БИОРАЗЛАГАЕМЫЙ НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ, СОДЕРЖАЩИЙ ДРЕВЕСНУЮ МАССУ, И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
BIODEGRADABLE NONWOVEN FABRIC CONTAINING WOOD PULP AND THE METHOD FOR ITS MANUFACTURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к биоразлагаемому нетканому материалу, способу изготовления биоразлагаемого нетканого материала и салфеткам или санитарно-гигиенической бумаге, содержащим биоразлагаемый нетканый материал. В частности, биоразлагаемый нетканый материал может представлять собой не содержащий пластика, полностью компостируемый нетканый материал или основу, подходящую для одноразового применения, например, салфетки или санитарно-гигиеническую бумагу.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одноразовые салфетки, например, влажные салфетки или салфетки для личной гигиены, такие как детские салфетки, салфетки для лица и т.д., очень популярны для очистки кожи человека или предметов домашнего обихода благодаря комфорту их использования для потребителей и эффективности очистки. Однако растущее беспокойство по поводу загрязнения окружающей среды пластиком приводит к увеличению спроса на не содержащие пластика, полностью компостируемые/биоразлагаемые основы для одноразовых салфеток и подобных изделий.
Для изготовления нетканого материала или основы, подходящих в качестве салфеток, обычно используются технологии спанлейс (также может называться гидросплетением) и иглопробивания. Технология спанлейс представляет собой способ скрепления влажных или сухих волокнистых полотен, в ходе которого тонкие струи воды под высоким давлением проникают в волокнистое полотно и вызывают сплетение волокон, тем самым придавая ткани целостность. Иглопробивание представляет собой способ скрепления, в ходе которого волокна механически переплетаются друг с другом с помощью игл.
Технология спанлейс с применением только компостируемых волокон, выполненных из регенерированной целлюлозы, например, из вискозы/искусственного шелка, тенселя или ацетата целлюлозы, или из натуральных волокон, например, из хлопка, предоставляет техническое решение для изготовления не содержащих пластика, компостируемых/биоразлагаемых одноразовых салфеток, однако возникает проблема значительного увеличения стоимости материалов из-за замены ПЭТ-волокон, широко используемых в основах одноразовых салфеток (например, детских салфеток), компостируемыми волокнами, которое может достигать 50% от стоимости материалов. Из-за слишком высокой стоимости материалов до настоящего времени такие изделия использовались только в премиальном сегменте, и не смогли заменить стандартные изделия, такие как детские салфетки.
Общепринятый подход к снижению стоимости материалов таких основ, полученных с использованием технологии спанлейс, заключается в замене части вискозных волокон древесной массой, придающей основе салфеток требуемые гидрофильные свойства. Этот подход к получению нетканых материалов заключается в комбинированном сплетении определенного количества относительно коротких и тонких волокон и определенного количества более длинных волокон.
В общем технология влажной укладки/воздушной укладки волокон и древесной массы в сочетании с технологией спанлейс для скрепления без использования связующих материалов, широко используемая для изготовления растворимых салфеток (влажной туалетной санитарно-гигиенической бумаги), описанная в документе EP 2 985 375 A1, содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки, или основы нерастворимых салфеток (полученной путем воздушной укладки), сталкивается с тремя ограничениями механической целостности нетканой структуры, особенно после воздействия жидкости, что критически важно для использования такой основы в детских салфетках и салфетках для личной гигиены, требующих более высокой механической прочности и упругости:
(i) Низкая прочность материала по сравнению со стандартными материалами, полученными с использованием технологии спанлейс, даже при увеличении содержания волокон по сравнению с рецептурой, используемой для растворимых салфеток. Поскольку волокна древесной массы являются слишком короткими и слишком жесткими для сплетения способом гидросплетения, они захватываются в структуру гидросплетенных волокон вискозы/тенселя, но не вносят значительного вклада в механическую прочность полотна. Следовательно, такие материалы требуют значительного увеличения поверхностной плотности по сравнению со стандартными материалами, полученными с использованием технологии спанлейс, для достижения аналогичной механической прочности.
(ii) Поскольку волокна древесной массы вплетены в структуру гидросплетенных волокон вискозы/тенселя, но сами по себе не имеют точек скрепления, они могут перемещаться и комковаться после воздействия жидкости/воды и механического напряжения и смятия полотна, нарушая тканевую структуру, в отличие от материалов, полученных с использованием технологии спанлейс и воздушной укладки, в которых большинство волокон соединены точками скрепления, в результате чего формируется трехмерная структура, сохраняющая тканевую структуру даже после воздействия жидкости/воды и механического напряжения/смятия. Потребители оценивают такое поведение как «поведение, аналогичное бумаге» или «поведение, аналогичное обычной туалетной бумаге» и считают, что салфетка имеет низкое качество. В дополнение к этому ощутимому недостатку комфорта слипание/комкование волокон древесной массы отрицательно сказывается на функциональности салфетки, поскольку перемещение волокон древесной массы в структуре беспорядочно изменяет локальный состав полотна. Формирование областей с низким содержанием древесной массы приводит к появлению истонченных мест, ограничивающих необходимую изолирующую и удерживающую способность салфетки, в то время как в областях с повышенным содержанием древесной массы формируется увеличенная толщина или даже комки, ухудшающие необходимую ровную поверхность и тактильные свойства салфетки.
(iii) Отделение волокон древесной массы происходит из-за отсутствия интеграции волокон древесной массы в матрицу нетканого материала с помощью точек скрепления, в результате чего волокна выпадают из салфетки во время сворачивания и использования, когда полотно подвергается воздействию механических напряжений (изгибу, растяжению, смятию и т.п.). Выпадение волокон древесной массы при использовании салфетки в целях очистки ограничивает область потенциального применения и воспринимается пользователями как недостаток изделия.
Таким образом, для известных до настоящего времени технологий характерны проблемы, связанные со стоимостью и техническими характеристиками.
ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на преодоление вышеописанных проблем и недостатков. Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в предложении биоразлагаемого компостируемого нетканого материала, подходящего для одноразового применения, например, салфеток, обладающего индивидуальными или корректируемыми свойствами, в частности, с точки зрения прочности и упругости (во влажном состоянии), и низкой стоимостью.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Автор настоящего изобретения провел тщательные исследования и обнаружил, что механические свойства (такие как прочность и/или упругость) нетканого материала, полученного путем механического сплетения смеси волокон древесной массы и биоразлагаемых волокон, могут быть улучшены путем (i) добавления биоразлагаемого связующего, опционально, содержащего смягчающие агенты, например, глицерин, после формирования сплетенной тканевой структуры из биоразлагаемых волокон и волокон древесной массы, путем ii) добавления предпочтительно компостируемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, перед напорным ящиком до формирования тканевой структуры из биоразлагаемых волокон и волокон древесной массы, и/или путем (iii) смешивания биоразлагаемых связующих волокон (в частности, биоразлагаемых термосвязующих волокон) со смесью волокон, содержащей биоразлагаемые волокна и волокна древесной массы, эти задачи могут быть решены. Без ограничения какой-либо теорией автор настоящего изобретения считает, что за счет любой из вышеописанных мер (i)-(iii) на волокнах древесной массы могут быть образованы точки скрепления (в частности, ковалентные связи) для скрепления их друг с другом и объединения их в интегрированную структуру в структуре волокон, полученной согласно технологии спанлейс. В результате может быть получена структура полотна из древесной массы, которая интегрирована (или встроена) в структуру сплетенных биоразлагаемых волокон, так что формируется структура, в которой волокна древесной массы по существу не могут перемещаться в структуре сплетенных волокон даже после воздействия жидкости, например, воды, а также смятия полотна или механического воздействия на полотно. В результате может быть предотвращено выпадение и комкование волокон древесной массы, что сохраняет функциональность нетканого материала. Кроме того, за счет подбора соотношения биоразлагаемых волокон и волокон древесной массы, а также содержания агента, придающего прочность во влажном состоянии, связующего и/или связующего волокна, можно надлежащим образом скорректировать свойства материала в широком диапазоне, исключить перемещение и комкование волокон древесной массы после воздействия на основу жидкости/воды и получить желаемую прочность и упругость полотна. Это позволяет получить основу салфетки, обладающую свойствами, аналогичными материалам, полученным согласно технологии спанлейс, во влажном состоянии, и заменить высокое содержание компостируемых волокон более дешевыми волокнами древесной массы.
Соответственно, настоящее изобретение относится к биоразлагаемому нетканому материалу, содержащему биоразлагаемые волокна и волокна древесной массы, в котором по меньшей мере часть биоразлагаемых волокон сплетена друг с другом (с по меньшей мере частичным захватом волокон древесной массы), и в котором по меньшей мере часть волокон древесной массы ковалентно связана (скреплена, склеена) друг с другом по меньшей мере одним элементом из группы, состоящей из биоразлагаемого связующего, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и биоразлагаемого связующего волокна (в результате чего формируется структура полотна из древесной массы, встроенная в структуру сплетенных биоразлагаемых волокон, так что формируется структура, в которой волокна древесной массы сами по себе образуют интегрированную структуру и/или по существу не могут перемещаться по отдельности в структуре сплетенных волокон даже после воздействия жидкости, например, воды).
Настоящее изобретение также относится к способу изготовления биоразлагаемого нетканого материала, содержащему этапы, на которых (a) формируют волокнистое полотно из смеси волокон, содержащей биоразлагаемые волокна и волокна древесной массы, или формируют слой биоразлагаемых волокон на санитарно-гигиенической бумаге, (b) сплетают по меньшей мере часть биоразлагаемых волокон друг с другом (при этом захватывается по меньшей мере часть волокон древесной массы) путем водоструйной обработки волокнистого полотна (или слоя санитарно-гигиенической бумаги и волокон), и (c) сушат сплетенное волокнистое полотно (при температуре, достаточной для отверждения нанесенных связующих), причем способ дополнительно содержит по меньшей мере один (например, один, любые два или все три) из следующих этапов, на которых: (i) наносят биоразлагаемое связующее на сплетенное волокнистое полотно перед этапом (c) сушки, (ii) добавляют биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии, в смесь волокон, и (iii) смешивают биоразлагаемое связующее волокно со смесью волокон.
Кроме того, настоящее изобретение относится к биоразлагаемому нетканому материалу, полученному способом изготовления биоразлагаемого нетканого материала, описанным в настоящем документе.
Кроме того, настоящее изобретение относится к салфетке или санитарно-гигиенической бумаге, содержащей или состоящей из биоразлагаемого нетканого материала, описанного в настоящем документе.
Кроме того, настоящее изобретение относится к использованию биоразлагаемого связующего, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемого связующего волокна для придания упругости салфетке или санитарно-гигиенической бумаге, содержащей биоразлагаемый нетканый материал.
Другие задачи и множество сопутствующих преимуществ вариантов выполнения настоящего изобретения станут более понятными и очевидными из следующего далее подробного описания вариантов выполнения и приложенных чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фигуре 1 показаны фотографии контрольного образца, подвергнутого испытанию на смятие, где левая фотография иллюстрирует плоский смоченный образец до смятия, средняя фотография иллюстрирует образец, смятый в кулаке, и правая фотография иллюстрирует образец после смятия.
На Фигуре 2 показаны фотографии образца из биоразлагаемого нетканого материала в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения, подвергнутого испытанию на смятие, где левая фотография иллюстрирует плоский смоченный образец до смятия, средняя фотография иллюстрирует образец, смятый в кулаке, и правая фотография иллюстрирует образец после смятия.
На Фигуре 3 показано примерное устройство для измерений жесткости на двухточечный изгиб.
На Фигуре 4 показано примерное устройство для измерений жесткости на круговой изгиб. Устройство проиллюстрировано не в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже будут описаны детали настоящего изобретения, а также другие признаки и преимущества. Однако настоящее изобретение не ограничивается следующим далее конкретным описанием, которое приведено только в целях иллюстрации.
Следует отметить, что признаки, описанные в отношении одного примерного варианта выполнения или примерного аспекта, могут быть объединены с любым другим примерным вариантом выполнения или примерным аспектом, в частности, признаки, описанные в отношении любого примерного варианта выполнения биоразлагаемого нетканого материала, могут быть объединены с любым другим примерным вариантом выполнения биоразлагаемого нетканого материала, с любым примерным вариантом выполнения способа изготовления биоразлагаемого нетканого материала, с любым примерным вариантом выполнения салфетки или санитарно-гигиенической бумаги и с любым примерным вариантом использования, и наоборот, если конкретно не указано иное.
Использование неопределенного или определенного артикля в отношении термина в единственном числе, такого как «a», «an» или «the», также включает множественное число, и наоборот, если конкретно не указано иное, тогда как слово «один» или число «1» в данном контексте обычно означает «только один» или «ровно один».
Выражение «содержащий» в данном контексте включает не только значение «содержащий», «включающий в себя» или «включающий», но также может включать значение «по существу состоящий из» и «состоящий из».
Если конкретно не указано иное, выражение «по меньшей мере часть» в данном контексте может означать по меньшей мере 5%, в частности, по меньшей мере 10%, в частности, по меньшей мере 15%, в частности, по меньшей мере 20%, в частности, по меньшей мере 25%, в частности, по меньшей мере 30%, в частности, по меньшей мере 35%, в частности, по меньшей мере 40%, в частности, по меньшей мере 45%, в частности, по меньшей мере 50%, в частности, по меньшей мере 55%, в частности, по меньшей мере 60%, в частности, по меньшей мере 65%, в частности, по меньшей мере 70%, в частности, по меньшей мере 75%, в частности, по меньшей мере 80%, в частности, по меньшей мере 85%, в частности, по меньшей мере 90%, в частности, по меньшей мере 95%, в частности, по меньшей мере 98%, а также может означать 100%.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к биоразлагаемому нетканому материалу.
Выражение «нетканый материал» в данном контексте может, в частности, означать полотно из отдельных волокон, которые по меньшей мере частично переплетены, но без регулярного рисунка, как в трикотажном или тканом полотне.
Выражение «биоразлагаемый» (вместо которого также может использоваться выражение «компостируемый») в данном контексте может, в частности, означать, что рассматриваемый материал, например, биоразлагаемый нетканый материал, биоразлагаемые волокна, биоразлагаемое связующее волокно, биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии, биоразлагаемое связующее и т.п., соответствует по меньшей мере требованиям промышленного компостирования, например, согласно документу EN 13432, и предпочтительно также требованиям бытового компостирования, и еще более предпочтительные также является биоразлагаемым в морской среде. Выражение «биоразлагаемый в морской среде» в данном контексте может, в частности, означать, что материал разлагается более чем на 90% по массе в течение 12 месяцев нахождения в морской воде при минимальной температуре 15°C и под воздействием дневного света.
Биоразлагаемый нетканый материал содержит биоразлагаемые волокна и волокна древесной массы.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна содержат целлюлозные волокна. Выражение «целлюлозные волокна» в данном контексте может, в частности, означать волокна на основе целлюлозы, в частности, модифицированные или регенерированные целлюлозные волокна, например, волокна, полученные из целлюлозы или производных целлюлозы, таких как этилцеллюлоза, ацетат целлюлозы и т.п. Выражение «регенерированные целлюлозные волокна» в данном контексте может, в частности, означать искусственные целлюлозные волокна, полученные способом прядения из раствора.
В одном варианте выполнения регенерированные целлюлозные волокна могут быть выбраны из группы, состоящей из вискозы (искусственный шелк) или лиоцелла (тенсель).
Вискоза представляет собой тип пряденого из раствора волокна, полученного вискозным способом, обычно предусматривающим промежуточное растворение целлюлозы в виде ксантогената целлюлозы и последующее прядение волокон.
Лиоцелл представляет собой тип пряденого из раствора волокна, полученного аминооксидным способом, обычно предусматривающим растворение целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде и последующее прядение волокон.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна могут иметь среднюю длину волокон от 1 мм до 100 мм, например, среднюю длину волокон от 3 мм до 80 мм, например, среднюю длину волокон от 5 до 70 мм, например, среднюю длину волокон от 10 до 65 мм, например, среднюю длину волокон от 15 до 60 мм, например, среднюю длину волокон от 18 до 50 мм, например, среднюю длину волокон от 20 до 40 мм.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна могут иметь среднюю длину волокон от 1 мм до 12 мм, в частности, от 3 мм до 10 мм. Это может быть предпочтительно, в частности, при получении нетканого материала способом воздушной укладки.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна могут иметь среднюю длину волокон от 1 мм до 12 мм, в частности, от 3 мм до 8 мм. Это может быть предпочтительно, в частности, при получении нетканого материала способом влажной укладки.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна могут иметь среднюю длину волокон от 10 мм до 100 мм, в частности, от 10 мм до 80 мм. Это может быть предпочтительно, в частности, при получении нетканого материала способом суховоздушного формования.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна могут иметь среднюю длину волокон от 15 мм до 60 мм. Это может быть предпочтительно, в частности, при получении нетканого материала способом кардочесания.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна могут иметь грубость волокон от 0,5 до 10 децитекс, в частности, от 0,5 до 4,0 децитекс или от 1,0 до 10 децитекс, например, от 1,0 до 2,5 децитекс.
В одном варианте выполнения биоразлагаемые волокна могут содержаться в количестве от 10 до 80 мас.%, например, в количестве от 15 до 70 мас.%, например, в количестве от 20 до 60 мас.%, например, в количестве от 25 до 50 мас.%, например, в количестве от 30 до 40 мас.%, от общей массы нетканого материала.
В одном варианте выполнения волокна древесной массы могут представлять собой натуральные волокна древесной массы, в частности, волокна древесной массы природного происхождения, например, волокна хвойной древесной массы или волокна лиственной древесной массы. Древесная масса может, в частности, означать (лигноцеллюлозный) волокнистый материал, полученный путем химического или механического отделения целлюлозных волокон древесины или т.п., например, способом сульфатной варки (сульфатный способ).
В одном варианте выполнения волокна древесной массы могут иметь среднюю длину волокон от 1,0 мм до 4,0 мм, например, от 1,5 мм до 3,5 мм, например, от 2,0 мм до 3,2 мм.
В одном варианте выполнения волокна древесной массы могут иметь грубость волокон от 0,3 до 3,5 децитекс, например, от 0,6 до 2,5 децитекс.
В одном варианте выполнения волокна древесной массы могут содержаться в количестве от 20 до 90 мас.%, например, в количестве от 30 до 85 мас.%, например, в количестве от 40 до 80 мас.%, например, в количестве от 50 до 75 мас.%, например, в количестве от 60 до 70 мас.%, от общей массы нетканого материала.
В биоразлагаемом нетканом материале по меньшей мере часть биоразлагаемых волокон сплетена друг с другом. В частности, по меньшей мере часть биоразлагаемых волокон может быть сплетена друг с другом так, что по меньшей мере часть волокон древесной массы захвачена в сплетенные биоразлагаемые волокна.
Выражение «сплетенный» в данном контексте может, в частности, означать, что биоразлагаемые волокна по меньшей мере частично переплетены друг с другом, что придает прочность нетканому материалу, например, прочность на разрыв или прочность на растяжение. Сплетение биоразлагаемых волокон может, в частности, достигаться путем обработки волокнистого полотна струями воды, как будет более подробно объяснено ниже, что также может называться «гидросплетением» или «спанлейсом», а сплетенные волокна, таким образом, также могут называться «гидросплетенными волокнами» или «волокнами, полученными с использованием технологии спанлейс». Альтернативно сплетение биоразлагаемых волокон может быть достигнуто путем иглопробивания, при котором биоразлагаемые волокна механически переплетаются иглами. В качестве альтернативы смешиванию биоразлагаемых волокон и древесной массы с формированием слоя путем воздушной укладки, или кардочесания, или суховоздушного формования с воздушной укладкой для подачи в оборудование для спанлейса, слой биоразлагаемых волокон также может быть сформирован поверх слоя санитарно-гигиенической бумаги посредством технологии кардочесания, или суховоздушного формования, или воздушной укладки, а затем подан в оборудование для спанлейса, в котором санитарно-гигиеническая бумага разрушается с образованием полотна из по меньшей мере частично сплетенных биоразлагаемых волокон, захватывающих по меньшей мере часть волокон древесной массы.
В биоразлагаемом нетканом материале по меньшей мере часть волокон древесной массы ковалентно связана (скреплена, склеена) друг с другом (в результате чего формируется интегрированный слой древесной массы в структуре биоразлагаемых волокон, полученной с использованием технологии спанлейс) по меньшей мере одним элементом из группы, состоящей из биоразлагаемого связующего, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и биоразлагаемого связующего волокна. В результате по меньшей мере частичного ковалентного связывания волокон древесной массы может быть получена структура полотна из древесной массы, которая интегрирована (или встроена) в структуру сплетенных биоразлагаемых волокон, так что формируется структура, в которой волокна древесной массы по существу не могут перемещаться в структуре сплетенных волокон даже после воздействия жидкости, например, воды. Кроме того, может быть по существу предотвращено комкование волокон древесной массы. В связи с этим связывание волокон древесной массы предпочтительно инициируется путем подачи тепла после сплетения биоразлагаемых волокон путем гидросплетения или иглопробивания.
В дополнение к скреплению волокон древесной массы по меньшей мере один элемент из группы, состоящей из биоразлагаемого связующего, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и биоразлагаемого связующего волокна, опционально, но необязательно, также может связывать биоразлагаемые волокна, в частности сплетенные биоразлагаемые волокна, и, опционально, но необязательно, также может связывать волокна древесной массы с биоразлагаемыми волокнами, в частности, со сплетенными биоразлагаемыми волокнами. Однако без ограничения какой-либо теорией считается, что большая часть по меньшей мере одного элемента из группы, состоящей из биоразлагаемого связующего, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и биоразлагаемого связующего волокна, связывает волокна древесной массы друг с другом (а не с биоразлагаемыми волокнами), в результате чего формируется структура полотна из древесной массы, которая также может быть (а фактически должна быть) связана со структурой сплетенных биоразлагаемых волокон. Кроме того, увеличение объема из-за формирования структуры полотна из древесной массы и последующей ее интеграции или встраивания в структуру сплетенных биоразлагаемых волокон считается достаточным (даже без связывания с биоразлагаемыми волокнами) по существу для ограничения свободного перемещения древесной массы в структуре сплетенных волокон даже после воздействия жидкости, например, воды, и по существу для предотвращения выпадения и/или комкования. Кроме того, формирование слоя связанных друг с другом волокон древесной массы в структуре сплетенных биоразлагаемых волокон может привести к повышению упругости материала.
В одном варианте выполнения по меньшей мере часть волокон древесной массы связана друг с другом биоразлагаемым связующим волокном. Выражение «связующее волокно» в данном контексте может, в частности, означать волокно, способное связываться (например, путем термического связывания, образования ковалентных связей, ионных взаимодействий или т.п.) друг с другом или с другими волокнами. Предпочтительно биоразлагаемое связующее волокно представляет собой биоразлагаемое термосвязующее (или термически активируемое) волокно. Биоразлагаемое связующее волокно может, в частности, представлять собой биоразлагаемое термопластичное волокно. Выражение «термопластичные волокна» в данном контексте может, в частности, означать волокна, которые размягчаются и/или частично плавятся под воздействием тепла и способны связываться друг с другом или с другими не термопластичными волокнами, например, целлюлозными волокнами, при охлаждении и повторном отверждении.
В одном варианте выполнения биоразлагаемое связующее волокно содержит многокомпонентное волокно, в частности, двухкомпонентное волокно, например, двухкомпонентные волокна, имеющие конфигурацию оболочка-сердечник. Двухкомпонентные волокна состоят из полимеров двух видов, имеющих разные физические и/или химические характеристики, в частности, разные характеристики плавления. Двухкомпонентное волокно, имеющее конфигурацию оболочка-сердечник, обычно имеет сердечник из компонента с более высокой температурой плавления, и оболочку из компонента с более низкой температурой плавления.
Например, биоразлагаемое связующее волокно может содержать полимолочную кислоту (PLA), полибутиленсукцинат (PBS), полибутилен адипат терефталат (PBAT) и другие биоразлагаемые термопластичные полимеры. Также может быть применено сочетание двух или более компонентов.
В одном варианте выполнения биоразлагаемое связующее волокно может содержаться в количестве от 0,1 до 30 мас.%, например, в количестве от 0,2 до 20 мас.%, например, в количестве от 0,2 до 10 мас.%, например, в количестве от 0,2 до 7,5 мас.%, например, в количестве от 0,35 до 5 мас.%, например, в количестве от 0,5 до 4 мас.%, от общей массы нетканого материала.
В одном варианте выполнения по меньшей мере часть волокон древесной массы скреплена друг с другом биоразлагаемым агентом, придающим прочность во влажном состоянии. Выражение «агент, придающий прочность во влажном состоянии» в данном контексте может, в частности, означать вещество, повышающее прочность на растяжение нетканого полотна во влажном состоянии, например, за счет образования ковалентных связей. В частности, может быть предпочтительным, чтобы агент, придающий прочность во влажном состоянии, был биоразлагаемым. Однако также возможно использование не биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии (например, в небольших количествах, не оказывающих отрицательного влияния на биоразлагаемость/компостируемость), который может значительно повысить прочность на растяжение нетканого материала во влажном состоянии.
Например, биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии, может быть выбран из группы, состоящей из хитозана, модифицированного крахмала, производных целлюлозы и других компонентов. Также может быть применено сочетание двух или более компонентов. Выражение «производные целлюлозы» в данном контексте может, в частности, означать химически модифицированные (например, метилированные, этилированные, оксипропилированные, ацетилированные и/или карбоксилированные) соединения целлюлозы, и может, в частности, содержать простые эфиры целлюлозы и сложные эфиры целлюлозы, например, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу или ацетат целлюлозы.
В одном варианте выполнения биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии, может содержаться в количестве от 0,1 до 3 мас.%, например, в количестве от 0,2 до 2 мас.%, например, в количестве от 0,35 до 1,5 мас.%, например, в количестве от 0,5 до 1 мас.%, от общей массы нетканого материала.
В одном варианте выполнения биоразлагаемый нетканый материал может содержать дополнительный агент, придающий прочность во влажном состоянии, в частности, не биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии. Примером дополнительного агента, придающего прочность во влажном состоянии, может быть эпихлоргидриновая смола, например, полиамид-полиамин-эпихлоргидриновая смола.
В одном варианте выполнения по меньшей мере часть волокон древесной массы скреплена друг с другом биоразлагаемым связующим. Выражение «связующее» в данном контексте может, в частности, обозначать химическое соединение, способное связываться (например, путем образования ковалентных связей, ионных взаимодействий или т.п.) с двумя или более волокнами, тем самым соединяя волокна между собой, что приводит к повышению прочности на растяжение полотна или ткани.
Например, биоразлагаемое связующее может быть выбрано из группы, состоящей из хитозана, модифицированного крахмала, производных целлюлозы, в частности, смесей карбоксиметилцеллюлозы и лимонной кислоты, связующих на основе белков, таких как казеин, и других компонентов. Также может быть применено сочетание двух или более компонентов. Другие подходящие биоразлагаемые связующие описаны в документе WO 2014/117964 A1, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
В одном варианте выполнения биоразлагаемое связующее может содержаться в количестве от 0,05 до 5 мас.%, например, в количестве от 0,1 до 4 мас.%, например, в количестве от 0,25 до 3 мас.%, например, в количестве от 0,5 до 2 мас.%, от общей массы нетканого материала.
В одном варианте выполнения Биоразлагаемое связующее дополнительно содержит добавку, например, глицерин, (предназначенную) служащую в качестве смягчающего агента, повышающего гибкость и драпируемость (высушенного) нетканого материала. Другими словами, глицерин или подобные смягчающие добавки могут быть добавлены к биоразлагаемому связующему или агенту, придающему прочность во влажном состоянии, для повышения гибкости и драпируемости высушенного нетканого материала.
Агент, придающий прочность во влажном состоянии, в контексте настоящей заявки и связующее в контексте настоящей заявки могут, в частности, различаться по времени применения. Агент, придающий прочность во влажном состоянии, обычно добавляют в смесь волокон перед формированием структуры волокнистого полотна или тканевой структуры. Например, агент, придающий прочность во влажном состоянии, может быть добавлен в напорный ящик бумагоделательной машины или перед ним. Связующее обычно наносят после формирования структуры волокнистого полотна или тканевой структуры, а также оно может быть нанесено даже после сплетения волокнистого полотна. Например, связующее может быть нанесено или добавлено в сплетенное волокнистое полотно, но предпочтительно до сушки сплетенного полотна. Также возможно нанесение связующего после сушки гидросплетенного полотна, но это будет менее эффективно из-за необходимости сушки полотна дважды. Связующее волокно может быть добавлено в смесь других волокон перед формированием структуры волокнистого полотна или тканевой структуры.
В одном варианте выполнения по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть скреплена друг с другом биоразлагаемым агентом, придающим прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемым связующим и, опционально, дополнительно биоразлагаемым связующим волокном. В частности, по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть скреплена друг с другом только биоразлагаемым агентом, придающим прочность во влажном состоянии; по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть скреплена друг с другом только биоразлагаемым связующим; по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть скреплена друг с другом биоразлагаемым агентом, придающим прочность во влажном состоянии, и биоразлагаемым связующим; по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть скреплена друг с другом биоразлагаемым агентом, придающим прочность во влажном состоянии, и биоразлагаемым связующим волокном; по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть скреплена друг с другом биоразлагаемым связующим и биоразлагаемым связующим волокном; и/или по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть скреплена друг с другом биоразлагаемым связующим, биоразлагаемым агентом, придающим прочность во влажном состоянии, и биоразлагаемым связующим волокном.
В одном варианте выполнения по существу все волокна, содержащиеся в биоразлагаемом нетканом материале, могут представлять собой биоразлагаемые волокна, в частности, по существу все волокна, содержащиеся в биоразлагаемом нетканом материале, могут представлять собой биоразлагаемые волокна, волокна древесной массы и, опционально, биоразлагаемое связующее волокно, как описано в настоящем документе. Другими словами, биоразлагаемый нетканый материал по существу может не содержать никаких других волокон помимо биоразлагаемых волокон, в частности, никаких других волокон помимо биоразлагаемых волокон, волокон древесной массы и, опционально, биоразлагаемого связующего волокна, как описано в настоящем документе. Что касается вариантов выполнения, «по существу не содержащих никаких других волокон помимо биоразлагаемых волокон», другие волокна, отличные от биоразлагаемых волокон, если таковые имеются, могут присутствовать в относительно небольших количествах до 10, до 5, до 3, до 2 или до 1 мас.% от общей массы нетканого материала.
2
2
2
2
В одном варианте выполнения биоразлагаемый нетканый материал может иметь граммаж или поверхностную плотность от 20 до 150 г/м, например, от 30 до 125 г/м, например, от 40 до 100 г/м, например, от 50 до 80 г/м.
В одном варианте выполнения нетканый материал не растворяется в воде. Выражение «растворимый» может, в частности, означать свойство нетканого материала распадаться или разлагаться в воде при приложении относительно низкой механической энергии, например, в ситуации, которая обычно возникает в туалете при смыве. В частности, при смыве растворимый нетканый материал может утрачивать целостность, например, некоторое количество отдельных волокон или совокупностей волокон может высвобождаться из ткани, и/или ткань может распадаться на несколько кусков. Выражение «нерастворимый» в данном контексте может, соответственно, означать свойство нетканого материала противостоять распаду в воде при приложении относительно низкой механической энергии, например, в ситуации, которая обычно возникает в туалете при смыве.
В одном варианте выполнения нетканый материал может быть обработан (пропитан) жидкость или лосьоном. Другими словами, нетканый материал может дополнительно содержать жидкость или лосьон. В этом случае нетканый материал может, в частности, представлять собой влажную салфетку или влажную санитарно-гигиеническую бумагу. Жидкость или лосьон особо не ограничены, и может быть применена любая жидкость или лосьон, обычно используемые в области влажных салфеток или влажной санитарно-гигиенической бумаги. Обычно жидкость или лосьон может содержать растворитель, например, воду, спирт или их смеси, поверхностно-активные вещества или детергенты, вещества для ухода за кожей, смягчающие вещества, увлажнители, отдушки, консерванты и т.д. в зависимости от предполагаемого использования.
В одном варианте выполнения биоразлагаемый нетканый материал демонстрирует повышение упругости материала, характеризующейся жесткостью на круговой изгиб, определенной согласно модификации испытания по стандарту ASTM D 4032-94, как дополнительно описано ниже, более чем на 25%, предпочтительно более чем на 50% и наиболее предпочтительно более чем на 75% по сравнению с нетканым материалом без биоразлагаемого связующего волокна, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, или биоразлагаемого связующего.
В одном варианте выполнения биоразлагаемый нетканый материал демонстрирует повышение упругости материала, характеризующейся жесткостью на изгиб в машинном направлении (MD) и/или в поперечном направлении (CD), определенной согласно модификации испытания по стандарту ISO 5628 (DIN 53 121), как дополнительно описано ниже, более чем на 25%, предпочтительно более чем на 50% и наиболее предпочтительно более чем на 75% по сравнению с нетканым материалом без биоразлагаемого связующего волокна, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, или биоразлагаемого связующего.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления биоразлагаемого нетканого материала, в частности, биоразлагаемого нетканого материала, описанного в настоящем документе.
Способ содержит этапы, на которых:
(a) формируют волокнистое полотно из смеси волокон, содержащей биоразлагаемые волокна и волокна древесной массы, или в качестве альтернативы формируют слой биоразлагаемых волокон, объединенный со слоем санитарно-гигиенической бумаги/бумаги;
(b) сплетают по меньшей мере часть биоразлагаемых волокон друг с другом путем водоструйной обработки волокнистого полотна или волокнистого полотна, объединенного со слоем санитарно-гигиенической бумаги; и
(c) сушат сплетенное волокнистое полотно.
Способ дополнительно содержит по меньшей мере один (например, один, любые два или все три) из следующих этапов, на которых:
(i) наносят биоразлагаемое связующее на сплетенное волокнистое полотно перед сушкой сплетенного волокнистого полотна,
(ii) добавляют биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии, в смесь волокон, и
(iii) смешивают биоразлагаемое связующее волокно со смесью волокон.
На этапе (a) волокнистое полотно может быть получено, например, обычным способом влажной укладки с использованием машины для влажной укладки, например, машины с наклонными иглами или машины с плоскими иглами, или способом суховоздушного формования нетканого материала. Обычный способ влажной укладки описан, например, в документе US 2004/0129632 A1, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Подходящий способ суховоздушного формования нетканого материала описан, например, в документе US 3,905,864, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Таким образом, волокнистое полотно может быть получено, например, способом влажной укладки или воздушной укладки.
В одном варианте выполнения волокнистое полотно получено способом влажной укладки. В другом варианте выполнения волокнистое полотно получено способом воздушной укладки. Также для формирования слоя биоразлагаемых волокон, объединенного со слоем волокон древесной массы, подходит сочетание способа кардочесания или способа суховоздушного формования, объединенного со способом воздушной укладки. Вместо способа воздушной укладки волокна древесной массы также могут подвергаться способу, в ходе которого слой санитарно-гигиенической бумаги/бумаги объединяется с волокнистым слоем перед попаданием на участок гидросплетения, где санитарно-гигиеническая бумага/древесная масса распадается и смешивается с биоразлагаемыми волокнами.
Смесь волокон, используемая для формирования волокнистого полотна, содержит биоразлагаемые волокна и волокна древесной массы и, опционально, может дополнительно содержать биоразлагаемое связующее волокно и/или биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии.
На этапе (b) по меньшей мере часть биоразлагаемых волокон сплетается друг с другом за счет водоструйной обработки волокнистого полотна. В частности, по меньшей мере часть биоразлагаемых волокон может быть сплетена друг с другом так, что по меньшей мере часть волокон древесной массы может быть захвачена в сплетенные биоразлагаемые волокна (сплетенное волокнистое полотно из биоразлагаемых волокон).
Выражение «водоструйная обработка» в данном контексте может, в частности, означать способ механического сплетения волокон путем воздействия на волокнистое полотно струями воды. Водоструйная обработка также может называться гидросплетением или спанлейсом. Водоструйная обработка обычно предусматривает подачу тонких струй воды под высоким давлением из множества форсунок на волокнистое полотно, находящееся на конвейерной ленте или на игольчатой ленте. Струи воды проходят через полотно, ударяются о ленту, от которой они могут отражаться, и снова проходят через полотно, что приводит к сплетению волокон. Таким образом, за счет водоструйной обработки волокнистого полотна волокна становятся сплетенными, в частности, гидросплетенными.
В одном варианте выполнения на сплетенное волокнистое полотно может быть нанесено биоразлагаемое связующее. Биоразлагаемое связующее может быть нанесено на сплетенное волокнистое полотно в виде раствора или дисперсии. Например, биоразлагаемое связующее может быть нанесено путем распыления или посредством другого средства нанесения жидкости, такого как клеильный пресс, плюсовка или другие. Может быть целесообразным удаление излишков воды перед нанесением связующего, особенно в случае нанесения распылением, путем применения вакуума, давления или другого способа удаления излишков воды для предотвращения разбавления связующего.
В одном варианте выполнения в биоразлагаемое связующее добавлен смягчающий агент, например, глицерин, для придания готовому нетканому материалу повышенной гибкости/драпируемости (снижения жесткости) в особенности в сухом состоянии.
На этапе (c) сушка сплетенного волокнистого полотна предпочтительно может выполняться так, что биоразлагаемое связующее волокно смягчается и/или частично плавится, в частности, термически активируется, и/или так, что биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемое связующее отверждается, в частности, подвергается химической реакции. В частности, сушка предпочтительно выполняется при (достаточно высокой) температуре для термической активации биоразлагаемого связующего волокна и/или инициирования химической реакции биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемого связующего, например, при температуре выше 80°C, например, выше 100°C, например, выше 120°C, например, выше 140°C, например, выше 180°C, в зависимости от конкретного используемого биоразлагаемого связующего волокна, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемого связующего.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к биоразлагаемому нетканому материалу, полученному способом изготовления биоразлагаемого нетканого материала, описанным в настоящем документе. В частности, биоразлагаемый нетканый материал, полученный способом изготовления биоразлагаемого нетканого материала, описанным в настоящем документе, может обладать любым из свойств или признаков биоразлагаемого нетканого материала в соответствии с первым аспектом, как описано выше.
В четвертом аспекте настоящее изобретение относится к салфетке или санитарно-гигиенической бумаге, содержащей или состоящей из биоразлагаемого нетканого материала, описанного в настоящем документе. В частности, нетканый материал в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в качестве салфетки или санитарно-гигиенической бумаги.
В одном варианте выполнения салфетка или санитарно-гигиеническая бумага может представлять собой сухую салфетку или сухую санитарно-гигиеническую бумагу. Сухие салфетки, в частности, могут использоваться в качестве кухонной санитарно-гигиенической бумаги/полотенец, полотенец для пола и бумажных полотенец, впитывающих жидкости.
В одном варианте выполнения салфетка или санитарно-гигиеническая бумага может представлять собой влажную салфетку или влажную санитарно-гигиеническую бумагу. Например, влажная салфетка может быть обработана жидкостью или лосьоном, как более подробно описано выше. Влажные салфетки, в частности, могут использоваться в качестве средств личной гигиены для очистки кожи, включая интимные места. Таким образом, влажные салфетки, в частности, могут использоваться в качестве средств личной гигиены, например, салфетки для лица или детские салфетки.
В одном варианте выполнения салфетка выбрана из группы, состоящий из салфеток для лица, косметических салфеток, детских салфеток, гигиенических салфеток, кухонных полотенец, бумажных полотенец, носовых платков (санитарно-гигиенической бумаги для лица), чистящей санитарно-гигиенической бумаги, очищающей санитарно-гигиенической бумаги, чистящих салфеток для пола и твердых поверхностей.
В пятом аспекте настоящее изобретение относится к использованию биоразлагаемого связующего, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемого связующего волокна для придания упругости салфетке или санитарно-гигиенической бумаге, содержащей биоразлагаемый нетканый материал (или для повышения упругости салфетки или санитарно-гигиенической бумаги, содержащей биоразлагаемый нетканый материал). Биоразлагаемое связующее, биоразлагаемый агент, придающий прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемое связующее волокно, в частности, могут относиться к примерам, проиллюстрированным выше. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что за счет использования биоразлагаемого связующего, биоразлагаемого агента, придающего прочность во влажном состоянии, и/или биоразлагаемого связующего волокна в биоразлагаемом нетканом материале можно придать упругость полученному нетканому материалу, а также салфетке или санитарно-гигиенической бумаге, содержащей его. Выражение «упругость» в данном контексте может, в частности, означать свойство тканевой структуры, например, эластичность или способность по меньшей мере частично возвращаться к исходной форме после смятия. Упругость может характеризоваться, например, жесткостью на круговой изгиб, определенной согласно модификации испытания по стандарту ASTM D 4032-94, и/или жесткостью на изгиб в машинном направлении (MD) и/или в поперечном направлении (CD), определенной согласно модификации испытания по стандарту ISO 5628 (DIN 53 121), как более подробно описано ниже.
Настоящее изобретение дополнительно описано со ссылкой на следующие далее примеры, которые приведены исключительно в целях иллюстрации конкретных вариантов выполнения и никоим образом не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения.
Примеры
2
Смесь из 20 мас.% вискозных волокон и 80 мас.% натуральных волокон древесной массы обработали в машине с наклонными иглами до получения поверхностной плотности 60 г/м, выполнили гидросплетение путем подачи струй воды, а затем высушили, как описано в патенте EP 2 985 375 B1.
Поскольку материал, полученный мокрой укладкой, не содержит связующее, для демонстрации эффекта применения разных связующих в качестве «исходной основы» используют основу. Из-за отсутствия связующего основа может «повторно активироваться» путем нанесения водной связующей системы, имитирующей технологический процесс.
Слой сплетенных волокон обработали тремя разными способами:
a) Водный раствор карбоксиметилцеллюлозы (0,4 мас.%), лимонной кислоты (0,1 мас.%) и дигидрогенфосфата натрия (0,06 мас.%) распылили при комнатной температуре (25°C) на поверхность исходной основы, описанной выше, так, что раствор равномерно распределился по поверхности исходной основы и впитался в материал за счет капиллярной силы. Образец высушили в лабораторной печи при температуре 120°C без непосредственного контакта с горячей поверхностью (воздушная сушка). Количество водного раствора карбоксиметилцеллюлозы и лимонной кислоты было выбрано так, чтобы после сушки материала до постоянной массы при температуре 120°C получить следующий состав материала:
19,6 мас.% вискозных волокон,
78,2 мас.% волокон древесной массы,
1,5 мас.% карбоксиметилцеллюлозы,
0,5 мас.% лимонной кислоты,
0,25 мас.% дигидрогенфосфата натрия.
b) Водный раствор карбоксиметилцеллюлозы (0,4 мас.%), лимонной кислоты (0,1 мас.%), дигидрогенфосфата натрия (0,06 мас.%) и глицерина (1 мас.%) распылили при комнатной температуре (25°C) на поверхность исходной основы, описанной выше, так, что раствор равномерно распределился по поверхности исходной основы и впитался в исходную основу за счет капиллярной силы. Образец высушили в лабораторной печи при температуре 120°C без непосредственного контакта с горячей поверхностью (воздушная сушка). Количество водного раствора карбоксиметилцеллюлозы, лимонной кислоты и глицерина было выбрано так, чтобы после сушки материала до постоянной массы при температуре 120°C получить следующий состав материала:
18,8 мас.% вискозных волокон,
75 мас.% волокон древесной массы,
1,5 мас.% карбоксиметилцеллюлозы,
0,5 мас.% лимонной кислоты,
0,25 мас.% дигидрогенфосфата натрия,
4 мас.% глицерина.
c) Водный раствор карбоксиметилцеллюлозы (0,4 мас.%), лимонной кислоты (0,1 мас.%), дигидрогенфосфата натрия (0,06 мас.%) и эпихлоргидринового агента, придающего прочность во влажном состоянии (Kymmene GHP 20, 0,05 мас.%) распылили при комнатной температуре (25°C) на поверхность исходной основы, описанной выше, так, что раствор равномерно распределился по поверхности исходной основы и впитался в исходную основу за счет капиллярной силы. Образец высушили в лабораторной печи при температуре 120°C без непосредственного контакта с горячей поверхностью (воздушная сушка). Количество водного раствора карбоксиметилцеллюлозы, лимонной кислоты и агента, придающего прочность во влажном состоянии, было выбрано так, чтобы после сушки материала до постоянной массы при температуре 120°C получить следующий состав материала:
19,5 мас.% вискозных волокон,
78 мас.% волокон древесной массы,
1,5 мас.% карбоксиметилцеллюлозы,
0,5 мас.% лимонной кислоты,
0,25 мас.% дигидрогенфосфата натрия,
0,25 мас.% эпихлоргидринового агента, придающего прочность во влажном состоянии.
Для определения влияния обработки гидросплетенной смеси вискозных волокон и волокон древесной массы на механические свойства, особенно на гибкость и упругость исходной основы и обработанных образцов a), b) и c), измерили следующие свойства материала, которые приведены в таблице 1:
1) Прочность на растяжение согласно стандарту ASTM D5035, измеренная при содержании влаги 200%.
2) Относительное удлинение при разрыве (стандарт ASTM D5035), измеренное при содержании влаги 200%.
3) Жесткость на круговой изгиб согласно модификации испытания по стандарту ASTM D 4032-94 при содержании влаги 200% (смотри ниже).
4) Прочность на продавливание (стандарт ASTM D774), измеренная при содержании влаги 200%.
5) Жесткость на двухточечный изгиб согласно модификации испытания по стандарту ISO 5628 (DIN 53 121) при содержании влаги 200%.
Измерение жесткости на двухточечный изгиб используется для определения упругости материала, характеризующей способность материала противостоять смятию.
Измерение жесткости на двухточечный изгиб согласно модификации испытания по стандарту ISO 5628 (DIN 53 121):
Жесткость на двухточечный изгиб измерили согласно модификации испытания по стандарту ISO 5628 (DIN 53 121). На Фиг. 3 показано примерное устройство для проведения измерений на образцах. Измерение может быть выполнено либо путем измерения усилия, необходимого для изгиба испытуемого образца до заданного угла, либо путем измерения и определения жесткости на изгиб, которая характеризует упругие свойства материала.
Образец для испытания (38 мм × 50 мм) с определенным содержанием влаги размещают в зажиме. После начала измерения зажим медленно поворачивают для перемещения свободного конца образца для испытания, контактирующего с датчиком нагрузки. Образец для испытания сгибают под выбранным углом 30°. Инструмент регистрирует усилие на протяжении всего процесса измерения. Затем зажим возвращают в исходное положение, и образец для испытания может быть извлечен.
Для определения изгибающего усилия и жесткости на изгиб использовали машину для испытания на изгиб компании Lorentzen-Wettre модели 016-94281 с использованием следующих настоек параметров: Угол α изгиба = 30°; Длина L изгиба = 1 мм; Скорость изгиба: 5°/с;
Ширина образца для испытания 38 мм.
b 30-1
С использованием соответствующей формулы была рассчитана жесткость на изгиб S:
Измерение повторили 6 раз и взяли среднее значение этих измерений.
Измерение жесткости на круговой изгиб используется для определения упругости материала, характеризующей способность материала восстанавливаться после смятия.
Измерение жесткости на круговой изгиб согласно модификации испытания по стандарту ASTM D 4032-94:
Жесткость на круговой изгиб измерили согласно модификации испытания по стандарту ASTM D 4032-94. На Фиг. 4 показано примерное устройство для проведения измерений жесткости на круговой изгиб (не в масштабе).
Жесткость на круговой изгиб измеряется как усилие, необходимое для проталкивания образца (38 мм × 38 мм) с содержанием влаги 200 мас.%, расположенного поверх отверстия, в отверстие с помощью поршня на определенное расстояние проникновения (смотри Фиг. 3).
Поршень выполнен из гладко отполированной нержавеющей стали длиной 72 мм и диаметром 6,3 мм, имеет свободный конец круглой формы радиусом 3 мм и используется для проталкивания образца в отверстие диаметром 18,75 мм в гладко отполированной пластине из нержавеющей стали, имеющей размеры 102 мм × 102 мм × 6,4 мм. Нахлесточный край отверстия расположен под углом 45° на глубине 4,8 мм.
Усилие, необходимое для проталкивания образца, лежащего на плоской поверхности отверстия с помощью поршня, отцентрированного над отверстием, в отверстие измеряется посредством датчика нагрузки, расположенного между поршнем и приводом, перемещающим поршень в отверстие. Для перемещения поршня и измерения усилия использовали испытательную машину компании Zwick модели Z.2.5/TN1S.
Жесткость на круговой изгиб определили как максимальное усилие, измеренное при проталкивании образца с помощью поршня со скоростью 500 мм/мин в отверстие глубиной 6,4 мм. Измерение повторили 5 раз и взяли среднее значение этих измерений.
Таблица 1
Образец
Прочность на растяжение в MD во влажном состоянии*(Н/50мм)
Прочность на растяжение в CD во влажном состоянии* (Н/50мм)
Относительное удлинение при разрыве в MD во влажном состоянии* (%)
Относительное удлинение при разрыве в CD во влажном состоянии* (%)
Жесткость на изгиб в MD во влажном состоянии* (мкНм)
Жесткость на изгиб в CD во влажном состоянии* (мкНм)
Жесткость на круговой изгиб во влажном состоянии*<b></b>(Н)
Прочность на продавливание во влажном состоянии*(кПа)
Контрольный образец
7,5
5,4
30,0
48,7
0,48
0,31
0,020
32,8
a)
8,3
4,9
34,6
57,0
1,44
0,62
0,033
36,7
b)
13,1
7,3
27,8
53,0
1,31
0,75
0,025
34,2
c)
16,3
10,8
23,8
46,5
1,59
0,67
0,045
41,2
*Образцы имеют содержание воды 200 мас.%
Образец
Прочность на растяжение в MD в сухом состоянии**(Н/50мм)
Прочность на растяжение в CD в сухом состоянии**(Н/50мм)
Относительное удлинение при разрыве в MD в сухом состоянии**(%)
Относительное удлинение при разрыве в CD в сухом состоянии**(%)
Жесткость на изгиб в MD в сухом состоянии** (мкНм)
Жесткость на изгиб в CD в сухом состоянии** (мкНм)
Жесткость на круговой изгиб в сухом состоянии(Н)
Контрольный образец
16,57
8,42
11,96
31,70
8,71
2,95
0,195
a)
29,28
15,48
8,60
32,49
23,12
7,46
0,452
b)
30,28
16,30
8,22
26,61
19,75
8,51
0,398
c)
29,52
15,13
7,53
28,18
19,07
8,29
0,400
** Образцы имеют содержание влаги 8%
MD - машинное направление образца
CD - поперечное направление образца
Данные в таблице 1 демонстрируют возрастающее значение упругости полотна по отношению к механической деформации, измеренной как жесткостью на изгиб, так и жесткостью на круговой изгиб. Также очевиден положительный эффект добавления агента, придающего прочность во влажном состоянии, (образец c)), о чем свидетельствует увеличенные значения при том же содержании связующего.
Сравнение жесткости на изгиб и жесткости на круговой изгиб (в сухом состоянии) контрольного образца и образца a) показывает значительное увеличение жесткости сухого материала после нанесения связующего и смягчающий эффект добавления глицерина, снижающий жесткость материала, что важно при применении в качестве сухой салфетки. При применении в качестве влажной салфетки добавленный раствор/лосьон служит в качестве увлажняющего агента, так что добавление глицерина может не потребоваться.
В настоящее время отсутствуют стандартизированные методы измерения, описывающие количественное определение способности полотна противостоять смятию. Однако этот эффект может быть легко продемонстрирован путем смачивания образцов водой до содержания воды 400 мас.% и смятия образца размером 20 см × 20 см в кулаке.
На Фигуре 1 показаны фотографии контрольного образца, подвергнутого испытанию на смятие, где левая фотография иллюстрирует плоский смоченный образец до смятия, средняя фотография иллюстрирует образец, смятый в кулаке, и правая фотография иллюстрирует образец после смятия.
На Фигуре 2 показаны фотографии образца из биоразлагаемого нетканого материала в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения, подвергнутого испытанию на смятие, где левая фотография иллюстрирует плоский смоченный образец до смятия, средняя фотография иллюстрирует образец, смятый в кулаке, и правая фотография иллюстрирует образец после смятия.
В то время как контрольный образец остается в виде смятого в комок материала подобно санитарно-гигиенической бумаге без агента, придающего прочность во влажном состоянии, как показано на Фиг. 1, другие образцы обладают способностью расправляться, как показано на Фиг. 2, которая становится более выраженной при усилении скрепления волокон древесной массы, что коррелирует с увеличением прочности на продавливание и жесткости на круговой изгиб.
Простое испытание на смятие демонстрирует существенное увеличение упругости гидросплетенной смеси биоразлагаемых волокон и волокон древесной массы за счет добавления связующего после гидросплетения, которое скрепляет волокна древесной массы друг с другом, формируя целостный слой в структуре сплетенных биоразлагаемых волокон. Это отчетливо видно по увеличению жесткости на круговой изгиб, характеризующей способность материала противостоять смятию, при попытке вернуть листу исходную плоскую форму перед смятием. Сравнение прочности на растяжение и относительного удлинения при разрыве образца a) и контрольного образца демонстрирует, что сами по себе эти свойства не подходят для определения/оценки эффекта повышения упругости.
Хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на конкретные варианты выполнения и примеры, настоящее изобретение не ограничивается ими, и возможны различные изменения и модификации без отклонения от объема настоящего изобретения.