Суперабсорбирующий материал SAT (суперабсорбирующая бумага) Российский патент 2020 года по МПК A61L15/60 A61L15/22 A61F13/15 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу для “мокрого” производства материала со сверхвысокой влагопоглотительной способностью. В частности, способ относится к производству однослойного или многослойного полотна, содержащего полимер со сверхвысокой влагопоглотительной способностью (SAP), выбранный среди полимеров, содержащих по меньшей мере одну не полностью нейтрализованную смоляную кислоту, либо содержащих по меньшей мере одну не полностью нейтрализованную щелочную смолу, либо многослойного полотна, в котором SAP со смоляной кислотой чередуется с SAP со щелочной смолой, и смолы не полностью нейтрализованы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

“Санитарно-гигиеническая бумага” в виде таких изделий, как влагопоглощающие кухонные рулонные полотенца, одноразовые косметические салфетки, упаковочные влагопоглощающие материалы, туалетная бумага, столовые салфетки, гигиенические женские прокладки, подгузники для детей или подгузники для взрослых с недержанием и др., обычно используется для поглощения жидкостей. Основными свойствами этих материалов являются поглощающая способность, удельный вес, толщина, удельный объем, яркость, прочность на разрыв, внешний вид и удобство в обращении – например, грубость или мягкость на ощупь.

Санитарно-гигиенические бумажные изделия в основном производят с мокрой выкладкой на бумагоделательных установках, а также некоторые виды нетканых материалов или выпускаемых по мокрой технологии нетканых материалов получают на аналогичных установках, но с использованием наряду с целлюлозными волокнами также других волокон – с химическими связующими агентами или без них.

Улучшение некоторых качественных показателей указанных санитарно-гигиенических бумажных изделий, а также нетканых материалов с мокрой выкладкой получают как посредством механической обработки (заслуживают упоминания крепирование и тиснение), так и тепловой обработки, в основном посредством обработки сухо-воздушным способом (TAD), который улучшает свойства мягкости, объемистости и поглощающей способности этих изделий. Последняя функциональная особенность является определяющей для использования таких материалов. Предел поглощающей способности санитарно-гигиенической бумаги составляет от 10 до 16 граммов влаги на грамм материала в виде свободного поглощения, а именно - путем погружения и просачивания и без приложения давления.

То есть для улучшения функциональной способности к поглощению жидкости, а также оптимизации потребления энергии и затрат на энергию (поскольку в производстве санитарно-гигиенической бумаги и нетканых материалов с мокрой выкладкой используются высокие объемы энергии), требуются инновации в части как материалов, так и технологий производства.

Кроме того, поскольку изделия, в которых используются указанные материалы, относятся к типу с одноразовым или ограниченным использованием, дополнительно требуется рассмотрение аспекта производства изделий с новыми формами экологически безопасной пригодности отходов для удаления.

Поэтому в отношении данных материалов большой интерес представляет комбинирование других материалов с поглощающей способностью на один или два порядка величины выше поглощающей способности целлюлозных волокон (таких, как суперабсорбирующие полимеры (SAP)), равной или аналогичной поглощающей способности, реализуемой, например, в подгузниках для младенцев или для взрослых с недержанием, где способность к свободному поглощению может равняться 140-150 г/г и более.

Одной из основных проблем, возникающих при комбинировании SAP в смешанной номенклатуре выпуска бумагоделательной установки, а также установки по выпуску нетканого материала с мокрой выкладкой, является то, что SAP при поглощении и желатинизации больших объемов воды даже в случае очень низких концентраций вызывает на практике утрату установкой способности к функционированию вследствие образования во внутренней среде объемистых комков желатина. Соответственно, большая масса воды, поглощенная в желатинизированной части SAP, приводит к огромным проблемам - как техническим, касающимся времени работы и скорости механической обработки, так и экономическим (главным образом в виде затрат на сушку), что препятствует применению данного материала в известном уровне техники.

Чтобы достичь данной цели, было предпринято несколько попыток, но с плохими практическими результатами. Одна из нескольких попыток с заметными результатами безотносительно их получения в автономном режиме описана в международной заявке WO2005098134A1, где частицы SAP в виде порошка с переменной гранулометрией помещены в виде ламината между двумя слоями санитарно-гигиенической бумаги, и при этом частицы не захвачены между целлюлозными волокнами. Вследствие этого оказывается, что материал уязвим в отношении деламинации, в частности, после пропитывания водой, позволяя объединять ограниченные количества SAP, и не в последнюю очередь с проблемами безопасности рабочей среды по причине использования умеренно разреженных порошков, которые рассеяны в среде.

В патенте EP 0359615 A1 описан способ для нанесения твердых сухих частиц SAP на полотно влажной санитарно-гигиенической бумаги перед выполнением шага просушки и последующего покрытия сухим полотном (например, санитарно-гигиенической бумагой или нетканым материалом и др.) и следующими за этим опрессовкой и просушкой.

В патенте EP 0437816 A1 описан процесс для изготовления нетканого материала с мокрой выкладкой путем добавления частиц SAP к суспензии волокна в воде или в водном растворе с низким содержанием спирта (например, метанола или этанола) для уменьшения поглощающей способности SAP. В результате просушки происходит испарение воды и/или спирта, и SAP восстанавливает свою поглощающую способность.

В патенте US 5516585 описано целлюлозное полотно, в котором целлюлозные волокна предварительно по меньшей мере частично покрыты связующим агентом горячей расплавки, к которому перед формированием и обжатием полотна приклеены твердые частицы SAP.

В патенте US 5607550 описан нетканый материал с мокрой выкладкой, состоящий из смеси волокон SAP и волокон с более низкой поглощающей способностью, изготовленный способом, который включает в себя добавление волокон SAP к суспензии в воде других волокон с более низкой поглощающей способностью перед формированием полотна. Вариант исполнения включает в себя приготовление суспензии сухих волокон SAP в способной смешиваться с водой в любых соотношениях органической жидкостью, в которой эти волокна не разбухают и далее смешиваются (вновь непосредственно перед формированием полотна) с суспензией в воде других волокон с более низкой поглощающей способностью.

В патенте US 5795439 описан способ для изготовления нетканого материала с мокрой выкладкой путем смешивания волокон и SAP в водной среде в соответствующих условиях с низкой температурой в пределах от 0°C до 25°C, которая подавляет способность SAP к разбуханию. Водная среда может также содержать компаунды, подавляющие разбухание SAP, - такие как соли из группы NaCl, NaBr, KCl и KBr с концентрациями в пределах от 1 до 6% по весу.

В патенте US 5997690 описан процесс для изготовления нетканого материала с мокрой выкладкой, импрегнированного SAP, чувствительным к ионам, путем первичного приготовления суспензии, содержащей волокна и частицы (размером менее 250 микрон перед использованием) такого SAP. Указанную суспензию далее объединяют с соляным раствором и после этого осаждают на ленту сетчатого фильтра вакуумным всасыванием для формирования полотна, которое после промывки водой для удаления излишек соли окончательно просушивают.

В патенте US 6056854 описан способ для изготовления нетканого материала с мокрой выкладкой, в котором волокнистая структура импрегнирована частицами SAP. Такое изготовление должно основываться на извлечении преимущества из динамики разбухания SAP при контакте его с водой или водным раствором. В указанном патенте по существу заявляется возможность изготовления таких материалов путем простого добавления частиц SAP в водный раствор волокон и переноса этой смеси под вакуумным всасыванием на участок осаждения ленты сетчатого фильтра машины по производству нетканых материалов с мокрой выкладкой в пределах 5 секунд после контакта SAP с водным раствором и также обеспечения доставки искомого полотна на участок просушки в течение 45 секунд после контакта SAP с водой.

В патенте US 6979386 описан способ для получения санитарно-гигиенической бумаги, который реализуется путем смешивания в формовочном ящике бумагоделательной установки волокнистого целлюлозного материала и частиц предварительно желатинизированного SAP (по меньшей мере 30% их поглощающей способности) для получения целлюлозного полотна, содержащего SAP в объеме от 0.1% приблизительно до 5% по весу, которое в заключение обжимают и по меньшей мере частично просушивают.

В патенте US 2003/0127202 A1 описан способ для автономного изготовления композитного многослойного полотняного материала, содержащего по меньшей мере два полотна санитарно-гигиенической бумаги, соединенные между собой промежуточной вставкой в виде полотна из волокон SAP. Волокна SAP прикреплены к внутренним сторонам полотен санитарно-гигиенической бумаги клейким веществом.

В патенте US 2008/0115898 A1 описан автономный способ для изготовления однослойных или многослойных полотен санитарно-гигиенической бумаги или нетканых материалов с мокрой выкладкой, в котором порошок SAP наносят на первое профилированное и предварительно прикрепленное полотно, которое при необходимости может быть накрыто вторым полотном.

В патентных заявках WO 2005098134 A1 и US 2005/0224200 A1 описан автономный способ для изготовления многослойного полотняного материала, представляющего собой по меньшей мере два предварительно профилированных полотна, из которых по меньшей мере одно обработано клейким веществом в виде водного раствора, и на его клейкую поверхность нанесен слой частиц SAP перед расслоением материала.

WO02/100032 относится к изготовлению сплошных листов, образованных путем комбинирования частиц как кислотного, так и щелочного типа без нейтрализации. Производство осуществляют с использованием установок для изготовления бумаги на основе процессов мокрой, сухой или смешанной сухой-мокрой технологии, предпочтительно на основе процесса сухой выкладки в воздушной среде или способом экструзии под тепловым давлением применительно к процессам смешивания по мокрой технологии. Изготовление листов с низким удельным весом (< 200 г/м²) по технологии сухой выкладки в воздушной среде при процентном содержании SAP > 60% затруднительно вследствие тенденции SAP гранулированной структуры к раздроблению. Для устранения этих недостатков используют связующие агенты, адгезивы или проклеивающие вещества.

Материалы, производимые с помощью такого патента, имеют целью обессоливание жидкостей, с которыми они контактируют, с целью быть преобразованными в свою солевую форму, в которой они становятся гигроскопичными и в то же время не демонстрируют значительную поглощающую способность в отношении чистой или слабосоленой воды.

WO03/092757 относится к производству листов абсорбирующего материала из соответствующих смесей SAP, пластифицирующей компоненты и других дополнительных ингредиентов, к которым применяется тепловая обработка и обработка давлением в течение таких периодов с такими температурами и давлениями, чтобы исключить любую реакцию между SAP и пластификатором.

Очевидна потребность в разработке производственных процессов для материалов с высокой поглощающей способностью и надлежащей механической прочностью с исключением использования дорогостоящих автономных процессов или высокотемпературной экструзии, но с возможностью применения "мокрых" процессов по известным и экономичным технологиям, которые уже отработаны при приготовлении косметической бумаги или нетканых материалов с мокрой выкладкой.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предложено использование продуктов SAP (суперабсорбирующего полимера) с целью существенного повышения поглощающей способности бумажных изделий или нетканых материалов с мокрой выкладкой.

Продукты SAP (суперабсорбирующие полимеры) на протяжении многих лет нашли самое разное применение - от подгузников для младенцев и для взрослых с недержанием и женских гигиенических прокладок до других вариантов применения одноразовых изделий, в которых решающим фактором является поглощение биологических жидкостей.

Настоящее изобретение позволяет объединять SAP в любой форме - как регулярной, так и нерегулярной структуры - такой как гранулы, порошки, волокна, хлопья или зерна и др. - с содержимым, удерживаемым внутри волокнистой структуры санитарно-гигиенической бумаги или нетканых материалов с мокрой выкладкой, до 100%, что до сего времени нельзя было обеспечить существующими технологиями без возможных вторичных проблем, связанных с безопасностью и с затратами на просушку, схожими или слегка более высокими по сравнению с затратами на весь процесс производства бумаги или нетканых материалов с мокрой выкладкой. Кроме того, вследствие существенного повышения поглощающей способности изобретение позволяет производить и продвигать на рынок изделия, которые на текущий момент трудно или невозможно изготавливать либо в которых требуется использование композитных материалов, получаемых в рамках автономного производства бумаги, путем связывания двух или более слоев косметической бумаги лишь одним или несколькими слоями SAP, получая при этом также преимущество в части затрат на производство/преобразование.

Преимущественно, волокна SAP способны полностью заменить целлюлозные волокна и/или другие натуральные, искусственные и синтетические волокна.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу для “мокрого” производства суперабсорбирующего материала согласно пункту 1 формулы. Способ предполагает образование водного соляного раствора с концентрацией 0,01 –4,5 N ионной соли и значением pH от 0 до 6,0 или от 8,0 до 14,0 путем добавления сильной кислоты или сильной щелочи и диспергирования в водном соляном растворе компонента суперабсорбирующего полимера (SAP), выбранной среди полимеров, содержащих по меньшей мере одну не полностью нейтрализованную кислую смолу в случае кислотного соляного раствора, или содержащих по меньшей мере одну не полностью нейтрализованную щелочную смолу в случае щелочного соляного раствора.

Соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды в SAP, не превышающее приблизительно 30,00 граммов_H2O/грамм_SAP.

Таким образом, происходит выпуск первого полотна путем осаждения и расслоения диспергируемого SAP под действием вакуумного всасывания на участке осаждения ленты сетчатого фильтра с последующей промывкой полотна щелочным раствором для суспензий SAP в кислотных соляных растворах либо промывкой полотна кислотным раствором для суспензий SAP в щелочных соляных растворах для дополнительного повышения уровня нейтрализации SAP и соответственно его поглощающей способности.

В заключение возможна промывка полотна водой (для удаления остатков солей) и очистка вакуумным всасыванием и просушка полотна.

Вариант реализации способа предполагает использование SAP с уменьшенным соответствующим образом соляным насыщением так, что однократное помещение точно такого материала в соляной раствор, приведет к получению требуемого pH.

Согласно предпочтительным вариантам реализации изобретения, диспергирование в соляном растворе компоненты суперабсорбирующего полимера (SAP) включает в себя также диспергирование натуральных или искусственных целлюлозных волокон и/или искусственных и/или синтетических смол, которым соответствующим образом придана смачиваемость поверхности либо выполнена их объемная обработка поверхностно-активными агентами, и образование суспензии в водном соляном растворе волокон и SAP со значением pH от 0 до 6,0 или от 8 до 14,0 в зависимости от типа используемого SAP.

Согласно предпочтительному варианту реализации, способ предусматривает образование последовательных многослойных структур путем повторения шагов образования полотна с одним и тем же SAP и/или предпочтительно также первого полотна, полученного путем стратификации анионного SAP, второго полотна со стратификацией катионного SAP и напоследок заключительной просушки.

SAP, диспергированый в соляном растворе, предпочтительно образован гранулами, порошками, волокнами, хлопьям, зернами по отдельности или в виде их смесей.

Далее, изобретение предусматривает использование абсорбционного материала, полученного согласно определяемому изобретением способу, для изготовления кухонных и бумажных полотенец, туалетной бумаги и косметических салфеток, абсорбционных гигиенических изделий - таких как подгузники для младенцев и для взрослых с недержанием, медицинских/санитарно-гигиенических прокладок, наматрацников кроватей для пациентов с недержанием и кроватей в операционных, подмышечников и др.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение основано на признании того, что имеющиеся в настоящее время в продаже SAP, предпочтительно насыщенные солями на 70-80% в зависимости от степени насыщенности солями функциональных групп этих полимеров безотносительно того, являются ли они анионными (например, полиакрилатами) или катионными (например, поливиниламинами), демонстрируют уменьшение значений абсорбции по мере снижения степени их насыщения солями вплоть до доведения их до полностью кислотной или щелочной формы с минимумом ниже 2-4 грамма_H2O/грамм_SAP; для сравнения: абсорбция чистой целлюлозы равняется приблизительно 4-6 грамма_H2O/грамм_{целлюлозы}.

Такие SAP в их полностью кислотной или полностью щелочной форме или даже при различных низких уровнях солевого насыщения могут быть получены как прямым методом, исходя из насыщенного солью SAP при назначенном уровне, так и путем диспергирования таких доступных на современном рынке материалов, насыщенных солью с текущими значениями 70-80%, напрямую в разбивателе целлюлозы или смесительном резервуаре, где целлюлозные волокна рассеиваются в воде или в соляном растворе при концентрации менее 2-4%, пригодной для передачи в бумагоделательную установку, и подщелачиваются или подкисляются в зависимости от типа используемого SAP для получения намеченного значения pH. Таким способом поддерживается требуемый низкий уровень желатинизации SAP и исключаются желатиновые комки, образование которых остановлено соляным раствором и/или благодаря pH <6 или >8 в зависимости от используемого SAP; выполняется равномерное осаждение на участок осаждения ленты сетчатого фильтра бумагоделательной машины. Диспергированная смесь волокон или частиц SAP в соответствии с предпочтительным вариантом реализации с использованием целлюлозных волокон и при соответствующей степени минимального насыщения солью может быть передана на участок осаждения под вакуумом ленты сетчатого фильтра, как в обычном режиме изготовления бумаги или нетканых материалов.

Согласно предпочтительному варианту реализации, может оказаться неуместным обеспечение их полного окисления или ощелачивания, и в то же время будет достаточным обеспечение минимальной степени насыщения солью, приводящее к тому, что указанный SAP будет поглощать менее 30 граммов_H2O/грамм_SAP, не вызывая образование существенной желатинизированной массы и не приводя при этом к ухудшению производительности, пригодности к механической обработке, понижению качества и росту затрат на просушку санитарно-гигиенической бумаги или нетканых материалов с мокрой выкладкой в комбинации с SAP.

Следующий шаг, необходимый для получения соответствующего материала SAT (Super Absorbent Tissue - суперабсорбирующей бумаги) с частицами SAP, имеющими свою максимальную поглощающую способность, включает в себя обработку (под действием всасывания) мокрого полотна бумаги, содержащего кислотные или щелочные частицы SAP, на участке формирования на ленте сетчатого фильтра. Данный шаг имеет место на участке осаждения ленты сетчатого фильтра в промежутке между формированием полотна и его передачей на сушильные цилиндры и осуществляется путем подачи раствора NaOH или HCl (соответственно) с целью добавить соль (до требуемой степени солевого насыщения) в SAP и заново повысить его поглощающую способность.

Поскольку желатинизация SAP-полимеров происходит умеренно медленно по отношению к динамике добавления соли и скорости обработки в бумагоделательной установке или установке для нетканых материалов с мокрой выкладкой, в данный момент в полимерах SAP не происходит желатинизация заметных количеств воды, и тем самым поддерживаются по существу неизменные затраты на просушку.

В установках некоторых типов (как, например, в машинах сушильной обработки сухо-воздушным способом (TAD)) для получения косметической бумаги или нетканых материалов с мокрой выкладкой с разными композиционными составами и различающимися стратификациями целлюлозных волокон безотносительно принадлежности их к типу оригинальных, переработанных или восстановленных волокон, а также для обеспечения высокой скорости механической обработки используют увеличенное количество разбивателей целлюлозы (каждый со своей конкретной смесью волокон) и одновременное и со-ламеллярное формирование посредством формовочного ящика на ленте сетчатого фильтра под вакуумом. В таких установках SAP с целлюлозными волокнами или без них может быть помещен, например, в разбиватель целлюлозы в соляной раствор и соответствующим образом окислен или ощелочен в зависимости от вида SAP, в то время как в другие разбиватели целлюлозы могут быть помещены целлюлозные волокна с NaOH или HCl при таких концентрациях, которые нейтрализуют кислотность или щелочность (соответственно) содержимого вышеназванного разбивателя целлюлозы во время их связывания между собой на участке осаждения ленты сетчатого фильтра. Это позволяет устранять или сокращать потребность в последующей щелочной или кислотной обработке описанного выше добавления соли или уменьшать концентрацию обработки.

Авторы изобретения выполнили количественную оценку динамики желатинизации SAP в зависимости от pH и солевого насыщения согласно способу тестирования поглощающей способноcти под вакуумом (UVAT) (для SAP).

Назначение UVAT состоит в измерении удержания жидкости, поглощенной суперабсорбирующими полимерами (SAP), при различных значениях pH и солевого насыщения и при разнице других условий - таких как температура пробы жидкости и также наличие растворителей другого типа (например метанол или этанол) и др. - путем фильтрации со всасыванием под вакуумом, при которой воспроизводится состояние, обычно используемое в технологиях механической обработки для изготовления бумаги или нетканых материалов с мокрой выкладкой.

Требуемое для работы оборудование состоит из стеклянной бутыли, вакуумной воронки типа "Бюхнер", фильтровальной бумаги Ederol типа 3/N, вакуумного флакона Erlenmeyer, вакуумного насоса.

Измерения выполнялись с помощью аналитических весов с погрешностью 0,01 г, измерителя pH с погрешностью 0,01 pH, измерителя электропроводности с диапазоном измерений от 0,01 мкСм/см до 1000 мСм/см, что соответствует содержанию соли от 0,1 мг/л до 600 г/л KCl или 470 г/л NaCl.

(например, для кислотного SAP) Были приготовлены водные растворы со следующими характеристиками:

1. Растворы HCl в воде с лабораторных стаканах 250 мл с мерной шкалой при значениях концентрации 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0 – 2,5 – 3,0 – 3,5 – 4,0 – 4,5 и 5,0 N для уменьшения pH тестируемого раствора.

2. Водный раствор NaOH с концентрацией 2 N в лабораторном стакане 100 мл с мерной шкалой для увеличения pH тестируемого неподкисленного раствора.

3. Соляной раствор для каждого уровня тестируемого содержания соли, концентрация 0,00 – 0,025 – 0,05 – 0,10 – 0,15 – 0,30 – 0,75 – 1,50 – 3,0 или 4,5 N NaCl в 10-литровой бутыли с мерной шкалой.

Используемый способ состоит в следующем:

- Для каждого уровня содержания соли подготавливают испытательный комплект, состоящий из пары стеклянных флаконов по 250 мл для каждого тестируемого уровня pH.

- Для каждой пары флаконов после выполнения калибровки на аналитических весах добавляют одно из следующих количеств вещества:

0,0 – 0,50 – 1,0 – 1,50 – 2,0 – 2,50 – 3,0 – 3,50 – 4,0 – 4,50 – 5,0 – 5,50 – 6,0 – 6,5 – 7,0 – 7,5 – 9,0 – 11,0 – 15,0 – 20,0 или 25,0 мг-экв. HCl

или: 0,5 – 1,0 – 1,5 – 20 – 2,5 или 3,0 мг-экв. NaOH

с последующим добавлением тестового соляного раствора до момента, когда вес готового раствора станет равным 200,0 г.

- Далее добавляют 1,00 г SAP только для одного флакона пары, в то время как другой флакон используют для промывания на стадии фильтрации с целью исключения любых изменений рабочего состояния SAP на протяжении данной стадии.

- Флакон, содержащий SAP, помещают в мешалку по меньшей мере на два часа с целью обеспечить однородность поглощения и далее выполняют измерение pH и электропроводности или кажущегося содержания соли в виде кажущейся эквивалентности NaCl с учетом влияния, вносимого в измерение электропроводности всеми ионами, содержащимися в растворе, и далее направляют на вакуумную фильтрацию.

- Вклад других ионов в дополнение к вкладу добавленного в раствор эффективного NaCl является значимым при повышении нормальных значений NaCl до 1,0 / 1,5 N и становится малозначительным за пределами этих значений содержания соли; то есть, при переходе через концентрацию соли 1,5N содержание соли можно считать равной нормальному значению используемого NaCl. Полученный при этом вес нетто пропитанного SAP за вычетом 1,00 г сухого используемого SAP явится значением абсорбции SAP при использованных для измерения значениях pH и содержания соли.

В таблице 1 для каждой из различных концентраций NaCl показано поглощение H₂O в количестве граммов на грамм SAP, причем SAP представляет собой суперабсорбирующий полимер в виде гранул, полученный по процедуре Дэнсона; типом продукта является DSorb A100-228 (SAP).

. Таблица 1.1

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Аналогичным образом в таблице 2 показано для каждой из различных концентраций NaCl поглощение H₂O в виде количества граммов на грамм SAF, причем SAF является суперабсорбирующим волокном, произведенным по типу Технического абсорбента 111/6/10 (SAF).

Таблица 2.1

Таблица 2.2

Таблица 2.3

Фигуры 1 и 2 иллюстрируют поглощение H₂O в виде количества граммов на грамм SAP или SAF таблиц 1 и 2 (соответственно); линии соединяют и опосредованно связывают значения с одним и тем же содержанием соли согласно приведенному сбоку пояснению. Некоторые линии, соответствующие данным таблиц, были опущены, поскольку расценены как избыточные. Как можно заметить из этих граф, в условиях со значением pH ниже 5.00 – 4.50 поглощение воды в SAP или SAF составляет менее 10 граммов_H2O/грамм_{SAP или} граммов_H2O/грамм_SAF.

В способе согласно настоящему изобретению используется установка для производства бумаги по мокрой технологии. В частности, способ для производства суперабсорбирующего материала по мокрой технологии включает в себя:

a) Образование водного соляного раствора с концентрацией 0,01 - 4,5 N ионной соли и значением pH от 0 до 6,0 или от 8,00 до 14,00 путем добавления сильной кислоты или щелочи;

b) Диспергирование в водном соляном растворе компоненты суперабсорбирующего полимера (SAP), выбранной среди полимеров, содержащих по меньшей мере одну не полностью нейтрализованную кислую смолу в случае кислотного соляного раствора, или содержащих по меньшей мере одну не полностью нейтрализованную щелочную смолу в случае щелочного соляного раствора.

c) Практическое получение первого волокна путем расслоения и всасывания на канве осаждения суспензии SAP.

d) Промывку полотна щелочным раствором до обеспечения частичной нейтрализации кислотности для суспензий SAP в кислотных соляных растворах или промывку полотна кислым раствором до обеспечения частичной нейтрализации щелочности для суспензий SAP в щелочных соляных растворах;

e) Промывку полотна водой и всасывание;

f) Просушку полотна;

причем соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды в SAP, не превышающее приблизительно 30,00 граммов_H2O/грамм_SAP.

Как показано на фигурах 1 и 2, в заявленных здесь условиях работы поглощаются ограниченные объемы воды, несмотря на наличие SAP, даже при относительно высоких объемах, вследствие чего ограничивается явление поглощения воды и желатинизации SAP. Затраты на просушку при этом ограничены, и все недостатки - такие как внутреннее формирование объемистых желатиновых комков и прерывание работы установки - исключаются.

Образование комков привело бы наряду с недостаточной гомогенизацией и однородностью целлюлозной набивки к длительным периодам сушки и неэкономичным скоростям работы и величинам затрат, что помешало бы практической реализации и производству на основе специфических технологий установок для изготовления бумажного материала.

Согласно предпочтительным вариантам реализации, способ согласно изобретению предполагает диспергирование в водном соляном растворе компоненты суперабсорбирующего полимера (SAP) вместе с диспергированием натуральных или искусственных целлюлозных волокон и/или искусственных или синтетических волокон, которым соответствующим образом придана смачиваемость поверхности либо выполнена объемная обработка поверхностно-активными агентами, и образование суспензии в водном соляном растворе волокон и SAP при pH от 0 до 6,0 или от 8 to 14,0 в зависимости от типа используемого SAP.

SAP выбирают из группы полиакриловых кислот, гидролизованного акрилнитрильного полимера, гидролизованного акриламидного полимера, крахмально-акрилового кислотного привитого сополимера, гидролизованного крахмально-акрилнитрильного привитого сополимера, сополимера на основе полимолочной кислоты, полиаспарагиновой кислоты, сополимера этилена и малеинового ангидрида, сополимера изобутилена и малеинового ангидрида, сополимера омыленного винилового ацетатно-акрилового эфира, полистиролсульфата, поливинилфосфорной кислоты, поливинилфосфоновой кислоты, поливинилсерной кислоты, поливинилсульфоновой кислоты и их смесей; предпочтительно, смоляной кислотой является полиакриловая кислота.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, диспергирование выполняют в щелочном водном растворе катионного (SAP) с легким загущением сшитым полимером, выбранной из группы поливиниламина, полиэтиленимина, поливинилгванидина, полиаллиламина, полиаллилгванидина, полидиалкиламинометакриламид, полимера, приготовленного из сложноэфирного аналога N-диалкиламинометакриламида, гидроокиси полидиметилдиалкиламмония, модифицированного гванидином полистирена, четвертичного полистирена, четвертичного полиметакриламида или его сложноэфирного аналога, поливинилспиртового совиниламина и их смесей; предпочтительно, смолами являются поливиниламин, полиэтиленимин, поливинилгванидин, полидиметиламиноэтил акриламид, полидиметиламинопропилметакриламид (DMAPMA).

Дополнительные волокна получают путем стратификации на волокне, полученном в шаге e), путем повторения шагов c)-e).

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, на первом волокне, полученном путем стратификации анионного SAP, осуществляется прямое расслоение полотна катионного SAP с последующим выполнением для него шага просушки; либо повтор стратификации анионного SAP с последующей стратификацией катионного SAP – выполняют несколько раз.

SAP, диспергированый в соляном растворе, может состоять из гранул, порошков, волокон, хлопьев, зерен или их смесей.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды SAP, не превышающее приблизительно 20,00 граммов_H2O/грамм_SAP, предпочтительно менее 15,00 граммов_H2O/грамм_SAP.

В целях удобства способ предполагает волокно, к которому добавлена влагопрочная смола - такая как полимидоаминэпихлоргидринные (PAE) смолы или аналогичные смолы.

Полученный согласно изобретению абсорбирующий материал позволяет изготавливать бумажные и кухонные полотенца, туалетную бумагу и косметические салфетки, абсорбционные гигиенические изделия для младенцев, для взрослых с недержанием, для женщин в периоды менструаций или в промежутках между ними, наматрацники кроватей для пациентов с недержанием или кроватей в операционных, подмышечники, бумажные салфетки или сорбционные маты для пищевой отрасли, например, контейнеры под продукты с поглощением жидкости, вытекающей из мяса, рыбы или овощей, листы абсорбционной бумаги или сорбционные маты для домашних животных или для использования в гробах с целью поглощения биологической жидкости, выделяемой при разложении тел, и медицинские изделия для поглощения экссудатов - например, из ран.

Другие разновидности и модификации изобретения будут очевидными для специалистов в данной области, и прилагаемая формула изобретения имеет целью охват таких разновидностей и модификаций.

Приведенные выше конкретные значения и конкретные настройки могут быть изменены, и они приведены лишь в качестве иллюстрации конкретного варианта реализации настоящего изобретения и не подразумевают ограничение области изобретения.

Подразумевается определение области настоящего изобретения прилагаемой формулой изобретения.

Группа изобретений относится к области материалов со сверхвысокой влагопоглотительной способностью, а именно к способам “мокрого” производства указанного материала. Способ для изготовления мокрым способом суперабсорбирующего материала включает в себя образование водного соляного раствора с концентрацией от 0,01 до 4,5 N ионной соли и значением pH от 0 до 6,0 путем добавления сильной кислоты, диспергирование в водном соляном растворе компонента суперабсорбирующего полимера (SAP), выбранного среди полимеров, содержащих по меньшей мере одну кислую смолу, не полностью нейтрализуемую, получение первого полотна путем расслоения и всасывания на участке осаждения ленты фильтрующей сетки суспензии SAP; промывку полотна щелочным раствором до обеспечения требуемого уровня нейтрализации кислотности для суспензий SAP в кислотных соляных растворах, промывку полотна водой и вакуумное всасывание; просушку полотна. Причем соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды в SAP, не превышающее приблизительно 30,00 г_H2O/г_SAP. Также раскрывается вариант способа для изготовления мокрым способом суперабсорбирующего материала. Группа изобретений обеспечивает уменьшение энергозатрат, также указанные способы являются более экологичными. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 табл., 2 ил.

1. Способ для изготовления мокрым способом суперабсорбирующего материала, включающий в себя:

a) образование водного соляного раствора с концентрацией от 0,01 до 4,5 N ионной соли и значением pH от 0 до 6,0 путем добавления сильной кислоты;

b) диспергирование в водном соляном растворе компонента суперабсорбирующего полимера (SAP), выбранного среди полимеров, содержащих по меньшей мере одну кислую смолу, не полностью нейтрализуемую;

c) получение первого полотна путем расслоения и всасывания на участке осаждения ленты фильтрующей сетки суспензии SAP;

d) промывку полотна щелочным раствором до обеспечения требуемого уровня нейтрализации кислотности для суспензий SAP в кислотных соляных растворах;

e) промывку полотна водой и вакуумное всасывание;

f) просушку полотна;

причем соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды в SAP, не превышающее приблизительно 30,00 г_H2O/г_SAP.

2.Способ согласно п. 1, в котором диспергирование в соляном растворе компоненты полимера со сверхвысокой влагопоглощающей способностью (SAP) включает в себя также диспергирование натуральных или искусственных целлюлозных волокон и/или искусственных и/или синтетических смол, которым соответствующим образом придана смачиваемость поверхности либо выполнена их объемная обработка поверхностно-активными агентами, и образование суспензии в водном соляном растворе волокон и SAP со значением pH от 0 до 6,0.

3. Способ согласно п. 1, в котором pH суспензии, получаемой на шаге b), находится в пределах от 0 до 6,0 и получают путем использования соответственно предварительно подкисленного SAP для получения уровней соляного насыщения такими, что после однократного диcпергирования в соляном растворе они вызывают требуемые значения pH.

4. Способ согласно п. 1, в котором диспергирование осуществляют в водном кислотном растворе анионного SAP с легким загущением сшитым полимером, и SAP выбирают из группы, в которую входят полиакриловая кислота, гидролизованный акрилнитрильный полимер, гидролизованный акриламидный сополимер, крахмально-акриловый кислотный привитой сополимер, гидролизованный крахмально-акрилнитрильный привитой сополимер, сополимер на основе полимолочной кислоты, полиаспарагиновой кислоты, сополимер этилена и малеинового ангидрида, сополимер изобутилена и малеинового ангидрида, сополимер омыленного винилового ацетатноакрилового эфира, полистиролсульфат, поливинилфосфорная кислота, поливинилфосфоновая кислота, поливинилсерная кислота, поливинилсульфоновая кислота и их смеси; предпочтительно, смоляной кислотой является полиакриловая кислота.

5. Способ согласно п. 1, в котором дополнительные полотна методом стратификации получают на полотне, полученном в шаге e), путем повторения шагов c)-e).

6. Способ согласно п. 5, в котором на первом полотне, полученном путем стратификации анионного SAP согласно шагам a)-e), осуществляется прямое расслоение полотна катионного SAP согласно шагам a)-e) с последующим выполнением для него шага f).

7. Способ согласно п. 6, в котором стратификация анионного SAP, за которой следует стратификация катионного SAP, повторяется один или более раз.

8. Способ согласно п. 7, в котором стратификационные полотна имеют разный композиционный состав с волокнами или без волокон.

9. Способ согласно п. 1, в котором диспергированный в соляном растворе SAP состоит из гранул, порошков, волокон, хлопьев либо зерен или их смесей.

10. Способ согласно п. 1, в котором соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды полимером SAP не более приблизительно 20,00 г_H2O/г_SAP, предпочтительно менее 15,00 г_H2O/г_SAP, еще более предпочтительно между 10,00 г_H2O/г_SAP и 0,05 г_H2O/г_SAP.

11. Способ согласно п. 5, в котором по меньшей мере одно полотно содержит влагопрочную смолу, такую как полиамидоаминэпихлоргидрин (PAE), или аналогичные смолы.

12. Способ для изготовления мокрым способом суперабсорбирущего материала, включающий в себя:

a) образование водного соляного раствора с концентрацией 0,01-4,5 N ионной соли и значением pH от 8,0 до 14,0 путем добавления сильной щелочи;

b) диспергирование в водном соляном растворе компонента суперабсорбирующего полимера (SAP), выбранного среди полимеров, содержащих по меньшей мере одну щелочную смолу, не полностью нейтрализуемую в случае щелочного соляного раствора;

c) получение на практике первого полотна путем расслоения и осаждения вакуумным всасыванием суспензии SAP на секции осаждения ленты фильтрующей сетки;

d) промывку полотна кислотным раствором до требуемого уровня нейтрализации щелочности для суспензий SAP в щелочных соляных растворах;

e) промывку полотна водой и вакуумное всасывание;

f) просушку полотна;

причем соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды в SAP, не превышающее примерно 30,00 г_H2O/г_SAP.

13. Способ согласно п. 12, в котором диспергирование в соляном растворе компонента полимера со сверхвысокой влагопоглощающей способностью (SAP) включает в себя также диспергирование натуральных или искусственных целлюлозных волокон и/или искусственных и/или синтетических смол, которым соответствующим образом придана смачиваемость поверхности либо выполнена их объемная обработка поверхностно-активными агентами, и образование суспензии в водном соляном растворе волокон и SAP со значением pH от 8 до 14,0.

14. Способ согласно п. 12, в котором pH суспензии, получаемой на шаге b), находится в пределах диапазона от 8,0 до 14,0 и получают путем использования предварительно подщелоченного SAP для получения уровней соляного насыщения такими, что после однократного диcпергирования в соляном растворе они вызывают требуемые значения pH.

15. Способ согласно п. 12, в котором диспергирование выполняют в щелочном водном растворе катионного SAP с легким загущением сшитым полимером, и SAP выбирают из группы поливиниламина, полиэтиленимина, поливинилгванидина, полиаллиламина, полиаллилгванидина, полидиалкиламинометакриламида, полимера, приготовленного из сложноэфирного аналога N-диалкиламинометакриламида, гидроокиси полидиметилдиалкиламмония, модифицированного гванидином полистирена, четвертичного полистирена, четвертичного полиметакриламида или его сложноэфирного аналога, поливинилспиртового совиниламина и их смесей; предпочтительно, щелочными смолами являются поливиниламин, полиэтиленимин, поливинилгванидин, полидиметиламиноэтил акриламид, полидиметиламинопропилметакриламид (DMAPMA).

16. Способ согласно п. 12, в котором дополнительные полотна методом стратификации получают на полотне, полученном в шаге e), путем повторения шагов c)-e).

17. Способ согласно п. 16, в котором на первом полотне, полученном путем стратификации анионного SAP согласно шагам a)-e), осуществляется прямое расслоение полотна катионного SAP согласно шагам a)-e) с последующим выполнением для него шага f).

18. Способ согласно п. 17, в котором стратификация анионного SAP, за которой следует стратификация катионного SAP, повторяется один или более раз.

19. Способ согласно п. 18, в котором стратификационные полотна имеют разный композиционный состав с волокнами или без волокон.

20. Способ согласно п. 12, в котором диспергированный в соляном растворе SAP состоит из гранул, порошков, волокон, хлопьев либо зерен или их смесей.

21. Способ согласно п. 12, в котором соотношение между pH и концентрацией соли таково, что оно вызывает поглощение воды полимером SAP не более приблизительно 20,00 г_H2O/г_SAP, предпочтительно менее 15,00 г_H2O/г_SAP, еще более предпочтительно между 10,00 г_H2O/г_SAP и 0,05 г_H2O/г_SAP.

22. Способ согласно п. 16, в котором по меньшей мере одно полотно содержит влагопрочную смолу, такую как полиамидоаминэпихлоргидрин (PAE), или аналогичные смолы.