(57)【要約】本発明の一実施態様は、サポートウェブと繊維バリアウェブとを含んでなる、少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有する不織布である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー（Ｆｒａｚｉｅｒ）通気度を有する、サポートウェブと繊維バリアウェブとを含んでなる不織布。
【請求項２】
少なくとも１つのサポートウェブと２．０マイクロメートル未満の直径、少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有する繊維の疎水性バリアウェブとを含んでなる不織布。
【請求項３】
前記バリアウェブ繊維が１．０マイクロメートル未満の直径を有する請求項１または２に記載の不織布。
【請求項４】
前記バリアウェブ繊維が０．５マイクロメートル未満の直径を有する請求項１または２に記載の不織布。
【請求項５】
バリア層の坪量が１５ｇ／ｍ２以下である請求項３に記載の不織布。
【請求項６】
バリア層が３ｇ／ｍ２以下の坪量を有する請求項４に記載の不織布。
【請求項７】
前記バリアウェブが疎水性ポリマーまたはコポリマーのナノファイバーを含んでなる請求項１または２に記載の不織布。
【請求項８】
前記疎水性ポリマーまたはコポリマーがポリオレフィン、部分フッ素化ポリマーまたはパーフッ素化ポリマーである請求項７に記載の不織布。
【請求項９】
前記疎水性ポリマーまたはコポリマーがエチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン、スチレン、４−メチルペンテン−１およびそれらの組合せから誘導された繰り返し単位を有する請求項８に記載の不織布。
【請求項１０】
前記バリアウェブが疎水性コーティングでコーティングすることによって疎水性にされる請求項１または２に記載の不織布。
【請求項１１】
前記疎水性コーティングがフルオロカーボンコーティング材料である請求項１０に記載の不織布。
【請求項１２】
バリアウェブが約２３マイクロメートル以下の繊維間最大孔径を有する請求項１または２に記載の不織布。
【請求項１３】
バリアウェブが約０．０３以上の固形分分率を有する請求項１または２に記載の不織布。
【請求項１４】
繊維バリアウェブを含んでなる不織バリア布であって、少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有し、かつ、式：
【数１】
2005539157.tif 000025
（式中、
ρｆはバリア繊維の密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｃはバリアウェブの固形分体積分率であり、
ｋ（ｃ）＝３．５８・ｃ２−１．３２・ｃ＋１．７７であり、
フレーザーは単位がｍ３／ｍ２−分であり、かつ、
水頭は単位がセンチメートル水柱である）
で表されるバリアウェブの坪量と、布水頭およびフレーザー通気度との間の関係を有する布。
【請求項１５】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項１６】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項１７】
ＦＦがバリアウェブである、ｍＳＢ／ＦＦ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項１８】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ＭＢ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項１９】
ＦＦがバリアウェブである、ＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＭＢ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項２０】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ＭＢ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項２１】
ＦＦがバリアウェブである、ｍＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＭＢ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項２２】
ＦＦがバリアウェブである、ＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１、２または１４のいずれか１項に記載の不織布。
【請求項２３】
前記サポートウェブがバリアウェブ繊維直径の約２０倍未満の直径を有する繊維を含んでなる請求項１または２に記載の不織布。
【請求項２４】
前記サポートウェブ繊維が約１３マイクロメートル未満の直径を有する請求項２３に記載の不織布。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不織繊維構造体に、ならびにより具体的には織るまたは編むことなしに一緒に保持されている繊維によって形成された通気性の布およびシート構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
不織繊維構造体は長年存在してきたし、今日、商業使用中の多数の異なる不織技術がある。不織技術の広さを例示するためには、紙がおそらく最古の開発された不織繊維構造体の１つである。不織技術は、新たな用途および競争上の優位性を求める者によって開発され続けている。その大量さおよび経済性のために高度に望ましいことが証明されてきた広い一市場領域は防護服市場である。この市場は、化学物質流出後片付けにおけるような有害な化学物質からの、医療分野における血液のような液体からの、および塗装またはアスベスト除去のような乾燥粒子状物質または他の危険からの保護を含んでなる。
【０００３】
衣服が着心地良いためには、それは熱調節を求める身体の生理的要求を受け入れなければならないことが知られている。暖かい環境では、熱エネルギーは身体から追い出されなければならない。これは、布および皮膚表面の空気層を通って身体から離れる熱の直接熱伝導と、通気によって身体から離れる熱の対流との組合せによって、および皮膚表面からの汗の蒸発の冷却効果によって主として行われる。熱移動をかなり妨げる衣類は、熱および湿気の蓄積の原因となり得るし、これは、暖かい、ネバネバした、ベトベトしたおよびまたは汗まみれの感覚のために着心地の悪さをもたらし得る。極端な場合、例えば、防護服が暖かいおよび湿気の多い環境での活動の間に十分な熱調節を妨げる場合、かかる衣類制限は着心地の悪さをもたらすだけでなく、生命を脅かす熱応力をもたらし得る。この理由のために、しばしば、衣類制限は熱応力の結果を回避するために活動に制限を課す。
【０００４】
研究は、暖かい、湿気の多い環境での身体活動への最も少ない制限の最も着心地の良い衣服が環境との空気交換のメカニズムによって最も通気できるものであることを示してきた。（非特許文献１および非特許文献２）。
【０００５】
身体活動は布および衣服を曲げる。布が通気に対して十分に低い抵抗を有する場合、これは、今度は、布を通って行ったり来たり空気を押すおよび引っ張るポンプ作用を生み出す。このメカニズムによって、衣服内の暖かい湿気をたっぷり含んだ空気と周囲空気との交換は、かなりの冷却効果を提供する。同じカットでできているが暖かい湿気の多い条件（３２℃、６０％相対湿度（ＲＨ））下で大きく異なる通気抵抗の防護服の試験は、最少の通気抵抗の布でできた衣服が熱応力を受けることなくより高いレベルの活動を実験材料に繰り返し達成させることを示した。反対に、最高の通気抵抗の布でできた衣服は、熱応力を回避するために同じ実験材料の身体活動を最低レベルに制限した。中間の通気抵抗を有する布でできた衣服は、熱応力なしに中間レベルの活動を実験材料に達成させた。中間の活動レベルは、布の通気抵抗と非常に良く相関した。
【０００６】
明らかに、着心地の良さを維持するまたは熱応力を回避するために身体が熱および湿気を移動させなければならない条件下では、衣服は低い通気抵抗を有する布で製造されることが望ましい。
【０００７】
衣類は環境中の危険からの保護を提供する。衣類が与える保護の程度は、衣類のバリア特性の有効性に依存する。バリアの機能が、環境粒子状物質または流体が着用者に達するまで衣服に浸透するのを避けることである場合、バリアは布孔径と容易に相関させられる。最も有効なバリアは一般に最小の孔径を有する。
【０００８】
残念ながら、より小さな孔径はまた一般により高い通気抵抗をもたらす。上に引用した研究において、最高のバリア性の衣服は最低の通気度を有し、逆もまた同様であった。したがって、衣類で有効なバリア保護を提供する能力と、同じ衣服での低い通気抵抗、すなわち、高い通気度を提供する能力とは反比例関係にある。
【０００９】
静水頭または「水頭（ｈｙｄｒｏｈｅａｄ）」（米国繊維化学者・色彩技術者協会（ＡＡＴＣＣ）ＴＭ１２７−１９４）は透水を妨げる布の能力の便利な尺度である。それは、疎水性布を通して液体水を強引に通すのに必要とされるセンチメートル水柱（ｃｍｗｃ）単位での圧力として表される。水頭が孔径に逆に依存することは知られている。孔径が小さいほどより高い水頭を生み出し、孔径が大きいほどより低い水頭を生み出す。
【００１０】
布通気度は一般にフレーザー測定（米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）Ｄ７３７）を用いて測定される。この測定では、１２４．５Ｎ／ｍ２（０．５インチ水柱）の圧力差が適切にクランプで固定された布試料にかけられ、生じた通気速度がフレーザー（Ｆｒａｚｉｅｒ）通気度としてまたはより簡単に「フレーザー」として測定される。本明細書では、フレーザー通気度はｍ３／ｍ２−分の単位で報告される。高いフレーザーは高い通気度および低い通気抵抗に相当するが、低いフレーザーは低い通気度および高い通気抵抗に相当する。
【００１１】
極めて高い静水頭液体バリア性を達成するために、しかし通気性を犠牲にして、微孔性フィルムがバリア材料に使用されてきた結果、微孔性フィルムのフレーザー通気度が受け入れ難いほど低く、かかるフィルム含有布を着用者にとって着心地の悪いものにしている。
【００１２】
現在のところ、ほとんどの溶融紡糸繊維はおよそ数十マイクロメートルの直径を有するが、メルトブローン繊維はおよそ約１〜１０マイクロメートルの繊維直径を有することが知られている。最近、従来の繊維と比べて異なる便益を得るために多くの研究者が繊維サイズを減らす取り組みを行ってきた。
【００１３】
同じ布で高い水頭特性および高いフレーザー特性の両方を提供する点で進歩してきた。例えば、特許文献１は、高いフレーザー通気度と高い静水頭液体バリア性との普通でない組合せを実証する小さいまたはサブデニール不織繊維構造体を開示している。
【００１４】
もっと最近になって、「ナノファイバー」範囲、すなわち、およそ約０．５マイクロメートル（５００ｎｍ）未満の繊維直径を得ることを軸として取り組みが展開されてきた。しかしながら、かかる小さな繊維の製造は、低い処理量、紡糸における不満足な効率および繊維収集における困難さをはじめとする多くの問題を提起してきた。
【００１５】
通常、ナノファイバーは非特許文献３に記載されているような、電子紡糸の技術によって製造されてきた。電子紡糸法によれば、金属チューブ、例えばシリンジ針から垂れ下がる溶液中ポリマーの滴に電位がかけられ、それは溶液の滴の伸びをもたらして接地されたコレクターに導かれる非常に微細な繊維を形成する。０．０５〜１．１マイクロメートル（５０〜１１００ｎｍ）の範囲の直径の繊維が報告されている。本発明のナノファイバー含有布を形成するために好適な電子紡糸装置の例は、参照により本明細書に援用される特許文献２に開示されている。
【００１６】
先行技術文献に報告されたナノファイバー製造の圧倒的多数の研究は、ポリアミド、ポリウレタンなどのような、本質的に親水性のポリマー・ナノファイバーの形成に向けられてきた。幾人かの研究者は、ナノファイバーが疎水性ポリマーから製造できることを提案してきたが、文献に開示されているかかる疎水性ナノファイバーの実際例は少ない。特許文献２は、多孔性フルオロポリマー繊維シートの製造を開示し、０．１〜１０マイクロメートルの範囲の直径のＰＴＦＥ繊維の製造を提案しているが、０．５マイクロメートルおよびそれ以上の直径の繊維のみを例示している。
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５，８８５，９０９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，１２７，７０６号明細書
【非特許文献１】バーナード、ティ．イー．（Ｂｅｒｎａｒｄ，Ｔ．Ｅ．）、エヌ．ダブリュ．ゴンザレス（Ｎ．Ｗ．Ｇｏｎｚａｌｅｓ）、エヌ．エル．キャロル（Ｎ．Ｌ．Ｃａｒｒｏｌｌ）、エム．エイ．ブリンナー（Ｍ．Ａ．Ｂｒｙｎｅｒ）およびジェー．ピー．ジーグラー（Ｊ．Ｐ．Ｚｅｉｇｌｅｒ）著、「５つの衣類アンサンブルについての持続される仕事率ならびに通気度および水蒸気透過速度との関係（Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ  ｗｏｒｋ  ｒａｔｅ  ｆｏｒ  ｆｉｖｅ  ｃｌｏｔｈｉｎｇ  ｅｎｓｅｍｂｌｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ  ｔｏ  ａｉｒ  ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ｖａｐｏｒ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｒａｔｅ）」、米国産業衛生会議（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｈｙｇｉｅｎｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、トロント（Ｔｏｒｏｎｔｏ）、１９９９年６月
【非特許文献２】エヌ．ダブリュ．ゴンザレス著、「５つの防護服アンサンブルについての最大持続可能な仕事ならびに水蒸気透過速度および通気度の影響（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ  Ｗｏｒｋ  ｆｏｒ  Ｆｉｖｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  Ｃｌｏｔｈｉｎｇ  Ｅｎｓｅｍｂｌｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｅｓ  ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）」、修士論文、南フロリダ大学、公衆衛生学部（Ｍａｓｔｅｒ’ｓ  Ｔｈｅｓｉｓ、Ｃｏｌｌｅｇｅ  ｏｆ  Ｐｕｂｌｉｃ  Ｈｅａｌｔｈ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｏｕｔｈ  Ｆｌｏｒｉｄａ）、１９９８年１２月
【非特許文献３】ピー．ケイ．バウムガーテン（Ｐ．Ｋ．Ｂａｕｍｇａｒｔｅｎ）著、「アクリル・マイクロファイバーの静電子紡糸（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｏｆ  Ａｃｒｙｌｉｃ  Ｍｉｃｒｏｆｉｂｅｒｓ）」、コロイドおよび界面科学雑誌（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）、３６、Ｎｏ．１（１９７１年５月）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一実施態様は、少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有する、サポートウェブと繊維バリアウェブとを含んでなる不織布である。
【００１９】
本発明の別の実施態様は、２．０マイクロメートル未満の直径、少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有する繊維の少なくとも１つのサポートウェブとバリアウェブとを含んでなる疎水性不織布である。
【００２０】
本発明の別の実施態様は、繊維バリアウェブを含んでなる不織布であって、少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有し、かつ、式
【００２１】
【数１】
2005539157.tif 000002
【００２２】
（式中、ρｆはバリア繊維の密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｃはバリアウェブの固形分体積分率であり、ｋ（ｃ）＝３．５８・ｃ２−１．３２・ｃ＋１．７７であり、フレーザーは単位がｍ３／ｍ２−分であり、かつ、水頭は単位がセンチメートル水柱である）で表されるバリアウェブの坪量と、布水頭およびフレーザー通気度との間の関係を有する不織布である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
特に明記しない限り、本明細書での繊維直径についての言及は、繊維の数平均繊維直径に関することを意図される。
【００２４】
図１は、３セットのデータについて通気度と水頭との反比例関係を例示する。第１セットは米国特許第５，５８５，９０９号明細書から取られたものであり、第２セットはメルトブローン不織布の試料に関して測定されたデータを提示し、第３セットは３つの市販不織製品：キンバリー・クラーク・ヘルス・ケア、ジョージア州ローズウェル（Ｋｉｍｂｅｒｌｙ  Ｃｌａｒｋ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｃａｒｅ，Ｒｏｓｅｗｅｌｌ，ＧＡ）から入手可能な、Ｋ−Ｃウルトラ（Ｕｌｔｒａ）（登録商標）未強化手術衣、両方ともアリージャンス・ヘルス・ケア、イリノイ州マックガウパーク（Ａｌｌｅｇｉａｎｃｅ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｃａｒｅ、Ｍｃ  Ｇａｗ  Ｐａｒｋ，ＩＬ）から入手可能な、トリマックス（Ｔｒｉｍａｘ）（登録商標）未強化手術衣およびデュポン・ソンタラ（ＤｕＰｏｎｔ  Ｓｏｎｔａｒａ）（登録商標）オプチマ（Ｏｐｔｉｍａ）（登録商標）未強化手術衣に関して測定されたデータを提示している。
【００２５】
図１で、市販不織製品が織布の範囲の通気度を有することは注目すべきである。参考のために、上に記載された試験で使用されたきつく織られたポリエステル布（坪量９５ｇ／ｍ２）は約０．５ｍ３／ｍ２−分のフレーザー値を有したが、ＡＳＴＭ  Ｄ７３７−９６は幾つかの織布の試料について２．５〜６６ｍ３／ｍ２−分の範囲のフレーザー値をリストしている。
【００２６】
図１は、不織バリア布が典型的には約１００センチメートル水柱よりも低い水頭を有することを示す。布間の駆動圧（ｆｏｒｃｉｎｇ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）差ΔＰは、ウォッシュバーン（Ｗａｓｈｂｕｒｎ）下記式を用いて、水が浸透するであろう最大孔の等価毛細管半径Ｒと関係付けることができる。
【００２７】
【数２】
2005539157.tif 000003
【００２８】
ここで、σは水の表面張力（０．０７２Ｎ／ｍ）であり、θは濡れ角、すなわち、流体表面と固体表面との交差点の角度である。センチメートル水柱の単位でのΔＰおよびマイクロメートル単位でのＲについては、および理想的に濡れていない表面を仮定して（θ＝１８０°）、
【００２９】
【数３】
2005539157.tif 000004
【００３０】
である。この式から、図１において約１００ｃｍｗｃよりも低い水頭は半径、Ｒ≧１５マイクロメートルの最大孔に対応すると結論される。
【００３１】
ウォッシュバーン関係は、より高い流体圧力に耐えることができるより良好な液体バリアを生み出すためには布孔径が減らされなければならないことを示す。より良好な液体バリア布は、防護服をはじめとする多くの用途で便益になるであろう。例えば、血液に運ばれる病原菌での汚染に関する懸念に応えて、ＡＳＴＭ  Ｆ１６７０は、受け入れることができる布は１３８００Ｎ／ｍ２（１４１ｃｍｗｃ）の圧力で合成血液（水についての０．０７２Ｎ／ｃｍと対比してσ＝０．０４２Ｎ／ｍ）の浸透を妨げなければならないと明記している。式１から、布がこの試験（濡れ角θ＝１８０°）をパスするためには、最大布孔半径は約６マイクロメートル未満でなければならない。
【００３２】
典型的に１マイクロメートル未満の孔半径の微孔性フィルムはこの判定基準を満たす。かかるフィルムは有効な液体バリアであり得るが、それらはまた非常に不通気性でもある。例えば、０．００８ｍ３／ｍ２−分未満のフレーザーの範囲の典型的な微孔性フィルム通気度は、防護服で有効な空気交換を提供するには余りにも低い。これはしばしば熱蓄積および着心地の悪さをもたらす。極端には、それは作業性能を悪くするまたは制限し得る。
【００３３】
繊維多孔性媒体は、微孔性フィルムよりも本質的により透過性であり、防護布向けに良好な選択であるが、図１の関係は、一般に、減少した孔径の結果生じるバリア機能の顕著な増加がまた通気度をも著しく下げることを示す。
【００３４】
不織繊維布が高い液体バリアおよび高い通気度の両方を有するための要件を理解するためには、布構造の分析モデルを構築することが有用である。液体バリアの尺度としての水頭は、上に議論されたように孔径と関係があり、孔径は、繊維サイズおよび空隙率をはじめとする布の構造特性によって決定される。布通気度もまた、繊維サイズ、空隙率および坪量をはじめとする基本的な構造特性によって決定される。
【００３５】
孔径
ランダム繊維ウェブ中の繊維間孔空間のサイズは、空間を占めることができる繊維の数の決定因子としての繊維直径Ｄｆに比例する。それは、繊維によって占められるウェブ容量対総ウェブ容量の比である固形分体積分率ｃ（すなわち、（１−空隙率））に反比例する。金属繊維フィルターについて、ゴーミン（Ｇｏｅｍｉｎｎｅ）ら（「金属繊維フィルターの幾何学的および濾過特性−比較研究（Ｔｈｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒｓ−Ａ  Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ  Ｓｔｕｄｙ）」、濾過および分離（Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、１１巻、Ｎｏ．４（１９７４）、３５０−３５５ページ）は、最大孔直径Ｄｐが
【００３６】
【数４】
2005539157.tif 000005
【００３７】
で表されると報告している。本研究のための理想的ランダム繊維ウェブの確率論的構造の独立した分析は
【００３８】
【数５】
2005539157.tif 000006
【００３９】
式４は、式３よりも僅かに大きい最大孔径を予測する。式４を式２と組み合わせると、繊維サイズおよび固形分分率の観点からランダム・ウェブ水頭の控えめな推定値を
【００４０】
【数６】
2005539157.tif 000007
【００４１】
として与える。式５は下の結果について用いられる。
【００４２】
通気度
デイビース（Ｄａｖｉｅｓ）は、多種多様な繊維材料でできたパッドに関する流速、圧力損失、繊維サイズおよび固形分分率の注意深いおよびうまく証明された相関関係を提示した（デイビース、シー．エヌ．（Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ．）、「空気で運ばれるダストおよび粒子の分離（Ｔｈｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｄｕｓｔ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」、機械エンジニア協会会報（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）（Ｂ）、Ｎｏ．１−１２、第１Ｂ巻（１９５２−５３）、１８５ページ）。上の定義の観点から、この相関関係は、単位流動面積Ａ当たりの体積流量Ｑを
【００４３】
【数７】
2005539157.tif 000008
【００４４】
として与え、
ここで、
【００４５】
【数８】
2005539157.tif 000009
【００４６】
である。ここで、ΔＰは厚さｈの繊維パッド間の圧力損失であり、ηは流動流体の粘度である。デイビース相関関係は、媒体中繊維周りの流れが層流である場合０．００６＜ｃ＜０．３については有効である。
【００４７】
繊維媒体の厚さは、次の通り、媒体の坪量（Ｂｗｔ）、繊維密度ρｆおよび固形分分率に関係する。
【００４８】
【数９】
2005539157.tif 000010
【００４９】
式６および８を組み合わせると、
【００５０】
【数１０】
2005539157.tif 000011
【００５１】
を与える。水頭を式５の駆動圧ΔＰとみなして、式５の水頭と繊維サイズとの間の関係を、Ｑ／Ａと繊維サイズとの間の上の関係と組み合わせて
【００５２】
【数１１】
2005539157.tif 000012
【００５３】
を与える。式１０の流れ駆動圧差ΔＰが１２４．５Ｎ／ｍ２に等しく設定され、一貫した単位が用いられる場合、Ｑ／Ａは平方メートル当たりの立方メートル毎分（ｍ３／ｍ２−分）の単位のフレーザーとして直接計算される。図２は、典型的なポリプロピレン布（Ｂｗｔ＝３４グラム／ｍ２、ｃ＝０．１、およびρｆ＝９２０ｋｇ／ｍ３）について、式１０のモデルが一般的な傾向を説明する図１のデータに適度に合うことを示す。
【００５４】
２つのさらなる精緻化効果が考慮されなければならない。第一に、接合面積分率ｆｂａを含んでなる接合ポイントでの熱接合（それは不織布の製造でほとんど常に必要である）はファクター（１−ｆｂａ）だけＱ／Ａを減らし、従って、
【００５５】
【数１２】
2005539157.tif 000013
【００５６】
である。第二に、約５マイクロメートル未満の繊維サイズの布については、通気は、粘性のある障壁の最大効果に遭遇することなしに繊維の先に「スリップする」ことが知られている。スリップ効果は繊維サイズが減少するにつれて増加する。該効果は、所与の圧力損失で式１０によって予測されるものを越えて流れを増やすことである。クミーレフスキイ（Ｃｈｍｉｅｌｅｗｓｋｉ）およびゴーレン（Ｇｏｒｅｎ）（「滑り流でのエアロゾル濾過（Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  Ｗｉｔｈ  Ｓｌｉｐ  Ｆｌｏｗ）」、環境科学および技術（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、６巻、Ｎｏ．１３（１９７２）、１１０１ページ）は、繊維布を通過する滑り流の場合に対する補正係数を提示した。ここでＳ（ｃ，Ｎｋｎ）と定義される補正係数は、固形分体積分率ｃと共に、および
【００５７】
【数１３】
2005539157.tif 000014
【００５８】
（式中、λは空気分子間衝突の平均自由行程である）と定義されるクヌーセン数（Ｋｎｕｄｓｅｎ  Ｎｕｍｂｅｒ）Ｎｋｎと共に変わる。ここで、λは０．０６５マイクロメートルであるとみなされる。本研究については、クミーレフスキイおよびゴーレンのグラフ表現は関数
【００５９】
【数１４】
2005539157.tif 000015
【００６０】
と実験的に非常に良く合った。スリップ補正は流れモデルに組み込まれ、それは次に
【００６１】
【数１５】
2005539157.tif 000016
【００６２】
になる。上記のように、布間の駆動圧損失ΔＰが１２４．５Ｎ／ｍ２（１２．７ｍｍ水柱）であり、ηが室温での空気の粘度である場合、かつ、一貫した単位が用いられる場合、Ｑ／Ａは、ここでｍ３／ｍ２−分の単位で示されるフレーザー通気度である。
【００６３】
本発明者は、水頭についてのモデル（式５）と流れについてのモデル（式１４と）とを一緒に用いて機能的に優れた液体バリア布の要件を画定できると判断した。布が多層布である場合、モデルを各層について用いてそれぞれの特性を求め、次に個々の層特性を組み合わせて複合シート特性を求めることができる。例えば、層状布では、水頭は布中の任意の層の最大水頭であるとみなされる。通気度は関係は下記から得られる。
【００６４】
【数１６】
2005539157.tif 000017
【００６５】
モデル
モデル１：繊維サイズが液体バリアを増やすために減らされる時に一定の坪量
Ｂｗｔ＝３３．９ｇ／ｍ２、ｆｂａ＝０、ｃ＝０．１、およびρｆ＝９２０ｋｇ／ｍ３であるポリプロピレン布の場合について、モデルは表１、および図３の結果を与える。
【００６６】
【表１】
2005539157.tif 000018
【００６７】
モデル１の結果は、坪量の減少なしに、繊維サイズのみを減らすことによって液体バリアが増やされた時の布通気度の有害な減少を例示する。
【００６８】
モデル２：繊維サイズが液体バリアを増やすために減らされる時に一定の通気度（フレーザー）
フレーザー＝１０ｍ３／ｍ２−分、ｆｂａ＝０、ｃ＝０．１、およびρｆ＝９２０ｋｇ／ｍ３であるポリプロピレン布の場合について、モデルは表２、ならびに図４および５の結果を与える。
【００６９】
【表２】
2005539157.tif 000019
【００７０】
図４および５から、液体バリアが水頭の観点から増える時にバリア層の坪量は通気度を維持するために劇的に減らされなければならないことがはっきりと分かる。
【００７１】
高バリアおよび薄いバリアウェブの問題
高い通気度もしくは高い液体バリアまたは両方の極端な場合、バリア層の機械的強度は達成されるバリアレベルに実用上の限界をもたらし得る。図６は、繊維バリア層に抗して前進する液体界面を示す。バリア層は、特徴的により大きな孔付きの大きな繊維の層によってサポートされた特徴的に小さな孔付きの小さな繊維の層よりなる。バリア層の小さな孔を通して非濡れ性流体を押し進めるために必要とされる圧力は、式５で与えられる。この圧力による力は、バリア層の小さな繊維すべての端から端まで分配される。従って、代表的な小さな繊維、例えば、繊維ＡＢのローディングは単位長さ当たりの力として容易に得られる。その一面に小さな繊維が圧負荷を伝えなければならない全長は、式４で与えられるようにサポート層の孔径によって決定される。全長が余りにも大きい場合には、小さな繊維中の張力は繊維の強度を超えることができ、それらの破壊をもたらす。
【００７２】
この場合には、水頭は、バリア繊維の強度と、バリア層の強度を決定するバリア繊維層の坪量と、バリア繊維上の力負荷を決定するサポート層の孔径との間の関係によって限定される。バリア繊維が破壊する直前に持続することができる最大力負荷と、バリア繊維が最大水頭を達成するために持続しなければならないであろう力負荷との間の関係を作成することができる。バリア層繊維ローディングおよびジオメトリーが２サポート間に張られた巨視的ケーブルの一様なローディングと微視的同等物であると仮定される場合、および小さなバリア繊維が、それが破壊する前の１つの大きなサポート層繊維直径と同等の距離をずらすと仮定される場合、ケーブル問題としてのこの関係の解析は
【００７３】
【数１７】
2005539157.tif 000020
【００７４】
を与える（ヒグドン、エイ．（Ｈｉｇｄｏｎ，Ａ．）、スタイルス、ダブリュ．ビー．（Ｓｔｉｌｅｓ，Ｗ．Ｂ．）著、エンジニアリング・メカニックス・スタチックスおよびダイナミックス（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  Ｓｔａｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）、ベクター（Ｖｅｃｔｏｒ）編、プレンティス−ホール（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ）社、１９６２年）。
【００７５】
ここで、水頭実際は実際に達成される水頭であり、水頭最大は、式５で与えられる、バリア層が達成できる最大水頭である。ＤｆＳおよびＤｆＬはそれぞれ、小さなバリア層繊維および大きいサポート繊維の直径である。ＧＰＤは、デニール当たりのグラム単位のバリア層繊維の引張強度である。Ｂｗｔはバリア層の坪量である。固形分体積分率はｃである。
【００７６】
モデル３：バリア層の坪量が通気度を維持するために減らされる時の低いバリア層強度の問題の例示
直径ＤｆＳ＝０．６マイクロメートル（フレーザー＝１０ｍ３／ｍ２−分、ｃ＝０．１、ＧＰＤ＝デニール当たり１グラム、およびＢｗｔ＝１ｇ／ｍ２）のポリプロピレン（ρｆ＝９２０ｋｇ／ｍ３）繊維よりなるモデル２のバリア層が直径ＤｆＬ＝１２マイクロメートルの繊維と共にサポート層に積層される場合、式１６は
【００７７】
【数１８】
2005539157.tif 000021
【００７８】
を与える。式５から得られるようなバリア層についての最大潜在水頭は４１５ｃｍｗｃであるが、１ｇ／ｍ２の坪量では、層は崩壊する前の当該圧力のたったの約半分に耐えるのに十分な強さである。最大水頭は、バリア層の坪量を２倍にすることによって実現することができるが、坪量を２倍にすると、複合布の通気度を半分だけ減らすであろう。より高い坪量についてはその上に経済的罰則もあるだろう。
【００７９】
代わりの解決策は、サポート層繊維サイズを減らすことによってサポート層の孔径を減らすことである。図７によって、ＧＤＰ×Ｂｗｔ＝１についての水頭実際／水頭最大曲線は、比ＤｆＳ／ＤｆＬ＝０．０７５の時に１に達する。だから、可能な最大水頭は、サポート層繊維直径が約８マイクロメートルに減らされた場合に実現することができる。かかるサポート層の坪量が約９グラム／ｍ２未満である場合、式７によって、フレーザー通気度は依然として約１０ｍ３／ｍ２−分である。
【００８０】
ここに提示されたモデル関係式は、様々なバランスのバリアおよび通気度の布の合理的デザインを可能にする。明らかに、基礎をなす物理学は、特性のある種のバランスのみを存在させる。いったん実現できるバランスが特定されたら、所与のバランスを生み出す方法に関して選択を行うことができる。
【００８１】
例えば、通気度は繊維直径の二乗に依存するので、所望のバリアの達成と整合する最大繊維サイズを選択することは最高の通気度を達成する手段として好ましいかもしれない。水頭は、布をカレンダー加工して固形分分率を増やすことによって増やすことができる（式５）。水頭およびフレーザーの固形分分率への依存性は、バリア層をカレンダー加工して固形分分率を増やすと、それがフレーザーを減らすよりも多くバリアを増やすようになっている。より小さい繊維サイズが製品基準としてバリア用に選択される場合、所望の通気度を達成するために坪量を制限内で調節することができる。他のかかる二律背反は、布加工の経済性および実用性に基づいて評価することができる。
【００８２】
提示されたモデルは、ガラス繊維マットがその良い例である、堅い、真っ直ぐな、連続の繊維でできたランダム繊維ウェブのジオメトリーに基づいている。これはおそらく最も簡単な、最も開かれたそして理想的なウェブ・ジオメトリーである。確かにこの理想からの多くの偏差が実際には存在する。共通の偏差は、繊維集群または集塊に関連した非ランダム繊維付着による。デイビース（上に引用された）によって説明されているように、生じた構造は、あたかもそれが実際の繊維サイズよりも幾分大きい有効な繊維サイズの繊維でできているかのように行動する。
【００８３】
繊維形状、剛性、捲縮などのような三次元に繊維がどのように納まっているかに影響を及ぼす繊維特性の変化は、理想からの構造的偏差をもたらすであろう。また、表面張力σに反映される流体−繊維濡れ特性、および濡れ角θも変わるかもしれない。ほとんどの場合に、これは式４および５のように最大達成可能な水頭を減らすであろう。従って、他の特有の特性バランスがあり得るし、これらは図１および２のデータならびに下の表４および５に示されるデータの散乱に内在する。原則としてモデルは、具体的な場合について精緻化することができる。それにもかかわらず、理想構造の解析は標準および指針として十分に役立つ。
【００８４】
本発明は、サポートウェブとバリアウェブとを含んでなり、少なくとも約１４５ｃｍの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有する不織布である。不織バリアシートは疎水性であることができ、前記疎水性は、フルオロカーボン−もしくはシリコーン−ベースのコーティング材料のような疎水性コーティング材料で親水性シートをコーティングするか、エチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン、スチレン、４−メチルペンテン−１およびそれらの組合せから誘導された繰り返し単位を有するものを含むがそれらに限定されない、ポリオレフィンのような疎水性ポリマーもしくはコポリマー、ならびにエチレン／テトラフルオロエチレン（Ｅ／ＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ素化エチレン／プロピレン（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＦＡ）などを含むがそれらに限定されない、部分フッ素化もしくはパーフッ素化ポリマーもしくはコポリマーからシートを形成するかのいずれかによって誘導される。
【００８５】
バリアウェブ繊維の直径は通常約２マイクロメートル未満、より通常では約１マイクロメートル未満であり、約０．５マイクロメートル未満の直径を有する「ナノファイバー」範囲にあることさえでき、ここで、直径は数平均繊維サイズである。
【００８６】
バリアウェブ用のサポートウェブ中の繊維は、相当するバリアウェブ繊維の直径の通常２０倍未満、より通常では１５倍未満、最も通常では１０倍未満である。例えば、サポートウェブ繊維は、通常のスパンボンド繊維の直径に概ね相当する約１３マイクロメートル、マイクロデニール・スパンボンド繊維の直径に概ね相当する約１２マイクロメートル以下、またはメルトブローン繊維の直径に概ね相当する約５マイクロメートル以下よりも大きい直径を有することができる。
【００８７】
サポートウェブは非常に微細な繊維ウェブに好適なサポートを提供するために配置構成されている任意の布であり得る。好適なサポートウェブの中には通常のスパンボンドおよびメルトブローンウェブ、米国特許第５，８８５，９０９号明細書に記載されているようなマイクロデニール・スパンボンドウェブ、およびかかる異なる通常の不織ウェブと非常に微細な繊維ウェブの１つもしくはそれ以上との様々な組合せがある。
【００８８】
通常の親水性ポリマー・ナノファイバーの不織ウェブを収集／サポートウェブ上へ付着することによって、およびウェブのナノファイバーをフルオロカーボンコーティング材料のような疎水性コーティング材料でコーティングすることによって、本発明に従ったナノファイバーを含有する疎水性不織シートを提供することもまた可能である。コーティング材料が極めて薄い層で塗布される場合、例えば、２００２年６月２６日に出願された同時係属中の米国仮出願第６０／３９１，８６４号明細書に記載されているように、下にあるウェブの通気性のたとえあったとしてもほんの僅かの変化がもたらされる。
【００８９】
本発明の不織布の通気抵抗性を最小にし、柔軟性を最大にするために、サポート層の坪量は１７ｇ／ｍ２未満、または１４ｇ／ｍ２未満、または１１ｇ／ｍ２未満、または７ｇ／ｍ２未満、または３ｇ／ｍ２未満、または１ｇ／ｍ２未満でさえあり得る。
【００９０】
本発明の不織布は、少なくとも約１４５ｃｍｗｃの水頭および少なくとも約０．３ｍ３／ｍ２−分、または少なくとも約１ｍ３／ｍ２−分、または少なくとも約３ｍ３／ｍ２−分、または少なくとも約５ｍ３／ｍ２−分、またはさらに少なくとも約１０ｍ３／ｍ２−分のフレーザーを有する。本発明の布の水頭は、１５０ｃｍｗｃ以上、２００ｃｍｗｃ以上、３００ｃｍｗｃ以上、または４００ｃｍｗｃ以上であり得る。
【００９１】
本発明の不織布は、泡立ち点（ＡＳＴＭ  Ｅ１２８）によって測定されるように、約２３マイクロメートル未満、または約２０マイクロメートル未満、または約１５マイクロメートル未満、またはさらに約１２マイクロメートル未満の繊維間最大孔径を有する。
【実施例】
【００９２】
様々なポリマーを好適な溶媒に溶解し、それを次に、参照により本明細書に援用される米国特許第４，１２７，７０６号明細書に記載されているもののような電子紡糸装置へ供給することによって試料布を製造した。形成された微細繊維をメルトブローン布サポート層上へ付着して微細繊維のバリア層を形成し、微細繊維／メルトブローン層をスパンボンド・ポリエステル繊維の層の間に挟むことによって試料に機械的強度を与えて、スパンボンド／メルトブローン／微細繊維／スパンボンド構造の４層積層品を形成した。
【００９３】
２つの異なる疎水性ポリマー（テキサス州ヒューストンのクレイトン・ポリマーズ（Ｋｒａｔｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｏｆ  Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能なクレイトンＴＭＤ１１３４ｘ、スチレン−ブタジエンコポリマー（比重＝０．９４）、およびペンシルバニア州フィラデルフィアのアトフィナ・ケミカルズ社（Ａｔｏｆｉｎａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から入手可能なカイナー（Ｋｙｎａｒ）ＴＭ７６１、ポリフッ化ビニリデンポリマー（比重＝１．７６））から微細繊維を紡糸した。クレイトンＴＭ微細繊維は８８／１２重量％テトラヒドロフラン／ジメチルアセトアミド（ＴＨＦ／ＤＭＡＣ）の混合溶媒中の９重量％ポリマーの溶液から紡糸し、カイナーＴＭ微細繊維はアセトン中の１４〜１５重量％ポリマーの溶液から紡糸した。
【００９４】
オリオン（Ｏｒｉｏｎ）によるセイジ（Ｓａｇｅ）ＴＭモデル３６２シリンジ・ポンプを用いてとがっていない２７ゲージ針付き標準シリンジを通して溶液をポンプ送液した。スペルマン（Ｓｐｅｌｌｍａｎ）ＳＬ３００負の高電圧電源に連結した絶縁アルミニウム箔薄片を通して針を挿入することによって針に高電圧を供給した。高電圧環境で信頼性のあるシリンジ・ポンプ運転を保証するために、ポンプを電気的に絶縁すること、および次にシリンジ・ポンプの電源関連リード、金属ケース、およびサポートジャッキを接地することが必要であった。
【００９５】
付着ターゲットは、十分にラディユースド・エッジ（ｒａｄｉｕｓｅｄ  ｅｄｇｅ）付きの直径８９ｍｍ×厚さ６４ｍｍの真ちゅうディスクであった。ディスクがスタンドの前約４ｍｍに吊され、スクリュー経由でスタンドを通って地面に連結されるように、電気絶縁スタンド、例えば、レキサン（Ｌｅｘａｎ）（登録商標）の型式上にディスクを取り付けた。スパンボンド覆い（１８ｇ／ｍ２リメイ（Ｒｅｍａｙ）ポリエステル）がディスクおよびスタンドの面をカバーして繊維がディスクの裏面上に蓄積するのを避けた。７６ｍｍ直径の円をディスクの面一面の覆いから切り取ってターゲットエリアを露出させた。メルトブローン基材の円形部分をターゲットエリアに取り付けた。クレイトンＴＭ紡糸については、ターゲットエリアを高分子フィルムで隔離することによって繊維の一様な付着を助けた。
【００９６】
一カイナーＴＭケース（実施例１２）では、４８ｍｍ直径×１４８ｍｍ長さのステンレススチール・シリンダー上へ繊維を直接付着することによって１５×１５ｃｍ布を製造した。メルトブローン層をシリンダーの周りにラップし、２つの層を切断し、剥離してコア積層品を形成した。
【００９７】
布特性は、各布の２５ｍｍ直径円形区域に関して測定した。
【００９８】
通気度および泡立ち点（Ｂｕｂｂｌｅ  Ｐｏｉｎｔ）は、それぞれ、ＡＳＴＭ  Ｆ７７８およびＡＳＴＭ  Ｆ３１６−０３の原理に従って、ポーラス・メディア社（Ｐｏｒｏｕｓ  Ｍｅｄｉａ，Ｉｎｃ．）毛細管流動ポロメーター（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｆｌｏｗ  Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ）で測定し、それぞれ、ｍ３／ｍ２−分の単位でフレーザー通気度およびマイクロメートルの単位で孔径として報告する。
【００９９】
水頭測定は、小さな布試料を保持するためにアルミニウム板とＯ−リング・シールとを用いることによって修正した、方法ＡＡＴＣＣ  ＴＭ１２７によってアスプル（Ａｓｐｕｌｌ）Ｍｋ  ＩＩＩ静水頭（Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｈｅａｄ）試験機で行った。水頭は第１透水で記録し、センチメートル水柱（ｃｍｗｃ）の単位で報告する。
【０１００】
微細繊維ローディングは、微細繊維付着前後の試料の質量差によって重量測定法で測定し、試料の表面積にわたっての平均（付着された微細繊維総グラム／試料面積）として報告する。
【０１０１】
対照例
３つの対照例は、スパンボンド層が１８ｇ／ｍ２ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート）であり、メルトブローン層が参照により本明細書に援用される国際公開第０１／０９４２５Ａ１号パンフレットの記載に従って製造した１８ｇ／ｍ２二成分６５重量％ポリエステル／３５重量％ポリエチレン繊維である、スパンボンド／メルトブローン／スパンボンド構造でできていた。対照布は、何の微細繊維層も付着しないことを除いては、典型布と同じ方法で製造した。
【０１０２】
【表３】
2005539157.tif 000022
【０１０３】
本発明の微細繊維バリア層を製造するべく、一様な付着および取扱い技術だけでなく、ポリマー、溶媒、および濃度の最も有効な組合せを決定するために、多数の電子紡糸運転を行った。決定された電子紡糸パラメーターと収集技術との最良の組合せからのデータを下に述べる。
【０１０４】
実施例１〜９
クレイトンＴＭＤ１１３３ｘコポリマーを９重量％のポリマー濃度で８８重量％テトラヒドロフラン／１２重量％ジメチルアセトアミドの混合溶媒に熔解し、−１８ＫＶで０．５ｍｌ／時の速度で電子紡糸した。微細繊維を、対照例で記載した１８ｇ／ｍ２二成分メルトブローン布の試料上へおおよそ２２ｃｍの収集距離で付着した。次に微細繊維層を、試料ターゲットから取り除いたスパンボンド・ポリエステルの層でカバーした。メルトブローン収集布の層もまたスパンボンド・ポリエステルの層でカバーし、すべての４層を統合して積層品にした。実施例のバリア性を測定し、下の表４に報告する。
【０１０５】
収集された微細繊維は、走査電子顕微鏡によって測定し、約１マイクロメートル未満であると考えられる平均繊維直径で、約０．１〜１．８マイクロメートルの一般的な範囲の直径を有することが分かった。
【０１０６】
【表４】
2005539157.tif 000023
【０１０７】
幾つかの場合には、微細繊維は乾燥すると収縮し、亀裂が入ることが観察された。データ矛盾の理由は十分には理解されないが、試料形成および収集中の空気の相対湿度が紡糸プロセスに、そして究極的にスチレン−ブタジエン／ＴＨＦ／ＤＭＡＣシステムのバリア性に強烈に影響を及ぼし、収集ウェブの表面の端から端まで一様な繊維付着およびバリア性を得るのを困難にすると考えられる。
【０１０８】
実施例１０〜１９
カイナーＴＭポリマーを１５重量％のポリマー濃度でアセトン溶媒に熔解し、−２０ＫＶで５ｍｌ／時の速度で電子紡糸した。微細繊維を、対照例で記載した１８ｇ／ｍ２二成分メルトブローン布の試料上へおおよそ２２〜３０ｃｍの収集距離で付着した。次に微細繊維層を、試料ターゲットから取り除いたスパンボンド・ポリエステルの層でカバーした。メルトブローン収集布の層もまたスパンボンド・ポリエステルの層でカバーし、すべての４層を統合して積層品にした。実施例のバリア性を測定し、下の表５に報告する。
【０１０９】
収集された微細繊維は、走査電子顕微鏡によって測定し、約１マイクロメートル未満であると考えられる平均繊維直径で、約０．１４〜２．８マイクロメートルの一般的な範囲の直径を有することが分かった。
【０１１０】
【表５】
2005539157.tif 000024
【０１１１】
実施例１３は、金属板上で金属ロールを用いて約２〜４ｋｇ／ｃｍであると推定される線圧力でカレンダー加工した実施例１２の布試料の一部であった。
【０１１２】
全体的に見て、カイナーＴＭ微細繊維を含有するバリア布は、対照試料か実施例１〜９かのいずれかのものよりもはるかに大きい水頭値を示した。実施例１〜９のスチレン−ブタジエンポリマーと比べて、実施例１０〜１９でのポリフッ化ビニリデンポリマーのより大きい疎水性が改善された水頭値の主な理由であると考えられる。しかしながら、当業者は、実施例１〜９のスチレン−ブタジエンポリマー布の水頭が、布のフレーザー通気度への感知できる損失なしに、フルオロケミカル仕上剤のような撥水性ケミカル仕上剤での処理によって高められ得ることを理解するであろう。
【０１１３】
さらに、ほとんどすべての場合に、本発明の微細繊維含有典型布の水頭測定値が本質的にスパンボンド／メルトブローン／スパンボンド布構造である対照例のそれらを超えることに留意することが重要である。これは、特に微細繊維が直径約２マイクロメートル未満、またはさらに直径約１ミクロン未満の繊維を含んでなる、微細繊維層の存在が布の液体バリア性を大いに高め得ることを実証している。
【０１１４】
積層布構造、微細繊維バリア層／スパンボンドサポート層（ＦＦ／ＳＢ）およびスパンボンドサポート層／微細繊維バリア層／スパンボンドサポート層（ＳＢ／ＦＦ／ＳＢ）は、約フレーザー＝１ｍ３／ｍ２−分より下の通気度でより高いバリアを達成するための実行可能な構造である。典型的なスパンボンド繊維直径サイズは１０マイクロメートル以上である。
【０１１５】
好適なサポート層は、バリア層の機械的強度に応じて増減される孔径を持たなければならない。バリア層が弱ければ弱いほど、十分なサポートのためにサポート層孔径はより小さいものでなければない。孔径が小さいほど、順繰りに、より小さな繊維直径サイズを必要とする。従って、高い通気度を容易にするためにバリア層の坪量が減らされるにつれて、好適なサポート層は典型的なスパンボンド繊維サイズよりも小さい繊維直径サイズを持たなければならない。
【０１１６】
かかるより小さな繊維は、米国特許第５，８８５，９０９号明細書で議論されているような、例えば、全体として布に対する機械的強度要件を満たすのに十分なほど強い６＜Ｄｆ＜１０マイクロメートルの、マイクロデニール・スパンボンド（ｍＳＢ）であり得よう。マイクロデニール・スパンボンドサポートは、２つの布構造（ＦＦ／ｍＳＢおよびｍＳＢ／ＦＦ／ｍＳＢ）をもたらすであろう。
【０１１７】
１＜Ｄｆ＜１０マイクロメートル範囲の繊維直径の非自立サポート層は、メルトブローン法によって製造することができる。典型的にはこれらの繊維は強くない（０．３＜ＧＰＤ＜０．６）。それらはスパンボンド繊維のサポート層にバリア性を提供して強度を与えるために使用される。メルトブローン繊維が微細繊維バリア層をサポートするのに使用される場合、メルトブローン繊維層は、全体にわたって布機械的強度を維持するためにサポート層をさらに必要とする。スパンボンド繊維層はサポート層であるのに十分に好適である。
【０１１８】
これは、積層布構造：ＦＦ／ＭＢ／ＳＢ、ＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＭＢ／ＳＢ、ＦＦ／ＭＢ／ｍＳＢおよびｍＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＭＢ／ｍＳＢをもたらす。
【０１１９】
非対称バリア性能を有することができる、これらの層タイプの非対称組合せ、例えば、ＳＢ／ＦＦ／ＭＢ／ＳＢがあり得るし、それはかかる構造の布に普通でないが有用な機能を提供するかもしれない。例えば、液体挑戦がＳＢ／ＦＦ側面からである場合、バリアは高く、ＦＦ層の最大バリア能力に等しいであろう。液体挑戦がＳＢ／ＭＢ側面からである場合、スパンボンド層は、ＦＦ層能力よりも低い幾らかの水頭で破壊するＦＦ層に十分なサポートを提供しないであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】様々な先行技術布のバリア性のｌｏｇ／ｌｏｇプロットである。
【図２】式１０の線のプロットがその上に引かれた図１の複製である。
【図３】坪量が一定に維持され、繊維サイズが減らされる式１４からのデータのプロット付き図１の複製である。
【図４】一定の通気度（フレーザー）での坪量対液体バリアのプロットである。
【図５】通気度（フレーザー）が一定に維持され、繊維サイズが減らされる式１４からのデータのプロット付き図３の複製である。
【図６】液体表面の前進に対してバリアを示す本発明の不織布の構造の図である。
【図７】潜在的水頭の部分として達成可能な水頭がＤｆＳ／ＤｆＬおよびＧＰＤ×Ｂｗｔに依存する式１６の関係を例示するグラフ図である。
【図１】
2005539157.tif 000026
【図２】
2005539157.tif 000027
【図３】
2005539157.tif 000028
【図４】
2005539157.tif 000029
【図５】
2005539157.tif 000030
【図６】
2005539157.tif 000031
【図７】
2005539157.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月4日(2004.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜１３マイクロメートルの直径を有する繊維の少なくとも１つのサポートウェブと、１．０マイクロメートル未満の直径、３〜５１ｇ／ｍ２の坪量、１４５ｃｍ〜３９９ｃｍの水頭および０．３ｍ３／ｍ２−分〜１１．２ｍ３／ｍ２−分のフレーザー通気度を有する繊維の疎水性バリアウェブとを含んでなる不織布。
【請求項２】
前記バリアウェブ繊維が０．５マイクロメートル未満の直径を有する請求項１に記載の不織布。
【請求項３】
バリアウェブの坪量が５〜５１ｇ／ｍ２である請求項１に記載の不織布。
【請求項４】
バリアウェブの坪量が２０〜５１ｇ／ｍ２である請求項３に記載の不織布。
【請求項５】
前記バリアウェブが疎水性ポリマーまたはコポリマーのナノファイバーを含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項６】
前記疎水性ポリマーまたはコポリマーがポリオレフィン、部分フッ素化ポリマーまたはパーフッ素化ポリマーである請求項５に記載の不織布。
【請求項７】
前記疎水性ポリマーまたはコポリマーがエチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン、スチレン、４−メチルペンテン−１およびそれらの組合せから誘導された繰り返し単位を有する請求項６に記載の不織布。
【請求項８】
前記バリアウェブが疎水性コーティングでコーティングすることによって疎水性にされる請求項１に記載の不織布。
【請求項９】
前記疎水性コーティングがフルオロカーボンコーティング材料である請求項８に記載の不織布。
【請求項１０】
バリアウェブが約２３マイクロメートル以下の繊維間最大孔径を有する請求項１に記載の不織布。
【請求項１１】
バリアウェブが約０．０３以上の固形分分率を有する請求項１に記載の不織布。
【請求項１２】
式：
【数１】
2005539157.tif 000033
（式中、
ρｆはｋｇ／ｍ３単位でのバリア繊維の密度であり、ｃはバリアウェブの固形分体積分率であり、
ｋ（ｃ）＝３．５８・ｃ２−１．３２・ｃ＋１．７７であり、
フレーザーはｍ３／ｍ２−分の単位でであり、かつ、
水頭は単位がセンチメートル水柱である）
で表されるバリアウェブの坪量と、布水頭およびフレーザー通気度との間の関係を有する請求項１に記載の不織バリア布。
【請求項１３】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項１４】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項１５】
ＦＦがバリアウェブである、ｍＳＢ／ＦＦ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項１６】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ＭＢ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項１７】
ＦＦがバリアウェブである、ＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＭＢ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項１８】
ＦＦがバリアウェブである、ＦＦ／ＭＢ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項１９】
ＦＦがバリアウェブである、ｍＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＭＢ／ｍＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項２０】
ＦＦがバリアウェブである、ＳＢ／ＭＢ／ＦＦ／ＳＢの構造を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【請求項２１】
前記サポートウェブがバリアウェブ繊維直径の約２０倍未満の直径を有する繊維を含んでなる請求項１に記載の不織布。
【国際調査報告】
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