СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО ПРОДУКТА И ВОЛОКНИСТЫЙ ПРОДУКТ
METHOD FOR PRODUCTION OF FIBROUS PRODUCT AND FIBROUS PRODUCT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу получения волокнистого продукта согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В способе настоящего типа базовый слой, состоящий в основном из натуральных волокон, получают в процессе формирования полотна, и на указанный базовый слой наносят термосклеивающий слой с получением многослойного волокнистого продукта.
Настоящее изобретение также относится к волокнистому продукту по п. 20 и к применению по п. 26.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В настоящее время потребители испытывают потребность все более экологически безопасных решений в отношении упаковки. По этой причине для многих торговых сетей и владельцев торговых марок бумага и картон являются предпочтительными упаковочными материалами, поскольку такие продукты получают из возобновляемых сырьевых материалов и легко подвергаются переработке. Многие упаковки, требующие, например, хороших барьерных свойств против кислорода, воды и жиров, снабжены слоями материалов, обладающих свойствами термосклеиваемости. По этой причине для упаковки конфет и хлебобулочных продуктов часто используют бумажно-полимерные ламинаты, при этом указанные ламинаты получают путем нанесения экструзией покрытия на бумагу или путем ламинирования бумаги вместе с полимерными пленками с применением холодного или горячего клея.
Вследствие склеивания экструзионных пленок с бумажной или картонной основой или необходимости увеличения прочности ламинированной пленки доля пластмассы в таких пленочных ламинатах часто составляет десятки процентов, и поэтому указанные материалы трудно превращать в волокнистую или целлюлозную массу и их вторичное применение часто основано на регенерации тепла путем сжигания. Например, при нанесении покрытия экструзией на бумагу минимальная толщина полимерной пленки обычно составляет примерно 15 мкм, поскольку пленка тоньше указанной толщины затрудняет обеспечение достаточного связывания пленки с бумагой. С другой стороны, путем ламинирования трудно прикреплять пленки с толщиной менее 20 мкм, поскольку такая пленка должна быть самоподдерживающейся в процессе ламинирования.
В FI 126474 В описан продукт, содержащий матрицу из натуральных волокон, в которую могут быть включены термопластичные волокна в качестве армирующих волокон, что, таким образом, придает продукту свойства термосклеенности. Однако для обеспечения достаточно хорошей термосклеенности количество таких армирующих волокон, смешанных с матрицей, должно быть относительно большим.
Например, вследствие приведенных выше недостатков настоящих процессов превращения и материалов современные термосклеенные бумажные материалы содержат относительно большое количество пластмасс, что затрудняет их повторное использование. Кроме того, производство таких материалов требует в принципе применение одной или более дополнительных технологических операций, что увеличивает затраты.
Кроме того, термосклеенные продукты на основе полимерных пленок не пропускают воздух. Однако многие упакованные продукты, например, порошкообразные продукты, требуют от упаковки способности пропускать воздух вследствие эффективности упаковочной линии. Для многих продуктов, таких как текстиль и мебель, желательным является аэрирование или вентиляция во время хранения и транспортировки. Хлебобулочные изделия, такие как хлеб, выигрывают от воздухопроницаемой упаковки, поскольку это сокращает время доставки за счет устранения необходимости охлаждения продуктов перед упаковкой.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является устранение по меньшей мере некоторых проблем, связанных с данной областью техники, и обеспечение нового типа термосклеенного продукта и способа получения термосклеенного волокнистого продукта.
В частности, задача состоит в улучшении пригодности к переработке для вторичного использования термосклеенных материалов бумажного типа за счет уменьшения количества термопластичных материалов, включенных в указанные продукты, и повышения рентабельности производства пригодных для повторного использования упаковочных материалов.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа, с помощью которого можно получать новые термосклеенные и воздухопроницаемые конечные продукты.
Согласно настоящему изобретению на несущем слое, состоящем в основном из натуральных волокон, формируют термосклеивающий слой, содержащий в основном синтетические волокна или частицы, в частности, длинные синтетические волокна.
В настоящем изобретении было обнаружено, что такой отдельный термосклеивающий слой волокнистого материала позволяет использовать значительно меньшую общую толщину слоя и, следовательно, меньшее общее количество синтетического материала. С другой стороны, с помощью настоящего изобретения получают материалы, которые можно соединить посредством сварного шва, который, как правило, является более прочным, чем шов, получаемый в случае обычных пленок с экструзионным покрытием или ламинированных пленок, а также более прочного сварного шва, чем шов, получаемый в случае продуктов, в которых в базовый слой равномерно встроено такое же количество синтетических волокон или частиц.
В способе согласно настоящему изобретению слой, в частности, термосклеивающий слой, наносят на несущий слой уже на стадии формирования полотна, в результате чего термосклеивающий слой волокнистого материала прочно прикрепляется к несущему слою без необходимости применения каких-либо полностью отдельных технологических операций или линий.
Согласно настоящему изобретению по меньшей мере один из слоев, в частности, по меньшей мере один несущий слой или по меньшей мере один термосклеивающий слой или оба указанных слоя, предпочтительно получают путем формования пены.
Более конкретно, способ согласно настоящему изобретению в основном характеризуется тем, что изложено в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.
Продукт согласно настоящему изобретению, в свою очередь, характеризуется тем, что изложено в отличительной части пункта 20 формулы изобретения.
Применение согласно настоящему изобретению определено в пункте 26 формулы изобретения.
Настоящее изобретение обеспечивает значительные преимущества.
В частности, с помощью настоящего изобретения можно значительно снизить долю пластмассы в новых материалах до 75% по сравнению с бумажно-полимерными ламинатами, обычно применяемыми в качестве упаковочных материалов. Это связано с тем, что термосклеивающий слой с высоким содержанием волокон или частиц можно получить в виде очень тонкой структуры, которую прочно прикрепляют к несущему слою продукта на стадии формирования полотна. Таким образом, настоящее изобретение позволяет получать многослойные материалы, которые легче подаются переработке. Поскольку в описанном изобретении из производственной цепочки исключен один отдельный процесс очистки, настоящее изобретение также позволяет получать экономичные термосклеенные материалы.
Кроме того, как было обнаружено, по сравнению с существующими продуктами, имитирующими пластмассу, в которых синтетические термопластичные волокна были равномерно смешаны со всей волокнистой матрицей, сварные швы согласно настоящему изобретению на 60% прочнее при применении таких же исходных материалах и одинакового общего количества материала. Это позволяет использовать даже меньшие количества пластмассовых материалов, что, таким образом, упрощает переработку материалов и еще обеспечивает получение прочных швов, что является очень важным в упаковочной промышленности.
По сравнению с продуктами, полученными с применением способов ламинирования или покрытия экструзией, обеспечивается преимущество, состоящее в том, что полученный продукт является воздухопроницаемым, поскольку в дополнение к базовому слою термосклеивающий слой волокнистой структуры также может быть выполнен в виде воздухопроницаемой структуры, в отличие от автономных пленок.
Как основной слой, так и термосклеивающий слой предпочтительно формируют и прикрепляют друг к другу в процессе формования пены, когда содержание сухого вещества в продукте все еще низкое, например, составляет 35% или менее. Клеевое соединение слоев можно упрочнить путем добавления связующего вещества к указанным слоям или по меньшей мере к их зоне соприкосновения. Применяемое связующее вещество предпочтительно является термосклеивающим само по себе, при этом необходимость в синтетическом волокнистом материале дополнительно уменьшается. С другой стороны, достаточно прочное межсоединение может быть обеспечено за счет каландрирования при достаточном давлении и температуре.
2
2
2
Толщина термосклеивающего слоя обычно значительно меньше, чем толщина базового слоя, при этом плотность (граммаж) термосклеивающего слоя составляет 15 г/м или менее, предпочтительно 10 г/м или менее, более предпочтительно 5 г/м или менее.
Абсолютная толщина термосклеивающего слоя предпочтительно составляет 10 мкм или менее, например, от 2 до 10 мкм, что значительно меньше толщины, которую можно получить в обычных термосклеенных продуктах.
Далее на основе прилагаемых чертежей будут более подробно рассмотрены предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фигуре 1А показано поперечное сечение структуры двухслойного многослойного волокнистого продукта согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
На фигуре 1В показано поперечное сечение структуры трехслойного многослойного волокнистого продукта согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
На фигуре 1С показано поперечное сечение структуры многослойного волокнистого продукта согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, в которой базовый слой и термосклеивающий слой частично смешаны друг с другом для упрочнения соединения между слоями.
На фигурах 2А и 2В показаны блок-схемы предложенного в настоящем изобретении способа производства согласно двум вариантам реализации настоящего изобретения.
На фигуре 3 показаны в виде графика результаты испытаний на прочность, описанных в примере 1.
ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Термин «слой, состоящий в основном из X» (или «в основном содержащий») в данном контексте означает, что указанный слой содержит по меньшей мере 50% масс. материалах.
Термин «термосклеивающий» относится к структуре и материалу, который способен образовывать прочный шов под действием тепла и давления по меньшей мере с другой подобной структурой и материалом.
Термины «процесс формирования полотна» и «формирование» означают формирование структуры на основе волокон в виде полотна способом влажной укладки, при котором сырьевые материалы, содержащиеся в конечном продукте, помещают на проволочную сетку в форме водной волокнистой массы или пены, придают им форму или формируют в виде волокнистого полотна, которое высушивают в секции сушки бумагоделательной или картоноделательной машины с получением готовой волокнистой матрицы. Под «формованием пены» подразумевают, в частности, способ, описанный в FI126474.
Термин «длинные» при применении в отношении синтетических волокон означает в общем случае волокна, имеющие длину не менее 1 мм.
Термин «многослойное полотно» или «многослойный волокнистый продукт» означает полотно или волокнистый продукт, полученный с применением по меньшей мере двух перекрывающихся слоев волокон. Таких перекрывающихся слоев может быть множество, обычно от 2 до 10, в частности, 2 или 3. По меньшей мере один из слоев, формирующих поверхность многослойного полотна или продукта, предпочтительно получают с помощью термосклеивающего слоя. Согласно из одному вариантов реализации слой, примыкающий к термосклеивающему слою, представляет собой несущий слой, который обычно сам по себе не обладает свойствами термосклеиваемости. Наряду со слоям волокнистого материала также может присутствовать поверхностный слой, придающий слоистым продуктам предварительно выбранные свойства, например, гидрофобность.
«Длины волокон» или «средние длины волокон» выражают в единицах средневзвешенного значения длины. Средневзвешенное значение длины волокна рассчитывают как сумму квадратов длин отдельных волокон, деленную на сумму длин отдельных волокон.
Как будет видно из изложенного выше, в способе получения согласно предпочтительному варианту реализации термосклеивающий слой бумажного материала наносят на продукт уже на стадии изготовления с получением многослойного продукта. Такой многослойный волокнистый продукт обычно состоит из первого слоя, например, базового слоя, в основном содержащего натуральные волокна, такие как химическая целлюлоза, механическая целлюлоза, полумеханическая целлюлоза, рециклированные волокна или любая их комбинация, и второго слоя, т.е. термосклеивающего слоя, в основном содержащего синтетические волокна, частицы или их комбинации, который формируют на первом слое в процессе получения полотна.
Согласно из одному вариантов реализации способ получения многослойного волокнистого продукта, содержащего по меньшей мере два перекрывающихся слоя, осуществляют в процессе формирования полотна, в частности, путем формования пены. Согласно такому варианту реализации
- обеспечивают первый слой, содержащий в основном натуральные волокна, и
- обеспечивают второй слой, содержащий синтетические волокна или частицы,
при этом первый и второй слои расположены путем наложения одного слоя на другой. Второй слой способен придавать волокнистому продукту свойства термосклеиваенности.
Согласно из одному вариантов реализации
- первый слой формируют в виде полотна из первой волокнистой массы, содержащей первую композицию, и
- второй слой наносят на полотно, сформированное посредством первого слоя, из второй волокнистой массы, содержащей вторую композицию, с получением многослойного полотна.
Первая и вторая композиции отличаются друг от друга, например, в отношении содержания по меньшей мере одного компонента, выбранного из волокон, полимеров, добавок и воды. По меньшей мере одна, в частности, обе указанные композиции предпочтительно содержат пенообразующие агенты.
Согласно из одному вариантов реализации первый и вторые слои получают и соединяют друг с другом в процессе формования пены с применением напорного ящика для формирования многослойного полотна.
Согласно из одному вариантов реализации настоящий многослойный волокнистый продукт изготавливают с применением технологии формования пены по меньшей мере для получения базового слоя и предпочтительно также для получения термосклеивающего слоя и соединения слоев. В общем случае, указанная технология описана в публикациях FI 126474 В и FI 126092 В. Формование пены также позволяет равномерно распределять длинные синтетические волокна в тонких слоях и, таким образом, получать конечный продукт высокого качества.
Согласно из одному вариантов реализации формование пены для получения настоящего многослойного продукта осуществляют с применением одного формовочного блока, в который потоки пены подают слоями или отдельными частями.
Формовочный блок может быть горизонтальным или вертикальным. Например, в двухслойном полотне один поток пены образует базовое полотно. Сухое вещество в таком потоке состоит в основном из натуральных волокон. Другой формирующий слой, образующий склеиваемый слой, состоит в основном из термопластичных волокон.
В общем случае, путем формования пены можно поддерживать высокую консистенцию композиции бумажной массы (высокое содержание сухого вещества в волокнистой массе). Как правило, согласно настоящей технологии консистенция в напорном ящике составляет более 0,1% по массе, в частности, более 0,5% по массе и до примерно 3% по массе.
Согласно предпочтительному варианту реализации часть исходного материала сначала формируют в виде водосодержащего плоского базового полотна, содержащего первую водную фазу и первую волокнистую фазу, в основном состоящую из натуральных волокон. В частности, указанное полотно формируют посредством формования пены, как описано ниже, путем диспергирования волокон в пене или вспениваемой жидкости, состоящей из воды и по меньшей мере одного пенообразующего агента. Термосклеивающий слой прикрепляют к базовому полотну в виде частичного полотна или в форме дисперсии, в частности, в виде вспененного частичного полотна или в форме вспененной дисперсии, содержащей вторую водную фазу и вторую волокнистую фазу или фазу частиц, в основном состоящую из синтетических волокон или частиц или их комбинаций, что позволяет синтетическим волокнам и любым частицам второй волокнистой фазы проникать по меньшей мере частично между натуральными волокнами первой волокнистой фазы.
Полученное влажное многослойное полотно высушивают для удаления воды, в результате чего натуральные и синтетические волокна вместе образуют слоистую волокнистую матрицу. В этой же связи на первую и/или вторую водную фазу или поверх всего полотна можно нанести одно или более связующих веществ, в результате чего указанное связующее вещество также проникает в требуемые слои. Связующее вещество предпочтительно выбирают таким образом, чтобы оно было совместимо с волокнами и частицами термосклеивающего слоя.
В общем случае, отношение скорости потока пены к скорости проволочной сетки (на которую, возможно, уже был нанесен первый слой первой волокнистой массы) составляет от 0,1 до 2,5.
Согласно из одному вариантов реализации такое отношение не равно 1. Согласно такому варианту реализации на проволочной сетке будет происходить смешение слоев, что обеспечит образование межслойного соединения.
Согласно из одному вариантов реализации такое отношение составляет от 1 до 2,5.
Согласно из одному вариантов реализации формование пены включает получение вспененной дисперсии путем диспергирования волокон в пене или вспениваемой жидкости, состоящей из воды и по меньшей мере одного пенообразующего агента, с получением волокнистой пены, обычно содержащей от 0,1 до 15%, например, от 0,5 до 10% по массе по меньшей мере одного пенообразующего агента. Затем полученную таким образом волокнистую пену направляют к перфорированной опоре, такой как проволочная сетка, и удаляют жидкость через указанную перфорированную опору с получением листа.
Пенообразующие агенты для получения пен выбирают из поверхностно-активных веществ, которые обеспечивают образование пены. Таким образом, пенообразующий агент обычно выбирают из водорастворимого пенообразующего полимерного агента и вододиспергируемых пенообразующих полимерных агентов и их комбинаций. Пенообразующий агент можно выбрать из водорастворимых гликанов, вододиспергируемых гликанов, водорастворимых гидрофильных полимеров и вододиспергируемых гидрофильных полимеров и их комбинаций. Водорастворимые гликаны и вододиспергируемые гликаны предпочтительно выбирают из полисахаридов и их производных. Водорастворимые гидрофильные полимеры и вододиспергируемые гидрофильные полимеры также можно выбрать из поливиниловых спиртов и поливинилацетатов и их сополимеров.
Согласно из одному вариантов реализации, в котором волокна не образуют водородных связей, пенообразующие химические реагенты также действуют в качестве связующего вещества.
Согласно из одному вариантов реализации, в частности, осуществляемому с применением отдельных напорных ящиков, сначала можно высушить слой, сформированный из первой массы из первого напорного ящика, для удаления части, как правило, большей части, воды перед размещением второго слоя из второго напорного ящика на еще влажный первый слой. Таким образом, согласно из одному вариантов реализации,
- первый слой формируют в виде полотна с первым содержанием твердых веществ,
- полученное полотно подвергают сушке для увеличения содержания твердых веществ в полотне с получением модифицированного полотна со вторым содержанием твердых веществ (второе содержание сухого вещества), и
- на модифицированное полотно наносят второй слой.
Аналогичным образом, в частности, при применении отдельных напорных ящиков:
- первый слой формируют в виде полотна с первым содержанием твердых веществ,
- полученное полотно подвергают прессованию в секции прессования, сушке на сушильном цилиндре в секции сушильного цилиндра или их комбинации для увеличения содержания твердых веществ в полотне с получением модифицированного полотна со вторым содержанием твердых веществ (второе содержание сухого вещества), и
- на модифицированное полотно наносят второй слой.
Первый слой изначально имеет высокое содержание воды, на уровне содержания воды в первой водной композиции, используемой для формирования полотна, и перед размещением второй водной композиции указанный слой высушивают до обеспечения более высокого содержания твердых веществ (содержания сухого вещества) с тем, чтобы получить модифицированное полотно. Например, первый слой высушивают до обеспечения второго содержания твердых веществ от 15 до 35% по массе, в частности, от 20 до 35% по массе, с получением модифицированного полотна перед нанесением на указанное полотно второго слоя.
Согласно из одному вариантов реализации сушку полотна и, в частности, многослойного полотна осуществляют путем бесконтактной сушки.
Сушку выполняют, например, с применением по меньшей мере одного способа, выбранного из группы, состоящей из вакуумной сушки, сушки горячим воздухом, сухо-воздушной сушки, инфракрасной сушки, сушки на сушильном цилиндре и их комбинаций.
Сушку обычно осуществляют до достижения конечного содержания влаги менее 20% по массе, обычно менее 15% по массе, в частности, менее 10% по массе.
Согласно из одному вариантов реализации частицы (в том числе, волокна), содержащиеся в слоях, имеют размер больший, чем размер пор проволочной сетки. Это позволяет использовать вакуум для улучшения удаления воды из полотна.
Связующее вещество можно наносить на частичное полотно или многослойное полотно, то есть по отдельности на полотна, состоящие из базового слоя и термосклеивающего слоя, перед их склеиванием друг с другом или только после склеивания. Полученную структуру можно упрочнить путем нанесения связующего вещества либо на одно, либо на оба частичных полотна на границе раздела слоев, обычно на их соприкасающиеся поверхности, перед соединением полотен друг с другом.
Согласно из одному вариантов реализации как базовый слой, так и термосклеивающий слой содержат одно и тоже термопластичное связующее вещество, подходящим образом равномерно распределенное на указанных слоях или внутри них.
Гидрофобные свойства продукта, описанного в настоящем документе, могут быть дополнительно улучшены. Таким образом, согласно из одному вариантов реализации на поверхности базового слоя, противоположной термосклеивающему слою, размещают слой, обладающий гидрофобными свойствами. Одним из примеров является поверхностный слой лака.
Гидрофобные свойства можно придавать поверхностному слою многослойного продукта путем применения гидрофобных агентов, таких как димер алкиленкетена (AKD), алкенилянтарный ангидрид (ASA) и связующие вещества в комбинации со сшивающими связующими агентами.
Что касается волокнистых материалов и материалов из частиц, составляющих указанные слои, можно отметить следующее.
В данном контексте, в частности, натуральные волокна получают из целлюлозных или лигноцеллюлозных сырьевых материалов, например, путем химического или полухимического способа получения волокнистой массы или дефибрирования. Волокна также могут представлять собой волокна механической целлюлозы или рециклированные волокна. В частности, натуральные волокна относятся к натуральным волокнам и их смесям, более точно описанным в публикации FI 126474 В.
В качестве сырьевого материала для целлюлозных и лигноцеллюлозных волокон можно использовать древесные или растительные материалы, такие как однолетние или многолетние растения. В частности, в качестве сырьевого материала используют материал лиственных деревьев (например, из березы, осины, тополя, ольхи, эвкалипта или смешанной древесины тропических лиственных пород) или, в частности, материал хвойных деревьев. Примеры последних включают древесину, полученную из ели или сосны.
Целлюлозные и лигноцеллюлозные волокна могут быть очищены.
Согласно из одному вариантов реализации используют нерафинированные целлюлозные или лигноцеллюлозные волокна, в частности, целлюлозные волокна.
Согласно из одному вариантов реализации базовый слой (несущий слой) состоит в основном из натуральных волокон. Согласно из одному вариантов реализации базовый слой (несущий слой) содержит от более 50% по массе и до 100% по массе натуральных волокон в расчете на общую массу волокон базового слоя (несущего слоя).
Согласно из одному вариантов реализации базовый слой (несущий слой) может содержать от 1 до 49%, обычно примерно от 1 до 30%, например, примерно от 1 до 20% по массе других волокон, в частности, синтетических волокон.
Кроме того, могут быть включены и дополнительные компоненты, например, связующие вещества или другие добавки, и потенциально другие компоненты, необходимые для продукта или производственного процесса. Количество таких компонентов в общем случае составляет примерно от 0,1 до 30 частей по массе на 100 частей по массе слоя.
Примеры связующих веществ включают природные связующие вещества и биополимеры, такие как крахмал и модифицированный крахмал и производные крахмала, хитозан, альгинаты, и синтетические связующие вещества, такие как винилацетат и винилакрилатный латекс, полиуретаны и стирол-бутадиеновые латексы, а также их смеси и различные сополимеры, в частности, сополимеры синтетических полимерных связующих веществ.
Термосклеивающий слой может содержать до 100%, например, от 50 до 100%, например, от 51 до 99% по массе термопластичных волокон и/или частиц, таких как полилактидные (PLA) волокна или частицы, волокна или частицы из полимера гликолевой кислоты, полиолефиновые, полиэтилентерефталатные волокна или частицы, волокна или частицы из сложного полиэфира, полиамидные волокна или частицы, волокна или частицы из поливинилового спирта или двухкомпонентные (бикомпонентные) волокна или частицы. В частности, такой материал может представлять собой PLA, полипропиленовые (РР), полиэтиленовые (РЕ) или двухкомпонентные волокна. Кроме того, потенциальными полимерами для получения указанных синтетических волокон или частиц являются и другие биополимеры, такие как полибутиленсукцинат (PBS). Одним из предпочтительных примеров являются многослойные синтетические PLA-PBS волокна или частицы. В частности, термопластичные волокна могут представлять собой биоразлагаемые термопластичные волокна.
В качестве сырьевого материала для термосклеивающего слоя также можно использовать и другие волокна, например, в количестве до примерно 50% по массе, например, от примерно 0,1 до примерно менее 50% по массе (например, от 1 до 49% по массе), такие как длинные армирующие волокна, в частности, вискозные волокна, или натуральные волокна, или волокна, отличные от термопластичных синтетических волокон. Так, например, в термосклеивающий слой могут быть включены целлюлозные и лигноцеллюлозные волокна описанного выше типа (рафинированные или предпочтительно нерафинированные). Как правило, количество таких волокон составляет до 40% по массе, в частности, примерно от 5 до 30% по массе.
Синтетические волокна термосклеивающего слоя могут иметь линейную плотность, составляющую, например, 10 дтекс или менее, предпочтительно не более 5 дтекс, например, от 1 до 5 дтекс.Средняя длина длинных волокон может составлять, например, от 1 до 50 мм, предпочтительно от 1 до 20 мм, например, от 3 до 12 мм. Типичные подходящие для применения PLA волокна имеют массу на единицу длины 1,7 дтекс и длину от 6 до 12 мм.
Кроме того, могут быть включены связующие вещества и/или другие добавки, необходимые для продукта или производственного процесса. Количество таких компонентов в общем случае составляет примерно от 0,1 до 30 частей по массе на 100 частей по массе слоя.
Примеры связующих веществ включают природные связующие вещества и биополимеры, такие как крахмал и модифицированный крахмал и производные крахмала, хитозан, альгинаты и синтетические связующие вещества, такие как винилацетат и винилакрилатный латекс и полиуретаны и стирол-бутадиеновые латексы, а также их смеси и различные сополимеры, в частности, сополимеры синтетических полимерных связующих веществ. Согласно из одному вариантов реализации используют связующие веществ, способные к термосклеиванию. Согласно из одному вариантов реализации используют связующие веществ, способные придавать термосклеивающему слою свойства эластичности, такие как полиуретаны.
Кроме того, межсоединение слоев можно осуществить или улучшить посредством нагревания, например, каландрирования многослойного полотна при температуре по меньшей мере 90°С и предпочтительно выше 130°С.
Согласно из одному вариантов реализации водная композиция («первая волокнистая масса») для формирования первого слоя наряду с натуральными волокнами и необязательно синтетическими волокнами и/или частицами также содержит от 0,1 до 15% по массе, в расчете на содержание твердых веществ, добавки, выбранной из поверхностно-активных веществ, связующих веществ и их комбинаций.
Согласно из одному вариантов реализации водная композиция («вторая волокнистая масса») для формирования второго слоя наряду с синтетическими волокнами и/или частицами и необязательно другими волокнами, такими как натуральные волокна, также содержит от 0,1 до 15% по массе, в расчете на содержание твердых веществ, добавки, выбранной из поверхностно-активных веществ, связующих веществ и их комбинаций.
Как будет видно из изложенного выше, согласно одному из предпочтительных вариантов реализации первый слой является «не термосклеивающим», то есть неспособен к термосклеиванию с другим аналогичным слоем, тогда как второй слой способен к термосклеиванию с другим слоем.
Обращаясь теперь к чертежам, на которых более подробно проиллюстрированы различные варианты реализации, можно отметить, что на фигуре 1А показана основная структура с базовым слоем 12 (который также можно называть «несущим слоем») и термосклеивающим слоем 14, расположенным на первой поверхности базового слоя. На фигуре 1В показан вариант реализации, в котором на второй противоположной поверхности базового слоя также расположен функциональный поверхностный слой 16. Такой второй поверхностный слой 16 может представлять собой, например, гидрофобный слой, предназначенный для придания конечному продукту свойств как термосклеенности, так и улучшенной влагоизоляции.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В общем случае, термосклеивающий слой 14 тоньше базового слоя 12. Как правило, его плотность составляет 10 г/м или менее, предпочтительно от 1 до 5 г/м, например, от 2 до 4 г/м, при этом плотность базового слоя предпочтительно составляет от 20 до 100 г/м, например, от 30 до 70 г/м, в частности, от 20 до 60 г/м или от 20 до 40 г/м. Согласно из одному вариантов реализации многослойный продукт (лист или полотно) с плотностью 70 г/м был получен с применением термосклеивающего слоя с плотностью 10 г/м, наложенного на волокнистый базовый слой с плотностью 60 г/м. Согласно другому варианту реализации был получен многослойный продукт, содержащий базовый слой с плотностью 30 г/м и термосклеивающий слой с плотностью 3 г/м.
Как обсуждалось выше, базовый слой может содержать от 50 до 100%, например, от 51 до 99% по массе натуральных волокон, обычно целлюлозных или лигноцеллюлозных волокон.
Согласно из одному вариантов реализации многослойную структуру, показанную на приведенных чертежах, получают на бумагоделательной или картоноделательной машине с применением напорного ящика для формирования многослойного полотна, выполненного с возможностью формования пены.
Обращаясь к фигуре 2А, можно отметить, что согласно из одному вариантов реализации частичное полотно, образующее базовый слой, и частичное полотно, образующее термосклеивающий слой, получают на стадиях 21А и 21В в процессе формования пены из разных масс с применением напорного ящика для формирования многослойного полотна бумагоделательной машины, после чего на стадии 22 из частичных полотен получают многослойное полотно.
Далее, многослойное полотно высушивают на стадии 23 с получением многослойного волокнистого продукта. Связующее вещество необязательно можно нанести на частичные полотна на стадиях 21А и 21В. В дополнение или необязательно, связующее вещество также можно нанести на многослойное полотно. Кроме того, многослойное полотно можно подвергнуть каландрированию для улучшения межсоединения слоев.
Обращаясь к фигуре 2В, согласно одному из вариантов реализации базовое полотно, образующее базовый слой, получают на стадии 26 путем формования пены, после чего на стадии 28 на поверхность полотна, образующего базовый слой, наносят термопластичные синтетические волокна или частицы, все еще во время стадии формирования полотна, с получением многослойного полотна. Перед этим на базовое полотно на стадии 27 также можно нанести связующее вещество. Наконец, на стадии 29 многослойное полотно высушивают с получением многослойного волокнистого продукта.
При формовании пены, в частности, осуществляемом в связи с формированием полотна, для достижения требуемой прочности слоя можно регулировать смешивание между различными слоями.
Согласно одному из вариантов реализации, изображенному на фигуре 1С, волокна базового слоя 12С и термосклеивающего слоя 14С смешивают в зоне соприкосновения слоев таким образом, чтобы граница соприкосновения слоев стала «скользящей». Толщина зоны соприкосновения 13С может составлять, например, от 5 до 50% относительно толщины термосклеивающего слоя 14С, например, от 0,5 до 3 мкм. Такое смешивание усиливает адгезию и, следовательно, упрочняет весь продукт и особенно сварные швы, выполненные из указанного продукта. Соответствующее смешивание также можно осуществить, возможно, в других местах соприкосновения слоев продукта. При необходимости многослойную структуру также можно получить путем формования пены таким образом, чтобы слои по существу не смешивались друг с другом.
В этом разделе рассмотрен базовый слой 12, 12С, но в общем случае базовый слой также может содержать несколько подслоев. Однако согласно из одному вариантов реализации базовый слой 12, 12С, а также термосклеивающий слой, содержит по существу единственный слой и имеет однородный состав волокон.
Пример 1. Влияние структуры слоя на термосклеиваемость
Листовую пресс-форму использовали для получения листов с первым слоем на сеточной стороне, состоящим из 100% целлюлозных волокон, и дополнительным слоем, то есть термосклеивающим слоем, состоящим из смеси целлюлозных волокон и полилактидных (PLA) волокон. Связующее вещество наносили на лист со стороны первого, не термосклеивающего слоя. Слои подвергали каландрированию при температуре 90°C с применением одного зажима и давления 10 бар.
Листы сшивали с применением силы 800 Н при температуре 210°С и времени термосклеивания 0,5 с. Прочность швов измеряли с помощью горизонтального тягового устройства, используя образцы в виде полос шириной 50 мм. Полосы вырезали из листа в поперечном направлении таким образом, чтобы швы были ориентированы в машинном направлении. Скорость вытягивания бумажных полос составляла 20 мм/мин, и зазор вытягивания составлял 100 мм. На каждом образце было проведено от 3 до 4 параллельных определений.
В образцах (1а, 2а, 3а, 4) и контрольных образцах (1b, 2b, 3b) использовали одинаковое количество общего материала, однако таким образом, чтобы в образцах синтетические волокна были смешаны только с определенной частью количества целлюлозного волокна. Таким образом, была получена структура слоя более похожая на структуру, описанную выше. В контрольных образцах синтетические волокна были равномерно смешаны со всем количеством целлюлозного волокна.
Дополнительные данные о материалах и полученных результатах показаны в таблице 1 и на фигуре 3.
Как будет видно из результатов исследования образцов (1а, 2а, 3а, 4) и контрольных образцов (1b, 2b, 3b), соответственно, при укладке синтетических волокон слоями на одной стороне листа прочность швов увеличилась на по меньшей мере 60% по сравнению с ситуацией, при которой PLA волокна были равномерно распределены по всей структуре листа.
2
Исследование образца 4 показало, что даже тонкий (5 г/м) термосклеивающий слой, нанесенный поверх базового слоя из натуральных волокон, позволяет получить прочный шов. Таким образом, настоящую прочность склеивания, достаточную для практического применения, можно достигнуть с помощью описанных выше структур при применении значительно меньших количеств синтетического полимера, чем при равномерном смешивании синтетического полимера со всем волокнистым продуктом.
Продукт согласно настоящему изобретению можно использовать, например, в качестве заготовки термосклеенной упаковки или в качестве термосклеенной упаковки, такой как мешки или банты, имеющей по меньшей мере один термосклеенный шов.
ССЫЛКИ
Патентные публикации
FI 126474 В,
FI 126092 В,
FI 63806,
ЕР 0195458 В1.