又は配位共有結合を介して繊維に結合した粒子はその存在が必要とされる位置から離れて移動し得ることが判明した。
発明の要約
本発明は粒子を繊維に結合し、場合によっては繊維を繊維に結合し、ウェブの圧縮を強化する結合剤を含む繊維ウェブを提供する。提供される粒子−繊維結合は、最終製品で使用される輸送中及び再加工中に粒子含有繊維ウェブが受ける通常の取扱に耐えるに十分な強度をもつ。更に、本発明は、ウェブを濡らしたときに約４を上回るｐＨを維持する結合剤含有繊維ウェブを提供する。
より特定的には、１態様において本発明の結合剤は有機ヒドロキシ酸、特にカルボン酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、スルホン酸又はその非反応性組み合わせ等の酸のイオン化可能な塩である。理論に拘束するものではないが、イオン化すると、イオン化された酸性部分が繊維又は粒子（例えば高吸湿性ポリマー粒子）上の官能部位と「ハイブリッド」イオン結合を形成し、他方、ヒドロキシ酸結合剤のヒドロキシ基は他方の材料上の官能基と結合（例えば水素又は「ハイブリッド」イオン結合）を形成すると考えられる。その結果、粒子含有繊維ウェブの取扱、輸送及び再加工によって生じる機械力に耐えられる強力な繊維−粒子結合が形成される。
あるいは、結合剤は繊維上の官能基と「ハイブリッド」イオン結合を形成することが可能なイオン化可能な酸性部分と、粒子と配位共有結合を形成することが可能な官能基を含んでいてもよい。その結果、同様に粒子含有繊維ウェブの取扱、輸送及び再加工によって生じる機械力に耐えられる強力な繊維−粒子結合が形成される。
ヒドロキシ酸の酸性塩を使用する結果、本発明の結合剤は結合剤としてヒドロキシ酸自体を使用する場合ほど顕著なｐＨ低下が生じない。即ち、約４を上回るレベルにｐＨを維持することができ、多くの場合には中性レベルに維持できるので、使い捨ておむつ、失禁用おむつ等のように約４を上回るｐＨを維持することが所望される製品で有用な粒子−繊維ウェブを形成するためにこの結合剤を使用することができる。
更に、本発明の結合剤は、結合剤としても機能するヒドロキシ酸と併用することができる。この併用では、ヒドロキシ酸の塩は緩衝剤と結合剤の役割を兼備するので、酸と塩の相対比率を適切に選択することによりｐＨを所望のレベルに維持することができる。
別の態様では、本発明の結合剤は塩基の有機酸である。このような結合剤は、繊維又は粒子、特に高吸湿性粒子又はセルロース繊維上の官能基とイオン的に相互作用することが可能な少なくとも１個の官能基と、粒子上の官能基と水素結合、配位共有結合、「ハイブリッド」イオン結合もしくはイオン結合を形成するか、又は繊維上の官能基と水素結合、「ハイブリッド」イオン結合もしくはイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基をもつ。例えば、適切な結合剤としては、カチオン塩とアニオン種が挙げられ、具体的にはプロトン化第１、第２もしくは第３級アミン又は脱プロトン化第４級アンモニウム塩が挙げられる。他の型の適切な結合剤としては、２個の官能基を含むカチオン塩が挙げられる。塩基のこのような有機塩の例としては塩化コリンが挙げられる。
本発明に従ってヒドロキシ酸の塩又は塩基の有機塩と同様に粒子を繊維に結合するように機能し得る材料の例としては、アミノ酸も挙げられる。グリシン、サルコシン、アラニン及びβ−アラニン等の単純アミノ酸は、ｐＨが低いときはカチオン種とカルボキシル基を含み、ｐＨが中性付近のときはカチオン種とアニオンカルボキシレート種を含み、ｐＨが高いときは非プロトン化アミンとアニオン種を含む。カチオン種が存在すると、アミノ酸は塩基の有機塩と同様に機能し、繊維又は粒子上のアニオン基とイオン結合を形成する。従って、アミノ酸のカルボキシル官能基のヒドロキシル基は、繊維との間でイオン結合が形成される場合には粒子との間で水素又は「ハイブリッド」イオン結合を形成し、粒子との間でイオン結合が形成される場合には繊維との間で水素又は「ハイブリッド」イオン結合を形成する。酸基が脱プロトン化されると、アニオン種は粒子又は繊維のいずれかと「ハイブリッド」イオン結合を形成することができ、アミン基は非プロトン化状態で繊維との間で「ハイブリッド」イオン結合が形成される場合には粒子との間で水素又は配位共有結合を形成し、粒子との間で「ハイブリッド」イオン結合が形成される場合には繊維との間で水素結合を形成することができる。あるいは、アミノ官能基がプロトン化されると同時にカルボキシル官能基が脱プロトン化されるようなｐＨでは、アンモニウム官能基は繊維とイオン結合を形成することができ且つカルボキシレート官能基は粒子と「ハイブリッド」イオン結合又はイオン結合を形成することができるか、あるいは、アンモニウム官能基は粒子とイオン結合を形成することができ且つカルボキシレート官能基は繊維と「ハイブリッド」イオン結合を形成することができる。更に、２個以上のアミン基を含むアミノ酸では、アミノ基の少なくとも２個がプロトン化されている場合には、プロトン化アミン基の１個は繊維上のアニオン種とイオン結合を形成することができ、他のプロトン化アミン基は粒子上のアニオン種とイオン結合を形成することができる。
本発明によると、ヒドロキシ酸の塩又は塩基の塩を含む結合剤は、発明の背景の項に記載した種々の結合系と併用することができる。例えば、好適結合系としては、ソルビトール、グリセリン、乳酸及び乳酸ナトリウムが挙げられる。好適結合系では、添加材料と繊維の総重量を基にして約０．５〜約１０．０％の範囲の量の乳酸ナトリウム、約０〜約１０．０％の範囲の量の乳酸、約０〜約２０．０％の範囲の量のグリセリン、及び約０〜約１５．０％の範囲の量のソルビトールを使用する。
従って、本発明は、結合剤自体が柔軟機能をもたない場合、又は柔軟結合剤以外に付加的柔軟が必要な場合に任意柔軟済を使用することも提案する。即ち、本発明の粒子含有繊維ウェブにソルビトール、グリセリン、プロピレングリコール又はブチレングリコール等の柔軟剤を添加して柔軟効果を提供することができる。
更に重要な点として、本発明によりヒドロキシ酸の塩又は塩基の有機塩を結合剤として使用する粒子含有繊維ウェブは、結合剤を含まない繊維ウェブよりも圧縮し易い。即ち、本発明の繊維ウェブは、約０ｐｓｉ〜約１０００ｐｓｉの加圧を使用して約０．０６ｇ／ｃｃ〜約０．７ｇ／ｃｃの密度まで圧縮することができる。一般に、圧縮プロセスは加熱を必要とせず、粒子と結合剤を含む繊維ウェブを圧縮ローラーの間で圧縮することにより実施できる。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記態様及び付随する利点の多くは、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって、より容易且つ十分に理解されよう。
図１は、繊維シートの製造中の本発明による結合剤の添加を示す湿式堆積シート製造ラインの概略図である。
図２は、本発明による結合剤活性化及び粒子結合プロセスの概略図である。
図３は、本発明により形成した繊維ウェブを含む使い捨ておむつの形態の吸収品の平面図である。
図４は、図３のおむつの４−４線における横断面図である。
発明の数種の好適態様の詳細な説明
Ｉ．繊維の加工
図１は、パルプシート製造ライン１０等の湿式堆積シート製造ラインを示す。この製造ラインでは、ヘッドボックス１４からスライス１６を通ってフォドリニエールワイヤ１８にパルプスラリー１２を送る。パルプスラリー１２は典型的には木材パルプ繊維等のセルロース繊維を含み、スラリーの一部として合成又は他の非セルロース繊維も含み得る。ワイヤ１８に堆積されたパルプから慣用真空システム（図示せず）により水を抽出した堆積パルプシート２０は、図例ではパルプシート又はマット２０が通過するそれぞれのニップを各々規定する２組のカレンダーロール２４，２６として示す脱水ステーション２２を通る。
好適態様では、パルプシート２０は脱水ステーションからパルプ製造ラインの乾燥セクション３０に入る。慣用パルプシート製造ラインでは、乾燥セクション３０は複数のキャニスタードライヤーを含み、パルプマット２０はそれぞれのキャニスタードライヤーの周囲を蛇行経路に沿って進み、乾燥シート又はマット３２として乾燥セクション３０の出口から出る。単独又はキャニスタードライヤーに加えて他の代替乾燥メカニズムも乾燥段３０に含み得る。乾燥パルプシート３２は製造業者の仕様に従う最大含水率をもつ。典型的には、最大含水率は繊維の１０重量％以下であり、最適には約４〜６重量％以下である。これを越えると、繊維は湿り過ぎる。水分の過剰な繊維は、すぐに使用しないと例えばカビ等により劣化する。以下に詳述するように、結合剤はシートが乾燥段４０を出た後に添加するのが好ましい。典型的には、結合剤の添加によって乾燥シート３２の含水率は約６〜８重量％まで増加する。乾燥シート３２はロール４０に巻き取られ、遠隔地点、即ちパルプシート製造ラインと別の地点（例えば使用者の製品製造工場等）に輸送される。あるいは、乾燥シート３２を荷造装置４２に集め、得られたパルプベール４４を遠隔地点に輸送する。これらの繊維は、例えばハンマーミルで解繊することにより分解することができる。
上述のように、以下に詳述する型の結合剤を１個以上の結合剤添加装置（図１ではその１つを５０で示す）からパルプシートに添加する。結合剤添加装置は噴霧器、ロールコーター、浸漬アプリケーター等の任意のものを使用できる。噴霧器が一般に使用し易く、パルプシート製造ラインに組み込み易い。矢印５６で添加するだけでなく、矢印５２及び５４に示すようにパルプシート製造ラインの種々の地点又は複数の地点で結合剤を添加してもよく、例えば乾燥段３０の手前（線５２により示す）でも、乾燥段３０の中間（線５４により示す）でもよい。シートの含水率を所望の最大含水率よりも増加しないような地点で、塩化コリンや乳酸ナトリウム等の水性結合剤を添加するのが好ましい。従って、水性結合剤を地点５６で添加するのが一般的である。地点５２では、この段階でシート又はマット２０に残留している水が水性結合剤のシート侵入を妨げる恐れがある。従って、所定の乾燥を行った後に例えば地点５４で水性結合剤を添加するほうが地点５２で添加するよりも好ましい。シートの含水率が所望の最大レベルを越えるような量の水性結合剤を地点５６で添加する場合には、含水率を所望レベルまで低下させるようにパルプ製造ラインに付加的乾燥段（図示せず）を設ける。
本発明に従ってグリセリン、プロピレングリコール、ブチレングリコール、又は低分子量ポリエチレングリコール等の非水性結合剤を有機ヒドロキシ酸のイオン化可能な塩又は塩基の有機塩と併用する場合には、種々の成分を組み合わせることができ、従って、乾燥段の下流の地点５６で添加してもよいし、地点５４により示すように乾燥段階中に添加してもよい。あるいは、乾燥段の上流の地点（例えば地点５２）で液体非水性結合剤を添加してもよい。但し、この地点では結合剤が向水性（ｈｙｄｒｏｓｃｏｐｉｃ）になり易いので、湿潤ウェブ中の水は非水性結合剤をマット又はシートに吸引し易い。非水性結合剤は一般にはシートに水分を添加しても製品の劣化を助長しないので、乾燥段の下流で添加すればシートの含水率を所望の最大レベルよりも増加せずに済む。
好ましくは、解繊後に粒子を添加する。嵩又は容積測定装置を含み得る粒子アプリケーター６０により示すように、以下に説明するように選択した粒状材料をパルプ製造ラインでシートに添加し、結合剤によりシートに付着させることができる。これらの粒子は散布、注入又は他の方法でシートに添加することができる。これらの粒子をこの地点でシートに付着させ易くするためには、水性結合剤の場合には以下に説明するような粒子と繊維間の結合を可能にするために十分な水分がシートに残留していなければならない。こうしてパルプシート製造ラインで粒子を添加した後、後続乾燥段を利用して粒子添加後の含水率を低下させる。
上記アプローチにより、粒子が繊維に強く結合したウェブを製造することができる。このアプローチでは、繊維−粒子ウェブ製造業者が特定の顧客の要求にあわせてウェブを受注生産することもできる。例えば、使用者は高吸湿性粒子や、特定のゼオライト（例えば経時的に臭気で飽和され得る臭気吸収剤）や、抗微生物剤としてゼオライトと銀塩を要求することがある。従って、消費者製品製造業者に受注生産繊維製品を提供することが可能である。
最終使用者が自分で粒状材料を繊維に添加することを望む場合には、粒子を添加せずに結合剤含有繊維のそれぞれのロール４０又はベール４４を最終使用者に使用される遠隔地点に輸送する。これらのロール又はベール（又は他の方法で輸送される繊維、例えば袋詰、コンテナ輸送又は他の方法のバルク形態）はその後、繊維化装置７０により再繊維化される。繊維化装置は任意のものを使用できるが、典型的な繊維化装置７０はハンマーミルであり、単独又はピッカーロール等の他の装置と組み合わせて使用し、シート３２又はベール４２を個々の繊維に分解することができる。
（例えばメカニズム６０と同様の）粒状材料添加メカニズム７２が最終使用者プロセスの所望地点で所望の粒状材料を繊維に添加する。この場合も、装置７２は繊維材料に粒状材料を添加するのに適したものであれば任意の装置を使用できるが、典型的には配量メカニズムを含む。例えば、粒状材料は線７４により示すように繊維化装置７０に供給することができる。
本発明者らにより先に発見されたとして発明の背景の項に記載したような結合剤と有機ヒドロキシ酸の塩又は塩基の塩を併用する場合には、繊維化装置７０内で繊維を撹拌すると、所定の結合剤を活性化させて結合剤により粒子を繊維に付着させ易くすることができる。有機ヒドロキシ酸の塩又は塩基の塩の活性化については、結合剤の対イオンの解離を生じる水又は他の液体等の液体であり得る活性化液を例えば地点８０で活性化液槽又は源７８から噴霧器（図示せず）により噴霧するか又は他の方法で繊維に添加し、場合によっては粒子にも添加することができる。この活性化液は結合剤を活性化させ、結合剤により粒子を繊維に付着させ易くするように機能し得る。
その後、線８４により示すように活性化液８０の添加よりも下流で粒子を繊維に添加する。あるいは、地点８０又はその手前で粒子を添加してもよく、地点８０で結合剤を活性化させて繊維に付着させる。更に別の態様では、繊維化した繊維を空気堆積装置９０に送り、９２に示すウェブ等の所望の製品に加工する。空気堆積繊維の場合には、図例のように地点９６で活性化液を添加してから地点９８で粒子を添加し、結合剤を活性化させて粒子を繊維に付着させることができる。粒子は活性化液を添加する地点９６よりも上流のプロセス地点で添加してもよい。あるいは、粒子の添加と同時に活性化液を添加し、粒子の添加と同時に活性化させてもよい。粒子を繊維に添加した後に活性化液を添加してもよい。更に、ウェブの特定地点９２（例えば製品の吸収コアの目標ゾーン）で結合剤を活性化させてから粒子のみをこれらの目標ゾーンに添加すると、粒状材料のむだを最小限にできる。目標ゾーンの具体例は、最も濡れ易いおむつの股領域である。このようなゾーンに高吸湿性粒子を添加すると、液体を吸収するのに最も有効な場所にこれらの粒子を配置できる。ウェブ９２に場合により最終使用者用製品の他の成分を加えた後、使い捨ておむつ１００に組み込むなどして使用者用製品に加工する。
このアプローチでも、繊維の最終使用者はその製品に添加する粒子を容易に選択することができ、必要に応じて結合剤を活性化させ、使用者用製品の生産効率を高めることができる。更に、使用者が空気堆積又は他の方法で結合剤含有繊維と所望の粒子を最終製品で組み合わせるという融通性もある。湿式堆積では結合剤の少なくとも一部が除去されてしまうので、結合剤が完全に水溶性である場合には結合剤含有繊維を湿式堆積しないほうが好ましい。
上述のようにパルプシートの製造業者による粒子含有製品の取扱及び輸送が避けられるだけでなく、繊維製造地点と粒状材料添加地点との間で粒子は機械力を受けないので粒子を繊維に強く付着できる。
本発明によると、本発明に従って形成された繊維ウェブから吸収構造又は吸収品を製造することができる。吸収品は本発明の繊維を含み、高吸湿性粒子等の粒子を付着し得る。これらの吸収品は複合構造でもよい（例えば複数の材料から製造する）。例えば、吸収品は被覆材料の有無を問わず複数種の繊維、繊維層のコアを含み得る。これらの製品は有意量の水及び他の液体（例えば尿及び他の体液）を吸収することが可能である。このような製品の非限定的な例としては、使い捨ておむつ、生理用ナプキン、失禁用パッド、タオル、包帯、医療用タオル等が挙げられる。
図３及び４は、高吸湿性粒状材料を付着させた本発明の繊維から構成されるコア５５２を含む慣用使い捨ておむつ５５０を示す。これらの粒状材料は目標ゾーン、例えば５５６に示すおむつの前部即ち股部分だけに加えてもよいし、目標ゾーンの濃度を高くしてもよい。
ＩＩ．繊維特性
本発明は、粒子を繊維に結合する方法と、該方法により製造された吸収性最終製品を含む製品を包含する。特に好適な態様では、製品は高吸湿性ヒドロゲルポリマー粒子を結合剤により付着させたセルロース又は合成繊維と、該繊維から製造された吸収性製品である。別の特に好適な態様では、製品は本発明に従って形成された結合剤を添加した繊維である。
適切な繊維としては、クラフト法及び亜流酸法等の周知化学法から得られる木材パルプ繊維が挙げられる。本発明は更に、木材パルプと所定の結合剤の組み合わせも包含し、この組み合わせの目的には、少なくとも３５０ｇ／ｍ2の坪量をもつロール形態又はベール形態のバルク繊維が用いられる。バルク繊維は少なくとも約４００ｋｇ／ｍ3の密度をもち得る。好適バルク繊維は木材パルプ繊維又は軟木パルプ繊維である。木材パルプ繊維は砕木、機械的、熱機械的、化学機械的及び化学熱機械的パルプ法等の機械的方法から獲得できる。また、これらの型の繊維を併用してもよい。好適パルプ繊維はクラフト繊維等の化学繊維である。これらの方法では、最良の出発材料はマツ、トウヒ及びベイツガ等の長繊維針葉樹木材種から製造される。繊維は細長いことが好ましく、例えば長さと幅の比が約１０：１〜５：１である。
本発明で有用な繊維は更に、結合剤を繊維に添加する前に前処理した繊維も含む。この前処理は繊維に蒸気を当てるなどの物理的処理でもよいし、繊維を架橋するなどの化学的処理でもよい。非限定的な繊維の前処理の例は、繊維に難燃性化学物質を噴霧することなどにより繊維に難燃剤を添加する方法である。具体的な難燃剤を例示すると、硼酸ナトリウム／硼酸、尿素、尿素／リン酸塩等である。更に、繊維の表面を改質する界面活性剤又は他の液体（例えば水又は溶剤）で繊維を前処理してもよい。他の前処理としては、抗微生物剤や顔料に暴露する方法もある。
湿潤性を増加するように繊維を前処理してもよい。更に、慣用架橋剤で繊維を前処理してもよいし、所望に応じて加撚又は捲縮してもよい。リグニン又はセルロース含量の高い繊維表面をもたらす化学物質でセルロース繊維を常法で前処理してもよい。
塩素又はオゾン／酸素漂白剤等の漂白法も繊維の前処理に使用できる。更に、種々の溶液を含む浴で繊維をスラリー化するなどして繊維を前処理してもよい。例えば、繊維の寿命中に経時的に放出するように抗微生物溶液（例えば以下に記載するような抗微生物粒子の溶液）や、肥料及び農薬の溶液、及び／又はフレグランス及びフレーバーを添加してもよい。熱可塑性及び熱硬化性樹脂等の他の化学物質で前処理した繊維も使用できる。前処理を併用してもよく、得られた前処理繊維に後述するような結合剤を添加する。
砕木繊維、再生又は二次木材パルプ繊維、並びに漂白及び未漂白木材パルプ繊維を使用できる。木材パルプの製造の詳細は当業者に周知である。これらの繊維は、本発明の譲受人であるＷｅｙｅｒｈａｅｕｓｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙをはじめとする多数の企業から市販されている。
繊維は他の種々の天然又は合成繊維の任意のものでもよいが、本発明に従って結合剤を添加し、最終的に粒子を結合する全繊維は、以下に詳述するような結合剤と水素結合、「ハイブリッド」イオン結合又はイオン結合を形成することが可能な官能基を含む。
水素結合は、小さい強陰性元素（例えば窒素及び酸素）に共有結合した水素原子と、他のこのような陰性元素上の非結合電子対との間に生じる分子間力である。水素結合官能基は酸素又は窒素原子を含む官能基であり、例えば水素結合を形成することが可能なヒドロキシル、カルボキシル、スルホン酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、スルホンアミド、エーテル、エステル、エポキシド、カルボキシル、アミン、ウレタン等である。酸素又は窒素上の非結合電子対の軌道は、別の窒素又は酸素原子に共有結合した酸素の相対的に空の１ｓ軌道にオーバーラップする。水素の１ｓ軌道は、この水素と水素が結合している小さい陰性原子（酸素又は窒素）の間の共有結合で電子を不均等に共有しているために相対的に空である。水素結合官能基を含む天然繊維の具体例としては、絹繊維、木材パルプ繊維、バガス、アサ、ジュート、コメ、コムギ、タケ、トウモロコシ、サイザルアサ、綿花、アマ、ケナフ、ミズゴケ及びその混合物が挙げられる。水素結合官能基をもつ適切な合成繊維としては、アクリル、ポリエステル、カルボキシル化ポリオレフィン、レーヨン、他の再生セルロース（テンセル）及びナイロンが挙げられる。水素結合官能基は、アクリル繊維ではエステル、カルボキシル化ポリオレフィン繊維ではカルボン酸、ポリエステルではエステル、ナイロンではアミド、及びレーヨンではヒドロキシルである。
本発明による「ハイブリッド」イオン結合はカルボキシル基上のプロトンと結合剤のアニオンの間に生じ得る。アニオンはカルボキシル基のイオン化可能なプロトンと競合する。例えば、木材パルプ繊維は複数のカルボキシル基を含む。溶液中の乳酸ナトリウム等の有機ヒドロキシ酸結合剤のイオン化可能な塩を繊維に添加すると、塩のアニオンはカルボキシル基のプロトンと競合する。高吸湿性材料上のカルボキシル基と本発明による結合剤のアニオンとの間にも同一型の「ハイブリッド」イオン結合が生じ得る。平衡はカルボキシル基上のプロトンのイオン化に不利であるので、「ハイブリッド」イオン結合の形成はｐＨが低いほうが助長される、他方、平衡はカルボキシル基上のプロトンのイオン化に有利であるので、ｐＨが高いと、「ハイブリッド」イオン結合は助長されない。「ハイブリッド」イオン結合は下図により示される。
0003704155.tif 000002
イオン結合は、ある原子の原子価殻から別の原子の原子価殻に１個以上の電子が移動するときに生じる。電子を失う原子は正イオン即ちカチオンになり、電子を獲得する原子は負に帯電したイオン即ちアニオンになる。イオン結合は逆電荷イオン間の吸引によって生じる。イオン結合の１例は、本発明による塩基の塩である結合剤で生じる。例えば、塩化コリンは塩化物アニオンと２−ヒドロキシエチル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムカチオンに解離する。コリンは、正に帯電した末端とは反対側のコリン分子の末端にもヒドロキシ官能基を含む。従って、コリンカチオンは繊維又は粒子（例えば高吸湿性粒子）のいずれかのイオン化されたカルボキシル基とイオン結合を形成することができる。「ハイブリッド」イオン結合とは異なり、上記イオン結合は、繊維又は粒子のカルボキシル基のイオン化を助長する条件下のほうが好ましい。本発明によると、粒子との間に水素、「ハイブリッド」イオン、又は配位共有結合を形成し、繊維との間に水素又は「ハイブリッド」イオン結合を形成するためにヒドロキシ官能基を利用することができる。
便宜上、以下の説明では個々の化学木材パルプ繊維の処理について説明するが、これに限定するものではない。他の型の繊維も同一プロセスで使用できるし、変形を加えることも当業者に理解されよう。
ＩＩＩ．有用な粒子の例
本発明によると、粒状添加剤によって付与可能な高吸収性、研磨性、抗微生物活性又は他の任意の所望の製品特性等の所望の属性を繊維に与えるために、粒子を繊維に添加する。従って、粒子は所望の属性をもち、以下に詳述するような結合剤と配位共有、「ハイブリッド」イオン、イオン又は水素結合を形成することが可能な任意の粒状材料であり得る。
参考資料として本明細書の一部に加える先頭は、配位共有結合と水素結合を形成することが可能な官能基をもつ複数の粒子について詳細に説明している。前項では、「ハイブリッド」イオン結合とイオン結合について説明した。本発明によると、粒子が結合剤と形成できる結合の型は、使用する結合剤の種類や、結合剤がどのように繊維と相互作用するかによって異なる。例えば、結合剤が有機ヒドロキシ酸の塩（例えば乳酸ナトリウム）である場合には、粒子は結合剤と「ハイブリッド」イオン、水素又は配位共有結合のいずれかを形成できなければならない。結合剤が繊維と相互作用して「ハイブリッド」イオン結合を形成し且つ結合剤が遊離水素結合形成官能基をもつ場合には、粒子は結合剤と水素結合を形成できなければならない。結合剤が繊維と相互作用して「ハイブリッド」イオン結合を形成し且つ結合剤が遊離配位共有結合形成官能基をもつ場合には、粒子は結合剤と配位共有結合を形成できなければならない。結合剤は繊維又は粒子と「ハイブリッド」イオン結合を形成できるので、結合剤と「ハイブリッド」イオン結合又は水素結合を形成できる粒子を提供することにより、「ハイブリッド」イオン結合剤が形成される確率を高くすることができる。
結合剤が塩基の塩から選択される場合には、粒子は結合剤と配位共有、水素、イオン又は「ハイブリッド」イオン結合を形成できなければならない。結合剤が配位共有結合形成官能基とイオン結合形成官能基を併有する場合には、配位共有結合を形成できることが好ましい。結合剤が水素結合官能基とイオン結合官能基を併有する場合には、粒子は水素結合又はイオン結合を形成できることが好ましい。このように、結合剤は繊維又は粒子のいずれかと水素又はイオン結合を形成することができる。結合剤が「ハイブリッド」イオン結合形成官能基とイオン結合形成官能基を併有する場合には、粒子は「ハイブリッド」イオン結合又はイオン結合を形成できることが好ましい。結合剤は繊維又は粒子と「ハイブリッド」イオン結合を形成できるので、結合剤と「ハイブリッド」イオン結合又はイオン結合を形成できる粒子を提供することにより、「ハイブリッド」イオン結合を形成する確率を高くすることができる。
本発明による特に好適な粒子は、水に触れると膨潤し、多量の水を吸収することにより水和ゲル（ヒドロゲル）を形成するポリマーを含む高吸湿性粒子である。高吸湿性とは、多量の液体、即ち材料１部当たり液体１０〜１５部を吸収する能力を示す材料として本明細書では定義する。これらの高吸湿性材料は一般に、澱粉グラフトコポリマー、架橋カルボキシメチルセルロース誘導体及び改質親水性ポリアクリレートの３分類に分けられる。このような吸収性ポリマーの例は加水分解澱粉−アクリロニトリルグラフトコポリマー、中和澱粉−アクリル酸グラフトコポリマー、鹸化アクリル酸エステル−酢酸ビニルコポリマー、加水分解アクリロニトリルコポリマー又はアクリルアミドコポリマー、改質架橋ポリビニルアルコール、中和自己架橋性ポリアクリル酸、架橋ポリアクリル酸塩、カルボキシル化セルロース、及び中和架橋イソブチレン−無水マレイン酸コポリマーである。
これらの型の高吸湿性粒子は、本発明による結合剤と「ハイブリッド」イオンもしくは水素結合を形成するか、又は本発明に従って形成された結合剤とイオン結合を形成することが可能なカルボキシル又はカルボキシレート基等の官能基を含む。上述のように、「ハイブリッド」イオン結合は、粒子カルボキシル基のプロトンとヒドロキシ酸結合剤のアニオンの間、粒子のカルボキシレート基のアニオンと結合剤カルボキシル基のイオン化可能なプロトンの間、結合剤のカルボキシレート基のアニオンと繊維カルボキシル基のイオン化可能なプトロンの間、及び繊維のカルボキシレート基のアニオンと結合剤カルボキシル基のイオン化可能なプロトンの間で生じる。本発明に従って塩基の塩を使用する場合には、高吸湿性粒子はイオン化によって塩基性塩のカチオンとイオン結合を形成するのに利用可能な中和カルボキシル基を含む。
高吸湿性粒子は、例えばＰｏｒｔｓｍｏｕｔｈ，ＶＡのＨｏｅｃｈｓｔ−Ｃｅｌａｎｅｓｅから市販されている澱粉グラフトポリアクリレートヒドロゲル澱粉（ＩＭ  １０００Ｆ）、又はもっと大きい顆粒等の粒子である。他の高吸湿性粒子は商標名ＳＡＮＷＥＴ（三洋化成工業株式会社製品）、ＳＵＭＩＫＡ  ＧＥＬ（住友化学株式会社製のエマルジョン重合品で溶液重合粉砕粒子と異なる球形）、ＦＡＶＯＲ（Ｇｒｅｅｎｓｂｏｒｏ，Ｎｏｒｔｈ  ＣａｒｏｌｉｎａのＳｔｏｃｋｈａｕｓｅｎ製品）、及びＮＯＲＳＯＣＲＹＬ（Ａｔｏｃｈｅｍ製品）で市販されている。高吸湿性粒子は、例えばＩＭ１０００やＩＭ１０００Ｆといった種々の寸法形態に分類される。１０００Ｆはより微細で２００メッシュ篩を通過するが、ＩＭ１０００は６０メッシュ篩を通過しない粒子を含む。別の型の高吸湿性粒子はＩＭ５６００（凝集微粉）である。高吸湿性粒状親水性ポリマーも米国特許第４，１０２，３４０号に詳細に記載されている。この特許は架橋ポリアクリルアミド等のヒドロコロイド吸収剤を開示している。
繊維に添加する粒子の量は広い範囲をとることができ、例えば粒子の種類に応じて繊維材料と粒子の総重量の０．０５〜８０％である。クロルヘキシジン又は他の非吸収性粒子等の抗微生物剤は、０．０５〜１０％といった非常に低濃度で有効である。高吸湿性粒子は繊維材料と粒子の重量の３〜７０％、特に２０〜４０％の量を添加するのが好ましい。２種以上の粒子、例えば高吸湿性粒子と非高吸湿性粒子、又は２種の高吸湿性粒子を含有するように粒子を併用してもよい。２種の粒子を併用する場合には、粒子の総重量は繊維材料と粒子の総重量の８０％を越えるべきでない。
ＩＶ．非ポリマー結合剤特性
粒子は、カルボン酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、スルホン酸又はその非反応性組み合わせ等の有機ヒドロキシ酸のイオン化可能な非ポリマー塩によって繊維に結合することができる。イオン化可能な結合剤の蒸気圧は例えば２５℃で１０ｍｍＨｇ未満、より好ましくは２５℃で１ｍｍＨｇ未満であり得る。イオン化可能な非ポリマー結合剤は、繊維と水素結合又は「ハイブリッド」イオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基をもつ非ポリマー結合剤分子を含む。少なくとも１個の官能基が繊維と水素結合を形成することができる場合には、イオン化可能な非ポリマー結合剤分子は、上述のような粒子と「ハイブリッド」イオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の他の部分をもつ。イオン化可能な非ポリマー結合剤分子が繊維と「ハイブリッド」イオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基をもつ場合には、結合剤分子は上述のような粒子と配位共有、「ハイブリッド」イオン、又は水素結合を形成することが可能な少なくとも１個の部分も含む。換言するならば、本発明によると、イオン化可能な非ポリマー結合剤は、繊維又は粒子のいずれかと「ハイブリッド」イオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の部分を含む分子を含む。本発明によると、イオン化可能な非ポリマー結合剤は、カルボキシレート、所定の形態のアミノ酸、スルホネート、ホスフェート、ホスホネート及びホスフィネート、又はカルボキシル、スルホン酸、ホスホン酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸又はスルホンアミド官能基を含む有機ヒドロキシ酸の塩を含み得る。
ヒドロキシ酸はヒドロキシル基を含む酸であり、ヒドロキシ酢酸（ＣＨ2ＯＨＣＯＯＨ）、乳酸、酒石酸、アスコルビン酸、クエン酸、サリチル酸及びグルコン酸などである。本発明で有用なアミノ酸としては、サルコシン、グリシン、アラニン、バリン、セリン、プロリン、トレオニン、システイン、グルタミン酸、リシン、又はβ−アラニン等の任意のアミノ酸が挙げられる。好適アミノ酸としては、サルコシン、グリシン、β−アラニン、プロリン、及びトレオニンが挙げられる。前記特定アミノ酸に加え、少なくとも２個のアミノ基、少なくとも２個のカルボキシル基又は付加的水素結合基を含む他のアミノ酸も本発明で有用であると理解すべきである。スルホン酸は、スルホン酸基（Ｒ−ＳＯ3Ｈ）又はスルホネート（Ｒ−ＳＯ3−）を含む化合物である。リン酸はリン酸基（Ｒ−ＰＯ4Ｈ2）又はホスフェート（Ｒ−ＰＯ4Ｈ-）を含む化合物である。ホスホン酸はホスホン酸基（Ｒ−ＰＯ3Ｈ2）又はホスホネート（Ｒ−ＰＯ3Ｈ-）を含む化合物である。ホスフィン酸はホスフィン酸基（Ｒ−ＰＯ2ＨＲ’2）又はホスフィネート（Ｒ−ＰＯ2Ｒ’2−）を含む化合物である。
イオン化可能であるならば、アミノスルホン酸の塩も使用できる。本発明に適切なアミノスルホン酸結合剤の１例は、２−アミノエタンスルホン酸であるタウリンである。
ヒドロキシ酸の他のイオン化可能な非ポリマー塩も上記結合剤として適切であるが、結合剤は乳酸ナトリウム又は、乳酸、クエン酸、アスコルビン酸及びグルコン酸の他の塩から選択するのが好ましい。
本発明で有用な別の型の非ポリマー結合剤としては、繊維及び／又は粒子とイオン結合を形成することが可能な塩基の塩が挙げられる。本発明で有用な塩基の有機塩としては、水素、「ハイブリッド」イオン、配位共有又はイオン結合官能基と結合したカチオン塩が挙げられる。例えば、慣用溶液形態のアミノ酸は、カチオン塩（Ｒ−ＮＨ3+）と水素、「ハイブリッド」イオン、配位共有又はイオン結合カルボキシル基を提供する。有機塩基のこれらの塩は、繊維又は粒子とイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の官能基をもつ非ポリマー結合剤分子を含む。結合剤分子が繊維とイオン結合を形成することが可能な官能基を含む場合には、粒子との間に水素結合、配位共有、「ハイブリッド」イオン又はイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の部分も含む。有機塩基結合剤の塩が粒子とイオン結合を形成することが可能な官能基を含む場合には、繊維との間に水素、「ハイブリッド」イオン、又はイオン結合を形成することが可能な少なくとも１個の部分も含む。本発明で有用な有機塩基の塩としては、プロトン化第１、第２及び第３級アミン又は脱プロトン化第４級アンモニウム塩（例えばアルキルトリメチルアンモニウム化合物）が挙げられる。粒子を繊維に結合するのに本発明で有用な塩基の特定塩は塩化コリンである。アミン基がプロトン化されている場合には、アミノ酸も塩基の塩と同様に機能し得る。
Ｖ．ポリマー結合剤特性
本発明によると、水溶性であり得、上記ヒドロキシ酸のイオン化可能な塩又は塩基の塩であるポリマー形態の結合剤から選択されるポリマー結合剤によって粒子を繊維に結合することもでき、前記結合剤は、上述のようにイオン化されると粒子又は繊維とイオン又は「ハイブリッド」イオン結合を形成することが可能なイオン化部分を生じる。
本発明は特定分子量のイオン化可能なポリマーヒドロキシ酸塩結合剤に限定されるものではないが、有益な物性が得られ且つ利用し易いという理由から、＞４００ｇ／ｍｏｌの分子量をもつポリマー結合剤が好適である。高分子量固体は低分子量ポリマー結合剤に比較して低揮発性である。４０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量をもつイオン化可能なポリマー結合剤は揮発性が最小であり、繊維から蒸発しにくいので特に好適である。低分子量材料は一般に高分子量材料よりも移動度が高い。低分子量材料は繊維−粒子界面に移動し易く、粒子を繊維に結合するのに材料を利用しにくい場所である界面で繊維に容易に吸収される。高分子量材料は繊維に吸収されにくく、低分子量材料よりも低揮発性である。その結果、イオン化可能な高分子量ポリマーヒドロキシ酸塩結合剤は、粒子を繊維に結合するのに材料を利用し易い場所である粒子の表面に相当程度まで残留する。いくつかの特定の態様では、４０００〜８０００ｇ／ｍｏｌの分子量をもつポリマーを使用した。８０００を越える分子量をもつ結合剤も使用できるが、このように過度に高分子量のポリマーは処理しにくいため、結合効率が低下する恐れがある。
上記イオン化可能な非ポリマー及びポリマー結合剤と他の結合剤の組み合わせも使用できるが、このような組み合わせは非反応性でなければならず、即ちイオン化可能な結合剤が、本発明に従って繊維及び粒子と結合するために必要な水素、配位共有、「ハイブリッド」イオン又はイオン結合能を保持できないような方法で相互に反応しないことを条件とする。
ＶＩ．プロセス利点
本発明のイオン化可能なヒドロキシ酸塩結合剤及び塩基のイオン化可能な塩は、非イオン化可能な結合剤にまさるいくつかの利点を提供する。例えば、結合剤は水溶液中でイオン化するので、溶液形態で繊維に添加し易い。また、外部から加熱しなくても粒子を繊維に結合することができる。従って、所望に応じて室温で粒子結合を行うことができる。
関連出願の水素結合及び配位共有結合剤と同様に、本発明の結合剤は、液体溶剤等の液体（本明細書では活性化液ということもあり、その１例は水である）を加えることにより活性化できるという利点がある。従って、結合しようとする粒子の不在下で液体結合剤（固体もしくは液体結合剤、又は室温付近に融点もしくは軟化点をもつ結合剤の溶液を含む）をセルロースマットに添加することができ、例えば繊維製品が周囲空気中の湿度と平衡する含水率に達するまで結合剤を乾燥させることができる。その後、現場で結合剤を活性化させて粒子に結合することができる。結合剤（特に液体結合剤）のうちには、繊維全体に拡散して結合剤の平衡分配に達するものもある。あるいは、固体（例えば粒子又は粉末）として結合剤を添加してもよい。後期処理段階で、粒子結合が所望されるマットの部分に水又は別の活性化液を加える。その後、粒子をマットに添加し、既に湿潤しているマットの部分に付着させる。あるいは、結合剤の活性化よりも前又は同時に粒子をマットに添加してもよい。結合剤によっては、関連出願に記載されているように加熱又は撹拌等の他の手段により活性化することもできる。
水素結合又は配位共有結合のみに依存している関連出願の結合剤とは対照的に、本発明の「ハイブリッド」イオン及びイオン結合剤はより強力な結合剤−粒子又は結合剤−繊維結合を提供し、例えば粒子をより強く結合するか、又は少量の結合剤で同程度に結合することができるので、粒子含有繊維ウェブは繊維ウェブから粒子が離れにくいという点で優れた耐機械的取扱性をもつ。結合剤−粒子結合が強力になる結果、繊維ウェブからの粒子の損失が減少すると共に、少量の結合剤を使用して繊維ウェブの内部に粒子を満足に保持することが可能になる。
本発明の結合剤は典型的には室温で固体であるが、固体結合剤の液体ホットメルトとして添加できるように十分低い融点をもち得る。固体結合剤を過飽和溶液として繊維に添加してもよいし、その融点を上回る温度に固体結合剤を加熱して繊維に添加してもよいが、加熱によって分解したり繊維と反応する場合もある。凝固又は乾燥すると、結合剤は失活する。後で熱又は液体を加えて固定するのであれば、例えば結合剤粒子を繊維に散布するなどして固体結合剤を粒状形態で繊維に添加してもよい。
本発明の結合反応は触媒を必要とせずに広いｐＨ範囲にわたって生じ得る。触媒を用いない適切なｐＨ範囲は１〜１４であるが、好適範囲は３〜８又は６〜８であり、このような中性ｐＨ範囲では酸加水分解により損傷しにくい繊維製品（例えばセルロース製品）が得られる。
非水溶性粒子を使用する場合には、結合反応中の繊維の含水率は繊維、結合剤及び粒子の重量を基にして０．５〜５０％、適切には５〜４０％、又は好ましくは５〜２０％とすべきである。＞２０％、好ましくは＞３０％、又は２０〜５０％、又は３０〜５０％の範囲の含水率も使用できるが、このような高い含水率は嵩高な架橋繊維の製造において中間無水物形成を妨げ、共有結合の形成を妨げる。水溶性粒子を使用する場合には、結合反応中の繊維の含水率は０．５〜３０％、適切には５〜２５％、好ましくは１２〜２０％とすべきである。粒子は、製品の表面に止まらずに繊維製品全体に分配されるように繊維に添加することができる。粒子は、マット又はウェブ等の繊維製品の全厚にわたって分配することができる。
１種以上の結合剤は繊維材料の重量を基にして少なくとも０．５％で且つ８０％以下（重量％）の量で処理製品中に存在すると適切である。特に好適な態様では、結合剤は繊維材料の０．５〜８０、又はより好ましくは０．５〜４０又は０．５〜２５重量％の量で存在する。約０．５％未満では繊維に添加しても十分な結合に達するには結合剤の量が不十分である。過剰量の結合剤を使用しても結合プロセスの費用が不必要に増すだけである。結合剤は装置表面に移動するので、高濃度の結合剤は処理上の問題も生じかねない。従って、多くの場合には粒子と繊維を有効に結合するために必要とされる以上の結合剤を使用しないことが好ましい。
（繊維内架橋の有無を問わず）本発明の繊維製品は、外部から加圧することによって更に圧縮することができる。圧縮製品は小型で輸送し易い。粒子が高吸湿性粒子である場合には、得られる繊維製品は非圧縮製品よりも優れた性質をもつ。本発明者らは、本発明の結合剤が粒子の有無を問わずに容易に圧縮可能な製品をもたらすことを知見した。繊維、粒子及び結合剤の重量を基にして少なくとも５％、より好ましくは１０％のＳＡＰ粒子が繊維に付着しているとき、繊維は特に容易に圧縮される。
本発明によると、結合剤は粒子の添加前、添加後又は添加と同時のいずれに繊維に添加してもよい。同時添加は、粒子と結合剤の２つの分離流により実施することができ、２つの分離流を同時に繊維支持体に導くか、又は支持体に接触させる直前もしくは多少前に合流させる。本発明を制限するものではないが、粒子に少量の水分を加えることにより、高吸湿性粒子と恐らく他種の粒子を繊維に結合し易くできると思われる。例えば、粒子を結合剤含有繊維に送達しながら６８°Ｆで湿度４５％の空気に暴露すると、粒子結合が強化されることが判明した。
結合は、「ハイブリッド」イオン又はイオン結合の形成を助長する条件下、例えば存在する水のｐＨ、ｐＫａ及び量が対イオンの解離を可能にし、繊維、結合剤及び粒子を緊密に接触させ、必要な水素、配位共有、イオン又は「ハイブリッド」イオン結合が形成されるような条件下で実施することができる。
以下、実施例により本発明のいくつかの態様を説明するが、以下の実施例は上記説明及び後記請求の範囲に記載する本発明を制限するものではない。
実施例
実施例１：「ハイブリッド」イオン結合剤と対照及び水素／配位共有結合剤の比較
ＮＢ４１６（Ｔａｃｏｍａ，ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎのＷｅｙｅｒｈａｅｕｓｅｒの市販品）等の木材パルプ繊維製オーブン乾燥パルプシートの試料６個を選択した。試料の各々を表１に示す液体の溶液で処理し、対照シートのみは液体を加えず、各処理シートは不揮発性添加剤９重量％とパルプ繊維９１重量％を含むようにした。
高吸湿性ポリマー粒子（ＳＡＰ）が液体処理繊維にどのように有効に結合するかを試験するために、各パルプシートを次のように処理した。液体処理後、パルプシートを一晩乾燥させた。次に、各処理パルプシートの一部を選択し、１平方インチ孔スクリーンを取り付けたＦｉｔｚハンマーミルに供給し、同時に４０％ＳＡＰを含有する毛羽材料を生成するのに十分な高吸湿性ポリマー粒子（Ｐｏｒｔｓｍｏｕｔｈ，ＶｉｒｇｉｎｉａのＨｏｅｃｈｓｔ  Ｃｅｌａｎｅｓｅ製品ＩＭ３９００）も添加した。繊維化シートと粒子の混合物である生成材料を空気堆積機に送り、空気堆積してウェブとした。こうして、１個は繊維化対照シートと粒子から構成され、他の５個は繊維化液体処理パルプシートと高吸湿性粒子から構成される６個の空気堆積ウェブを作成した。
次にウェブの各々の切片を篩カラムで撹拌し、未結合高吸湿性ポリマー粒子を分離した。各シートの粒子損失を記録し、初期添加高吸湿性粒子の百分率として表１に示す。
各シート１ｇ試料を脱イオン水１５０ｍｌに含浸させた後、校正ｐＨメーターで溶液のｐＨを試験することにより、シートのｐＨを測定した。
0003704155.tif 000003
表１から明らかなように、高吸湿性ポリマー粒子の損失は未処理対照シートが最大であった。ソルビトール／グリセリンの７０／３０溶液はさほど有効な結合剤ではなく、未処理シートを約７％上回る粒子しか保持できなかった。乳酸（ヒドロキシ酸）を処理液に加えると、ＳＡＰ損失は約１％まで激減したが、シートのｐＨは３．２まで低下し、用途によっては許容できないほど低い値であった。乳酸の添加量を１５ｇまで減らすと、ＳＡＰ損失は４倍に増加し、ｐＨはほんの僅かだけ増加した。
ソルビトール／グリセリンと乳酸を含有する液体混合物に有機ヒドロキシ酸の塩である乳酸ナトリウム約２５ｇを添加すると、ＳＡＰ損失は約５．７％でｐＨ＞４．０のシートが得られた。更に、乳酸ナトリウムを３３ｇまで増加し、乳酸を約４ｇまで減らすと、シートのｐＨは所望の中性ｐＨを優に上回る約１１まで増加した。しかし、この高いｐＨと低い乳酸濃度では、ＳＡＰ損失は約３８％まで増加した。
実施例２：アミノ酸結合剤
本実施例は、種々のＳＡＰ結合能をもつパルプを製造するために、所定のアミノ酸であるサルコシンとグルコン酸をどのように利用できるかを示す。
適当な官能基をもつ表２に示す種々の酸の試料を得、１５０ｇ部を計量した。脱イオン水１７５ｇを加えて溶解させた。溶液が得られるまで表２に示すような固体ＮａＯＨ又はＨＣｌの３７％溶液を加えることにより、溶液のｐＨを変えた。次に、酸溶液の各々に５００ｇの７０％ソルビトール溶液（Ｄｅｃａｔｕｒ，ＩｌｌｉｎｏｉｓのＡｒｔｈｕｒ  Ｄａｎｉｅｌｓ  Ｍｉｄｌａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙの市販品と、Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭｉｃｈｉｇａｎのＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの市販品である９６％グリセリン溶液１５５ｇ）を加えた。酸／ソルビトール／グリセリン溶液の１ｍｌアリコートを脱イオン水９ｍｌに溶解し、校正ポケットｐＨメーターで溶液のｐＨを検査することにより、溶液のｐＨを測定した。ＮＢ４１６パルプシート（Ｔａｃｏｍａ，ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎのＷｅｙｅｒｈａｅｕｓｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙの市販品）の試料を混合物で処理し、オーブン乾燥パルプ９１％と不揮発性添加剤９％を含むシートを生成した。パルプシートを一晩乾燥した。１平方インチ孔スクリーンを取り付けたＦｉｔｚハンマーミルに処理パルプシート片を供給し、同時に４０％ＳＡＰを含有する毛羽材料を生成するのに十分な量の高吸湿性粉末（Ｐｏｒｔｓｍｏｕｔｈ，ＶｉｒｇｉｎｉａのＨｏｅｓｃｈｓｔ  Ｃｅｌａｎｅｓｅの市販品ＩＭ３９００）もミルに添加した。次に、得られた材料を空気堆積機（Ｈｏｒｓｔｅｎｓ，ＤｅｎｍａｒｋのＭ＆Ｊ  ＣｏｍｐａｎｙのＭ＆Ｊ空気堆積機）に導き、空気堆積してウェブとした。このウェブの切片を各々篩カラムで撹拌し、未結合ＳＡＰを分離した。各配合物のＳＡＰ損失を下表２に示す。
0003704155.tif 000004
本実施例は、試験した酸のうちにはｐＨ＞４．０を維持しながらパルプ繊維にＳＡＰを有効に結合するものがあることを明示している。グルタミン酸は酸中和及び塩基中和の両形態で使用した。
実施例３：未処理繊維と比較した処理繊維の圧縮性の評価
ＮＢ４１６（Ｔａｃｏｍａ，ＷａｃｈｉｎｇｔｏｎのＷｅｙｅｒｈａｅｕｓｅｒの市販品）等の木材パルプ繊維製オーブン乾燥パルプシート試料５個を選択した。試料の各々を表１に示す液体の溶液で処理し、対照シートは液体を加えず、各処理シートは不揮発性添加剤９重量％とパルプ繊維９１重量％を含むようにした。
繊維の空気堆積ウェブの圧縮がどのように有効に行われるかを試験するために、各パルプシートを次のように処理した。液体処理後、パルプシートを一晩風乾した。次に、各処理パルプシートの一部を選択してＫａｍａｓハンマーミルに供給した。得られた材料を実験室パッド形成機で空気堆積して６インチ円形パッドとした。次に、パッドにプレスで種々の圧力を加えた後、その厚さを測定し、密度を計算した。結果を表３に示す。
0003704155.tif 000005
表３から明らかなように、非処理対照シートは他のシートよりも低圧縮性であった。乳酸／乳酸ナトリウムをソルビトール／グリセリン配合物に加えても、これらの配合物で処理した繊維の圧縮性に有意な影響はなかった。ソルビトールの代わりに塩化コリンを使用すると、処理繊維の圧縮性は有意に改善された。
実施例４：有機塩基結合剤の塩と対照及び水素結合／配位共有結合剤との比較
ＮＢ４１６（Ｔａｃｏｍａ，ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎのＷｅｙｅｒｈａｅｕｓｅｒの市販品）等の木材パルプ繊維製オーブン乾燥パルプシート試料５個を選択した。試料の各々を表１に示す液体の溶液で処理し、対照シートは液体を加えず、各処理シートは不揮発性添加剤９重量％とパルプ繊維９１重量％を含むようにした。
高吸湿性ポリマー粒子（ＳＡＰ）が液体処理繊維にどのように有効に結合するかを試験するために、各パルプシートを次のように処理した。液体処理後、パルプシートを一晩風乾した。次に、各処理パルプシートの一部を選択し、１平方インチ孔スクリーンを取り付けたＦｉｔｚハンマーミルに供給し、同時に４０％ＳＡＰを含有する毛羽材料を生成するのに十分な量の高吸湿性ポリマー粉末（Ｐｏｒｔｓｍｏｕｔｈ，ＶｉｒｇｉｎｉａのＨｏｅｓｃｈｓｔ  Ｃｅｌａｎｅｓｅの市販品ＩＭ３９００）をミルに添加した。繊維化シートと粒子の混合物である生成材料を空気堆積機に導き、空気堆積してウェブとした。こうして、１個は繊維化対照シートと粒子から構成され、他の５個は繊維化液体処理パルプシートと高吸湿性粒子から構成される６個の空気堆積ウェブを作成した。
次に、ウェブの各々の切片を篩カラムで撹拌し、未結合高吸湿性ポリマー粒子を分離した。各シートの粒子損失を記録し、初期添加高吸湿性粒子の百分率として表４に示す。
0003704155.tif 000006
表４から明らかなように、高吸湿性ポリマー粒子の損失は未処理対照シートが最大であった。ソルビトールベース配合物でグリセリンの代わりにプロピレングリコールを使用すると、ＳＡＰ結合は悪化した。他方、ソルビトールの代わりに塩化コリンを使用すると結合は著しく改善され、更に、プロピレングリコールを添加しなくても改善が得られた。
以上、本発明の好適態様について説明したが、以上の説明及び下記請求の範囲に記載するような本発明の精神及び範囲内で種々の変更が可能であることは当業者に自明である。
【図１】
0003704155.tif 000007
【図２】
0003704155.tif 000008
【図３】
0003704155.tif 000009
【図４】
0003704155.tif 000010