НОВЫЕ ПОЛИВИНИЛСПИРТОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ
NOVEL POLYVINYL ALCOHOL PRODUCTS

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к изделиям и одежде из модифицированной поливинилспиртовой пленочной ткани, имеющей полезные свойства материала, продаваемого компанией "ДюПон де Немур и компания" под маркой TYVEK, и представляющей собой нетканый фильерный полиолефин. В частности, раскрывается модифицированная поливинилспиртовая волокнистая пленка, в которой сочетаются низкопористая пленка в качестве поверхностного слоя из коалесцированных или сплавленных волокон и прикрепленный к ней основной волокнистый слой, а также процесс их производства.
Уровень техники
В известном уровне техники для изготовления водорастворимых полезных изделий широко используются поливинилспиртовые композиции. Например, патент №3,413,229, включенный в данное описание посредством ссылки, посвящен производству водорастворимых мешков или саше, для чего производятся пакеты и т.п., содержащие такие материалы, как моющие средства, отбеливатели, инсектициды, лекарства, химикаты, красители, пигменты, промышленные добавки и иные материалы. Патент гласит, что содержимое пакетов растворяется при простом погружении пакетов в воду, когда мешки растворяются и их содержимое образует водные дисперсии. При этом из патента, на который дается ссылка, можно узнать о производстве пленок, растворимых как в горячей, так и в холодной воде.
Американский патент №3,859,125, включенный в данное описание посредством ссылки, посвящен производству многослойных изделий, к числу которых относятся поливинилспиртовые покрытия. Из данного патента можно узнать о нанесении поливинилспиртового покрытия на бумажную мембрану, причем сообщается о том, что бумага с покрытием растворима в воде и высокой, и низкой температуры. Аналогичным образом, американский патент №4,343,133 посвящен нанесению поливинилового спирта на нетканый волокнистый лист, пропитанный латексами из поливинилацетата для изготовления влажных салфеток, утилизируемых путем смыва обычной водой без опасности засорения водопроводно-канализационной сети.
Британский патент №1,187,690 и японский патент №72041741, включенные в данное описание посредством ссылки, посвящены производству уникальных водорастворимых поливинилспиртовых пленок. Британский патент посвящен производству больничных мешков и упаковочного материала для такой продукции, как моющие средства и сельскохозяйственные химикаты, а японский - использованию поливинилспиртовых пленок для изготовления стиральных мешков, растворяющихся с высвобождением уложенной в них грязной одежды. При этом ни в одном из упомянутых выше патентов не говорится об уникальных пленках по настоящему изобретению, которым можно придавать форму полезной одежды и аналогичных материалов.
Американский патент №4,272,851, выданный Гольдштейну, раскрывает защитную одежду из покрытого с одной стороны полиэтиленовой пленкой нетканого фильерного полиолефина производства компании "ДюПон де Немур и компания". Пленка обеспечивает прочность на разрыв и препятствует проникновению химических веществ. Однако имеются и проблемы: высокая себестоимость производства и скорчинг при изготовлении пленки.
Ни один из ранее выданных патентов не касается модификации поливинилспиртовой воздухопроницаемой нетканой ткани для получения внешней поверхности с неограниченно регулируемой пористостью и восприимчивостью к теплопередаче в комбинации с волокнистым поливинилспиртовым слоем.
Раскрытие изобретения
В одном из вариантов осуществления данное изобретение позволяет получить модифицированную нетканую ткань или ламинат из поливинилового спирта (PVOH) для использования в отдельности или в составе ламината для создания пленки или ткани, из которой можно формировать полезные воздухопроницаемые пленки, нетканые ткани и изделия.
В частности, рассматривается поливинилспиртовая пленка, в которой по крайней мере одна поверхность селективно модифицирована так, чтобы создать сплавленный, значительно более низкопористый слой, чувствительный к теплопередаче и присоединенный к гибкому мягкому волокнистому поливинилспиртовому слою с помощью переходного слоя.
Слой переменной или низкой пористости присоединяется к волокнистому поливинилспиртовому слою с помощью переходного слоя. Переходный слой представляет собой комбинацию коалесцированной пленки или сплавленного слоя, образовавшегося при обработке, и волокнистого слоя, состоящего из исходной нетканой ткани, не подвергшейся обработке.
Преимуществом является то, что как минимум у одной из поверхностей поливинилспиртовой пленки снижается пористость и воздухопроницаемость.
Поверхностные слои с регулируемой пористостью можно создавать для изготовления водоотталкивающих слоев или бактерицидных покрытий.
Термин "регулируемая (переменная) пористость" относится к количеству пор, образующихся путем регулирования условий влажности поливинилового спирта при изготовлении ткани.
Предпочтительно, количество пор, образующихся в поверхностном слое, обусловлено подготовкой поверхности нетканой ткани паром, воздействующим на поверхность или возникающим из воды, удерживаемой пленкой или тканью, в сочетании с кратковременным давлением и прямым подводом тепла.
Пористость поверхностного слоя или слоев может меняться в зависимости от количества воды, удерживаемого изначальным волокном или тканью, или от влажности во время изготовления, и, таким образом, поверхностные слои могут быть по крайней мере немного пористыми и воздухопроницаемыми.
В другом варианте осуществления изобретения модифицированный поливиниловый спирт формуют в пленки, одежду, оберточный материал, ткани, включая наволочки, постельное белье и т.д. (то есть те виды применения, в которых находят полезным TYVEK).
В еще одном варианте осуществления данное изобретение позволяет проводить процесс модификации пленки, ткани или ламината из поливинилового спирта (PVOH) для использования в отдельности или в составе ламината для создания пленки или ткани, из которой можно формировать полезные пленки, нетканые ткани и изделия.
В частности, в данный процесс входит использование пара, воздействующего на поверхность поливинилспиртовой пленки для повышения температуры поливинилспиртовой поверхности примерно до температуры ее стеклования для смягчения поверхности и превращения ее в коалесцированную или расплавленную.
Поэтому общей целью изобретения является создание как минимум одной поверхности тканой или нетканой поливинилспиртовой пленки или ткани с более низкопористой поверхностью путем повышения ее температуры до температуры ее стеклования на регулируемой глубине.
Поэтому общей целью изобретения является создание поливинилспиртовой пленки с как минимум одной воздухопроницаемой поверхностью заданной пористости, прикрепленной к волокнистому поливинилспиртовому слою.
Другой целью изобретения является подготовка и создание ламината с поливинилспиртовой пленкой, имеющей коалесцированный поверхностный слой с пористостью, задаваемой путем предварительной регулировки количества воды, удерживаемого поливиниловым спиртом, перед образованием ламината.
Еще одной целью изобретения является создание оберточных материалов, одежды и иных полезных изделий с пленкой, характеристики которой аналогичны характеристикам TYVEK.
И еще одной целью изобретения является создание защитной и медицинской одежды, легко утилизируемой после использования.
Эти и другие цели и преимущества станут более очевидными после описания предпочтительных вариантов осуществления и приведенных ниже чертежей.
Краткое описание чертежей
На фиг.1А представлена микрофотография поперечного среза конца пленки или ткани по настоящему изобретению.
На фиг.1В представлена микрофотография поперечного среза боковой поверхности пленки или ткани, изображенной на фиг.1А.
На фиг.2 представлен схематический вид ткани, изображенной на фиг.1.
На фиг.3 представлен поперечный разрез ткани по настоящему изобретению, имеющей две модифицированные поверхности.
На фиг.4 представлен поперечный разрез ткани, изображенной на фиг.2, с нижним термопластичным слоем.
На фиг.5 представлен поперечный разрез ткани, изображенной на фиг.4, с водоотталкивающим покрытием на поверхностном слое.
На фиг.6 представлено схематическое изображение установки, используемой для создания модифицированного поливинилового спирта по настоящему изобретению.
На фиг.7 показана модификация установки, изображенной на фиг.6.
Осуществление изобретения
Одним из вариантов осуществления настоящего изобретения является создание пленки, ткани, одежды или изделия, в которых используется воздухопроницаемая поливинилспиртовая пленка, в которой как минимум один поверхностный слой модифицирован таким образом, чтобы его пористость находилась под жестким контролем.
На фиг.1А и 1В представлена микрофотография модифицированной поливинилспиртовой пленки (10) по настоящему изобретению.
На фиг.2 представлена схематическая иллюстрация пленки (10), изображенной на фиг.1А. У пленки (10) имеется поверхностный слой (11), в котором поливинилспиртовое волокно модифицировано таким образом, что его пористость можно регулировать, контролировать и уменьшать. Низкопористая поверхность (11) присоединяется к волокнистой части (13) через переходный слой (12), представляющий собой смесь коалесцированной поливинилспиртовой пленки и волокнистого поливинилового спирта, образовавшегося при модификации поверхностного слоя (11).
1
1
1
Как показано на фиг.3, образуется пленка (20), верхняя поверхность которой представляет собой коалесцированный более низкопористый поливинилспиртовый слой (11), а нижний слой (11) также включает в себя коалесцированный низкопористый поливинилспиртовый слой той же или иной пористости (12), приклеенный к волокнистому поливинилспиртовому слою (13) через переходный слой (12).
Как показано на фиг.4, в пленке или ткани (30) имеется верхняя поверхность (11) из коалесцированного поливинилового спирта, прикрепленного к волокнистому слою (13) из поливинилового спирта посредством переходного слоя (12). Внизу термопластичный слой (14) приклеивается к волокнистому поливинилспиртовому слою путем компрессии или с помощью клея или иным способом.
Как показано на фиг.5, в пленке или ткани (40), аналогичной нетканой пленке или ткани (30), изображенной на фиг.4, имеется поверхностно нанесенное водоотталкивающее покрытие (15). Свойства пленки или ткани (40) аналогичны свойствам TYVEK, а также дают некоторые дополнительные преимущества.
У нетканых пленок или тканей по настоящему изобретению имеется поверхностный слой, более восприимчивый к теплопередаче, чем внутренний волоконный слой (13). Это приводит к возможности их скрепления с образованием внешнего вида, близкого к пленкоподобному, в то время как внутренние волокна при этом остаются нескрепленными. Таким образом можно эффективно преобразовывать монолитную волоконную структуру ткани из материала, произведенного путем скрепления волокон струями воды (PVOH, гидросплетение), в ткань с тремя различными слоями. Два ее наружных слоя могут быть высокоплотными и скрепленньми для повышения прочности ткани и сопротивления истиранию, в то время как внутренняя часть ткани может быть высокоплотной, но не скрепленной, что приводит к образованию мягкой гибкой ткани.
Пленка или ткань по настоящему изобретению может быть только поливинилспиртовой с ацетильньми группами или без них, сетчатой (т.е. с поперечными молекулярными связями) или нет.
В пленке или ткани может присутствовать ламинат, образованный с помощью поливинилового спирта, и другой термопластик, предпочтительно полиолефин, т.е. полиэтилен, для придания дополнительной прочности на разрыв.
Полимер-предшественник или листовые материалы, полезные в применении настоящего способа, содержат поливиниловый спирт с ацетильными группами или без них, с поперечными молекулярными связями или без них. Одежда по настоящему изобретению содержит поливинилспиртовый гомополимер, высоко ориентированный вытягиванием или тепловой обработкой. Идеальным для использования в данном изобретении был бы высоко кристаллизованный, как минимум 98-процентный омыленный или гидролизованный поливинилацетат. В условиях промышленного производства в данном процессе может использоваться поливиниловый спирт, продающийся под маркой Vinex 1003.ТМ. и 1002.ТМ. компанией "Air Products/Эр продактс". Вес полезных волокон PVOH обычно составляет от 0,5 до 5,0 денье, предпочтительно от 1,0 до 2,0 денье и оптимально - от 1,2 до 1,5 денье.
Ткань-предшественник, полезная для использования в настоящем изобретении, может создаваться по любой из известных технологий изготовления тканой, нетканой, вязанной или созданной иным способом ткани. К числу таких нетканых технологий, полезных в реализации данного изобретения, относятся скрепление прядением, плавление с раздувом или мокрое формование, водоструйное скрепление холодной водой и (или) термоскрепление, при котором 30-70% поверхности плавится с образованием почти непористой поверхности. При формовании продукции из листов соответствующего термопластичного материала толщина листов составляет от 3 до 20 мм, предпочтительно от 8 до 12 мм и оптимально около 8 мм. Подходящая нетканая ткань или листы весят от 15 до 200 г/кв. ярд (от 12,541 до 187,22 г/кв. м), предпочтительно от 20 до 70 г/кв. ярд (от 18,722 до 58,527 г/кв. м) и оптимально от 25 до 80 г/кв. ярд (от 20,902 до 66,888 г/кв. м).
Как отмечалось ранее, полимер или листовой материал, полезный в применении данного изобретения, содержит поливиниловый спирт с ацетильньми группами или без них, с поперечными молекулярными связями или без них. Предлагается, чтобы поливиниловый спирт был в основном полностью гидролизован, то есть имел не менее 98% гидролизованных ацетильных групп.
Для обеспечения адекватной механической прочности в некоторых случаях нетканая ткань или листовой материал на поливинилспиртовой основе должен иметь степень полимеризации не менее 700 и не более 1500. В идеале такие материалы должны иметь степень полимеризации около 900 и быть в основном кристаллизованными.
В производстве соответствующих поливинилспиртовых материалов на основе синтетической смолы могут понадобиться соответствующие количества пластификатора. Считается, что для содействия гладкой экструзии из расплава таблеток на основе поливинилового спирта может использоваться до 15% по весу соответствующего пластификатора, такого как глицерин или полиэтиленгликоль.
Было обнаружено, что ткань, произведенная для пошива одноразовой медицинской одежды, имеет почти такие же физические свойства, как и ткань, произведенная из полиэстера и полипропилена. При этом холодная или теплая вода (23°-37°С) на произведенную ткань влияния не оказывает, а горячая (80°-90°С) приводит к мгновенному растворению.
Нанесение водоотталкивающего средства на поверхность модифицированной поливинилспиртовой пленки или ткани весьма полезно для сведения к минимуму воздействия на поверхность жидкой влаги при температуре ниже температуры растворения. Было обнаружено, что даже в случае поливинилспиртовых пленок и тканей, которые становятся водорастворимыми только при повышенных температурах, под действием воды поверхность такого материала склонна становиться скользкой на ощупь, а использование водоотталкивающих средств может сводить это воздействие к минимуму. К числу пригодных водоотталкивающих средств относятся фторзамещенные углеводороды, предлагаемые компанией "3М" и продаваемые под ее товарными знаками FC 824 и 808. Кроме того, полезными водоотталкивающими средствами являются олеиновая кислота и жирные кислоты. Данные материалы полезны в диапазоне от 0,1 до 2,0% по весу, рассчитанному по весу поливинилспиртового полимера.
На поверхность можно наносить бактерицидные добавки, особенно полезные для применения в медицинских изделиях: халатах, хирургических простынях и т.д. К числу бактерицидов относится GERM PATROL, продаваемый Germ Patrol, LLC, силаны, серебряные или медные бактерициды и т.п.
Кроме того, поверхность можно модифицировать за изменения количества влаги, удерживаемого пленкой или тканью-предшественником. Для этого пленку или ткань можно предварительно обработать путем воздействия на пленку или ткань заданного значения влажности и температуры в течение периода времени, достаточного для достижения равновесия между волокном и атмосферой и занимающего от 24 до 96 часов, при этом предпочтение отдается 72 часам, а затем можно использовать горячие валики и прижимные ролики для создания пара, плавящего и уплотняющего поверхность и образующего низкопористый слой, оставляя нетронутыми соседние волокна. Пленки или ткани по настоящему изобретению полезны в создании медицинской одежды, халатов, хирургических простынь и т.д. Из таких пленок или тканей можно изготавливать съемные защитные покрытия, строительные сетки для инертных изделий.
В другом варианте осуществления изобретения процесс получения модифицированной поливинилспиртовой пленки, ткани или ламината можно проводить с помощью установки, показанной на фиг.6.
Как показано на фиг.6, пленка, ткань или ламинат (12А) на валике (11А) обрабатывается на установке (10А). Пленка содержит поливинилспиртовую пленку, ткань или ламинат (12А), помещенные на конвейер (13А), движимый вращающимися роликами (14А, 14В) под паровым соплом (15А). При этом пар с температурой около 100-120°С воздействует на поливинилспиртовую пленку и поднимает температуру поверхности примерно до температуры стеклования Tg с тем, чтобы расплавить поверхность и образовать коалесцированный слой.
Обработанная пленка проходит под средством подведения (16), способным подвести добавку, такую как пигмент, или противослипающее средство, такое как кремнийдиоксидный полимер, тальк, коллоидальная двуокись кремния и т.д. в количестве от 0,1 до 5% по весу, предпочтительно от 2 до 3% по весу, или водоотталкивающее средство. Затем пленка (12А) проходит не менее чем под одним горячим каландром (17), вдавливающим добавки в размягченную часть и (или) растягивающим пленку.
После прохождения каландра (17), имеющего один или несколько валиков, следующее средство подведения (15А) может подвести водоотталкивающее средство.
Обрабатываемую пленку можно пропустить через сушильный шкаф (19), а затем подать на приемный валик (18). Обе стороны пленки (12А) могут обрабатываться путем дальнейшего прохождения пленки по валику (19) через установку (10А) для обработки второй поверхности обрабатываемой пленки (12А).
Пленка (12А) может быть только поливинилспиртовой с ацетильными группами или без них, с поперечными молекулярными связями или без них.
В пленке (12А) может присутствовать ламинат, образованный с помощью поливинилового спирта, и другой термопластик, желательно - полиэтилен, для придания дополнительной прочности на разрыв, аналогичной прочности TYVEK.
Как показано на фиг.7, установка может быть оснащена паровым соплом (18А) с обратной стороны пленки или ткани (12А) для модификации обеих сторон. Кроме того, можно оснастить его натяжными валиками (17А) для растягивания пленки или волокна (12А) в зависимости от вида его применения.
Как отмечалось ранее, полимер или листовой материал, полезный при осуществлении настоящего изобретения, включает в себя поливиниловый спирт с ацетильными группами или без них, с поперечными молекулярными связями или без них. Предлагается, чтобы поливиниловый спирт был в основном полностью гидролизован, то есть имел не менее 98% гидролизованных ацетильных групп.
Для производства соответствующих поливинилспиртовых материалов на основе синтетической смолы могут понадобиться соответствующие количества пластификатора. Считается, что для содействия гладкой экструзии из расплава таблеток на основе поливинилового спирта может использоваться до 15% по весу соответствующего пластификатора, такого как глицерин или полиэтиленгликоль.
Обнаружено, что ткань, произведенная для пошива одноразовой медицинской одежды, имеет почти такие же физические свойства как и ткань, произведенная из полиэстера и полипропилена. При этом холодная или теплая вода (23°-37°С) на произведенную ткань влияния не оказывает, а горячая (80°-90°С) приводит к мгновенному растворению.
Нанесение водоотталкивающего средства на поливинилспиртовую пленку или ткань весьма полезно для сведения к минимуму воздействия на поверхность жидкой влаги при температуре ниже температуры растворения.
Приведенные ниже примеры являются лишь иллюстрацией способа по настоящему изобретению, а их модификации очевидны специалистам в данной области техники.
Пример 1
Нетканую поливинилспиртовую ткань толщиной 20 мм пропустили через каландр, показанный на фиг.6, с зазором между валиками 16 мм. Валики были нагреты до 100°С; и непосредственно перед тем, как ткань проходила через валики, на ткань направлялся узкий поток пара. Толщину обрабатываемой ткани уменьшали до 16 мм, и поверхность ткани с одной стороны преобразовывали из пористого волокнистого материала в почти непрерывную, значительно менее пористую пленочную поверхность, пригодную для использования при изготовлении одноразовой защитной одежды или одноразовых медицинских изделий.
Пример 2
Нетканую поливинилспиртовую ткань толщиной 20 мм пропустили через каландр, показанный на фиг.6, с зазором между валиками 14 мм. Валики были нагреты до 90°С; и непосредственно перед тем, как ткань проходила через валики, на верхнюю поверхность ткани направлялся узкий поток пара. После выхода ткани из каландра по ней распылялся мелкодисперсный аэрозоль водоотталкивающего покрытия. Затем обрабатываемую ткань пропускали через сушильный шкаф для закрепления водоотталкивающего покрытия на поверхности ткани. Толщину обрабатываемой ткани уменьшали до 14 мм, и поверхность ткани преобразовывали из пористого волокнистого материала в почти непрерывную, значительно менее пористую пленочную поверхность, пригодную для использования при изготовлении одноразовой защитной одежды. Капли воды принимали шарообразную форму и скатывались с поверхности ткани.
Пример 3
Ламинат из поливинилового спирта и полиэтилена толщиной 20 мм пропускали под паровым соплом с паром, имеющим температуру 100-120°С, направленным на поливиниловую поверхность, и подавали на конвейер, как показано на фиг.6. Конвейер подавал ламинат через горячие валики каландра (100°С), а затем ламинат покрывали распыленным водоотталкивающим средством на основе фторзамещенного углеводорода и проводили через сушильный шкаф. Такой ламинат может использоваться вместо TYVEK.
Вышесказанное призвано проиллюстрировать предпочтительные и модифицированные варианты осуществления настоящего изобретения, что, однако, не исключает и других вариантов осуществления, также находящихся в пределах настоящего изобретения.