CN102652007B - 作为碳降低物的吸收制品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了吸收制品如尿布、卫生巾、卫生护垫或男性或女性失禁物品。所述制品包括无机材料。所述无机材料包含衍生自大气二氧化碳的碳。还提供了制造本发明制品的方法。
Description
技术领域
本发明涉及具有降低的碳足迹的吸收制品，及制造所述制品的方法。
背景技术
近年来，生产对环境的影响变得越来越与消费者、政府和生产商相关。特别受到关注的是在生产过程中排放的总温室气体，特别是二氧化碳。
在某一过程中、事件中或由企业、个人或产品排放或吸收的二氧化碳的量常由它的“碳足迹”来测量。工具如生命周期评估(LCA)可用于评价给定产品对CO2排放的影响。摇篮至坟墓是指从原料(“摇篮”)至使用阶段和废弃阶段(“坟墓”)所抽象出的全生命周期的评估。摇篮至大门则是指从原料(“摇篮”)至工厂大门所抽象出的部分产品寿命周期的评价。术语“大门”可用于生产过程中的数个位点-例如在材料制造商大门处的最终材料、或在进一步生产过程的大门处的最终产品。使用这些工具，可尝试减少在某个过程中排放的大气CO2的量，并可甚至尝试改造该过程，使得总体结果为大气CO2量降低。
来自大气的二氧化碳在光合成过程中被转变为含碳化合物。因此，认为植物能够在它们的生长过程中将大气二氧化碳“锁”在其结构中。但是，植物材料的后续分解-或其焚烧物-再次将锁住的碳以二氧化碳释放。吸收性产品如尿布通常包括植物材料(通常为纸浆和纤维素材料)，其中，这些材料中的碳源自大气CO2。在填埋区处理时、或在焚烧时，吸收性产品分解，并再次释放大气CO2。
WO 1996/009248描述了将大气CO2用作造纸填料的原料。
提供能够使用大气二氧化碳作为碳源的产品和制造方法将是有利的，但所述产品在填埋或通过焚烧分解时不应释放大气CO2。如果大气CO2可以以除光合成外的方法被吸收，则也将是有利的，这能够使比基于植物的材料范围更宽的材料起到大气CO2的“降低物(sink)”的作用。
发明内容
本发明由此提供吸收制品如尿布、卫生巾、卫生护垫或男性或女性失禁物品。所述制品包括无机材料。所述无机材料包含衍生自大气二氧化碳(CO2)的碳。
所述无机材料包含合适地具有1×10-13或更大，优选为3×10-13或更大，更优选为5×10-13或更大的14C/12C比的碳。
所述无机材料合适地是碳酸盐，例如碱金属(第一主族)、碱土金属(第二主族)的碳酸盐及它们的混合物。所述无机材料可以是碳酸钙。
所述吸收制品可包括塑料膜，并且所述无机材料可位于该塑料膜中。所述吸收制品可包括合成纤维，所述无机材料可位于该合成纤维中。
本发明还涉及制备吸收制品的方法，所述方法包括以下步骤：
a.在水的存在下，使大气CO2与金属盐(优选金属硫酸盐)反应，得到金属碳酸盐，
b.将步骤a.中得到的金属碳酸盐加入所述吸收制品中。
当所述吸收制品包括塑料膜或合成纤维时，所述方法可包括以下额外的步骤：
b1.将所述金属碳酸盐加入所述塑料膜或合成纤维中，
b2.将所述塑料膜或合成纤维加入所述吸收制品中。
以上方法的金属碳酸盐合适地是碳酸钙。
定义
术语“无机”是指不是植物或动物来源的材料，并且不包括有机材料如纤维素、或化石燃料如石油等。无机材料通常是盐。无机材料的实例包括金属碳酸盐、氰化物、氰酸盐、碳化物和硫氰酸盐。
吸收制品是将要穿着在穿戴者裆部位置的制品，并且其用于吸收和控制身体流出物：如血液、尿、排泄物等。该制品在穿戴者的衣物下最接近皮肤穿着。通常，吸收制品是如尿布、卫生巾、卫生护垫或男性或女性失禁物品的制品。
二氧化碳(CO2)以痕量(低于0.05%)天然存在于大气中。“大气”二氧化碳用于表示气态形式的二氧化碳，其直接来自地球的大气。此外，“大气”二氧化碳可以是指工业过程的废产物，例如得自其它过程并回收过的废物烟道(flue)。
附图说明
参照随附的示意图以下将更详细地描述本发明，其中
图1所示为根据本发明的吸收制品：其是尿布。
图2所示为沿图1中的线II-II的截面视图。
具体实施方式
图1显示了尿布形式的根据本发明的吸收制品10。尽管本发明参照尿布进行描述，但是其等同于其它吸收制品，如卫生巾、卫生护垫或或男性或女性失禁物品。如上所述，“吸收制品”意指靠近穿戴者皮肤的制品，其用于吸收和容纳身体流出物：如尿液、粪便和月经液。本发明主要涉及一次性吸收制品，其意指不打算在使用后洗涤或另外作为吸收制品复原或再利用的制品。
如图1和图2中的截面所示，吸收制品10一般包括可渗透液体的顶片11，当制品10穿着时，其最贴近穿戴者。吸收体12一般位于顶片11以下。不可渗透液体的背片13一般位于吸收芯部12和穿戴者的衣物之间。通常，吸收制品10包括所有这三个部件；但是，某些吸收制品10可能缺少这些部件中的一个。
可渗透液体的顶片11最贴近穿戴者的皮肤，并与皮肤接触。其还使得身体流出物穿过下面的吸收体12。因此，适于作为顶片11的材料应是柔软的，对皮肤不刺激，并且易于被体液如尿液或月经液渗透。顶片11可由无纺材料构成，如经纺粘的、经熔喷的、经梳理的、经水刺缠绕的、经湿法成网的等无纺材料。合适的无纺材料可由如木浆或棉花纤维的天然纤维构成，或由如聚酯、聚乙烯、聚丙烯、粘胶纤维等的人造纤维构成，或由天然和人造纤维的混合物组成。在某些情况下，顶片11可包括打孔的塑料膜，所述孔能够使液体穿过。顶片11还可由丝束纤维组成，其可如EP-A-1035818所公开的，以粘结的方式相互连接。适用于顶片11的其它材料的实例是多孔泡沫、开孔的塑料膜等。顶片11在吸收制品的不同部分可以是不同的。
不可渗透液体的背片13位于吸收体12的面向衣物的表面，其起着防止身体流出物从吸收体12漏出并弄脏穿戴者衣物的作用。因此，在面向衣物侧覆盖吸收体12的不可渗透液体的背片13是不可渗透液体的材料，如薄的塑料膜，例如聚乙烯或聚丙烯的膜，涂覆有不可渗透液体的材料的无纺材料，耐液体渗透的疏水性无纺材料，或一个或多个塑料膜与一种或多种无纺材料的叠层。为了改善感觉，不可渗透液体的背片13优选在其面向衣物的一侧包括柔软的无纺材料。不可渗透液体的背片13可以是透气性的，以便能够使蒸汽从吸收体12散出，同时仍可防止液体从其穿过。透气性的不可渗透液体的背片13的实例是多孔聚合物膜、来自经纺粘和经熔喷的层的无纺叠层、来自多孔聚合物膜和无纺材料的叠层。
吸收体12起接收和保留来自穿戴者的身体流出物的作用。因此，它包括吸收材料。吸收体12可以是任何常规类型的。常见的吸收材料的实例是纤维素绒毛浆、薄纸层、高吸收性聚合物(所谓的超吸收体)、吸收性泡沫材料、吸收性无纺材料等等。通常，在吸收体12中将纤维素绒毛浆和超吸收性材料组合。该薄吸收体通常例如是婴儿尿布和失禁防护物，其通常包括经压制的纤维素绒毛浆和超吸收材料的混合或层合的结构。吸收体12的尺寸和吸收容量可以变化，以适合不同的用途，如用于婴儿或用于失禁成人。
吸收体12可包括一层或多层，可对其进行选择以改善身体废物的处理。设计这样的层以在短时间段中接收大量的液体，并将液体均匀分布在吸收体12上。它们可包括所谓的传递层、分布层、潮涌(surge)层或采集层，并且通常位于顶片11和吸收体12之间，和/或位于吸收体12和背片13之间。
顶片11和背片13一般在X-Y平面中具有相似的延伸，而吸收体12一般具有较小的延伸。顶片11和背片13相互连接在吸收体12的外缘周围，使得吸收体12被封装在由顶片11和背片13形成的封体中。吸收体12至少位于吸收制品10的裆部，并还可延伸入前部和后部一些。顶片11、吸收体12和背片13可通过本领域中常见的任意方法相互连接，例如超声波焊接、热焊接或胶接。
吸收制品10包括无机材料。所述无机材料可具有各种功能：例如吸收液体或气味、向吸收制品及其材料提供容积(bulk)、或提供可透气性，其原因是所述无机材料有助于形成多孔结构。
所述无机材料包含碳。最合适的，碳以碳酸盐阴离子(CO3 2-)存在。其它的含碳无机材料包括例如氰化物(CN-)、氰酸盐(OCN-)、碳化物、硫氰酸盐(SCN-)。
合适地，所述无机材料是盐，即由阳离子和阴离子以合适比例使总电荷为零所构成的材料。例如，所述无机材料可由碳酸盐，例如碱金属(第1主族：例如Li、Na、K)和碱土金属(第二主族：例如Mg、Ca)的碳酸盐及它们的混合物构成。最合适地，所述无机材料是碳酸钙(CaCO3)。
无机材料中的碳源自大气二氧化碳(CO2)。也就是说，其中进行大气二氧化碳与其它合适试剂的反应而形成无机材料的化学过程。术语“源自”是指“基本上直接源自”。也就是说，该术语不意图包括天然存在的无机材料，并且在某种意义上从它们的地质史而言，其可以包括作为天然碳循环部分的源自大气的二氧化碳。例如，本发明的无机材料源自之前20年内的、优选之前10年内的大气二氧化碳。
由于无机材料中的碳源自大气二氧化碳，在所述无机材料的制造中从大气中除去二氧化碳，由此制造出吸收制品10。因此，在所述吸收制品的处理期间，特别在填埋的过程中，源自大气CO2的碳与大气隔离，并以无机形式被捕集。
存在使用CaO以循环当焚烧CaCO3时释放的CO2的可能性。首先，在大气CO2的存在下温热氧化钙可得到碳酸钙，由此从大气中抽取CO2。该步骤需要约400°C的处理温度。该处理高温可通过来自焚烧或使用太阳能电池的热而得到。这可以减少当焚烧时来自CaCO3的排放，并产生新的可使用的CaCO3。由此，本发明的材料得到的CO2eq/kg将更低。
通过分析所述无机材料中的碳同位素的比值(类似于“碳年代测定”的方法)，可将本发明的吸收制品10与已知的吸收制品区别开。目标同位素是14C，其通常产生于地球大气的上层中。14C发生放射性衰减。由于14C在大气中恒定地产生，所以大气中14C与12C的比值是相对恒定的。但是，当14C被捕集在石头或矿物、或化石燃料如石油中时，14C的量逐步减少。本发明由此提供吸收制品，其中所述含碳无机材料的14C/12C比值为1×10-13或更大，优选为3×10-13或更大，更优选为5×10-13或更大。US 2007/0219521及其中引用的文献讨论了14C/12C比值的更多细节和其确定的合适方法。
当所述无机材料是碳酸钙时，从大气CO2中制备该材料的合适方法见于WO1996/009248。制得该CaCO3的反应式是CaSO4+H2O+CO2(atm)→CaCO3+H2SO4。
本发明的无机材料可位于以上所述的吸收制品10的一个或多个部件上。也就是说，它可位于顶片11、吸收体12或背片13，或这些部件的多于一个之中。所述无机材料通常以颗粒形式存在。
本发明的无机材料可位于塑料膜中。制备塑料膜的合适的聚合物包括聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯或它们的混合物)、聚酯和聚酰胺、或它们的混合物。合适地，所述聚合物可来自可再生来源(所述的生物聚合物)。这样的生物聚合物可以对在处理或焚烧本发明的材料或产品过程中排放出的CO2当量的计算上具有更积极的效果。
含无机材料的塑料膜是本领域中已知的，例如US6576809、JP2000136254。这样的膜通常通过在将聚合物拉伸或吹制成膜之前将所述无机材料加入熔融的聚合物中而制备。在该膜中的无机材料为所述膜提供多孔性。所述无机材料可以本领域膜中的30-70%存在。根据本发明，所述无机材料在塑料膜中可以2-80重量%、优选5-70重量%存在。如果所述无机材料位于塑料膜中，该塑料膜可以以制品10的顶片11或背片13存在，优选以背片13存在。由此，本发明提供吸收制品10，其中该吸收制品10包括塑料膜，所述无机材料位于塑料膜中。甚至更优选地，本发明的吸收制品的背片13包括叠层，其中本发明的塑料膜是所述层之一。
本发明的无机材料可以位于合成纤维中。用于制备所述合成纤维的合适的聚合物包括聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯或它们的混合物)、聚酯和聚酰胺、或它们的混合物。如同对于以上的膜，合成纤维的聚合物可来自可再生来源(所谓的生物聚合物)。所述纤维可以是单组分、双组分或多组分纤维。所述纤维可以是连续纤维或短纤维。含无机材料的合成纤维是本领域中已知的，例如US 20090104831、US 4341213。在该纤维中的无机材料向纤维提供多孔性和其它性质。在纤维经拉伸或吹制之前，可将所述无机材料加入生产纤维的聚合物中。在本发明的合成纤维中，无机材料可以2-40重量%、优选为5-25重量%存在。含本发明的无机材料的合成纤维可制成无纺布层(如作为顶片11、背片13或其它层的部分)，或可松散地排列作为吸收体12的一部分。由此，本发明提供了吸收制品10，其中吸收制品10包括合成纤维，并且无机材料位于该合成纤维中。
或者，本发明的无机材料可位于无纺布层中。本发明的无机材料可与本领域中任何已知的无纺技术和任何纤维组合物一起使用。例如，无机材料可在其生产过程中加入无纺布层的结构中，例如通过将无机材料加入制备所述无纺布层的纤维混合物中，或将所述无机材料加入现有的无纺布层中。如上所述，该情况下的无机材料并不是位于合成纤维本身之中，而是捕集在单个纤维之间。可使用粘结剂材料将所述无机材料加入无纺布层中。
在吸收制品10中，本发明的无机材料可存在于吸收体12的一个或多个部件中。例如，本发明的无机材料可存在于现代吸收制品10的吸收体12的关键部件的超吸收性聚合物(SAP)中。或者，所述无机材料可结合在吸收制品10的吸收体12中的其它位置。
作为另一个可选方案，本发明的无机材料可简单地松散位于吸收制品10内。因此，它存在于由顶片11和背片13形成的封体中。
本发明还提供用于制备吸收制品10的方法。所述方法包括以下步骤：
a.在水的存在下使大气CO2与金属盐反应而得到金属碳酸盐，
b.将步骤a.中得到的金属碳酸盐加入所述吸收制品10中。
合适的是，所述金属盐是金属硫酸盐。在金属硫酸盐的情况中，该方法的步骤a.更详细地在WO1996/009248中讨论。在吸收制品10包括塑料膜或合成纤维的具体情况下，所述方法包括以下的额外步骤：
b1.将所述金属碳酸盐加入塑料膜或合成纤维中，
b2.将所述塑料膜或合成纤维加入所述吸收制品10中。
以上描述的吸收制品10、其部件和无机材料的所有特征同样适用于本发明的方法。具体地，在以上方法中使用的金属碳酸盐可以是碳酸钙。塑料膜或合成纤维可加入吸收制品10的任意合适的组件中。具体地，所述塑料膜可加入吸收制品10的背片13中。
根据一些实施方案和附图已描述本发明。但是，不应将本发明理解为限于这些实施方案，反之，本发明的范围由随附的权利要求限定。
碳足迹的计算
根据下式进行对于由CaSO4和大气CO2制备的CaCO3的计算：
CaSO4+H2O+CO2→CaCO3+H2SO4
1mol的CO2得到1mol的CaCO3。CaCO3的分子量为80g/mol，CO2的分子量为44g/mol。
需要0.55kg的CO2来产生1kg的CaCO3，并且在计算中，假设生产1kg的CaCO3消耗0.5kg的CO2当量。由于所述方法中存在产生少量CO2的可能性，所以将消耗近似为0.5kg的CO2当量。
由于CaSO4是源自其它工业方法的废物，所以从生产该材料中没有增加CO2的贡献。
与从地面采矿开采的CaCO3进行比较。该开采方法本身具有一定的碳足迹。
其它值来自以下文献：
Production of PP and PE:
Plastics Europe(March 2005)I Boustead,Eco-profiles of the EuropeanPlastics Industry,Production of CaCO3：
Ecoinvent Data v.2.0(2007),Kellenberger D.等人.Life CycleInventories of Building Products.,Ecoinvent Report no.7。
Waste Handling:
Ecoinvent Data v.2.0(2007),Doka G.Life Cycle Inventories of WasteTreatment Services,Ecoinvent Report no.13。
对比计算的实例
实施例1-聚合物颗粒
对聚合物颗粒的生产评估CO2当量。也就是说，在该实施例中的“大门”应理解为最终聚合物颗粒的生产。
重要的是考虑到对聚合物所举例说明的值缺少将聚合物颗粒转化为膜或无纺材料的CO2贡献。聚合物颗粒向膜和纤维的转化和产品制造取决于转化路线的效率和用于生产的能量来源，可给出不同的CO2当量。挤出成膜和纺丝成纤维制备无纺材料都很依赖生产装置、技术和能量来源(国家与国家之间不同)。在无纺材料的制备中，能量消耗给出的CO2贡献为0.7-1.4。由于过程温度较低，膜挤出可能会给出较低的贡献。由于如果使用相同的设备，在相同的位置中生产，假设所对比的所有膜可以具有近似相同的值，所以没有增大该值。对于不同的膜，会存在相对值的CO2当量百分数下降的效果。
摇篮至大门式的计算基于聚合物颗粒的生产。已研究了不同废物的选择、焚烧和填埋。这些数据示于下表1。
表1：对各种聚合物颗粒和废物选择的摇篮至大门式生产的经计算的CO2当量
| 生产 | 焚烧 | 填埋 | |
| CO2eq/kg | CO2eq/kg | CO2eq/kg | |
| PE颗粒 | 2.06 | 3.01 | 0.11 |
| PP颗粒 | 1.94 | 3.01 | 0.11 |
| 开采的CaCO3 | 0.02 | 0.44 | 0.11 |
| 来自大气CO2的CaCO3 | -0.50 | 0.44 | 0.11 |
实施例2-聚合物膜
然后对膜的生产进行摇篮至大门和摇篮至坟墓式估算，其中将纯PE颗粒与填充有50%的CaCO3的PE颗粒和填充有50%的源自大气CO2的CaCO3的PE颗粒进行对比。从加工的角度而言，估计50%的填料是合理的。
对于100%的焚烧、100%的填埋和70%的填埋/30%的焚烧(在欧洲常规的废弃物处理)进行估算。结果示于表2。出人意料的效果在于，碳足迹的降低高于具有70/30选择的填料百分比，比PE减少55%。这归因于“锁”在填埋中的CO2。相对于填充有从地理来源开采的CaCO3的PE膜，CO2降低16%。
表2：对于各种膜的摇篮至大门式生产的CO2当量的示例性计算
实施例3-聚合物纤维
对于填充有CaCO3的聚合物纤维进行相似的估计。对于聚丙烯(PP)纤维估算其值。数据示于表3中。从加工的角度而言，估计20%的填料是合理的。使用本发明的20%的CaCO3填料可得到比纯PP纤维估计每kg下降20%的CO2当量。
表3:各种纤维的摇篮至大门式生产的CO2当量的示例性计算
尽管基于CaCO3进行了以上计算，当然本发明不限于CaCO3。对于从大气CO2生产的其它无机材料可进行相似的计算。
Claims (10)
1.吸收制品(10)，其包括无机材料，所述无机材料包含衍生自大气二氧化碳(CO2)的碳，并且其具有1×10-13或更大的14C/12C比，并且其中所述无机材料是选自锂(Li)、钠(Na)和钾(K)的碱金属的碳酸盐，或选自镁(Mg)和钙(Ca)的碱土金属的碳酸盐，及它们的混合物。
2.根据权利要求1的吸收制品(10)，其中所述无机材料包含衍生自大气二氧化碳(CO2)的碳，并且其具有3×10-13或更大的14C/12C比。
3.根据权利要求1的吸收制品(10)，其中所述无机材料包含衍生自大气二氧化碳(CO2)的碳，并且其具有5×10-13或更大的14C/12C比。
4.根据权利要求1的吸收制品(10)，其中所述无机材料是碳酸钙。
5.根据前述权利要求中任一项的吸收制品(10)，其中吸收制品(10)包括塑料膜，所述无机材料位于所述塑料膜中。
6.根据权利要求1-4中任一项的吸收制品(10)，其中吸收制品(10)包括合成纤维，所述无机材料位于所述合成纤维中。
7.制造吸收制品(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
a.在水的存在下使大气CO2与选自锂(Li)、钠(Na)和钾(K)的碱金属的盐、或选自镁(Mg)和钙(Ca)的碱土金属的盐的金属盐反应，得到金属碳酸盐，该金属碳酸盐是碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐，
b.将步骤a.中得到的碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐加入所述吸收制品(10)中。
8.根据权利要求7的方法，其中所述金属盐是金属硫酸盐。
9.根据权利要求7或8的方法，其中吸收制品(10)包括塑料膜或合成纤维，并且所述步骤b包括以下步骤b1和b2：
b1.将所述金属碳酸盐加入所述塑料膜或合成纤维中，
b2.将所述塑料膜或合成纤维加入所述吸收制品(10)中。
10.根据权利要求7或8的方法，其中所述金属碳酸盐是碳酸钙。
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