НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ СО СВОЙСТВАМИ ОБРАТНОГО КЛАПАНА
NONWOVEN MATERIAL WITH RETURN VALVE PROPERTIES

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США серийный № 61/898126, озаглавленной «One-Way Valve Nonwoven Material», поданной 31 октября 2013 г., и предварительной заявки на патент США серийный № 61/908506, озаглавленной «One-Way Valve Nonwoven Material», поданной 25 ноября 2013 г., содержание которых включено в настоящую заявку посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к нетканым материалам для средств личной гигиены, в частности одноразовых впитывающих изделий, помогающим поверхности изделия быть чистой на вид и на ощупь.
Существует несколько одноразовых изделий для личной гигиены, впитывающих биологические текучие среды; тем не менее, они, как правило, растекаются по поверхности до полного задействования способности поглощения жидкости, что представляет собой нерешенную проблему, с которой сталкиваются многие производители. Кроме того, определенные текучие среды, такие как менструальные выделения и жидкие испражнения (ВМ) (фекалии), обладают вязкоупругими свойствами, которые особенно затрудняют достижение хороших характеристик поглощения и распределения. В частности, относительно высокая вязкость и/или упругость таких текучих сред препятствует впитыванию и распределению текучих сред внутри впитывающего изделия. В других случаях поглощающие свойства впитывающего изделия могут ухудшаться, когда компоненты менструальных выделений блокируют каналы между частицами или волокнами, содержащимися во впитывающем изделии. Это явление часто называют термином закупоривание. Хотя были предприняты попытки улучшения воздействия закупоривания посредством модификации вязкоупругих свойств текучей среды как таковой, фактическое улучшение впитывающего изделия требует дальнейшей разработки.
Помимо проблем, связанных с протеканием, в некоторых одноразовых изделиях для личной гигиены также существуют гигиенические проблемы, непосредственно влияющие на пользователя. Часто биологическая текучая среда находится в непосредственном контакте с пользователем, что вызывает ощущения дискомфорта и несвежести. В частности, что касается гигиенических продуктов для женщин, таких как гигиенические прокладки, ощущения дискомфорта и несвежести, которые часто могут быть вызваны пятнами на обращенном к телу прокладочном материале, могут привести к ухудшению общего впечатления от свойств продукта и невозможности получить максимальную пользу от средства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Следовательно, в области техники существует потребность в обработке, которая может использоваться в сочетании со средствами личной гигиены, такими как впитывающие изделия, обеспечивающей улучшенные характеристики поглощения и распределения, уменьшение протекания, уменьшение образования пятен, уменьшение повторного увлажнения поверхности или обратного потока к поверхности для общего более чистого, более сухого и более комфортного ощущения и впечатления пользователя.
Настоящее изобретение предоставляет материал, обладающий свойствами обратного клапана, при этом материал содержит нетканую подложку, содержащую первую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на первой поверхности, и вторую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на второй поверхности; а также супергидрофобный состав, предусмотренный на первой поверхности, при этом значение гидростатического давления на первой поверхности составляет менее чем приблизительно 1 см, а значение гидростатического давления на второй поверхности по меньшей мере на 4 см больше значения гидростатического давления на первой поверхности.
2
Настоящее изобретение также предоставляет материал, обладающий свойствами обратного клапана, при этом материал содержит нетканую подложку, содержащую первую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на первой поверхности, и вторую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на второй поверхности; а также супергидрофобный состав, предусмотренный на первой поверхности при уровне добавления приблизительно менее 2 г/м, при этом значение гидростатического давления на второй поверхности по меньшей мере на 4 см больше значения гидростатического давления на первой поверхности.
Настоящее изобретение также предоставляет изделие для личной гигиены, содержащее нетканый проницаемый для текучей среды верхний лист, имеющий лицевую по отношению к телу поверхность и противоположную тыльную поверхность, непроницаемый для текучей среды тыльный лист и по меньшей мере один промежуточный слой, расположенный между ними, при этом проницаемый для текучей среды верхний лист содержит нетканую подложку, содержащую первую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на первой поверхности, и вторую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на второй поверхности; а также супергидрофобный состав, предусмотренный на первой поверхности, при этом значение гидростатического давления на первой поверхности составляет менее чем приблизительно 1 см, а значение гидростатического давления на второй поверхности по меньшей мере на 4 см больше значения гидростатического давления на первой поверхности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Вышеизложенные и другие признаки и аспекты настоящего изобретения, а также способ их достижения станут более очевидными, и само изобретение станет более понятным из следующего описания, прилагаемой формулы изобретения и прилагаемых графических материалов, в которых:
на фиг. 1 изображена несмачиваемая пористая подложка, сопротивляющаяся проникновению воды благодаря малому размеру своих пор d и высокой гидрофобности (большому углу контакта, θ);
на фиг. 2А схематически изображен рабочий механизм обратного клапана согласно настоящему изобретению с покрытием, расположенным внизу;
на фиг. 2В схематически изображен рабочий механизм обратного клапана согласно настоящему изобретению с покрытием, расположенным вверху;
на фиг. 3 изображено полученное сканирующим электронным микроскопом (SEM) изображение поперечного сечения стандартного бумажного полотенца, обработанного описанным здесь образом, где левая иллюстрация изображает морфологию поверхности гидрофобного волокна с покрытием в сравнении с морфологией поверхности гидрофильного волокна без покрытия, изображенного на правой иллюстрации;
на фиг. 4А изображено явление, заключающееся в том, что покрытая с одной стороны подложка HDPT с покрытой стороной, обращенной вверх, под воздействием давлений легче пропускает текучую среду, чем с покрытой стороной, обращенной вниз, образуя окно с функцией клапана;
на фиг. 4В изображено явление, заключающееся в том, что покрытая с одной стороны подложка SPT с покрытой стороной, обращенной вверх, под воздействием давлений легче пропускает текучую среду, чем с покрытой стороной, обращенной вниз, образуя окно с функцией клапана; и
на фиг. 5 изображено явление водно-масляного разделения для покрытых с одной стороны подложек, помещенных в водно-масляную смесь или эмульсию.
Повторное использование ссылочных позиций в данном описании и в графических материалах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов данного раскрытия. Графические материалы являются репрезентативными и не обязательно представлены в масштабе. Некоторые их размеры могут быть увеличены, тогда как другие могут быть уменьшены.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Поскольку описание изобретения завершается формулой изобретения, в частности, в которой указано и однозначно заявлено настоящее изобретение, предполагается, что настоящее изобретение будет лучше понято из следующего описания.
Все процентные доли, доли и отношения рассчитаны на основании общего веса композиций согласно настоящему изобретению, если не указано иное. Все такие значения веса, поскольку они относятся к перечисленным ингредиентам, основаны на уровне активных веществ и поэтому не включают растворители или побочные продукты, которые могут быть включены в коммерчески доступные материалы, если не указано иное. Термин «весовой процент» может быть обозначен как «вес. %» в данном документе. Кроме тех случаев, когда приводятся конкретные примеры фактически измеренных значений, численные значения, указанные в данном документе, следует количественно оценивать словом «приблизительно».
Используемый в данном документе термин «содержащий» означает, что могут быть добавлены другие этапы и другие ингредиенты, которые не влияют на конечный результат. Этот термин охватывает термины «состоящий из» и «по существу состоящий из». Композиции и способы/процессы согласно настоящему изобретению могут содержать, состоять из и по существу состоять из существенных элементов и признаков изобретения, описываемых в данном документе, а также любых дополнительных или необязательных ингредиентов, компонентов, этапов или признаков, описываемых в данном документе.
Используемое в данном документе выражение «впитывающее изделие» в целом относится к устройствам, которые впитывают и удерживают биологические текучие среды, и, в частности, относится к устройствам, которые размещают вплотную или вблизи кожи для впитывания и удержания различных текучих сред, выделяемых из тела, в частности вязкоупругих текучих сред. К примерам впитывающих изделий относятся, помимо прочего, впитывающие изделия, предназначенные для индивидуального ношения, такие как подгузники, впитывающие продукты для лиц, страдающих недержанием, гигиенические продукты для женщин, такие как женские прокладки, ежедневные прокладки, тампоны и гигиенические прокладки, другие предметы личной гигиены и тому подобное.
Используемый в данном документе термин «закупоривание» означает изменение в проницаемости текучей средой при ее протекании через пористую среду. Более конкретно, закупоривание представляет собой ухудшение проницаемости, которое возникает тогда, когда компоненты текучей среды проходят через пористую среду и взаимодействуют со структурой материала, снижая характерную проницаемость пористого материала.
Термин «гидрофильный», используемый в данном документе, относится к поверхностям с углами контакта с водой гораздо меньше 90°.
Термин «гидрофобный», используемый в данном документе, относится к свойству поверхности отталкивать воду под углом контакта с водой, составляющим от приблизительно 90° до приблизительно 120°.
Используемый в данном документе термин «повторное увлажнение» относится к количеству текучей среды, которая поступает из впитывающей сердцевины обратно в верхний слой, нетканую поверхность, и через него. Это также может обозначаться термином «обратный поток».
Термин «супергидрофобный» относится к свойству поверхности очень эффективно отталкивать воду. Это свойство количественно определяется углом контакта с водой, в целом превышающим 150°.
Настоящее изобретение относится к улучшенным средствам личной гигиены, в частности к одноразовым впитывающим изделиям. К средствам личной гигиены согласно настоящему изобретению относятся, помимо прочего, гигиенические продукты для женщин наподобие гигиенических салфеток и впитывающих менструальные выделения устройств (например, гигиенические прокладки и тампоны), средства по уходу за младенцами и более старшими детьми, такие как одноразовые подгузники, впитывающие трусы и подгузники для приучения к горшку, раневые повязки, такие как бандажи, средства для лиц, страдающих недержанием, средства для вытирания и впитывания масел и/или органических растворителей и тому подобное.
Одноразовые впитывающие изделия, такие как, например, впитывающие гигиенические продукты для женщин, могут содержать проницаемый для жидкости верхний лист, по существу непроницаемый для жидкости тыльный лист, соединенный с верхним листом, и впитывающую сердцевину, размещенную и удерживаемую между верхним листом и тыльным листом. Верхний лист является функционально проницаемым для жидкостей, которые предназначены для удерживания или хранения впитывающим изделием, а тыльный лист может быть по существу непроницаемым или иным образом функционально непроницаемым для предназначенных жидкостей. Впитывающее изделие может также содержать дополнительный слой (слои). Этот дополнительный слой (слои) может представлять собой впитывающий жидкость слой, отводящие жидкость слои, распределяющие жидкость слои, переносящие слои, барьерные слои и тому подобное, а также их комбинациями. Одноразовые впитывающие изделия и их компоненты могут быть предназначены для обеспечения лицевой по отношению к телу поверхности (верхней поверхности верхнего листа) и лицевой по отношению к предмету одежды поверхности (тыльной поверхности тыльного листа). Используемый в данном документе термин «лицевая по отношению к телу» или «обращенная к телу» поверхность относится к поверхности верхнего листа, которая во время обычного использования направлена к телу носящего или прилегает к нему. «Обращенная к предмету одежды поверхность» относится к тыльному листу, причем тыльная часть поверхности расположена на противоположной стороне от тела носящего и прилегает к предмету одежды носящего во время обычного использования. Подходящие впитывающие изделия более подробно описаны в патенте США № 7632258.
Проницаемый для текучей среды верхний лист согласно настоящему изобретению может оставаться необработанным или может обрабатываться супергидрофобной композицией, которая помогает препятствовать удерживанию текучих сред на поверхности, что может привести к ощущению дискомфорта и/или несвежести от пятен, накопившихся инородных частиц или влажности на поверхности. Одноразовые впитывающие изделия согласно настоящему изобретению выполнены, в частности, для приема текучих сред, имеющих вязкоупругие свойства, таких как менструальные выделения, слизь, продукты крови и фекалии, в том числе выполнены для уменьшения области пятна, уменьшения повторного увлажнения, улучшения свойств поглощения жидкости, распределения, впитывания, а также для снижения вероятности протекания.
Хотя настоящее изобретение описано в основном в сочетании с гигиеническими продуктами для женщин, такими как женские прокладки, ежедневные прокладки и гигиенические прокладки, специалисту в данной области техники на основе изобретения будет очевидно, что продукты и способы, описанные в данном документе, могут также использоваться в комбинации с многочисленными другими впитывающими изделиями, разработанными для впитывания других текучих сред, помимо менструальных выделений, таких как жидкие фекалии, моча и тому подобное.
Кроме этого супергидрофобные свойства покрытия и его относительная ориентация также позволяют разделять текучие среды с разными поверхностными энергиями, такие как масло и вода, как описано ниже.
Впитывающие изделия согласно настоящему изобретению содержат проницаемый для текучей среды верхний лист, который предпочтительно является нетканым, лицевым по отношению к телу волокнистым листовым материалом. Настоящее изобретение обеспечивает преимущество над верхними листами, содержащими термопластичную пленку, поскольку нетканые материалы, как правило, являются более мягкими, меньше вызывают потение и раздражение от пота, и устраняют ощущение пластика или шуршание, которое часто связано с пластиками и пленками.
К нетканым материалам согласно настоящему изобретению относятся, помимо прочего, материалы в виде бумажных полотенец, полотен, полученных технологией спанбонд, мелтблаун, коформ, полотен, полученных аэродинамическим холстоформованием, и связанных кардочесанных полотен; материалов, полученных водоструйным скреплением (спанлейс); их комбинаций и тому подобного. Например, волокна, из которых выполнен нетканый материал, могут быть получены в ходе процессов аэродинамического распыления расплава или скрепления прядением, включая процессы, применяемые для изготовления двухкомпонентных, двухсоставных или полученных из полимерной смеси волокон, хорошо известные в данной области техники. Как правило, в этих процессах используют экструдер для подачи расплавленного термопластичного полимера в фильеру, где полимер распускается на волокна, которые могут иметь штапельную длину или быть более длинными. Волокна затем вытягивают, обычно пневматическим способом, и осаждают на движущейся формующей панели или ленте для формирования нетканого материала. Волокна, полученные в результате процессов фильерного и аэродинамического распыления расплава, могут представлять собой микроволокна. Микроволокна согласно настоящему изобретению представляют собой волокна малого диаметра, имеющие средний диаметр не более чем приблизительно 75 микрон, например имеющие средний диаметр от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 50 микрон, или, в частности, микроволокна могут иметь средний диаметр от приблизительно 2 микрон до приблизительно 40 микрон.
Подходящие подложки согласно настоящему изобретению могут содержать нетканую материю, тканую материю, трикотажную материю или слоистые материалы, состоящие из этих материалов. Подложка может представлять собой салфетку или полотенце, как описано в настоящей заявке. Материалы и процессы, подходящие для получения такой подложки, в общем хорошо известны специалистам в данной области. Например, некоторые примеры нетканых материй, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают в себя, помимо прочего, бумажные полотенца, полотна спанбонд, полотна мелтблаун, связанные кардочесанные полотна, полотна, полученные аэродинамическим холстоформованием, полотна коформ, полотна спанлейс, или гидравлически скрепленные полотна, и т.д. В каждом случае по меньшей мере одно из волокон, используемых для изготовления нетканой материи, представляет собой волокно, содержащее термопластичный материал. Кроме этого нетканые материи могут представлять собой комбинацию термопластичных волокон и натуральных волокон, таких как, например, целлюлозные волокна (целлюлоза из мягких пород дерева, целлюлоза из твердых пород дерева, термомеханическая целлюлоза и т.д.). В общем, исходя из затрат и желаемых свойств, подложка согласно настоящему изобретению представляет собой нетканую материю.
При желании, нетканая материя также может быть связанной, используя технологии, хорошо известные в данной области, для улучшения износостойкости, прочности, сопротивления, эстетического внешнего вида, текстуры и/или других свойств материи. Например, нетканая материя может быть связана тепловым (например, связана участками, высушена сквозной сушкой), ультразвуковым, клеевым и/или механическим (например, иглопробивным) способом. Например, различные технологии связывания участков описаны в патенте США № 3855046, выданном Hansen; патенте США № 5620779, выданном Levy и соавт.; патенте США № 5962112, выданном Haynes и соавт.; патенте США № 6093665, выданном Sayovitz и соавт.; патенте США на промышленный образец № 428267, выданном Romano и соавт.; и патенте США на промышленный образец № 390708, выданном Brown.
Нетканая материя может быть связана непрерывными швами или участками. В качестве дополнительных примеров, нетканая материя может быть связана вдоль периферии листа или просто по ширине или поперек полотна, рядом с краями. Также могут использоваться другие технологии связывания, такие как комбинация теплового связывания и пропитывание латексом. В качестве альтернативы или дополнения смола, латекс или клей могут быть нанесены на нетканую материю, например, посредством распыления или печати и высушены для обеспечения желаемого связывания. Другие подходящие технологии связывания могут быть описаны в патенте США № 5284703, выданном Everhart и соавт.; патенте США № 6103061, выданном Anderson и соавт.; и патенте США № 6197404, выданном Varona.
В другом аспекте подложка согласно настоящему изобретению сформирована из полотна спанбонд, содержащего однокомпонентные и/или многокомпонентные волокна. Многокомпонентные волокна представляют собой волокна, сформированные из по меньшей мере двух полимерных компонентов. Такие волокна обычно экструдированы из разных экструдеров, но сплетены вместе для формирования одного волокна. Полимеры соответствующих компонентов обычно отличаются друг от друга, хотя многокомпонентные волокна могут содержать отдельные компоненты подобных или идентичных полимерных материалов. Отдельные компоненты обычно расположены в практически неизменно расположенных различных зонах в поперечном сечении волокна и проходят по существу по всей длине волокна. Конфигурация таких волокон может представлять собой, например, расположение бок о бок, расположение поверх друг друга или любое другое расположение.
При эксплуатации, многокомпонентные волокна также могут быть разделяемыми. При изготовлении разделяемых многокомпонентных волокон отдельные сегменты, которые совместно образуют цельное многокомпонентное волокно, являются смежными и проходят вдоль продольного направления многокомпонентного волокна таким образом, чтобы один или несколько сегментов образовывали часть внешней поверхности цельного многокомпонентного волокна. Другими словами, один или несколько сегментов открыты вдоль внешнего периметра многокомпонентного волокна. Например, разделяемые многокомпонентные волокна и способы изготовления таких волокон описаны в патенте США № 5935883, выданном Pike, и патенте США № 6200669, выданном Marmon и соавт.
Подложка согласно настоящему изобретению также может содержать материал коформ. Термин "материал коформ" в целом относится к композитным материалам, состоящим из смеси или стабилизированной матрицы термопластичных волокон и второго нетермопластичного материала. Например, материалы коформ могут быть изготовлены с помощью процесса, при котором по меньшей мере одна головка экструдера для процесса мелтблаун расположена около желоба, через который в полотно добавляют другие материалы в процессе его формирования. К таким другим материалам могут относиться, помимо прочих, волокнистые органические материалы, такие как древесная или недревесная пульпа, такая как хлопок, вискоза, бумага вторичной переработки, распушенная пульпа, а также сверхвпитывающие частицы; неорганические поглотители, обработанные полимерные штапельные волокна и тому подобное. Некоторые примеры таких материалов коформ раскрыты в патенте США № 4100324, выданном Anderson и соавт.; патенте США № 5284703, выданном Everhart и соавт.; и патенте США № 5350624, выданном Georger и соавт.
Дополнительно, подложка также может быть выполнена из материала, текстурированного на одной или нескольких поверхностях. Например, в некоторых аспектах подложка может быть выполнена из материала спанбонд или мелтблаун с двойной текстурой, такого как описан в патенте США № 4659609, выданном Lamers и соавт., и патенте США № 4833003, выданном Win и соавт.
В одном конкретном аспекте настоящего изобретения подложка выполнена из нетканой материи, полученной путем водоструйного скрепления. Процессы водоструйного скрепления и композитные полотна, полученные путем водоструйного скрепления, содержащие различные комбинации разных волокон, известны в данной области техники. При обычном процессе водоструйного скрепления используют струйные потоки воды с высоким давлением для переплетения волокон и/или нитей с образованием сильно переплетенной уплотненной волокнистой структуры, например нетканой материи. Полученные путем водоструйного скрепления нетканые материи из волокон штапельной длины и непрерывных нитей описаны, например, в патенте США № 3494821, выданном Evans, и патенте США № 4144370. Полученные путем водоструйного скрепления нетканые материи из нетканого полотна с непрерывными нитями и слоем пульпы описаны, например, в патенте США № 5284703, выданном Everhart и соавт., и патенте США № 6315864, выданном Anderson и соавт.
Из этих нетканых материй полученные путем водоструйного скрепления нетканые полотна со штапельными волокнами, скрепленные с термопластичными волокнами, особенно подходят в качестве подложки. В одном конкретном примере полученного путем водоструйного скрепления нетканого полотна штапельные волокна гидравлически скреплены с по существу непрерывными термопластичными волокнами. Штапель может представлять собой целлюлозное штапельное волокно, нецеллюлозные штапельные волокна или их смесь. К подходящим нецеллюлозным штапельным волокнам относятся термопластичные штапельные волокна, такие как полиолефиновые штапельные волокна, полиэфирные штапельные волокна, нейлоновые штапельные волокна, поливинилацетатные штапельные волокна и тому подобное, или их смеси. Подходящие целлюлозные штапельные волокна содержат, например, пульпу, термомеханическую пульпу, синтетические целлюлозные волокна, модифицированные целлюлозные волокна и тому подобное. Целлюлозные волокна могут быть получены из вторичных или переработанных источников. Некоторыми примерами подходящих источников целлюлозных волокон являются натуральные древесные волокна, такие как термомеханическая, беленая и небеленая пульпа мягких и твердых пород дерева. Вторичные или переработанные целлюлозные волокна могут быть получены из канцелярского мусора, газетной бумаги, оберточной бумаги, обрезков картона и т.д. Кроме этого растительные волокна, такие как абака, лен, молочай, хлопок, модифицированный хлопок, хлопковый линтер, также могут использоваться в качестве целлюлозных волокон. Кроме того, могут использоваться синтетические целлюлозные волокна, такие как, например, искусственный шелк и вискоза. Модифицированные целлюлозные волокна обычно состоят из производных целлюлозы, образованных замещением соответствующих радикалов (например, карбоксила, алкила, ацетата, нитрата и т.д.) гидроксильными группами в углеродной цепи.
Одно особенно подходящее полученное путем водоструйного скрепления нетканое полотно представляет собой композитное нетканое полотно из полипропиленовых волокон спанбонд, которые являются по существу непрерывными волокнами, содержащими целлюлозные волокна, гидравлически скрепленные с волокнами спанбонд. Другое особенно подходящее полученное путем водоструйного скрепления нетканое полотно представляет собой композитное нетканое полотно из полипропиленовых волокон спанбонд, содержащих смесь целлюлозных и нецеллюлозных штапельных волокон, гидравлически скрепленных с волокнами спанбонд.
Подложка согласно настоящему изобретению может быть выполнена исключительно из термопластичных волокон или может содержать как термопластичные волокна, так и нетермопластичные волокна. В общем, когда подложка содержит как термопластичные волокна, так и нетермопластичные волокна, термопластичные волокна составляют от приблизительно 10% до приблизительно 90%, по весу подложки. В конкретном аспекте, подложка содержит от приблизительно 10% до приблизительно 30%, по весу, термопластичных волокон.
2
2
2
2
2
2
2
В общем, нетканая подложка будет иметь базовый вес в диапазоне от приблизительно 17 г/м (грамм на квадратный метр) до приблизительно 200 г/м, обычно от приблизительно 33 г/м до приблизительно 200 г/м. Фактический базовый вес может превышать 200 г/м, но для многих применений базовый вес будет находиться в диапазоне от 33 г/м до 150 г/м.
Термопластичные материалы или волокна, составляющие по меньшей мере часть подложки, по существу могут представлять собой любой термопластичный полимер. К подходящим термопластичным полимерам относятся полиолефины, сложные полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полиэтилентерефталат, биоразлагаемые полимеры, такие как полимолочная кислота, и их сополимеры и смеси. К подходящим полиолефинам относятся полиэтилен, например полиэтилен высокой плотности, полиэтилен средней плотности, полиэтилен низкой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности; полипропилен, например изотактический полипропилен, синдиотактический полипропилен, смеси изотактического полипропилена и атактического полипропилена и их смеси; полибутилен, например поли(1-бутен) и поли(2-бутен); полипентен, например поли(1-пентен) и поли(2-пентен); поли(3-метил-1-пентен); поли(4-метил1-пентен); и их сополимеры и смеси. К подходящим сополимерам относятся неупорядоченные сополимеры и блок-сополимеры, образованные из двух или более разных ненасыщенных олефиновых мономеров, таких как сополимеры этилен/пропилен и этилен/бутилен. К подходящим полиамидам относятся нейлон 6, нейлон 6/6, нейлон 4/6, нейлон 11, нейлон 12, нейлон 6/10, нейлон 6/12, нейлон 12/12, сополимеры капролактама и алкиленоксиддиамина и т.п., а также их смеси и сополимеры. К подходящим сложным полиэфирам относятся полиэтилентерефталат, политриметилентерефталат, полибутилентерефталат, политетраметилентерефталат, полициклогексилен-1,4-диметилентерефталат, их изофталатовые сополимеры, а также их смеси. Эти термопластичные полимеры могут использоваться для создания как по существу непрерывных волокон, так и штапельных волокон, согласно настоящему изобретению.
2
2
3
2
3
3
3
В другом аспекте подложка может представлять собой изделие на основе бумаги. Изделие на основе бумаги может иметь однородную или многоярусную структуру, и изделия на основе бумаги, изготовленные из него, могут иметь однослойную или многослойную структуру. Изделие на основе бумаги желательно обладает базовым весом от приблизительно 10 г/м до приблизительно 65 г/м и плотностью приблизительно 0,6 г/см или менее. Желательнее, базовый вес будет составлять приблизительно 40 г/м или менее, а плотность будет составлять приблизительно 0,3 г/см или менее. Наиболее желательно, плотность будет составлять от приблизительно 0,04 г/см до приблизительно 0,2 г/см. Если не указано иное, все количества и веса применительно к бумаге взяты в пересчете на сухое вещество. Прочности на разрыв в машинном направлении могут находиться в диапазоне от приблизительно 100 до приблизительно 5000 грамм на дюйм ширины. Прочности на разрыв в направлении, перпендикулярном машинному направлению, составляют от приблизительно 50 грамм до приблизительно 2500 грамм на дюйм ширины. Впитывающая способность обычно составляет от приблизительно 5 грамм воды на грамм волокна до приблизительно 9 грамм воды на грамм волокна.
Традиционно прессованные изделия на основе бумаги и способы изготовления таких изделий хорошо известны в данной области техники. Изделия на основе бумаги обычно изготавливаются путем нанесения композиции для получения бумаги на перфорированную формирующую сетку. После нанесения композиции на формирующую сетку, она обозначается термином «полотно». Из полотна удаляют влагу путем сжатия полотна и высушивания при повышенной температуре. Конкретные технологии и обычное оборудование для изготовления полотен согласно только что описанному процессу хорошо известны специалистам в данной области техники. В обычном процессе целлюлозную композицию с низкой консистенцией подают из напорного бака под давлением, который содержит отверстие для нанесения тонкого слоя целлюлозной композиции на формирующую сетку для формирования влажного полотна. Затем из полотна обычно удаляют влагу до консистенции волокон от приблизительно 7% до приблизительно 25% (на основании общего веса полотна) путем вакуумного обезвоживания и дополнительно высушивают посредством операций сжатия, при которых полотно подвергают воздействию давления, оказываемого противоположными механическими элементами, например цилиндрическими роликами. Обезвоженное полотно затем дополнительно сжимают и высушивают паровым барабаном, известным в данной области техники как американский сушильный барабан. Американский сушильный барабан может развивать давление с помощью механических средств, таких как противоположный цилиндрический барабан, давящий на полотно. Может использоваться несколько американских сушильных барабанов, при этом между барабанами необязательно возникает дополнительное давление. Сформированные листы считаются уплотненными, поскольку все полотно подвергается значительным механическим усилиям сжатия в то время, когда волокна влажные, и затем высушиваются в сжатом состоянии. В других аспектах изделие на основе бумаги может быть сформировано путем крепирования, как известно в данной области техники.
Один конкретный аспект настоящего изобретения использует технологию сквозной сушки воздухом без крепирования для формирования изделия на основе бумаги. Сквозная сушка воздухом может увеличить объем и мягкость полотна. Примеры такой технологии раскрыты в патенте США № 5048589, выданном Cook и соавт.; патенте США № 5399412, выданном Sudall и соавт.; патенте США № 5510001, выданном Hermans и соавт.; патенте США № 5591309, выданном Rugowski и соавт.; патенте США № 6017417, выданном Wendt и соавт.; и патенте США № 6432270, выданном Liu и соавт. Сквозная сушка воздухом без крепирования обычно включает следующие этапы: (1) формирование композиции из целлюлозных волокон, воды и, необязательно, других добавок; (2) нанесение композиции на движущуюся перфорированную ленту, тем самым формируя волокнистое полотно поверх движущейся перфорированной ленты; (3) воздействие на волокнистое полотно сквозной сушкой воздухом для удаления влаги из волокнистого полотна; и (4) удаление высушенного волокнистого полотна с движущейся перфорированной ленты.
2
Нетканый материал согласно настоящему изобретению также может представлять собой многослойный материал. Пример многослойного материала является одним из аспектов, в котором некоторые из слоев представляют собой материал спанбонд, а некоторые представляют собой материал мелтблаун, такой как слоистый материал спанбонд/мелтблаун/спанбонд (SMS), описанный в патенте США № 4041203, выданном Brock и соавт., в патенте США № 5169706, выданном Collier и соавт., и в патенте США № 4374888, выданном Bornslaeger. Такой слоистый материал может быть изготовлен путем последовательного осаждения на движущуюся формующую ленту сначала слоя материи спанбонд, затем слоя материи мелтблаун и напоследок еще одного слоя спанбонда, а затем связывания слоистого материала описанным ниже образом. Альтернативно слои материи могут быть изготовлены отдельно, собраны в рулоны и объединены на отдельном этапе связывания. Такие материи обычно имеют базовый вес от приблизительно 0,1 до 12 OSY (унций на квадратный ярд) (от 6 до 400 г/м), в частности от приблизительно 0,75 до приблизительно 3 OSY.
Настоящее изобретение использует супергидрофобные композиции для обработки нетканого верхнего листа, чтобы существенно снизить повторное увлажнение и образование пятен, что часто происходит во время использования средств личной гигиены, таких как одноразовые впитывающие изделия. Обработанный верхний лист функционирует в качестве «обратного клапана», который позволяет текучей среде более легко перемещаться от лицевой по отношению к телу поверхности во впитывающую сердцевину. Благодаря структуре и композиции, используемым в настоящем изобретении, уменьшается нежелательное повторное увлажнение или обратный поток, вызванный повторным поступлением текучей среды от впитывающей сердцевины к лицевой по отношению к телу поверхности верхнего листа. Функция обратного клапана означает, что при обычных условиях жидкость проходит насквозь в одном направлении, но не проходит насквозь в противоположном направлении. Эта характеристика является формой диодности, при которой верхний лист функционирует подобно диоду в электричестве.
Одним способом получения эффекта «обратного клапана» в нетканом верхнем листе согласно настоящему изобретению являются стратегические супергидрофобные обработки. При использовании системы «обратного клапана» текучая среда направляется во впитывающий слой от тела потребителя, так что потребитель испытывает ощущение большей сухости и чистоты в качестве в целом улучшенного результата.
Для достижения функции обратного клапана лишь одна из двух поверхностей нетканой подложки должна быть обработана супергидрофобным покрытием на достаточно высоком уровне, чтобы придать поверхности супергидрофобность, но достаточно низком, чтобы сохранить открытую структуру пор нетканой подложки для того, чтобы вода могла проникать сквозь поры.
2
Эксперименты продемонстрировали, что нетканую подложку предпочтительно обрабатывать таким образом, чтобы одна поверхность была покрыта супергидрофобным составом при уровне добавления приблизительно менее 2 г/м. Таким образом, нетканая подложка демонстрирует менее чем приблизительно 16 см разницы водяного столба в значениях гидростатического давления при измерении с двух разных сторон нетканой подложки.
Для достижения разницы водяного столба в значениях гидростатического давления, равной приблизительно 4 см воды при измерении на двух разных поверхностях нетканой подложки, уровень добавления супергидрофобного состава является решающим. Если уровень добавления является слишком низким, две поверхности обладают довольно подобными гидрофильными/гидрофобными свойствами, поскольку две поверхности являются двумя сторонами одного и того же материала. Поскольку значения гидростатического давления двух поверхностей в этом случае довольно подобны, разница между ними довольно мала, около 0 или равна 0 см.
2
И наоборот, если уровень добавления слишком высокий (>>2 г/м), супергидрофобный состав образует слой непрерывной пленки на обработанной стороне. Этот слой пленки полностью блокирует проникновение жидкости с обеих сторон. Это приводит к очень высокому значению гидростатического давления для каждой поверхности. Опять-таки, поскольку значения гидростатического давления двух поверхностей в этом случае довольно подобны, разница между ними также довольно мала, около 0 или равна 0 см. Следовательно, желательный уровень добавления между минимальным и максимальным уровнем добавления представляет собой диапазон уровня добавления, при котором можно достичь функции обратного клапана. На фиг. 4А и фиг. 4В изображена эта тенденция.
Диапазон уровня добавления также зависит от структурных параметров подложки, таких как размер волокон, пористость, плотность, однородность и базовый вес. Если подложка содержит волокна относительно большего диаметра и обладает большей пористостью, меньшей плотностью, меньшей однородностью и/или меньшим базовым весом, то желаемый диапазон добавления на фиг. 4А и фиг. 4В будет сдвигаться вправо, означая, что как минимальный, так и максимальный уровни добавления будут иметь более высокие значения. С другой стороны, если подложка содержит волокна относительно меньшего диаметра и обладает меньшей пористостью, большей плотностью, большей однородностью и/или большим базовым весом, то диапазон добавления на фиг. 4А и фиг. 4В будет сдвигаться влево, означая, что как минимальный, так и максимальный уровни добавления будут иметь более низкие значения.
Традиционные масштабируемые способы, такие как распыление, могут использоваться для нанесения супергидрофобного покрытия на поверхность. В одном аспекте используется гидрофильный наноструктурированный наполнитель (наноглина NANOMER PGV от Sigma Aldrich), такой как бентонитовая глина без органической модификации. В качестве гидрофобного компонента используется 20 вес. % дисперсии фторированного этиленакрилового сополимера (РМС) в воде, приобретенного у компании DuPont (торговое наименование CAPSTONE ST-100). Гидрофильную наноглину добавляют в воду и обрабатывают ультразвуком до образования стабильной суспензии. Обработка ультразвуком может осуществляться с помощью зондирующего ультразвукового аппарата при комнатной температуре (SONICS 750 W, Аппарат для обработки ультразвуком высокой интенсивности, наконечник диаметром 13 мм при амплитуде 30%). При этих настройках формирование 15,5 г стабильной суспензии наноглины и воды может занять от приблизительно 15 до приблизительно 30 мин. Концентрацию наноглины в воде поддерживают на уровне менее 2 вес. % от общей суспензии для предотвращения образования геля, который сделает дисперсию слишком вязкой для распыления. После начала механического перемешивания стабильной глино-водной суспензии при комнатной температуре водяную дисперсию РМС добавляют в виде капель в суспензию для образования готовой дисперсии для распыления. В таком аспекте концентрации каждого компонента в готовой дисперсии для получения супергидрофобного покрытия будут следующими: 95,5 вес. % воды, 2,8% РМС, 1,7% наноглины; или 97,5 вес. % воды, 1,25% РМС, 1,25% наноглины. Покрытия могут быть нанесены распылением на целлюлозные подложки с расстояния от приблизительно 15 до приблизительно 25 см с помощью устройства распыления в виде пульверизатора (Paasche VL сифонная подача, распылительное сопло диаметром 0,55 мм) либо вручную, либо путем установки устройства на автоматическом манипуляторе для распыления текучей среды (EFD, Ultra ТТ Series). Пневматические сопла EFD также могут использоваться, поскольку они обеспечивают чрезвычайно мелкую водяную пыль при распылении. Наименьший диаметр сопла, предлагаемый для распылительной системы EFD, составляет приблизительно 0,35 мм. Воздушные вентиляторы способствуют приданию овальной формы конусу струи, что полезно для образования непрерывного равномерного покрытия на линейно перемещающейся подложке. Работа пульверизатора основана на прохождении сжатого воздуха сквозь сопло для сифонной подачи дисперсии в виде частиц, а также для способствования распылению текучей среды на выходе из сопла. Падение давления, применяемое в распылителе, может варьироваться от приблизительно 2,1 до приблизительно 3,4 бар, в зависимости от условий.
Некоторые технические затруднения обычно возникают при распылении дисперсий на водяной основе. Первой основной проблемой является недостаточное испарение текучей среды при распылении и высокая степень смачивания дисперсией покрытой подложки, что в обоих случая приводит к неравномерному покрытию из-за закрепления линии контакта и так называемого "эффекта кофейного пятна", когда вода в конце концов испаряется. Вторым основным затруднением является относительно большое поверхностное натяжение воды по сравнению с другими растворителями, используемыми для покрытия распылением. Благодаря своему высокому поверхностному натяжению, вода склонна образовывать неоднородные пленки при распылении, тем самым требуя повышенной осторожности для обеспечения равномерного покрытия. Это особенно важно для гидрофобных подложек, где вода склонна образовывать капли и скатываться. Было обнаружено, что лучшим подходом для нанесения водяных дисперсий согласно настоящему изобретению является образование чрезвычайно мелких капель при распылении и нанесение только очень тонких покрытий с тем, чтобы избежать насыщения подложки и изменения ориентации водородного связывания внутри подложки, что после высушивания приводит к тому, что целлюлозные подложки (например, бумажное полотенце) становятся жесткими.

В другом аспекте покрытия сначала наносятся распылением на подложку, такую как стандартная картонная или другая целлюлозная подложка; несколько проходов струи используются для достижения разных значений толщины покрытия. Напыленные пленки затем подвергаются высушиванию в печи при температуре, равной приблизительно 80°C, в течение приблизительно 30 мин для удаления всей излишней воды. Размер подложки может составлять приблизительно, но без ограничения, около 7,5 см × 9 см. После высушивания покрытия отличаются смачиваемостью (т.е. гидрофобные и гидрофильные). Подложки затем могут быть взвешены на микровесах (Sartorius LE26P) до и после нанесения покрытия и высушивания для определения минимального уровня покрытия, необходимого для придания супергидрофобности. Это «минимальное ограничение»" не означает строго то, что образец будет сопротивляться проникновению жидкостей, но вместо этого означает, что капля воды будет образовывать шарик на поверхности и беспрепятственно скатываться. Свойство отталкивания жидкости у подложек до и после нанесения покрытия может характеризоваться установлением гидростатического давления, определяющим давления проникновения жидкости (в см жидкости).
Величины угла контакта могут быть получены с помощью установки с задней подсветкой для получения оптического изображения, использующей CCD камеру. Для измерений динамического гистерезиса угла контакта (которые определяют свойство самоочищения) CCD камеру можно заменить высокоскоростной камерой, такой как камера REDLAKE Motion Pro, для точной фиксации увеличения и уменьшения величин угла контакта. Чем меньше разница между увеличением и уменьшением углов контакта (т.е. гистерезис угла контакта), тем более самоочищающейся является поверхность. Давление проникновения жидкости может быть определено путем увеличения давления гидростатического столба до тех пор, пока жидкость не проникнет в образец, согласно ASTM F903-10. Проникновение жидкости может быть зафиксировано установкой для получения оптического изображения, использующей CCD камеру.
Смачиваемость композитных покрытий сначала может быть испытана на картонной нетекстурированной гидрофильной целлюлозной подложке, считающейся типичным представителем общего класса целлюлозных подложек (текстурированных или нетекстурированных). Концентрацию наноглины в покрытии повышают до тех пор, пока не появятся самоочищающиеся свойства. Цель добавления наноглины в композитное покрытие заключается в воздействии на текстуру покрытия. Известно, что супергидрофобность и самоочищающиеся свойства регулируются двумя механизмами, а именно шероховатостью поверхности и поверхностной энергией. Также было продемонстрировано, что иерархические структуры в сочетании с группами с низкой поверхностной энергией предлагают превосходный способ достижения шероховатости, необходимой для супергидрофобности. Наноглина имеет пластинчатую структуру с толщиной в наномасштабе и длиной в микромасштабе, которая, после самостоятельной сборки (посредством электростатического взаимодействия), образует вышеупомянутую иерархическую структуру. Уровень концентрации наноглины в композитном покрытии, где впервые наблюдается самоочищение, составляет приблизительно 38 вес. % окончательного композитного покрытия (приблизительно 62 вес. % РМС окончательного покрытия). Когда это композитное покрытие нанесено распылением на картон, оно может обеспечить угол контакта, равный приблизительно 146±3° (почти супергидрофобный), и гистерезис угла контакта, равный приблизительно 21±5°. Меньшая величина гистерезиса может ожидаться у более гидрофобных наноструктурированных частиц, но водяные дисперсии, основанные на гидрофобных наполнителях, чрезвычайно трудно реализовать. Другие наноструктурированные частицы содержат коллоидальную двуокись кремния, гидрофобный диоксид титана, оксид цинка, наноглину, нанопластинку эксфолиированного графита, углеродные нановолокна и их смеси. Другие наполнители могут содержать измельченное стекло, карбонат кальция, гидроокись алюминия, тальк, триоксид сурьмы, зольную пыль, глины и их смеси.
Хотя в случае супергидрофобности акцент делают на увеличении шероховатости и уменьшении поверхностной энергии, для сопротивления проникновению жидкостей в подложки важными факторами являются размер пор подложки и поверхностная энергия. На фиг. 1 изображена идеальная конфигурация пористой подложки (прямые поры с одинаковым диаметром d, распределенные равномерно), противодействующей проникновению воды. В этой конфигурации, давление, необходимое для проникновения сквозь гидрофобную подложку с размером пор d, выражено уравнением Юнга-Лапласа Δp=4γcosθ/d, где g является поверхностным натяжением воды, a q (q>90°) является углом контакта между водой и подложкой. Чем более гидрофобной является пористая подложка (т.е. чем больше величина q), тем выше давление проникновения жидкости Δp. Очевидно, что давление проникновения обратно пропорционально размеру пор (чем меньше диаметр поры, тем большее давление требуется для проникновения воды). Хотя на размер пор можно влиять, применяя обработку относительно толстым покрытием (другие гидрофобные составы) к пористым подложкам, эффективный размер пор после нанесения покрытия обычно предопределен размером пор подложки до обработки покрытием. Общая цель применения обработки покрытием заключается в уменьшении поверхностной энергии подложки. В случае гидрофильной подложки на основе целлюлозы в результате обработки покрытием может не образовываться однородная пленка с низкой поверхностной энергией вокруг некоторых волокон, которые, будучи гидрофильными, могут легко впитывать воду, что приводит к величине давления проникновения жидкости, равному 0 см. Обработка дополнительным покрытием должна придать некоторую заметную устойчивость к проникновению воды. Эффективность этого подхода измеряется давлением проникновения жидкости (т.е. «гидростатическим давлением», которое измеряется в см жидкости, используемой для проверки поверхности). Чем выше это давление, тем больше эффективность способа нанесения покрытия для придания гидрофобности подложки. Естественно, давление проникновения жидкости зависит от используемой жидкости (величина у в уравнении Юнга-Лапласа). Поскольку спирты имеют меньшее поверхностное натяжение, чем вода, смеси воды и спирта приводят к меньшим давлениям проникновения.
На фиг. 2А и фиг. 2В изображен рабочий механизм обратного клапана. В ориентации, когда покрытие находится вверху (CU), что означает, что сторона без покрытия находится внизу, капли, попадающие на верхнюю часть (покрытую сторону), будут сползать сквозь поры в нетканом материале до тех пор, пока капли не коснутся волокон без покрытия, которые перенесут каплю. И наоборот, когда покрытая сторона находится внизу, а сторона без покрытия находится вверху (не изображено), капли, попадающие на верхнюю часть (сторону без покрытия), будут сползать в открытое пространство над покрытием, но должны преодолеть полную пороговую величину давления Лапласа для полного проникновения сквозь покрытую сторону. Эта система аналогична электронному диоду, при этом перемещение текучей среды разрешено в одном направлении, но запрещено в противоположном направлении. По мере сползания жидкой межфазной границы в пору с гидрофобным покрытием из направления CU, гидрофильные волокна без покрытия, расположенные внизу, будут переносить жидкость и позволят переместить текучую среду внутрь подложки. В ориентации, при которой покрытие находится внизу (CD), жидкая межфазная граница может сползать при существенно больших давлениях перед проникновением текучей среды, поскольку отсутствуют гидрофильные волокна без покрытия, способные перенести текучую среду.
На фиг. 3 изображено полученное сканирующим электронным микроскопом (SEM) изображение поперечного сечения стандартного бумажного полотенца, обработанного описанным выше образом, где фиг. 3 во многом аналогична ориентации CU на схематическом изображении фиг. 2В. Покрытие можно увидеть вверху поперечного сечения, вместе с зазором между покрытыми волокнами и волокнами без покрытия.
2
На фиг. 4А и фиг. 4В изображено явление, заключающееся в том, что подложки с покрытой стороной, обращенной вверх, под воздействием давлений легче пропускают текучую среду, чем с покрытой стороной, обращенной вниз, образуя «окно с функцией клапана». Были испытаны образцы с увеличивающимися интервалами покрытий; испытание показывает, что разница сопротивления уменьшается в покрытиях с большим базовым весом. В результате количество уровней покрытия должно быть небольшим. Возможно расширить «окно с функцией клапана» на фиг. 4А и фиг. 4В путем повышения точности при распылении и путем создания базовых точек для 0,25 и 0,75 г/м.
На фиг. 5 изображено явление водно-масляного разделения для подложек, покрытых с одной стороны, помещенных в водно-масляную смесь или эмульсию. Масло было окрашено в красный цвет с помощью Oil Red О, а вода была окрашена в синий цвет с помощью синего пищевого красителя. Аспект (а) на фиг. 5 изображает впитывание текучей среды с меньшей поверхностной энергией, масла, в материал с покрытой стороны, в то время как текучая среда со сравнительно более высокой поверхностной энергией, вода, была отделена и находится над материалом на супергидрофобном покрытии. Аспект (b) на фиг. 5 изображает противоположную ситуацию, при которой непокрытая сторона материала была насыщена неокрашенной водой. Когда такая же водно-масляная смесь воздействует на покрытую сторону материала, вода впитывается, а масло отделяется и остается на поверхности.
Подложка может быть использована в применениях, где она позволить отделять масло, или текучую среду с относительно меньшей поверхностной энергией, от смеси текучих сред, содержащей текучую среду с более высокой поверхностной энергией, такую как вода в водно-масляной эмульсии. При контакте с водно-масляной смесью вода будет отталкиваться покрытием, но масло может впитываться благодаря своей меньшей поверхностной энергии, как изображено в аспекте (а) на фиг. 5.
Это разделение текучих сред может быть изменено на противоположное для применений, в которых необходимо отделение текучей среды с меньшей поверхностной энергией. Если материал воздействует на текучую среду с более высокой поверхностной энергией с непокрытой стороны, тем самым насыщая материал, как было бы в том случае, если непокрытая сторона смочена водой, как в аспекте (b) на фиг. 5. Материал отделяет и впитывает текучую среду с большей поверхностной энергией (воду в данном примере) из смеси и оставляет текучую среду с меньшей поверхностной энергией (масло в данном примере) в состоянии покоя на покрытой поверхности, как изображено в аспекте (b) на фиг. 5.
Настоящее изобретение представляет нетканые материалы с супергидрофобным покрытием для способствования уменьшению наличия биологических текучих сред на лицевой по отношению к телу поверхности верхнего листа, обеспечивая большую вероятность того, что биологические текучие среды будут перемещаться под действием силы тяжести к впитывающей сердцевине.
ПРИМЕРЫ
В следующих примерах дополнительно описаны и продемонстрированы аспекты в пределах объема настоящего изобретения. Примеры приводятся исключительно с целью иллюстрации и не должны истолковываться как ограничивающие настоящее изобретение, поскольку возможны многие их изменения без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения.
2
В частности, примеры описывают использование бумажного полотенца высокой плотности (HDPT), доступного от компании Kimberly-Clark Professional из г. Розуэлл, штат Джорджия, бумажного полотенца марки SCOTT (SPT) и принимающих материалов BCW в качестве подложек, в то время как используемые супергидрофобные химические соединения описаны в одновременно рассматриваемых заявках на патент США, серийные номера которых 13/193065 и 13/193145. Конкретное используемое HDPT представляет собой рулонное полотенце 50606 марки KLEENEX с характеристиками 22,3 фунта/2880 квадратных футов или 38 г/м. SPT представляет собой салфетку UCTAD с плотностью, которая меньше плотности HDPT. При таких низких уровнях добавления на одной поверхности подложки демонстрируются характеристики обратного клапана. Обработанная сторона демонстрирует образование шариков с последующим проникновением сквозь поры между обработанными волокнами в другую сторону подложки, в то время как необработанная сторона демонстрирует впитывание и распространение жидкости вдоль необработанной стороны, но жидкость не проникает обратно сквозь обработанную сторону.
2
2
Супергидрофобный состав был распылен на поверхность подложки для создания функции обратного клапана. Предыдущие попытки нанесения покрытий на подложки использовали высокие уровни покрытия, так что покрытая поверхность выступала в качестве барьера для предотвращения прохождения текучей среды. При таких высоких уровнях текучей среды как волокна, так и поры между волокнами на обработанной поверхности покрыты химическими веществами супергидрофобного покрытия, которые фактически образуют непрерывную водонепроницаемую пленку на подложке. Было обнаружено, что снижение веса покрытия до очень низкого уровня, такого как 2 г/м или ниже, привело к проявлению у подложки свойств обратного клапана. HDPT, SPT и принимающий материал BCW были покрыты супергидрофобным составом (1,25% РМС, 1,25% наноглины и 91,5% воды) с базовым весом 1 г/м и демонстрировали свойства обратного клапана; вода может легко проникать с покрытой стороны в непокрытую сторону, но не может проникать в противоположном направлении, за исключением тех случаев, когда она находится под высоким давлением.
Фиг. 3 демонстрирует, что покрытие лишь покрывает волокна на поверхностном слое и отсутствует покрывающее химическое вещество, которое бы блокировало и образовывало мост через поры между волокнами. Эта структура покрытия является критически важной для обеспечения свойств обратного клапана. Хотя нет ограничений какой-либо конкретной теорией, предполагается, что когда покрытая сторона находится вверху, то капли воды будут образовываться на покрытой поверхности под действием отталкивающей силы от покрытых волокон. Эти капли изначально будут оставаться над открытыми порами и затем будут сползать в поры до тех пор, пока они не соприкоснутся с волокном без покрытия под покрытой поверхностью. Капиллярное действие волокон без покрытия будет втягивать капли сквозь поры и уносить их от покрытой стороны. Таким образом, сеть волокон в непокрытой стороне предоставляет непрерывную движущую силу для удаления текучей среды из точки поглощения. И наоборот, когда текучая среда добавлена к непокрытой стороне (т.е. когда покрытая сторона находится внизу в данном примере), то капля текучей среды сразу же втягивается посредством капиллярности в сеть волокон вдоль непокрытого слоя. Когда капли наконец соприкасаются с покрытыми волокнами, они должны преодолеть полную пороговую величину давления Лапласа для того, чтобы получить возможность проникнуть сквозь покрытый слой, поскольку на другой стороне пор нет волокон без покрытия для того, чтобы втянуть текучую среду.
Как описано выше, на фиг. 4А и фиг. 4В изображено воздействие уровня покрытия на гидростатическое давление для HDPT и SPT соответственно. Покрытая с одной стороны подложка с покрытой стороной, обращенной вверх, под воздействием давлений легче пропускает текучую среду, чем с покрытой стороной, обращенной вниз; это создает окно с функцией клапана. Окно с функцией клапана определяет свойства обратного клапана. Чем больше окно, тем более эффективны свойства обратного клапана, демонстрируемые подложкой. Окно с функцией клапана уменьшается по мере увеличения уровней покрытия. Это объясняет то, почему свойства обратного клапана наблюдаются лишь при достаточно низком весе покрытия; при больших значениях веса покрытия окно с функцией клапана исчезает.
В первом конкретном аспекте материал, обладающий свойствами обратного клапана, содержит нетканую подложку, содержащую первую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на первой поверхности, и вторую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на второй поверхности; а также супергидрофобный состав, расположенный на первой поверхности, при этом значение гидростатического давления на первой поверхности составляет менее чем приблизительно 1 см, а значение гидростатического давления на второй поверхности по меньшей мере на 4 см больше значения гидростатического давления на первой поверхности.
2
Второй конкретный аспект содержит первый конкретный аспект, при этом супергидрофобный состав присутствует при уровне добавления менее чем приблизительно 2 г/м.
Третий конкретный аспект содержит первый или второй конкретные аспекты, при этом супергидрофобный состав содержит гидрофобный компонент, наноструктурированные частицы и воду.
Четвертый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом гидрофобный компонент выбран из группы, состоящей из фторированных полимеров, перфторированных полимеров, нефторированных полимеров и их смесей.
Пятый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом наноструктурированные частицы выбраны из группы, состоящей из коллоидальной двуокиси кремния, гидрофобного диоксида титана, оксида цинка, наноглины, нанопластинки эксфолиированного графита, углеродных нановолокон и их смесей.
Шестой конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом гидрофобный компонент представляет собой вододиспергируемый гидрофобный полимер.
Седьмой конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом вододиспергируемый гидрофобный полимер содержит сомономер, выбранный из акриловых мономеров, акриловых предшественников и тому подобного.
Восьмой конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом супергидрофобный состав представляет собой модифицированный перфторированный полимер.
Девятый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом супергидрофобный состав дополнительно содержит поверхностно-активное вещество, выбранное из неионных, катионных и анионных поверхностно-активных веществ.
Десятый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом супергидрофобный состав дополнительно содержит стабилизатор, выбранный из группы, состоящей из длинноцепочных жирных кислот, солей длинноцепочных жирных кислот, этиленакриловой кислоты, сополимеров этиленметакриловой кислоты, сульфоновой кислоты, уксусной кислоты и тому подобного.
Одиннадцатый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом супергидрофобный состав дополнительно содержит наполнитель, выбранный из группы, состоящей из измельченного стекла, карбоната кальция, гидроокиси алюминия, талька, триоксида сурьмы, зольной пыли, глин и их смесей.
Двенадцатый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом нетканая подложка является впитывающей.
Тринадцатый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом нетканая подложка выбрана из материалов в виде бумажных полотенец, полотен, полученных технологией спанбонд, мелтблаун, коформ, полотен, полученных аэродинамическим холстоформованием, и связанных кардочесанных полотен; материалов, полученных водоструйным скреплением (спанлейс); их комбинаций и тому подобного.
Четырнадцатый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом значение гидростатического давления на второй поверхности превышает значение гидростатического давления на первой поверхности на менее чем приблизительно 16 см.
Пятнадцатый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом материал выполнен с возможностью разделения смеси текучих сред, обладающих разными поверхностными энергиями, на первой поверхности путем впитывания текучей среды с меньшей поверхностной энергией, при этом текучая среда с большей поверхностной энергией на первой поверхности материала остается.
Шестнадцатый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом материал выполнен с возможностью разделения смеси текучих сред, обладающих разными поверхностными энергиями, на первой поверхности путем впитывания текучей среды с большей поверхностной энергией, при этом текучая среда с меньшей поверхностной энергией остается на первой поверхности материала после смачивания второй непокрытой поверхности текучей средой с большей поверхностной энергией.
2
В семнадцатом конкретном аспекте материал, обладающий свойствами обратного клапана, содержит нетканую подложку, содержащую первую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на первой поверхности, и вторую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на второй поверхности; а также супергидрофобный состав, предусмотренный на первой поверхности при уровне добавления приблизительно менее 2 г/м, при этом значение гидростатического давления на второй поверхности по меньшей мере на 4 см больше значения гидростатического давления на первой поверхности.
Восемнадцатый конкретный аспект содержит семнадцатый конкретный аспект, при этом супергидрофобный состав содержит гидрофобный компонент, наноструктурированные частицы и воду.
Девятнадцатый конкретный аспект содержит любой из предыдущих конкретных аспектов, при этом гидрофобный компонент выбран из группы, состоящей из фторированных полимеров, перфторированных полимеров, нефторированных полимеров и их смесей.
В двадцатом конкретном аспекте изделие для личной гигиены содержит нетканый проницаемый для текучей среды верхний лист, содержащий лицевую по отношению к телу поверхность и противоположную тыльную поверхность, непроницаемый для текучей среды тыльный лист и по меньшей мере один промежуточный слой, расположенный между ними, при этом проницаемый для текучей среды верхний лист содержит нетканую подложку, содержащую первую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на первой поверхности, и вторую поверхность, обладающую значением гидростатического давления на второй поверхности; и супергидрофобный состав, предусмотренный на первой поверхности, при этом значение гидростатического давления на первой поверхности составляет менее чем приблизительно 1 см, а значение гидростатического давления на второй поверхности по меньшей мере на 4 см больше значения гидростатического давления на первой поверхности.
Размеры и значения, раскрытые в данном документе, не следует понимать как строго ограниченные изложенными точными численными значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый такой размер должен обозначать как приведенное значение, так и функционально эквивалентный диапазон, охватывающий это значение. Например, размер, указанный как «40 мм», следует понимать как означающий «приблизительно 40 мм».
Все документы, указанные в подробном описании изобретения, в соответствующей части включены в настоящий документ посредством ссылки; указание какого-либо документа не следует рассматривать как признание того, что он является прототипом настоящего изобретения. В той степени, в которой какое-либо значение или определение термина в данном письменном документе противоречит любому значению или определению термина в документе, включенном посредством ссылки, значение или определение, присвоенное термину в данном письменном документе, имеет преимущественную силу.
Несмотря на то что были проиллюстрированы и описаны определенные аспекты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что могут быть осуществлены различные другие изменения и модификации без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения должна охватывать все такие изменения и модификации, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения.