Волокнистая структура и абсорбирующее изделие, содержащее такую волокнистую структуру - RU2228161C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к волокнистой структуре (или тканого, или нетканого типа, натуральной или синтетической и т.д.). Как хорошо известно, такие волокнистые структуры используются во многих промышленно изготавливаемых изделиях, таких как приведенные ниже в качестве иллюстрации без каких-либо ограничений:

- гигиенические изделия (используемые женщинами, а также медицинские/хирургические), такие как подгузники, гигиенические прокладки, защитные приспособления, используемые при недержании, изделия для вытирания, повязки на рану, маски для лица и т.п.,

- изделия промышленного применения, например, предназначенные для использования в изделиях для изоляции (тепловой, электрической) или в изделиях для фильтрации, или в покрытиях пола,

- текстильные изделия.

В зависимости от вида волокнистых структур и рассмотренных случаев применения существует особая потребность в свойствах гидрофильности и/или адгезии.

Если рассматривать в качестве примера нетканые материалы, можно сказать, что они изготавливаются из сравнительно гидрофобных синтетических волокон, например, таких, как волокна из полипропилена или полиэтилена, которые подвергаются обработке и/или в которых образуют отверстия, чтобы сделать материалы проницаемыми для жидкости.

Чтобы получить абсорбирующие текучие среды изделия, которые обладают хорошей способностью к впитыванию, большой общей и локальной способностью к поглощению текучих сред, хорошей способностью к удерживанию текучих сред и высокой степенью сухости поверхности, такие изделия обычно создают из множества различных нетканых волокнистых структур, имеющих различные функции. Однако одна основная проблема при создании абсорбирующих текучие среды изделий данного вида заключается в том, что трудно добиться оптимальной смачиваемости, то есть оптимальной степени гидрофильности, которая остается неизменной после того, как изделие будет подвергнуто смачиванию. Кроме того, трудно получить стабильные параметры смачивания для абсорбирующих изделий, которые хранятся в течение продолжительного периода времени.

В документе WO 91/05108 было экспериментально показано, что существует связь между увеличенной площадью поверхности и увеличенной скоростью абсорбции. Заявка на патент относится к волокнам, которые были снабжены пористым слоем, прикрепленным к поверхности волокон. Пористый слой увеличивает удельную поверхность волокон, что означает, что абсорбирующий материал, содержащий такие волокна, обеспечивает повышенную скорость абсорбции и впитываемость.

Пористый слой создают путем пропитывания волокнистого материала гидрофильными химикатами, когда волокна находятся в сухом или во влажном состоянии соответственно в виде обезвоженной волокнистой массы или в виде водной суспензии волокон. Обработка может быть выполнена путем ввода волокон в контакт с гидрофильными химикатами, например, путем распыления раствора химиката на волокна, находящиеся в виде формованного абсорбирующего слоя, или путем смешивания химикатов с суспензией волокон, при этом химикаты добавляют в виде твердых веществ, в растворе или в любом промышленно получаемом виде.

Что касается проницаемых для текучих сред покрывающих листов, предназначенных для использования в абсорбирующих изделиях, таких как подгузники, защитные приспособления, используемые при недержании, и гигиенические прокладки, в которых покрывающий лист предназначен для того, чтобы находиться в контакте с телом пользователя в процессе использования, то важно, чтобы покрывающий лист мог выдерживать неоднократные смачивания.

Другими словами, покрывающий лист должен оставаться проницаемым для текучих сред даже после того, как абсорбирующее изделие будет подвергнуто воздействию текучей среды несколько раз. Кроме того, важно, чтобы покрывающий лист мог принять большое количество текучей среды в течение короткого интервала времени. Другим важным свойством проницаемого для текучих сред покрывающего листа является способность демонстрировать высокую сухость поверхности даже после подвергания его нескольким смачиваниям. Для получения покрывающего листа, имеющего заданные свойства, важное значение имеет то, чтобы покрывающий лист обладал оптимальной, то есть заданной, степенью гидрофильности и чтобы степень гидрофильности изменялась только в очень ограниченных пределах, когда волокнистая структура подвергается смачиванию или когда она подвергается старению.

Как хорошо известно специалисту в данной области, в литературе по данным вопросам рассматриваются свойства “гидрофильности” или “смачиваемости” основы или “адгезии” третьего тела на основе и часто сообщаются данные измерений “поверхностного натяжения”, “краевого угла смачивания” и “испытания на расслаивание” для оценки таких свойств.

Широко используемым способом увеличения смачиваемости проницаемых для текучих сред покрывающих листов, предназначенных для использования в качестве покрывающих листов в абсорбирующих изделиях, является обработка материала поверхностно-активными веществами. Нетканые материалы, используемые в качестве покрывающих листов для абсорбирующих изделий, обычно изготовлены из синтетических материалов, которые по своему существу гидрофобны и которые были обработаны поверхностно-активными веществами для придания им смачиваемости и способности быть легко проницаемыми для текучих сред. Обработку обычно выполняют путем покрытия гидрофобного материала поверхностно-активным веществом. Чтобы материал обладал свойством смачиваемости текучей средой, краевой угол смачивания между поверхностью материала и текучей средой должен составлять менее 90°. Однако проблема, возникающая в связи с использованием покрывающих листов, которые были покрыты поверхностно-активным веществом, заключается в том, что при многократном смачивании проницаемость таких покрывающих листов по отношению к текучим средам уменьшается. Причина этого состоит в том, что нанесенные поверхностно-активные вещества не присоединены прочно к поверхности покрывающего материала и будут отделяться от покрывающего материала и растворяться в выделяемой организмом текучей среде во время первого смачивания. Следовательно, количество поверхностно-активного вещества, которое остается на поверхности покрывающего листа при последующих смачиваниях, значительно уменьшается, что приводит к ухудшенной проницаемости по отношению к текучей среде.

Другая проблема, связанная с использованием изделий, имеющих покрытые поверхностно-активным веществом покрывающие листы, заключается в том, что поверхностно-активные вещества могут мигрировать из покрывающего листа в кожу пользователя, тем самым вызывая раздражение кожи.

Дополнительная проблема, связанная с абсорбирующими изделиями, имеющими покрывающие листы данного типа, состоит в том, что во время хранения изделия поверхностно-активные вещества могут мигрировать из покрывающего листа в абсорбирующую структуру, в результате чего проницаемость покрывающего листа по отношению к текучим средам становится недостаточной даже при первом воздействии текучей среды.

Еще одна проблема, связанная с покрытыми поверхностно-активным веществом покрывающими листами, заключается в том, что способ нанесения поверхностно-активного вещества менее привлекателен с экологической точки зрения, поскольку поверхностно-активное вещество обычно наносят на поверхность материала в виде раствора, который, например, распыляют по поверхности, при этом происходит попадание поверхностно-активного вещества в окружающий воздух.

В соответствии с настоящим изобретением разработана волокнистая структура упомянутого во введении типа. Волокнистая структура обладает при необходимости точно определенной скоростью смачивания, то есть заданной степенью гидрофильности, на которую по существу не влияет смачивание волокнистой структуры, и/или хорошими адгезионными свойствами, на которые по существу не влияет смачивание волокнистой структуры.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением разработана волокнистая структура, в которой требуемая, заранее заданная степень гидрофильности и адгезионные свойства сохраняются даже после некоторого периода времени, в течение которого структура будет храниться. Соответственно, настоящее изобретение позволяет получить гигиеническое изделие, имеющее точно определенный и регулируемый ход смачивания.

Волокнистая структура согласно изобретению в первую очередь отличается одним или несколькими видами полярных кремнийсодержащих соединений, связанных, по меньшей мере, с одним участком поверхности волокнистой структуры за счет взаимодействия между поверхностью и кремнийсодержащими соединениями.

Как было упомянуто выше, волокнистая структура согласно изобретению обладает заданной степенью гидрофильности и адгезионными свойствами, на которые по существу не влияет смачивание волокнистой структуры.

В соответствии с одним вариантом осуществления кремнийорганическое соединение состоит из соединения типа SiO_xH_y, в котором х предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 4, а у - предпочтительно в диапазоне от 0 до 4.

Преимущество волокнистой структуры данного типа заключается в том, что было доказано, что характеристики структуры, характеризующие ее способность к смачиванию, остаются по существу постоянными во время смачивания и что волокнистая структура обладает сравнительной устойчивостью к старению.

Не будучи ни в коем случае ограниченным приведенным ниже теоретическим объяснением того, почему гидрофильная поверхность, имеющая полярные кремнийорганические соединения, обладает стабильной гидрофильностью и адгезионными свойствами как после многократного смачивания, так и после старения структуры материала, можно предположить, что полярные кремнийорганические соединения образуют нечто вроде кластеров, которые являются достаточно большими для того, чтобы замедлить реориентацию полимерных цепей и, соответственно, задержать проявление эффектов старения. Однако теория разработана не полностью, и, таким образом, ее не следует рассматривать как связанную с изобретением.

Как уже было упомянуто, волокнистые структуры в соответствии с изобретением имеют, по меньшей мере, одну поверхность или участок поверхности материала с полярными кремнийсодержащими соединениями. Однако согласно изобретению можно нанести кремнийсодержащие соединения на обе поверхности листа материала. Кроме того, одна или обе поверхности материала могут иметь одну или более ограниченных зон, имеющих полярные кремнийсодержащие соединения.

В соответствии с одним аспектом изобретения волокнистая структура содержит один или более нетканых материалов.

В соответствии с одним дополнительным аспектом изобретения волокнистая структура по изобретению может быть использована, например, в качестве проницаемого для текучих сред покрывающего листа для абсорбирующих изделий или в качестве слоя, обеспечивающего перенос текучих сред между проницаемым для текучих сред покрывающим листом и абсорбирующей структурой в абсорбирующем изделии, или для образования самой абсорбирующей структуры.

В соответствии с другим аспектом изобретения волокнистая структура по изобретению может быть использована в качестве абсорбирующего жидкость изделия для вытирания или в качестве элемента в изделии для вытирания или т.п.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения волокнистая структура может содержать один или более слоев косметической бумаги.

Как хорошо известно специалисту в данной области, термин “косметическая бумага” обычно относится к волокнистому материалу на основе целлюлозы или целлюлозы в сочетании с синтетическими волокнами, который, как правило, используется при производстве бытовых изделий, таких как кухонные полотенца, туалетная бумага или салфетки, при производстве изделий для вытирания, используемых в промышленности для абсорбции различных жидкостей, или для изготовления слоев, входящих в структуру абсорбирующих изделий, таких как подгузники, защитные приспособления, используемые при недержании, гигиенические прокладки или т.п.

Кроме того, изобретение относится к абсорбирующему изделию, такому как подгузник, защитное приспособление, используемое при недержании, гигиеническая прокладка или т.п., содержащему абсорбирующее тело, заключенное между не проницаемым для текучих сред покрывающим слоем и проницаемым для текучих сред покрывающим слоем, причем указанное изделие содержит, по меньшей мере, одну часть, содержащую волокнистую структуру в соответствии с изобретением.

Волокнистая структура может образовывать участок или весь проницаемый для текучих сред покрывающий слой и/или слой для переноса текучих сред, расположенный между проницаемым для текучих сред покрывающим слоем и абсорбирующим телом.

В гигиеническом изделии, предназначенном для абсорбции текучих сред и изготовленном из множества отдельных слоев, перемещение текучих сред между различными слоями имеет очень важное значение как с точки зрения скорости впитывания в пределах каждого отдельного слоя, так и с точки зрения общей способности гигиенического изделия к поглощению текучих сред. Из вышеизложенного очевидно, что для абсорбирующих текучие среды изделий этого типа очень важно, чтобы все слои материала имели точно определенную и стабильную степень гидрофильности, которая меняется только в очень ограниченных пределах при смачивании и старении.

В соответствии с одним из аспектов изобретения проницаемый для жидкости покрывающий слой, обеспечивающий перенос текучих сред слой и абсорбирующее тело имеют разные степени гидрофильности.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения обеспечивающий перенос текучих сред слой гигиенического изделия содержит комплект нескольких волокнистых структур согласно изобретению, при этом данный комплект волокнистых структур характеризуется градиентом степеней гидрофильности.

Кроме того, изобретение относится к гигиеническому изделию, такому как изделие для вытирания, повязка на рану или т.п., содержащему волокнистую структуру согласно изобретению.

Кроме того, изобретение относится к способу получения волокнистой структуры, имеющей один или более видов полярных кремнийсодержащих соединений, связанных, по меньшей мере, с участком поверхности волокнистой структуры. Способ главным образом отличается тем, что волокнистую структуру подвергают воздействию атмосферы, содержащей возбужденные и нестабильные компоненты, полученные путем воздействия электрического разряда на исходную смесь, содержащую транспортирующий газ, окислитель и, по меньшей мере, один вид кремнийсодержащего газообразного соединения.

Преимущество способа данного типа заключается в том, что он реализуется в сухом режиме, что подразумевает, что нет необходимости растворять кремнийсодержащее соединение в растворителе перед нанесением, что означает, что способ предпочтителен с экологической точки зрения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления обработка основана на электрическом разряде, осуществляемом в газообразной смеси, что приводит к образованию плазмы.

Как хорошо известно, плазма представляет собой газообразную среду, содержащую ионы, радикалы, электроны, возбужденные и нестабильные компоненты. Она может быть получена путем подачи к газообразной смеси достаточного количества энергии при определенном давлении, например очень низком давлении или атмосферном давлении.

Все компоненты плазмы могут вступать в реакцию друг с другом и/или с компонентами газообразной смеси для образования новых ионов, радикалов и возбужденных компонентов.

В том случае, когда это происходит при атмосферном давлении при подаче электрического сигнала высокого напряжения в качестве источника энергии, плазму обычно называют “коронным разрядом”.

Следовательно, в соответствии с данным предпочтительным вариантом осуществления волокнистую структуру подвергают воздействию электрического разряда в присутствии газообразной смеси, содержащей, по меньшей мере, один вид кремнийсодержащего газообразного соединения, кислород или другой кислородсодержащий газ и транспортирующий газ.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения волокнистую структуру обрабатывают путем подвергания ее воздействию атмосферы, полученной после электрического разряда, поданного к газообразной смеси, содержащей, по меньшей мере, один вид кремнийсодержащего газообразного соединения, кислород или другой кислородсодержащий газ и транспортирующий газ (в данном случае волокнистую структуру обрабатывают путем подвергания ее воздействию атмосферы за пределами зоны разряда).

В любом случае нестабильные и возбужденные компоненты атмосферы вступают в реакцию с полимерными цепями поверхности волокнистой структуры, что приводит к образованию радикалов указанных полимерных цепей. Эти радикалы затем могут вступать в реакцию с компонентами, имеющимися вблизи радикалов, образуя тем самым новые химические связи и новые функциональные группы на поверхности. Функциональные группы, которые имеют важное значение для настоящего изобретения, представляют собой полярные кремнийсодержащие группы. Функциональные группы, введенные таким образом в поверхность материала, значительно более прочно связаны с поверхностью по сравнению с активным веществом, которое наносили как обычное покрытие.

Способ обработки в коронном разряде описан в патентах США 5576076, 5527629 и 5523124. Газообразная смесь создается на основе транспортирующего газа, который обычно представляет собой азот, кремнийсодержащее соединение и окислитель. При обработке образуется слой материала, имеющий стекловидную, гидрофильную поверхность.

Описанный способ пригоден для использования в связи с изобретением. Однако изобретение не ограничено способом, описанным в вышеупомянутых документах, но охватывает все виды обработки в газообразной фазе, при которых полярные кремнийсодержащие группы вводятся в поверхность волокнистой структуры.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления кремнийсодержащее соединение в газовой смеси представляет собой силановое соединение. К некоторым примерам таких соединений относятся соединения с формулой Si_nH_n+2, где n предпочтительно составляет от 1 до 4, гидроксид кремния, галогенированные силаны, алкоксисилан или органосилан. Окислитель предпочтительно представляет собой кислород или другие кислородсодержащие газы, например, такие, как СО, СО₂, NO, N₂O или NO₂. Транспортирующий газ может состоять из азота, аргона, гелия или их смеси.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения перед подверганием обработке средой, содержащей нестабильные и возбужденные компоненты, образовавшиеся в результате подачи электрического разряда к газообразной смеси, содержащей кремнийсодержащее газообразное соединение, окислитель и транспортирующий газ, волокнистую структуру на первой операции подвергают воздействию коронного разряда в воздухе (подготовка поверхности).

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления, рассматриваемых совместно с приложенными чертежами, на которых:

фиг.1 показывает подгузник, если смотреть на него со стороны, обращенной к пользователю во время использования, и

фиг.2 показывает прибор для измерения краевого угла смачивания для отдельных волокон.

Подгузник 100, который показан на фиг.1, содержит проницаемый для текучих сред покрывающий лист 101, не проницаемый для текучих сред покрывающий лист 103 и абсорбирующее тело 105, заключенное между покрывающими листами 101, 103. Не проницаемый для текучих сред покрывающий лист 103 может состоять из не проницаемой для текучих сред пластиковой пленки, листа нетканого материала, который предусмотрен со стойким к текучим средам покрытием, или гибкого листового материала любого другого типа, который обладает стойкостью к проникновению текучих сред. Как правило, предпочтительно, если не проницаемый для текучих сред покрывающий лист 103 обладает воздухопроницаемостью, по меньшей мере, в некоторой степени, что означает, что водяной пар может проходить через покрывающий лист.

Покрывающие листы 101, 103 имеют протяженность в плоскости, которая несколько больше протяженности абсорбирующего тела 105 в плоскости, и содержат краевые части 107, которые выступают за периферийный край абсорбирующего тела 105. Покрывающие листы 101, 103 соединены в зоне выступающих краевых частей 107, например, с помощью клея или посредством термосварки или ультразвуковой сварки.

Кроме того, подгузник 100 имеет два проходящих в продольном направлении боковых края 123, 125, передний концевой край 109 и задний концевой край 111 и имеет переднюю часть 113, заднюю часть 115 и промежуточную часть 117, которая является более узкой, чем концевые части 113, 115.

Кроме того, вдоль боковых краев 123, 125 в промежностной части 117 подгузника расположены элементы 119, 121. Назначение эластичных элементов 119, 121 состоит в том, чтобы образовать средство для поддержания подгузника вокруг ног пользователя в плотном контакте с ногами при ношении подгузника. Дополнительный эластичный элемент 127 расположен вдоль заднего концевого края 111 и предусмотрен для того, чтобы придать подгузнику 100 некоторую степень растяжимости и прилегаемости и служить в качестве уплотняющего средства, защищающего от утечек в зоне талии.

На каждом боковом крае 123, 125 рядом с задним концевым краем 111 расположен язычок 129, 131 из липкой ленты. Язычки 129, 131 из липкой ленты образуют скрепляющие средства для подгузника 100 и обеспечивают возможность преобразования подгузника 100 в предмет одежды, охватывающий нижнюю часть тела носителя аналогично паре трусов. Язычки 129, 131 из липкой ленты взаимодействуют с принимающей зоной 133, расположенной на не проницаемом для текучих сред покрывающем листе 103 на передней части 113 подгузника. Принимающая зона 133 может быть образована из усиливающего материала, который был нанесен на не проницаемый для текучих сред покрывающий лист 103 путем ламинирования. За счет упрочнения покрывающего листа 103 подгузник может быть закрыт и повторно раскрыт, при этом не оказывается отрицательного воздействия на адгезионные свойства язычков 129, 131 из липкой ленты и не проницаемый для текучих сред покрывающий лист 103 не подвергается разрывам.

Естественно, можно использовать любой из ряда различных альтернативных типов скрепляющих элементов. К некоторым примерам таких альтернативных скрепляющих элементов относятся поверхности с крючками и петлями, нажимные кнопки, завязки или т.п.

Абсорбирующее тело 105 обычно содержит один или более слоев целлюлозных волокон, таких как вспушенная целлюлоза.

Помимо целлюлозных волокон абсорбирующее тело 105 может содержать материал со сверхвысокой абсорбционной способностью (суперабсорбент), который представляет собой материал в виде волокон, частиц, гранул, пленки или т.п. и который обладает способностью абсорбировать текучую среду в количестве, в несколько раз превышающем вес самого суперабсорбента. Суперабсорбенты связывают абсорбированную жидкость и образуют содержащий жидкость гель.

Кроме того, абсорбирующее тело 105 может содержать связующее вещество, средство для стабилизации формы или т.п. Также можно использовать дополнительные абсорбирующие слои с целью улучшения абсорбционных свойств, такие как вставки или слои материала различных видов, служащие для распределения жидкости.

Абсорбирующее тело 105 может быть подвергнуто химической или механической обработке с целью изменения абсорбционных свойств.

Широко применяемым способом повышения способности абсорбирующей структуры к впитыванию является создание в абсорбирующем теле имеющей определенную конфигурацию совокупности сжатых зон. Кроме того, можно использовать абсорбирующие материалы, такие как абсорбирующие нетканые материалы, абсорбирующие вспененные материалы или т.п. Аналогичным образом, могут быть использованы все возможные комбинации пригодных абсорбирующих материалов.

Проницаемый для жидкости покрывающий слой 101 содержит один или более слоев материала, при этом, по меньшей мере, один слой материала состоит из волокнистой структуры согласно изобретению.

Волокнистая структура согласно изобретению может входить в структуру верхнего слоя 106, который во время использования подгузника 100 будет находиться в контакте с телом пользователя, и/или в структуру нижнего, обеспечивающего перенос текучей среды слоя, который расположен между верхним, контактирующим с кожей слоем 106 и абсорбирующим телом 105, которое расположено под проницаемым для жидкости покрывающим слоем 101, и/или в структуру абсорбирующего тела 105. В том случае, если и верхний, контактирующий с кожей слой 106, и абсорбирующее тело, и обеспечивающий перенос текучей среды слой представляют собой волокнистые структуры согласно изобретению, предпочтительно, чтобы эти слои имели отличающиеся друг от друга степени гидрофильности. Это, например, может быть достигнуто за счет использования газообразных смесей различного состава при обработке различных волокнистых структур.

Изобретение не ограничено материалом какого-либо конкретного вида. Соответственно, выбор полимера, толщины волокон или плотности волокон зависит от типа изделия (например, абсорбирующего изделия), для которого предназначена волокнистая структура, а также от функций и местоположения волокнистой структуры в изделии (при стремлении обеспечить наличие гидрофильных свойств или, например, адгезионных свойств).

В качестве иллюстративного примера можно указать, что волокнистые структуры обычно изготавливают из полипропилена, полиэтилена, сложного полиэфира и их сополимеров. Однако не следует ограничивать изобретение этими полимерами.

В качестве одного примера пригодных полимеров другого типа служат биодеструктируемые полимеры. Для того, чтобы биодеструктируемые материалы хорошо выполняли свои функции в качестве проницаемого для текучих сред покрывающего листа, обычно необходимо обработать материал придающим гидрофильность агентом или перфорировать материал. Как было упомянуто ранее, обычным способом придания смачиваемости волокнистому листовому материалу является покрытие материала поверхностно-активными веществами, которые менее благоприятны для окружающей среды, чем это необходимо. Соответственно, согласно настоящему изобретению разработано средство для создания проницаемого для текучих сред покрывающего листа, имеющего предпочтительные для окружающей среды свойства как благодаря способности к биодеструкции, так и вследствие того, что можно избежать использования поверхностно-активных веществ.

Далее рассматриваются примеры волокнистых структур согласно изобретению.

Пример 1 - измерения с помощью электронной спектроскопии для химического анализа

Для исследования химического состава поверхности материала был проведен химический анализ с помощью электронной спектроскопии. При рентгеноэлектронной спектроскопии поверхность материала облучают рентгеновскими лучами. Рентгеновское излучение высокой энергии приводит к тому, что происходит испускание электронов из поверхности материала.

Значение энергии связи излученного электрона получают из уравнения:

Е_b=hν-Е_k,

где Е_b - энергия связи электрона;

E_k - кинетическая энергия электрона;

hν - энергия излучения.

Энергия рентгеновского излучения известна, а кинетическую энергию получают путем измерения скорости электрона.

Таким образом, может быть получено значение энергии связи излученного электрона, что означает, что может быть определен химический состав поверхности.

Образцы по примеру 1

1. Необработанный полипропиленовый нетканый материал.

2а. Полипропиленовый нетканый материал, который был подвергнут обработке в коронном разряде согласно изобретению для введения полярных кремнийсодержащих групп в поверхность материала.

2b. Полипропиленовый нетканый материал, который был промыт после обработки в коронном разряде.

Ниже приведены параметры, характеризующие рабочие условия, при которых образцы 2а и 2b были обработаны согласно изобретению:

Скорость подачи нетканого материала - 26 м/мин

Ширина нетканого материала - 0,65 м

Электрическая мощность коронного разряда - 1690 Вт

Расход N₂- 94 л/мин

Расход N₂О - 0,39 л/мин

Расход SiH₄- 0,115 л/мин

Нетканый материал подвергали обработке в два этапа: на первой операции подвергали обработке в коронном разряде в воздухе, а на второй операции подвергали обработке в коронном разряде с введением описанной выше в данной заявке газообразной смеси.

В случае выполнения промывки материала эту операцию выполняли путем погружения материала в контейнер с дистиллированной водой. Температура дистиллированной воды составляет 37°С. Материал оставляли в воде на 15 секунд и после этого извлекали из воды и раскладывали ровно для высушивания.

Результаты по примеру 1 - Концентрация кислорода и кремния (%) на поверхности материала:

Результаты показывают, что обработанный в коронном разряде нетканый материал согласно изобретению имеет концентрацию кислорода, которая составляет 31,9%, и концентрацию кремния, которая составляет 9,2%, на поверхности материала. Концентрации кислорода и кремния сохраняются даже после промывания материала, как следует из значений концентраций для образца 2b.

Пример 2 - использование весов Кана (Cahn scales) для определения краевого угла смачивания волокна

Был использован метод Вильгельми (Wilhelmy's method) для определения угла смачивания волокна. Измерение выполняли путем использования установки, представляющей собой весы 200 Кана, которая показана на фиг.2. Во время измерения волокно 201 вертикально подвешено на чрезвычайно чувствительных рычажных весах 202. Контейнер 205 для жидкости установлен на подвижный стол 206 непосредственно под волокном 201. Когда волокно 201 погружено в жидкость 203, вокруг волокна образуется мениск из жидкости, который воздействует на волокно 201 с вертикальной силой.

Сила, которая возникает между жидкостью 203 и волокном 201, может быть или положительной, или отрицательной, в зависимости от свойств поверхности волокна и жидкости. Сила притяжения, которая представляет собой положительную силу, будет возникать, когда краевой угол смачивания между волокном и жидкостью составляет менее 90°. Когда система имеет краевой угол смачивания, который превышает 90°, жидкость и волокно будут отталкивать друг друга, что подразумевает возникновение силы. Сила притяжения или отталкивания определяется с помощью рычажных весов. Сила связана с краевым углом смачивания следующим выражением:

F=γ_L p cosθ+mg-ρ_L lgA,

где F - зарегистрированная сила (Н);

γ_L - поверхностная энергия жидкости (Дж/м²);

ρ - длина окружности волокна (м);

θ - краевой угол смачивания на поверхности раздела волокно - жидкость - воздух (°);

m - масса закрепленного волокна (кг);

g - постоянная силы тяжести (м/с²);

ρ_L - плотность жидкости (кг/м³);

l - длина волокна во влажном состоянии (м);

А - площадь поперечного сечения волокна (м²).

Второй член в уравнении представляет собой вес закрепленного волокна. Третий член представляет собой то, что известно как выталкивающая сила, которая представляет собой потерю веса, возникающую в результате вытеснения определенного объема жидкости. В компьютере (не показанном), в котором имеется программа вычислений, предназначенная для определения краевых углов смачивания, эти два параметра обычно уравниваются, что приводит к упрощению уравнения до следующего вида:

F=γ_L p cosθ.

Краевой угол смачивания при натекании и краевой угол смачивания при стекании определяются, если динамический краевой угол смачивания измеряется, когда жидкость натекает на сухую поверхность или когда жидкость стекает с влажной поверхности. Соответственно, величину краевого угла смачивания при натекании получают, когда волокно опускают в жидкость, и величину краевого угла контакта при стекании получают, когда волокно извлекают из жидкости.

Рычажные весы 202 имеют три чаши (см. фиг.2). Первая чаша А имеет точность 10^-6, что делает ее пригодной для измерения краевых углов смачивания волокон. Однако весы также могут быть использованы для определения поверхностной энергии жидкостей, когда применяется менее чувствительная, вторая чаша В. Весы тарируют путем размещения уравновешивающих грузов в третьей чаше С.

Чтобы избежать влияния тяги воздуха, пыли или т.п. на процесс измерений, чаши и подвижный стол 206 защищают выполненными с возможностью скольжения стеклянными экранами 207. Кроме того, экраны позволяют регулировать влажность и температуру воздуха. Для избежания влияния возмущающих колебаний в процессе измерений весы помещают на основание (не показанное).

Стол, на котором установлен контейнер 205 с жидкостью, можно поднимать и опускать с помощью двигателя. Скорость стола 206 регулируют с помощью компьютера и определяют до начала измерения. Другие параметры, которые вводятся в компьютер перед началом измерения, представляют собой поверхностную энергию жидкости и длину окружности волокна 201.

Перед началом измерения волокно 201 закрепляют на куске липкой ленты 208, при этом участок волокна свободен от липкой ленты. Закрепленное волокно 201 зажимают с помощью металлического зажима 209 и свешивают с первой чаши А. Перед этим весы 202 тарируют в состоянии, когда с первой чаши А свешивается только металлический зажим 209. Жидкость 203 для испытания, имеющая известную поверхностную энергию, находится в контейнере 205 для жидкости на столе 206 под волокном 201.

Волокно 201 должно свисать перпендикулярно поверхности 210 жидкости и должно быть абсолютно неподвижным, при этом перед началом измерения весы должны показывать стабильное значение.

Когда процесс измерения начинается, компьютер регистрирует линию начала отсчета, после чего стол 206 поднимается. Когда один или несколько миллиметров длины волокна 201 будут погружены в жидкость 203, компьютер получает команду на останов стола.

После этого стол 206 опускают. В процессе проведения испытания изменение силы вдоль длины волокна отображается на дисплее компьютера. Когда измерение будет завершено, на кривых, характеризующих соответственно натекание и стекание, выбираются репрезентативные участки. После этого компьютер рассчитывает краевые углы смачивания путем использования уравнения Вильгельми.

Измерения краевых углов смачивания проводились на элементарных волокнах, взятых из нетканого материала с поверхностной плотностью 18 г/м², состоящего из полипропилена. Волокна погружали в контейнер для жидкости, содержащий дистиллированную воду.

Образцы по примеру 2

1a. Полипропиленовые волокна из необработанного нетканого материала,

1с. после хранения необработанного нетканого материала по п.1а в течение трех месяцев,

2а. Полипропиленовые волокна из нетканого материала, которые были обработаны в коронном разряде согласно изобретению для введения полярных кремнийсодержащих групп в поверхность материала,

2b. после промывания обработанного в коронном разряде нетканого материала по п.2а,

2с. после хранения обработанного в коронном разряде нетканого материала по п.2а в течение пяти недель (без промывания),

2d. после промывания и последующего хранения обработанного в коронном разряде нетканого материала по п.2а в течение пяти недель.

Ниже приведены параметры, характеризующие рабочие условия, при которых образцы 2а, 2b, 2с и 2d были обработаны согласно изобретению:

Скорость подачи нетканого материала - 26 м/мин

Ширина нетканого материала - 0,65 м

Электрическая мощность коронного разряда - 1690 Вт

Расход N₂- 94 л/мин

Расход N₂O - 0,39 л/мин

Расход SiH₄- 0,115 л/мин

На первой операции нетканый материал был подвергнут обработке в коронном разряде в воздухе, а на второй операции подвергнут обработке в коронном разряде с введением описанной выше в данной заявке газообразной смеси.

В случае выполнения промывки материала эту операцию выполняли путем погружения материала в контейнер с дистиллированной водой. Температура дистиллированной воды составляет 37°С. Материал оставляли в воде на 15 секунд и после этого извлекали из воды и раскладывали ровно для высушивания. Краевой угол смачивания измеряли для отдельных волокон из промытого нетканого материала.

Результаты по примеру 2

Образец Краевой угол смачивания (при натекании/стекании)

1а 99/93°

1с 98/90°

2а 50/25°

2b 58/31°

2с 50/19°

2d 52/23°

Результаты показывают, что волокна из необработанного полипропилена имеют краевой угол смачивания, который превышает 90°, что означает, что такие волокна являются гидрофобными. С другой стороны, полипропиленовые волокна из нетканого материала, который был подвергнут обработке в коронном разряде согласно изобретению с целью введения полярных кремнийсодержащих групп в поверхность материала, имеют значительно меньший краевой угол смачивания, как видно из результатов для образцов 2a-2d. После промывания обработанного в коронном разряде нетканого материала краевой угол смачивания изменился от 50° до 58° для угла при натекании и от 25° до 31° для угла при стекании, что означает, что степень гидрофильности поддерживается на сравнительно постоянном уровне после промывания материала.

Образец 2с относится к волокнам из обработанного в коронном разряде нетканого материала, который хранился в течение пяти недель после первого измерения, и второе измерение проводили для того, чтобы оценить влияние старения на материал.

Было установлено, что угол при натекании составляет 50° как для волокон нетканого материала, который хранился, так и для волокон нетканого материала, который не хранился. Было установлено, что угол при стекании составляет 25° для материала, не подвергшегося хранению, и 19° для материала, который хранился, что означает, что не произошло существенного снижения степени гидрофильности после хранения в течение пяти недель.

И, наконец, образец 2d относится к полипропиленовым волокнам из обработанного в коронном разряде нетканого материала, который промыли и затем хранили в течение пяти недель. Степень гидрофильности образца 2d почти постоянна, если сравнить с данными для не подвергнутого хранению и непромытого образца 2а, что означает, что введенные полярные кремнийсодержащие группы стабильно связаны с поверхностью волокнистого материала.

Пример 3 - определение времени проникновения жидкости для листа материала

С целью определения времени проникновения жидкости для волокнистой структуры была использована методика испытаний EDANA nо. 14-20-06 W25. При данном методе измеряют время, которое требуется для того, чтобы заранее заданное количество жидкости прошло через верхний лист нетканого материала, при этом нетканый материал находится в контакте с типовым абсорбирующим материалом, расположенным под нетканым материалом.

Типовой абсорбирующий материал состоит из 5 слоев фильтровальной бумаги ERT FF3 размером 100×100 мм. При выполнении измерений слои фильтровальной бумаги помещают на опорную пластину из плексигласа. Образец из нетканого материала помещают сверху на фильтровальную бумагу, при этом сторона нетканого материала, которая должна быть обращена к коже пользователя, обращена вверх. Пластину для проступания (strike-through plate) марки LISTER, производимую фирмой Lenzing AG, помещают поверх образца, обращая внимание на то, чтобы эта пластина была хорошо сцентрирована. Измерительный прибор, предназначенный для измерения времени проникновения, помещают над пластиной для проступания, при этом расстояние между предназначенной для выхода жидкости трубкой на измерительном приборе, служащем для измерения времени проникновения, и пластиной для проступания составляет 30 мм.

Отмеривали 5,0 мл жидкости для испытания и заливали ее в контейнер для жидкости на измерительном приборе, после чего начинали процесс измерения. Измерительный прибор, предназначенный для измерения времени проникновения, имеет ту же марку, что и пластина для проступания.

Измерение проводили на нетканом материале, состоящем из полипропилена и имеющем удельный вес 18 г/м². Жидкость для испытания представляла собой 0,9%-ный раствор NaCl.

Образцы по примеру 3

1. Необработанный полипропиленовый нетканый материал.

2а. Полипропиленовый нетканый материал, который был обработан в коронном разряде согласно изобретению с целью введения полярных кремнийсодержащих групп в поверхность материала,

2b. после промывания обработанного в коронном разряде нетканого материала по п.2а.

Ниже приведены параметры, характеризующие рабочие условия, при которых были обработаны образцы 2а и 2b:

Скорость подачи нетканого материала - 26 м/мин

Ширина нетканого материала - 0,65 м

Электрическая мощность коронного разряда - 1690 Вт

Расход N₂- 94 л/мин

Расход N₂O - 0,39 л/мин

Расход SiH₄- 0,115 л/мин

На первой операции нетканый материал подвергали обработке в коронном разряде в воздухе, а на второй операции этот материал подвергали обработке в коронном разряде с введением описанной выше в данной заявке газообразной смеси.

Материал промывали путем помещения его в контейнер с дистиллированной водой. Температура дистиллированной воды составляет 37°С. Материал оставляли в воде на 15 секунд и после этого извлекали из воды и раскладывали ровно для высушивания.

Результаты по примеру 3

Образец Время (секунды)

1 >300

2а 2,7

2b 2,9

Результаты показывают, что необработанный нетканый материал 1 имеет время проникновения, которое превышает 300 секунд, что означает, что жидкость не проникает через нетканый материал в течение периода измерения, который составляет 300 секунд (5 минут). Нетканый материал из образца 2b, который был обработан в коронном разряде согласно изобретению с целью введения полярных кремнийсодержащих групп в поверхность материала, имеет время проникновения, которое составляет 2,9 секунды, и почти равно времени проникновения для непромытого обработанного в коронном разряде нетканого материала.

Не следует рассматривать изобретение как ограниченное вариантами осуществления, которые были описаны в данной заявке. Соответственно, в рамках объема приложенной формулы изобретения возможно множество дополнительных вариантов и модификаций.

Следовательно, хотя изобретение и все его преимущества были подробно описаны и проиллюстрированы для случая нетканых волокнистых структур, используемых для детских подгузников, как совершенно очевидно для специалиста в данной области, изобретение имеет гораздо более широкую область применения, включая, например, тканые волокнистые структуры из натуральных или синтетических волокон.

Помимо области гигиенических изделий в рамках объема изобретения могут быть рассмотрены многие другие области применения, при этом в каждом случае свойства, которые желательны и достигаются согласно изобретению (гидрофильность, адгезионные свойства, свойства, полученные путем обработки, предотвращающей загрязнение,...), могут быть различными.

В начале настоящего описания приведены некоторые из этих сотен случаев применения.

Реферат

Описана волокнистая структура, предназначенная для использования в особенности в гигиенических изделиях, таких как подгузники, гигиенические прокладки, защитные приспособления, используемые при недержании, изделия для вытирания и т.п., имеющая один или несколько видов полярных кремнийсодержащих соединений, связанных, по меньшей мере, с одним участком поверхности волокнистой структуры за счет взаимодействия между поверхностью и кремнийорганическими соединениями, в результате чего волокнистая структура будет иметь заранее заданную степень гидрофильности и адгезионные свойства, на которые по существу не оказывает влияния смачивание волокнистой структуры. Кроме того, изобретение относится к абсорбирующим, гигиеническим и текстильным изделиям, содержащим такую волокнистую структуру. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 2 ил.

Формула