КОМПОЗИТ С ВЫСОКОЙ МЯГКОСТЬЮ И БОЛЬШОЙ ТОЛЩИНОЙ ИЗОЛИРУЮЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ САЛФЕТОК Российский патент 2011 года по МПК C11D1/00 A61K8/00 A61K8/02 A61Q19/00 A61Q90/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Раскрытые в настоящем описании варианты касаются в основном полимерных композитных структур. В некоторых вариантах композитная структура может включать субстрат, имеющий желательную комбинацию эксплуатационных характеристик, в том числе высокую мягкость и высокий изолирующий слой. Более конкретно, раскрытые в настоящем описании варианты касаются полимерных композитных структур, которые могут иметь слой пенопласта с открытыми порами, слой субстрата и, необязательно, по меньшей мере, одно вещество из очищающего поверхностно-активного вещества (ПАВ), активного агента или наполнителя, улучшающего свойства.

Известный уровень техники

Сухие и влажные или предварительно увлажненные салфетки являются хорошо известными потребительскими товарами, имеющимися в различных видах. Сухие салфетки могут включать субстрат с добавками или без них, такими как антибактериальные вещества или очищающие агенты, которые могут высвобождаться при контакте с кожей, масло или вода. Влажные салфетки включают субстрат, например нетканый материал, который может быть предварительно увлажнен раствором на основе мягкого ПАВ и может включать лосьоны, очищающие агенты или другие добавки. Такие влажные и сухие салфетки применяют для детских салфеток, салфеток для рук, очищающих салфеток бытового предназначения, салфеток промышленного предназначения, салфеток для тела и лица и подобного. Обычно салфетки доставляют в виде сложенных складками или стопками листов или перфорированного рулона, причем подразумевается, что используется один лист за один раз.

Первоначально продукты в виде влажных салфеток получали из традиционных нетканых материалов на основе технологии по производству бумаги (продукты на основе бумажной массы). Эти продукты были широко распространены, но имели недостаточную мягкость тканевого материала. Внедрение спанлейс-технологии производства нетканого полотна предложило продукты, которые по сравнению с традиционными продуктами на основе бумаги имеют превосходную мягкость. Это достигается, главным образом, благодаря (i) использованию при спанлейс-способе длинных мягких волокон (наиболее часто вискозного волокна и полиэтилентерефталата/полипропилена или смеси этих волокон) и (ii) тому факту, что в спанлейс-способе к ткани не добавляют связующее.

Другие обычные влажные салфетки включают один слой по существу гомогенного материала. Например, обычные влажные салфетки включают аэродинамически сформированное полотно из волокон, которые однородно смешаны или распределены по материалу. Салфетки включают полимерные волокна, такие как полиэфир, полиэтилен и полипропилен, и природные или синтетические волокна, такие как целлюлозные волокна. Другие обычные влажные салфетки включают совместно сформированный материал из полипропиленовых и целлюлозных волокон, однородно перемешанных по всему материалу.

Однако другие виды влажных салфеток или продуктов типа салфеток включают продукт в виде салфетки, имеющей нетканую слоистую подложку. Слоистая подложка может включать, по меньшей мере, два слоя, расположенных лицом друг к другу, где один из слоев включает волокна, которые не включены в другой слой, так что один слой включает полиэтиленовые волокна, и один слой включает полипропиленовые волокна. В альтернативных видах слои могут включать одинаковые материалы, но в разных количествах. Один слой может быть скомпонован для обеспечения различных физических свойств изделия в виде салфетки, например мягкости, тогда как другой слой может быть скомпонован для обеспечения других свойств изделия в виде салфетки, например прочности. WO 1998/003713, соответствующий патенту США №6028018, раскрывает один пример влажной салфетки, имеющей многослойную подложку.

Последнее нововведение по увеличению толщины изолирующего слоя салфетки включает регулируемое образование продольных пустот в нетканом материале, полученном по спанлейс-технологии. Образование пустот можно производить в нетканом материале, получаемом по спанлейс-технологии, помещая стационарные параллельные трубки между двумя непрерывными слоями кардованных волокон. Трубки могут тянуться в спанлейс-установку, где верхний и нижний слои волокон сплетаются вместе вокруг трубок, и трубки удаляют из нетканого материала, полученного по спанлейс-технологии, с образованием пустых пространств. Пустоты могут увеличивать толщину изолирующего слоя и ощущение нетканого материала, и их можно заполнять жидкой или порошковой добавкой через трубки.

Даже с последними нововведениями баланс физических свойств, таких как мягкость, толщина изолирующего слоя, объем, производительность, устойчивость к распушке, эластичность, прочность, целостность, ощущение ткани и упругость влажных салфеток, не вполне оптимизированы. Например, в очищающих салфетках для лица желательно иметь мягкий, эластичный, устойчивый к распушке продукт с большой толщиной изолирующего слоя и лучшим ощущением ткани наряду с сохранением очищающей эффективности и износостойкости. Получение желательного баланса свойств является особо перспективным, так как желаемые признаки могут быть противоположными, например более прочный продукт обычно имеет пониженную эластичность. Баланс физических свойств особенно сложен для пользователей, требующих повышенной мягкости. Например, некоторые волокна, которые можно применять для влажных салфеток, являются более жесткими, чем другие волокна и могут обеспечить прочность и упругость, но являются не такими мягкими или эластичными. Другие волокна, которые можно использовать для влажных салфеток, являются более мягкими, но имеют недостаточную прочность во влажном состоянии, чтобы выдерживать силы, прилагаемые потребителем. Кроме того, из-за несовместимости друг с другом трудно объединить в гомогенный слой различные типы волокон, которые могут обеспечить желательные свойства, например, волокна для прочности и волокна для мягкости.

Таким образом, существует потребность во влажных салфетках с улучшенной мягкостью и эластичностью при сохранении прочности, целостности, упругости, устойчивости к распушке и других свойств салфеток.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте раскрытые в настоящем описании варианты касаются композитной структуры, включающей субстрат и жидкость в контакте с субстратом, где субстрат содержит нетканый материал, пенопласт или их комбинации и характеризуется тем, что имеет базовую массу от 15 до 500 г на кв.м. В других аспектах раскрытые в настоящем описании варианты касаются композитной структуры, включающей, по меньшей мере, один слой субстрата, и, по меньшей мере, один слой, содержащий пенопласт с открытыми порами, расположенными в слое субстрата, где субстрат содержит нетканый материал, пенопласт или их комбинации и характеризуется тем, что имеет базовую массу от 15 до 500 г на кв.м.

В других аспектах раскрытые в настоящем описании варианты касаются способа образования композитной структуры, включающей, по меньшей мере, один слой субстрата и, по меньшей мере, один слой, содержащий пенопласт с открытыми порами. Способ может включать нанесение пены на субстрат, где пена содержит воду и термопластичный полимер, и удаление, по меньшей мере, части воды из пены с образованием пенопласта. Субстрат включает нетканый материал, имеющий базовую массу от 25 до 150 г на кв.м.

Другие аспекты и преимущества изобретения будут ясны из следующего описания и приложенной формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Фиг.1 иллюстрирует образование пенопласта из пены в соответствии с раскрытыми в настоящем описании вариантами.

Фиг.2 схематически иллюстрирует экструзионную установку, которую можно использовать в раскрытых в настоящем описании вариантах.

На фиг.3 показана микрофотография поперечного сечения одного варианта раскрытых в настоящем описании композитных структур.

На фиг.4 показано графическое представление результатов теста на стойкость к изгибу для вариантов раскрытых в настоящем описании композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

На фиг.5 показано графическое представление результатов теста на устойчивость к распушке для вариантов раскрытых в настоящем описании композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

На фиг.6 показано графическое представление результатов оценок "на ощупь", нормированных к базовой массе образца, для раскрытых в настоящем описании вариантов композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

На фиг.7 показано графическое представление результатов оценок "на ощупь", нормированных к объему образца, для раскрытых в настоящем описании вариантов композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

На фиг.8 показано графическое представление результатов определений упругости при сжатии по системе оценок Кавабата для раскрытых в настоящем описании вариантов композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

На фиг.9-11 показаны графические представления результатов PPT теста прочности на разрыв для раскрытых в настоящем описании вариантов композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

На фиг.12 показано графическое представление результатов определений геометрической неровности по системе оценок Кавабата для раскрытых в настоящем описании вариантов композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

На фиг.13 показано графическое представление результатов определений коэффициента трения по системе оценок Кавабата для раскрытых в настоящем описании вариантов композитных структур по сравнению с коммерчески доступными сравнительными образцами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В одном аспекте раскрытые в настоящем описании варианты касаются композитных структур, обладающих балансом мягкости, массы и других свойств, которые могут включать стойкость к изгибу, коэффициент трения, устойчивость к распушке, толщину изолирующего слоя, объем и другие. Композитная структура может включать нетканый субстрат, субстрат из пенопласта или их комбинации. В некоторых вариантах субстрат может иметь покрытие, пропитку или может быть смешан с жидкостью, например раствором на основе мягкого ПАВ, или твердым веществом, например, наполнителем.

В других аспектах раскрытые в настоящем описании варианты касаются композитных структур, обладающих балансом свойств, где композитная структура может включать, по меньшей мере, один слой субстрата и, по меньшей мере, один слой пенопласта с открытыми порами. Субстрат может включать нетканые материалы, ткани и подобное. Объединение пенопласта с открытыми порами с субстратом (например, неткаными материалами, тканями и др.) с получением салфеток или других изделий может придавать изделию дополнительную мягкость, толщину изолирующего слоя и объем. Дополнительной толщины изолирующего слоя и объема можно добиться, увеличивая и/или сохраняя желательное имеющееся ранее ощущение от соприкосновения с поверхностью самого субстрата. Введение пенопласта с открытыми порами может также увеличивать доступный объем пустот и/или площадь поверхности для включения и доставки активных агентов по сравнению с взятым отдельно слоем ткани или нетканого материала.

В других аспектах раскрытые в настоящем описании варианты касаются композитной структуры, включающей слой пенопласта с открытыми порами, слой субстрата и, необязательно, по меньшей мере, одно очищающее ПАВ, активный агент или наполнитель, улучшающий свойства. Варианты композитной структуры могут демонстрировать желательную комбинацию эксплуатационных характеристик, включая высокую мягкость и большую толщину изолирующего слоя, и/или превосходную устойчивость к абразивному истиранию поверхности. Мягкая композитная структура с большой толщиной изолирующего слоя может быть полезной для одноразовых и полуодноразовых применений, касающихся рынка средств индивидуального ухода, медицинских средств, транспортировки и хозяйственного предназначения. Композитная структура может также обладать способностью доставлять влажные активные агенты или сухие активные агенты, требующие увлажнения, для очищения, шлифования или медицинских применений.

Раскрытые в настоящем описании композитные структуры могут применяться для очищающих салфеток для контакта с кожей и могут включать влажные и/или сухие активные агенты. Раскрытые в настоящем описании композитные структуры можно также использовать для других применений, включая салфетки для детей, салфетки для рук, очистители для твердых поверхностей для домашнего применения и промышленные очищающие салфетки.

Повышенная мягкость или лучшее ощущение ткани желательны также для применений помимо очищающих салфеток для кожи. Эти применения могут включать, но не ограничены этим, прокладки для аппликаторов, полировальные ткани, медицинские очищающие средства, транспортировочный/упаковочный материал для хрупких компонентов или прокладки для наложения лекарственных средств наружного применения. Кроме того, эти изделия можно применять в качестве средств для временного хранения отмеренных количеств жидких материалов.

Пенопласты, используемые в раскрытых в настоящем описании вариантах композитных структур, могут быть образованы из пен или вспененных дисперсий. Используемые в настоящем описании термины "пенообразование" или "вспенивание" относятся к процессу, где существенные объемы воздуха или другого газа включают в жидкость и где, по меньшей мере, в некоторых вариантах 80 об.% получаемой композиции (вспененного материала) состоят из газообразного компонента. В других вариантах, по меньшей мере, 85 об.% вспененного материала состоят из газообразного компонента; и, по меньшей мере, 90 об.% еще в других вариантах. Жидкость может представлять собой молекулярный раствор, мицеллярный раствор или дисперсию в водной или органической среде. Вообще, вспененную жидкость получают механическими методами, такими как перемешивание с высоким сдвиговым усилием в атмосферных условиях или необязательное вдувание газа в систему при перемешивании. Используемый в настоящем описании термин "пена" относится к жидкости, которая вспенена, как описано выше, до сушки или удаления жидкой среды.

Используемый в настоящем описании термин "пенопласт" относится к упругой структуре, образуемой при удалении части жидкой среды из пены, т.е. может быть удалена, по меньшей мере, часть, существенная часть или вся жидкая среда. Используемые в настоящем описании выражения "сушка" и "удаление" могут применяться попеременно и могут включать термическое и/или механическое удаление жидкой среды. Образование пенопласта из пены в соответствии с раскрытыми в настоящем описании вариантами проиллюстрировано на фиг.1. Пена 5 может включать полости с паром 7 внутри дисперсии 8, где дисперсия 8 включает полимерные частицы 10 в жидкой среде 9. Когда жидкую среду 9 удаляют из пены 5 во время сушки или процесса удаления 11, полимерные частицы 10 коалесцируют и сплавляются вместе, образуя соединительную пленку или распорки 12 вокруг включенных пузырьков пара 13, придавая стабильность получаемой структуре 14. Образование пленки может зависеть от переменных параметров, включающих среди прочего температуру плавления полимеров внутри пены, скорость удаления (т.е. скорость испарения) жидкой среды и общий состав пены. Например, если удаляют воду из пены, полученной из водной дисперсии, содержащиеся в дисперсии полимеры могут коалесцировать, образуя пленку, которая дает структуру и придает упругость получаемому пенопласту. В некоторых вариантах пенопласт может образовываться, когда количество остаточной жидкости составляет величину в диапазоне от 0 до 20 мас.%; в других вариантах от 0 до 10 мас.% и от 0 до 8% еще в других вариантах.

Как описано выше, варианты настоящего раскрытия могут включать различные субстраты, в том числе нетканые материалы, ткани и пенопласты. Кроме того, раскрытые в настоящем описании варианты могут включать различные добавки, в том числе влажные или сухие активные агенты. Каждый из этих компонентов и способов получения раскрытых в настоящем описании композитных структур описаны ниже более подробно.

ПЕНОПЛАСТЫ И СУБСТРАТЫ ПЕНОПЛАСТОВ

Пенопласты, используемые для воплощения изобретения, могут включать пенопласты, образованные из полиолефиновых смол, полиуретановых смол или их комбинаций. Пенопласты, используемые для других воплощений, могут представлять собой материалы на основе целлюлозы, латекса или природных губок.

В некоторых вариантах полиолефиновые пенопласты и полиуретановые пенопласты можно получить из водных дисперсий. Водные дисперсии можно вспенивать и, по меньшей мере, частично высушивать, получая в результате желательные пенопласты. Дисперсии, используемые в вариантах настоящего раскрытия, могут включать воду, по меньшей мере, одну термопластичную смолу и агент, стабилизирующий дисперсию. Термопластичная смола, включенная в варианты пенопластов по настоящему раскрытию, может включать смолу, которая сама по себе не является легко диспергируемой в воде. Используемый в настоящем изобретении термин "смола" следует толковать как включающий синтетические полимеры или химически модифицированные природные смолы. В других вариантах термопластическая смола может включать полиолефины и полиуретаны. Другие дисперсии могут включать компоненты-предшественники, которые могут образовывать полиуретан. Дисперсии могут также включать различные добавки, в том числе пенообразующие ПАВ. Ниже каждое их этих веществ обсуждается более подробно.

Полиолефиновая смола

Используемые в настоящем изобретении полиолефиновые смолы могут включать олефиновые полимеры и эластомеры и смеси различных олефиновых полимеров и/или олефиновых эластомеров. В некоторых вариантах олефиновая смола представляет собой полукристаллическую смолу. Термин "полукристаллические" предполагается для идентификации таких смол, которые имеют, по меньшей мере, одну эндотерму, когда подвергаются стандартному определению методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Некоторые полукристаллические полимеры демонстрируют ДСК-эндотерму, которая показывает относительно пологий наклон при повышении температуры сканирования после конечного максимума эндотермы. Это, скорее, отображает полимер с широким диапазоном плавления, чем полимер, который имеет точную температуру плавления, как обычно считается. Некоторые полимеры, применяемые в дисперсиях по данному изобретению, имеют единственную температуру плавления, притом что другие полимеры имеют более одной температуры плавления.

У некоторых полимеров может быть одна или более точных температур плавления, так что весь полимер или часть полимера плавится в довольно узком температурном диапазоне, например несколько градусов Цельсия. В других вариантах полимер может демонстрировать широкий набор характеристик плавления в диапазоне около 20°C. Еще в других вариантах полимер может демонстрировать широкий набор характеристик плавления в диапазоне более 50°C.

Примеры олефиновых смол, которые можно применять согласно настоящему изобретению, включают гомополимеры и сополимеры (в том числе эластомеры) альфа-олефина, такого как этилен, пропилен, 1-бутен, 3-метил-1-бутен, 4-метил-1-пентен, 3-метил-1-пентен, 1-гептен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен и 1-додецен, которые обычно представляют собой полиэтилен, полипропилен, поли-1-бутен, поли-3-метил-1-бутен, поли-3-метил-1-пентен, поли-4-метил-1-пентен, сополимер этилена-пропилена, сополимер этилена-1-бутена и сополимер пропилена-1-бутена; сополимеры (в том числе эластомеры) альфа-олефина с сопряженным или несопряженным диеном, которые обычно представляют собой сополимер этилена-бутадиена и сополимер этилена-этилиденнорборнена; и полиолефины (в том числе эластомеры), такие как сополимеры двух или более альфа-олефинов с сопряженным или несопряженным диеном, которые обычно представляют собой сополимер этилена-пропилена-бутадиена, сополимер этилена-пропилена-дициклопентадиена, сополимер этилена-пропилена-1,5-гексадиена и сополимер этилена-пропилена-этилиденнорборнена; сополимеры этилена-винилового соединения, такие как сополимер этилена-винилацетата, сополимер этилена-винилового спирта, сополимер этилена-винилхлорида, сополимеры этилена-акриловой кислоты или этилена-(мет)акриловой кислоты и сополимер этилена-(мет)акрилата; стирольные сополимеры (в том числе эластомеры), такие как полистирол, ABS, сополимер акрилонитрила-стирола, сополимер α-метилстирола-стирола, стирола-винилового спирта, стирола-акрилатов, например стирола-метилакрилата, стирола-бутилакрилата, стирола-бутилметакрилата и стирола-бутадиенов, и сшитые стирольные полимеры; и стирольные блок-сополимеры (в том числе эластомеры), такие как сополимер стирола-бутадиена и его гидрат и стирол-изопрен-стирольный триблок-сополимер; поливиниловые соединения, такие как поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, сополимер винилхлорида-винилиденхлорида, полиметилакрилат и полиметилметакрилат; полиамиды, такие как найлон 6, найлон 6,6 и найлон 12; термопластичные полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат; поликарбонат, полифениленоксид и подобные; и стекловидные смолы на основе углеводородов, включающие полидициклопентадиеновые полимеры и родственные полимеры (сополимеры, тройные полимеры); насыщенные моноолефины, такие как винилацетат, винилпропионат и винилбутират и подобные; виниловые сложные эфиры, такие как эфиры монокарбоновых кислот, включая метилакрилат, этилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, додецилакрилат, н-октилакрилат, фенилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат и бутилметакрилат и подобные; акрилонитрил, метакрилонитрил, акриламид, их смеси; смолы, получаемые метатезисной полимеризацией с раскрытием кольца, кросс-метатезисной полимеризацией и подобные. Эти смолы можно использовать сами по себе или в виде комбинаций двух или более соединений.

В одном конкретном варианте термопластичная смола может содержать альфа-олефиновый интерполимер этилена с сомономером, содержащим алкен, например 1-октен. Сополимер этилена и октена может присутствовать сам по себе или в комбинации с другой термопластичной смолой, такой как сополимер этилена-акриловой кислоты. Если сополимеры присутствуют вместе, массовое соотношение между сополимером этилена-октена и сополимером этилена-акриловой кислоты может составлять от примерно 1:10 до примерно 10:1, например от примерно 3:2 до примерно 2:3. Полимерная смола, такая как сополимер этилена-октена, может иметь кристалличность менее примерно 50%, например менее примерно 25%. В некоторых вариантах кристалличность полимера может составлять величину в диапазоне от 5 до 35%. В других вариантах кристалличность может составлять величину в диапазоне от 7 до 20%.

Раскрытые в настоящем описании варианты могут также включать полимерный компонент, который может содержать, по меньшей мере, один мультиблочный олефиновый интерполимер. Подходящие мультиблочные олефиновые интерполимеры могут включать полимеры, описанные, например, в предварительной патентной заявке США №60/818911, включенной в настоящее описание посредством ссылки. Термин "мультиблочный сополимер" или "мультиблочный интерполимер" относится к полимеру, содержащему две или более химически отличных области или сегмента (обозначаемых как "блоки"), предпочтительно соединенных линейно, т.е. к полимеру, содержащему химически дифференцированные единицы, которые скорее соединены "конец к концу" в отношении полимеризованной этиленовой функциональности, чем по типу подвески или прививки. В некоторых вариантах блоки отличаются количеством или типом включенных в них сомономеров, плотностью, степенью кристалличности, размером кристаллитов, характерным для полимера такого состава, типом или степенью тактичности (изотактические или синдиотактические), региорегулярностью или регионерегулярностью, количеством разветвлений, включая разветвления с длинной цепью или гиперразветвления, гомогенностью или каким-либо другим химическим или физическим свойством. Мультиблочные сополимеры характеризуются уникальными распределениями показателя полидисперсности (PDI или M_w/M_n), распределением длины блоков и/или распределением количества блоков в результате уникальности процесса получения сополимеров. Более конкретно, если получение выполняют при непрерывном способе, варианты полимеров могут иметь PDI в диапазоне от примерно 1,7 до примерно 8; от примерно 1,7 до примерно 3,5 в других вариантах; от примерно 1,7 до примерно 2,5 в других вариантах и от примерно 1,8 до примерно 2,5 или от примерно 1,8 до примерно 2,1 еще в других вариантах. Если получение выполняют при периодическом или полупериодическом способе, варианты полимеров могут иметь PDI в диапазоне от примерно 1,0 до примерно 2,9; от примерно 1,3 до примерно 2,5 в других вариантах; от примерно 1,4 до примерно 2,0 в других вариантах и от примерно 1,4 до примерно 1,8 еще в других вариантах.

Один пример мультиблочного олефинового интерполимера представляет собой блок-интерполимер этилена/α-олефина. Другим примером мультиблочного олефинового интерполимера является интерполимер пропилена/α-олефина. Следующее описание сконцентрировано на интерполимере, который содержит этилен в качестве основного мономера, но также касается мультиблочных интерполимеров на основе пропилена в отношении основных характеристик полимера.

Мультиблочные сополимеры этилена/α-олефина могут содержать этилен и один или более сополимеризуемых сомономеров α-олефина в полимеризованном виде, характеризующемся наличием разнообразных (т.е. двух или более) блоков или сегментов из двух или более полимеризованных мономерных звеньев, различающихся по химическим или физическим свойствам (блочный интерполимер). В некоторых вариантах сополимер представляет собой мультиблочный интерполимер. В некоторых вариантах мультиблочный интерполимер можно представить следующей формулой:

(AB) _n

где n равно, по меньшей мере, 1, и в различных вариантах n равно целому числу больше 1, например, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 или более; "A" обозначает жесткий блок или сегмент; и "B" обозначает гибкий блок или сегмент. Предпочтительно, если блоки A и B связаны линейно, без разветвлений и не по типу звезды. Определение "жесткие" сегменты относится к блокам полимеризованных звеньев, в которых этилен присутствует в количестве более 95 мас.% в некоторых вариантах и в других вариантах более 98 мас.%. Другими словами, в некоторых вариантах содержание сомономера в жестких сегментах составляет менее 5 мас.% и в других вариантах менее 2 мас.% от общей массы жестких сегментов. В некоторых вариантах жесткие сегменты содержат только этилен или по существу только этилен. С другой стороны, определение "гибкие" сегменты относится к блокам полимеризованных звеньев, в которых содержание сомономера составляет более 5 мас.% от общей массы гибких сегментов в некоторых вариантах и в различных других вариантах более 8 мас.%, более 10 мас.% или более 15 мас.%. В некоторых вариантах содержание сомономера в гибких сегментах может составлять более 20 мас.% и в различных других вариантах более 25 мас.%, более 30 мас.%, более 35 мас.%, более 40 мас.%, более 45 мас.%, более 50 мас.% или более 60 мас.%.

В некоторых вариантах A-блоки и B-блоки распределены статистически по полимерной цепи. Другими словами, блок-сополимеры не имеют структуры, подобной:

AAA―AA-BBB―BB

В других вариантах блок-сополимеры не имеют третьего блока. Еще в других вариантах ни блок A, ни блок B не содержит двух или более сегментов (или подблоков), таких как конечный сегмент.

Мультиблочные интерполимеры можно охарактеризовать средним показателем блочности, ABI, имеющим значение больше нуля и примерно до 1,0, и молекулярно-массовым распределением, M_w/M_n, более примерно 1,3. Средний показатель блочности, ABI, равен среднемассовому значению показателя блочности ("BI") для каждой из полимерных фракций, полученных методом препаративного фракционирования TREF от 20°C до 110°C с инкрементом 5°C:

где BI_i представляет собой показатель блочности для фракции "i" мультиблочного интерполимера, полученного методом препаративного фракционирования, TREF, и w_i представляет собой массовое процентное содержание фракции "i".

Аналогично, квадратный корень из второго момента относительно среднего значения, обозначаемый в настоящем описании далее как второй момент среднемассового показателя блочности, можно определить следующим образом:

2-й момент среднемассового BI =

Для каждой полимерной фракции определяют BI по одному из двух следующих уравнений (оба дают одинаковое значение BI):

где T_x обозначает температуру элюирования в методе аналитического фракционирования с элюированием при повышении температуры (ATREF) для фракции "i" (предпочтительно выраженную в градусах Кельвина), P_x обозначает мольную долю этилена для фракции "i", которую можно определить методом ЯМР или ИК, как описано ниже. P_AB обозначает мольную долю этилена всего интерполимера этилена/α-олефина (до фракционирования), которую также можно определить методом ЯМР или ИК. T_A и P_A обозначают ATREF-температуру элюирования и мольную долю этилена для чистых "жестких сегментов" (которые называются кристаллическими сегментами интерполимера). В качестве аппроксимации или для полимеров, где состав "жестких сегментов" неизвестен, значения T_A и P_A устанавливают равными соответствующим значениям для гомополимерного полиэтилена высокой плотности.

T_AB обозначает ATREF-температуру элюирования для статистического сополимера того же состава (имеющего мольную долю этилена P_AB) и молекулярную массу как у мультиблочного интерполимера. T_AB можно рассчитать из мольной доли этилена (определенной методом ЯМР), используя следующее уравнение:

где α и β являются двумя константами, которые можно определить при помощи калибровки, используя ряд хорошо охарактеризованных фракций из препаративного TREF статистического сополимера широкого состава и/или хорошо охарактеризованных статистических сополимеров этилена точного состава. Следует отметить, что α и β могут варьироваться от прибора к прибору. Кроме того, необходимо получить подходящую калибровочную кривую для полимерной композиции, представляющей интерес, используя соответствующие диапазоны молекулярной массы и тип сомономера для фракций препаративного TREF и/или статистических сополимеров, используемых для получения калибровки. Имеется слабый эффект молекулярной массы. Если калибровочную кривую получают из одинаковых диапазонов молекулярных масс, такой эффект не имеет существенного значения. В некоторых вариантах статистические сополимеры этилена и/или фракции из препаративного TREF статистических сополимеров удовлетворяют следующему соотношению:

Ln P=-237,83/T_ATREF+0,639

Приведенное выше калибровочное уравнение касается мольной доли этилена, P, температуры элюирования аналитического TREF, T_ATREF, для статистических сополимеров точного состава и/или фракций препаративного TREF статистических сополимеров широкого состава. T_XO обозначает ATREF-температуру для статистического сополимера того же состава и имеющего мольную долю этилена P_X. T_XO можно рассчитать из LnP_x=α/T_XO+β. И наоборот, P_XO обозначает мольную долю этилена для статистического сополимера того же состава и имеющего температуру ATREF T_X, которую можно рассчитать из LnP_XO=α/T_X+β.

Получив показатель блочности (BI) для каждой фракции препаративного TREF, можно рассчитать среднемассовый показатель блочности, ABI, для всего полимера. В некоторых вариантах ABI составляет величину больше нуля, но меньше примерно 0,4 или от примерно 0,1 до примерно 0,3. В других вариантах ABI составляет величину больше примерно 0,4 и примерно до 1,0. Еще в других вариантах ABI будет в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 0,7, от примерно 0,5 до примерно 0,7 или от примерно 0,6 до примерно 0,9. В некоторых вариантах ABI составляет величину в диапазоне от примерно 0,3 до примерно 0,9, от примерно 0,3 до примерно 0,8 или от примерно 0,3 до примерно 0,7, от примерно 0,3 до примерно 0,6, от примерно 0,3 до примерно 0,5 или от примерно 0,3 до примерно 0,4. В других вариантах ABI составляет величину в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 1,0, от примерно 0,5 до примерно 1,0 или от примерно 0,6 до примерно 1,0, от примерно 0,7 до примерно 1,0, от примерно 0,8 до примерно 1,0 или от примерно 0,9 до примерно 1,0.

Другой характеристикой мультиблочного интерполимера является то, что интерполимер может содержать, по меньшей мере, одну полимерную фракцию, которую можно получить препаративным TREF, где фракция имеет показатель блочности более примерно 0,1 и примерно до 1,0, и полимер, имеющий молекулярно-массовое распределение, M_w/M_n, более примерно 1,3. В некоторых вариантах полимерная фракция имеет показатель блочности более примерно 0,6 и до примерно 1,0, более примерно 0,7 и до примерно 1,0, более примерно 0,8 и до примерно 1,0 или более примерно 0,9 и до примерно 1,0. В других вариантах полимерная фракция имеет показатель блочности более примерно 0,1 и до примерно 1,0, более примерно 0,2 и до примерно 1,0, более примерно 0,3 и до примерно 1,0, более примерно 0,4 и до примерно 1,0 или более примерно 0,4 и до примерно 1,0. Еще в других вариантах полимерная фракция имеет показатель блочности более примерно 0,1 и до примерно 0,5, более примерно 0,2 и до примерно 0,5, более примерно 0,3 и до примерно 0,5 или более примерно 0,4 и до примерно 0,5. Еще в других вариантах полимерная фракция имеет показатель блочности более примерно 0,2 и до примерно 0,9, более примерно 0,3 и до примерно 0,8, более примерно 0,4 и до примерно 0,7 или более примерно 0,5 и до примерно 0,6.

Применяемые в раскрытых в настоящем описании вариантах мультиблочные интерполимеры этилена/α-олефина могут представлять собой интерполимеры этилена, по меньшей мере, с одним C₃-C₂₀ α-олефином. Интерполимеры могут дополнительно содержать C₄-C₁₈ диолефин и/или алкенилбензол. Подходящие ненасыщенные сомономеры, используемые для полимеризации с этиленом, включают, например, этиленненасыщенные мономеры, сопряженные или несопряженные диены, полиены, алкенилбензолы и др. Примеры таких сомономеров включают C₃-C₂₀ α-олефины, такие как пропилен, изобутилен, 1-бутен, 1-гексен, 1-пентен, 4-метил-1-пентен, 1-гептен, 1-октен, 1-нонен, 1-децен и подобные. В некоторых вариантах α-олефинами могут быть 1-бутен или 1-октен. Другие подходящие мономеры включают стирол, галоген- или алкилзамещенные стиролы, винилбензоциклобутан, 1,4-гексадиен, 1,7-октадиен и нафтеновые соединения (например, циклопентен, циклогексен и циклооктен).

Раскрытые в настоящем описании мультиблочные интерполимеры можно отличить от обычных статистических сополимеров, физических смесей полимеров и блок-сополимеров, получаемых при последовательном добавлении мономеров, применении гибких катализаторов и методов «живой» анионной или катионной полимеризации. В частности, по сравнению со статистическим сополимером с теми же мономерами и содержанием мономеров при эквивалентной кристалличности или модуле интерполимеры обладают лучшей (более высокой) термостойкостью, определяемой при температуре плавления, более высокой температурой TMA-проницаемости, большей прочностью на растяжение при высокой температуре и/или большим модулем накопления при кручении, при высокой температуре, который определяют посредством динамического механического анализа. Свойства заполнения могут обеспечить преимущество при использовании вариантов мультиблочных интерполимеров по сравнению со статистическим сополимером, имеющим такие же мономеры и содержание мономеров, мультиблочные интерполимеры имеют меньшую усадку при сжатии, особенно при повышенных температурах, меньшую релаксацию напряжений, большее сопротивление ползучести, большую прочность на разрыв, большую устойчивость к слипанию, более быстрое схватывание из-за более высокой температуры кристаллизации (отвердевания), лучшее восстановление (особенно при повышенных температурах), лучшую устойчивость к истиранию, большую сокращающую силу и лучший прием масла и наполнителя.

Другие олефиновые интерполимеры включают полимеры, содержащие моновинилиденовые ароматические мономеры, в том числе стирол, орто-метилстирол, пара-метилстирол, трет-бутилстирол и подобные. В частности, можно использовать интерполимеры, содержащие этилен и стирол. В других вариантах можно использовать сополимеры, содержащие этилен, стирол и C₃-C₂₀ α-олефин, необязательно содержащий C₄-C₂₀ диен.

Подходящие несопряженные диеновые мономеры могут включать линейный, разветвленный или циклический углеводородный диен, имеющий от 6 до 15 атомов углерода. Примеры подходящих несопряженных диенов включают, но не ограничены этим, линейные ациклические диены, такие как 1,4-гексадиен, 1,6-октадиен, 1,7-октадиен, 1,9-декадиен, разветвленные ациклические диены, такие как 5-метил-1,4-гексадиен; 3,7-диметил-1,6-октадиен; 3,7-диметил-1,7-октадиен и смешанные изомеры дигидромирицена и дигидрооцинена, алициклические диены с одним кольцом, такие как 1,3-циклопентадиен; 1,4-циклогексадиен; 1,5-циклооктадиен и 1,5-циклододекадиен, и мультициклические алициклические конденсированные диены и диены с мостиковыми связями между циклами, такие как тетрагидроинден, метилтетрагидроинден, дициклопентадиен, бицикло-(2,2,1)-гепта-2,5-диен; алкенил-, алкилиден-, циклоалкенил- и циклоалкилиденнорборнены, такие как 5-метилен-2-норборнен (MNB); 5-пропенил-2-норборнен, 5-изопропилиден-2-норборнен, 5-(4-циклопентенил)-2-норборнен, 5-циклогексилиден-2-норборнен, 5-винил-2-норборнен и норборнадиен. Среди диенов, обычно используемых для получения EPDM, особенно предпочтительными диенами являются 1,4-гексадиен (HD), 5-этилиден-2-норборнен (ENB), 5-винилиден-2-норборнен (VNB), 5-метилен-2-норборнен (MNB) и дициклопентадиен (DCPD).

Один класс желательных полимеров, которые можно использовать в соответствии с раскрытыми в настоящем описании вариантами, включает эластомерные интерполимеры этилена, C₃-C₂₀ α-олефин, главным образом, пропилен и необязательно один или более диеновых мономеров. Предпочтительные α-олефины для использования в этом варианте обозначаются формулой CH₂=CHR*, где R* представляет собой линейную или разветвленную алкильную группу с 1-12 атомами углерода. Примеры подходящих α-олефинов включают, но не ограничены этим, пропилен, изобутилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 4-метил-1-пентен и 1-октен. Особо предпочтительным α-олефином является пропилен. В данной области полимеры на основе пропилена обычно обозначают как EP или EPDM полимеры. Диены, подходящие для использования при получении таких полимеров, главным образом, мультиблочные полимеры EPDM типа, включают сопряженные или несопряженные, линейные или разветвленные, циклические или полициклические диены, содержащие от 4 до 20 атомов углерода. Предпочтительные диены включают 1,4-пентадиен, 1,4-гексадиен, 5-этилиден-2-норборнен, дициклопентадиен, циклогексадиен и 5-бутилиден-2-норборнен. Особо предпочтительным диеном является 5-этилиден-2-норборнен.

В качестве одного подходящего типа смолы можно применять продукты этерификации ди- или поликарбоновой кислоты и диола, содержащего дифенол. Эти смолы проиллюстрированы в патенте США №3590000, который включен в настоящее описание посредством ссылки. Другие специфические примеры смол включают стирол/метакрилатные сополимеры и стирол/бутадиеновые сополимеры; суспензию полимеризованных стиролбутадиенов; полиэфирные смолы, полученные при взаимодействии бисфенола A и пропиленоксида с последующим взаимодействием получаемого продукта с фумаровой кислотой; и разветвленные полиэфирные смолы, получающиеся при взаимодействии диметилтерефталата, 1,3-бутандиола, 1,2-пропандиола и пентаэритрита, стиролакрилаты и их смеси.

Кроме того, в специфических вариантах настоящего раскрытия могут использоваться в качестве одного компонента композиции полимеры на основе этилена, полимеры на основе пропилена, сополимеры пропилена-этилена и стирольные сополимеры. В других вариантах настоящего раскрытия могут использоваться полиэфирные смолы, включая смолы, содержащие алифатические диолы, такие как UNOXOL 3,4-диол, доступный от The Dow Chemical Company (Midland, MI).

В специальных вариантах термопластичная смола образуется из сополимеров этилена-альфа-олефина или сополимеров пропилена-альфа-олефина. В частности, в отдельных вариантах термопластичная смола включает один или более неполярных полиолефинов.

В специфических вариантах можно использовать такие полиолефины как полипропилен, полиэтилен, их сополимеры и смеси, а также тройные полимеры этилена-пропилена-диена. В некоторых вариантах предпочтительные олефиновые полимеры включают гомогенные полимеры, которые описаны в патенте США №3645992, опубликованном Elston; полиэтилен высокой плотности (HDPE), который описан в патенте США №4076698, опубликованном Anderson; гетерогенно разветвленный линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE); гетерогенно разветвленный линейный полиэтилен ультранизкой плотности (ULDPE); гомогенно разветвленные линейные сополимеры этилена/альфа-олефина; гомогенно разветвленные, по существу линейные полимеры этилена/альфа-олефина, которые можно получить, например, способами, раскрытыми в патентах США №5272236 и 5278272, описания которых включены в настоящее описание посредством ссылок; и полимеры и сополимеры этилена, полимеризованные при высоком давлении свободнорадикальным методом, такие как полиэтилен низкой плотности (LDPE) или полимеры этилена-винилацетата (EVA).

Полимерные композиции и их смеси, описанные в патентах США №6566446, 6538070, 6448341, 6316549, 6111023, 5869575, 5844045 или 5677383, каждый из которых во всей полноте включен в настоящее описание посредством ссылки, также могут быть подходящими для некоторых вариантов. В некоторых вариантах смеси могут включать два различных полимера Циглера-Натта. В других вариантах смеси могут включать смеси полимера Циглера-Натта и металлоценового полимера. Еще в других вариантах применяемый в настоящем описании полимер может представлять собой смесь двух различных металлоценовых полимеров. В других вариантах можно использовать полимеры, полученные на катализаторе с единым центром.

В некоторых вариантах полимер представляет собой сополимер или интерполимер на основе пропилена. В некоторых конкретных вариантах сополимер или интерполимер пропилена/этилена характеризуется наличием по существу изотактических пропиленовых последовательностей. Выражение "по существу изотактические пропиленовые последовательности" и аналогичные выражения означают, что последовательности имеют изотактические триады (mm), содержание которых, определяемое методом ¹³C ЯМР, составляет примерно более 0,85 в одном варианте; примерно более 0,90 в другом варианте; примерно более 0,92 в другом варианте и примерно более 0,93 еще в одном варианте. Изотактические триады хорошо известны в данной области и описаны, например, в патенте США №5504172 и WO 00/01745, которые касаются изотактической последовательности в отношении триадных единиц в молекулярной цепи сополимера, определяемой по спектрам ¹³C ЯМР.

В олефиновые полимеры, сополимеры, интерполимеры и мультиблочные интерполимеры можно внести функциональность, включая в полимерную структуру, по меньшей мере, одну функциональную группу. Примеры функциональных групп могут включать, например, этиленненасыщенные моно- и дифункциональные карбоновые кислоты, ангидриды этиленненасыщенных моно- и дифункциональных карбоновых кислот, их соли и сложные эфиры. Такие функциональные группы могут быть привиты к олефиновому полимеру или сополимеризованы с этиленом и необязательным дополнительным сомономером с образованием интерполимера этилена, функционального сомономера и необязательно другого(их) сомономера(ов). Способы прививки функциональных групп на полиэтилен описаны, например, в патентах США №4762890, 4927888 и 4950541, описания которых во всей своей полноте включены в настоящее описание посредством ссылок. Одной особенно полезной функциональной группой является малеиновый ангидрид.

Количество функциональных групп, присутствующих на функциональном полимере, может варьироваться. Функциональные группы могут присутствовать в количестве, по меньшей мере, примерно 1,0 мас.% в некоторых вариантах; по меньшей мере, примерно 5 мас.% в других вариантах и, по меньшей мере, примерно 7 мас.% еще в других вариантах. Функциональные группы могут присутствовать в количестве менее примерно 40 мас.% в некоторых вариантах; менее примерно 30 мас.% в других вариантах и менее примерно 25 мас.% еще в других вариантах.

В других конкретных вариантах термопластичная смола может представлять собой полимеры на основе этиленвинилацетата (EVA). В других вариантах термопластичная смола может представлять собой полимеры на основе этиленметилакрилата (EMA). В других конкретных вариантах сополимер этилена-альфа-олефина может представлять собой сополимеры или интерполимеры этилена-бутена, этилена-гексена или этилена-октена. В других конкретных вариантах сополимер пропилена-альфа-олефина может представлять собой сополимер или интерполимер пропилена-этилена или пропилена-этилена-бутена.

Термопластичный полимер может иметь кристалличность, которую определяют при наблюдении, по меньшей мере, одной эндотермы при оценке методом стандартной дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Для полимеров на основе этилена индекс расплава ("MI"), определяемый согласно ASTM D1238 при 190°C (375°F) и массе 2,16 кг (4,75 фунта), составляет примерно 30 г/10 мин или менее в некоторых вариантах; примерно 25 г/10 мин или менее в других вариантах; примерно 22 г/10 мин или менее в других вариантах и примерно 18 г/10 мин или менее еще в других вариантах. В других вариантах полимеры на основе этилена могут иметь индекс расплава (MI) примерно 0,1 г/10 мин или более; примерно 0,25 г/10 мин или более в других вариантах; примерно 0,5 г/10 мин или более в других вариантах и примерно 0,75 г/10 мин или более еще в других вариантах.

Полимеры на основе пропилена могут иметь скорость течения расплава ("MFR"), определяемую согласно ASTM D1238 при 230°C (446°F) и массе 2,16 кг (4,75 фунт), примерно 85 г/10 мин или менее в некоторых вариантах; примерно 70 г/10 мин или менее в других вариантах; примерно 60 г/10 мин или менее в других вариантах и примерно 50 г/10 мин или менее еще в других вариантах. В других вариантах полимеры на основе пропилена могут иметь скорость течения расплава (MFR) примерно 0,25 г/10 мин или более; примерно 0,7 г/10 мин или более в других вариантах; примерно 1,4 г/10 мин или более в других вариантах и примерно 2 г/10 мин или более еще в других вариантах.

Полимеры на основе этилена в некоторых вариантах могут иметь плотность примерно 0,845 г/см³ или более; примерно 0,85 г/см³ или более в других вариантах; примерно 0,855 г/см³ или более в других вариантах и примерно 0,86 г/см³ или более еще в других вариантах. В других вариантах полимеры на основе этилена могут иметь плотность примерно 0,97 г/см³ или менее; примерно 0,96 г/см³ или менее в других вариантах; примерно 0,955 г/см³ или менее в других вариантах и примерно 0,95 г/см³ или менее еще в других вариантах.

Полимеры на основе пропилена в некоторых вариантах могут содержать примерно 5 мас.% сомономера или более. В других вариантах полимеры на основе пропилена могут содержать примерно 7 мас.% сомономера или более. В других вариантах полимеры на основе пропилена могут содержать примерно 35 мас.% сомономера или менее; примерно 25 мас.% сомономера или менее еще в других вариантах.

Один класс термопластичных полимеров, полезных в различных вариантах, представляет сополимеры этилена и 1-октена или 1-бутена, где сополимер этилена содержит примерно 90 мас.% или менее этилена; примерно 85 мас.% или менее этилена в других вариантах; примерно 50 мас.% или более этилена в других вариантах и примерно 55 мас.% или более этилена еще в других вариантах. Сополимер этилена может содержать 1-октен или 1-бутен в количестве от примерно 10 мас.% или более в некоторых вариантах; примерно 15 мас.% или более в других вариантах; примерно 50 мас.% или менее в других вариантах и примерно 45 мас.% или менее еще в других вариантах. Каждый из указанных выше массовых процентов рассчитывают от массы сополимера. В различных вариантах сополимеры этилена могут иметь индекс расплава примерно 0,25 г/10 мин или более; примерно 0,5 г/10 мин или более в других вариантах; примерно 30 г/10 мин или менее в других вариантах и примерно 20 г/10 мин или менее еще в других вариантах.

Другие полимеры, подходящие для воплощения вариантов изобретения, могут включать сополимеры пропилена и этилена, 1-октена, 1-гексена или 1-бутена, где сополимер пропилена содержит от примерно 95 мас.% или менее пропилена; примерно 93 мас.% или менее в других вариантах; примерно 65 мас.% или более в других вариантах и примерно 75 мас.% или более еще в других вариантах. Сополимер пропилена может содержать один или более сомономеров, таких как этилен, 1-октен, 1-гексен или 1-бутен, от примерно 5 мас.% или более в некоторых вариантах; примерно 7 мас.% или более в других вариантах; примерно 35 мас.% или менее в других вариантах и 25 мас.% или менее еще в других вариантах. В различных вариантах сополимеры пропилена могут иметь скорость течения расплава примерно 0,7 г/10 мин или более; примерно 1,4 г/10 мин или более в других вариантах; примерно 85 г/10 мин или менее в других вариантах и примерно 55 г/10 мин или менее еще в других вариантах.

Альтернативно, вместо отдельного полимера можно использовать смесь полимеров, которая обладает описанными в настоящем описании физическими характеристиками. Например, может быть желательно смешать первый полимер с относительно высоким MI или MFR, которые находятся вне описанного диапазона, с другим полимером, имеющим относительно низкий MI или MFR, так что комбинированный MI или MFR и усредненная плотность смеси попадут в описанные диапазоны. Полимер альфа-олефина с большей кристалличностью можно объединить с одним полимером, имеющим относительно меньшую кристалличность, таким как полимер, имеющий значительное количество разветвлений с длинной цепью, получая смесь, которая имеет по существу эквивалентные технологические возможности для получения описанных в настоящем описании пен и пенопластов. Когда в данном описании упоминается "полимер", следует понимать, что с аналогичным эффектом можно применять смеси олефиновых полимеров с эквивалентными физическими характеристиками, и считается, что данные смеси включены в данное описание различных вариантов.

В некоторых вариантах термопластичная смола может представлять собой сополимер или интерполимер этилена-октена, имеющий плотность от 0,857 до 0,911 г/см³ и индекс расплава (190°C при массе 2,16 кг) от 0,1 до 100 г/10 мин. В других вариантах сополимеры этилена-октена могут иметь плотность от 0,863 до 0,902 г/см³ и индекс расплава (190°C при массе 2,16 кг) от 0,8 до 35 г/10 мин. Сополимер или интерполимер этилена-октена может включать 20-45% октена от массы этилена и октена.

В некоторых вариантах термопластичная смола может представлять собой сополимер или интерполимер пропилена-этилена, имеющий содержание этилена от 5 до 20 мас.% и скорость течения расплава (230°C при массе 2,16 кг) от 0,5 до 300 г/10 мин. В других вариантах сополимер или интерполимер пропилена-этилена может иметь содержание этилена от 9 до 12 мас.% и скорость течения расплава (230°C при массе 2,16 кг) от 1 до 100 г/10 мин.

В некоторых других вариантах термопластичная смола может представлять собой полиэтилен низкой плотности, имеющий плотность от 0,911 до 0,925 г/см³ и индекс расплава (190°C при массе 2,16 кг) от 0,1 до 100 г/10 мин.

В некоторых вариантах термопластичная смола может иметь кристалличность менее 50%. В других вариантах кристалличность смолы может составлять от 5 до 35%. Еще в других вариантах кристалличность может составлять величину в диапазоне от 7 до 20%.

В некоторых вариантах термопластичная смола представляет собой полукристаллический полимер и может иметь температуру плавления ниже 110°C. В других вариантах температура плавления может составлять от 25 до 100°C. Еще в других вариантах температура плавления может составлять от 40 до 85°C.

В некоторых вариантах термопластичная смола представляет собой стекловидный полимер и может иметь температуру стеклования ниже 110°C. В других вариантах температура стеклования может составлять от 20 до 100°C. Еще в других вариантах температура стеклования может составлять от 50 до 75°C.

В некоторых вариантах термопластичная смола может иметь средневесовую молекулярную массу более 10000 г/моль. В других вариантах средневесовая молекулярная масса может составлять от 20000 до 150000 г/моль; еще в других вариантах от 50000 до 100000 г/моль.

В описанных в настоящем описании водных дисперсиях может содержаться одна или более термопластичных смол в количестве от примерно 1 до 96% от массы полимерных твердых веществ. Например, термопластичная смола может присутствовать в водной дисперсии в количестве от примерно 10 до 60 мас.% в одном варианте и от примерно 20 до 50 мас.% в другом варианте.

Полиуретаны

Один вариант полиуретановой дисперсии, подходящей для производства пенопласта, может включать воду и полиуретан и/или смесь, способную образовывать полиуретан, такую как, например, полиуретановый преполимер. Полиуретановая дисперсия может также включать одну или более добавок, таких как ПАВ, которые могут действовать как пенообразующие вспомогательные средства, смачивающие агенты и/или стабилизаторы пенопласта и модификаторы вязкости. Материалы, образующие полиуретан, могут включать, например, полиуретановые преполимеры, которые сохраняют незначительную изоцианатную реакционную способность в течение некоторого периода времени после диспергирования. Также выражение «полиуретановый преполимер» и термин «полиуретан» могут охватывать другие типы структур, например карбамидные группы.

Полиуретаны, подходящие для раскрытых в настоящем описании вариантов, могут включать полиуретаны и полиуретановые пенопласты, полученные из преполимеров на основе любых органических полиизоцианатов, модифицированных полиизоцианатов, преполимеров на основе изоцианатов и их смесей. Они могут включать алифатические и циклоалифатические изоцианаты, включая многофункциональные ароматические изоцианаты, такие как 2,4- и 2,6-толуолдиизоцианат и соответствующие изомерные смеси; 4,4'-, 2,4'- и 2,2'-дифенилметандиизоцианат (MDI) и соответствующие изомерные смеси; смеси 4,4'-, 2,4'- и 2,2'-дифенилметандиизоцианатов и полифенил-полиметилен-полиизоцианатов (PMDI) и смеси PMDI и толуолдиизоцианатов.

В некоторых вариантах полиуретановые полимеры, подходящие для вариантов композитной структуры, можно получить, соединяя и проводя взаимодействие водной фазы с преполимером, имеющим концевой изоцианат. Образовавшийся полимер может иметь структуру пенопласта или геля. Подходящие преполимеры описаны, например, в WO 2004074343 (A1) и WO 2005097862 (A1), каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки.

В некоторых вариантах преполимер может представлять собой продукт взаимодействия полиэфирполиола со стехиометрическим избытком изоцианатной смеси. Смесь изоцианатов может включать метилендифенилизоцианат, толуолдиизоцианат, гексаметилендиизоцианат, изофорондиизоцианат, полиметиленполифенилизоцианат, карбодиимид или аллофонатные или уретониминные аддукты метилендифенилизоцианата и их смеси. Изоцианаты, используемые для создания баланса композиции, могут включать полиметиленполифенилизоцианат, карбодиимид или аллофонатные или уретониминные аддукты метилендифенилизоцианата. В некоторых вариантах описанная выше комбинация компонентов в преполимере при взаимодействии с водой может давать пенопласт, имеющий высокую гидрофильность и хорошие свойства в отношении плотности и эластичности пенопласта.

При получении полиуретанового полимера соотношение количества преполимера с концевым изоцианатом и водной смеси можно варьировать в широком диапазоне в зависимости от намеченной плотности и физических параметров образующегося полимера и от содержания изоцианата в композиции, получаемой в гидрофильном пенопласте, пленке или геле.

Плотности получаемых полиуретановых пенопластов могут иметь значения в пределах от примерно 0,025 до 0,5 г/см³ или более в некоторых вариантах и 0,05-0,3 г/см³ в других вариантах. Например, полиуретановые пенопласты можно получить, используя преполимеры HYPOL*, такие как HYPOL* 2002, HYPOL* 2060G, HYPOL* JT 6005, HYPOL* JM 5002 и другие, каждый из которых доступен от The Dow Chemical Company, Midland, Michigan.

Композиция преполимера в некоторых вариантах может включать полиольный компонент. Используемые при получении полиуретана соединения, содержащие активный водород, могут включать соединения, имеющие, по меньшей мере, две гидроксильные группы или аминогруппы. Эти соединения обозначаются в настоящем описании как полиолы. Типичные примеры подходящих полиолов общеизвестны и описаны в таких публикациях как High Polymers, Vol. XVI, "Polyurethanes, Chemistry and Technology", Saunders and Frisch, Interscience Publishers, New York, Vol. I, pp. 32-42, 44-54 (1962) и Vol. II, pp. 5-6, 198-199 (1964); Organic Polymer Chemistry, K. J. Saunders, Chapman and Hall, London, pp. 323-325 (1973); и Developments in Polyurethanes, Vol. I, J. M. Burst, ed., Applied Science Publishers, pp. 1-76 (1978). Однако можно использовать любое соединение, содержащее активный водород. Примеры таких материалов включают материалы, выбранные из следующих классов композиций, самих по себе или в смеси: (a) алкиленоксидные аддукты полигидроксиалканов; (b) алкиленоксидные аддукты невосстаннавливающихся сахаров и производных сахаров; (c) алкиленоксидные аддукты фосфорных и полифосфорных кислот и (d) алкиленоксидные аддукты полифенолов. Полиолы таких типов обозначаются в настоящем описании как "базовые полиолы". Примерами используемых в настоящем описании алкиленоксидных аддуктов полигидроксиалканов являются аддукты этиленгликоля, пропиленгликоля, 1,3-дигидроксипропана, 1,4-дигидроксибутана и 1,6-дигидроксигексана, глицерина, 1,2,4-тригидроксибутана, 1,2,6-дигидроксигексана, 1,1,1-триметилолэтана, 1,1,1-триметилолпропана, пентаэритрита, поликапролактона, ксилита, арабитола, сорбита, маннита. Другие подходящие алкиленоксидные аддукты включают аддукты этилендиамина, глицерина, пиперазина, воды, аммиака, 1,2,3,4-тетрагидроксибутана, фруктозы, сахарозы. Также подходящими являются поли(оксипропилен)гликоли, триолы, тетролы и гексолы и любые из них, которые имеют на конце этиленоксид. Эти полиолы также включают поли(оксипропиленоксиэтилен)полиолы. В некоторых вариантах содержание оксиэтилена может составлять менее примерно 80 мас.% от общей массы полиола и менее примерно 40 мас.% в других вариантах. Этиленоксид, если применяется, может включаться в полимерную цепь любым образом, например в виде внутренних блоков, концевых блоков, статистически распределенных блоков или в виде их комбинации.

Для получения полиуретановых дисперсий можно также применять полиэфирполиолы. Полиэфирполиолы обычно характеризуются повторением сложноэфирных звеньев, которые могут быть ароматическими или алифатическими, и присутствием концевых первичных или вторичных гидроксильных групп, но можно использовать любой полиэфир, имеющий, по меньшей мере, две концевые группы с активным водородом. Например, для получения раскрытых в настоящем описании полиуретанов можно применять продукт реакции трансэтерификации гликолей с поли(этилентерефталатом).

Полиизоцианатные компоненты раскрытых в настоящем описании композиций можно получать, используя любые органические полиизоцианаты, модифицированные полиизоцианаты, преполимеры на основе изоцианатов и их смеси. Они могут включать алифатические и циклоалифатические изоцианаты, в том числе многофункциональные ароматические изоцианаты, такие как 2,4- и 2,6-толуолдиизоцианат и соответствующие изомерные смеси; 4,4'-, 2,4'- и 2,2'-дифенилметандиизоцианат (MDI) и соответствующие изомерные смеси; смеси 4,4'-, 2,4'- и 2,2'-дифенилметандиизоцианатов и полифенилполиметиленполиизоцианатов (PMDI) и смеси PMDI и толуолдиизоцианатов.

Водные неионные гидрофильные полиуретановые дисперсии могут включать продукт взаимодействия неионного гидрофильного преполимера, воду, необязательно внешнее ПАВ и необязательно реагент роста цепи. Гидрофильный преполимер может включать продукт взаимодействия первого компонента и второго компонента. Первый компонент может включать ароматический полиизоцианат, алифатический полиизоцианат и их комбинации. Второй компонент может включать гидрофильный алкиленоксидполиол, неионный гидрофильный алкиленоксидмонол, или смесь гидрофильных и гидрофобных алкиленоксидполиолов или монолов, или их комбинации. Водная неионная гидрофильная полиуретановая дисперсия необязательно может включать одно или более ПАВ.

Другие полезные полиуретаны могут включать соединения, описанные в публикациях PCT WO №2005097862 A1, WO 2004074343 A1 и WO 2004053223 A1 и публикациях патентных заявок США №20040109992 и 20050192365, каждая из которых включена в настоящее описание посредством ссылки.

Другие компоненты субстратов

В некоторых вариантах субстраты могут быть образованы или могут включать другие полимерные и неполимерные компоненты, включающие природные или синтетические материалы. Другие компоненты могут включать, например, полиолефины, такие как, полиэтилен, полипропилен, полибутилен и подобные; полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат, поли(гликолевая кислота) (PGA), поли(молочная кислота) (PLA), поли(β-яблочная кислота) (PMLA), поли(ε-капролактон) (PCL), поли(ρ-диоксанон) (PDS), поли(3-гидроксибутират) (PHB) и подобные; полиамиды, такие как найлоны (найлон-6, найлон-6,6, найлон-6,12 и другие); полиарамиды, такие как KEVLAR®, NOMEX® и подобные, TEFLON® и полиэфирнайлоны (EP); целлюлозные сложные эфиры; целлюлозные простые эфиры; целлюлозные нитраты; целлюлозные ацетаты; целлюлозные ацетатбутираты; этилцеллюлозу; регенерированные целлюлозы, такие как вискоза, вискозное волокно и подобные; хлопок; лен; шелк; коноплю и их смеси. В других вариантах субстраты могут включать такие полимеры как сополимер этилена-винилацетата (EVA), сополимер этилена/винилового спирта, полистирол, ударопрочный модифицированный полистирол, ABS, блок-сополимеры стирола/бутадиена и их гидрированные производные (SBS и SEBS) и термопластичные полиуретаны. Подходящие полиолефины могут включать линейный полиэтилен или полиэтилен низкой плотности, полипропилен (в том числе атактическую, изотактическую, синдиотактическую и ударопрочные модифицированные версии) и поли(4-метил-1-пентен). Подходящие стирольные полимеры могут включать полистирол, модифицированный каучуком полистирол (HIPS), сополимеры стирола/акрилонитрила (SAN), модифицированный каучуком SAN (ABS или AES) и сополимеры стирола/малеинового ангидрида.

В других вариантах субстраты могут быть образованы или могут включать любую природную или синтетическую волокнистую массу или целлюлозные волокна, включающие, но не ограниченные этим, недревесные волокна, такие как хлопок, абака, кенаф, sabai grass, лен, трава эспарто, солома, джут, пенька, жмых, волокна из пуха молочая и волокна из листьев ананаса; и древесные волокна, такие как волокна, полученные из листопадных и хвойных деревьев, в том числе волокна мягкой древесины, такие как крафт-волокна из мягкой древесины северных и южных пород; волокна из твердой древесины, такой как эвкалипт, клен, береза и осина. Древесные волокна можно получать в высокопродуктивном или низкопродуктивном виде и можно превращать в древесную массу любым известным способом, включая крафт, сульфитный, высокопродуктивный метод и другие известные способы получения древесной массы. Можно также применять массу и волокна, полученные органозольными способами получения древесной массы, включая волокна и способы, раскрытые в патенте США №4793898, от 27 декабря 1988 года, Laamanen и др.; патент США №4594130, от 10 июня 1986 года, Chang и др.; и патент США №3585104. Подходящую массу и волокна можно также получить антрахиноновым способом получения древесной массы, пример которого приведен в патенте США №5595628 от 21 января 1997 года, Gordon и др. Другие примеры подходящих композиций на основе целлюлозы, применимых для настоящего изобретения, включают композиции, раскрытые в патентах США №6837970, 6824650, 6863940 и в патентных заявках США №US 20050192402 и 20040149412, каждая из которых включена в настоящее описание посредством ссылки.

Можно также применять композиции и полимеры на основе целлюлозы, включающие метилцеллюлозу (т.е. METHOCEL), гидроксиэтилцеллюлозу (HEC) (т.е. CELLOSIZE), этилцеллюлозу (т.е. ETHOCEL), катионную HEC и другие производные целлюлозы. В некоторых вариантах можно также применять полиоксиэтилен (например, POLYOX). Каждый из указанных выше фабричных продуктов доступен от The Dow Chemical Company, Midland, MI. Другие композиции и полимеры на основе целлюлозы могут также включать гидроксипропилметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, фталат гидроксипропилметилцеллюлозы, ацетат-сукцинат гидроксипропилметилцеллюлозы, карбоксиметилэтилцеллюлозу, ацетат-фталат целлюлозы, диэтиламиноацетат поливинилацеталя, сополимер аминоалкилметакрилата, ацетат-сукцинат гидроксипропилметилцеллюлозы, сополимеры метакриловой кислоты, включающие сополимеры метакриловой кислоты-метилметакрилата, ацетат-тримеллитат целлюлозы (CAT), поливинилацетатфталат, шеллак, карбоксиметилцеллюлозу, кальцийкарбоксиметилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, кросскармелоза натрий A-типа (Ac-di-sol), крахмал, кристаллическую целлюлозу, гидроксипропилкрахмал, частично предварительно желатинированный крахмал, поливинилпирролидон, желатин, гуммиарабик, этилцеллюлозу, поливиниловый спирт, пуллулан, предварительно желатинированный крахмал, агар, трагакант, альгинат натрия, пропиленгликольальгинат, производные целлюлозы, производные крахмала, пектины, полиакрилаты, поливинилацетатфталат, окисленную регенерированную целлюлозу, полиакрилаты, модифицированные крахмалы (в том числе можно использовать водорастворимые полимеры, производные крахмала (например, кукурузного крахмала, картофельного крахмала, крахмала из тапиоки), такие как производные, полученные ацетилированием, галогенированием, гидролизом (например, кислотным гидролизом) или ферментативно, или водорастворимый модифицированный крахмал, включающий, но не ограниченный этим, окисленный, этоксилированный, катионный, липофильный и жемчужный крахмал), поливиниловый спирт, полиэтиленгликоли, природные и синтетические смолы, такие как гуаровая смола, ксантановая смола, целлюлозная смола, аравийская камедь, поликарбофил, полиолефиноксиды, такие как полиэтиленоксид, смола рожкового дерева, бентонит, шероглюкан, полиакриловые кислоты, такие как карбопол, поликарбофил, поли(сополимер метилвиниловый эфир-метакриловая кислота), поли(2-гидроксиэтилметакрилат), поли(метилметакрилат), поли(изобутилцианоакрилат), поли(изогексилцианоакрилат) и полидиметиламиноэтилметакрилат, гидролитически нестабильные полиэфиры, содержащие группы, поддающиеся преобразованию, альгинат, каррагинан, производные гуаровой смолы, камедь карайи, декстран, гиалуроновая кислота, пуллулан, амилоза, крахмал с высоким содержанием амилозы, гидроксипропилированный крахмал с высоким содержанием амилозы, декстрин, пектин, хитин, хитозан, леван, элзинан, коллаген, желатин, зеин, глутен, изолят соевого белка, полисахариды, изолят белка сыворотки и казеин. В других вариантах можно использовать комбинации описанных выше композиций.

Специалисты в данной области признают, что приведенные выше перечни представляют неполный список подходящих полимеров. Следует принять во внимание, что область настоящего раскрытия ограничена только формулой изобретения.

Стабилизатор дисперсии

В вариантах настоящего раскрытия используют стабилизатор для содействия образованию стабильной дисперсии или эмульсии. В выбранных вариантах стабилизатором может быть ПАВ, полимер (отличный от термопластичных полимеров, подробно описанных выше) или их смеси. В других вариантах термопластичная смола может быть самостабилизатором, так что дополнительный экзогенный стабилизатор может не потребоваться. Например, самостабилизирующаяся система может включать частично гидролизованный сложный полиэфир, где при объединении полиэфира с водным основанием можно получить полиэфирную смолу и молекулы ПАВ-подобного стабилизатора. В частности, стабилизатор дисперсии может применяться в качестве диспергирующего агента, ПАВ для пенообразования дисперсии или служить для обеих целей. Кроме того, можно применять один или более стабилизаторов в комбинации.

В некоторых вариантах стабилизаторы дисперсии, применяемые в настоящем описании для дисперсий полиолефинов и полиуретанов, могут представлять собой полярный полимер, имеющий полярную группу в виде сомономера или привитого мономера. В предпочтительных вариантах стабилизатор дисперсии может включать один или более полярных полиолефинов, имеющих полярную группу в виде сомономера или привитого мономера. Типичные полимеры включают сополимеры этилена-акриловой кислоты (EAA) и этилена-метакриловой кислоты, такие как имеющиеся полимеры под торговыми марками PRIMACOR™ (торговая марка The Dow Chemical Company), NUCREL™ (торговая марка E.I. DuPont de Nemours) и ESCOR™ (торговая марка ExxonMobil) и описанные в патентах США №4599392, 4988781 и 5938437, каждый из которых во всей полноте включен в настоящее описание посредством ссылки. Другие подходящие полимеры включают сополимеры этилена-этилакрилата (EEA), этилена-метилметакрилата (EMMA) и этилена-бутилакрилата (EBA). Можно также применять другой сополимер этилена-карбоновой кислоты. Специалисты в данной области признают, что можно также применять ряд других подходящих полимеров.

Если полярная группа полимера имеет кислотную или основную природу, полимер, стабилизирующий дисперсию, можно частично или полностью нейтрализовать при помощи нейтрализующего агента с образованием соответствующей соли. Соли могут представлять собой соли щелочных металлов или аммония и жирных кислот, получаемые нейтрализацией кислоты соответствующим основанием, например NaOH, KOH и NH₄OH. Эти соли могут образовываться на месте на стадии диспергирования, как описано более полно ниже. В некоторых вариантах нейтрализация стабилизатора дисперсии, такого как жирная кислота с длинной цепью или EAA, может составлять от 25 до 200% молярных; в других вариантах от 50 до 110% молярных. Например, для EAA нейтрализующий агент представляет собой основание, например гидроксид аммония или гидроксид калия. Другие нейтрализующие агенты могут включать, например, гидроксид лития или гидроксид натрия. Специалисты в данной области оценят, что выбор соответствующего нейтрализующего агента зависит от конкретной составленной композиции и что такой выбор входит в компетенцию специалиста в данной области.

Другие стабилизаторы дисперсии, которые можно применять в дисперсиях полиолефинов и полиуретанов, могут включать соли жирных кислот с длинной цепью или жирных кислот, имеющих от 12 до 60 атомов углерода. В других вариантах жирная кислота с длинной цепью или соль жирной кислоты может иметь от 12 до 40 атомов углерода.

Гидрофильные полиуретановые пенопласты можно получить посредством взаимодействия в реакционных условиях преполимера, имеющего концевой изоцианат, с водной фазой. Водная фаза содержит по существу воду и, если может потребоваться, небольшие количества ПАВ, катализатора или загустителя. Притом что возможно получение гидрофильного пенопласта без ПАВ, присутствие ПАВ может быть полезным.

ПАВ для полиуретановых пен можно выбрать таким образом, чтобы получить пенопласт с хорошим внешним видом, структурой и размером пор и такой, чтобы уменьшить до минимума сплющивание и/или деформации пенопласта, например расщепление. Примеры ПАВ включают блок-сополимеры оксиэтилена и оксипропилена, такие как ПАВ PLURONIC® Polyol производства BASF. Неионные ПАВ, такие как вещества, доступные под торговой маркой PLURONIC®, включают продукты, обозначенные L-62, L-72, 1-92, P-75 или P-85. Вместо упомянутых веществ можно применять другие ПАВ, эквивалентные по природе или эффективности. В некоторых вариантах ПАВ можно применять в водной фазе в количестве от 0,5 до 4 массовых частей на 100 массовых частей общей водной фазы, включающей ПАВ; и от 0,75 до 3,0 массовых частей на 100 массовых частей общей водной фазы, включающей ПАВ, в других вариантах.

Дополнительные стабилизаторы дисперсии включают катионогенные ПАВ, анионогенные ПАВ или неионные ПАВ. Примеры анионогенных ПАВ включают сульфонаты, карбоксилаты и фосфаты. Примеры катионогенных ПАВ включают четвертичные амины. Примеры неионных ПАВ включают блок-сополимеры, содержащие этиленоксид, пропиленоксид, бутиленоксид и силиконовые ПАВ. ПАВ, подходящие в качестве стабилизатора дисперсии, могут представлять собой внешние ПАВ или внутренние ПАВ. Внешними ПАВ являются ПАВ, которые не входят в полимер посредством химического взаимодействия во время получения дисперсии. Примеры подходящих внешних ПАВ включают соли додецилбензолсульфоновой кислоты и лаурилсульфоновой кислоты. Внутренними ПАВ являются ПАВ, которые входят в полимер посредством химического взаимодействия во время получения дисперсии. Примеры подходящих внутренних ПАВ включают 2,2-диметилолпропионовую кислоту и ее соли или сульфонированные полиолы, нейтрализованные хлоридом аммония. ПАВ может быть включено в раскрытые в настоящем описании композиции в количестве от 0,01 до 8 частей на 100 частей массы полиуретанового компонента.

В конкретных вариантах диспергирующий агент или стабилизатор можно применять в количестве от нуля и до примерно 60 мас.% от используемого количества термопластичной смолы (или смеси термопластичных смол). Что касается термопластичной смолы и стабилизатора дисперсии, в некоторых вариантах термопластичная смола может содержать от примерно 30% до 99 мас.% от общего количества полимера и стабилизатора дисперсии в композиции. В других вариантах термопластичная смола может содержать от примерно 50% до примерно 80 мас.% от общего количества полимера и стабилизатора дисперсии в композиции. Еще в других вариантах термопластичные смолы могут содержать примерно 70 мас.% от общего количества полимера и стабилизатора дисперсии в композиции. Например, жирную кислоту с длинной цепью или ее соли можно использовать в количестве от 0,5 до 10 мас.% от количества термопластичной смолы. В других вариантах можно применять сополимеры этилена-акриловой кислоты или этилена-метакриловой кислоты в количестве от 0,5 до 60 мас.% от количества термопластичной смолы. Еще в других вариантах можно применять соли сульфоновой кислоты в количестве от 0,5 до 10 мас.% от количества термопластичной смолы.

В настоящее время наиболее коммерчески доступные полиуретановые дисперсии содержат DMPA (депо медроксипрогестеронацетат) в качестве внутреннего ПАВ и могут применяться в данном изобретении. В отличие от этого в равной степени подходит и может обеспечить другие технические и коммерческие преимущества семейство полиуретановых дисперсий, которые не содержат DMPA, предпочтительнее включают в качестве внутренних ПАВ неионные модификаторы на основе этиленоксида. См., например, патент США №6271276.

Как обсуждается выше, можно применять более одного стабилизатора дисперсии и можно применять комбинации, например, в качестве стабилизатора дисперсии и пенообразующего ПАВ. Специалист в данной области признает, что диспергирующие агенты, используемые для создания относительно стабильной водной дисперсии, можно варьировать в зависимости от природы используемой термопластичной смолы.

Композиции дисперсий

Композиции дисперсий в соответствии с раскрытыми в настоящем описании вариантами могут включать жидкую среду, такую как вода, термопластичную смолу, стабилизатор дисперсии и, необязательно, пенообразующее ПАВ, добавки и наполнители. В некоторых вариантах водные дисперсии могут включать частицы полиолефиновой и/или полиуретановой смолы размером от примерно 0,02 до 10 мкм; от примерно 0,05 до 5 мкм в другом варианте и от примерно 0,1 до 2 мкм еще в других вариантах.

Термопластичную смолу и стабилизатор дисперсии можно диспергировать в жидкой среде, которая в некоторых вариантах представляет собой воду. В некоторых вариантах добавляют достаточное количество основания для нейтрализации полученной дисперсии и получения раствора с pH в диапазоне от примерно 6 до примерно 14. В конкретных вариантах добавляют достаточное количество основания для сохранения pH от примерно 9 до примерно 12. Содержание воды в дисперсии можно регулировать таким образом, чтобы общее содержание термопластичной смолы и стабилизатора дисперсии (содержание твердых веществ) составляло от примерно 1% до примерно 74% (по объему). В другом варианте содержание твердых веществ может составлять величину в диапазоне от примерно 25% до примерно 74% (по объему). Еще в одном варианте содержание твердых веществ может составлять величину в диапазоне от примерно 30 до примерно 50 мас.% (без наполнителя). Еще в одном варианте содержание твердых веществ может составлять величину в диапазоне от примерно 40% до примерно 55 мас.% (без наполнителя).

Дисперсии, полученные в соответствии с некоторыми вариантами, можно охарактеризовать как имеющие средний размер частиц от примерно 0,02 до примерно 5,0 мкм. В других вариантах дисперсии могут иметь средний размер частиц от примерно 0,04 до 2,0 мкм. Используемое в настоящем описании выражение "средний размер частиц" относится к среднеобъемному размеру частиц. Для определения размера частиц можно применять, например, лазерные дифракционные методики. Размер частиц в данном описании указывает диаметр полимера в дисперсии. Для полимерных частиц, которые не являются сферическими, диаметр частицы равен среднему значению из величин длинной и короткой осей частицы. Размер частиц можно определить на лазерном дифракционном анализаторе размеров частиц Beckman-Coulter LS230 или другом подходящем приборе.

В конкретном варианте можно смешать в экструдере термопластичную смолу и стабилизатор в расплаве вместе с водой и нейтрализующим агентом, таким как аммиак, гидроксид калия или комбинация двух веществ, с образованием дисперсии. Специалисты в данной области признают, что можно применять ряд других нейтрализующих агентов. В некоторых вариантах наполнитель можно добавлять до, во время или после смешивания термопластичной смолы и стабилизатора.

Можно применять любые известные в данной области способы перемешивания в расплаве. В некоторых вариантах применяют замесочную машину, миксер BANBURY®, одношнековый экструдер или многошнековый экструдер. Способ получения дисперсий в соответствии с настоящим описанием не имеет особых ограничений. Способы перемешивания в расплаве упоминаемых выше компонентов раскрыты, например, в патенте США №5756659 и патентной публикации США №20010011118.

Фиг.2 схематически иллюстрирует экструзионную установку, которую можно использовать в вариантах описания. Экструдер 20, в некоторых вариантах двухшнековый экструдер присоединен к регулятору обратного давления, насосу, подающему расплав или шестеренчатому насосу 30. Варианты также обеспечивают резервуар 40 для основания и резервуар 50 для исходной воды, каждый из которых включает насос (не показаны). Желательные количества основания и исходной воды подают из резервуара 40 для основания и резервуара 50 для исходной воды соответственно. Можно применять любой подходящий насос, но в некоторых вариантах для подачи основания и исходной воды в экструдер 20 применяют насос, который обеспечивает поток примерно 150 куб.см/мин при давлении 240 бар. В других вариантах насос для нагнетания жидкости обеспечивает поток 300 куб.см/мин при 200 бар или 600 куб.см/мин при 133 бар. В некоторых вариантах основание и исходную воду предварительно нагревают в подогревателе.

Обычно можно применять любой способ получения дисперсий термопластичных полимеров (полиолефинов и полиуретанов), известный специалистам в данной области. Подходящая стабильная при хранении полиуретановая дисперсия, которая определена в настоящем описании, представляет собой любую дисперсию полиуретана, имеющую средний размер частиц менее примерно 5 мкм. Полиуретановые дисперсии, которые нестабильны при хранении, могут иметь средний размер частиц более 5 мкм. Например, подходящую дисперсию можно получить, смешивая полиуретановый преполимер с водой и диспергируя преполимер в воде, используя миксер. Альтернативно, можно получить подходящую дисперсию, подавая преполимер в статическое смесительное устройство вместе с водой и диспергируя воду и преполимер в статическом миксере. Непрерывные способы получения водных дисперсий полиуретана известны и могут применяться в раскрытых здесь вариантах. Например, патенты США №4857565, 4742095, 4879322, 3437624, 5037864, 5221710, 4237264 и 4092286 все описывают непрерывные способы, подходящие для получения полиуретановых дисперсий. Кроме того, полиуретановую дисперсию, имеющую высокую пропорцию внутренней фазы, можно получить непрерывным способом, например, способом, описанным в патенте США №5539021.

Другие типы водных дисперсий полимера можно применять в комбинации с полиолефиновыми и полиуретановыми дисперсиями, подходящими для раскрытых в настоящем описании вариантов. Подходящие дисперсии, используемые для смешивания с полиуретановыми дисперсиями, включают дисперсии стирола-бутадиена; дисперсии стирола-бутадиена-винилиденхлорида; дисперсии стирола-алкилакрилата; дисперсии этилена-винилацетата; полихлорпропиленовые латексы; латексы сополимера полиэтилена; этилен-стирольные сополимерные латексы; поливинилхлоридные латексы или акриловые дисперсии, подобные соединения и их смеси.

В вариантах получения полиуретановых дисперсий можно добавлять к полиуретановой дисперсии ПАВ вместе с антиоксидантами, бактерицидными агентами и др., если вязкость является низкой и можно получить хорошее перемешивание. Далее можно добавить стабилизатор дисперсии и затем неорганический наполнитель, достаточно медленно, чтобы гарантировать получение хорошей дисперсии и избежать слипания/комкообразования наполнителя. В заключение можно добавить загуститель для получения желательной вязкости. Полагают, что добавление стеарата аммония после добавления наполнителя и загустителя устраняет разбухание частиц полиуретановой дисперсии, давая в результате меньшую вязкость при перемешивании.

Пенообразование ПАВ

ПАВ, подходящие для получения пен, обозначаются в настоящем описании как пенообразующие ПАВ. Пенообразующее ПАВ позволяет газу, обычно воздуху, применяемому при пенообразовании, гомогенно и эффективно диспергироваться в получаемой вспененной дисперсии. Предпочтительно, чтобы пенообразующее ПАВ давало после сушки немыльный композитный пенопластовый продукт.

В вариантах настоящего раскрытия можно применять пенообразующее ПАВ для стимулирования образования стабильной дисперсии и содействия пенообразованию. Получение и стабилизацию пены на стадиях пенообразования и сушки можно выполнять посредством добавления к водной дисперсии полиолефиновой смолы ПАВ, стабилизирующего пену, на начальной стадии образования пены. Кроме того, эти ПАВ можно также применять для улучшения смачивания водой высушенных пенопластов, если требуется. Подходящие пенообразующие ПАВ могут быть выбраны из катионогенных, неионных и анионогенных ПАВ. В некоторых вариантах пенообразующие ПАВ могут включать стабилизаторы, которые описаны выше.

В некоторых вариантах пенообразующее ПАВ может представлять собой простые эфиры алкилцеллюлозы, простые эфиры гидроксиалкилцеллюлозы, простые эфиры гидроксиалкилалкилцеллюлозы, гуаровую смолу, ксантановую смолу и полиоксиэтиленовые смолы с молекулярной массой, по меньшей мере, 20000 или их комбинации. Другие подходящие пенообразующие ПАВ могут быть выбраны из катионогенных ПАВ, анионогенных ПАВ или неионных ПАВ. Примеры катионогенных ПАВ включают четвертичные амины, соли первичных аминов, соли диаминов и этоксилированные амины. Примеры неионных ПАВ включают блок-сополимеры, содержащие этиленоксид, силиконовые ПАВ, алкилфенолэтоксилаты и этоксилаты линейных и вторичных спиртов, алкильные группы которых содержат более 8 атомов углерода.

Примеры катионогенных ПАВ включают четвертичные амины, соли первичных аминов, соли диаминов и этоксилированные амины. Примеры неионных ПАВ включают блок-сополимеры, содержащие этиленоксид, силиконовые ПАВ, алкилфенолэтоксилаты и этоксилаты линейных и вторичных спиртов, алкильные группы которых содержат более 8 атомов углерода.

Примеры анионогенных ПАВ включают сульфонаты, карбоксилаты и фосфаты. В одном варианте анионогенные ПАВ, подходящие для получения пены из водной дисперсии, могут быть выбраны из солей карбоновых кислот и амидов эфиров жирных карбоновых кислот, предпочтительно жирных кислот, содержащих 12-36 атомов углерода, например стеариновой или лауриновой кислоты, пальмитиновой, миристиновой, олеиновой, линолевой, рицинолевой, эруковой кислоты и подобных.

В некоторых вариантах ПАВ могут включать, среди прочего, амфотерные ПАВ, такие как аминопропионаты, амфотерные сульфонаты, бетаины, амфотерные соединения на основе имидазолина и султаины. Например, ПАВ могут представлять собой производные имидазолина и могут представлять собой ацетат (содержащий соль) или пропионат (не содержащий соли). Примеры подходящих амфотерных ПАВ включают, среди прочего, такие ПАВ, как лаурамидопропилбетаин, натрийлауриминодипропионат, кокоамидопропилгидроксилсултаин, алкиловый эфир гидроксипропилсултаина, натрий каприлоамфогидроксипропилсульфонат, динатрий каприлоамфодипропионат, натрий кокоамфоацетат, динатрий кокоамфодиацетат, кокоамфопропионат натрия, динатрий октилиминодипропионат, кокоамфогидроксипропилсульфонат натрия, динатрий лаурилиминодипропионат, стеароамфоацетат натрия и динатриевый иминодипропионат твердого жира. Можно также применять другие амфотерные ПАВ, известные в данной области.

В одном варианте можно применять производное насыщенной жирной кислоты (например, соль стеариновой или пальмитиновой кислоты), если для конечного пенопласта желательно хорошее ощущение "на ощупь" или ощущение ткани. Другие подходящие анионогенные ПАВ включают алкилбензолсульфонаты, вторичные н-алкансульфонаты, альфа-олефинсульфонаты, сульфонаты диалкилдифениленоксида, сложные эфиры сульфосукцинатов, изотионаты, линейные алкилсульфаты (сульфаты спиртов) и сульфаты эфиров линейных спиртов. Понятно, что стабилизирующие пену ПАВ могут отличаться или не отличаться от соединений, применяемых для получения дисперсии. Эти ПАВ служат для содействия в образовании пены и помогают стабилизировать пену. В конкретном варианте ПАВ может представлять собой, по меньшей мере, одну из солей щелочных металлов, моно-, ди- и триалканоламинов (например, моно-, ди- или триэтаноламина) и лаурилсульфата аммония, додецилбензолсульфатов, спирта этоксисульфатов и изотионатов, двухосновных солей N-октилдецилсульфосукцинимата и их смесей. В других вариантах стабилизатор пены может включать целлюлозу.

В некоторых вариантах пенообразующее ПАВ можно применять в таком количестве, чтобы образующаяся пена, которая описана ниже, могла содержать от 0,01 до 10,0 мас.% пенообразующего ПАВ от сухой массы термопластичного полимера. В других вариантах пена может содержать от 0,02 до 3,0 мас.% пенообразующего ПАВ от сухой массы термопластичного полимера; в других вариантах от 0,03 до 2,5 мас.% от сухой массы термопластичного полимера и от 0,05 до 10,0 мас.% от сухой массы термопластичного полимера еще в других вариантах. В различных других вариантах пенообразующее ПАВ может присутствовать в пене в количестве от 0,01, 0,02, 0,03, 0,04 или 0,05 мас.% от сухой массы термопластичного полимера (нижний предел) до 2,0, 2,5, 3,0, 4,0, 5,0 или 10,0 мас.% от сухой массы термопластичного полимера (верхний предел) при любой комбинации данных верхних и нижних пределов.

Полиуретановую композицию, подходящую для получения пенопласта для применения в вариантах, можно получить из полиуретановой дисперсии и пенообразующих и стабилизирующих пену ПАВ. Обнаружено, что путем подбора пенообразующих и стабилизирующих ПАВ или их комбинации можно получить пенопласт меньшей плотности при сохранении желательных свойств пенопласта, таких как устойчивость к истиранию, растяжение, разрыв и удлинение (TTE), усадка при сжатии, восстановление пенопласта, прочность во влажном состоянии, прочность и адгезия к субстрату. В некоторых вариантах пенопласт, полученный из вспененной дисперсии, может иметь плотность от 35 кг/м³ до 160 кг/м³; 40-150 кг/м³ в других вариантах; 50-120 кг/м³ в других вариантах и 60-80 кг/м³ еще в других вариантах.

В отобранных вариантах пенообразующие ПАВ для получения полиуретановых пенопластов могут быть выбраны из анионогенных, катионогенных или цвиттерионных ПАВ. Примером обычно применяемого анионогенного ПАВ является лаурилсульфат натрия; однако данный ПАВ имеет неудобство остаточной мылкости финального пенопластового продукта. Другие примеры пенообразующего ПАВ включают соли карбоновых кислот. Такие ПАВ можно представить общей формулой:

RCO₂X⁺ (формула 1)

где R обозначает C₈-C₂₀ линейный или разветвленный алкил, который может содержать ароматическую, циклоалифатическую или гетероциклическую группу; и X обозначает противоион. Обычно X представляет собой Na, K или амин, например, NH₄ ⁺, морфолин, этаноламин, триэтаноламин и подобные. В некоторых вариантах R может содержать от 10 до 18 атомов углерода и от 12-18 атомов углерода в других вариантах. ПАВ может содержать множество разных видов R, например, смесь солей жирных кислот, содержащих C₈-C₂₀ алкил. В некоторых вариантах ПАВ представляет собой соль аммония, например стеарат аммония.

Количество используемых пенообразующих ПАВ, считая содержание сухих твердых веществ в ПАВ относительно твердых веществ полиуретановой дисперсии (частей на сто частей), в некоторых вариантах может составлять от 1 до 15 частей сухого ПАВ на сто частей полиуретановой дисперсии; от 1 до 10 частей в других вариантах и от 1 до 5 частей еще в других вариантах. Возможно применение больших уровней пенообразующего ПАВ при уменьшении уровней стабилизирующих ПАВ, но нежелательно из-за одновременного добавления большего количества воды. Кроме того, высокие уровни ПАВ имеют другие вредные эффекты на пенопластовые композиты, например повышенное помутнение и повышенное загрязнение.

Другие пенообразующие ПАВ, подходящие для получения полиуретановых пенопластов, могут иметь в качестве основы соли сульфоновых кислот, такие как сульфаты, например алкилбензолсульфонаты, сукцинаматы и сульфосукцинаматы. Другие сульфаты могут принадлежать классу сложных эфиров сульфосукцинатов, которые можно представить общей формулой:

R²OOCCH₂CH(SO₃ ^-М⁺)COOR² (формула 2)

где R² в каждом случае независимо представляет собой C₆-C₂₀ линейный или разветвленный алкил, который может содержать ароматические или циклоалифатические группы, и M обозначает противоион. Обычно M обозначает аммиак или член группы 1A периодической таблицы, например литий, калий или натрий. В некоторых вариантах R² может содержать от 8 до 20 атомов углерода и от 10 до 18 атомов углерода в других вариантах. ПАВ в каждом случае может содержать R² разных типов. В некоторых вариантах R² представляет собой амин. В других вариантах ПАВ является аммиачной солью или солью октадецилсульфосукцината. В некоторых вариантах используют от 0,01 до 20 частей сухого ПАВ на сто частей полиуретановой дисперсии; от 0,05 до 10 частей в других вариантах и от 0,1 до 6 частей еще в других вариантах.

Кроме указанных выше анионогенных ПАВ можно также применять цвиттерионные ПАВ для повышения пенообразования и/или стабильности полиуретановой пены. Цвиттерионные ПАВ включают N-алкилбетаины, такие как производные бета-алкилпропионовой кислоты. Такие ПАВ могут быть представлены общей формулой:

R³N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-M⁺ (формула 3) R³N⁺Cl^-M⁺ (формула 4) R³N⁺Br^-M⁺ (формула 5)

где R³ представляет собой C₆-C₂₀ линейный или разветвленный алкил, который может содержать ароматические или циклоалифатические группы, и где R³ и M такие, как описано выше. В некоторых вариантах можно применять от 0,01 до 5 частей сухого цвиттерионного ПАВ, если таковое используется, на сто частей полиуретановой дисперсии и от 0,05 до 4 частей в других вариантах.

Кроме перечисленных выше ПАВ можно применять другие ПАВ, которые не оказывают вредного воздействия на пенообразование или стабильность пены. В частности, можно применять в комбинации с перечисленными выше ПАВ дополнительные анионогенные, цвиттерионные или неионные ПАВ.

Добавки

Раскрытые в настоящем описании полимеры, дисперсии, пены и пенопласты могут, необязательно, содержать наполнители в количествах, зависящих от применения, для которого они предназначены, в диапазоне от примерно 2 до 100% (сухая масса) от массы термопластичной смолы. Эти необязательные ингредиенты могут включать, например, карбонат кальция, порошок диоксида титана, полимерные частицы, пустотелые стеклянные сферы, фибриллированные волокна, полимерные волокна, такие как штапельные моноволокна на основе полиолефина, и подобные. Пенопласты, предназначенные для использования в абсорбирующих прокладках, могут содержать объемный материал, абсорбирующий жидкость, такой как короткое хлопковое волокно или другое целлюлозное волокно, равномерно распределенное по полимерному пенопласту.

С термопластичными полимерами, агентами стабилизации дисперсии, пенообразующими ПАВ или наполнителями можно применять добавки, не отклоняясь от объема притязаний настоящего изобретения. Например, добавки могут включать смачивающий агент, ПАВ, антистатические агенты, противопенный агент, антиадгезив, дисперсии пигментов на основе воска, нейтрализующий агент, загуститель, агент для совместимости, осветлитель, модификатор реологических свойств, биоцид, фунгицид и другие добавки, известные специалистам в данной области.

Добавки и адъюванты можно включать в любую композицию, содержащую термопластичные полимеры. Подходящие добавки включают наполнители, такие как органические или неорганические частицы, в том числе глины, тальк, диоксид титана, цеолиты, металлические порошки, органические или неорганические волокна, в том числе углеродные волокна, волокна из нитрида кремния, стальную проволоку или сетку и найлоновую или полиэфирную оплетку, наночастицы, глины и т.д.; агенты для повышения клейкости, масляные наполнители, включающие парафиновые или нафтеновые масла; и другие природные и синтетические полимеры, в том числе другие полимеры согласно вариантам изобретения.

Раскрытые в настоящем описании композиции могут содержать технологические масла, пластификаторы и технологические вспомогательные средства (в общем обозначаемые как технологические масла). Технологические масла, имеющие определенное ASTM-обозначение, и парафиновые, нафтеновые или ароматические технологические масла, все подходят для применения. В некоторых вариантах можно использовать от 0 до 150 частей технологических масел на 100 частей всего полимера; от 0 до 100 частей в других вариантах и еще в других вариантах используют от 0 до 50 частей масла на 100 частей всего полимера. Большие количества технологического масла могут иметь тенденцию улучшать обработку получаемого продукта при утрате некоторых физических свойств. Дополнительные технологические вспомогательные средства включают обыкновенные воски, соли жирных кислот, такие как стеарат кальция или стеарат цинка, (поли)спирты, в том числе гликоли, простые эфиры (поли)спиртов, в том числе простые эфиры гликолей, (поли)сложные эфиры, в том числе сложные эфиры (поли)гликолей и соли металлов, главным образом, соли металлов группы 1 или 2 или соли цинка и их производные.

Композиции, включающие термопластичные смеси, также могут содержать антиозонаторы или антиоксиданты. Антиозонаторы могут представлять собой физические защитные средства, такие как воскообразные материалы, которые приходят в соприкосновение с поверхностью и защищают термопластик от кислорода или озона, или они могут представлять собой химические защитные средства, которые взаимодействуют с кислородом или озоном. Подходящие химические защитные средства включают модифицированные стиролом фенолы, бутилированный октилированный фенол, бутилированный ди(диметилбензил)фенол, пара-фенилендиамины, бутилированные продукты взаимодействия пара-крезола и дициклопентадиена (DCPD), полифенольные антиоксиданты, производные гидрохинона, хинолин, дифениленовые антиоксиданты, тиоэфирные антиоксиданты и их смеси. Некоторыми типичными торговыми марками таких продуктов являются антиоксидант WINGSTAY™ S, антиоксидант POLYSTAY™ 100, антиоксидант POLYSTAY™ 100 AZ, антиоксидант POLYSTAY™ 200, антиоксидант WINGSTAY™ L, антиоксидант WINGSTAY™ LHLS, антиоксидант WINGSTAY™ K, антиоксидант WINGSTAY™ 29, антиоксидант WINGSTAY™ SN-1 и антиоксиданты IRGANOX™. В некоторых приложениях предпочтительно применять нержавеющие и немигрирующие антиоксиданты и антиозонаторы.

Для обеспечения дополнительной стабильности относительно УФ-излучения можно также применять стерически затрудненные аминные светостабилизаторы (HALS) и УФ-поглотители. Подходящие примеры включают TINUVIN™ 123, TINUVIN™ 144, TINUVIN™ 622, TINUVIN™ 765, TINUVIN™ 770 и TINUVIN™ 780, доступные от Ciba Specialty Chemicals, и CHEMISORB™ T944, доступный от Cytex Plastics, Houston TX, USA. Дополнительно с HALS-соединением можно включать кислоту Льюиса для достижения лучшего качества поверхности, как раскрыто в патенте США №6051681.

Для некоторых композиций можно применять способ дополнительного перемешивания с целью предварительного диспергирования антиоксидантов, антиозонаторов, сажи, УФ-поглотителей и/или светостабилизаторов с образованием маточной смеси и последующим образованием из нее полимерной смеси.

Подходящие для данного применения сшивающие агенты (также обозначаемые как отвердители или вулканизирующие агенты) включают соединения на основе серы, на основе пероксида или на фенольной основе. Примеры вышеупомянутых материалов обнаружены в данной области, в том числе в патентах США №3758643, 3806558, 5051478, 4104210, 4130535, 4202801, 4271049, 4340684, 4250273, 4927882, 4311628 и 5248729.

Если в производстве гидрофильных полиуретановых пенопластов используют преполимеры с концевым изоцианатом, может быть предпочтительным включение сшивающего агента в преполимер, в отличие от его присутствия в гидроксильной композиции, предназначенной для взаимодействия с композицией изоцианат/преполимер. Таким образом, введение сшивающего агента может содействовать получению пенопласта с привлекательными механическими свойствами. Типичными примерами сшивающих агентов, подходящих для введения в преполимер, являются полиолы с низкой молекулярной массой, обычно имеющие среднее значение гидроксильной функциональности от 3 до 4, или амины с низкой молекулярной массой, обычно имеющие 3 или 4 аминных фрагмента. Сшивающие агенты могут включать глицерин, триметилолпропан и их алкоксилированные производные с низкой молекулярной массой. Можно также применять этилендиамин. В некоторых вариантах такой сшивающий агент может присутствовать в количестве от 0,1 до 5 мас.%; от 0,5 до 3 мас.% в других вариантах и от 1 до 3 мас.% еще в других вариантах от общего количества полиэфирполиола, сшивающего агента и необязательных модификаторов вязкости, предназначенных для взаимодействия с изоцианатом.

Другие преполимеры могут также включать агент роста цепи или сшивающий агент. Агент роста цепи можно применять для увеличения молекулярной массы полиуретанового преполимера посредством взаимодействия агента роста цепи с изоцианатной функциональностью в полиуретановом преполимере, т.е. удлинения цепи полиуретанового преполимера. Подходящий агент роста цепи или сшивающий агент обычно представляет собой соединение с низкой эквивалентной массой, содержащее активный водород и имеющее примерно 2 или более групп с активным водородом на молекулу. Агенты роста цепи обычно имеют 2 или более групп с активным водородом, тогда как сшивающие агенты имеют 3 или более групп с активным водородом. Группы с активным водородом могут представлять собой гидроксильные, меркаптильные или аминогруппы. Аминный агент роста цепи можно блокировать, заключить в капсулу или другим образом сделать его менее реакционноспособным. Другие материалы, в частности вода, могут функционировать, увеличивая длину цепи и, следовательно, могут являться агентами роста цепи.

Агенты роста цепи полиаминов могут быть выбраны из полиэфиров с концевым амином, таких как, например, JEFFAMINE® D-400 от Huntsman Chemical Company, аминоэтилпиперазин, 2-метилпиперазин, 1,5-диамино-3-метилпентан, изофорондиамин, этилендиамин, диэтилентриамин, аминоэтилэтаноламин, триэтилентетраамин, триэтиленпентаамин, этаноламин, лизин в любой из своих стереоизомерных форм и его соли, гександиамин, гидразин и пиперазин. В некоторых вариантах агент роста цепи можно применять в виде водного раствора.

При образовании полиуретановых дисперсий можно применять агент роста цепи в количестве, достаточным для взаимодействия с 0-100% изоцианатной функциональности, присутствующей в преполимере, считая, что один эквивалент изоцианата взаимодействует с одним эквивалентом агента роста цепи. Может быть желательно позволить воде действовать в качестве агента роста цепи и взаимодействовать с некоторым количеством или со всей присутствующей изоцианатной функциональностью. Можно необязательно применять катализатор для активирования взаимодействия между агентом роста цепи и изоцианатом. Если агенты роста цепи имеют более двух групп с активным водородом, то они также могут одновременно действовать в качестве сшивающих агентов.

Термопластичные композиции согласно вариантам изобретения могут также содержать органические или неорганические наполнители или другие добавки, такие как крахмал, тальк, карбонат кальция, стеклянные волокна, полимерные волокна (в том числе найлон, вискозное волокно, хлопок, полиэфир и полиарамид), металлические волокна, хлопья или частицы, расширяющиеся слоистые силикаты, фосфаты или карбонаты, такие как глины, слюда, диоксид кремния, оксид алюминия, алюмосиликаты или алюмофосфаты, углеродные нитевидные кристаллы, углеродные волокна, наночастицы, в том числе нанотрубки, волластонит, графит, цеолиты и керамические материалы, такие как карбид кремния, нитрид кремния или диоксид титана. Для лучшего связывания наполнителя можно также применять агенты сочетания на основе силана или другие.

Примеры обычных наполнителей включают измельченное стекло, карбонат кальция, тригидрат алюминия, тальк, бентонит, триоксид сурьмы, каолин, зольную пыль или другие известные наполнители. Подходящая загрузка наполнителя в полиуретановой дисперсии может составлять, например, от 0 до 200 частей наполнителя на 100 частей твердых веществ дисперсии (pphds). В некоторых вариантах наполнители можно загружать в количестве менее примерно 100 pphds и менее примерно 80 pphds в других вариантах. Добавление неорганических наполнителей может повышать производство пенопластового композита при больших скоростях сушки на поточной линии благодаря меньшему процентному содержанию воды, подлежащей удалению при сушке.

Необязательно можно применять смачивающий агент для наполнителя. Смачивающий агент для наполнителя может улучшать совместимость наполнителя и полиолефиновых или полиуретановых дисперсий. Полезные смачивающие агенты включают фосфатные соли, такие как гексаметафосфат натрия. Смачивающий агент для наполнителя можно включать при концентрации, по меньшей мере, примерно 0,5 частей на 100.

Для повышения вязкости полиуретановых и полиолефиновых дисперсий могут быть полезны загустители. Например, подходящие загустители включают ALCOGUM™ VEP-II (торговое обозначение Alco Chemical Corporation) и PARAGUM™ 241 (торговое обозначение Para-Chem Southerm, Inc.). Другие подходящие загустители могут включать производные целлюлозы, такие как продукты METHOCEL™ (торговое обозначение The Dow Chemical Company). Загустители можно применять в любом количестве, необходимом для получения дисперсии желательной вязкости.

Загустители можно применять, когда желательно регулировать вязкость водной фазы и содействовать транспортировке и распределению, например, наполнителей или волокон. Наполнители могут включать глины, диатомовую землю, карбонат кальция и минеральные волокна, такие как валластонит; водные латексы, такие как, например, стирол-бутадиеновый. Загустители могут включать природные продукты, например ксантановые смолы или химические агенты, например полиакриламидные полимеры и гели. Другие добавки включают вспомогательные средства для перемешивания и эмульгаторы.

Гидрофильные полиуретановые пенопласты можно получить в отсутствие катализатора. Однако если требуется, можно включить катализатор в преполимер с концевым изоцианатом/водную смесь посредством предварительного перемешивания с водной смесью или, по-другому, с преполимером, имеющим концевой изоцианат, но в этом случае только непосредственно перед использованием в реакции с водной смесью. Если требуется, катализатор добавляют в количестве, необходимом для модификации времени отверждения продукта взаимодействия и содействия достижению желательных физических характеристик пенопласта. Подходящие катализаторы могут включать бикарбонат натрия, третичные амины и металлоорганические соединения. Другие подходящие катализаторы могут включать n-метилморфолин, n-этилморфолин, триметиламин, триэтиламин, тетраметилбутандиамин, триэтилендиамин, диметиламиноэтаноламин, бензилдиметиламин, дилаурат дибутилолова и октоат олова(II).

Водную фазу можно также применять для введения в другие вещества, такие как жирные масла и функциональные добавки, за исключением волокон и наполнителей, если требуется модифицировать физические свойства получаемого полимера. Также могут присутствовать ароматические вещества или отдушки или другие такие вещества, которые можно детектировать по запаху, если бы таковые потребовались для конечного применения. Если для конечного применения требуется полимер, который имеет некоторые физиологически активные свойства, также можно использовать водную фазу для введения активных молекул, таких как, например, пестициды, инсектициды, гербициды, аттрактанты, феромоны, вещества, способствующие росту или регулирующие рост, или питательные вещества для растений или животных. Если получаемый полимер предназначен для использования в конечных применениях, где требуются электрические или люминесцентные свойства, то водную смесь можно применять для введения электролитов, чтобы придать полимеру электропроводность, или флуоресцентных или фосфоресцентных добавок, чтобы сделать полимер люминесцентным. Притом, что обычно такие дополнительные вещества вводят при помощи водной фазы, можно также применять аналогичным образом преполимер с концевым изоцианатом, если не превалируют вредные реакции или условия процессов.

Будучи необязательными для целей настоящего изобретения, некоторые компоненты могут быть высоко благоприятны для стабильности и износостойкости продукта в течение и после процесса производства. Например, в некоторых вариантах может быть высоко полезным включение антиоксидантов, биоцидов и консервантов.

Получение пены

Для получения пен из описанных выше дисперсий обычно используют газообразный пенообразующий агент. Примеры подходящих пенообразующих агентов включают газы и/или смеси газов, такие как, например, воздух, диоксид углерода, азот, аргон, гелий. Пенообразующие агенты обычно вводят в дисперсию при давлении газа выше атмосферного давления с образованием гомогенной пены, прилагая механические сдвиговые усилия в течение предварительно определенного времени обработки. При получении пен можно перемешать все компоненты дисперсии и затем можно подмешать в смесь газ, применяя такое оборудование как, например, установки для образования пены OAKES™, COWIE & RIDING™ или FIRESTONE®.

Пены можно получать из смесей дисперсия/ПАВ/необязательные добавки, применяя механический способ, например способ механического перемешивания с высоким сдвиговым усилием в атмосферных условиях с захватом воздуха или других газов водной фазой дисперсии или необязательным вдуванием газа в систему при перемешивании. Количество воздуха или другого газа (где желателен газ кроме воздуха или отличный от воздуха), которое можно включать в пену, может составлять в одном варианте по меньшей мере, 80 об.%, по меньшей мере, 85 об.% в другом варианте и, по меньшей мере, 90% от объема полученной пены еще в одном варианте. Сначала все компоненты, подлежащие использованию при получении пены, можно смешать вместе при спокойном перемешивании, чтобы избежать захвата воздуха.

Хорошо перемешав все ингредиенты, можно подвергнуть смесь механическому перемешиванию с высоким усилием сдвига. На данной стадии объемная вязкость смеси может увеличиться, так как в непрерывную водную фазу включается больше воздуха, пока не образуется нетекучая жесткая пена. Время перемешивания, необходимое для получения пены с желательной плотностью, может варьироваться в зависимости от количества и типа ПАВ, стабилизирующего пену, и величины механического сдвигового усилия. Можно применять любое механическое смесительное устройство, способное вбить воздух в загущенную водную дисперсию, например кухонный блендер/ручной миксер, миксер Хобарта, оснащенный проволочным взбивателем, или более крупномасштабную пенообразующую установку COWIE-RIDING™ Twin Foamer (Cowie Riding Ltd.). Коммерческие пенообразователи также могут позволить нагнетать в насадку воздух для перемешивания с высоким сдвиговым усилием с получением пены очень низкой плотности (менее 50 г/л).

Плотность пены можно определить, например, отбирая образцы пены в чашки предварительно определенного объема и массы, взвешивая заполненную пеной чашку и затем рассчитывая плотность образца. В коммерческих пенообразователях можно добавлять воздух непосредственно в перемешивающую насадку, содействуя получению пены с низкой плотностью. Скорость пенообразующего устройства можно повысить или понизить, чтобы добиться желательной плотности пены. В одном варианте плотность пены может составлять величину в диапазоне от примерно 0,04 до 0,15 г/см³ и от примерно 0,07 до 0,10 г/см³ в другом варианте. В других вариантах плотность пены может составлять от 0,05 до 0,09 г/см³. Получив желательную плотность пены, можно необязательно намазать пену на субстрат до превращения пены в пенопласт.

Вспененные пенопласты, содержащие полимеры, также можно получить, как раскрыто в PCT-заявке PCT/US 2004/027593 от 25 августа 2004 года и опубликовано в WO 2005/021622. В других вариантах полимеры также можно сшить, предпочтительно после образования пенопласта, любыми известными способами, такими как применение пероксида, пучка электронов, силана, азида, гамма-облучения, ультрафиолетового облучения или других методик сшивки. Полимеры также можно химически модифицировать, например, посредством прививки (применяя, например, малеиновый ангидрид (MAH), силаны или другой прививочный агент), галогенирования, аминирования, сульфонирования или другой химической модификации.

Стадии сушки и восстановления

В одном варианте пенопласт можно получить из пены, удаляя, по меньшей мере, часть жидкого/водного элемента пены, полученной, как раскрыто в настоящем описании. В других вариантах пенопласт можно получить из пены, удаляя, по меньшей мере, основную часть жидкого/водного элемента пены. Еще в других вариантах пенопласт можно получить, удаляя по существу весь жидкий/водный элемент. В различных вариантах можно удалить более 30 мас.%, более 50 мас.%, более 80 мас.%, более 90 мас.%, более 95 мас.%, более 98 мас.% или более 99 мас.% жидкого/водного элемента. Способы, которыми удаляют часть жидкости, можно выбирать таким образом, чтобы уменьшить до минимума величину сплющивания объема пены. В одном варианте пены можно высушить и преобразовать в пенопласты посредством нагревания в сушильной печи с нагнетанием воздуха при температурах, выбранных для оптимальной сушки. В одном варианте пену можно нагревать до температуры примерно от 60°C до 120°C.

Если природа термопластичной смолы позволяет, обработку можно проводить при самой высокой допустимой температуре, удаляя из пены воду так быстро, как это возможно, без нарушения вязкости частиц полиолефиновой смолы на поверхности пузырьков пены или не вызывая значительного (например, более 75-80 об.%) сплющивания частично высушенной пены. В другом варианте температуру сушки можно выбрать таким образом, чтобы она не превышала температуру плавления термопластичных волокон. В одном варианте может быть желательно сушить пену при температуре, которая приближается, но не превышает диапазон плавления термопластичной смолы. В другом варианте может быть желательно достичь температуры, где аморфные области в термопластичной смоле начинают сливаться с получением псевдосшивки с волокнами, и избежать или, по меньшей мере, минимизировать сплющивание пены до того, как пенопласт станет полностью "высушенным" в своем окончательном виде и измерении, и из пены выделится, по меньшей мере, 95 мас.% воды. В некоторых вариантах получаемый "высушенный" пенопласт может иметь плотность от примерно 0,025 до 0,5 г/см³; от 0,05 до 0,3 г/см³ в других вариантах; от 0,02 до 0,07 г/см³ в других вариантах и от примерно 0,03 до 0,05 г/см³ еще в других вариантах. В других вариантах пенопласты могут иметь плотность в диапазоне значений от 0,03 до 0,06 г/см³.

Некоторые варианты высушенного пенопласта могут иметь среднюю толщину от примерно 0,5 до 300 мм или более; в других вариантах от примерно 1 до 6 мм и от 0,01 до 2,5 см еще в других вариантах. Другие варианты высушенного пенопласта могут иметь среднюю толщину от 0,05 до 2,0 см и от 1 до 1,5 см еще в других вариантах. Изделия, содержащие варианты высушенного пенопласта, могут включать, по меньшей мере, один слой пенопласта, имеющий среднюю толщину от 0,1 до 2,5 см; в других вариантах от 0,5 до 2,0 см и от 1,0 до 1,5 см еще в других вариантах. В некоторых вариантах два или более пенопластов могут вместе образовывать слоистый материал; в различных вариантах два или более пенопластов могут иметь одинаковые или разные плотности, одинаковые или разные размеры пор или одинаковые или разные структуры (фибриллированные, с открытыми порами, с закрытыми порами и др.). Пенопласты с открытыми порами имеют соединенные поры или ячейки, тогда как пенопласты с закрытыми порами не имеют соединенных пор или ячеек. В других вариантах один или более пенопластов можно ламинировать на субстрат, например на пленку.

Сушку пены с образованием желательного пенопласта по данному описанию можно проводить периодическим или непрерывным способом. Можно применять для сушки приборы, включающие, например, обыкновенные осушительные печи с нагнетанием воздуха или блоки инфракрасных ламп нагревания, или диэлектрические нагревательные приборы, например, с радиочастотными (обычно работающие при дозволенных полосах частот в диапазоне 1-100 МГц) и микроволновыми (обычно работающие при дозволенных полосах частот в диапазоне от 400 до 2500 МГц) источниками генерации энергии, располагающимися внутри тоннеля или камеры, в которую можно поместить пену или через которую можно транспортировать пену, при непрерывном способе. Для сушки пены с образованием пенопласта можно применять комбинацию таких осушительных источников энергии, одновременно или последовательно. В одном варианте сушка включает одновременное использование диэлектрического устройства и осушительной печи с нагнетанием воздуха. Для пенопласта, имеющего толщину от примерно 0,25 до 0,6 см, сушку можно осуществить быстро, за 45-90 с, если печь с нагнетанием воздуха работает примерно при 75°C и радиочастотный генератор нагревает пену до внутренней температуры от примерно 45 до 50°C. Температуру операции сушки можно выбрать в соответствии с природой и диапазоном плавления полиолефиновой смолы (определяемым методом ДСК), используемой для получения пенопласта. Диапазоны частот диэлектрического нагревания, дозволенные для промышленного применения в различных странах, указаны более подробно в ссылке "Foundations of Industrial Applications of Microware and Radio Fraquency Fields", Rousy, G and Pierce, J.A. (1995).

В одном варианте абсорбирующая структура (пенопласт) может иметь непористую фибриллированную морфологию. Используемое в настоящем описании выражение "непористая фибриллированная структура" относится к пенопласту, имеющему открытую статистическую непористую морфологию, составленную из фибрилл или содержащую фибриллы или нитевидные волокна. Непористая фибриллированная структура может быть, например, неоднородной и непериодической, такой как структура, где фибриллы образуют нетканое полотно, подобное волокнистому материалу, и где большинство распорок не соединены.

В других вариантах раскрытые в настоящем описании пенопласты могут представлять собой пенопласты с открытыми порами, где размер большинства пор пенопласта составляет от примерно 5 до примерно 1000 мкм. В других вариантах пенопласт можно охарактеризовать как продукт, имеющий поры, большинство из которых являются по существу эллиптическими по форме.

Описанные в настоящем описании пенопласты могут прилипать к субстрату. В некоторых вариантах сила адгезии между пенопластом и субстратом может составлять 0,1 фунт-сила/дюйм или более. В других вариантах сила адгезии между пенопластом и субстратом может составлять 0,15 фунт-сила/дюйм или более и еще в других вариантах 0,2 фунт-сила/дюйм или более.

Другие пенопласты

Другие пенопласты, которые можно применять в раскрытых в настоящем описании вариантах, могут включать природные и синтетические пенопласты на основе целлюлозы, в том числе материалы, состоящие из природных растительных материалов, включая хлопок, древесину и другие природные волокна. В других вариантах можно применять пенопласты, полученные из дисперсий на водной основе, образованных из акриловых полимеров, стирол-бутадиенового каучука (SBR), полимеров винилацетата, поливинилового спирта, уретана, винилхлорида, винилиденхлорида или акрилонитрила. Еще в других вариантах пенопласты могут включать латексные пенопласты или природные губки.

ТЕКСТИЛЬНЫЙ СУБСТРАТ

Субстраты, которые можно применять в вариантах раскрытых в настоящем описании композитных структур, могут включать нетканые материалы, эластичные нетканые материалы и мягкие нетканые материалы. Нетканый текстиль представляет собой материал, который не является ни тканым, ни трикотажным. Нетканые материалы обычно производят, помещая небольшие волокна вместе в виде листа или полотна и затем связывая их механически при помощи адгезива или термически. В других вариантах субстраты могут включать ткани или другие текстильные материалы, пористые пленки и другие нетканые материалы, в том числе субстраты с покрытием. В некоторых вариантах субстрат может представлять собой мягкий текстиль, например мягкий или эластичный нетканый материал, такой как, например, эластомерный полиолефин или полиуретан. Тканые и/или трикотажные материалы, изготовленные из волокна, толщиной несколько микроденье, также могут обеспечить желательные характеристики субстрата.

В некоторых вариантах нетканые материалы могут представлять собой материалы на основе полиолефиновых монокомпонентных волокон, таких как полиэтилен. В других вариантах можно применять бикомпонентные волокна, например волокна, где центральная часть имеет в качестве основы полипропилен и оболочка может иметь в качестве основы полиэтилен. Следует понимать, что волокна, используемые в вариантах композитной структуры, могут быть непрерывными или не непрерывными, такими как штапельные волокна.

Один пример подходящего мягкого нетканого материала описан в WO 2005111282 A1, раскрывающей нетканый материал, имеющий устойчивость к распушке/истиранию менее 0,5 мг/см² и жесткость при изгибе, меньше или равную 0,043*(базовая масса) - 0,657 мН·см. Нетканый материал может иметь базовую массу более 15 г/м², прочность на растяжение в продольном направлении (MD) более 25 Н/5 см (при базовой массе 20 г/м²), и площадь отверждения менее 25%. В других вариантах можно получить нетканый материал, полученный спанбонд-способом, используя волокна с диаметром в диапазоне от 0,1 до 50 денье.

Дополнительный специфический пример подходящего мягкого нетканого материала описан в WO 2005111291 A1, раскрывающей нетканый материал, имеющий устойчивость к распушке/истиранию менее 0,7 мг/см² и жесткость при изгибе менее 0,15 мН·см. Нетканый материал может иметь базовую массу более 15 г/м², прочность на растяжение более 10 Н/5 см MD и 7 Н/5 см в поперечном направлении (CD) (при базовой массе 20 GSM) и площадь отверждения менее 25%. В других вариантах волокно от 0,1 до 50 денье можно получить из полимерной смеси, где полимерная смесь включает a) от 40% до 80 мас.% (от массы полимерной смеси) первого полимера, который представляет собой гомогенный интерполимер этилена/α-олефина, имеющий 1) индекс расплава от 1 до 1000 г/10 мин и 2) плотность от 0,87 до 0,95 г/см³; и b) от 60 до 20 мас.% второго полимера, который может представлять собой гомополимер этилена или интерполимер этилена/α-олефина, имеющий 1) индекс расплава от 1 до 1000 г/10 мин и 2) плотность, которая, по меньшей мере, на 0,01 г/см³ больше плотности первого полимера. Гомогенные полимеры этилена/α-олефина представляют собой полимеры, имеющие в некоторых вариантах показатель распределения композиции по ширине полотна (CDBI), по меньшей мере, примерно 70%, в других вариантах, по меньшей мере, примерно 80% и 100% еще в других вариантах. CDBI определяют в настоящем описании, как описано в патенте США №5246783 и WO 93/04486, применяя прибор, описанный в патенте США №5008204.

Кроме того, можно также применять полотно, имеющее физические свойства, аналогичные описанным выше свойствам. Структура полотна может быть образована из индивидуальных волокон, нитей или волосков, которые располагают пластами, но не идентифицируемым образом. Нетканые материалы или полотна получают многими способами, такими как раздувка расплава, спанбонд-способ, электропрядение и получение связанного прочеса. Базовая масса нетканых материалов в некоторых вариантах может составлять величину в диапазоне от 15 до 500 г/м²; от 20 до 250 г/м² в других вариантах и от 25 г/м² до величины больше 150 г/м² еще в других вариантах.

В некоторых вариантах можно применять эластичные нетканые материалы, такие как описаны в патенте США №6994763. Эластичный нетканый материал может иметь в качестве основы бикомпонентные волокна, где компонент сердцевины может представлять собой эластомерный полимер и компонент оболочки может представлять собой полиолефин. Нетканый материал может иметь базовую массу в диапазоне от 15 до 500 г/м² и может быть получен по спанбонд-технологии, которая имеет возможности бикомпонентного производства. Типичные примеры коммерчески доступных эластомеров для компонента сердцевины бикомпонентного волокна могут включать следующие полимеры: полимеры KRATON®, полимеры ENGAGE™, эластомеры VERSIFY™, олефиновые блок-сополимеры INFUSE™, полиолефиновые эластомеры VISTAMAXX™, полимеры VECTOR™, полиуретановые эластомерные материалы ("TPU"), полиэфирные эластомеры и гетерофазные блок-сополимеры. Типичные материалы для компонента оболочки могут включать гомо- и сополимеры на основе полиолефина. Полиолефиновые полимеры могут включать гомополимер полипропилена, статистические сополимеры полипропилена, ударопрочные сополимеры полипропилена и полиэтилены. В некоторых вариантах полиэтилены могут иметь плотность в диапазоне от 0,925 до 0,965 г/см³.

В других вариантах подходящие эластичные нетканые материалы можно получить из одного или нескольких "эластомерных" полимеров. Термин "эластомерный" обычно относится к полимерам, которые, будучи подвержены удлинению, деформируются или растягиваются внутри своего предела упругости. Например, ткани, полученные спанбонд-способом, образованные из эластомерных нитей, обычно имеют среднеквадратичное обратимое удлинение, по меньшей мере, примерно 75% в продольном направлении и обратимое удлинение ткани в поперечном направлении после 30% растяжения ткани и однократного растягивающего усилия. Преимущественно ткани, полученные спанбонд-способом и образованные из эластомерных нитей, обычно имеют среднеквадратичное обратимое удлинение, по меньшей мере, примерно 65% в продольном направлении и обратимое удлинение ткани в поперечном направлении после 50% растяжения ткани и однократного растягивающего усилия.

В некоторых вариантах субстраты могут включать тканые, трикотажные и нетканые волокнистые полотна. В других упоминаемых выше вариантах на субстраты можно наносить покрытие из упоминаемых выше полиолефиновых и полиуретановых дисперсий с образованием субстратов с покрытием из полиолефина или полиуретана, подходящих для вариантов раскрытых в настоящем описании композитных структур.

В других вариантах можно применять пленки с отверстиями в качестве слоя(ев) описанных в настоящем описании композитных структур или ламинатов. Применение пленок с отверстиями может повысить прочность структуры. Кроме того, пленки с отверстиями могут обеспечить подходящее ощущение для приложений, не требующих контакта с лицом или другой чувствительной кожей.

Описания пленок с отверстиями можно найти в WO 200080341 A1 и патентах США №3929135 и 4324246. Пленки с отверстиями могут включать тонкие полимерные пленки с небольшими отверстиями, расположенными с промежутками однородно по ширине пленки. Пленки с отверстиями обычно используют для применений в контактирующих с телом впитывающих и невпитывающих прокладках, таких как детские пеленки, прокладки для взрослых, страдающих недержанием, гигиенические салфетки или гигиенические прокладки, салфетки для лица, салфетки для тела, предметы одежды, простыни для больничных кроватей и подобное.

В других вариантах описанные в настоящем описании композитные структуры могут включать субстраты с покрытием из полиуретановых дисперсий и/или полиолефиновых дисперсий, таких как описанные выше, или с подобными покрытиями для повышенной износостойкости субстрата и повышенной мягкости.

Применяемые в композитных структурах нетканые субстраты могут включать моно- и бикомпонентные волокна, имеющие базовую массу в диапазоне от 15 до 500 г/м² в некоторых вариантах; от 20 до 250 г/м² в других вариантах; от 25 г/м² до 150 г/м² или более в некоторых вариантах и базовую массу в диапазоне от 25 до 60 г/м² в других вариантах. Базовую массу можно определить, измеряя массу ткани с известной площадью. Например, можно определить базовую массу согласно ASTM D 3776.

В других вариантах описанные в настоящем описании композитные структуры можно получить из субстрата, имеющего потери на истирание менее 0,7 мг/см²; менее 0,6 мг/см² в других вариантах и менее 0,5 мг/см² еще в других вариантах. Потери на истирание или количество пуха, получаемое при абразивной обработке, можно определить в тесте на истирание. Тест на истирание проводят посредством трения наждачной бумагой определенной зернистости поверхности образца с регулируемой силой. Образец взвешивают до и после теста и измеряют потерю массы для определения количества пуха, образовавшегося и удаленного с поверхности при помощи наждачной бумаги.

ИЗДЕЛИЯ

Композитные структуры, полученные из одного или нескольких из описанных выше субстратов, включающих пенопласт и тканевые субстраты, могут обладать балансом мягкости, массы и других свойств, которые могут включать стойкость к изгибу, коэффициент трения, устойчивость к распушке, толщину изолирующего слоя, объем и другое. В одном варианте композитная структура может включать нетканый субстрат, пенопластовый субстрат или их комбинации. В некоторых вариантах субстрат может иметь покрытие, пропитку или быть смешан с жидкостью, такой как раствор на основе мягкого ПАВ, или твердым веществом, например наполнителем.

В других вариантах композитные структуры могут включать, по меньшей мере, один слой субстрата и, по меньшей мере, один слой пенопласта с открытыми порами. Субстрат может включать нетканые материалы, ткани и подобное. Объединение пенопластов с открытыми порами с субстратом (например, неткаными материалами, тканями и др.) с получением салфеток или других изделий может придавать изделию дополнительную мягкость, толщину изолирующего слоя и объем. Можно добиться дополнительной толщины изолирующего слоя и объема при усилении и/или сохранении желательного, имеющегося ранее у самого субстрата ощущения от соприкосновения с поверхностью. Объединение пенопласта с открытыми порами может также повысить доступный объем пустот и/или площадь поверхности для включения и доставки активных агентов по сравнению с самим тканым или нетканым слоем.

В других вариантах композитные структуры могут включать слой пенопласта с открытыми порами, слой субстрата и, необязательно, по меньшей мере, одно очищающее ПАВ, активный агент или наполнитель, улучшающий свойства. Варианты композитной структуры могут демонстрировать желательную комбинацию эксплуатационных характеристик, включая высокую мягкость и большую толщину изолирующего слоя, и/или превосходную устойчивость к абразивному истиранию поверхности. Мягкая композитная структура с большой толщиной изолирующего слоя может быть подходящей для одноразовых и полуодноразовых применений, касающихся рынка средств индивидуального ухода, медицинских средств, транспортировки и хозяйственного предназначения. Композитная структура может также обладать способностью доставлять влажные активные агенты или сухие активные агенты, требующие увлажнения, для очищения, шлифования или медицинских применений.

В других вариантах композитная структура может включать непроницаемый слой субстрата. Например, термопластичная пленка или термопластичный пропитанный слой бумаги может создавать барьер между слоями композитной структуры. Непроницаемые слои субстрата можно с пользой применять там, где одна сторона структуры используется для доставки влажных или сухих активных агентов, а вторая сторона остается свободной от влажных или сухих активных агентов. Например, EP 0951228 раскрывает применение непроницаемого слоя в подушечках с ручками, которые можно использовать при применении средства для удаления лака с ногтя руки (ацетона), ограничивая при этом контакт кожи со средством для удаления лака. Непроницаемые слои можно также с пользой применять там, где требуется образование влажной/сухой салфетки.

Раскрытые в настоящем описании композитные структуры могут применяться для очищающих салфеток для контакта с кожей и могут включать влажные и/или сухие активные агенты. Раскрытые в настоящем описании композитные структуры можно также использовать для других применений, в том числе для детских салфеток, салфеток для рук, средств очищения твердых поверхностей для домашнего использования и промышленных очищающих салфеток.

Повышенная мягкость или лучшее ощущение ткани желательны также для применений помимо очищающих салфеток для кожи. Эти применения могут включать, но не ограничены этим, прокладки для аппликаторов, полировальные ткани, медицинские очищающие средства, транспортировочный/упаковочный материал для хрупких компонентов и прокладки для наложения лекарственных средств наружного применения. Кроме того, эти изделия можно применять в качестве средств для временного хранения отмеренных количеств жидких материалов.

Описанные выше пенопласты и/или покрытия (дисперсии и/или пены) можно применять в комбинации с субстратами (пенопластами и/или тканями), также определенными выше. Следующие процессы/технологии можно применять в производстве этих различных комбинаций. Описанные ниже способы типичны, и подробные описания методик можно найти в стандартных учебниках.

В одном варианте субстрат (пенопласт и/или ткань) может контактировать с жидкостью, например описанным ниже активным соединением, с образованием композитной структуры. Образующаяся композитная структура может иметь желательные свойства, такие как базовая масса, жесткость, коэффициент трения и устойчивость к распушке.

В некоторых вариантах композитные структуры можно получать методом экструзионного покрытия. Пену, например полиолефиновую пену, или влажный пенопласт, например полиуретановый пенопласт, можно экструдировать непосредственно на требуемый субстрат. Поверх пены или пенопласта можно наложить второй субстрат. Если необходимо, слои можно повторить. Затем можно нагреть сэндвичевый композит для высушивания пенопласта и слипания слоев.

В других вариантах композитные структуры можно получить способом нанесения покрытия с применением валков (ракельным ножом). Влажный пенопласт или пену можно нанести на непрерывную ленту субстрата, используя ракельный нож на фиксированной высоте над субстратом. Влажный пенопласт, непрерывно подаваемый с одной стороны ножа, создает непрерывный объем материала. Движущийся субстрат тянется под ножом из объема материала с толщиной получаемого покрытия, фиксированной высотой ножа. Если требуется, можно добавлять дополнительные слои субстрата или пенопласта. Затем можно высушить полученную структуру для удаления влаги и содействия адгезии.

В других вариантах композитные структуры можно получать адгезионным ламинированием. Высушенный пенопласт может быть адгезионно ламинирован на требуемый субстрат.

В других вариантах композитные структуры можно получить, нанося покрытие распылением. Пену или влажный пенопласт можно распылить на требуемый субстрат и затем высушить.

В других вариантах композитные структуры можно получить, нанося покрытие поливом. Влажный пенопласт или пену можно нанести путем непосредственного нанесения на движущуюся ленту или субстрат. Толщину покрытия регулируют скоростью подачи пены или влажного пенопласта и скоростью полотна субстрата под полотном покрытия.

В других вариантах композитные структуры можно получить способом периодического нанесения. Пену или влажный пенопласт можно наносить вручную на поверхность субстрата. Затем можно выровнять поверхность, применяя лезвие ножа и отмеряя бруски желательной толщины. Нож движется вдоль отмеренных брусков, удаляя влажный пенопласт с поверхности и создавая одинаковую высоту.

В других вариантах может быть желательно получить продукт, имеющий два или более слоев пенопласта. В некоторых вариантах слои пенопласта могут иметь одинаковую или разную плотность. В других вариантах можно ламинировать два или более слоев пенопласта.

Дополнительные методики обработки могут включать термоформование, тиснение, гидросплетение, эйрлейс-технологию, воздействие посредством инфракрасного нагревания и добавление поверхностных волокон, например методики ворсопечати.

Полученные композитные структуры могут иметь одно или более требуемых физических свойств. В некоторых вариантах полученные композитные структуры могут иметь благоприятную комбинацию требуемых физических свойств.

В некоторых вариантах можно получить композитную структуру из субстратов, имеющих базовую массу от 15 до 500 г/м². В других вариантах можно получить композитную структуру из субстратов, имеющих базовую массу от 20 до 250 г/м²; от 20 до 80 г/м² и от 25 до 50 г/м² еще в других вариантах. Базовую массу можно определить, измеряя массу ткани с известной площадью, где площадь составляет не меньше 50 мм². Например, базовую массу можно определить согласно ASTM D 3776.

В некоторых вариантах композитные структуры можно получить, объединяя жидкость, например активное вещество, с пенопластовым субстратом. В других вариантах композитные структуры могут включать один или более слоев пенопласта. В некоторых вариантах пенопласты и пенопластовые субстраты могут иметь толщину от 0,5 до 300 мм и от 1 до 6 мм еще в других вариантах. В некоторых вариантах полиолефиновые пенопласты и пенопластовые субстраты могут иметь плотность от 0,025 до 0,1 г/см³ и от 0,03 до 0,06 г/см³ в других вариантах. Полиуретановые пенопласты и пенопластовые субстраты в некоторых вариантах могут иметь плотность от 0,025 г/см³ примерно до 0,5 г/см³ и от 0,05 до 0,1 г/см³ в других вариантах. Плотность пенопласта можно определить, взвешивая образец высушенного пенопласта с известными размерами (объемом).

В некоторых вариантах композитные структуры могут иметь коэффициент трения по системе оценок Кавабата (KES) в диапазоне от 0,1 до 1,0 MIU. В других вариантах композитные структуры могут иметь коэффициент трения KES в диапазоне от 0,3 до 1,0 MIU; от 0,4 до 0,9 MIU в других вариантах и от 0,5 до 0,8 MIU еще в других вариантах. В некоторых вариантах композитная структура может иметь неровность поверхности KES в продольном или поперечном направлении менее 4,0 мкм. В других вариантах композитная структура может иметь неровность поверхности KES менее 3,5 мкм; менее 3,25 мкм в других вариантах и менее 3,0 мкм еще в других вариантах. Оценки свойств поверхности (сопротивление/помехи скольжению/трение) и контур поверхности (неровности) соответствуют определениям с применением тестера поверхности KES-FB4, где к образцу прилагается растягивающая нагрузка 20 гс/см. MIU обозначает коэффициент трения по шкале от 0 до 1, где большее значение MIU соответствует большему трению или сопротивлению и наличию помех скольжению. Что касается неровности поверхности KES, измеряемой в микронах, большее значение соответствует большей геометрической неровности поверхности.

В некоторых вариантах композитные структуры могут иметь упругость при сжатии по системе оценок Кавабата (KES) от 30% до 50%. В других вариантах композитные структуры могут иметь упругость при сжатии KES в диапазоне от 35% до 45% и от 37% до 43% еще в других вариантах. Упругость KES при сжатии определяют, применяя KES-FB3 компрессионный тестер, измерения проводят, прилагая различные нагрузки 0-10 гс/см² к образцам площадью 2 см². Упругость при сжатии соответствует проценту восстановления толщины материала после удаления приложенной нагрузки. Большие значения упругости при сжатии являются благоприятными и показывают более высокий процент восстановления после сжатия.

В некоторых вариантах композитные структуры могут иметь жесткость при сгибании (изгибе) менее 1000 мН·см для поперечного и продольного направления. В других вариантах композитные структуры могут иметь стойкость к изгибу менее 900 мН·см; менее 800 мН·см в других вариантах и менее 700 мН·см еще в других вариантах. Стойкость к изгибу является мерой энергии, необходимой для сгибания ткани до угла 41,5°, где энергия считается на единицу ширины ткани. Для определения стойкости к изгибу образец субстрата разрезают на куски величиной 25,4 мм × 152,4 мм и помещают на поднятую платформу, допускающую образование угла 41,5° ниже горизонтали платформы. Затем двигают образец вперед с платформы с постоянной скоростью до тех пор, пока безопорный конец образца не согнется до угла 41,5°. Длина при изгибе равна половине измеренной выступающей длины образца. Кроме того, рассчитывают базовую массу образца, как указано выше. Стойкость к изгибу рассчитывают по уравнению G = m × C³ 10^-3 (мН·см), где m обозначает базовую массу образца (г/м²) и C обозначает длину при изгибе образца в см. Ускорение, обусловленное силой тяжести (9,81 м/сек²), доходит до 10 м/сек² в определении данного уравнения. Стойкость к изгибу нетканого материала также измеряют в продольном и поперечном направлении.

В некоторых вариантах композитные структуры могут иметь прочность на продольное растяжение более 10 Н/5 см; более 12 Н/5 см в других вариантах и более 15 Н/5 см еще в других вариантах. Прочность на растяжение ткани можно определить, применяя, например, метод тестирования DIN53354. Прочность на растяжение измеряют, нарезая ткань на куски размером 5 см × 10 см, длинный край которых соответствует продольному направлению, удерживая ткань в зажимах устройства для определения растяжения и проводя измерения прочности на растяжение при скорости вытягивания 100 мм/мин.

В некоторых вариантах композитные структуры могут иметь прочность на растяжение в поперечном направлении более 10 Н/5 см; более 12 Н/5 см в других вариантах и более 15 Н/5 см еще в других вариантах. Прочность на растяжение ткани можно определить, например, применяя метод тестирования DIN53354. Прочность на растяжение измеряют, нарезая ткань на куски размером 5 см × 10 см, длинный край которых соответствует поперечному направлению, удерживая ткань в зажимах устройства для определения растяжения и проводя измерения прочности на растяжение при скорости вытягивания 100 мм/мин.

В некоторых вариантах композитная структура может иметь хорошую устойчивость к распушке. В некоторых вариантах композит может иметь распушку в испытании на истирание 0,7 мг/см² или менее 0,6 мг/см² в других вариантах; и 0,5 мг/см² еще в других вариантах. Тест на распушку в испытании на истирание соответствует мере массы волокон на единицу площади, удаленной из образца после абразивной обработки грубой поверхностью. Для определения распушки образец размером 11 см × 4 см взвешивают, помещают в тестер Sutherland Ink Rub Tester. Кусок наждачной бумаги подходящего размера с зернистостью 320 приклеивают к держателю с массой 2 фунта внутри тестера. Затем взвешенный держатель помещают на образец и далее включают тестер на истирание со скоростью 42 цикла в мин. Тестер производит всего 20 циклов. Затем удаляют с образца взвешенный держатель. Все отделившиеся волокна, остающиеся на поверхности образца, удаляют наложением и удалением липкой ленты. Затем регистрируют массу образца после трения. Количественное образование пуха рассчитывают как потерю массы образца на единицу площади образца. Желательными считаются меньшие значения образования пуха.

В некоторых вариантах композитная структура может иметь хорошее качество "на ощупь". В некоторых вариантах композитная структура может иметь значение "на ощупь", нормированное к объему образца, 25 гс/см³ или менее; 14 гс/см³ или менее в других вариантах; 13 гс/см³ или менее в других вариантах и 11 гс/см³ или менее еще в других вариантах. Кроме того, в некоторых вариантах композитные структуры могут иметь качество "на ощупь", нормированное к массе образца, 220 гс/г или менее; 160 гс/г или менее в других вариантах; 158 гс/г или менее в других вариантах и 118 гс/г или менее еще в других вариантах. Считают, что качество "на ощупь" является комбинацией сопротивления в результате трения поверхности, эластичности и сжимаемости материала ткани. Как описано в INDA 1^st 90,3 (95), тестер Handle-O-Meter (производства Thwing-Albert Instrument Co., West Berlin, NJ) измеряет указанные выше факторы, используя линейный вариационный дифференциальный преобразователь (LVDT) для детектирования сопротивления, которое обнаруживает полотно при протягивании образца материала в щель с параллельными краями. 3/2 цифровой вольтметр (DVM) показывает сопротивление непосредственно в граммах. Образцы композитов разрезают на три круглых образца площадью 50 см² и кондиционируют перед тестированием при 50% относительной влажности и 70°F. Ширину щели в тестере Handle-O-Meter устанавливают 20 мм. Определения проводят в каждом из четырех положений для каждого образца, если требуется в руководстве производителей по проведению теста на данной установке, и четыре определения суммируют, получая общее значение "на ощупь" для одного образца в граммах силы, при усреднении общего значения "на ощупь" для трех образцов. Затем это среднее значение "на ощупь" нормируют к массе и объему образца.

В некоторых вариантах композитная структура может иметь баланс мягкости и прочности. Например, композитная структура, полученная при контакте жидкости, например активного агента, с пенопластом или тканевым субстратом, может иметь сухую базовую массу от 25 до 150 г/м², жесткость при изгибе менее 1000 мН·см и коэффициент трения в диапазоне от 0,4 до 0,9 MIU. В других вариантах композитная структура также может иметь уровень распушки в испытании на истирание 0,7 мг/см² или менее. И в других вариантах композитная структура также может иметь неровность поверхности менее 3,5 SMD. Еще в других вариантах композитная структура также может иметь тест "на ощупь" менее 25 гс/см³.

Если композитная структура включает два или более слоев, то слои могут быть склеены вместе при помощи адгезивов или без них. В некоторых вариантах адгезия первого слоя к прилегающему второму слою может составлять 0,1 фунт-сила/дюйм или более. В других вариантах прочность адгезива может составлять 0,15 фунт-сила/дюйм или более и 0,2 фунт-сила/дюйм или более еще в других вариантах. Прочность адгезива или прочность к отслаиванию ламината является мерой энергии, необходимой для разделения слоев на единицу площади. Прочность адгезива соответствует средней нагрузке на единицу ширины связанной полосы, которая требуется, чтобы разделить связанные материалы, где угол отделения равен 180 градусам и скорость отделения составляет 6 дюйм/мин (ASTM D-903).

АКТИВНЫЕ АГЕНТЫ

Описанные композитные структуры, использующие приведенные выше методики пенообразования, субстраты и методики применения, могут также включать влажные или сухие активные агенты для повышения эффективности в рамках специфических конечных приложений. Активные агенты для прямого или последующего введения могут включать добавки для очищения, такие как ПАВ, наполнители, улучшающие свойства (например, отшелушивающие средства для абразивной обработки или добавки для пилинга кожи), спирты или масла; косметические добавки, такие как масла, увлажняющие агенты; добавки для очищения кожи, такие как масла для удаления макияжа; добавки, которые помогают восстановить кожу, подверженную стрессу, такие как соли цинка, ромашка, календула, алоэ вера, витамины и минералы; активные агенты для ухода за кожей, такие как белки (например, гидролизованный коллаген, эластин, кератин, соевые, кукурузные, пшеничные, овсяные, шелковые и синтетические пептиды), ботанические вещества (зеленый чай, семена винограда и подобные), полисахариды (такие как гиалуроновая кислота, фикополисахариды, b-1, 3-глюканы, хитозан) и ферменты (бромелаин, папаин, супероксиддисмутаза, субтилизин). Дополнительные активные агенты могут включать соединения, абсорбирующие влагу/запах, такие как силикагель, активированный уголь, цеолиты и др.

Эти активные агенты, такие как ПАВ, смягчающие средства, мыла, неорганические вещества, увлажнители, ароматические вещества, очистители, противомикробные агенты, витамины и наполнители, можно вводить в структуру, применяя многие механизмы. Введение активных агентов можно осуществить, применяя некоторые или все описанные ниже методики.

В некоторых вариантах активные агенты можно добавлять к водной фазе до вспенивания полиуретановой дисперсии, например, HYPOL*. В других вариантах активный агент можно добавлять к полиолефиновой дисперсии или полиуретановой дисперсии до пенообразование. В других вариантах активный агент можно добавить к полиуретановой дисперсии до нанесения на нетканый материал. В других вариантах активный агент можно добавить к полиуретановому преполимеру. В других вариантах активный агент можно добавить к композитной структуре, либо на поверхность пенопласта, либо в поры пенопласта, посредством постобработки или по стандартным методикам нанесения покрытия. В других вариантах активный агент можно добавить к нетканому субстрату, применяя стандартные методики нанесения покрытия. Еще в других вариантах активный агент можно добавить в виде дополнительного слоя или кармана внутри композитной структуры.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Первый слой субстрата DREAMEX® (эластичный нетканый материал на основе полиэтиленового сополимера, имеющий базовую массу 50 г/м², доступный от Corovin GmbH Corporation, Germany) помещают на силиконовую отделяемую бумагу. Затем помещают на субстрат трафарет размером 200 мм × 400 мм × 3,0 мм.

Получают пену, образованную из дисперсии на основе AFFINITY™, по следующей методике. Водную дисперсию полиолефинового пластомера получают в соответствии с процедурами, которые описаны в WO 2005021638. Получают дисперсию, используя AFFINITY™ EG 8200 (сополимер этилена-альфа-олефина, имеющий MI2 примерно 5 дг/мин и плотность примерно 0,87 г/см³). Дисперсионная система поверхностно-активных веществ включает UNICID® 350 (линейную карбоновую кислоту, доступную от Baker Petrolite), HYSTRENE® 4516 (жирную кислоту, доступную от Crompton Corp., Greenwich, Connecticut) и METHOCEL® (водорастворимый полимер метилцеллюлозы и гидроксипропилметилцеллюлозы, доступный от The Dow Chemical Company), используемые с загрузкой 2 мас.%, 1 мас.% и 0,35 мас.% соответственно в расчете на объединенную массу этиленового сополимера и системы поверхностно-активных веществ. Полученная водная дисперсия имеет содержание твердых веществ примерно 53 мас.%. Для получения пенопласта описанную выше дисперсию далее смешивают с 1 мас.% лаурилсульфата натрия (STEPANOL® WAT-K, доступного от Stepan Co.), от массы полимерных твердых веществ.

Добавляют примерно 160 г водной дисперсии в чашу с перемешиванием. Дисперсию перемешивают, применяя настольный миксер Хобарта при высокой скорости в течение 3 мин, задавая плотность пены 0,06 г/см³. Затем равномерно размазывают пену поверх трафарета и субстрата, используя шпатель, и трафарет удаляют. Затем поверх уже нанесенной пены помещают второй слой субстрата DREAMEX™. Далее композитную структуру помещают в печь с температурой 75°C на 25-30 мин, или пока температура поверхности не достигнет 70-75°C. Затем образец охлаждают до комнатной температуры и нарезают на образцы в виде дисков площадью 50 см², применяя круглый штамп.

Пример 2

Процедуры примера 1 повторяют с трафаретом 200 мм × 400 мм × 4,4 мм.

Пример 3

Процедуры примера 1 повторяют с трафаретом 200 мм × 400 мм × 5,5 мм.

Пример 4

Процедуры примера 1 повторяют с трафаретом 200 мм × 400 мм × 4,4 мм и проводят перемешивание, применяя настольный миксер Хобарта при высокой скорости в течение 1,5 мин, задавая плотность пены 0,091 г/см³.

Пример 5

Процедуры примера 1 повторяют с трафаретом 200 мм × 400 мм × 5,5 мм, первый субстрат представляет собой эластичный нетканый материал на основе полиэтиленового сополимера, имеющий базовую массу 50 г/м², и второй субстрат представляет собой эластичный нетканый материал на основе полиэтиленового сополимера, имеющий базовую массу 25 г/м².

Пример 6

Процедуры примера 1 повторяют с трафаретом 200 мм × 400 мм × 4,4 мм; перемешивание проводят, применяя настольный миксер Хобарта при высокой скорости в течение 1,5 мин, задавая плотность пены 0,091 г/см³; первый субстрат представляет собой эластичный нетканый материал на основе полиэтиленового сополимера, имеющий базовую массу 50 г/м²; и второй субстрат представляет собой эластичный нетканый материал на основе полиэтиленового сополимера, имеющий базовую массу 25 г/м².

Пример 7

Процедуры примера 1 повторяют с трафаретом 200 мм × 400 мм × 4,4 мм, первый субстрат представляет собой мягкий нетканый материал на основе полиэтиленового сополимера, имеющий базовую массу 19,3 г/м², и второй субстрат представляет собой мягкий нетканый материал на основе полиэтиленового сополимера, имеющий базовую массу 19,3 г/м².

Пример 8

Полиуретановый пенопласт получают, применяя преполимеры HYPOL* (доступные от The Dow Chemical Company, Midland, Michigan). Преполимеры HYPOL* взаимодействуют с соединениями, содержащими активный водород (такими как вода, спирты или амины). Для получения гидрофильного продукта отношение преполимера к водной фазе можно варьировать в широком диапазоне в зависимости от намеченной плотности получаемого полимера, желательных физических свойств и содержания изоцианата в композиции. Образцы пенопласта получают согласно приведенному ниже способу и оценивают.

Преполимер HYPOL* перемешивают с водным раствором, содержащим ПАВ при массовом соотношении 1:1. Пенопласты получают, применяя машину для двухкомпонентного литья при низком давлении для перемешивания преполимера HYPOL* с водным раствором, где HYPOL* сторона работает при температуре от 20 до 40°C и водная сторона работает при температуре от 5 до 25°C. Перемешанные компоненты распределяют по PP формам.

Чтобы разрезать мягкие влажные пенопластовые пучки (свежеполученные пенопласты из HYPOL* содержат остаточную воду из-за гидрофильной природы основной цепи полимера), пенопласты замораживают примерно при -25°C. Затем замороженные пенопласты режут ленточной пилой на листы толщиной 1 см (0,4 дюйма). Далее пенопластовые листы сушат при температуре от 60 до 70°C в течение нескольких часов. Тестовые образцы разрезают на маленькие диски из пенопластовых листов при помощи штампа. Образцы оставляют кондиционироваться при комнатной температуре (примерно 23°C) в течение 1 дня перед оценкой физических свойств.

Образцы салфеток с очищающим агентом

Очищающий агент получают, перемешивая компоненты следующим образом. Первый компонент включает 225 г деионизированной воды и 6 г Stepanquat ML (Quaternium 82). Второй компонент включает 6 г Ciba Salicare SC-95 (Polyquaternium-37, минеральное масло, PPG-1 Trideceth-6), 60 г Stepan Octyl Isonanoate (этилгексилизонаноат) и 3 г Goldschmidt Abil EM-9 (сополиол цетилдиметикон). Третий компонент включает 0,03 г Herbal lavender Q-12672, ароматического вещества, и 1,2 г Lonza Glydant, консерванта. Компонент 1 добавляют к компоненту 2 и перемешивают в течение примерно 20 мин, после чего добавляют компонент 3 и раствор гомогенизируют.

Пример 9

К продукту примера 3 добавляют очищающий агент таким образом, чтобы удовлетворялось отношение очищающего агента к объему субстрата: 0,15 г очищающего агента на 1 см³ субстрата.

Пример 10

К продукту примера 5 добавляют очищающий агент таким образом, чтобы удовлетворялось отношение очищающего агента к объему субстрата: 0,15 г очищающего агента на 1 см³ субстрата.

Пример 11

К продукту примера 7 добавляют очищающий агент таким образом, чтобы удовлетворялось отношение очищающего агента к объему субстрата: 0,15 г очищающего агента на 1 см³ субстрата.

Пример 12

К продукту примера 8 добавляют очищающий агент таким образом, чтобы удовлетворялось отношение очищающего агента к объему субстрата: 0,15 г очищающего агента на 1 см³ субстрата.

Пример 13

Мягкий нетканый субстрат получают, применяя описанную выше дисперсию 2-1-1 на основе AFFINITY™, разбавленную деионизированной водой, получая содержание твердых веществ примерно 5% (примерно 90 г воды на 10 г дисперсии POD). Мягкий нетканый материал (Haberer/386 ELITE 5600), использующий сополимер на основе полиэтилена и базовую массу 20 г/м², погружают в разбавленную дисперсию, вынимают и оставляют сушиться на воздухе в течение 24 час, получая субстрат с полиолефиновым покрытием, имеющий массу сухого покрытия примерно 0,22 г твердого вещества на грамм нетканого материала.

Первый слой мягкого нетканого субстрата с полиолефиновым покрытием помещают на силиконовую отделяемую бумагу. Затем бруски толщиной 4,7 мм помещают на расстоянии 300 мм от субстрата, который размещен на снимаемой бумаге.

Пены, образованные из дисперсии на основе AFFINITY™, получают по следующей методике. Примерно 100 г дисперсии добавляют в чашу с перемешиванием. Дисперсию перемешивают, применяя настольный миксер Хобарта при высокой скорости в течение 3 мин, задавая плотность пены 0,095 г/см³. Затем пену равномерно размазывают по субстрату, применяя шпатель, и бруски убирают. Затем помещают второй слой субстрата нетканого материала с полиолефиновым покрытием поверх уже нанесенной пены. Затем помещают композитную структуру в печь с температурой 75°C в течение 25-30 мин или до достижения температуры поверхности 70-75°C. Далее образец охлаждают до комнатной температуры и нарезают на образцы в виде дисков площадью 50 см², применяя круглый штамп.

Пример 14

Гидрофильную водную поли(карбамид/уретановую) дисперсию (HYPOL), доступную от The Dow Chemical Company, Midland, Michigan), полученную с использованием непрерывного способа механического диспергирования, описанного, например, в патентах США №5339021, 5688842, 5959027 и 6087440, разбавляют деионизированной водой, получая примерно 5% содержание твердых веществ (примерно 75 г воды на 25 г поли(карбамид/уретановой) дисперсии. Мягкий нетканый материал (Haberer/386 ELITE 5600), использующий сополимер на основе полиэтилена и имеющий базовую массу 20 г/м², погружают в разбавленную дисперсию, вынимают и оставляют сушиться на воздухе в течение 24 час, получая субстрат с полиуретановым покрытием, имеющий массу сухого покрытия примерно 0,27 г сухого вещества на грамм нетканого материала.

Первый слой субстрата мягкого нетканого материала с полиуретановым покрытием помещают на силиконовую отделяемую бумагу. Затем бруски толщиной 4,7 мм помещают на расстоянии 300 мм от субстрата, который помещают на отделяемую бумагу.

Пены, образованные из дисперсии на основе AFFINITY™, получают по следующей методике. Примерно 100 г дисперсии добавляют к чаше с перемешиванием. Дисперсию перемешивают, применяя настольный миксер Хобарта при высокой скорости в течение 3 мин, задавая плотность пены 0,095 г/см³. Затем пену равномерно намазывают на субстрат, применяя шпатель, и бруски убирают. Затем помещают второй слой субстрата нетканого материала с полиуретановым покрытием поверх уже нанесенной пены. Затем помещают композитную структуру в печь с температурой 75°C на 25-30 мин или пока температура поверхности не достигнет 70-75°C. Затем образец охлаждают до комнатной температуры и нарезают на образцы в виде дисков площадью 50 см², применяя круглый штамп.

Пример 15

Образцы полиолефинового пенопласта получают пенообразованием 150 г описанной выше дисперсии 2-1-1 на основании AFFINITY™. Дисперсию перемешивают в течение 3 мин, применяя на высокой скорости кухонный миксер Хобарта, оснащенный проволочным взбивателем, и получая пену с плотностью 0,10 г/см³. Полученную пену наносят на силиконовую отделяемую бумагу, используя трафарет 20,2 см × 20,2 см × 0,5 см. Оформленный слой пены затем сушат в течение 30 мин при 75°C.

Полученный пенопласт затем нарезают на образцы 4 дюйма × 4 дюйма и помещают поверх гидрофильного PGI нетканого субстрата, полученного спанбонд-способом. Дополнительный слой нетканого материала помещают поверх пенопласта. Затем загибают края образцов, применяя машину для термосварки, получая квадратный карман с пенопластом внутри.

В одном образце нетканый материал загибают при нагревании непосредственно к внутреннему слою пенопласта, в другом примере нетканый материал загибают при нагревании вокруг пенопласта на внутренней стороне. В этом последнем образце пенопласт не прилипает к нетканому материалу, но заключен в оболочку нетканого материала. В первом образце пенопласт связан с нетканым материалом по периметру, при этом центр пенопласта не приклеен к нетканому материалу.

Пример 16

Процедуры примера 1 повторяют с трафаретом 200 мм × 400 мм × 4,4 мм, где первый субстрат представляет собой эластичный нетканый материал на основе полисополимера этилена, имеющий базовую массу 50 г/м², и второй субстрат представляет собой эластичный нетканый материал на основе полисополимера этилена, имеющий базовую массу 25 г/м².

Продукты сравнения

Продукты, имеющиеся на рынке, идентифицируют и сравнивают с образцами, полученными в примерах 1-16. Пять идентифицированных продуктов обозначают как образцы сравнения 1-5. Конкретно эти продукты представляют собой образец сравнения 1) повседневные очищающие подушечки NEUTROGENA® Pure Glow Daily Cleansing Cushion; образец сравнения 2) повседневные ткани для глубокой очистки лица OLAY® Daily Facials Deep Cleansing Cloths; образец сравнения 3) салфетки для очищения лица и удаления макияжа PONDS® Clean Sweep Cleansing & Makeup Removing Towlettes; образец сравнения 4) повседневные подушечки для мягкого отшелушивания и очищения лица DOVE® Gentle Exfoliating Daily Facial Cleansing Pillows и образец сравнения 5) повседневные ткани для глубокой очистки пор BIROE™ Pore Perfect Daily Deep Pore Cleansing Cloths.

Проведено тестирование физических свойств образцов сравнения и образцов, полученных в описанных выше примерах. Полученные данные обсуждаются в трех приведенных ниже разделах: сенсорное тестирование экспертами, исследования физических свойств и тестирование по системе оценок Кавабата (KES). Различные методы исследования обеспечивают механизм для описания преимуществ, которые имеют раскрытые в настоящем описании композитные структуры над имеющимися продуктами.

Сенсорное тестирование экспертами

Сенсорное тестирование экспертами дает систему ускоренной систематизации для сравнения продуктов примеров с образцами сравнения при прикосновении человека. В рамках этих данных сравнивали следующие характеристики: трение руками, глубина вдавливания, наполненность/объем, жесткость и термическое ощущение. Данные характеристики важны для восприятия мягкости. Желательно обеспечить продукт, который имеет низкую оценку при трении руками, высокую по глубине вдавливания, высокую по наполненности/объему, низкую по жесткости и высокую по термическому ощущению (или "наиболее теплый по ощущению").

Данные результаты показывают, что сухие продукты примеров имеют более высокие оценки по глубине вдавливания, высокие по наполненности/объему, меньшие по ощущению теплоты и оценки от сравнимых до более высоких при трении руками, чем для образцов сравнения. Результаты также показывают, что продукты примеров имеют низкие оценки по жесткости по сравнению с более громоздкими, более объемными образцами сравнения.

Эти тенденции сохраняются для продуктов примеров, которые содержат включенный очищающий раствор, т.е. влажных образцов, за исключением ощущения теплоты и трения руками. Данные характеристики сдвигаются в сторону «сравнимых» для обеих характеристик с характеристиками для влажных образцов сравнения. Данные для влажных и сухих образцов показывают, что везде продукты примеров имеют более желательные характеристики мягкости, чем образцы сравнения, в особенности баланс толщины изолирующего слоя и эластичности.

Набор сенсорных ощущений человека используют для оценки характеристик изделия, полагая, что они связаны с восприятием мягкости. Характеристики определяют следующим образом. Двадцать четыре квалифицированных члена комиссии оценивают образцы при случайном порядке презентации и случайной трехзначной маркировке образцов. Образцы оценивают по ощущению трения руками или скользкости, глубине вдавливания, наполненности и объему, жесткости, термическим характеристикам.

Ощущение при трении руками оценивают при движении руки человека по поверхности композитной структуры. Образец помещают на плоский стол, вверх стороной, подлежащей оценке. Используя массу руки и предплечья, двигают рукой горизонтально по поверхности во всех четырех направлениях параллельно краям. Скользкость оценивают на основании отсутствия помех движению по шкале от 1 до 6, где 1 соответствует минимальному количеству помех движению (наиболее скользкий) и 6 соответствует наибольшему количеству помех движению.

Глубину вдавливания характеризуют, оценивая величину вдавливания образца при приложении направленной вниз силы. Образец помещают на плоский стол. Кончиками пальцев осторожно давят вниз на центр образца. Затем направленную вниз силу убирают. Глубину вдавливания оценивают по шкале от 1 до 6, где 1 соответствует минимальной величине вдавливания и 6 соответствует максимальному вдавливанию.

Наполненность и объем оценивают на основании количества материала образца, осязаемого в руках при манипуляции. Образец помещают на плоский стол. Затем человек кладет доминантную руку поверх образца, располагая ее таким образом, чтобы пальцы были направлены к краю образца. Затем пальцы сжимают, собирая образец композита пальцами по направлению к ладони. Далее применяют недоминантную руку, заталкивая образец в сложенную чашкой доминантную руку. Затем доминантную руку слегка закрывают и проводят манипуляции с образцом, переворачивая образец в ладони. Наполненность и объем также определяют по шкале от 1 до 6, где 1 соответствует минимальному заполнению (малый объем) и 6 соответствует максимальному заполнению (большой объем).

Жесткость оценивает степень, с которой ощущается колкость, складчатость или хруст образца. Образец размещают в плоском положении, и человек кладет свою доминантную руку поверх образца; располагая ее таким образом, чтобы пальцы были направлены к краю образца. Затем пальцы сжимают, собирая образец композита пальцами по направлению к ладони. Далее применяют недоминантную руку, заталкивая образец в сложенную чашкой доминантную руку. Затем доминантную руку слегка закрывают и проводят манипуляции с образцом, переворачивая образец в ладони. Жесткость также определяют по шкале от 1 до 6, где 1 соответствует минимальной жесткости (наиболее пластичный) и 6 соответствует максимальной жесткости (наименее гибкий).

Термические характеристики оценивают различие в нагревающем или охлаждающем действии, ощущаемое, когда образец прикасается к коже. Человек держит образец на ладони в плоском положении. Другую руку человек кладет поверх первой руки и оценивает температурный эффект. Термические характеристики оценивают по шкале от 1 до 6, где 1 соответствует самому холодному ощущению и 6 соответствует самому теплому ощущению.

Оцененные образцы представлены в таблице 2 вместе с результатами (средними) экспертом. Глубину вдавливания, наполненность/объем и жесткость оценивали по указанным выше шкалам. Толщину образца определяли количественно, прилагая силу 0,05 фунт на квадратный дюйм на площадь с диаметром 1 дюйм, применяя линейный измерительный прибор. Эти измерения толщины включены для справки.

Таблица 2 Образец Описание образца Толщина образца (мм) Трение руками Глубина вдавливания Наполненность/объем Жесткость Пример 2 Эластичный нетканый PFF низкой плотности 3,1 3,75 3,13 3,13 2,75 Пример 4 Эластичный нетканый PFF высокой плотности 3,5 3,63 3,38 3,96 4,54 Пример 1 Эластичный нетканый PFF низкой плотности 1,9 3,58 1,29 1,54 2,33 Пример 3 Эластичный нетканый PFF низкой плотности 4,3 2,83 4,83 4,63 2,63 Пример 7 Мягкий нетканый PFF низкой плотности 1,3 1,21 2,38 1,75 2,75

Эластичные нетканый материал (примеры 1, 2, 3 и 4) дает более высокую оценку ощущению при трении руками (больше помех движению) (>2,8), чем мягкий нетканый материал (1,2). Более толстые слои пенопласта дают большую глубину вдавливания, указывая на большее ощущение "подушечки". Например, 5,5 мм образец (пример 3) имеет оценку 4,83, тогда как 3,0 мм образец (пример 1) имеет оценку 1,29.

Пенопласт высокой плотности (пример 4) дает большее ощущение жесткости. Например, пенопласт низкой плотности имеет оценку 2,75, тогда как пенопласт высокой плотности имеет оценку 4,54. Наполненность/объем коррелируют с толщиной и плотностью пенопласта, но нетканость также оказывает небольшое влияние.

Описанные выше образцы сравнивают с коммерчески доступными изделиями. Коммерчески доступные салфетки стирают для удаления ПАВ и других агентов и затем сушат на воздухе. Далее образцы разрезают на круги с диаметром 8 см, если возможно. Образцы, недостаточно большие для разрезания, оценивают при полученных размерах. Образцы композитов также разрезают на круги с диаметром 8 см. Также оценивают коммерчески доступные образцы, результаты оценок приведены в таблице 3.

Таблица 3 Образец Описание образца Толщина образца (мм) Трение руками Глубина вдавливания Наполненность/ объем Жесткость Сравн. обр. 1 NEUTROGENA® 3,4 4,25 3,92 4,04 3,58 Сравн. обр. 2 OLAY® 0,9 3,58 2,92 3,08 3,58 Сравн. обр. 3 PONDS® 0,6 2,17 2,25 1,79 1,46 Сравн. обр. 4 DOVE® 2,8 2,54 4,29 4,71 4,83 Сравн. обр. 5 BIROE'™ 0,5 2,46 1,63 1,34 1,54

Коммерчески доступные образцы демонстрируют результаты в широком диапазоне. Сравнительные образцы 1 и 4 имеют более высокие значения для глубины вдавливания, наполненности/объема и жесткости, и поэтому их сравнивали непосредственно с образцами, оцененными выше (таблица 2). Образец сравнения 3 также включен, так как он представлен более типичной структурой, доступной коммерчески. Результаты данного сравнения показаны в таблице 4.

Таблица 4 Образец Описание
образца Толщина (мм) Трение руками Глубина вдавливания Наполненность/
объем Жесткость Пример 4 Эластичный нетканый PFF высокой плотности 3,5 5,33 4,88 4,83 3,92 Пример 3 Эластичный нетканый PFF низкой плотности 4,3 5,29 5,79 5,54 2,88 Пример 7 Мягкий нетканый PFF низкой плотности 1,3 2,29 4,13 3,08 2,54 Сравн. обр. 1 NEUTROGENA® 3,4 3,25 2,25 2,92 4,92 Сравн. обр. 3 PONDS® 0,6 2,75 1,17 1,00 1,42 Сравн. обр. 4 DOVE® 2,8 2,25 2,79 3,63 5,33

Также проведено дополнительное исследование, включающее оценку неламинированного образца полиуретанового пенопласта HYPOL* (пример 8), а также эластичного нетканого материала с меньшей базовой массой на основе полиолефинового пенопласта (пример 5). В данном исследовании в оценку образцов включена характеристика свойства "ощущения теплоты", результаты показаны в таблице 5.

Таблица 5 Образец Описание образца Толщина образца (мм) Трение руками Глубина вдавливания Термическая характеристика Наполненность/объем Жесткость Пример 3 Эластичный нетканый (50 г), низкой плотности, 5,5 мм 4,3 3,76 4,33 2,38 5,29 3,57 Пример 5 Эластичный нетканый (25 г), низкой плотности, 5,5 мм 3,5 3,62 4,67 1,76 4,67 3,14 Пример 8 HYPOL пенопласт 5,8 6,00 6,00 2,76 4,33 2,14 Сравн. обр.1 NEUTROGENA® 3,4 2,81 2,19 4,14 2,43 4,95 Сравн. обр.3 PONDS® 0,6 2,71 1,14 5,10 1,24 1,38 Сравн. обр.4 DOVE® 2,8 2,10 2,67 4,86 2,90 5,81

Ламинированные композитные структуры (примеры 3, 4, 5 и 7) и пенопласт HYPOL* (пример 8) имеют более высокие оценки по глубине вдавливания и наполненности/объему относительно коммерческих образцов. И несмотря на увеличенный объем и толщину изолирующего слоя данных образцов они имеют лучшие оценки жесткости, чем коммерческие сравнительные образцы. Увеличивающаяся жесткость воспринимается как негативная характеристика для мягкости. Таким образом, данные демонстрируют увеличение объема/толщины изолирующего слоя без возрастания жесткости, в результате чего для композитных структур получают общее ощущение большей мягкости.

Также проводилось исследование с целью оценки таких свойств образцов, как ощущение на ощупь при включении системы жидких поверхностно-активных веществ. Результаты показаны в таблице 6. Все эти образцы содержат стандартную композицию для очищения лица, включенную в салфетку. Сравнительные образцы стирают и сушат на воздухе для удаления имеющегося очищающего агента. Очищающую композицию включают во все образцы при одинаковой загрузке на единицу объема, 0,15 г очищающего агента на 1 см³ субстрата. Это делают для минимизации варьирования ощущения на ощупь вследствие загрузки очищающего агента.

Включение очищающей композиции снижает степень воспринимаемого различия в некоторых из оцениваемых характеристик, таких как трение руками. Однако очевидны одинаковые тенденции между сухими и влажными образцами, в частности образцы имеют более высокие оценки по характеристикам толщины изолирующего слоя при сохранении уровня эластичности, чем сравнительные образцы.

Исследование физических свойств

Исследование физических свойств включают с целью описания физических характеристик образца по изобретению по сравнению с образцами сравнения; включены следующие характеристики: жесткость при изгибе; уровень распушки, ощущение на ощупь, восстановление после сжатия и прочность на разрыв при растяжении. Конкретно жесткость при изгибе является мерой эластичности продуктов, уровень распушки является мерой способности продуктов быть устойчивыми при носке или не генерировать пух, ощущение на ощупь является совокупной мерой ощущения при трении поверхности продуктов, сжимаемость и эластичность, восстановление после сжатия является мерой способности продуктов восстанавливать толщину изолирующего слоя/толщину после сжатия, и прочность на разрыв при растяжении является мерой устойчивости продукта при использовании и изъятии из упаковки. В рамках заявки желательно иметь низкую жесткость при изгибе; низкое образование пуха, ощущение малого объема и массы образца на ощупь, высокую способность восстановления после сжатия и хорошую прочность на разрыв при растяжении.

Проводят ряд исследований физических/механических свойств для обеспечения дополнительных сравнительных данных между продуктами примеров и образцами сравнения. Литературные исследования показали корреляции между физическими свойствами, такими как прочность на растяжение, коэффициент трения, определения при заложении складок и раздавливании, и восприятием мягкости. Кроме того, проводят тест на истирание для определения, сдирается ли поверхность образца при трении. Несмотря на то что данное свойство не ассоциируется с ощущением мягкости, оно является негативной характеристикой.

Тест на стойкость к изгибу является мерой жесткости, так как в нем определяют, какой длины полоска образца может нависать над краем до сгибания полоски. К сожалению, некоторые коммерчески доступные сравнительные образцы имеют недостаточный размер для теста на стойкость к изгибу. Образец сравнения 3 (PONDS®) представляет собой более простую нетканую модель, которая является очень эластичной, но имеет низкий объем/наполненность. Результаты теста на стойкость к изгибу показаны на фиг.4. Данные для образцов, полученных из композитов примеров 2 и 4, показывают, что концепция с пенопластом низкой плотности является менее жесткой, чем с пенопластом высокой плотности, что согласуется с приведенными выше результатами экспертов по сенсорным исследованиям. Имеется также различие жесткости в продольном (MD) и поперечном (CD) направлениях.

Тест на истирание дает указание, обдирается ли поверхность изделия при трении или нет. Опять же, для многих из наиболее существенных коммерческих образцов невозможно найти образец соответствующего размера. Тест на истирание проводят посредством трения наждачной бумагой определенной зернистости по поверхности образца с регулируемой силой. Образец взвешивают до и после теста и измеряют потерю массы для определения количества образовавшегося и удаленного с поверхности пуха при обработке наждачной бумагой.

Результаты теста на устойчивость к распушке показаны на фиг.5 и указывают на улучшение устойчивости поверхности к обдиранию с применением эластичного нетканого субстрата на основе пенопласта высокой плотности (пример 4). Оцениваемый сравнительный образец представляет собой нетканый PET, полученный спанлейс-способом. Спанлейс-способ основан на механическом переплетении волокна с образованием нетканого листа, и для скрепления волокон вместе не используется химических или плавящихся связующих. Как таковые, эти волокна более восприимчивы к трению и к удалению из матрицы, что является причиной более высоких значений при определении уровня распушки. В эластичном нетканом материале, применяемом, как описано в патенте США №6994763, используют для связи волокон нетканого материала расплавленные точки скрепления. Эти точки скрепления снижают удаление волокон при проведении теста на истирание, давая меньший уровень распушки, который для нетканого материала данного типа обычно составляет от 0,35 до 0,4 мг/см². Как показано, уровень распушки данного нетканого материала лишь немного увеличен до 0,44 мг/см², если включен в качестве ламината в образец пенопласта высокой плотности (пример 4). Уровень распушки повышается более значительно, когда эластичный нетканый материал применяют в комбинации с пенопластом низкой плотности, имеющим уровень распушки 0,91 мг/см². Это показывает, что жесткость и/или плотность лежащего в основе материала оказывает влияние на уровень распушки поверхности субстрата и что пенопласт более высокой плотности дает лучшие характеристики распушки, более близко приближающиеся к характеристикам нетканой основы.

Эти данные показывают, что улучшенные характеристики относительно трения эластичного нетканого материала по сравнению с нетканым материалом, полученным спанлейс-способом, можно сохранить несмотря на увеличение толщины изолирующего слоя или толщины, которую определяют в приведенных выше исследованиях экспертов на ощупь. Сохранение данного улучшения зависит от плотности лежащего в основе материала.

Считается, что определение на ощупь является комбинацией сопротивления в результате трения поверхности, эластичности и сжимаемости материала ткани. Данное измерение на ощупь также используют для описания мягкости нетканых изделий (например, в патентах США №6241780 и 6779718 и WO 2006065563 A1). Характеристика образца на ощупь равна сумме силы, необходимой для протаскивания образца через щель фиксированной ширины в каждой из четырех ориентаций, как описано производителями прибора. Общая оценка образца на ощупь основана на среднем значении для трех экземпляров образца. Обычно сообщают именно эту полученную общую оценку на ощупь в граммах силы, однако это предполагает одинаковый уровень однородности между значениями массы образца на единицу площади и объемом в сопоставлении. Повышения общего объема образца по сравнению с постоянной фиксированной шириной щели оказывают влияние на общую оценку на ощупь, сообщаемую для образца. Кроме того, изменения между массами образцов на единицу площади оказывают влияние на общую оценку на ощупь, сообщаемую для образца. Для объяснения вариаций в объеме образцов и/или массе образцов на единицу площади лучшим определением для сравнения является общая оценка на ощупь, сообщаемая для образца, нормированная к этим факторам, объему и массе на единицу площади. Желательно иметь меньшую оценку на ощупь на единицу объема и на единицу массы на площадь.

На фиг.6 и 7 показаны определенные оценки на ощупь на кубический сантиметр образца, определенные оценки на ощупь на базовую массу (г/м², гсм) соответственно. Эти данные показывают, что продукты примеров обеспечивают меньшее значение оценки на ощупь на базовую массу образца и на объем образца, чем образцы сравнения. Эта мягкость/эластичность на объем/наполненность также видна в данных на ощупь, полученных экспертами.

Упругость при сжатии KES обеспечивает определение способности материалов возвращать исходную толщину своего изолирующего слоя после сжатия. Чем выше упругость при сжатии, тем лучше материал может сохранять толщину изолирующего слоя и восприятие мягкости при применении. Результаты определений упругости при сжатии KES показаны на фиг.8. Данные показывают, что продукты примеров дают характеристики от аналогичных до более хороших по сравнению с образцами сравнения. Этой улучшенной упругости при сжатии достигают при большей толщине изолирующего слоя, как видно по результатам на ощупь, полученным экспертами.

PPT тест на разрыв дает определение прочности на разрыв нетканой системы, измеряемой как общая нагрузка, средняя пиковая нагрузка и средняя нагрузка. Результаты PPT теста на разрыв приведены на фиг.9-11. Данные показывают, что продукты примеров обеспечивают большую общую PPT прочность на разрыв, чем прочность оцениваемых сравнительных образцов. Большее значение общей PPT прочности на разрыв в рамках применения является показателем преимущества износостойкости по сравнению со сравнительными образцами. Это преимущество износостойкости достигается при большей толщине изолирующего слоя, как видно по результатам на ощупь, полученным экспертами.

Количественные характеристики свойств поверхности (коэффициент трения) и контура поверхности (неровность) для некоторых продуктов примеров и образцов сравнения определяют, применяя тестер поверхности KES-FB4, где к образцу прилагают усилие растяжения 20 гс/см. Коэффициент трения приводят в MIU, величину коэффициента трения определяют по шкале от 0 до 1, где большее значение MIU соответствует большему трению или сопротивлению и наличию помех движению. Что касается KES неровности поверхности, определяемой в микронах, большее значение соответствует большей геометрической неровности поверхности.

Результаты исследований свойств поверхности приведены на фиг.12 и 13. На фиг.12 показано графическое представление результатов определений по системе оценок Кавабата геометрической неровности для вариантов раскрытых в настоящем описании композитных структур по сравнению с коммерчески доступными образцами сравнения. На фиг.13 показано графическое представление результатов определений по системе оценок Кавабата коэффициента трения для вариантов раскрытых в настоящем описании композитных структур по сравнению с коммерчески доступными образцами сравнения. Данные показывают, что продукты примеров имеют неровность поверхности, сравнимую с меньшими значениями, имея при этом больший коэффициент трения.

Раскрытые в настоящем описании варианты преимущественно могут обеспечить композитные структуры, которые имеют один или более слоев субстрата, включая пенопласты и/или нетканые материалы. Композитные структуры преимущественно могут позволить реализовать мягкость, толщину изолирующего слоя и функциональность каждого компонента в сингулярной или композитной структуре.

Преимущества раскрытых в настоящем описании вариантов могут включать повышенную мягкость, повышенную толщину изолирующего слоя, повышенную прочность и баланс этих противоречивых требований. Кроме того, эти преимущества могут встречаться вместе с более высокой способностью содержать и доставлять активный компонент, такой как очищающий агент. Дополнительные преимущества могут включать удерживание и пониженное отделение очищающего агента при транспортировке и хранении в контейнере, повышение пенообразования ПАВ во влажной системе и регулируемую доставку активных агентов.

Варианты раскрытых в настоящем описании композитных структур, включающие "сухие" образцы, могут преимущественно демонстрировать высокие оценки глубины вдавливания и большую наполненность/объем, и низкую жесткость по сравнению с образцами сравнения большего объема. Данные для влажных и сухих образцов показывают, что варианты раскрытых в настоящем описании композитных структур могут иметь более желательные характеристики мягкости, чем сравнительные образцы. Кроме того, раскрытые в настоящем описании варианты могут преимущественно объединять высокую прочность на разрыв при растяжении и низкую распушку.

Несмотря на то что изобретение описано со ссылкой на ограниченное количество вариантов, специалисты в данной области, прочитавшие данное описание, оценят, что можно разработать другие варианты, которые не будут отступать от области раскрытого в настоящем описании изобретения. Следовательно, область изобретения должна быть ограничена только приложенной формулой изобретения.

Изобретение имеет отношение к композитной структуре, являющейся преимущественно салфеткой, сухой и влажной салфетке, содержащей такую композитную структуру, и способу получения композитной структуры. Композитная структура содержит субстрат и жидкость в контакте с субстратом. Субстрат содержит нетканый материал, пенопласт или их комбинации и имеет основную массу от 15 до 500 г на кв.м. Композитная структура имеет жесткость при изгибе менее 1000 мН·см. Способ получения композитной структуры, содержащей, по меньшей мере, один слой субстрата и, по меньшей мере, один слой, содержащий пенопласт с открытыми порами, заключается в нанесении пены на субстрат, где пена содержит воду и термопластичный полимер; и удаление, по меньшей мере, части воды из пены с образованием пенопласта. Технический результат - получение салфеток с улучшенной мягкостью и эластичностью при сохранении прочности, целостности, упругости и устойчивости к распушке. 5 н. и 49 з.п. ф-лы, 6 табл., 13 ил.

1. Композитная структура, являющаяся преимущественно салфеткой, включающая субстрат и жидкость в контакте с субстратом; где субстрат содержит нетканый материал, пенопласт или их комбинации и отличается тем, что имеет основную массу от 15 до 500 г на кв.м, где композитная структура имеет жесткость при изгибе менее 1000 мН·см.

2. Композитная структура по п.1, где субстрат дополнительно содержит волокнистую массу.

3. Композитная структура по п.1, где композитная структура имеет коэффициент трения по системе оценок Кавабата в диапазоне от 0,1 до 0,9 MIU.

4. Композитная структура по п.1, где композитная структура имеет уровень распушки в испытании на истирание 0,7 мг/см² или менее.

5. Композитная структура по п.1, где композитная структура имеет общую оценку «на ощупь» на единицу объема менее 25 гс/см³.

6. Композитная структура по п.1, где композитная структура имеет общую оценку «на ощупь» на единицу массы на единицу площади менее 1 гс/г/м².

7. Композитная структура по п.1, где композитная структура имеет упругость при сжатии по системе оценок Кавабата более 35%.

8. Композитная структура по п.1, где композитная структура имеет неровность поверхности по системе оценок Кавабата в продольном и поперечном направлении менее 3,5 мкм.

9. Композитная структура по п.1, где пенопласт содержит полиуретан или полиолефин.

10. Композитная структура по п.9, где пенопласт имеет плотность от 0,025 до 0,1 г/см³.

11. Композитная структура по п.9, где полиуретан получают путем смешения воды, агента роста цепи, ПАВ и полиуретанового преполимера.

12. Композитная структура по п.9, где полиолефин-содержащий пенопласт, содержит, по меньшей мере, один гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе этилена и гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе пропилена.

13. Композитная структура по п.1, где нетканый материал содержит полиолефин.

14. Композитная структура по п.13, где полиолефинсодержащий нетканый материал содержит, по меньшей мере, один гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе этилена и гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе пропилена.

15. Композитная структура по п.1, где жидкость содержит, по меньшей мере, одно вещество из очищающего ПАВ, активного агента и наполнителя, улучшающего свойства.

16. Композитная структура, являющаяся преимущественно салфеткой, содержащая по меньшей мере, один слой субстрата; по меньшей мере, один слой, содержащий пенопласт с открытыми порами, расположенный на слое субстрата; где субстрат содержит нетканый материал, пенопласт или их комбинации и отличается тем, что имеет основную массу от 15 до 500 г на кв.м, где композитная структура имеет жесткость при изгибе менее 1000 мН·см.

17. Композит по п.16, где субстрат дополнительно содержит волокнистую массу.

18. Композитная структура по п.16, где композит имеет коэффициент трения по системе оценок Кавабата в диапазоне от 0,1 до 0,9 MIU.

19. Композитная структура по п.16, где композитная структура имеет общую оценку «на ощупь» на единицу объема менее 25 гс/см³.

20. Композитная структура по п.16, где композитная структура имеет общую оценку «на ощупь» на единицу массы на единицу площади менее 1 гс/г/м².

21. Композитная структура по п.16, где композитная структура имеет упругость при сжатии по системе оценок Кавабата более 35%.

22. Композитная структура по п.16, где, по меньшей мере, один слой, по меньшей мере, одного субстрата и, по меньшей мере, один слой пенопласта с открытыми порами дополнительно содержат, по меньшей мере, одно вещество из очищающего ПАВ, активного агента и наполнителя, улучшающего свойства.

23. Композитная структура по п.16, где слой субстрата содержит, по меньшей мере, один материал из мягкого нетканого материала, эластичного нетканого материала, ткани, пористой пленки и нетканого материала с покрытием.

24. Композитная структура по п.16, где слой субстрата содержит, по меньшей мере, одно волокно из монокомпонентных волокон, бикомпонентных волокон, спанбонд-волокон.

25. Композитная структура по п.24, где бикомпонентное волокно содержит сердцевину из эластомерного полимера и полиолефиновую оболочку.

26. Композитная структура по п.16, где слой субстрата содержит полиолефин.

27. Композит по п.26, где полиолефинсодержащий субстрат включает, по меньшей мере, один гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе этилена и гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе пропилена.

28. Композитная структура по п.26, где полиолефин имеет плотность в диапазоне от 0,870 до 0,965 г/см³.

29. Композитная структура по п.16, где слой субстрата имеет основную массу в диапазоне от 25 до 150 г на кв.м.

30. Композитная структура по п.16, где слой субстрата имеет основную массу в диапазоне от 25 до 60 г на кв.м.

31. Композитная структура по п.16, где композитная структура имеет уровень распушки в испытании на истирание 0,7 мг/см² или менее.

32. Композитная структура по п.16, где слой субстрата имеет прочность на растяжение в продольном направлении 10 Н/5 см при базовой массе 20 г на кв.м.

33. Композитная структура по п.16, где слой субстрата содержит волокна, имеющие диаметр от 0,1 до 50 денье.

34. Композитная структура по п.16, где, по меньшей мере, один слой пенопласта с открытыми порами содержит, по меньшей мере, одно вещество из полиуретана, полиолефина, пенопласта на основе целлюлозы, пенопласта на латексной основе и природных губок.

35. Композитная структура по п.34, где полиуретан получают путем смешения воды, агента роста цепи, ПАВ и полиуретанового преполимера.

36. Композитная структура по п.34, где полиолефинсодержащий пенопласт содержит, по меньшей мере, один гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе этилена и гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе пропилена.

37. Композитная структура по п.16, где, по меньшей мере, один слой пенопласта с открытыми порами имеет плотность в диапазоне от 0,025 до 0,5 г/см³.

38. Композитная структура по п.16, где, по меньшей мере, один слой пенопласта с открытыми порами содержит полиуретан и имеет плотность в диапазоне от 0,05 до 0,3 г/см³.

39. Композитная структура по п.16, где, по меньшей мере, один слой пенопласта с открытыми порами содержит полиолефин и имеет плотность в диапазоне от 0,03 до 0,07 г/см³.

40. Композитная структура по п.16, где размер большинства пор, по меньшей мере, одного слоя пенопласта с открытыми порами составляет от примерно 5 до примерно 1000 мкм.

41. Композитная структура по п.16, где большинство пор, по меньшей мере, одного слоя пенопласта с открытыми порами являются эллиптическими по форме.

42. Композитная структура по п.16, где, по меньшей мере, один слой пенопласта имеет толщину от примерно 0,5 до примерно 300 мм.

43. Композитная структура по п.16, где, по меньшей мере, один слой пенопласта имеет толщину от примерно 1 до примерно 6 мм.

44. Композитная структура по п.16, где адгезия, по меньшей мере, одного слоя пенопласта к первому и второму слою субстрата составляет 0,1 фунт-сила/дюйм или более.

45. Сухая салфетка, содержащая композитную структуру по п.16.

46. Влажная салфетка, содержащая композитную структуру по п.16.

47. Способ получения композитной структуры, содержащей, по меньшей мере, один слой субстрата и, по меньшей мере, один слой, содержащий пенопласт с открытыми порами, включающий нанесение пены на субстрат, где пена содержит воду и термопластичный полимер; и удаление, по меньшей мере, части воды из пены с образованием пенопласта; где субстрат содержит нетканый материал, имеющий основную массу от 25 до 150 г на кв.м, где композитная структура имеет жесткость при изгибе менее 1000 мН·см.

48. Способ по п.47, где композитная структура имеет коэффициент трения по системе оценок Кавабата в диапазоне от 0,4 до 0,9 МIU.

49. Способ по п.47, дополнительно включающий нанесение второго субстрата на пену.

50. Способ по п.47, где субстрат дополнительно содержит волокнистую массу.

51. Способ по п.47, дополнительно включающий нанесение второго субстрата на пенопласт.

52. Способ по п.47, где второй субстрат имеет основную массу меньше основной массы субстрата.

53. Способ по п.47, дополнительно включающий нанесение на субстрат покрытия из дисперсии, содержащей воду, агент стабилизации дисперсии и термопластичный полимер; удаление, по меньшей мере, части воды с образованием субстрата с покрытием из термопластичного полимера.

54. Способ по п.53, где дисперсия термопластичного полимера содержит, по меньшей мере, один гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе этилена и гомополимер, сополимер, интерполимер и мультиблочный сополимер на основе пропилена.