МЯГКОЕ СЛОИСТОЕ ПОЛОТНО, СОДЕРЖАЩЕЕ ВЫСОКИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ СУПЕРВПИТЫВАЮЩЕГО МАТЕРИАЛА, ЦЕЛЛЮЛОЗНЫЕ ВОЛОКНА И ПОВЕРХНОСТНО-НАНЕСЕННОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ
SOFT LAYERED WEB CONTAINING HIGH CONCENTRATIONS OF SUPERABSORBENT MATERIAL, CELLULOSE FIBER AND SURFACE-APPLIED BINDER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к впитывающим полотнам, которые могут быть использованы во впитывающих изделиях, таких как одноразовые впитывающие изделия, такие как памперсы, женские гигиенические изделия или урологические впитывающие средства, в прокладках для пищевых продуктов, в наматрасниках, в ветеринарных подстилках и тому подобном, и к изготовлению таких полотен. Настоящее изобретение в особенности хорошо может быть применено в отношении полотен, уложенных в воздушном потоке.
Уровень техники
Композитные структуры, содержащие супервпитывающий материал, общеизвестны, в частности, для применений во впитывающих изделиях, таких как одноразовые впитывающие изделия, как, например, урологические памперсы, женские гигиенические товары, прокладки для пищевых продуктов, наматрасники, ветеринарные подстилки и тому подобное. В дополнение к надежному и эффективному обеспечению основной функциональной возможности управления жидкостью, касающейся накопления, распределения и хранения экссудатов, все большую зону внимания охватывает восприятие и одобрение пользователя, в частности, владельца, как, например, в отношении удобства ношения или разрывности.
В частности, для впитывающих одноразовых изделий в последнее время наметился тренд к уменьшению толщины изделий. В этом контексте, супервпитывающие материалы (SAM) используются в увеличивающихся концентрациях, первоначально без значительных изменений принципов разработки изделий или производственных средств.
В этой связи, сначала разрешали вопросы, связанные с ограничениями в отношении свойств супервпитывающих материалов, что, например, описано в международной публикации WO 95/26209 (P&G, Goldman), и стали широко распространять продукты с максимальной концентрацией вплоть до около 60% масс. частиц SAM, хотя и не стандарт для детских памперсов. Такие структуры позволяют осуществлять производство на существующем оборудовании по изготовлению памперсов, где SAM и целлюлозные волокна смешивают поточным способом, то есть частицы SAM для технологической установки обеспечивают в насыпной рыхлой форме и смешивают с целлюлозой, превращенной в волокнистую массу. Затем формируют впитывающий срединный слой и сразу соединяют с деталями каркаса, такими как лист верхнего слоя и лист подложки, для изготовления готового памперса.
Доведение минимизации целлюлозных волокон до крайней степени привело к технологии "без использования воздушного войлока", где, по меньшей мере, элемент хранения жидкости во впитывающем изделии по существу не содержит целлюлозные волокна. Это описано, например, в заявках на патент EP725613А1, EP725615A1, EP725616A1, ЕР724418А1 (автор всех из них K-C, Tanzer); EP1621165A1, EP1621166A1 (P&G, Blessing); в международной публикации WO 2012/048878A1 (Romanova BvBA Starter, van de Maele), каждая из которых раскрывает кармановидные структуры с супервпитывающими частицами, уложенными слоями между полотнами. Для обеспечения соответствия требованиям по производственной практике и по применению частицы SAM иммобилизуют путем размещения их в "карманные структуры", необязательно с применением клея. Однако такие структуры имеют некоторые недостатки. Поэтому они требуют особых и иногда непростых технологических мер для обеспечения соответствия современным требованиям высокопроизводительной переработки. Кроме того, они требуют особых мер в отношении управления жидкостью, поскольку такие супервпитывающие структуры высокой концентрации ограничены в отношении своей способности распределять жидкость. Также необходимо предпринимать меры касательно иммобилизации супервпитывающих частиц как в их сухом, так и в их влажном состоянии. Кроме того, также, такие структуры могут демонстрировать проявляющееся в твердости свойство на ощупь для потребителя, поскольку материал в виде частиц может способствовать тому, и могут называться "наждачной бумагой" и
тому подобным.
В области материалов, уложенных воздухом, следуют еще одному дополнительному подходу в отношении улучшения впитывающей способности. Такие материалы также хорошо известны в данной области и широко представлены в продаже. Они также содержат целлюлозные волокна и часто SAM. Однако такие материалы обычно производят "автономно" и отгружают в виде композиционного материала в устройство для переработки, которое может формировать впитывающие изделия, но и другие впитывающие продукты, такие как прокладки лотков для пищевых продуктов.
Материалы, уложенные в воздушном потоке, могут - и часто так оно и есть - содержать связующие вещества для усиления механической стабильности и иммобилизации SAM, по меньшей мере, в сухом состоянии, зачастую и во влажном состоянии. Обычно материалы, уложенные в воздушном потоке, проявляют очень хорошие мягкость и свойство на ощупь. В заявке на патент EP1032342А1 (Максимов) описаны структуры, которые могут содержать вплоть до 70% супервпитывающего материала в виде частиц (SAM), где остальное составляют целлюлозные волокна. Описывают связывание такой структуры, которое в значительной мере должно происходить в результате лишь "скрепления сплавлением" целлюлозных волокон под действием остаточной влаги волокон и высокого давления сжатия.
В международной публикации WO99/49826 описан 'С'-сложенный наслоенный впитывающий срединный слой, где впитывающий слой размещен между верхним и нижним слоями. Эти последние слои могут содержать латекс в качестве соединяющего агента. Хотя впитывающий слой может показывать концентрации SAM вплоть до 95% по массе, общий впитывающий срединный слой имеет концентрации SAM ниже 70% по массе.
В заявке на патент EP1721036А1 (Glatfelter, Hansen) описано изготовление волокнистых полотен с низкой пыльностью и с хорошей способностью к управлению жидкостью и хорошей механической прочностью. В этой связи смесь частиц SAM и целлюлозных волокон может быть распылена на обе стороны в форме латексной дисперсии с высоким содержанием влаги. Для тиснения и сушки, необязательно объединенных с вакуумным всасыванием для контролируемого проникновения латексной дисперсии или, по меньшей мере, ее
водной фазы, описаны три механизма соединения, которые могут иметь место: во-первых, "самоскрепление", представляющее собой соединение под действием давления благодаря природной влаге волокон. Во-вторых, наружные участки полотна, подвергнутые воздействию латексной смолы, соединяются при отверждении латекса. В-третьих, проникновение влаги в полотно дополнительно способствует соединению в результате образования водородных связей. Поскольку механизм соединения обусловлен связями волокно-волокно, то такой подход, сходный с технологией, которая описана в EP'342 (Максимов), ограничен максимальной концентрацией частиц SAM, составляющей около 70%.
Несмотря на все эти подходы, по-прежнему существует потребность в предоставлении впитывающей структуры, которая обеспечит высокую впитывающую способность в результате демонстрации высоких концентраций SAM, превышающих 70%, и которая проявит хорошие свойства управления жидкостью и также хорошие тактильные свойства. Также существует потребность в предоставлении таких материалов для включения в одноразовые впитывающие продукты.
Кроме того, еще существует потребность в простом и надежном способе изготовления таких структур, который также может быть осуществлен для автономного изготовления структур, уложенных в воздушном потоке.
Краткое изложение сущности изобретения
В первом аспекте настоящее изобретение представляет собой впитывающее жидкость слоистое полотно, показывающее в прямоугольной системе координат практически бесконечную (размер в х-направлении) длину вдоль машинного направления процесса изготовления, дополнительно некоторую толщину или размер в z-направлении и некоторую ширину (размер в y-направлении). Впитывающее полотно содержит материалы, образующие слоистую структуру:
- первый и второй внешний слой в виде сформированного in-situ или предварительно сформированного полотна,
предпочтительно содержащего целлюлозные волокна;
- супервпитывающий материал (SAM), находящийся между внешними слоями, предпочтительно состоящий из частиц SAM;
- отдельно взятые волокна, выполненные с возможностью обеспечения вкрапления/вплетения между частицами SAM, предпочтительно включающие целлюлозные волокна;
- самосшивающееся латексное связующее.
Самосшивающийся латекс может присутствовать, по меньшей мере, в одном из слоев, выбранных из первого и второго внешнего слоя, и в смеси частиц SAM и волокон между первым и вторым слоями.
Материалы, образующие слоистые структуры, присутствуют во впитывающем полотне в следующей композиции, которая является в значительной мере однородной в х-направлении и в y-направлении полотна:
- SAM в количестве от около 70% до около 90%;
- волокна, рассеянные между частицами SAM, в количестве от около 5% до 25%;
- первый внешний слой от около 2% до около 15%;
- второй внешний слой от около 2% до около 15%;
- самосшивающееся латексное связующее в количестве от около 1% до около 5%,
где все % масс. даны в расчете на сумму масс материалов, образующих слоистую структуру.
В предпочтительном осуществлении впитывающее жидкость полотно демонстрирует, по меньшей мере, одно, выбранное из следующего:
- SAM в количестве от около 80% до около 90%;
- волокна, вкрапленные/вплетенные между частицами SAM, в количестве от около 8% до 15%;
- первый внешний слой от около 2% до около 10%;
- второй внешний слой от около 2% до около 10%;
- самосшивающееся латексное связующее в количестве от около 2% до около 4%.
Предпочтительно, самосшивающееся латексное связующее представляет собой сополимер винилацетата-этилена.
Предпочтительно, полотно содержит менее около 5%, предпочтительно менее около 1%, более предпочтительно менее около 0,1% другого связующего вещества в расчете на количество SAM, волокон и связующего вещества.
Предпочтительно, впитывающее слоистое полотно демонстрирует, по меньшей мере, одно из следующего:
- удерживающую способность в испытании впитывающего полотна в центрифуге, которая составляет, по меньшей мере, 23 г/г, предпочтительно более 24 г/г, более предпочтительно более 25 г/г, в соответствии со способом, который описан в этом документе;
- удерживающую способность в испытании впитывающего полотна в центрифуге, которая составляет, по меньшей мере, 85%, предпочтительно более 90%, более предпочтительно более 93% удерживающей способности в испытании SAM в центрифуге;
2
- отношение жесткости к емкости, которое определяют из отношения жесткости материала полотна к поверхностной удельной емкости, которое описано в данном документе, имеющее значение менее 5,0, предпочтительно менее 3,0, более предпочтительно менее 2,5 и наиболее предпочтительно менее 2,0, где все значения даны в единицах (мН·см)/(л/м).
Одноразовое впитывающее изделие может содержать такое впитывающее полотно, находящееся между листом верхнего слоя, листом подложки. Промежуточный слой может быть размещен между впитывающим полотном и листом верхнего слоя.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение представляет собой способ изготовления впитывающего жидкость полотна, показывающего в прямоугольной системе координат практически бесконечную (размер в х-направлении) длину вдоль машинного направления процесса изготовления, дополнительно некоторую толщину или размер в z-направлении и некоторую ширину (размер в y-направлении).
Способ включает в себя следующие стадии:
обеспечение
- первого и второго внешних слоев в виде сформированного in-situ или предварительно сформированного полотна,
предпочтительно содержащего целлюлозные волокна;
- супервпитывающего материала (SAM),
предпочтительно состоящего из частиц SAM;
- отдельно взятых волокон,
предпочтительно целлюлозных волокон;
- самосшивающегося латексного связующего;
получение смеси частиц SAM и по существу отдельно взятых волокон,
при концентрации SAM, по меньшей мере, 70% в расчете на общую массу SAM и волокон в смеси;
2
формирование слоистой структуры путем прокладывания смеси между первым и вторым внешними слоями с практически постоянными толщиной, базисной массой (массой 1 м) и концентрацией в направлении (х-)-длины и (y-)-ширины полотна;
нанесение самосшивающегося латексного связующего, по меньшей мере, на одну из внешних поверхностей внешних слоев;
предпочтительно в количестве, по меньшей мере, 1%, более предпочтительно более 2% и предпочтительно в количестве не более 5%, более предпочтительно не более 4%
в расчете на сухое количество латексного связующего во впитывающем полотне;
термическую обработку слоистой структуры для снижения содержания влаги и инициирования сшивания самосшивающегося латексного связующего;
уплотнение слоистой структуры в одну или более стадию(ий) сжатия;
необязательное применение аксиального (в z-направлении) вакуумного всасывания через слоистую структуру.
Предпочтительно, максимальное давление технологической линии на любой одной или более стадий сжатия имеет величину менее около 60 Н/мм, предпочтительно менее около 30 Н/мм. Предпочтительно, по меньшей мере, одну из стадий сжатия проводят при давлении в технологической линии более около 10 Н/мм, предпочтительно более 15 Н/мм. Самосшивающееся латексное связующее может быть нанесено в форме водного раствора или водной дисперсии, предпочтительно при содержании самосшивающегося латексного связующего более 5%, предпочтительно более около 10%, предпочтительно менее около 30%, предпочтительно менее около 25%, более предпочтительно менее около 20%, где каждое содержание дано в расчете на сухое вещество латексного связующего вещества в растворе или дисперсии.
Предпочтительно термическую обработку слоистой структуры проводят при температуре от 130ºС до 180ºС, предпочтительно от 130ºС до 150ºС. Предпочтительно, термическую обработку проводят до тех пор, пока конечное общее содержание влаги во впитывающем полотне не станет менее 15%, предпочтительно менее 10%, более предпочтительно менее 6%.
Краткое описание чертежа
Фиг. 1 показывает схематически типичную технологическую установку для изготовления впитывающего жидкость слоистого полотна в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание изобретения
Теперь будут подробно рассмотрены варианты осуществления изобретения, которые предназначаются для иллюстрации настоящего изобретения посредством разъяснения, но которые необязательно рассматриваются в качестве ограничения изобретения. Например, признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы с другим вариантом осуществления, что дает в результате опять же третий вариант осуществления. Предполагается, что настоящее изобретение включает эти и другие модификации и вариации.
Если не задано иначе, все процентные содержания выражены как "% массовые".
В первом аспекте настоящее изобретение представляет собой впитывающее жидкость слоистое полотно.
Термин "полотно" или "материал полотна" относится к по существу бесконечному материалу в одном направлении, то есть к материалу с продольным растяжением, или растяжением в длину, или в х-направлении в системе прямоугольных координат относительно материала полотна. Включенной в этот термин является по существу неограниченная последовательность кусков, отрезанных или иным образом отделенных от по существу бесконечного материала. Обычно материалы полотна будут иметь размер по толщине (то есть в z-направлении), который значительно меньше, чем продольное растяжение (то есть в х-направлении). Обычно, ширина материалов полотна (в y-направлении) будет значительно больше, чем толщина, но меньше, чем длина. Зачастую, хотя и необязательно, толщина и ширина таких материалов являются по существу постоянными величинами по длине полотна. Не имея намерения вводить какое-либо ограничение, полагают, что такие материалы полотна могут представлять собой целлюлозно-волоконные материалы, ткани, тканые или нетканые материалы и тому подобное. Обычно, хотя и необязательно, материалы полотна поставляют в форме рулона, или на бобинах, или в сложенном состоянии в ящиках. Отдельные поставки затем могут быть соединены вместе с получением по существу бесконечного полотна. Материал полотна может состоять из нескольких материалов полотна, как, например, многослойные нетканые материалы, ткани с покрытием, слоистые материалы на основе нетканого материала/пленки. Материалы полотна могут включать другие материалы/вещества, такие как добавленное связующее вещество, частицы, в частности, супервпитывающие частицы, гидрофилизующие агенты и тому подобное.
Если полотно содержит волокна, то они обычно соединены друг с другом или с другими компонентами полотна, как например, других полотен, таких как пленки или волокнистые полотна, демонстрирующие достаточную прочность. Имеются в распоряжении многие подходящие механизмы соединения, такие как термическое соединение или соединение сплавлением в расплаве, в том числе соединение под действием ультразвука, или нанесение клеящего состава.
Полотна могут быть предварительно изготовлены по отдельности и могут храниться и/или транспортироваться перед их последующей переработкой. Альтернативно, полотна могут быть сформированы in-situ, то есть во время процесса превращения с изготовлением продуктов или полупродуктов в результате объединения таких полотен с другими полотнами и/или другими материалами. Полотно может содержать несколько слоев, каждый или один из которых может быть предварительно изготовлен или сформирован in-situ или один из которых может содержать предварительно изготовленное полотно, к которому добавлены другие материалы, необязательно формирующие полотно.
Если полотно изготовлено предварительно, то необходимо, чтобы оно выдерживало нормальные технологические напряжения, как, например, те, которые возникают во время стадий обработки, хранения или транспортировки и перегрузки, и поэтому предварительно изготовленные полотна обычно являются предварительно скрепленными.
В рамках контекста настоящего описания термин "впитывающий/поглощающий" и родственные термины относятся к способности материала принимать жидкости и удерживать такие жидкости при некоторых условиях. Так, материал, такой как целлюлозное полотно, может поглощать водные жидкости, по сути, по двум механизмам, а именно, путем удерживания некоторой части воды в волокнистой структуре и путем удерживания жидкостей и возможно других веществ, диспергированных в жидкости, в промежуточных пустотах между волокнами. В соответствии с этим термин "супервпитывающий материал" или "SAM", также называемый "суперпоглотителем", "впитывающим гелеобразующим материалом" или "AGM", "впитывающим полимерным материалом", означает частично сшитые полимерные материалы, которые могут поглощать воду во время их набухания с образованием геля. Обычно, они могут поглощать массу, по меньшей мере, в 10 раз превышающую их собственную массу, часто более чем в 20 раз или еще более чем в 30 раз превышающую их собственную массу, в том случае, когда определение проводят согласно методике определения удерживающей способности в испытании впитывающего полотна в центрифуге, которая описана более подробно в этом документе ниже. Жидкости, которые могут быть надлежаще поглощены при применении настоящего изобретения, как правило, представляют собой водные жидкости, такие как выделяемые человеческим организмом экссудаты, такие как моча, менструальные выделения, фекалии низкой вязкости, кровь и так далее. Такие жидкости могут выходить через телесные отверстия живых людей, соответственно, животных, но также могут подтекать или течь из ран или из пищевых продуктов, таких как мясо или фрукты. Впитывающее жидкость полотно согласно настоящему изобретению находится в форме однородного в x-y-направлении слоистого материала, то есть композиция не варьируется целенаправленно, если не считать обычные технологические флуктуации или краевые эффекты.
В рамках контекста настоящего описания термин "слоистый материал/слоистая структура" относится к структуре полотна, по меньшей мере, с тремя слоями, тонкими пластинами или пластами, которые расположены смежным образом в z-направлении напротив друг друга, так что первая и противоположная вторая поверхность центрального слоя контактируют с обращенными вовнутрь поверхностями соответственных внешних слоев.
Настоящее изобретение в особенности применимо к слоистым полотнам, которые являются по существу однородными в их x-y-направлении.
В рамках контекста настоящего описания, центральный слой содержит SAM, предпочтительно частицы SAM, и фактически отдельно взятые волокна, предпочтительно целлюлозные волокна, и формируется in-situ во время изготовления согласно настоящему изобретению, что будет рассмотрено более подробно в данном документе ниже.
Хотя супервпитывающие материалы могут иметь различные формы и виды, такие как неправильные или сферические частицы, хлопья, волокна или губкообразные структуры, чаще всего они используются в виде гранул неправильной формы, имеющих средний размер частиц от 10 мкм до 1000 мкм, где предпочтительно менее 5% частиц имеют размер 5 мкм и предпочтительно менее 5% частиц имеют размер частиц более 1200 мкм.
-7
3
Было обнаружено, что для впитывающих полотен согласно настоящему изобретению благотворно использовать состоящий из частиц SAM. Предпочтительно, SAM проявляет хорошие впитывающие свойства, соответствующие более около 20 г/г, предпочтительно более около 25 г/г, более предпочтительно более 30 г/г, что определяют методом оценивания удерживающей способности в испытании впитывающего полотна в центрифуге согласно общеизвестному методу EDANA 441.2-02, соответственно, WSP241.2 (SAM-CRC). Не желая быть связанными какой-либо теорией, полагают, что такой материал, даже в набухшем состоянии, то есть, когда жидкость впиталась, практически не препятствует движению потока жидкости через материал, в особенности в том случае, когда проницаемость, которая выражена через проводимость солевого потока впитывающего полимерного материала, превышает 10, 20, 30 или 40 SFC-единиц, где 1 SFC-единица равна 1×10 (см×сек)/г. Проводимость солевого потока представляет собой параметр, широко известный в данной области, и его следует измерять в соответствии с испытанием, раскрытым в европейском патенте EP0752892 B (Goldman et al; P&G). Такие материалы имеются в продаже, как, например, в Evonik Stockhausen GmbH, Германия, BASF SE, Германия, или в Nippon Shokubai KK, Япония. Конкретный подходящий материал представляет собой EK-X EN52 от компании Ekotec Industrietechnik GmbH, Германия.
Центральный слой дополнительно содержит волокнистый материал. Как правило, выбор полезных волокон не является критичным, если волокна не оказывают отрицательного влияния на упаковку молекул SAM. Могут быть применены обычные синтетические волокна, широко известные в данной области, а также различные натуральные материалы на основе волокон, как, например, изготовленные из вискозы/искусственного шелка. Также могут быть применены смеси и составы из различных типов волокна. Предпочтительно, волокна не ограничиваются набуханием SAM и как таковые не проявляют клеевые свойства, в частности, во влажном состоянии.
Хотя это может не быть предпочтительным с точки зрения эксплуатации и/или затрат, однако, могут быть применены специальная обработка волокна, такая как фибриллирование, или использование большой площади поверхности или нановолокон.
2
2
2
2
2
2
Такие волокна с большой площадью поверхности включают стеклянные микроволокна, такие как, например, стеклянная вата, имеющаяся в продаже в Evanite Fiber Corp. (Corvallis, OR), которые обычно имеют диаметры волокон не более около 0,8 мкм, чаще от около 0,1 мкм до около 0,7 мкм. Эти микроволокна будут иметь значения площади поверхности, равные, по меньшей мере, около 2 м/г, предпочтительно, по меньшей мере, около 3 м/г. Обычно, площадь поверхности стеклянных микроволокон будет составлять от около 2 м/г до около 15 м/г. Репрезентативные стеклянные микроволокна для использования в данном документе представляют собой стеклянные микроволокна, имеющиеся в продаже в Evanite Fiber Corp., типа стеклянных волокон 104, которые имеют номинальный диаметр волокна около 0,5 мкм. Эти стеклянные микроволокна имеют расчетную площадь поверхности около 3,1 м/г. Другим типом волокон с большой площадью поверхности являются фибриллированные целлюлозные ацетатные волокна. Эти волокна (также называемые "фиброй") имеют большие площади поверхности относительно целлюлозных волокон, обычно применяемых в области впитывающих изделий. Такая фибра имеет участки с очень небольшими диаметрами, так что размер их частиц обычно имеет величину от около 0,5 до около 5 мкм. Эта фибра обычно имеет площадь поверхности около 20 м/г.
В конкретном осуществлении волокнистый материал содержит преимущественно (то есть, с содержанием более 50%) или даже по существу состоит из обычной целлюлозы, широко применяемой в производстве санитарно-гигиенической продукции. Предпочтительно ее изготавливают сульфатным способом варки целлюлозы (Крафт-процесс) без использования элементарного хлора. Предпочтительными древесными породами являются южная сосна или шотландская сосна. Обычно, средневзвешенная по длине длина волокна составляет более около 2 мм, но менее около 3,5 мм, и средневзвешенная по массе длина составляет от 3 до 4 мм. Обычно содержание влаги, также называемое остаточным и природным содержанием влаги такого материала из древесной целлюлозы, составляет от 6% до 10%. Целлюлозные волокна могут быть обработаны разрыхляющими агентами, как, например, теми, которые широко известны в данной области. Обычно целлюлозу поставляют в форме уплотненных рулонов, которые расщеплены на отдельно взятые волокна с помощью молотковых мельниц или подобных установок.
Особенно подходящим материалом является распушенная целлюлоза, уложенная в воздушном потоке Golden Isles EG-100 (сорт 4881), имеющаяся в продаже в Georgia-Pacific, USA, со стандартизированным остаточным содержанием влаги 8%. SAM и отдельно взятые волокна смешивают вместе с получением центрального слоя. Этого смешения можно добиться с помощью любого обычно применяемого средства, которое надежно обеспечивает хорошее распределение SAM и волокон, как, например, с помощью широко известной технологии M&J Fibertech A/S, Дания.
Центральный слой согласно настоящему изобретению содержит большие количества SAM, по меньшей мере, более около 75%, более предпочтительно более 80% или еще более предпочтительно 90%, где все эти процентные содержания даны в расчете на общую массу SAM и волокон в центральном слое.
Поскольку центральный слой согласно настоящему изобретению содержит сравнительно большие количества SAM, то полагают, что волокна не образуют волокнистую структуру с рассеянными частицами SAM, но что частицы SAM формируют состоящую из частиц матрицу с волокнами, вкрапленными в междучастичные пустоты/промежутки.
Предпочтительно, что супервпитывающий материал (SAM) может набухать по возможности неограниченно. В этом ключе, дополнительно предпочтительно, что центральный слой не содержит материалы, ограничивающие набухание, в частности, не содержит материалы на основе связующего вещества, по меньшей мере, не содержит влагостойкое связующее вещество. Если такой материал на основе связующего вещества присутствует, то он должен составлять не более около 5%, предпочтительно менее около 1% и более предпочтительно менее около 0,1% в расчете на общую массу SAM, волокон и связующего вещества в центральном слое.
Внешние слои могут представлять собой предварительно изготовленные и/или предварительно скрепленные полотна или могут быть сформированы in-situ, необязательно могут быть скреплены прежде, чем соединены с другим(и) полотном(ами), с получением слоистой структуры. В дополнение к выполнению функции технологического вспомогательного средства, основным функциональным назначением внешних слоев является усиление целостности и механических свойств слоистого полотна. Разумеется, полотна также могут вносить свой вклад в свойства полотна, касающиеся управления жидкостью, такие как обеспечение впитывающей способности или улучшение свойств распределения жидкости.
2
2
В первом осуществлении внешние слои могут быть предварительно изготовлены и могут быть поставлены для изготовления слоистого полотна в форме скрепленных полотен. Такие полотна могут содержать или даже могут в основном состоять из синтетических волокон, как, например, широко известные нетканые материалы. Не имея намерения вводить какое-либо ограничение, конкретные нетканые материалы изготавливают из полипропилена способами формования прядением из расплава, которые могут включать в себя скрепление прядением по технологии "спанбонд" (S) и/или плавление с раздувом (М) субстратов в различных комбинациях, таких как скрепленные прядением по технологии "спанбонд" полотна, SMS, SSMMSS и так далее, которые хорошо известны специалисту в данной области. Подходящие полотна также могут содержать штапельные волокна и могут быть сформированы прочесыванием или другими способами, каждый из которых широко известен в данной области. Такие полотна могут быть подходяще гидрофилизованы, необязательно необратимо/непрерывно. Подходящие полотна могут демонстрировать базисную массу менее около 30 г/м, зачастую менее 20 г/м.
2
Другие полотна могут содержать или в основном состоят из целлюлозных волокон, как, например, широко известные бумажные ткани. Конкретная подходящая ткань представляет собой бумажную ткань с базисной массой, равной 17 г/м, имеющуюся в продаже под торговым обозначением KB 1730-001 от Swedish Tissue AB, Швеция.
В дополнительном осуществлении внешние слои могут быть сформированы in-situ. Это относится к той ситуации, где волокна расположены по отдельности или даже получены на той же установке, на которой получено слоистое полотно. Сформированное in-situ полотно может быть сформовано в качестве первого слоя, на который укладывают смесь SAM/волокно. Альтернативно или дополнительно сформированное in-situ полотно может быть сформовано после укладывания смеси SAM/волокно.
В зависимости от выбора внешних слоев разграничение между ними и центральным слоем может быть выражено более или менее резко. Если, например, смесь SAM/волокно укладывают на предварительно сформированную первую ткань (затем называемую полотном "подложки") и вторую ткань (затем называемую полотном "покрытия") помещают поверх смеси, то разграничение между слоями может быть очень отчетливым.
Если смесь SAM/волокно укладывают на открытоячеистое нетканое полотно, то некоторая часть волокон или даже частиц может проникнуть в полотно, и разграничение может быть менее резким. Если смесь SAM/волокно укладывают на сформированный in-situ слой волокон аналогичного типа или если такие волокна укладывают in-situ поверх смеси, то грань может стать менее отчетливой. Однако во всех случаях существует резкое изменение свойств полотна вдоль оси z-направления, что можно обнаружить с помощью соответственных средств, таких как микрофотография, рентгеновский анализ и прочее.
Впитывающее слоистое полотно согласно настоящему изобретению дополнительно содержит латексное связующее вещество, которое широко известно в данной промышленности. В рамках контекста настоящего описания термин латексное связующее вещество относится к полимерным материалам, которые наносят на субстрат в неотвержденном состоянии, обычно в форме водной дисперсии. В ходе термической обработки субстрата происходит как сушка с удалением воды в качестве среды-носителя, так и термически индуцированное отверждение латексного связующего.
2
4
1
4
2
4
1
4
С точки зрения устранения нежелательных компонентов, таких как формальдегид, которые могут высвобождаться из некоторых составов связующего средства, предпочтительные синтетические полимеры, которые могут быть использованы в латексах связующего средства, включают полимеры или сополимеры алкилакрилатов, винилацетатов, как, например, этилен-винилацетатные сополимеры, и акриловых соединений, как, например, стирол-бутадиен-акриловый сополимер. Латексы, полезные в настоящем изобретении, могут быть приготовлены эмульсионной полимеризацией некоторых олефиновых (этилен-ненасыщенных) мономеров. Эта эмульсионная полимеризация может быть проведена обычными способами с использованием любого из разнообразных анионных, неионогенных, катионных, цвиттер-ионных и/или амфотерных эмульгаторов для стабилизации получающегося в результате латекса, включая алкил-сульфаты, алкиларилалкокси-сульфаты, алкиларилсульфонаты и соли щелочных металлов и/или аммониевые соли, представляющие собой алкил- и алкиларил-полигликоль-эфир-сульфаты; оксиэтилированных жирных спиртов или оксиэтилированных алкилфенолов, а также блок-сополимеров этиленоксида и пропиленоксида; катионных аддуктов первичных, вторичных или третичных жирных аминов или оксиэтилированных жирных аминов с органическими или неорганическими кислотами и четвертичных алкиламмониевых поверхностно-активных веществ; и алкиламидопропилбетаинов. Олефиновый мономер может представлять собой мономер одного типа или может представлять собой смесь различных олефиновых мономеров, то есть смесь, которая может образовать сополимерные частицы, диспергированные или эмульгированные в водной фазе. Примеры олефиновых мономеров, которые могут быть использованы в получении латексных полимеров, включают С-С алкил- и гидрокси-алкил-акрилаты, такие как акрилаты, выбранные из группы, включающей пропил-акрилат, н-бутил-акрилат, изобутил-акрилат, 2-гидроксиэтил-акрилат, 2-гидроксипропил-акрилат, этил-акрилат и их смеси. Другими примерами являются С-С алкил- или гидрокси-алкил-метакрилаты, выбранные из группы, включающей пропил-метакрилат, н-бутил-метакрилат, изобутил-метакрилат, 2-гидроксиэтил-метакрилат, 2-гидроксипропил-метакрилат, этил-метакрилат, метил-метакрилат, винил-ацетат и их смеси. Также подходящими являются смеси вышеупомянутых С-С алкил и гидрокси-алкил-акрилатов и С-С алкил- и гидрокси-алкил-метакрилатов. Особенно предпочтительным осуществлением такого латекса связующего средства является самосшивающаяся водная полимерная дисперсия сополимера винилацетата-этилена.
Подходящие латексы связующего средства могут показывать температуру стеклования более около 0ºС, но менее около 30ºС, предпочтительно от 5ºС до 15ºС. Дисперсия полимера может иметь размер частиц от 0,01 до около 10 мкм, предпочтительно от около 0,1 до 3 мкм.
Конкретным осуществлением такого материала является Vinnapas 192, имеющийся в продаже в Wacker Chemie AG, Германия.
Латексное связующее средство, по меньшей мере, наносят на слоистую структуру на внешнюю поверхность внешних слоев в форме водной неотвержденной дисперсии. Благодаря впитывающим свойствам внешних слоев водная дисперсия будет проникать внутрь внешних слоев, в результате чего диспергированный полимер может удерживаться под действием фильтрационного эффекта внешних слоев в большей степени вблизи поверхности, тогда как вода может проникать глубже в z-направлении в слоистую структуру.
При применении термической обработки, по меньшей мере, часть воды, предпочтительно всю воду в качестве среды-носителя удаляют сушкой и полимер отверждают.
Таким образом, впитывающее жидкость слоистое полотно согласно настоящему изобретению содержит следующие элементы в процентных содержаниях, полученных при расчете на общую массу впитывающего слоистого полотна:
- Центральный слой содержит, по меньшей мере, 70%, предпочтительно 75%, более предпочтительно более 80% и наиболее предпочтительно более 85% SAM, смешанного с 5-25% волокон, предпочтительно целлюлозных волокон, вкрапленных/вплетенных в матрицу SAM. Предпочтительно центральный слой содержит самое большее 5%, более предпочтительно менее 1% и наиболее предпочтительно менее 0,1% добавляемого связующего материала в расчете на количество SAM, волокон и связующего материала в центральном слое.
- Два внешних слоя, размещенных на соответственных противоположных поверхностях центрального слоя, где каждый слой берут в количестве от 2% до 15% относительно всего слоистого полотна.
- Латексное связующее, нанесенное на поверхности внешних слоев в количестве от 1% до 5%.
В предпочтительном осуществлении диапазоны процентных содержаний композиции в каждом случае могут быть сужены до следующих значений:
- SAM от около 80% до около 90%;
- волокна, вкрапленные/вплетенные в пустоты матрицы SAM, от около 8% до 15%;
- первый внешний слой от около 2% до около 10%;
- второй внешний слой от около 2% до около 10%;
- самосшивающееся латексное связующее в количестве от около 2% до около 4%.
Впитывающее жидкость слоистое полотно согласно настоящему изобретению проявляет особые свойства.
Важным свойством впитывающих полотен является впитывающая способность, которая может быть подходящим образом определена по удерживающей способности в испытании полотна в центрифуге (w-CRC), например, которую определяют с применением метода EDANA 441.2-02, соответственно, WSP241.2 (2005), модифицированного в том, что период времени испытания капелью в течение 10 минут вводят после 30-минутного периода времени погружения и с продлением периода времени центрифугирования до 5 минут. Предпочтительно впитывающее слоистое полотно согласно настоящему изобретению показывает значение w-CRC, по меньшей мере, 23 г/г, более предпочтительно более 24 г/г и еще более предпочтительно более около 25 г/г.
Предпочтительно, формирование слоистой структуры не ограничивает набухание SAM. Это можно выявить при сравнении значения SAM-CRC для чистого SAM со значением w-CRC для впитывающего слоистого полотна. Так, предпочтительно слоистое полотно показывает значение w-CRC, которое составляет, по меньшей мере, 80%, предпочтительно более 90% значения SAM-CRC для чистого SAM, помноженного на процентное содержание SAM в слоистом полотне.
2
2
2
В частности, что касается современных разработок впитывающих изделий, то толщина впитывающего полотна относительно его емкости представляет собой важное свойство, которое может быть выражено посредством поверхностной удельной емкости (л/м), которая может быть определена в результате измерения значения w-CRC и умножения его на базисную массу слоистого полотна, которая может быть определена в соответствии с методом EDANA 40.3, соответственно, WSP 130.1. В соответствии с тем, поверхностная удельная емкость слоистого полотна согласно настоящему изобретению может составлять вплоть до 10 л/м или еще более, как, например, 12 л/м или более.
Другим важным свойством слоистого полотна является прочность всего полотна, что направлено на обеспечение выдерживания механического напряжения во время обработки и при использовании. Предпочтительно, слоистое полотно согласно настоящему изобретению демонстрирует прочность при растяжении, по меньшей мере, 10 Н/50 мм, предпочтительно более 20 Н/50 мм или даже значительно больше 40 Н/50 мм, которую можно определить методом EDANA 20.2, соответственно, WSP 110.4.
2
Однако высокие процентное содержание SAM и механическая прочность не должны отрицательным образом влиять на осязательные свойства материала. Тогда как это составляет многоаспектную область, первый подход к оцениванию мягкости слоистого полотна относится к определению жесткости при изгибе в соответствии с методом EDANA 50.5, соответственно, WSP 90.5 и к отнесению этого результата к поверхностной удельной емкости (см. выше). Предпочтительно, впитывающее слоистое полотно согласно настоящему изобретению показывает отношение-жесткость-удерживание менее 5,0, предпочтительно менее 3,0, более предпочтительно менее 2,5 и наиболее предпочтительно менее 2,0, где все значения даны в единицах (мН·см)/(л/м).
Еще одним дополнительным подходом к определению осязательных свойств является использование так называемого испытания на приборе для определения "грифа и туше", согласно методу EDANA WSP 90.3.0, измененному таким образом, что оценивают образцы размером 40×160 мм и устанавливают ширину прорези на 20 мм. Подходящие слоистые полотна демонстрируют результаты со значениями менее 5 Н/200 мм, предпочтительно менее около 3 Н/200 мм.
Еще одно дополнительное свойство слоистого полотна относится к иммобилизации SAM, в особенности, в форме частиц. Предпочтительно, SAM остается иммобилизованным во время обработки, транспортировки и использования, то есть, как в сухих, так и во влажных условиях. Полотно согласно настоящему изобретению позволяет получить хорошую иммобилизацию посредством разнообразных эффектов:
Во-первых, латексное связующее, которое наносят на внешние слои, обеспечивает, по меньшей мере, скрепление внешних слоев. Однако, по меньшей мере, некоторая часть латексного связующего будет проникать глубже в направлении к центральному слою. Глубина проникновения может быть скорректирована различными способами, включая корректировку концентрации латексного связующего в дисперсии, которую используют для нанесения, относительно толщины и базисной массы внешних слоев.
Далее, при прикладывании даже умеренного давления сжатия, что будет рассмотрено более подробно в данном документе ниже, даже низкий уровень остаточной влаги в целлюлозных волокнах может приводить к прикреплению волокон к SAM. Не желая быть связанными соответствием какой-либо теории, полагают, что образование водородных связей обеспечивает скрепление, по меньшей мере, в сухом состоянии. Следует отметить, что такое скрепление имеет другой механизм в сравнении с обычно преобладающими волоконными структурами, где образование водородных связей происходит скорее между волокнами, чем между волокнами и SAM.
В качестве третьего механизма предполагают, что количество воды из фазы дисперсии латексного связующего может быть скорректировано так, что в центральный слой проникает заданное количество воды, где она может способствовать образованию дополнительных водородных связей.
Поскольку скрепление в центральном слое, как полагают, прежде всего, основано на образовании водородных связей, то это предусматривает хорошую иммобилизацию в сухих условиях. Однако, при смачивании, такое скрепление ослабевает, и SAM может набухать свободно без ограничений. Общая целостность полотна обеспечивается внешними слоями, укрепленными латексным связующим.
Целостность слоистого полотна в сухом состоянии может быть оценена с помощью испытания на прочность слоистого материала композита EDANA WSP 401.0 (05). В ходе проведения испытания внешний слой предпочтительно отслаивается от центрального слоя, посредством чего демонстрируется прочность слоистого материала, равная, по меньшей мере, 0,5 Н/50 мм, предпочтительно более около 1,0 Н/50 мм, более предпочтительно более 1,5 Н/50 мм.
Впитывающее слоистое полотно согласно настоящему изобретению является особенно полезным в качестве впитывающего жидкость срединного слоя в одноразовых впитывающих изделиях.
Такие изделия широко известны в данной области и включают проницаемый для жидкости материал, размещенный в направлении к владельцу изделия во время использования, непроницаемый для жидкости материал, находящийся с противоположной стороны изделий и обращенный в сторону от владельца изделия во время использования. Впитывающий жидкость срединный слой помещают между этими слоями, и он может включать в себя слоистое полотно согласно настоящему изобретению. Предпочтительно изделие содержит материалы, выполненные с возможностью усилить свойства изделия, касающиеся управления жидкостью, которые размещены между впитывающим жидкость срединным слоем и листом верхнего слоя. Поскольку слоистые полотна согласно настоящему изобретению разработаны, прежде всего, для обеспечения способности к сохранению жидкости, то дополнительный материал может улучшить распределение жидкости и необязательно способность к ее промежуточному хранению.
Такие материалы хорошо известны специалисту в области разработки впитывающих изделий и были описаны, например,
- в заявке на патент EP0397110A1 (Latimer), раскрывающей уравнительно-регулирующий участок для улучшенного управления жидкостью, обладающий особыми базисной массой, периодом времени накопления и остаточным влагосодержанием;
- в патенте US4898642 (Moore et al.), который раскрывает специфически скрученные, химически упрочненные целлюлозные волокна и впитывающие структуры, изготовленные из них;
- в патентах US3575174 или US4781710, где раскрывают то, что части распределяющей жидкость структуры подвергают сжатию до получения более высокой плотности, в результате чего создают меньшие поры, которые впоследствии могут увеличиться в размере;
- в патенте US5244482 (Hassenboehler), направленном на уменьшение максимального размера пор путем вытягивания волокнистой структуры, содержащей плавкие волокна, в одном направлении и "замораживания" (фиксации) деформации путем термоотверждения.
Также, были разработаны композиционные материалы специального назначения, где целью этих разработок было обеспечение заданного размера пор и заданного распределения пор по размеру. Примеры таких улучшений описаны более подробно в патенте US5549589 (Homey et al.) или в публикации международной заявки согласно PCT WO 97/38654 (Seger et al.). И то и другое преимущественно направлено на обеспечение упругой структуры путем использования специальным образом упрочненных целлюлозных волокон, таких как сшитые целлюлозные волокна мягких пород, и путем заполнения больших пор маленькими и тонкими целлюлозными волокнами, такими как волокна эвкалипта. В обеих работах дополнительно вводят средство для обеспечения достаточной целостности и прочности структуре, в первой работе (US5549589) путем добавления термопластических волокон и частичного их плавления, во второй работе (WO 97/38654) путем добавления химического связующего. Другие подходящие материалы представляют собой композиционные материалы, уложенные в воздушном потоке.
2
Впитывающие слоистые полотна согласно настоящему изобретению, которые являются особенно полезными в качестве одноразовых впитывающих изделий, показывают значения базисной емкости более около 8 л/м, значения толщины менее 2 мм и значения грифа и туше менее 5 Н/200 мм.
Впитывающее слоистое полотно согласно настоящему изобретению может быть надлежаще изготовлено с применением методик, хорошо известных в изготовлении структур, уложенных в воздушном потоке, как, например, с использованием формующих головок M&J.
Так, производственный процесс имеет направление изготовления, совпадающее с направлением по длине впитывающего слоистого полотна и с поперечным направлением, которое соответствует ширине. Соответственно, толщина или z-направление перпендикулярна(о) тому.
Способ включает в себя несколько стадий, которые, однако, не обязательно должны проводиться в том же порядке, который описан далее:
а) Способ включает стадию обеспечения внешних слоев. Такой слой может быть предварительно сформирован и может быть предоставлен из разматываемого рулона катаного материала или из ящиков. Альтернативно, внешний слой может быть сформирован в ходе технологического процесса, аналогичного процессу формирования слоистой структуры, как, например, путем формирования слоя волокон, необязательно смеси волокон. Необязательно, такое волокнистое валяльное полотно может быть сформировано на предварительно сформированном полотне. На технологической линии полученные слои могут подвергаться скрепляющей обработке, такой как каландрование с помощью гладких или имеющих нанесенную насечку, необязательно нагреваемых валков.
b) SAM и волокнистый материал смешивают и укладывают, предпочтительно непосредственно на внешнее полотно, затем также называемое полотном подложки. Альтернативно, смесь может быть уложена первоначально на установленное вспомогательное средство, такое как общеизвестные устанавливаемые ленты или рулонные цилиндры, и затем может быть перенесена на полотно подложки или помещена непосредственно между полотном подложки и полотном покрытия. В этой связи, целлюлозные волокна могут быть измельчены с помощью обычной молотковой мельницы, другие волокна, такие как синтетические волокна, в том числе и SAM в волокнистой форме, могут быть расщеплены на отдельные волокна с помощью другого обычно применяемого средства, такого как кипоразрыхлитель или тому подобное. Если SAM предоставляют в форме частиц, то его можно дозировано и непрерывно вводить, как, например, из бункера для хранения насыпью. Предпочтительно, что как SAM, так и волокнистый материал дозировано вводят непрерывным способом.
Смешение и укладка могут быть осуществлены с помощью обычно применяемых установок для укладки воздухом, таких как широко известные формующие головки M&J, где может потребоваться приспособление техпроцесса к относительно более высоким количествам SAM, превышающим, по меньшей мере, 70% смеси SAM и волокон. Предпочтительно укладка сопровождается применением вакуум-отсоса с аксиальным потоком. Весьма предпочтительно, что процесс укладки обеспечивает равномерное и постоянное распределение SAM, в особенности в х- и y-направлении слоистой структуры.
Обычно, хотя и необязательно, внешний слой и смесь SAM и волокон укладывают так, что они являются смежными и имеют общую границу. Необязательно, внешний слой может быть растянут с удлинением в y-направлении кнаружи относительно смеси SAM и волокна.
с) Дополнительное внешнее полотно, часто называемое полотном покрытия, размещают поверх смеси SAM и волокон, посредством чего завершают формирование слоистой структуры. Хотя полотно покрытия может представлять собой предварительно сформированное полотно, предпочтительным осуществлением является то, когда слой покрытия формируют in-situ, что может быть выполнено по аналогии с разделением на отдельные волокна и укладкой волокон на стадии b). Обычно, хотя и необязательно, внешний слой и смесь SAM и волокон укладывают так, что они являются смежными и имеют общую границу. Необязательно, внешний слой может быть удлинен/растянут в y-направлении кнаружи относительно смеси SAM и волокна.
d) Способ включает в себя дополнительную, по меньшей мере, одну стадию сжатия. Сжатие относится к прессованию слоистой структуры.
d1) Первое сжатие при низком давлении может быть применено к полотну подложки, если оно, по меньшей мере, частично, сформировано in-situ (или на технологической линии) до добавления смеси SAM и волокна. Сжатие при низком давлении может быть выполнено с помощью гладких валков и может облегчить протекание дополнительных стадий технологической обработки, как, например, в результате повышения плотности и целостности или гладкости поверхности.
d2) Дополнительное сжатие при низком давлении может быть применено к SAM и волокну, смешанным непосредственно после укладки.
d3) Сжатие при умеренном давлении может быть применено к слоистой структуре с помощью гладких или имеющих нанесенную насечку уплотнительных валков.
Такое сжатие при умеренном давлении имеет целью уплотнение смеси SAM и волокна. Первым эффектом такого умеренного сжатия, как полагают, является трамбование, в силу этого преимущественно перераспределение частиц с достижением более тесного и более плотного взаимного расположения. Кроме того, полагают, что такое сжатие при умеренном давлении приводит к скреплению, как, например, в результате образования водородных связей между SAM и другими волокнами смеси, вызванного остаточной влагой в материалах.
Предпочтительно, технологическое давление на стадии сжатия при умеренном давлении находится на уровне более около 10 Н/мм, предпочтительно более около 15 Н/мм.
Предпочтительно, максимальное технологическое давление, применяемое на любой из стадий сжатия на каландровых валках, составляет менее около 60 Н/мм, предпочтительно менее около 30 Н/мм или эквивалентную величину, если применяют другие приспособления для сжатия.
Полагают, что это представляет собой другой механизм, который имеет место в смесях с более низкими концентрациями SAM, как, например, описано в патенте EP1032342 (Maksimov), где скрепление, как описано, происходит только между целлюлозными волокнами.
e) Кроме того, способ включает в себя стадии нанесения латексного связующего, по меньшей мере, на одну, предпочтительно на обе поверхности слоистой структуры. Латексные связующие, которые описаны в этом документе выше, обеспечивают в форме водной дисперсии.
Предпочтительно, их дополнительно разбавляют с тем, чтобы обеспечить дополнительную влагу, которая сможет проникать в центральный слой. Эквивалентно, дисперсии могут быть нанесены в том виде, в котором поставляются, а дополнительная влага может быть нанесена отдельно.
Способ согласно настоящему изобретению включает в себя, по меньшей мере, два нанесения латексного связующего е1) и е2), где каждое нанесение применяется для внешних поверхностей внешних слоев. Латексное связующее может быть нанесено любыми общепринятыми способами нанесения, где нанесение распылением является предпочтительным.
Предпочтительно, первое нанесение латексного связующего выполняют после того, как сформирована полная слоистая структура и подвергнута воздействию на стадии сжатия при умеренном давлении (d3). В ходе отверждения первого нанесенного латексного связующего, как, например, путем термической обработки (см. ниже), изготавливают впитывающее слоистое полотно, и затем второй латекс может быть нанесен.
Если используют два нанесения латекса, то можно использовать одинаковые или различные латексные связующие с одинаковыми или различными разбавлениями, если применимо. В конкретном осуществлении дисперсия латексного связующего содержит не более около 40%, предпочтительно менее около 20% латексного связующего в расчете на массу латекса связующего средства и воды в дисперсии.
Либо во время нанесения, либо после нанесения латексного связующего может быть применен вакуум в z-направлении (аксиально) для содействия проникновению латексного связующего в центральный слой.
f) Способ дополнительно включает в себя, по меньшей мере, одну стадию термической обработки для удаления влаги, нанесенной вместе с латексным связующим, и для отверждения латексного связующего, нанесенного на стадиях е1) и е2).
Термическая обработка может представлять собой любую общепринятую тепловую обработку, как, например, применение горячего воздуха, или тепловую обработку с пропусканием полотна через сушильные камеры или секции сушильной камеры. Альтернативные виды термической обработки могут включать обработку облучением, как, например, инфракрасным излучением или микроволновым излучением, или обработку любым другим средством для достижения отверждения латекса связующего средства.
Необязательно и зачастую предпочтительно, способ включает в себя две и более стадий термической обработки, например, каждую стадию термической обработки непосредственно после каждого нанесения латексного связующего.
Стадии термической обработки предпочтительно проводят после выполнения стадии d3) сжатия при умеренном давлении, в результате чего SAM и волокна в центральном слое находятся во взаимном расположении, характеризующемся контактом, и осуществляется дополнительное сцепление или прикрепление между SAM и волокнами.
Дополнительная термическая обработка может быть применена для дальнейшей корректировки содержания влаги в полотне, то есть для удаления большей части, предпочтительно всей воды, добавленной вместе с латексным связующим.
Термическую обработку предпочтительно проводят при температурах, обеспечивающих эффективное отверждение латексного связующего и сушку полотна без негативного влияния на другие свойства полотна, как, например, без обесцвечивания/изменения цвета целлюлозных волокон или плавления синтетических волокон, если таковые присутствуют. Следовательно, предпочтительно осуществлять термическую обработку при температурах выше 100ºС, предпочтительно выше 120ºС, но предпочтительно ниже 200ºС, более предпочтительно ниже 180ºС и наиболее предпочтительно при температурах выше 140ºС.
Способ может дополнительно включать стадии окончательной обработки материала, как, например, без ограничения, нарезание, намотку, наматывание на бобину, сушку в фестонной сушилке и тому подобное, каждая из которых хорошо известна специалисту в данной области.
Примеры
После того как описаны и впитывающие слоистые полотна и способы изготовления таких полотен, далее дано описание в качестве примера выполнения конкретных вариантов осуществления и получающихся в результате впитывающих слоистых полотен. Специалист сможет легко реализовать различные возможности корректировки технологических установочных параметров с тем, чтобы получить материал с варьирующимися композициями и свойствами.
Пример 1:
Обращаясь к фиг. 1, можно увидеть, что схематично отображена установка по изготовлению методом укладки в воздушном потоке 1000, где демонстрируется технологическая ширина материала 2,7 м. Направление производства 1010 соответствует направлению по длине материала.
2
На стойке для разматывания рулонов 1100 обеспечивают обычную бумажную ткань 1150 с базисной массой, равной 17 г/м, имеющуюся в продаже под обозначением KB1730-001 в Swedish Tissue AB (Швеция), и направляют в секцию формирования 1200, где ее помещают на формующую проволоку (не показана), покрывающую камеру вакуум-отсоса 1210. Ткань проходит со скоростью установки 31 м/мин.
Секция формирования 1200 включает три формующие головки, соответственно, 1220, 1230 и 1240, где первая формующая головка 1220 не используется в настоящем примере.
Первую целлюлозную массу 1235, здесь распушенную целлюлозу, уложенную в воздушном потоке, Golden Isles EG-100 (сорт 4881), имеющуюся в продаже в Georgia-Pacific, USA, расщепленную на отдельные волокна с помощью молотковой мельницы (не показано), и состоящий из частиц SAM 1236, здесь EK-X EN52 от компании EKOTEC Industrietechnik (Германия), дозировано вводят в количестве 90 кг/час (целлюлозная масса) и 1600 кг/час (SAM) в формующую головку 1230. Материалы смешиваются до однородного состояния и равномерно наносятся как в продольном направлении (MD), так и в поперечном направлении (CD) на ткань под действием силы тяжести, поддерживаемой вакуумом камеры вакуум-отсоса 1210, что дает в результате относительно неплотную валяную ткань 1238, представляющую собой состоящий из частиц материал SAM с целлюлозными волокнами, вкрапленными/вплетенными в ткань.
Второй слой целлюлозной ваты, здесь представляющий собой тип, аналогичный первому слою, и также расщепленный на отдельные волокна с помощью молотковой мельницы (не показано), дозировано вводят в третью формующую головку 1240 с расходом 90 кг/час.
Первый гладкий уплотнительный валок 1310 сообщает давление в 1,5 бара, при котором полотно слегка уплотняется, и прочность увеличивается, что облегчает дальнейшие манипуляции.
Перемещение полотна предусматривает наличие секции 1280, такой как дополнительная вакуумная камера, которая перемещает полотно в секцию уплотнения 1300, здесь показанную в виде валка для нанесения узора 1330, действующего с преодолением сопротивления гладкого валка 1340, где сообщается рабочее давление сжатия 20 Н/мм, в результате чего создается внутреннее сцепление и повышается прочность при растяжении.
Первое латексное связующее наносят в первой секции нанесения латексного связующего 1400. С этой целью латексное связующее, здесь Vinnapas 192, имеющееся в продаже в Wacker Chemie AG (Германия), разбавляют от 52%-ного содержания сухого вещества до около 16%-ного содержания сухого вещества и распыляют в форме дисперсии латексного связующего 1410 с расходом 200 л/час равномерно поверх поверхности полотна. С помощью дополнительной камеры вакуум-отсоса 1420 создают умеренный вакуум.
Полотно направляют в первую секцию 1510, представляющую собой сушильную камеру 1500, работающую при температуре 140ºС, где отводится влага.
Дополнительная секция каландрования 1350 не используется в настоящем примере, за исключением переворачивания материала таким образом, что поверхность ткани после этого оказывается обращенной вверх.
Второе латексное связующее наносят во второй секции нанесения латексного связующего 1450 на тканевую сторону полотна. В этой связи латексное связующее, здесь представляющее собой тип, аналогичный первому латексному связующему и разбавленный с получением дисперсии латексного связующего 1460, равномерно наносят при расходе 150 л/час. С помощью дополнительной камеры вакуум-отсоса 1470 создают умеренный вакуум.
Полотно направляют во вторую секцию 1520, представляющую собой сушильную камеру 1500, работающую при температуре 140ºС, где отводится влага и отверждается латексное связующее.
Полотно направляют в третью секцию 1530, представляющую собой сушильную камеру 1500, работающую при температуре 140ºС, где отводится дополнительная влага и достигается конечное содержание влаги в полотне от около 4% до 6%. Затем конечный впитывающий слоистый материал 1650 может быть направлен на намоточную машину 1600 и/или подвергнут дополнительной обработке, такой как нарезание, компоновка блоками или сушка в фестонной сушилке (все упомянутые позиции не показаны).
Получающееся в результате полотно показывает композицию, включающую:
9,4% целлюлозной массы;
83,4% SAM;
4,3% ткани;
1,6% латексного связующего для первого нанесения на чистую поверхность целлюлозной массы;
1,3% латексного связующего для второго нанесения.
Получающееся в результате полотно демонстрирует следующие свойства:
2
базисную массу: 380 г/м (EDANA 40.3/WSP 130.1);
толщину (после нарезания): 0,95 мм (EDANA 30.5/WSP 120.6);
натяжение в продольном направлении (MD): 28 Н/50 мм (EDANA 20.2/WSP 110.4);
поглощение: 41 г/г (EDANA 10.4.02, изменен период времени испытания на 10 минут; 0,9% NaCl);
2
поглощение: 16 л/м (EDANA 10.4.02/ WSP 10.1, изменен период времени испытания на 10 минут; 0,9% NaCl);
удерживающую способность в испытании полотна в центрифуге (w-CRC): 26 г/г (EDANA 441.2-02/WSP 241.2; чайный пакетик, изменен период времени выдержки на 10 минут и период времени обработки в центрифуге на 5 минут);
2
поверхностную удельную емкость (удерживающую способность): 10 л/м (вычисления выполнены, исходя из значений w-CRC и базисной массы);
жесткость в продольном направлении: 24 мН*см (EDANA 50.5/WSP 90.5);
отношение жесткости материала полотна к поверхностной удельной емкости: 2,4 (вычисления выполнены, исходя из жесткости в продольном направлении и поверхностной удельной емкости);
значения грифа и туше: продольное направление (MD): 2,8 Н/200 мм; поперечное направление (CD): 3,0 Н/200 мм (метод EDANA WSP 90.3.0, измененный таким образом, что оценивают образцы размером 40×160 мм и устанавливают ширину прорези на 20 мм);
прочность слоистого материала: 1,55 Н/50 мм (испытание на прочность слоистого композиционного материала EDANA WSP 401.0 (05)).
Пример 2
2
Во втором примере применяют такое же оборудование и используют аналогичный материал за исключением того, что бумажную ткань заменяют на гидрофильный нетканый материал 22 г/м из волокон PP кардного прочеса, который поставляет компания Sandler AG, Германия.
Далее первую целлюлозную массу 1235 вводят дозировано при расходе 90 кг/час, а состоящий из частиц SAM 1236 вводят при расходе 1500 кг/час, тогда как расход при введении второго целлюлозного волокна 1245 поддерживают на уровне 90 кг/час.
Аналогичную дисперсию латексного связующего наносят при расходе 200 л/час как в случае первого, так и второго нанесения.
Получающееся в результате полотно имеет следующую композицию, включающую:
9,4% целлюлозной массы;
78,4% SAM;
8,8% нетканого материала из волокон кардного прочеса;
1,7% латексного связующего для первого нанесения на чистую поверхность целлюлозной массы;
1,7% латексного связующего для второго нанесения на поверхность полотна нетканого материала.
Получающееся в результате полотно демонстрирует следующие свойства:
2
базисную массу: 240 г/м (EDANA 40.3/WSP 130.1);
толщину (после нарезания): 0,95 мм (EDANA 30.5/WSP 120.6);
натяжение в продольном направлении (MD): 40 Н/50 мм (EDANA 20.2/WSP 110.4);
поглощение: 44 г/г (EDANA 10.4.02, изменен период времени испытания на 10 минут; 0,9% NaCl);
2
поглощение: 11 л/м (EDANA 10.4.02/WSP 10.1, изменен период времени испытания на 10 минут; 0,9% NaCl);
удерживающую способность в испытании полотна в центрифуге (w-CRC): 25 г/г (EDANA 441.2-02/WSP 241.2; чайный пакетик, изменен период времени выдержки на 10 минут и период времени обработки в центрифуге на 5 минут);
2
поверхностную удельную емкость (удерживающую способность): 6 л/м (вычисления выполнены, исходя из значений w-CRC и базисной массы);
жесткость в продольном направлении: 11 мН*см (EDANA 50.5/WSP 90.5);
отношение жесткости материала полотна к поверхностной удельной емкости: 4,75 (вычисления выполнены, исходя из жесткости в продольном направлении и поверхностной удельной емкости);
прочность слоистого материала: 0,8 Н/50 мм (испытание на прочность слоистого композиционного материала EDANA WSP 401.0 (05)).
Сравнительный пример
На той же самой технологической линии, которая описана в примере 1, получают сравнительное впитывающее полотно, имеющее общее содержание, составляющее 30% состоящего из частиц SAM и 55% целлюлозной массы, где оба материала представляют собой тип, аналогичный используемому в примере 1. Оба материала смешивают до однородного состояния с 11% извитых бикомпонентных волокон из полиэтилентерефталата (сердцевина)/полиэтилена (оболочка), имеющихся в продаже под обозначением TREVIRA 255-3,0 дтекс, Partie 1653, имеющийся в продаже в Trevira GmbH, Германия.
Обе внешние поверхности покрывают распылением на каждую поверхность 2% (в пересчете на сухое вещество) латекса сополимера винилацетата-этилена, DUR-O-SET Elite Ultra-Soft, имеющегося в продаже в Celanese, Нидерланды.
2
Материал подвергают сжатию и сушат, что дает в результате материал с базисной массой, равной 200 г/м (EDANA 40.3/WSP130.1) при толщине 1,45 мм (EDANA 30.5/WSP 120.6).
Таким образом, он представляет собой обычный, содержащий обычно применяемый SAM материал, уложенный в воздушном потоке, показывающий значительно меньшую емкость при большей толщине в сравнении с примером 1.
Однако при этом такой материал демонстрирует сравнимый результат по значениям грифа и туше, составляющим 3,0 Н/200 мм в продольном направлении (MD) и 2,4 Н/200 мм в поперечном направлении (CD) (Метод EDANA WSP 90.3.0, измененный таким образом, что оценивают образцы размером 40×160 мм и устанавливают ширину прорези на 20 мм), что подчеркивает преимущество настоящего изобретения.