(57)【要約】本発明は、多成分繊維に関する。繊維は、サイド・バイ・サイド、シース−コア、区分されたパイ、リボン、若しくは海島形状、又はこれらの形状のいずれかの組み合わせであってもよい。繊維の各構成成分は、非構造化デンプン及び／又は熱可塑性ポリマーを含む。本発明はまた、多成分繊維を含む不織布ウェブ及び使い捨て物品に関する。不織布ウェブはまた、本発明の多成分繊維とブレンドされる他の合成繊維又は天然繊維を含有してもよい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
シース−コア、海島、リボン、区分されたパイ、サイド・バイ・サイド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される形状を有する多成分繊維であって、該多成分繊維の各構成成分が、非構造化デンプン、５００，０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有する熱可塑性ポリマー、及びこれらの混合物からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする多成分繊維。
【請求項２】
１つの構成成分が、
ａ．非構造化デンプン、
ｂ．５００，０００未満の分子量を有する熱可塑性ポリマー、及び
ｃ．可塑剤
を含むことを特徴とする請求項１に記載の多成分繊維。
【請求項３】
１つの構成成分が非構造化デンプンを含み、第２の構成成分が５００，０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有する熱可塑性ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の多成分繊維。
【請求項４】
前記繊維が２００マイクロメートル未満の直径を有することを特徴とする請求項１に記載の多成分繊維。
【請求項５】
前記繊維が分裂可能であることを特徴とする請求項１に記載の多成分繊維。
【請求項６】
請求項１に記載の多成分繊維を含むことを特徴とする不織布ウェブ。
【請求項７】
シース−コア、海島、リボン、分割されたパイ、サイド・バイ・サイド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される構成を有する多成分繊維を含む不織布ウェブであって、該多成分繊維の各構成成分が、非構造化デンプン、５００，０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有する熱可塑性ポリマー、及びこれらの混合物からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする不織布ウェブ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の多成分繊維が、他の合成繊維又は天然繊維とブレンドされ、互いに接合されることを特徴とする不織布ウェブ。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の不織布ウェブを含むことを特徴とする使い捨て物品。
【請求項１０】
シース−コア形状を有する二成分繊維であって、該シースが非構造化デンプン及び可塑剤を含み、該コアが５００，０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有する熱可塑性ポリマーを含むことを特徴とする二成分繊維。
【請求項１１】
シース−コア形状を有する二成分繊維であって、該シースが５００，０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有する熱可塑性ポリマーを含み、該コアが非構造化デンプン及び可塑剤を含むことを特徴とする二成分繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デンプン及びポリマーを含む多成分繊維及び該繊維の特定の形状に関する。前記繊維は、不織布ウェブ及び使い捨て物品の製造に使用される。
【背景技術】
【０００２】
不織布物品を製造するために多数の試みがなされてきた。しかし、コスト、加工処理の困難性、及び末端使用の性質のために、限られた数の選択肢のみが存在する。多くの組成物は、加工処理性が限られている。
【０００３】
不織布物品のための有用な繊維は、製造が困難であり、フィルム及びラミネートと比較して、さらなる課題を有する。これは、繊維のための材料特性及び加工処理特性は、フィルム、吹込成形物品、及び射出成形物品を製造するための材料特性及び加工処理特性と比べて、かなり厳しいことが原因である。繊維製造のため、構造形成の間の加工処理時間は、典型的にはずいぶん短く、流動特性は、材料の物理的特性及びレオロジー特性に関してさらに厳しい。繊維製造においては、局所応力速度及びせん断速度が、他のプロセスよりもはるかに大きい。さらに、繊維紡糸には均一組成物が必要とされる。超微細繊維を紡糸するには、小さな欠陥、わずかな不一致、又は溶融物の不均一性は商業的に実行可能なプロセスにとっては容認できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
標準的な装置、及びプラスチック産業において既知の現存技術で、天然デンプンを加工処理するための試みがなされてきた。デンプンを含む繊維は、デンプンが環境分解性であるので望ましい。天然デンプンは、一般的に粒状の構造を有しているため、精密なデニールフィラメント内に溶融加工処理される前に、「非構造化」される必要がある。加工デンプン（単独又はブレンドの主要成分として）は、繊維、フィルム、発泡体などの首尾よい製造において困難性を生じる、低い溶融伸展性を有することが見い出された。さらに、デンプン繊維は、紡糸することが困難であり、低い引張強度、べたつき、及び不織布を形成するための接合の不完全性に起因して、不織布を製造するために実際には使用することができない。
【０００５】
より容認可能な加工処理性及び末端使用性能を有する繊維を製造するために、熱可塑性ポリマーを、デンプンと混合することが必要である。デンプンとのブレンドに受け入れられる適切なポリマーの選択は難しい。ポリマーは、優れた紡糸特性及び好適な融解温度を備えていなければならない。融解温度は、溶融又は構造的な変形を防ぐために、最終使用安定性のためには十分高くなければならないが、デンプンを燃やすことなくデンプンを用いて加工処理することができるように、融解温度が高すぎてはならない。これらの必要条件は、デンプン含有多成分繊維を製造するための熱可塑性ポリマーの選択を非常に困難にする。
【０００６】
その結果、天然デンプン及び熱可塑性ポリマーで製造される、コスト的に有効で、容易に加工処理可能な多成分繊維が必要とされる。さらに、デンプン及びポリマー組成物は、多成分繊維を製造するために使用される市販の装置での使用に好適でなければならない。これらの多成分繊維から製造された使い捨て不織布物品の必要性もまた存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、多成分繊維に関する。多成分繊維の形状は、サイド・バイ・サイド、シース−コア、区分されたパイ、リボン、海島、又はこれらの形状のいずれかの組み合わせであってもよい。繊維の各構成成分は、非構造化デンプン及び／又は熱可塑性ポリマーを含む。
本発明はまた、多成分繊維を含む不織布ウェブ及び使い捨て物品に関する。不織布ウェブはまた、本発明の多成分繊維とブレンドされる他の合成繊維又は天然繊維を含有してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書で使用される全てのパーセント、比率、及び割合は、特に指定しない限り、組成物の重量パーセントによる。実施例は、全組成物に対する割合で示される。
【０００９】
本明細書は（１）本発明の材料、（２）多成分繊維の形状、（３）多成分繊維の材料特性、（４）プロセス、及び（５）物品、の詳細な記述を含有する。
【００１０】
（１）材料
（デンプン）
本発明は、低コストで天然に生じるポリマーである、デンプンの使用に関する。本発明において使用するデンプンは、十分な紡糸性能及び繊維特性のために必要とされる非構造化デンプンである。用語「熱可塑性デンプン」は、可塑剤を用いて非構造化（destructured）されたデンプンを意味するために使用される。
【００１１】
天然デンプンは、一般的に、粒状の構造を有するため、熱可塑性材料のように溶融加工処理及び紡糸する前に、非構造化することが必要である。ゼラチン化に関して、デンプンは、可塑剤として作用する溶媒の存在下で非構造化することができる。溶媒及びデンプン混合物を、典型的には加圧条件下で加熱し、ゼラチン化プロセスを加速するために剪断する。化学薬剤又は酵素薬剤を、デンプンを非構造化し、酸化し、又は誘導体化するためにも使用してよい。通常は、デンプンは、水中にデンプンを溶解することによって非構造化する。完全に非構造化（destructured）されたデンプンは、繊維紡糸プロセスに影響を与える塊が存在しない場合に生じる。
【００１２】
適切な天然に生じるデンプンとしては、コーンスターチ、ジャガイモデンプン、サツマイモデンプン、小麦デンプン、サゴパームデンプン、タピオカデンプン、米デンプン、大豆デンプン、クズウコンデンプン、ワラビデンプン、ハスデンプン、キャッサバデンプン、ワクシートウモロコシデンプン、高アミロースコーンスターチ、及び市販のアミロース粉末が挙げられるが、これらに限定されない。デンプンのブレンドもまた使用してもよい。
【００１３】
すべてのデンプンは本明細書中で有用であるが、本発明は、豊富に供給され、容易に補充可能であり、安価であるという利点を有する農作物源から誘導される天然デンプンを用いて、ごく普通に実施される。天然に生じるデンプン、特にコーンスターチ、小麦デンプン、及びワクシートウモロコシデンプンは、それらの経済性及び入手可能性に起因して、好ましいデンプンポリマーの選択である。
【００１４】
加工デンプンもまた使用してもよい。加工デンプンは、その元来の分子量特性を変化させた、置換されていないデンプン又は置換されたデンプンとして定義される（すなわち、分子量は変化しているが、その他の変化は、必ずしもデンプンに対してなされていない）。加工デンプンが望ましい場合、デンプンの化学修飾は、典型的には、分子量及び分子量分布を減少させる、酸又はアルカリ加水分解及び酸化的鎖開裂を含む。天然の加工されていないデンプンは、一般的に非常に高い平均分子量を有し、広い分子量分布を有する（例えば、天然コーンスターチは、約６０，０００，０００グラム／モル（ｇ／ｍｏｌ）までの平均分子量を有する）。デンプンの平均分子量は、酸還元、酸化還元、酵素的還元、加水分解（酸又はアルカリで触媒される）、物理的／機械的分解（例えば、加工処理装置の熱機械エネルギーの入力を介して）、又はこれらの組み合わせによって本発明の所望の範囲まで減少させることができる。熱機械法及び酸化法は、原位置で行われる場合、さらなる利点を提供する。デンプンの実際の化学的性質及び分子量を減少させる方法は、平均分子量が受容可能な範囲にある限りは重要ではない。溶融物に添加されるデンプン又はデンプンのブレンドの分子量範囲は、約３，０００ｇ／ｍｏｌ〜約２，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは約１０，０００ｇ／ｍｏｌ〜約１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは約２０，０００ｇ／ｍｏｌ〜約７００，０００ｇ／ｍｏｌである。
【００１５】
必要ではないが、置換されたデンプンを使用することができる。置換されたデンプンが望ましい場合、デンプンの化学修飾は、典型的には、エーテル化及びエステル化を含む。置換されたデンプンが、熱可塑性ポリマー及び可塑剤とのよりよい相溶性又は混和性のために望ましいことがある。しかし、分解速度における減少とともに調整されなければならない。化学的に置換されたデンプンの置換の程度は、約０．０１〜３．０である。０．０１〜０．０６の低い程度の置換が、好ましいこともある。
【００１６】
典型的に組成物は、約１％〜約９９％、好ましくは約１０％〜約８５％、より好ましくは約２０％〜約７５％、最も好ましくは約４０％〜約６０％のデンプン及びポリマー組成物又は全繊維を含む。あるいは、熱可塑性デンプン（可塑剤と組み合わせたデンプン）は、多成分繊維の１つの構成成分の１００％まで含まれていてもよいが、その時この構成成分はいずれの熱可塑性ポリマーも含まない。組成物中のデンプンの重量は、デンプン及びその天然に生じる結合水含量を含む。用語「結合水」は、本発明の組成物を作るためにデンプンと他の成分とを混合する前に、デンプンに自然に生じる水を意味する。用語「遊離水」は、本発明の組成物の合成において添加される水を意味する。成分が一旦組成物中に混合されると、水はもはやその発生源によって区別することはできないことを、当業者は理解するであろう。デンプンは、典型的には、デンプンの約５重量％〜１６重量％の結合水含量を有する。追加の遊離水は、極性溶媒又は可塑剤として組み込まれてもよく、これらはデンプンの重量には含まれないことが既知である。
【００１７】
（熱可塑性ポリマー）
デンプンと実質的に相溶性の熱可塑性ポリマーもまた、本発明において必要とされる。本明細書で使用する時、用語「実質的に相溶性の」とは、組成物の軟化温度及び／又は融解温度を超える温度に加熱された時、ポリマーが剪断力又は伸張によって混合された後で、デンプンとの実質的に均一な混合物を形成可能であることを意味する。使用される熱可塑性ポリマーは、加熱と同時に流動して加工処理可能な溶融物を形成し、結晶化又はガラス化の結果、再固化することができなければならない。
【００１８】
前記ポリマーは、配合の間にデンプンの著しい分解を防ぐために十分に低い融解温度を有さなければならず、さらに繊維の使用中、熱的安定性のために十分に高い融解温度を有さなければならない。ポリマーの適切な融解温度は、約８０℃〜約１９０℃、好ましくは約９０℃〜約１８０℃である。可塑剤又は希釈剤が観測された融解温度をより低くするために使用される場合、１９０℃を超える融解温度を有する熱可塑性ポリマーを使用してもよい。本発明の１つの態様においては、０℃未満のガラス転移温度を有する熱可塑性ポリマーを使用することが望ましいことがある。この低いガラス転移温度を有するポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、エチレンアクリル酸、及びその他が挙げられる。
【００１９】
ポリマーには、溶融紡糸に適したレオロジー特性がなければならない。ポリマーの分子量は、ポリマー分子間のもつれを可能にするのに十分に高く、しかし溶融紡糸可能であるために十分に低くなければならない。溶融紡糸に関して、生分解性熱可塑性ポリマーは５００，０００ｇ／ｍｏｌ未満、好ましくは約５，０００ｇ／ｍｏｌ〜約４００，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは約５，０００ｇ／ｍｏｌ〜約３００，０００ｇ／ｍｏｌ、最も好ましくは約１００，０００ｇ／ｍｏｌ〜約２００，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する。
【００２０】
熱可塑性ポリマーは、短繊維（紡糸延伸法）又はスパンボンド連続フィラメント法として既知のプロセスで一般的に遭遇するような、好ましくは外延的流れの下で、かなり短時間で固化し、熱的に安定な繊維構造を形成することができなければならない。
【００２１】
適した熱可塑性ポリマーとして、ポリプロピレン及びポリプロピレンのコポリマー、ポリエチレン及びポリエチレンのコポリマー、ポリアミド及びポリアミドのコポリマー、ポリエステル及びポリエステルのコポリマー、並びにこれらの混合物が挙げられる。他の適したポリマーとしては、ポリアミド（例えば、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６６）、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン／酢酸ビニルコポリマー、ポリエチレン／メタクリル酸コポリマー、ポリスチレン／メタクリル酸メチルコポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレート、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。ポリマーの他の非限定的な例としては、アタクチックポリプロピレン、ポリブチレン、ポリカーボネート、ポリ（オキシメチレン）、スチレンコポリマー、ポリエーテルイミド、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（メタクリレート）、ポリスルホン、ポリオレフィンカルボン酸コポリマー（例えば、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレンマレイン酸コポリマー、エチレンメタクリル酸コポリマー、及びエチレンアクリル酸コポリマー）、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。他の好適なポリマーとしては、酸で置換されたビニルポリマー（例えば、ダウ（Dow）によるプリマコア（PRIMACOR）として市販されているエチレンアクリル酸）が挙げられる。米国特許第５，５９３，７６８号（ガスナー（Gessner））において開示されるポリマーは、本明細書中で参考のために示される。好ましい熱可塑性ポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、エチレンアクリル酸、ポリエステル、ポリオレフィンカルボン酸コポリマー、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００２２】
使用される具体的なポリマー、プロセス、及び繊維の最終用途によっては、２つ以上のポリマーが望ましい場合がある。本発明の熱可塑性ポリマーは、繊維の機械的性能を向上させ、溶融物の加工処理性を向上させ、繊維の減衰を向上させる量で存在する。ポリマー及びポリマーの量の選択はまた、繊維が熱接合可能であり、最終製品の柔軟性及び肌触りに影響を与える場合に決定される。典型的に、熱可塑性ポリマーがデンプン及びポリマーのブレンドに存在する場合、この熱可塑性ポリマーは、繊維の約１重量％〜約９９重量％、好ましくは約１０重量％〜約８０重量％、より好ましくは約３０重量％〜約７０重量％、最も好ましくは約４０重量％〜約６０重量％の量で存在する。あるいは、多成分繊維の１つの構成成分は、１つ以上の熱可塑性ポリマーを１００％まで含有してもよいが、その時この構成成分はデンプンは含有しない。
【００２３】
（可塑剤）
可塑剤は、デンプンを非構造化し、デンプンを流動可能にするために（すなわち、熱可塑性デンプンを作るために）、本発明において使用することができる。同じ可塑剤をまた、溶融加工処理性を増加させるために使用してもよく、又は２つの単独の可塑剤を使用してもよい。可塑剤はまた、可塑剤によって組成物のガラス転移点が低下することに起因すると考えられる最終製品の可撓性を向上させ得る。可塑剤は、好ましくは、本発明のポリマー成分と実質的に相溶性であるべきであり、その結果、可塑剤は組成物の性質を効果的に改質させ得る。本明細書で使用する時、用語「実質的に相溶性のある」とは、組成物の軟化及び／又は融解温度を超える温度に加熱された時、可塑剤がデンプンとの実質的に均一な混合物を形成できることを意味する。
【００２４】
熱可塑性ポリマーのための追加の可塑剤又は希釈剤は、ポリマーの融解温度を下げ、熱可塑性デンプンのブレンドとの相溶性を最終的に向上させるために存在してもよい。さらに、より高い融解温度を有する熱可塑性ポリマーは、ポリマーの融解温度を押さえる可塑剤又は希釈剤が存在する場合に使用されてもよい。前記可塑剤は、典型的には、約１００，０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有し、化学種の１つ以上が別の可塑剤、デンプン、ポリマー、又はこれらの組み合わせと相溶性である、ブロック又はランダムコポリマー又はターポリマーであることが好ましい場合がある。
【００２５】
有用なヒドロキシル可塑剤の非限定的な例としては、糖（例えば、グルコース、スクロース、フルクトース、ラフィノース、マルトデキストロース、ガラクトース、キシロース、マルトース、ラクトース、マンノースエリトロース、グリセロール、及びペンタエリスリトール）、糖アルコール（例えば、エリスリトール、キシリトール、マリトール、マンニトール、及びソルビトール）、ポリオール（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサントリオールなど）、並びにこれらのポリマー、並びにこれらの混合物が挙げられる。ヒドロキシル可塑剤として本明細書中で有用なものはまた、ポロキソマー及びポロキサミンである。本明細書中で使用するために適切なものはまた、ヒドロキシル基を有さず、尿素及び尿素誘導体を含む、水素結合を形成する有機化合物；ソルビタンのような糖アルコールの無水物；ゼラチンのような動物タンパク質；植物タンパク質（例えば、ヒマワリタンパク質、大豆タンパク質、綿実タンパク質）、並びにこれらの混合物である。他の好適な可塑剤は、フタル酸エステル、クエン酸ジメチル及びクエン酸ジエチル及び関連するエステル、グリセロールトリアセテート、グリセロールモノアセテート及びジアセテート、グリセロールモノプロピオネート、ジプロピオネート、及びトリプロピオネート、ブタノエート、ステアレート、乳酸エステル、クエン酸エステル、アジピン酸エステル、ステアリン酸エステル、オレイン酸エステル、及び生分解性の他の酸である。脂肪族の酸（例えば、エチレンアクリル酸、エチレンマレイン酸、ブタジエンアクリル酸、ブタジエンマレイン酸、プロピレンアクリル酸、プロピレンマレイン酸、及び他の炭化水素に基づく酸）。すべての可塑剤は、単独で使用してもその混合物で使用してもよい。低分子量の可塑剤が好ましい。好適な分子量は約２０，０００ｇ／モル未満、好ましくは約５，０００ｇ／モル未満、より好ましくは約１，０００ｇ／モル未満である。
【００２６】
好ましい可塑剤としては、グリセリン、マンニトール、及びソルビトールが挙げられ、その中でソルビトールが最も好ましい。可塑剤の量は、分子量、デンプンの量、及びデンプンに関する可塑剤の親和性に依存する。一般的に、可塑剤の量を増加させると、デンプンの分子量が増加する。典型的に、多成分繊維組成物中に存在する可塑剤は、約２％〜約９０％、より好ましくは約５％〜約７０％、最も好ましくは約１０％〜約５０％含まれる。可塑剤は、１つ以上の構成成分中に存在してもよい。
【００２７】
（任意物質）
場合により、他の成分は、紡糸可能なデンプン組成物に組み込まれてもよい。これらの任意成分は、組成物の約５０％未満、好ましくは約０．１重量％〜約２０重量％、さらに好ましくは約０．１重量％〜約１２重量％の量で存在してよい。加工処理性を変えるため及び／又は最終製品の弾性、引張強度、及び弾性率のような物理的特性を変えるために、任意選択的な材料を使用してもよい。他の利益には、酸化安定性を含む安定性、輝度、色、可撓性、弾力性、作業性、加工助剤、粘度調節剤、及び抑臭が挙げられるが、これらに限定されない。非限定的な例としては、塩、スリップ剤、結晶化促進剤又は遅延剤、臭気マスキング剤、架橋剤、乳化剤、界面活性剤、シクロデキストリン、潤滑剤、他の加工助剤、光学的光沢剤、酸化防止剤、難燃剤、染料、顔料、フィラー、タンパク質及びそのアルカリ塩、ワックス、粘着付与樹脂、増量剤、及びこれらの混合物が挙げられる。スリップ剤は、繊維の粘着性又は摩擦係数の低下を促進するために使用できる。また、スリップ剤を、繊維の安定性、特に多湿又は高温における安定性を改良するために使用してもよい。好適なスリップ剤はポリエチレンである。塩もまた、溶融物に添加してもよい。前記塩は、デンプンを可溶化し、変色を減らし、繊維をより水反応性にするか、又は加工助剤として使用するのに役立つ可能性がある。塩は結合剤の溶解性の低下を助ける機能もあるため、溶解しないが、水に入れられるか流された時に、溶解して結合剤の溶解を可能にし、水反応性のより高い製品を作る。塩の非限定的な例としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００２８】
他の添加剤は、典型的には、加工助剤として、及び物理的特性（例えば、弾力性、乾燥引張強度、及び押出繊維の湿潤強度）を加工するために、デンプンポリマーに含まれる。本明細書中で使用するための好適な増量剤としては、ゼラチン、植物タンパク質（例えば、ヒマワリタンパク質、大豆タンパク質、綿実タンパク質）、及び水溶性多糖；例えば、アルギン酸塩、カラゲナン、グアーガム、寒天、アラビアゴム及び関連するゴム、ペクチン、セルロースの水溶性誘導体（例えば、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、及びカルボキシメチルセルロース）が挙げられる。また、水溶性合成ポリマー（例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、及びポリビニルピロリドン）を使用してもよい。
【００２９】
本発明の製造のために使用されるプロセスの間、デンプン材料の流動特性を向上させるために、潤滑剤化合物をさらに添加してもよい。潤滑剤化合物は、動物性脂肪又は植物性脂肪、好ましくは水素添加された形態のこれらの脂肪、特に室温で固体であるこれらの脂肪を含むことができる。追加の潤滑剤物質としては、モノグリセリド及びジグリセリド及びホスファチド、特にレシチンが挙げられる。本発明に関して、好ましい潤滑剤化合物としては、モノグリセリド、グリセロールモノステアレートが挙げられる。
【００３０】
無機フィラー（例えば、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、及びチタンの酸化物）を含むさらなる添加剤は、安価なフィラー又は加工助剤として添加されてもよい。他の無機材料としては、含水ケイ酸マグネシウム、二酸化チタン、炭酸カルシウム、粘土、白墨、窒化ホウ素、石灰、珪藻土、雲母ガラスクオーツ（mica glass quartz）、及びセラミックが挙げられる。加えて、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リン酸塩を含む無機塩を、加工助剤として使用してもよい。熱可塑性デンプンのブレンド繊維の水反応性を加工する他の任意選択的な物質は、ステアリン酸ベースの塩（例えば、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、及び他のステアリン酸塩）、並びにアンカーガムロジンを含むロジン成分である。添加することのできる別の物質は、米国特許第５，８５４，３０４号（ガーシア（Garcia）ら、本明細書中でその全体を参考のために示す）中に見い出されるような、ステアリン酸コバルト、クエン酸、酸化カルシウム、及び他の化学組成物のような環境分解プロセスを促進するように処方される化学組成物である。
【００３１】
他の添加剤は、意図される製品の特定の末端使用により、望ましい場合がある。例えば、トイレ用ティッシュ、使い捨てタオル、化粧紙、及び他の同様の製品のような製品において、湿潤強度は望ましい属性である。従って、「湿潤強度」樹脂として当該技術分野において既知のデンプンポリマー架橋剤に添加することが、望ましい場合が多い。紙技術分野で主に使用されている湿潤強度向上樹脂の種類に関する総合的論文は、ＴＡＰＰＩモノグラフシリーズ第２９号、紙及び板紙における湿潤強度（Wet Strength in Paper and Paperboard）、パルプ製紙業界技術協会（Technical Association of the Pulp and Paper Industry）（ニューヨーク、１９６５年）に見い出すことができる。最も有用な湿潤強度樹脂は、特性として一般的にカチオン性を有する。ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂は、特定の用途を有することが見い出されたカチオン性ポリアミドアミン−エピクロロヒドリン湿潤樹脂である。グリオキシル化ポリアクリルアミド樹脂はまた、湿潤強度樹脂としての用途を有することが見い出された。
【００３２】
好適な架橋剤（例えば、パレツ（Parez）（登録商標））が、酸性条件下で本発明のデンプン組成物に添加される場合、この組成物は水不溶性になることが見い出された。本発明における有用性が見い出される、さらに他の水溶性陽イオン性樹脂は、ユリアホルムアルデヒド及びメラミンホルムアルデヒド樹脂である。これらの多官能性樹脂のさらに共通の官能基は、アミノ基のような窒素を含有する基及び窒素に結合するメチル基である。ポリエチレンイミン型の樹脂はまた、本発明での有用性が見い出され得る。本発明に関して、好適な架橋剤は、約０．１重量％〜約１０重量％、より好ましくは約０．１重量％〜約３重量％の範囲の量で組成物に添加される。本発明の繊維中のデンプン及びポリマーは、化学的に関連していてもよい。化学的会合は、ポリマー化学の天然の結果であってもよく、又は特定の材料の選択によって設計されてもよい。これは、架橋剤が存在する場合、最も生じる可能性が高い。化学的会合は、分子量の変化、ＮＭＲシグナルの変化、又は当該技術分野において既知の他の方法における変化によって観測され得る。化学的会合の利点には、とりわけ水感受性の向上、粘着性の低下、及び機械特性の向上が挙げられる。
【００３３】
急速な生分解性ポリマーのような他のポリマーはまた、繊維の最終使用、加工処理、及び所望の分解又はフラッシャブル性に依存して、本発明において使用してもよい。脂肪族成分を含有するポリエステルは、好適な生分解性熱可塑性ポリマーである。ポリエステルの中で、脂肪族構成要素及びポリ（ヒドロキシカルボン）酸を含有するエステル重縮合物が好ましい。エステル重縮合物としては、二酸／ジオール脂肪族ポリエステル（例えば、ポリブチレンコハク酸エステル、ポリブチレンコハク酸エステルアジピン酸共重合物、脂肪族／芳香族ポリエステル（例えば、ブチレンジオール、アジピン酸、及びテレフタル酸で作られるターポリマー）が挙げられる。ポリ（ヒドロキシカルボン）酸としては、乳酸（lacid acid）ベースのホモポリマー及びコポリマー、ポリヒドロキシブチレート、又は他のポリヒドロキシアルカノエートホモポリマー及びコポリマーが挙げられる。好ましいのは、約１６０℃〜約１７５℃の融解温度を有するポリ乳酸のホモポリマー又はコポリマーである。修飾されたポリ乳酸及び異なる立体配置もまた使用してもよい。好ましくは、約４，０００ｇ／ｍｏｌ〜約４００，０００ｇ／ｍｏｌの分子量が、ポリ乳酸に関して見い出される。
【００３４】
市販されている好適なポリ乳酸の例は、カーギル・ダウ（Cargill Dow）からのネイチャーワークス（NATUREWORKS）及び三井化学からのラシエ（LACEA）である。市販されている好適な二酸／ジオール脂肪族ポリエステルの例は、昭和高分子社（Showa Highpolmer Company,Ltd.、日本東京）からビオノーレ（BIONOLLE）１０００及びビオノーレ３０００として販売される、ポリブチレンコハク酸エステル／アジピン酸エステルコポリマーである。市販されている好適な脂肪族／芳香族コポリエステルの例は、イーストマン化学（Eastman Chemical）からイースター・バイオ（EASTAR BIO）コポリエステルとして、又はバスフ（BASF）からのエコフレックス（ECOFLEX）として販売されている、ポリ（テトラメチレンアジピン酸エステル−共−テレフタル酸エステル）である。生分解性ポリマーの量は、繊維の約０．１重量％〜約４０重量％である。
【００３５】
デンプンは本発明の好ましい天然ポリマーであるが、タンパク質ベースのポリマーもまた使用できる。好適なタンパク質ベースのポリマーとしては、大豆タンパク質、ゼインタンパク質、及びこれらの組み合わせが挙げられる。タンパク質ベースのポリマーは、約１％〜約８０％、好ましくは約１％〜約６０％の量で存在してもよい。
【００３６】
繊維形成後、繊維をさらに処理してもよく、又は接着布を処理してもよい。布地の表面エネルギー及び化学的性質を調節するため、親水性又は疎水性仕上げを追加することができる。例えば、疎水性の繊維は、水性液体の吸収を促進するために、湿潤剤で処理することができる。繊維の表面特性をさらに調節するため、接着布を、界面活性剤、顔料、スリップ剤、塩、又はその他の物質を含有する局所用溶液で処理することもできる。
【００３７】
（２）形状
本発明の多要素繊維は、多数の異なる形状であってもよい。構成要素は、本明細書で用いる時、物質又は材料の化学種を意味するとして定義される。本明細書で使用する時、多要素繊維は、１超過の化学種又は材料を含有する繊維を意味するように定義される。一般に繊維は、形状において、単成分又は多成分であってもよい。構成成分は、本明細書で用いる時、繊維の別の部分と空間的関係を有する繊維の単独の部分として定義される。用語、多成分は、本明細書で使用する時、お互いに空間的な関係において１つより多くの単独の部分を有する繊維として定義される。用語、多成分は、お互いに空間的関係において２つの単独の部分を有する繊維として定義される二成分を含む。多成分繊維の異なった構成成分は、繊維の断面を横切る実質的に識別可能な区域に配置され、繊維の長さに沿って連続して伸長する。
【００３８】
スパンボンド構造、短繊維、中空繊維、多角断面繊維、及び多成分繊維のような成形繊維はすべて、本発明の組成物及び方法を用いて製造できる。二成分及び多成分繊維は、サイド・バイ・サイド、シース−コア、区分されたパイ、リボン、若しくは海島形状、又はこれらのいずれかの組み合わせであってもよい。シースはコアの周囲で連続でも非連続でもよい。シース対コアの重量比は約５：９５〜約９５：５である。本発明の繊維は、円、楕円、星形、方形、及びその他の種々の偏心を含む異なる形状であってもよい。
【００３９】
本発明の繊維はまた、分裂可能な繊維であってもよい。レオロジー的、熱的、及び固化の差動的作用は潜在的に分裂を引き起こすことができる。リングロール、応力若しくはひずみ、研磨剤の使用、又は差動的伸張のような機械的手段によって、及び／又は水力若しくは風力のような流体が誘導する歪みによって、分裂が生じてもよい。
【００４０】
複数の超微細繊維もまた、本発明から生じ得る。前記超微細繊維は、複数構成単成分又は多成分押出品内に含有される非常に微細な繊維である。前記複数のポリマー超微細繊維は、ケーブル様の形態的な構造を有し、繊維軸に沿って、繊維内を長手方向に伸びる。本発明において超微細繊維の形成を可能にするために、ポリマー超微細繊維がデンプンマトリックス中に形成されるよう、ともに連続した相を生成するための十分な量のポリマーが必要とされる。典型的には、１５％を超え、好ましくは約１５％〜約９０％、より好ましくは約２５％〜約８０％、さらに好ましくは約３５％〜約７０％のポリマーが望ましい。「共連続相形態」は、超微細繊維が繊維の直径よりも実質的に長い場合に見い出される。超微細繊維は、典型的には、直径が約０．１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルである一方、繊維は、典型的には、（超微細繊維の１０倍の）約１０マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの直径を有する。ポリマーの量に加えて、熱可塑性ポリマーの分子量は、超微細繊維を形成するために十分からみあうほど大きくなければならない。好ましい分子量は、約１０，０００ｇ／ｍｏｌ〜約５００，０００ｇ／ｍｏｌである。超微細繊維の形成はまた、得られる繊維は均一ではないが、むしろポリマー超微細繊維が、デンプンマトリックス内に形成されることを示す。分解性ポリマーを含む超微細繊維は、繊維を機械的に強化し、最終的な引張強度を向上させ、繊維を熱接合可能にする。あるいは、超微細繊維は、相混合せずにデンプン及びポリマーをともに紡糸することによって、海島二成分構造として得ることができる。海島構造において、数百の微細な繊維が存在してもよい。
【００４１】
本発明の多成分繊維には多くの異なる組み合わせがある。構成成分の１つが他方の構成成分よりも多くのデンプン又はポリマーを含有している状態で、デンプン／ポリマーのブレンドはシース及びコアの両方であってもよい。デンプン／ポリマーのブレンドにおけるデンプンは、多成分繊維の所望の用途に依存して好適な任意の量であり得る。あるいは、デンプン／ポリマーのブレンドは、コアが純粋なポリマー又はデンプンである状態でシースであってもよい。デンプン／ポリマー組成物はまた、シースが純粋なポリマー又はデンプンである状態でコアでもあり得る。例えば、純粋なデンプンのコア、及び純粋なポリマー又はデンプン／ポリマーのブレンドのいずれかを含有するシースである二成分繊維は、繊維が熱接合プロセスに使用される場合に望ましい場合がある。この形状は、デンプン含量は多いが、繊維はなおも熱接合可能であるため、高い生分解性及び低コストが可能になる。
【００４２】
本発明は、シース−コア形状の二成分繊維に関するいかなる変更も有し得る。例えば、コア又はシースは超微細繊維を含有してもよい。シースはコアの周囲で連続であっても不連続であってもよい。シース−コア形状は多成分繊維にも見い出すことができる。コアの周囲に１超過のシースがあってもよい。例えば、外部シースが内部シースを囲んだ状態で、内部シースがコアを囲んでいてもよい。あるいは、コアは海島形状又は区分されたパイであることもできる。
【００４３】
所望の多成分繊維の厳密な形状は繊維の用途に左右される。単成分繊維と比較した時の多成分繊維の主な利点は、繊維におけるデンプン及び／又はポリマーの配置上の空間的な制御である。これは、熱接合を可能にすること、デンプンのべたつきを低減すること、及びその他の結果として得られる繊維の特性に関して有利である。好ましい形状は、コアがデンプンを含有し、シースが熱可塑性ポリマーを含有するような二成分繊維である。この形状は、デンプンを退化、退色、カビ、その他の環境における事態から保護することによって、デンプンが改善された長期安定性を有するのに役立つ。またこのような特定の形状は、デンプンの潜在的なべたつき感を低減し、繊維を容易に熱接合可能であるようにする。多成分繊維を繊維全体として使用でき、又はデンプンを取り除いて熱可塑性ポリマーだけを使用することができる。デンプンは、接合法、流体力学からみあい、機械的変形、又は水への溶解のような後処理を介して除去することができる。デンプンが取り除かれた繊維を、さらに柔らかいことが所望され、及び／又はより良好なバリア特性を有することが所望される不織布物品に使用してもよい。さらにデンプンは安価な材料であるので、デンプンが取り除かれたデンプン及びポリマー繊維はよりコスト的に有効な繊維である。
【００４４】
図１は、シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘ及びＹは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図１Ａは、構成成分Ｘが中実コアを含み、構成成分Ｙが連続シースを含むような同一中心のシース−コア形状を示す。
図１Ｂは、構成成分Ｘが中実コアを含み、構成成分Ｙが成形された連続シースを含むようなシース−コア形状を示す。
図１Ｃは、構成成分Ｘが中空コアを含み、構成成分Ｙが連続シースを含むようなシース−コア形状を示す。
図１Ｄは、構成成分Ｘが中空コアを含み、構成成分Ｙが成形された連続シースを含むようなシース−コア形状を示す。
図１Ｅは、構成成分Ｘが中実コアを含み、構成成分Ｙが不連続なシースを含むようなシース−コア形状を示す。
図１Ｆは、構成成分Ｘが中実コアを含み、構成成分Ｙが不連続なシースを含むようなシース−コア形状を示す。
図１Ｇは、構成成分Ｘが中空コアを含み、構成成分Ｙが不連続なシースを含むようなシース−コア形状を示す。
図１Ｈは、構成成分Ｘが中空コアを含み、構成成分Ｙが不連続なシースを含むようなシース−コア形状を示す。
図１Ｉは、構成成分Ｘが中実コアを含み、構成成分Ｙが連続シースを含むような偏心的なシース−コア形状を示す。
図２は、区分されたパイ形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘ及びＹは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図２Ａは、中実の８区分されたパイ形状を示す。
図２Ｂは、中空の８区分されたパイ形状を示す。この形状は、分裂可能な繊維を製造するのに好適な形状である。
図３は、リボン形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘ及びＹは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図４は、サイド・バイ・サイド形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘ及びＹは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図４Ａは、サイド・バイ・サイド形状を示す。
図４Ｂは、曲線的な隣接線を有するサイド・バイ・サイド形状を示す。隣接線は、２つの構成成分が交わるところである。構成成分Ｙは、構成成分Ｘよりも多量に存在する。
図４Ｃは、構成成分Ｙが構成成分Ｘの両側に曲線的な隣接線を有して位置しているサイド・バイ・サイド形状である。
図４Ｄは、構成成分Ｙが構成成分Ｘの両側に位置しているサイド・バイ・サイド形状である。
図４Ｅは、構成成分Ｙが構成成分の先端に位置している成形されたサイド・バイ・サイド形状である。
図５は、海島形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘ及びＹは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図５Ａは、構成成分Ｘが構成成分Ｙによって囲まれた中実の海島形状である。構成成分Ｘの形状は三角形である。
図５Ｂは、構成成分Ｘが構成成分Ｙによって囲まれた中実の海島形状である。
図５Ｃは、構成成分Ｘが構成成分Ｙによって囲まれた中空の海島形状である。
図６は、リボン形状を有する三成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘ、Ｙ、及びＺは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図７は、構成成分Ｘが中実コアを含み、構成成分Ｙが内側の連続シースを含み、構成成分Ｚが外側の連続シースを含む、同一中心のシース−コア形状を有する三成分繊維の横断面図を示す。構成成分Ｘ、Ｙ、及びＺは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図８は、中実の８区分されたパイ形状を有する多成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘ、Ｙ、Ｚ、及びＷは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
図９は、中実の海島形状を有する三成分繊維の横断面図を示した概略図である。構成成分Ｘは、構成成分Ｙを含む単一の島と、構成成分Ｚを含む多数の島とを取り囲む。構成成分Ｘ、Ｙ、及びＺは、熱可塑性デンプン、熱可塑性ポリマー、又はこのデンプン及びポリマーのブレンドであってもよい。
【００４５】
（３）材料特性
「高減衰繊維」は、高ドローダウン比を有する繊維と定義される。全繊維延伸倍率は、最終用途における最終的な繊維直径に対する最大直径の繊維（一般的には毛管出口の直後で生じる）の比として定義される。人造、スパンボンド、又はメルトブロウン法のいずれかによる全繊維ドローダウン比は１．５より大きく、好ましくは５より大きく、より好ましくは１０より大きく、最も好ましくは１２より大きい。これは触覚特性及び有用な機械的特性を達成するために必要である。
【００４６】
好ましくは、高減衰多成分繊維は２００マイクロメートル未満の直径を有する。より好ましくは、繊維直径は１００マイクロメートル以下、さらにより好ましくは５０マイクロメートル以下、最も好ましくは３０マイクロメートル未満である。不織布の製造に一般的に使用される繊維は、約５マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの直径を有する。繊維直径は、紡糸速度、質量処理量、及びブレンド組成物によって制御される。本発明で製造される繊維は、環境分解性である。
【００４７】
本発明において製造される多成分繊維は、存在するデンプンの量及び繊維の特定の形状に依存して、環境分解性であってもよい。本発明の繊維中に含有されるデンプンは、環境分解性である。「環境分解性」とは、生分解性、崩壊性、分散性、水洗可能性、若しくは堆肥化可能性、又はこれらの組み合わせであると定義される。本発明において、多成分繊維、不織布ウェブ、及び物品は環境分解性であってもよい。その結果、繊維は、既存の堆肥化施設において、又は水洗可能であり既存の下水基盤システムに有害な影響を与えることなく安全に排水に流すことのいずれかで、容易かつ安全に廃棄できる。本発明の多成分繊維の水洗可能性は、拭き取り用品及び女性用衛生用品のような使い捨て製品に使用した場合、消費者に追加の簡便さ及び選択の自由を提供する。
【００４８】
生分解性は、物質が好気的及び／又は嫌気的環境に曝露される時に、最終的結果が、微生物、加水分解、及び／又は化学的作用によるモノマー成分への還元を最終的に意味すると定義される。好気的条件下では、生分解によって材料は二酸化炭素及び水のような最終生成物に変換される。嫌気的条件下では、生分解によって材料は二酸化炭素、水、及びメタンのような最終生成物に変換される。生分解性プロセスは、無機化と表されることが多い。生分解性とは、繊維のすべての有機要素が生物活性によって最終的に分解することを意味する。
【００４９】
様々な機関及び異なる国々において、時間をかけて確立された様々な異なる標準化された生分解方法が存在する。試験は個々の試験条件、評価方法、及び望ましい判断基準において様々であるが、異なるプロトコルの間には合理的収束があるため、大部分の材料に関して類似した結論に至る可能性が高い。好気的生分解性については、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）がＡＳＴＭ  Ｄ  ５３３８−９２：制御された堆肥化条件でのプラスチック材料の好気的生分解の測定試験方法（Test Methods for Determining Aerobic Biodegradation of Plastic Materials Under Controlled Composting Conditions）を制定している。前記試験は、５８℃の高温で保持された活性堆肥の存在下での微生物による同化の結果として放出される二酸化炭素の量を測定することによって、鉱化する試験材料のパーセントを時間の関数として測定する。二酸化炭素発生試験は、電解呼吸測定法により実施してもよい。経済協力開発機構（ＯＥＣＤ）の３０１Ｂのような、他の標準プロトコルも使用してもよい。無酸素における標準生分解試験は、ＡＳＴＭ  Ｄ  ５５１１−９４のような種々のプロトコルに記載されている。これらの試験は、嫌気的固形廃棄物処理施設又は衛生埋立地における材料の生分解性を模擬するために使用される。しかし、これらの条件は、本発明における繊維及び不織布のために記載される使い捨ての適用には該当しない。本発明の多成分繊維は生分解性であってもよい。
【００５０】
崩壊は、繊維基材が、堆肥化時にふるいにかけた後、識別不可能なほど、又は流された時に配水管の詰まりを引き起こさないほど、小さい部分に短時間に細分化及び分解する能力を有する時に起こる。崩壊性物質はまた、水洗可能である。崩壊性のプロトコルの大部分は、種々のマトリックスに曝露した時の時間の経過による試験材料の重量損失を測定する。好気的及び嫌気的崩壊試験の両方が使用される。重量損失は、繊維性試験材料を廃水及びスラッジに曝露した後、１ミリメートルの開口部を有する１８メッシュのふるいにもはや回収されない材料の量によって決定される。崩壊に関して、初期試料の重量とふるい上に回収された試料の乾燥重量の差が、崩壊の速度と程度を決定する。生分解性及び崩壊に関する試験は、非常に類似した環境又は同じ環境が試験のために使用される場合は、非常に類似している。崩壊を決定するために、残った材料の重量を測定する一方、生分解性に関しては、発生した気体を測定する。本発明の繊維は、迅速に崩壊してもよい。
【００５１】
本発明の繊維はまた、堆肥化可能でもある。ＡＳＴＭは、堆肥化性の試験方法及び規格を作成した。試験は、生分解性、崩壊、及び環境毒性の欠如、という３つの特性を評価する。生分解性及び崩壊を評価するための試験は、上に述べられている。堆肥化性の生分解性基準に適合するには、材料は少なくとも約６０％の二酸化炭素への変換を４０日以内に達成しなければならない。崩壊基準については、材料は、廃棄製品で有すると考えられる実際の形状及び厚さで、２ミリメートルのふるい上に残るものが試験材料の１０％未満でなければならない。最後の基準、環境毒性の欠如を判断するには、生分解副生成物が種子の発芽及び植物の成長に悪影響を示してはならない。この基準のための試験が、ＯＥＣＤ２０８に詳述されている。国際生分解性製品研究所（International Biodegradable Products Institute）は、ＡＳＴＭ６４００−９９規格への適合が確認された製品に、堆肥化可能性を示すロゴを発行する予定である。プロトコルは、１回の堆肥化サイクルで完全に分解できる材料の最大厚さを決定するドイツのＤＩＮ５４９００に従っている。
【００５２】
本明細書に記載されている多成分繊維は、一般的に、使い捨ての不織布物品の製造に使用される。前記物品は、通常は水洗可能である。用語「水洗可能」は、本明細書で使用する時、トイレのような腐敗廃棄システム内で溶解、分散、崩壊、及び／又は分解して、トイレに流した時にトイレ又はその他のいかなる下水管にも詰まることなく処分される材料を表す。繊維及び得られる物品はまた、水反応性であってもよい。水反応性という用語は、本明細書で使用する時、水中に入れられるか流された時に、観察可能及び測定可能な変化が生じることを意味する。典型的な観察には、物品の膨潤、解体、溶解の記録、又は一般的な劣化構造の観察が挙げられる。
【００５３】
デンプン繊維の引張強度は、おおよそ１５メガパスカル（ＭＰａ）である。本発明の多成分繊維は、約２０ＭＰａを超える、好ましくは約３５ＭＰａを超える、より好ましくは約５０ＭＰａを超える、引張強度を有する。引張強度は、ＡＳＴＭ標準Ｄ３８２２−９１によって記載される以下の手順又は等価試験を用いて、インストロン（Instron）を用いて測定される。
【００５４】
本発明の多成分繊維は脆性でなく、２ＭＰａを超える強靭性を有する。強靭性は、標本のゲージの長さが２５ｍｍの場合に、５０ｍｍ／分のひずみ率を有する応力−ひずみ曲線の下の領域として定義される。繊維の弾力性又は伸張性もまた望ましい可能性がある。
【００５５】
本発明の多成分繊維は、十分なポリマーが存在する場合、熱接合可能であってもよい。熱接合可能な繊維は、加圧熱及び通気熱接合方法に必要である。熱接合可能であることは、典型的には、ポリマーが、繊維の約１５重量％を超える、好ましくは約３０重量％を超える、より好ましくは約４０重量％を超える、最も好ましくは約５０重量％を超える濃度で存在する場合に達成される。結果的に、非常に高いデンプン含有量がシース中にある場合、繊維は、熱接合性に対して減少する傾向を示す。
【００５６】
多成分繊維から製造される不織布製品はまた、特定の機械的特性、特に、強度、可撓性、柔軟性、及び吸収性を示す。強度の測定は、乾燥引張強度及び／又は湿潤引張強度を含む。可撓性は、剛性と関連し、柔軟性に起因し得る。柔軟性は、一般的に、可撓性及び質感の両方に関連する生理的に認識される属性として記載される。吸収性は、製品が流体を吸い取る能力と同様に、その流体を保持する能力に関する。
【００５７】
（４）プロセス
多成分繊維を製造する第１の工程は、配合又は混合工程である。配合工程において、原材料を、典型的には剪断力の下で加熱する。熱の存在下での剪断は、組成物を適切に選択すれば均一な溶融物を生じる。溶融物は、続いて繊維が形成される押出成形機に入れられる。繊維の収集物は、不織布ウェブの形成を生じる熱、圧力、化学的バインダー、機械的なもつれ、及びこれらの組み合わせを用いて互いに組み合わされる。続いて、不織布は物品へと組み立てられる。
【００５８】
（配合）
配合工程の目的は、デンプン、ポリマー、及び／又は可塑剤を含む均一な溶融組成物を製造することである。構成要素がデンプン又はポリマーのみで、両方は含まないように製造される場合、配合工程は所望の組成物を考慮して改変される。好ましくは、溶融組成物は均一であるが、これは、均一分布が広範囲にわたって見られ、識別可能な領域が観測されないことを意味する。
【００５９】
得られた溶融組成物は、紡糸する繊維に対して水が本質的に存在しないはずである。本質的に存在しないことは、紡糸の間に繊維が究極的に破壊され得る泡を生じるような、実質的な問題を起こさないこととして定義される。好ましくは、溶融物の遊離水含量は、約１％未満、より好ましくは約０．５％未満、最も好ましくは０．１％未満である。全含水量は、結合水及び遊離水を含む。この低い含水量を達成するために、デンプン及びポリマーを、加工処理する前に乾燥する必要があってもよく、及び／又はいかなる遊離水をも除去するために加工処理の間に真空が適用されてもよい。好ましくは、熱可塑性デンプンは、紡糸の前に６０℃で乾燥される。
【００６０】
一般的に、熱、混合、及び圧力を用いる任意の方法を、ポリマー、デンプン、及び／又は可塑剤を混合するために使用することができる。特定の順序又は混合、温度、混合速度又は混合時間、及び装置は、デンプンが実質的に分解せず、得られた溶融物が均一である限り重要ではない。
【００６１】
デンプン及び２種のポリマーのブレンドを混合する好ましい方法は、以下のとおりである。
１．より高い融解温度を有するポリマーを加熱し、その融点を超えて混合する。典型的には、これは、その融解温度よりも３０℃〜７０℃上である。混合時間は、一般的に約２〜約１０分、好ましくはおおよそ５分である。次いで、典型的には、１２０℃〜１４０℃までポリマーを冷却する。
２．デンプンは、完全に非構造化されている。このデンプンは、水中に７０℃〜１００℃の温度で、デンプンの分子量、非構造化デンプンの所望の粘度、及び非構造化可能な時間に依存して、１０〜９０％のデンプン濃度で溶解することによって非構造化することができる。一般的に、約１５分がデンプンを非構造化するのに十分であるが、１０〜３０分が条件に依存して必要であってもよい。必要に応じて、可塑剤を非構造化デンプンに添加することができる。
３．次いで、工程１の冷却したポリマーと工程２の非構造化デンプンとを混合する。ポリマー及びデンプンは、剪断力を伴って押出成形機又はバッチ混合機中で混合することができる。混合物を、典型的には、約１２０℃〜１４０℃まで加熱する。このことにより、水の蒸発が生じる。すべての水を蒸発させることが望ましい場合、混合物をすべての水がなくなるまで混合すべきである。典型的には、この工程における混合は約２〜１５分であり、典型的にはほぼ５分である。デンプン及びポリマーの均一なブレンドが形成される。
４．次いで、第２のポリマーを、工程３の均一なブレンドに添加する。この第２のポリマーを、室温で添加してもよく、又は溶融し混合した後に添加してもよい。工程３からの均一なブレンドを、約１００℃〜約１７０℃の温度で混合しつづける。１００℃を超える温度が、形成する工程からのいかなる水分も防ぐために必要とされる。可塑剤を、工程２において添加しない場合、ここで添加してもよい。ブレンドを、均一になるまで混合しつづける。目立った領域がないことに注意することによって、これを観察する。混合時間は、一般的に約２〜約１０分、通常はほぼ５分である。
【００６２】
最も好ましい混合装置は、複数の注入点を有する複数の混合領域の二軸押出成形機である。複数の注入点を、非構造化デンプン及びポリマーを添加するために使用することができる。二軸バッチミキサー又は一軸押出成形システムも使用できる。十分な混合及び熱が発生する限り、使用される特定の装置は重要ではない。
【００６３】
材料を配合する別の方法は、徐々に上昇する温度の中で混合される押出成形システムに可塑剤、デンプン、及びポリマーを加えることによる。例えば、６つの加熱領域を有する二軸押出成形機においては、最初の３領域が９０℃、１２０℃、及び１３０℃に加熱され、後の３領域がポリマーの融点より高く加熱される。この手順により、デンプンの最小の熱分解を生じ、熱可塑性材料と完全に混合する前に、デンプンが完全に非構造化（destructured）される。
【００６４】
別のプロセスは、より高い温度の溶融ポリマーを使用し、プロセスのまさに最後でデンプンを注入するプロセスである。デンプンは、燃えてしまうのには十分でないほんの短い時間だけ、より高い温度にある。
【００６５】
（紡糸）
本発明は、溶融紡糸の方法を利用する。溶融紡糸では、押出品に質量損失がない。溶融紡糸は、溶媒が揮発又は押出品からの発散によって除去されて質量損失を生じる溶液からの湿式又は乾式紡糸のような他の紡糸とは区別される。
【００６６】
紡糸は、１２０℃〜約２３０℃、好ましくは１８５℃〜約１９０℃で起こる。１００メートル／分を超える繊維紡糸速度が必要である。好ましくは、繊維紡糸速度は約１，０００〜約１０，０００メートル／分、より好ましくは約２，０００〜約７，０００メートル／分、最も好ましくは約２，５００〜約５，０００メートル／分である。ポリマー組成物は、繊維の脆さを避けるためにすばやく紡糸されなければならない。
【００６７】
連続繊維はスパンボンド法若しくはメルトブロウイング法によって製造され、又は非連続繊維（短繊維）が製造され得る。繊維製造の種々の方法を組み合わせて、組み合わせ手法を生み出すこともできる。
【００６８】
均一なブレンドは、従来の溶融紡糸装置で多成分繊維に溶融紡糸することができる。装置は、多成分の所望の形状に基づいて選択される。市販の溶融紡糸装置は、ヒルズ社（Hills,Inc.）（フロリダ州メルボルンにある）から入手可能である。紡糸のための温度は、約１００℃〜約２３０℃の範囲である。加工処理温度は、各構成成分の化学的性質、分子量、及び濃度によって決まる。紡糸された繊維は、従来のゴデット巻取りシステム又は空気通過延伸減衰デバイスを用いて収集できる。ゴデットシステムを使用する場合、繊維は、約５０℃〜約１４０℃の温度での押出成形後延伸によってさらに配向させることができる。延伸した繊維は、続いて捲縮及び／又は切断して、カーディング、エアレイド、又は流体載置（fluidlaid）法において使用される非連続繊維（短繊維）を形成してもよい。
【００６９】
（５）物品
多成分繊維は、種々の接合方法で不織布に変換されてもよい。連続繊維は、産業界で標準的なスパンボンド式技術を用いてウェブに形成でき、一方で短繊維は産業界で標準的なカーディング、エアレイド、又は湿式載置技術を用いてウェブに形成できる。代表的な接合方法には、圧延（圧力及び熱）、通気加熱、機械的なもつれ、流体力学的なもつれ、ニードルパンチ、並びに化学接合及び／又は樹脂接合が挙げられる。圧延、通気熱（thru-air heat）、及び化学的接合は、デンプン及びポリマー多成分繊維のための好ましい接合法である。熱接合可能な繊維は、加圧熱及び通気熱接合方法に必要である。
【００７０】
本発明の多成分繊維はまた、他の合成又は天然繊維と接着又は組み合わせて不織布物品を製造することもできる。合成若しくは天然繊維は、成形プロセスで互いにブレンドされてもよく、又は別個の層で使用されてもよい。適切な合成繊維としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアクリレート、並びにこれらのコポリマー及びこれらの混合物から製造される繊維が挙げられる。天然繊維には、セルロース繊維及びその誘導体が挙げられる。適切なセルロース繊維としては、広葉樹の繊維、針葉樹の繊維、麻、及び綿を含む、任意の樹木又は植物から誘導されるセルロース繊維が挙げられる。レーヨンのような加工処理された天然セルロース資源から製造される繊維もまた含まれる。
【００７１】
本発明の多成分繊維は、好適な物品の中でも、とりわけ不織布の製造に使用できる。不織布物品は、連続又は非連続な、並びに物理的及び／又は化学的に互いに付着した繊維を１５％を超える多さで含有する物品として定義される。不織布は、それ自体で、又は他の材料の複合体の一成分としてのいずれかで使用される層状製品（例えば、乳児用おむつ又は女性用生理用パッド）を製造するために、追加の不織布又はフィルムと組み合わされてもよい。好ましい物品は、使い捨ての不織布物品である。得られる製品は、空気、油、及び水用フィルタ；掃除機用フィルタ；炉用フィルタ；フェイスマスク；コーヒーフィルタ、ティー又はコーヒーバッグ；断熱材及び遮音材；おむつ、女性用パッド、及び失禁物品のような使い捨て衛生製品；超微細繊維又は通気性布地のような衣服の吸水性及び柔軟性を改良するための生分解性織物布地；粉塵の回収及び除去のための静電的に帯電した構造ウェブ；補強材及び包装紙、筆記用紙、新聞印刷用紙、波形の板紙のような硬質紙用ウェブ、及びトイレットペーパー、ペーパータオル、ナプキン及びティッシュペーパーのような薄葉紙類用ウェブ；外科的ドレープ、創傷包帯、包帯、又は皮膚貼付剤及び自己溶解性縫合糸などの医療用途；デンタルフロス及び歯ブラシの毛のような歯科用途に用途を見い出せる。繊維性ウェブはまた、特殊用途として臭気吸収材、シロアリ忌避剤、殺虫剤、殺鼠剤等を含んでもよい。得られる製品は、水及び油を吸収し、油及び水の漏出物除去、又は農業若しくは園芸用の制御された保水及び放水に用途を見い出せる。得られるデンプン繊維又は繊維ウェブは、のこぎりくず、木材パルプ、プラスチック、及びコンクリートのような他の材料に組み入れられて、壁、支持梁、プレス板、乾式壁体及び裏材、並びに天井タイルのような建築材料に使用できる複合物質を形成してもよく、ギプス、副木、及び舌圧子のようなその他の医療用途、並びに暖炉の装飾用及び／又は燃焼用の丸太に組み入れられてもよい。本発明の好ましい物品には、衛生及び医療用途向けの使い捨て不織布が挙げられる。衛生用途には、拭き取り用品；おむつ、特にトップシート又はバックシート；及び女性用パッド又は女性用製品、特にトップシートのような物品が挙げられる。
【実施例】
【００７２】
以下の実施例は、本発明をさらに説明する。以下の実施例において使用されるデンプンは、すべてスターレー（Staley）からのスタードリ（StarDri）１００、スタデックス（StaDex）１０、スタデックス（StaDex）６５である。ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）は、ユニオン・カーバイド（Union Carbide）から購入されるトーン（Tone）７６７である。ポリエチレンは、ダウ（Dow）から購入されるアスピン（Aspin）６８１１Ａであり、ポリプロピレンは、エクソン（Exxon）から購入されるアチーブ（Achieve）３８５４である。
【００７３】
実施例１  シース−コア二成分繊維：コア用のブレンドを、７０部のスタードリ（StarDri）１００、１０部のポリエチレン、及び３０部のソルビトール（sorbital）を用いて配合する。シース用のブレンドを、６７部の低密度ポリエチレン、１９部のスタードリ（StarDri）１００デンプン、１０部のＰＣＬ、及び４部のグリセロールを用いて配合する。各成分を、温度を徐々に上げながら混合する押出システムに同時に添加する。この手順は、デンプンがかなりの時間１８０℃を超えて加熱される場合に生じるデンプンの熱的分解を最小にする。この手順はまた、熱可塑性物質と完全に混合する前に、デンプンを完全に非構造化（destructured）することを可能にする。
【００７４】
実施例２  シース−コア二成分繊維：シース用のブレンドはポリプロピレンを含有する。コア用のブレンドを、６６部のポリプロピレン、２０部のスタードリ（StarDri）１００、９部のＰＣＬ、及び５部のグリセロールを用いて実施例１のように配合する。
【００７５】
実施例３  中空の８区分されたパイの二成分繊維：第１セグメント用のブレンドは、ポリエチレンを含有する。第２構成成分用のブレンドを、７０部のスタードリ（StarDri）１００、１０部のポリエチレン、及び３０部のソルビトール（sorbital）を用いて実施例１のように配合する。
【００７６】
実施例４  シース−コア二成分繊維：コア用のブレンドはポリエチレンを含有する。シース用のブレンドを、３０部のスタデックス（StaDex）１０、１５部のポリプロピレン、４５部のポリエチレン、及び１５部のソルビトール（sorbital）を用いて実施例１のように配合する。
【００７７】
実施例５  サイド・バイ・サイド二成分繊維：第１セグメント用のブレンドは、ポリプロピレンを含有する。第２構成成分用のブレンドを、７０部のスタードリ（StarDri）１００及び３０部のソルビトール（sorbital）を用いて実施例１のように配合する。
【００７８】
実施例６  シース−コア二成分繊維：シースセグメント用のブレンドはポリエチレンを含有する。コア用のブレンドを、５０部のスタデックス（StaDex）１５及び５０部のソルビトール（sorbital）を用いて実施例１のように配合する。
【００７９】
実施例７  シース−コア二成分繊維：コア用のブレンドはポリプロピレンを含有する。シース用のブレンドを、７０部のスタードリ（StarDri）１００及び３０部のソルビトール（sorbital）を用いて実施例１のように配合する。二成分繊維を紡糸した後、デンプン含有シースを水に溶解させる。次いで得られたポリプロピレン繊維を用いて不織布ウェブを製造できる。溶解したデンプン及び水はリサイクルし、再使用できる。
【００８０】
実施例８  海島繊維：多成分繊維における「島」は、ダウ・プリマコア（Dow Primacor）５９８０Ｉを含有する。マトリックスのブレンドを、実施例１により、１０部のダウ・プリマコア（Dow Primacor）５９８０Ｉ、７０部のスタードリ（StarDri）１００、及び３０部のソルビトールを用いて配合する。
【００８１】
実施例９  サイド・バイ・サイド：３６部のポリプロピレン、３７部のスタードリ（StarDri）１００、１８部のＰＣＬ、及び９部のグリセロールを含む組成物を溶融紡糸することによって、繊維を製造できる。第２構成成分は４８部のポリプロピレン、３３部のスタードリ（Star Dri）１００デンプン、１４部のＰＣＬ、及び５部のグリセロールを含む。双方の構成成分を実施例１により配合する。
【００８２】
実施例１０  区分されたパイ：繊維の１つの構成成分を、２０部のポリエチレン、２０部のポリプロピレン、２０部のＥＡＡ、２５部のスタデックス（StaDex）１０、及び１５部のソルビトールを含む組成物を溶融紡糸することによって製造できる。８０部のポリプロピレン、１０部のＰＣＬ、１０部のスタデックス（StaDex）１５、及び５部のソルビトールを含む組成物を溶融紡糸することによって、第２の構成成分を製造することができる。双方の構成成分を実施例１により配合する。
【００８３】
実施例１１  中空の不連続シース−コア：シースを、５０部のＰＶＡ、３０部のスタデックス（StaDex）６５、及び２０部のマンニトールを含む組成物を溶融紡糸することにより製造できる。中空コアは、５０部のスタデックス（StaDex）６５及び５０部のソルビトールを含む。
【００８４】
実施例１２  三成分リボン：リボン繊維の１つの構成成分を、２０部のＰＶＡ、６０部のスタデックス（StaDex）１０、及び２０部のマンニトールを含む組成物を溶融紡糸することによって製造する。この構成成分を、７０部のスタードリ（StarDri）１００及び３０部のグリセリンを含む真中の成分の両サイドに配置する。
【００８５】
実施例１３  中空の区分されたパイ：繊維の１つのセグメントを、５０部のナイロン６、３０部のスタデックス（StaDex）１５、及びナイロン６の融解温度を下げる２０部の好適な希釈液を含む組成物を溶融紡糸することによって製造できる。他のセグメントは、３０部のナイロン１２、５０部のスタデックス（StaDex）１５、及びナイロン６の融解温度を下げる２０部の好適な希釈液を含む。
【００８６】
特定の実施例が与えられているが、異なる組み合わせの物質、比率、及び通気孔を備える二重反転二軸又は高剪断力一軸のような装置も使用することができる。
【００８７】
すべての特許、特許出願（及びそれに基づいて発行された任意の特許と同様に、関連して発行された任意の外国特許出願）、及び本説明に挙げた発行物の開示内容は、参考のために本明細書に示す。但し、本明細書に参考のために示された文献のいずれも、本発明を教示又は開示していることを認めるものではないことを明言する。
【００８８】
本発明の特定の実施形態を説明し記載したが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な他の変更及び修正が可能であることは、当業者に明らかである。本発明の範囲内におけるこのような変形及び変更の全ては、添付の請求項に包含されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
本発明のこれら及びその他の機構、態様、及び利点は、以下の説明、添付の請求の範囲、及び添付図を考慮することにより、さらによく理解されるであろう。
【図１Ａ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｂ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｃ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｄ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｅ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｆ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｇ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｈ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ｉ】シース−コア形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図２Ａ】区分されたパイ形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図２Ｂ】区分されたパイ形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図３】リボン形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図４Ａ】サイド・バイ・サイド形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図４Ｂ】サイド・バイ・サイド形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図４Ｃ】サイド・バイ・サイド形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図４Ｄ】サイド・バイ・サイド形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図４Ｅ】サイド・バイ・サイド形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図５Ａ】海島形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図５Ｂ】海島形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図５Ｃ】海島形状を有する二成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図６】リボン形状を有する三成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図７】同一中心のシース−コア形状を有する三成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図８】８区分されたパイ形状を有する多成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図９】海島形状を有する三成分繊維の横断面図を示した概略図である。
【図１Ａ】
2004530058.tif 000002
【図１Ｂ】
2004530058.tif 000003
【図１Ｃ】
2004530058.tif 000004
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
2004530058.tif 000006
【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
2004530058.tif 000008
【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図２Ａ】
2004530058.tif 000011
【図２Ｂ】
2004530058.tif 000012
【図３】
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【図４Ａ】
2004530058.tif 000014
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2004530058.tif 000016
【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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2004530058.tif 000027
2004530058.tif 000028
2004530058.tif 000029
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2004530058.tif 000034
2004530058.tif 000035
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2004530058.tif 000057
2004530058.tif 000058
【国際調査報告】
2004530058.tif 000059
2004530058.tif 000060