(57)【要約】結合された繊維性材料のリサイクル方法であって、該方法が、液体中に懸濁するように適合された寸法をもつ結合された繊維性材料の断片を用意し、結合された繊維性材料の区分された断片を液体中に懸濁させ、区分された断片の液状懸濁液に機械的仕事を適用して、結合された繊維性材料を水圧で細分化して繊維と繊維状成分にするのに十分なだけの水圧と機械的剪断応力を生じさせ、液体から実質的に個々の繊維及び繊維状成分を分離するステップを含む。本方法は、結合された繊維性材料が液体中に懸濁した状態で、該結合された繊維性材料から分離するための水圧破砕によって生じた少なくとも１つの不規則な歪みをもつ合成材料からなる少なくとも１つの糸要素を含むリサイクル合成繊維及び繊維状材料を製造するために用いられる。
2004514069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合された繊維性材料をリサイクルする方法であって、該方法が、
液体中に懸濁するように適合された寸法をもつ結合された繊維性材料の断片を用意し、
前記結合された繊維性材料の区分された断片を液体中に懸濁させ、
前記区分された断片の液状懸濁液に機械的仕事を適用して、前記結合された繊維性材料を水圧で細分化し繊維と繊維状成分にするのに十分なだけの水圧と機械的剪断応力を生じさせ、
前記液体から実質的に区分された繊維及び繊維状成分を分離すること、
からなる方法。
【請求項２】
前記結合された繊維性材料の区分された断片を用意するステップが、一体に結合された繊維性材料の寸法を減らして、液体中に懸濁するように適合された区分された断片にする工程を含み、該工程が、機械的細断、機械的切断、機械的引裂き、機械的摩砕、ウォータージェット切断、レーザ切断、ガーネッティング、及びこれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
非常に高い水圧及び機械的剪断応力の領域を発生させるために、前記機械的仕事が、回転ロールに取り付けられたブレードと固定プレートに取り付けられたブレードとの組合せを用いて前記液状懸濁液に適用されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記固定プレートに取り付けられた前記ブレードが、前記回転ブレードの回転方向に対して少なくとも一方向に或る角度をなして位置合わせされたことを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記角度が２０度から７０度までの間であることを特徴とする請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記機械的仕事が前記懸濁液に多段階で適用されたことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記機械的仕事が、前記結合された繊維性材料の断片を濡らし、該結合材料から繊維と繊維状成分の少なくとも幾らかを分離するのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力を発生させる条件に基づく第１段階と、前記結合された繊維性材料、繊維及び繊維状成分を破断して実質的に個々の繊維及び繊維状成分にするのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力状態を発生させる条件に基づく第２段階とを用いて前記懸濁液に適用されたことを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記第１段階における最近接点での前記回転ブレードと前記固定ブレードとの間の間隙が、約２０ミリメートルから約１００ミリメートルまでの間であり、前記第２段階においては約１ミリメートルから約２０ミリメートルまでの間であることを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
【請求項９】
前記液状懸濁液に適用される前記機械的仕事の量が、結合された繊維性材料の１乾燥トンに対して２４時間当たり約６馬力より多いことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記結合された繊維性材料が、織布、編成布、不織ウェブ、及びこれらの組合せから選択されたことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記不織ウェブが、熱結合された、接着剤結合された、機械的に交絡された、溶剤結合された、水圧で交絡された、及びこれらの組合せによるウェブであることを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記結合された繊維性材料が、合成繊維性材料、天然繊維性材料、及びこれらの組合せからなることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記合成繊維性材料が、熱可塑性繊維及び熱可塑性フィラメントを含むことを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記実質的に個々の繊維及び繊維状成分が、比較的均一な長さ分布をもつことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記繊維及び繊維状材料が、およそ７ミリメートルの全長の長さ分布をもつことを特徴とする請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
請求項１に記載のプロセスによって製造された繊維及び繊維状材料。
【請求項１７】
結合された繊維性材料が液体中に懸濁した状態で、該結合された繊維性材料から分離するための水圧破砕によって生じた少なくとも１つの不規則な歪みをもつ合成材料からなる少なくとも１つの糸要素を含む、リサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項１８】
前記糸要素が、約１ミリメートルから約１５ミリメートルまでの範囲の長さをもつことを特徴とする請求項１７に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項１９】
前記糸要素が、約１．５から約１０ミリメートルまでの範囲の長さをもつことを特徴とする請求項１８に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項２０】
前記糸要素が、約２から約５ミリメートルまでの範囲の長さをもつことを特徴とする請求項１８に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項２１】
前記不規則な歪みが、前記糸要素の屈曲、前記糸要素の平たくなったセグメント、前記糸要素の広がったセグメント、及びこれらの組合せの形態であることを特徴とする請求項１７に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項２２】
前記リサイクル材料の前記糸要素が、前記結合された繊維性材料から分離するために前記糸要素を水圧破砕する前の、前記結合された繊維性材料における比較できる糸要素より大きい表面積をもつことを特徴とする請求項１７に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項２３】
前記リサイクル糸要素の前記表面積が、少なくとも約５パーセント大きいことを特徴とする請求項２２に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項２４】
前記合成材料が、合成熱可塑性材料であることを特徴とする請求項１７に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料。
【請求項２５】
請求項１７に記載のリサイクル合成繊維及び繊維状材料からなる不織繊維性ウェブ。
【請求項２６】
前記ウェブが、湿式形成、乾式形成、発泡形成、及びこれらの組み合わせから選択されたウェブ形成プロセスを用いて形成されたことを特徴とする請求項２５に記載の不織繊維性ウェブ。
【請求項２７】
前記ウェブがさらに、非リサイクル天然繊維性材料、非リサイクル天然合成材料、リサイクル天然繊維性材料、粒子状材料、及びこれらの組合せを含むことを特徴とする請求項２５に記載の不織繊維性ウェブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、リサイクル技術と、該技術を用いて製造された材料に関する。
【０００２】
（背景技術）
全て天然繊維（例えば、動物繊維又は植物繊維）及び／又はセルロース繊維（例えばパルプ繊維）から作られた紙及びテキスタイル材料は、頻繁にリサイクルされる。これらの材料をリサイクルする技術は、該材料を破断して、繊維か又は繊維状材料にし、次いでこの材料を再成形して紙又は紙状の製品を与えるために開発されてきた。天然繊維テキスタイル及び／又は紙は、パルプ化工程によって水中に分散されて、個々の繊維のスラリーを生じる。繊維は、インク、接着剤、又は他の異物を取り除くために洗浄されるか又は処理される場合がある。処理された繊維はさらに、湿式堆積ウェブに形成される前に、精製され、及び／又は細分化される。従来のリサイクル工程においては、合成材料は汚染物と考えられ、通常は除去される。合成材料は、合成又は人造繊維及び／又はフィラメントの形態で存在するか、又は接着剤、バインダ等の形態で存在する場合がある。
【０００３】
部分的に又は全て合成又は人造繊維から構成された織成布及び不織布は、天然繊維及び／又はセルロース繊維のリサイクルに焦点を合わせた従来の処理において問題を生じる。さらに、接着剤、バインダ、及び／又は、水圧交絡のような機械的交絡を利用した高強度の天然繊維及び／又はセルロース繊維ベースの布も、従来のリサイクル処理において問題を生じる。
この種の布は、通常は、パルプ化工程のような湿式処理で個々の繊維に分解するのが困難であるか又は不可能である。これは、布が、熱結合か又は接着剤結合によって接合された合成繊維から形成されていた場合には、特に明らかである。幾つかのケースでは、繊維又はフィラメントの「ロープ」が形成される場合がある。合成材料が熱可塑性である場合には、材料を破断するか又は細断するのに用いられる処理における機械的仕事によって、材料が溶融して使い物にならない塊や集塊となるのに十分なほどの熱が生じることがある。
【０００４】
一般的に言えば、合成材料か、又は合成材料と天然材料を含む複合材からなる布は、２つの方法のうちの１つを用いてリサイクルされる。第１の方法においては、全て合成熱可塑性材料からなる布は、洗浄され、溶融され、次いで押し出されるか又は成形されて、ステープル繊維、連続フィラメント又はフィルムにされる。布が、合成熱可塑性材料と天然熱可塑性材料（又は非熱可塑性合成材料）を含む複合材である場合には、さらに処理される前に、熱可塑性材料から天然（又は非熱可塑性合成）材料を最初に分離しなければならない。これは、複合材の構成材の間の熱結合、機械的結合及び／又は接着剤結合が、分離を困難なものにするので、実際的でない場合が多い。分離が可能な場合であっても、この方法は、材料を溶融し再形成するために多数の処理段階とエネルギーを必要とする。結果として得られる繊維、フィラメント、又はフィルムは、リサイクル材料を含むが、繊維、フィラメント、又はフィルムは、リサイクルポリマー供給原料から「製造された」又は「押し出された」ものとして特徴付けることができる。
【０００５】
第２の方法は、布を機械的に破断して、繊維束、糸、及び／又は個々の繊維のような小さい断片にすることに関係する。これは通常、乾燥した材料を機械的に引裂き、細断することによって達成される。例えば、国際出願第ＰＣＴ／ＳＥ９５／００９３８号は、乾燥した不織廃棄物及びテキスタイル廃棄物を機械的に細断することが知られており、合成繊維と天然繊維の両方を含む乾燥混合された廃棄物を使用できると記載している。ＰＣＴ／ＳＥ９５／００９３８号によれば、細断及び引裂き技術の目立った特徴は、引裂き及び細断作業は不完全である場合が多いので、リサイクル繊維は、「フロック」又は繊維束として特徴付けられる元の布の区分された小片の形態で部分的に存在するということである。これらのフロックは、こうしたフロックを含むウェブにテキスタイル状の外観を与える不均一性をもたらすものとして記載されている。
【０００６】
フロック及び布の小片は、例えば、湿式堆積法、空気堆積法、水圧交絡法、又は他のウェブ成形法のような後続する工程において処理するのが困難である。これらの不均一性の存在によって、リサイクル繊維の価値が減少し、外観、強度、均一性、リサイクル繊維で作成されたウェブ又は布のその他の望ましい特性が低下する場合がある。スクリーニングやその他の技術によって不均一性を除去すると、繊維の回収効率が低下する。繊維束か又はフロックを減少させて、５ｍｍより小さい長さをもつ繊維か又は繊維状材料にするための付加的な乾燥機械的チョッピング、細断、引裂き、ガーネッティング、又はピッキング工程は、実際的ではない。さらに、付加的な機械的仕事は、熱の形態の大きなエネルギーを移動させて、乾燥材料を溶融して使い物にならない集塊にする場合があり、材料をリサイクルすることによってそもそも与えられる環境的又は経済的利点を減らすか又は失くすことがある。
【０００７】
従来の技術は、再加工のために熱可塑性材料をリサイクルしてポリマー供給原料にすること、及び、乾燥廃棄布を機械的に引裂くか又は細断してより小さい片にすることを対象とするものであるが、存在する多くの必要性に対処できない。例えば、従来の技術は、テキスタイル又は不織布から個々の繊維及び／又はフィラメントを実質的に分離するための湿式処理についての必要性に対処できない。別の例としては、従来の技術は、テキスタイル及び不織ウェブのような熱結合、接着剤結合、及び／又は機械的に交絡された布から使用可能な繊維と繊維状材料を製造するための湿式処理についての必要性に対処できない。
【０００８】
従来の技術は、布を、セルロース・パルプや、例えば５ｍｍより小さい長さといった短い天然繊維と同様の寸法をもつ個別化された繊維及び／又はフィラメントに変換するための湿式処理についての必要性に対処できない。例えば、従来の技術は、布を、従来のセルロース・パルプや、例えば５ｍｍより小さい長さといった短い天然繊維と同様の寸法をもつ個別化された繊維及び／又はフィラメントに変換するための処理についての必要性に対処できない。
【０００９】
容易に加工されて均一なシートか又はウェブにされる高価でないリサイクル繊維又は繊維状材料に対する必要性が依然として存在する。例えば、従来の湿式成形又は乾式成形技術を用いて加工して均一なシートか又はウェブにすることができる高価でないリサイクル繊維又は繊維状材料に対する必要性が依然として存在する。これはまた、高価でないリサイクル繊維か又は繊維状材料を少なくとも幾らか含む、均一なシートか又はウェブに対する必要性でもある。
【００１０】
自重の何倍もの水、水性液体又は油を迅速に吸収することができる高強度のシート又は拭取り材に対する必要性もある。高価でないリサイクル繊維か又は繊維状材料を含み、自重の何倍もの水、水性液体又は油を迅速に吸収することができるシート又は拭取り材に対する必要性が存在する。高価でないリサイクル繊維か又は繊維状材料を含み、拭取り材か又は流体分散層及び／又は吸収製品の吸収体構成材として使用可能なシート又は拭取り材に対する必要性が存在する。リサイクル繊維又は繊維状材料を、高品質原木繊維パルプ及び／又は新しい合成繊維又はフィラメントに置き換えることが経済的に及び環境的に望ましく、拭取り材か又は流体分散層及び／又は吸収製品の吸収体構成材として用いられる製品をさらに与えるので、この必要性に対処することは重要である。
【００１１】
（発明の開示）
上記に挙げられた問題は、結合された繊維性材料をリサイクルする方法に向けられた本発明によって対処される。本方法は、（ａ）液体中に懸濁されるように適合されたサイズをもつ結合された繊維性材料の断片を用意するステップと、（ｂ）結合された繊維性材料の区分された断片を液体中に懸濁させるステップと、（ｃ）区分された断片の懸濁液に機械的仕事を適用して、水圧と、結合された繊維性材料を水圧で細分化して繊維及び繊維性材料にするのに十分なだけの機械的剪断応力状態とを生じさせるステップと、（４）実質的に個々の繊維及び繊維状の構成材を液体から分離するステップとを含む。
【００１２】
一般的に述べると、結合された繊維性材料の断片は、約１０から約３５０ｍｍまでの範囲の長さと、約３から約７０ｍｍまでの範囲の幅とをもち得る。より望ましくは、断片は、約１０から約１００ｍｍまでの範囲の長さと、約３から約２０ｍｍまでの範囲の幅とをもち得る。断片は、水のような液体に懸濁できるようなサイズにされることが重要である。水性溶液、溶媒、エマルジョン等も使用できることが考慮される。
【００１３】
本発明の１つの態様においては、結合された繊維性材料の区分された断片を与えるステップは、大きい布、テキスタイル、ウェブ等、又はこうした布、テキスタイル、ウェブ等の大きいセグメント又は切り屑といった、一体に結合された繊維性材料のサイズを、液体に懸濁するように適合された個々の断片にまで減少する処理工程を含む。本工程は、例えば、機械的細断、機械的切断、機械的引裂き、機械的摩砕、ウォータージェット切断、レーザー切断、ガーネッティング、及びこれらの組合せのような従来の工程とすることができる。
【００１４】
本発明の別の態様においては、回転ロール上に取り付けられたブレードと、固定プレート上に取り付けられたブレードとの組合せを用いて液状懸濁液に機械的仕事を適用して、非常に高い水圧及び機械的剪断応力の領域を生じさせることができる。こうした組合せは、例えば、繊維対金属の高レベルの相互作用を与える条件下で、繊維の長さを制御するのに十分なだけのエネルギーを懸濁液に与えることができる、ビータ及び精砕機のような繊維スラリーを処理するための装置において見出すことができる。
【００１５】
ブレードは、回転ブレードの回転方向又は回転平面に対して少なくとも一方向にある角度をなして位置合わせできる固定プレート上に取り付けることが可能である。例えば、固定ブレードは、回転ブレードの回転方向又は回転平面に対して約５度から約７０度までの間の角度となるように取り付けることができる。望ましくは、固定ブレードは、約１５度から約５５度までの間の角度となるように取り付けることができる。より望ましくは、固定ブレードは、約４０度から約５０度までの間の角度となるように取り付けることができる。さらに望ましくは、固定ブレードは、約４５度の角度となるように取り付けることができる。
【００１６】
本発明によれば、プロセスは、機械的仕事が懸濁液に多段階で適用されるように構成することができる。例えば、機械的仕事は、結合された繊維性材料の断片を濡らし、該結合材料から繊維と繊維状成分の少なくとも幾らかを分離するのに十分なだけの水圧と機械的剪断応力を生じさせる条件に基づく第１段階を用いて懸濁液に適用することができる。次いで、結合された繊維性材料、繊維、及び繊維状成分を破断して実質的に個々の繊維及び繊維状成分にするのに十分なだけの水圧と機械的剪断応力を生じさせる条件に基づく第２段階を用いて、付加的な機械的仕事を適用することができる。
【００１７】
本発明の一態様においては、第１段階における最近接点での回転ブレードと固定ブレードとの間隙は、約２０ミリメートルから約１００ミリメートルまでの間である。第２段階における間隙は、約１ミリメートル（又は金属同士が接触せずに出来る限り近接した大きさ）から約２０ミリメートルまでの間である。第１段階における最近接点での回転ブレードと固定ブレードとの間隙は、約２０ミリメートルから約５０ミリメートルまでの間であり、第２段階においては約１ミリメートルから約１０ミリメートルまでの間であることが望ましい。
【００１８】
懸濁液の稠度、回転ロール及びブレードの回転速度、ブレードの寸法、回転ロールに対する重量及び／又は圧力荷重は、間隙を制御するために調節することができる変数である。
本発明によれば、液状懸濁液に適用される機械的仕事のおおよその量は、水圧と剪断応力状態を生じる部品に運動を与えるモータに流れた電流を計測することによって求められたときに、結合された繊維性材料の１乾燥トンに対して１日（２４時間）当り約３馬力より多くすることができる。この数字は、１トンに対して１日当り４馬力より大きくすることができ、さらには６又はそれ以上大きくすることもできる。ある状況すなわち幾つかの条件下では、機械的仕事のおおよその量は、結合された繊維性材料の１乾燥トンに対して１日当り３馬力より少なくてもよいことも意図されている。
【００１９】
本発明のプロセスは、織成布、編成布、不織ウェブ及びこれらの組合せから選択された結合された繊維性材料を用いて実施される。一般的に述べると、これらの不織ウェブは、熱結合された、接着剤結合された、機械的に交絡された、溶剤結合された、水圧で交絡された及びこれらの組合せによるウェブである。
結合された繊維性材料は、合成繊維性材料、天然繊維性材料、及びこれらの組合せを含むことができる。合成繊維性材料は、熱可塑性繊維及び熱可塑性フィラメントを含んでもよい。
本発明の一態様によれば、結合された繊維性材料は、リサイクルして、比較的均一な長さ分布をもつ実質的に個々の繊維及び繊維状成分にすることができる。例えば、繊維及び繊維状材料は、およそ７ミリメートルにわたる長さ分布をもつことができる。望ましくは、繊維及び繊維状材料は、およそ５ミリメートルの全長の長さ分布をもつことができる。繊維及び繊維状材料は、５ミリメートルより小さい長さ、例えば２から４ミリメートルまでの全長の長さ分布をもち得ることが意図されている。
【００２０】
本発明は、結合された繊維性材料が液体中に懸濁された状態で、結合された繊維性材料から分離するために糸要素を水圧破砕することによって生じた少なくとも１つの不規則な歪みをもつ合成材料からなる少なくとも１つの糸要素を有するリサイクル合成繊維及び繊維性材料を包含する。
糸要素は、約１ミリメートルから約１５ミリメートルまでの範囲の長さをもつことができる。例えば、糸要素は、約１．５から約１０ミリメートルまでの範囲の長さをもつことができる。別の例としては、糸要素は、約２から約５ミリメートルまでの範囲の長さをもつことができる。糸要素は、１００マイクロメートルより小さい直径をもつことができる。例えば、糸要素は、３０マイクロメートルより小さい直径をもつことができる。
【００２１】
本発明の一態様によれば、不規則な歪みは、糸要素における屈曲、糸要素の平たくなったセグメント、糸要素の広がったセグメント、及びこれらの組合せの形態であり得る。
一般的に述べると、不規則な歪みにより、リサイクル材料の糸要素が、糸要素の水圧破砕によって結合された繊維性材料から分離される前の結合された繊維性材料の糸要素より大きい表面積をもつことになる。例えば、リサイクル糸要素の表面積は、少なくとも約５パーセント大きい。
本発明の一実施形態においては、リサイクル合成繊維及び繊維状材料は、合成熱可塑性材料である合成材料とすることができる。例えば、合成熱可塑性材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組合せのポリオレフィンとすることができる。合成熱可塑性材料は、多成分繊維、フィラメント、ストランド等の形態とすることができ、種々の断面形状、裂片、又は他の形状をとる繊維及び／又はフィラメントを含むことができる。
【００２２】
本発明は、上述のリサイクル合成繊維及び繊維状材料からなる不織繊維性ウェブを包含するものである。ウェブは、湿式形成、又は湿式堆積、乾式形成、空気堆積、発泡体形成、及びこれらの組合せのような種々のウェブ形成プロセスを用いて形成することができる。
不織繊維状ウェブはさらに、非リサイクル天然繊維性材料、非リサイクル天然合成材料、リサイクル天然繊維性材料、粒子状材料、及びこれらの組合せを含むことができる。
【００２３】
（定義）
本明細書で用いられる「機械方向」という用語は、この限りではないが、スパンボンドウェブ、メルトブローン繊維ウェブ及び紙を含む不織ウェブの形成中の、その上に繊維が堆積される成形面の移動方向のことをいう。
本明細書で用いられる「機械横方向」という用語は、上記に定義された機械方向に垂直な方向のことをいう。
本明細書で用いられる「パルプ」という用語は、木本植物及び非木本植物のような天然資源からの繊維のことをいう。木本植物は、例えば、落葉樹及び針葉樹を含む。非木本植物は、例えば、綿、亜麻、エスパルト、アフリカハネガヤ、トウワタ、わら、ジュートヘンプ、及びバガスを含む。
【００２４】
本明細書で用いられる「平均繊維長さ」という用語は、顕微鏡技術を用いる測定によって求められた繊維、繊維束、及び／又は繊維状材料の平均長さのことをいう。少なくとも２０の無作為に選択された繊維サンプルが、繊維の液状懸濁液から分離される。繊維は、該繊維を水中に懸濁するように準備された顕微鏡のスライド上に設置される。セルロース含有繊維を着色して該繊維を合成繊維から区別する又は分離するために、懸濁された繊維に着色染料を添加する。スライドを、フィッシャー・ステレオマスターＩＩ顕微鏡　Ｓ１９６４２／Ｓ１９６４３シリーズの下に設置する。０−２０ミルのスケールを用いて線倍率２０Ｘでサンプル中の２０の繊維の測定を行い、平均長さ、最小及び最大長さ、及び変動値の偏差又は係数を算出する。幾つかのケースにおいては、平均繊維長さは、例えばフィンランド、カヤーニ所在のＫａｊａａｎｉ　Ｏｙ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から入手可能なＫａｊａａｎｉ繊維分析器、モデルＮｏ．ＦＳ−２００のような装置によって測定された繊維（例えば繊維、繊維束、繊維状材料）の加重平均長さとされる。標準的な試験手順によれば、サンプルは、繊維束又は結束が存在しないことを確実なものにするために、離解液で処理される。サンプルの各々を、熱水中で崩壊させて、およそ０．００１％の溶液となるように希釈する。標準カヤーニ繊維分析試験手順を用いて試験するときに、希釈溶液から個々の試験サンプルをおよそ５０から１００ｍｌまでの分量で分取する。加重平均繊維長さは、算術平均、長さ加重平均、又は重量加重平均とされ、次式で表すことができる。
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ここで、ｋ＝最大繊維長さ、ｘｉ＝繊維長さ、ｎｉ＝長さｘｉの繊維の数、ｎ＝測定した繊維の総数、である。
カヤーニ繊維分析器で測定した平均繊維長さデータの１つの特徴は、異なるタイプの繊維の間に相違がないことである。したがって、平均長さは、もしあればサンプル中の異なるタイプの全ての繊維の長さに基づく平均を表す。
【００２５】
本明細書で用いられる「スパンボンデッド・フィラメント」という用語は、溶融した熱可塑性材料を、紡糸口金の複数の微細な普通は円形の毛細管からフィラメントとして押し出し、次いで、押し出されたフィラメントの直径を、例えば引き出し延伸及び／又は他の周知のスパンボンド機構によって急速に縮小することにより形成される小直径の連続したフィラメントのことをいう。スパンボンドされた不織ウェブの製造は、例えば、アッペル他に付与された米国特許第４，３４０，５６３号、及びドーシュナー他に付与された米国特許第３，６９２，６１８号といった特許に記載されている。これらの特許の開示は、引用により本明細書に組み入れられる。
【００２６】
本明細書で用いられる「メルトブローン繊維」という用語は、溶融した熱可塑性材料を、複数の微細な通常は円形のダイ毛細管を通じて、高速ガス（例えば空気）流の中へ溶融糸又はフィラメントとして押し出し、溶融した熱可塑性材料のフィラメントがガス流によって細められ、該直径が、マイクロファイバーの直径にまで縮小されることにより形成される繊維のことをいう。その後、溶融した繊維は、高速ガス流により運ばれ、集積面に堆積されて、不規則に分散されたメルトブロー繊維のウェブを形成する。このような工程は、例えば、ビューティン他に付与された米国特許第３，８４９，２４１号に開示されており、該特許の開示は、引用により本明細書に組み入れられる。
本明細書で用いられる「マイクロファイバー」という用語は、約１００ミクロン以下の平均直径、例えば、約０．５ミクロンから約５０ミクロンまでの平均直径を有する小直径の繊維を意味し、より特定的には、マイクロファイバーは、約４ミクロンから約４０ミクロンまでの平均直径を有していてもよい。
【００２７】
本明細書で用いられる「熱可塑性材料」という用語は、高温に曝された時に軟化し、室温まで冷却された時には実質的に元の状態に戻る高重合体のことをいう。この挙動を呈する天然物質は、生ゴム及び幾つかのワックスである。他の例示的な熱可塑性材料は、この限りではないが、ポリ塩化ビニル、幾つかのポリエステル、ポリアミド、ポリフルオロカーボン、ポリオレフィン、幾つかのポリウレタン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、カプロラクタム、エチレンと少なくとも１つのビニルモノマー（例えばポリ（エチレンビニルアセテート））とのコポリマー、エチレンとｎ−ブチルアクリレート（例えばエチレンｎ−ブチルアクリレート）とのコポリマー、及びアクリル系樹脂を含む。
本明細書で用いられる「非熱可塑性材料」という用語は、上記の「熱可塑性材料」の定義に含まれない材料のいずれかのことをいう。
【００２８】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、結合された繊維性材料をリサイクルして実質的に個々の繊維及び繊維状材料にする方法に向けられている。本発明の方法は、合成繊維を含む結合された繊維性材料を利用して実施することができる。本発明のプロセスは、例えば、織成布、編成布、不織ウェブ及びそれらの組合せのような結合された繊維性材料を用いて実施することができる。一般に、不織ウェブの形態の結合された繊維性材料は、熱結合された、接着剤結合された、機械的に交絡された、溶剤結合された、水圧交絡された、及び／又はこのような技術の組合せから得られたウェブである。
結合された繊維性材料は、合成繊維性材料、天然繊維性材料、及びこれらの組合せを含むことができる。合成繊維性材料は、熱可塑性繊維及びフィラメントを含んでもよい。
【００２９】
本方法は、（ａ）液体中に懸濁するように適合された大きさをもつ、結合された繊維性材料の断片を用意するステップと、（ｂ）結合された繊維性材料の区分された断片を液体中に懸濁させるステップと、（ｃ）区分された断片の懸濁液に機械的仕事を適用し、結合された繊維性材料を水圧で細分化して繊維及び繊維状成分にするのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力状態を発生させるステップと、（４）該液体から実質的に個々の繊維及び繊維状成分を分離するステップとを含む。
本発明によると、結合された繊維性材料の区分された断片を用意するステップは、例えば、機械的細断、機械的切断、機械的引き裂き、機械的摩砕、ウォータージェット切断、レーザー切断、ガーネッティング及びこれらの組合せのような通常の工程形態とすることができる。
【００３０】
ここで図１を参照すると、例示的な機械細断工程１０が示されている。細断機は、一連のナイフブレード１４を有するナイフロール１２を含む。ロール１２は、通常は、これに対応する矢印の方向に回転する。ナイフブレード１４は、該ナイフブレード１４が固定ナイフ１６と接触する際に「はさみ式の切断」作用をもたらすように、ロールの中心線に対して或る角度をなして即ち傾斜して取り付けられることが望ましい。プレスロール１８は、材料を給送するためのベルトコンベヤ２０と組み合わせて用いることができる。コンベヤ２０とナイフロール１２の速度は、この工程によって生成される断片の大きさを制御するために、別々に設定することができる。勿論、他の種類の細断装置を用いることもできる。例えば、結合された繊維性材料を裂いて破る歯又は刃を利用する「熊爪」型の細断機は申し分のないものである。
【００３１】
一般に、結合された繊維性材料の断片は、約１０から約３５０ミリメートルまでの範囲の長さと、約３から約７０ミリメートルまでの範囲の幅を有することができる。重要なことだが、これらの断片は、これらが水のような液体中に懸濁できるような大きさにされるべきである。液体は、幾つかの場合においては水性溶液とすることができるが、界面活性剤、処理剤、染料、腐食剤、溶剤、乳剤等の添加剤を含み得ることが考慮されている。
本発明によると、機械的仕事は、結合された繊維性材料の断片を、有用な遊離繊維及び繊維束又は繊維状材料に細分化する、破断する、ばらばらにする又は分解するのに十分なだけの水圧及び剪断応力状態を発生させるレベルで懸濁液に適用される。一般に、細断された材料をリサイクル繊維に変換するために用いられる処理条件は、通常のパルプ化工程において見られる条件より大胆かつ厳しいものである。これらの条件は、ますます高水圧及び高機械剪断応力化していくゾーンを通して、細断された断片を送ることを含む。
【００３２】
一例として、通常のパルプ化工程は、一般的には、乾燥材料１トンに対して１日（２４時間）当たり約３より少ない馬力を用いる。本発明の実施の形態は、はるかにより多くのエネルギー入力量を利用することができる。例えば、本発明の方法は、結合された繊維性材料から有用な遊離繊維及び繊維束を分離するために、更に３５％大きいエネルギー、更に５０％大きいエネルギー又は更にそれ以上大きいエネルギーを利用して実施することができる。
本発明者らは、特定の作動理論に固執するべきではないが、水圧と剪断応力の組合せが、材料を遊離繊維及び繊維束に分裂させると信じている。遊離繊維の含有量及び該繊維束の平均的な大きさは、圧力と機械的応力を変化させることによって制御できるとも考えている。遊離繊維及び繊維状材料が結合された繊維性材料から分離される際に生成した熱を、このプロセスにおける水／液体が吸収するので、通常、このような高レベルの機械的作業又は仕事は、結合された繊維性材料の合成成分を著しく劣化させることなく（例えば、合成熱可塑性材料を溶解することなく）実現できると考えられる。
【００３３】
一般に、従来の叩解及び／又は精砕装置は、セルロース繊維を改質して、水和及びフィブリル化製紙特性を発現させるために用いられる。本発明によると、従来のビータ及び／又は精砕機を、従来とは異なる方法で構成するか又は作動させて、結合された繊維性材料を遊離繊維、繊維束及び繊維状材料に細分化及び破砕するのに十分なだけの水圧及び剪断応力状態を与えることができる。
例示的なビータ装置は、Ｂｅｌｏｉｔ　Ｊｏｎｅｓ、Ｅ．Ｄ．Ｊｏｎｅｓ、Ｖａｌｌｅｙ、及びＮｏｂｌｅ＆Ｗｏｏｄのような製造業者から入手可能である。ここで添付図面の図２及び図２Ａを参照すると、本発明の実施において用いることができる例示的なオランダ式のビータ装置３０が示されている。ビータは、中央壁３４を備えた楕円形のバット３２と、プラテン即ち固定プレート４２上に取り付けられた第２の組のブレード４０を通過する、ブレード又は羽根３８を備えた円筒形のロール３６とを含む。ブレード４０は、回転ブレード３８の回転方向又は回転平面「Ｒ」に対して少なくとも一方向にある角度をなして位置合わせされるようにして固定プレート上に取り付けることができる。例えば、固定ブレード４０は、回転ブレード３８の回転方向又は回転平面「Ｒ」に対して約５度から約７０度までの間の角度をなすように取り付けることができる。別の例として、固定ブレードは、約１５から５５度までの間、約４０から５０度までの間、又はちょうど約４５度の角度をなすように取り付けることができる。
【００３４】
結合された繊維性材料の断片の懸濁液を、ビータ装置の中に導入する。代わりに及び／又は更に、結合された繊維性材料の断片を、ビータ用バットの液体の中に直接導入することができる。結合された繊維性材料と水との種々の比率を用いることができ、適切な比率は、当業者が定めることができる。
作業中に、円筒形ロール３６が回転して、固定プレート上に取り付けられたブレード又は羽根３８とブレード４０との間に十分な水圧及び剪断応力が生じる。１つの例示的な円筒形ロールは、７２インチの直径及び７２インチの幅をもち、各々が７２インチの長さを有し且つ２分の１インチの間隔をもって配設された１９２枚のブレードを備えたものである。このようなロールは約１６トンの重さがある。一般に、回転速度は一定であり、修正される変数は、ロール上での圧力又は荷重である。ロールは、繊維及び結合された繊維性材料の断片が、回転ロールの底部におけるブレードと該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間のギャップを通して押しつぶされる際に、０ｐｓｉのゲージ圧読み取り値が、該繊維及び結合された繊維性材料の断片によって生じた圧力に対抗するロール重量の極めて僅かな量に対応するか又は一部たりとも（〜０トン）対応しないように取り付けられる。５０ｐｓｉのゲージ圧読み取り値は、繊維及び結合された繊維性材料の断片が、回転ロールの底部におけるブレードと該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間のギャップを通して押しつぶされる際に、該繊維及び結合された繊維性材料の断片によって生じた圧力に対抗するロール重量の約２分の１（〜８トン）に対応する。１００ｐｓｉのゲージ圧読み取り値は、繊維及び結合された繊維性材料の断片が、回転ロールの底部におけるブレードと該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間のギャップを通して押しつぶされる際に、繊維及び結合された繊維性材料の断片によって生じた圧力に対抗するロールのほぼ総重量（〜１６トン）に対応する。
【００３５】
回転速度、バット中の懸濁液の稠度、及び回転ブレード又は羽根３８と固定ブレード４０との間の間隙はまた、遊離繊維、繊維束及び繊維状粒子の長さを切るか又は制御する「繊維対金属」の相互作用を高める条件に調整される。この「繊維対金属」の相互作用という用語は、結合された繊維性材料と固定及び／又は回転ブレードとの間の接触を説明するために用いられ、該相互作用は、長繊維を断つ、切断する又は破断するのに十分なだけの水圧及び機械的剪断圧力の条件下で生じうる。本発明によると、この相互作用は、懸濁液中に存在することがあるパルプ繊維又はステープル繊維の長さ及び／又は自由度に著しく影響を及ぼす又は低減させることなく長繊維を切断するように制御されるべきである。例えば、従来の稠度、大きいブレード寸法、回転ブレードと固定ブレードとの間の厳しい許容差、及び／又は高い回転速度より低いものを利用する作動装置によって、「繊維対金属」の相互作用を高めることができる。一般に、本発明は、主に「繊維対繊維」の相互作用を利用する代わりに、懸濁した繊維に作用する作動条件及び／又は多数の作業刃を与える装置を利用するものである。
【００３６】
本発明の方法は、結合された繊維性材料をリサイクルして、比較的低い平均長さと比較的一様な平均長さ分布を有する実質的に個々の繊維及び繊維状成分にする技術を提供するものである。
本発明の方法は、幅広い範囲の長さを有する繊維、繊維束及び繊維状材料を与えるように作動させることができるが、該方法はまた、およそ７ミリメートル又はそれより少ない全長の平均長さ分布を有する繊維及び繊維状材料を形成するのに用いることもできる。
長さを制御することに加えて、幾つかの「繊維対金属」の相互作用は、結合された繊維性材料の合成成分の変形及び歪みを発生させることがある。幾つかの変形及び歪みは、結合された繊維性材料を水圧で細分化することで生じうるが、その他は、繊維及び／又はフィラメントを引き裂き、スライスし、及び破断することで生じうる。
【００３７】
ここで図３、図５乃至図８及び図１０乃至図１４を参照すると、種々の例示的なリサイクル合成繊維、繊維束及び／又は繊維状材料が示されており、これらは、合成材料からなる少なくとも１つの糸要素を有し、該合成材料は、結合された繊維性材料が液体中に懸濁している間に該結合された繊維性材料から糸要素を分離するために該糸要素を水圧破砕することにより生じた少なくとも１つの不規則な歪みを有する。
【００３８】
糸要素は、約１ミリメートルから約１５ミリメートルに及ぶ長さを持つことができる。例えば、糸要素は、約１．５ミリメートルから約１０ミリメートルに及ぶ長さを持つことができる。別の例として、糸要素は、約２ミリメートルから約５ミリメートルに及ぶ長さを持つことができる。糸要素は、１００マイクロメートルより少ない直径を持つことができる。例えば、糸要素は、３０マイクロメートルより少ない直径を有してもよい。一般に、これらの寸法は、ある種の市販のパルプに類似しており、市販のパルプと容易に混合することができる。本発明の幾つかの実施の形態において、糸要素は、１０ミクロンより少ない直径を持つことができ、１ミクロンより少なくすることもできる。
【００３９】
本発明の一態様によると、不規則な歪みは、糸要素における屈曲、糸要素の平たくなったセグメント、糸要素の広がったセグメント、及びこれらの組合せの形態であり得る。
一般に、不規則な歪みにより、リサイクル材料の糸要素は、結合された繊維性材料から分離するために水圧破砕する前の結合された繊維性材料における糸要素よりも、大きい表面積を持つことになる。例えば、リサイクル糸要素の表面積は、少なくとも約５パーセント大きくすることができる。
【００４０】
図３は、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。このリサイクル繊維は、熱点結合された連続ポリプロピレンのフィラメントウェブと、該連続フィラメントウェブと水圧交絡されたパルプ繊維とを含む複合構造体から回収されたものである。顕微鏡写真の中央に見えている繊維は、フィラメントにおける屈曲と比較的平たくなったセグメントとを有するポリプロピレン糸要素である。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料（例えば、複合構造体）から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素を取り囲んでいる材料は、セルロースパルプである。
【００４１】
図４は、従来のボンデッドカーデッドウェブ構造において見られる従来のポリプロピレン・ステープル繊維を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。図３の糸要素とは対照的に、これらの繊維は、不規則な歪みが比較ないように見える。この繊維は、比較的滑らかな表面と、一様な又は均一な直径とを有し、図３に示される糸要素においては明白な撚り、屈曲その他の不規則な歪みがない。
【００４２】
図５は、図３に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約１２０Ｘの線倍率）である。顕微鏡写真の中央領域を横切って見える繊維は、ループ及び屈曲、並びに比較的平たくなったセグメントを呈するポリプロピレン糸要素である。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料（即ち複合構造体）から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素を取り囲んでいる材料は、セルロースパルプである。
図６は、図３に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約１２０Ｘの線倍率）である。顕微鏡写真の中央に見えている繊維は、ポリプロピレン糸要素である。顕微鏡写真にある矢印は、糸要素における鋭い屈曲を示す。
【００４３】
図７は、図３に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。顕微鏡写真の中央に見えている繊維は、屈曲と、粗いセグメントとを呈するポリプロピレン糸要素である。
図８は、図３に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。顕微鏡写真の中央を横切って見えている繊維は、繊維の平たく広げられた切断端を示すポリプロピレン糸要素である。
【００４４】
図９は、従来のポリプロピレン・ステープル繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。図８の糸要素とは対照的に、この繊維は、不規則な歪みが比較的ないように見え、広げられた又は他の歪みの形跡がなく、きれいに切断されたように見える端部を有する。
図１０は、図３に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された２つの例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約２５０Ｘの線倍率）である。顕微鏡写真の中央を横切って、及び該顕微鏡写真の下側付近に見えている繊維は、屈曲と粗いセグメントとを呈するポリプロピレン糸要素である。
【００４５】
図１１は、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。このリサイクル繊維は、ポリプロピレン・メルトブロー繊維の熱点結合されたウェブを含む、Ｋｉｍｔｅｘ（登録商標）ブランドの拭取り用製品から回収されたものである。顕微鏡写真の中央に見えている比較的微細なメルトブロー繊維は、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素である。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料（即ちＫｉｍｔｅｘ（登録商標）拭取り用製品）から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素を取り囲んでいる材料は、セルロースパルプである。
【００４６】
図１２は、図１１に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約１００Ｘの線倍率）である。およそ５００マイクロメートルの長さの点結合が、顕微鏡写真の中央に見える。繊維は、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素の形態の結合点の縁から外向きに放射状に広がる。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素の背後にある幾つかの材料は、セルロースパルプである。
【００４７】
図１３は、図１１に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。幅が約４０マイクロメートルである大きな繊維状材料又は繊維束が、顕微鏡写真の中央に見える。繊維は、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素の形態の繊維状材料又は繊維束を取り囲み、かつ該材料又は繊維束の縁から外向きに放射状に広がる。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素の近くにある大きめの繊維性材料は、セルロースパルプ繊維である。
図１４は、図１１に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真（約５００Ｘの線倍率）である。セルロースパルプと、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素の形態のリサイクル繊維との混合物が示される。
【００４８】
本発明の方法の実施形態では、切断された又は細断された結合された繊維性材料の断片の懸濁液に、機械的仕事を多段階で適用することができる。一例として、オランダ式のビータか又はこれに類似した装置を用いて、結合された繊維性材料の断片を濡らし、結合材料から繊維及び繊維状成分の少なくとも幾らかを分離する条件下で、結合された繊維性材料の断片懸濁液に機械的仕事を適用することができる。幾つかの状況においては、天然繊維と合成繊維との混合物、及び／又は、非常に短い繊維と非常に長い繊維（例えば、パルプ繊維と連続的な合成フィラメント）との混合物を含有する結合された繊維性材料は、１つ又はそれ以上の最初の処理段階において部分的に又は実質的に分離することができる。
【００４９】
このような処理の後に、短い及び長い繊維／フィラメントの流れを分けることができる。オランダ式のビータが、第一段階又は処理段階を実行するために用いられる場合には、回転ブレードと固定ブレードとの間のギャップ又は間隙は、「繊維対金属」の相互作用ではなく、「繊維対繊維」又は「繊維性材料対繊維性材料」の相互作用を高めるのに十分なだけ大きくすることができる。一例として、通常の条件下では、回転ブレードと固定ブレードとの間の間隙は、約２０ミリメートルから約１００ミリメートルまでの間とすることができる。第一段階における処理を強化するために、懸濁液の稠度、ビータロールの回転速度及び／又はビータロールに加えられる圧力荷重のような他の変数も調整できることが考慮されている。
【００５０】
第二段階において、結合された繊維性材料、繊維及び繊維状成分を実質的に個々の繊維及び繊維状成分に破断するのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力状態を発生させる条件に基づいて、付加的な機械的仕事を適用することができる。処理の第二段階を実行するためにオランダ式のビータが用いられる場合には、回転ブレードと固定ブレードとの間のギャップ又は間隙は、懸濁液中に存在することがあるパルプ繊維又はステープル繊維の長さ及び／又は自由度に著しく影響を及ぼす又は低下させることなく、長繊維（即ち長い合成繊維）を断つ、切断する又は破断するための水圧及び機械的剪断応力の条件下で生じ得る「繊維対金属」又は「繊維性材料対金属」の相互作用を高めるのに十分なだけ小さいことが望ましい。一例として、この間隙は、約１ミリメートル（又は「金属対金属」の接触なしにできるだけ近接している）から約２０ミリメートルまでの間にすることができる。第二段階における処理を強化するために、懸濁液の稠度、ビータロールの回転速度、及び／又はビータロールに加えられる圧力荷重のような他の変数も調整できることが考慮されている。
【００５１】
本発明によると、液状懸濁液に適用された機械的仕事量は、結合された繊維性材料の１乾燥トンに対して１日（２４時間）当たり約３馬力以上である。この数字は、望ましくは、１トンに対して１日当たり６馬力より大きくすることができ、多くの例示的な材料については、１０から約１５の範囲とすることができる。
液状懸濁液が処理され、結合された繊維性材料が水圧で細分化されて、遊離繊維、繊維束及び繊維状材料にされた後に、これらの材料は、次に湿式成形プロセスの完成紙料の流れの中に取り込んでも良いし、後で使用するために濡れた状態でラップしても良く、或いは乾式成形プロセスのために乾燥することもできる。繊維の流れは、大きい断片やフロック等を除去するために篩い分けできることが考慮されている。
【００５２】
一般に、合成繊維を含有する結合されたスクラップ又は廃棄材料は、遊離繊維及び繊維状材料にリサイクルすることができ、該遊離繊維及び繊維状材料は、増加した表面積をもつことができ、かつ制御された繊維長さをもつように処理することができる。本発明によるリサイクル繊維は、湿式成形プロセスにおいて十分な量の良好な保持を与えることが意図されており、繊維性ウェブに組み込まれる場合には機械的特性及び吸収特性を改善できることが考慮されている。更に、リサイクルされた表面積の大きい繊維は、リサイクルされたものでない合成ステープル繊維と比較してかなりの費用優位をもたらす。次に、予め繊維網状に形成された材料を用い、該材料を上述のように分離することによって、全体として増加した表面積を持つ繊維及び繊維状材料が得られる。この表面積は、繊維網を破断して、繊維の結合点、屈曲、撚り、カール、隙間のある層を依然として有する小さいセグメントと、上述の種々の顕微鏡写真に示される平たい領域にすることからもたらされる。
【００５３】
更に、繊維の長さは、分離処理中にもたらされる同様の機械的仕事によって制御される。繊維の長さを制御することにより、該繊維は、湿式形成、乾式形成、発泡形成のような多くのウェブ形成工程において使用可能になる。例えば、合成繊維の長さを木材パルプ繊維の長さに制御することにより、リサイクル材料は、完成紙材の取扱特性又は処理特性に影響を及ぼすことなく、リサイクルされたものでない木材パルプ繊維の完成紙材の中に再び取り込むことができる。
【００５４】
実施例１
この実施例は、天然繊維と合成フィラメントを含有する結合及び交絡された複合材料のリサイクルに関するものである。リサイクルされたものでない木材パルプと、Ｗｏｒｋｈｏｒｓｅ（登録商標）及びＨｙｄｒｏｋｎｉｔ（登録商標）高速吸収材料という商標名でジョージア州ロズウェル所在のキンバリー−クラーク社から入手可能な結合合成ポリプロピレン・フィラメント（重量のおよそ２０パーセント）（すなわち、連続スパンボンド・フィラメント・ウェブ）とを含む水圧交絡された複合材料を細断して、長さ約１０−３５０ｍｍ及び幅約３−７０ｍｍの範囲の断片にした。複合材は重量のおよそ８０％の量で含まれ、重量の約２０％はポリプロピレン・フィラメントであった。材料は、インディアナ州イーストシカゴ所在のイースト・シカゴ・マシン・ツール社から入手可能な細断機を用いて細断された。断片を、マサチューセッツ州ピッツフィールド所在のＥ．Ｄ．Ｊｏｎｅｓ＆Ｓｏｎｓ社によって製造された通常のオランダ式の産業用ビータに移した。ビータは、４５度の斜めベッドプレートを備えた「ナンバー３ジョーンズ・ビーティング・ユニット」であった。ビータは、図２Ａに示すように、ロール上にほぼ位置合わせされたブレード又は羽根をもつ回転ロールを有するものであった。ブレード又は羽根は、おおよそ１／４インチ（〜６ｍｍ）の幅、及び、おおよそ１／２インチ（〜１２から１３ｍｍ）の高さであった。これらは、回転方向又は回転平面に対して垂直なロールの外側上に、おおよそ１／２インチ（〜１２から１３ｍｍ）だけ間隔をもって配置された。固定プレートは、回転ロールのすぐ下に取り付けられ、おおよそ１／８インチ（〜３ｍｍ）の幅、及び１／４インチ（〜６ｍｍ）の高さのブレード又は「ナイフ」を備えており、おおよそ３／８インチ（〜９から１０ｍｍ）だけ間隔をもって配置された。これらは、図２Ａに概略的に示すように、回転方向又は回転平面に対して４５度の角度をなすように位置合わせされた。
【００５５】
細断された材料に水を加え、水圧及び剪断応力をオランダ式ビータの中の材料に二段階で適用した。水圧及び剪断応力は、ロールが回転するときの該ロールに対する負荷を調整することにより制御された。この特定の配置において、水圧及び剪断応力は、ビータのロールが回転して、それに取り付けられたブレード又は羽根が、液体及び濡れた材料を、回転方向又は回転平面に対して斜めに取り付けられたブレードをもつ固定プレートに対して押し付けるときに生じる「外車」形式のポンプ作用によって生じる。一般に、回転ロールにかけられる、より大きな負荷は、該回転ロールと固定プレートとの間により少ない間隙を与える。これは、より大きなレベルの水圧及び剪断応力に対応する。
【００５６】
第１段階における回転ロールに対する圧力又は負荷は、１０分間で０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）であった。本質的には如何なる負荷もかけられず、回転ロールの「外車」作用によって、回転ロールのブレードと固定プレート上に取り付けられたブレードとの間の約１ｃｍ又はそれ以上のギャップを通して、懸濁液中の断片を圧搾した。一般に、第１段階は、細断された材料を濡らし、合成繊維から天然繊維を分離するために用いられた。稠度は、約３．３パーセントになるように調整された（空気又はオーブンにより乾燥された懸濁液中の繊維性材料の重量パーセント）。
【００５７】
第２段階において、回転ロール上の可動ブレードと固定ブレードとの間の、それらの接触点に最も近い又は該接触点付近の位置に、非常に高い水圧及び剪断応力の小区域が与えられるように条件を調整した。これらの小区域は、細断された結合された繊維性材料上にマイクロバースト作用を発生させて、その結果得られる合成繊維の長さを、水圧で細分化するか、及び／又は壊し、縮小すると考えられる。さらに、水圧による細分化、及び「繊維対金属」又は「結合された繊維性材料対金属」の接触によって、より長い合成フィラメントの長さが制御され、懸濁液中に存在することがあるパルプ繊維の長さ又は自由度を著しく低減させることなく、約０．８から約３．５ｍｍまでの範囲の天然（すなわちパルプ）繊維と同一の長さをもつようにされる。
【００５８】
第２段階において、回転ロールについてのゲージ圧は、５０ｐｓｉまで増加され、回転ロールのブレードと固定プレートとの間の間隙は、１から１０ｍｍまでの間に減少され、断片がロールと固定プレートとの間のギャップを通して圧搾されたときに生じる圧力に対抗するために、１６トンのロール重量のほぼ半分（〜８トン）が利用可能であった。これらの条件は５０分間維持された。
処理後に、懸濁液から遊離繊維、繊維束、及び繊維状材料を分離した。サンプルを顕微鏡で検査し、天然又はパルプ繊維を分離して、合成繊維とは別に測定した。この実施例においては、平均繊維長は、前述のように、手動で２０本の合成繊維及び２０本のパルプ繊維のランダム・サンプルを分離し、顕微鏡を利用して個々の繊維の長さを測定し、次に平均長を計算することによって求められた。結果として得られるリサイクル繊維及び繊維状材料は、下記の特徴を有した。
【００５９】
・合成繊維の平均長は、木材パルプ繊維とほぼ同じ長さであった。合成繊維の平均長は３．７８ｍｍであった。サンプルにおける個々の繊維の長さは、１．６５から５．３３ｍｍまでの範囲であった。処理前において、合成繊維は、最初は不定の長さか又は少なくとも５．３３ｍｍをはるかに越える長さを有するほぼ連続的なポリプロピレン・フィラメントであった。パルプ成分の平均繊維長は、２．７ｍｍであった。サンプルにおける個々のパルプ繊維の長さは、１．３５から３．８１ｍｍまでの範囲であった。カヤーニＦＳ−２００繊維分析器によって得られた測定値は、０．７６ｍｍの算術平均長さと、１．７２ｍｍの長さ加重平均長さと、２．４０ｍｍの重量加重平均長さを示した。
・木材パルプの繊維の自由度は、わずかな減少（約１０％−約８６０ｍＬから約７６０ｍＬまで）を示すが、これは、複合材の木材パルプ繊維成分上で幾つかの付加的な表面積が発現したことを示すものである。しかしながら、繊維の長さは影響を受けなかった。
・合成繊維は、残りの繊維結合領域、横断、及び平らな領域による増加した又はより高い表面積を有する。
【００６０】
実施例２
この実施例においては、リサイクル繊維は、実施例１に記載の方法を用いて、リサイクルされたものでない木材パルプと結合合成ポリプロピレン・フィラメント（すなわち、Ｗｏｒｋｈｏｒｓｅ（登録商標）及びＨｙｄｒｏｋｎｉｔ（登録商標）高速吸収材料）とを含む水圧交絡された同一の複合材から調製された。繊維の長さは、１から５ｍｍまでとなるように制御された。リサイクル繊維の懸濁液を、重量の６０％が硬木クラフトパルプ（ユーカリ）で重量の４０％が軟木クラフトパルプ（ラジアータマツ）である混合物に、乾燥重量の５％の割合でインラインで混合した。
完成紙料は、通常の筆記用紙製造プロセスを用いて１６０グラム毎平方メートル（ｇｓｍ）の坪量をもつ湿潤したシート状に形成され、次いで乾燥して最終製品にされた。結果として得られた生成物を、同一のリサイクルされたものでないパルプ材料を用いてリサイクル材料の添加なしで同一条件下で作成された対照材料と比較した。これらの結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2004514069.tif 000004
【００６２】
これらの結果から、合成繊維を含むリサイクル材料を重量の５％含有する紙シートは、リサイクルされたものでないパルプシートと本質的に類似した物理的特性をもつことが明白である。重要なことであるが、添加されたリサイクル繊維は、製紙プロセスの安定性及び効率に悪影響を及ぼさない。
【００６３】
実施例３
この実施例においては、出発原料は、キンバリー−クラーク社からＫｉｍｔｅｘ（登録商標）拭取り材という商標名で入手可能なメルトブローン・ポリプロピレン繊維のボンデッドウェブであった。この材料は、１００％メルトブローン・ポリプロピレン繊維を含有し、長さ１０−３０ｍｍ及び幅５−２０ｍｍの範囲の断片に細断された。これらの断片を、パルプ化工程のオランダ式の実験室用ビータ（ニュージャージー州ニューアーク所在のＲｏｓｓ　Ｐａｐｅｒ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ社製モデルＲＰＭ１５）に移した。水圧と機械的剪断応力を二段階で適用した。
水圧と剪断応力は、濡れた材料を固定ブレードに対して押し付けるロータによって生じたポンプ作用によって発生した。ロータロールは、およそ７・５／８インチ（〜１９．４ｃｍ）の直径であった。ロールの作動面は、３２バールで幅６インチ（〜１５．４ｃｍ）及び厚さ３／１６インチ（〜４．８ｍｍ）であった。７バールのベッドプレートは、厚さ１／８インチ（〜３．２ｍｍ）で、ベッドプレートの中央で５度の「Ｖ字」を形成するために３／３２インチ（〜２．４ｍｍ）離間された。
【００６４】
第１段階において、ロータにかかる重量又は負荷は、１２分間０ｋｇに設定され、稠度は１％に設定され、泡の発生を制御するために消泡剤が添加された。第１段階の間に、回転ロールとベッドプレートを通る材料の自由流れを達成するために、細断された材料を濡らした。第２段階の間に、回転ロールにかかる重量又は負荷は、最初に２３分間５．２ｋｇまで増加され、次いで８５分間２．８ｋｇにされた。回転ロール上のブレードとベッドプレートとの間に非常に高圧の小区域を与える第２段階の間の条件は、細断された合成繊維束上にマイクロバースト作用を生じさせてばらばらにし、結果として得られる合成繊維の長さを減少させる。これらのプロセス条件により、結果として得られた繊維は、次の特徴をもつ。
・得られた繊維は、依然として結合点、カール、繊維の隙間の開いた層、及び平たい領域をもつ、幾つかの個々の繊維と、繊維束と、小さいセグメントとの混合物を含む。
・合成繊維と繊維束の平均長さは、２．８４ｍｍであった。長さは０．６から６．１ｍｍまでの範囲であった。
【００６５】
リサイクル・メルトブローン繊維を、重量の６０％が硬木クラフトパルプ（ユーカリ）で重量の４０％が軟木クラフトパルプ（ラジアータマツ）である混合物に、乾燥重量の５％の割合で混合した。この完成紙料は、通常の実験室ハンドシート形成器で９０ｇｓｍの坪量をもつ湿潤したシート状に形成され、次いで実験室用プレスでプレスして最後に乾燥した。結果として得られた生成物を、同一のリサイクルされたものでないパルプ材料を用いてリサイクル材料の添加なしで同一条件下で作成した対照材料と比較した。これらの結果を表２に示す。
【００６６】
【表２】
2004514069.tif 000005
【００６７】
リサイクル・メルトブロー繊維を取り込んだ紙シートは、対照材料と比べて低いレベルの幾つかの機械的特性を呈したが、リサイクル繊維を含有する紙シートは、依然として概ね良好な物理的特徴をもつと考えられ、筆記用紙その他の類の紙に適している。
本発明は、特定の実施形態に関連して説明されてきたが、当業者には、上記の理解に到達するに当って、これらの実施形態の代替技術、修正、及び均等物を直ちに着想できることは明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、特許請求範囲の請求項及びそのいずれかの均等物の範囲として判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
結合された繊維性材料を細断するための例示的なプロセスの概略図である。
【図２】
結合された繊維性材料の細断された断片を水圧で細分化するための例示的なプロセスの概略図である。
【図２Ａ】
図２に示された例示的なプロセスの詳細である。
【図３】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図４】
例示的なリサイクルされたものでない合成ステープル繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図５】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図６】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図７】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図８】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図９】
例示的なリサイクルされたものでない合成ステープル繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図１０】
多数の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図１１】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図１２】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
【図１３】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
【図１４】
例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004514069.tif 000071
【国際調査報告】
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