АБСОРБИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК D21H21/22 D21H17/63 

Изобретение относится к способу изготовления абсорбирующего материала с улучшенной сорбционной способностью, к абсорбирующему материалу, получаемому таким способом, и к абсорбирующим изделиям, содержащим такой материал. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления абсорбирующей структуры, содержащей такой абсорбирующий материал.

В данном контексте понятие "сорбционная способность" означает скорость, с которой абсорбирующий материал впитывает жидкости, например воду или водные растворы, включая жидкости, выделяемые организмом, а именно мочу, кровь и менструальные жидкости, или способность абсорбирующего материала удерживать жидкость, или и то, и другое. Сорбционным механизмом может быть адсорбция или абсорбция либо их сочетание.

В данном контексте под понятием "абсорбирующий материал", среди других вещей, подразумевается любая бумажная или бумагообразная структура, которая состоит, главным образом, из целлюлозных волокон и главным назначением которой является абсорбирование жидкостей, например, воды или водных растворов, включая жидкости организма, а именно, мочу, кровь и менструальные жидкости. Примерами таких бумаг являются гигиеническая бумага и бумага, пропитываемая термореактивными смолами для производства декоративных слоистых материалов.

Как следует из Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry. Vol. A 18, стр. 663, 1991, приведенной в качестве ссылки, термин "гигиеническая бумага" охватывает целлюлозную вату, мягкую тонкую бумагу и крепированную бумагу, которые все являются полезными в быту или в санитарии. Известно, что при использовании гигиенической бумаги в этих областях применения важное значение имеют скорость впитывания жидкости ею и способность удерживать жидкость. Это особенно справедливо в отношении абсорбирующих изделий, например, предметов, используемых при менструации /например, гигиенических прокладок, вкладышей, тампонов и т.д./, подгузников, перевязочных материалов, предметов одежды для использования при недержании мочи у взрослых и т.п.; очевидными необходимыми условиями функционирования таких изделий являются хорошие впитывание жидкости и способность ее удерживать. Однако, при использовании изделия такого рода оно постоянно подвергается сжатию, создаваемому весом и движениями лица, носящего изделие, и, таким образом, важно, чтобы способность удерживать жидкость была достаточно высокой для удерживания абсорбированной жидкости также и при сжатии. К тому же, для предоставления комфорта тому, кто носит изделие, последнее должно создавать ощущение сухости, означающее, что необходимо исключить какое-либо повторное увлажнение от изделия к коже того, кто носит изделие, а это повышает требование в отношении обеспечения даже более высокой способности удерживать жидкость. Для повышения сорбционной способности таких изделий обычно используют определенные полимерные материалы, образующие гидрогели при соприкосновении с водой и известные как "сверхабсорбенты"; однако, хотя при этом и повышается способность изделия удерживать жидкость благодаря связыванию жидкости с частицами сверхабсорбента, сорбционная способность целлюлозных волокон, составляющих саму гигиеническую бумагу, фактически не повышается при использовании таких сверхабсорбентов.

Другой областью применения, в которой сорбционная способность целлюлозного материала имеет важное значение, является производство слоистых материалов, особенно т.н. декоративных слоистых материалов, описанных например, в US A-3.373.071. Такие слоистые материалы обычно содержат, по меньшей мере, три слоя: поверхностный слой, слой с напечатанным или формированным изображением под поверхностным слоем и сердцевинный слой, несущий поверхностный слой и напечатанный слой. Все слои состоят из бумажного листа, пропитанного термореактивной смолой. Поверхностный слой обычно состоит из полупрозрачной бумаги, пропитанной меламиновой смолой. Пропитку проводят окунанием бумаги в водный раствор смолы. Очевидно, что сорбционная способность бумаги имеет решающее значение для эффективности пропитки.

Таким образом, проблема, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании способа изготовления сорбционного материала, имеющего улучшенную сорбционную способность.

Эта проблема решена с помощью способа, определенного в прилагаемой формуле изобретения. Конкретнее, настоящее изобретение относится к способу изготовления абсорбирующего материала с улучшенной сорбционной способностью, содержащего целлюлозные волокна, при котором волокна в присутствии воды обрабатывают гидрофобным веществом, имеющим удельную поверхность, по крайней мере, 50 м²/г, посредством сведения вместе вещества и волокон, когда волокна имеют содержание сухого веществ, по крайней мере, 20%.

Причиной улучшения сорбционных свойств, придаваемых гидрофобными веществами указанного рода, по-видимому, может быть то, что эти вещества абсорбируют поверхностно-активные вещества, естественно присутствующие в целлюлозных волокнах или на них. Полотно образуют обезвоживанием водной суспензии целлюлозных волокон и последующим прессованием и/или высушиванием полотна, а после обезвоживания полотно обрабатывают веществом.

"Обработка" волокон гидрофобным веществом означает, что частицы вещества располагают вблизи или при соприкосновении с волокнами, когда содержание сухого вещества в волокнах равно, по крайней мере, около 20%, предпочтительно, по крайней мере, около 25% и наиболее предпочтительно, по крайней мере, около 30%. Это означает, что данный способ можно осуществлять в процессе производства впитывающей бумаги после окончания обезвоживания полотна. В этой заявке "полотно" также включает в себя понятие "лист". Частицы предпочтительно удерживают вблизи или в соприкосновении с волокнами, по крайней мере, около 10 с, желательно, по крайней мере, около 5 с и, особенно, по крайней мере, около 2 с.

Удельная поверхность частиц гидрофобного вещества, определяемая согласно стандартному методу DIN 66131, измененному так, как описано ниже, составляет, по крайней мере, около 50 м²/г, предпочтительно, по крайней мере, около 100 м²/г и наиболее предпочтительно, по крайней мере, около 200 м²/г. У активированного угля удельная поверхность равна около 1000 м²/г и у цеолита типа ZSM-5 и типа A - около 500 м²/г, в то время как цеолиты X и Y имеют оба удельную поверхность, равную около 800 м²/г.

Гидрофобным веществом может быть любое вещество, которое по существу нерастворимо в воде, предпочтительно, имея растворимость не выше примерно 1 г/100 г воды, желательно, не выше около 0,1 г/100 г воды, когда оно имеет вышеуказанную удельную поверхность. Примерами полезных гидрофобных веществ являются активированный уголь, гидрофобные цеолиты и политетрафторэтилен /т. е. тефлон/. Предпочитаются пористые вещества. В особо предпочтительном варианте осуществления изобретения гидрофобным веществом является активированный уголь или цеолит, имеющий гидрофобность ниже примерно 0,99 вес.%, предпочтительно ниже примерно 0,90 вес.% и желательно ниже примерно 0,70 вес.% остаточного бутанола, определяемого при нижеописанном испытании на остаточный бутанол. Особенно предпочтительными цеолитами являются те, которые имеют молярное отношение SiO₂/Al₂O₃, равное примерно 5.

Хотя гидрофобное вещество может быть подведено к волокнам в сухом, а также во влажном состоянии, целесообразно, чтобы вещество содержалось в водной смеси, обычно в виде дисперсии или суспензии. На полотно смесь удобно наносить обрызгиванием или орошением. Количество добавляемого вещества желательно составляет около 0,1 - 10 кг/т сухой волокнистой массы, предпочтительно около 0,5 - 5 кг/т. По выбору обработку можно проводить наливом вещества /предпочтительно содержащегося в водной смеси/ на полотно или окунанием полотна в такую смесь.

Обработку можно проводить в присутствии удерживающего вещества для того, чтобы достаточное количество частиц вещества достаточно долго удерживались в соприкосновении или вблизи волокон, для получения желаемого эффекта. Примерами предпочтительных удерживающих веществ являются полисахариды, например крахмал, производные целлюлозы, ксантановая камедь и гуаровая камедь, и синтетически произведенные гомополимеры, например, полиакриламид /ПАМ/, полиамидамин /ПАА/, полидиаллилдиметиламмонийхлорид /полиДАДМАХ/, полиэтиленимин /ПЭИ/ и полиэтиленоксид /ПЭО/ или их сополимеры.

Хотя вещество может оставаться в абсорбирующей бумаге после ее обработки, это не рассматривается как существенное для изобретения. Действительно, даже если в абсорбирующей бумаге после ее обработки присутствует менее примерно 65% вещества, использованного при обработке, например, менее 30% или даже менее примерно 1%, сорбционный эффект весьма заметно усиливается по сравнению с необработанной бумагой. Однако, в некоторых случаях может быть полезным оставлять в бумаге значительное количество вещества, например, тогда, когда веществом является гидрофобный цеолит, придающий деодорирующие свойства абсорбирующим изделиям, например подгузникам и предметам для использования при менструации, например, описанным в US-A-4.826.497 и WO 91/11977. Однако, следует отметить, что в этих документах цеолит не используется для обработки волокон в присутствии воды.

Настоящее изобретение также относится к абсорбирующему материалу, имеющему основной вес менее примерно 30 г/м², получаемому по данному способу, особенно гигиенической бумаге, и к абсорбирующим изделиям, а именно, подгузникам, гигиеническим прокладкам, вкладышам для трусов, тампонам, перевязочным материалам, предметам одежды для использования при недержании мочи у взрослых, туалетной бумаге, носовым платкам, кухонным полотенцам, полотенцам для рук, полотенцам для лица, салфеткам и подобным изделиям, содержащим такую бумагу. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления абсорбирующей структуры, содержащей такой абсорбирующий материал.

В другом варианте осуществления изобретения абсорбирующим материалом является бумага, пропитываемая термореактивной смолой и используемая при изготовлении слоистых материалов, особенно, в качестве верхних слоев в декоративных слоистых материалах.

Абсорбирующий материал, например гигиеническая бумага, может быть изготовлен по любому подходящему бумагоделательному процессу. Мягкую тонкую бумагу и сорта из целлюлозной ваты обычно изготавливают при помощи т.н. янки-машины, т. е. бумагоделательной машины, в которой сушку выполняют по существу на янки-цилиндре или янки-сушилке, представляющей собой сушильный цилиндр с большим диаметром и с полированной поверхностью, которой во многом определяет сушку бумажного полотна. При сухости 20-35% влажное полотно обычно пристает к янки-цилиндру под действием одного или двух нажимных валов; в связи с этим настоящее изобретение может быть осуществлено при помощи спрысков, расположенных перед первым нажимным валом.

Волокна, составляющие лист целлюлозы, обычно получают измельчением древесины /обычно в виде щепы/ на волокна или пучки волокон; в данном контексте понятие "пучки волокон" рассматривается как равнозначащее понятию "волокна". Разделенные волокна можно получать любым бумагоделательным способом, известным специалисту, например, способом изготовления механической древесной массы /ММ/, древесной массы, измельченной дефибрерным камнем /КИМ/, древесной массы, измельченной раздавливанием /РИМ/, рафинерной механической древесной массы /РММ/, термомеханической древесной массы /ТММ/, химико-механической древесной массы /ХММ/ или химико-термомеханической древесной массы /ХТММ/, хотя предпочтительными волокнистыми массами являются целлюлозы, как например, сульфатная или сульфитная целлюлозы. Однако, целлюлозными волокнами могут быть также хлопковые волокна. Другим вероятным источником волокон являются вторично используемые волокна из макулатуры.

Ниже настоящее изобретение подробнее иллюстрируется на примерах. Приведенные ниже части и процентные количества даются по весу, если не указано иное. В нижеприведенных примерах полученный абсорбирующий материал испытывали на повторное увлажнение и на скорость впитывания. Испытание на определение скорости впитывания проводили по методу SCAN-P 61-87. При этом испытании образец в виде стопки из шести листов тонкой бумаги помещают в устройство, которое специально предназначено для этого метода испытания и которое содержит электроды для обнаружения просачивающейся воды соответственно в продольном направлении бумаги, в ее поперечном направлении и в направлении, перпендикулярном поверхности тонкой бумаги. Для соответствующих направлений определяют время, проходящее с момента нанесения определенного количества воды на тонкую бумагу до момента обнаружения электродами просачивания воды. Чем короче время, необходимое для просачивания через материал, тем выше скорость впитывания материалом.

Примеры 1-2. В этом примере использовали тонкую бумагу, изготовленную из композиции, содержавшей 40% сульфатной целлюлозы из эвкалиптовой древесины, 36% сульфатной целлюлозы из сосны и 24% сульфитной целлюлозы из ели. Основной вес тонкой бумаги был 18,6 г/м². На один образец набрызгивали водный раствор, содержащий 0,2% цеолита; указанный цеолит был типа Y и имел гидрофобность в размере 0,28 вес.% остаточного бутанола, определенную по методу испытания на остаточный бутанол, и отношение SiO₂/Al₂O₃, равное 29. Удельную поверхность, которая равнялась около 800 м²/г, измеряли методом, который основан на DIN 66131 /т.н. метод ВЕТ/ и при котором удельную поверхность определяют в одной точке при относительном давлении P/P_O равном 0,03. Количество цеолита, добавленного в образец, соответствовало 3 кг цеолита/тонна сухой тонкой бумаги. Образцу тонкой бумаги предоставляли возможность высохнуть и затем испытывали его для определения скорости впитывания. Пример 1 является сравнительным примером без добавления цеолита. Результаты приведены ниже в таблице.

Таким образом, тонкая бумага, обработанная согласно настоящему изобретению, имеет несомненно более высокую скорость впитывания, чем необработанная тонкая бумага.

Изобретение касается изготовления абсорбирующего материала с улучшенной сорбционной способностью, содержащего целлюлозные волокна, которые в присутствии воды обрабатывают гидрофобным веществом, имеющим удельную поверхность по крайней мере 50 м²/г, посредством сведения вместе вещества и волокон, когда волокна имеют содержание сухого вещества по крайней мере 20%. Абсорбирующее изделие, полученное этим способом, содержит абсорбирующий материал, в котором целлюлозные волокна в присутствии воды обработаны гидрофобным веществом, имеющим удельную поверхность по крайней мере 50 м²/г, посредством сведения вместе вещества и волокон с содержанием сухого вещества волокон по крайней мере 20%. Материал, обработанный в соответствии с настоящим изобретением, имеет более высокую скорость впитывания, чем необработанная тонкая бумага. 5 с. и 9 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления абсорбирующего материала с улучшенной сорбционной способностью, который содержит целлюлозные волокна и гидрофобное вещество, отличающийся тем, что волокна в присутствии воды обрабатывают гидрофобным веществом, имеющим удельную поверхность по крайней мере 50 м²/г, посредством сведения вместе вещества и волокон, когда волокна имеют содержание сухого вещества по крайней мере 20%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полотно образуют обезвоживанием водной суспензии целлюлозных волокон и последующим прессованием и/или высушиванием полотна, а после обезвоживания полотно обрабатывают веществом. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что волокна обрызгивают или орошают смесью, содержащей вещество и воду. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве вещества применяют активированный уголь или цеолит, имеющий гидрофобность ниже примерно 0,99 вес.% остаточного бутанола, определяемую по испытанию на остаточный бутанол. 5. Абсорбирующий материал, который содержит целлюлозные волокна и гидрофобное вещество, отличающийся тем, что он получен способом по любому из пп.1 - 4. 6. Абсорбирующий материал по п.5, отличающийся тем, что материалом является бумага. 7. Абсорбирующий материал по п.6, отличающийся тем, что бумага является поверхностным слоем, используемым в декоративном слоистом материале. 8. Абсорбирующий материал по п.5 или 6, отличающийся тем, что материалом является гигиеническая бумага. 9. Абсорбирующий материал по п.8, отличающийся тем, что гигиенической бумагой является целлюлозная вата, мягкая тонкая бумага или крепированная бумага. 10. Абсорбирующий материал по любому из пп.5 - 9, отличающийся тем, что абсорбирующий материал имеет основной вес менее примерно 30 г/м². 11. Абсорбирующее изделие, содержащее абсорбирующий материал, который содержит целлюлозные волокна и гидрофобное вещество, отличающееся тем, что абсорбирующий материал выполнен по любому из пп.5,6,8-10. 12. Абсорбирующее изделие по п.11, отличающееся тем, что изделием является подгузник, гигиеническая прокладка, вкладыш для трусов, тампон, перевязочный материал, предмет одежды для использования при недержании мочи у взрослых, туалетная бумага, носовой платок, кухонное полотенце, полотенце для рук, полотенце для лица или салфетка. 13. Декоративный слоистый материал, содержащий бумагу в поверхностном слое, выполненную из абсорбирующего материала с улучшенной сорбционной способностью, который содержит целлюлозные волокна и гидрофобное вещество, отличающийся тем, что абсорбирующий материал выполнен по любому из пп.1 - 4. 14. Способ изготовления абсорбирующей структуры, которая содержит абсорбирующий материал, содержащий целлюлозные волокна и гидрофобное вещество, и которая имеет улучшенную сорбционную способность, отличающийся тем, что целлюлозные волокна в присутствии воды обрабатывают гидрофобным веществом, имеющим удельную поверхность по крайней мере 50 м²/г, посредством сведения вместе вещества и волокон при содержании сухого вещества волокон по крайней мере 20%.