Нетканые материалы из непрерывных двухкомпонентных нитей, модифицированные волокнами из пульпы - RU2208673C2

Чертежи

Описание

Область изобретения
Изобретение относится к нетканым композиционным материалам, характеризующимся сочетанием превосходной прочности, мягкости, эластичности и впитывающей способности. Точнее, настоящее изобретение относится к нетканым композиционным материалам, включающим комбинацию волокон из пульпы и термопластичных двухкомпонентных непрерывных волокон. Пульпа может быть смешана с одним или более супервпитывающим материалом.

Предшествующий уровень техники
Настоящее изобретение относится к нетканым композиционным материалам, характеризующимся множеством необходимых свойств.

В данной области техники двухкомпонентные нити нетканых материалов обычно известны в основном в виде термопластичных нитей, в которых использовано не менее двух различных полимеров, связанных друг с другом гетерогенным образом. Вместо перемешивания до однородного состояния два полимера можно связать друг с другом с образованием параллельной конфигурации, так чтобы первая сторона нити состояла из первого полимера "А", а вторая сторона нити состояла из второго полимера "В". Альтернативно, полимеры можно связать друг с другом с образованием конфигурации волокна с сердечником, так чтобы наружный слой нити, оболочка, состояла из первого полимера "А", а внутренняя часть, ядро, состояло из второго полимера "В". Альтернативно, полимеры можно связать друг с другом с образованием островной конфигурации, в которой два или большее количество участков, состоящих из первого полимера "А", распределены по массе второго полимера "В". Возможны и другие гетерогенные конфигурации.

Двухкомпонентные нити характеризуются сочетанием необходимых свойств. В частности, некоторые полиэтиленовые смолы образуют нити, которые являются прочными, но не очень мягкими. Некоторые полиэтиленовые смолы дают нити, которые являются мягкими, но не очень прочными. Путем связывания обеих смол друг с другом в виде двухкомпонентных нетканых нитей можно обеспечить сочетание прочности и мягкости.

Двухкомпонентные нити раскрыты в виде комбинаций с углеродными частицами, цеолитами, ионо-обменными смолами, углеродными волокнами, стерилизующими волокнами и/или волокнами, поглощающими газ, которые предназначены для использования в специальных фильтрах. В патенте США 5670044, выданном Ogata et al., раскрыто использование двухкомпонентных нитей, полученных аэродинамическим способом из расплава, в таких комбинациях, предназначенных для применения в цилиндрических фильтрах. В этом случае двухкомпонентные нити содержат высоко- и низкоплавкие полимеры. Нити фильтра уложены рядами и связаны друг с другом за счет плавления только низкоплавкого компонента.

В некоторых впитывающих системах для улучшения поглотительной способности использованы волокна из пульпы. В патенте США 4530353, выданном Lauritzen, раскрыты волокна из пульпы в комбинации с двухкомпонентными волокнами штапельной длины, предназначенные для использования при изготовлении впитывающих перевязочных материалов. В этом случае волокна также содержат высоко- и низкоплавкие полимеры. Волокна штапельной длины связываются друг с другом за счет плавления только низкоплавкого компонента.

Имеется потребность или необходимость во впитывающем нетканом композиционном материале, в котором сочетаются долговечность и мягкость и хорошая способность распределять жидкость. Это необходимо для подгузников, спортивных трусов, носовых платков и других впитывающих изделий личной гигиены, для которых одновременно важны комфорт, прочность и впитывающая способность.

Краткое содержание изобретения
Настоящее изобретение относится к улучшенному нетканому композиционному материалу и впитывающему изделию личной гигиены, изготовленному с использованием улучшенного композиционного материала. Впитывающий нетканый композиционный материал включает матрицу из в основном обладающих непрерывной длиной двухкомпонентных термопластичных нетканых нитей. В матрице непрерывных нитей содержится некоторое количество волокон из пульпы.

В основном непрерывные двухкомпонентные нити, которые в процессе формирования нетканого материала не разрезаны по длине, обеспечивают лучшее распределение жидкости, чем нити штапельной длины, которые нарезаются на относительно короткие отрезки, длина которых меняется в диапазоне от менее одного дюйма до нескольких дюймов (от менее 2 см до десятка сантиметров). Предпочтительно, чтобы полимеры, содержащиеся в двухкомпонентных нитях, были подобраны таким образом, чтобы хотя бы один из полимеров придавал нетканому материалу прочность и долговечность и хотя бы один из полимеров придавал ему прочность. Впитывающие волокна из пульпы, которые могут составлять примерно до 97 мас. % впитывающего нетканого композиционного материала, лучше удерживаются в матрице из непрерывных нитей, обладающих прочностью и долговечностью, а также большой длиной.

С учетом изложенного выше особенностью и преимуществом настоящего изобретения является предоставление впитывающего нетканого композиционного материала, характеризующегося сочетанием долговечности и мягкости.

Особенностью и преимуществом настоящего изобретения также является предоставление впитывающего нетканого композиционного материала, способного удерживать большое количество впитывающих волокон из пульпы в непрерывной матрице из нитей, независимо от того, находятся ли волокна из пульпы в сухом или влажном состоянии. В матрице из непрерывных нитей также может содержаться супервпитывающий материал.

Особенностью и преимуществом настоящего изобретения также является предоставление впитывающего изделия, например подгузника, обеспечивающего комфорт, прочность и превосходные характеристики, обусловленные наличием впитывающего нетканого композиционного материала, соответствующего настоящему изобретению.

Определения
Термин "нетканый материал или полотно" означает материал, структура которого образована отдельными волокнами или нитями, уложенными слоями, но не регулярным и не каким-либо определенным способом, как в случае трикотажного материала. Нетканые материалы или полотна формируют с помощью различных процессов, таких как, например, процессы аэродинамического формирования из расплава, фильерные процессы, аэродинамические процессы и процессы формирования из кардного прочеса. Поверхностную плотность нетканых материалов обычно выражают в унциях материала на квадратный ярд (osy) или в граммах на квадратный метр (г/м²), а диаметры волокон обычно выражают в микрометрах. (Для перевода osy в г/м² необходимо умножить osy на 33,91).

Термин "микроволокна" означает волокна небольшого диаметра, обладающие средним диаметром не более примерно 75 мкм, например обладающие диаметром от примерно 1 до примерно 50 мкм, или предпочтительнее обладающие средним диаметром от примерно 1 до примерно 30 мкм. Другой часто используемой единицей представления диаметра волокна является денье, которое представляет собой выраженную в граммах массу 9000 м волокна. Для волокон с круглым сечением количество денье можно рассчитать, как квадрат диаметра волокна, выраженного в микрометрах, умноженный на плотность, выраженную в г/см³, и умноженную на 0,00707. Меньшему денье отвечает более тонкое волокно, а большему денье отвечает более толстое или более тяжелое волокно. Например, диаметр полипропиленового волокна, равный 15 мкм, можно перевести в денье, возведя его в квадрат, умножив результат на 0,89 г/см³ и умножив на 0,00707. Таким образом, полипропиленовое волокно диаметром 15 мкм обладает значением денье, равным примерно 1,42 (15²х0,89х0,00707=1,415). За пределами США обычно используют единицу измерения "текс", которая определяется, как выраженная в граммах масса одного километра волокна. Текс можно рассчитать, как денье/9.

Термин "волокна фильерного способа производства" означает волокна небольшого диаметра, которые формируются экструзией расплавленного термопластичного материала в виде элементарных нитей через множество тонких капиллярных каналов фильеры, обладающих круглой или иной формой, причем после этого диаметр экструдируемых элементарных нитей быстро уменьшают, как это показано, например, в патенте США 4340563, выданном Appel et al., и патенте США 3692618, выданном Dorschner et al., патенте США 3802817, выданном Matsuki et al. , патентах США 3338992 и 3341394, выданных Kinney, патенте США 3502763, выданном Hartman, патенте США 3502538, выданном Petersen, и патенте США 3542615, выданном Dobo et al., которые во всей своей полноте включены в настоящее изобретение для ссылки. Волокна фильерного способа производства резко охлаждают и при нанесении на принимающую поверхность они обычно не являются липкими. Волокна фильерного способа производства обычно являются непрерывными и часто обладают средним диаметром, превышающим 7 мкм, а точнее, равными от примерно 10 до примерно 30 мкм.

Термин "волокна, полученные аэродинамическим способом из расплава" означает волокна, сформированные путем экструзии расплавленного термопластичного материала через множество тонких, обычно круглых, капиллярных каналов экструзионной головки в виде расплавленных нитей или элементарных волокон в сходящиеся высокоскоростные потоки нагретого газа (например, воздуха), утончающих элементарные нити из расплавленного термопластичного материала для уменьшения их диаметра, который может соответствовать диаметру микроволокна. После этого полученные аэродинамическим способом из расплава волокна переносятся высокоскоростным газовым потоком и укладываются на принимающую поверхность с формированием нетканого материала, состоящего из нанесенных неориентированных волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава. Такой процесс раскрыт, в частности, в патенте США 3849241, выданном Butin et al. Волокна, полученные аэродинамическим способом из расплава, представляют собой микроволокна, которые могут быть непрерывными или дискретными, обычно обладают диаметром менее 10 мкм и при нанесении на принимающую поверхность обычно самопроизвольно связываются. Предпочтительно, чтобы полученные аэродинамическим способом из расплава волокна, используемые в настоящем изобретении, являлись в основном непрерывными по длине.

Термин "волокна из пульпы" означает волокна, полученные из натуральных материалов, таких как древесные и травянистые растения. Древесные растения включают, например, лиственные и хвойные деревья. Травянистые растения и материалы включают, например, хлопок, лен, эспарто, молочай, солому, джут, коноплю и жмых.

Термин "средняя длина волокон из пульпы" означает средневзвешенную длину волокна из пульпы, определенную с помощью анализатора волокон Kajaani Model No. FS-100 производства компании Kajaani Oy Electronics in Kajaani, Finland. При исследовании образец волокон обрабатывают мацерационной жидкостью для удаления из образца пучков волокон и примесей. Каждый образец волокна диспергируют в горячей воде и разбавляют до концентрации примерно 0,001%. Отдельные исследуемые образцы представляют собой порции этого разбавленного раствора объемом примерно от 50 до 500 мл и их исследуют с помощью стандартной процедуры анализа волокон Kajaani. Средневзвешенную длину волокна можно представить с помощью следующего соотношения:

Термин "супервпитывающий материал" означает набухающий в воде, нерастворимый в воде органический или неорганический материал, который при наиболее благоприятных условиях может впитать количество водного раствора, содержащего 0,9 мас. % хлорида натрия, равное не менее чем 20-кратной его массе, предпочтительно - не менее чем 30-кратной его массе.

Термин "полимер" обычно включает (без наложения ограничений) гомополимеры, сополимеры (включая, например, блок-сополимеры, привитые, статистические и чередующиеся сополимеры), тройные сополимеры и т.п. и их смеси и модификации. Кроме того, если не введено специального ограничения, то термин "полимер" включает все возможные геометрические структуры материала. Такие конфигурации включают, но не ограничиваются только ими, изотактическую, синдиотактическую и атактическую структуры.

Термин "двухкомпонентные нити или волокна" означает волокна, которые сформированы хотя бы из двух полимеров, экструдированных из отдельных экструдеров, но сформованных совместно с образованием единого волокна. Полимеры размещены в отдельных зонах, находящихся в преимущественно фиксированных положениях поперек поперечного сечения двухкомпонентных волокон, и располагаются непрерывно по всей длине двухкомпонентных волокон. Конфигурация такого двухкомпонентного волокна может представлять собой, например, конфигурацию типа волокна с сердечником, в которой один полимер окружен другим, или представлять собой параллельную конфигурацию или островную конфигурацию. Двухкомпонентные волокна описаны в патенте США 5108820, выданном Kaneko et al. , патенте США 5336552, выданном Strack et al., и в патенте США 5382400, выданном Pike et al. , которые во всей своей полноте включены в настоящее изобретение для ссылки. В двухкомпонентных волокнах полимеры могут содержаться в соотношениях 75/25, 50/50, 25/75 и в любых других необходимых соотношениях. Обычные добавки, такие как пигменты и поверхностно-активные вещества, можно включать в один поток полимера или оба потока или наносить на поверхности волокон.

Термин "в основном непрерывные нити или волокна" означает нити или волокна, полученные экструзией из фильеры, включая (без наложения ограничений) полученные аэродинамическим способом из расплава и фильерным способом, которые не разрезают по исходной длине до формования в нетканое полотно или материал. В основном непрерывные нити или волокна могут обладать средней длиной в диапазоне от более примерно 15 см до более примерно 1 м и достигать длины формируемого нетканого полотна или материала. Определение "в основном непрерывные нити или волокна" распространяется на такие волокна, которые не разрезают до формования в нетканое полотно или материал, но которые разрезают позже, когда разрезают нетканое полотно или материал.

Термин "штапельные волокна" означает волокна, которые являются натуральными или нарезанными из изготовленных нитей перед формованием в материал и которые обладают средней длиной в диапазоне от примерно 0,1 до 15 см, чаще всего - примерно от 0,2 до 7 см.

Термин "впитывающие средства личной гигиены" включает подгузники, спортивные трусы, одежду для плавания, впитывающие трусы, впитывающие изделия для детей, изделия для взрослых, страдающих недержанием, и средства личной гигиены для женщин.

Термин "связывание путем продувки воздухом", или "СПВ" означает процесс связывания нетканого материала, например, состоящего из двухкомпонентных волокон, при котором через материал продувают воздух, который является достаточно горячим, чтобы расплавить один из полимеров, из которых изготовлены волокна материала. Скорость воздуха часто составляет от 100 до 500 фут/мин (30,48-152,4 м/мин) и время воздействия воздуха может достигать 6 с. Плавление и повторное затвердевание полимера приводит к связыванию. Связывание путем продувки воздухом является относительно неизменяемым процессом и обычно рассматривается в качестве второй стадии процесса связывания. Поскольку для связывания с помощью СПВ необходимо плавление хотя бы одного компонента, оно применимо только для материалов с двумя компонентами, таких как двухкомпонентные волокнистые материалы или материалы, содержащие адгезионное волокно или порошок.

Термин "точечное термическое связывание" означает пропускание связываемого материала или полотна из волокон между нагретым каландром и опорным валиком. Каландр обычно, хотя и не всегда, обладает каким-либо рельефом, так что материал связывается не по всей своей поверхности. Поэтому для рельефов каландров можно разработать различные узоры в соответствии с назначением, а также эстетическими соображениями. Одним из примеров узора является точечный узор и представляет собой узор Hansen and Pennings, или "Н&Р", в котором площадь связывания составляет примерно 30% и образуется примерно 200 связей/дюйм², как это описано в патенте США 3855046, выданном Hansen and Pennings. В узоре Н&Р используются квадратные точечные или игольчатые участки связывания, причем каждая игла обладает шириной, равной 0,038 дюйм (0,965 мм), расстояние между иглами равно 0,070 дюйм (1, 778 мм) и глубина связывания составляет 0,023 дюйм (0,584 мм). Полученный узор обладает площадью связывания, равной примерно 29,5%. Другим примером является расширенный узор Hansen and Pennings, или "ЕНР", в котором площадь связывания составляет 15%, квадратные иглы обладают шириной, равной 0,037 дюйм (0,94 мм), расстояние между иглами равно 0,097 дюйм (2,464 мм) и глубина связывания составляет 0, 039 дюйм (0,991 мм). Другой типичный точечный узор, обозначаемый как "714", характеризуется квадратными игольчатыми участками связывания, причем каждая игла обладает шириной, равной 0,023 дюйм (0,965 мм), расстояние между иглами равно 0,062 дюйм (1,575 мм) и глубина связывания составляет 0,033 дюйм (0,838 мм). Полученный узор обладает площадью связывания, равной примерно 15%. Еще одним распространенным узором является узор типа C-Star, обладающий площадью связывания, равной примерно 16,9%. Узор типа C-Star обладает поперечно-полосатым рисунком или рисунком типа рубчатого вельвета, в который вкраплены изолированные звездочки. К другим распространенным узорам относится ромбовидный узор с повторяющимися и немного смещенными ромбами и узор в виде проволочной сетки, имеющий вид, соответствующий названию, например, похожий на оконную противомоскитную сетку. Обычно площадь связывания меняется в диапазоне от примерно 10 до примерно 30% от площади слоистого материала. Как хорошо известно в данной области техники, точечное связывание обеспечивает соединение слоев материала друг с другом, а также придает целостность каждому отдельному слою за счет связывания друг с другом нитей и/или волокон каждого слоя.

Подробное описание представленных предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к нетканому композиционному материалу, включающему в основном непрерывные двухкомпонентные термопластичные нити и волокна из пульпы, удерживаемые вдоль этих нитей. Нетканый композиционный материал содержит примерно 5-97 мас.% волокон из пульпы и примерно 3-95 мас. % в основном непрерывных двухкомпонентных термопластичных нитей. Предпочтительно, чтобы нетканый композиционный материал содержал примерно 35-95 мас.% волокон из пульпы и примерно 5-65 мас.% в основном непрерывных двухкомпонентных термопластичных нитей. Более предпочтительно, чтобы нетканый композиционный материал содержал примерно 50-95 мас.% волокон из пульпы и примерно 5-50 мас.% в основном непрерывных двухкомпонентных термопластичных нитей.

В основном непрерывные двухкомпонентные термопластичные нити могут обладать любой из двухкомпонентных конфигураций, описанных выше. Предпочтительно, чтобы нити обладали или параллельной конфигурацией, или конфигурацией волокна с сердечником. В этих конфигурациях нити и полимеры, содержащиеся в этих нитях, являются в основном непрерывными по длине. В основном непрерывные нити могут быть получены фильерным способом или аэродинамическим способом из расплава и могут обладать средним диаметром, равным примерно 1-75 мкм. Предпочтительно, чтобы в основном непрерывные нити обладали средним диаметром, равным примерно 1-50 мкм, более предпочтительно - примерно 1-30 мкм. Также можно использовать другие процессы формирования в основном непрерывных нитей. С помощью процессов, известных специалистам в данной области техники, нити могут быть сделаны извитыми.

В основном непрерывные двухкомпонентные нити включают не менее двух термопластичных полимеров. Предпочтительно, чтобы в основном непрерывные двухкомпонентные нити включали первый полимер, который придает нитям первую необходимую характеристику, и второй полимер, который придает нитям вторую необходимую характеристику. Примеры первой и второй необходимых характеристик включают (но не ограничиваются только ими) долговечность и мягкость, долговечность и смачиваемость, смачиваемость и мягкость, долговечность и привлекательный внешний вид и другие необходимые сочетания. Разумеется, первый полимер может придавать одну или более необходимую характеристику, а второй полимер может придавать одну или более дополнительных необходимых характеристик. Кроме того, двухкомпонентные нити могут включать более двух различных полимеров, причем каждый полимер придает специфические характеристики. Наряду с этим двухкомпонентные нити могут включать определенную смесь полимеров, обладающую необходимыми характеристиками, расположенную рядом с другим определенным полимером или смесью полимеров. Добавки, такие как пигменты и модификаторы гидрофильности, можно включать в один или оба полимера или наносить на поверхности нитей.

Примеры полимеров, которые придают долговечность двухкомпонентным волокнистым материалам, включают (без наложения ограничений) гомополимеры пропилена, сополимеры пропилена, содержащие примерно до 10% этилена или другого альфа-олефинового сомономера с 4-20 атомами углерода, полиэтилены высокой плотности, линейные полиэтилены низкой плотности, в которых содержание альфа-олефинового сомономера составляет менее примерно 10 мас.%, полиамиды, полиэфиры, поликарбонаты, политетрафторэтилены и другие материалы с высокой прочностью на растяжение. Обычно можно утверждать, что первый полимер способствует приданию прочности двухкомпонентным нитям, так что нетканый материал, изготовленный из двухкомпонентных нитей, включающих первый полимер и второй полимер, выдерживает растягивающую нагрузку, которая не менее чем примерно на 10% больше, а предпочтительно - не менее чем на 30% больше, чем та, которую выдерживает аналогичный нетканый материал, изготовленный из аналогичных нитей, содержащих только второй полимер.

Примеры полимерных компонентов, которые способствуют приданию гибкости и мягкости двухкомпонентным волокнистым нетканым материалам, включают (без наложения ограничений) линейные полиэтилены высокого давления (разветвленные) низкой плотности, линейные полиэтилены низкой плотности, в которых содержание альфа-олефинового сомономера составляет более примерно 10 мас. %, сополимеры этилена хотя бы с одним виниловым мономером (например, этилена с винилацетатом), сополимеры этилена с ненасыщенными алифатическими карбоновыми кислотами, содержащими 2-20 атомов углерода, в которых содержание каждого из двух сомономеров превышает 10% от массы сополимера (включая, например, этилен-пропиленовые каучуки). К ним также относятся термопластичные полиуретаны и блок-сополимеры вида А-В и А-В-А', где А и А' представляют собой термопластичные концевые блоки, а В - эластомерный блок. Обычно можно утверждать, что второй полимер способствует приданию эластичности и/или мягкости двухкомпонентному волокнистому нетканому материалу, так что нетканый материал, изготовленный из нитей, включающих первый полимер и второй полимер, является более эластичным и/или мягким на ощупь, чем аналогичный нетканый материал, изготовленный из аналогичных нитей, содержащих только первый полимер.

Примеры полимеров, которые способствуют приданию смачиваемости двухкомпонентным волокнистым нетканым материалам, включают (без наложения ограничений) полиамиды, поливинилацетаты, омыленные поливинилацетаты, омыленные сополимеры этилена с винилацетатом и другие гидрофильные материалы. Второй полимер обычно способствует приданию смачиваемости двухкомпонентным нитям, если капелька воды, помещенная на нетканый материал, изготовленный из двухкомпонентных нитей, включающих первый и второй полимеры, обладает краевым углом, который а) меньше 90^o при измерении в соответствии со стандартом ASTM D724-89 и b) меньше краевого угла для аналогичного нетканого материала, изготовленного из аналогичных нитей, содержащих только первый полимер. При использовании в качестве верхнего слоя в материале из двухкомпонентных нитей с конфигурацией типа волокна с сердечником гидрофильный полимер придает смачиваемость поверхности всего материала.

Разумеется, для реализации способности полимеров содействовать приданию необходимых характеристик нетканым двухкомпонентным нитям необходимо, чтобы в нитях содержалось достаточное количество каждого полимера. Обычно в основном непрерывные термопластичные нити содержат примерно 10-90 мас.% первого выбранного полимера и примерно 10-90 мас.% второго выбранного полимера. Предпочтительно, чтобы двухкомпонентные нити содержали примерно 25-75 мас.% каждого полимера, более предпочтительно - примерно 40-60 мас.% каждого полимера.

В основном непрерывные термопластичные нетканые двухкомпонентные нити можно связывать с волокнами из пульпы с помощью процессов, хорошо известных в данной области техники. Например, можно использовать процесс совместного формования, при котором вблизи от спускной трубы для транспортировки волокна, через которую при формировании нетканого материала подаются другие материалы, расположена хотя бы одна экструзионная головка. Процессы совместного формования описаны в патенте США 4818464, выданном Lau, и патенте США 4100324, выданном Anderson et al., раскрытие которых включено в настоящее изобретение для ссылки. В основном непрерывные двухкомпонентные нити и волокна из пульпы также можно связать путем гидравлического переплетения или механического переплетения. Процесс гидравлического переплетения описан в патенте США 3485706, выданном Evans, раскрытие которого включено в настоящее изобретение для ссылки.

Волокна из пульпы могут представлять собой любые волокна из пульпы с большой средней длиной волокна, малой средней длиной волокна или их смеси. Предпочтительные волокна из пульпы включают целлюлозные волокна. Термин "большая средняя длина волокна из пульпы" относится к пульпе, которая содержит относительно небольшое количество коротких волокон и неволокнистого измельченного материала. Пульпа с большой длиной волокна обычно характеризуется средней длиной волокна, равной более примерно 1,5 мм, предпочтительно - примерно 1,5-6 мм, если длину волокна определять с помощью оптического анализатора волокон, такого как описанный выше прибор Kajaani. Источники волокон обычно включают невторичные (не бывшие в употреблении) волокна, а также вторичную пульпу, подвергнутую сортировке. Обычно используются невторичные (не бывшие в употреблении) волокна, а также вторичные волокна из пульпы, которые были подвергнуты сортированию. Примеры пульпы с большой длиной волокон включают отбеленные и неотбеленные не бывшие в употреблении волокна из пульпы, полученной из мягкой древесины.

Термин "пульпа с малой средней длиной волокна" относится к пульпе, которая содержит значительное количество коротких волокон и неволокнистого измельченного материала. Пульпа с малой средней длиной волокна обычно характеризуется средней длиной волокна, равной менее примерно 1,5 мм, предпочтительно - примерно 0,7-1,2 мм, если длину волокна определять с помощью оптического анализатора волокон, такого как описанный выше прибор Kajaani. Примеры пульпы с малой длиной волокон включают не бывшую в употреблении пульпу, полученную из твердой древесины, а также вторичную пульпу, полученную из таких источников, как канцелярские отходы, отходы газетной бумаги и картона.

Примеры древесной пульпы с большой средней длиной волокон включают материалы производства U. S. Alliance Coosa Pines Corporation с торговыми названиями Longlac 19, Coosa River 56 и Coosa River 57. Пульпа с малой средней длиной волокон может представлять собой некоторые виды не бывшей в употреблении пульпы из древесины твердых пород и вторичной (т.е. переработанной) пульпы, полученной из таких источников, как отходы газетной бумаги, переработанный картон и канцелярские отходы. В смесях типов пульпы с большой средней длиной волокон и малой средней длиной волокон может преобладать пульпа с малой средней длиной волокон. В частности, смеси могут содержать более примерно 50 мас.% пульпы с малой средней длиной волокон и менее примерно 50 мас.% пульпы с большой средней длиной волокон. Одна типичная смесь содержит примерно 75 мас.% пульпы с малой средней длиной волокон и примерно 25% пульпы с большой средней длиной волокон.

Волокна из пульпы могут быть нерафинированными или могут быть размолоты до разной степени рафинирования. К смешанной пульпе также можно прибавить сшивающие вещества и/или гидратирующие вещества. Если необходимо получить очень неплотные или разрыхленные нетканые волокна из пульпы, то для уменьшения количества водородных связей можно прибавить разрыхляющее вещество. Одним типичным примером разрыхляющего вещества является материал, выпускаемый компанией Quaker Oats Chemical Company, Conshohocken, Pennsilvania, под торговым названием Quaker 2008. Прибавление некоторых разрыхляющих веществ в количестве, например, равном 1-4% от массы композиционного материала, может снизить измеряемые коэффициенты статического и динамического трения и улучшить износостойкость непрерывных термопластичных полимерных нитей. Разрыхляющие вещества выступают в качестве смазок или средств, уменьшающих трение. Разрыхленные волокна из пульпы продаются компанией Weyerhaeuser Corp. под обозначением NB 405.

Различные улучшения и альтернативные варианты осуществления также считаются включенными в объем настоящего изобретения. В одном из вариантов в дополнение к волокнам из пульпы с другими термопластичными нитями также смешиваются и непрерывные двухкомпонентные термопластичные нити. В частности, непрерывные двухкомпонентные термопластичные нити могут включать смесь двухкомпонентных нитей, полученных фильерным способом, и двухкомпонентных нитей, полученных аэродинамическим способом из расплава. В этом варианте нити, полученные фильерным способом, придают материалу более высокую прочность, а нити, полученные аэродинамическим способом из расплава, являются более эффективными для связывания и взаимопереплетения с волокнами из пульпы.

В еще одном варианте осуществления непрерывные двухкомпонентные нити можно получить фильерным способом и смешать с нитями, полученными аэродинамическим способом из расплава (не обязательно двухкомпонентными), обладающими относительно низкой температурой плавления. После этого композиционный материал можно сформировать путем объединения трех или более потоков двухкомпонентных нитей, полученных фильерным способом, более низкоплавких нитей, полученных аэродинамическим способом из расплава, и волокон из пульпы. Когда прибавляются волокна из пульпы, волокна, полученные аэродинамическим способом из расплава, могут еще быть горячими и клейкими и могут склеиваться с волокнами из пульпы, что способствует уплотнению структуры. Микроволокна, полученные аэродинамическим способом из расплава, диаметр которых обычно намного меньше, чем у волокон, полученных фильерным способом, могут выступать в качестве связующего или клея для волокон из пульпы.

В другом варианте осуществления эластичный полимер и неэластичный полимер можно связать в двухкомпонентных нитях друг с другом в параллельной конфигурации с получением в основном непрерывных двухкомпонентных нитей, обладающих склонностью к образованию извитой формы. Для захватывания волокон из пульпы и переплетения с ними в основном непрерывные извитые двухкомпонентные нити могут представлять собой микроволокна, сформованные аэродинамическим способом из расплава, которые являются относительно тонкими и эластичными. Для придания пушистости и эластичности извитые двухкомпонентные нити также могут представлять собой нити, полученные фильерным способом. Для придания материалу повышенной объемности и меньшей плотности в нетканом материале извитые двухкомпонентные нити можно использовать совместно с другими термопластичными нитями или без них.

Типичные комбинации эластичных и неэластичных материалов, пригодных для получения в основном непрерывных извитых двухкомпонентных нитей, включают (без наложения ограничений) следующие материалы (см. табл. А).

Для придания извитости кроме комбинаций эластичных и неэластичных полимеров можно использовать и другие комбинации полимеров. В частности, извитость можно обеспечить путем использования в преимущественно непрерывных двухкомпонентных термопластичных нитях комбинаций термоусадочных полимеров (полимеров, нити которых подвергаются усадке после вторичного нагрева до температуры ниже максимальной температуры плавления) с нетермоусадочными полимерами. Типичные комбинации термоусадочных и нетермоусадочных полимеров включают (без наложения ограничений) следующие материалы (см. табл. Б).

Некоторые другие комбинации полимеров также приводят к термоусадке, если в преимущественно непрерывной термопластичной двухкомпонентной нити их расположить в параллельной конфигурации. Эти комбинации включают (без наложения ограничений) следующие материалы (см. табл. В).

В другом весьма привлекательном варианте осуществления некоторое количество супервпитывающего измельченного материала смешивается с преимущественно непрерывными двухкомпонентными термопластичными полимерными нитями и волокнами из пульпы, что улучшает впитывающую способность впитывающего нетканого композиционного материала. Термин "супервпитывающее вещество" или "супервпитывающий материал" означает набухающий в воде, нерастворимый в воде органический или неорганический материал, который при наиболее благоприятных условиях может впитать количество водного раствора, содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия, равное не менее чем примерно 20-кратной его массе, предпочтительно - не менее чем примерно 30-кратной его массе.

Супервпитывающие материалы могут представлять собой натуральные, синтетические и модифицированные натуральные полимеры и материалы. Кроме того, Супервпитывающие материалы могут представлять собой неорганические материалы, такие как силикагели, и органические соединения, такие как сшитые полимеры. Термин "сшивка" означает любые средства, которые эффективно превращают обычно растворимые в воде материалы в преимущественно нерастворимые, но набухающие в воде. К таким средствам, в частности, относятся физическое переплетение, формирование кристаллических областей, ковалентных связей, ионных комплексов и ассоциаций, гидрофильных ассоциаций, таких как водородная связь, и гидрофобных ассоциаций, или ван-дер-ваальсовых сил.

Примеры синтетических супервпитывающих полимерных материалов включают соли щелочных металлов и аммониевые соли полиакриловой кислоты и полиметакриловой кислоты, полиакриламиды, поливиниловые эфиры, сополимеры малеинового ангидрида с виниловыми эфирами и альфа-олефинами, поливинилпирролидон, поливинилморфолинон, поливиниловый спирт и их смеси и сополимеры. Другие супервпитывающие материалы включают натуральные и модифицированные натуральные полимеры, такие как гидролизованный крахмал, к которому привит акрилонитрил, крахмал, к которому привита акриловая кислота, метилцеллюлозу, хитозан, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу и натуральные камеди, такие как альгинаты, ксантановая камедь, камедь рожкового дерева и т.п. В настоящем изобретении также можно использовать смеси натуральных и полностью или частично синтетических супервпитывающих полимеров. Другие подходящие впитывающие гелеобразующие материалы раскрыли Assarsson et al. в патенте США 3901236, выданном 26 августа 1975 г. Процессы изготовления синтетических впитывающих гелеобразующих полимеров раскрыты в патенте США 4076663, выданном 28 февраля 1978 г. Matsuda et al., и в патенте США 4286082, выданном 25 августа 1981 г. Tsubakimoto et al.

Супервпитывающие материалы могут представлять собой ксерогели, которые при намачивании образуют гидрогели. Однако термин "гидрогель" обычно также используется для обозначения как намоченного, так и ненамоченного состояния супервпитывающего полимерного материала. Супервпитывающие материалы могут находиться в различных формах, таких как хлопья, порошки, измельченные материалы, волокна, непрерывные волокна, сетки, нити и материалы и нити, сформованные из раствора. Частицы измельченного материала могут обладать любой необходимой формой, например спиральной или полуспиральной, кубической, стержнеобразной, многогранной и т. п. Также можно использовать иглы, хлопья, волокна и их смеси.

При использовании супервпитывающий материал может содержаться во впитывающем нетканом композиционном материале в количестве от примерно 5 до примерно 95% в расчете на полную массу впитывающего нетканого композиционного материала. Предпочтительно, чтобы супервпитывающий материал составлял примерно 10-60% от полной массы впитывающего нетканого композиционного материала, более предпочтительно - примерно 20-50 мас.%. Супервпитывающие материалы обычно выпускаются с размером частиц в диапазоне от примерно 20 до примерно 1000 мкм. Примеры продажных измельченных супервпитывающих материалов включают SANWET^® IM 3900 и SANWET^® IM-500P производства компании Hoeschst Celanese, расположенной в Portsmouth, Virginia, DRYTECH^® 2035LD производства компании Dow Chemical Co., расположенной в Midland, Michigan, и FAVOR^® 880 производства компании Stockhausen, расположенной в Greensborough, N.C. Примером волокнистого супервпитывающего материала является OASIS^®101 производства компании Technical Adsorbents, расположенной в Crimsby, United Kingdom.

Супервпитывающие материалы можно прибавлять с помощью тех же методов, которые описаны выше применительно к смешиванию волокон из пульпы и непрерывных нетканых двухкомпонентных нитей. В частности, супервпитывающий материал можно прибавить с пульпой в поток, из которого формируются двухкомпонентные нити, когда они экструдируются на конвейер с формированием нетканого материала, или на последующем участке формируемого потока, отдельно от пульпы. Альтернативно, супервпитывающий материал можно добавить к нетканому материалу с использованием процесса гидравлического переплетения.

После объединения компонентов впитывающий нетканый композиционный материал можно связать с помощью процессов продувки воздухом, описанных выше, и получить обладающую высокой целостностью связанную структуру.

Впитывающий нетканый композиционный материал, соответствующий настоящему изобретению, можно использовать в самых различных впитывающих изделиях, включая впитывающие средства личной гигиены. Впитывающие средства личной гигиены включают подгузники, спортивные трусы, одежду для плавания, впитывающие трусы, впитывающие изделия для детей, изделия для взрослых, страдающих недержанием, средства личной гигиены для женщин и т.п. Впитывающий нетканый композиционный материал является особенно полезным для использования в подгузниках, в которых в основном непрерывные двухкомпонентные нити способствуют распределению жидкости, приданию мягкости и долговечности, а волокна из пульпы и (необязательный) супервпитывающий материал способствуют приданию высокой впитывающей способности. В одном полезном варианте осуществления впитывающего нетканого композиционного материала в основном непрерывные двухкомпонентные нити получают из комбинации полиэтилена низкой плотности или линейного полиэтилена низкой плотности (который придает мягкость) и полипропилена (который придает долговечность) в параллельной конфигурации или в конфигурации волокна с сердечником. Если используется конфигурация волокна с сердечником, то сердечником должен являться полипропилен, окруженный оболочкой из полиэтилена низкой плотности или линейного полиэтилена низкой плотности. Впитывающий нетканый композиционный материал можно использовать во впитывающих изделиях, предназначенных для медицинских целей, включая (без наложения ограничений) подкладные подушечки для больных, перевязочные материалы, впитывающие простыни и медицинские салфетки, содержащие спирт и/или другие дезинфицирующие средства.

Примеры
Впитывающие нетканые композиционные материалы получают с использованием комбинации извитых двухкомпонентных нитей фильерного способа производства, пульпы и супервпитывающего материала. Извитые двухкомпонентные нити обладают параллельной конфигурацией и средней тониной, равной 1,5 денье. Извитые двухкомпонентные нити формируют по процессу, описанному в патенте США 5382400, выданном Pike et al. Две стороны конфигурации обладают следующим составом, где процентные содержания указаны в расчете на полную массу нити (см. табл. Г).

Сразу же после экструзии и резкого охлаждения нити обрабатывают электрическим зарядом в 24,5 кВ (0,0005 А) для усиления их способности захватывать пульпу и супервпитывающий материал. Обработку зарядом выполняют с помощью трех заряженных стержней и заземленного стержня, расположенных с разных сторон от нитей. Затем, перед нанесением нитей на конвейер, на котором формируется материал, комбинацию волокон из пульпы и двухкомпонентных волокон инжектируют в поток нитей при содействии воздушного потока. После нанесения на конвейер нетканый композиционный материал подвергают связыванию путем продувки воздухом при 264^oF (129^oС), что обеспечивает улучшенное связывание компонентов.

Для всех композиционных материалов используют пульпу CR1654 производства компании Cjjsa Pines Co. Используют супервпитывающий материал FAVOR^® 880 производства компании Stockhausen. Для подготовленных образцов с помощью описанных ниже процедур проводят испытание по впитывающей способности до насыщения и испытание на растяжение.

Впитывающая способность до насыщения.

Образец композиционного материала размером 6х9 дюймов (15,24х22,86 см) в течение 20 мин намачивают в растворе соли (концентрации 0,9%). Затем образец в течение 5 мин обезвоживают в вакуумной камере при давлении 0,5 фунт-сила/дюйм² (3,45 кПа). Впитывающую способность до насыщения каждого образца рассчитывают, как разность масс влажного образца и сухого образца, деленную на массу сухого образца.

Испытание на растяжение.

Испытание на растяжение проводят в соответствии с процедурой INDA испытания полоски на растяжение 1ST 110.1-92. Ширина каждого образца составляет 3 дюйма (7,62 см), а не 2 дюйма (5,08 см), как в процедуре IST110.1-92. Параметры испытания на растяжение описаны ниже:
Скорость головки: 12 дюйм/мин (30,48 см/мин).

Нагрузка: 100 Н.

Длина образца: 3 дюйма (7,62 см).

Постоянная скорость растяжения.

Испытание во влажном состоянии (см. ниже) проводят на образцах, насыщенных в соответствии с описанной выше процедурой определения впитывающей способности до насыщения. Эти образцы намачивают в растворе соли в течение 20 мин и избыток жидкости удаляют в вакууме при давлении 0,5 фунт-сила/дюйм² (3,45 кПа) в течение 5 мин.

В табл. 1 описан состав подготовленных образцов. Пример 1 представляет собой контрольный образец, содержащий только волокна из пульпы и супервпитывающий материал без матрицы из двухкомпонентных волокон. Примеры 2 и 4 характеризуют использование матрицы из двухкомпонентных волокон при использовании волокон из пульпы без супервпитывающего материала. В Примере 2 количество волокон из пульпы вдвое больше, чем в Примере 4. Примеры 3 и 5 характеризуют использование матрицы из двухкомпонентных волокон с использованием и волокон из пульпы, и супервпитывающего материала. В Примере 5 используется меньше волокон из пульпы и больше супервпитывающего материала, чем в Примере 3.

В табл. 2 приведены результаты испытаний для всех примеров. Для образцов, соответствующих настоящему изобретению, все прочностные характеристики обнаруживают резкое улучшение по сравнению с контрольным образцом. Образцы, соответствующие настоящему изобретению, также сохранили существенную впитывающую способность до насыщения, причем в наибольшей степени при использовании супервпитывающего материала.

Хотя описанные в настоящем изобретении варианты в настоящее время считаются предпочтительными, без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения в него можно внести различные изменения и улучшения. Объем настоящего изобретения указан в прилагаемой формуле изобретения и подразумевается, что она охватывает все изменения, входящие в сущность и объем ее эквивалентов.

Реферат

Группа изобретений относится к впитывающим нетканым композиционным материалам, характеризующимся сочетанием превосходной прочности, мягкости, эластичности и впитывающей способности. Материал включает множество в основном непрерывных двухкомпонентных нитей из первого термопластичного полимера и второго термопластичного полимера, расположенных в отдельных зонах поперек поперечного сечения отдельных двухкомпонентных нитей, и множество волокон из пульпы, содержащихся в массе преимущественно непрерывных нитей. По другому варианту впитывающий материал включает множество в основном непрерывных двухкомпонентных нитей, состоящих из полимера пропилена и полимера этилена, расположенных в отдельных зонах поперек поперечного сечения отдельных двухкомпонентных нитей, и множество волокон из пульпы, содержащихся в массе преимущественно непрерывных нитей. Впитывающее изделие личной гигиены включает впитывающий материал, содержащий примерно 5-90 мас.% волокон из пульпы, 0-90 мас. % супервпитывающего материала и примерно 3-95% в основном непрерывных двухкомпонентных нитей, содержащих первый термопластичный полимер "А", придающий материалу первую необходимую характеристику, и второй термопластичный полимер "В", придающий материалу вторую необходимую характеристику. Впитывающий материал характеризуется сочетанием долговечности и мягкости, а также способностью удерживать большое количество впитывающих волокон из пульпы в непрерывной матрице из нитей, независимо от того, находятся ли волокна из пульпы в сухом или влажном состоянии. 3 с. и 37 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула