JP2011506791A

JP2011506791A - 多成分繊維

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Publication number: JP2011506791A
Application number: JP2010538143A
Authority: JP
Inventors: ジー．カールソン，ジェイムズ; アール．ベリガン，マイケル; ディー．クランダル，マイケル; エー．カドマ，イグナティウス; ケー．ウ，ヨン; ジェイ．ジリグ，ダニエル
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: EP2231907A1; BRPI0819924B1; WO2009079310A1; KR101577473B1; JP5336510B2; CA2709182C; EA024997B1; BRPI0819924A2; US20100272994A1; CN101903577B; KR20100108376A; EA201000811A1; EP2231907B1; CN101903577A; EP2231907A4; CA2709182A1

Abstract

１５０℃までの軟化温度を有する少なくとも１種のポリマーと、少なくとも１３０℃の融点を有する別のポリマーとを含む多成分繊維。繊維は少なくとも１１０℃まで非融合性である。繊維は、例えば、坑井及び貯蔵器内の逆流制御に有用である。

Description

種々の多成分繊維が知られている。これらの繊維のいくつかの有用な特性としては、例えば、低融点又は低軟化点の鞘がより高融点の芯を被覆する繊維結合が挙げられる。鞘は、融解したとき又は軟化したとき、芯のための結合剤として機能する。

別の態様では、油田及びガス田の作業者はプロパントの逆流を制御する必要がある。樹脂でコーティングされた（例えば、コーティングは、エポキシ及びフェノールのような熱硬化性樹脂、並びにアクリル樹脂のような熱可塑性エラストマーであってもよい）プロパントの使用を含む、いくつかの異なるアプローチを用いて、この問題が解決されている。コーティングされたプロパントは、油井の穴内で互いに接着して、油井の穴内で一体化プロパントブロックを形成すると予測される。

比較的短い繊維（例えば、米国特許第５，３３０，００５号（Ｃａｒｄら）、同第５，５０１，２７５号（Ｃａｒｄら）、及び同第６，１７２，０１１号（Ｃａｒｄら）を参照）が、逆流制御のために適用されている。このアプローチの不利点は、その逆流制御における効率である。プロパント上の樹脂コーティングされた層に短繊維を含める、アスペクト比及び粒径分布を含むプロパントの形状を修正する等の他のアプローチも提唱されている。

逆流制御のための更なる選択肢が必要である。

１つの態様では、本開示は、少なくとも第１及び第２のポリマーを含む多成分繊維であって、前記第１のポリマーが１５０℃まで（いくつかの実施形態では、１４０℃まで、１３０℃、１２５℃、１２０℃、１１０℃、１００℃、９０℃、又は更には８０℃まで）の軟化温度を有し、前記第２のポリマーが少なくとも１３０℃（いくつかの実施形態では、少なくとも１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１７５℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、２１０℃、２２０℃、２２５℃、２３０℃、２４０℃、又は更には少なくとも２５０℃）の融点を有し、前記第１のポリマーの軟化点と前記第２のポリマーの融点との差が少なくとも１０℃（いくつかの実施形態では、少なくとも１５℃、２０℃、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、又は更には少なくとも１７５℃）であり、前記繊維が、それぞれ炭化水素及び加水分解安定性試験により測定したとき、炭化水素耐性及び加水分解耐性の両方を呈し、前記第１のポリマーが１Ｈｚで、少なくとも−６０℃（いくつかの実施形態では、少なくとも−５０℃まで、−４０℃、−３０℃、−２５℃、−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃、２０℃、２５℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、７５℃、又は更には８０℃まで）において、３×１０^５Ｎ／ｍ^２未満の弾性率を有し、前記繊維が、少なくとも１１０℃まで（いくつかの実施形態では、１２５℃まで、１５０℃、又は更には１６０℃まで）非融合性である繊維について記載する。

非融合性繊維は当該技術分野において既知である。「非融合性」多成分繊維は、多成分構造を著しく損なうことなく、自己接合（autogenously bond）できる（すなわち、繊維間に圧力を加えることなく接合する）繊維である。第１のポリマーと第２のポリマーとの間の空間的関係は、非融合性多成分繊維で保持される。典型的には、多成分繊維は、第１のポリマーが繊維接合点で集結され、第２のポリマーが他の場所で露出されるにつれて多成分構造が失われる自己接合の間に、第１のポリマーの非常に大量の流動を受ける。第２のポリマーが典型的には非粘着性であるため、これは繊維の粘着性網状構造を維持する上で望ましくない。非融合性繊維では、熱が第１ポリマーの流動をほとんど又は全く引き起こさないため、繊維の粘着性は多成分繊維の大部分に沿って保持される。繊維の非融合性性質を試験するために、特殊な試験が用いられる（実施例の部分の「非融合性繊維試験」を参照）。

所望により、繊維は２０ｍｍまで（いくつかの実施形態では、１５ｍｍまで又は１０ｍｍまで、いくつかの実施形態では、２〜２０ミリメートル、又は２〜１０ミリメートルの範囲）の平均長を有する。所望により、繊維は１００マイクロメートルまで（いくつかの実施形態では、９０まで、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、又は更には１０マイクロメートルまで）の平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１のポリマーは、エチレン（メタ）アクリル酸コポリマー、エチレン（メタ）アクリル酸アイオノマー、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、水分硬化ポリウレタン（すなわち、水の存在下でイソシアネート基が架橋する）、エポキシ、架橋アクリレート、架橋シリコーン、又は熱可塑性ポリウレタンのうちの少なくとも１種であり、第２のポリマーは、ナイロン、ポリ（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）、ポリ（エチレンナフタレート）、ポリ（４−メチル１−ペンテン）、ポリ（フェニレンスルフィド）、ポリオキシメチレン、又はポリスルホンのうちの少なくとも１種である。いくつかの実施形態では、第２のポリマーは、第１のポリマーの弾性率より高い（いくつかの実施形態では、少なくとも１０倍、２５、５０、７５、１００、５００、１０００、５０００、又は更には少なくとも１０，０００倍高い）弾性率を有する。

本開示はまた、少なくとも第１及び第２のポリマーを含む多成分繊維であって、前記第１のポリマーが１５０℃まで（いくつかの実施形態では、１４０℃まで、１３０℃、１２０℃、１１０℃、１００℃、９０℃、又は更には８０℃まで）の軟化温度を有し、前記第２のポリマーが少なくとも１３０℃（いくつかの実施形態では、少なくとも１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１７５℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、２１０℃、２２０℃、２２５℃、２３０℃、２４０℃、又は更には少なくとも２５０℃）の融点を有し、前記第１のポリマーの軟化点と前記第２のポリマーの融点との差が少なくとも１０℃（いくつかの実施形態では、少なくとも１５℃、２０℃、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、又は更には少なくとも１７５℃）であり、前記第１のポリマーが、エチレン（メタ）アクリル酸コポリマー、エチレン（メタ）アクリル酸アイオノマー、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、水分硬化ポリウレタン、エポキシ、架橋アクリレート、架橋シリコーン、又は熱可塑性ポリウレタンのうちの少なくとも１種であり、前記第２のポリマーが、ナイロン、ポリ（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）、ポリ（エチレンナフタレート）、ポリ（４−メチル１−ペンテン）、ポリ（フェニレンスルフィド）、ポリオキシメチレン、又はポリスルホンのうちの少なくとも１種であり、前記第１又は第２のポリマーの少なくとも一方が、１Ｈｚで、少なくとも−６０℃（いくつかの実施形態では、少なくとも−５０℃まで、−４０℃、−３０℃、−２５℃、−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃、２０℃、２５℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、７５℃、又は更には８０℃まで）において、３×１０^５Ｎ／ｍ^２未満の弾性率を有し、前記繊維が２〜１０ミリメートルの範囲の長さ、及び１００マイクロメートルまで（いくつかの実施形態では、９０まで、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、又は更には１０マイクロメートルまで）の平均直径を有し、前記繊維が少なくとも１１０℃まで（いくつかの実施形態では、少なくとも１２５℃まで、１５０℃、又は更には少なくとも１６０℃まで）非融合性である繊維について記載する。いくつかの実施形態では、第２のポリマーは、第１のポリマーの弾性率より高い（いくつかの実施形態では、少なくとも１０倍、２５、５０、７５、１００、５００、１０００、５０００、又は更には少なくとも１０，０００倍の）弾性率を有する。いくつかの実施形態では、第１又は第２のポリマーのうちの少なくとも一方が架橋されている。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載する多成分繊維は、それぞれ独立して１５０℃まで（いくつかの実施形態では、１４０℃まで、１３０℃、１２５℃、１２０℃、１１０℃、１００℃、９０℃、又は更には８０℃まで）の軟化温度及び／又は少なくとも１５０℃（いくつかの実施形態では、少なくとも１６０℃、１７０℃、１７５℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、２１０℃、２２０℃、２２５℃、２３０℃、２４０℃、又は更には少なくとも２５０℃）の融点を有する、少なくとも１種の追加（例えば、第３、第４、第５等）のポリマーを更に含む。いくつかの実施形態では、各追加のポリマー（例えば、第３、第４、第５等）は独立して、エチレン（メタ）アクリル酸コポリマー、エチレン（メタ）アクリル酸アイオノマー、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、水分硬化ポリウレタン、エポキシ、架橋アクリレート、架橋シリコーン、熱可塑性ポリウレタン、ナイロン、ポリ（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）、ポリ（エチレンナフタレート）、ポリ（４−メチル１−ペンテン）、ポリ（フェニレンスルフィド）、又はポリオキシメチレン、ポリスルホンのうちの少なくとも１種である。

本明細書に記載する多成分繊維は、例えば、油及びガス坑井及び貯蔵器における逆流制御に有用である。繊維は、坑井内における注入及び配置中プロパントの分布を維持するため、並びに破面におけるプロパント分布をより均一にするために有用である。繊維はまた、チャネリングを防ぐための砂床又は他の水濾過用充填床にも有用である。

本発明の特徴及び利点をより完全に理解するために、ここで添付図面とともに本発明の発明を実施するための形態を参照する。
本明細書に記載する４種の代表的な多成分繊維の概略断面図。本明細書に記載する４種の代表的な多成分繊維の概略断面図。本明細書に記載する４種の代表的な多成分繊維の概略断面図。本明細書に記載する４種の代表的な多成分繊維の概略断面図。特定のエチレン−メタクリル酸アイオノマーの弾性率対温度のプロット。特定のエチレン−メタクリル酸アイオノマーの弾性率対温度のプロット。特定のエチレン−メタクリル酸アイオノマーの弾性率対温度のプロット。特定のエチレン−メタクリル酸アイオノマーの弾性率対温度のプロット。

代表的な多成分繊維の構成を図１Ａ〜１Ｄに例示する。図１Ａを参照すると、パイウェッジ型（pie-wedge）繊維１０は、円形断面１２、並びに第１のポリマー１４ａ及び１４ｂ、第２のポリマー１６ａ及び１６ｂ、並びに第３のポリマー１８ａ及び第４のポリマー１８ｂを有する。図１Ｂでは、多成分繊維２０は、円形断面２２、並びに第１のポリマー鞘２４、及び第２のポリマー芯２６を有する。図１Ｃは、第１のポリマー鞘３４及び複数の第２のポリマー芯３６を備える芯−鞘構造を有する多成分繊維３０を示す。図１Ｄは、少なくとも本明細書に記載する第１及び第２のポリマーを交互に含む、５つの層状領域４４ａ、４６ｂ、４４ｃ、４６ｄ、４４ｅを備える円形断面４２を有する多成分繊維４０を示す。

典型的には、特定の用途のために一緒に用いられる繊維の寸法、及び繊維を構成している成分は、一般にほぼ同じであるが、組成及び／又は寸法の著しく異なる繊維の使用が有用である場合もある。いくつかの用途では、１つの態様で１つの群がある利点をもたらし、別の態様で他の群がある利点をもたらす、２つ以上の異なる繊維群（例えば、少なくとも１種の異なるポリマー、１種以上の追加ポリマー、異なる平均長、又はそうでなければ識別可能な構成）を使用することが望ましい場合がある。

多成分繊維は、一般に、多成分（例えば二成分）紡糸のように当該技術分野において既知の技術を用いて作製できる（例えば、米国特許第４，４０６，８５０号（Ｈｉｌｌｓ）、同第５，４５８，４７２号（Ｈａｇｅｎ）、同第５，４１１，６９３号（Ｗｕｓｔ）、同第５，６１８，４７９号（Ｌｉｊｔｅｎ）、及び同第５，９８９，００４号（Ｃｏｏｋ）を参照）。

繊維を作製するために好適なポリマー材料は、当該技術分野において既知である。１５０℃までの軟化温度を有する代表的な第１のポリマーとしては、エチレン（メタ）アクリル酸コポリマー、エチレン（メタ）アクリル酸アイオノマー、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（例えば、ＳｏｌｖａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＰｏｌｙｍｅｒｓＧｍｂＨ（Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から商品名「ＳＯＬＥＦＴＡ１００６」として入手可能）、環状オレフィン（例えば、ＴｉｃｏｎａＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａから商品名「ＴＯＰＡＳ６０１７」として入手可能）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／フッ化ビニリデン（ＴＨＶ）コポリマー（例えば、Ｄｙｎｅｏｎ（Ｏａｋｄａｌｅ，ＭＮ）から商品名「ＴＨＶ−２２０Ａ」として入手可能なもの）、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、水分硬化ポリウレタン（例えば、Ｔｉｖｏｌｉ（Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から商品名「ＴＩＶＯＭＥＬＴ９６１７／１１」、「ＴＩＶＯＭＥＬＴ９６２８」、及び「ＴＩＶＯＭＥＬＴ９６３５／１２」として入手可能；ＨｅｎｋｅｌＣｏｎｓｕｍｅｒＡｄｈｅｓｉｖｅｓ，Ｉｎｃ．（Ａｖｏｎ，ＯＨ）から商品名「ＰＵＲＭＥＬＴＱＲ１１６」及び「ＰＵＲＭＥＬＴＱＲ３３１０−２１」として入手可能；並びに３ＭＣｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名「ＪＥＴＷＥＬＤＴＳ−２３０」として入手可能）、エポキシ（硬化性エポキシ樹脂は、例えば、３ＭＣｏｍｐａｎｙから商品名「ＳＣＯＴＣＨＣＡＳＴ５５５５」及び「ＳＣＯＴＣＨＣＡＳＴ５４００」として入手可能）、架橋アクリレート（例えば米国特許第６，８７５，５０６号（Ｈｕｓｅｍａｎｎら）に報告されている熱架橋されたアクリル系ホットメルト）、及び架橋シリコーン（例えば、ＭａｓｔｅｒＢｏｎｄ，Ｉｎｃ．（Ｈａｃｋｅｎｓａｃｋ，ＮＪ）から商品名「ＭＡＳＴＥＲＳＩＬ８００」として入手可能）、又は熱可塑性ポリウレタンのうちの少なくとも１種が挙げられる。このようなポリマーは、当該技術分野において既知の技術により作製することができる、及び／又は市販されている。更に、例えば、部分的に中和されたエチレンメタクリル酸コポリマーは、例えば、Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）から商品名「ＳＵＲＬＹＮ８６６０」、「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」、「ＳＵＲＬＹＮ１８５７」、及び「ＳＵＲＬＹＮ９５２０」として市販されている。ポリエチレンは、例えば、ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から商品名「ＤＯＷＬＥＸ２５１７」として市販されている。低密度ポリエチレンは、例えば、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ（Ｉｒｖｉｎｇ，ＴＸ）から商品名「ＬＤ２００．４８」として市販されている。少なくとも１３０℃の融点を有する代表的な第２のポリマーとしては、ナイロン、ポリ（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）、ポリ（エチレンナフタレート）、ポリ（４−メチル１−ペンテン）、ポリ（フェニレンスルフィド）、ポリオキシメチレン、又はポリスルホンのうちの少なくとも１種が挙げられる。このようなポリマーは、当該技術分野において既知の技術により作製することができる、及び／又は市販されている。例えば、ナイロンは、ＢＡＳＦ，ＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａ（ＦｌｏｒｈａｍＰａｒｋ，ＮＪ）から商品名「ＵＬＴＲＡＭＩＤＢ２７Ｅ０１」として市販されている。ポリ（フェニレンスルフィド）は、例えば、ＴｉｃｏｎａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｓ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，ＫＹ）から商品名「ＦＯＲＴＲＯＮ２０３」として市販されている。ポリオキシメチレンは、例えば、ＴｉｃｏｎａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｓから商品名「ＣＥＬＣＯＮ」（例えば、等級ＦＧ４０Ｕ０１）として市販されている。

複数の鞘を有する芯−鞘構成は、本開示の範囲内である。追加ポリマーを含む、繊維の各成分は、望ましい性能特徴を提供するよう選択することができる。例えば、鞘ポリマーが低すぎる温度で流動する場合、より高い流動温度を有する第２のポリマーを添加することにより、流動温度を上昇させることができる。種々の構成は、意図する用途に応じて特定の利点を有する。更に、例えば、芯−鞘型、及び海島型構成（例えば図１Ｃを参照）は、表面の１００％が１種の材料であるが、一方セグメント化パイウェッジ型（例えば図１Ａを参照）及び層状（例えば図１Ｄを参照）構成は、表面の１００％未満が１種の材料である。

所望により、本明細書に記載する多成分繊維は、更に他の成分（例えば、添加剤及び／又はコーティング剤）を含んで、ハンドリング、加工性、安定性、及び分散性のような望ましい特性を付与することができる。代表的な添加剤及びコーティング材料としては、酸化防止剤、着色剤、充填剤、並びにワックス、界面活性剤、ポリマー分散剤、及びタルクのようなハンドリングを改善するために表面に適用される材料が挙げられる。

界面活性剤を用いて、ポリマーの分散性を改善することができる。有用な界面活性剤（乳化剤としても知られている）としては、アニオン性、カチオン性、又は非イオン性界面活性剤が挙げられ、アルキルアリールエーテル硫酸ナトリウム（例えば、ＲｏｈｍａｎｄＨａａｓ（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）から入手可能な商品名「ＴＲＩＴＯＮＸ２００」として知られているもののようなノニルフェノールエトキシレート）のようなアルキルアリールエーテルサルフェート及びスルホネート、アルキルアリールポリエーテルサルフェート及びスルホネート（例えば、アルキルアリールポリ（エチレンオキシド）サルフェート及びスルホネート、好ましくは約４個までのエチレンオキシ繰り返し単位を有するもの）、並びにラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、及びヘキサデシル硫酸ナトリウムのようなアルキルサルフェート及びスルホネート、アルキルエーテルサルフェート及びスルホネート（例えば、ラウリルエーテル硫酸アンモニウム）、並びにアルキルポリエーテルサルフェート及びスルホネート（例えば、アルキルポリ（エチレンオキシド）サルフェート及びスルホネート、好ましくは約４個までのエチレンオキシ単位を有するもの）のようなアニオン性界面活性剤が挙げられる。アルキルサルフェート、アルキルエーテルサルフェート、及びアルキルアリールエーテルサルフェートもまた好適である。更なるアニオン性界面活性剤としては、アルキルアリールサルフェート及びスルホネート（例えば、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）、アルキルサルフェートのナトリウム及びアンモニウム塩（例えば、ラウリル硫酸ナトリウム及びラウリル硫酸アンモニウム）；非イオン性界面活性剤（例えば、エトキシル化オレオイルアルコール及びポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル）；並びにカチオン性界面活性剤（例えば、アルキル鎖が１０〜１８個の炭素原子を含有するアルキルジメチルベンジルアンモニウムクロリドの混合物）を挙げることができる。両性界面活性剤もまた有用であり、スルホベタイン、Ｎ−アルキルアミノプロピオン酸、及びＮ−アルキルベタインが挙げられる。

またポリマー分散剤を用いて、例えば、選択された媒質中、及び適用条件（例えば、ｐＨ及び温度）における、繊維の分散を促進することができる。代表的なポリマー安定剤としては、平均分子量が５０００を超えるポリアクリル酸の塩（例えば、アンモニウム、ナトリウム、リチウム、及びカリウム塩）、カルボキシ変性ポリアクリルアミド（例えば、ＣｙｔｅｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｗｅｓｔｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）から商品名「ＣＹＡＮＡＭＥＲＡ−３７０」として入手可能）、アクリル酸及びジメチルアミノエチルメタクリレートのコポリマー、ポリマー第四級アミン（例えば、四級化ポリビニルピロリドンコポリマー（例えば、ＩＳＰＣｏｒｐ．（Ｗａｙｎｅ，ＮＪ）から商品名「ＧＡＦＱＵＡＴ７５５」として入手可能）及び四級化アミン置換セルロース誘導体（例えば、ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から商品名「ＪＲ−４００」として入手可能）、セルロース誘導体、カルボキシ変性セルロース誘導体（例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム（例えば、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）から商品名「ＮＡＴＲＯＳＯＬＣＭＣＴｙｐｅ７Ｌ」として入手可能）、並びにポリビニルアルコールが挙げられる。

酸化防止剤の例としては、ヒンダードフェノール（例えば、ＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌ（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から商品名「ＩＲＧＡＮＯＸ」として入手可能）が挙げられる。着色剤の例としては、顔料及び染料が挙げられる。充填剤の例としては、カーボンブラック、粘土、及びシリカが挙げられる。表面処理の例としては、タルク、エルカ酸アミド（erucamide）、及びガムが挙げられる。

本明細書に記載する多成分繊維は、例えば、坑井及び貯蔵器における逆流制御に有用である。繊維はまた、坑井内における注入及び配置中プロパントの分布を維持するため、並びに破面におけるプロパント分布をより均一にするために有用であり、有利である。

本開示はまた、地下層を流体組成物と接触させる方法であって、流体組成物を坑井に注入することを含み、坑井が地下層を横断し、流体組成物が担体流体及び本明細書に記載する多成分繊維を含む方法について記載する。代表的な担体流体は当該技術分野において周知であり、水性及び／又は油性担体流体が挙げられる。別の実施形態では、多成分繊維は、乾燥繊維として坑井に供給されてもよい。

以下の実施例は、本発明のいくつかの実施形態を例示するために提供され、特許請求の範囲の範囲を限定することを意図するものではない。特に指定がない限り、百分率は全て重量に基づく。

加水分解安定性試験
０．５グラムの繊維を、１０グラムの脱イオン水を収容している１２ｍＬのバイアル瓶に入れた。バイアル瓶を窒素パージし、ゴム隔膜で密閉し、１４５℃で４時間オートクレーブした。繊維を、１００倍の倍率で光学顕微鏡検査に供した。それらは、繊維の少なくとも５０体積パーセント、又は繊維を含む第１若しくは第２ポリマーのなかの１種の少なくとも５０体積パーセントが溶解及び／又は崩壊した場合、試験に不合格であると見なした。

炭化水素安定性試験
０．５グラムの繊維を２５ｍＬのケロシン（試薬等級、沸点１７５〜３２０℃、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手）中に入れ、窒素下にて１４５℃で４時間加熱した。２４時間後、ケロシンを冷却し、１００倍の倍率で光学顕微鏡を用いて材料を検査した。それらは、繊維の少なくとも５０体積パーセント、又は繊維を含む第１若しくは第２ポリマーのなかの１種の少なくとも５０体積パーセントが溶解及び／又は崩壊した場合、試験に不合格であると見なした。

軟化温度試験
第１のポリマーの軟化点を決定するためのデータを図２Ａ〜図２Ｄに示す。このデータは、応力制御レオメータ（ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（ＮｅｗＣａｓｔｌｅ，ＤＥ）により製造されたモデルＡＲ２０００）を用いて得た。試験手順では、ポリマーの樹脂粒子を、レオメータの２つの２０ｍｍの平行なプレート間に置き、ギャップが２ｍｍになるまで押圧して、確実にプレート全体を被覆した。次いで、１％のひずみにおける１Ｈｚの正弦波周波数を、８０〜２００℃の温度範囲にわたって適用した。溶融した樹脂の正弦波ひずみに対する抵抗力は、弾性率に比例しており、これを変換器により記録しグラフ形式で示した。レオメータのソフトウェアを用いて、弾性率を数学的に２つの部分に分けた：一方の部分は適用されたひずみと同位相内にあり（弾性率−固体のような挙動）（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）から商品名「ＳＵＲＬＹＮ９５２０」、「ＳＵＲＬＹＮ８６６０」、「ＳＵＲＬＹＮ１８５７」、及び「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」として入手したエチレン−メタクリル酸アイオノマーそれぞれについて、それぞれ線１、４、７、及び１０を参照）、別の部分は適用されたひずみと位相を異にした（粘性率−液体のような挙動）（エチレン−メタクリル酸アイオノマー「ＳＵＲＬＹＮ９５２０」、「ＳＵＲＬＹＮ８６６０」、「ＳＵＲＬＹＮ１８５７」、及び「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」について、それぞれ線２、５、８、及び１１を参照）。樹脂が主に液体のように挙動し始めた温度を超える温度を表すとき（点３、６、９、及び１２を参照）、２つの係数が同一である温度（クロスオーバー温度）を軟化点として定義した。選択したエチレン−メタクリル酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ９５２０」、「ＳＵＲＬＹＮ８６６０」、「ＳＵＲＬＹＮ１８５７」、及び「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」）の軟化点は、それぞれ１１６℃、９６℃、１２１℃、及び９２℃と決定された。

（実施例１〜５）
実施例１〜４の繊維用の芯材料は、ナイロン６（ＢＡＳＦＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａ（ＦｌｏｒｈａｍＰａｒｋ，ＮＪ）から商品名「ＵＬＴＲＡＭＩＤＢ２７Ｂ０１」として入手した）であった。実施例５の芯材料は、ナイロン（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏｍｐａｎｙ）から商品名「ＺＹＴＥＬＲＥＳＩＮ１０１ＮＣ０１０」として入手した）であった。全ての鞘材料は、８０重量％のエチレン−メタクリル酸アイオノマー（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏｍｐａｎｙから商品名「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」を入手した）及び２０重量％のナイロン６（「ＵＬＴＲＡＭＩＤＢ２７Ｂ０１」）のブレンドであった。

実施例１の鞘は、９４重量％のエチレン−メタクリル酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ８６６０」）及び６重量％のポリエチレン（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から商品名「ＤＯＷＬＥＸ２５０３」として入手した（今では入手できないが、類似の材料が商品名「２５１７」として入手可能である）の混合物であった。

実施例２の鞘は、９４重量％のエチレン−メタクリル酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ９５２０」）及び６重量％のポリエチレン（「ＤＯＷＬＥＸ２５０３」）の混合物であった。

実施例３の鞘は、９４重量％の酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ８６６０」）及び６重量％のパラフィンワックス（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）から入手し、「７６２４１Ｆｌｕｋａパラフィンワックス、プルーム、ペレット、白」と記載されている）の混合物であった。

実施例４の鞘は、１００％酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ８６６０」）であった。

実施例５の鞘は、酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」）であった。

実施例１〜５の鞘−芯二成分繊維を、（ａ）ダイを以下の表１に列挙した温度に加熱し、（ｂ）押出ダイが８個の穴を２列配置した１６個のオリフィスを有し、ここで四角のピッチを有する穴間の距離は１２．７ｍｍ（０．５０インチ）であり、ダイが１５２．４ｍｍ（６．０インチ）の横方向の長さを有し、（ｃ）穴の直径が１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）であり、長さの直径に対する比が４．０であり、（ｄ）２つの流れの相対押出速度（グラム／穴／分）が表１に報告され、（ｅ）繊維が表１に報告された距離下方に運ばれて、２５℃に保持された水浴で急冷され、ここで繊維は最低０．３秒水に浸漬された後、圧縮空気により乾燥され、芯に巻き付けられ、（ｆ）紡糸速度はプルロールにより表１に報告された速度に調節されたことを除き、米国特許第４，４０６，８５０号（Ｈｉｌｌｓ）の実施例１に記載のように作製した。次いで、繊維をある長さに刻んで、繊維の種々の特性について試験した。

実施例１〜５の繊維のそれぞれのサンプルを約６ｃｍの長さに刻み、それぞれを用いて炭化水素安定性試験及び加水分解安定性試験を試験した。全てが両方の試験に合格した。

非融合性繊維試験
繊維を６ｍｍの長さに切断して分離し、かみあい繊維（interlocking fiber）の平坦なタフトに成形した。更に、切断し分離した繊維の一部で直径を測定した。２０個の繊維の直径を測定し、中央値を記録した。

繊維のタフトを、選択した試験温度で５分間従来のベント型対流式オーブン内で加熱した。２０個の個々の分離した繊維を選択し、繊維断面の直径を測定し、中央値を記録した。加熱後繊維直径の変化が２０％未満である場合、その繊維を「非融合性」と指定した。実施例５では、１５０℃の試験温度で非融合性繊維試験を用いて評価した。試験を受けた後の繊維直径の変化は１０％未満であった。

比較例
ｃｏ−ＰＥＴ／ＰＥＴポリエステル結合繊維（ＫｏＳａ，Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ，ＮＣ）から商品名「ＫＯＳＡＴ−２５５」として入手した；芯５０重量％及び鞘５０重量％の３デニールの鞘−芯結合剤繊維）を、１２０℃の試験温度で非融合性繊維試験を用いて評価した。繊維の直径は、加熱前の２０マイクロメートルから、加熱の結果１４マイクロメートルに変化した。

（実施例６〜９）
実施例６〜９の鞘−芯二成分繊維を、（ａ）ダイを以下の表２に列挙した温度に加熱し、（ｂ）押出ダイが、各列が３６個のオリフィスを有する１８列のオリフィスを有し、合計６４８個のオリフィスになり、ダイは２６４．２ｍｍ（１０．４インチ）の横方向の長さを有し、（ｃ）穴の直径は１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）であり、長さの直径に対する比は６．０であり、（ｄ）ポリマーの流速が１．０グラム／穴／分であり、（ｅ）繊維が約６４センチメートル下方に延在するダイのいずれかの側において、１．４２標準立方メートル／分（１００キロパスカルの圧力及び０℃）で放出される１５℃の空気により急冷され、（ｆ）紡糸速度を以下の表２に報告されたフィラメントの平均直径を生じさせるよう調節し、（ｇ）ポリマー流量を、鞘及び芯の両方が５０％の質量流量で繊維を生じさせるよう調節したことを除き、米国特許第４，４０６，８５０号（Ｈｉｌｌｓ）の実施例１に記載のように作製した。

実施例６〜９の繊維のそれぞれのサンプルを約６ｃｍの長さに刻み、それぞれを用いて炭化水素安定性試験及び加水分解安定性試験を試験した。全てが両方の試験に合格した。

更に、実施例６では、芯はポリプロピレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂（ＴｉｃｏｎａＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，ＫＹ）から商品名「ＦＯＲＴＲＯＮ０３０９Ｃ」として入手した）から作製し、鞘は、エチレン−メタクリル酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」）から作製した。実施例７では、芯はナイロン６（「ＵＬＴＲＡＭＩＤＢ２７Ｅ０１」）から作製し、鞘は８０重量％のエチレン−メタクリル酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」）及び２０重量％のナイロン６（「ＵＬＴＲＡＭＩＤＢ２７Ｅ０１」）のブレンドから作製した。実施例８では、芯はナイロン６（「ＵＬＴＲＡＭＩＤＢ２７Ｅ０１」）から作製し、鞘材料は９０重量％のエチレン−メタクリル酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」）及び１０重量％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂（ＳｏｌｖａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＰｏｌｙｍｅｒｓＧｍｂＨ（Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から商品名「ＳＯＬＥＦＴＡ１００６」として入手した）のブレンドであった。実施例９では、芯はナイロン６（「ＵＬＴＲＡＭＩＤＢ２７Ｅ０１」）から作製し、鞘材料は９０重量％のエチレン−メタクリル酸アイオノマー（「ＳＵＲＬＹＮ１７０２」）及び１０重量％の環状オレフィン樹脂（ＴｉｃｏｎａＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａから商品名「ＴＯＰＡＳ６０１７」として入手した）のブレンドから作製した。

本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。

Claims

少なくとも第１及び第２のポリマーを含む多成分繊維であって、前記第１のポリマーが１５０℃までの軟化温度を有し、前記第２のポリマーが少なくとも１３０℃の融点を有し、前記第１のポリマーの軟化点と前記第２のポリマーの融点との差が少なくとも１０℃であり、前記繊維が、それぞれ炭化水素及び加水分解安定性試験により測定した際に炭化水素耐性及び加水分解耐性の両方を呈し、前記第１のポリマーが１Ｈｚで、最低−６０℃において、３×１０^５Ｎ／ｍ^２未満の弾性率を有し、前記繊維が少なくとも１１０℃まで非融合性である、多成分繊維。
前記繊維が、２０ｍｍまでの長さ及び１００マイクロメートルまでの平均直径を有する、請求項１に記載の多成分繊維。
前記繊維が、２〜１００ミリメートルの範囲の長さ及び１００マイクロメートルまでの平均直径を有する、請求項１に記載の多成分繊維。
前記第１のポリマーが１２５℃までの軟化温度を有し、前記第２のポリマーが少なくとも１７５℃の融点を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の多成分繊維。
前記第１のポリマーが１Ｈｚで、最低−２５℃において、３×１０^５Ｎ／ｍ^２未満の弾性率を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の多成分繊維。
前記第２のポリマーが前記第１のポリマーの弾性率より高い弾性率を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の多成分繊維。
前記第１のポリマー又は第２のポリマーの少なくとも一方が架橋されている、請求項１〜６のいずれかに記載の多成分繊維。
前記第１のポリマーが架橋されている、請求項１〜７のいずれかに記載の多成分繊維。
１５０℃までの軟化温度を有する第３のポリマーを更に含む、請求項１〜８のいずれかに記載の多成分繊維。
前記第１のポリマーが、エチレン（メタ）アクリル酸コポリマー、エチレン（メタ）アクリル酸アイオノマー、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／フッ化ビニリデンコポリマー、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、水分硬化ポリウレタン、エポキシ、架橋アクリレート、架橋シリコーン、又は熱可塑性ポリウレタンのうちの少なくとも１種であり、前記第２のポリマーが、ナイロン、ポリ（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）、ポリ（エチレンナフタレート）、ポリ（４−メチル１−ペンテン）、ポリ（フェニレンスルフィド）、又はポリスルホンのうちの少なくとも１種である、請求項１〜９のいずれかに記載の多成分繊維。
少なくとも第１のポリマー及び第２のポリマーを含む多成分繊維であって、前記第１のポリマーが１５０℃までの軟化温度を有し、前記第２のポリマーが少なくとも１３０℃の融点を有し、前記第１のポリマーがエチレン（メタ）アクリル酸コポリマー、エチレン（メタ）アクリル酸アイオノマー、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、水分硬化ポリウレタン、エポキシ、架橋アクリレート、架橋シリコーン、又は熱可塑性ポリウレタンのうちの少なくとも１種であり、前記第２のポリマーが、ナイロン、ポリ（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）、ポリ（エチレンナフタレート）、ポリ（４−メチル１−ペンテン）、ポリ（フェニレンスルフィド）、又はポリスルホンのうちの少なくとも１種であり、前記第１のポリマー又は第２のポリマーの少なくとも一方が１Ｈｚで、最低−６０℃において、３×１０^５Ｎ／ｍ^２未満の弾性率を有し、前記繊維が、２〜１０ミリメートル範囲の平均長、及び１００マイクロメートルまでの平均直径を有し、前記繊維が少なくとも１１０℃まで非融合性である、多成分繊維。
前記第１のポリマーが１２５℃までの軟化温度を有し、前記第２のポリマーが少なくとも１７５℃の融点を有する、請求項１１に記載の多成分繊維。
前記第１のポリマーが１Ｈｚで、最低−５０℃において、３×１０^５Ｎ／ｍ^２未満の弾性率を有する、請求項１１又は１２のいずれかに記載の多成分繊維。
前記第１のポリマー又は第２のポリマーの少なくとも一方が架橋されている、請求項１１〜１３のいずれかに記載の多成分繊維。
前記第１のポリマーが架橋されている、請求項１１〜１４のいずれかに記載の多成分繊維。
１５０℃までの軟化温度を有する第３のポリマーを更に含む、請求項１１〜１５のいずれかに記載の多成分繊維。