(57)【要約】荷電、高強度、高弾性、溶融加工マイクロファイバー、荷電マイクロフィブリル化表面を有するフィルム、およびそれらの製造方法を記載する。流体エネルギーを一般的に高圧水ジェットの形態で高配向、高結晶性、溶融加工フィルムに付与してそれらからマイクロファイバーまたはマイクロファイバー状フレークを遊離することにより、本発明の荷電マイクロフィブリル化物品を作製することができる。テープバッキングとして、織物および不織物、フェイスマスクおよび水または空気フィルターのような粒子状汚染物質用のフィルター、水から油を除去するために使用されるもののような繊維状マット、粉塵またはデブリ除去用ワイパー、ならびに断熱材および遮音材の作製において、本発明のマイクロフィブリル化物品を使用することが見出される。
2004523667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０ミクロン未満の平均有効径および１．５：１〜２０：１の横断面縦横比を有し、ポリマーが電荷添加剤および少なくとも１０１４オーム−ｃｍの体積抵抗率を含む、荷電、溶融加工、非導電性の半結晶性ポリマーマイクロファイバー。
【請求項２】
（ａ）電荷添加剤を含む、高配向の、空隙を有する非導電性の半結晶性ポリマーフィルムを提供する工程と、
（ｂ）高圧流体ジェットエネルギーを付与することにより前記空隙を有するポリマーフィルムをマイクロフィブリル化し、それによって前記フィルムのマイクロフィブリル化表面に電荷を付与する工程と、
を含む、荷電マイクロフィブリル化物品の作製方法。
【請求項３】
前記電荷添加剤がヒンダードアミンである、請求項１に記載のマイクロファイバーまたは請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも０．２５ｍ２／グラムの表面積を有する、請求項１に記載のマイクロファイバー。
【請求項５】
前記ポリマーが、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリ（４−メチル−１−ペンテン）、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネートおよびポリエステル、ならびにそれらのコポリマーおよびブレンドからなる群より選択される、請求項１に記載のマイクロファイバーまたは請求項２に記載の方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロファイバーを含むマイクロフィブリル化物品。
【請求項７】
それらの上にエンボス模様をさらに含む、請求項６に記載のマイクロフィブリル化物品。
【請求項８】
少なくとも１．５×１０−１０Ｃ／ｃｍ２の電荷密度を有する、請求項６に記載のマイクロフィブリル化物品。
【請求項９】
請求項６に記載のマイクロフィブリル化物品を含む濾過媒体。
【請求項１０】
請求項６に記載のマイクロフィブリル化物品を含むワイパー。
【請求項１１】
前記空隙を有するフィルムが、微細空隙を有するフィルム、半結晶性ポリマー成分と空隙開始成分との非混和性混合物、または高溶融強度ポリマー発泡体である、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記フィルムが５％より高い空隙率を有する、請求項２または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記流体が水である、請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記高圧流体の圧力が５００ｐｓｉ（３．４ＭＰａ）より高い、請求項２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数の微細空隙を有する高配向フィルムを製造するために、少なくとも１０：１の比率で伸長することにより前記ポリマーが配向される、請求項２、１１または１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記マイクロファイバーを回収する工程をさらに含む、請求項２、１１、１２、１３、１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
静電荷を放電する工程をさらに含む、請求項２、１１、１２、１３、１４または１５に記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）ポリマーが電荷添加剤および少なくとも１０１４オーム−ｃｍの体積抵抗率を有する、配向された非導電性の半結晶性ポリマーフィルムを提供する工程と、
（ｂ）高圧流体ジェットエネルギーを付与することにより前記ポリマーフィルムをマイクロフィブリル化し、それによって前記フィルムの前記フィブリル化表面に電荷を付与する工程と、
を含み、高圧流体ジェットエネルギーが前記フィルムのマイクロフィブリル化表面に電荷を付与することを特徴とする、荷電マイクロフィブリル化物品を作製するための高圧流体エネルギーの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、静電荷電、高強度、高弾性、溶融加工マイクロファイバー、荷電マイクロフィブリル化を有するフィルム、およびそれらの製造方法に関する。流体エネルギーを典型的に高圧水ジェットの形態で高配向、高結晶性、溶融加工フィルムに付与してマイクロファイバーを放出させることにより、本発明の荷電マイクロファイバーを製造することができる。本発明のマイクロフィブリル化フィルムは、テープバッキング、フェイスマスクおよび水または空気フィルターのような粒子状汚染物質用フィルター、水から油を除去するために使用されるもの、およびワイパーとして使用されるもののような繊維状マット、ならびに断熱材および遮音材としての使用が見出される。本発明のマイクロファイバーは、フィルムマトリックスから除去された時、織物または不織物の作製に使用されてもよく、また表面からのデブリまたは粉塵の除去用のワイパーとして使用されてもよい。
【０００２】
発明の背景
商業用ポリマー開発の初期からポリマー繊維は本質的に既知であった。ポリマーフィルムからのポリマー繊維の製造も周知である。特に、フィルムが繊維を生じること（すなわち、フィブリル化）に関する容易さは、フィルムを製造するポリマー繊維の分子配向の程度に関連し得る。
【０００３】
結晶性ポリマーフィルムおよび繊維の配向は、溶融紡糸、溶融形質転換（共）押出、固体状態共押出、ゲル引抜、固体状態圧延、ダイ引抜、固体状態引抜およびロール転位等を含む様々な方法で達成されている。これらの方法のそれぞれは、配向、高弾性ポリマー繊維およびフィルムの製造に成功している。ほとんどの固体状態加工法は、およそ数ｃｍ／分程度の低い製造速度に制限されている。ゲル引抜を含む方法は迅速であり得るが、追加的な溶媒取り扱い工程を必要とする。固体ポリマーシート、特にポリオレフィンシートの圧延および引抜の組合わせは、２本ロールカレンダー中でポリマービレットが二軸に変形され、次いで追加的に長さ（すなわち、縦方向）で引抜かれるものとして記載されている。分子配向を達成するために、縦方向またはフィルム長さに対して横断方向の両方での伸長に続くイニシャルニップまたはカレンダー工程を含む他のウェブ取り扱い装置に関連する方法も使用されている。
【０００４】
配向、高弾性ポリマーフィルム、特に高分子量結晶性フィルムからの遊離繊維は、摩擦、ワイヤーホイールの迅速回転による機械的プラッキング、フィルム細断または切断のための水ジェット衝突および超音波エネルギーの適用を含む様々な方法で達成されている。フィルムを切断し、ストラップまたは強化用途のための平坦で幅広い連続的な長軸方向繊維にするために、水ジェットが広く使用されている。大量な配向ポリエチレンフィルムの超音波処理（すなわち、フィルムのロールを流体中に浸漬し、数時間、超音波処理を受けさせる）により、少量のマイクロファイバーが製造されることが示されている。
【０００５】
発明の概要
本発明は、２０ミクロン未満、一般的に０．０１ミクロン〜１０ミクロンの平均有効径を有し、かつ横断面において実質的に矩形であり、１．５：１〜２０：１、一般的に約３：１〜９：１の横断面縦横比（幅対厚さ）を有する、新規の荷電、高配向、溶融加工ポリマーマイクロファイバーに向けられたものである。マイクロファイバーは実質的に矩形であるため、有効径はマイクロファイバーの幅および厚さの平均測定値である。
【０００６】
矩形横断面形状は、（円形または正方形横断面と比べて）より大きい表面積を有利に提供し、濾過およびキャスト材料の強化繊維のような用途で特に有用なマイクロファイバー（およびマイクロフィブリル化フィルム）を製造する。表面積は一般的に、約０．２５ｍ２／グラムより大きく、典型的に約０．５〜３０ｍ２／ｇである。マイクロファイバー（またはマイクロフィブリル化物品）に付与された静電荷は濾過効率を向上させる。さらに、それらの高い配向モルフォロジーのため、本発明のマイクロファイバーは非常に高い弾性率、例えば典型的にポリプロピレン繊維に関しては約１０９ＭＰａを有し、それらを熱硬化性樹脂およびコンクリート中の強化繊維として特に有用なものにする。
【０００７】
さらに本発明は、高配向の、空隙を有する非導電性の半結晶性ポリマーフィルムを提供する工程と、高圧流体ジェットエネルギーを付与することにより前記空隙を有するポリマーフィルムをマイクロフィブリル化し、それによってマイクロフィブリル化表面に電荷を付与する工程とによる、荷電マイクロフィブリル化表面を有する高配向フィルムの作製を目的としている。驚くべきことに、ポリマーフィルムのマイクロフィブリル化はコロナ放電処理のようなマイクロフィブリル化後の工程を必要とせずにマイクロフィブリル化表面に静電荷を付与することが見出されている。従って、本発明は、流体ジェット圧をフィルム表面に付与することにより高配向フィルムから一工程で荷電マイクロファイバー（またはマイクロファイバー状フレーク）を作製することができる効率的な方法を提供する。
【０００８】
空隙を有するフィルムは、微細空隙を有するフィルム、半結晶性ポリマーの非混和性混合物から作製された空隙を有するフィルムであってよく、または高溶融強度ポリマーから作製された発泡体であってよい。本明細書で使用される場合、用語「フィルム」は発泡体シートを含むシートも包括し、本発明の方法を使用する同等の設備でマイクロフィブリル化表面を有するチューブのような他の形状および外形が提供されてよいことも理解されるだろう。
【０００９】
本明細書で使用される場合、「マイクロフィブリル化物品」は、マイクロフィブリル化表面を有するフィルムまたはシートのような物品を指す。荷電マイクロフィブリル化表面は、一軸配向フィルムから作製されたマイクロファイバーを含んでよく、または二軸配向フィルムから作製された片状表面のマイクロファイバー状フレークを含んでもよい。任意に、マイクロファイバーまたはマイクロファイバー状フレークをフィルムのマイクロフィブリル化表面から回収することができる。簡略化のため、追加的にマイクロファイバー状フレークを指すために用語、マイクロファイバーを使用してもよい。
【００１０】
有利なことに、本発明の方法は高い製造速度が可能であり、工業プロセスとして適切であり、かつ容易に入手可能なポリマーを使用する。本発明のマイクロファイバーおよびマイクロフィブリル化物品は極めて小さい繊維径、ならびに高い強度および弾性を有し、テープバッキング、ストラップ材料、独特の光学特性および高い表面積を有するフィルム、熱硬化材用の低密度強化材、コンクリートのような材料での衝撃調節材または引裂き伝播防止、ならびに繊維状形態（例えば、デンタルフロスまたは不織物）として有用である。コロナ処理または高圧水ジェットによるマイクロフィブリル化により電荷が付与された場合、得られる荷電マイクロファイバー（またはマイクロフィブリル化物品）は、濾過用途で、また表面から粉塵および他のデブリを除去するためのワイパーとして特に有用である。
【００１１】
詳細な説明
本発明で有用な半結晶性ポリマーとしては、限定されないが、高密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（メチルペンテン）、ポリ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン６，１２、ポリブテン、およびサーモトロピック液晶性ポリマーが挙げられる。適切なサーモトロピック液晶性ポリマーの例としては、溶融時に液晶性を示し、かつ芳香族ジオール、芳香族カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸および他の類似モノマーから合成される芳香族ポリエステルが挙げられる。代表的な例としては、パラヒドロキシ安息香酸（ＰＨＢ）、テレフタル酸およびビフェノールからなる第一種、ＰＨＢおよび２，６−ヒドロキシナフトエ酸からなる第二種、ならびにＰＨＢ、テレフタル酸およびエチレングリコールからなる第三種が挙げられる。好ましいポリマーはポリプロピレンおよびポリエチレンのようなポリオレフィンであり、これらは低価格で容易に入手可能であり、かつ高弾性および高引張強さのようなマイクロフィブリル化物品の非常に望ましい特性を提供することができる。
【００１２】
荷電マイクロファイバーまたは荷電マイクロフィブリル化物品が所望である場合、有用な半結晶性ポリマーとしては、配向フィルム表面に高圧流体ジェットを付与することによるマイクロフィブリル化時に多量の捕捉された電荷を有し得るものが挙げられる。電荷を獲得できるポリマーの例としては、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリ（４−メチル−１−ペンテン）のようなポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネートおよびポリエステル、ならびにそれらのコポリマーおよびブレンドが挙げられる。
【００１３】
有用なポリマーは一般的に非導電性であり、すなわち、少なくとも１０１４オーム−ｃｍ、好ましくは１０１５オーム−ｃｍより高い体積抵抗率を有する。付与された電荷を特定のポリマーが有し得るということを、付与された電荷の有無に関わらず濾過性能を測定することにより決定することができる。例えば、荷電マイクロフィブリル化物品の濾過性能を測定し、次いでマイクロフィブリル化物品に放電手順を受けさせて再び性能を測定してもよい。性能低下は、電荷の付与を表示する。適切な放電手順は、Ｘ線放射への露光、またはイソプロパノールのようなアルコールへの暴露を含む。あるいは、放電されたマイクロファイバーをコロナ処理により再荷電して結果を比較することもできる。代案として、本明細書に記載される熱刺激放電により、マイクロファイバー（またはマイクロフィブリル化物品）上の電荷を直接測定してもよい。
【００１４】
荷電マイクロファイバーに関して、好ましいポリマーとしてはポリプロピレンおよびポリ（４−メチル−１−ペンテン）、それらのブレンド、または少なくとも１つのポリプロピレンおよびポリ（４−メチル−１−ペンテン）から形成されたコポリマーが挙げられる。ポリマーは実質的に、導電性を増加するか、あるいは繊維が電荷を受け取る能力および保持する能力に影響する帯電防止剤のような材料またはアジュバントを含むべきではない。
【００１５】
ポリマーの分子量は、加工条件下でポリマーが溶融加工可能であるように選択されるべきである。ポリプロピレンおよびポリエチレンに関しては、例えば分子量は約５０００〜４９９，０００であってよく、好ましくは約１００，０００〜３００，０００である。
【００１６】
微細空隙を有するフィルムは米国特許第６，１１０，５８８号に記載されており、この特許の全開示は参照として援用される。微細空隙を有するフィルムは、誘導された結晶化度を有する、高配向、半結晶性、溶融加工フィルムから誘導される。誘導された結晶化度は、キャスティング、ならびにカレンダー加工、アニーリング、伸長および再結晶のような後続加工の最適な組合わせにより得ることが可能な最大結晶化度である。ポリプロピレンに関して、例えば結晶化度は６０％より高く、好ましくは７０％より高く、最も好ましくは７５％より高い。結晶化度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）および１００％結晶性ポリマーに関する外挿値との比較により測定してよい。例えば、Ｂ．ワンダーリッチ（Ｂ．Ｗｕｎｄｅｒｌｉｃｈ）著、「熱分析（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）」（アカデミック・プレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、マサチューセッツ州、ボストン、１９９０）を参照のこと。
【００１７】
一般的に、本発明の方法で有用であるように、市販品として入手可能なキャストフィルムの結晶化度を増加させなければならない。溶融物からの押出に続く冷却キャスティングドラム上での急冷により作製されたもののようなキャストフィルムは、従来の加工条件から得られる「自発的結晶化度」を示す。例えば、アイソタクチックポリプロピレンキャストフィルムは典型的に、ＤＳＣ分析により５９〜６１％の結晶化度を示す。本発明の方法においてかかるポリプロピレンフィルムを使用する場合、この「自発的結晶化度」より少なくとも２０％高く、約７２％以上まで結晶化度を増加させることが望ましい。フィルムの結晶化度を最大化させることは、マイクロフィブリル化効率を増加させると考えられている。
【００１８】
加工条件のいずれかの適切な組合わせは、誘導された結晶化度の最大値および最大配向を溶融加工フィルムに付与するために使用されてよい。これらとしては、キャスティング、急冷、アニーリング、カレンダー加工、配向、固体状態引抜、ロール転位等のいずれかの組合わせが挙げられる。かかる加工は一般的に、ポリマーフィルムの結晶化度、ならびに球晶の大きさおよび数を増加させるためにも役立つ。後続の加工工程のためのフィルムの安定性は、例えばＸ線回折によって、または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によってポリマーフィルムの結晶化度を測定することにより決定され得る。
【００１９】
微細空隙を有するモルフォロジーを付与するための後続の加工に適切な高配向ポリマーフィルムは既知であり、かつ／または市販品として入手可能である。これらは例えば、新日本石油（東京）、ポルテコ（Ｐｏｌｔｅｃｏ）（カリフォルニア州、ヘイワード（Ｈａｙｗａｒｄ））、キャディー  インダストリーズ  インコーポレイテッド（Ｃａｄｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ）（テネシー州、メンフィス（Ｍｅｍｐｈｉｓ））およびサイノード  パッケージング  システムズ（Ｓｉｇｎｏｄｅ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）（イリノイ州、グレンビュー（Ｇｌｅｎｖｉｅｗ））により記載されている。
【００２０】
微細空隙はフィルム中またはフィルム表面上の微視的な空隙であり、負荷された変形加工にフィルムが適合できない場合に生じる。「適合できない」とは、負荷された緊張により引き起こされる応力を減少するのにフィルムが十分弛緩しないことを意味する。負荷された緊張に適合するポリマーの能力を超えるプラスチックフロー条件下で、高配向、高結晶性ポリマーフィルムを伸長し、それによって微細空隙を有するモルフォロジーを付与する。従来のフィルム配向加工においては、かかる過度の応力はフィルムの弱さを導き、配向間の切断を生じ得るため避けられている。本発明の配向加工工程の間は、配向による変形応力がポリマー分子の縺れ解放速度を越える時に少ない切断または引裂き（微細空隙）が生じる。例えば、ロジャー  Ｓ．ポーター（Ｒｏｇｅｒ  Ｓ．Ｐｏｒｔｅｒ）およびリー−ホイ  ワン（Ｌｉ−Ｈｕｉ  Ｗａｎｇ）、ジャーナル・オブ・マクロモレキュラー・サイエンス−レビュー  マクロモレキュラー・ケミストリー・アンド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｒｅｖ．Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．），Ｃ３５（１），６３−１１５（１９９５）を参照のこと。
【００２１】
結晶化度を誘導するためにどのようにフィルムを加工するか、どのようにフィルムを配向するかということ次第で、フィルム容積の著しい微細空隙含有率に加えて片面または両面が著しい微細空隙含有率を有してもよい。縦方向に伸長することによりフィルムを配向した場合、微細空隙は典型的に、フィルムのｘ、ｙおよびｚ軸を通して分散し、一般的にフィブリル境界が続き、微視的な欠陥または割れ目として見える。
【００２２】
微細空隙は形状が相対的に平面であり、大きさが不規則であり、かつ明瞭な境界がない。フィルムマトリックス中の微細空隙は一般的にフィルム面内にあるか、または縦方向（配向方向）の主軸に関してフィルム面に垂直であるのに対し、フィルム表面の微細空隙は一般的にフィルムの縦方向（配向方向）に横断する。小角Ｘ線回折（ＳＡＸＳ）、共焦顕微鏡または密度測定のような技術により、フィルムマトリックス中の微細空隙の大きさ、分布および量を決定してもよい。さらに、フィルムの外観検査により、著しい微細空隙含有率による不透明度の増加または銀白色外観の増加を説明することができる。
【００２３】
一般的に、微細空隙含有率が大きいほど、本発明の方法によるマイクロファイバーの収率は大きい。好ましくは、少なくとも１つのマイクロフィブリル化表面を有する物品を作製する場合、ポリマーフィルムの少なくとも１つの主面は、密度により測定したものとして、すなわち微細空隙を有するフィルムの密度と初期フィルムの密度との比率として、５％より多い、好ましくは１０％より多い微細空隙含有率を有するべきである。本発明で有用な微細空隙を有するフィルムは、微細空隙が一般的に非気泡性であり、相対的に平面であり、かつフィルムの縦方向（配向方向）に主軸を有する微孔性フィルムまたは発泡物品のような、空隙を有する他のフィルムまたは物品から識別され得る。微細空隙は一般的に相互に連結しているが、隣接する微細空隙は交差していてもよい。
【００２４】
実際に、フィルムは最初に、所望の程度の結晶化度および配向を付与するために１以上の加工工程を受け、さらに微細空隙を付与するために加工されてよく、または結晶化度を付与する加工工程と同時に微細空隙が付与されてもよい。従って、ポリマーフィルムを配向し、かつポリマーの結晶化度（および配向）を増加させる同一のカレンダー加工または伸長工程が同時に微細空隙を付与し得る。
【００２５】
本発明の一実施形態において、フィルムまたはシートの形状でダイを通して溶融物からポリマーを押出し、そして急冷し、冷却速度を遅らせるかまたは最小化することによりフィルムの結晶化度を最大化する。溶融状態からフィルムが冷却すると、結晶化が始まり、発達した結晶子から球晶が形成される。その溶融点より高い温度から結晶化温度より十分低い温度まで迅速に冷却された場合、大きな非晶質領域に包囲された結晶子を含む構造が生じ、球晶の大きさは最小化される。
【００２６】
一実施形態において、ガラス転移温度より高いが溶融温度より低い温度に保持された加熱キャスティングドラムにおいてフィルムを急冷する。通常、例えばポリプロピレンは約２４℃（７５°Ｆ）で急冷されるが、本発明においては、例えば加熱物を約２２０℃（４５０°Ｆ）の溶融状態から８２℃（１８０°Ｆ）、好ましくは１００℃より高い急冷温度まで急冷する。この、より高い急冷温度は、フィルムが低速で冷却するのを可能にし、アニーリングのためフィルムの結晶化度を増加させる。好ましい急冷は、結晶化度を最大化させるだけではなく、結晶球晶の大きさを最大化させる速度で生じる。
【００２７】
結晶化度に及ぼすキャスティング温度および冷却速度の影響は既知であり、Ｓ．ピッカロロ（Ｓ．Ｐｉｃｃａｒｏｌｏ）ら、ジャーナル・オブ・アプライド・ポリマー・サイエンス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）、第４６巻、６２５−６３４（１９９２）を参照することができる。
【００２８】
加熱キャスティングドラム上でのキャスティングの代わりとして、フィルムをより低速で冷却させるために、フィルムを空気中で、または加熱可能な水のような流体中で急冷し、結晶化度および球晶の大きさを最大化させてもよい。空気または水急冷は、フィルム厚に渡って結晶化度および球晶含有率の均一性を保証し得る。押出物品の厚さおよびキャスティングドラムの温度次第で、ポリマーのモルフォロジーは物品の厚さに渡って同一ではない可能性もあり、すなわち、二つの表面のモルフォロジーは異なり得る。加熱キャスティングドラムとの接触面は実質的に結晶性であり得るが、キャスティングドラム遠方の表面は周囲空気への暴露のため類似していないモルフォルジーを有し得、ここでは熱移動はあまり効率的ではない。モルフォロジーの些細な差異は通常、フィルム上全主要表面のマイクロフィブリル化表面の形成を妨害しないが、マイクロフィブリル化表面が物品の両表面に望まれる場合、物品の厚さに渡る均一な結晶化度を保証するためにキャスティングホイールの温度を注意深く制御することが好ましい。
【００２９】
加熱キャスティングホイール上でのキャスティングに代わって、結晶化温度より低い温度までフィルムを迅速に急冷してもよく、例えば、少なくとも２：１の引抜比での引抜により、応力によって増加する結晶化度は結晶化を誘導するだろう。引抜緊張は、フロー引抜により生じた塑性変形より高い、必須の塑性変形を誘導することによる分子の配列と球晶の変形とを生じるのに十分でなければならない。
【００３０】
キャスティング（および、ある場合は引抜）の後、ポリマーは、比較的高い結晶化度と著しい球晶構造を特徴とし得る。大きさおよび球晶の数は、キャスティング条件次第である。結晶化度および球晶構造の存在は、例えばＸ線回折および電子顕微鏡検査法によって確認することができる。
【００３１】
結晶化度およびフィルム厚は、所望の最終用途によって選択され、加工条件の制御により達成され得る。キャストフィルムは典型的に、１００ミル未満（２．５ｍｍ）、好ましくは３０ミル〜７０ミル（０．８ミル〜１．８ｍｍ）の厚みを有する。しかしながら、得られる物品に所望の特性次第で、それらはこの範囲外の厚さでキャスティングされてよい。
【００３２】
好ましい実施形態において、キャストフィルムは急冷後にカレンダー加工される。カレンダー加工により、後続の、より高い引抜比を可能にすることによって、より高い分子配向を達成することが可能となる。カレンダー加工工程がない場合、未加工の引抜比（ポリプロピレンに関して７：１）より高い配向工程における引抜比は一般的に、切断の恐れなしには達成されない。適切な温度でのカレンダー加工により、縺れの遮断および切断を通して、平均結晶子径を減少させることができ、球晶における縦横比を負荷し得る（すなわち、横方向で平坦化し、縦方向で延伸する）。好ましくは、カレンダー加工はα結晶化温度以上で行われる。α結晶化温度、Ｔαｃは、より大きな層状結晶ユニット内で結晶子サブユニットを移動できる温度に相当する。この温度より高い温度では層状スリップが起こり得、ポリマーの非晶質領域として結晶化度が増加する効果により延長鎖結晶形が層状結晶構造中に引抜かれる。カレンダー加工工程は、放射状に配向された最初の球からフィルムの平面中にフィブリルを配向する効果を有する。結晶子は剪断力のため切断され、これは広角Ｘ線によって確かめることができる。従って個々のフィブリルは、核保有部位から主に放射状であるが、同じ平面にある。
【００３３】
カレンダー加工の後、次いで、フィルムの重大な障害を引き起こす（すなわち、緊張に適合するポリマーの能力を超過する）には不十分であるプラスチックフロー条件下で伸長することによって、縦方向で物品を配向する。ポリプロピレンを使用して、例えば、フィルムはその長さの少なくとも５倍伸長されてよい。好ましい実施形態において、カレンダー加工および配向工程の両方を考える場合、組み合わせられた引抜比は、ポリプロピレンに関して少なくとも１０：１であり、そして好ましくは１０：１〜約４０：１の範囲である。
【００３４】
好ましくは、カレンダー加工工程の直後に配向（伸長）工程が行われ、すなわち、カレンダー加工フィルムはカレンダーニップから長さ配向装置へと直接供給される。カレンダーニップと最初の長さ配向ローラーとの間の最少ギャップは、冷却を最小化し、フィルムの皺形成を回避する。本質的に、配向工程の間に弛緩が生じないように、またカレンダー加工間に付与された配向が保持されるように、長さ配向装置の張力が維持される。好ましくは、長さ配向装置は複数の配向ロールを備え、その相対速度は、段階的な引抜またはフィルムへの配向を付与するために制御される。さらに複数のローラーが制御された温度であり、配向フィルムへの段階的な温度減少を提供し、それによって配向を最大化する。
【００３５】
フィルム表面に微細空隙を付与するように（密度変化により測定された場合、５％を超えて）、伸長条件が選択される。一般的に、プラスチックフロー下で（所定の最小温度と最大伸長比で）、温度が約１０℃以上低下するか、または負荷された緊張が約１０％減少し（約１０％より高い伸長時）、微細空隙を誘導するように、伸長条件が選択される。また、負荷された緊張に適合するポリマーの能力を越えるように、かつフィルムの重大な障害を避けるように条件が選択される限り、温度は低下してもよく、そして伸長比は同時に増加する。
【００３６】
微細空隙は微小欠陥であり、負荷された応力にフィルムが適合できるものを超過するプラスチックフロー条件下で、張力下でフィルムが引抜かれた時に生じる。またはフィルムの弛緩率（ポリマー鎖の縺れ率）より速い速度で生じる。著しい量の微細空隙の発生は、欠陥からの光散乱のため、フィルム表面に乳白色または銀白色外観を付与する。対照的に、著しい微細空隙が不足しているフィルム表面は、透明な外観を有する。微細空隙の存在は、小角Ｘ線もしくは密度測定によって、または顕微鏡検査によって確認することができる。マイクロフィブリル化表面の生産に関する配向フィルムの適合性の経験試験として、この外観を用いることができる。繊維状モルフォロジーを有する高配向ポリマーフィルムに特有であるように、たとえフィルムが縦方向に分割され得るとしても、著しい量の微細空隙が不足している配向フィルムはマイクロフィブリル化されないことが見出されている。
【００３７】
配向工程において、球晶の個々のフィブリルは、フィルムの縦方向（配向方向）に対して実質的に平行に、かつフィルム平面において引抜かれる。ロープ様外観を有するものとして、カレンダー加工された配向フィブリルを視覚化することができる。共焦点光顕微鏡検査によって、ミクロトームフィルムは、微細空隙が観察されるマイクロファイバー状モルフォロジーを示す。
【００３８】
フィルムの最終厚は、キャスティング厚、カレンダー加工厚および配向度によって部分的に決定される。多くの用途に関して、マイクロフィブリル化より前のフィルムの最終厚は、１〜２０ミル（０．０２５〜０．５ｍｍ）、好ましくは３〜１０ミル（０．０７５〜０．２５ｍｍ）である。
【００３９】
荷電マイクロフィブリル化物品はまた、半結晶性ポリマー成分と空隙開始成分とを有する、空隙を有する配向フィルムから作製されてもよい。かかる配向された、空隙を有するフィルムは、９９年５月７日出願の譲受人の同時係属出願米国特許出願第０９／３０７，５７７号に記載されており、この明細書の全開示は参照として組み入れられる。
【００４０】
空隙を有する配向フィルムを使用する場合、半結晶性ポリマー成分は前記非導電性ポリマーを含む。半結晶性ポリマー成分は、要求された特性を本発明のマイクロフィブリル化フィルムに付与する少量の第二ポリマーを更に含んでもよい。かかるブレンドの第二ポリマーは半結晶性であっても非晶質であってもよく、一般的に半結晶性ポリマー成分の重量を基準として３０重量％未満である。例えば、半結晶性ポリマー成分として使用される場合、マイクロフィブリル化フィルムの柔軟性とドレープ性を改善するために、少量の直鎖低密度ポリエチレンをポリプロピレンに添加してもよい。当該分野で既知である通り、例えば、剛性、引裂き抵抗、エルメンドルフ（Ｅｌｍｅｎｄｏｒｆｆ）引裂強さ、伸び、引張強さ、および衝撃強さを高めるために少量の他のポリマーも添加されてよい。
【００４１】
空隙開始成分は、半結晶性ポリマー成分に非混合性であるように選択される。それは、約０．１〜１０．０ミクロンの平均粒径を有する有機または無機固体であってよく、非晶形、紡錘体、板状、菱形、立方体および球を含むいずれかの形であってもよい。
【００４２】
空隙開始成分として有用な無機固体としては、固体または中空ガラス、セラミックまたは金属粒子、ミクロスフェアまたはビーズ、ゼオライト粒子、限定されないが二酸化チタン、アルミナおよび二酸化ケイ素のような金属酸化物、金属、アルカリまたはアルカリ土属炭酸塩または硫酸塩を含む無機化合物、あるいはカオリン、タルク、カーボンブラック等が挙げられる。無機空隙開始成分は、半結晶性ポリマー成分中に分散する場合、化学的性質または物理的形状による表面相互作用がほとんどないように選択される。一般的に無機空隙開始成分は、ルイス酸／塩基相互作用を含めて半結晶性ポリマー成分に対して化学的に反応性ではないべきであり、最小のファンデルワールス相互作用を有する。荷電マイクロフィブリル化物品を所望の場合、十分に分散するならば導電性の材料が使用されてもよいが、非導電性の連続相と非導電性の無機空隙開始成分が選択されなければならない。
【００４３】
好ましくは、空隙開始成分は、半結晶性ポリマーと非晶質ポリマーとを含む熱可塑性ポリマーを含み、半結晶性ポリマー成分と非混合性のブレンドを提供する。非混合性ブレンドは、例えば複数の非晶質ガラス転移温度の存在により決定されるように、複数の非晶質相を示す。本明細書で使用される場合、「非混和性」は制限された可溶性とゼロではない表面張力を有するポリマーブレンド、すなわち、混合自由エネルギーが０より高いブレンドに関する。
【数１】
2004523667.tif 000003
【００４４】
ポリマーの混和性は、熱力学的および動力学的考察によって決定される。非極性ポリマーに関する一般的な混和性の予測値は、溶解性パラメータまたはフローリー−ハギンズ相互作用パラメータの差異である。ポリオレフィンのような非特異性の相互作用を有するポリマーに関しては、因子（Ｖ／ＲＴ）とは異なる溶解性パラメーターの二乗を掛けることにより、フローリー−ハギンズ相互作用パラメータを計算することができる。式中、Ｖは繰返し単位の非晶質相のモル体積であり、Ｒは気体定数であり、Ｔは絶対温度である。結果として、２つの非極性ポリマー間のフローリー−ハギンズ相互作用パラメータは常に正数である。
【００４５】
空隙開始成分として有用なポリマーとしては、溶融物からの冷却時に個別相を形成するように選択された上記半結晶性ポリマー、ならびに非晶質ポリマーが挙げられる。有用な非晶質ポリマーとしては、制限されないが、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、エチレンノルボルネンコポリマーのような環式オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ならびにスチレン／ブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびエチレン／プロピレン／ジエンゴム（ＥＰＤＭ）のような強化ポリマーが挙げられる。荷電マイクロフィブリル化物品が所望である場合、連続相が非導電性である限り、導電性または非導電性の空隙開始成分が選択されてよい。
【００４６】
非混合性ポリマーブレンドの具体的な有用な組合わせとしては、例えば、ポリプロピレンとポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンとポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンとポリスチレン、ポリプロピレンと高密度ポリエチレン、ポリプロピレンと低密度ポリエチレン、ポリプロピレンとポリカーボネート、ポリプロピレンとポリメチルペンテン、およびポリプロピレンとナイロンが挙げられる。
【００４７】
非混合性ポリマーブレンドを使用する場合、第一ポリマーが連続相を形成し、第二ポリマーが不連続相を形成するように相対量の半結晶性ポリマー成分および空隙開始ポリマー成分を選択することができる。好ましくは、空隙開始成分は不連続相または分離相を形成するが、半結晶性ポリマー成分は連続相を形成し、第一ポリマーの連続相中に分散する。かかる構成において、空隙開始成分の量は最終フィルム特性に影響を及ぼす。一般的に、空隙開始成分の量を増加させると、最終フィルムにおける空隙量も増加する。結果として、機械特性、密度、光透過性等のようなフィルムの空隙量に影響を受ける特性は、添加された空隙開始成分の量に依存する。空隙開始成分がポリマーである場合、ブレンド中の空隙開始成分の量が増加すると、空隙開始ポリマーがもはや容易に分散または分離相として識別できない点に組成範囲が達する。ブレンド中の空隙開始ポリマー量のさらなる増加は、結果として、空隙開始ポリマーが連続相になる転相をもたらす。
【００４８】
空隙開始成分が有機であるか無機であるかには関係なく、好ましくは組成物中の空隙開始成分の量は、１重量％〜４９重量％、より好ましくは５重量％〜４０重量％、最も好ましくは１０重量％〜２５重量％である。これらの組成範囲において、空隙開始成分は分離した不連続相を形成するが、第一半結晶性ポリマーは連続相を形成する。
【００４９】
さらに、選択された空隙開始成分は、選択された半結晶性ポリマー成分と非混合性でなければならない。このような関係において、非混合性とは、分離相が連続相中に実質的に溶解しないことを意味し、すなわち、分離相は、連続相によって提供されたマトリックス内で分離した、識別できる領域を形成しなければならない。
【００５０】
加工条件下でポリマーが加工可能な溶融物であるように、ポリマーの分子量が選択されなければならない。ポリプロピレンおよびポリエチレンに関しては、例えば、分子量は約５，０００〜５００，０００であってよく、好ましくは約１００，０００〜３００，０００である。
【００５１】
最大物理的特性を得るため、ポリマーフィルムをマイクロフィブリル化に適合させるために、ポリマー鎖を少なくとも１つの主軸（一軸）に沿って配向させる必要があり、さらには２つの主軸（二軸）に沿って配向させてもよい。分子の配向度は一般的に引抜比、すなわち、最終長さと最初の長さの比率によって定義される。この配向は、カレンダー加工および長さ配向工程を含む本発明の技術の組合せによって生じ得る。
【００５２】
本発明において、非混和性ポリマー混合物を含む溶融加工フィルムが提供される。例えば、キャスティングと、カレンダー加工、アニール化、伸長および再結晶のような後続の加工との最適な組合わせにより半結晶性ポリマー成分の結晶化度が増加することが好ましい。フィルムの結晶化度を最大化することによりマイクロフィブリル化効率が増加すると考えられる。
【００５３】
配向時にフィルムに空隙が付与される。フィルムが伸長されると、２つの成分の非混和性および２相間の弱い粘着性のため、２つの成分は分離する。フィルムが連続相および不連続相を含む場合、不連続相は、連続相のマトリックス中の実質的に分離した不連続空隙として残る空隙を開始するために役立つ。２つの連続相が存在する場合、形成する空隙はポリマーフィルムを通して実質的に連続的である。典型的な空隙は、縦方向および横方向のそれぞれの配向度に比例して、主寸法ＸとＹを有する。フィルム平面に垂直な副寸法Ｚは、配向前の分離した相（空隙開始成分）の横断寸法と実質的に同じまま残る。空隙は、非混和性ブレンドの相の間の弱い応力伝達のため生じる。ブレンド成分間の低分子引力は非混和性の相の性質の原因であると考えられており、フィルムが配向または伸長により応力を受ける時に低界面張力は空隙形成を生じると考えられる。
【００５４】
予想外であることに、前記微細空隙を有するフィルムに空隙を付与するために必要な条件より厳格ではない条件下で２つの成分（半結晶性および空隙開始）ポリマーフィルムに空隙を付与できることが見出されている。制限された溶解性の２相および０より高い混合自由エネルギーを有する非混和性ブレンドは、後続のマイクロフィブリル化に必要な空隙形成を促進すると考えられる。
【００５５】
フィルムの完全性が維持されるように配向条件が選択される。従って、縦方向および／または横方向での伸長時に、連続相の実質的な引裂きまたは分裂が回避されるように、そしてフィルムの完全性が維持されるように温度は選択される。温度が低すぎるか配向比が過度に高い場合、引裂きまたは重大な障害にさえもフィルムは特に抵抗がない。好ましくは、配向温度は連続相のガラスの転移温度より高い。かかる温度条件は、フィルム完全性の損失なくＸおよびＹ方向の最大配向を可能にし、フィルムに付与された空隙を最大化し、その結果として表面がマイクロフィブリル化されることを最大限容易にする。
【００５６】
空隙は、相対的に平面状の形状であり、大きさが不規則であり、はっきりした境界がない。空隙は一般的に、縦（Ｘ）方向および横（Ｙ）方向（配向方向）の主軸によりフィルムと共平面である。空隙の大きさは可変的であり、分離した相と配向度の大きさに比例している。分離した相の比較的大きい領域および比較的高い配高度を有するフィルムは、比較的大きい空隙を生じる。分離した相を高い割合で有するフィルムは、一般的に、配向時に比較的高い空隙含有率を有するフィルムを生じる。フィルムマトリックス中の空隙の大きさ、分布および量は、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）、共焦点顕微鏡検査、走査電子顕微鏡検査法（ＳＥＭ）または密度測定値のような技術により決定することができる。さらに、フィルムの視覚検査は、著しい空隙含有率のために増加した不透明または銀白色の外観を明白にするだろう。
【００５７】
通常、より高い空隙含有率は後続のマイクロフィブリル化を高め、その後、本発明の方法を使用して、一軸配向フィルムに関しては繊維の収率を増加させ、二軸配向フィルムに関しては繊維状フレークの収率を増加させる。好ましくは、少なくとも１つのマイクロフィブリル化表面を有する物品を作製する場合、密度によって測定するとポリマーフィルムは５％を超える空隙含有率、より好ましくは１０％を超える空隙含有率、すなわち、空隙を有するフィルムの密度と初期フィルムの密度との比率を有するべきである。
【００５８】
実際にフィルムは最初に、所望の結晶化度を半結晶性ポリマー成分に付与する１以上の加工工程を受け、さらに空隙を付与するために加工されるか、または空隙は結晶化度を付与する加工工程と同時に付与され得る。従って、ポリマーフィルムを配向し、ポリマーの結晶化度（および配向）を増加させる同一のカレンダー加工工程および伸長工程は同時に空隙を付与することができる。
【００５９】
本発明の一実施例において、ポリマーはフィルムまたはシートの形状でダイを通して溶融物から押出され、急冷されて、冷却速度を遅らせるか最小化することにより半結晶性相の結晶化度を最大化する。半結晶性相が溶融物から冷却されると、結晶化が開始し、発達結晶から球晶が形成する。その融点より高い温度から結晶化温度より十分低い温度まで迅速に冷却された場合、大きな非晶質領域により包囲された結晶子を含む構造が生じ、球晶の大きさは最小化される。
【００６０】
結晶化度を増加させるために、ガラス転移温度より高いが溶融温度より低い温度に維持された加熱キャスティングドラムにおいてフィルムを急冷してよい。アニール化のため、より高い急冷温度はフィルムが低速で冷却するのを可能にし、フィルムの結晶化度が増加するのを可能にする。好ましくは、急冷は結晶化度を最大化するだけではなく、結晶球晶の大きさを最大化する速度で起こる。あるいは、温度制御ローラーのニップを通して押出されたフィルムを供給することにより、フィルムは急冷されてよい。
【００６１】
代替例として、フィルムをより低速で冷却させるために、フィルムを空気中で、または加熱可能な水のような流体中で急冷し、結晶化度および球晶の大きさを最大化させてもよい。空気または水急冷は、フィルム厚に渡って結晶化度および球晶含有率の均一性を保証し得る。
【００６２】
押出物品の厚さおよびフィルムを急冷する手段の温度次第で、ポリマーのモルフォロジーは物品の厚さに渡って同一ではない可能性もあり、すなわち、二つの表面のモルフォロジーおよび／または表面とマトリックスとのモルフォロジーは異なり得る。加熱キャスティングドラムとの接触面は実質的に結晶性であり得るが、キャスティングドラム遠方の表面は周囲空気への暴露のため類似していないモルフォルジーを有し得、ここでは熱移動はあまり効率的ではない。モルフォロジーの些細な差異は通常、フィルム上全主要表面のマイクロフィブリル化表面の形成を妨害しないが、マイクロフィブリル化表面が物品の両表面に望まれる場合、物品の厚さに渡る均一な結晶化度を保証するためにキャスティングホイールの温度を注意深く制御することが好ましい。
【００６３】
別の代替例として、結晶化温度より低い温度までフィルムを迅速に急冷してもよく、例えば、少なくとも２：１の引抜比での引抜により、応力によって増加する結晶化度は結晶化を誘導するだろう。引抜緊張は、フロー引抜により生じた塑性変形より高い、必須の塑性変形を誘導することによる分子の配列と球晶の変形とを生じるのに十分でなければならない。
【００６４】
結晶化度およびフィルム厚は、所望の最終用途によって選択され、加工条件の制御により達成され得る。キャストフィルムは典型的に、１００ミル未満（２．５ｍｍ）、好ましくは３０ミル〜７０ミル（０．８ミル〜１．８ｍｍ）の厚みを有する。しかしながら、得られる物品に所望の特性次第で、それらはこの範囲外の厚さでキャスティングされてよい。本発明において、本発明のマイクロフィブリル化フィルムを製造するためにキャストフィルムおよび吹込みフィルムを使用してもよい。さらに、同時に二軸伸長されたフィルムにおいて本明細書に記載の方法を有利に使用することもできる。かかる伸長は、例えば、米国特許第４，３３０，４９９号（アオフッセ（Ａｕｆｓｅｓｓ）ら）および米国特許第４，５９５，７３８号（フーフナーゲル（Ｈｕｆｎａｇｅｌ）ら）に開示された方法および装置により達成することができ、より好ましくは米国特許第４，６７５，５８２号（ホンメス（Ｈｏｍｍｅｓ）ら）、米国特許第４，８２５，１１１号（ホンメス（Ｈｏｍｍｅｓ）ら）、米国特許第４，８５３，６０２号（ホンメス（Ｈｏｍｍｅｓ）ら）、米国特許第５，０３６，２６２号（ショーンバッハ（Ｓｃｈｏｎｂａｃｈ）ら）、米国特許第５，０５１，２２５号（ホンメス（Ｈｏｍｍｅｓ）ら）、および米国特許第５，０７２，４９３号（ホンメス（Ｈｏｍｍｅｓ）ら）に開示された方法および幅出装置により達成することができ、これらの開示は本明細書に参照として援用されている。
【００６５】
二軸配向されるフィルムに関して、キャストフィルムが急冷後にカレンダー加工されることが好ましい。カレンダー加工により、後続の、より高い引抜比を可能にすることによって、より高い分子配向の達成が可能になる。カレンダー加工工程がない場合、未加工の引抜比より高い後続の配向工程における引抜比は一般的に、切断の恐れなしには達成されない。適切な温度でのカレンダー加工により、もつれの遮断および切断を通して、平均結晶子径を減少させることができ、球晶における縦横比を負荷し得る（すなわち、横方向で平坦化し、縦方向で延伸する）。その後、二軸配向されるフィルムをカレンダー加工しないことが好ましい。好ましくは、カレンダー加工はα結晶化温度以上で行われる。
【００６６】
配向工程において、フィルムは縦方向（Ｘ軸）で伸長し、横方向で同時にまたは連続的に伸長し得る。最初の縦方向での伸長時に、球晶または半結晶性ポリマーの個々のフィブリルは、フィルムの縦方向（配向方向）に対して実質的に平行に、かつフィルム平面において引抜かれる。ロープ様外観を有するものとして、配向フィブリルを視覚化することができる。横方向における後続の、またはさらなるフィルムの配向は、再度、フィルム平面において、Ｘ、Ｙおよび中間軸に沿って異なる個体群を有するフィブリルの再配向をもたらし、これは縦方向および横方向の配高度に依存している。フィルムに空隙を付与するように（密度変化により測定された場合、５％を超えて）、伸長条件が選択される。
【００６７】
著しい量の微細空隙の発生は、欠陥からの光散乱のため、フィルム表面に乳白色または銀白色外観を付与する。対照的に、著しい微細空隙が不足しているフィルム表面は、透明な外観を有する。微細空隙の存在は、小角Ｘ線もしくは密度測定によって、または顕微鏡検査によって確認することができる。マイクロフィブリル化表面の生産に関する配向フィルムの適合性の経験試験として、この外観を用いることができる。繊維状モルフォロジーを有する高配向ポリマーフィルムに特有であるように、たとえフィルムが縦方向に分割され得るとしても、著しい量の微細空隙が不足している配向フィルムはマイクロフィブリル化されないことが見出されている。
【００６８】
急冷されたフィルムは半結晶性ポリマー連続相のガラスの転移温度より高い温度で、相互に垂直な方向で伸長することによって二軸配向されてよい。一般的に、フィルムは最初に１つの方向で伸長され、次いで、第一方向に垂直な第二方向で伸長される。しかしながら所望であれば、伸長は両方向で同時に行われてよい。典型的な方法においては、フィルムは最初に１組の回転ローラーの上で、または２対のニップローラー間で押出方向で伸長され、次いで、幅出装置の手段により横方向で伸長される。フィルムはそれぞれの方向で、伸長方向におけるそれらの最初の寸法の２〜１０倍まで伸長されてよい。
【００６９】
最初の配向（または伸長）の温度は、フィルム特性に影響を及ぼす。一般的に、最初の配向工程は縦方向である。配向温度制御は、加熱ロールの温度を制御することにより、または追加の放射エネルギーを制御することにより、例えば赤外線ランプにより達成することができ、これは当該技術分野において既知である。温度制御法の組合わせも利用されてよい。
【００７０】
低すぎる配向温度は、結果として、不規則な外観を有するフィルムを生じる。最初の配向温度を増加させることにより、不規則な伸長は減少され得、より均質な外観を有する伸長フィルムが得られる。最初の配向温度は、配向の間に生じる空隙量にも影響する。空隙が生じる温度範囲において、配向温度が低いほど、一般的に配向間に生じる空隙量が多い。最初の配向温度が高められると、空隙度は排出点まで減少する。試料の電子顕微鏡写真は、空隙が生じない温度において、分離した相領域はしばしば伸長時に変形することが示される。これは、より高い空隙を有する配向試料と対照的であり、より高い空隙を有する試料の電子顕微鏡写真は、分離した相領域が一般的に、配向の間にそれらのおよその形状を保持することを示す。第一配向に垂直な方向での第二の配向または伸長が望ましい。かかる第二の配向の温度は一般的に、第一の配向の温度と同じであるか、それより高い。
【００７１】
フィルムが伸長された後、さらに加工されてよい。例えば、伸長の両方向での退縮に対してフィルムを抑制しながら、半結晶性ポリマー成分をさらに結晶化させるのに十分な温度にフィルムを受けさせることにより、フィルムをアニール化または熱硬化させることができる。
【００７２】
フィルムの最終厚は、キャスティング厚、配向度およびカレンダー加工のようないずれかの追加的加工によって部分的に決定される。多くの用途に関して、マイクロフィブリル化より前のフィルムの最終厚は、１〜２０ミル（０．０２５〜０．５ｍｍ）、好ましくは３〜１０ミル（０．０７５〜０．２５ｍｍ）である。
【００７３】
荷電マイクロフィブリル化物品が高溶融強度ポリマー発泡体から誘導される場合、００年６月２３日出願の譲受人の同時係属出願米国特許出願第０９／６０２，９７８号を参照してよく、この明細書は全体的に参照として組み入れられる。
【００７４】
本発明に有用な高溶融強度ポリプロピレンとしては、５０重量％以上、好ましくは少なくとも７０重量％以上のプロピレンモノマー単位を含有するホモポリマーおよびコポリマーが挙げられ、１９０℃で２５〜６０ｃＮの範囲の溶融強度を有する。１９０℃および０．０３０ｃｃ／秒の速度で、長さ４１．９ｍｍの長さを有する直径２．１ｍｍのキャピラリーを通してポリマーを押出することによる延伸性レオメーターを使用して溶融強度を都合よく測定することができ、次いで、力を測定しながら一定の速度でストランドを伸長する。好ましくは、ＷＯ９９／６１５２０に記載されるように、ポリプロピレンの溶融強度は３０〜５５ｃＮの範囲である。
【００７５】
従来のアイソタクチックポリプロピレンのような直鎖ポリマーの溶融強度は、温度により迅速に減少する。対照に、高度分枝ポリプロピレンの溶融強度は、温度により迅速に減少しない。一般的に、溶融強度および延伸粘度の差異は、長鎖分枝の存在に寄与すると考えられる。有用なポリプロピレン樹脂は、分枝または架橋したものである。かかる高溶融強度ポリプロピレンは一般的に当該分野で機知の方法により作製されてよい。制御された酸素環境において直鎖ポリプロピレンを照射することにより作製される、鎖硬化延伸粘度を有する高溶融強度ポリプロピレンを記載する米国特許第４，９１６，１９８号（シーブ（Ｓｃｈｅｖｅ）ら）が参照されてよい。
【００７６】
他の有用な方法としては、米国特許第４，７１４，７１６号（パーク（Ｐａｒｋ））、ＷＯ９９／３６４６６号（モード（Ｍｏａｄ）ら）およびＷＯ００／００５２０号（ボルブ（Ｂｏｒｖｅ）ら）に記載される方法のような、分枝化および／または架橋を誘導するために溶融ポリプロピレンに化合物が添加されるものが挙げられる。米国特許第５，６０５，９３６号（デニコーラ（Ｄｅｎｉｃｏｌａ）ら）に記載されるように、樹脂を照射することにより高溶融強度ポリプロピレンを作製することもできる。さらに他の有用な方法としては、Ｊ．Ｉ．ロウコーラ（Ｊ．Ｉ．Ｒａｕｋｏｌａ），ポリプロピレン発泡体シートおよび二軸配向発泡体フィルム製造のための新技術（Ａ  Ｎｅｗ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｔｏ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｆｏａｍ  Ｓｈｅｅｔ  Ａｎｄ  Ｂｉａｘｉａｌｌｙ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｆｏａｍ  Ｆｉｌｍ），ＶＴＴパブリケーションズ（ＶＴＴ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ）３６１，フィンランド技術調査センター（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  Ｆｉｎｌａｎｄ），１９９８および米国特許第４，９４０，７３６号（アルテーピング（Ａｌｔｅｅｐｐｉｎｇ）およびネベ（Ｎｅｂｅ））に記載されるように、二極分子量分布の形成が挙げられ、これらは参照として本明細書に組み入れられる。
【００７７】
発泡性ポリプロピレンはプロピレンホモポリマーからなってよく、または５０重量％以上のプロピレンモノマー含有量を有するコポリマーを含んでよい。さらに、発泡性ポリプロピレンはプロピレンホモポリマーの混合物またはブレンド、あるいはプロピレンホモポリマーまたはコポリマー以外のホモポリマーまたはコポリマーとのコポリマーを含んでもよい。
【００７８】
特に有用なプロピレンコポリマーは、プロピレンおよび１以上の非プロピレン系モノマーのコポリマーである。プロピレンコポリマーとしては、プロピレンと、Ｃ３〜Ｃ８α−オレフィンおよびＣ４〜Ｃ１０ジエンからなる群から選択されたオレフィンモノマーとのランダム、ブロックおよびグラフトコポリマーが挙げられる。プロピレンコポリマーとしては、プロピレンと、Ｃ３〜Ｃ８α−オレフィンからなる群から選択されたα−オレフィンとのターポリマーも挙げられてよく、ここでかかるターポリマーのα−オレフィン含有量は好ましくは４５重量％未満である。Ｃ３〜Ｃ８α−オレフィンとしては、１−ブテン、イソブチレン、１−ペンテン、３−メチル−１−ブテン、１−ヘキセン、３，４−ジメチル−１−ブテン、１−ヘプテン、３−メチル−１−ヘキセン等が挙げられる。Ｃ４〜Ｃ１０ジエンの例としては、１，３−ブタジエン、１，４−ペンタジエン、イソプレン、１，５−ヘキサジエン、２，３−ジメチルヘキサジエン等が挙げられる。
【００７９】
発泡性組成物中で高溶融強度ポリプロピレンに添加されてよい他のポリマーとしては、高、中、低および直鎖低密度ポリエチレン、フルオロポリマー、ポリ（１−ブテン）、エチレン／アクリル酸コポリマー、エチレン／酢酸ビニルコポリマー、エチレン／プロピレンコポリマー、スチレン／ブタジエンコポリマー、エチレン／スチレンコポリマー、エチレン／アクリル酸エチルコポリマー、アイオノマーと熱可塑性エラストマー、例えばスチレン／エチレン／ブチレン／スチレン（ＳＥＢＳ）とエチレン／プロピレン／ジエンコポリマー（ＥＰＤＭ）が挙げられる。
【００８０】
本発明は、高溶融強度ポリプロピレンと発泡剤とを含む混合物を押出して発泡体を作成する工程により作製された配向高溶融強度ポリプロピレン発泡体をマイクロフィブリル化する工程と、押出された発泡体を少なくとも１つの方向で配向する工程とを含む、荷電マイクロフィブリル化物品の作製方法を提供する。好ましくは、この方法は、出口形成オリフィスを有する装置において、溶融混合物を形成するのに十分な温度および圧力で、少なくとも１つの高溶融強度ポリプロピレンと少なくとも１つの発泡剤とを混合し、ここでは発泡剤がポリプロピレン中に均等に分散する工程と、発泡を防止するのに十分な圧力に溶融混合物を維持しながら、装置の出口で溶融混合物の温度を、未加工ポリプロピレンの溶融温度より３０℃以下で高い出口温度まで低下させる工程と、混合物を前記出口形成オリフィスに通し、混合物を周囲圧力に暴露し、それによって発泡剤が膨張し、気泡形成が生じ、発泡体形成が得られる工程と、発泡体を配向する工程と、発泡体をマイクロフィブリル化する工程とを含む。
【００８１】
一軸、二軸またはタンデム式押出システムを使用する押出加工により、本発明で有用な発泡体を作製することができる。この方法は、１以上の高溶融強度ポリプロピレンポリマー（およびポリプロピレンポリマーブレンドを形成するためのいずれかの任意のポリマー）を発泡剤、例えば、物理的または化学的発泡剤と混合する工程と、溶融混合物を形成するために加熱する工程とを含む。押出システムにおける温度および圧力条件は、好ましくは、ポリマー材料と発泡剤とを均一な溶液または分散系として維持するのに十分である。好ましくは、ポリマー材料は、未加工ポリプロピレンの溶融温度より３０℃以下で高い温度で発泡し、それにより均一性および／または小気泡サイズのような所望の特性が生じる。
【００８２】
ＣＯ２のような物理的発泡剤を使用する場合、未加工ポリマーは最初に溶融温度より高い温度に維持される。溶融ポリマーとともに物理的発泡剤を注入（または他の方法で混合）し、圧力を２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）以上に維持しながら、押出機中で、未加工ポリマーの溶融温度より３０℃未満で高い（Ｔ≦Ｔｍ＋３０℃）出口温度まで溶融混合物を冷却させる。これらの条件下で、溶融混合物は単一相を維持する。溶融混合物が出口／形成ダイを通過すると、溶融物は迅速に発泡して膨張し、微小の均等な気泡サイズを有する発泡体が生じる。物理的発泡剤を添加することにより、他で要求されるよりもかなり低い温度でポリプロピレンを加工および形成できることが見出されている。発泡剤はポリマー材料を可塑化することができ、すなわち、そのＴｍを低下させる。より低い温度は発泡体をダイから出る直後に冷却および安定化させ、それによって気泡がより微細で均等でありながら、気泡成長および融合を阻止することを容易にさせる。
【００８３】
化学的発泡剤が使用される場合、発泡剤は未加工のポリマーに添加され、混合され、ポリプロピレンのＴｍより高い温度まで加熱して完全混合を保証し、そしてさらに化学的発泡剤の活性化温度まで加熱して発泡剤を分解させる。この系の温度および圧力を制御し、実質的に単一相を維持する。活性化により発生した気体は、溶融混合物に実質的に不溶であるか、または分散する。混合物を出口／形成ダイの前の押出機中の冷却ゾーンを通すことにより、圧力を２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）以上に維持しながら、未加工ポリマーの溶融温度より３０℃以下で高い出口温度まで、得られた単一相混合物を冷却させる。一般的に、混合ホッパーにおけるように、押出機に導入する前に化学的発泡剤を未加工ポリマーと乾燥ブレンドする。
【００８４】
化学的または物理的発泡剤のいずれを使用した場合でも、溶融混合物が形成ダイを通して押出機を出ると、非常に低い周囲温度に暴露されて発泡剤（またはその分解生成物）の膨張が生じる。これにより気泡形成が生じ、溶融混合物の発泡がもたらされる。出口温度が未加工ポリプロピレンのＴｍより３０℃以下で高い場合、発泡剤が溶液から出るとポリマーの延伸粘度は増加し、ポリプロピレンは迅速に結晶化する。これらの因子は、秒単位で、または最も典型的には一秒の何分の一の単位で発泡体気泡の成長および融合を阻止する。好ましくは、これらの条件下で、微小で均等な気泡の形成がポリマー材料中で生じる。出口温度が未加工ポリマーのＴｍより３０℃を越えて高い場合、ポリマー材料の冷却にはより長い時間がかかり、不均等な、阻止されない気泡成長が生じる。Ｔｍの増加に加えて、発泡剤の膨張とともに発泡体の断熱性冷却が生じてもよい。
【００８５】
物理的または化学的発泡剤はいずれも、ポリマー材料を可塑化することができ、すなわち、そのＴｍおよびＴｇを低下させる。発泡剤の添加により、他で要求されるよりもかなり低い温度でポリプロピレンを加工および形成でき、いくつかの場合においては未加工のポリプロピレンの溶融温度より低い温度で加工することができる。より低い温度は発泡体を冷却および安定化させ（すなわち、さらなる気泡成長を阻止するのに十分な凝固点に達する）、より微細で均等な気泡サイズが生じる。
【００８６】
本発明で有用な物理的発泡剤は、発泡体がダイを出る温度および圧力において蒸気であるいずれかの材料であってよい。物理的発泡剤を気体、超臨界液または液体として、好ましくは超臨界液または液体として、最も好ましくは液体としてポリマー材料中に導入、すなわち注入することができる。使用される物理的発泡剤は、得られる発泡体物品で求められる特性に依存する。発泡剤の選択において考慮される他の因子は、その毒性、蒸気圧プロフィール、取り扱いの容易さ、および使用されるポリマー材料に対する溶解性である。ペンタン、ブタンおよび他の有機材料のような可燃性発泡剤を使用してもよいが、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）および完全にまたは部分的にフッ素化されたエーテルのような不燃性、非毒性、非オゾン枯渇性発泡剤は、例えば、環境的および安全性の観点から使用するのが容易であるため好ましい。適切な物理的発泡剤としては、例えば二酸化炭素、窒素、水、ＳＦ６、亜酸化窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノンのような希ガス、空気（窒素および酸素のブレンド）、ならびにこれらの材料のブレンドが挙げられる。
【００８７】
化学的発泡剤は、発泡剤の分解温度より低い温度でポリマーに添加され、典型的に室温で、押出機への導入の前にポリマー供給物に添加される。次いで、ポリマーの溶融温度より高いが化学的発泡剤の活性化温度より低い温度で、発泡剤を混合し、未分解形態でポリマー中に分散させる。いったん分散されたら、混合物を薬剤の分解温度より高い温度まで加熱することにより化学的発泡剤を活性化させる。発泡剤の分解により、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２および／またはＨ２Ｏのような気体が放出され、さらなる気泡形成は系の温度および圧力により抑制される。有用な化学的発泡剤は典型的に１４０℃以上の温度で分解する。前記の通り、混合物をダイから出す前にＴｍ＋３０℃以下の温度まで冷却させる。
【００８８】
かかる材料の例としては、合成アゾ、カーボネートおよびヒドラジドをベースとする分子が挙げられ、アゾジカルボンアミド、アゾジイソブチロニトリル、ベンゼンスルホニルヒドラジド、４，４−オキシベンゼンスルホニル−セミカルバジド、ｐ−トルエンスルホニルセミ−カルバジド、アゾジカルボン酸バリウム、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジニトロソテレフタルアミドおよびトリヒドラジノトリアジンが挙げられる。これらの材料の具体的な例は、セロゲン（Ｃｅｌｏｇｅｎ）ＯＴ（４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド））、ヒドロセロール（Ｈｙｄｒｏｃｅｒｏｌ）ＢＩＦ（カーボネート化合物とポリカルボン酸との作製物）、セロゲン（Ｃｅｌｏｇｅｎ）ＡＺ（アゾジカルボキサミド）およびセロゲン（Ｃｅｌｏｇｅｎ）ＲＡ（ｐ−トルエンスルホニルセミカルバジド）である。
【００８９】
発泡性ポリマー混合物中に組み入れられる発泡剤の量は、密度減少により測定されたものとして、すなわち［１−発泡体の密度対未加工ポリマーの密度の比率］×１００として、１０％を超える空隙含有量、より好ましくは２０％を超える空隙含有量を有する発泡体が得られるように選択される。一般的に、発泡体の空隙含有量が高いほど、後続のマイクロフィブリル化が増強され、マイクロフィブリル化表面の収率が高くなる。次いで、さらにマイクロフィブリル化することができる配向、空隙を有するフィルム（発泡体）を作成するために、発泡体は前記の通りに配向されてよい。
【００９０】
次いで、ポリマーマトリックスからマイクロファイバーを放出するのに十分な流体エネルギーを表面に付与することにより、高配向、高結晶性フィルムをマイクロフィブリル化する。任意に、マイクロフィブリル化の前に、従来の機械的手段によりフィルムにマイクロフィブリル化工程を受けさせ、高配向フィルムから巨視的繊維を作成することができる。従来の機械的フィブリル化手段は、移動フィルムと接触する針または歯のような切断要素を有する回転ドラムまたはローターを使用する。歯はフィルム表面を完全に、または部分的に貫通し、それらにマイクロフィブリル化表面を付与する。他の同様のマイクロフィブリル化処理も既知であり、撚り、ブラッシング（ポーキュパインローラーを用いて）、研磨、例えば皮パッドを用いる研磨、および曲げのような機械的作用を含む。かかる従来のマイクロフィブリル化加工により得られる繊維は、大きさが巨視的であり、一般的に横断面において数百ミクロンである。かかる巨視的繊維は、微粒子状繊維のような多くの製品において、油吸収媒体として、そしてエレクトレットとして有用である。
【００９１】
配向フィルムは、例えば、フィルムの少なくとも１つの表面と高圧流体とを接触させることによりマイクロフィブリル化表面を付与するために十分な流体エネルギーを付与することによりマイクロフィブリル化される。マイクロフィブリル化加工において、従来の機械的フィブリル化加工のものと比べて、比較的多量のエネルギーがフィルム表面に付与されてマイクロファイバーが放出される。マイクロファイバーは、機械的手段（ポーキュパインローラーを用いるような）により得られる繊維より直径が桁違いに小さく、０．０１ミクロン未満〜２０ミクロンの範囲の直径である。本発明において、マイクロファイバーは７５％を超える結晶化度、１００万ｐｓｉ（約７ＧＰａ）を超える縦弾性係数を有するものとして得られる（例えば、ポリプロピレンを使用する）。
【００９２】
従って、二軸配向フィルムから得られるマイクロファイバーは横断面において長方形であり、約１．５：１〜約２０：１の範囲の横断面縦横比（横幅対厚さ）を有する。さらに、（二軸配向フィルムから作製された）長方形のマイクロファイバーの側面は平滑ではないが、横断面においてスカロップ形の外観を有する。原子力顕微鏡検査により、本発明のマイクロファイバーが個々の束または単一フィブリルであることが明らかにされ、これは集合して長方形またはリボン形マイクロファイバーを形成する。従って、表面積は、長方形のマイクロファイバーから予想されるものを超え、かかる表面はコンクリートまたは熱硬化性プラスチックのようなマトリックスにおける結合を増強する。
【００９３】
さらに、マイクロフィブリル化により、得られたマイクロフィブリル化物品に静電荷が付与されることが見出されている。かかる荷電マイクロフィブリル化物品は、熱、換気および空調システムのような濾過用途において、粒子マスクのような呼吸フィルターにおいて、そして真空クリーナーフィルターおよび室内空気清浄機等において特に有用である。荷電マイクロフィブリル化物品は、水から油を除去するために使用される疎油物品または表面から粉塵および他のデブリを除去するためのワイパーのような吸収物品としても特に有用である。微小サイズのマイクロファイバーは、ワイパーが微細生地表面を有する表面からのデブリに密接に接触し、それを除去することを可能にする。
【００９４】
フィルムの表面をマイクロフィブリル化する１つの方法は、流体ジェットによるものである。この方法において、１以上の微細流体流ジェットがポリマーフィルム表面に付与され、これはスクリーンまたは移動ベルトにより支持されており、それによってポリマーマトリックスからマイクロファイバーが放出される。フィルムの片面または両面がマイクロフィブリル化されてよい。マイクロフィブリル化度は流体ジェットへのフィルムの暴露時間、流体ジェット圧、流体ジェット断面積、流体接触角、ポリマー特性および、より低い程度で、流体温度に依存する。様々な種類および大きさのスクリーンを使用してフィルムを支持することができる。電荷がマイクロフィブリル化物品に付与される時に、スクリーンまたはベルトのようないずれの支持体も、静電荷を放散させないように接地されず、非導電性であることが好ましい。
【００９５】
いずれの種類の液体または気体状流体を使用してもよい。液体流体としては、水、またはエタノールもしくはメタノールのような有機溶媒が挙げられる。窒素、空気または二酸化炭素のような適切な気体を使用することもでき、液体と着たいとの混合物も使用することができる。かかる流体はいずれも好ましくは非膨張性であり（すなわち、ポリマーマトリックスにより吸収されない）、マイクロファイバーの配向および結晶化度を低下させる。マイクロフィブリル化の間に電荷を付与することに関して、好ましい流体は水であり、最も好ましくは、静電荷を放散させる塩または鉱物のような汚染物質をいずれも実質的に含まない脱イオン水または蒸留水である。流体温度は高められてもよいが、周囲温度流体を使用することにより適切な結果が得られる。流体の圧力は、フィルムの少なくとも一部にある程度のマイクロフィブリル化を付与するために十分であるべきであり、適切な条件は、流体、組成およびモルフォロジーを含むポリマーの性質、流体ジェットの形状、衝撃角度および温度に依存して広範囲に変化し得る。一般的に、微細空隙を有するフィルムと比較した場合、空隙を有するフィルムおよび空隙を有する発泡体をマイクロフィブリル化するためには、それほど厳密な条件は必要とされない。
【００９６】
典型的に、流体は室温および３４００ｋＰａ（５００ｐｓｉ）より高い圧力で水であるが、より低い圧力およびより長い暴露時間が使用されてもよい。かかる流体は一般的に、流体の非圧縮性、平滑表面および摩擦により損失がないことを仮定する計算を基準にして最小５ワットまたは１０Ｗ／ｃｍ２を付与する。
【００９７】
流体ジェットの形状、すなわち、横断面形状は通常、円形であってよいが、他の形状も同様に使用されてよい。ジェットは、断面を横断するか、またはフィルム幅を横断するスロットを含んでよい。フィルムがジェットに対して運搬される時にジェットは静止していてよく、フィルムは静止しているフィルムに対して移動していてよく、またはフィルムおよびジェットの両方が互いに対して移動していてもよい。例えば、ジェットをウェブに対して横断方向に移動させながら、供給ローラーにより縦（長軸）方向にフィルムを運搬してもよい。好ましくは、ローラーによりマイクロフィブリル化チャンバー中でフィルムを運搬しながら、フィルムをスクリーンまたはスクリムで支持しながら、複数のジェットが使用され、これはマイクロフィブリル化表面から流体の排出を可能にする。フィルムは単一パスにおいてマイクロフィブリル化されてよく、あるいはフィルムはジェットを通る複数パスを使用してマイクロフィブリル化されてよい。
【００９８】
フィルム表面の全てまたは一部がマイクロフィブリル化されるようにジェットを設定してよい。あるいはフィルムの選択された領域のみがマイクロフィブリル化されるようにジェットを設定してよい。従来のマスキング剤を使用して、選択された領域がマイクロフィブリル化を受けないようにフィルムのある領域をマスクすることもできる。同様に、出発フィルムの厚さを通してマイクロフィブリル化表面が部分的にのみ、または完全に貫通するように、この方法を行うことができる。マイクロフィブリル化表面がフィルム厚を通して拡大することが望ましく、物品の完全性が維持され、フィルムが個々の紡績糸またはフィブリルへと切断されないように条件を選択してよい。マイクロフィブリル化物品の表面に模様を付与するためにスクリーンまたはメッシュが使用されてよい。
【００９９】
例えば、水力絡み合い機を利用して、繊維状材料を流体ジェットに暴露することにより１以上の表面をマイクロフィブリル化することができる。水力絡み合い機は一般的に、個々のマイクロファイバーを包むかまたは結ぶための高速水ジェットを使用することにより、マイクロファイバーまたは紡績糸の嵩高性を増加させるために使用され、またジェットレーシングまたはスパンレーシングとも称される。あるいは、渦巻式または振動ヘッドを有する圧力水ジェットを使用してもよく、これは流体ジェットの影響の手動による制御を可能にする。
【０１００】
本方法において、低度または高度のマイクロフィブリル化度を提供するためにマイクロフィブリル化度を制御することができる。最少量のマイクロファイバー（またはマイクロファイバー状フレーク）をその表面で部分的に暴露し、それによってフィルム表面に繊維状材質を付与することにより、表面積を増加させるためには低度のマイクロフィブリル化度が望ましい。増加した表面積は、その結果として表面の結合性を増加させる。かかる物品は、例えば、接着剤コーティング用基材および印刷受像基材、フックおよびループファスナー、中間層接着剤、ならびにテープバッキングとして有用である。逆に、高度のマイクロフィブリル化度は、高度な繊維状材質を表面に付与して布様フィルム、絶縁物品、フィルター物品を提供するために、またはポリマーマトリックスから個々のマイクロファイバーを実質的に回収すること（すなわち、マイクロファイバーまたはマイクロファイバー状フレークを除去すること）を目的として提供するために必要とされる。
【０１０１】
いずれのマイクロフィブリル化加工においても、ポリマーマトリックスからの不完全な放出のため、殆どのマイクロファイバー（またはマイクロファイバー状フレーク）はウェブに付着したまま残っている。有利なことにマイクロフィブリル化物品は、ウェブに固定されたマイクロファイバー（またはマイクロファイバー状フレーク）を有し、マイクロファイバーの都合のよい、安全な取り扱い、貯蔵、および輸送手段を提供する。多くの用途に関して、ウェブに固定されたマイクロファイバーを保持することが望ましい。さらに、完全なマイクロファイバーは多くのフィルター用途において非常に有用であり、マイクロファイバーの巨視的サイズのため本発明のマイクロフィブリル化物品は大きいフィルター表面積を提供し、フィルムの非マイクロフィブリル化表面は完全な支持体として役立つ。
【０１０２】
任意に、ポーキュパインローラーによるような機械的手段、スクラッピング等により、フィルム表面からマイクロファイバーを回収することができる。回収されたマイクロファイバーは一般的に、個々のマイクロファイバーの高弾性のため嵩高性（ロフト）を維持し、衣類のような多くの断熱用途に有用である。必要であれば、吹込みマイクロファイバーのロフトを増加させるために使用されるもののような従来の手段により、例えば、ステーパル繊維の添加により、ロフトを増加させることができる。
【０１０３】
配向された薄フィルムが容易にフィブリル化されて荷電繊維を形成することができることも見出されている。必要とされる配向度は、フィルムに空隙または微細空隙を付与するために必要とされるものよりも低い。かかるマイクロフィブリル化フィルムは一般的に厚さ約５０ミクロン未満であり、一軸配向フィルムに関しては少なくとも５：１の引抜比を有し、前記のものよりも大きい荷電繊維を形成し、平均有効径において典型的に５０〜２００ミクロンである。しかしながら、この繊維は実質的に横断面において長方形であり、１．５：１〜２０：１の縦横比を有する。
【０１０４】
電荷添加剤をポリマー溶融物に添加することにより、荷電マイクロファイバー（およびそれから製造された物品）の性能を増加することができる。微細空隙を有するフィルム、空隙を有するフィルムまたは空隙を有する発泡体の作製に使用されるポリマーに電荷添加剤を添加してよい。電荷添加剤の使用により、一般的に、より高い電荷が付与され、そして／または電荷安定性が改善される。有用な電荷添加剤としては、米国特許第５，０１５，７６７号に記載されるもののようなトリフェニルメタン、米国特許第５，０１５，６７６号に記載されるもののようなアンモニウムおよびインモニウム化合物、米国特許第５，０６９，９９４号に記載されるもののようなフッ素化アンモニウムおよびインモニウム化合物、米国特許第 ５，０２１，４７３号に記載されるもののようなホスホニウム化合物、米国特許第５，１４７，７４８号および米国特許第５，９０８，５９８号に記載されるもののようなホスホニウム化合物、米国特許第５，９０８，５９８号に記載されるもののようなトリアジン化合物が挙げられ、それぞれは参照として組み入れられる。
【０１０５】
他の有用な電荷添加剤としては、ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）ら、米国特許第５，４７２，４８１号、ならびにルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）ら、米国特許第５，９０８，５９８号、米国特許第５，９１９，８４７号、米国特許第５９６８，６３５号および米国特許第５，９７６，２０８号に記載のものが挙げられ、それらの物質は全体的に参照として本明細書に組み入れられる。電荷添加剤としては、フルオロケミカルピペラジン、ペルフルオロアルコールのステアリン酸エステルのような少なくとも１つのフッ素化部分を含有するフルオロケミカル添加剤、すなわち熱安定性有機化合物またはオリゴマー、ならびに／あるいはチアジン基のものに加えて少なくとも１つの窒素原子を含有する熱的に安定な有機チアジン化合物またはオリゴマー、あるいはフルオロケミカルオキサゾリジノンが挙げられる。
【０１０６】
電荷添加剤は好ましくは立体障害アミンまたは芳香族アミン化合物であり、最も好ましくはテトラメチルピペリジン環から誘導されたもののような立体障害アミンを含有する化合物：
【化１】
2004523667.tif 000004
（式中、Ｒは水素またはアルキル基である）である。好ましくは、立体障害アミンは、ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）ら（前記）に記載のチアジン基に関連するものである。あるいは、米国特許第５，０５７，７１０号に開示されるように、窒素または金属含有立体障害フェノール電荷促進剤を使用することができる。
【０１０７】
本発明で使用される電荷添加剤は、一般的に、ポリマーの量に対して０．０１〜５重量％の濃度で均質に半結晶性ポリマー中に組み入れられる。乾燥粉末または粉砕粉末、分散系または溶液、プレスケーキとして、またはマスターバッチ中、あるいは空隙開始粒子のような適切なキャリアの表面上に吸収されたものとして、電荷添加剤をポリマー中に添加することができる。
【０１０８】
所望であれば、シリカ、炭酸カルシウムまたは雲母状材料のようなアジュバントをポリマー溶融物に添加してマイクロフィブリル化効率を向上させることができ、あるいは帯電防止剤または着色剤のようなアジュバントを添加して所望の特性をマイクロファイバーに付与することができる。しかしながら、荷電マイクロフィブリル化物品が所望される場合、いずれのアジュバントも非導電性でなければならず、付与された電荷に干渉しないものでなければならない。
【０１０９】
さらに結晶化度を制御するために、あるいはポリプロピレンを使用する場合、結晶フィルムのβ−相ポリプロピレンの割合を増加するために、核形成剤を添加してもよい。β−相の割合が高いと、結晶フィルムがより容易にマイクロフィブリル化すると考えられる。β−相核形成剤は既知であり、例えば、ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）ら、マクロモレキュール・ケミストリー（Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．）、第７５巻、１３４〜１５８（１９６４）およびＪ．カルガー−コクシス（Ｊ．Ｋａｒｇｅｒ−Ｋｏｃｓｉｓ）、ポリプロピレン：構造、ブレンドおよび複合体（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｂｌｅｎｄｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）、第１巻、１３０〜１３１（１９９４）に記載されている。かかるβ核形成剤の１つは、新日本化学株式会社（日本、大阪、中央区）からＮＪ−スター（ＮＪ−Ｓｔａｒ）ＮＵ−１００ＴＭとして入手可能なＮ，Ｎ’−ジシクロヘキシル−２，６−ナフタレンジカルボキサミドである。
【０１１０】
本発明は、繊維状ポリマー材料から、一般的に２０μｍ未満の非常に微小な平均有効径（平均幅および厚さ）を有するマイクロファイバー状フレークおよびマイクロファイバーを提供する。マイクロファイバーの微小径は、微小繊維径により効率または性能が向上する多くの用途において利点をもたらす。例えば、マイクロファイバー（またはマイクロフィブリル化フィルム）の表面積は繊維径に半比例し、より効率的なフィルターの作製を可能にする。高い表面積は、こぼれたものや油膜を清浄するときに使用される油吸収マットまたはバットのような吸収材として使用するときにも性能を向上させる。かかる性能の利点は、本発明の荷電マイクロファイバー、繊維およびマイクロフィブリル化物品を使用するときに増強される。
【０１１１】
本発明は、本発明のマイクロファイバー（またはマイクロファイバー状フレーク）を含むワイパーを提供する。この物品は、薄い、配向された非導電性フィルムから誘導されたマイクロフィブリル化物品（すなわち、マイクロフィブリル化表面を有するフィルム）またはフィブリル化物品を含んでもよい。マイクロフィブリル化物品の表面は、マイクロファイバー（一軸配向フィルムまたは発泡体から）、あるいはマイクロファイバー状フレーク（二軸配向フィルムまたは発泡体から）、あるいは繊維（薄い、配向された非導電性フィルムから）を含んでもよい。マイクロファイバー（またはマイクロファイバー状フレーク）がフィルムに対して不可欠であるため、マイクロフィブリル化物品は特に有用である。電荷は粉塵粒子および他のデブリの吸引および保持を補助する。
【０１１２】
マイクロフィブリル化物品から回収されたマイクロファイバーから、ワイパー（または拭い物品）も作製することができる。かかる繊維は、例えば不織構造において、当該分野で既知の技術を使用することにより使用されてよい。かかる不織構造はさらに安定性繊維を含む。
【０１１３】
ワイパーはさらに支持体を含んでもよい。掃粉用途において、例えば、微細な粉塵粒子を捕捉することができる少なくとも一部分と、物品を掴んだり握ったりするための手段を提供し、そして好ましくは、例えば、より大きい泥粒子を捕捉するような第二の清掃機能を提供する少なくとも一部分とを有する拭い物品を提供することが望ましい。最も好ましくは、化学試薬の添加なしに前述の清掃用途を実行できる物品を提供することが望ましい。掃粉および拭い用途のような特定の清掃用途、ならびにパーソナルケア用途等に適する様々な形状で、かかる清掃物品を提供することが望ましい。
【０１１４】
布層を支持することができ、かつ清掃用途（例えば、掃粉）の間に物品を握る手段を提供することができる様々な材料のいずれからも、支持体を形成してよい。可能な支持体材料として含まれるものは、高三次元不織ウェブ、発泡ポリウレタン、スポンジ等のような発泡ポリマーである。清掃用途において、マイクロファイバー層（すなわち、マイクロファイバーまたはマイクロファイバー状フレークを含む層）および支持体は、別の清掃機能を実行することができる。従って、ワイパーはマイクロファイバー状表面およびそれに接着または他の方法で固定された支持層を含み得る。
【０１１５】
濾過媒体として使用する場合、マイクロフィブリル化物品はひだのような複雑な形状で使用されてよい。標準的なひだ加工法および装置により、ひだ加工された物品を作製することができる。濾過媒体は単独で使用されてよく、または接着剤、熱ボンド、超音波等によりさらなる機能層に積層されてもよい。さらなる機能層は、大きい径の粒子のための前置きフィルター層、スクリム、スパンボンド、スパンレース、溶融吹込み、エアレイド不織物、湿式不織物、またはガラス繊維ウェブのような支持層、デルネット、金属メッシュ等のような網、吸収フィルター媒体、あるいは保護カバー層であり得る。多層のフィルター媒体は、改善された性能を保護するために一緒に積層されてよい。
【０１１６】
本発明の方法により製造された繊維状エレクトレットフィルターは、フェイスマスクのような呼吸マスク、または家庭用および工業用空調、空気清浄機、真空清浄機、医療用空気ラインフィルター、ならびに自動車両およびコンピューター、コンピューターディスクドライブおよび電子装置のような一般的装置用空調システムのような用途に関する空気フィルター要素として特に有用である。呼吸マスクの用途において、荷電繊維は、成型または折り畳まれたハーフフェイスマスク、置き換え可能なカートリッジもしくはキャニスター、または前置フィルターの形状であってよい。かかる用途において、本発明の方法により作成された空気フィルター要素は、粒子状エアゾルを除去するために驚くべきほど有効である。
【０１１７】
所望であれば、マイクロフィブリル化物品（フィルター媒体およびワイパーを含む）はその表面にエンボス加工された模様を有してよい。エンボス加工された模様は、単なる装飾用であってよく、または物品に構造的完全性を提供してもよい。取り扱い性または完全性を改良するが、実質的に粉塵を集める能力（ワイパーに関して）または濾過性能に干渉しない程度まで、表面がエンボス加工されてよい。エンボス模様は、四角形または円形のような連続的に画定された個々の別々のジオメトリー形状であってよく、または非連続的な直線または曲線であってもよい。一般的に、エンボス加工度は、物品の作業領域の４０％未満であり、好ましくは１０％未満である。
【０１１８】
エンボス模様を提供するために、当該分野で既知の広範囲のエンボス加工法のいずれかが使用されてよい。例えば、従来の熱および圧力を使用してもよい。他の有用な方法としては、圧力下でウェブが迅速に加熱および冷却され、それにより望ましくない熱移動が最小化される、圧力による衝撃シーリング、圧力による超音波溶接、周囲条件すなわち加熱なしでの回転圧力エンボス加工が挙げられる。電荷低下を防ぐために熱移動を最小化することが望ましい。
【０１１９】
実施例
試験方法Ｉ−浸透および圧力損失試験
直径１１．４５ｃｍの寸法に合わせられたマイクロフィブリル化物品の試料中に塩化ナトリウム粒子（粒子数中央径０．０７５±０．０２μｍ）を強制し、５０リットル／分（Ｌ／分）の速度で移動させることにより、浸透および圧力損失試験を実行した。試料の表面速度は８．１２ｃｍ／秒であり、塩化ナトリウム粒子は約１２．３ｍｇ／ｍ３の濃度であった。試料を３０秒間、塩化ナトリウムのエアゾルに暴露した。モデルＴＳＩ  ８１１０  自動化フィルターテスター（Ｍｏｄｅｌ  ＴＳＩ  ８１１０  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｔｅｓｔｅｒ）（ミネソタ州、セントポール、ＴＳＩから入手可能）を使用して、試料中の粒子浸透率を測定した。電子圧力計を使用して試料を渡る圧力損失ΔＰを測定し、水柱ミリメートルで報告した。以下の通り、粒子浸透率（％Ｐｅｎ）とΔＰから品質係数（Ｑ）を計算することができる。
Ｑ［１／ｍｍＨ２Ｏ］＝−Ｌｎ［（％Ｐｅｎ／１００）］／ΔＰ（ｍｍＨ２Ｏ）
【０１２０】
試験方法ＩＩａ−掃粉性能試験
一片のフォーマイカの仕上げ表面上に１グラムの砂（平均径９０〜１７５μｍ）を置くことにより、掃粉性能試験を測定した。マイクロフィブリル化物品の試験試料の初期重量を決定し、次いでモップの底部に試験試料を取り付けた。モップの取っ手に最小圧力を加え、砂の上で試験試料を押した。次いで試験試料を移し、その最終重量を測定した。捕捉粉塵率を以下の通り計算した。
捕捉粉塵率％＝（試料の最終重量−試料の初期重量）／砂の初期重量
【０１２１】
試験方法ＩＩｂ−掃粉性能試験
一片のフォーマイカの仕上げ表面上に２００ミリグラムの粉塵（平均径０〜１００μｍ）を置くことにより、掃粉性能試験を測定した。不織物の試験試料の初期重量を決定し、次いで平坦なモップの底部に試験試料を取り付けた。モップの取っ手に最小圧力を加え、粉塵の上で試験試料を押した。次いで試験試料を移し、その最終重量を測定した。捕捉粉塵率を以下の通り計算した。
捕捉粉塵率％＝（試料の最終重量−試料の初期重量）／粉塵の初期重量
【０１２２】
試験方法ＩＩｃ−掃粉性能試験
一片のフォーマイカの仕上げ表面上に１００ミリグラムの粉塵（平均径０〜１２５μｍ）を置くことにより、掃粉性能試験を測定した。不織物の試験試料の初期重量を決定し、次いで不織物に最小圧力を加え、手を使って試料で粉塵を拭った。次いで試験試料を移し、その最終重量を測定した。捕捉粉塵率を以下の通り計算した。
捕捉粉塵率％＝（試料の最終重量−試料の初期重量）／粉塵の初期重量
【０１２３】
試験方法ＩＩＩ−電荷密度試験
熱刺激電流および弛緩マップ分析用ソロマット  ＴＳＣ／ＲＭＡ  モデル６１０００（ＳＯＬＯＭＡＴ  ＴＳＣ／ＲＭＡ  ＭＯＤＥＬ  ６１０００）（コネチカット州、スタンフォード、サーモルド  パートナーズ（Ｔｈｅｒｍｏｌｄ  Ｐａｒｔｎｅｒｓ）から入手可能）を使用して、マイクロフィブリル化物品に蓄えられた電荷の熱安定性を測定した。二つの電極の間に試料を固定し、１００℃で５分間、ヘリウム雰囲気で１．５ｋＶ／ｍｍのＤＣ場、Ｅを適用することにより分極させた。分極後、−５０℃まで急冷させることにより双極子配向を固着させ、この点で電磁場が移動された。次いで、３℃／分で試料を１７５℃まで加熱し、放電電流を温度の関数として記録した。電流対温度プロットを積分し、次いで結果を試料プローブ表面積（０．３８ｃｍ２）で割ることにより、有効電荷密度を得た。分極間、試料中の化学的添加剤または他の不純物からの極性分子基も分極され、その後、熱的刺激放電電流（ＴＳＤＣ）法により測定された総分極に寄与するだろう。従って、溶媒中で放電された試料も同一条件下で分極させ、比較目的のために試験した。
【０１２４】
指定された溶媒中で１５分間浸漬することにより試料を放電させ、次いで６０℃で１時間真空乾燥（２０インチＨｇ真空）させ、材料モルフォロジーの変化を防いだ。ＴＳＤＣ分析による全電荷および有効電荷密度を０〜１４０℃で報告し、溶融領域内の試料読みを排除した。電流対温度プロットを積分することにより、有効電荷密度を得た。
【０１２５】
実施例１および比較例Ｃ１
厚さ約４５μｍおよび幅約２５ｃｍのアイソタクチックポリプロピレンの吹込みフィルムを再発行米国特許第３０，７８２号に記載の通り一軸伸長した。従って、加熱ブロック上で１：６の比率でフィルムを伸長し、その温度は１１０℃であった。第二段階において、１３０℃の温度で、１：１．５の伸長比で伸長を実行した。輸送速度は１２．２ｍ／分であった。
【０１２６】
一軸伸長フィルムは、０．３９ｍｍ離れて置かれた（ピッチ）直径０．１３ｍｍの空孔を有する６１ｃｍダイを備えたモデル２３０３ハニカム  システムズ（Ｍｏｄｅｌ  ２３０３  Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）（ハニカム  システムズ  インコーポレイテッド（Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ  ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．）（メイン州、ブリッジポート））水力絡み合い機を使用し、１３．７９ＭＰａの圧力で脱イオン水（２３℃）を使用する流体ジェットによりマイクロフィブリル化された。一軸伸長フィルムを、二層のスパンボンドポリプロピレン（１５ｇ／ｍ２、アブゴール  インコーポレイテッド（Ａｖｇｏｌ  Ｌｔｄ．）（イスラエル、ホロン）から入手可能）の間に置き、得られた三層材料を、オープンメッシュスクリーンを有する１つの主面上に被覆させ、連続メッシュスクリーンに接触した三層材料の反対側の主面を有する連続メッシュスクリーン上に置いた。次いで、三層材料を０．９〜１．３ｍ／分の間の速度で、ダイから約３ｃｍの距離でダイの下を通した。配置されたダイは、三層材料の輸送方向に対して垂直である６１ｃｍの軸を有する。１３．７９ＭＰａで流体ジェット下で２つのパスを使用して、この試料を作成した。直径０．１３ｍｍ空孔から放出された流体ジェットはフィルムをマイクロフィブリル化し、マイクロフィブリル化フィルムとスパンボンドポリプロピレン繊維を絡ませ、凝集性の不織物を形成する。スパンボンドはマイクロフィブリル化材料にクロスウェブ強度を与え、キャリアスクリーンからの除去を促進した。得られた不織物の試料を、試験方法Ｉ−浸透および圧力損失試験に従って試験した。結果を表１に示す。比較のため、不織物の追加試料をＸ線で別に処理し、次いで、試験方法Ｉに従って試験した。Ｘ線処理は不織物からの電荷移動に関する既知の方法である。この結果も表１に示す。
【０１２７】
バルティア  エレクトリック  コーポレーション（Ｂａｌｔｅａｕ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（コネチカット州、スタンフォード）からのバルトグラフ（Ｂａｌｔｏｇｒａｐｈ）ＩＶ  Ｘ線装置を使用して試料を照射した。この装置は、フィルターウェブに照射するために使用されるベリリウムウインドウ（８ｍＡ、８０ｋＶｐ）を有する。フィルターウェブ試料を光源から３０ｃｍの距離に置き、５分間、Ｘ線照射に露光した。各試料に対する全Ｘ線露光は、約２４００レントゲンであった。
【０１２８】
【表１】
2004523667.tif 000005
【０１２９】
表１の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化ウェブが荷電され、フィルター粒子において有効であることを示す。
【０１３０】
実施例２および比較例Ｃ２
実施例１からの不織物試料を試験方法ＩＩａ−掃粉性能試験に従って試験した。結果を表２に示す。比較のために、不織物の追加試料をエタノールで処理し、次いで試験方法ＩＩａに従って試験した。エタノールによる処理は電荷を材料から除去するためのもう１つの既知の方法であり、試料をエタノール中に１５分間浸漬させ、次いで空気乾燥することにより行われた。結果を表２に示す。
【０１３１】
【表２】
2004523667.tif 000006
【０１３２】
表２の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化ウェブが荷電され、粉塵粒子の捕捉に非常に有効であることを示す。
【０１３３】
実施例３および比較例Ｃ３
４０ｒｐｍで、供給部からチップまでの押出機温度勾配２２９℃−２３９℃−２４７℃−２４６℃で、ポリプロピレンホモポリマー（フィナ  インコーポレイテッド（Ｆｉｎａ  Ｉｎｃ．）（テキサス州、ダラス）から入手可能なＦＩＮＡ３３７４）を押出することによりポリプロピレンフィルムを作製した。ネックチューブとダイを２３０℃に保持した。キャストロールの三軸スタックを通してダイ生産品を供給することにより、厚さ１．７ｍｍ、幅１１．２ｃｍおよび密度０．９０００ｇ／ｍＬのフィルムを作製した。ダイ生産品を最初に、７１．１℃に保持された底部と中間部ロールとの間のニップに入れ、次いで中間部と高部ロールとの間を通した。高部ロールはシリコーンゴムで被覆されており、７．２℃に保持されていた。
【０１３４】
得られたキャストフィルムをカレンダー加工し、二軸カレンダー（温度１４９℃、間隔０．２０ｍｍ、圧力２．８ＭＰａ、速度１．２２ｍ／分に設定）および二軸プリングカレンダー（速度４．２７ｍ／分に設定）を使用して配向させた。キャストフィルムを約０．２４ｍ／分で二軸カレンダー中に供給した。得られた高配向、微細空隙を有するフィルムは、厚さ０．１５ｍｍ、幅７．８７ｃｍ、密度０．８２４４ｇ／ｍＬ、理論空隙含有率８．４％および理論押出比１７．７１を有した。理論空隙含有率および理論押出比は以下の通り決定した。
理論空隙含有率＝｛１−（初期密度／最終密度）｝×１００
理論押出比＝最終長さ／初期長さ＝
（初期幅×初期厚さ×初期密度）／（最終幅×最終厚さ×最終密度）
【０１３５】
高配向、微細空隙を有するフィルムは、０．３９ｍｍ離れて置かれた（ピッチ）直径０．１３ｍｍの空孔を有する６１ｃｍダイを備えたモデル２３０３ハニカム  システムズ（Ｍｏｄｅｌ  ２３０３  Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）（ハニカム  システムズ  インコーポレイテッド（Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ  ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．）（メイン州、ブリッジポート））水力絡み合い機を使用し、１１．０〜１３．８ＭＰａの圧力で脱イオン水（２３℃）を使用する流体ジェットによりマイクロフィブリル化された。高配向、微細空隙を有するフィルムを連続メッシュスクリーン上に支持し、１１．０ＭＰａの圧力を使用して２回通し、１３．８ＭＰａの圧力を使用して側面で４回、０．９〜１．３ｍ／分の間で、流体ジェット下にダイから約３ｃｍの距離で通した。得られたマイクロフィブリル化フィルムをテークアップロール上に取った。
【０１３６】
得られたマイクロフィブリル化フィルムの試料を、試験方法Ｉ−浸透および圧力損失試験に従って試験した。結果を表３に示す。比較のため、マイクロフィブリル化フィルムの追加試料をＸ線で別に処理し、次いで、試験方法Ｉに従って試験した。Ｘ線処理は不織物からの電荷移動に関する既知の方法である。この結果も表３に示す。
【０１３７】
得られたマイクロフィブリル化フィルムの試料を、試験方法ＩＩＩ−電荷密度試験に従って試験した。比較のため、マイクロフィブリル化フィルムの別の試料をエタノール中で浸漬することにより放電させ、次いで試験方法ＩＩＩに従って試験した。結果を表４に示す。
【０１３８】
【表３】
2004523667.tif 000007
【０１３９】
表３の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化フィルムが荷電され、フィルター粒子において有効であることを示す。
【０１４０】
【表４】
2004523667.tif 000008
【０１４１】
表４の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化フィルムが荷電され、フィルター粒子において有効であることを示す。電荷密度は、これらのマイクロフィブリル化フィルムの濾過性能および粉塵捕捉性能に相当した。
【０１４２】
実施例４および比較例Ｃ４
２５００より高い分子量を有する１０重量％チアソルブ（ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ）ＴＭ９４４、ポリマー第三アミン（チバ  ガイギー  コーポレーション（Ｃｉｂａ  Ｇｅｉｇｙ  Ｃｏｒｐ．）から入手可能）を添加剤として、押出前にポリプロピレンと乾燥ブレンドすることによって使用したことを除き、本質的に実施例３と同様にキャストフィルムを作製した。
【０１４３】
得られたキャストフィルムは、厚さ１．７ｍｍ、幅１１．２ｃｍおよび密度０．９０００ｇ／ｍＬを有し、２．１ＭＰａのカレンダー圧力を使用したことを除き本質的に実施例３と同様にカレンダー加工し、配向された。得られた高配向、微細空隙を有するフィルムは、厚さ０．１５ｍｍ、幅７．６２ｃｍ、密度０．７９２３ｇ／ｍＬ、理論空隙含有率１２．０％および理論押出比１８．５０を有した。
【０１４４】
得られた高配向、微細空隙を有するフィルムを実施例３と同様にマイクロフィブリル化し、得られたマイクロフィブリル化フィルムを実施例３および比較例Ｃ３と同様に試験した。結果を表５に示す。
【０１４５】
得られたマイクロフィブリル化フィルムの試料を、試験方法ＩＩＩ−電荷密度試験に従って試験した。比較のため、マイクロフィブリル化フィルムの別の試料をエタノールまたはｎ−ヘプタン中で浸漬することにより放電させ、次いで試験方法ＩＩＩに従って試験した。結果を表６に示す。
【０１４６】
【表５】
2004523667.tif 000009
【０１４７】
表５の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化フィルムが荷電され、フィルター粒子において有効であることを示す。この結果は、チアソルブ（ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ）ＴＭ９４４が、実施例３で見られる品質因子Ｑと比べて高い品質因子Ｑを伴って濾過有効性を増加させることも示す。
【０１４８】
【表６】
2004523667.tif 000010
【０１４９】
表６の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化フィルムが荷電されることを示す。電荷密度は、これらのマイクロフィブリル化フィルムの濾過性能および粉塵捕捉性能に相当した。
【０１５０】
実施例５および比較例Ｃ５
０．０１重量％ホスタパームレッド（Ｈｏｓｔａｐｅｒｍ  Ｒｅｄ）Ｅ３Ｂ（ＰＶ１９）、α−キナクリドンおよびβ−核形成剤（クラリアント（Ｃｌａｒｉａｎｔ）から入手可能）を添加剤としてポリプロピレンと乾燥ブレンドしてマスターバッチを形成し、次いでポリプロピレンと一緒にマスターバッチ材料を押出することによって使用したことを除き、本質的に実施例３と同様にキャストフィルムを作製した。ネックチューブとダイを２３２℃に保持した。キャストロールの三軸スタックを通してダイ生産品を供給することにより、厚さ１．６８ｍｍ、幅１２．４ｃｍおよび密度０．９０００ｇ／ｍＬのフィルムを作製した。ダイ生産品を最初に、９９℃に保持された底部と中間部ロールとの間のニップに入れ、次いで中間部と高部ロールとの間を通した。高部ロールはシリコーンゴムで被覆されており、７．２℃に保持されていた。
【０１５１】
得られたキャストフィルムは厚さ１．６８ｍｍ、幅１２．４ｃｍおよび密度０．９０００ｇ／ｍＬを有し、これをカレンダー加工し、二軸カレンダー（温度１４６℃および１４９℃、間隔０．２０ｍｍ、圧力３．４５ＭＰａ、速度１．２２ｍ／分に設定）および二軸プリングカレンダー（速度５．０３ｍ／分に設定）を使用して配向させた。キャストフィルムを約０．２７ｍ／分で二軸カレンダー中に供給した。得られた高配向、微細空隙を有するフィルムは、厚さ０．１４２ｍｍ、幅８．１３ｃｍ、密度０．７３３５ｇ／ｍＬ、理論空隙含有率１８．５％および理論押出比２２．２３を有した。
【０１５２】
１１．０ＭＰａの２つのパスと１３．８ＭＰａの側面あたり２つのパスとを使用したことを除き本質的に実施例３と同様に、得られた高配向、微細空隙を有するフィルムをマイクロフィブリル化した。得られたマイクロフィブリル化フィルムを実施例３および比較例Ｃ３と同様に試験した。試験結果を表７に示す。
【０１５３】
【表７】
2004523667.tif 000011
【０１５４】
表７の結果は、流体ジェット加工から直接得られたβ−核形成剤を含むマイクロフィブリル化フィルムが荷電され、フィルター粒子において有効であることを示す。
【０１５５】
実施例６〜７および比較例Ｃ６〜Ｃ７
３つのパスを各側面９．６ＭＰａの圧力で、２つのパスを側面あたり１３．８ＭＰａの圧力で使用し、続いて試料を幅２２．９ｃｍまで伸長し、次いでさらに２つのパスを各側面で１３．８ＭＰａの圧力で、１つのパスを各側面で９．６ＭＰａの圧力で使用してマイクロフィブリル化したことを除き本質的に実施例３と同様に、実施例３で製造された高配向、微細空隙を有するフィルムをマイクロフィブリル化した。得られたマイクロフィブリル化フィルムを、試験方法ＩＩｂ−掃粉性能試験に従って試験した。結果を表８に示す。比較のため、マイクロフィブリル化フィルムの追加試料をエタノールで処理し、次いで試験方法ＩＩｂに従って試験した。エタノールによる処理は電荷を材料から除去するためのもう１つの既知の方法であり、試料をエタノール中に１５分間浸漬させ、次いで空気乾燥することにより行われた。結果を表８に示す。
【０１５６】
実施例４の高配向、微細空隙を有するフィルムを同様にマイクロフィブリル化し、試験した。結果を表８に示す。
【０１５７】
【表８】
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【０１５８】
表８の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化フィルムが荷電され、粉塵粒子捕捉において有効であることを示す。さらに、添加剤の存在が、粉塵捕捉を増加させることも示す。
【０１５９】
実施例８および比較例８
高溶融強度ポリプロピレン樹脂（ＰＦ８１４ＴＭ、モンテル  ノース  アメリカ  インコーポレイテッド（Ｍｏｎｔｅｌｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．）（デラウエア州、ウィルミントン））およびエラストマー性ポリプロピレン（エンゲージ（ＥＮＧＡＧＥ）ＴＭ８２００、デュポン  ダウ  エラストマーズ  ＬＬＣ（ＤｕＰｏｎｔ  Ｄｏｗ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ  ＬＬＣ）デラウエア州、ウィルミントン））の７０：３０ブレンド（ｗ／ｗ）を、３重量％の化学的発泡剤、アゾジカルボナミド（アルドリッチ  ケミカル  コーポレーション（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）（ウィスコンシン州、ミルウォーキー））とともに、二軸スクリュー押出機中、４０ｒｐｍで混合した。この時、押出機の６ゾーン上の温度勾配は１８５℃〜２２５℃、そして１６０℃であり、生じた圧力は１１．０ＭＰａ〜２４．９ＭＰａであった。溶融ポンプおよびネックチューブの温度を１７０℃に保持した。幅１５．２ｃｍの発泡ダイ（エクストルージョン  ダイズ  インコーポレイテッド（Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ  Ｄｉｅｓ  Ｉｎｃ．）（オハイオ州、カンフィールド）から入手可能）を通してポリマー溶融物を押出し、得られた発泡ポリマーを、１５０℃まで冷却されたクロム鍍金ロール上で、約３メートル／分の引抜速度で回収した。得られた発泡体シートは約１．１ｍｍの厚さを有し、密度は０．５０００ｇ／ｍＬであり、気泡径は最大径で５０μｍ未満であった。１３０℃および５：１の引抜比で、実験室スケールバッチ配向機での一軸配向により、密度０．５０００ｇ／ｍＬ、厚さ０．１５ｍｍ、発泡体空隙含有率（空隙率％）４４％を有する、柔らかい感触の、配向発泡体が製造された。
【０１６０】
２つのパスを各側面で９．６ＭＰａの水圧で使用してマイクロフィブリル化したことを除き実施例３と同様に、配向発泡体をマイクロフィブリル化した。得られたマイクロフィブリル化発泡体を、試験方法ＩＩｃ−掃粉性能試験に従って試験した。結果を表９に示す。
【０１６１】
【表９】
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【０１６２】
表９の結果は、流体ジェット加工から直接得られたマイクロフィブリル化発泡体が荷電され、粉塵粒子捕捉において有効であることを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】
微細空隙を有するフィルムから得られた、倍率１０００倍でのマイクロファイバーの走査電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図２】
空隙開始粒子を含有する二軸配向フィルムから得られた、マイクロフィブリル化物品の走査電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図３】
一軸配向、高溶融強度発泡体から得られた、マイクロフィブリル化物品の走査電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図４】
実施例１のマイクロフィブリル化物品の走査電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図５】
実施例５のマイクロフィブリル化物品の走査電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図６】
マイクロフィブリル化前の、実施例８の配向フィルムの走査電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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