ПРИМЕНЕНИЕ ЛИОЦЕЛЬНОГО ВОЛОКНА
USE OF LYOCELL FIBRE

Настоящее изобретение относится к применению лиоцельного волокна в продукте, содержащем нетканую основу и жидкость, содержащую соединение на основе соли четвертичного аммония. Такие продукты в дальнейшем также упоминаются как "влажные или увлажняющие салфетки".
В частности, настоящее изобретение относится к применению лиоцельного волокна во влажных или увлажняющих салфетках, применяемых в качестве средств гигиены, в частности, в дезинфицирующих и антисептических салфетках, предназначенных для использования в жилых помещениях, учреждениях общественного питания, медицинских учреждениях и других рыночных сферах.
В гигиенических целях обычно применяют влажные или увлажняющие салфетки, соответственно, содержащие в качестве активных веществ соли четвертичного аммония. Салфетки преимущественно состоят из нетканой основы, которая пропитана жидкостью, такой как раствор или дисперсия, содержащей упомянутую соль четвертичного аммония. В дальнейшем такая жидкость также упоминается как "жидкое средство". Соль четвертичного аммония проявляет антибактериальную активность.
В США соединения для активного ингредиента, присутствующего в растворе для антибактериальных салфеток, и его количества определяются номерами реестра EPA (Агентства защиты окружающей среды): EPA-HQ-OPP-2006-0339 и EPA-HQ-OPP-2006-0338; и нормами 21 свода федеральных постановлений США (178.1010 (b) и (c)). Нормативные требования FDA (Управление США по надзору в сфере пищевых продуктов и лекарственных средств) применимы к "оборудованию для пищевой промышленности и другому изделию, контактирующему с пищевыми продуктами, согласно указанному", в то время как нормативы EPA охватывают большую часть других применений, главным образом, применение антисептических салфеток для твердых поверхностей. В 178.1010 (b) перечисляются соединения, которые могут применяться; и в 178.1010 (c) определяются минимальные количества активных ингредиентов в растворе и количества, которые не должны превышаться, в то время как нормативы EPA определяют максимальные концентрации солей четвертичного аммония.
Влажные салфетки, которые удовлетворяют действующим в настоящее время нормативам, преимущественно состоят из полиэфирных (PES) волокон, полипропиленовых (PP) волокон или их смесей, а также из смесей упомянутых волокон с небольшим количеством (в виде всего лишь очень незначительного процента) целлюлозных волокон.
В общем случае влажные салфетки упакованы стопками в упаковках, обычно содержащих от 10 до более 100 штук. В условиях хранения жидкое средство имеет обыкновение стекать сверху вниз под действием силы тяжести и из-за слабого взаимодействия с нецеллюлозными волокнами. Это приводит к неравномерному распределению жидкого средства, что отрицательно сказывается на эффективности отдельной салфетки из упаковки. Если используются водосодержащие составы, из-за гидрофобных свойств PES- и PP-волокон такой эффект возрастает.
Чтобы уменьшить упомянутый эффект, можно применять целлюлозные волокна, поскольку такие волокна являются гидрофильными и способны улучшать распределение жидких средств. Однако каждое целлюлозное волокно содержит анионные карбоксильные группы. Взаимодействие между анионными карбоксильными группами и катионным веществом (активным веществом), содержащимся в жидком средстве, уменьшает эффективность таких продуктов.
Чтобы справиться с упомянутой проблемой, можно увеличивать загрузку солей четвертичного аммония в расчете на салфетку для того, чтобы ввести поправку на образование химической связи. Однако такая избыточная загрузка иногда выводит продукт за рамки нормативов фармакопейной статьи FDA.
Чтобы предотвратить адсорбцию солей четвертичного аммония целлюлозными волокнами, согласно заявке на патент США 2011/0220311 к жидкому средству добавляют растворимые соли металлов. По сравнению с активными веществами, содержащимися в жидком средстве, такие соли содержат катионы существенно меньшего размера. Следовательно, упомянутые катионы могут значительно быстрее связываться с поверхностью целлюлозы и нейтрализовывать заряды анионов. Вследствие этого активное вещество не связывается с целлюлозой и может работать в качестве дезинфицирующего средства.
Согласно заявке на патент США 2006/0193990 добавляют связующее, содержащее полимер, и поверхностно-активное вещество, которое компенсирует поверхностный заряд на волокнах полученного полотна, при этом функциональная катионная добавка в жидком средстве остается свободной и может доставляться к поверхности в достаточных количествах, чтобы проявлялся желательный дезинфицирующий эффект.
Заявка на патент США 2005/0245151 относится к способу повышения высвобождения катионного компонента жидкого средства из нетканого материала влажной салфетки путем добавления к нетканому материалу химического блокирующего материала (полиамидэпихлоргидриновой смолы, полиамидной смолы, меламиновой смолы, высокомолекулярного катионного химического материала) перед насыщением материала жидким средством.
В публикации WO 2007/016579 описана волокнистая антисептическая катионная основа, содержащая волокнистое катионное вещество, такое как хитозановое волокно, подвергнутое финишной обработке для придания катионных свойств.
В патенте США № 7637271 (The Clorox Company) описано добавление 0,1-20% соединения полиалюминия (хлорида, хлоргидрата, сульфата) к чистящему составу.
Согласно существующему уровню техники, для того, чтобы оказывать влияние на поверхностный заряд целлюлозных волокон, используемых в таких видах продукции, как влажные и увлажняющие салфетки, необходимы вспомогательные химические вещества и стадии последующей обработки. Это служит причиной дополнительных затрат и химической нагрузки (на окружающую среду).
Существует спрос на влажные салфетки с достаточной способностью к высвобождению текучей среды и пониженной миграцией текучей среды в упаковке.
Упомянутая проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, решается путем применения лиоцельного волокна в продукте, содержащем нетканую основу и жидкость, содержащую соединение на основе соли четвертичного аммония, причем упомянутое лиоцельное волокно содержится в упомянутой нетканой основе, и при этом упомянутое лиоцельное волокно содержит по существу водонерастворимую соль, включенную в упомянутое волокно.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Применение лиоцельного волокна, содержащего по существу водонерастворимую соль, включенную в упомянутое волокно, неожиданно решает обсуждаемую выше проблему влажных или увлажняющих салфеток.
В частности, при включении по существу водонерастворимой соли в состав лиоцельного волокна было обнаружено, что нет необходимости в дополнительной обработке или добавлении дополнительных материалов на стадии производства влажной или увлажняющей салфетки, чтобы избежать обсуждаемых выше проблем.
Термин "лиоцелл" (или лиоцельное волокно) является непатентованным названием, присвоенным международной организацией BISFA (Международное бюро по стандартизации искусственных волокон) целлюлозным волокнам, которые производят путем растворения целлюлозы в органическом растворителе без образования производного и экструдирования волокна из упомянутого раствора с помощью процесса формования сухо-мокрым способом или по технологии "мелтблоун". В этой связи под органическим растворителем следует понимать смесь органического химического вещества и воды. В настоящее время в промышленном масштабе в качестве органического растворителя применяют N-метилморфолин-N-оксид (NMMO).
В упомянутом процессе раствор целлюлозы обычно экструдируют с помощью инструмента для формования, с помощью которого раствор подвергают формованию. Через воздушный зазор раствор для формования попадает в осадительную ванну, где путем осаждения раствора получают формовочную массу. После стадий дополнительной обработки формовочную массу промывают и необязательно сушат. Способ производства лиоцельных волокон описан, например, в патенте США № A 4246221. Лиоцельные волокна отличаются высокой прочностью при растяжении, высоким модулем упругости волокна в мокром состоянии и высокой прочностью волокна в петле.
Под термином "включенная в упомянутое волокно" специалист в данной области техники понимает, что по существу водонерастворимая соль распределяется внутри целлюлозной матрицы волокна и по существу на всем протяжении сечения волокна.
Хорошо известна модификация целлюлозных волокон, а также лиоцельных волокон посредством включения в волокна различных добавок.
Как по существу известно специалисту в данной области техники, включение в лиоцельное волокно модифицирующего соединения можно обеспечивать путем подмешивания соединения к прядильному (формовочному) раствору перед процессом формования и/или путем подмешивания соединения к предшественнику раствора.
Под "предшественником" прядильного раствора следует понимать исходные и промежуточные материалы для производства прядильного раствора, в частности:
- используемый исходный целлюлозный материал, например, пульпу;
- используемый растворитель (водосодержащий оксид третичного амина; в дальнейшем для всех оксидов подходящих аминов применяется сокращенный термин "NMMO");
- смесь исходного целлюлозного материала с NMMO-растворителем, в частности, суспензия целлюлозы в водосодержащем NMMO-растворителе, исходя из которой, можно получать раствор.
В публикации WO 2009/036481 описано лиоцельное волокно, содержащее материал, выбранный из группы, состоящей из жемчужных белил, измельченного перламутра и их смесей, включаемых в волокно.
В дальнейшем лиоцельное волокно, содержащее включенную в него по существу водонерастворимую соль, которая используется в настоящем изобретении, упоминается как "модифицированное лиоцельное волокно".
Под термином "по существу водонерастворимая" соль специалист в данной области техники понимает соль, которая обладает настолько очень низкой растворимостью в воде, что она не вымывается окружающей водной средой при производстве лиоцельных волокон, включая их последующую обработку, или вымывается только в такой степени, которая приемлема с точки зрения экологических и экономических нормативов промышленного производства.
Предпочтительно растворимость соли, используемой в настоящем изобретении, в воде при 15°-25°C составляет 5 г/л или менее, например, 3 г/л или менее, 1 г/л или менее и особенно предпочтительно менее 0,1 г/л.
Предпочтительно соль растворима в кислотных условиях.
Обычно жидкое средство, содержащее соединение на основе соли четвертичного аммония, которое наносится на нетканую основу для получения влажной или увлажняющей салфетки, имеет значение pH приблизительно меньше 7, в частности от 3 до 6, такое как от 4,0 до 5,5.
Если в таких кислотных условиях соль, содержащаяся в волокне, растворима, она будет в известной степени диссоциировать. Затем катион соли будет связываться с целлюлозой, нейтрализуя при этом анионные заряды целлюлозы, и не будет необходимости добавления дополнительных добавок.
В качестве альтернативы перед обработкой жидким средством, содержащим соли четвертичного аммония, модифицированное лиоцельное волокно или нетканую основу, содержащую модифицированное лиоцельное волокно, можно подвергать обработке в кислотной среде. Опять же благодаря такой обработке анионные заряды целлюлозного волокна могут быть нейтрализованы. Такая альтернатива могла бы создать условия для применения жидких средств с некислотным значением pH на стадии производства влажной или увлажняющей салфетки. Кроме того, в случае такой альтернативы можно применять более жесткие условия обработки (такие как применение более сильных кислот).
Лиоцельные волокна обычно содержат карбоксильные, то есть анионные группы в количестве приблизительно от 20 мкмоль до 50 мкмоль, в частности, от 25 мкмоль до 40 мкмоль на 1 г волокна. Следовательно, в общем случае целью является обеспечение модифицированного волокна, в котором в результате кислотной обработки волокна из соли, содержащейся в волокне, будет высвобождаться достаточное количество катионов для того, чтобы нейтрализовать упомянутые анионные заряды по возможности в полной мере.
Исходя из знаний специалиста в данной области техники, очевидно, что упомянутой цели можно достичь путем надлежащего выбора следующих параметров:
- природы соли и тем самым ее валентности и ее растворимости;
- количества соли, содержащейся в волокне, и
- природы и количества кислотной жидкости, которой обрабатывают волокна и/или нетканую основу.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения используемая по существу водонерастворимая соль может быть выбрана из группы, состоящей из солей щелочных металлов, щелочноземельных металлов, переходных металлов, солей алюминия и их смесей.
Кроме того, предпочтительно, чтобы соль представляла собой неорганическую соль.
Особенно предпочтительно соль выбирают из группы, состоящей из карбоната кальция, оксида цинка, фосфата кальция, гидроксида магния, гидроксида алюминия, оксалата кальция, карбоната бария, органических оксалатов и их смесей.
Лиоцельное волокно, применяемое согласно настоящему изобретению, предпочтительно содержит упомянутую неорганическую соль в количестве от 0,1 масс.% до 50 масс.%, предпочтительно от 1 масс.% до 10 масс.%, особенно предпочтительно от 2 масс.% до 7 масс.% в расчете на сухую массу волокна.
Соль четвертичного аммония, используемая для изготовления влажной или увлажняющей салфетки, предпочтительно представляет собой хлорид четвертичного аммония.
н
н-
н-
н-
В частности, упомянутая соль четвертичного аммония может быть выбрана из группы, состоящей из хлорида алкилбензилдиметиламмония (BAC или ABDAC), хлорида ди-алкилдиметиламмония (DDAC), хлорида алкилдиметилэтилбензиламмония (ADEBAC), хлорида алкилтриметиламмония, хлорида октилдецилдиметиламмония, хлорида дидецилдиметиламмония, хлорида диоктилдиметиламмония, хлорида бензетония и их смесей.
,
Нетканую основу, содержащую модифицированное лиоцельное волокно, можно производить с помощью способов, известных специалисту в данной области техники. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения нетканая основа, содержащая модифицированное лиоцельное волокно, представляет собой продукт, производимый по технологии "мелтблоун". Производство продуктов по технологии "мелтблоун" из растворов целлюлозы в NMMO известно, например, среди прочегоиз публикацийWO 98/26122, WO 99/47733, WO 98/07911, патента США № 6197230, WO 99/64649, WO 05/106085, EP 1 358 369 и WO 2007/124521.
Предпочтительно нетканая основа содержит модифицированное лиоцельное волокно в количестве от 5 масс.% до 100 масс.%, предпочтительно от 10 масс.% до 50 масс.%, особенно предпочтительном от 20 масс.% до 30 масс.% в расчете на сухую массу основы.
Под нетканой основой, содержащей модифицированное лиоцельное волокно в количестве "100 масс.%", специалист в данной области техники понимает основу, которая по существу состоит из упомянутого модифицированного лиоцельного волокна, такую как нетканый продукт, произведенный по технологии "мелтблоун" из раствора целлюлозы в NMMO. При этом присутствие незначительного количества добавок, таких как добавки для обработки поверхности волокна и/или нетканой основы, не исключается.
Как по сути известно, нетканая основа может содержать смесь модифицированного лиоцельного волокна с гидрофобными волокнами, такими как PP-волокна, PES-волокна и их смеси.
Настоящее изобретение также относится к продукту, содержащему нетканую основу и раствор, содержащий соединение на основе соли четвертичного аммония, в котором лиоцельное волокно содержится в упомянутой нетканой основе, и в котором упомянутое лиоцельное волокно содержит по существу водонерастворимую соль, включенную в упомянутое волокно.
Что касается подробной информации о волокне, используемом в продукте согласно настоящему изобретению, то есть во влажной или увлажняющей салфетке, природе соли и других предпочтительных вариантах осуществления изобретения, можно сослаться на приведенные выше абзацы.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
3
Улучшение способности (волокна) к высвобождению BAC путем включения в волокно CaCO
3
3
Согласно существующему уровню техники получали лиоцельные волокна, содержащие соответственно 1,1 масс.%; 2,9 масс.%; 4,1 масс.%; 4,8 масс.% и 6,2 масс.% CaCO, включенного в волокна (в расчете на абсолютно сухое волокно). Для этого готовили 13 масс.% прядильный раствор целлюлозы в водосодержащем NMMO, содержащий вышеупомянутые концентрации CaCO. Затем формовали прядильный раствор с применением технологии получения лиоцельного волокна, получая при этом конечное волокно (1,7 дтекс, 38 мм).
Такие высушенные воздухом волокна смешивали с 400 масс.% (в расчете на высушенные воздухом волокна) водного раствора BAC (хлорид алкилдиметилбензиламмония, 1000 ч/млн.) и определяли способность волокон к высвобождению BAC с применением титриметрического метода, объясненного ниже в примере 4. Значение рН водного раствора BAC доводили до кислотного значения pH.
3
3
Становится ясно, что с повышением включения CaCO концентрация извлекаемого (из волокна) активного вещества увеличивается. В таблице 1 приведены результаты титрований разных типов волокна с CaCO.
Таблица 1
3
Результаты титрований волокон с разным количеством включенного в них CaCO
Тип волокна
Высвобождение BAC [%]
1,1% CaCO<sub>3</sub>
75
2,9% CaCO<sub>3</sub>
77
4,1% CaCO<sub>3</sub>
80
4,8% CaCO<sub>3</sub>
86
6,2% CaCO<sub>3</sub>
90
Пример 2.
Улучшение способности (волокна) к высвобождению BAC путем включения в волокно ZnO
Согласно существующему уровню техники получали лиоцельные волокна, содержащие соответственно 1,5 масс.%; 2 масс.%; 2,5 масс.% и 3,0 масс.% ZnO (в расчете на абсолютно сухое волокно), включенного в волокно. Для этого готовили 13 масс.% прядильный раствор целлюлозы в водосодержащем NMMO, содержащий вышеупомянутые концентрации ZnO. Затем формовали прядильный раствор с применением технологии получения лиоцельного волокна, получая при этом конечное волокно (1,7 дтекс, 38 мм).
Такие высушенные воздухом волокна смешивали с 400 масс.% (в расчете на высушенные воздухом волокна) водного раствора BAC (хлорид алкилдиметилбензиламмония, 1000 ч/млн.) и определяли их способность к высвобождению BAC с применением титриметрического метода, объясненного ниже в примере 4. Значение рН водного раствора BAC доводили до кислотного значения pH.
В таблице приведены результаты титрований разных типов волокна с ZnO.
Таблица 2
Результаты титрований волокон с разным количеством включенного в них ZnO
Тип волокна
Высвобождение BAC [%]
1,5% ZnO
85
2% ZnO
90
2,5% ZnO
90
3% ZnO
92
Пример 3:
По меньшей мере, двойное повышение способности (волокон) к высвобождению BAC при включении нерастворимых солей
Типы волокон, упомянутые в примере 1 и 2, сравнивали со стандартными лиоцельными волокнами, не содержащими водонерастворимую соль, в отношении их способности к высвобождению BAC.
Становится ясно, что типы волокон, используемые согласно настоящему изобретению, по сравнению со стандартными лиоцельными волокнами показывают, по меньшей мере, двойное повышение высвобождения BAC.
Высвобождение четвертичного соединения аммония определяли с применением титриметрического метода, описанного в примере 4. В таблице 3 приведены результаты титрований разных типов волокон.
Таблица 3
Результаты титрования разных типов волокон
Тип волокна
Высвобождение BAC (%)
Стандартное волокно TENCEL<sup></sup>
29
4,8% CaCO<sub>3</sub>
86
2% ZnO
90
Пример 4
Определение способности (волокон) к высвобождению BAC с применением 2-фазного титрования
Катионное вещество (BAC или другие QAC), подлежащее определению, титровали с применением додецилсульфата натрия в двухфазной системе, содержащей воду и хлорированный растворитель (дихлорметан, хлороформ), с применением индикатора бромфенолового синего.
Катионные вещества образуют комплекс с бромфеноловым синим, который растворим в хлорированном растворителе. Титрование такого комплекса с применением анионного поверхностно-активного вещества приводит к замещению аниона индикатора, и вновь образованный комплекс переходит в водную фазу. В конце титрования высвобожденный индикатор окрашивает хлорированную фазу в синий/фиолетовый цвет, в то время как окраска водной фазы меняется на желтоватую/бесцветную.
Пример 5
Характеристики волокон с улучшенной способностью к высвобождению QAC
Для типов волокон, описанных в примерах 1 и 2, определяли характеристики волокон. В таблице 4 показано, что характеристики волокон не меняются в связи с включением в них упомянутых солей.
Таблица 4. Характеристики волокон
Включение соли [%]
Сечение [дтекс]
FFk [сН/текс]
FDk [%]
Стандартное лиоцельное волокно
0
1,7
30,5
12
4,1% CaCO<sub>3</sub>
4,1
1,35
30,5
12,1
4,8% CaCO<sub>3</sub>
4,8
1,84
28,8
12,9
6,2% CaCO<sub>3</sub>
6,2
1,76
28
12,9
3% ZnO
3
1,82
34,2
13,4
2,5% ZnO
2,5
1,68
36,7
13
2% ZnO
2
1,84
33
13,5
1,5% ZnO
1,5
1,7
34,06
13,6
FFk: Прочность волокна в кондиционном состоянии
FDk: Удлинение волокна в кондиционном состоянии (FDk).