СОДЕРЖАЩИЙ АЦЕТАТ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ НЕТКАНОГО ИЗДЕЛИЯ, НЕТКАНОЕ ИЗДЕЛИЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЙ ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАКОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2023 года по МПК D04H1/4391 

Настоящее изобретение относится к волокнистому материалу, содержащему ацетат целлюлозы, и к получаемым из него продуктам. Сюда относятся, в частности, плоские изделия, такие как нетканые материалы.

В особенно предпочтительном аспекте изобретение относится к протирочным салфеткам, чистящим салфеткам, санитарно-гигиеническим изделиям, медицинским изделиям и хозяйственным салфеткам, изготовленным из таких содержащих ацетат целлюлозы волокнистых материалов, которые характеризуются благоприятными свойствами, в частности, что касается их поведения по отношению к внешнему воздействию влаги.

Кроме того, изобретение относится к способу получения волокнистого материала, содержащего ацетат целлюлозы, и к полученным из него продуктам.

Плоские изделия, которые содержат предлагаемый изобретением волокнистый материал, содержащий ацетат целлюлозы, или изготовлены из него, могут иметь различную форму. Одним из примеров являются так называемые нетканые материалы.

Сегодня нетканые материалы рассматриваются как самостоятельная продуктовая группа. Нетканые материалы включают флизелин и нетканые материалы на основе прочеса, а также полученные из них готовые изделия, часто для нужд очистки и гигиены. Эти композитные материалы, часто похожие на текстиль, представляют собой гибкие пористые плоские изделия, которые соединяются не классическими способами ткацкого переплетения основы и утка или не путем петлеобразования, но путем перепутывания и/или когезионного и/или адгезионного соединения типичных синтетических текстильных волокон, которые могут находиться, например, в форме непрерывных нитей или заранее подготовленных нитей конечной длины, таких как образуемые in situ синтетические нити, или в виде штапельных волокон.

Альтернативно они могут быть получены из смесей, состоящих из синтетических волокон в форме штапельных волокон и натуральных волокон, например, растительных натуральных волокон.

Для нетканых изделий рассматриваемого здесь типа, в частности, в случае плоских текстильных продуктов, таких, например, как нетканые материалы на основе прочеса, гидрофобные свойства нежелательны. Такие нетканые изделия в форме нетканых материалов на основе прочеса применяются, например, в качестве чистящих и протирочных салфеток, посудных полотенец и салфеток. При таком применении важно, чтобы, например, пролитые жидкости, такие как молоко, кофе и т.д., при вытирании быстро и полностью всасывались, и влажные поверхности высушивались как можно полнее. Протирочная салфетка впитывает жидкость тем быстрее, чем быстрее жидкость переносится по поверхности волокна, при этом волокна с гидрофильной поверхностью легко и быстро смачиваются водными жидкостями.

Чтобы сделать поверхности плоских текстильных структур гидрофильными и, тем самым, улучшить водопоглощающие свойства текстильных изделий, в частности, нетканых материалов на основе прочеса, обычно используют поверхностно-активные гидрофилизирующие агенты, такие как эмульгаторы, ПАВы или смачиватели. Это обеспечивает превосходную начальную гидрофильность. Однако недостатком этих текстильных структур, например, нетканых материалов на основе прочеса, является то, что гидрофильные агенты постепенно вымываются водой или другими водными средами.

В частности, после многократного контакта с водой продукт становится все более гидрофобным.

Другим недостатком известных поверхностно-активных веществ является резкое снижение межфазного натяжения воды, так что во многих областях применения, в частности, в случае гигиенических и очищающих нетканых материалов, просачиваемость и смачивающая способность впитываемой жидкости нежелательно увеличивается.

Поэтому перед настоящим изобретением стоит задача создать гидрофильные линейные или плоские структуры, а также разработать способ повышения гидрофильности поверхности таких структур.

Эта цель достигается, в частности, посредством волокнистого материала, содержащего ацетат целлюлозы, в соответствии с независимым пунктом 1 формулы изобретения, при этом предпочтительные усовершенствования волокнистого материала по изобретению указаны в зависимых пунктах формулы.

Таким образом, изобретение относится, в частности, к содержащему ацетат целлюлозы волокнистому материалу для нетканых изделий, в частности, в форме в виде протирочных салфеток, чистящих салфеток, гигиенических изделий, медицинских изделий или бытовых полотенец, при этом волокнистый материал выполнен по меньшей мере частично или местами как трубчатая композитная структура, содержащая трубчатые филаменты из ацетата целлюлозы.

Создание волокнистого материала согласно изобретению базируется на основной идее использования естественной гидрофобности трубчатых филаментов ацетата целлюлозы из-за капиллярного эффекта. Это обеспечивает повышенную гидрофильность поверхности волокнистого материала даже после многократного контакта с водой.

В частности, волокнистый материал согласно изобретению особенно экологичен в получении, поскольку можно полностью отказаться от использования поверхностно-активных гидрофилизирующих агентов, таких как эмульгаторы, ПАВы или смачиватели.

Волокнистый материал согласно изобретению состоит из филаментов ацетата целлюлозы, так что волокнистый материал является полностью биосовместимым и биоразлагаемым. В принципе, волокнистый материал разлагается, например, подобно древесине, но при этом, однако, благодаря трубчатой композитной структуре оптимальное водопоглощение, которое сравнимо с соответствующими значениями, достигаемыми с микрофиброй из полиэфира, полиамида или полиакрила, может достигаться через поверхность и в капиллярах.

Филаменты ацетата целлюлозы, из которых образован волокнистый материал, предпочтительно имеют треугольное или звездчатое полое поперечное сечение, чтобы создать большую контактную поверхность, чем у волокон, обычно используемых в чистящих салфетках.

Филаменты ацетата целлюлозы предпочтительно являются относительно большими по сравнению с волокнами, обычно использующимися в чистящих салфетках, и имеет тонину, например, от 5 до 30 денье или дтекс. Таким образом, волокнистый материал согласно изобретению особенно подходит для чистки поверхностей, например, кафеля, плитки, зеркал или стекла.

Волокнистый материал состоит из филаментов ацетата целлюлозы и/или штапельных волокон ацетата целлюлозы, образуемых путем продавливания раствора ацетата целлюлозы с ацетильным числом не ниже 53% в ацетоне через фильеру с множеством отверстий. Затем филаменты ацетата целлюлозы при необходимости разрезают на штапельные волокна ацетата целлюлозы. Филаменты ацетата целлюлозы соединяют в фильтровальную ленту, которая необязательно является извитой.

При этом предусматривается, в частности, что фильера, через которую продавливается раствор ацетата целлюлозы, имеет такую конструкцию, что полые филаменты ацетата целлюлозы прядутся снаружи.

В частности, доля пустот в трубчатой композитной структуре содержащего ацетат целлюлозы волокнистого материала составляет от 25% до 90%, предпочтительно от 50% до 80%. Такая доля пустот вносит решающий вклад в достижение длительного гидрофильного эффекта волокнистого материала, который может быть достигнут только за счет полых волокон трубчатой композитной структуры, но не с цельными филаментами, например, с обычной микрофиброй из полиэфира, полиамида или полиакрила или с натуральными волокнами. Доля пустот соответствует отношению "пустой" площади ко "всей" площади поперечного сечения волокна.

В этой связи следует отметить, что волокнистый материал согласно изобретению отличается от известных из уровня техники волокон полиэфира, полиамида или полиакрила, в частности, также тем, что диаметр филаментов ацетата целлюлозы значительно больше, чем диаметр филаментов других (синтетических) полых волокон, который составляет от 1 до 25 мкм.

В отличие от этого, наружный диаметр полых филаментов ацетата целлюлозы лежит в интервале от 50 до 150 мкм, предпочтительно от 60 до 100 мкм. Таким образом можно значительно увеличить долю пустот и, таким образом, удельный капиллярный эффект волокнистого материала согласно изобретению.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения трубчатые филаменты ацетата целлюлозы могут иметь толщину стенок от 5 мкм до 15 мкм.

Кроме того, волокнистый материал согласно изобретению отличается тем, что его можно получить почти без использования химикатов, не допуская из-за этого ухудшения водопоглощающих свойств волокнистого материала после многократного контакта с водой.

Кроме того, филаменты ацетата целлюлозы, которые используются для трубчатой композитной структуры волокнистого материала согласно изобретению, уже известны, например, из табачной промышленности для сигаретных фильтров. Этот материал (ацетат целлюлозы) совершенно безвреден для здоровья, так что волокнистый материал согласно изобретению также хорошо подходит для изделий санитарного назначения или предметов гигиены.

В качестве еще одного преимущества следует упомянуть, что волокнистый материал согласно изобретению может изготавливаться на уже существующих установках для производства фильтрующей ленты. Таким образом, не следует ожидать увеличения затрат на производство волокнистого материала согласно изобретению, так что сам волокнистый материал относительно легко производить.

Для получения волокнистого материала согласно изобретению сначала получают жгут из неизвитых непрерывных филаментов ацетата целлюлозы. Затем жгут скручивают или не скручивают и режут на волокна, при этом типичная длина волокон составляет от 10 до 80 мм, предпочтительно от 20 до 50 мм.

Что касается трубчатой композитной структуры волокнистого материала согласно изобретению, то в вариантах осуществления изобретения предусмотрено, что материал содержит трубчатые и извитые непрерывные филаменты ацетата целлюлозы. Однако изобретение не ограничено филаментами ацетата целлюлозы, напротив, было обнаружено, что превосходный капиллярный эффект и, таким образом, хорошая и долговременная водопоглощающая способность могут быть достигнуты также, когда трубчатая композитная структура содержит трубчатые, извитые и резанные непрерывные филаменты ацетата целлюлозы.

Для улучшения биологической разложимости волокнистого материала согласно изобретению под влиянием воздействий окружающей среды в вариантах осуществления изобретения предусматривается, чтобы трубчатая композитная структура, образованная из филаментов ацетата целлюлозы, содержала добавку, которая предпочтительно наносится, по меньшей мере местами, на поверхность филаментов ацетата целлюлозы, причем эта добавка состоит из азотсодержащего органического соединения, при разложении которого микроорганизмами образуются щелочные продукты разложения, в частности, аммиак и/или щелочные соединения, которые содержат одну или несколько групп NH или одну или несколько групп NH₂.

Азотсодержащее органическое соединение предпочтительно представляет собой мочевину или производное мочевины. Эти вещества являются предпочтительными, поскольку они безвредны для здоровья и, в частности, безвредны также с точки зрения пищевого законодательства и доступны в больших количествах по приемлемой цене.

С другой стороны, азотсодержащее органическое соединение может также состоять из белков, при этом в высшей степени предпочтительным является бета-лактоглобулин. Белки также безвредны для здоровья, а бета-лактоглобулин скапливается в больших количествах при производстве сыра как побочный продукт, который мало используется в промышленности.

Далее, предпочтительно, чтобы азотсодержащее органическое соединение представляло собой продукт конденсации альдегида с аммиаком или с амином, в высшей степени предпочтительным продуктом конденсации является гексаметилентетрамин.

Наконец, предпочтительно, чтобы азотсодержащее органическое соединение представляло собой циклическое соединение, в частности, карбазол. Конечно, можно также использовать и другие азотсодержащие органические соединения, но при этом следует позаботиться о том, чтобы они по возможности не были токсичными.

В качестве альтернативы или в дополнение к этому биоразлагаемость волокнистого материала согласно изобретению может быть улучшена добавлением MgO.

В соответствии с вариантами осуществления волокнистого материала по изобретению предусмотрено, что трубчатая композитная структура, сформированная из филаментов ацетата целлюлозы, состоит из растворимого в ацетоне ацетата целлюлозы с ацетильным числом менее 60%, предпочтительно составляющим от 53% до 75%. Благодаря этому гидролиз ацетата целлюлозы, предшествующий биологическому разложению, происходит за более короткое время.

Жгут, который служит исходным материалом для производства волокнистого материала согласно изобретению, может быть неизвитым (индекс извитости=0). Хотя при индексе извитости 0% материал не способен разрыхляться, неизвитый материал можно использовать в тонких плоских слоях.

Однако предпочтительно, чтобы жгут, который служит исходным материалом для производства волокнистого материала согласно изобретению, имел индекс извитости в интервале от 5% до 40%, предпочтительно от 10% до 20%.

В результате достигается оптимальная сшивка филаментов ацетата целлюлозы, при этом одновременно трубчатая композитная структура обеспечивает большое число капилляров, что необходимо для повышенной водопоглощающей способности волокнистого материала.

Индекс извитости I_x является мерой интенсивности извитости. Индекс извитости фильтровального жгута определяется в испытании на растяжение (соотношение сила/удлинение). Он определяется как отношение разности длины L₂ после вытягивания под испытательной нагрузкой и исходной длины к исходной длине L₁ под предварительной нагрузкой:

I_x=(L₂−L₁)/L₁*100%

При этом испытательная нагрузка составляет 25Н, а предварительная нагрузка 2,5Н. Зажимная длина равна 250 мм. Индекс извитости определяют в испытании на растяжение при постоянной скорости растяжения 300 мм/мин на приборе G02 фирмы Borgwaldt GmbH, Гамбург. В одном измерении записывается 10 отдельных показаний. Испытание проводится в стандартном климате: 20°C и относительная влажность воздуха 60%.

Прочность на разрыв жгутового материала, рассчитанная на суммарный титр, которая является исходной точкой для волокнистого материала согласно изобретению, предпочтительно составляет не более 15 сН/текс, более предпочтительно не более 8 сН/текс. Эта характеристика облегчает механическое измельчение, предшествующее биоразложению. Кроме того, предпочтительно использовать резанные непрерывные филаменты ацетата целлюлозы.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, прочность на разрыв, относящаяся к суммарному титру, и, таким образом, прочность жгутового материала, которая является исходной точкой для волокнистого материала согласно изобретению, составляет от 6 до 20 сН/текс, предпочтительно от 6 до 20 сН/текс и предпочтительно от 8 до 12 сН/текс для извитого жгута. Разрывная нагрузка (прочность) неизвитого или же слабо извитого жгута может достигать 20 сН/текс.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения трубчатые филаменты ацетата целлюлозы могут иметь относительное удлинение между 5% и 20% или между 10% и 18%.

В контексте настоящего изобретения под жгутовым материалом в принципе понимается лента из множества филаментов ацетата целлюлозы и/или штапельных волокон ацетата целлюлозы. Под филаментом понимается практически бесконечное волокно, а термин "штапельное волокно" означает волокно ограниченной длины. При этом речь идет, в частности, о резаных волокнах с типичными длинами от 10 до 60 мм. Такие штапельные волокна подходят, в частности, для использования в нетканых изделиях с особенно высокой водопоглощающей способностью.

В контексте настоящего изобретения под ацетильным числом понимается доля связанной уксусной кислоты в ацетате целлюлозы, выраженная в весовых процентах.

Таким образом, с волокнистым материалом согласно изобретению достигаются различные преимущества. Во-первых, трубчатая композитная структура, сформированная из ацетата целлюлозы, пригодна для специальных применений в области медицины, и при этом может быть изготовлена относительно недорого. Далее, для волокнистого материала по изобретению справедливо, что он по сравнению с известными полиолефиновыми волокнами демонстрирует ускорение скорости разложения под воздействием окружающей среды; но, тем не менее, волокнистый материал может быть использован в качестве чистящей или протирочной салфетки, гигиенического изделия, медицинского изделия или хозяйственного полотенца в обычных сегодня условиях без риска микробиологического разложения.

Трубчатые филаменты ацетата целлюлозы получают в основном прядением филаментов ацетата целлюлозы путем продавливания раствора ацетата целлюлозы в ацетоне через фильеру с множеством отверстий и, при необходимости, последующей резки филаментов ацетата целлюлозы с получением штапельных волокон ацетата целлюлозы, и соединения множества полученных таким способом филаментов ацетата целлюлозы и/или штапельных волокон ацетата целлюлозы в жгутовый материал.

Чтобы обеспечить присутствие добавки в филаментах ацетата целлюлозы и в штапельных волокнах ацетата целлюлозы, эту добавку можно добавить к вышеуказанному раствору ацетата целлюлозы в ацетоне, после чего реализуют прядение.

Чтобы обеспечить, что добавка, то есть факультативно добавленное соединение, будет присутствовать на поверхности филаментов ацетата целлюлозы и штапельных волокон ацетата целлюлозы, можно нанести эту добавку в процессе получения жгутового материала, но после образования филаментов ацетата целлюлозы, на филаменты или на образованные из них штапельные волокна ацетата целлюлозы. Например, добавку можно нанести на филаменты непосредственно перед резкой филаментов ацетата целлюлозы с образованием штапельных волокон ацетата целлюлозы, или добавку можно нанести на филаменты и/или штапельные волокна готового жгута, т.е. после объединения филаментов ацетата целлюлозы и/или штапельных волокон ацетата целлюлозы в жгут.

Для разрыхления предоставленного жгутового материала, который при необходимости может содержать факультативную добавку, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения используется так называемое подготовительное устройство, которое может содержать пару валков для непрерывного вытягивания бесконечной полосы жгута из тюка очеса. После снятия с тюка полоса жгута на своем пути к паре валков, на которую она направляется через отклоняющий ролик, проходит через два воздушных сопла, служащие для расправки и разрыхления ткани жгутовой полосы.

Изобретение относится не только к оптимизированному волокнистому материалу, но также к применению этого волокнистого материала в качестве нетканого изделия, в частности, в виде чистящей или протирочной салфетки, гигиенического изделия, медицинской салфетки или бытового полотенца. Например, волокнистый материал согласно изобретению может применяться в чистящих тканях в самых разных формах, в частности, в виде чистящей салфетки, перчаток для чистки, чистящих лент и/или чистящих дисков для чистящих машин, а также для других целей.

Изобретение относится к волокнистому материалу, содержащему ацетат целлюлозы, для нетканого изделия, в частности, в виде протирочной салфетки, чистящей салфетки, гигиенического изделия, медицинского изделия или бытового полотенца, причем волокнистый материал по меньшей мере частично или местами выполнен как трубчатая композитная структура, содержащая трубчатые филаменты ацетата целлюлозы. Изобретение относится также к нетканому изделию, содержащему волокнистый материал согласно изобретению, а также к способу получения такого содержащего ацетат целлюлозы волокнистого материала. 3 н. и 13 з.п. ф-лы.

1. Волокнистый материал, содержащий ацетат целлюлозы, для нетканого изделия, причем волокнистый материал выполнен как трубчатая композитная структура, содержащая трубчатые филаменты ацетата целлюлозы, где внешний диаметр филаментов ацетата целлюлозы находится в диапазоне между 50 и 150 мкм.

2. Волокнистый материал по п. 1, причем трубчатая композитная структура содержит трубчатые непрерывные филаменты ацетата целлюлозы и/или трубчатые и резаные непрерывные филаменты ацетата целлюлозы.

3. Волокнистый материал по п. 1, где трубчатая композитная структура содержит трубчатые и извитые непрерывные филаменты ацетата целлюлозы и/или трубчатые и извитые, и резаные непрерывные филаменты ацетата целлюлозы.

4. Волокнистый материал по п. 3, причем индекс извитости филаментов ацетата целлюлозы составляет между 0% и 40%, или между 5% и 40%, или между 10% и 20%.

5. Волокнистый материал по одному из пп. 1-4, причем трубчатые филаменты ацетата целлюлозы расположены на расстоянии друг от друга в случайном порядке, при этом связующие филаменты ацетата целлюлозы спутаны, и/или зацеплены, и/или склеены друг с другом.

6. Волокнистый материал по п. 5, причем трубчатые филаменты ацетата целлюлозы являются сшитыми.

7. Волокнистый материал по одному из пп. 1-6, причем филаменты ацетата целлюлозы имеют тонину между 5 и 30 денье.

8. Волокнистый материал по одному из пп. 1-7, причем доля пустот в трубчатой композитной структуре составляет от 25 до 90%.

9. Волокнистый материал по одному из пп. 1-7, причем доля пустот в трубчатой композитной структуре составляет от 50 до 80%.

10. Волокнистый материал по одному из пп. 1-9, причем наружный диаметр филаментов ацетата целлюлозы лежит в интервале между 60 и 100 мкм.

11. Волокнистый материал по одному из пп. 1-10, причем трубчатые филаменты ацетата целлюлозы имеют толщину стенок от 5 до 15 мкм.

12. Волокнистый материал по одному из пп. 1-11, причем трубчатые филаменты ацетата целлюлозы имеют прочность от 5 до 15 сН/текс.

13. Волокнистый материал по одному из пп. 1-12, причем трубчатые филаменты ацетата целлюлозы имеют относительное удлинение между 5% и 20%.

14. Волокнистый материал по одному из пп. 1-12, причем трубчатые филаменты ацетата целлюлозы имеют относительное удлинение между 10% и 18%.

15. Нетканое изделие, содержащее волокнистый материал по одному из пп. 1-14.

16. Способ получения волокнистого материала, содержащего ацетат целлюлозы, по одному из пп. 1-14, содержащего трубчатыe филаменты ацетата целлюлозы, причем в соответствии с указанным способом раствор ацетата целлюлозы в ацетоне с ацетильным числом по меньшей мере 53% продавливают через фильеру с множеством отверстий, и где множество полученных в результате филаментов ацетата целлюлозы и/или штапельных волокон ацетата целлюлозы собирают в фильтрующий жгут, при этом прядильная фильера, через которую продавливают раствор ацетата целлюлозы, устроена так, чтобы формовались полые филаменты ацетата целлюлозы, причём внешний диаметр филамента ацетата целлюлозы находится в диапазоне между 50 и 150 мкм.