ВСПЕНЕННОЕ КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОЛОТНО С НИЗКИМ ПОКАЗАТЕЛЕМ СЖАТИЯ ВО ВЛАЖНОМ СОСТОЯНИИ
FOAMED COMPOSITE WEB WITH LOW WET COMPRESSION RATIO

Настоящая заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США № 62/250227, поданной 3 ноября 2015 года, содержание которой включено в данный документ.
Предпосылки изобретения
Волокно древесной целлюлозы представляет собой природное волокно, широко применяемое в продуктах для личной гигиены и других путях домашнего применения благодаря своим полезным свойствам, как например, оно является очень хорошим поглощающим веществом, является относительно мягким и биоразлагаемым. Кроме того, волокна древесной целлюлозы представляют собой легкодоступный возобновляемый ресурс, который является относительно недорогим. В качестве конкретных примеров волокна древесной целлюлозы обычно применяются в поглощающих сердцевинах для подгузников, а также в салфетках. Однако волокна древесной целлюлозы неустойчивы к влаге, и жесткость при изгибе волокон древесной целлюлозы значительно снижается при увлажнении. Данное свойство является проблемным во многих изделиях. В данном отношении многие способы применения и/или продукты, в которых используются волокна древесной целлюлозы, требуют поддержания способности удерживать жидкость и/или объем после первоначального намокания. Например, поглощающие изделия для личной гигиены, такие как подгузники, часто носят в течение продолжительных периодов времени, и они должны быть способны эффективно удерживать и поглощать несколько намоканий или излияний. Аналогично, в различных способах применения для протирания желательно, чтобы способность удерживать жидкость и объем не терялись после первоначального намокания, поскольку салфетка часто используется для очистки определенных поверхностей только после того, как на нее нанесли водную очищающую композицию. Потеря объемной, открытой структуры может снижать эффективность очистки и/или долговечность салфеток, которые содержат значительные количества древесной целлюлозы.
Устойчивость полотен к влаге, в том числе древесной целлюлозы, пытались улучшить путем включения различных связующих средств и адгезивных средств. В качестве примера, структуры, полученные способом суховоздушного формования, взаимодействуют для перемешивания как целлюлозных волокон, так и синтетических волокон с образованием нетканого полотна. Что касается нетканых полотен, образованных способом суховоздушного формования, то такие полотна имеют тенденцию характеризоваться высоким значением объема, поскольку с помощью способов суховоздушного формования обычно достигается открытая и неориентированная структура волокна. Однако, если такие полотна, полученные аэродинамическим холстоформованием, характеризуются значительными уровнями содержания волокон древесной целлюлозы, то их характеристики все еще часто страдают от низкого показателя целостности при намокании, часто сжимаются (т. е. теряют объем) при намокании. Если целостность при намокании полотен, полученных аэродинамическим холстоформованием, можно улучшить путем уменьшения количества волокон древесной целлюлозы и добавления значительных уровней содержания волокон связующего средства или адгезивного средства, при этом изменение в композиции нетканого полотна часто приводит к тому, что нетканое полотно теряет требуемые качества, такие как поглощающая способность, мягкость и/или гибкость.
Таким образом, существует необходимость в поглощающих композиционных материалах, в которых могут быть достигнуты требуемые комбинации объема, поглощающей способности и мягкости, и в которых сохраняется устойчивость к влаге, что делает их более подходящими для применения в продуктах для личной гигиены и других способах применения.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение предусматривает поглощающий композиционный пеноматериал, содержащий: (i) от приблизительно 5 до приблизительно 40% по весу водостойких волокон; (ii) от приблизительно 30 до приблизительно 80% по весу целлюлозных волокон; (iii) от приблизительно 5 до приблизительно 35% по весу связующего средства; (iv) пенообразующее поверхностно-активное вещество. В поглощающих композиционных материалах по настоящему изобретению межволоконное связывание достигается по меньшей мере в двух аспектах: связующим средством, которое образует связи между смежными волокнами в точках контакта волокон, а также с помощью водородных связей, также образующихся между смежными целлюлозными волокнами. Следовательно, поглощающий композиционный пеноматериал может характеризоваться показателем ультранизкой плотности, составляющим от приблизительно 0,04 г/куб. см до приблизительно 0,005 г/куб. см, и при этом еще характеризоваться показателем сохранения толщины во влажном состоянии, составляющим более чем 40%. В определенных вариантах осуществления поглощающий композиционный пеноматериал может характеризоваться плотностью, составляющей от приблизительно 0,02 г/куб. см до приблизительно 0,005 г/куб. см. Кроме того, поглощающий композиционный пеноматериал может содержать от приблизительно 0,05 до приблизительно 5% по весу пенообразующего поверхностно-активного вещества. В дополнительных вариантах осуществления поглощающий композиционный пеноматериал может содержать в большей мере волокна древесной целлюлозы и характеризоваться значением удержания влаги, превышающим приблизительно 60%.
В определенных вариантах осуществления также предусмотрен многослойный слоистый материал, включающий первый слой, который содержит поглощающий композиционный пеноматериал, описанный в данном документе, и второй слой, содержащий полотно, выбранное из группы, состоящей из полотен, полученных влажным холстоформованием, полотен, полученных аэродинамическим холстоформованием, и полотен, полученных водоструйным скреплением. В конкретном варианте осуществления нетканое полотно второго слоя может содержать полотно на основе бумаги, характеризующееся плотностью от приблизительно 0,5 г/куб. см до приблизительно 0,04 г/куб. см, и которое содержит по меньшей мере приблизительно 95% целлюлозных волокон. В еще других вариантах осуществления поглощающий композиционный пеноматериал и многослойные слоистые материалы, описанные в данном документе, могут применяться в качестве салфеток с возможностью раздачи, в том числе например в стопке влажных салфеток с возможностью раздачи. В еще дополнительных вариантах осуществления поглощающий композиционный пеноматериал и многослойные слоистые материалы, описанные в данном документе, могут применяться как часть поглощающей сердцевины или слоя для распределения жидкости в поглощающем продукте для личной гигиены, например таком, как подгузник или изделие для женской гигиены.
Графические материалы
На фигуре 1 представлен вид в перспективе раздаточного устройства, вмещающего стопку поглощающих композиционных листов по настоящему изобретению.
На фигуре 2 представлен вид сверху поглощающего изделия для личной гигиены, содержащего поглощающий композиционный материал по настоящему изобретению.
Описание изобретения
Влагоустойчивые поглощающие композиционные материалы по настоящему изобретению с низким значением базового веса получают путем образования сильно расширяющегося, высокопористого пеноматериала из предшественника пеноматериала или взвеси, содержащих (i) пенообразующую текучую среду; (ii) волокна, устойчивые к текучей среде, (iii) целлюлозные волокна; (iv) связующее средство; (v) пенообразующее поверхностно-активное вещество и необязательно одно или более (vi) стабилизаторов пеноматериала; и/или (vii) дополнительные добавки.
Предшественник пеноматериала/взвесь
Пенообразующая текучая среда
В практике осуществления настоящего изобретения можно применять любые или более известные пенообразующие текучие среды, совместимые с другими компонентами. Подходящие носители включают без ограничения воду и т. д. Пенообразующая текучая среда предпочтительно содержит по меньшей мере приблизительно 85% взвеси. В определенных вариантах осуществления пенообразующая текучая среда может содержать от приблизительно 90% до приблизительно 99,9% взвеси. В других определенных вариантах осуществления пенообразующая текучая среда может содержать от приблизительно 93% до 99,5% взвеси или даже от приблизительно 95% до приблизительно 99,0% взвеси.
Волокна, устойчивые к текучей среде
Волокна, устойчивые к текучей среде, включают таковые, которые являются устойчивыми к пенообразующей текучей среде, а именно, таковые, которые являются непоглощающими, и на жесткость при изгибе которых фактически не влияет присутствие пенообразующей текучей среды. Как отмечено выше, обычно пенообразующая текучая среда будет содержать воду. В качестве неограничивающего примера водостойкие волокна включают волокна, такие как полимерные волокна, содержащие полиолефин, сложный полиэфир, полиамид, полимер молочной кислоты или другие волокнообразующие полимеры. Полиолефиновые волокна, такие как полиэтилен и полипропилен, особенно хорошо подходят для применения в настоящем изобретении. Кроме того, перекрестносшитые целлюлозные волокна с высокой степенью сшивания, характеризующиеся незначительными поглощающими свойствами, также можно применять в данном документе. В связи с этим, из-за очень низких уровней поглощающей способности по отношению к воде водостойкие волокна не претерпевают значительного изменения в показателях жесткости при изгибе в случае приведения в контакт с водной текучей средой и, таким образом, способны поддерживать открытую композиционную структуру при намокании. Водостойкие волокна предпочтительно характеризуются показателем водоудерживающей способности (WRV), составляющим менее чем приблизительно 1, и еще более предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,5. В определенных аспектах предпочтительно, чтобы волокна представляли собой непоглощающие волокна.
Синтетические волокна могут характеризоваться длиной волокна, составляющей более чем приблизительно 0,2 мм, в том числе, например, характеризоваться средним размером волокна, составляющим от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 50 мм, или от приблизительно 0,75 до приблизительно 30 мм, или даже от приблизительно 1 мм до приблизительно 25 мм.
Целлюлозные волокна
Широкое разнообразие целлюлозных волокон считается подходящим для применения в данном документе. Целлюлозные полотна с ультранизкой плотностью по настоящему изобретению могут, в одном аспекте, содержать традиционные волокна для производства бумаги, такие как волокна древесной целлюлозы, образованные с помощью множества способов варки целлюлозы, такие как крафт-целлюлоза, сульфитная целлюлоза, отбеленная химикотермомеханическая целлюлоза (BCTMP), химикотермомеханическая целлюлоза (CTMP), термомеханическая целлюлоза с прикладыванием давления (PTMP), термомеханическая целлюлоза (TMP), термомеханическая химическая целлюлоза (TMCP) и т. д. Только в качестве примера, волокна и способы получения волокон древесной целлюлозы раскрыты в US 4793898 Laamanen et al.; US 4594130 Chang et al.; US 3585104 Kleinhart; US 5595628 Gordon et al.; US 5522967 Shet; и т. д. Кроме того, волокна могут представлять собой любое из древесной целлюлозы с большой и средней длиной волокон, древесной целлюлозы с небольшой и средней длиной волокон или их смеси. Примеры пригодной древесной целлюлозы с большой и средней длиной волокон включают волокна из мягких пород древесины, таких как без ограничения древесина мягких северных пород, древесина мягких южных пород, красное дерево, красный кедр, тсуга, сосна (например, южные сосны), ель (например, черная ель) и т. п. Примеры пригодных волокон целлюлозы небольшой и средней длины включают волокна из твердых пород древесины, таких как без ограничения эвкалипт, клен, береза, осина и т. п.
Кроме того, при необходимости, можно использовать вторичные волокна, полученные из повторно используемых материалов, таких как волокнистая масса из таких источников, как, например, газетная бумага, регенерированный картон и канцелярский мусор. В особенно предпочтительном варианте осуществления очищенные волокна используются в полотне на основе бумаги таким образом, что можно сократить общее количество сырых волокон и/или волокон с большой и средней длиной волокна, таких как волокна из мягких пород древесины.
Независимо от происхождения волокна древесной целлюлозы, волокна древесной целлюлозы предпочтительно характеризуются средней длиной, составляющей более чем приблизительно 0,2 мм и менее чем приблизительно 3 мм, такой как от приблизительно 0,35 мм до приблизительно 2,5 мм, или от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 2 мм, или даже от приблизительно 0,7 мм до приблизительно 1,5 мм.
Кроме того, другие целлюлозные волокна, которые считаются подходящими для применения в получении целлюлозных полотен по настоящему изобретению, включают недревесные волокна, такие как хлопок, абака, бамбук, кенаф, трава сабаи, лен, эспарто, солома, джут, конопля, багасса, волокна из отходов молочая и волокна из листьев ананаса. Еще дополнительно, другие целлюлозные волокна для получения полотен на основе бумаги включают синтетические типы целлюлозного волокна, в том числе вискозное волокно во всех его разновидностях и другие волокна, полученные из вискозы или химически модифицированной целлюлозы, например такие как те, которые доступны под торговыми названиями LYOCELL и TENCEL. Недревесные и синтетические целлюлозные волокна могут характеризоваться длиной волокна, составляющей более чем приблизительно 0,2 мм, в том числе, например, характеризоваться средним размером волокна, составляющим от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 50 мм, или от приблизительно 0,75 до приблизительно 30 мм, или даже от приблизительно 1 мм до приблизительно 25 мм. В общих чертах, при использовании волокон относительно большей средней длины часто будет предпочтительным применять относительно высокие количества пенообразующего поверхностно-активного вещества для того, чтобы способствовать получению пеноматериала с требуемой стабильностью.
Содержание твердых веществ, в том числе водостойких волокон, целлюлозных волокон и любых других волокон или материалов в форме частиц, содержащихся в данном документе, предпочтительно составляет не более чем приблизительно 15% взвеси. В определенных вариантах осуществления целлюлозные волокна могут составлять от приблизительно 0,1% до приблизительно 15% взвеси, или от приблизительно 0,2 до приблизительно 10% взвеси, или даже от приблизительно 0,5% до приблизительно 8% взвеси.
Связующее средство
Связующие материалы, подходящие для применения в настоящем изобретении, включают без ограничения термопластичные связующие волокна и водосовместимые адгезивные средства, например такие как латексы. Важно отметить, что связующее средство будет включать таковое, которое является нерастворимым в воде в высушенном целлюлозном полотне. В определенных вариантах осуществления латексы, применяемые в настоящем изобретении, могут быть катионными или анионными для облегчения нанесения и адгезии по отношению к целлюлозному волокну. Например, латексы, которые считаются подходящими для применения по настоящему изобретению, включают без ограничения анионные сополимеры стирола и бутадиена, гомополимеры поливинилацетата, сополимеры винилацетата и этилена, сополимеры винилацетата и акриловой кислоты, сополимеры этилена и винилхлорида, терполимеры этилена, винилхлорида и винилацетата, сополимеры акрилата и поливинилхлорида, акриловые полимеры, нитриловые полимеры, а также другие подходящие анионные латексные полимеры, известные из уровня техники. Примеры таких латексов описаны в US 4785030 Hager, US 6462159 Hamada, US 6752905 Chuang et al. и т. д. Примеры подходящих термопластичных связующих волокон включают без ограничения однокомпонентные и многокомпонентные волокна, содержащие по меньшей мере один термопластичный полимер с относительно низкой температурой плавления, такой как полиэтилен. В определенных вариантах осуществления можно применять штапельные волокна с полиэтиленовой/полипропиленовой оболочкой/сердцевиной. Связующие волокна могут характеризоваться значениями длины, соответствующими волокнам, описанным в данном документе выше в отношении синтетических целлюлозных волокон.
Связующие средства в жидкой форме, такие как латексные эмульсии, могут содержать от приблизительно 0% до приблизительно 10% взвеси. В определенных вариантах осуществления неволокнистое связующее средство может содержать от приблизительно 0,1% до 10% взвеси, или даже от приблизительно 0,2% до приблизительно 5%, или даже от приблизительно 0,5% до приблизительно 2% взвеси. При применении, связующие волокна можно добавлять пропорционально к другим компонентам для достижения требуемых соотношений волокон и структуры, поддерживая при этом общее содержание твердых веществ взвеси ниже вышеуказанных количеств.
Пенообразующее поверхностно-активное вещество
Полотна с ультранизкой плотностью на основе бумаги по настоящему изобретению получают с применением одного или более поверхностно-активных веществ, способных к образованию стабильного сильно расширяющегося пеноматериала. Волокна и поверхностно-активное вещество вместе с пенообразующей жидкостью и какими-либо дополнительными компонентами нуждаются в образовании стабильной дисперсии, способной фактически сохранять высокую степень пористости в течение периода, превышающего продолжительность процесса высушивания. В данном отношении поверхностно-активное вещество выбирают таким образом, чтобы обеспечивать взвесь пеноматериала, характеризующегося стабильностью в течение по меньшей мере 15 минут и еще более предпочтительно по меньшей мере 30 минут. Пенообразующее поверхностно-активное вещество, применяемое во взвеси, может быть выбрано из одного или более, известных из уровня техники, которые способны обеспечивать требуемую степень стабильности пеноматериала. В связи с этим, пенообразующее поверхностно-активное вещество может быть выбрано из анионного, катионного, неионного и амфотерного поверхностно-активных веществ, при условии, что они в отдельности или в комбинации с другими компонентами обеспечивают необходимую стабильность пеноматериала. Следует иметь в виду, что можно применять более одного поверхностно-активного вещества, в том числе оба различных типа поверхностно-активных веществ, и более одного поверхностно-активного вещества того же типа.
Анионные поверхностно-активные вещества, которые считаются подходящими для применения по настоящему изобретению, включают без ограничения анионные сульфатные поверхностно-активные вещества, алкилэфирсульфонаты, алкиларилсульфонаты или их смеси или комбинации. Примеры алкиларилсульфонатов включают без ограничения алкилбензолсульфоновые кислоты и их соли, диалкилбензолдисульфоновые кислоты и их соли, диалкилбензолсульфоновые кислоты и их соли, алкилфенолсульфоновые кислоты/конденсированные алкилфенолсульфоновые кислоты и их соли или их смесь или комбинации. Примеры дополнительных анионных поверхностно-активных веществ, которые считаются подходящими для применения в настоящем изобретении, включают сульфорицинаты щелочных металлов, сульфированные сложные эфиры глицерина и жирных кислот, такие как сульфированные моноглицериды кислот кокосового масла, соли сульфированных сложных эфиров одновалентных спиртов, такие как олеилизетионат натрия, мыла металлов и жирных кислот, амиды аминосульфоновых кислот, такие как натриевая соль олеилметилтаурида, сульфированные продукты нитрилов жирных кислот, такие как пальмитонитрилсульфонат, алкилсульфаты щелочных металлов, такие как лаурилсульфат натрия, лаурилсульфат аммония или лаурилсульфат триметиламина, сульфаты эфиров, содержащие алкильные группы из 8 или более атомов углерода, такие как лаурилэфирсульфат натрия, лаурилэфирсульфат аммония, алкиларилэфирсульфаты натрия и алкиларилэфирсульфаты аммония, сложные эфиры серной кислоты полиоксиэтиленового алкилэфира, соли натрия, соли калия и соли аминов алкилнафтилсульфоновой кислоты. Определенные фосфатные поверхностно-активные вещества, в том числе сложные эфиры фосфорной кислоты, такие как сложные эфиры лаурилфофата натрия или таковые, которые доступны от Dow Chemical Company под торговым названием TRITON, также считаются подходящими для применения в данном отношении. Особенно востребованным анионным поверхностно-активным веществом является додецилсульфат натрия (SDS).
Катионные поверхностно-активные вещества также считаются подходящими для применения по настоящему изобретению. Пенообразующие катионные поверхностно-активные вещества включают без ограничения монокарбиламмониевые соли, дикарбиламмониевые соли, трикарбиламмониевые соли, монокарбилфосфониевые соли, дикарбилфосфониевые соли, трикарбилфосфониевые соли, карбилкарбоксисоли, соли четвертичного аммония, имидазолины, этоксилированные амины, четвертичные фосфолипиды и т. д. Примеры дополнительных катионных поверхностно-активных веществ включают разнообразные амины и амиды жирных кислот и их производные, а также соли аминов и амидов жирных кислот. Примеры алифатических аминов жирных кислот включают додециламинацетат, октадециламинацетат и ацетаты аминов талловых жирных кислот, гомологи ароматических аминов, содержащие жирные кислоты, такие как додециланалин, жирные амиды, полученные из алифатических диаминов, такие как ундецилимидазолин, жирные амиды, полученные из алифатических диаминов, такие как ундецилимидазолин, жирные амиды, полученные из дизамещенных аминов, такие как олеиламинодиэтиламин, производные этилендиамина, соединения четвертичного аммония и их соли, примерами которых являются талловый хлорид триметиламмония, хлорид диоктадецилдиметиламмония, хлорид дидодецилдиметиламмония, хлорид дигексадециламмония, гидроксиды алкилтриметиламмония, гидроксид диоктадецилдиметиламмония, талловый гидроксид триметиламмония, гидроксид триметиламмония, хлорид метилполилксиэтиленкокоаммония и метосульфат дипальмитилгидроксиэтиламмония, амидные производные аминоспиртов, такие как бета-гидроксилэтилстеариламид, и соли аминов длинноцепочечных жирных кислот. Дополнительные примеры катионных поверхностно-активных веществ, которые считаются подходящими для применения по настоящему изобретению, включают хлорид бензалкония, хлорид бензетония, бромид цетримония, хлорид дистеарилдиметиламмония, гидроксид тетраметиламмония и т. д.
Неионные поверхностно-активные вещества, которые считаются подходящими для применения в настоящем изобретении, включают без ограничения конденсаты этиленоксида с длинноцепочечным жирным спиртом или жирной кислотой, конденсаты этиленоксида с амином или амидом, продукты конденсации этилена и пропиленоксидов, алкилоламид жирных кислот и оксиды жирных аминов. Различные дополнительные примеры неионных поверхностно-активных веществ включают стеариловый спирт, сорбитанмоностеарат, октилглюкозид, монододециловый эфир октаэтиленгликоля, лаурилглюкозид, цетиловый спирт, кокамид MEA, монолаурин, алкиловые эфиры полиоксиалкилена, такие как длинноцепочечный алкиловый эфир полиэтилена (12-14C), эфиры полиоксиалкиленсорбитана, сложные эфиры полиоксиалкиленалкоксилата, эфиры полиоксиалкиленалкилфенола, сополимеры этиленгликоля и пропиленгликоля, поливиниловый спирт, алкилполисахариды, полиэтиленгликольсорбитанмоноолеат, октилфенолэтиленоксид и т. д.
Пенообразующее поверхностно-активное вещество по необходимости можно применять в варьирующих количествах с достижением требуемых стабильности пеноматериала и содержания воздуха. В определенных вариантах осуществления пенообразующее поверхностно-активное вещество может содержать от приблизительно 0,01% до приблизительно 5% взвеси. В определенных других вариантах осуществления пенообразующее поверхностно-активное вещество может содержать от приблизительно 0,05% до приблизительно 3% взвеси или даже от приблизительно 0,1% до приблизительно 2% взвеси.
Стабилизаторы пеноматериала
Предшественник пеноматериала или взвесь могут необязательно также содержать один или более стабилизаторов пеноматериала, известных из уровня техники, и которые совместимы с компонентами взвеси и в дополнение не препятствуют водородному связыванию между целлюлозными волокнами. Стабилизирующие средства для пеноматериала, которые считаются подходящими для применения в настоящем изобретении, представляют собой без ограничения одно или более цвиттер-ионных соединений, оксидов аминов, алкилированных полиалкиленоксидов или их смесь или комбинацию. Конкретные примеры стабилизаторов пеноматериала включают без ограничения оксид кокоамина, оксид изононилдиметиламина, оксид н-додецилдиметиламина и т. д.
Стабилизатор пеноматериала может содержать от приблизительно 0,01% до приблизительно 2% взвеси. В определенных других вариантах осуществления стабилизатор пеноматериала может содержать от приблизительно 0,05% до приблизительно 1% взвеси или даже от приблизительно 0,1% до приблизительно 0,5% взвеси.
Дополнительные добавки
Предшественник пеноматериала может необязательно содержать один или более поглощающих материалов или частиц, например, широко известных как сверхпоглощающие материалы (SAM). Как правило, SAM предусматривается в форме частиц и в определенных аспектах может включать полимеры ненасыщенных карбоновых кислот или их производных. Эти полимеры часто делают водонерастворимыми, однако набухающими в воде, путем сшивания полимера с ди- или полифункциональным внутренним сшивающим средством. Эти внутренне перекрестносшитые полимеры являются по меньшей мере частично нейтрализованными и обычно содержат боковые анионные карбоксильные группы на основной цепи полимера, которые придают полимеру способность поглощать водные текучие среды, такие как текучие среды организма. Как правило, частицы SAM подвергаются постобработке для сшивания боковых анионных карбоксильных групп на поверхности частицы. SAM производятся с помощью известных методик полимеризации, предпочтительно с помощью полимеризации в водном растворе с использованием гелевой полимеризации. Продукты данного процесса полимеризации представляют собой водные полимерные гели, т. е. гидрогели SAM, которые уменьшают в размерах с помощью механических усилий, затем высушивают с использованием высушивающих процедур и оборудования, известных из уровня техники. После процесса высушивания следует измельчение полученных в результате частиц SAM до требуемого размера частиц. Примеры сверхпоглощающих материалов включают без ограничения описанные в US 7396584 Azad et al., US 7935860 Dodge et al., US 2005/5245393 Azad et al., US 2014/09606 Bergam et al., WO 2008/027488 Chang et al. и т. д. Кроме того, чтобы облегчить переработку, SAM можно обрабатывать для придания материалу временных свойств отсутствия поглощаемости во время образования взвеси и образования сильнорасширяющегося пеноматериала. Например, в одном аспекте SAM можно обрабатывать водорастворимым защитным покрытием, характеризующимся скоростью растворения, при которой SAM фактически не подвергается воздействию водного носителя, пока не образовался сильнорасширяющийся пеноматериал и не начались операции высушивания. Как альтернатива, чтобы предотвратить или ограничить преждевременное расширение во время переработки, можно вводить SAM в процесс при низких температурах.
Необязательно можно добавлять одну или более добавок для придания прочности во влажном состоянии к предшественнику пеноматериала или взвеси для того, чтобы способствовать улучшению относительной прочности композиционного целлюлозного материала с ультранизкой плотностью. Такие добавки для придания прочности, подходящие для применения по отношению к волокнам при получении бумаги и производстве полотна на основе бумаги, известны из уровня техники. Временные добавки для придания прочности во влажном состоянии могут быть катионными, неионными или анионными. Примеры этих временных добавок для придания прочности во влажном состоянии включают PAREZ™ 631 NC и временные смолы для придания прочности во влажном состоянии PAREZ(R) 725, которые представляют собой катионные глиоксилированные полиакриламиды, доступные от Cytec Industries, расположенной в Западном Патерсоне, Нью Джерси. Эти и подобные смолы описаны Coscia et al. в US 3556932 и Williams et al US 3556933. Дополнительные примеры временных добавок для придания прочности во влажном состоянии включают диальдегидные крахмалы и другие альдегидсодержащие полимеры, такие как описанные Schroeder et al. в US 6224714; Shannon et al. в US 6274667; Schroeder et al. в US 6287418 и Shannon et al. в US 6365667 и т. д.
Постоянные средства для придания прочности во влажном состоянии, содержащие катионные олигомерные или полимерные смолы, также можно применять в настоящем изобретении. Смолы типа полиамид-полиамин-эпихлоргидрина, такие как KYMENE 557H, продаваемого Hercules, Inc., расположенной в Уилмингтоне, Делавэр, являются наиболее широко применяемыми постоянными средствами для придания прочности во влажном состоянии и подходят для применения в настоящем изобретении. Такие материалы были описаны Keim в следующем документе US 3700623; Keim в US 3772076; Petrovich et al. в US 3855158; Petrovich et al. в US 3899388; Petrovich et al. в US 4129528; Petrovich et al. в US 4147586; van Eenam в US 4222921 и т. д. Другие катионные смолы включают полиэтилeниминовые смолы и аминопластные смолы, полученные путем реакции формальдегида с меламином или мочевиной. Постоянные и временные смолы для придания прочности во влажном состоянии могут применяться совместно в производстве композиционных целлюлозных продуктов по настоящему изобретению. Далее, смолы для придания прочности в сухом состоянии также необязательно можно применять по отношению к композиционным целлюлозным полотнам по настоящему изобретению. Такие материалы могут включать без ограничения модифицированные крахмалы и другие полисахариды, такие как катионный, амфотерный и анионный крахмалы, и гуаровая камедь, и камедь бобов рожкового дерева, модифицированные полиакриламиды, карбоксиметилцеллюлоза, сахара, поливиниловый спирт, хитозан и т. п.
Такие добавки для придания прочности во влажном и сухом состоянии могут содержать от приблизительно 0,01 до приблизительно 5% взвеси. В других определенных вариантах осуществления добавки для придания прочности могут содержать от приблизительно 0,05% до приблизительно 2% взвеси или даже от приблизительно 0,1% до приблизительно 1% взвеси.
Еще другие дополнительные компоненты можно добавлять к взвеси до тех пор, пока они не будут значительно препятствовать образованию сильнорасширяющегося стабильного пеноматериала, водородному связыванию между целлюлозными волокнами или другим требуемым свойствам полотна. В качестве примеров, если требуется, дополнительные добавки могут включать один или более пигментов, средств для придания непрозрачности, противомикробных средств, модификаторов pH, средств, полезных для кожи, отдушек и т. д. для влияния на один или несколько физических или эстетических качеств или улучшения таковых. В определенных вариантах осуществления композиционные целлюлозные полотна могут содержать средства, полезные для кожи, например, такие как антиоксиданты, вяжущие средства, кондиционеры, смягчающие средства, дезодорирующие средства, анальгезирующие средства для наружного применения, пленкообразователи, гигроскопические вещества, гидротропы, модификаторы pH, модификаторы поверхности, защитные средства для кожи и т. д. При применении, разнообразные добавки предпочтительно содержат менее чем приблизительно 2% взвеси, и еще более предпочтительно менее чем приблизительно 1% взвеси, и даже менее чем приблизительно 0,5% взвеси.
Образование поглощающего композита
Образование сильнорасширяющегося пеноматериала
На предшественника пеноматериала или взвесь воздействуют с образованием сильнорасширяющегося пеноматериала. Более конкретно, на взвесь воздействуют таким образом, чтобы образовался высокопористый пеноматериал, характеризующийся содержанием воздуха, составляющим более чем приблизительно 50% по объему, и предпочтительно содержанием воздуха, составляющим более чем приблизительно 60% по объему. В определенных аспектах образуется сильнорасширяющийся пеноматериал, характеризующийся содержанием воздуха, составляющим от приблизительно 60% до приблизительно 95%, и в дополнительных аспектах от приблизительно 65% до приблизительно 85%. В определенных вариантах осуществления на сильнорасширяющийся пеноматериал можно воздействовать с введением воздушных пузырьков таким образом, чтобы соотношение расширения (объем воздуха и взвеси в расширенном стабильном пеноматериале) составляло более чем 1:1, и при этом в определенных вариантах осуществления соотношение воздух:взвесь может составлять от приблизительно 1:1,1 до приблизительно 1:20, или от приблизительно 1:1,5 до приблизительно 1:15, или от приблизительно 1:2 до приблизительно 1:10, или даже от приблизительно 1:3 до приблизительно 1:5.
Сильнорасширяющийся пеноматериал можно получать с помощью одного или более методов, известных из уровня техники. Примеры подходящих способов включают без ограничения интенсивное механическое встряхивание, вдувание сжатого воздуха и т. д. Смешивание компонентов посредством применения высокоскоростного устройства для перемешивания с высоким значением сдвига особенно хорошо подходит для применения в образовании требуемых высокопористых пеноматериалов. Различные устройства для перемешивания с высоким значением сдвига известны из уровня техники и считаются подходящими для применения в настоящем изобретении. В устройствах для перемешивания с высоким значением сдвига обычно применяется бак, в котором содержится предшественник пеноматериала и/или одна или более труб, через которые направляется предшественник пеноматериала. В устройствах для перемешивания с высоким значением сдвига могут применяться серии сит и/или роторов для работы с предшественником и для осуществления интенсивного перемешивания компонентов и воздуха. В конкретном варианте осуществления предусмотрен бак, снабженный одним или более роторами или лопастными колесами и связанными статорами. Роторы или лопастные колеса вращаются на высоких скоростях для обеспечения потока и сдвига. Воздух можно, например, вводить в бак при различных положениях или просто с помощью втягивания при действии устройства для перемешивания. Поскольку специфическая конструкция устройства для перемешивания может влиять на скорости, необходимые для достижения требуемого смешивания и сдвига, то в определенных вариантах осуществления подходящие скорости ротора могут составлять более чем приблизительно 500 об/мин и, например, составлять от приблизительно 1000 об/мин до приблизительно 6000 об/мин, или от приблизительно 2000 об/мин до приблизительно 4000 об/мин. В определенных вариантах осуществления, в отношении устройств для перемешивания с высоким значением сдвига на основе ротора, устройство для перемешивания может работать во взвеси пеноматериала вплоть до исчезновения завихрения во взвеси.
Кроме того, отмечается, что процесс пенообразования можно осуществлять в одной стадии образования пеноматериала или в последовательных стадиях образования пеноматериала. Например, в одном варианте осуществления все компоненты можно смешивать вместе с образованием взвеси, из которой образуется сильнорасширяющийся пеноматериал. Как альтернатива, в пенообразующую текучую среду можно добавлять один или более отдельных компонентов, образуя первоначальную смесь (например, дисперсию или пеноматериал), после чего к первоначальной вспененной взвеси можно добавлять оставшиеся компоненты, а затем все компоненты действуют с образованием конечного сильнорасширяющегося пеноматериала. В связи с этим можно первоначально смешивать воду и пенообразующее поверхностно-активное вещество, и при этом они воздействуют с образованием первоначального пеноматериала перед добавлением каких-либо твердых веществ. Затем к пеноматериалу на основе воды/поверхностно-активного вещества можно добавлять целлюлозные волокна, и затем они дополнительно действуют с образованием конечного сильнорасширяющегося пеноматериала. В качестве дополнительной альтернативы воду и волокна можно интенсивно перемешивать с образованием первоначальной дисперсии, после чего добавляют пенообразующее поверхностно-активное вещество и другие компоненты с образованием второй смеси, которую затем перемешивают, и она действует с образованием сильнорасширяющегося пеноматериала.
Образование поглощающего композита
Формование листа
После образования, на сильнорасширяющийся пеноматериал можно воздействовать с тем, чтобы удалить пенообразующую текучую среду (например, воду) без фактической потери или разрушения пористой структуры и с тем, чтобы сформовалось композиционное целлюлозное полотно с ультранизкой плотностью. Обычно это будет включать высушивание сильнорасширяющегося пеноматериала методом без применения давления. Сильнорасширяющийся пеноматериал можно высушивать с помощью одного или более способов, известных из уровня техники, например, таких как нагревание излучением, таким как микроволны или инфракрасное излучение, индукционное нагревание, нагревание с помощью проводимости или конвекции, такое как с помощью осторожного (без применения давления) высушивания на воздухе или т. п. В качестве примера, и в отношении высушивания на воздухе, сильнорасширяющийся пеноматериал можно подавать на перфорированную материю или решетку (т. е. формующую материю) и направлять горячий сухой воздух через пеноматериал. В связи с этим, требуемые скорости потока являются достаточно низкими с тем, чтобы не вызывать значительного сжатия и/или разрушения пузырьков воздуха, распределенных в материале. Как альтернатива, лист сильнорасширяющегося пеноматериала можно помещать в конвекционную печь и нагревать до требуемой степени. Следует понимать, что температуры, применяемые в операции высушивания, не должны быть высокими настолько, чтобы чрезмерно расплавить какое-либо связующее волокно, которое может присутствовать не в таком количестве, чтобы вызывать значительную потерю пузырьков воздуха внутри материала. Пеноматериал предпочтительно высушивают с получением композиционного целлюлозного полотна, где остается менее чем приблизительно 10% пенообразующей жидкости. В определенных вариантах осуществления высушенное композиционное целлюлозное полотно будет характеризоваться содержанием воды от приблизительно 1% до приблизительно 8% или дополнительно от приблизительно 2% до 5%.
В одном аспекте сильнорасширяющийся пеноматериал можно направлять на формующую материю или форму и распределять по ним с образованием листоподобной структуры. Распределение и высота пеноматериала будут выбираться в отношении и/или пропорционально требуемым размерам высушенного целлюлозного полотна.
Поглощающий композит
После сушки композиционный целлюлозный материал или лист по настоящему изобретению будут характеризоваться очень низкими значениями плотности, например ниже 0,05 г/куб. см. В связи с этим, композиционный целлюлозный лист может характеризоваться плотностью, составляющей ниже чем приблизительно 0,04 г/куб. см, как например, плотностью, составляющей от приблизительно 0,04 г/куб. см до приблизительно 0,005 г/куб. см, от приблизительно 0,02 г/куб. см до приблизительно 0,005 г/куб. см или даже от приблизительно 0,099 г/куб. см до приблизительно 0,005 г/куб. см. Вместе с этим, в определенных аспектах композиционное целлюлозное полотно или лист могут содержать высокопористую структуру, характеризующуюся сетью взаимосвязанных пор, распространяющихся по толщине листа. В определенных вариантах осуществления значительное количество и/или большинство пор будут характеризоваться сферической формой.
Композиция поглощающего композиционного материала может варьироваться во многих отношениях для получения требуемых функции и/или свойств. В определенных вариантах осуществления поглощающий композит может содержать следующее:
i. от приблизительно 5 до приблизительно 40% по весу водостойких волокон, в том числе, например, содержать от приблизительно 10% до приблизительно 40% или от приблизительно 20% до приблизительно 40% водостойких волокон;
ii. от приблизительно 30 до приблизительно 80% по весу целлюлозных волокон, в том числе, например, содержать от приблизительно 30% до приблизительно 60% или от приблизительно 30% до приблизительно 45% целлюлозных волокон;
iii. от приблизительно 5% до приблизительно 35% по весу связующего средства или связующих волокон, в том числе, например, содержать от приблизительно 10% до приблизительно 30% или от приблизительно 15% до приблизительно 30% связующего средства или связующего средства;
iv. менее чем приблизительно 5% по весу пенообразующего поверхностно-активного вещества, в том числе, например, содержать от приблизительно 0,01% до приблизительно 5%, или от приблизительно 0,05% до приблизительно 3%, или от приблизительно 0,5% до приблизительно 2% пенообразующего поверхностно-активного вещества;
v. (в случае применения) менее чем приблизительно 2% по весу стабилизатора пеноматериала, в том числе, например, содержать от приблизительно 0,01% до приблизительно 2% или от приблизительно 0,05% до приблизительно 2% стабилизатора пеноматериала;
vi. (в случае применения) менее чем приблизительно 5% по весу средства, повышающего прочность, в том числе, например, содержать от приблизительно 0,05% до приблизительно 3% или от приблизительно 0,1% до приблизительно 2% средства, повышающего прочность;
vii. (в случае применения) менее чем приблизительно 45% по весу SAM, в том числе, например, содержать от приблизительно 1% до приблизительно 45% или от приблизительно 10% до приблизительно 40% SAM.
В зависимости от способа высушивания пеноматериала, часть пенообразующего поверхностно-активного вещества может быть удалена с водой. Однако, независимо от способа высушивания, количество пенообразующего поверхностно-активного вещества останется на волокнах и внутри вспененного поглощающего композиционного материала.
Более конкретно, несмотря на значительное содержание частей целлюлозных волокон, таких как древесная целлюлоза, и характеризующихся очень низкими значениями плотности, поглощающий композит может характеризоваться показателем сохранения толщины во влажном состоянии, составляющим более чем 40%, более чем 50% или даже более чем 60%. В определенных вариантах осуществления поглощающий композит может характеризоваться показателем сохранения толщины во влажном состоянии, составляющим менее чем приблизительно 98%, менее чем приблизительно 95% или даже менее чем приблизительно 90%. В дополнительных конкретных вариантах осуществления целлюлозные полотна с ультранизкой плотностью по настоящему изобретению могут характеризоваться показателем сохранения толщины во влажном состоянии, составляющим от приблизительно 50 до приблизительно 99%, от приблизительно 60 до приблизительно 99% или от приблизительно 85 до 99%.
Толщину и базовый вес листа можно выбирать по желанию для удовлетворения потребностей конкретного изделия для личной гигиены или другого поглощающего изделия, включающего в себя таковые. В связи с этим, композиционное целлюлозное полотно или лист могут иметь толщину, выбранную с обеспечением требуемой степени поглощающей способности и/или объема, и в определенных аспектах могут характеризоваться толщиной, составляющей от приблизительно 0,5 до приблизительно 45 мм, или, в альтернативных вариантах осуществления, от приблизительно 1 мм до 30 мм. Композиционное целлюлозное полотно или лист можно превращать в изделие для протирания, поглощающее изделие (такое как изделие для личной гигиены) или компонент таких изделий. Можно по необходимости выбирать форму и/или размер композиционного целлюлозного полотна или листа для обеспечения достаточного объема, площади поверхности и/или выполнения предназначенной функции либо по отдельности, либо в качестве компонента в многокомпонентном изделии.
Изделия для протирания
В зависимости от путей применения в качестве изделия для протирания, например, такого как салфетка для лица, косметическая салфетка, туалетная салфетка, столовая салфетка или другое изделие для протирания, целлюлозный тканевый лист может характеризоваться толщиной, составляющей от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 5 мм, или, в других вариантах осуществления, от приблизительно 1 мм до приблизительно 3 мм. В определенных вариантах осуществления, в случаях применения для протирания и очистки, композиционный целлюлозный лист может характеризоваться базовым весом, составляющим по меньшей мере приблизительно 10 г/кв. м, как например, характеризоваться базовым весом, составляющим от приблизительно 10 г/кв. м до приблизительно 100 г/кв. м, или от приблизительно 15 г/кв. м до приблизительно 90 г/кв. м, или даже от приблизительно 20 г/кв. м до приблизительно 80 г/кв. м.
В зависимости от продукта для протирания и/или очистки, можно выбрать форму и/или размер изделия для получения достаточной площади поверхности для обеспечения возможности пользователю очищать и/или осуществлять уход за надлежащей частью(-ями) тела. В качестве примера, для многих путей применения в личной гигиене, для изделия будет целесообразно характеризоваться максимальным диаметром, составляющим приблизительно 5-45 см, или, в других вариантах осуществления, от приблизительно 7 до приблизительно 35 см или от приблизительно 10 см до приблизительно 30 см. Для определенных продуктов для личной гигиены, включая применение в качестве продукта для очищения лица и/или косметического продукта, изделие предпочтительно имеет длину, составляющую 5-30 см, и ширину приблизительно 5-30 см, в том числе например характеризуется размерами от 25 см (L) x 25 см (W) до 5 см (L) x 5 см (W). Если требуется, форма изделия может различаться и может включать прямолинейную, криволинейную и неправильную формы. В качестве примера, изделие может быть круглым, эллиптическим, овальным, квадратным, прямоугольным и многоугольным и т. п.
Изделия для протирания и/или очистки по настоящему изобретению могут в определенных аспектах включать продукты с несколькими прослойками, где по меньшей мере один из слоев содержит композиционное целлюлозное полотно с ультранизкой плотностью, описанное в данном документе. В одном аспекте отдельные слои могут быть образованы по отдельности, а затем присоединены друг к другу с помощью одного или более способов, известных из уровня техники, например, таких как с помощью адгезивных средств, «обжима» или компрессионного связывания (например, применением давления), термического связывания (например, если слой содержит одно или более термопластичных связующих волокон) и т. д. В одном аспекте полотна с несколькими прослойками могут иметь тисненый рисунок. Такие методики тиснения и/или образования нескольких прослоек известны из уровня техники, и примеры включают без ограничения описанные Nystrand в US 3867225; Schulz в US 4320162; Veith в US D305181 и т. д. Дополнительно и/или в качестве альтернативы композиционное целлюлозное полотно с ультранизкой плотностью может быть сформовано непосредственно на втором слое или с таковым, с образованием объединенного и/или когерентного многослойного слоистого материала.
В определенных аспектах продукт на основе бумаги может содержать многослойный продукт или продукт с несколькими прослойками, который содержит первое полотно на основе бумаги, включающее композиционное целлюлозное полотно с ультранизкой плотностью, описанное в данном документе, и второе полотно на основе бумаги, характеризующееся одним или более различными свойствами из таковых полотна на основе бумаги с ультранизкой плотностью. В одном аспекте второе полотно на основе бумаги может характеризоваться плотностью, составляющей от 0,5 г/куб. см до 0,04 г/куб. см, или, в дополнительных вариантах осуществления, плотностью, составляющей от приблизительно 0,3 г/куб. см до приблизительно 0,05 г/куб. см. Кроме того, второй лист на основе бумаги может характеризоваться базовым весом, составляющим от приблизительно 10 до приблизительно 100 г/кв. м или от приблизительно 20 до приблизительно 90 г/кв. м. Для определенных продуктов, представляющих собой салфетку для лица, каждый из слоев может характеризоваться базовым весом, составляющим от приблизительно 10 до приблизительно 20 г/кв. м. Однако для более прочных бумажных продуктов, таких как бумажное полотенце, в определенных вариантах осуществления каждый из слоев может характеризоваться базовым весом, составляющим от приблизительно 15 г/кв. м до приблизительно 40 г/кв. м. Толщина листов может, в определенных вариантах осуществления, составлять от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 5 мм или, в других вариантах осуществления, от приблизительно 1 мм до приблизительно 3 мм. Вторая прослойка может, в определенных вариантах осуществления, содержать по меньшей мере приблизительно 95% целлюлозных волокон, по меньшей мере приблизительно 98% целлюлозных волокон или по меньшей мере приблизительно 99% целлюлозных волокон. Кроме того, волокна, составляющие вторую прослойку, могут, в определенных вариантах осуществления, полностью состоять (100%) из целлюлозных волокон. В одном аспекте вторая прослойка может содержать лист на основе бумаги, полученный влажным формованием. Листы на основе бумаги, полученные влажным формованием, образованные с помощью способа высушивания на воздухе, хорошо подходят для применения в соединении со вспененным тканевым листом по настоящему изобретению; эти тканевые полотна обычно характеризуются относительно большим объемом и поглощающей способностью, чем традиционные ткани, полученные влажным прессованием, и в определенных вариантах осуществления могут быть сформованы с поверхностной текстурой для улучшения эффективности очистки и/или удержания. Листы на основе бумаги данного типа описаны и получены с помощью способов, описанных Trokhan в US 4191609; Van Phan et al. в US 5443691; Wendt et al. в US 5672248; Burazin et al. в US 6787000; Malden et al. в US 2015/0176221 и Burazin et al. в WO 2015/080726; содержание которых включено в данный документ с помощью ссылки в той степени, в которой оно согласуется с настоящим изобретением. Кроме того, в определенных вариантах осуществления второе полотно может содержать лист на основе бумаги, полученный влажным формованием, высушенный с помощью способа применения давления во влажном состоянии, и который характеризуется относительно большей плотностью и более компактной, плоской ориентацией волокон. Такие полотна на основе бумаги часто сушат на янки-цилиндре и крепируют на одной или обеих сторонах для дополнительного увеличения объема и улучшения прочности листа. Листы на основе бумаги данного типа описаны и получены с помощью способов, описанных Edwards et al. в US 4894118; Kessner et al. в US 4942077; Hermans et al. в US 6454904; Bradley et al. в WO 2015/066036; содержание которых включено в данный документ с помощью ссылки в той степени, в которой оно согласуется с настоящим изобретением.
В определенных вариантах осуществления продукт на основе бумаги с несколькими прослойками по настоящему изобретению может содержать полотно на основе бумаги с ультранизкой плотностью, описанное в данном документе, присоединенное к нетканому полотну. Нетканые полотна можно образовывать в результате многих способов, например, таких как способы технологии мелтблаун, способы технологии спанбонд, способы воздушной укладки, способы технологии коформ, способы получения связанного кардочесанного полотна, способы водоструйного скрепления и т. п. В качестве неограничивающего примера, различные нетканые полотна и способы их получения описаны Butin et al. в US 3849241, Appel et al. в US 4340563, Meitner et al. в US 4443513, Ali Kahn et al. в US 4548856, Abba et al. в US 4853281, Pike et al. в US 5382400, Griesbach et al. в US 5575874, Kobylivker et al. в US 6224977, Close et al., в US 6811638 Lange et al. в US 6946413, Gusky et al. в US 2004/0192136, Gusky et al. в US 2006/0008621, Anderson et al. в US 4100324, Georger et al. в US 5350624, Jackson et al. в US 2011/151596, Evans в US 3485706, Bunting et al. в US 3620903, Viazmensky et al. в US 5009747, Everhart et al. в US 5284703, Marmon et al. в US 6200669 и т. д. В определенных аспектах нетканые полотна могут характеризоваться базовым весом, составляющим от приблизительно 15 г/кв. м до приблизительно 240 г/кв. м, или, в альтернативных вариантах осуществления, приблизительно 20-190 г/кв. м или приблизительно 25-90 г/кв. м. В связи с этим, волокнистый материал содержит более чем приблизительно 25% по весу синтетических волокон, и в определенных вариантах осуществления приблизительно 40% - 100% синтетических волокон, и в еще дополнительных вариантах осуществления приблизительно 55% - 100% синтетических волокон. Синтетические волокна могут содержать полимеры, например, такие как полиолефин, сложный полиэфир, полиамид, полимер молочной кислоты или другие волокнообразующие полимеры.
В дополнительном аспекте продукт с несколькими прослойками по настоящему изобретению может содержать композиционный целлюлозный продукт с ультранизкой плотностью, описанный в данном документе, наложенный на нетканое полотно из целлюлозных синтетических волокон, например такое как вискоза. В одном аспекте продукт с несколькими прослойками может содержать продукт на основе бумаги с ультранизкой плотностью, описанный в данном документе, соединенный с биоразлагаемым и/или нетканым полотном, способным смываться в канализацию. Примеры биоразлагаемых и/или нетканых материй, способных смываться в канализацию, включают без ограничения описанные Pomplun et al. в US 5948710, Win et al. в US 5667635, Mumick et al. в US 6043317, Noelle в WO 2007/110497, Vogel et al. в US 2011/0290437, Zwick et al. в US 2015/118466 и т. д.
В определенных вариантах осуществления композиционное целлюлозное полотно с ультранизкой плотностью, описанное в данном документе, может содержать внешний слой или прослойку в слоистом материале с несколькими прослойками. В альтернативных вариантах осуществления многослойный продукт на основе бумаги может содержать 3 или более слоев. В определенных таких вариантах осуществления, и в отношении полотна с несколькими прослойками, имеющего 3 или более прослойки, композиционное целлюлозное полотно с ультранизкой плотностью, описанное в данном документе, может содержать внутреннюю или центральную прослойки, и где первая и вторая внешние прослойки могут содержать полотна на основе бумаги, полученные влажным холстоформованием, или нетканые полотна, описанные в данном документе выше. Кроме того, в таких вариантах осуществления первая и вторая внешние прослойки могут быть из одного и того же или различных материалов.
Продукты или листы для протирания, включающие или содержащие поглощающие композиционные материалы, описанные в данном документе, могут предусматриваться в стопке, и их, если требуется, включают в контейнер или ориентируют в нем. Кроме того, если требуется, стопку листов можно сворачивать, чтобы улучшить эффективность использования и/или раздачи. Стопку(-и) продуктов для протирания предпочтительно расположить так, чтобы облегчить удаление или раздачу, и в определенных вариантах осуществления можно расположить для облегчения дозируемой раздачи. Листы могут быть сложены по отношению друг к другу с различными известными конфигурациями наложения, как например, сложены в форме V, сложены в форме Z, сложены в форме W, сложены вчетверо и т. д. Оборудование и способы получения стопок салфеток, выполненных с возможностью раздачи, известны из уровня техники; при этом их примеры включают без ограничения описанные Frick et al. в US 3401927; Clark et al. в US 4502675; Onekama в US 5310398, Sosalla et al. в US 6612462 и т. д. Что касается форматов продуктов, в которых используется непрерывный листовой материал, например в определенных свернутых форматах, то желательно, чтобы влажные салфетки, выполненные с возможностью разделения по отдельности, имели перфорированные или ослабленные линии разрыва, которые обеспечивали бы возможность разделения на меньшие отдельные листы требуемых формы и размера. Конкретная высота стопки и число листов могут варьироваться в зависимости от предусмотренного формата и применения. Однако в определенных вариантах осуществления стопка может содержать от 3 до 250 отдельных продуктов для протирания или листов, в дополнительных вариантах осуществления может содержать от приблизительно 10 до 150 отдельных продуктов для протирания или листов и в дополнительных вариантах осуществления может содержать от приблизительно 10 до 90 отдельных продуктов для протирания или листов.
Стопка продуктов для протирания может помещаться внутри контейнера, адаптированного для их содержания и/или раздачи. Многочисленные такие контейнеры, например пакеты и/или раздаточные устройства, известны из уровня техники и подходят для применения в данном документе. В одном аспекте контейнер содержит множество перегородок, ограничивающих внутреннее пространство. В одном аспекте контейнер может содержать мягкую упаковку, образованную из тонкой полимерной пленки, и необязательно дополнительно содержать повторно герметизируемое или повторно закрывающееся раздаточное отверстие для доступа к продуктам для протирания, содержащимся в нем. Примеры раздаточных устройств с мягкой упаковкой включают без ограничения описанные Dailey в US 4863064, Herzberg et al. в US 5524759, Heathcock et al. в US 6012572, House et al. US 7527152, Bauer et al. WO 96/37138, Foley et al. US 2010/155284 и т. д. В дополнение, фактически жесткие раздаточные устройства, подходящие для раздачи продуктов на основе бумаги, по настоящему изобретению включают без ограничения описанные в Nelson et al. US 3369700, Enloe et al. US 3369699, Buczwinski et al. US 5785179, Huang et al. US 7028840, Long et al. US 7543423, Decker et al. US 2005/211718, Fulscher et al. US 2007/0235466 и т. д. В конкретном варианте осуществления, таком как можно увидеть, ссылаясь на фигуру 1, стопка 22 отдельных продуктов или листов для протирания 20 может быть расположена внутри контейнера или раздаточного устройства 24. Стопка листов 22 расположена внутри стенок 24 раздаточного устройства 23 и может занимать фактическую большую часть внутреннего пространства раздаточного устройства 23. Раздаточное устройство 23 может иметь по меньшей мере одну боковую панель, такую как верхняя боковая панель 26, на которой имеется раздаточное отверстие 28, через которое можно извлекать отдельные листы 20. Обычно раздаточное отверстие 28 будет иметь выступ или крышку (не показано), которые расположены над раздаточным отверстием, но которые сконструированы так, чтобы извлекаться конечным пользователем во время применения. Для облегчения раздачи одного листа за раз или дозируемой раздачи, раздаточное отверстие 28 может быть снабжено мягкой мембраной или пленкой 27, которые частично перекрывают раздаточное отверстие и сконструированы с возможностью обеспечения силы трения в отношении листа 20, который извлекается, и облегчая таким образом надлежащее отделение отдельного листа 20 из стопки 22.
Поглощающие изделия для личной гигиены
Поглощающие изделия для личной гигиены в основном содержат проницаемый для жидкости верхний лист, который обращен к носителю, и непроницаемые для жидкости нижний лист или наружное покрытие. Между верхним листом и наружным покрытием расположена поглощающая сердцевина. В связи с этим, верхний лист и наружное покрытие часто соединены и/или герметически закрыты для заключения в них поглощающей сердцевины. Хотя определенные аспекты настоящего изобретения описаны в контексте конкретного поглощающего изделия для личной гигиены, легко можно понять, что подобные пути применения в других типах поглощающих изделий для личной гигиены и/или дополнительных конфигурациях или изменениях конкретных конфигураций, обсуждаемых ниже, могут применяться специалистом в данной области техники без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.
В конкретном варианте осуществления и со ссылкой на фиг. 2 подгузник 50 может содержать непроницаемое для жидкости наружное покрытие 54, проницаемый для жидкости верхний лист 52, расположенный лицевой стороной к наружному покрытию 54, и поглощающую сердцевину 56 между наружным покрытием 54 и верхним листом 52. Подгузник 50 может иметь формы различных типов, например, полностью прямоугольную форму, T-форму, в форме песочных часов и т. д. Верхний лист 52 в целом имеет одинаковую протяженность с наружным покрытием 54, однако при необходимости может необязательно охватывать область, которая больше или меньше области наружного покрытия 54. Хотя это и не показано, следует понимать, что части подгузника, как например крайняя секция наружного покрытия, могут выходить за пределы и вокруг концевых краев продукта и образовывать часть слоя, обращенного к телу. Подгузник 50 также имеет торцевые края 62, выполненные с возможностью для прилегания вокруг талии носителя, и центральную область 64, выполненную так, чтобы проходить приблизительно в области крестца, а также обеспечения отверстий для ног в комбинации с торцевыми краями 62. Крепежные элементы 61 обычно расположены рядом с торцевыми краями 62 для закрепления подгузника вокруг носителя.
Верхний лист или обращенный к телу прокладочный материал 52, как схематически проиллюстрировано на фиг. 2, предпочтительно представляют собой обращенную к телу поверхность, которая является эластичной, мягкой на ощупь и не раздражает кожу носителя. Желательно, чтобы верхний слой 52 использовался для того, чтобы способствовать изолированию кожи потребителя от жидкостей, удерживаемых в поглощающей сердцевине 56. Верхние листы хорошо известны в данной области техники и могут изготавливаться из широкого выбора материалов, таких как поропласты, сетчатые пеноматериалы, пластмассовые пленки с отверстиями, природные волокна (шерстяные, хлопковые волокна и т. д.), синтетические волокна (т. е. сложный полиэфир, полипропилен, полиэтилен и т. д.), сочетания природных и синтетических волокон и т. д. Верхние листы могут содержать один слой или несколько слоев, которые содержат комбинацию из одного или более материалов. Нетканые материи и слоистые материалы из них обычно применяются для образования верхних листов. Подходящие материалы для верхних листов включают без ограничения описанные Pike et al. в US 5382400; Kirby et al. в US 5415640; Sauer в US 5527300; Dodge et al. в US 5994615; Everett et al. в US 6383960; Daley et al. в US 6410823; Biggs et al. в US 2014/0121623 и т. д.
Нижний лист или наружное покрытие 54 содержат непроницаемый для жидкости материал. Предпочтительно, чтобы наружное покрытие содержало материал, который препятствует прохождению жидкостей, однако дает возможность воздуху и водяному пару проходить сквозь него. Наружное покрытие может содержать один слой материала или несколько слоев, в том числе один или более слоев из различных материалов. В конкретном варианте осуществления наружное покрытие может содержать пленку, неподвижно соединенную или связанную с одним или более неткаными полотнами. Конкретную структуру и композицию наружного покрытия можно выбирать из различных комбинаций пленок и/или материй. В связи с этим, самые наружные слои, как правило, выбирают для обеспечения требуемых прочности, износостойкости, тактильных свойств и/или эстетических свойств. Как правило, в качестве примера применяются нетканые материи в качестве самого наружного слоя наружного покрытия. Подходящие наружные покрытия включают без ограничения описанные Brock et al. в US 4041203; McCormack et al. US 6075179 et al.; McCormack et al. в US 6111163; Cho et al. в US 2015/099086 и т. д.
Между непроницаемым для жидкости внешним покрытием 54 и проницаемым для жидкости верхним листом 52 расположена поглощающая сердцевина 56. Поглощающая сердцевина может сама по себе содержать несколько слоев, характеризующихся одинаковыми или различными поглощающими свойствами. В данном отношении поглощающая сердцевина часто содержит одно или более поглощающих материалов, включающих без ограничения сверхпоглощающие частицы, волокна древесной целлюлозы, синтетические волокна древесной целлюлозы, синтетические волокна и их комбинации. Поглощающая сердцевина может иметь любую из множества форм, и при этом размер поглощающей сердцевины и выбор материалов в данном отношении будет варьировать в зависимости от требуемой вместимости, предполагаемого применения поглощающего изделия и других факторов, известных специалисту в данной области техники. Примеры различных структур поглощающей сердцевины и/или дополнительных поглощающих материалов, которые можно применять в связи с настоящим изобретением, включают без ограничения описанные Kellenberger et al. в US 4699823; Abuto et al в US 5458592; Melius et al. в US 5601542; Blenke et al. в US 6129720; Everett et al. в US 6383960; Elliker et al. в US 7938813; Dodge et al. в US 2002/0183703 и т. д. В одном аспекте поглощающая сердцевина может содержать один или более слоев, где по меньшей мере один слой содержит композиционное целлюлозное полотно или лист с ультранизкой плотностью, описанные в данном документе. Кроме того, в определенных вариантах осуществления поглощающая сердцевина может содержать множество наложенных друг на друга целлюлозных композиционных материалов с ультранизкой плотностью, описанных в данном документе.
Кроме того, в отношении поглощающего изделия для личной гигиены также является обычным применять слой для распределения жидкости или «впитывающий» слой 58 поверх поглощающей сердцевины 56 для увеличения зазора и/или регуляции скорости, с которой жидкость, поступающая в поглощающее изделие, достигает поглощающей сердцевины. Однако в других вариантах осуществления слой для перемещения жидкости в качестве альтернативы и/или дополнительно может располагаться под поглощающей сердцевиной (не показано). Такие материалы могут содержать одно или более нетканых полотен, в том числе, например, без ограничения многофункциональные материалы, полученные аэродинамическим холстоформованием, пленочные с отверстиями/нетканые слоистые материалы, нетканые материи с высокой упругостью пучка шерсти и т. д. Примеры различных слоев для распределения жидкости включают без ограничения описанные Latimer et al. в US 5364382; Bolwerk et al. в US 6437214; Mace et al. в US 6534149; Lindsay et al в US 6617490 и т. д. В определенных вариантах осуществления поглощающее изделие для личной гигиены может содержать слой для распределения жидкости, который содержит целлюлозный композиционный материал с ультранизкой плотностью, описанный в данном документе.
Изделия для личной гигиены могут необязательно содержать один или более дополнительных элементов или компонентов. В данном отношении многочисленные дополнительные признаки и различные конструкции известны из уровня техники. В качестве нескольких примеров, и ссылаясь на фигуру ФИГ. 2, подгузник может дополнительно включать эластичные манжеты для ног 65, эластичный пояс 60, отвороты для контроля текучей среды 66 и т. д. Специалист в данной области техники поймет использование и применение полотен с ультранизкой плотностью по настоящему изобретению посредством подобных способов для других поглощающих изделий для личной гигиены, включая, например, предметы одежды для взрослых, страдающих недержанием, прокладки/подкладки для страдающих недержанием, гигиенические прокладки, ежедневные прокладки, прокладки для пота, бандажи и т. д. В дополнение, другие поглощающие изделия, которые могут содержать один или более слоев полотен с ультранизкой плотностью по настоящему изобретению, включают без ограничения детские нагрудники и сменные прокладки, наматрасники, прокладочный материал для пищевых лотков и т. д.
Композиционные целлюлозные полотна и продукты с ультранизкой плотностью могут необязательно включать один или более дополнительных элементов или компонентов, известных из уровня техники. Таким образом, хотя настоящее изобретение было подробно описано в соответствии с конкретными вариантами осуществления и/или их примерами, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что различные вариации, модификации и другие изменения могут быть сделаны согласно настоящему изобретению в пределах сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, предполагается, что формула изобретения предусматривает или охватывает все такие модификации, вариации и/или изменения.
Определения и способы тестирования
В отношении фигур, а также по всему описанию и формуле изобретения, изделия и/или их отдельные компоненты следует рассматривать со следующей интерпретацией.
Термины «содержащий» или «включающий» являются всеохватывающими или неограничивающими, и при этом не исключают дополнительные неперечисленные элементы, композиционные компоненты или стадии способа. Соответственно, термины «содержащий» или «включающий», или «характеризующийся» также охватывают более ограничивающие термины «фактически состоящий из» и «состоящий из».
Используемый в данном документе термин «базовый вес» обычно относится к весу абсолютно сухого материала на единицу площади ткани или полотна и обычно выражается в граммах на квадратный метр (г/кв. м). Базовый вес измеряют с помощью способа испытаний TAPPI T-220 sp-10.
Используемый в данном документе термин «нетканое полотно» означает полотно, имеющее структуру из отдельных волокон или нитей, которые переслаиваются, однако не поддающимся выявлению образом, как в случае трикотажного полотна.
Термин «поглощающее изделие для личной гигиены» в данном документе относится к изделию, которое предназначено и/или адаптировано для размещения вплотную к телу или вблизи него (т. е. в соприкосновении с телом) пользователя для поглощения и удержания различных жидких, твердых и полужидких выделений, выделяемых организмом. Примеры включают без ограничения подгузники, трусы-подгузники, трусы для приучения к горшку, трусы для подростков, плавки, гигиенические продукты для женщин, включая без ограничения прокладки или трусы при менструации, продукты для страдающих недержанием, предметы медицинской одежды, хирургические прокладки и бандажи и т. д.
Термин «сверхпоглощающий полимер» в данном контексте относится к набухающим в воде, водонерастворимым органическим или неорганическим материалам, включая сверхпоглощающие полимеры и сверхпоглощающие полимерные композиции, способные при наиболее благоприятных условиях поглощать по меньшей мере в 10 раз больше от своего веса, или по меньшей мере в 15 раз больше от своего веса, или по меньшей мере в 25 раз больше от своего веса в водном растворе, содержащем 0,9 весового процента хлорида натрия.
Термин «прослойка» относится к дискретному слою внутри многослойного продукта, где отдельные прослойки могут быть расположены в соприкосновении друг с другом.
Термин «наложенный», или» связанный», или «соединенный» в данном документе относится к сочленению, склеиванию, соединению, скреплению или т. п. двух элементов. Два элемента будут считаться наложенными, связанными или соединенными вместе, если они сочленены, склеены, соединены, скреплены или т. п. непосредственно друг с другом или опосредованно друг с другом, например, если каждый непосредственно связан с промежуточными элементами. Наложение, связывание или соединение одного элемента с другим может происходить посредством непрерывных или прерывающихся связей.
В данном контексте, если в явной форме не указано иное, каждый из используемых в связи с композицией материалов терминов «процент», «проценты», «весовой процент» или «процент по весу» относится к количеству по весу компонента, представленному в виде процентного значения от общего количества, за исключением тех случаев, если в явной форме не указано иное.
Используемый в данном документе термин «стопка» в широком смысле используется для того, чтобы включать любой набор листов, в котором присутствует множество отдельных листов, имеющих контакт поверхности с поверхностью; при этом предусматривается не только набор отдельных листов, уложенных вертикально, но также предусматривается набор отдельных листов, уложенных горизонтально, а также свернутый или сложенный набор из непрерывного листового материала, разделенного линиями разрыва (например, перфорационные отверстия).
2
Используемые в данном документе значения «толщины» или «плотности» листа определяют с использованием микрометра, снабженного акриловой пластиной с площадью нажимной лапы 45,6 см (диаметр 3 дюйма), обеспечивающего нагрузку 0,345 кПа (0,5 фунта/кв. дюйм), и при этом показание снимают после времени выдержки, составляющего 3 секунды. Вырезают образец с размером 90 x 102 мм (3,5 x 4 дюйма) и используют для измерения. Если явным образом не указано иное, то ссылка на толщину или плотность означает толщину в сухом состоянии. Толщину во влажном состоянии измеряют путем взятия материала, обработанного и измеренного в отношении показания толщины в сухом состоянии, а затем насыщения образца деионизованной водой. Затем влажный образец высушивают и после высушивания измеряют с целью определения толщины тем же способом, как указано выше для толщины в сухом состоянии.
«Показатель сохранения толщины во влажном состоянии» означает и рассчитывается согласно следующей формуле:
(толщина во влажном состоянии ÷ толщина в сухом состоянии) x 100
Используемый в данном документе термин «показатель водоудерживающей способности» или «WVR» волокон определяет поглощающую способность и свойства определенного типа волокна в отношении сохранения воды, и определяется следующим образом. Отбирают волокна образца, и взвешивают 0,7 г сухих волокон, и помещают в 100 мл очищенной воды на четыре часа. Затем пропитанные волокна помещают в центрифугу и подвергают ускорению на центрифуге, соответствующему 900-кратной силе тяжести в течение 30 минут. Образец волокна извлекают, а затем взвешивают. WRV = (вес во влажном состоянии – вес в сухом состоянии)/вес в сухом состоянии.
ПРИМЕРЫ
Примеры 1-5 осуществляли в соответствии со следующим способом. Всего 2000 граммов первоначальной взвеси добавляли в чашу с дезинтегратором для размочаливания волокна древесной целлюлозы. Образовывалась первоначальная взвесь с консистенцией волокон, составляющей 3-5%. Взвешивали 40 граммов сухого коммерческого уплотненного листа древесной целлюлозы и, где это применимо, дополнительных волокон в соответствии с соотношением веса смеси волокон, и помещали в чашу дезинтегратора, соответствующую британским стандартам. Добавляли в чашу 1960 граммов дистиллированной воды, и пропитывали смесь волокон в течение 5 минут. Затем чашу помещали на дезинтегратор и запускали при 15000 оборотов для достаточного размочаливания волокна древесной целлюлозы. После этого взвешивали 500 граммов первоначальной взвеси в отдельном контейнере, имеющем размеры 150 мм в диаметре и 170 мм в высоту, и добавляли в контейнер 6,5 граммов 10% раствора додецилсульфата натрия. Концентрация поверхностно-активного вещества в взвеси составляла приблизительно 0,13 весового процента. Взвесь перемешивали с помощью высокоскоростного роторного устройства для перемешивания при скорости 4000 об/мин в течение нескольких минут, пока вершина вращения не исчезала внутри контейнера.
Затем взвеси волокон, образующей пену, придавали форму листа двумя разными путями. Способ 1 заключался в том, чтобы вылить всю вспененную взвесь в лабораторное ручное устройство для формовки листа с размером площади, составлявшим 10 дюймов на 10 дюймов. Способ 2 заключался в том, чтобы контролировать толщину листа влажного пеноматериала путем пропускания через прорезь с высотой прорези, контролируемой посредством использования металлических стержней различного диаметра.
o
Листы пеноматериала сушили в печи при 90C в течение периода времени, составлявшего приблизительно 2-3 часа. Высушенные базовые листы впоследствии нагревали при температуре, подходящей для активации связующего волокна и достижения термосвязывания между связующим волокном и другими волокнами, контактирующими с ним.
Пример 1: использовали взвесь с образованием расширяющегося пеноматериала, содержащего SDS, как отмечено выше, и твердые вещества, состоящие из 50% волокна древесной целлюлозы эвкалипта, 30% штапельного волокна PET с длиной волокна 6 мм и 20% штапельного волокна Trevira T255-6 полиэтилен/оболочка/сердцевина PET с длиной волокна 6 мм и 2,2 дтекс.
Пример 2: использовали взвесь с образованием расширяющегося пеноматериала, содержащего SDS, как отмечено выше, и твердые вещества, состоящие из 60% LL 19 крафт-волокна древесины северных мягких пород (LL-19) и 40% штапельного волокна Trevira T255-6 полиэтилен/оболочка/сердцевина PET с длиной волокна 6 мм и 2,2 дтекс.
Пример 3: использовали взвесь с образованием расширяющегося пеноматериала, содержащего SDS, как отмечено выше, и твердые вещества, состоящие из 32% волокна древесной целлюлозы эвкалипта, 32% штапельного волокна PET 6 мм, 20% меламинового штапельного волокна 6 мм, характеризующегося средним диаметром волокна приблизительно 20 микрометров, и 16% штапельного волокна Trevira T255-6 полиэтилен/оболочка/сердцевина PET с длиной волокна 6 мм и 2,2 дтекс.
Пример 4: использовали взвесь с образованием расширяющегося пеноматериала, содержащего SDS, как отмечено выше, и твердые вещества, состоящие из 35% волокна древесной целлюлозы эвкалипта, 6 мм штапельного волокна PET и 30% штапельного волокна Trevira T255-6 полиэтилен/оболочка/сердцевина PET с длиной волокна 6 мм и 2,2 дтекс.
Пример 5: использовали взвесь с образованием расширяющегося пеноматериала, содержащего SDS, как отмечено выше, и твердые вещества, состоящие из 35% очеса хлопка, 35% сверхпоглощающих частиц Evonik SSM 5600, первоначально имеющих частицы размером в диапазоне 300-600 микрометров, и 30% штапельного волокна Trevira T255-6 полиэтилен/оболочка/сердцевина PET с длиной волокна 6 мм и 2,2 дтекс. Таблица 1 A. Краткое изложение свойств из примеров 1-5