Ионочувствительное связующее вещество для волокнистых материалов - RU2198188C2

Описание

Изобретение относится к диспергируемому в воде материалу, растворимость которого в воде зависит от общей концентрации ионов в воде и, в частности, от концентрации двухвалентных ионов. Более конкретно, изобретение относится к композиции полимерного связующего, способной к диспергированию в воде в случае, когда концентрация двухвалентных ионов в воде составляет приблизительно менее 50 частей на миллион (далее в тексте "ч./млн") и предпочтительно концентрация одновалентных ионов составляет приблизительно менее 0,4 мас. %. Предпочтительно, полимерная композиция нерастворима в водном растворе, имеющем концентрацию двухвалентных ионов, превышающую приблизительно 50 ч./млн. Кроме того, изобретение относится к способу получения диспергируемого в воде нетканого волокнистого материала, включающего в себя волокнистую подложку и распределенную в ней композицию ионочувствительного связующего, и использованию из диспергируемого в воде нетканого волокнистого материала для диспергируемых в воде изделий личной гигиены.

Хотя композиция и продукты согласно настоящему изобретению описываются в нем главным образом в связи с предпочтительными применениями в качестве поглощающего изделия одноразового пользования и, в частности, в качестве предварительно увлажненной салфетки, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этими применениями. В свете раскрытия настоящего изобретения специалисты в данной области найдут ему множество применений в других областях, где способность волокнистого материала смываться водой была бы весьма желательна.

Нетканые волокнистые материалы и полотна широко используются в качестве компонентов изделий одноразового пользования, таких как санитарные салфетки, пеленки, перевязочный материал для ран, бандажи, подкладки для ухода за больными и предварительно увлажненные салфетки. Термины "нетканые волокнистые полотна", "волокнистые полотна", "нетканые ткани", ткани и волокнистые подложки используются в настоящем описании взаимозаменяемо и охватывают, без ограничения, способы изготовления указанных материалов и полотен, которые могут включать, не ограничиваясь этим, способы воздушной укладки и влажной укладки.

Такие нетканые материалы для их эффективного функционирования должны сохранять свою структурную целостность, а также проявлять удовлетворительную прочность на растяжение во влажном или мокром состоянии. Однако было установлено, что, если такие нетканые материалы под воздействием на них воды утрачивают практически всю свою прочность на растяжение и становятся легко диспергируемыми в воде, то проблемы устранения отходов, связанные с использованием таких материалов, в значительной мере отпадают. Изделия могли бы легко и удобно смываться в обычном туалете или ватерклозете.

Предпочтительно, чтобы нетканые материалы обладали рядом характеристик, таких как мягкость и гибкость. Обычно нетканый материал формуется путем влажной или воздушной укладки неупорядоченных волокон и их взаимного совмещения с образованием сплошного полотна. В попытке сообщить нетканому материалу характеристики, специфические для их использования, в прежних способах стремились сделать эти материалы неспособными к диспергированию в воде. Например, нетканые материалы соединяли с нерастворимыми в жидкости смолами, что придавало им прочность при использовании. Однако такие смолы, делая нетканые материалы в значительной мере нерастворимыми в воде, препятствуют смыву их и устранению таким образом отходов.

Специфические проблемы возникают с предварительно увлажненными салфетками. Салфетки, используемые для поддержания чистоты кожи и коммерчески известные как маленькие полотенца, влажные салфетки или женские салфетки, изготавливаются из бумаги или нетканых волокнистых полотен, обработанных полимерным связующим. Связующее сообщает полотну определенную степень прочности, благодаря чему прочность на растяжение этого полотна не утрачивается при хранении его в соответствующей жидкой среде. Однако необходимо, чтобы после использования салфетки по назначению прочность связи связующего с волокнами легко ослаблялась под воздействием на него водной среды, например при смывании салфетки в туалете, с тем чтобы не вызывать засорения канализации.

С целью придания салфеткам свойств диспергируемости в воде при их производстве используются различные связующие. Например, салфетки включают в качестве связующего нерастворимую в кислоте, но растворимую в щелочи полимерную поликарбоновую кислоту и ее функциональные производные, причем кислоту помещают в воду и добавляют достаточное количество щелочи, чтобы в основном нейтрализовать все кислотные группы еще до того, как связующее будет нанесено на полотно. Полотно, насыщенное связующим, сушат, после чего погружают в среду с низким значением рН, где полотно сохраняет свою структурную целостность, однако затем, при погружении салфетки в жидкую среду с достаточно высоким рН полотно будет распадаться.

Другим используемым связующим является поливиниловый спирт, смешанный с гелеобразующим или сообщающим нерастворимость агентом, таким как бура. Бура способствует образованию поперечных связей, по меньшей мере, на поверхности полимерного связующего, прежде чем полотно будет высушено и приобретет водостойкие свойства. Такие поперечные связи обратимы, т.е., когда концентрация буры снижается ниже определенного уровня, степень образования поперечных связей становится настолько низкой, что связующее становится растворимым в воде.

Проблема с вышеуказанными связующими состоит в том, что с целью предотвращения дезинтеграции нетканого волокнистого материала, прежде чем он будет ликвидирован как отход, салфетку необходимо хранить в растворе, имеющем рН, который может вызвать раздражение кожи при использовании салфетки.

Другим связующим, т.е. до определенной степени водорастворимым связующим является сополимер ненасыщенной карбоновой кислоты/эфира ненасыщенной карбоновой кислоты. Полотно является растворимым в воде, способным диспергироваться в воде или способным распадаться в воде и водной среде при условии, что вода, в основном, не содержит двухвалентных ионов. Однако в тех местностях, где вода является "умеренно жесткой", так как содержит двухвалентные ионы, например ионы кальция и/или ионы магния, салфетки диспергируются нелегко. Водорастворимое полимерное связующее становится, в значительной мере, нерастворимым в присутствии этих двухвалентных ионов. Не желая придерживаться какой-либо конкретной теории, следует тем не менее указать, что, как полагают, двухвалентные ионы создают необратимые поперечные связи в связующем, препятствующие его диспергированию в воде. До настоящего времени не осознано то вредное влияние, которое двухвалентные ионы, присутствующие в водной среде, оказывают на растворимость в воде полимерного связующего.

Проблема, связанная с вышеуказанными связующими, состоит в том, что они требует относительно долгого времени контакта, необходимого для того, чтобы раствор, в котором они хранятся, смочил волокнистый материал в течение высокоскоростного процесса конверсии. Это ограничивает коммерческую полезность связующего в смысле использования его в увлажненной салфетке.

Другая проблема с вышеуказанным связующим состоит в том, что оно не обладает достаточной прочностью при его конечном потребительском использовании в качестве салфетки.

В соответствии с вышеуказанным существует потребность в композиции водорастворимого связующего, которая может быть использована в изделии, таком как, например, салфетка, является безопасной при ее применении и практически не подвержена влиянию двухвалентных ионов, обычно присутствующих в умеренно жесткой воде.

Кратко, настоящее изобретение относится к композиции водорастворимого полимерного связующего, которая может быть использована в нетканых волокнистых полотне, ткани или подложке. Композиция водорастворимого полимерного связующего включает тример ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты, ингибитор двухвалентных ионов и гидрофильный, способный к образованию поперечных связей полимер. В предпочтительном варианте осуществления изобретения гидрофильный, способный к образованию поперечных связей полимер может функционировать в качестве ингибитора двухвалентных ионов и заменять этот последний. Композиция водорастворимого полимерного связующего содержит приблизительно от 25 до 85% (мас.) тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты, приблизительно от 5 до 35% (мас.) ингибитора двухвалентных ионов и приблизительно от 10 до 60% (мас.) гидрофильного, способного к образованию поперечных связей полимера. В контексте настоящего изобретения термин "ингибитор двухвалентных ионов" обозначает любое вещество, которое ингибирует обусловленное присутствием двухвалентных ионов необратимое образование поперечных связей у нейтрализованных акрилокислотных звеньев в основном тримере. В предпочтительном варианте осуществления изобретения гидрофильный, способный к образованию поперечных связей полимер функционирует, главным образом, в качестве ингибитора двухвалентных ионов, так что композиция связующего содержит приблизительно от 25 до 85% (мас.) тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты и приблизительно от 15 до 75% (мас.) гидрофильного, способного к образованию поперечных связей полимера.

Предпочтительно, композиция связующего согласно изобретению является растворимой в водной среде, имеющей концентрацию двухвалентных ионов менее приблизительно 50 ч./млн и концентрацию одновалентных ионов менее приблизительно 0,4 мас.%.

Еще одним аспектом изобретения является нетканый волокнистый материал, способный к диспергированию в воде. Нетканый волокнистый материал содержит волокнистую подложку и водорастворимое связующее, распределенное в волокнистой подложке для связывания друг с другом волокон волокнистого материала. Нетканый волокнистый материал способен к диспергированию в водной среде, имеющей концентрацию двухвалентных ионов менее приблизительно 50 ч./млн и концентрацию одновалентных ионов менее приблизительно 0,4 мас.%.

Еще одним аспектом изобретения является способ получения способного к диспергированию в воде нетканого волокнистого материала. Способ включает стадию контактирования волокнистой подложки с эффективным количеством вышеуказанной водорастворимой композиции связующего для связывания значительного количества волокон и стадию сушки материала.

В основу настоящего изобретения положена задача получения водорастворимого полимера, способного растворяться в мягкой до умеренно жесткой воде, но нерастворимого в воде, имеющей концентрацию двухвалентных ионов выше приблизительно 50 ч. /млн. В контексте настоящего изобретения термин "умеренно жесткая вода" обозначает воду, имеющую общую концентрацию двухвалентных ионов приблизительно от 25 до 50 ч./млн. Неограничительные примеры двухвалентных ионов включают ионы кальция и/или магния. В контексте настоящего изобретения "мягкая вода" обозначает воду, имеющую концентрацию двухвалентных ионов менее приблизительно 25 ч./млн, а "очень жесткая вода" воду, имеющую концентрацию двухвалентных ионов выше приблизительно 50 ч./млн.

Другой задачей изобретения является получение нетканого материала, способного к диспергированию в мягкой и умеренно жесткой воде, имеющей концентрацию двухвалентных ионов менее приблизительно 50 ч./млн.

Еще одной задачей изобретения является изготовление предварительно увлажненной салфетки, способной легко диспергироваться в мягкой и умеренно жесткой воде.

Еще одной задачей изобретения является изготовление салфетки, допускающей ее сбрасывание в стандартные канализационные или септические системы, способной к диспергированию в воде и не забивающей ватерклозет или систему трубопроводов.

Описание предпочтительных вариантов изобретения
Нетканые материалы, полученные в соответствии с настоящим изобретением, имеют высокий предел прочности при растяжении в сухом состоянии, в зависимости, среди прочего, от количества связующего, нанесенного на материал, и способа его нанесения. Нетканый материал обладает износостойкостью при истирании и сохраняет значительную прочность на растяжение в водных растворах, содержащих более 50 ч. /млн двухвалентных ионов. Однако нетканый материал способен к диспергированию в мягкой до умеренно жесткой воде. Благодаря этому последнему их свойству, предлагаемые согласно настоящему изобретению нетканые материалы хорошо пригодны для изготовления предметов разового потребления, таких как санитарные салфетки, пеленки, а также сухие и предварительно увлажненные салфетки, которые могут быть сброшены в унитаз после их использования.

Связующее согласно настоящему изобретению обеспечивает механическое разложение салфетки после смыва в туалет, так как в водопроводной воде прочность связывания между связующим и волокнами ослабляется и предпочтительно утрачивается. Однако связующее обладает значительной силой межмолекулярного сцепления, чтобы удержать волокна нетканого материала вместе во время хранения на складе и во время пользования им. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, композиция водорастворимого связующего содержит приблизительно от 25 до 85 мас.% тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты, приблизительно от 5 до 35 мас.% ингибитора двухвалентных ионов и приблизительно от 10 до 70 мас.% гидрофильного, способного к образованию поперечных связей полимера. Желательно, чтобы композиция водорастворимого связующего содержала приблизительно от 40 до 75 мас.% тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты, приблизительно от 5 до 20 мас.% ингибитора двухвалентных ионов и приблизительно от 10 до 50 мас.% гидрофильного, способного к образованию поперечных связей полимера.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения гидрофильный, способный к образованию поперечных связей полимер в основном функционирует в качестве ингибитора двухвалентных ионов, исключая тем самым необходимость применения самостоятельного ингибитора двухвалентных ионов. Представляется весьма ценным, что гидрофильный, способный к образованию поперечных связей полимер повышает гидрофильность обработанного материала. В соответствии с этим гидрофильный, способный к образованию поперечных связей полимер содержит приблизительно от 25 до 85 мас.% тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты и приблизительно от 15 до 75 мас.% гидрофильного, способного к образованию поперечных связей полимера. Желательно, чтобы водорастворимое связующее содержало приблизительно от 40 до 75 мас.% тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты и приблизительно от 25 до 60 мас.% гидрофильного, способного к образованию поперечных связей полимера.

Преимуществом является то, что композиция связующего согласно изобретению является растворимой в водной среде, имеющей концентрацию двухвалентных ионов менее приблизительно 50 ч./млн и концентрацию одновалентных ионов менее приблизительно 0,4 мас.%.

Хотя в качестве мономерного компонента тримера могут использоваться обычные ненасыщенные карбоновые кислоты, предпочтительны акриловая кислота и/или метакриловая кислота. Примеры эфиров ненасыщенных карбоновых кислот в качестве мономерных компонентов включают акриловые эфиры и/или метакриловые эфиры, имеющие алкильную группу из 1-18 атомов углерода или циклоалкильную группу из 3-18 атомов углерода; при этом предпочтительно, чтобы индивидуально или в комбинациии применялись акриловые эфиры и/или метакриловые эфиры, имеющие алкильную группу из 1-12 атомов углерода или циклоалкильную группу из 3-12 атомов углерода.

Более конкретно, примеры тримеров включают сополимеры 10-90 мас.%, предпочтительно 20-70 мас.% акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты и 90-10 мас.%, предпочтительно 80-30 мас.% акриловых эфиров и/или метакриловых эфиров, имеющих алкильную группу из 1-18 атомов углерода или циклоалкильную группу из 3-18 атомов углерода, в которых от 1 до 60 мол.%, предпочтительно от 5 до 50 мол.% акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты нейтрализовано с образованием соли; или сополимеры 30-75 мас.%, предпочтительно 40-65 мас.% акриловой кислоты, 5-30 мас.%, предпочтительно 10-25% акриловых эфиров и/или метакриловых эфиров, имеющих алкильную группу из 8-12 атомов углерода, и 20-40 мас.%, предпочтительно 25-35 мас.% акриловых эфиров и/или метакриловых эфиров, имеющих алкильную группу из 2-4 атомов углерода, в которых от 1 до 50 мол.%, предпочтительно от 2 до 40 мол.% акриловой кислоты нейтрализовано с образованием соли. Молекулярная масса тримера специально не ограничена, хотя среднемассовая молекулярная масса тримера предпочтительно составляет от 5000 до 1000000, более предпочтительно от 30000 до 500000.

В качестве нейтрализующего средства для нейтрализации ненасыщенного карбокислотного компонента сополимера может быть необязательно использовано любое неорганическое или органическое основание. Примеры нейтрализующих средств содержат неорганические основания, такие как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития и карбонат натрия, и амины, такие как моноэтаноламин, диэтаноламин, диэтиламиноэтанол, аммиак, триметиламин, триэтиламин, триполиамин, морфолин. Предпочтительны этаноламины или гидроксид натрия или комбинация гидроксида калия с этаноламинами. Сополимеры ненасыщенных карбоновых кислот с эфирами ненасыщенных карбоновых кислот раскрыты в патенте США 5384189, озаглавленном "Способный к разложению в воде нетканый материал", полное содержание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки. Тример продается фирмой LION Corporation, Токио, Япония.

Ингибиторы двухвалентных ионов, применяемые в настоящем изобретении, включают сульфонированные сополиэфиры, такие как EASTMAN AQ29D, AQ38D и AQ55D (продается фирмой Eastman Chemicals, Кингспорт, штат Теннесси); L9158 (продается фирмой АТО Findley); способный к образованию поперечных связей поли(этиленвинилацетат) (продается фирмой National Starch and Chemical Company, Бриджуотер, штат Нью-Джерси, под торговым названием ELITE-33); полифосфаты, такие как триполифосфат натрия; фосфиновые кислоты, такие как этилендиаминотетра(метиленфосфиновая кислота); аминокарбоновые кислоты, такие как этилендиаминоуксусная кислота и нитрилотриуксусная кислота; гидроксикарбоновые кислоты, такие как лимонная кислота; и полиамины, такие как порфозины.

Пригодные для применения в настоящем изобретении гидрофильные полимеры, способные к образованию поперечных связей, включают полимеры, имеющие один или несколько гидрофильных мономеров и мономер, который способен образовывать поперечные связи. Неограничительные примеры таких полимеров включают: 1) поли(этиленвинилацетат) с N-замещенным акриламидом, таким как N-метилолакриламид; 2) сополимеры на основе акриламида и N-замещенного акриламида с мономером, способным к образованию поперечных связей, таким как N-метилолакриламид; 3) сополиакрилаты, такие как гидроксиэтилметакрилат или поли(этиленгликоль)-метакрилат (ПЭГ-МА), с метилметакрилатом или метилакрилатом; 4) поли(этиленвиниловый спирт), имеющий менее приблизительно 3% гидролизо-ванных звеньев; и 5) поли(этиленгликоль), привитый на другие полимеры, такие как полиолефины, в результате чего полиэтиленгликолевые части молекулы могут образовывать поперечные связи. Предпочтительным полимером, способным к образованию поперечных связей, является поли(этиленвинилацетат) с N-метилолакриламидом, продаваемый фирмой National Starch and Chemical Company, Бриджуотер, штат Нью-Джерси, под торговым названием ELITE-33.

В другом варианте осуществления изобретения составы предлагаемого связующего могут быть нанесены на любую волокнистую подложку с образованием способного к диспергированию в воде волокнистого материала. Диспергируемый в воде нетканый материал согласно настоящему изобретению растворим, т.е. способен дезинтегрироваться или диспергироваться, в водной среде, имеющей концентрацию двухвалентных ионов менее приблизительно 50 ч./млн и концентрацию одновалентных ионов менее приблизительно 0,4 мас.% Диспергируемый в воде материал согласно настоящему изобретению пригоден, в частности, для применения в изделиях, диспергируемых в воде. Подходящие волокнистые подложки включают, но не ограничиваются ими, нетканые и тканые материалы. Во многих вариантах осуществления изобретения, в частности в предметах личной гигиены, предпочтительными подложками являются нетканые материалы благодаря их способности поглощать жидкости, такие как кровь, менструальную жидкость и мочу. В контексте настоящего изобретения под "нетканым материалом" подразумевается материал, имеющий структуру распределенных случайным образом индивидуальных волокон или комплексных нитей, которые могут быть соединены друг с другом наподобие холста. Нетканые материалы могут быть получены многочисленными способами, которые включают, но не ограничиваются ими, процесс воздушной укладки, процесс мокрой укладки, процессы гидропереплетения, кардочесание штапельного волокна, связывание и прядение из раствора.

Составы связующего пригодны, в частности, для связывания волокон при получении нетканых материалов с помощью процесса воздушной укладки. Эти материалы особенно пригодны для изготовления нательных прокладок, материалов для распределения жидкостей, впитывающих материалов, таких как перевязочный материал, поглощающие оберточные простыни и оберточный материал для различных диспергируемых в воде предметов личной гигиены. Материалы воздушной укладки особенно пригодны для изготовления предварительно увлажненных салфеток. Масса на единицу площади этих нетканых материалов, полученных с помощью процесса воздушной укладки, колеблется приблизительно от 20 до 200 г/м² при толщине штапельного волокна 2-3 денье и длине около 6-15 мм. Что касается хирургического или впитывающего материалов, то они требуют лучшей эластичности и более высокой пушистости, так что для изготовления указанных предметов используются штапельные волокна, имеющие толщину приблизительно 6 и более денье. Оптимальная окончательная плотность перевязочного или впитывающего материала находится в пределах приблизительно от 0,025 до 0,050 г/см³. Материалы для распределения жидкости должны иметь более высокую плотность, которая оптимально находится в пределах приблизительно от 0,10 до 0,20 г/см³, с использованием в них волокон с более низкими значениями денье; наиболее предпочтительно использовать волокна толщиной в один денье или менее 1,5 денье. Салфетки, как правило, имеют плотность приблизительно от 0,05 до 0,1 г/см³ и вес на единицу площади в пределах приблизительно от 60 до 90 г/см².

Сам нетканый материал может быть сформован из натуральных волокон, синтетических волокон и их комбинаций. Выбор волокон зависит, например, от стоимости волокна и предполагаемого назначения готового материала. Неограничивающие примеры подходящих волокон, которые могут быть использованы индивидуально или в комбинации для образования подложек, включают хлопковые, льняные, джутовые, шерстяные волокна, волокна из древесной целлюлозы, волокна из регенерированной целлюлозы, такой как вискозный шелк, модифицированные целлюлозные волокна, такие как ацетатное целлюлозное волокно, или синтетические волокна, получаемые из поливинилового спирта, полиэфиров, полиамидов, полиакрилов и т.д. При желании могут быть использованы также смеси одного или нескольких из этих волокон.

Для полотенец нетканый материал, предпочтительно, получают из относительно коротких волокон, таких как волокна из древесной целлюлозы. Минимальная длина волокон зависит от способа, выбранного для формования нетканого материала. При изготовлении нетканого материала мокрым или сухим способом длину волокна выбирают предпочтительно в пределах приблизительно от 0,1 до 15 мм. Было установлено, что, когда смываемый материал содержит значительное количество волокон, имеющих длину более 15 мм, их длина имеет тенденцию образовывать канаты из волокон, что нежелательно в смываемом материале. Предпочтительно, чтобы нетканый материал согласно настоящему изобретению в том случае, если его волокна не связаны друг с другом клеящим или связующим веществом, имел относительно низкую прочность сцепления в мокром состоянии. Если волокна таких нетканых материалов соединены клеящим веществом, который утрачивает свою прочность сцепления в водопроводной и сточной воде, то нетканый материал легко разрушается в результате механического перемешивания при смыве его в туалет и движении по канализационным трубопроводам.

Нетканый материал согласно настоящему изобретению может быть сформован в один или несколько слоев. В случае его многослойного изготовления слои обычно укладываются друг на друга, соответственно поверхность к поверхности, и все либо часть слоев могут быть связаны с соседними слоями. Нетканый материал может быть также изготовлен из множества отдельных нетканых материалов, причем указанные отдельные нетканые материалы могут быть сформованы в один или несколько слоев. Связующее может быть распределено на нетканом материале путем однократного нанесения или, если материал состоит из нескольких слоев, каждый отдельный слой может быть индивидуально покрыт связующим и затем соединен с другими слоями путем наложения слоев друг на друга с образованием таким образом готового нетканого материала.

Состав связующего может быть нанесен на нетканый материал любым известным способом. Связующее может наноситься на нетканый материал путем, например, напыления, окунания, набивки, покрытия или любым другим способом. Для сохранения целостности нетканого материала при нанесении на него связующего необходимо равномерно распределять связующее практически во всем материале, чтобы покрыть в основном все места скрещивания волокон. Предпочтительно связующее распределяют в нетканом материале так, чтобы им было покрыто приблизительно от 80 до 100 процентов мест скрещивания волокон. Более предпочтительно связующее распределяют в нетканом материале так, чтобы им было покрыто приблизительно от 95 до 100 процентов мест скрещивания волокон.

Еще одним аспектом изобретения является способ получения диспергируемого в воде нетканого материала. Способ включает стадию контактирования волокнистой подложки с эффективным количеством связующего согласно настоящему изобретению для связывания основного количества волокон и последующую стадию сушки нетканого материала для образования способного к диспергированию в воде волокнистого материала. Для упрощения его нанесения на нетканый материал связующее может быть эмульгировано, диспергировано и/или растворено в воде или в растворителе, таком как метанол, этанол или тому подобное, причем вода является предпочтительным носителем. Связующее может содержать приблизительно от 1 до 30 мас.%, предпочтительно от 2,5 до 20 мас.% твердых частиц.

В зависимости от веса нетканого материала связующее может быть распределено в нетканом материале или "добавлено к нему" в количестве приблизительно от 1 до 50 мас.%, предпочтительно от 5 до 30 мас.% и более предпочтительно от 8 до 25 мас. %. Когда количество связующего меньше, чем указано выше, получающийся нетканый материал обладает недостаточной механической прочностью. С другой стороны, если количество связующего превышает вышеуказанное количество, то получающийся нетканый материал не имеет высокой мягкости и хорошего качества на ощупь.

Композиция связующего может содержать пластификаторы, такие как глицерин; сорбитол; эмульгированное минеральное масло; эфиры бензойной кислоты; полигликоли, такие как полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, и их сополимеры: деканоил-N-метилглюкамид; трибуталцитрат и трибутоксиэтилфосфат, добавленный к раствору, содержащему связующее, однако это не является предпочтительным.

Количество пластификатора зависит от заданной мягкости нетканого материала, но, как правило, пластификатор может добавляться в количестве от 0 до приблизительно 10 мас.% в пересчете на массу материала.

В связующее могут быть при необходимости введены ароматизаторы, красители, противовспениватели, бактерициды, антисептики, поверхностно-активные вещества, загустители, наполнители, а также при необходимости другие растворимые в воде связующие, такие как поливиниловый спирт, водные дисперсии, например, поливинилхлорида, полиакрилатов, полиметакрилатов, сополимеров акрилатов и метакрилатов, полимеров акриловой кислоты, метакриловой кислоты или их соли и карбоксиметилцеллюлоза.

После нанесения на него композиции связующего нетканый материал сушат с помощью любых известных средств, таких как, например, воздушные сушильные печи непрерывного действия. После сушки когезионно-связанный нетканый волокнистый материал обладает повышенной прочностью на растяжение в сравнении с прочностью на растяжение аналогичного, но не обработанного материала, полученного способом воздушной или мокрой укладки. Например, прочность на растяжение материала может быть повышена не менее чем на 25% в сравнении с прочностью на растяжение необработанного материала. В частности, прочность на растяжение материала может быть повышена не менее чем на 100%, и более конкретно не менее чем на 500%, в сравнении с прочностью на растяжение необработанного материала. Однако и это является преимуществом изобретения, материал будет распадаться или способен распадаться при помещении его в мягкую или умеренно жесткую холодную воду и перемешивании. В контексте настоящего изобретения термины "дезинтегрироваться", "распадаться", "способный распадаться" и "способный к диспергированию в воде" используются взаимозаменяемо для описания распадения или разделения на множество частей материала, когда материал после его пребывания приблизительно в течение 90 минут в водопроводной воде разлагается на множество кусочков, причем каждый кусочек материала имеет средний размер менее 50%, предпочтительно менее 40% и еще более предпочтительно менее 30% относительно его размера до диспергирования. Предпочтительно, чтобы материал распадался приблизительно после 60 минут пребывания в воде, и еще предпочтительнее, чтобы после 30 минут.

Нетканый материал, пригодный для превращения в салфетку или любой другой описанный выше предмет одноразового пользования, может быть любого типа, используемого для таких изделий. Готовые салфетки могут упаковываться индивидуально, предпочтительно в сложенном состоянии, во влагонепроницаемом конверте или упакованы в контейнеры, вмещающие любое требуемое количество предварительно сложенных слоев и уложенных в стопку в водонепроницаемой упаковке с нанесенным на них смачивающим агентом. Увлажненная салфетка может содержать смачивающий агент. В пересчете на массу сухого материала содержание смачивающего агента в салфетке может составлять приблизительно от 10 до 400%, предпочтительно от 100 до 300%. Салфетка должна сохранять свои заданные характеристики в течение периодов времени, включающих время хранения на складе, транспортировки, розничной продажи и хранения у потребителя. Следовательно, срок хранения салфеток должен составлять от двух месяцев до двух лет.

Из уровня техники известны различные формы водонепроницаемых конвертов для упакованных во влажном состоянии материалов, таких как салфетки, платки и тому подобное. Любые из них могут быть использованы для упаковки предварительно увлажненных салфеток, предлагаемых согласно настоящему изобретению.

Нетканый материал согласно настоящему изобретению может быть включен в изделия, поглощающие жидкости организма, такие как санитарные салфетки, пеленки, хирургические перевязочные средства, ткани и тому подобное. Особенность связующего состоит в том, что оно не растворяется при контакте с указанными жидкостями, если концентрация двухвалентных ионов в жидкости превышает уровень растворимости. Нетканый материал сохраняет свою структуру и мягкость и обладает удовлетворительной прочностью для практического использования. Однако при контакте с водой, имеющей концентрацию двухвалентных ионов приблизительно до 50 ч. /млн, связующее разлагается. В этом случае структура нетканого материала легко разрушается и распадается в воде.

Настоящее изобретение поясняется на нижеследующих примерах, которые не ограничивают объем изобретения.

Сравнительный пример 1
Готовят раствор связующего, содержащего 52,6 мас.% тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты (продается фирмой LION Corporation, Токио, Япония под торговым названием SSB-3b); 42,8 мас.% Code L9158 (продается фирмой АТО Findley, Wauwatosa, штат Висконсин) в качестве ингибитора двухвалентных ионов и 4,6 мас.% некристаллизующегося сорта сорбита (продается фирмой Pfizer) в качестве пластификатора путем растворения смолы в воде с получением раствора, содержащего около 13 мас.% твердых веществ.

На одну сторону волокнистой подложки из полученного способом мокрой укладки нетканого материала, содержащей 60 мас.% полиэтилентерефталатных (ПЭТ) штапельных волокон и 40 мас.% целлюлозного волокна Abaca (продается фирмой Hanson & Orth, Уилмингтон, штат Северная Каролина), наносят распылением приготовленный вышеуказанный состав в количестве 20-25 мас.% в пересчете на сухую массу подложки. Обработанный таким образом материал затем сушат в воздушной печи в нагнетательном режиме при 105^oС (221^oF) в течение 10 минут. Материал погружают на две минуты в небольшую тарелку, содержащую 50 мл испытательного раствора, имеющего концентрацию двухвалентных ионов (Са⁺⁺) 100 ч./млн. Материал устойчив в испытательном растворе, но разлагается в холодной водопроводной воде спустя 15 минут.

Прочность на растяжение вышеуказанного насыщенного нетканого материала определяют с помощью модифицированной методики испытаний ASTM-D5034-11 (1994). Насыщенный нетканый материал имеет ширину 25,4 мм и длину 152 мм. Метод модифицируют путем использования прибора для испытания на растяжение фирмы Sintech с размером просвета зажима 100 мм и скоростью отделения ползуна 30,5 см в минуту. Прочность на растяжение насыщенного материала в машинном направлении (МН) составляет 90 г на 25,4 мм ширины.

Пример 1
Готовят раствор связующего в соответствии с настоящим изобретением, содержащий (состав 1): 50 мас.% тримера ненасыщенной карбоновой кислоты/эфиров ненасыщенной карбоновой кислоты (продается фирмой LION Corporation, Токио, Япония под торговым названием SSB-3b); 25 мас.% ингибитора двухвалентных ионов (продается фирмой Eastman Chemical под торговым названием AQ-29D) и 25 мас. % способного к образованию поперечных связей поли(этиленвинилацетата) (продается фирмой National Starch and Chemical Company, Бриджуотер, штат Нью-Джерси под торговым названием ELITE-33). Состав разбавляют до общего содержания 13% твердых веществ. Состав наносят распылением на одну сторону подложки из полученного способом мокрой укладки нетканого материала, описанного в сравнительном примере 1. Обработанный таким образом материал затем сушат в воздушной печи в нагнетательном режиме при 105^oС (221^oF) в течение 10 минут. Материал погружают на две минуты в небольшую тарелку, содержащую 50 мл испытательного раствора, имеющего концентрацию двухвалентных ионов (Са⁺⁺) 100 ч./млн.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 1, составляет 280 г на 25,4 мм ширины. Материал стоек в испытательном растворе, но разлагается в холодной водопроводной воде спустя 50 минут.

Сравнительный пример 2
Раствор связующего из сравнительного примера 1 разбавляют деионизированной водой до общего содержания твердых веществ 5,9 мас.%.

Указанный состав связующего в количестве 20 мас.% в пересчете на сухую массу нетканого материала наносят распылением на обе стороны подложки, приготовленной из полученного способом мокрой укладки волокнистого нетканого материала, содержащего целлюлозу Weyerhaueser CF 405. Обработанный таким образом материал имеет общий вес на единицу площади 68 г/м². Материал затем сушат в печи при температуре 204,4^oС (400^oF) в течение 10-15 секунд. В материал добавляют в количестве 185 мас.%, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала определяют с помощью следующих методик испытаний ASTM-D5034-11 (1994). Насыщенный нетканый материал имеет ширину 76 мм и длину 152 мм. Насыщенный нетканый материал помещают в прибор Твинга-Альберта (Thwing-Albert) для испытания растяжения. Прочность на растяжение насыщенного материала в поперечном к машинному направлении (ПН) составляет 185 г на 76 мл ширины. Материал устойчив в испытательном растворе, но разлагается в холодной водопроводной воде спустя приблизительно 15 минут.

Смачиваемость сухого нетканого материала определяют следующим образом. С помощью шприца объемом 10 см³ с иглой 18-го размера на сухой материал наносят каплю деионизированной воды в восьми произвольных точках. Записывают время, необходимое для того, чтобы капля воды проникла через материал, и среднее из восьми записанных значений времени принимают за смачиваемость. Сухой материал впитывает каплю деионизированной воды за 3 минуты и 5 секунд.

Сравнительный пример 3
Раствор связующего из сравнительного примера 1 разбавляют деионизированной водой до общего содержания твердых веществ 5,9 мас.%.

Указанный состав связующего в количестве 20 мас.%, в пересчете на сухую массу подложки из волокнистого нетканого материала, наносят распылением на обе стороны подложки, содержащей целлюлозу Weyerhaueser CF 405. Обработанный таким образом материал имеет общий вес на единицу площади 71 г/м². Материал затем сушат в печи при температуре 204,4^oС (400^oF) в течение 10-15 секунд. В материал добавляют в количестве 186 мас.%, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 2, составляет 225 г на 76 мм ширины. Материал устойчив в испытательном растворе, но разлагался в воде приблизительно за 10 минут.

Пример 2
Готовят раствор связующего согласно изобретению, содержащего (состав 2): 65,0 мас. % LION SSB-3b и 35,0 мас.% ELITE-33. Состав разбавляют до общего содержания 15,0% твердых веществ. Приблизительно 25 мас.% раствора состава 2, в пересчете на сухую массу подложки из нетканого материала, наносят на подложку из волокнистого нетканого материала, содержащую целлюлозу Weyerhaueser CF 405. Обработанный таким образом материал имеет общий вес на единицу площади 69 г/м². Материал затем сушат в печи при температуре 193,3^oС (380^oF) в течение 10-15 секунд. В материал добавляют в количестве 250 мас.%, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 2, составляет 700 г на 76 мм ширины. Материал устойчив в испытательном растворе, но распадается в воде приблизительно менее чем за 60 минут.

В соответствии с методикой определения смачиваемости, описанной в сравнительном примере 2, сухой материал впитывает каплю деионизированной воды в среднем за одну минуту и восемь секунд.

Пример 3
Готовят другой раствор связующего по изобретению, содержащий (состав 3): 65,0 мас. % LION SSB-3b; 22,5 мас.% ELITE-33 и 12,5 мас.% AQ-29D (ингибитор двухвалентных ионов). Состав разбавляют до общего содержания 15,5 мас.% твердых веществ. Приблизительно 25 мас.% раствора состава 3, в пересчете на сухую массу подложки из нетканого материала, наносят на подложку из волокнистого нетканого материала, содержащую целлюлозу Weyerhaueser CF 405. Обработанный таким образом материал имеет общий вес на единицу площади 72 г/м². Материал затем сушат при температуре 193,3^oС (380^oF) в течение 10-15 секунд. В материал добавляют в количестве 250 мас.%, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 2, составляет 621 г на 76 мм ширины. Материал устойчив в испытательном растворе, но распадается в воде приблизительно менее чем за 15 минут.

В соответствии с методикой определения смачиваемости, описанной в сравнительном примере 2, сухой материал впитывает каплю деионизированной воды в среднем менее чем за десять секунд.

Пример 4
Готовят еще один раствор связующего по изобретению, содержащий (состав 4): 39,5 мас.% LION SSB-3b, 32,1 мас.% ингибитора двухвалентных ионов (L-9158, продается фирмой АТО Findley), 25 мас.% поли(этиленвинилацетата) (ELITE-33) и 3,4 мас.% сорбита в качестве пластификатора. Состав разбавляют деионизированной водой до общего содержания 7,8 мас.% твердых веществ. Приблизительно 20 мас. % раствора состава 4, в пересчете на сухую массу подложки из нетканого материала, наносят на подложку из волокнистого нетканого материала, содержащую целлюлозу Weyerhaueser CF 405. Обработанный таким образом материал имеет общий вес на единицу площади 66 г/м². Материал затем сушат в печи при температуре 226,7^oС (440^oF) в течение 10-15 секунд. В материал добавляют в количестве 186 мас.%, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 2, составляет 587 г на 76 мм ширины. Материал не распадается в воде вследствие избыточного количества поперечных связей в полимере, образовавшихся в результате высокой температуры сушки.

В соответствии с методикой определения смачиваемости, описанной в сравнительном примере 2, сухой материал впитывает каплю деионизированной воды в среднем за две минуты и 17 секунд.

Пример 5
Методику вышеприведенного примера 4 повторяют за исключением следующих отличий. В материал добавляют в количестве 173 мас.%, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 2, составляет 652 г на 76 мм ширины. Материал не распадается в воде вследствие избыточного количества поперечных связей в полимере, образовавшихся в результате высокой температуры сушки.

Пример 6
Приблизительно 15 мас.% раствора состава 4, в пересчете на сухую массу подложки из нетканого материала, наносят на обе стороны подложки. Обработанный таким образом материал имеет общий вес на единицу площади 68 г/м². Материал затем сушат при 226,7^oС (440^oF) в течение 10-15 секунд. В материал добавляют в количестве 226 мас. %, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 2, составляет 660 г на 76 мм ширины. Материал устойчив в испытательном растворе, но распадается в воде менее чем за один час.

В соответствии с методикой определения смачиваемости, описанной в сравнительном примере 2, сухой материал впитывает каплю деионизированной воды в среднем за одну минуту и 52 секунды.

Пример 7
Методику вышеприведенного примера 4 повторяют за исключением следующих отличий. Приблизительно 10 мас.% раствора состава 4, в пересчете на сухую массу подложки из нетканого материала, наносят распылением на обе стороны подложки. Обработанный таким образом материал имеет общий вес на единицу площади 65 г/м². Материал затем сушат при 204,4^oС (400^oF) в течение 10-15 секунд. В материал добавляют в количестве 204 мас.%, в пересчете на сухую массу материала, водный раствор, содержащий 100 ч./млн двухвалентных ионов кальция.

Прочность на растяжение насыщенного нетканого материала, определенная в соответствии с методикой, описанной в сравнительном примере 2, составляет 430 г на 76 мм ширины. Материал устойчив в испытательном растворе, но распадается в воде менее чем за один час.

Для специалиста в данной области ясно, что в предлагаемом изобретении возможны различные замены, опущения, изменения и модификации, которые не меняют его сущности или пределов патентных притязаний, заявленных в формуле изобретения. В соответствии с этим вышеизложенное описание должно пониматься лишь как пример изложения предпочтительной области настоящего изобретения, но не как ограничение изобретения.

Реферат

Изобретение относится к диспергируемому в воде материалу, который может быть использован в качестве увлажненной салфетки. Водорастворимая композиция и ее варианты представляют собой единое полотно, содержащее от 25 до 85 мас. % тримера ненасыщенной карбоновой кислоты или эфира ненасыщенной карбоновой кислоты и приблизительно от 15 до 75 мас.% гидрофильного полимера, причем указанная водорастворимая композиция растворима в водной среде, имеющей концентрацию двухвалентных ионов менее приблизительно 50 ч/млн и концентрацию одновалентных ионов приблизительно менее 0,4 мас.%. Кроме того, описываются способный к диспергированию в воде волокнистый нетканый материал и его варианты, включающие волокнистую подложку и водорастворимое связующее. Способ получения способного к диспергированию в воде нетканого материала включает стадию контактирования волокнистой подложки с эффективным количеством водорастворимого связующего для связывания основного количества волокон в подложке и стадию сушки волокнистой подложки. Изобретение позволяет улучшить мягкость и гибкость увлажненной салфетки, одновременно улучшается прочность, увеличивается диспергируемость. Изобретение позволяет диспергироваться в мягкой и умеренно жесткой воде. 6 с. и 25 з.п. ф-лы.

Формула