Впитывающий многослойный материал - RU2743183C1

Чертежи

Описание

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка притязает на приоритет по предварительной патентной заявке США № 62/477,242, поданной 27 марта 2017, которая полностью включена в данный документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение относится в целом к впитывающим многослойным материалам, способам изготовления материалов и применениям материалов.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Изделия для вытирания (иногда называемые «салфетками/тряпками» (“wipes”)) могут быть изготовлены из древесных и растительных волокон, например, иногда в виде листов из нетканого материала или бумажных изделий и иногда в виде тканей (например, хлопчатобумажных тканей или полотенец). Салфетки используют для самых разных целей как в промышленности, так и в быту. Бумажные изделия (например, бумажные полотенца), как правило, недороги в изготовлении, но могут иметь ограниченные физические характеристики. Текстильные изделия могут иметь улучшенные физические свойства, но, как правило, являются более дорогими в изготовлении, чем бумажные изделия.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Несмотря на то что имеются самые разные изделия для вытирания, существует потребность в изделии для вытирания, которое является экономичным и которое имеет улучшенные физические свойства, такие как мягкость, впитывающая способность и прочность.

[0005] Согласно одному аспекту раскрыт впитывающий многослойный материал, содержащий первый слой спанбонда, имеющий поверхностную плотность от приблизительно 1 грамма на квадратный метр (г/м²) до приблизительно 30 г/м² и содержащий термопластичный полимер; второй слой спанбонда, имеющий поверхностную плотность от приблизительно 1 г/м² до приблизительно 30 г/м² и содержащий термопластичный полимер, и целлюлозный слой, расположенный между первым и вторым слоями спанбонда и прикрепленный посредством ультразвуковой сварки к первому и второму слоям спанбонда, при этом целлюлозный слой предусмотрен с величиной, составляющей от приблизительно 20% до приблизительно 80% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала.

[0006] Согласно другому аспекту раскрыт способ изготовления многослойного нетканого материала, при этом способ включает выполнение первого слоя спанбонда, имеющего поверхностную плотность от приблизительно 1 г/м² до приблизительно 30 г/м² и содержащего термопластичный полимер, второго слоя спанбонда, имеющего поверхностную плотность от приблизительно 1 г/м² до приблизительно 30 г/м² и содержащего термопластичный полимер, и целлюлозного слоя, имеющего поверхностную плотность от приблизительно 10 г/м² до приблизительно 100 г/м²; размещение целлюлозного слоя так, чтобы он находился между первым и вторым слоями спанбонда, и выполнение ультразвуковой обработки на слоях, размещенных в определенном порядке, для получения впитывающего многослойного материала, при этом целлюлозный слой свободен от связующих веществ и имеет сопротивление отслаиванию, превышающее 10 граммов на дюйм (393,7 г/м).

[0007] Согласно еще одному аспекту раскрыто одноразовое изделие для чистки, содержащее первый слой спанбонда, имеющий поверхностную плотность от приблизительно 1 г/м² до приблизительно 30 г/м² и содержащий термопластичный полимер; второй слой спанбонда, имеющий поверхностную плотность от приблизительно 1 г/м² до приблизительно 30 г/м² и содержащий термопластичный полимер, и целлюлозный слой, расположенный между первым и вторым слоями спанбонда и прикрепленный посредством ультразвуковой сварки к первому и второму слоям спанбонда, при этом целлюлозный слой предусмотрен с величиной, составляющей от приблизительно 20% до приблизительно 80% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг.1 представляет собой иллюстрацию впитывающего многослойного материала, имеющего два слоя спанбонда и целлюлозный слой, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0009] Фиг.2 представляет собой иллюстрацию процесса ультразвуковой сварки в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0010] Фиг.3 представляет собой график, показывающий сопротивление отслаиванию (в граммах на дюйм) в зависимости от поверхностной плотности (г/м²) бумаги для вариантов осуществления впитывающего многослойного материала.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0011] В данном документе раскрыты впитывающие многослойные материалы, которые в одном примере включают в себя два слоя спанбонда (каждый из который является наружным слоем) с целлюлозным, бумажным слоем, расположенным между слоями спанбонда (средним слоем). В одном варианте осуществления три слоя скреплены посредством ультразвуковой обработки. Эта многослойная конфигурация придает повышенную мягкость, впитывающую способность и прочность впитывающему многослойному материалу (по сравнению с такими материалами, как нетканые обтирочные материалы или текстильные материалы). Кроме того, определенные раскрытые впитывающие многослойные материалы и способы получения указанных материалов могут быть изготовлены/реализованы с меньшими затратами по сравнению с вышеупомянутыми бумажными полотенцами и салфетками из текстильного материала, используемыми в настоящее время в данной области техники.

1. Определения

[0012] Описание диапазонов значений в данном документе предназначено только для того, чтобы в сокращенном виде упомянуть по отдельности каждое отдельное значение, находящееся в пределах диапазона, если в данном документе не указано иное, и каждое отдельное значение включено в описание так, как если бы оно было отдельно приведено в данном документе. Например, если диапазон концентраций указан как 1% – 50%, предусмотрено, что такие значения, как 2% – 40%, 10% – 30% или 1% – 3% и т.д., точно перечислены в данном описании. Данные значения являются только примерами того, что конкретно предусмотрено, и все возможные комбинации числовых значений между приведенными наименьшим значением и наибольшим значением, включающие приведенные наименьшее значение и наибольшее значение, следует рассматривать как приведенные явным образом в данной заявке.

[0013] Модификатор «приблизительно/около», используемый вместе с количеством, предусматривает включение приведенного значения и имеет значение, определяемое контекстом (например, он включает, например, долю погрешности, связанной с измерением определенного количества). Модификатор «приблизительно» также следует рассматривать как раскрывающий диапазон, ограниченный абсолютными значениями двух конечных точек. Например, выражение «от приблизительно 2 до приблизительно 4» также раскрывает диапазон «от 2 до 4». Термин «приблизительно» может указывать на значение, соответствующее плюс или минус 10% от указанного числа. Например, «приблизительно 10%» может указывать на диапазон от 9% до 11%, и «приблизительно 1» может означать от 0,9 до 1,1. Другие значения термина «приблизительно» могут быть очевидными из контекста, например, при округлении, так что, например, «приблизительно 1» может также означать от 0,5 до 1,4.

[0014] В контексте данного документа термин «спанбонд» относится к холсту, имеющему структуру из отдельных волокон или нитей, которые переслаиваются, но не идентифицируемым образом, как в трикотажном материале. В частности, холст спанбонда может быть сформирован из по существу непрерывных волокон малого диаметра. Эти волокна могут быть образованы экструзией расплавленного термопластичного материала (например, термопластичного полимера) в виде элементарных волокон из множества мелких, обычно имеющих круглое сечение, капиллярных каналов фильеры, при этом диаметр экструдируемых волокон быстро уменьшается, например, посредством вытягивания и/или других хорошо известных средств формирования фильерного материала.

[0015] В контексте данного документа термин «по существу свободный» относится к материалу и/или слою, включающему указанный компонент в количестве, меньшем, чем функционально значимое, или имеющему характеристику со значением, меньшим, чем функционально значимое, включая 0% масс. Например, выражение «устойчиво свободный» может относиться к материалу и/или слою, включающему менее 5%, менее 4%, менее 3%, менее 2%, менее 1%, менее 0,9%, менее 0,8%, менее 0,7%, менее 0,6%, менее 0,5%, менее 0,4%, менее 0,3%, менее 0,2%, менее 0,1%, менее 0,05% или менее 0,01% масс. указанного компонента или характеристики.

2. Впитывающий многослойный материал

[0016] Фиг.1 иллюстрирует приведенный в качестве примера, впитывающий многослойный материал 10, имеющий первый слой 11 спанбонда, целлюлозный слой 12 и второй слой 13 спанбонда.

[0017] В проиллюстрированном варианте осуществления целлюлозный слой 12 и слои 11 и 13 спанбонда расположены так, что целлюлозный слой 12 расположен между (или в середине между) первым и вторым слоями 11 и 13 спанбонда. Целлюлозный слой 12 представляет собой впитывающий слой, который служит в качестве впитывающей сердцевины для впитывающего многослойного материала 10. Например, при контакте впитывающего многослойного материала 10 с жидкостью (–ями) (которая (–ые) может/могут быть гидрофильной (гидрофильными) или гидрофобной (–ыми) в зависимости от варианта осуществления) жидкость проникает в целлюлозный слой через слои спанбонда.

[0018] В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 состоит по существу из первого слоя 11 спанбонда, второго слоя 13 спанбонда и целлюлозного слоя 12. В других вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 включает в себя более трех слоев. Например, впитывающий многослойный материал 10 может иметь пятислойную структуру из наложенных друг на друга спанбонда, целлюлозного материала, спанбонда, целлюлозного материала и спанбонда. Данная схема размещения слоев может обеспечить получение впитывающего многослойного материала с общей более высокой суммарной поверхностной плотностью, который также имеет сопротивление расслаиванию/отслаиванию, достаточное для его использования в качестве обтирочного материала. Как будет разъяснено ниже более подробно, целлюлозный слой 12 представляет собой бумажный слой, образованный, например, в процессе влажного холстоформирования.

[0019] Впитывающий многослойный материал 10 может включать в себя слои спанбонда, имеющие одинаковую величину или неодинаковые величины. Например, впитывающий многослойный материал 10 может включать в себя первый слой 11 спанбонда и второй слой 13 спанбонда в соотношении по массе (например, по поверхностной плотности) или массовой доле от массы впитывающего многослойного материала, составляющем от приблизительно 1:2 до приблизительно 2:1. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 включает в себя слои спанбонда в соотношении, составляющем приблизительно 1:1 (например, первый слой 11 спанбонда составляет приблизительно 30% масс. от массы впитывающего многослойного материала 10, и второй слой 13 спанбонда составляет приблизительно 30% масс. от массы впитывающего многослойного материала 10).

[0020] Впитывающий многослойный материал 10 может включать в себя слои 11 и 13 спанбонда и целлюлозный слой 12 в разных соотношениях друг относительно друга для изменения получающихся в результате, физических свойств впитывающего многослойного материала. Впитывающий многослойный материал 10 может включать в себя целлюлозный слой 12 в соотношении от приблизительно 4:1 до приблизительно 1:2 по отношению к суммарной массе или массовой доле первого и второго слоев 11 и 13 спанбонда от массы впитывающего многослойного материала 10. Например, впитывающий многослойный материал может включать в себя целлюлозный слой в соотношении, составляющем приблизительно 4:1, приблизительно 3,5:1, приблизительно 3:1, приблизительно 2,5:1, приблизительно 2:1, приблизительно 2:1,25, приблизительно 2:1,5, приблизительно 2:1,75, приблизительно 1:1, приблизительно 1:1,25, приблизительно 1:1,5, приблизительно 1:1,75 или приблизительно 1:2 по отношению к суммарной массе или массовой доле первого и второго слоев спанбонда от массы впитывающего многослойного материала.

[0021] В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 создан так, что первый слой 11 спанбонда, второй слой 13 спанбонда и целлюлозный слой 12 представляют собой отдельные слои, которые по существу свободны от механического перепутывания волокон, включенных в каждый слой, такого как перепутывание, образующееся посредством иглопробивания или гидроперепутывания. При изготовлении многослойных материалов, которые предусматривают использование гидроперепутывания, на этапе скрепления используется больше энергии по сравнению с другими способами скрепления (например, ультразвуковой сваркой), что может привести к более дорогому материалу. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 по существу свободен от переплетений, образованных гидроперепутыванием, или свободен от переплетений, образованных гидроперепутыванием.

[0022] В некоторых вариантах осуществления слои 11, 12 и 13 впитывающего многослойного материала 10 имеют одну и ту же длину и ширину.

А. Слои спанбонда

[0023] Слои 11 и 13 спанбонда могут представлять собой пористые слои, которые обеспечивают возможность проникновения жидкости (–ей) в целлюлозный слой 12 (например, имеющий структуру в виде впитывающей сердцевины). Слои 11 и 13 спанбонда могут включать в себя холст из волокон. В некоторых вариантах осуществления слои спанбонда содержат волокна, получаемые по технологии мелтблаун, волокна, полученные кардочесанием, или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления слой спанбонда содержит многослойную композиционную структуру, общеизвестную как нетканый материал со структурой SMS (слой (S) спанбонда, – слой (М) мелтблауна, – слой (S) спанбонда). Например, слой (слои) спанбонда может/могут включать в себя два слоя спанбонда и слой метлблауна, расположенный между двумя слоями спанбонда. Изготовление многослойных материалов со структурой SMS описано в патенте США № 4,041,203, патенте США № 4,374,888 и патенте США № 5,169,706, которые полностью включены в данный документ путем ссылки. В некоторых вариантах осуществления слои 11 и 13 нетканого материала спанбонд имеют бóльшую среднюю пористость по сравнению с целлюлозным слоем 12. В некоторых вариантах осуществления первый слой 11 нетканого материала спанбонд может иметь такую же среднюю пористость, как второй слой 13 нетканого материала.

[0024] В некоторых вариантах осуществления слои 11 и 13 спанбонда включают в себя термопластичный полимер. Термопластичный полимер может присутствовать в виде волокна, например, в виде волокна в холсте из волокон. Термопластичный полимер может представлять собой полипропилен, полиэтилен, полиэтилентерефталат, сложный полиэфир, нейлон, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту или их комбинации. Термопластичный полимер может представлять собой гомополимеры любых из вышеуказанных полимеров, статистические сополимеры, блок–сополимеры, чередующиеся сополимеры, статические тройные сополимеры, тройные блок–сополимеры, чередующиеся тройные сополимеры, их производные (например, привитые сополимеры, их сложные эфиры или простые эфиры) и тому подобное.

[0025] В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер присутствует в виде двухкомпонентного, трехкомпонентного или многокомпонентного волокна, образованного из полимеров, перечисленных выше. Например, может быть использовано двухкомпонентное волокно, образованное из полипропилена и полиэтилена. В некоторых вариантах осуществления термопластичные полимеры присутствуют в виде волокон, которые могут быть получены кардочесанием и скреплены в виде нетканого материала. В некоторых вариантах осуществления термопластичные волокна получены кардочесанием и скреплены посредством использования горячего тиснения или нагрева воздухом, проходящим насквозь.

[0026] Слои спанбонда могут быть получены посредством способов двух– или многокомпонентного формования волокон. Получение спанбондов описано в патенте США № 4,340,563 и Journal of Textile and Apparel Technology Management, vol.6, issue 3, pp.1–13, 2010, при этом оба указанных документа полностью включены в данный документ путем ссылки. Кроме того, получение холстов спанбонда может включать конфигурацию волокон с оболочкой и ядром, в которой ядро из сложного полиэфира или полипропилена окружено полиэтиленовой оболочкой. В патенте США № 7,740,777, который полностью включен в данный документ путем ссылки, описаны устройство и способ изготовления таких многокомпонентных спанбондов.

1. Первый слой спанбонда

[0027] Впитывающий многослойный материал 10 может включать в себя первый слой 11 спанбонда с величиной, составляющей более 10% масс., более 15% масс., более 20% масс., более 25% масс. или более 30% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала 10. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 включает в себя первый слой 11 спанбонда с величиной, составляющей менее 40% масс., менее 35% масс., менее 30% масс., менее 25% масс. или менее 20% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала 10. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 включает в себя первый слой 11 спанбонда с величиной, составляющей от приблизительно 10% до приблизительно 35% масс., например, от приблизительно 15% до приблизительно 30% масс. или от приблизительно 15% до приблизительно 25% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала 10. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 включает в себя первый слой 11 спанбонда с величиной, составляющей от приблизительно 20% до приблизительно 30% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала 10.

[0028] Первый слой 11 спанбонда может включать в себя термопластичный полимер в количестве, составляющем более 80% масс., более 85% масс., более 90% масс., более 95% масс. или более 99% масс. от общей массы первого слоя спанбонда. В некоторых вариантах осуществления первый слой 11 спанбонда включает в себя термопластичный полимер в количестве, составляющем от приблизительно 80% до приблизительно 100% масс., например, от приблизительно 90% до приблизительно 100% масс., от приблизительно 95% до приблизительно 100% масс. или от приблизительно 95% до приблизительно 99% масс. от общей массы первого слоя спанбонда.

[0029] В некоторых вариантах осуществления первый слой 11 спанбонда состоит по существу из термопластичного полимера.

[0030] Первый слой 11 спанбонда может иметь поверхностную плотность, составляющую приблизительно 1 грамм на квадратный метр (г/м²) или более, приблизительно 5 г/м² или более, приблизительно 10 г/м² или более или приблизительно 15 г/м² или более. В некоторых вариантах осуществления первый слой 11 спанбонда имеет поверхностную плотность, составляющую приблизительно 40 г/м² или менее, приблизительно 35 г/м² или менее, приблизительно 30 г/м² или менее, приблизительно 25 г/м² или менее или приблизительно 20 г/м² или менее. В некоторых вариантах осуществления первый слой 11 спанбонда имеет поверхностную плотность, составляющую от приблизительно 1 г/м² до приблизительно 40 г/м², например, от приблизительно 1 г/м² до приблизительно 30 г/м² или от приблизительно 5 г/м² до приблизительно 20 г/м². В некоторых вариантах осуществления первый слой 11 спанбонда имеет поверхностную плотность, составляющую от приблизительно 10 г/м² до приблизительно 15 г/м².

[0031] Первый слой 11 спанбонда может иметь толщину, составляющую более 0,5 миллиметра, более 1 миллиметра или более 5 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления первый слой спанбонда может иметь толщину, составляющую менее 10 миллиметров, менее 9 миллиметров, менее 8 миллиметров, менее 7 миллиметров или менее 6 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления первый слой 11 спанбонда имеет толщину, составляющую от приблизительно 0,5 миллиметра до приблизительно 10 миллиметров, например, от приблизительно 1 миллиметра до приблизительно 8 миллиметров или от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 6 миллиметров.

2. Второй слой спанбонда

[0032] В большинстве случаев второй слой 13 спанбонда идентичен первому слою 11 спанбонда или имеет структуру, аналогичную по отношению к нему. Соответственно, характеристики/свойства, используемые для описания первого слоя 11 спанбонда, также описывают многие варианты осуществления и применимы для многих вариантов осуществления второго слоя 13 спанбонда. Для краткости они не будут повторены в данном документе.

В. Целлюлозный слой

[0033] Как указано выше, целлюлозный слой 12 представляет собой бумажный слой и служит в качестве впитывающей сердцевины для впитывающего многослойного материала 10. Целлюлозный слой 12 свободен от связующих веществ, таких как адгезивы, которые, как правило, используются для прикрепления целлюлозного слоя 12 к другим слоям (например, слоям 11 и 13 спанбонда) впитывающего многослойного материала 10. Примеры связующих средств включают, среди прочего, термопластичные волокна, полимерные связующие, такие как акриловые соединения, винилацетаты, сополимеры стирола и бутадиена, сополимеры стирола и акриловых соединений и тому подобное. Соответственно, целлюлозный слой 12 свободен от термопластичных волокон.

[0034] Использование бумажного впитывающего слоя является более экономичным по сравнению с изготовлением впитывающей сердцевины, которая включает в себя синтетические волокна, которые могут потребовать внешних систем скрепления. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой 12 представляет собой бумагу с двойным крепированием (DRC – double re–creped). В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой 12 образован посредством аэродинамического процесса формирования.

[0035] Впитывающий многослойный материал 10 может включать в себя целлюлозный слой 12 с величиной, составляющей более 30% масс., более 35% масс., более 40% масс., более 45% масс. или более 50% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала 10. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 включает в себя целлюлозный слой 12 с величиной, составляющей менее 80% масс., менее 70% масс., менее 60% масс., менее 55% масс., менее 50% масс., менее 45% масс. или менее 40% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала 10. В других вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 включает в себя целлюлозный слой 12 с величиной, составляющей от приблизительно 20% до приблизительно 80% масс., например, от приблизительно 25% до приблизительно 75% масс., от приблизительно 40% до приблизительно 60% масс. или от приблизительно 35% до приблизительно 55% масс. от общей массы впитывающего многослойного материала. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал включает в себя целлюлозный слой с величиной, составляющей от приблизительно 45% до приблизительно 55% масс. от общей массы впитывающего многослойного материал.

[0036] Целлюлозный слой 12 может включать в себя беленую древесную целлюлозу, небеленую древесную целлюлозу, вторично используемую древесную целлюлозу, недревесную целлюлозу или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой 12 включает в себя хвойную крафт–целлюлозу, лиственную крафт–целлюлозу, сульфитную целлюлозу или их комбинацию. В других вариантах осуществления целлюлозный слой 12 включает в себя гидратцеллюлозные волокна, хлопковые волокна или волокна лиоцелл. Кроме того, целлюлозный слой 12 может включать в себя недревесные волокна для изготовления бумаги, например, превращенный в волокнистую массу материал из таких исходных материалов, как абака, джут, эспарто, бамбук и тому подобное. Как упомянуто выше, целлюлозный слой 12 не включает в себя синтетические волокна. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой 12 состоит по существу из целлюлозы.

[0037] Целлюлозный слой 12 может включать в себя целлюлозные волокна в количестве, составляющем более 80% масс., более 85% масс., более 90% масс., более 95% масс. или более 99% масс. от общей массы целлюлозного слоя 12. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой 12 включает в себя целлюлозные волокна в количестве, составляющем от приблизительно 90% до приблизительно 100% масс., например, от приблизительно 95% до приблизительно 100% масс., или от приблизительно 95% до приблизительно 99% масс. от общей массы целлюлозного слоя 12.

[0038] В зависимости от применения целлюлозный слой 12 может включать в себя средства для ослабления адгезии или средства для придания прочности во влажном состоянии. В вариантах осуществления, которые включают в себя средства для ослабления адгезии и/или средства для придания прочности во влажном состоянии, целлюлозный слой 12 включает в себя данные компоненты в количестве, которое меньше или равно 1% масс. от массы целлюлозного слоя, например, меньше или равно 0,9% масс., меньше или равно 0,8% масс., меньше или равно 0,7% масс., меньше или равно 0,6% масс., меньше или равно 0,5% масс. или меньше или равно 0,1% масс. от массы целлюлозного слоя. В вариантах осуществления, которые включают в себя средство(-а) для придания прочности во влажном состоянии (например, Kymene 920A GHP12, Solenis, Wilmingon, Делавер), средство для придания прочности во влажном состоянии не способствует обеспечению прочности впитывающего многослойного материала 10 в сухом состоянии. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой 12 может быть по существу свободен от средств для ослабления адгезии и/или поверхностно–активных веществ.

[0039] Целлюлозный слой 12 может быть получен посредством типовых процессов изготовления бумаги. Например, целлюлозный слой 12 может быть получен на плоскосеточной машине из древесных или других волокнистых масс для изготовления бумаги. Дополнительные примеры процессов изготовления бумаги можно найти в публикации заявки на патент США № 2007/0044891, которая полностью включена в данный документ путем ссылки.

[0040] Целлюлозный слой 12 может иметь поверхностную плотность, составляющую приблизительно 10 г/м² или более, приблизительно 20 г/м² или более, приблизительно 30 г/м² или более, приблизительно 40 г/м² или более, приблизительно 50 г/м² или более, приблизительно 60 г/м² или более или приблизительно 70 г/м² или более. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой может иметь поверхностную плотность, составляющую приблизительно 80 г/м² или менее, приблизительно 70 г/м² или менее, приблизительно 60 г/м² или менее или приблизительно 50 г/м² или менее. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой может иметь поверхностную плотность, составляющую от приблизительно 10 г/м² до приблизительно 100 г/м², от приблизительно 20 г/м² до приблизительно 80 г/м² или от приблизительно 20 г/м² до приблизительно 70 г/м². В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой может иметь поверхностную плотность, составляющую от приблизительно 20 г/м² до приблизительно 50 г/м².

[0041] Целлюлозный слой может иметь толщину, составляющую более 0,5 миллиметра, более 1 миллиметра или более 5 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой может иметь толщину, составляющую менее 10 миллиметров, менее 9 миллиметров, менее 8 миллиметров, менее 7 миллиметров или менее 6 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой может иметь толщину, составляющую от приблизительно 0,5 миллиметра до приблизительно 10 миллиметров, например, от приблизительно 1 миллиметра до приблизительно 8 миллиметров или от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 6 миллиметров.

3. Способы изготовления впитывающих многослойных материалов

[0042] Фиг.2 иллюстрирует приведенную в качестве примера станцию 20 ультразвуковой сварки или сварки ультразвуком, предназначенную для образования впитывающего многослойного материала 10. Слои 11 и 13 спанбонда и целлюлозный слой 12 вводят в зону между сонотродом 21 и опорой 25. Опора 25 может иметь рельеф для выполнения сварки. Слои 11 и 13 спанбонда могут быть получены (с поверхностными плоскостями, описанными выше) и размещены так, чтобы целлюлозный слой 12 находился в середине между слоями 11 и 13 спанбонда.

[0043] В некоторых вариантах осуществления целлюлозный слой 12 предусмотрен при соотношении, составляющем от приблизительно 4:1 до приблизительно 1:2 по отношению к суммарной массе (например, поверхностной плотности) слоев 11 и 13 спанбонда.

[0044] Способ 20 ультразвуковой сварки может быть выполнен при одном этапе подбора двух слоев спанбонда и целлюлозного слоя. В некоторых вариантах осуществления наложение слоев друг на друга выполняют на нескольких этапах, при этом первый слой 11 спанбонда прикрепляют к целлюлозному слою 12 с последующим наложением второго слоя 13 спанбонда и последующим скреплением за счет пропускания через сонотрод 21 и опору 25.

[0045] Во время выполнения способа 20 ультразвуковой сварки подобранные слои подвергают воздействию ультразвуковой энергии от сонотрода 21 и приложенного давления от комбинации сонотрода 21 и опоры 25, что вызывает скрепление слоев 11 и 13 спанбонда и целлюлозного слоя 12. Сварка может происходить в виде непрерывной сварки или посредством систем с рисунком, в которых опора 25 используется для придания рисунка сварного соединения.

Ультразвуковая сварка может быть выполнена посредством машин, известных в данной области техники. Ультразвуковая сварка может быть выполнена при скоростях, составляющих от приблизительно 25 м/мин до приблизительно 700 м/мин, например, от приблизительно 100 м/мин до приблизительно 300 м/мин или от приблизительно 50 м/мин до приблизительно 200 м/мин. В некоторых вариантах осуществления ультразвуковую сварку выполняют при приблизительно 200 метрах в минуту.

[0046] Кроме того, ультразвуковая сварка может быть выполнена при давлении от приблизительно 500 Н до приблизительно 5000 Н, например, от приблизительно 1000 Н до приблизительно 5000 Н, от приблизительно 1000 Н до приблизительно 3000 Н или от приблизительно 2000 Н до приблизительно 5000 Н. В некоторых вариантах осуществления ультразвуковую сварку выполняют при давлении, составляющем приблизительно 2000 Н.

[0047] После ультразвуковой обработки впитывающий многослойный материал 10 может подвергаться этапу тиснения. Этап тиснения может обеспечить изменение объемности/пухлости и/или толщины впитывающего многослойного материала. Этап тиснения может быть выполнен с использованием рисунка, что может привести к увеличенной объемности как во влажном, так и в сухом состоянии. Этап тиснения может дополнительно обеспечить придание предпочтительных характеристик впитывающему многослойному материалу 10, таких как, среди прочего, повышенная прочность во влажном состоянии.

4. Изделия, содержащие многослойные нетканые материалы

[0048] Раскрытый впитывающий многослойный материал 10 может быть полезным в многочисленных применениях. Впитывающий многослойный материал 10 может быть использован в качестве изделия для чистки, например, в качестве изделия, которое может быть использовано для впитывания жидкостей и/или очистки поверхностей. Изделие для чистки может быть одноразовым или повторно используемым (например, может использоваться 2, 3, 4, 5 и т.д. раз перед выбрасыванием).

[0049] Кроме того, впитывающий многослойный материал 10 может быть превращен в сухие или предварительно увлажненные салфетки. Упаковка для салфеток представляет собой «компромисс» между толщиной салфетки, задаваемой по эстетическим соображениям, и стремлением иметь требуемое число салфеток в конкретной упаковке. Впитывающий многослойный материал 10 может быть предварительно увлажнен растворами, включая, среди прочего, воду, спирт, чистящий(-е) раствор(-ы) или их комбинации. Впитывающий многослойный материал 10, описанный в данном документе, может быть использован в сложенном виде в упаковке или в виде рулона.

[0050] Впитывающий многослойный материал 10 также может быть использован в качестве гигиенической салфетки (например, детской салфетки). Изделие, содержащее впитывающий многослойный материал 10, может содержать добавки, такие как кондиционер для ухода за кожей, эмульгатор, регулятор рН, консервант, чистящее средство или их комбинации. Кроме того, гигиеническая салфетка может обладать способностью как впитывать жидкость(-и), так и одновременно выделять жидкости, имеющиеся в гигиенической салфетке (например, в предварительно увлажненной салфетке).

[0051] Раскрытые соединения, составы, способы и процессы будут лучше поняты при рассмотрении нижеприведенных примеров, которые предусмотрены в качестве иллюстрации, а не ограничения объема изобретения.

5. ПРИМЕРЫ

Пример 1

[0052] Трехслойное впитывающее изделие, имеющее структуру впитывающего многослойного материала 10, было изготовлено при использовании двух слоев полипропиленового спанбонда с поверхностной плотностью 12 г/м². Они были подобраны вместе с бумажным листом с поверхностной плотностью 20 г/м², полученным на плоскосеточной машине из беленой хвойной крафт–целлюлозы. Три слоя были подвергнуты воздействию ультразвуковой энергии на опытном образце машины при 200 метрах в минуту с давлением 2000 Н на прижимном валике, имеющей общую компоновку, показанную в способе 20 ультразвуковой сварки. После ультразвуковой сварки образцы многослойных нетканых материалов были подвергнуты тиснению с использованием прерывистых рисунков. Толщина многослойных материалов в сухом и влажном состоянии была увеличена в результате этапа тиснения. Физические свойства многослойных материалов представлены в Таблице 1 и приведены в сравнении с образцами промышленно изготавливаемых влажных салфеток. Образец 001 представлял собой многослойное изделие без тиснения. Образцы 002 и 003 были подвергнуты тиснению.

[0053] Физические свойств определяли, используя нижеуказанные методы:

Масса на единицу площади: Стандартное испытание INDA: IST 130.1 (INDA – Международная ассоциация производителей одноразовых изделий и нетканых материалов)

Пухлость или толщина: Стандартное испытание INDA: IST 120.1

Прочность полосы на растяжение: ASTM D5035–95 (ASTM – Американское общество по испытанию материалов)

Впитывающая способность нетканого материала: Стандартное испытание INDA: IST 10.1

Сопротивление продавливанию: Стандартное испытание INDA: IST 30.1

Таблица 1: Свойства впитывающих многослойных материалов

по Примеру 1

Пример 2

[0054] Была изготовлена группа трехслойных впитывающих изделий, имеющих структуру впитывающего многослойного материала 10, с изменением количественных характеристик как целлюлозного слоя, так и слоев спанбонда. В частности, целлюлозный слой представлял собой бумагу, состоящую на 100% из беленой хвойной крафт–целлюлозы и имеющую поверхностную плотность в диапазоне от приблизительно 12,2 г/м² до приблизительно 64,4 г/м², и слои спанбонда представляли собой спанбонд из полипропилена с поверхностной плотностью в диапазоне от приблизительно 10 г/м² до приблизительно 12 г/м². Впитывающие многослойные изделия были скреплены посредством ультразвуковой обработки, описанной в Примере 1.

[0055] Затем для многослойных изделий были определены сопротивление отслаиванию (в граммах на дюйм) и впитывающая способность в %. Испытание на отслаивание предусматривало наложение клейкой ленты на каждую сторону образца и измерение силы, необходимой для разделения слоев. Испытание для определения впитывающей способности представляет собой стандартное испытание в данной области техники, используемое для измерение количества жидкости в % (например, воды), впитанной образцом.

[0056] Данные по сопротивлению отслаиванию в большинстве случаев показывают, что чем толще целлюлозный слой, тем ниже сопротивление отслаиванию (см. фиг.3). Без привязки к какой–либо конкретной теории, гипотетически предполагают, что результаты по сопротивлению отслаиванию обусловлены тем, что целлюлоза не считается легко привариваемой посредством ультразвуковой сварки, например, к термопластичному полимеру спанбонда. Тем не менее, видно, что даже тогда, когда поверхностная плотность целлюлозного слоя составляет приблизительно 50 г/м², сопротивление отслаиванию достаточно высокое для использования в качестве обтирочного материала. Кроме того, когда поверхностная плотность целлюлозного слоя превышает 50 г/м², но отношение количества термопластичного материала к количеству целлюлозы увеличено, может быть достигнуто достаточное сопротивление отслаиванию (см. данные для образца с суммарной поверхностной плотностью 85,9 г/м² в Таблице 2). Кроме того, данные по впитывающей способности показывают, что впитывающая способность в % является относительно постоянной для разных поверхностных плотностей слоя, состоящего из целлюлозы на 100%.

Таблица 2: Свойства впитывающих многослойных материалов

по Примеру 2

Пример 3

[0057] Трехслойные впитывающие изделия, имеющие структуру впитывающего многослойного материала 10, были изготовлены при использовании двух слоев полипропиленового спанбонда. Эти слои были подобраны вместе с бумажным листом, полученным на плоскосеточной машине из беленой хвойной крафт–целлюлозы. Три слоя были подвергнуты воздействию ультразвуковой энергии на опытном образце машины при 200 метрах в минуту с давлением 2000 Н на прижимном валике, имеющей общую компоновку, показанную в способе 20 ультразвуковой сварки. Наружные слои из спанбонда включали в себя полипропиленовый спанбонд с поверхностной плотностью 10 или 12 г/м², который был подвергнут термоскреплению. Необработанная бумага из древесной целлюлозы имела поверхностную плотность, составляющую 14,7, 20, 36,5 или 48,6 г/м². В Таблице 3 показаны разные количественные характеристики каждого слоя, используемого для различных впитывающих многослойных материалов. После ультразвуковой сварки были определены физические свойства образцов, приведенные ниже в Таблице 4.

[0058] Физические свойств определяли, используя нижеуказанные методы:

Масса на единицу площади: Стандартное испытание INDA: IST 130.1

Пухлость или толщина: Стандартное испытание INDA: IST 120.1

Прочность полосы на растяжение: ASTM D5035–95

Впитывающая способность нетканого материала: Стандартное испытание INDA: IST 10.1

Прочность внутреннего сцепления: Стандартное испытание INDA: IST 110.3

Прочность на истирание по Мартиндейлу: Стандартное испытание INDA: IST 20.5

Таблица 3: Характеристики впитывающих многослойных

материалов по Примеру 3

Таблица 4. Сравнение разных впитывающих многослойных

материалов по Примеру 3

[0059] Данные в Таблицах 3 и 4 показывают, что раскрытые впитывающие многослойные материалы имеют предпочтительное сочетание малой массы и высокой прочности на растяжение по сравнению с контрольной салфеткой из спанбонда с поверхностной плотностью 50 г/м² (с точечным скреплением, однослойного). Анализ по Мартиндейлу, который используется для оценки сопротивления материала истиранию, продемонстрировал хорошее сопротивление истиранию у раскрытых впитывающих многослойных материалов по сравнению с контрольной салфеткой из спанбонда с поверхностной плотностью 50 г/м². Интересный результат наблюдений состоит в том, что толщина раскрытых впитывающих многослойных материалов во влажном состоянии становится больше толщины в сухом состоянии в отличие от контрольной салфетки из спанбонда.

[0060] В целом характеристики, представленные в Таблице 4, показывают, что раскрытые впитывающие многослойные материалы имеют достаточную прочность (без использования синтетических волокон в целлюлозной сердцевине). Это идет вразрез с ожиданиями в данной области техники, в которой считается важным наличие синтетических волокон в целлюлозной сердцевине для обеспечения достаточной прочности внутреннего сцепления. Соответственно, впитывающие многослойные материалы представляют собой обладающий высокой впитывающей способностью, эффективный обтирочный материал, который обеспечивает возможность общего снижения затрат на производство.

[0061] Как можно видеть из вышеизложенного, раскрытые впитывающие многослойные материалы могут иметь некоторые (и в некоторых случаях все) из нижеуказанных предпочтительных свойств. Впитывающий многослойный материал 10 может иметь прочность при растяжении в поперечном направлении во влажном состоянии, составляющую от приблизительно 500 граммов до приблизительно 1500 граммов, например, от приблизительно 550 граммов до приблизительно 1450 граммов или от приблизительно 600 граммов до приблизительно 1200 граммов.

[0062] Впитывающая способность впитывающего многослойного материала 10 зависит, по меньшей мере, от величины целлюлозного слоя 12, включенного в многослойный материал. Например, при увеличении величины целлюлозного слоя 12 впитывающая способность увеличивается. В некоторых вариантах осуществления слои 11 и 13 спанбонда увеличивают впитывающую способность впитывающего многослойного материала 10, например, за счет их обработки добавкой, адсорбирующей жидкости.

[0063] В определенных вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 имеет впитывающую способность, составляющую более 250% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии, более 300% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии, более 350% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии, более 400% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии, более 450% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии или более 500% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии. В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал имеет впитывающую способность, составляющую от приблизительно 200% до приблизительно 800% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии, например, от приблизительно 250% до приблизительно 700% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии, от приблизительно 250% до приблизительно 600% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии или от приблизительно 300% до приблизительно 500% по отношению к массе впитывающего многослойного материала в сухом состоянии.

[0064] Сопротивление впитывающего многослойного материала 10 отслаиванию зависит от, по меньшей мере, величины целлюлозного слоя 12, включенного в многослойный материал, и на сопротивление отслаиванию также может влиять отношение суммарной величины/массы слоев 11 и 13 спанбонда к величине/массе целлюлозного слоя 12. Например, при увеличении величины целлюлозного слоя 12 сопротивление отслаиванию уменьшается (при сохранении слоев 11 и 13 спанбонда постоянными), как показано выше. Соответственно, имеется оптимальное сочетание между впитывающей способностью и сопротивлением отслаиванию впитывающего многослойного материала 10.

[0065] Впитывающий многослойный материал 10 может иметь сопротивление отслаиванию, составляющее более 10 граммов на дюйм (393,7 г/м), более 20 граммов на дюйм (787,4 г/м), более 50 граммов на дюйм (1968,5 г/м), более 75 граммов на дюйм (2952,8 г/м), более 100 граммов на дюйм (3937 г/м), более 125 граммов на дюйм (4921,2 г/м), более 150 граммов на дюйм (5905,5 г/м), более 200 граммов на дюйм (7874 г/м), более 250 граммов на дюйм (9842,5 г/м) или более 300 граммов на дюйм (11811 г/м). В некоторых вариантах осуществления впитывающий многослойный материал 10 имеет сопротивление отслаиванию, составляющее от приблизительно 10 граммов на дюйм (393,7 г/м) до приблизительно 400 граммов на дюйм (15748 г/м), например, от приблизительно 20 граммов на дюйм (787,4 г/м) до приблизительно 300 граммов на дюйм (11811 г/м), от приблизительно 100 граммов на дюйм (3937 г/м) до приблизительно 300 граммов на дюйм (11811 г/м) или от приблизительно 20 граммов на дюйм (787,4 г/м) до приблизительно 200 граммов на дюйм (7874 г/м).

[0066] Различные изменения и модификации раскрытых вариантов осуществления будут очевидными для специалистов в данной области техники. Такие изменения и модификации, включая, среди прочего, те, которые относятся к химическим структурам, заменителям, производным, промежуточным соединениям, продуктам синтеза, композициям, составам или способам применения изобретения, могут быть выполнены без отхода от его сущности и объема.

Реферат

Раскрыты впитывающие многослойные материалы, которые включают в себя два слоя спанбонда с целлюлозным слоем, расположенным между слоями спанбонда. Разные слои впитывающего многослойного материала скреплены посредством ультразвуковой обработки и могут дополнительно подвергаться этапу тиснения. Кроме того, впитывающие многослойные материалы могут быть использованы в качестве одноразовых изделий для вытирания среди прочих применений. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 ил.

Формула