(57)【要約】ポリマー、その用途、並びに、好適な溶媒中のポリアミドの溶液を含む紡糸可能なポリアミドポリマー組成物を与えること（ここでポリアミドは、３０〜３００の相対粘度；１ｇｍ／ｍ２より大きい目付；を有する）；ポリアミドポリマー組成物を、１ミクロン（１０００ナノメートル）未満の平均繊維径を有する複数のナノファイバーに溶液紡糸すること；及びナノファイバーを、結果として１ミクロン（１０００ナノメートル）未満の平均ナノファイバー径を有する不織布製品に成形すること；を含む、ナノファイバー不織布製品の製造方法を開示する。好ましくは、不織布製品は、（ｉ）回転紡糸口金を用いる遠心紡糸；又は（ｉｉ）液体形態のポリアミドポリマー組成物を、加圧ガスを用いて繊維形成チャネルを通して押出すことを含む２相噴射剤ガス紡糸；から選択されるプロセスによって溶液紡糸される。好適な溶媒としては、ギ酸、硫酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）、及びｍ−クレゾールを含むフェノール類が挙げられる。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０００ナノメートル未満の平均径を有するナノファイバーに紡糸された３０〜３００の相対粘度を有するポリアミドを含み、１ｇｍ／ｍ２より大きい目付を有する不織布製品に成形されているナノファイバー不織布製品。
【請求項２】
前記ポリアミドがナイロン６，６である、請求項１に記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項３】
前記ポリアミドが、ナイロン６，６とナイロン６のコポリマー、又はブレンド、或いはアロイである、請求項１に記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項４】
前記ポリアミドが高温ナイロン（ＨＴＮ）である、請求項１に記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項５】
前記ポリアミドが、Ｎ６、Ｎ６Ｔ／６６、Ｎ６１２、Ｎ６／６６、Ｎ１１、Ｎ１２など（ここで、「Ｎ」はナイロンを意味する）のような長鎖脂肪族ナイロンである、請求項１〜４のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項６】
前記ナノファイバー不織布製品が、１０ＣＦＭ／ｆｔ２未満の５ＧＳＭ規格化通気度値を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項７】
前記ナノファイバー不織布製品が３〜８ＣＦＭ／ｆｔ２の５ＧＳＭ規格化通気度値を有する、請求項１〜６のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項８】
前記ナノファイバー不織布製品が３〜７ＣＦＭ／ｆｔ２の５ＧＳＭ規格化通気度値を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項９】
前記ナノファイバー不織布製品が３．４〜７．２ＣＦＭ／ｆｔ２の５ＧＳＭ規格化通気度値を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１０】
前記ポリアミドが３５〜２５５の相対粘度を有する、請求項１〜９のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１１】
前記ポリアミドが３５〜５５の相対粘度を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１２】
前記ポリアミドが３５〜５０の相対粘度を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１３】
前記ポリアミドが４０〜５２．５の相対粘度を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１４】
前記ナノファイバーが１００〜５００ナノメートルの平均径を有する、請求項１〜１３のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１５】
前記ナノファイバーが２００〜４００ナノメートルの平均径を有する、請求項１〜１４のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１６】
前記ナノファイバーが２５０〜３２５ナノメートルの平均径を有する、請求項１〜１５のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１７】
前記不織布製品が３０ＧＳＭ以下の目付を有する、請求項１〜１６のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１８】
前記不織布製品が１〜３０ＧＳＭの目付を有する、請求項１〜１７のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項１９】
前記不織布製品が３〜３０ＧＳＭの目付を有する、請求項１〜１８のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２０】
前記不織布製品が３〜１５ＧＳＭの目付を有する、請求項１〜１９のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２１】
前記不織布製品が４〜１０ＧＳＭの目付を有する、請求項１〜２０のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２２】
前記不織布製品が示されている成分から実質的に構成される、請求項１〜２１のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２３】
フィルター媒体中に組み込まれている、請求項１〜２２のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２４】
通気性布帛中に組み込まれている、請求項１〜２３のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２５】
衣服中に組み込まれている、請求項１〜２３のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２６】
履物中に組み込まれている、請求項１〜２３のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２７】
消音層として用いられる、請求項１〜２３のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２８】
医療用包帯又は医療用インプラント中に組み込まれている、請求項１〜２３のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品。
【請求項２９】
ナノファイバー不織布製品の製造方法であって、
（ａ）好適な溶媒中のポリアミドの溶液を含む紡糸可能なポリアミドポリマー組成物を与えること、ここで前記ポリアミドは３０〜３００の相対粘度を有する；
（ｂ）前記ポリアミドポリマー組成物を１ミクロン（１０００ナノメートル）未満の平均繊維径を有する複数のナノファイバーに溶液紡糸すること；及び
（ｃ）前記ナノファイバーを、結果として１０００ナノメートル未満の平均ナノファイバー径を有し、そして
（ｄ）１ｇｍ／ｍ２より大きい目付を有する前記不織布製品に成形すること；
を含む上記方法。
【請求項３０】
ポリアミドを溶液紡糸することが、（ｉ）回転紡糸口金を用いる遠心紡糸；又は（ｉｉ）液体形態のポリアミドポリマー組成物を、加圧ガスを用いて繊維形成チャネルを通して押出すことを含む２相噴射剤ガス紡糸；から選択される、請求項２９に記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３１】
前記溶媒が、ギ酸、硫酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）、及びｍ−クレゾールを含むフェノール類から選択される溶媒を含む、請求項２９又は３０に記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３２】
前記溶媒がギ酸を含む、請求項３１に記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３３】
前記ナノファイバーを移動ベルト上で集積することによって前記不織布を形成する、請求項２９に記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３４】
回転紡糸口金を用いる遠心紡糸によって前記ポリアミドポリマー組成物をナノファイバーに紡糸する、請求項２９〜３３に記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３５】
前記紡糸口金を２，５００〜１５，０００ＲＰＭの回転速度で回転させる、請求項３４に記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３６】
前記紡糸口金を５，０００〜１０，０００ＲＰＭの回転速度で回転させる、請求項３５に記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３７】
前記ポリアミド組成物がナイロン６，６を含む、請求項２９〜３６のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３８】
前記ポリアミド組成物が、ナイロン６，６とナイロン６のブレンド、又はコポリマー、或いはアロイを含む、請求項２９〜３７のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項３９】
前記ポリアミドがＨＴＮを含む、請求項２９〜３８のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４０】
前記ポリアミドが、Ｎ６、Ｎ６Ｔ／６６、Ｎ６１２、Ｎ６／６６、Ｎ１１、Ｎ１２など（ここで、「Ｎ」はナイロンを意味する）のような長鎖脂肪族ナイロンを含む、請求項２９〜３８のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４１】
前記ポリアミドが３５〜２５５の相対粘度を有する、請求項２９〜４０のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４２】
前記ポリアミドが３５〜５５の相対粘度を有する、請求項２９〜４０のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４３】
前記ポリアミドが４０〜５２．５の相対粘度を有する、請求項２９〜４２のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４４】
前記ナノファイバーが１００〜５００ナノメートルの径を有する、請求項２９〜４３のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４５】
前記ナノファイバーが２００〜４００ナノメートルの径を有する、請求項３１〜４４のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４６】
前記ナノファイバーが２００〜３２５ナノメートルの径を有する、請求項２９〜４５のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４７】
前記不織布製品が３０ＧＳＭ以下の目付を有する、請求項２９〜４６のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４８】
前記不織布製品が１〜３０ＧＳＭの目付を有する、請求項２９〜４７のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項４９】
前記不織布製品が３〜３０ＧＳＭの目付を有する、請求項２９〜４８のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項５０】
前記不織布製品が３〜１５ＧＳＭの目付を有する、請求項２９〜４９のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【請求項５１】
前記不織布製品が４〜１０ＧＳＭの目付を有する、請求項２９〜５０のいずれかに記載のナノファイバー不織布製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本国際出願は、「溶液紡糸ポリアミドナノファイバー不織布」と題された２０１６年６月１０日出願の米国仮出願６２／３４８，４６２、及び「ポリアミドナノファイバー不織布」と題された２０１６年６月１０日出願の米国仮出願６２／３４８，５２４（ここにこれらの優先権を両方とも主張し、その開示事項は参照として本明細書中に包含する）に基づく。
【０００２】
本発明は、空気濾過、衣服及び包装用の通気性布帛、並びに他の用途のために有用なポリアミドナノファイバー不織布に関する。
【背景技術】
【０００３】
ナノファイバー及びマイクロファイバー不織布などのポリマー膜は当該技術において公知であり、濾過媒体及び衣服などに関連して種々の目的のために用いられている。微多孔質ポリマー構造体を形成するための公知の技術としては、キセロゲル及びエアロゲル膜形成、電界紡糸、メルトブロー、並びに回転紡糸口金を用いる遠心紡糸、及び噴射剤ガスを用いる細いチャネルを通す２相ポリマー押出が挙げられる。
【０００４】
「使い捨て／再使用可能のレスピレーターマスク用のナノファイバー濾過材」と題されたLustenbergerの米国特許出願公開ＵＳ２０１４／００９７５５８Ａ１は、概して、例えば人間の顔の形状であってよい凸形金型上にナノファイバーを形成する電界紡糸プロセスを含む、個人用保護具のマスク又レスピレーターマスクのような濾過媒体を製造する方法に関する。また、これも「使い捨て／再使用可能のレスピレーターマスク用のナノファイバー濾過材」と題されたLustenbergerの米国特許出願公開ＵＳ２０１５／０１４５１７５Ａ１も参照。
【０００５】
Emergent Sensor TechnologiesのＷＯ２０１４／０７４８１８Ａ２においては、液体から目的の化合物又は成分を選択的に濾過するために用いられるナノファイバーメッシュ及びキセロゲルが開示されている。また、ナノファイバーメッシュ及びキセロゲルを形成する方法、ナノファイバー状メッシュ及びキセロゲルを用いて液体を処理する方法、並びにナノファイバー状メッシュ及びキセロゲルを用いて目的の化合物又は成分を分析する方法も記載されている。
【０００６】
North Face Apparel Corp.のＷＯ２０１５／００３１７０Ａ２は、例えば所定の程度の通気性を伴う防水性又は通気性を伴う防風性を有する物品において用いるための、超微細繊維、即ちナノスケール又はミクロンスケール範囲の径を有する繊維のウエブから構成される不織布に関する。
【０００７】
これもNorth Face Apparel Corp.のＷＯ２０１５／１５３４７７Ａ１は、所定の長さの繊維を含む第１の繊維構造体；第１の繊維の長さに沿って離隔している複数の比較的短いループを含む第２の繊維構造体；を含む、断熱材又はクッション用の充填材料として用いるのに好適な繊維構造体に関する。繊維構造体を形成するための列挙される技術の中には、電界紡糸、メルトブロー、溶融紡糸、及び遠心紡糸が含まれる。１８頁８〜１２行を参照。この製品は、５５０〜９００の範囲のフィルパワーを有するグースダウンに似ていると報告されている；４０頁９〜１３行。
【０００８】
Donaldson Company Inc.のＵＳ７００８４６５は、洗浄可能な高性能フィルター媒体構造体及び使用用途に関する。約３×１０−７〜６×１０−５ｇｍ／ｃｍ２の目付(basis weight)を有するポリマー材料を含むナノファイバー層を有するフィルター構造体及びシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開ＵＳ２０１４／００９７５５８Ａ１
【特許文献２】米国特許出願公開ＵＳ２０１５／０１４５１７５Ａ１
【特許文献３】ＷＯ２０１４／０７４８１８Ａ２
【特許文献４】ＷＯ２０１５／００３１７０Ａ２
【特許文献５】ＷＯ２０１５／１５３４７７Ａ１
【特許文献６】ＵＳ７００８４６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
提案されている種々の技術及び材料にかかわらず、従来の製品は製造コスト、加工性、及び製品特性の観点で不十分な点が多い。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ここで、好適な溶媒中のポリアミドの溶液を含む紡糸可能なポリアミドポリマー組成物を与えること（ここでポリアミドは、３０〜３００の相対粘度を有する）；前記ポリアミドポリマー組成物を、１０００ナノメートル未満の平均繊維径を有する複数のナノファイバーに溶液紡糸すること；及び前記ナノファイバーを、結果として１０００ナノメートル未満の平均ナノファイバー径を有する不織布製品に成形すること；を含む、ナノファイバー不織布製品の製造方法を開示する。好ましくは、不織布製品は、（ｉ）回転紡糸口金を用いる遠心紡糸；又は（ｉｉ）液体形態のポリアミドポリマー組成物を、加圧ガスを用いて繊維形成チャネルを通して押出すことを含む２相噴射剤ガス紡糸；から選択されるプロセスによって溶液紡糸される。好適な溶媒としては、ギ酸、硫酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）、及びｍ−クレゾールを含むフェノール類が挙げられる。
【００１２】
特に好ましいポリアミドとしては、
【００１３】
【化１】
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【００１４】
並びに、ナイロン６，６と
【００１５】
【化２】
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【００１６】
のコポリマー、ブレンド、及びアロイが挙げられる。
他の態様としては、ナイロン６，６又はナイロン６、或いはＮ６Ｔ／６６、Ｎ６１２、Ｎ６／６６、Ｎ１１、及びＮ１２（ここで、「Ｎ」はナイロンを意味する）など（しかしながらこれらに限定されない）の上述の繰り返し単位を有するコポリマーを含むか、又はこれらから製造されるナイロン誘導体、コポリマー、ブレンド、及びアロイが挙げられる。ここで、「Ｎ」は付番を用いるか又は用いないで互換的に用いられる。当業者であればナイロンの意味を認識するであろう。他の好ましい態様としては、高温ナイロン、及びそれを含むブレンド、誘導体、又はコポリマーが挙げられる。更に、他の好ましい態様としては、長鎖二酸を用いて製造される長鎖脂肪族ポリアミド、並びにそれを含むブレンド、誘導体、又はコポリマーが挙げられる。
【００１７】
ポリアミドについての相対粘度に関する好ましい範囲としては、３５〜３００、４０〜２５５、３５〜１００、３５〜５５、及び４０〜５２．５が挙げられる。好ましい目付としては、１ｇｍ／ｍ２より大きい値が挙げられる。
【００１８】
本発明は、本発明のナノファイバー不織布を示す図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂを参照することによって認識される。図１Ａは実施例３及び４のナノファイバー不織布を低倍率で示し、一方、図１Ｂは同じ製品をより高い倍率で示す。図１Ａ、１Ｂの製品は、５１の相対粘度を有するナイロンポリアミドを用いて製造したものであり、２８８ナノメートルの平均ナノファイバー径を有する。図２Ａ及び２Ｂは、４２の相対粘度を有する材料を用いて製造された実施例１及び２の製品の同様の顕微鏡写真であり、３０２ナノメートルの平均繊維径を有する。
【００１９】
この製品は驚くべき濾過効率を示す。比較的密なマクロ構造にもかかわらず、この製品の通気度値は、製品が通気性であることを維持している点で特に驚くべきものである。而して、本発明の製品は、下記においてより詳細に記載するように、これらの特性が重要な役割を果たす濾過、衣服、及び包装における用途のために比類なく適している。
【００２０】
下記において図面を参照して本発明を詳細に記載する。図面において、同様の番号は同様の部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１Ａは、５１の相対粘度のナイロン６，６を用いて製造したナノファイバー不織布製品の５７０倍の倍率の顕微鏡写真である。図１Ｂは、図１Ａの製品の２０，５００倍の倍率の顕微鏡写真である。
【図２】図２Ａは、４２の相対粘度のナイロン６，６を用いて製造したナノファイバー不織布製品の５６０倍の倍率の顕微鏡写真である。図２Ｂは、図２Ａの製品の２２，０００倍の倍率の顕微鏡写真である。
【図３】図３は、遠心紡糸装置及び繊維分配システムの概略斜視図である。
【図４】図４は、図３の装置の一部の概略図である。
【図５】図５は、本発明に関して有用な２相噴射剤ガス紡糸システムの概要図である。
【図６】図６は実施例１の結果を詳述するものであり、特に、図６Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図６Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図６Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図６Ｄは通気度のプロットである。
【図７】図７は実施例２の結果を詳述するものであり、特に、図７Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図７Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図７Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図７Ｄは通気度のプロットである。
【図８】図８は実施例３の結果を詳述するものであり、特に、図８Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図８Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図８Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図８Ｄは通気度のプロットである。
【図９】図９は実施例４の結果を詳述するものであり、特に、図９Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図９Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図９Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図９Ｄは通気度のプロットである。
【図１０】図１０は比較例Ａの結果を詳述するものであり、特に、図１０Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図１０Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図１０Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図１０Ｄは通気度のプロットである。
【図１１】図１１は比較例Ｂの結果を詳述するものであり、特に、図１１Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図１１Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図１１Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図１１Ｄは通気度のプロットである。
【図１２】図１２は比較例Ｃの結果を詳述するものであり、特に、図１２Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図１２Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図１２Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図１２Ｄは通気度のプロットである。
【図１３】図１３は比較例Ｄの結果を詳述するものであり、特に、図１３Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図１３Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図１３Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図１３Ｄは通気度のプロットである。
【図１４】図１４は比較例Ｅの結果を詳述するものであり、特に、図１４Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図１４Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図１４Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図１４Ｄは通気度のプロットである。
【図１５】図１５は比較例Ｆの結果を詳述するものであり、特に、図１５Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図１５Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図１５Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図１５Ｄは通気度のプロットである。
【図１６】図１６は比較例Ｇの結果を詳述するものであり、特に、図１６Ａは繊維径vsカウント数のプロットであり；図１６Ｂは濾過効率を示すヒストグラムであり；図１６Ｃは濾過効率試験に関して見られた圧力損失を示すヒストグラムであり；図１６Ｄは通気度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
下記において、例示のみの目的の図面に関連して本発明を詳細に記載する。本発明は添付の特許請求の範囲において規定する。本明細書において用いる専門用語は、下記に示す定義に合致するその通常の意味で与えられ；ＧＳＭは目付（グラム／平方メートル）を指し、ＲＶは相対粘度を指す、などである。
【００２３】
パーセント、１００万分の一部（ｐｐｍ）などは、他に示していない限りにおいて組成物の重量を基準とする重量パーセント又は重量部を指す。
代表的な定義及び試験方法は、ＵＳ−２０１５／０１０７４５７及びＵＳ−２０１５／０１１１０１９において更に示されている。例えば「ナノファイバー不織布製品」という用語は、繊維の配列状態において繰り返し構造全体を肉眼によって識別できない多数の実質的にランダムに配向された繊維のウエブを指す。繊維は互いに対して結合させることができ、或いは未結合状態でウエブに強度及び一体性を与えるために絡合することができる。繊維はステープル繊維又は連続繊維であってよく、単一の材料、或いは異なる繊維の組合せとしてか又はそれぞれが異なる材料を含む同様の繊維の組み合わせとして多数の材料を含んでいてよい。ナノファイバー不織布製品は、主としてナノファイバーで構成される。「主として」とは、ウエブ中の繊維の５０％より多い量がナノファイバーであることを意味する。「ナノファイバー」という用語は、１０００ｎｍ未満の数平均径を有する繊維を指す。非円形断面のナノファイバーの場合には、本明細書において用いる「径」という用語は最も大きな断面寸法を指す。
【００２４】
目付は、ＡＳＴＭ−Ｄ３７７６によって求めて、ｇ／ｍ２で報告することができる。
「実質的に構成される」などの用語は、示されている成分を指し、組成物又は物品の基本的な特性及び新規な特性を実質的に変化させる他の成分を排除するものである。他に示されていないか又は容易に明らかでない限りにおいては、組成物又は物品は、組成物又は物品が９０重量％以上の示されているか又はリストされている成分を含む場合に、示されているか又はリストされている成分から実質的に構成される。即ち、この用語は、１０％より多い示されていない成分を排除するものである。
【００２５】
他に示されていない限りにおいて、平均繊維径及び濾過効率を求めるための試験方法は、他に特定されていない限りにおいてHassanらのJ. Membrane Sci., 427, 336-344, 2013に示されている通りである。
【００２６】
通気度は、Precision Instrument Company, Hagertown, MDから入手できる通気度試験機を用いて測定される。通気度は、２３±１℃において規定の圧力ヘッド下で材料のシートを通過する空気の流量として規定される。これは通常は、０．５０インチ（１２．７ｍｍ）の水圧における１分あたり１平方フィートあたりの立方フィートとして、１秒あたり１ｃｍ２あたりのｃｍ３で、或いはシートの単位面積あたりの与えられた体積に関する経過時間の単位として表される。上記に示した装置は、１分あたり、試験面積１平方フィートあたり０〜約５０００立方フィートの通気度を測定することができる。通気度を比較する目的のためには、５ＧＳＭの目付に規格化された通気度値を表すことが好都合である。これは、（通常は０．５インチ−Ｈ２Ｏにおいて）試料の通気度値及び目付を測定し、次に実際の通気度値に、実際の目付（ＧＳＭ）の５に対する比を乗じることによって行われる。例えば、１５ＧＳＭの目付の試料が１０ＣＦＭ／ｆｔ２の値を有する場合には、その規格化５ＧＳＭ通気度値は３０ＣＦＭ／ｆｔ２である。
【００２７】
本明細書において用いるポリアミド組成物などの専門用語は、コポリマー、ポリマーブレンド、アロイ、及び誘導体を包含するポリアミドを含む組成物を指す。好適なアロイとしては、例えば、重量基準で２０％のナイロン６、６０％のナイロン６，６、及び２０％のポリエステルを挙げることができる。アロイを用いる場合においては、結果を最適にするために注意深く選択された溶媒又は複数の溶媒のブレンドを用いることが必要な可能性がある。ポリアミド組成物がポリアミドから実質的に構成される場合には、好ましい溶媒としては、ギ酸、硫酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）、及びｍ−クレゾールを含むフェノール類から選択される溶媒が挙げられる。
【００２８】
代表的なポリアミド及びポリアミド組成物は、Kirl-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol.18, pp.328-371 (Wiley 1982)（その開示事項は参照として本明細書中に包含する）に記載されている。
【００２９】
簡単に言うと、ポリアミドは、主ポリマー鎖の必須部分として繰り返しアミド基を含む生成物である。線状ポリアミドが特に興味深く、これは当該技術において周知なように二官能性モノマーの縮合によって形成することができる。ポリアミドはしばしばナイロンと呼ばれる。これらは一般に縮合ポリマーとみなされるが、ポリアミドはまた付加重合によっても形成される。この製造方法は、モノマーが環状ラクタムである幾つかのポリマー（例えばナイロン６）のために特に重要である。特定のポリマー及びコポリマー並びにそれらの製造は、次の特許：「高粘度ポリヘキサメチレンアジパミドの製造方法」と題されたHaeringらの米国特許４，７６０，１２９；「ポリアミドの製造方法、かかる方法によって製造されるポリアミド、及びポリアミドフィルム又はシート」と題されたTokiらの米国特許５，５０４，１８５；「ポリアミド及び他の縮合ポリマーの分子量を増加させる方法」と題されたAnolickらの米国特許５，５４３，４９５；「線状超高分子量ポリアミド及びその製造方法」と題されたDujariらの米国特許５，６９８，６５８；「モノメチルアジペート及びヘキサメチレンジアミンからポリ（ヘキサメチレンアジパミド）を製造する方法」と題されたMarksらの米国特許６，０１１，１３４；「ポリアミドの標準的な連続製造のための方法及び装置」と題されたWiltzerらの米国特許６，１３６，９４７；「連続ポリアミド化方法」と題されたBushらの米国特許６，１６９，１６２；Zahrの「ポリアミド連鎖延長方法及び関連するポリアミド生成物」；「ポリアミドの製造方法」と題されたTanakaらの米国特許７，１３８，４８２；「ポリアミドの連続製造方法」と題されたTsujiiらの米国特許７，３８１，７８８；及び「ポリアミドの連続製造」と題されたThierryらの米国特許８，７５９，４７５；において見られる。
【００３０】
幾つかの用途のために特に好ましいポリアミドのクラスとしては、Glasscockら, High Performance Polyamides Fulfill Demanding Requirements for Automotive Thermal Management Components, (DuPont), （http://www2.dupont.com/Automotive/en_US/assets/downloads/knowledge%20center/HTN-whitepaper-R8.pdf（2016年6月10日付でオンライン入手できる））に記載されている高温ナイロン（ＨＮＴ）が挙げられる。かかるポリマーは通常は、下記において見られ、代表例として示される１以上の構造を含む。
【００３１】
【化３】
2019518148.tif 000005
【００３２】
ポリアミドの相対粘度（ＲＶ）とは、２５℃において毛細管粘度計で測定される溶液又は溶媒の粘度の比を指す（ＡＳＴＭ−Ｄ７８９）。本目的のためには、溶媒は、１０重量％の水及び９０重量％のギ酸を含むギ酸である。この溶液は、溶媒中に８．４重量％のポリマーが溶解している。
【００３３】
相対粘度（ηｒ）は、ポリマー溶液の絶対粘度のギ酸のものに対する比である。
ηｒ＝（ηｐ／ηｆ）＝（ｆｒ×ｄｐ×ｔｐ）／ηｆ
ここで、
ｄｐ＝２５℃におけるギ酸−ポリマー溶液の密度；
ｔｐ＝ギ酸−ポリマー溶液に関する平均流出時間，秒；
ηｆ＝ギ酸の絶対粘度，ｋＰａ×秒（Ｅ＋６ｃｐ）；
ｆｒ＝粘度計管ファクター，ｍｍ２／秒（ｃＳｔ）／秒＝ηｒ／ｔ３
である。
【００３４】
５０ＲＶの試料に関する代表的な計算は次の通りである。
ηｒ＝（ｆｒ×ｄｐ×ｔｐ）／ηｆ
ここで、
ｆｒ＝粘度計管ファクター，通常は０．４８５６７５ｃＳｔ／秒；
ｄｐ＝ポリマー−ギ酸溶液の密度，通常は１．１９００ｇ／ｍＬ；
ｔｐ＝ポリマー−ギ酸溶液に関する平均流出時間，通常は１３５．００秒；
ηｆ＝ギ酸の絶対粘度，通常は１．５６ｃＰであり、
ηｒ＝（０．４８５６７５ｃＳｔ／秒×１．１９００ｇ／ｍＬ×１３５．００秒）／１．５６ｃＰ＝５０．０のＲＶが与えられる。
【００３５】
項目ｔ３は、ＡＳＴＭ−Ｄ７８９において求められているギ酸の絶対粘度の測定において用いられるＳ−３キャリブレーションオイルの流出時間である。
遠心紡糸とは、ＷＯ−２０１５／１５３４７７（North Face Apparel Corp.）において言及されている、回転紡糸口金を通して紡糸することによってポリマー繊維を製造する方法に関する。遠心紡糸は、本発明のナノファイバー不織布を製造する１つの好ましい方法である。
【００３６】
遠心紡糸システムは、通常は、繊維に成形することができる流体又は流動性材料の供給源に接続されている紡糸口金を含む。材料の供給源は、貯留槽又は紡糸口金に連続的に材料供給するためのホッパーのような供給源からであってよい。紡糸口金には、それ自体に、所望の場合には紡糸口金と共に回転する材料の貯留槽又はホッパーを含ませることができる。流動性材料は、溶融材料又は材料の溶液であってよい。紡糸口金は、紡糸口金を円運動で回転させるモーターに機械的に接続されている。殆どの場合において、回転する部材は、約５００〜約１００，０００ＲＰＭの範囲内で回転させる。より通常的には、材料を排出している間の回転は、ナノファイバーを製造する場合には少なくとも５，０００ＲＰＭである。
【００３７】
回転中において、選択された材料、例えばポリマー溶融体又はポリマー溶液が、紡糸口金上の１以上の出口から材料の流れとして周囲環境中に放出される。外向きの半径方向の遠心力により、ポリマー流が出口から外に向かって発射されて、回転に依存する慣性によって流れが渦巻状の軌道で移動する際にポリマー流が延伸される。押出されたポリマー流の延伸は、ノズルからコレクターまでの距離にわたって流れの直径を減少させ、且つ製品に入り組んだ構造(tortuosity)を与えるのに重要であると考えられている。排出された材料は、それがコレクターに到達する時点までに超微細繊維に固化する。集積表面は固定又は可動であってよく、例えば所望の場合には繊維を連続ベルト上に送ることができる。
【００３８】
１つの好ましいシステムは、Penoらの米国特許８，７７７，５９９において登場する図３５及び３６に図示されている。ここに示されているように、本発明の添付の図３及び４に関連して簡単に記載する。
【００３９】
上部駆動型繊維製造システムは、基材上に繊維を堆積させるために特に有用である。基材上に繊維を堆積させるための構成を図３に示す。基材堆積システム１０は、堆積システム１２及び基材移送システム１４を含む。堆積システム１２は繊維製造システム１６を含む。堆積システムは、繊維製造装置によって繊維を製造し、製造された繊維を、使用中において繊維製造装置の下側に配置される基材１８に向けて送る。基材移送システムは、基材材料の連続シートを、堆積システムを通して移動させる。
【００４０】
堆積システム１２は、１６で示される回転紡糸口金を含む上部取付型繊維製造装置を含む。使用中においては、繊維製造装置１６によって製造された繊維が基材１８上に堆積される。
【００４１】
堆積システム１２の概要図を図４に示す。繊維堆積システムには、真空システム２０、静電プレート２２、及び気体流動システム２４の１以上を含ませることができる。真空システムは基材１８の下方に減圧の領域を生成して、繊維製造装置１６によって製造された繊維が減圧によって基材に引き寄せられるようにする。或いは、１以上のファンを基材の下方に配置して、基材を通過する空気流を生成させることができる。気体流動システム２４は、繊維製造装置によって形成された繊維を基材に向けて送る気体流２５を生成させる。気体流動システムは、加圧空気源、或いは空気（又は他の気体）の流れを生成させる１以上のファンであってよい。真空システムと空気流動システムの組合せを用い、押込空気（ファン、加圧空気）及び排出空気（外向きの流れを生成させるためのファン）を用いて、空気流を平衡化及び指向させて基材への繊維堆積場を生成させることによって、堆積チャンバーの上部から基材を通って排気システムまでの「平衡化空気流」を生成させる。堆積システム１２は基材入口２６及び基材出口２８を含む。
【００４２】
また、基材１８の下側に静電プレート２２も配置されている。静電プレートは、所定の極性に帯電させることができるプレートである。通常は、繊維製造装置によって製造された繊維は、ある正味の電荷を有する。この繊維の正味の電荷は、用いる材料のタイプによって陽又は陰であってよい。帯電した繊維の堆積を向上させるために、静電プレートを基材１８の下側に配置して、製造された繊維と反対の極性に帯電させることができる。このようにして、繊維を、反対の電荷の間の静電引力によって静電プレートに引き寄せる。繊維が静電プレートに向かって移動するにつれて、繊維は基材中に埋封されるようになる。
【００４３】
加圧ガス製造及び分配システムを用いて、繊維製造装置の下側に配置されている基材へ向かう繊維の流れを制御することができる。使用中において、繊維製造装置によって製造された繊維は堆積システム内に分散される。繊維は主としてマイクロファイバー及び／又はナノファイバーから構成されているので、繊維は堆積システム内に分散する傾向を有する。加圧ガス製造及び分配システムを用いることによって、繊維を基材に向けて誘導するのを助けることができる。加圧ガス製造及び分配システムは、下向きの気体流動装置２４、及び横向きの気体流動装置３０を含む。下向きの気体流動装置２４は、繊維製造装置の上方に、或いは更には繊維製造装置内に配置して、基材へ向かう繊維の動きを更に促進させる。１以上の横方向の気体流動装置３０を、繊維製造装置に対して垂直方向、或いは下方に配向させる。所望の場合には、横方向の気体流動装置３０に基材の幅に等しい排出口幅を与えて、基材上への繊維を堆積を更に促進させる。１以上の横方向の気体流動装置３０の出口の角度を変化させて、基材上への繊維の堆積のより良好な制御を可能にすることができる。それぞれの横方向の気体流動装置３０は独立して運転することができる。
【００４４】
堆積システムの使用中において、繊維製造装置１６は、（溶液紡糸中においては）溶媒の蒸発、及び（溶融紡糸中においては）材料の気化によって種々のガスを生成する可能性がある。かかるガスは、堆積システム内に蓄積されると、製造される繊維の品質に影響を与え始める可能性がある。場合によっては、堆積システムは、繊維製造中に生成するガスを堆積システムから除去するための排気ファン３２を含む。
【００４５】
基材移送システム１４は、基材材料の連続シートを、堆積システムを通して移動させることができる。基材移送システム１４には、基材リール３４及び巻取りリールシステム３６を含ませることができる。使用中においては、基材材料のロールを基材リール３４上に配置し、基材巻取りリールシステム３６まで堆積システム１２を通過させる。使用中においては、基材巻取りリールシステム３６を回転させて、基材を所定の速度で堆積システムを通して引き抜く。このようにして、繊維堆積システムを通して基材材料の連続ロールを引き抜くことができ、集積基材の速度を制御することによって、基材上に堆積されるナノファイバー不織布の目付を制御することができる。
【００４６】
遠心紡糸プロセスの更なる議論及び例示が、「基材上にマイクロファイバー及びナノファイバーを堆積させるための装置及び方法」と題されたPenoらの米国特許８，６５８，０６７、及びＷＯ−２０１２／１０９２５１において見られ、同等のシステムが、「繊維溶液紡糸法」と題されたMarshallらの米国特許８，７４７，７２３、及び「溶融紡糸によるナノファイバーの製造」と題されたHuangらの米国特許８，２７７，７１１において見られる。
【００４７】
本発明のナノファイバー不織布を製造する他の方法は、Marshallらの米国特許８，６６８，８５４において概して記載されている紡糸チャネルを通る噴射剤ガスを用いる２相紡糸によるものである。このプロセスは、細くて好ましくは収束しているチャネルへのポリマー又はポリマー溶液と加圧噴射剤ガス（通常は空気）の２相流を含む。チャネルは、通常はそして好ましくは環状の構造である。ポリマーは細くて好ましくは収束しているチャネル内の気体流によって剪断されて、チャネルの両側の上にポリマーフィルム層が形成されると考えられる。これらのポリマーフィルム層は、噴射剤ガス流によって更に剪断されて繊維になる。ここでも、移動集積ベルトを用いることができ、ベルトの速度を調節することによってナノファイバー不織布の目付を制御することができる。また、コレクターの距離を用いてナノファイバー不織布の繊度を制御することもできる。このプロセスは、図５を参照してより良好に理解される。
【００４８】
図５は、ポリマー供給アセンブリ１１０、空気供給口１２０、紡糸シリンダー１３０、コレクターベルト１４０、及び巻取りリール１５０を含む、ナノファイバー不織布を紡糸するためのシステムの運転を図示する。運転中においては、ポリマー溶融体又は溶液を紡糸シリンダー１３０に供給して、そこで高圧空気によってシリンダー内の細いチャネルを通して流して、ポリマーをナノファイバーに剪断する。詳細は、上述の米国特許８，６６８，８５４に与えられている。処理速度及び目付はベルトの速度によって制御される。場合により、所望の場合には活性炭、銅などのような機能性添加剤を空気供給流と共に加えることができる。
【００４９】
図５のシステムにおいて用いる紡糸口金の別の構造においては、「共形成繊維材料及びその製造方法」と題されたMarshallらの米国特許８，８０８，５９４において見られるように、別の入口を用いて粒子状材料を加えることができる。
【００５０】
本発明のポリアミド樹脂は、３０〜３００のＲＶを有し、好ましい範囲は上記に開示している。好ましい目付は１ｇｍ／ｍ２より大きい。
【実施例】
【００５１】
材料、紡糸、及び不織布形成の実施例：
図３及び４に関連して上記で議論した種類の手順及び装置を用いて、移動コレクターベルト上に遠心紡糸することによって、２つの異なるグレードのナイロン６，６を紡糸して不織布にした。１つの樹脂は４２の相対粘度を有していて、６０ｐｐｍで存在するハロゲン化銅添加剤を含んでいた。第２の樹脂は５１の相対粘度を有していた。完成した不織布を、１．５オンス／平方ヤード（ＯＳＹ）の不織布ポリプロピレン基材上に配置して、目付（ＡＳＴＭ−Ｄ３７７６）；ＳＥＭによる平均繊維径；ＴＳＩ−８１３０及び３００ｎｍのポリα−オレフィンナノ粒子組成物、並びに３２Ｌ／分の試験流量を用いた濾過効率及び圧力損失；並びに０．５インチ−Ｈ２Ｏの圧力差(pressure drop)における通気度；に関して分析した。これらの後者の試験は、ポリプロピレン基材についても行った。結果を下記の実施例において更に議論する。
【００５２】
実施例１〜４：
実施例１〜４においては、ギ酸中の２４重量％のナイロン６，６のポリマー溶液を、７５００ｒｐｍの紡糸口金回転速度、１２ｍＬ／分の供給速度、及び６．５ｃｍのヘッドを用いてナノファイバー不織布に遠心紡糸した。この不織布を、上記で言及したHassanらの論文であるJ. Membrane Sci., 427, 336-344, 2013にしたがって、平均繊維径、目付、通気度、濾過効率、及び圧力損失に関して特性分析した。
【００５３】
濾過効率を測定する目的で、ＴＳＩフィルターテスターを、標準の３．５ミクロンの粒子径と共に用いた。
結果及び詳細を表１に示し、製造された不織布を図１及び２の顕微鏡写真において示す。この不織布は３００ナノメートルの範囲の平均繊維径を有していた。
【００５４】
【表１−１】
2019518148.tif 000006
【００５５】
結果を更に図６〜９において詳述する。
表１から、本発明のナノファイバー不織布は９９．９５％より高い優れた濾過効率を有していたことが認められる。これは、特に図１及び２に示される比較的開放された構造を考慮すると驚くべきことである。いかなる理論にも縛られることは意図しないが、本製品の非常に微細で比較的均一な形態によって、浸透に抵抗するナノスケールの入り組んだ構造のバリヤ(tortuous barrier)が与えられ、不織布内の比較的高い空隙容積においても透過バリヤが与えられると考えられる。
【００５６】
実施例１〜４に関する規格化５ＧＳＭ通気度値を表１Ａに示す。
【００５７】
【表１−２】
2019518148.tif 000007
【００５８】
比較例Ａ〜Ｇ：
図３及び４に関連して議論した種類の手順及び装置、並びに上記に記載の特性分析手順を用い、実施例１〜４において用いたナイロン６，６の２つの異なるグレードを、４，０００ｒｐｍの紡糸口金回転速度を用いてポリマー溶融体から遠心紡糸してマイクロファイバー不織布にした。このマイクロファイバー不織布を、平均繊維径、目付、空気濾過効率、及び圧力損失に関して特性分析した。
【００５９】
【表２−１】
2019518148.tif 000008
【００６０】
結果を更に図１０〜１６において詳述する。
表２から、製造されたマイクロファイバー不織布は、非常により高い目付を有しているにもかかわらず、本発明のナノファイバー不織布よりも大きく劣っている濾過効率、通気度、及び圧力損失を有していたことが認められる。
【００６１】
例Ａ〜Ｇに関する規格化５ＧＳＭ通気度値を表２Ｂに示す。
【００６２】
【表２−２】
2019518148.tif 000009
【００６３】
比較例Ｈ〜Ｊ：
図３及び４に関連して議論した種類の手順及び装置、並びに上記に記載の特性分析手順を用い、異なるグレードのナイロン６，６を、４，０００ｒｐｍの紡糸口金回転速度を用いてポリマー溶液から遠心紡糸してマイクロファイバー不織布にした。このマイクロファイバー不織布を、平均繊維径、目付、空気濾過効率、及び圧力損失に関して特性分析した。
【００６４】
【表３】
2019518148.tif 000010
【００６５】
表３から、より高いポリマー相対粘度を用いても同等の特性を有する繊維及び不織布を製造することができることを認めることができる。
用途：
本発明のナノファイバー不織布は、それらの高い耐熱性、バリヤ及び通気度特性、加工性、及び驚くべき濾過効率のために、種々の用途において有用である。本製品は、多くの場合において積層体などの多層構造で用いることができる。
【００６６】
而して、本製品は、次の部門：輸送；工業；商業；及び住宅；における空気濾過において用いられる。
本製品はまた、通気性布帛、手術用不織布、乳児ケア、成人ケア、衣類、建築、及び音響用途におけるバリヤ用途のために好適である。本組成物は、自動車用途、電子用途、及び航空機用途における音響減衰のために有用であり、最良の性能のためには異なる繊維径の複合体が必要な場合がある。より高い目付においては、本製品は、飲料、食品包装、輸送、化学処理、並びに創傷ドレッシング材又は医療用インプラントのような医療用途に関して用いられる。
【００６７】
本発明の不織布のユニークな特徴により、従来の製品においては見られない機能性及び利益が与えられ、例えば、本発明の不織布は燻製肉のための包装材として用いることができる。濾過効率により、燻製プロセス中に望ましくない粒子が濾去されて発癌性物質が肉から遠ざけられて、よりヘルシーな消費可能な最終製品が与えられる。
【００６８】
本発明を詳細に記載したが、発明の精神及び範囲内の修正は当業者には容易に明らかであろう。かかる修正も本発明の一部とみなすべきである。上記の議論、当該技術における関連する知識、及び発明の背景に関連して上記で議論した参照文献（これらの開示事項は全て参照として本明細書中に包含する）を考慮すると、更なる記載は不要であると考えられる。更に、本発明の複数の形態並びに種々の態様の複数の部分を、完全か又は部分的のいずれかで結合又は交換することができることは、上記の議論から理解されるべきである。更に、当業者であれば、上記の記載は例示のみの目的であり、本発明を限定することは意図しないことを認識するであろう。
【図１Ａ】
2019518148.tif 000011
【図１Ｂ】
2019518148.tif 000012
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019518148.tif 000017
【図６】
2019518148.tif 000018
【図７】
2019518148.tif 000019
【図８】
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【図９】
2019518148.tif 000021
【図１０】
2019518148.tif 000022
【図１１】
2019518148.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
2019518148.tif 000025
【図１４】
2019518148.tif 000026
【図１５】
2019518148.tif 000027
【図１６】
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【国際調査報告】
2019518148.tif 000029
2019518148.tif 000030