Способ изготовления панели из торфяного мха и каландрированная панель - RU2099457C1

Описание

Изобретение относится к способу изготовления каландрированной влагопоглощающей панели, содержащей в качестве материала торфяной мох (сфагнум), пригодный для использования в качестве абсорбирующей основы (сердцевины) в абсорбирующих изделиях одноразового пользования, таких как: гигиенические салфетки, тампоны, пеленки, короткие подштанники (трусы), мочеабсорбирующие прокладки (тампоны и тому подобное). Более конкретно, изобретение предусматривает способ для контролирования плотности панели из торфяного мха путем регулирования давления каландрирования и содержания воды в торфяном мху во время операции каландрирования. Изобретение также распространяется на каландрированную панель из торфяного мха, изготовленную этим новым способом.

Предшествующий уровень техники раскрывает потенциальные возможности торфяного мха как материала для использования в качестве абсорбирующего средства в изделиях для абсорбирования выделений человеческого тела. Материал торфяного мха имеет высоко желательные влагопоглощающие свойства, такие как замечательная абсорбционная емкость и способность "высушивания" смежных материалов путем непрерывного оттока или отсасывания жидкости из них в течение длительного периода времени, так что виртуально вся жидкость скапливается в основе из торфяного мха. Эти свойства дают возможность создавать материал с высокоэффективными абсорбирующими компонентами, который (материал) может быть изготовлен относительно тонким для лучшего приглаживания, удобства и обособления, одновременно оставаясь достаточно абсорбентным, чтобы предотвратить утечку накапливающейся жидкости и запачкивание белья/одежды.

В патентах США 4170515, 4215692, 4226237, 4305393, 4473440, 4507122, 4618496, 4676871, 4992324, 5053029 используют материал торфяного мха для изготовления абсорбирующих компонентов для абсорбирующих изделий одноразового пользования.

Материал из торфяного мха может быть сформован в высоко когезионную панель путем использования любого одного из способов, описанных в вышеприведенных патентах США. В панельной или листовой форме материал из торфяного мха удобно транспортировать/манипулировать/, обрабатывать, и он может непосредственно обрабатываться на быстродействующем автоматическом оборудовании для изготовления абсорбирующих изделий одноразового пользования.

Более конкретно, способ изготовления панели или листа из торфяного мха состоит в просеивании сырья торфяного мха в форме мелких частиц для сохранения только частиц, которые являются наиболее влаголюбивыми. Просеянная часть затем преобразуется в жидкую тестообразную массу, которая укладывается листом на длинной сетке и обезвоживается путем создания вакуума. Образованная таким образом панель сушится и каландрируется для увеличения ее плотности до требуемого уровня. Чтобы размягчить, понизить жесткость и повысить гибкость каландрированной панели из торфяного мха, она может быть подвергнута механической обработке, такой как перфотиснение и микрорифление, как описано в патентах США 4559050 и 4596567.

Из предшествующего уровня техники следует важность управления некоторыми переменными параметрами во время процесса изготовления панели, чтобы сохранить свойство абсорбции конечного изделия в допустимых пределах. В этом отношении представляет интерес патент США 4473440, D 21 H 5/12, 1984. В этом патенте описывается регулирование содержания воды в абсорбирующей панели непосредственно перед операцией каландрирования по отношению к весомому проценту материала торфяного мха в панели. Этот патент принят в качестве ближайшего аналога.

Специалистам в этой области техники также известно, что плотность панели из торфяного мха является важным параметром, который заметно влияет на ее свойства абсорбции и комфортный потенциал. В применяемых сегодня способах изготовления панелей из торфяного мха управление плотностью осуществляется методом проб и ошибок, который по существу состоит из изменения некоторых переменных, которые известны своим влиянием на плотность панели, пока не будет достигнута требуемая плотность конечного изделия.

В настоящее время ограниченные знания и понимание различных факторов, определяющих плотность панели из торфяного мха, не дают возможности осуществить прямое и жесткое управление процессом. Как результат, нежелательные флуктуации в свойствах конечного изделия трудно избежать.

Задачей настоящего изобретения является способ изготовления панели (листа) из материала торфяного мха, обеспечивающий управление плотностью всей панели из торфяного мха.

Другой задачей изобретения является панель из торфяного мха, изготовленная новым способом согласно настоящему изобретению.

Дополнительные задачи изобретения будут видны из нижеследующего описания.

Настоящее изобретения обеспечивает способ изготовления панели из торфяного мха для использования как компонента, абсорбирующего жидкость в абсорбирующей структуре (изделии) одноразового пользования, причем панель из торфяного мха имеет требуемую плотность D (для цели этого описания все величины плотности измерены при 12% влажности, основываясь на весе высушенной панели), величина которой выражена в граммах на кубический сантиметр (г/см³), при этом способ включает в себя стадии:
формирование панели, содержащей, по крайней мере, 45% (вес.) материала торфяного мха, на основе веса высушенной панели;
кондиционирование панели для достижения требуемого содержания воды W, выраженного в весовых процентах, основываясь на весе высушенной панели;
затем каландрирование панели под давлением P, выраженным в кг/м, где величины W и P выбраны с расчетом удовлетворения следующего отношения:
(0,4409±0,0611) D 0,02122 W 0,00057P.

Это эмпирическое отношение может выгодно использоваться для установления давления каландрирования P и содержания воды W панели из торфяного мха по отношению к величине D. Путем подбора давления каландрирования P и содержания воды W таким образом, что правый член уравнения находится в пределах диапазона, определяемого экстремальными величинами, образованными левым членом, фактическая плотность каландрированной панели будет отклоняться максимум на 0,0611г/см³ от требуемой плотности D.

Для достижения точной величины плотности в диапазоне плотности, определяемом величинами W и P, фактическая плотность панели из торфяного мха измеряется и любое отклонение корректируется путем изменения величин переменных P и W. Объективно этот способ также включает в себя регулирования проб и ошибок, однако требуемые манипуляции относительно небольшие и требуются только для тонкой регулировки плотности панели.

Наличие двух переменных в эмпирическом уравнении обеспечивает две степени свободы для управления плотностью панели их торфяного мха. Эта особенность дает возможность устанавливать величину одной переменной и управлять плотностью с помощью оставшейся переменной. Например, содержание воды W панели может быть установлено в соответствии с методом вышеприведенного патента США 4473440, чтобы повысить свойство абсорбции панели из торфяного мха. Давление каландрирования P затем регулируется для получения требуемой плотности панели. Относительная независимость между переменными очень выгодна по той причине, что обеспечивает большую гибкость с точки зрения управления процессом.

Величина P зависит от характеристик оборудования для каландрирования, которое должно использоваться. Иначе говоря, различные станции (установки) каландрирования могут развивать точно то же самое давление при зажиме, тем самым добиваясь требуемого состояния каландрируемого материала тем же самым путем, хотя показания давления в кг/м разные для каждой установки или станции.

Для цели этого описания данная величина P будет выражать фактическое давление зажима, которое эквивалентно давлению, представленному величиной P и образованному на зажиме установки каландрирования, имеющей следующие характеристики:
1) верхний валик имеет диаметр 16,901 дюйма и длину 36 дюймов, твердость 75/82 опоры C и наивысшая точка (вершина) 0,00455 дюйма;
2) нижний валик имеет диаметр 17,978 дюймов, твердость 76/80 опоры C, длина 36 дюймов и вершина 0,00415 дюйма;
3) скорость 1,8 метра в минуту.

Как реализовано и подробно здесь описано, изобретение также имеет целью каландрированную панель из торфяного мха, изготовленную по способу согласно изобретению.

На чертеже графически иллюстрируется соотношение между плотностью панели из торфяного мха, давлением каландрирования и содержанием воды в панели.

Исходный торфяной мох, собранный с болотистой почвы, имеет относительно высокую способность абсорбции. Торфяной мох считается удовлетворительным (с точки зрения поставленной цели), если он способен абсорбировать и удерживать, по крайней мере, примерно 25 и предпочтительно примерно в 50 раз больше своего веса.

Исходный торфяной мох сортируется влажным (мокрым), чтобы удалить экстремально тонкий материал, обычно именуемый как "мелочь", и большие куски материала, включая корни и ветки и тому подобное, которые заметно не способствуют абсорбционной способности материала торфяного мха.

Сортировка производится таким образом, что все, что остается на сите с калибром меш 10 (2000 микрон), отбрасывается, и все, что проходит через сито с калибром меш 200 (74 микрона), также отбрасывается. Предпочтительно все, что остается на сите с калибром меш 14 (1410 микрон), отбрасывается, и все, что проходит через сито с калибром меш 100 (149 микрон), отбрасывается.

Сортировка производится путем мокрого процесса просеивания, который состоит из образования водной суспензии из материала торфяного мха и пропускания суспензии через последовательные стадии просеивания для удаления из суспензии мелочи и чрезмерно больших частиц.

Просеянная часть торфяного мха разбавляется водой до управляемой жидкой массы. При необходимости в эту жидкую массу может быть добавлен волокнистый компонент. Волокнистый компонент может включать также материалы, как крафт-целлюлоза и древесная масса. В данном изобретении древесная масса означает, что включает в себя дефибрерную древесную массу, термомеханическую целлюлозу и рафинированную древесную массу. Дефибрерная древесная масса является по существу стволами и ветками деревьев, с которых содрана кора, они очищены и затем измельчены на мелкие частицы. Рафинированная древесная масса отличается от дефибрерной тем, что на стадии измельчения используется рафинер, т. е. дисковый рафинер, хорошо известный в этой области техники и вообще имеющий металлические ребра в своих периферийных секциях, которые продлевают контакт с древесными частицами и помогают сепарировать древесные волокна без чрезмерного повреждения их. Термомеханическая целлюлоза аналогична рафинированной, за исключением того, что древесные частицы нагреваются, когда находятся в рафинере, обычно водяным паром, и это нагревание содействует отделению древесных волокон. Общая характеристика этих древесных масс состоит в том, что не предпринимались попытки отделить волокна химическими средствами, хотя позже, после достижения тонко измельченного материала, они могут подвергаться требуемой химической обработке.

Предпочтительно, когда ревесная масса используется в панели согласно настоящему изобретению, такая древесная масса имеет степень помола по канадскому стандарту (метод испытания Т-227 по TAPPI) примерно от 60 до 750 и предпочтительно от примерно 400 до 600.

Крафт-целлюлоза, также используемая в комбинации с торфяным мхом, является по существу химически обработанной длинноволокнистой массой, такой как сульфитная и сульфатная древесная целлюлоза.

Волокнистый компонент может также включать природное или синтетическое текстильное волокно, такое как: искусственный шелк, полиэфир, нейлон, акриловое или подобное волокно, имеющее длину примерно от 0,25 до 0,75 дюйма, предпочтительно примерно от 0,5 дюйма, и денье примерно от 1,0 до 5, и присутствует в количестве примерно от 2% (вес.) до 20% (вес.), предпочтительно от 4 до 8%
Суспензия (жидкая масса) укладывается листом на длинную сетку и обезвоживается до образования исходной панели. Эта масса может охватывать диапазон примерно от 0,1 до 1 процента твердых веществ, и в эту массу могут добавляться другие ингредиенты, как, например, красители, смачивающие реагенты, адгезивы и тому подобное. После пропускания древесной массы на длинную сетку первоначальное обезвоживание может происходить в условиях вакуума, чтобы довести содержание воды примерно до 5 частей (вес.) воды на часть (вес.) твердых веществ.

Плотность панели может управляться путем изменения таких факторов, как перепад (разность) давлений во время вакуумного обезвоживания и скорость длинной сетки. Вообще, пониженный вакуум и повышенная скорость приведут к менее плотному изделию. Панель из торфяного мха с соответствующей низкой плотностью может быть получена при формировании панели, содержащей от 15 до 35 грамм твердого вещества на квадратный фут панели и при вакуумном давлении от 10 до 15 дюймов рт. столба. Скорость длинной сетки и ширина вакуумной щели, под которой панель подвергается воздействию дифференциального давления вакуума, должны измениться таким образом, чтобы обеспечивать время пребывания панели под вакуумными щелями примерно от 1 до 5 секунд. Например, в случае щелей, из которых каждая имеет ширину 1 дюйм, скорость длинной сетки около 2,5 футов в минуту обеспечивает время пребывания около 1,5 секунд, что при укладе 20 граммов на квадратный фут дает панель с низкой плотностью. Аналогичным образом, в случае четырех щелей, каждая из которых шириной 1 дюйм, при скорости длинной сетки 1,7 футов в минуту имеет время пребывания 4,4 секунд и также получаем панель из торфяного мха низкой плотности. В каждом из вышеприведенных примеров результирующая панель перед каландрированием имеет низкую плотность, вообще примерно от 0,04 до 0,12 г/см³.

В конкретном варианте реализации настоящего изобретения слоистый материал изготавливается из панели и слоя крафт-целлюлозы. Предпочтительно крафт-целлюлоза сначала укладывается на длинную сетку из такой древесной массы, которая может содержать около 0,1% твердых частиц. Крафт-целлюлоза обезвоживается и затем пропускается на вторую установку, где торфяной мох и добавки укладываются непосредственно на верхнюю поверхность крафт-слоя. Этот композитный слой может быть образован для получения слоистого материала описанной в данной заявке панели из торфяного мха низкой плотности, имеющей слой крафт-целлюлозы, адгезированный к ее поверхности. Предпочтительно, чтобы крафт-материал, подлежащий использованию, был отбелен и имел степень помола по канадскому стандарту относительно высокой величины, например от 450 до 750. Хотя пропорции крафт-слоя по отношению к панели из торфяного мха не являются критическими, удовлетворительное изделие получается в том случае, когда имеет место слой крафт-целлюлозы примерно от 0,5 до 5 грамм на квадратный фут. Дополнительно, показатели прочности слоистой панели лучше, чем показатели прочности у панели, в которой использован только торфяной мох.

При необходимости слой крафт-целлюлозы может также быть уложен на верхней поверхности слоя торфяного мха для образования слоистой структуры, содержащей центральную основу или сердцевину из торфяной мха, покрытую двумя слоями крафт-целлюлозы. Эта форма конструкции еще больше усиливает характеристики прочности панели.

В соответствии с техническим решением согласно изобретению обезвоженная панель из торфяного мха низкой плотности кондиционируется для достижения специфического уровня содержания воды и каландрируется при заданном давлении, выбранном в соответствии с требуемой плотностью конечного изделия. Достижение требуемого содержания влаги производится путем высушивания панели низкой плотности до заданного уровня влаги и затем каландрирования. Полученное изделие может затем далее высушиваться в сушилке второй стадии или просто быть предоставлено само себе для достижения равновесного состояния относительно своего нормального окружающего водяного содержания. Альтернативно обезвоженная панель может быть высушена до окружающего водного содержания в сушилке первой стадии и затем вода может быть добавлена в камере достижения требуемого состояния панели, чтобы повысить содержание влаги до более высокого требуемого уровня.

Оба способа имеют преимущества, и выбор будет определяться производителями, взвешивающими эти преимущества. Например, высушивание обезвоженной панели до заданного уровня и затем каландрирование дает экономию энергии, затрачиваемой в процессе сушки, так как фактически удаляется только требуемое количество воды из панели из торфяного мха. С другой стороны, при высушивании до низкого уровня и затем добавлении воды до достижения требуемого состояния панели процесс является более управляемым, и могут поддерживаться более жесткие допуски содержания влаги.

После кондиционирования панель каландрируют путем пропускания панели между валиками каландра, образующими зажим.

Изобретение обеспечивает соотношение, дающее возможность выразить давление каландрирования P и содержание воды W в единицах требуемой плотности D панели при 12% влажности, определяемой на основе веса сухой панели из материала торфяного мха. Это соотношение в форме уравнения будет следующим:
(0,4409±0,0611) D 0,2122W 0,00057P.

Это уравнение применяется к панелям, имеющим концентрацию торфяного мха от примерно 45% до 100% баланс предпочтительно обеспечивается любой из добавок, упомянутых выше.

В соответствии с этим уравнением содержание воды и давление каландрирования P подбираются таким образом, что величина правого уравнения находится в диапазоне, определяемом экстремальными величинами левого члена уравнения. Плотность каландрированной панели затем измеряется, и отклонение от требуемой величины плотности D компенсируется путем небольшого регулирования W или P или обоих параметров. Плотность каландрированной панели снова измеряется, и остаточная ошибка компенсируется тем же путем. Эта стадия повторяется до достижения заданной величины плотности D.

Следующий пример иллюстрирует преимущества, вытекающие из настоящего изобретения.

Сырье торфяного мха сортируется для выделения фракции, имеющей размер частиц примерно от 250 микрон до 1800 микрон. Отсортированная фракция объединяется с полиэфирными волокнами и волокнами крафт-целлюлозы в следующих пропорциях:
Ингредиенты Весовые части^*)
Торфяной мох 76,8%
Полиэфирные волокна 4, 9%
Волокна крафт-целлюлозы 7,9%
*) На основе веса сухой каландрированной панели.

Эта смесь твердых частиц диспергируется в воде до образования водной жидкой массы (суспензии), имеющей концентрацию твердых частиц (1,3% (вес.)). Жидкая масса укладывается листом на длинной сетке на слое волокон крафт-целлюлозы, предварительно уложенных на эту сетку. Ниже (по ходу процесса) точки, в которой наносится жидкая масса, на эту массу укладывается слой волокон крафт-целлюлозы для образования слоистой структуры, в которой жидкая масса торфяного мха образует центральный слой. Весовые части волокон крафт-целлюлозы на основе веса обезвоженной каландрированной панели составляют 9,8% равномерно распределенных между верхним и нижним слоями.

Образованная таким образом панель обрабатывается смачивающим реагентом, производимым фирмой Clough Chemicol Company и продаваемым под названием THROWETG-60. Весовая часть смачивающего реагента на основе веса обезвоженной каландрированной панели составляет 0,65%
Панель обезвоживается путем применения вакуума и затем высушивается для достижения уровня влаги 12% Сразу после достижения требуемого уровня влаги в панели кондиционирования она подвергается каландрированию при 5000 фунт-лин. дюйм (при расчете P выражено в кг/м в формуле).

В соответствии с этими операционными условиями соотношение между плотностью, содержанием воды и давлением каландрирования показывает, что фактическая плотность каландрированной панели при 12% влажности на основе веса сухой панели будет находиться в диапазоне от 0,3 г/см³ до 0,5 г/см³. Измеренная плотность каландрированной панели показала 0,38 г/см³, этим самым подтвердив уравнение.

На чертеже показана плотность каландрированной панели как функция содержания влаги и давления каландрирования в отношении концентраций торфяного мха в диапазоне примерно от 41% до 100% Группа точек, которые удовлетворяют уравнению, составляет объем, определяемый парой параллельных плоскостей.

До включения каландрированной панели в абсорбируемое изделие одноразового пользования она предпочтительно подвергается механической операции размягчения, такой как перфотиснение или микрогофрирование, чтобы улучшить гибкость панели. Процессы перфотиснения и микрогофрирования описаны подробно в патентах США 4596567 и 4559050, упомянутых выше.

Объем настоящего изобретения не ограничивается описанием, примерами и рекомендованными использованиями здесь, так как могут иметь место модификации без отклонения от идеи изобретения. Применение изделия и способов согласно настоящему изобретению для использования в гигиенической и других областях здравоохранения может производиться любым медицинским и абсорбционным методом и способом с сфере гигиенической защиты, недержания мочи, которые в настоящее время или в перспективе известны специалистам в этой области техники. Таким образом, считается, что настоящая заявка охватывает модификации и изменения этого изобретения при условии, что они остаются в рамках объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Реферат

Использование: изобретение относится к способу изготовления панели из торфяного мха и к каландрированной панели, содержащей в качестве материала торфяной мох, пригодный для использования в качестве абсорбирующей основы в изделиях одноразового использования. Сущность изобретения состоит в том, что способ изготовления панели включает ее формование при содержании в ней по крайней мере 45% материала торфяного мха к весу сухой панели. Затем панель каландрируют под давлением. Приводится выражение для определения давления каландрирования в зависимости от плотности торфяной панели и содержания воды в ней. Панель содержит, по крайней мере, 45% материала торфяного мха, имеющего размер частиц в диапазоне от 74 до 2000 микрон. Приводятся возможные примеры осуществления способа, состав и конструкция панели. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула