ЛАМИНИРОВАННЫЙ НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
LAMINATED NONWOVEN FABRIC WITH HIGH CELLULOSE CONTENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к нетканым ламинированным композитным тканям и к способу получения нетканых ламинированных композитных тканей.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
2
2
2
Нетканые ткани имеются всюду в течение многих лет, и в настоящее время имеется ряд различных технологий получения нетканых тканей, используемых в промышленности. Одной важной областью применения нетканых тканей является область обтирочных материалов, также известных как «салфетки» или «полотенца». Салфетки используются для широкого ряда целей в промышленности, быту, учреждениях и для личной гигиены. В указанных применениях общим требованием является то, что салфетка должна впитывать воду и водные растворы или некоторые растворители в случае промышленных салфеток. Салфетки часто продаются и упаковываются в предварительно увлажненном состоянии как «влажные салфетки». Другие общие требования к салфеткам включают в себя способность удалять и удерживать грязь, мягкость, объем и прочность, соответствующую предназначенному использованию, и низкую склонность к пухоотделению (сбрасыванию волокон и/или частиц). Когда салфетка предназначена использоваться во влажном состоянии, вышеуказанные свойства обычно определяются как «влажные свойства» после того, как нетканая ткань была подходяще увлажнена. Подразумевается, что многие салфетки являются изделиями одноразового использования (например, детские салфетки и салфетки личной гигиены) или изделиями ограниченного повторного использования (например, некоторые виды кухонных салфеток). Современные тенденции в области потребительских салфеток (детские салфетки, салфетки личной гигиены и бытовые очищающие салфетки) делают упор на характеристики очистки, экономику и вопросы экологии. Потребителю требуется высокий уровень характеристик очистки, т.е. принципиальное удаление грязи при оставлении немного или неоставлении пуха или полосок на протертой поверхности. Снижение основной массы салфетки, необходимой для выполнения задачи очистки, дает меньшее расходование исходных материалов на салфетку и является более экономичным. Основная масса детских и влажных салфеток личной гигиены обычно составляет от примерно 40 г/м до примерно 65 г/м, а основная масса потребительских бытовых влажных салфеток для очистки и дезинфекции обычно составляет от примерно 40 г/м до примерно 55 г/м. Имеется возрастающий всеобщий интерес к использованию природных источников, используемых в получении обтирочных изделий, чье использование является ограниченно длительным. Отсюда имеется растущий потребительский спрос на салфетки, получаемые с меньшим воздействием на экологию, например, на салфетки, получаемые из материалов с высокой степенью возобновляемости и поддерживаемости, и, предпочтительно, на салфетки, которые являются биоразрушающимися после использования.
Древесная целлюлоза используется в различных типах нетканых тканей, полученных по различным технологиям. Хотя нетканые ткани, получаемые из волокон древесной целлюлозы, известны как впитывающие, нетканые ткани, выполненные полностью из целлюлозных волокон, могут быть нежелательными для некоторых обтирочных применений, потому что они теряют адекватную прочность и стойкость к истиранию и имеют тенденцию к пухоотделению целлюлозных волокон в процессе использования. Салфетка часто используется для очистки поверхности путем трения салфетки о поверхность. Действие трения истирает поверхность салфетки. Если материал, используемый для получения салфетки, имеет низкое сопротивление истиранию, это дает в результате салфетку, имеющую относительно плохую долговечность, и избыточное число волокон и других частиц аналогично отщепляются от салфетки и загрязняют протертую поверхность. Это имеет место, в частности, в случае, когда обтирающая основа содержит древесную целлюлозу. В прошлом нетканые ткани с высоким содержанием целлюлозы упрочнялись либо применением химических связующих, и/либо использованием другой технологии скрепления, такой как гидропереплетение. Каждый из указанных подходов имеет недостатки. Например, использование искусственных дисперсий химического связующего добавляет стоимость, обычно увеличивает энергопотребление в процессе изготовления из-за необходимости дополнительной сушки холста и может вызвать нежелательную полосатость, когда салфетка используется для очистки твердой поверхности, такой как стекло. Благодаря короткой длине волокна целлюлозных волокон (обычно менее 4 мм и обычно примерно 2 мм), гидропереплетение 100% мас./мас. целлюлозных холстов водяными струями высокого давления имеет только ограниченный эффект. Обычно более длинные волокна или филаменты должны быть смешаны с целлюлозными волокнами или обеспечены иным образом, так что волокна древесной целлюлозы могут «обматываться вокруг» более длинных волокон или филаментов в ходе способа гидропереплетения. Примеры гидропереплетения волокон древесной целлюлозы в присутствии длинных волокон рассматриваются в Канадском патенте 841938 и в патенте США 5009747. Гидропереплетение струями высокого давления является способом высокой энергии, и другим последствием является уплотнение нетканой ткани, т.е. снижение толщины холста и объема в процессе гидропереплетения. Гидропереплетенные нетканые ткани с высоким содержанием древесной целлюлозы могут еще образовывать пух в неприемлемой степени и требуют дополнительной обработки, такой как введение химического связующего.
Для получения нетканых тканей используется ряд технологий формования из расплава. Спряденные из расплава нетканые ткани могут быть выполнены из ряда термопластичных смол, включая (но не ограничиваясь этим) полимеры и/или сополимеры олефинов, сложных эфиров, амидов, уретанов и виниловых соединений, таких как винилхлорид, виниловый спирт и винилацетат. Смола (смолы) может включать в себя смолы, получаемые из поддерживаемых источников, такие как поли(молочная кислота) и другие термопласты растительного происхождения. Способ прядения из расплава дает множественные, по существу непрерывные полимерные филаменты, которые укладываются на движущуюся перфорированную поверхность с формованием нескрепленного холста, который обычно затем скрепляется с помощью нагретых валков каландра. Спряденные из расплава холсты обычно являются прочными и пористыми. Патент США 3802817 описывает способ прядения из расплава и оборудование. Аэродинамический способ формования был впервые разработан в 1950-ых годах с обеспечением материалов принудительной фильтрации, как описано в работе Van A. Wente, Industrial and Engineering Chemistry, Volume 48, № 8 (1956). Патенты США 3379811, 3634573 и 3849241 описывают способ. Полученные аэродинамическим способом холсты являются обычно непрочными, чем спряденный из расплава холст эквивалентной массы, но имеют более мелкие поры и как таковые часто используются в фильтрационных применениях. Указанные две технологии могут быть комбинированы с получением композитных тканей, таких как 3-слойная нетканая ткань, состоящая из слоев, спряденных расплавным-аэродинамическим-расплавным способом, или композитная РАР (SMS)-ткань, которая объединяет прочность спряденных из расплава холстов с фильтрационной способностью холстов, полученных аэродинамическим способом. Продуктом другой гибридной технологии является так называемая высокопрочная нетканая ткань, полученная аэродинамическим способом, способ получения которой описан в патентах США 4731215 и 6013223. Хотя использование 100% мас./мас. синтетических холстов, полученных аэродинамическим способом, в качестве обтирочных материалов описано в патенте США 6315114В1 и в заявке на патент США 2005/133174А1, такие салфетки более обычно используются в профессиональных и промышленных применениях в большей степени, чем в качестве потребительских салфеток. Получаемые аэродинамическим способом холсты комбинируются с древесной целлюлозой обычно путем гидропереплетения с получением нетканых тканей, подходящих для использования в качестве обтирочных материалов. Патенты США 4442161, 4808467 и 4939016 описывают такие композиты: целлюлозный холст-аэродинамический холст.
Технологии получения нетканых материалов, используемые сегодня для получения обтирочных материалов с высоким процентным содержанием целлюлозы, включают в себя совместно формуемые, воздухоуложенные и гидропереплетенные композиты.
Совместно формованный нетканый материал представляет собой листовой материал, содержащий однородную смесь полученных аэродинамическим способом филаментов (обычно полипропиленовых филаментов) и целлюлозных волокон (обычно волокон древесной целлюлозы). В способе совместного формования волокна древесной целлюлозы (обычно около 70% мас. ткани) индивидуализируют, транспортируют в воздушном потоке, который объединяется со вторым воздушным потоком, который несет формованные аэродинамическим способом филаменты. Объединенные воздушные потоки укладывают волокнистые материалы на перфорированную поверхность. Способы совместного формования и ткани описываются в патентах США 4100324 и 5350624. Полученные совместным формованием нетканые ткани являются обычно объемными и мягкими, но обычно имеют относительную плохую влажную стойкость к истиранию, дающую высокую склонность к пухоотделению.
В способе воздушного формования волокна древесной целлюлозы (обычно 70% мас. или более от массы ткани) индивидуализируют с использованием, например, молотковой мельницы, транспортируют в воздушном потоке к распределительному устройству, которое распределяет волокна по существу однородно в поперечном направлении производственной машины. После прохождения через распределительное устройство волокна укладываются на движущуюся перфорированную поверхность с помощью воздушного потока, создаваемого вакуумными камерами ниже поверхности. Другие материалы, такие как химические волокна, порошки или дисперсные материалы, могут быть смешаны с волокнами древесной целлюлозы. Воздушноформованный холст может быть скреплен рядом способов, включая теплоактивируемые связующие и/или применение жидких связующих. Патент США 3575749 описывает способ воздушной укладки, а патент США 4494278 описывает волокнораспределительное устройство, используемое для получения воздушноформованных холстов. Когда воздушноформованные холсты используются для получения обтирочных основ, прочность холста усиливается напылением или, иным образом, нанесением жидкого связующего (обычно водной дисперсии синтетического латекса) на одну или обе поверхности, которое затем должно быть высушено и отверждено. При нанесении жидкого связующего, главным образом, на поверхности холста отсоединение волокон (также называемое сбрасыванием или пухоотделением) от поверхности основы снижается. Недавним вариантом способа воздушной укладки для получения обтирочных материалов является так называемый способ мультискрепленной воздушной укладки (MBAL). В MBAL-способе термопластичные скрепляющие волокна (обычно около 30% мас. ткани) смешиваются с волокнами древесной целлюлозы. Скрепляющие волокна обычно являются бикомпонентной конфигурацией оболочка:сердцевина, где полимер оболочки имеет более низкую температуру плавления, чем полимер, составляющий сердцевину волокна. После нанесения смеси волокон древесной целлюлозы и скрепляющих волокон на перфорированную поверхность с формованием холста холст проходит через печь, где скрепляющие волокна скрепляются с соседними волокнами, поэтому упрочняя холст. Кроме того, легкое покрытие жидкого связующего, обычно водной дисперсии синтетического латекса, наносится на одну или обе поверхности холста для снижения числа волокон, отсоединяющихся в процессе использования в качестве салфетки. Воздушноуложенные холсты, включая холсты, полученные способом мультискрепленной воздушной укладки, являются обычно объемными, могут быть мягкими в зависимости от выбора связующего (связующих), но имеют плохую влажную стойкость к истиранию, дающую более высокую склонность к пухоотделению.
Гидропереплетенные нетканые композиты из древесной целлюлозы и других волокон или филаментов известны давно. Патенты США 3485706 и 3560326 описывают гидропереплетенные композиты из сложноолиэфирных штапельных волокон и древесной целлюлозы. Патенты США 4442161 и 4808467 описывают гидропереплетенные композиты из спряденных из расплава холстов и древесной целлюлозы. Такие нетканые композиты обычно содержат менее примерно 70% мас. волокон из древесной целлюлозы. Патент США 5284703 описывает композитную ткань, полученную гидропереплетением древесной целлюлозы в спряденном из расплава холсте, и где содержание древесной целлюлозы нетканого композита составляет, по меньшей мере, 70% мас. В зависимости от выбора исходных материалов такие гидропереплетенные холсты, содержащие древесную целлюлозу, могут иметь хорошую влажную стойкость к истиранию, но являются не очень мягкими или объемными и обычно используются для получения салфеток для промышленности или твердой поверхности.
Испытания промышленных образцов салфеток, полученных вышеуказанными неткаными технологиями, показывают, что они имеют либо хорошую влажную стойкость к истиранию, либо хороший влажный объем, либо низкую склонность к пухоотделению, но не все требуемые свойства вместе. Целью настоящего изобретения является создание улучшенного обтирочного нетканого материала с комбинацией хорошего влажного объема, хорошей влажной стойкости к истиранию и с низкой склонностью к пухоотделению и с высоким содержанием древесной целлюлозы, по меньшей мере, 50% мас.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Как использовано здесь, термин «воздушное формование или воздушное укладывание» означает хорошо известный способ, согласно которому может быть формован волокнистый нетканый слой. В вышеуказанном способе пучки небольших волокон, имеющих обычную длину в интервале от 1 до 50 мм, разделяются и захватываются воздушным потоком, а затем укладываются на формующую сетку, обычно с помощью подведенного вакуума. Произвольно уложенные волокна, если требуется, могут быть скреплены друг с другом с использованием, например, химического клея и/или термоскрепления. Термины «воздушное укладывание» и «воздушное формование» используются здесь взаимозаменяемо.
Как использовано здесь, термин «утончение» означает действие вытяжки, или растяжения, горячего термопластичного филамента в его продольном направлении. В аэровоздушном и расплавном способах утончение, или растяжение, обычно осуществляется газом (обычно воздухом), идущим с высокой скоростью в одинаковом направлении, и по существу параллельно движению филаментов. Утончение имеет одновременные эффекты снижения диаметра филамента, увеличения ориентации полимерных молекул вдоль длины филамента и увеличения разрывной прочности филамента.
2
2
Как использовано здесь, термин «основная масса» означает массу листового материала на единицу поверхности, например, в граммах на квадратный метр (гкм (gsm) или г/м) или в унциях на квадратный ярд ((укя)(osy)). Примечание: переводной коэффициент составляет 1 унция/кв.ярд = 33,91 г/м.
Как использовано здесь, термин «бикомпонентное волокно» означает волокно, формованное из двух различных полимеров. В начале получения филамента два полимера расплавляются и перерабатываются с помощью отдельного оборудования, перед прохождением через каждое прядильное отверстие в фильере для спрядения вместе в определенной конфигурации с формованием одиночного филамента или волокна. Обычно экструдируются два отдельных полимера, хотя бикомпонентное волокно может охватывать экструзию одного и того же полимерного материала из отдельных экструдеров. Экструдированные полимеры располагаются в по существу постоянно расположенных различных зонах в поперечном сечении бикомпонентных волокон и идут по существу непрерывно по длине бикомпонентных волокон. Известны несколько типов конфигураций поперечного сечения бикомпонентных волокон, неограничивающие примеры которых включают в себя следующее: оболочка:сердцевина, бок-о-бок, многосегментный диск и «острова-в-море». Конфигурация поперечного сечения бикомпонентных волокон может быть симметричной (например, концентрические оболочка и сердцевина или бок-о-бок равных частей) или может быть асимметричной (например, офсетная сердцевина в оболочке или сегменты бок-о-бок неравных пропорций). Два полимера могут присутствовать в соотношениях, например (но не исключительно), 75/25, 50/50 или 25/75. Также известны трикомпонентные волокна, выполненные из трех полимеров.
Как использовано здесь, термин «двухсоставное волокно или филамент» означает волокно или филамент, которые формуются из смеси двух или более полимеров, экструдированных из экструдера как смесь. Двухсоставные волокна или филаменты не имеют различных полимерных компонентов, расположенных в относительно постоянно расположенных различных зонах в поперечном сечении волокна, и различные полимеры обычно не идут непрерывно по всей длине волокна или филамента, обычно образуя вместо этого фибриллы, которые начинаются и заканчиваются произвольно.
Как использовано здесь, термин «связующее» означает клеевой материал, используемый для скрепления волокон холста вместе или скрепления одного холста с другим. Главными свойствами связующего являются адгезия и когезия. Связующее может быть в твердой форме, например в форме порошка, пленки или волокна, в жидкой форме, например в форме раствора, дисперсии или эмульсии, или в форме пены.
3
2
Как использовано здесь, термин «плотность» означает обратную плотность, как применимо к нетканым тканям. Плотность (в кубических сантиметрах на грамм, см/г) рассчитывается по толщине нетканой ткани (в мкм), деленной на основную массу нетканой ткани (в граммах на квадратный метр, г/м). Влажная и сухая плотность рассчитываются по влажной и сухой толщине нетканой ткани, соответственно.
Как использовано здесь, термин «каландрование» означает способ выравнивания поверхности бумажного, нетканого или текстильного листа при прессовании между противоположными поверхностями. Противоположные поверхности включают в себя плоские плиты и валки. Любая одна или обе противоположные поверхности могут быть нагретыми.
Как использовано здесь, термин «кардочесальная машина» означает машину, предназначенную для отделения отдельных волокон из массы неориентированных волокон, выравнивание волокон и подачу выровненных волокон как прочес или холст. Волокна в холсте могут быть выровнены либо произвольно, либо по существу параллельно друг другу и определенно в машинном направлении. Кардочесальная машина состоит из ряда валков и барабанов, которые покрыты множеством выступающих проволок или металлических зубьев.
Как использовано здесь, термин «кардочесаный холст» означает нетканый холст из волокон, полученных кардочесанием.
Как использовано здесь, термин «кардочесание» означает способ получения нетканых холстов на кардочесальной машине.
Как использовано здесь, термин «целлюлозное волокно» означает волокно, состоящее по существу из целлюлозы. Целлюлозные волокна происходят из искусственных источников (например, регенерированные целлюлозные волокна или лиоклеточные волокна) или природных источников, таких как целлюлозные волокна или целлюлозная масса из древесных и недревесных растений. Древесные растения включают в себя, например, лиственные и хвойные деревья. Недревесные растения включают в себя, например, хлопок, лен, траву эспарто, кенаф, сизаль, абаку, ваточник, солому, джут, коноплю и багассу.
Как использовано здесь, термин «целлюлозный материал» означает материал, состоящий по существу из целлюлозы. Материал может быть волокном или пленкой. Целлюлозные материалы происходят из искусственных источников (например, регенерированные целлюлозные пленки и волокна) или природных источников, такие как волокна или пульпа из древесных и недревесных растений.
Как использовано здесь, термин «совместно формованный материал» означает листовой материал, содержащий однородную смесь полученных аэродинамическим способом филаментов и целлюлозных волокон, полученный комбинированными воздушными потоками, несущими каждый тип материала, и формованием листового материала отложением указанных материалов на перфорированную поверхность. Другие материалы, такие как волокна, чешуйки и макрочастицы, могут быть добавлены в воздушный поток (потоки) и введены в совместно формованный материал таким образом.
Как использовано здесь, термин «содержащий» означает различные компоненты, ингредиенты или стадии, которые могут совместно использоваться в осуществлении настоящего изобретения. Соответственно, термин «содержащий» охватывает более ограничивающие термины «состоящий по существу из» и «состоящий из».
Как использовано здесь, термин «традиционный аэродинамический способ» означает хорошо известный способ получения аэродинамических филаментов (см. отдельное определение), описанный в работе Van A. Wente, Industrial and Engineering Chemistry, Volume 48, № 8 (1956). Одной из главных целей традиционного аэродинамического способа является получение тонких полимерных филаментов для использования в высокоэффективных фильтрующих материалах, и в этом случае необходимость получения прочных филаментов имеет меньшее значение.
Как использовано здесь, термин «сопряженное волокно» означает волокно, которое было формовано экструдированием полимерных источников из отдельных экструдеров и прядением из расплава вместе с формованием единого волокна. Сопряженное волокно охватывает использование двух или более отдельных полимеров, причем каждый подается отдельным экструдером. Экструдированные полимеры размещаются в по существу постоянно расположенных различных зонах в поперечном сечении сопряженного волокна и идут по существу непрерывно по длине сопряженного волокна. Формой волокна может быть любая форма, которая пригодна для изготовителя для предполагаемого конечного применения, например, круглая, трехлепестковая, треугольная, формы собачьей кости, плоская или полая.
Как использовано здесь, термин «поперечное машинному направление (ПН)(CD)» означает направление, перпендикулярное машинному направлению.
Как использовано здесь, термин «денье» означает единицу, используемую для указания тонины филамента, данную массой в граммах для 9000 м филамента. Филамент 1 денье имеет массу 1 г для 9000 м длины.
Как использовано здесь, термин «тиснение» означает способ создания трехмерного изображения или рисунка в бумажном, нетканом или других пластичных материалах. В области нетканых материалов используемым оборудованием обычно является двухвалковый каландр, по меньшей мере, один валок которого создает желаемый рисунок тиснения. Два валка каландра вращаются в противоположном направлении примерно с одинаковой скоростью, один или оба валка могут нагреваться, и обычно имеется механизм регулируемого прижатия одного валка к другому. Нетканый холст пропускается между валками и выходит с рисунком, тисненым на, по меньшей мере, одной из его поверхностей.
Как использовано здесь, термин «ткань» означает нетканый листовой материал, обычно воздухопроницаемый, полученный из волокон и/или филаментов. Термины «ткань» и «холст» используются здесь взаимозаменяемо.
Как использовано здесь, термин «волокно» означает форму материала, характеризующуюся высоким отношением длины к диаметру. Волокна обычно не являются непрерывными по длине и могут быть природного или искусственного происхождения. Волокна могут разрабатываться как короткие или длинные (см. отдельные определения).
Как использовано здесь, термин «филамент» означает форму материала, характеризующуюся очень высоким отношением длины к диаметру. Филаменты получают из целого ряда полимеров экструдированием расплавленного полимерного материала через фильеру. В процессе получения филаментов обычно подразумевается, что филаменты являются по существу непрерывными по длине, но время от времени некоторые филаменты могут разрушаться, снижая их длину.
Как использовано здесь, термин «композитная нетканая ткань с высоким содержанием целлюлозы» означает ткань, состоящую по существу из натуральных целлюлозных волокон. Натуральные целлюлозные волокна составляют, по меньшей мере, 50% мас. композитной нетканой ткани.
Как использовано здесь, термин «высокопрочный аэродинамический филамент» означает аэродинамические филаменты, полученные аэродинамическим способом, который является промежуточным между традиционным аэродинамическим способом и традиционным способом прядения из расплава. Описание способа и используемого устройства приводится в патенте США 6013323. В высокопрочностном аэродинамическом способе полимерный сорт (сорта) с относительно высокой средней молекулярной массой (подобно полимерному сорту (сортам), используемому в способе прядения из расплава) является противоположным по отношению к полимерному сорту (сортам) с низкой средней молекулярной массой с высокой скоростью течения расплава, обычно используемому в получении традиционных аэродинамических филаментов. Использование такого полимерного сорта (сортов) с относительно высокой средней молекулярной массой обычно дает аэродинамические филаменты с высокой разрывной прочностью.
Как использовано здесь, термин «высокопрочный аэродинамический нетканый материал» означает нетканый листовой материал, полученный из высокопрочных аэродинамических филаментов, и который является прочней в состоянии получения, чем нетканый лист такой же основной массы и из такого же полимера, полученный традиционным аэродинамическим способом. Необходимо отметить, что данное сравнение не основано на способах дополнительного скрепления, например, точечного термоскрепления.
Как использовано здесь, термин «ламинированный нетканый материал» и «ламинированный композитный нетканый материал» относится к нетканой ткани, полученной приведением в контакт вместе двух или более слоев листовых материалов с последующим скреплением, где имеется небольшое смешение листовых материалов на поверхности раздела между слоями.
Как использовано здесь, термин «длинное волокно» означает волокно, имеющее среднюю длину, по меньшей мере, 25 мм и до примерно 200 мм или более.
Как использовано здесь, термин «лиоклеточный» означает химический целлюлозный материал, полученный прямым растворением целлюлозы в органическом растворителе без образования промежуточного соединения и последующей экструзией раствора целлюлозы и органического растворителя в коагуляционную ванну.
Как использовано здесь, термин «пуансонное-матричное тиснение» означает способ тиснения, использующий два вращающихся в противоположном направлении металлических валка каландра, один из которых («пуансонный» валок) гравирован так, что поднимающиеся зоны («выступающие точки») выступают от поверхности валка, а другой валок («матричный» валок) гравирован с вдавливаниями или углублениями, выполненными механической обработкой в поверхности валка, которые комплементарно и точно согласованы с формой и пространственным расположением пуансонных выступающих точек. Размер матричных вдавливаний является обычно немного больше пуансонных выступающих точек. Также можно для каждого валка вводить как пуансонные выступающие точки, так и матричные вдавливания; когда два таких валка сводятся вместе, пуансонные выступающие точки и матричные вдавливания каждого валка согласуются точно с комплементарными характеристиками другого валка. Два валка вращаются в противоположном направлении в совмещении и с одинаковой скоростью. Один или оба валка могут быть нагреты. Когда листовой материал подается между вращающимися валками, листовой материал впрессовывается в матричные вдавливания с помощью соответствующих пуансонных выступающих точек. Получаемый тисненый листовой материал называется пуансонно-матрично тисненым. В патенте США 4333979 показаны способ пуансонно-матричного тиснения и оборудование. Альтернативные термины данного способа включают в себя внеплоскостное тиснение и 3-мерное (3-D) тиснение.
Как использовано здесь, термин «машинное направление (МН) (MD)» означает перемещение формующей поверхности, на которую укладываются волокна в процессе формования материала нетканого холста.
Как использовано здесь, термин «расплавный клей» означает материал, вводимый и смешиваемый с полимером в расплавленном состоянии, после чего, например, расплавленная смесь экструдируется в пленку или прядется в филаменты или волокна. Расплавный клей обычно придает дополнительную функциональность или свойство изделию, выполненному из полимера, неисключительные примеры указанного включают в себя превращение изделия в гидрофильное или гидрофобное, и/или окрашенное, и/или увеличение непрозрачности, и/или снижение глянца поверхности, и/или превращение изделия в изделие, имеющее меньшую тенденцию к нарастанию статического заряда.
Как использовано здесь, термин «скорость течения расплава (MFR)» означает скорость, при которой расплавленный полимер течет в стандартных условиях измерения, как описано в методе испытаний ASTM D1238. В случае полипропилена температура плавления полимера составляет 230°C, и расплавленная смола экструдируется через отверстие определенных размеров под нагрузкой 2,16 кг. Определяют количество полимера (в граммах), экструдированное через отверстие за 10 мин.
Как использовано здесь, термин «аэродинамический филамент» означает филамент или волокно, формованные экструдированием расплавленного термопластичного материала, как филаменты из множества тонких обычно круглых капилляров, с высокой скоростью обычно горячим газом (например, воздухом), который утончает филаменты расплавленного термопластичного материала со снижением их диаметра. Затем аэродинамические филаменты несет высокоскоростной газовый поток и укладывает их на собирающую поверхность с формованием холста произвольно диспергированных аэродинамических филаментов. Аэродинамический способ включает в себя распыление расплава. В холсте аэродинамических филаментов могут быть короткие аэродинамические волокна и/или длинные аэродинамические волокна, и/или по существу непрерывные аэродинамические филаменты в зависимости от параметров аэродинамического способа.
Как использовано здесь, термин «формованные из расплава нетканые материалы» (meltspun-нетканые материалы) означает общий термин для материалов нетканых холстов, получаемых из синтетических филаментов. В широком плане он включает в себя спряденные из расплава нетканые материалы и получаемые аэродинамическим способом нетканые материалы и их комбинации, например, (спряденные из расплава)-аэродинамические-(спряденные из расплава) ламинаты. Альтернативным термином с аналогичным значением является «пряденные из расплава нетканые материалы» (spunmelt-нетканые материалы).
Как использовано здесь, термин «натуральное целлюлозное волокно» означает целлюлозные волокна, встречающиеся в природе. Неисключительный перечень таких волокон включает в себя древесные волокна (обычно называемые древесной целлюлозой), лен, хлопок, джут и сизаль. Включенными в определение являются волокна, которые не получили никакой химической обработки, а также волокна, которые были химически обработаны. Неисключительный перечень последних химических обработок включает в себя использование превращающих в волокнистую массу химических веществ с делигинификацией древесины с получением древесной целлюлозы, отбеливающих химических веществ и разрыхляющих химических веществ, используемых в получении вспушенной древесной целлюлозы и т.п.
Как использовано здесь, термин «нетермопластичный полимер» означает любой полимерный материал, который не подпадает под определение термопластичный полимер.
Как использовано здесь, термин «нетканые ткань, лист или холст» означает листовой материал, имеющий структуру отдельных волокон или филаментов, которые являются прослоенными, но не идентифицируемым образом, как в тканой или трикотажной ткани. Нетканые материалы формуются многими способами, такими как, например, аэродинамические способы, способы прядения из расплава, способами кардочесания, способами воздушной укладки и способами влажной укладки. Как использовано здесь, нетканый лист включает в себя влажноуложенный бумажный лист.
2
Как использовано здесь, термин «точечное скрепление» означает технологию теплового или ультразвукового скрепления. Типичное оборудование для точечного теплового скрепления использует, по меньшей мере, 2 валка каландра, по меньшей мере, один из которых имеет множество выступающих точек (выступов) на своей поверхности. Патент США 3855046 описывает типичное оборудование теплового точечного скрепления и способ. Один специальный вид точечного скрепления называется тиснение шпилька-к-шпильке, где оба валка имеют идентичный шаблон выступающих точек и где нагретые валки вращаются в противоположном направлении с выступающими точками в полном совпадении, так что холст скрепляется при нагревании и сжатии между выступающими точками. Ультразвуковое точечное скрепление использует гравированный валок каландра с множеством отходящих выступов и ультразвуковой излучатель (см. определение «ультразвуковое скрепление» более подробно). Когда холст волокон или филаментов скрепляется термически или ультразвуком таким шаблоном кадандра, волокна и филаменты скрепляются вместе при температуре и давлении в локализованных зонах, соответствующих зонам, где выступающие точки контактируют с холстом. Выступы обычно расположены (но необязательно) в правильном геометрическом шаблоне. Отдельные выступы могут иметь различную форму (квадратную, круглую, овальную и т.д.), и обычно каждый отдельный выступ может иметь поверхность до примерно 10 мм, хотя возможны более крупные выступающие точки. Процентное содержание поверхности валка каландра, покрытой выступающими точками, называемой «выступающей поверхностью», обычно находится в интервале от примерно 5% до примерно 50%. Для получения нетканого материала прядением из расплава выступающая поверхность обычно составляет примерно 20%. Точечное скрепление волокнистого холста обычно придает холсту прочность при сохранении некоторой гибкости и драпируемости.
Как использовано здесь, термин «полимер» означает цепь повторяющихся структурных звеньев. Он обычно включает в себя, например, гомополимеры, сополимеры, такие как, например, блок-, привитые, статистические и чередующиеся сополимеры, терполимеры и т.д., и их смеси и модификации. Кроме того, если специально не ограничено, термин «полимер» включает в себя все возможные геометрические конфигурации. Указанные конфигурации включают в себя, например, изотактические, синдиотактические и атактические или статистические симметрии. Альтернативные термины для полимера включают в себя термин «смола».
Как использовано здесь, термин «регенерированная целлюлоза» означает синтетический целлюлозный материал, полученный химической обработкой натуральной целлюлозы с образованием растворимого химического производного или промежуточного соединения и последующим разложением производного с регенерацией целлюлозы. Регенерированная целлюлоза включает в себя спряденное из расплава гидратцеллюлозное волокно и целлофановую пленку. Способы регенерирования целлюлозы включают в себя вискозный способ, медноаммиачный способ и омыление ацетата целлюлозы.
Как использовано здесь, термин «самонесущий холст» означает волокнистый или филаментный холст, который имеет достаточную целостность и прочность для того, чтобы обрабатываться (например, наматываться на и разматываться из рулона) без необходимости дополнительной опоры, например, без необходимости поддерживаться листом-носителем.
Как использовано здесь, термин «короткое волокно» означает натуральное или химическое волокно, которое формовано при длине или разрезано на длину до 25 мм. Должно быть отмечено, что встречающиеся в природе волокна, такие как целлюлоза, обычно не требуют резки, т.к. они образуются при соответствующей длине.
Как использовано здесь, термин «волокно короткой резки» означает натуральное или химическое волокно, которое формовано при длине или разрезано на длину до 10 мм. Должно быть отмечено, что встречающиеся в природе волокна, такие как целлюлоза, обычно не требуют резки, т.к. они образуются при соответствующей длине.
Как использовано здесь, термин «побочные нетканые материалы» означает лист нетканого материала, имеющего различные композиции волокна и/или различные средние длины волокна на его двух противоположных поверхностях.
Как использовано здесь, термин «прядение с переплетением» («spunlacing») означает способ скрепления кардочесанного нетканого холста переплетением волокон холста со смежными волокнами с использованием множества потоков жидкости высокого давления. Жидкостью может быть вода. Нетканый холст поддерживается пористой поверхностью или сеткой с обеспечением прохождения жидкости. Отрицательное давление (вакуум) подается к стороне поверхности, противоположной нетканому холсту, для отвода воды из холста через поверхность.
Как использовано здесь, термин «спряденный из расплава филамент» означает филамент, формованный экструдированием расплавленного термопластичного материала в виде филаментов из множества тонких обычно круглых капилляров фильеры. Вскоре после прядения филаменты частично охлаждают и затем утончают, например, эдуктивной вытяжкой и/или другими хорошо известными механизмами прядения из расплава. Утончение имеет одновременный эффект снижения диаметра филамента, увеличения ориентации полимерных молекул в направлении длины филамента и увеличения разрывной прочности филамента. Спряденные из расплава филаменты обычно являются по существу непрерывными, со значениями денье в интервале от примерно 0,1 до 10.
Как использовано здесь, термин «спряденный из расплава нетканый материал» означает нетканый холст, формованный (обычно) в едином способе экструдированием, по меньшей мере, одного расплавленного термопластичного материала в виде филаментов из множества тонких обычно круглых капилляров фильеры. После частичного охлаждения и утончения по существу непрерывные филаменты укладывают на собирающую поверхность в виде филаментного войлока. Войлок затем скрепляют по одной или более технологий, включая (но не исключительно) термоскрепление, включая точечное скрепление, сшивание, химическое соединение и/или гидропереплетение.
Как использовано здесь, термин «штапельное волокно» означает волокно, которое было формовано с длиной или нарезано на длину обычно один-восемь дюймов (25,4-203,2 мм).
Как использовано здесь, термин «синтетическое волокно» означает волокно, состоящее из химического материала, например, стекла, полимера, комбинации полимеров, металла, углерода, регенерированной целлюлозы или лиоклеточного материала. Термины «синтетическое волокно» и «химическое волокно» используются здесь взаимозаменяемо.
Как использовано здесь, термин «по существу непрерывный» означает по отношению к полимерным филаментам нетканого холста большую часть филаментов, формованных экструзией через отверстия, остающуюся в виде непрерывных неразрушенных филаментов, когда они являются вытянутыми и собранными на движущейся поверхности или другом устройстве. Некоторые филаменты могут быть разрушены в процессе утончения или вытяжки со значительно большей частью филаментов, остающихся непрерывными.
Как использовано здесь, термин «текс» означает единицу, используемую для указания тонины филамента, представленную массой в граммах для 1000 м филамента. Филамент 1 текс имеет массу 1 г для 1000 м длины. Более широко используемой единицей является децитекс (сокращено как «дтекс»), которая представляет собой массу филамента в граммах на 10000 м.
Как использовано здесь, термин «термоскрепление» означает технологию формования соединений при нагревании соединяемых материалов. Необязательно, может использоваться давление в комбинации с применением нагрева. В области нетканых материалов доступными являются многочисленные технологии термоскрепления, включая (но не исключительно) точечное термоскрепление, термокаландрование, нагревание в печи и сквозное воздушное скрепление с использованием горячего воздуха.
Как использовано здесь, термин «термопластичный полимер» означает полимер или сополимер, который является плавким, размягчающимся при воздействии тепла и возвращающимся обычно в свое неразмягченное состояние при охлаждении до комнатной температуры. Термопластичные материалы включают в себя, например (но не исключительно), поливинилхлориды, некоторые сложные полиэфиры, полиамиды, полифторуглероды, полиолефины, некоторые полиуретаны, полистиролы, поливиниловый спирт, сополимеры этилена и, по меньшей мере, одного винилового мономера, например, поли(этиленвинилацетаты), и акриловые смолы.
Как использовано здесь, термин «термоотверждающийся полимер» означает полимер или сополимер, который отверждается необратимо при нагревании и/или сшивании.
Как использовано здесь, термин «ультразвуковое скрепление» означает скрепление волокон и/или филаментов с использованием ультразвуковой энергии. В области нетканых материалов ультразвук обычно используется для эффективного точечного скрепления нетканого материала. Обычно используемое оборудование состоит из вращающегося гравированного металлического валка, который может контролируемо нагреваться. Выше поверхности валка устанавливают ультразвуковой излучатель, который вызывает вибрацию примерно 20000 цикл/сек или более. Волокнистый холст подают между валком и ультразвуковым излучателем. Зазор между излучателем и поверхностью валка регулируют так, что холст сжимается, в частности, вблизи выступающих участков на гравированной поверхности валка. Когда вибрирующий излучатель контактирует с холстом, возникает вибрация волокон и/или филаментов относительно друг друга вблизи вибрирующего излучателя, что, в свою очередь, генерирует локализованное фрикционное нагревание волокон и/или филаментов, которое вместе с сжатием холста дает в результате термоскрепление волокон и/или филаментов друг с другом.
Как использовано здесь, термин «холст» означает нетканый листовой материал, обычно воздухопроницаемый, выполненный из волокон и/или филаментов. Термины «холст» и «ткань» используются здесь взаимозаменяемо.
Как использовано здесь, термин «смачиваемый» означает, что угол контакта капли воды на поверхности листового материала составляет менее 90°. В практическом плане это означает, что нетканый холст считается смачиваемым, если нетканый холст самопроизвольно впитывает каплю воды на поверхности нетканого холста в течение примерно 5 сек при комнатной температуре.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Различные варианты настоящего изобретения относятся к необходимости, рассмотренной выше, создания улучшенной композитной нетканой ткани с высоким содержанием целлюлозы и способа получения такой ткани. Композитная ткань содержит, по меньшей мере, примерно 50% мас. целлюлозных волокон. Композитная ламинированная ткань содержит три слоя, каждый из которых, предпочтительно, отдельно и индивидуально формован, и три слоя термоскреплены или скреплены ультразвуком, или склеены вместе. Наружные слои ламината содержат легковесные полученные аэродинамическим способом нетканые холсты, тогда как средний слой представляет собой листовой материал, содержащий, главным образом, волокна древесной целлюлозы с меньшим количеством термопластичного материала (материалов).
Нетканый ламинат изобретения является хорошо подходящим для получения мягких и объемных салфеток, в частности, влажных салфеток. Нетканый материал изобретения придает влажным салфеткам особенно предпочтительную комбинацию свойств, а именно, сухую и влажную мягкость и влажный объем, хорошую влажную стойкость к истиранию и низкую влажную склонность к пухоотделению, вместе с содержанием 50% мас. натурального целлюлозного волокна, например, древесной целлюлозы.
2
2
2
2
2
Материал легковесного формованного из расплава нетканого холста, используемый для наружных слоев ламината, может содержать спряденный из расплава нетканый материал или полученный аэродинамическим способом нетканый материал. В настоящее время самая низкая основная масса полипропиленового спряденного из расплава нетканого материала, широко коммерчески доступного, составляет 12 г/м. При разработке 3-слойного нетканого ламината, выполненного с двумя 12 г/м спряденными из расплава неткаными наружными слоями и средним слоем, выполненным из смеси волокон короткой резки, а именно, древесной целлюлозы, и примерно 15% мас. термопластичного волокна, с помощью математического расчета может быть показано, что только 3-слойные ламинаты с основной массой, по меньшей мере, 58,3 г/м имеют общее содержание древесной целлюлозы 50% мас. или выше. Т.е. в данной разработке конкретного продукта средний слой с основной массой, по меньшей мере, 34 г/м (где 85% или около 29 г/м составляет целлюлоза) требуется для обеспечения общего содержания целлюлозы композита 50% мас. или более.
2
В таблице А показан ряд программ разработки продукта. В таблице показана минимальная основная масса композита, необходимая для разработки продукта с либо (а) общим содержанием целлюлозы 50% мас. или более, либо (b) общим содержанием целлюлозы 65% мас. или более, принимая во внимание основную массу формованных из расплава наружных слоев (5, 8, 10 или 12 г/м) и содержание скрепляющего нецеллюлозного волокна среднего слоя (15% мас. или 25% мас.).
<b>Таблица А</b><b>Программы разработки продукта</b>
Основная масса каждого наружного формованного из расплава слоя (г/м<sup>2</sup>)
Содержание скрепляющего волокна среднего слоя (% мас.)
Минимальная основная масса композита (г/м<sup>2</sup>), который содержит, по меньшей мере
50% мас. целлюлозы
65% мас. целлюлозы
12
15
58,3
102,0
10
15
48,6
85,0
8
15
38,9
68,0
5
15
24,3
42,5
12
25
72,0
180,0
10
25
60,0
150,0
8
25
48,0
120,0
5
25
30,0
75,0
2
2
Для того чтобы получить композитный ламинат с 65% мас. целлюлозы или более в обычном интервале основной массы 40-65 г/м, единственной разработкой, отвечающей требованиям таблицы А, является разработка с двумя наружными слоями 5 г/м формованного из расплава материала и средним слоем, содержащим 15% мас. скрепляющих волокон.
Использование полученных аэродинамическим способом нетканых холстов в качестве наружных слоев 3-слойного продукта является особенно предпочтительным в применениях для обтирочного или впитывающего изделия. Полученные аэродинамическим способом нетканые холсты имеют относительно небольшой размер пор и поэтому используются в фильтрационных применениях. Два полученных аэродинамическим способом нетканых холста на наружных сторонах 3-слойного ламината действуют как фильтр со снижением числа волокон древесной целлюлозы или фрагментов древесной целлюлозы, высвобождающихся из ламината, т.е. полученные аэродинамическим способом слои снижают его склонность к пухоотделению.
2
2
В настоящее время только легко доступные формованные из расплава нетканые материалы с основной массой менее 10 г/м, предпочтительно 5 г/м или менее представляют собой нетканые холсты, полученные традиционным аэродинамическим способом. Как таковые традиционные полученные аэродинамическим способом полипропиленовые нетканые холсты с низкой основной массой имеют низкую физическую прочность, а отсюда - их использование в 3-слойном ламинате изобретения дает материал с низкой прочностью.
2
2
2
2
Неожиданно было установлено, что высокопрочные полипропиленовые аэродинамические нетканые холсты с низкой основной массой, полученные способом, который является промежуточным между традиционными аэродинамическим способом и способом прядения из расплава, являются особенно подходящими для использования в качестве наружных слоев нетканого композита изобретения. Высокопрочные аэродинамические нетканые холсты данного типа с основной массой менее 10 г/м являются коммерчески недоступными в данное время. Высокопрочные аэродинамические нетканые холсты с низкой основной массой, используемые в данном изобретении, были получены на пилотной линии. Неожиданно было установлено, что самонесущие высокопрочные аэродинамические полипропиленовые нетканые холсты могут быть получены с такой низкой основной массой, как 3 г/м. Хотя можно получить самонесущий высокопрочный аэродинамический полипропиленовый нетканый холст с основной массой 3 г/м, такой легковесный холст является критическим для прочности, и холст с основной массой 5 г/м является в настоящее время более практичным. Разработка оборудования, способа и/или материалов может обеспечить получение холстов даже с более низкой основной массой в будущем.
По сравнению с эквивалентными неткаными холстами, полученными традиционным аэродинамическим способом, высокопрочный аэродинамический материал является лучшим по ряду физических свойств, включая разрывную прочность и прочность на раздир. Для холстов равной основной массы влажная разрывная прочность высокопрочного аэродинамического полипропиленового нетканого холста является примерно в три раза больше, чем у полипропиленового нетканого холста, полученного традиционным аэродинамическим способом, как показано в таблице С. Было установлено, что когда ламинированный нетканый композит изобретения получают с использованием высокопрочных аэродинамических нетканых холстов в качестве наружных слоев, ламинат имеет лучшую прочность и влажную стойкость к истиранию по сравнению с ламинатами, полученными с наружными слоями, выполненными из нетканых холстов, полученных традиционным аэродинамическим способом. Для равных основных масс высокопрочные аэродинамические полипропиленовые нетканые холсты имеют, по меньшей мере, двойную сухую разрывную прочность в машинном и поперечном направлении нетканых холстов, полученных традиционным аэродинамическим способом.
Два наружных формованных из расплава нетканых слоя могут быть одинаковой основной массы или могут быть различной основной массы. Наружные слои могут быть получены по различным технологиям, например, высокопрочный аэродинамический нетканый холст в качестве одного наружного слоя, а спряденный из расплава нетканый холст в качестве второго наружного слоя, пример которых показан в таблице Н. Материалом, используемым для получения формованного из расплава нетканого материала, может быть любой прядущийся из расплава полимер и/или сополимер, такой как, например, полипропилен, полиэтилен, сложный полиэфир или полиамид. Два наружных слоя могут быть выполнены из одинакового материала или могут быть выполнены из различных материалов. Формованные из расплава филаменты, составляющие нетканые холсты наружных слоев, могут состоять из единственного полимера или могут состоять из двух различных полимеров в бикомпонентной или двухсоставной конфигурации. В предпочтительном варианте изобретения полимер является производным от материалов на основе поддерживаемых растений, например, поли(молочная кислота).
2
Формованные из расплава нетканые материалы, выполненные из поли(молочной кислоты) (PLA), являются известными, включая термосвариваемые спряденные из расплава нетканые холсты, выполненные с использованием бикомпонентных филаментов. Примером последних является сорт 50003С и термосвариваемый спряденный из расплава нетканый материал с основной массой 18 г/м из PLA, выпускаемый фирмой Ahlstrom Chirnside Ltd., Duns, Великобритания. Характеристика термосваривания придается при получении бикомпонентных оболочка:сердцевина спряденных из расплава филаментов, в которых сердцевина формуется из сорта PLA с температурой плавления примерно 165°C, а оболочка формуется из сорта PLA с температурой плавления примерно 130°C. Оба сорта PLA поставляются фирмой Nature Works LLC of Blair, Небраска, США.
2
2
В ходе работы, приведшей к данному изобретению, получаемые аэродинамическим способом нетканые холсты из PLA были получены на пилотной линии высокопрочным аэродинамическим способом. Аэродинамическая фильера состояла из множественных рядов прядильных отверстий, конструкции, описанной в общем плане в патенте США 6013223 (Biax-Fiberfilm Corp.). Фильера является шириной 12,5 дюйма (31,8 см) и содержит множественные отдельные прядильные отверстия, расположенные в 12 рядов, причем каждое отверстие имеет диаметр около 0,01 дюйма (0,25 мм). Используется смесь двух смол PLA: примерно 80% мас. сорта 6204 и примерно 20% мас. сорта 3251, обе поставляемые фирмой Nature Works LLC. Температура расплавленной смолы в фильере составляет примерно 500°F (260°C), и расход смолы составляет примерно 105 г/мин. PLA аэродинамический нетканый холст, полученный данным способом, является самонесущим и может легко наматываться в рулоны. Несколько образцов PLA аэродинамического нетканого холста были получены с основной массой в интервале от примерно 40 гм до примерно 5 гм.
Между двумя наружными формованными из расплава неткаными слоями расположен листовой материал среднего слоя, формованный либо влажным формованием, либо воздушным формованием, либо способом совместного формования, содержащий как целлюлозные волокна, так и термопластичный материал. Целлюлозные волокна могут включать в себя (но не исключительно) древесную целлюлозу, хлопок, абаку, сизаль, лен и/или джут. В предпочтительном варианте целлюлозными волокнами являются волокна древесной целлюлозы. В частности, химически разрыхленные вспушенные целлюлозные волокна являются предпочтительными, т.к. получаемый нетканый композит имеет хорошие влажный и сухой объемы, впитывающую способность и мягкость. Термопластичный материал может находиться во многих формах, неограничивающие примеры которых включают в себя термопластичные волокна или филаменты, синтетическую древесную целлюлозу (SWP), термопластичные пленки, термопластичные порошки, таблетки, чешуйки и гранулы и/или дисперсию в жидкости. Листовой материал среднего слоя может содержать один или более видов термопластичного материала. Термопластичный материал может быть выполнен из одинаковых или подобных полимеров и/или сополимеров, как использовано для получения формованных из расплава нетканых холстов, используемых для наружных слоев. Предпочтительно, термопластичный материал является совместимым с формованными из расплава наружными слоями с обеспечением хорошего термоскрепления между слоями. В предпочтительном варианте термопластичный материал (материалы) содержит термопластичные филаменты или волокно (волокна). В тех вариантах, где термопластичный материал содержит термопластичные волокна или филаменты, они могут быть монокомпонентной или бикомпонентной конфигурации. Неограничивающие примеры скрепляющих бикомпонентных оболочка:сердцевина волокон включают в себя (ПЭ оболочка):(ПЭТФ сердцевина) или (ПЭ оболочка):(ПП сердцевина), или (ПП оболочка):(ПЭТФ сердцевина). Когда средний слой формуется способом воздушного формования, термопластичные волокна или филаменты могут быть прямыми или извитыми, иметь тонину в интервале 0,1-20 денье и длину обычно менее примерно 10 мм. Когда средний слой формуется способом влажной укладки, термопластичные волокна или филаменты могут быть прямыми или извитыми, иметь тонину в интервале 0,1-20 денье и длину обычно менее примерно 20 мм. Когда средний слой формуется способом совместного формования, термопластичные филаменты обычно имеют диаметр менее 10 мкм и имеют длину обычно более 10 см. Листовой материал среднего слоя может содержать один или более видов термопластичного волокна или филамента. Помимо волокнистых материалов в листовой материал среднего слоя могут быть введены другие неволокнистые материалы, наиболее предпочтительно, в случае воздушноформованного или совместно формованного листового материала. Указанные другие материалы включают в себя порошки, гранулы, хлопья, шарики, затравочные кристаллы или другие дисперсные материалы, неограничивающие примеры которых включают в себя супервпитывающие полимеры (включая, но не исключительно, полимеры, полученные с использованием акриловых, альгинатных и/или карбоксиметилцеллюлозных химических соединений), активированный уголь, материалы, содержащие капсулированные шарики, такие как отдушки или эфирные масла, абразивные дисперсные материалы, отбеливающий порошок, бактерицидные добавки, хлопья мыла, хлопья или гранулы детергента и т.п. Специалисты в данной области техники знают, что имеются многочисленные другие неволокнистые материалы, которые могут быть необязательно включены в листовой материал среднего слоя.
Структура листового материала среднего слоя может представлять собой либо по существу гомогенную смесь древесной целлюлозы и термопластичного материала (материалов) и других добавок, либо слоистую или наслоенную структуру, где один или более компонентов, например термопластичный материал (материалы), являются более концентрированным ближе к верхней и/или нижней поверхности листа среднего слоя.
Необязательно, листовой материал среднего слоя может быть обеспечен рисунком. Имеется несколько технологий формирования рисунка, которые могут быть использованы, неограничивающие примеры которых включают в себя горячее или холодное гравирование, печать, точечное перфорирование и технологии, которые дают относительно тонкие и толстые участки, формуемые в листе. Неограничивающие примеры последнего, особенно применимого к влажноформованным листовым материалам, описаны в US 4666390 и GB 1102246. Одно преимущество использования листа с рисунком с относительно тонкими и толстыми участками состоит в том, что можно при надлежащем совмещении скреплять термически или ультразвуком два наружных спряденных из расплава слоя через относительно тонкие участки среднего слоя, в частности, при использовании комплементарно точечно скрепленного рисунка.
Три слоя композита преимущественно формуются отдельно и индивидуально, а затем сводятся вместе и сопоставляются перед скреплением. Три слоя могут быть термоскреплены вместе с использованием каландра с двумя нагретыми валками. Нагреваемый каландр может содержать один гладкий стальной валок-опору и валок, гравированный с точечно скрепляемым рисунком, т.е. с точечным скреплением шпилька-опора. Альтернативно, нагреваемый каландр может содержать два стальных валка, гравированных с одинаковым точечно скрепляемым рисунком, которые вращаются с подогнанными рисунками и с совмещением, т.е. точечное скрепление шпилька-шпилька. Альтернативно, нагреваемый каландр может содержать два стальных валка, гравированных с подогнанными пуансонными-матричными рисунками для целей пуансонного-матричного тиснения. Альтернативно, три слоя могут быть скреплены вместе ультразвуком с использованием точечно скрепляемого рисунка. При использовании конкретного рисунка (рисунков) тиснения, такого как показано на фиг.11, можно создавать мягкость, так называемый «эффект подушки», который визуально подчеркивает объем продукта.
Альтернативно, три слоя могут быть соединены вместе клеем, например, при использовании термоплавкого клея.
Должно быть отмечено, что в данном способе разработки и получения продукта имеется хорошо определенная поверхность раздела между каждым из слоев с небольшим смешением волокна между слоями. Таким образом, граница раздела между двумя любыми смежными неткаными слоями отличается тем, что волокна на или вблизи поверхностей таких смежных слоев являются незначительно перемешанными.
2
2
В предпочтительном варианте, когда два наружных слоя композита содержат нетканый холст, выполненный из высокопрочных аэродинамических филаментов, использование указанного материала холста придает особые преимущества композитной ткани. Благодаря своему относительно небольшому среднему размеру пор полученный аэродинамическим способом нетканый холст действует как фильтр или барьер для волокон листового материала среднего слоя, снижая склонность нетканого композита к пухоотделению. Способ, которым формуются высокопрочные аэродинамические филаменты, дает материал высокопрочного нетканого холста (как показано в таблице С). Использование 5 г/м высокопрочных аэродинамических полипропиленовых нетканых холстов в качестве двух наружных слоев ламината изобретения дает нетканый композит с значительно лучшей влажной и сухой разрывной прочностью, лучшей прочностью на раздир и более высокой прочностью на продавливание по Мюллену (сравнение показано в таблице G), и который сравним по этим характеристикам с другими обтирочными основами с высоким содержанием древесной целлюлозы, такими как воздушноуложенные, мультискрепленные воздушноуложенные и совместно формованные нетканые материалы (сравнение показано в таблице I). Наоборот, если ламинат изобретения получают с использованием двух наружных слоев из 5 г/м традиционного полученного аэродинамическим способом полипропиленового нетканого холста, он (ламинат) имеет недостаточную прочность для эффективного функционирования в качестве салфетки.
2
2
В предпочтительном варианте настоящее изобретение рассматривает наружные слои, каждый из которых представляет собой формованный из расплава нетканый холст основной массы примерно 5 г/м или менее, причем листовым материалом среднего слоя является воздушноформованный нетканый холст, содержащий смесь разрыхленной вспушенной целлюлозы и термопластичных волокон, и три слоя скреплены вместе точечным термоскреплением или ультразвуковым точечным скреплением. Указанный предпочтительный вариант дает мягкую нетканую композитную ткань со свойствами, хорошо подходящими для использования в качестве ряда потребительских продуктов, включая влажные салфетки, в частности, с предпочтительной комбинацией высокого влажного объема, хорошей влажной стойкости к истиранию и низкого пухоотделения. В одном предпочтительном варианте композитная нетканая ткань имеет сухую основную массу в интервале 40-65 г/м.
Настоящее изобретение также рассматривает обработку композитной нетканой ткани небольшими количествами таких материалов, как (но не исключительно) поверхностно-активные вещества, гидратирующие агенты, антистатики, смазки и/или пигменты, с получением дополнительной или различной функциональности. Такие обработки могут быть применены либо к холстам, содержащим отдельные слои, и/либо к скрепленной ламинатной ткани. В случае формованных из расплава наружных слоев, указанные материалы могут быть введены как термоплавкая добавка (добавки) в расплавленный полимер перед получением филамента, и/или материалы вводятся как местная обработка в спряденные филаменты или холст.
Средний слой и наружные слои скрепляются вместе термически, ультразвуком или склеиванием с формованием нетканого композита с высоким содержанием целлюлозы. Термоскрепление или скрепление ультразвуком требует, чтобы в каждом из слоев, которые скрепляются вместе, присутствовали некоторые термопластичные волокна, имеющие подобную температуру размягчения и/или плавления, и которые являются совместимыми в том смысле, что при термическом сплавлении вместе они образуют достаточно прочное соединение. Такие термопластичные волокна, будучи, по меньшей мере, частично расплавленными в способе термического или ультразвукового скрепления, обеспечивают соединение вместе среднего слоя и наружных слоев. При использовании клея для соединения слоев вместе нет необходимости иметь термопластичные волокна в каждом из соединяемых вместе слоев.
Средний нетканый слой и наружные нетканые слои сначала формуются отдельно и индивидуально в самонесущие холсты, затем три самонесущих холста сводятся вместе, по существу непосредственно перед скреплением их вместе, с формованием нетканого композита с высоким содержанием целлюлозы. Когда указанные три отдельно изготовленные самонесущие слоя скрепляются термоскреплением, ультразвуковым скреплением или склеиванием, граница раздела между двумя любыми смежными неткаными слоями отличается тем, что волокна на или вблизи поверхностей таких смежных слоев являются незначительно перемешанными.
В последние годы возросло внимание к исходным материалам, получаемым из возобновляемых и/или поддерживаемых источников. Целлюлозные волокна, такие как древесная целлюлоза, хлопок, абака, сизаль, лен, джут и подобное, давно используются в получении бумаги и бумагоподобных продуктов. Такие волокна имеют дополнительное преимущество биоразрушаемости и способности образовывать компост. Наибольшую часть древесной целлюлозы сегодня получают из древесины, добываемой из воспроизводимых лесов с новыми деревьями, посаженным вместо вырубленных. Как таковая древесная целлюлоза отвечает требованиям быть поддерживаемой или возобновляемой. Другие исследования дают полимерные материалы, получаемые из растительных материалов. Например, поли(3-гидроксибутират) (РНВ) и поли(молочная кислота) (PLA), оба из которых могут быть получены из растительного сахара или крахмала. Преимущественно, каждый первый, второй и третий слой содержит одинаковый прядомый из расплава поддерживаемый и возобновляемый материал, получаемый из растительных материалов, такой как, например, поли(3-гидроксибутират) (РНВ) и поли(молочная кислота) (PLA). Такая композиция может быть скреплена, например, термически, с формованием возобновляемой и/или поддерживаемой нетканой ткани.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И ФИГУР
Настоящее изобретение будет более легко понято при подробном описании изобретения, включая чертежи. Соответственно, чертежи, которые способствуют пояснению изобретения, прилагаются здесь. Должно быть понятно, что такие чертежи предназначены только способствовать пояснению и не должны быть выполнены в масштабе. Чертежи кратко описываются следующим образом:
На фиг.1 схематически представлено поперечное сечение ламинированной ткани изобретения перед точечным скреплением.
На фиг.2 схематически представлено поперечное сечение ламинированной ткани изобретения после точечного скрепления шпилька-опора.
На фиг.3 схематически представлено поперечное сечение ламинированной ткани изобретения после точечного скрепления шпилька-шпилька.
На фиг.4 схематически представлено поперечное сечение ламинированной ткани изобретения после тиснения гравированными валками с пуансонным-матричным шаблоном.
На фиг.5 схематически представлено поперечное сечение ламинированной ткани изобретения после точечного скрепления шпилька-шпилька с использованием среднего слоя с тонкими и толстыми участками, и где точечное скрепление ламината имеет место определенно через тонкие участки среднего слоя.
На фиг.6 представлен вид сбоку в вертикальном разрезе линии первого предпочтительного варианта способа получения ткани изобретения.
На фиг.7 представлен вид сбоку в вертикальном разрезе линии второго предпочтительного варианта способа получения ткани изобретения.
На фиг.8 представлен вид сбоку в вертикальном разрезе линии третьего предпочтительного варианта способа получения ткани изобретения.
На фиг.9 представлен вид сбоку в вертикальном разрезе линии четвертого предпочтительного варианта способа получения ткани изобретения.
На фиг.10 представлена фотография ламината изобретения после термоскрепления с рисунком тиснения, используемым для получения всех образцов. Линейка на фотографии лежит в поперечном направлении, показывая шкалы как в миллиметрах, так и в дюймах.
На фиг.11 представлена фотография ламината изобретения после тиснения с альтернативным рисунком тиснения. Линейка на фотографии лежит в поперечном направлении, показывая шкалы как в миллиметрах, так и в дюймах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ссылка теперь делается на подробности предпочтительных вариантов изобретения, примеры которых показаны в последующем разделе примеров. Для простоты и ясности в дальнейшем тексте предполагается, что формованные из расплава нетканые холсты, составляющие наружные слои, выполнены из полипропилена. Это не исключает использования формованных из расплава нетканых холстов, выполненных из других материалов, используемых для получения ламината изобретения.
При достижении цели изобретения создать улучшенную нетканую основу с высоким содержанием древесной целлюлозы, используемой в получении мягких обтирочных материалов, авторами настоящего изобретения установлено, что использование легковесного высокопрочного аэродинамического нетканого холста в качестве наружных слоев ламинатной структуры холста неожиданно дает обтирочный нетканый материал с несколькими предпочтительными свойствами и их комбинациями, включая хороший влажный объем, хорошую влажную стойкость к истиранию и низкую склонность к пухоотделению.
2
2
2
На фиг.1 схематически представлено поперечное сечение ламинированной ткани 1 изобретения перед точечным скреплением. Нетканая ткань 1 выполнена из трех слоев предшественника. Два наружных слоя, второй слой 2 и третий слой 4, содержат легковесные высокопрочные аэродинамические нетканые холсты. Нетканый холст 2 может быть или может не быть такой же основной массы и/или состава, что и слой 4. Первый слой 3, который является средним слоем, содержит материал, выполненный из волокон древесной целлюлозы и термопластичных волокон или филаментов и, необязательно, других материалов, таких как дисперсный материал. Термопластичные волокна или филаменты могут составлять до 40% мас./мас. листового материала среднего слоя. Три слоя 2, 3 и 4, каждый, формуются отдельно и индивидуально, а затем сводятся вместе и сопоставляются перед скреплением вместе с формованием композитной нетканой ткани 1. Композитная нетканая ткань 1 изобретения содержит, по меньшей мере, 50% мас./мас. целлюлозы, например волокон древесной целлюлозы предпочтительно более 65% мас./мас., и имеет сухую основную массу менее 200 г/м, предпочтительно менее 100 г/м и преимущественно в интервале 40-65 г/м.
Требованием для двух нетканых наружных слоев 2 и 4 является то, что они содержат по существу прядущиеся из расплава волокна.
Три слоя ламинированной композитной нетканой ткани изобретения могут быть соединены вместе либо склеиванием, либо использованием ультразвукового скрепления или термоскрепления, причем оба последних способа используют, предпочтительно, по меньшей мере, один каландр. Тепловая энергия, прикладываемая к холсту по последним технологиям, скрепляет вместе слои с помощью термопластичного материала, содержащегося в каждом слое. В предпочтительном варианте используется шаблон точечного скрепления в связи либо с ультразвуковым скреплением, либо с термоскреплением. Поскольку технология точечного скрепления создает соединение между слоями только в локализованной зоне, скрепленный ламинат сохраняет высокую степень мягкости, гибкости, драпируемости и объема, хотя соединение между слоями является адекватным для его предназначенного применения в качестве основы, из которой получают влажные и/или сухие салфетки. В предпочтительном варианте рисунок тиснения выбран с созданием эффекта подушки, как показано на фиг.11.
На фиг.2 схематически представлено поперечное сечение ламинированной композитной нетканой ткани 1 изобретения после точечного скрепления шпилька-опора с использованием либо ультразвукового скрепления, либо термоскрепления. Слой 2, который был в контакте со стальным валком, гравированным шаблоном точечного скрепления, показывает тисненый рисунок, тогда как слой 4, который был в контакте с гладким опорным валком, остается по существу гладким. Средний слой 3 уплотняется в локализованных зонах валком с шаблоном точечного скрепления. Между точками скрепления слой 3 уплотняется мало.
На фиг.3 схематически представлено поперечное сечение ламинированной композитной нетканой ткани 1 изобретения после точечного скрепления шпилька-шпилька. Слои 2 и 4, оба, имеют тисненый рисунок благодаря шаблону точечного скрепления, выгравированному на обоих валках. Поскольку шаблон точечного скрепления на обоих валках является идентичным и два валка вращаются с подогнанными шаблонами и в соответствии, тисненые рисунки, приданные наружным слоям 2 и 4, являются зеркальными изображениями друг друга. Средний слой 3 уплотняется в локализованных зонах валками с шаблоном точечного скрепления. Между точками скрепления слой 3 уплотняется мало.
В другом варианте три слоя ламинированной композитной нетканой ткани изобретения могут быть скреплены вместе с использованием каландра, оборудованного нагреваемыми валками, гравированными шаблоном пуансонного-матричного тиснения. На фиг.4 схематически представлено поперечное сечение ламинированной композитной нетканой ткани 1 изобретения после тиснения нагретыми валками с пуансонным-матричным шаблоном. Наружные слои 2 и 4, оба, имеют тисненый рисунок благодаря подогнанным и комплементарным пуансонному и матричному шаблонам, гравированным на двух валках каландра.
На фиг.5 схематически представлено поперечное сечение ламинированной композитной нетканой ткани 1 изобретения после точечного скрепления шпилька-шпилька, но с использованием листового материала среднего слоя 3, который имеет тонкие и толстые участки, и где точечное скрепление трех слоев 2, 3 и 4 имеет место определенно через тонкие участки среднего слоя 3. Альтернативно, при использовании такой же концепции применения листового материала среднего слоя 3, который имеет тонкие и толстые участки, 3-слойный ламинатный материал может быть получен с использованием точечного скрепления шпилька-опора.
Должно быть отмечено, что на фиг.2, 3, 4 и 5, по меньшей мере, одна наружная поверхность композитной ткани является негладкой, т.е. она имеет характеристики поверхности, дающие ее текстурированную поверхность. Когда такая нетканая ткань превращается в салфетку, текстурированная поверхность (поверхности) способствует процессу очистки, помогая удалить неподатливую грязь, и способствует сбору и удалению поверхностных остатков, таких как крошки, волосы, волокна и/или другие дисперсные материалы.
На фиг.6 представлен первый предпочтительный способ получения ламинированной композитной нетканой ткани изобретения, в котором листовой материал среднего слоя получен способом воздушного формования. Первый самонесущий формованный из расплава холст 23 получают с использованием прядильной из расплава фильеры 21 и вращающегося вакуумного собирающего барабана 22. Второй самонесущий формованный из расплава холст 26 получают с использованием прядильной из расплава фильеры 24 и вращающегося вакуумного собирающего барабана 25. Для каждого формованного из расплава холста 23 и 26 путем регулирования комбинации расхода смолы и окружной скорости собирающего барабана получают формованный из расплава холст требуемой основной массы. Альтернативно, один или оба формованные из расплава холста могут быть заменены предварительно полученным холстом, например, спряденным из расплава холстом, который разматывается из рулона, установленного на намоточной установке. Холст 30 листового материала среднего слоя формуется с помощью одной или более головок 27 воздушного формования, на которые подаются с регулируемым соотношением вспушенная древесная целлюлоза и химические волокна. Одна или более вакуумных камер 29 расположены под движущейся бесконечной перфорированной собирающей поверхностью 28. Вакуумная камера (камеры) расположена непосредственно ниже головки 27 воздушного формования. Вакуумная камера (камеры) создает воздушный поток, который отводит волокна, наносимые головкой 27 воздушного формования, вниз на движущуюся собирающую поверхность. Путем регулирования расхода волокна в головке (головках) 27 воздушного формования и линейной скорости собирающей поверхности 28 может быть получен листовой материал 30 среднего слоя требуемой основной массы. Листовой материал 30 пропускают через нагревательный элемент 31, например (но не исключительно) горячую воздушную печь, где воздушноуложенный холст нагревается. Нагревательный элемент 31 может также использоваться для сплавления части или всех термопластичных волокон, содержащихся в листовом материале, с соседними волокнами. Холсты, содержащие три слоя 23, 26 и 30, затем сводятся вместе и собираются между валками 32 и 33 перед прохождением в зажим нагреваемого каландра, где три слоя скрепляются вместе. Зазор между совмещающими валками 32 и 33 регулируется с установлением толщины ламинированной композитной структуры. На фиг.6 показан нагреваемый каландр, содержащий гравированный валок 34 точечного скрепления вместе с гладким опорным валком 35, на котором (каландре) получают термоскрепленную нетканую ткань 1.
Альтернативно, валки 34 и 35 каландра могут быть гравированы комплементарными пуансонным и матричным шаблонами тиснения или могут быть оба гравированы одинаковым подогнанным шаблоном точечного скрепления с обеспечением тиснения шпилька-шпилька. Альтернативно, три слоя могут быть скреплены вместе с использованием устройства ультразвукового скрепления, как показано на фиг.8. После скрепления ламинированная ткань 1 может быть намотана или иным образом обработана.
На фиг.7 представлен второй предпочтительный способ получения ламинированной композитной нетканой ткани изобретения, в котором листовой материал среднего слоя получен способом влажного формования. Слои 39 и 42 самонесущего формованного из расплава холста получают, как ранее описано для фиг.6. Альтернативно, один или оба формованные из расплава холста могут быть заменены предварительно полученным холстом, например, спряденным из расплава холстом, который разматывается из рулона, установленного на намоточной установке. Листовой материал 48 среднего слоя получают способом влажного формования. Может использоваться любое традиционное бумагоделательное оборудование, или, как показано на фиг.7, может быть использовано наклонное устройство влажного формования. Последнее является предпочтительным, если перерабатывается смесь древесной целлюлозы и химических волокон, как в настоящем изобретении, поскольку может быть использована более разбавленная суспензия волокна, обеспечивая в результате лучшее формование листа при использовании более длинных химических волокон. Разбавленную дисперсию смеси волокон в воде подают в напорный ящик 43, который наносит волокно в водной суспензии на движущуюся перфорированную поверхность 44, где влажный волокнистый лист 46 формуется сверху перфорированной поверхности. Вакуумные камеры 45, расположенные ниже перфорированной поверхности, используются для собирания и отвода воды от волокна в водной суспензии, нанесенной на перфорированную поверхность. Вакуумные камеры 45 также способствуют снижению количества остаточной воды во влажном листе 46. Необязательно может использоваться машина с двумя или тремя напорными ящиками. Наличие множественных напорных ящиков обеспечивает суспензии волокна с различными смесями волокон, например, различное соотношение древесной целлюлозы и термопластичного волокна, подаваемых в каждый напорный ящик, обеспечивая, например, наслоенную или ламинированную структуру формуемого листа с высоким процентным содержанием термопластичных волокон, расположенных вблизи верхней и/или нижней поверхности влажного уложенного листа. Холст сушат с помощью нагревательного элемента 47, который может включать в себя любое традиционное оборудование, такое как масляные сушилки и сушилки, нагреваемые паром, проточные воздушные сушилки, печи с горячим воздухом, сушилка с нагнетанием горячего воздуха, инфракрасные сушилки и т.п. Нагревательный элемент 47 может также использоваться для сплавления части или всех термопластичных волокон, содержащихся в листовом материале, с соседними волокнами. Высушенный холст 48 и слои 39 и 42 формованного из расплава холста затем сводятся вместе и собираются между валками 49 и 50 перед прохождением в зажим нагреваемого каландра, где три слоя скрепляются вместе с формованием композитной нетканой ткани 1. Зазор между совмещающими валками 49 и 50 регулируется с установлением толщины ламинированной композитной структуры. На фиг.7 показан нагреваемый каландр, содержащий гравированный валок 51 точечного скрепления вместе с гладким опорным валком 52, на котором (каландре) получают скрепленную точечным термоскреплением нетканую ткань 1. Альтернативно, валки 51 и 52 каландра могут быть гравированы комплементарными шаблонами пуансонного и матричного тиснения, или оба могут быть гравированы одинаковым подогнанным шаблоном точечного скрепления с обеспечением тиснения шпилька-шпилька. Альтернативно, три слоя могут быть скреплены вместе с использованием устройства ультразвукового скрепления. После скрепления ламинированная ткань 1 может быть намотана или иным образом обработана.
На фиг.8 представлен третий предпочтительный способ получения ламинированной композитной нетканой ткани изобретения, в котором листовой материал среднего слоя получен способом воздушного формования. Показанный способ является подобным способу, показанному и описанному на фиг.6, за исключением того, что скрепление вместе трех слоев осуществляется с использованием способа ультразвукового скрепления. На фиг.8 показано, что наружные слои 55 и 58 ламинированной композитной ткани являются самонесущими, формованные из расплава холсты получены, как описано выше для фиг.6. Альтернативно, один или оба формованных из расплава холста могут быть заменены предварительно полученным холстом, например, спряденным из расплава холстом, который разматывается из рулона, установленного на намоточной установке. Ультразвуковой излучатель 66 устанавливается в непосредственной близости к вращающемуся гравированному валку 67 каландра. После совмещения трех слоев между совмещающими валками 64 и 65 ламинированный композит скрепляется ультразвуком, когда он проходит между ультразвуковым излучателем 66 и гравированным валком 67.
2
2
2
2
На фиг.9 представлен четвертый предпочтительный способ получения ламинированной композитной нетканой ткани изобретения, в котором листовой материал среднего слоя получен способом воздушного формования. Показанный способ является подобным способу, показанному и описанному на фиг.6, за исключением того, что скрепление вместе трех слоев осуществляется с использованием клея. При рассмотрении склеивания возможны многие технологии. На фиг.9 показана одна технология, использующая термоплавкий клей. Специалистам в данной области техники известно, как можно использовать другие технологии склеивания. На фиг.9 показано, что наружные слои 70 и 73 ламинированной композитной ткани являются самонесущими, формованными из расплава холстами, полученными, как описано выше для фиг.6. Альтернативно, один или оба формованных из расплава холста могут быть заменены предварительно полученным холстом, например, спряденным из расплава холстом, который разматывается из рулона, установленного на намоточной установке. Скрепляющие волокна, содержащиеся в вышеуказанном холсте 77, активируются при нагревании холста в нагревательном элементе 78 с созданием самонесущего холста. При использовании аппликатора 79 нанесения термоплавкого клея небольшое количество (менее 10 г/м, предпочтительно менее 5 г/м) термоплавкого клея наносят на одну сторону холста 70, так что термоплавкий клей также контактирует с поверхностью холста 77 среднего слоя, когда три слоя совмещаются. Аналогично, при использовании аппликатора 80 нанесения термоплавкого клея небольшое количество (менее 10 г/м, предпочтительно менее 5 г/м) термоплавкого клея наносят на одну сторону холста 73, так что термоплавкий клей также контактирует с поверхностью холста 77 среднего слоя, когда три слоя совмещаются. Холсты 70 и 73 совмещаются с воздушноуложенным холстом 77 между двумя совмещающими валками 81 и 82, зазор между указанными валками регулируется. Получаемый ламинатный холст 83 имеет нетисненую гладкую структуру листа. Если требуется тиснение, нетисненый холст 83 тогда пропускают через зажим двух валков каландра тиснения, которые необязательно могут нагреваться. На фиг.9 показан каландр тиснения, содержащий гравированный валок 84 вместе с гладким опорным валком 85, на котором (каландре) получают тисненую нетканую ткань 1. Альтернативно, валки 84 и 85 каландра могут быть гравированы комплементарными шаблонами пуансонного и матричного тиснения, или оба могут быть гравированы одинаковым подогнанным шаблоном точечного скрепления с обеспечением тиснения шпилька-шпилька. Альтернативно, ламинированная композитная нетканая ткань может быть снабжена рисунком с использованием ультразвукового устройства нанесения рисунка. После скрепления ламинированная ткань 1 может быть намотана или обработана иным образом.
В следующем разделе дается подробное описание получения и характеристик трех слоев предшественника.
Высокопрочный аэродинамический холст
2
Аэродинамические филаменты, которые образуют высокопрочный аэродинамический холст, получают с использованием аэродинамической фильеры, которая содержит множество сопел, прядущих филаменты, размещенных во множество рядов, как описано в патенте США 6013223. Выбранный исходный материал подают регулируемым образом в нагретый шнековый экструдер, который расплавляет и смешивает полимер. Расплавленный полимер затем дозируется в корпус аэродинамической фильеры под давлением с использованием одного или более объемных шестеренчатых насосов. Если требуется, термоплавкий клей (клеи) может быть смешан с полимерной смолой перед плавлением и смешением внутри нагретого шнекового экструдера. Расплавленный полимер экструдируется через множественные прядильные сопла с образованием полимерных потоков, которые утончаются в филаменты с ускорением горячим воздухом, идущим с высокой скоростью в направлении, по существу параллельном прядильным соплам. Филаменты одновременно ускоряются и охлаждаются ниже их температуры плавления высокоскоростным воздушным потоком (также известным как воздух утончения). Получаемые филаменты, по меньшей мере, частично вытягиваются и имеют степень молекулярной ориентации и разрывную прочность. Патент США 6013223 описывает использование струи вытяжки для дополнительного утончения филаментов. Однако в получении аэродинамических холстов, используемых в изобретении, установлено, что использование струи вытяжки не является необходимым. Филаменты собираются на движущейся перфорированной поверхности, которая на фиг.6 показана как вращающийся цилиндр 22, который покрыт бесконечной перфорированной поверхностью. Альтернативно, филаменты могут собираться на движущейся плоской перфорированной поверхности. Вращающийся цилиндр имеет одну или более вакуумных камер, содержащихся в его конструкции. Создаваемый таким образом вакуум способствует вытяжке аэродинамических филаментов на перфорированной поверхности цилиндра, где аэродинамические филаменты образуют самонесущий холст без каких-либо дополнительных обработки, скрепления или другого вмешательства. Формование самонесущего нетканого холста считается обусловленным, по меньшей мере, частичным самопереплетением аэродинамических филаментов на собирающей поверхности, комбинированным с остаточным теплом филаментов. Указанным способом получают полипропиленовые аэродинамические холсты с низкой основной массой 3 г/м.
Как показано на фиг.6, второй аэродинамический холст 26 получают с использованием второй аэродинамической фильеры 24 и второго собирающего барабана 25 аналогично описанному выше способу. В настоящем изобретении второй аэродинамический холст 26 может быть или может не быть одинаковой основной массы и может быть или может не быть одинакового состава, как первый аэродинамический холст 23.
Альтернативно, один или более аэродинамических холстов могут быть заменены другим типом нетканого холста, например, традиционным аэродинамическим холстом или спряденным из расплава холстом. В данном случае альтернативный нетканый холст подается как рулон предварительно изготовленной ткани, которая разматывается, совмещается с другими слоями, и затем все слои термоскрепляются или скрепляются ультразвуком вместе.
В ламинированной композитной нетканой ткани изобретения аэродинамические филаменты могут состоять из единственной смолы или могут состоять из двух смол в форме бикомпонентных филаментов. Поперечное сечение бикомпонентного филамента может иметь такие конфигурации, как оболочка-сердцевина (центральная или смещенная сердцевина), бок-о-бок, многосегментный диск, и другие конфигурации, известные специалистам в данной области техники.
Получение высокопрочных аэродинамических филаментов отличается от получения традиционных аэродинамических филаментов по ряду моментов. Для показа отличий в качестве примера используются полипропиленовые (ПП) аэродинамические филаменты.
Исходные материалы
Традиционные ПП аэродинамические филаменты получают экструдированием расплавленного полимера относительно низкой вязкости через прядильные сопла. Расплав полимера низкой вязкости получают (а) выбором сорта ПП смолы с высокой скоростью течения расплава (MFR), примерами которого являются сорт PP3746G, доступный от ExxonMobil, который имеет MFR примерно 1475 г/10 мин при 230°C, и сорт Metocene MF650Y, доступный от LyondellBasell, который имеет MFR примерно 1800 г/10 мин при 230°C; и (b) поддержанием расплавленного полимера при высокой температуре перед прядением филаментов, обычно примерно 240-250°C, для того, чтобы дополнительно снизить вязкость расплавленного полимера. Для того чтобы достигнуть таких высоких скоростей течения расплава, в ПП смолу могут быть введены пероксидные соединения. Когда полимер и пероксид расплавляются вместе, пероксид образует свободные радикалы, которые взаимодействуют с и приводят к расщеплению полипропиленовых полимерных цепей, снижая в результате среднюю молекулярную массу смолы. Снижение молекулярной массы смолы приводит к снижению разрывной прочности филаментов, формованных аэродинамическим способом. Когда аэродинамические филаменты используются для формования фильтрующей среды, особенно, при использовании как части РАР(SMS)-композита, указанное снижение прочности филамента является относительно неважным, т.к. главной функцией аэродинамических филаментов является образование фильтрационного слоя. Однако в настоящем изобретении прочность аэродинамических филаментов и прочность нетканого холста, который они образуют, является важной для обтирочных применений.
При сопоставлении в способе прядения из расплава целью является получение филаментов с высокой разрывной прочностью, которые после скрепления образуют высокопрочный нетканый холст. Полипропиленовая смола, используемая для спряденных из расплава филаментов, имеет низкую скорость течения расплава, обычно примерно 35 г/10 мин при 230°C (обычно указываемая как 35 MFR). Одной такой смолой является сорт РР3155, доступный от ExxonMobil. Пероксиды обычно не вводят в указанные смолы. Для минимизации термической деструкции смолы в процессе переработки расплавленный полимер поддерживают при более низкой температуре перед прядением филамента, обычно примерно 230°C. Комбинация ПП смолы с высокой молекулярной массой, меньшей термической деструкции в ходе способа прядения филамента и эффективного утончения филамента после прядения позволяет формовать высокопрочные спряденные из расплава филаменты.
Условия переработки
Высокопрочные аэродинамические филаменты получают способом, который является промежуточным между (или гибридным) способом прядения из расплава и традиционным аэродинамическим способом. Типичная полипропиленовая прядомая из расплава смола (35 MFR) может использоваться для получения высокопрочных аэродинамических филаментов. В процессе прядения филаментов температура расплавленного полимера составляет примерно 285-290°C. Указанные факторы дают расплавленный полимер внутри аэродинамической фильеры с намного более высокой вязкостью, чем у расплавленного полимера в традиционном аэродинамическом способе. Для достижения достаточной производительности расплавленного полимера с высокой вязкостью необходимо опрессовывать расплавленный полимер в фильере при давлениях до 1200 фунт/кв.дюйм (8274 кПа). Указанное давление является намного выше, чем в традиционном аэродинамическом способе, и превышает перерабатывающую способность давления традиционной аэродинамической фильеры, но находится в пределах перерабатывающей способности давления аэродинамической фильеры, описанной в патенте США 6013223, благодаря своей различной разработке и конструкции.
В таблице В показано сравнение материалов и типичных условий переработки, используемых для получения полипропиленового нетканого холста традиционным аэродинамическим способом, полипропиленового холста, спряденного из расплава, и высокопрочных аэродинамических полипропиленовых филаментов.
<b>Таблица В</b><b>Обычные условия переработки</b>
Способ
Традиционный аэродинамический
Прядение израсплава
Высокопрочный аэродинамический
Исходный материал
ПП смола
ПП смола
ПП смола
Показатель скорости течения расплава смолы при 230°C (г/10 мин)
1800
35
35
Температура расплава полимера в фильере (°C)
240-250
230
285-290
Давление расплава полимера в фильере, фунт/кв.дюйм (кПа)
40-50 (276-345)
1000-1500 (6900-10250)
1000-1200 (6900-8280)
Температура воздуха утончения (°C)
250
температураокружающей среды
225
В таблице С показано сравнение свойств полипропиленовых нетканых холстов, полученных традиционным аэродинамическим способом и высокопрочным аэродинамическим способом.
<b>Таблица С</b><b>Сравнение свойств полипропиленовых нетканых холстов, полученных традиционным аэродинамическим способом и высокопрочным аэродинамическим способом</b>
Традиционный аэродинамичес-кий способ
Традиционный аэродинамичес-кий способ
Традиционный аэродинамичес-кий способ
Высокопрочный аэродинамичес-кий способ
Высокопрочный аэродинамичес-кий способ
Высокопрочный аэродинамичес-кий способ
Пример А
Пример В
Пример С
Пример D
Пример E
Пример F
Основная масса (г/м<sup>2</sup>)
4,65
6,07
11,10
4,83
5,32
7,70
Сухая разрывная прочность, МН (Н/м)
26,5
27,8
55,2
65,3
80,3
102,3
Сухая разрывная прочность, ПН (Н/м)
8,5
7,5
22,3
35,0
31,0
55,8
Среднегеометрическая сухая разрывная прочность, (Н/м)
15,0
14,4
35,1
47,8
49,9
75,6
Сухое удлинение при разрыве, МН (%)
6
6
2
39
51
91
Сухое удлинение при разрыве, ПН (%)
12
6
3
106
109
96
Сухая ударная вязкость, МН (Дж)
0,003
0,003
0,002
0,063
0,099
0,246
Сухая ударная вязкость, ПН (Дж)
0,001
0,037
0,002
0,087
0,078
0,128
Влажная разрывная прочность, МН (Н/м)
25,8
30,5
58,8
80,2
77,5
112,5
Влажная разрывная прочность, ПН (Н/м)
9,0
9,8
26,8
38,8
36,0
64,5
Среднегеометрическая влажная разрывная прочность, (Н/м)
15,2
17,3
39,7
55,8
52,8
85,2
Индекс среднегеометрической влажной разрывной прочности ((Н/м) на г/м<sup>2</sup>)
3,3
2,8
3,6
11,5
9,9
11,1
Влажное удлинение при разрыве, МН (%)
4
6
2
49
36
84
Влажное удлинение при разрыве, ПН (%)
7
6
3
117
95
109
Влажная ударная вязкость, МН (Дж)
0,002
0,003
0,002
0,102
0,069
0,231
Влажная ударная вязкость, ПН (Дж)
0,001
0,001
0,001
0,107
0,080
0,169
Сухая прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
160
160
200
440
520
640
Влажная прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
160
160
160
600
760
720
Влажная толщина (мкм)
96
88
142
82
101
129
Влажный объем (см<sup>3</sup>/г)
20,7
14,5
12,8
16,9
18,9
16,7
Воздухопроницаемость (л/мин/дсм)
4598
3235
1750
2128
2088
1188
Средний диаметр филамента (мкм)
5,35
3,56
Средний размер пор (мкм)
46
27
При примерно одинаковой основной массе высокопрочные аэродинамические нетканые холсты имеют среднегеометрическую разрывную прочность, по меньшей мере, в два раза выше, чем традиционные аэродинамические нетканые холсты. Индекс среднегеометрической влажной разрывной прочности является примерно в три раза выше, чем у традиционных аэродинамических нетканых холстов аналогичной основной массы. Влажная и сухая МН и ПН ударная вязкость и влажная и сухая МН прочность на раздир являются, все, значительно улучшенными в случае высокопрочных аэродинамических нетканых холстов. Влажные толщина и объем являются широко подобными для обоих типов аэродинамического холста. Средний диаметр филамента высокопрочного аэродинамического холста является ниже, чем у традиционного аэродинамического холста, что также отражено в относительной воздухопроницаемости. Должно быть отмечено, что благодаря очень малой основной массе указанных аэродинамических холстов, стойкость к истиранию отдельных холстов не может быть измерена. Однако, поскольку 3-слойные ламинаты формуются из указанных аэродинамических холстов, стойкость к истиранию ламината может быть легко измерена.
Аэродинамические нетканые холсты могут быть подвергнуты дополнительному скреплению рядом технологий, из которых термоскрепление является наиболее распространенным. Точечное термоскрепление широко используется для создания прочных нетканых холстов из спряденных из расплава филаментов. Для оценки изменения свойств холста после точечного скрепления рулоны-образцы высокопрочного ПП аэродинамического нетканого холста подвергают точечному термоскреплению с использованием 2-валкового каландра с использованием условий, указанных ниже.
Шаблон точечного скрепления на гравированном стальном валке: ромбовидные точки скрепления, расположенные в правильный геометрический рисунок, площадь скрепления 18%. Опорный валок: гладкий стальной валок.
Температура поверхности валков: гравированный валок - 103°C, опорный валок - 105°C (измеренная с использованием контактирующего с поверхностью температурного датчика).
Сжимающая нагрузка на валки: 200 фунт/дюйм (35,8 кг/см).
Скорость холста: 100 фут/мин (30,5 м/мин).
В таблице D показано сравнение свойств высокопрочных полипропиленовых аэродинамических нетканых холстов до и после точечного скрепления.
<b>Таблица D</b><b>Эффект точечного скрепления</b>
Наличие точечного скрепления
Пример D
Пример Е
Пример G
Пример Н
Нет
Нет
Да
Да
Основная масса (г/м<sup>2</sup>)
4,83
5,32
4,01
4,34
Сухая разрывная прочность, МН (Н/м)
65,3
80,3
100,3
100,3
Сухая разрывная прочность, ПН (Н/м)
35,0
31,0
24,3
32
Среднегеометрическая сухая разрывная прочность (Н/м)
47,8
49,9
49,4
56,7
Сухое удлинение при разрыве, МН (%)
39
51
21
22
Сухое удлинение при разрыве, ПН (%)
106
109
74
68
Сухая ударная вязкость, МН (Дж)
0,063
0,099
0,043
0,043
Сухая ударная вязкость, ПН (Дж)
0,087
0,078
0,037
0,046
Влажная разрывная прочность, МН (Н/м)
80,2
77,5
105,0
94,0
Влажная разрывная прочность, ПН (Н/м)
38,8
36,0
29,8
29,5
Среднегеометрическая влажная разрывная прочность (Н/м)
55,8
52,8
55,9
52,7
Влажное удлинение при разрыве, МН (%)
49
36
21
12
Влажное удлинение при разрыве, ПН (%)
117
95
65
66
Влажная ударная вязкость, МН (Дж)
0,102
0,069
0,046
0,021
Влажная ударная вязкость, ПН (Дж)
0,107
0,080
0,041
0,041
Сухая прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
440
520
48
23
Влажная прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
600
760
28
45
Влажная толщина (мкм)
82
101
79
90
Влажный объем (см<sup>3</sup>/г)
16,9
18,9
19,6
20,7
Должно быть отмечено, что, хотя точечное скрепление увеличивает МН сухую и влажную разрывную прочность, другие испытанные свойства являются либо ниже после точечного скрепления, либо изменены еще мало. Отсюда при небольшом улучшении свойств, придаваемом точечным скреплением высокопрочному аэродинамическому холсту, все последующее получение нетканого ламината изобретения выполнялось с использованием высокопрочных аэродинамических холстов, которые не подвергались никакому преднамеренному способу скрепления перед конечным совмещением и скреплением многослойного ламината.
2
При рассмотрении ламинатных композитов, полученных с использованием воздушноуложенного среднего слоя, может быть ясно видно преимущество использования высокопрочных аэродинамических холстов. Даже после сплавления скрепляющих волокон с созданием самонесущего холста воздушноуложенный холст имеет относительно низкую сухую и влажную прочность. Большая часть прочности, в частности, влажной прочности ламинатных композитов изобретения, обусловлена наружными формованными из расплава слоями. При получении ламинатного композита с наружными слоями из формованного из расплава холста низкой основной массы, например, около 5 г/м, предпочтительно использовать высокопрочные формованные из расплава холсты, которые имеют значительно более высокую разрывную прочность, чем традиционные аэродинамические полипропиленовые холсты аналогичной основной массы. Например, индекс среднегеометрической влажной разрывной прочности высокопрочных формованных из расплава полипропиленовых холстов является примерно в три раза больше, чем у традиционных аэродинамических полипропиленовых холстов. В таблице I показано, что влажная прочность конечного ламинатного композита, полученного с использованием наружных слоев из высокопрочных формованных из расплава холстов (пример 1), является аналогичной влажной прочности других коммерческих обтирочных основ с высоким содержанием целлюлозы на основе технологий воздушной укладки, мультискрепленной воздушной укладки и совместного формования. Тогда как в таблице G показано, что 3-слойный ламинат с аналогичной основной массой, полученный с использованием наружных слоев из традиционных аэродинамических полипропиленовых холстов (пример 7), имеет значительно более низкую влажную разрывную прочность по сравнению с основами, полученными с использованием технологий воздушной укладки, мультискрепленной воздушной укладки и совместного формования. Является сомнительным, что материал (пример 7) с такой низкой прочностью может удовлетворительно функционировать в качестве обтирочной основы.
В настоящем изобретении, предпочтительно, наружные слои нетканого композита являются гидрофильными, так что нетканый композит может впитывать быстро и полно водный раствор поверхностно-активных веществ, отдушек, пестицидов и стабилизаторов (так называемый «лосьон»), наносимый переработчиком или изготовителем влажных салфеток. Количество лосьона, наносимого на основу, составляет обычно примерно 300% мас. Известен ряд технологий придания гидрофильности формованным из расплава холстам, включая (но не исключительно) термоплавкие добавки и нанесение местных обработок на поверхность аэродинамических филаментов и/или на сам холст. Как показано в примерах, в настоящем изобретении были оценены обе технологии.
Гидрофильные термоплавкие добавки обычно содержат в качестве активного агента гидрофильную молекулу, примеры которой включают в себя (но не исключительно) линейный и/или разветвленный поли(этиленоксид) (РЕО) и глицеридные эфиры жирных кислот, причем те и другие имеют относительно низкую молекулярную массу. Гидрофильная термоплавкая добавка обычно компаундируется как маточная смесь с использованием подобного типа полимерной смолы, когда она должна смешиваться в данном случае с полипропиленом. Маточная смесь гидрофильной добавки однородно смешивается при желаемой степени введения с гранулами полипропиленовой смолы перед поступлением в нагретый шнековый экструдер в начале способа прядения филамента. Непосредственно при прядении филамента гидрофильная добавка более или менее достаточно распределяется по филаменту. Гидрофильные молекулы затем медленно диффундируют к поверхности филамента, создавая тонкий гидрофильный слой на поверхности филамента. Процесс диффузии может иметь место в течение нескольких дней до того, как филаменты и нетканый холст станут достаточно гидрофильными, или «смачивающимися». В одном варианте настоящего изобретения гидрофильную термоплавкую добавку сорта ТРМ12713 (доступная от Techmer PM of Clinton, TN, США) смешивают в степени примерно 2% мас. с гранулами 35 MFR полипропиленовой смолы. Смесь гранул полипропилена и добавки затем подают через бункер в нагретый шнековый экструдер в начале способа прядения аэродинамического филамента. Конечный аэродинамический нетканый холст сразу после получения не впитывает каплю воды, помещенную на поверхность холста, в течение 30 сек. Однако, после семи дней (168 ч) хранения при комнатной температуре капля воды, помещенная на поверхность холста, впитывается менее чем за 1 сек.
Другой распространенной технологией получения гидрофильного формованного из расплава холста является местное нанесение обрабатывающих химических веществ, наносимых либо на формованные из расплава филаменты перед формованием холста, и/либо на формованный из расплава нетканый холст. Имеется ряд известных технологий нанесения местной обработки, включая (но не исключительно) нанесение пены, нанесение спрея, набивку и покрытие легким валком. В указанных технологиях сначала получают водный раствор обрабатывающего химического вещества при подходящей концентрации и данный раствор наносят как пену, спрей, набивку или легким валком на формованные из расплава филаменты и/или холст. Обрабатывающими агентами являются гидрофильные химические вещества, наиболее известные в классе поверхностно-активных веществ. Они включают в себя (но не исключительно) анионогенные поверхностно-активные вещества, такие как натрийлаурэфирсульфат, натрийдиоктилсульфосукцинат и соли жирных кислот (мыла); катионогенные поверхностно-активные вещества, такие как бензалконийхлорид и цетилпиридинийхлорид; неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как поли(этиленоксид), полисорбаты и жирные спирты. Активной сферой исследований в последние годы была разработка местных обработок формованных из расплава нетканых материалов, используемых в качестве компонентов изделий личной гигиены (одноразовые пеленки, предметы от недержания, предметы женской гигиены и т.п.). Гидрофильно обработанный формованный из расплава холст должен отвечать некоторым эстетическим требованиям, например, не должен вызывать раздражение или чувствительность при длительном контакте с кожей пользователя. В зависимости от того, как долго изделие личной гигиены будет находиться в пользовании, имеется необходимость во временных, полудлительных или длительных гидрофильных местных обработках. В случае настоящего изобретения аэродинамические холсты на наружной стороне нетканого композита должны иметь только временный гидрофильный эффект для обеспечения впитывания водного лосьона, который наносится на нетканый композит в способе переработки во влажную салфетку. После этого гидрофильная природа придается влажной салфетке водным лосьоном, который обычно содержит одно или более поверхностно-активных веществ. В одном варианте настоящего изобретения водный раствор получают с использованием Unifroth 1387, поверхностно-активного вещества, содержащего натрийдиоктилсульфосукцинат (поставляемого фирмой Unichem Inc. of Haw River, NC, США). В двух экспериментах указанный раствор напыляют на свежеспряденные полипропиленовые аэродинамические филаменты в регулируемых условиях с получением двух уровней введения поверхностно-активного вещества: (а) примерно 0,5% мас. поверхностно-активного вещества на филаменты и (b) примерно 1% мас. поверхностно-активного вещества на филаменты. Обработку наносят на аэродинамические филаменты прежде, чем они собираются на вращающемся собирающем барабане. В обоих экспериментах конечный полипропиленовый аэродинамический нетканый холст получают смачивающимся, так что он впитывает каплю воды, помещенную на его поверхность, менее чем за 1 сек. Подобный результат может быть получен при напылении водного раствора данного поверхностно-активного вещества в регулируемых условиях на одну или более поверхностей предварительно необработанного полипропиленового аэродинамического нетканого холста. Холст может быть затем высушен, если требуется, применением нагрева и/или продувкой воздухом поверх и/или через его поверхность, и/или обеспечением воздушной сушки холста в окружающих условиях. По указанному способу уровни введения поверхностно-активного вещества: (а) примерно 0,5% мас. поверхностно-активного вещества на холст и (b) примерно 1% мас. поверхностно-активного вещества на холст дают в результате смачивающийся нетканый холст, так что капля воды, помещенная на его поверхность, впитывается менее чем за 1 сек. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что подобные результаты смачиваемости могут быть получены альтернативными технологиями нанесения указанного или других поверхностно-активных веществ.
Листовой материал среднего слоя
Воздушноуложенный листовой материал среднего слоя получают из комбинации выбранной древесной целлюлозы и выбранных термопластичных волокон. В отношении древесной целлюлозы имеются несколько типов, которые могут использоваться. Обычно они представляют собой крафт-целлюлозу и сульфитную целлюлозу, которые могут быть отбеленными и неотбеленными, могут содержать некоторое количество волокон регенерированной целлюлозы или быть 100% исходной целлюлозой, и они могут быть необязательно обработаны химическим разрыхляющим агентом для снижения межволоконного скрепления. В предпочтительном варианте настоящего изобретения древесная целлюлоза обрабатывается химическим разрыхляющим агентом для обеспечения нетканого композита с улучшенными мягкостью и объемом.
Химические разрыхляющие агенты хорошо известны в получении бумажных продуктов и нетканых материалов. Древесные целлюлозы, обработанные химическими разрыхляющими агентами, в частности, используются в получении впитывающих изделий, таких как пеленки, предметы от недержания, предметы женской гигиены, предметы контролирования розлива жидкости и т.п. Разрыхляющие агенты смешиваются с целлюлозными волокнами с ингибированием образования связей между волокнами после влажного или сухого формования. Разрыхляющие агенты описаны и рассмотрены в патентах США 4482429, 4144122 и 4432833. Разрыхляющие агенты также содействуют дефибризации листов целлюлозы с помощью молотковых мельниц и т.п. при снижении количества энергии, требуемой на 1 кг целлюлозы для отделения и индивидуализации целлюлозных волокон.
Разрыхленные вспушенные целлюлозы являются доступными от ряда изготовителей. Целлюлоза, используемая в разделе «Примеры», представляет собой сорт NF405, крафт-целлюлоза, полученная из древесины ложной сосны, поставляемая фирмой Weyerhaeuser Inc. Вместо сорта NF405 могут использоваться другие подходящие разрыхленные вспушенные целлюлозы, включая сорт, обозначенный как Golden Isles 4822, поставляемый фирмой Georgia-Pacific Inc.
Термопластичные волокна, присутствующие с древесной целлюлозой в листовом материале среднего слоя, являются необходимыми для обеспечения (а) термоскрепления или ультразвукового скрепления смежных слоев и (b), если требуется, формования самонесущего листового материала при тепловом сплавлении части или всех термопластичных волокон с помощью горячей воздушной печи или с помощью воздушной сушилки и т.п. Термопластичные волокна могут состоять из единственной смолы или могут состоять из двух смол в форме бикомпонентных волокон. Поперечное сечение бикомпонентного волокна может включать в себя такие конфигурации, как оболочка-сердцевина (центральная или смещенная сердцевина), бок-о-бок, многосегментный диск, и другие конфигурации, известные специалистам в данной области техники. Может использоваться смесь двух или более типов термопластичного волокна, включая (но не ограничиваясь этим) смеси волокон, имеющих различные длины и/или диаметры, и/или форму или конфигурацию, и/или строение материала. В качестве главного принципа термопластичные волокна должны быть химически совместимыми с материалом (материалами), составляющим наружные слои. Например, когда наружные слои содержат высокопрочный аэродинамический нетканый холст, выполненный из полипропиленовых филаментов, предпочтительно, чтобы термопластичные волокна также были выполнены из полипропилена. В том случае, когда термопластичные волокна имеют бикомпонентную конфигурацию, например, оболочка-сердцевина, предпочтительно, чтобы компонент оболочки был выполнен из полипропилена. В случае смеси двух или более типов термопластичных волокон предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один тип волокна был полипропиленовым либо имел полипропиленовую оболочку в случае бикомпонентного волокна. Термопластичные волокна обычно являются волокнами короткой резки, имеющими длину 10 мм или менее, и должны иметь значение денье между 0,1 и 10 денье, и могут быть извитыми или неизвитыми. Для случая обработки и диспергирования в системах воздушной укладки или влажной укладки химическая обработки может быть нанесена на термопластичные волокна.
Другим преимуществом введения термопластичных волокон в средний слой является улучшение четкости и определения рисунка, приданного нетканому композиту при скреплении термоскреплением или ультразвуковым скреплением профильным каландром. На фиг.10 показана четкость, которая может быть достигнута ламинатом изобретения.
При формовании воздушноуложенного холста оборудование может быть настроено для получения либо (а) по существу однородной смеси древесной целлюлозы и термопластичных волокон, либо (b) ламинированной, или наслоенной структуры, где концентрация термопластичных волокон является выше ближе к верхней и нижней поверхности листового материала, и, соответственно, центр листового материала имеет относительно высокую процентную концентрацию волокон древесной целлюлозы. Последняя наслоенная структура может быть желательна для достижения лучшего термоскрепления между листовым материалом среднего слоя и наружными формованными из расплава слоями. Степень наслоения является в некоторой степени регулируемой.
Оборудование для получения воздушноуложенных холстов является доступным от ряда поставщиков, включая (но не исключительно) M & J (Дания, дочерняя компания Oerlikon Neumag), Dan-Web (Дания) и Celli S.p.A. (Италия). В последующих примерах воздушноуложенный средний слой получают на пилотной машине, поставляемой Dan-Web.
Оборудование для получения холстов влажной укладки является давно известным. Во влажном формовании смеси древесной целлюлозы и термопластичных волокон использование наклонного проволочного формующего устройства является предпочтительным, поскольку оно позволяет получать смесь волокон как высокоразбавленную суспензию в воде перед формованием листа, с получением в результате более однородного листа. Патент США 2045095 описывает общие принципы работы наклонной проволочной формующей машины. Волокна древесной целлюлозы, обычно используемые для получения влажноформованных бумажных и нетканых листов, являются крафт- и/или сульфитной целлюлозой и обычно не обрабатываются химическими разрыхляющими агентами перед началом способа влажного формования. Однако было установлено, что некоторые химически разрыхленные вспушенные целлюлозы, включая Weyerhaeuser крафт-целлюлозу, сорт NF405, могут успешно использоваться для получения однородного влажноформованного холста, хотя получаемый холст имеет более низкую прочность, чем холст эквивалентной основной массы, полученный из химически неразрыхленной крафт-целлюлозы из ложной сосны. Выбор термопластичного волокна (волокон) для использования во влажном формовании листового материала среднего слоя является по существу подобным описанному выше для способа воздушного формования. Более короткая длина волокна может быть желательной для более легкого распределения волокон и мокрого формования, например, 12 мм или менее. Химическая отделка, наносимая на волокна, выбирается для обеспечения более легкого диспергирования в воде и однородного формования влажноуложенного слоя.
При использовании машины влажного формования с более чем одним напорным ящиком может быть получена ламинированная или наслоенная структура, подобная по концепции описанной выше для воздушноуложенных холстов, так что концентрация термопластичных волокон является выше ближе к верхней и/или нижней поверхности влажноуложенного листового материала, и где центр влажноуложенного листа имеет относительно высокую процентную концентрацию волокон древесной целлюлозы.
Ткань изобретения находит применение, например, в качестве влажных и сухих салфеток для потребителя для домашнего и промышленного использования, медицинских салфеток (с низким пухоотделением), фильтрационных сред различных типов, впитывающих сред с низким пухоотделением для медицинского применения, например, для хирургической простыни вокруг созданных отверстий, прокладок, впитывающих пищу (для впитывания соков из мяса), впитывающих предметов для контроля разливов (химических разливов, нефтяных разливов и т.д.), и в качестве компонента предметов от недержания или женских гигиенических прокладок.
Следующие неограничивающие примеры предназначены для иллюстрации продукта и способа изобретения и никаким образом не ограничивают изобретение.
ПРИМЕРЫ
В приведенном выше описании и в неограничивающих примерах, которые следуют за ним, следующие методы испытаний используются для определения представленных характеристик и свойств. ASTM относится к Американскому обществу по испытанию материалов, INDA относится к Ассоциации промышленности нетканых тканей, и IEST относится к Институту науки и технологии окружающей среды.
Испытание обычно проводят в соответствии с методами испытаний, рекомендованными INDA; любое отклонение от метода испытания INDA отмечено в тексте. Перед определением сухих свойств образцы кондиционируют в течение 24 ч в контролируемой среде при примерно 20°C и 50% относительной влажности, если не определено иное.
2
Основную массу (в г/м или гкм) определяют методом испытания, который в основном соответствует INDA методу испытания IST 130.1 (1998). Образцы вырубают штампом размером 8 дюймов × 8 дюймов (20,3 см × 20,3 см) и взвешивают в граммах с точностью до четвертого десятичного знака на цифровых весах. Основную массу рассчитывают делением массы образца (в граммах) на площадь образца (в квадратных метрах). В случае образцов предварительно упакованных салфеток, измеряют размеры салфетки с точностью до миллиметра и рассчитывают ее площадь в квадратных метрах. В случае образцов предварительно упакованных влажных салфеток, листам образца позволяют сушиться на воздухе и затем кондиционируют в контролируемой среде перед взвешиванием. Обычно измерения проводят на 4 или более образцах и рассчитывают среднее значение.
2
2
Испытание на разрывную прочность (T.S.) проводят с использованием установки для испытаний на растяжение модели 5500R, поставляемой фирмой Instron Inc. Образцы режут на полосы шириной один дюйм (2,54 см). Обычно испытывают как МН, так и ПН направления. Начальное расстояние между зажимами составляет пять дюймов (12,7 см), и скорость растяжения составляет 30 см/мин. Установка обеспечивает регистрацию разрывной прочности, удлинения и ударной вязкости (поглощение энергии разрушения) в точке разрушения образца. Измерения на влажных образцах проводят при предварительном вымачивании полос образца в деионизированной воде. Испытывают, по меньшей мере, 4 отдельные испытываемые полосы на образец и рассчитывают среднее значение. Среднегеометрические МН и ПН разрывной прочности рассчитывают по квадратному корню из произведения МН и ПН разрывной прочности. Индекс среднегеометрической разрывной прочности (в Н/м на г/м) рассчитывают делением среднегеометрической разрывной прочности (в Н/м) на основную массу (в г/м) испытываемого образца.
Прочность на раздир по Элмендорфу определяют методом испытания, который в основном соответствует методу ASTM D5734, с использованием установки для испытаний на раздир по Элмендорфу, модель 1653, поставляемой H.E.Messmer of London. Установка снабжена маятником модели 60-8, способным измерять до 7840 мН. Измерения на влажных образцах проводят при предварительном вымачивании испытываемых образцов в деионизированной воде. Обычно измерения проводят на 4 или более испытываемых образцах и рассчитывают среднее значение.
2
Толщину ткани определяют методом испытания, который в основном соответствует INDA методу испытания IST 120.1 (1998). Используемым прибором является Thwing-Albert ProGage (Thwing-Albert, West Berlin, NJ, USA), имеющий нажимную пяту диаметром 2,54 см (площадь 506 мм), развивающую давление 4,1 кПа на испытываемый образец, опору диаметром 6,3 см, максимальный интервал 1000 мкм и разрешение дисплея 0,1 мкм. Выполняют, по меньшей мере, 10 измерений в произвольных положениях на каждом образце и рассчитывают среднее значение.
3
2
Объем (в кубических сантиметрах/грамм или см/г) рассчитывают делением толщины ткани (в мкм) на основную массу ткани (в г/м). Последние характеристики определяют ранее описанными методами испытаний. Влажный и сухой объем рассчитывают по влажной и сухой толщине нетканой ткани, соответственно. Высокое значение объема указывает на очень высокий материал низкой плотности.
Сопротивление продавливанию определяют методом испытания, который в основном соответствует методу ASTM D-774. Используемым оборудованием является диафрагмная установка для испытаний на гидравлическое продавливание Mullen-типа, выпускаемая фирмой B.F.Perkins & Son Inc. и поставляемая H.E.Messmer of London. Измерения на влажных образцах проводят при предварительном вымачивании испытываемых образцов в деионизированной воде. Обычно измерения проводят на 4 или более испытываемых образцах и рассчитывают среднее значение.
Впитывающую способность определяют с использование следующего метода испытаний. После кондиционирования 10 образцов для испытаний размером 100 мм × 100 мм вырубают штампом из испытываемого образца и взвешивают отдельно с точностью 0,001 г. Образцы для испытаний погружают в ванну деионизированной воды при примерно 20°C. Через 60 сек образцы для испытаний отдельно извлекают из ванны и бумажный «хвост» (приблизительно 3 мм × 25 мм) свободно прикрепляют к одному углу образца для испытаний легким прижатием «хвоста» к углу образца. Каждый образец для испытаний затем подвешивают вертикально вниз от горизонтального бруса при использовании «крокодильчика»-зажима с зажимом угла образца для испытаний, противоположного бумажному «хвосту». Избыточной воде позволяют скапать с образца для испытаний, причем капли отводятся от образца для испытаний через бумажный «хвост». Через 5 мин образец для испытаний (минус бумажный «хвост») повторно взвешивают с точностью 0,001 г. Впитывающую способность рассчитывают следующим образом:
Впитывающая способность (%)=100%×[(конечная масса)-(начальная масса)]/(начальная масса).
Обычно измерения проводят на 4 или более испытываемых образцах и рассчитывают среднее значение.
Стойкость к истиранию определяют методом испытания, который в основном соответствует методу ASTM D4966. Используемым прибором является прибор для испытаний на истирания Martindale, поставляемый James H. Heal & Co. Ltd of Halifax, Англия. Используемая абразивная шерстяная ткань поставляется James H. Heal & Co. Ltd. и соответствует требованиям к характеристикам, определенным в таблице 1 EN ISO 12947-1. Фетровые тыльные подкладки также поставляются James H. Heal & Co. Ltd. Давление, прикладываемое к образцам в процессе испытания, составляет 12 кПа. Для улучшения согласованности испытания всех образцов выполняет один и тот же оператор. Для определения влажной стойкости к истиранию образцы для испытаний смачивают деионизированной водой. Испытание заканчивают, когда образец истирается настолько, что появляется дырка в образце, и фиксируется число шагов. Обычно измерения проводят на 4 или более образцах для испытаний и рассчитывают среднее значение. Высокое число шагов указывает на материал, стойкий к истиранию.
Мягкость, или «мягкость на ощупь», нетканых обтирочных основ представляет собой до некоторой степени субъективное свойство, особенно при оценке влажных образцов. Обычно «мягкость на ощупь» влажного нетканого образца является значительно мягче и более гибкой, чем у соответствующего сухого образца. Хотя отсутствует широко распространенный приборный метод измерения «мягкости на ощупь», или мягкости, имеются методы измерения сухой эластичности ткани. Используют прибор Handle-o-Meter c использованием методики испытания, которая в основном соответствует ASTM D2923. Испытываемую нетканую ткань деформируют через узкую прорезь лезвиеподобным плунжером и измеряют требуемое усилие (в гс). Указанное усилие является мерой как гибкости, так и поверхностного трения нетканой ткани. Используемым прибором является Testing Albert Handle-o-Meter, модель 211-300, с максимальной шкалой считывания 100 гс. Низкий показатель шкалы указывает на мягкий гибкий материал. Ширина прорези устанавливается при 0,5 дюйма (12,7 мм), и образцы для испытаний вырезаются размером 6 дюймов × 6 дюймов (152,4×152,4 мм). Перед выполнением измерений образцы кондиционируют в камере воздушного кондиционирования (при примерно 23°C, 50% отн. вл.) в течение примерно 24 ч. Испытывают 4 образца для испытаний на образец ткани, как в МН, так и в ПН направлении, а также переворачивают образец для испытаний с тем, чтобы испытать обе стороны, и рассчитывают средние значения. Образцы из хранившихся приобретенных упаковок влажных салфеток сушат на воздухе и затем кондиционируют в камере воздушного кондиционирования перед испытанием. Как результат переработки и упаковки такие образцы являются обычно согнутыми и/или сложенными и сморщенными, что обычно дает искусственно низкие значения испытаний.
Содержание целлюлозы в образце определяют путем растворения целлюлозной фракции в концентрированной серной кислоте следующим образом. Испытываемый образец разрезают на 32 части размером приблизительно 25×25 мм, сушат в термошкафу при 105°C и взвешивают 32 части вместе с точностью до 0,1 мг. 32 части образца помещают в 500 мл колбу Эрленмейера и в колбу загружают 320 г 72% серной кислоты. Содержимое колбы перемешивают в течение 24 ч при комнатной температуре. Содержимое колбы затем разбавляют, выливая его с перемешиванием в 4 л дистиллированной воды. Жидкость и нецеллюлозный остаток фильтруют через стекловолокнистый дисковый фильтр, который был предварительно взвешен после сушки в термошкафу. Дисковый фильтр плюс остаток сушат в термошкафу при 105°C до абсолютной сухости и затем взвешивают с точностью до 0,1 мг. Массу нецеллюлозного остатка на дисковом фильтре рассчитывают по массам диска до и после. Процентное содержание целлюлозы в образце рассчитывают по выражению:
Содержание целлюлозы (%)=100%×[(начальная масса образца)-(масса остатка)]/(начальная масса образца).
Измерения размера пор были выполнены the University of Tennessee Nonwovens Research Laboratory. Размер пор измеряют с использованием прибора Automated Capillary Flow Porometer Model # CFP-110-AEX. Влажные и сухие испытания были проведены с использованием Galwick-жидкости, имеющей поверхностное натяжение 15,6 дин/см.
Измерения диаметра филаментов были выполнены the University of Tennessee Nonwovens Research Laboratory. С использованием сканирующего электронного микроскопа измеряют диаметр, по меньшей мере, 100 филаментов и рассчитывают среднее значение.
Влажное пухоотделение (частицы и волокна, сброшенные с образца ткани в воду) - гравиметрический метод. Используют метод, который в основном соответствует INDA методу испытания IST 160.3 (1998). Точно взвешивают 10±0,1 г сухого образца и помещают в чистый сухой 500 мл широкогорлый сосуд с пластиковой винтовой крышкой. В сосуд загружают 400±1 мл деионизированной воды при комнатной температуре. После обеспечения закрытия сосуда сосуд с содержимым энергично встряхивают вручную в течение 60±1 сек. Испытываемый образец сразу удаляют с использованием чистого стеклянного прутка, а жидкость фильтруют через предварительно взвешенный стекловолокнистый дисковый Whatman фильтр. Дисковый фильтр сушат в лабораторном термошкафу при 105°C в течение примерно 2 ч и затем взвешивают с точностью до четвертого десятичного знака на аналитических весах. Количество пуха, выделившегося в воду (в частях на миллион, или ч/млн), рассчитывают как {изменение массы дискового фильтра (г) × 1000000/исходная масса образца (г)}. Обычно измерения выполняют на 4 или более образцах для испытаний и рассчитывают среднее значение.
Влажное пухоотделение (частицы и волокна, сброшенные с образца ткани в воду) - метод подсчета частиц. Используют испытание на двухосное встряхивание, описанное в IEST методе испытания IEST-RP-CC004.3, раздел 6.1.3. Указанные методики испытаний определяют как легко высвобождаемые частицы (присутствующие на поверхностях салфетки), так и частицы, образованные при механическом перемешивании салфетки в воде. Испытания образцов были выполнены RTI International, 3040 Cornwallis Road, Research Triangle Park, Северная Каролина, США. Результаты выражены как число высвободившихся и образовавшихся частиц на квадратный метр салфетки. Выполняют две группы измерений на каждый образец для испытаний и рассчитывают средние значения.
Материалы изобретения могут использоваться либо сухими, либо после смачивания водой или водными растворами. Если предполагаемое применение требует, чтобы ткань использовалась во влажном состоянии, например, влажные салфетки, обычно более уместным является определение влажных свойств. В последующих примерах был определен ряд влажных свойств.
Получение высокопрочных аэродинамических холстов
3
2
2
Высокопрочный аэродинамический холст получают из полипропиленовой смолы Basell Profax, сорт РН835, которая имеет скорость течения расплава 34 г/10 мин (34 MFR). В другой экспериментальной работе высокопрочные аэродинамические холсты также получают из полипропиленовой смолы ExxonMobil, сорт РР3155 (36 MFR), и указанные холсты имеют свойства, очень подобные свойствам холстов, полученных из Profax-смолы. Используемым оборудованием является пилотная линия номинальной ширины 25 дюймов (63 см), разработанная фирмой Biax Fiberfilm Corporation, расположенной на Quality Drive, Гринвилл, Висконсин, США. Оборудование пилотной линии состоит из пяти главных элементов: шнекового экструдера, двух шестеренчатых насосов, аэродинамической фильеры, собирающего барабана и рулоннаматывающей установки. Аэродинамическая фильера представляет собой множественные ряды прядильных отверстий (по меньшей мере, 10 рядов), сконструированных как описано в общем плане в патенте США 6013223 (Biax Fiberfilm Corporation). Шнековый экструдер используется для расплавления полипропиленовой смолы (и смешения ее с термоплавкой добавкой, если используется) и подачи под давлением по существу однородной расплавленной массы смолы при температуре приблизительно 550°F (288°C) к двум шестеренчатым насосам. Два шестеренчатых насоса работают параллельно и вращаются при одинаковой низкой скорости, обычно около 12 об/мин, причем каждый шестеренчатый насос подает к аэродинамической фильере за 1 оборот примерно 30 см расплавленной смолы. При указанной скорости шестеренчатого насоса расход смолы составляет примерно 32,4 кг/ч, или примерно 0,108 г/мин, через каждое прядильное отверстие. Расплавленная смола поддерживается при температуре примерно 550°F (288°C), когда она проходит под давлением через шестеренчатые насосы и в аэродинамическую фильеру. Аэродинамическая фильера имеет примерно 5000 прядильных отверстий, расположенных в множественных рядах, причем каждое прядильное отверстие имеет внутренний диаметр 0,015 дюйма (0,38 мм). Давление внутри корпуса фильеры составляет около 1200 фунт/кв.дюйм (8276 кПа), и расплавленная смола прогоняется через прядильные отверстия как тонкие филаменты. Еще расплавленные филаменты, выходящие из прядильных отверстий, утончаются потоками горячего воздуха высокой скорости (примерно 430°F, 221°C), идущими по существу параллельно и в том же направлении, что и филаменты. Патент США 6013223 описывает использование вытягивающей струи для дополнительного утончения филаментов. Однако было установлено, что использование вытягивающей струи в получении аэродинамических холстов, используемых в данном изобретении, не является необходимым. Спрей тумана мелких капель воды используют для охлаждения филаментов между аэродинамической фильерой и собирающим барабаном. Спрей тумана наносят приблизительно перпендикулярно направлению движения филаментов. Утонченные филаменты продувают и собирают на вращающемся вакуумном барабане, покрытом перфорированным материалом. Расстояние между аэродинамической фильерой и поверхностью барабана составляет около 14 дюймов (35 см). Аэродинамические филаменты, собранные таким образом на вращающемся барабане, образуют самонесущий нетканый листовой материал, который может быть легко удален с барабана и намотан в рулон без необходимости дополнительного скрепления даже с такой низкой основной массой, как примерно 3 г/м. Для данного расхода смолы путем варьирования поверхностной скорости собирающего барабана основная масса холста из аэродинамических филаментов может быть изменена. Холст основной массы приблизительно 5 г/м может быть получен при поверхностной скорости барабана 535 фут/мин (163 м/мин). Для минимизации какой-либо потери ширины холста было принято предпочтительным располагать намоточную установку близко к вращающемуся собирающему барабану с тем, чтобы снизить действие тянущих усилий на холст.
2
Как показано в таблице С, образец основной массы 7,7 г/м имеет средний диаметр филамента 3,56 мкм и средний размер пор 27 мкм.
Гидрофильную разновидность вышеуказанного холста получают при использовании для охлаждения филаментов мелкого спрея тумана водного раствора поверхностно-активного вещества вместо мелкого спрея тумана воды. В некоторых экспериментах используемым поверхностно-активным веществом является Cytec Aerosol GPG (СОН) (сорт общего назначения), раствор натрийдиоктилсульфосукцината. В других экспериментах используемым поверхностно-активным веществом является Unifroth, сорт 1387 (раствор натрийдиоктилсульфосукцината), поставляемый фирмой Unichem Inc. Раствор поверхностно-активного вещества наносят на филаменты с использованием распылительной стрелы, состоящей из 17 форсунок типа МТР-1510 (поставляемых фирмой American Nozzle Co.). Примерно 8,8 галлона США/ч (33,3 л/ч) раствора поверхностно-активного вещества наносят посредством распылительных форсунок. В случае обоих поверхностно-активных веществ концентрацию раствора поверхностно-активного вещества регулируют так, что скорость нанесения поверхностно-активного вещества на филаменты составляет приблизительно 1% мас. сухого вещества. В последующих примерах указанным способом обрабатывают высокопрочные аэродинамические холсты.
Альтернативно, гидрофильные аэродинамические полипропиленовые филаменты получают с использованием гидрофильной термоплавкой добавки, сорт TPM 12713, поставляемой фирмой Techmer PM, Клинтон, Теннеси, США. Активный ингредиент является надлежащим и не рассматривается. Термоплавкую добавку, 2% мас., вводят в полипропиленовую смолу при запуске шнекового экструдера, которая расплавляется и смешивается с расплавленной полипропиленовой смолой. Затем расплавленную смесь перерабатывают в аэродинамические филаменты и нетканый холст, как описано выше. Наряду с некоторыми другими термоплавкими добавками гидрофильный активный ингредиент постепенно диффундирует к поверхности филаментов. Отсюда смачиваемость холста улучшается после нескольких дней выдержки при окружающей температуре.
Получение полипропиленовых холстов традиционным аэродинамическим способом
2
2
2
Полипропиленовые аэродинамические холсты, полученные традиционным аэродинамическим способом, используемым в данном изобретении, получают на пилотной линии шириной 20 дюймов (0,51 м), разработчиком и владельцем которой является University of Tennessee Nonwovens Research Laboratory. Используемой полипропиленовой смолой является сорт Metocene MF650Y, поставляемый фирмой LyondellBasell, со скоростью течения расплава около 1800 г/мин при 230°C. Расход смолы составляет примерно 120 г/мин. Температура аэродинамической фильеры составляет примерно 450°F (232°C), а температура утончающего воздуха составляет примерно 500°F (260°C). Получают холсты с основной массой в интервале до 20 г/м. Аэродинамический холст номинальной основной массы 5 г/м получают при скорости линии примерно 47 м/мин. Холсты не обрабатываются никакими химическими веществами. Как показано в таблице С, образец основной массы 11 г/м имеет средний диаметр филамента 5,4 мкм и средний размер пор 46 мкм.
Получение воздушноуложенных холстов
Воздушноуложенные холсты получают на пилотной линии, разработанной фирмой Marketing & Technology Services (MTS), расположенной в Каламазу, Мичиган, США. Пилотная линия имеет ширину около 60 см и является Danweb-конструкцией с пятью пунктами формования воздушной укладкой. Древесной целлюлозой, используемой во всех экспериментах, является Weyerhaeuser, сорт NF405, химически разрыхленная древесная целлюлоза, называемая «вспушенной целлюлозой». Древесная целлюлоза, подаваемая как непрерывный лист в форме рулона, дефибрируется на крупные отдельные волокна с использованием одной или более молотковых мельниц. В экспериментах используют несколько типов связующих химических волокон, включая 1,5 денье, 6 мм бикомпонентное волокно (полиэтиленовая оболочка):(сложнополиэфирная сердцевина) (Celbond тип Т-225 от Invista), 2 денье, 6 мм бикомпонентное волокно (полиэтиленовая оболочка):(сложнополиэфирная сердцевина) и 2,2 денье, 5 мм полипропиленовое волокно от FiberVisions. Скрепляющие волокна могут быть использованы как таковые или как смесь. Помимо получения воздушноуложенных холстов с различной основной массой и/или различными типами и/или процентным содержанием скрепляющего волокна (волокон), можно создать воздушноуложенный холст либо с по существу однородной смесью целлюлозы и скрепляющих волокон, либо с альтернативно наслоенной или с градиентом в Z-направлении структурой. Последний тип структуры создается, например, подачей смеси целлюлоза-скрепляющее волокно с относительно высоким процентным содержанием скрепляющего волокна на первый и последний посты формования воздушной укладкой (номера 1 и 5) и подачей второй смеси целлюлоза-скрепляющее волокно с низким процентным содержанием скрепляющего волокна на другие посты формования. В данном примере полученный воздушноуложенный холст имеет относительно высокое содержание скрепляющего волокна вблизи его верхней и нижней поверхностей и относительно высокое содержание древесной целлюлозы вблизи середины толщины холста.
В плане термоскрепления полипропиленового аэродинамического холста с воздушноуложенным холстом, выполненным из вспушенной целлюлозы и скрепляющего волокна, было установлено, что прочное соединение получается при использовании скрепляющих волокон, содержащих полипропилен. Использование полиэтиленсодержащих скрепляющих волокон (например, Celbond тип Т-255) дает более слабое термоскрепление с полипропиленовым аэродинамическим холстом. Широко известно, что полиэтилен и полипропилен имеют ограниченную совместимость с точки зрения термоскрепления друг с другом.
MTS пилотная линия оборудована печью горячего воздуха, которая может использоваться для сплавления или частичного сплавления скрепляющих волокон в воздушноуложенном холсте с тем, чтобы получить самонесущий холст. При изготовлении в пилотном масштабе воздушноуложенных холстов, используемых в указанных примерах, воздушноуложенные холсты были сплавлены в печи достаточно для получения самонесущих холстов для облегчения более поздней обработки. Должно быть отмечено, что сплавление в печи не является необходимым элементом предназначенного способа получения.
Получение влажноуложенных холстов
Влажноуложенные холсты, используемые в данном изобретении, получают на пилотной наклонной проволочной установке влажного формования, владельцем и разработчиком которой является фирма Ahlstrom USA Inc., Windsor Locks, Коннектикут, США. Используемой древесной целлюлозой является либо (а) химически разрыхленная вспушенная целлюлоза Weyerhaeuser NF405, выпускаемая в форме рулона, либо (b) Weyerhaeuser Grand Prairie крафт-целлюлоза, выпускаемая в форме листа. При получении смеси волокон взвешенное количество древесной целлюлозы сначала вводят в отмеренное количество воды в барабан Hollander-типа, где она циркулирует и слегка истирается щеткой с дефибрированием. В конце цикла истирания щеткой к суспензии целлюлозы добавляется взвешенное количество выбранного скрепляющего волокна (волокон), и волокнистая масса циркулирует (но не истирается щеткой) в течение примерно 10 мин для смешения целлюлозы и скрепляющих волокон перед тем, как все содержимое барабана подается насосом в сборник, оборудованный мешалкой. В волокнистую смесь не вводятся никакие упрочняющие во влажном состоянии агенты или другие химические вещества. Волокнистую пульпу подают насосом в напорный ящик установки влажного формования вместе с подходящим количеством разбавляющей воды с получением листа требуемой основной массы. Формованный таким образом влажный лист сушат на вращающихся сушильных цилиндрах и наматывают. Лист, формованный из вспушенной целлюлозы, является значительно менее прочным, чем лист, формованный из крафт-целлюлозы, но он является хорошо формованным и достаточно прочным для обработки.
Получение ламинатов
Три слоя ламинатов скрепляют вместе с помощью точечного термоскрепления с использованием пилотного профильного каландра с одним гравированным стальным валком и одним гладким стальным опорным валком. Профильный шаблон точечного скрепления показан на фиг.10. Профильный шаблон состоит из множества приблизительно круглых точек скрепления, большая часть которых имеет диаметр около 1,25 мм, причем остальная часть имеет диаметр около 1 мм. Глубина профильного шаблона на валке составляет около 1,25 мм, и площадь скрепления составляет около 8,5%.
Оба валка каландра нагреваются. Перед скреплением ряда образцов температуру поверхности обоих валков измеряют с использованием цифрового температурного датчика (модель HH802U от Omega Engineering, Стамфорд, Коннектикут), оборудованного контактирующей с поверхностью термопарой (модель 98226 от Omega Engineering).
Перед термоскреплением «сэндвич» длиной 3-4 м совмещают вручную укладкой на длинном столе отрезков каждого из предшественников холстов так, что воздушноуложенный холст находится в середине, а формованный из расплава холст находится с каждой стороны воздушноуложенного холста. Предшественники холста используются при ширине, при которой они получены, т.е. приблизительно 60 см. После регулирования температуры, давления зажима и скорости вращения профильных валков до требуемых значений совмещенный сэндвич пропускают через зажим профильного каландра при постоянной линейной скорости примерно 20 м/мин.
В ходе указанного пилотного горячего тиснения материалы холстов являются незакрепленными как в МН, так и ПН направлениях. Небольшое количество размерной усадки имеет место в процессе термоскрепления, обычно примерно 3% в МН и примерно 2% в ПН, что дает в результате конечный ламинат, имеющий более высокую основную массу, чем номинальное заданное значение. Ожидается, что в промышленном способе с надлежащим закреплением холстов указанная термоусадка будет снижена.
Примеры 1-3
В примерах 1-3 показано получение и свойства 3-слойных ламинатов с высоким содержанием древесной целлюлозы вместе с другими требуемыми свойствами. Состав и свойства материалов указанных примеров обобщены в таблице Е.
2
2
В примерах 1-2 два наружных слоя выполнены из рулона полипропиленового высокопрочного аэродинамического холста основной массы примерно 5 г/м, полученного, как описано выше, из полипропиленовой смолы Basell Profax, сорт РН835. В примере 3 два наружных слоя выполнены из рулона полипропиленового высокопрочного аэродинамического холста основной массы примерно 8 г/м, полученного, как описано выше, из полипропиленовой смолы Basell Profax, сорт РН835. Аэродинамические филаменты были местно обработаны описанным выше образом водным раствором поверхностно-активного вещества Cytec Aerosol GPG. Концентрация раствора регулируется для получения введения поверхностно-активного вещества примерно 1% мас.
2
Средним слоем ламината является воздушноуложенный холст основной массы примерно 45 г/м, состоящий из смеси дефибрированной вспушенной целлюлозы и скрепляющих синтетических волокон. Процентное содержание и тип скрепляющего волокна, используемого в каждом примере, показаны в таблице Е. В примере 2 использована смесь двух типов скрепляющего волокна. В примерах 1-3 и всех последующих примерах, использующих средний воздушноуложенный слой, воздушноуложенный слой имеет градиентную структуру в том, что верхняя и нижняя поверхности холста имеют пропорционально более высокое процентное содержание скрепляющих волокон по сравнению с центром холста. И, конечно, центр воздушноуложенного холста имеет более высокое процентное содержание вспушенной целлюлозы по сравнению с верхней и нижней поверхностями холста. Материалы примеров 1 и 3 содержат около 65% или более древесной целлюлозы.
<b>Таблица Е</b><b>Ламинат высокопрочный аэродинамический холст/воздушноуложенный холст/высокопрочный аэродинамический холст</b>
Номинальная конструкция (г/м<sup>2</sup>)
Пример 1 5/45/5
Пример 2 5/45/5
Пример 3 8/45/8
Содержание скрепляющего волокна, %, тип
бикомпонентное 20% ПП:ПЭТФ
бикомпонентное 15% ПП+15% ПЭ:ПЭТФ
бикомпонентное 10% ПЭ:ПЭТФ
Номинальное содержание древесной целлюлозы, %
65,5
57,3
66,4
Основная масса (г/м<sup>2</sup>)
59,5
55,1
63,8
Сухая разрывная прочность, МН (Н/м)
357
293
463
Влажная разрывная прочность, МН (Н/м)
300
248
426
Влажная разрывная прочность, ПН (Н/м)
165
126
212
Среднегеометрическая влажная разрывная прочность, (Н/м)
222
177
301
Влажная ударная вязкость, МН (Дж)
0,132
0,127
0,251
Влажная ударная вязкость, ПН (Дж)
0,080
0,081
0,213
Влажная прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
1,120
1,160
1,240
Сухая толщина (мкм)
641
693
725
Сухой объем (см<sup>3</sup>/г)
10,8
12,6
11,4
Влажная толщина (мкм)
501
439
516
Влажный объем (см<sup>3</sup>/г)
8,4
8,0
8,1
Впитывающая способность (%)
1,007
1,140
1,035
Handle-o-Meter, сухой, МН (гс)
67
66
74
Handle-o-Meter, сухой, ПН (гс)
55
54
62
Сухая стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
70
69
87
Влажная стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
51
49
42
Влажное пухоотделение, гравиметрический метод (ч/млн)
35
13
18
2
Совмещение на пилотном уровне и методика ламинирования, описанные выше, являются следующими. Приблизительно 4 м каждого материала холста совмещают вручную на ровной поверхности с получением требуемой ламинатной структуры, т.е. {аэродинамический холст - 45 г/м воздушноуложенный холст - аэродинамический холст}. Температуру поверхности гравированного валка каландра регулируют до примерно 113-115°C, температуру поверхности опорного валка каландра регулируют до примерно 108-110°C (оба валка проверены и измерены контактирующей с поверхностью термопарой). Давление зажима составляет примерно 450 фунт/дюйм (79 Н/мм), и линейная скорость составляет примерно 20 м/мин. Совмещенный сэндвич подают через зажим профильного каландра и собирают на другой стороне.
Получаемые ламинаты являются мягкими и драпирующими, особенно во влажном состоянии, и являются приятными на ощупь. Четкость тисненого рисунка является хорошей и подобной показанной на фиг.10. Характеристики материалов трех примеров показаны в таблице E. Ламинатные композиты быстро впитывают воду, и впитывающая способность является более 1000% для всех трех примеров. Экспериментальные значения Handle-o-Meter для примеров 1-3 широко сравнимы с экспериментальными значениями для других коммерческих обтирочных материалов, как показано в таблице I. Ламинаты изобретения являются объемными как во влажном, так и в сухом состоянии и имеют хорошую влажную и сухую стойкость к истиранию. Разрывная прочность и прочность на раздир являются достаточными для того, чтобы позволить использовать ламинаты изобретения в качестве салфеток для твердой поверхности или салфеток личной гигиены. Количество влажного пухоотделения, определенное для указанных ламинатных материалов, является низким, вероятно благодаря относительно небольшому размеру пор аэродинамических наружных слоев, снижающих потерю целлюлозных волокон через стороны ламината.
Примеры 4 и 5
В примерах 4 и 5 показано получение и свойства 3-слойных ламинатов, полученных с использованием влажноуложенного среднего слоя. В таблице F представлены состав и свойства материалов указанных примеров вместе с примером 1 для сравнения. Материалы примеров 4 и 5 содержат примерно 65% или более древесной целлюлозы.
<b>Таблица F</b><b>Ламинат высокопрочный аэродинамический холст/воздушноуложенный или влажноуложенный холст/высокопрочный аэродинамический холст</b>
Номинальная конструкция (г/м<sup>2</sup>)
Пример 1 5/45/5
Пример 4 5/45/5
Пример 5 5/45/5
Способ формования целлюлозного среднего слоя, тип целлюлозы
воздушной укладки, вспушенная целлюлоза
влажной укладки, вспушенная целлюлоза
влажной укладки, крафт-целлюлоза
Содержание скрепляющего волокна воздушноуложенного слоя, %, тип
бикомпонент-ное 20% ПЭ:ПЭТФ
бикомпонент-ное 20% ПЭ:ПЭТФ
10% ПП однокомпо-нентное
Номинальное содержание древесной целлюлозы, %
65,5
65,5
73,6
Основная масса (г/м<sup>2</sup>)
59,5
55,4
53,4
Сухая разрывная прочность, МН (Н/м)
357
565
1235
Влажная разрывная прочность, МН (Н/м)
300
232
183
Влажная разрывная прочность, ПН (Н/м)
165
126
97
Среднегеометрическая влажная разрывная прочность, (Н/м)
222
171
133
Влажная ударная вязкость, МН (Дж)
0,132
0,064
0,099
Влажная ударная вязкость, ПН (Дж)
0,080
0,060
0,116
Влажная прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
1,120
1,120
600
Сухая толщина (мкм)
641
431
350
Сухой объем (см<sup>3</sup>/г)
10,8
7,8
6,6
Влажная толщина (мкм)
501
366
355
Влажный объем (см<sup>3</sup>/г)
8,4
6,6
6,6
Влажное сопротивление продавливанию по Мюллену (кПа)
69
55
Впитывающая способность (%)
1,007
428
461
Handle-o-Meter, сухой, МН (гс)
67
>100
>100
Handle-o-Meter, сухой, ПН (гс)
55
71
72
Сухая стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
70
106
59
Влажная стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
51
26
37
Влажное пухоотделение, гравиметрический метод (ч/млн)
35
15
21
Совмещение на пилотном уровне и методика ламинирования, описанные ранее, являются по существу следующими.
Средний слой материала примера 4 представляет собой влажноформованную смесь 80% мас. вспушенной целлюлозы Weyerhaeuser NF405 и 20% мас. 6 мм ПЭ:ПЭТФ Celbond скрепляющего волокна. Средний слой материала примера 5 представляет собой влажноформованную смесь 90% мас. Weyerhaeuser Grand Prairie целлюлозы и 10% мас. полипропиленового волокна Herculon T153.
Материалы примеров 4 и 5 являются мягкими и драпирующими, особенно во влажном состоянии, но не такими мягкими, как материалы примеров, полученные с воздушноуложенным средним слоем, такие как в примерах 1-3. Это показано значениями Handle-o-Meter для примеров 4 и 5, которые являются выше, чем для примера 1, МН-значения превышают диапазон прибора. Материалы являются объемными, но не такими объемными, как в примерах 1-3. Они имеют хорошее сопротивление истиранию при использовании в качестве салфетки либо на коже, либо на твердых поверхностях. Материал примера 5 (средний слой из крафт-целлюлозы) имеет очень высокую сухую разрывную прочность, но она является намного сниженной во влажном состоянии. Действительно материалы обоих примеров с влажноуложенным средним слоем имеют низкую влажную прочность по сравнению с примером 1 (воздушноуложенный средний слой из вспушенной целлюлозы). Прочность на раздир и стойкость к расслаиванию являются адекватными для использования в качестве салфеток для твердой поверхности и салфеток личной гигиены. Количество влажного пухоотделения, определенное для ламинатных материалов, полученных с влажноуложенными средними слоями, является ниже, чем у эквивалентных ламинатов, полученных с воздушноуложенным средним слоем. Впитывающая способность материала примера 1 (воздушноуложенный средний слой из вспушенной целлюлозы) является в два раза больше, чем у материалов примеров 4 и 5, полученных с влажноуложенными средними слоями.
Отсюда для данной конструкции продукта использование влажноуложенного среднего слоя вместо воздушноуложенного среднего слоя дает менее мягкий, менее объемный ламинат с более низкой впитывающей способностью.
Примеры 6 и 7
Примеры 6 и 7 показывают улучшение свойств ламината, получаемого с использованием наружных слоев из высокопрочного полипропиленового аэродинамического холста, по сравнению с использованием традиционного полипропиленового аэродинамического холста. Состав и свойства материалов указанных примеров обобщены в таблице G.
<b>Таблица G</b><b>Ламинат аэродинамический холст/воздушноуложенный холст/аэродинамический холст</b>
Номинальная конструкция (г/м<sup>2</sup>)
Пример 6 5/45/5
Пример 7 5/45/5
Тип аэродинамического холста
высокопрочный
традиционный
Содержание скрепляющего волокна воздушноуложенного слоя, %, тип
бикомпонентное 20% ПП:ПЭТФ
бикомпонентное 20% ПП:ПЭТФ
Номинальное содержание древесной целлюлозы, %
65,5
65,5
Основная масса (г/м<sup>2</sup>)
56,6
59,7
Сухая разрывная прочность, МН (Н/м)
402
103
Влажная разрывная прочность, МН (Н/м)
363
93
Влажная разрывная прочность, ПН (Н/м)
228
91
Среднегеометрическая влажная разрывная прочность, (Н/м)
288
92
Влажная ударная вязкость, МН (Дж)
0,184
0,024
Влажная ударная вязкость, ПН (Дж)
0,100
0,030
Влажная прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
1,400
960
Сухая толщина (мкм)
620
666
Сухой объем (см<sup>3</sup>/г)
10,9
11,2
Влажная толщина (мкм)
472
454
Влажный объем (см<sup>3</sup>/г)
8,3
7,6
Влажное сопротивление продавливанию по Мюллену (кПа)
75
51
Впитывающая способность (%)
996
952
Handle-o-Meter, сухой, МН (гс)
55
54
Handle-o-Meter, сухой, ПН (гс)
45
40
Сухая стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
61
60
Влажная стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
43
48
Влажное пухоотделение, гравиметрический метод (ч/млн)
28
38
2
В обоих примерах наружные слои выполнены из полипропиленового аэродинамического холста основной массы приблизительно 5 г/м: высокопрочного - в случае примера 6, традиционного - в случае примера 7. Воздушноуложенный средний слой является одинаковым в обоих примерах. Материал примера 7 является трудным для сведения вместе и ламинирования благодаря очень низкой прочности традиционного аэродинамического холста. Напротив материал примера 6 является легким для сведения и ламинирования.
В таблице G подробно описан низкопрочный ламинат примера 7, полученный с традиционным аэродинамическим холстом: влажная и сухая разрывная прочность, влажная ударная вязкость, влажная прочность на раздир и влажное сопротивление продавливанию - все являются по существу низкими. Среднегеометрическая влажная разрывная прочность ламината примера 6 является более чем в три раза больше, чем у ламината примера 7. Толщина, объем, впитывающая способность, стойкость к истиранию и Handle-o-Meter-гибкость являются широко подобными для обоих примеров.
Примеры 8-10
Примеры 8-10 показывают универсальность конструкции продукта изобретения, включая асимметричные конструкции продукта (примеры 8 и 9). 3-слойные ламинаты получают с использованием одного или двух слоев полипропиленового спряденного из расплава холста и с воздушноуложенным или влажноуложенным средними слоями, причем последние используют вспушенную целлюлозу или крафт-целлюлозу. Состав и свойства материалов указанных примеров обобщены в таблице Н.
Полипропиленовым спряденным из расплава холстом, используемым в указанных примерах, является коммерческий сорт, поставляемый фирмой First Quality Nonwovens of Great Neck, Нью-Йорк, США. Было установлено, что средний диаметр филаментов указанного спряденного из расплава холста составляет 16,8 мкм в противоположность примерно 3,5 мкм для высокопрочного полипропиленового аэродинамического холста. Было установлено, что средний размер пор указанного спряденного из расплава холста составляет 51,5 мкм по сравнению с примерно 27 мкм для высокопрочного полипропиленового аэродинамического холста.
2
2
2
2
В примере 8 средний слой состоит из 35 г/м воздушноуложенного холста, содержащего вспушенную целлюлозу и 20% мас. скрепляющего бикомпонентного волокна ПЭ:ПЭТФ. В примере 9 средний слой состоит из 35 г/м влажноформованного холста, содержащего вспушенную целлюлозу Weyerhaeuser NF405 и примерно 20% скрепляющего бикомпонентного волокна оболочка:сердцевина ПЭ:ПП. В примере 10 средний слой состоит из 35 г/м влажноформованного холста, содержащего Grand Prairie крафт-целлюлозу и примерно 10% полипропиленового волокна Herculon T153. Благодаря использованию одного или двух слоев 13 г/м спряденного из расплава нетканого холста в указанных примерах содержание древесной целлюлозы указанных ламинатов является ниже, чем в более ранних примерах, но еще больше 50%.
<b>Таблица Н</b><b>Ламинат аэродинамический холст/воздушноуложенный или влажноуложенный холст/аэродинамический холст</b>
Номинальная конструкция (г/м<sup>2</sup>)
Пример 8 5/35/13
Пример 9 5/35/13
Пример 10 13/35/13
Материалы наружного слоя (г/м<sup>2</sup>)
высокопрочный ПП аэродинами-ческий (5)/ПП спряденный (13)
высокопрочный ПП аэродинами-ческий (5)/ПП спряденный (13)
ПП спряденный (13)/ПП спряденный (13)
Способ формования пульпы среднего слоя, тип целлюлозы
воздушноуло-женный, вспушенная целлюлоза
влажноуло-женный, вспушенная целлюлоза
влажноуло-женный, крафт-целлюлоза
Содержание скрепляющего волокна воздушноуложенного слоя, %, тип
бикомпонент-ное 20% ПЭ:ПЭТФ
бикомпонент-ное 20% ПЭ:ПП
10% ПП однокомпо-нентное
Номинальное содержание древесной целлюлозы, %
52,8
52,8
51,6
Основная масса (г/м<sup>2</sup>)
55,3
51,8
62,7
Сухая разрывная прочность, МН (Н/м)
532
592
1093
Влажная разрывная прочность, МН (Н/м)
552
499
933
Влажная разрывная прочность, ПН (Н/м)
247
223
442
Среднегеометрическая влажная разрывная прочность, (Н/м)
369
334
642
Влажная ударная вязкость, МН (Дж)
0,400
0,258
0,514
Влажная ударная вязкость, ПН (Дж)
0,216
0,186
0,316
Влажная прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
2,640
1,840
2,320
Сухая толщина (мкм)
663
422
464
Сухой объем (см<sup>3</sup>/г)
12,0
8,1
7,4
Влажная толщина (мкм)
434
364
406
Влажный объем (см<sup>3</sup>/г)
7,9
7,0
6,5
Сухое сопротивление продавливанию по Мюллену (кПа)
91
97
108
Впитывающая способность (%)
1,159
544
346
Handle-o-Meter, сухой, МН (гс)
66
>94
>100
Handle-o-Meter, сухой, ПН (гс)
48
43
>100
Сухая стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
>150
>150
>150
Влажная стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
23
>150
>150
Влажное пухоотделение, гравиметрический метод (ч/млн)
52
31
79
Использование одного или двух наружных спряденных из расплава слоев в сочетании с использованием средних влажноуложенных слоев дает в результате ламинаты, которые являются достаточно мягкими и гибкими, особенно, во влажном состоянии, но обычно менее мягкими и гибкими, чем в примерах, описанных выше. Handle-o-Meter МН-значения для примеров 9 и 10 являются очень высокими в обоих случаях. Handle-o-Meter МН- и ПН-значения для примера 10 с двумя наружными слоями из спряденного из расплава холста являются оба >100 гс (т.е. превышают полный диапазон прибора). Материал примера 8 со средним воздушноуложенным слоем и еще одним наружным спряденным из расплава слоем является более гибким, как показано более низкими Handle-o-Meter-значениями.
Как ожидалось, использование одного или двух слоев спряденного из расплава нетканого холста заметно увеличивает прочностные свойства материалов указанных примеров. На сухой объем ламината влияет выбор среднего слоя - материал примера 8 со средним воздушноуложенным слоем имеет наиболее высокий объем. Использование наружных спряденных из расплава слоев значительно улучшает стойкость к истиранию - в примере 9 спряденная из расплава сторона ламината была испытана как во влажном, так и в сухом состоянии, тогда как в примере 8 это была высокопрочная аэродинамическая сторона, которая была испытана во влажном состоянии. Впитывающая способность является наиболее высокой, когда разрыхленная вспушенная целлюлоза используется в среднем слое в большей степени, чем крафт-целлюлоза, и наиболее высокую впитывающую способность получают, когда средний слой содержит воздушноуложенную вспушенную целлюлозу. Когда спряденный из расплава холст используется в качестве одного или обоих наружных слоев ламината, количество пухоотделения, высвободившегося в воду (гравиметрический способ), является более высоким, в частности, материал примера 10 с двумя наружными спряденными из расплава слоями, по сравнению с материалами примеров 1-3, полученных с двумя наружными аэродинамическими слоями. Спряденные из расплава нетканые холсты обычно имеют более открытую пористую структуру по сравнению с аэродинамическими неткаными холстами подобной основной массы. Отсюда более высокое количество пухоотделения, высвобождаемое материалами примеров 8-10, вероятно обусловлено более крупным размером пор наружных слоев из спряденного из расплава нетканого холста ламината.
Сравнение с конкурирующими материалами
В таблице I экспериментальные характеристики материалов примеров 1, 3 и 6 сравниваются с характеристиками приобретенных коммерческих влажных салфеток, чья основа получена по четырем различным технологиям: воздушной укладки (скрепление смолой), мультискрепленной воздушной укладки (MBAL), совместного формования и прядения с переплетением (гидропереплетенный кардочесаный холст).
<b>Таблица I</b><b>Сравнение с конкурирующими обтирочными материалами</b>
Описание образца
Детские салфетки CVS
Влажные «раскладушки» Members Mark
Естественный уход Huggies
«Раскладушки» Waimart Equate
Пример 1
Пример 6
Пример 3
Технология получения нетканой основы
воздушная укладка
мультискреплен-ная воздушная укладка
совместное формование
прядение с переплетением
5/45/5 ламинат
5/45/5 ламинат
8/45/8 ламинат
Структура ламината?
Нет
Нет
Нет
Нет
Да
Да
Да
Содержание древесной целлюлозы, %
>95
65
75
0
65
65
66
Основная масса (г/м<sup>2</sup>)
43,5
64,8
66,0
50,8
59,5
56,6
63,8
Сухая разрывная прочность, МН (Н/м)
631
342
243
1353
357
402
463
Влажная разрывная прочность, МН (Н/м)
210
208
264
1668
300
363
426
Влажная разрывная прочность, ПН (Н/м)
180
130
84
435
165
228
212
Среднегеометрическая влажная разрывная прочность, (Н/м)
194
164
149
852
222
288
301
Влажная ударная вязкость, МН (Дж)
0,082
0,085
0,117
1,070
0,132
0,184
0,251
Влажная ударная вязкость, ПН (Дж)
0,072
0,085
0,115
0,705
0,080
0,100
0,213
Влажная прочность на раздир по Элмендорфу, МН (мН)
600
1,160
840
5,880
1,120
1,400
1,240
Сухая толщина (мкм)
273
492
550
426
641
620
725
Сухой объем (см<sup>3</sup>/г)
6,3
7,6
8,3
8,4
10,8
10,9
11,4
Влажная толщина (мкм)
256
421
488
411
501
472
516
Влажный объем (см<sup>3</sup>/г)
5,9
6,5
7,4
8,1
8,4
8,3
8,1
Впитывающая способность (%)
351
640
875
708
1,007
996
1,035
Handle-o-Meter, сухой, МН (гс)
27
50
35
23
67
55
74
Handle-o-Meter, сухой, ПН (гс)
19
38
18
4
56
45
62
Сухая стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
17
32
9
93
70
61
87
Влажная стойкость к истиранию по Мартиндейлу (шаги)
11
5
5
52
51
43
42
Влажное пухоотделение, гравиметрический метод (ч/млн)
13
64
197
35
35
28
18
Признано, что приобретенные для хранения салфетки уже переработаны из рулонных товаров в упакованные салфетки и что способ переработки может влиять на некоторые свойства, такие как толщина. В данном случае сухая толщина больше подвержена влиянию способа переработки, чем влажная толщина. Обычно сухая толщина может снизиться на 20-25% благодаря уплотнению листа на некоторых стадиях способа переработки, тогда как влажная толщина может снизиться на меньший процент. Однако, другие свойства, такие как прочность и стойкость к истиранию, не должны широко изменяться под воздействием способа переработки. Другие свойства коммерческих салфеток были определены после сушки отдельных листов на воздухе, после чего они были помещены в камеру кондиционирования. Влажные характеристики были определены на влажных салфетках в состоянии получения.
Содержание древесной целлюлозы основ коммерческих салфеток было определено с использованием ранее описанной методики растворения в серной кислоте. Все обтирочные основы, за исключением образца, полученного прядением с переплетением, имеют высокое процентное содержание древесной целлюлозы. Микроскопическим исследованием было показано, что основа, полученная прядением с переплетением, не содержит древесную целлюлозу.
При сравнении МН и ПН влажной прочности и ударной вязкости материалы примеров 1, 3 и 6 является подобным или лучше, чем образцы, полученные способами воздушной укладки, мультискрепленной воздушной укладки и одновременного формования. Влажная МН прочность на раздир по Элмендорфу является сравнимой для мультискрепленной воздушноуложенной основы и материалов примеров 1, 3 и 6; полученные совместным формованием и особенно воздушноуложенные основы имеют более низкую прочность на раздир. Как ожидалось, полученный прядением с переплетением образец имеет высокую разрывную прочность и прочность на раздир благодаря своей природе (гидропереплетенные волокна штапельной длины) - вероятно, он прочней, чем требуется для функционирования в качестве обтирочной основы.
Влажные и сухие толщина и объем материалов примеров 1, 3 и 6 являются подобным или лучше, чем у полученных способами мультискрепленной воздушной укладки и одновременного формования, и особенно, у коммерческих воздушноуложенных салфеток, даже позволяя воздействие способа переработки.
Как ожидалось благодаря ее строению, спряденная с переплетением основа имеет лучшую влажную и сухую стойкость к истиранию по Мартиндейлу. Из основ, содержащих древесную целлюлозу, материалы примеров 1, 3 и 6 имеют наиболее высокую влажную и сухую стойкость к истиранию по Мартиндейлу, только немного ниже результаты испытаний для спряденной с переплетением основы, и являются значительно лучше, чем образцы, полученные воздушной укладкой, мультискрепленной воздушной укладкой и совместным формованием.
2
2
Гибкость ламинатов изобретения зависит в некоторой степени от материалов структуры и выбранного шаблона тиснения. Ламинат примера 3 с 8 г/м наружными формованными из расплава слоями является менее гибким (более высокое значение Handle-o-Meter), чем ламинаты примеров 1 и 6 с 5 г/м наружными формованными из расплава слоями. Альтернативный шаблон тиснения, например, с более низкой площадью скрепления аналогично дает более гибкий ламинат. Вообще, значения Handle-o-Meter для ламинатов изобретения являются широко подобными значениям других основ с высоким содержанием древесной целлюлозы, приведенных в таблице I.
Ламинаты изобретения примеров 1, 3 и 6 имеют самую высокую измеренную впитывающую способность и почти самый низкий уровень влажного пухоотделения, за исключением скрепленного латексом образца воздушной укладки.
2
2
Склонность к пухоотделению основ, содержащих древесную целлюлозу, была дополнительно исследована с использованием IEST метода испытаний IEST-RP-СС004.3, раздел 6.1.3, в котором определяют число частиц, высвободившихся в воду. Метод испытаний также подразделяет высвободившиеся частицы на категории по размеру (в мкм), например, в интервале 0,5-1,0 мкм, 1-2 мкм и т.д. В таблице J обобщены результаты измерений, выполненных с использованием IEST-методики. Скрепленная латексом основа воздушной укладки высвобождает в воду наименьшее число частиц. Наоборот, полученная совместным формованием основа высвобождает в воду наибольшее число частиц, и, в частности, было отмечено высвобождение числа частиц в категориях большего размера частиц. При сравнении основа мультискрепленной воздушной укладки и основы примеров 1 и 3 имеют промежуточные результаты с, по меньшей мере, 90% высвобожденных частиц размером 2 мкм или меньше, размер частиц, едва видимый человеческим глазом. Как ожидалось, ламинат примера 3 с двумя 8 г/м наружными аэродинамическими слоями высвобождает меньше частиц, чем ламинат примера 1, который имеет два 5 г/м наружных аэродинамических слоя.
<b>Таблица J</b><b>Результаты испытаний на влажное пухоотделение методом подсчета частиц</b>
Описание образца
Детские салфетки CVS
Влажные «раскладушки» Members Mark
Естествен-ный уход Huggies
Пример 1
Пример 3
Технология получения нетканой основы
воздушная укладка
мультискреп-ленная воздушная укладка
совместное формование
5/45/5 ламинат
8/45/8 ламинат
Содержание древесной целлюлозы, %
>95
65
75
65
66
Число частиц 0,5-1 мкм (частицы × 10<sup>6</sup>)
304
1570
4380
1810
1290
Число частиц 1-2 мкм (частицы × 10<sup>6</sup>)
55
497
1420
305
128
Число частиц 2-5 мкм (частицы × 10<sup>6</sup>)
12
161
480
71
22
Число частиц 5-10 мкм (частицы × 10<sup>6</sup>)
2
28
120
13
4
Число частиц > 10 мкм (частицы × 10<sup>6</sup>)
1
16
109
8
2
Общее число частиц (частицы × 10<sup>6</sup>)
374
2272
6509
2207
1446
Специалистам в данной области техники будет понятно, что разработка нового продукта обычно должна пройти через одну или более стадий (или процессов) оптимизации для достижения удовлетворительного баланса свойств для предназначенного применения продукта. Необходимо признать, что свойства материалов предшествующих примеров не были полностью оптимизированы.
Итак, ламинаты изобретения показывают уникальную комбинацию ценных характеристик, используемых в таких применениях как салфетки и впитывающие изделия. А именно, (а) высокое содержание древесной целлюлозы (>50%) и (b) высокие влажные и сухие толщину и объем, и (с) высокую впитывающую способность, и (d) высокую стойкость к истиранию по Мартиндейлу, влажную и сухую, и (е) низкую склонность к пухоотделению, вместе с хорошими мягкостью и разрывной прочность и прочностью на раздир, адекватными для целей влажной и сухой салфетки. Ни одна из конкурирующих основ не обладает такими же полезными и ценными характеристиками и их комбинациями с подобными или лучшими экспериментальными значениями, чем различные варианты изобретения.