CN103814163A - 可冲走的湿擦巾或卫生薄棉纸及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种可冲走的湿擦巾或卫生薄棉纸，其包括用润湿组合物浸渍的水力缠结的非织造材料。该非织造材料包含按纤维重量计至少70％的纸浆纤维和按纤维重量计至少5％的聚(乳酸)纤维，该聚(乳酸)纤维具有8-20mm之间的长度和0.5-3dtex之间的细度，所述聚(乳酸)纤维是非熔化的，并且该湿擦巾或卫生薄棉纸不含添加的粘结剂和湿强剂。

Description

可冲走的湿擦巾或卫生薄棉纸及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种湿擦巾(moist wipe)或卫生薄棉纸，其包括用润湿组合物浸渍的水力缠结的非织造材料。尤其涉及意图在下水道中可冲走的湿厕纸以及其他擦巾或卫生薄棉纸。还涉及用于制造可冲走的湿擦巾或卫生薄棉纸的方法。
背景技术
预湿润的擦巾或卫生薄棉纸通常用于清洁人体的不同部位。具体使用的例子为婴儿护理、手部擦拭、女性护理和厕纸或者作为厕纸的补充。
由于从生产预湿润的擦巾之时直至使用时刻，经常会经过一段很长的时间，因而对于其意图的擦拭作用，擦巾须在该时间段内具有足够的结构完整性。向擦巾添加湿强剂将提供该润湿完整性。然而，特别是当用作厕纸时，强烈期望擦巾或棉纸能够在下水道被冲走而没有造成阻塞管道或过滤器的问题。当在传统的家居厕所系统中被冲刷时，具有高的湿强度的擦巾或棉纸将不会分解或破碎为小的纤维簇，这可能造成排水系统的堵塞。
目前市场上大部分的可冲走的预湿润厕纸因其小尺寸而是可冲走的。它们能够沿排水道或污水管移动，但却不易分散，并因此可能造成阻塞管道或过滤器的问题。
之前还知晓的是，例如在美国专利US3554788中使用具有水溶性组分的粘结剂作为在水可分散的非织造材料中的粘结剂。据称该材料具有良好的干强度，但很容易分散在水中，并且是可冲走的。该非织造材料以干燥条件包装，其所能保持的足够的结构完整性不会比湿擦巾所要求的时间段更长。
通过美国专利US6110848已知一种由水力缠结的三层夹心结构制造的湿擦巾，其包括合成纤维的外层和纤维素纤维的中间层。
EP1320458B1公开了一种湿擦巾，其在水中受到轻微搅动就能够分解，并包含至少50重量％的纤维素纤维、至少5重量％的人造高结晶性纤维素纤维和至少0.5重量％的粘合纤维。该纤维是水力缠结的，并且粘合纤维产生网络，其在活化和熔融之后将纸浆纤维和高结晶性纤维轻微地粘结在一起。
US5835880公开了一种可分散的湿擦巾，其包含含有纸浆纤维的水力缠结的纤维状网幅(fibrous web)、任选存在的合成纤维和粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含二价离子抑制剂，其有助于分解过程。
EP0303528A1公开了一种用作湿擦巾的水力缠结的可分解的非织造纤维状网幅。它包含至少70重量％的纸浆纤维和至少5重量％的短纤维长度的再生纤维素纤维。
US6670521公开了一种可冲走的湿擦巾，其包括具有机械性弱化区的纤维状网幅。该纤维状网幅包含至少50重量％的纤维素纤维，并还可包含聚(乳酸)纤维。该网幅包含湿强剂。
仍然需要一种湿擦巾或卫生薄棉纸，对于其意图的擦拭功能，其具有足够的结构完整性，但当在下水道中冲走时它能够容易地分解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种意图在下水道中可冲走的湿擦巾或卫生薄棉纸。根据本发明，该目的已经通过如下事实解决：该湿擦巾或卫生薄棉纸包括用润湿组合物浸渍的水力缠结的非织造材料，所述非织造材料包含按纤维重量计至少70％的纸浆纤维，其中所述湿擦巾或卫生薄棉纸包含按纤维重量计至少5％的聚(乳酸)纤维，该聚(乳酸)纤维具有8-20mm之间的长度和0.5-3dtex之间的细度，所述聚(乳酸)纤维为非熔化的，并且该湿擦巾或卫生薄棉纸不含添加的粘结剂和湿强剂。
该湿擦巾或卫生薄棉纸可以包含按纤维重量计至多10％的再生纤维素短纤维和/或天然纤维，其具有至少4mm的纤维长度。
该聚(乳酸)纤维可以具有12-18mm之间的长度。
该聚(乳酸)纤维可以具有1-2dtex之间的细度。
该聚(乳酸)纤维可以是熔点为至少140℃的单组分纤维。
该湿擦巾或卫生薄棉纸可具有40-100g/m2之间的基重，其中基重通过不含润湿组合物的非织造材料计算而得。
该湿擦巾或卫生薄棉纸是湿厕纸。
该湿擦巾或卫生薄棉纸在横向上具有25-200N/M之间，优选在40-200N/m之间的湿强度。
该聚(乳酸)纤维可形成开放的夹层结构，其机械性地粘结至纸浆纤维和任选存在的再生纤维素短纤维和/或天然纤维。
根据ASTM方法D2256/D3822，该聚(乳酸)纤维具有20-50g/旦之间，优选为30-40g/旦之间的模量。
本发明还涉及一种湿擦巾或卫生薄棉纸的制造方法，所述方法包括如下步骤：
使纤维混合物泡沫成形，该纤维混合物具有按纤维重量计至少70％的纸浆纤维和按纤维重量计至少5％的聚(乳酸)纤维，该聚(乳酸)纤维具有8-20mm之间的长度和0.5-3dtex之间的细度，使所述混合物水力缠结以形成水力缠结的非织造网幅，干燥所述网幅，其中所述网幅不含添加的粘结剂和湿强剂，并且其中该聚(乳酸)纤维是非熔化的，并用润湿组合物浸渍该网幅。
附图说明
图1是根据本发明的水力缠结的非织造网幅的微观照片。
图2显示对如下所述的四种水力缠结的湿擦巾材料进行的可冲走性测试。
具体实施方式
根据本发明的预湿润的擦巾或卫生薄棉纸包括用润湿组合物浸渍的水力缠结的非织造材料。该润湿组合物可包含大部分的水和取决于意图用途的其他成分。在湿擦巾和卫生薄棉纸中有用的润湿组合物在本领域中是熟知的。
水力缠结法或水刺法是1970年代期间引入的形成非织造网幅的技术，例如参见CA841938。该方法涉及形成纤维网幅，其可以是干法成网(drylaid)或湿法成网(wetlaid)的，在成网后纤维通过非常细的水喷流在高压下缠结。几排水喷流导向活动的多孔支撑或穿孔鼓支撑的纤维网幅。在该方法中纤维相互缠结，为纤维状网幅提供足够的粘合强度，无需使用化学粘结剂。然后使缠结的纤维状网幅干燥。用于所述材料的纤维可以是天然纤维，尤其是纤维素类纸浆纤维、人造短纤维、以及纸浆纤维和短纤维的混合物。水刺材料可以以合理的成本高质量生产，并且它们有很高的吸水能力。
根据本发明的用于湿擦巾或卫生薄棉纸的纤维为按纤维重量计至少70％的纸浆纤维和按纤维重量计至少5％的聚(乳酸)(PLA)纤维，该PLA纤维具有8-20mm之间的长度和0.5-3dtex之间的细度。该PLA纤维可以具有根据ASTM方法D2256/D3822的20-50g/旦之间，优选为30-40g/旦之间的模量。
任选地可包括其它的人造短纤维。这些人造短纤维应优选是可生物降解的，例如再生纤维素纤维，例如粘胶丝、人造丝和莱赛尔(lyocell)等。除了PLA纤维之外，非织造网幅可以包括按纤维重量计高达10％的这种人造纤维。这些人造纤维的长度可以在4-20mm的范围。其他不同于纸浆纤维的天然纤维也可以包括在纤维状网幅中，例如棉纤维、剑麻、大麻、苎麻、亚麻等。这些天然纤维通常具有大于4mm的长度。
纤维素纸浆纤维可以选自任何类型的纸浆以及其共混物。优选地纸浆的特点为全天然的纤维素纤维，并且可以包括木质纤维和棉。优选的纸浆纤维为软木造纸纸浆，虽然也可使用硬木纸浆和非木质纸浆，如大麻和剑麻。纸浆纤维的长度可以变化，从低于1mm的硬木纸浆和循环纸浆至高达6mm的某些类型的软木纸浆。优选使用纸浆纤维，因为它们不贵、现成并且是吸收性的。
PLA是由再生的农业天然材料制备的疏水性聚合物。因此，由PLA制造的纤维也具有疏水性并认为是非吸收性的。由于仅仅吸收少量水，所以得不到主要的塑化(软化)效果，并且PLA纤维的湿弯曲模量与干弯曲模量基本上相同，而且PLA纤维在水中也相对是刚性的。
对于纤维素基纤维，如木纸浆、棉、粘胶丝、人造丝或莱赛尔，水被该纤维吸收。湿弯曲模量由此降低，并且纤维在水中变得非常有柔性。由于较低的湿弯曲模量，在碎浆机中，如果纤维长度过长，则该类纤维具有缠结趋向并彼此粘结。对于纸浆纤维而言，归因于它们在0.5-2mm范围中的相对较短的纤维长度，这不是问题。因此，纸浆纤维能够以较高浓度用于纤维混合物中。
人造再生纤维素纤维，如粘胶丝、人造丝或莱赛尔以较长的长度使用以增强水力缠结材料的强度。纤维越长，则使用的浓度越高，所获得的增强效果越好。由于较低的湿弯曲模量，这些纤维通过水力交缠结合产生强度是非常有效的。然而，根据经验，过多的再生纤维素纤维已在碎浆机中发生缠结，并获得较差的材料运转性和形成。较短的再生纤维素纤维易于加工。基于此原因，重要的是考虑到形成和理想的长度来平衡再生纤维素纤维长度和纤维浓度。
根据本发明，当湿网幅能够用纸浆纤维和具有相对较长长度的PLA纤维形成时，相信夹层的PLA纤维形成相对开放的网幅。纸浆纤维将填充PLA纤维之间和周围的空间。如果没有水力缠结，这种材料的湿强度是较差的。通过水力缠结，纸浆与长PLA纤维缠绕在一起，特别是在PLA纤维交叉处的缠绕点产生了材料的强度。通过在PLA纤维交叉处将材料编织在一起，获得具有结构整体性的纤维网络，允许该材料用于预湿润的应用。该材料所获得的强度是归因于纸浆和长PLA纤维之间的机械结合/互锁所产生的。具有高纸浆计量的材料缠结时，缠结能量却必须处于相对较低的水平，使得纸浆不会从网幅上被冲走。对于例如意图用于可在下水道冲走的湿擦巾的应用而生产的材料，也必须平衡缠结能量，并且保持在相对较低的水平，以确保较好的分解。基于此原因，不相信PLA纤维之间的主要缠结都在较低的水力缠结能量水平下发生。还相信水力缠结在结构上压缩特定区域，并在此，短的、微细的和活动的纸浆纤维可作为楔形物(wedge)工作。还相信这对材料强度作出贡献。
图1示出了由扫描电子显微镜(SEM)获得的根据本发明用PLA和纸浆纤维制得的水力缠结材料的图像。示出了由PLA纤维产生的补强性网络结构、以及较短的和活动的纤维素纸浆纤维，该纸浆纤维已缠结并填充PLA纤维之间的空间。该图像支持上述理论。
同样，通过与PLA纤维和纸浆纤维一起使用再生纤维素纤维，已出人意料地显示出它可以易于平衡和控制用作意图可在下水道冲走的湿擦巾的材料所需要的结构整体性和强度。较长的再生纤维素纤维会和PLA纤维一起参与夹层纤维网络中，然而是以不同的方式进行。关于PLA-纸浆复合材料，纸浆纤维会填充PLA和再生纤维素纤维之间和周围的空间。在水力缠结时，纸浆纤维会产生上文所述的用于PLA和纸浆复合物的强度。由于再生纤维素纤维的低湿弯曲模量，相信它们会在低水力缠结能量水平下以比PLA纤维更高的程度缠结。因此，再生纤维素纤维可以彼此缠结，并与和PLA纤维缠结而产生强度。
通过组合PLA纤维、再生纤维素纤维和纸浆，因此能够容易平衡强度，使得产品变得在下水道中可冲走，即分解。与此同时，湿张力强度足够高使得产品不会在分配和湿擦巾使用过程中破碎。出人意料地是，水力缠结的复合材料由此获得了充分的湿强度，而不需要任何PLA短纤维之间的热粘结或者不需要使用任何化学粘结剂。
根据一个实施例，PLA纤维可以具有12-18mm之间的长度。
例如，PLA纤维是非熔化的，使得当网幅被冲入下水道时，可使补强性网络破碎。这会使得网幅分解。
水力缠结的短纤维-纸浆复合材料的机械强度是短纤维浓度、短纤维长度、短纤维粗糙度、短纤维弯曲模量、输入的水力缠结能量的函数、以及形成，包括纤维在结构如何排列的函数。机器方向上的材料强度始终高于横向上的强度，这是由于制造方向上的纤维排列、归因于形成片材时的水流剪切、以及由于在通过水力缠结和干燥中在将网幅传送至复卷机时对材料施加的压力。在简单的纤维网络途径中，通常认为纤维交叉的数量能够通过简单的概率分布描述。
在表征由PLA纤维产生的网络结构的尝试中，位于PLA纤维之间的交叉点的数量的理论值可通过如下方法计算。
对于具有60g/m2的基重，并且PLA纤维浓度为5重量％的网幅，PLA纤维的数量将为3g/m2。对于细度为1.5dtex(1.5g/10000m)的PLA纤维，PLA纤维的总纤维长度为20000m/1m2网幅。半总纤维长度为10000m/m2。以毫米计的纤维之间的距离由半总纤维长度除以1000(mm)计算，在上述例子中，其将为0.1mm。通过除以该距离的实际纤维长度，可得到交叉点数量的理论值。交叉点数量显示出实际纤维长度和PLA纤维浓度的线性关系，并由下表1示出。
表1
1.5dtex的PLA纤维的纤维长度和纤维浓度与交叉点的理论值的函数关系
Figure BPA0000186270420000071
PLA纤维可具有至少140°的熔化温度，使得它们会承受正常的干燥工艺而不会软化或熔化。优选地，它是单组分纤维。湿擦巾或卫生薄棉纸应不含添加的粘结剂和湿强剂。粘结剂和湿强剂的添加会使擦巾的可冲走性变差，这是由于使其更难破碎并分散入下水道中。即使少量的湿强剂也会对可冲走性有较大影响。
PLA纤维是可润湿的且可生物降解的，这对于将它们用于意图在使用后弃置的湿擦巾或卫生薄棉纸是有益的。
将PLA纤维、纸浆纤维和任选存在的其它纤维混合并形成纤维状网幅。该纤维状网幅优选是发泡形成的，其是湿法成网的一种变化。在液体(通常是水)中将表面活性剂加入该纤维的分散体中。发泡的纤维分散体在多孔支撑构件上沉积，在构件上其脱水而形成连续的网幅状材料。该纤维分散体可被稀释为传统造纸工艺中常规使用的任意稠度。在泡沫成形工艺中获得非常均匀的纤维分布，并且还可使用比传统湿法成网工艺中更长的纤维。
形成的纤维状网幅随后由几排支管进行水力缠结，来自该支管的高压下的水射流被引向纤维状网幅，同时该纤维状网幅被多孔支撑构件支撑。该纤维状网幅经过抽吸箱排水。因此，该水射流实现了纤维状网幅的缠结，即纤维的缠绕。缠结支管中的合适压力配合纤维状材料、该纤维状网幅的每平方米克重等。优选地，缠结能量相对较低以确保网幅中纤维不过于强烈地缠结，但是网幅会如所期待地可分解。来自缠结支管的水通过抽吸箱除去，并泵送入水净化设备，并随后循环入缠结站点。
对于水力缠结，或者又称为射流喷网技术的进一步描述，参见例如加拿大专利841938。
水力缠结可在一个或多个步骤中发生，并且从网幅的一侧或从其两侧发生。该网幅可在两个连续的水力缠结步骤之间被传递至另一个多孔支撑件。
将缠结材料脱水并送至干燥站点以在最终材料被卷起并转变之前干燥。干燥可通过使热风吹过纤维状网幅、通过IR干燥机或者其他非压缩干燥技术进行。
将缠结网幅转为合适尺寸的擦巾或卫生薄棉纸。
在横向机器方向上的湿强度应当在25-200N/m之间，优选在40-200N/m之间。机器方向上的湿强度通常更高。根据测量方法SS-ENISO12625-5：2005用水测量湿强度。
该擦巾或卫生绵纸的基重优选在40-100g/m2之间，这根据纤维材料的干重进行计算，不包括润湿组合物。
至少在横向机器方向上的相对低的强度可以通过控制水力缠结工艺来实现，例如控制缠结支管的压力和/或穿过该工艺的网幅速度。因此，通过降低缠结支管的压力和/或增加通过该工艺的速度，水力缠结网幅的强度性能通常会降低，特别是在横向机器反向上。机器方向上的强度会由于纤维的取向而一直较高，并且不受水力缠结工艺的影响，其程度与横向机器方向强度的程度相同。同样已知在纤维状网幅形成期间可影响机器方向上的纤维取向，其通过相对于成形网(forming wire)的速度控制来自入口箱的纤维分散体射流速度。
该擦巾或卫生薄棉纸可以是起皱的、压花的或另外纹理化的，以增强产品的柔软度。通常，加工网幅以增强柔软度会趋于降低网幅的湿强度。
用包含取决于产品意图用途的成分的润湿组合物浸渍擦巾或卫生薄棉纸。该润湿组合物的主要比例通常是水。其他成分取决于意图用途可包括清洁剂、皮肤护理剂、杀细菌剂、杀真菌剂、润肤剂、香料、防腐剂等。
润湿组合物中的成分也会影响湿强度以及湿擦巾的分解性。例如清洁剂和润肤剂的成分很可能会降低湿强度并有利于产品的分解性。
根据本发明的该擦巾或卫生薄棉纸的一个用途是作为湿厕纸。例如，湿厕纸中适当的润湿组合物可以是水基的，并可包含如丙二醇、苯氧乙醇、椰油基葡糖苷、聚氨丙基双胍、脱氢乙酸、香料、椰油酰胺基丙基甜菜碱、洋甘菊、没药醇、柠檬酸、戊基肉桂基、香茅醇、己基肉桂醛、丁苯基甲基丙基等成分。
将该湿擦巾或卫生薄棉纸单独地包装在可由使用者撕开的密封包装中，或包装在含有许多擦巾或棉纸的分配器中，通过分配器中的分配器开口可以进行分配。
实施例
本发明进一步通过所附的测试数据来进行说明。长度为12.7和18mm的PLA纤维由Fibre Innovation Technology(Johnson City，TN，US)提供。长度为12mm的莱赛尔纤维(即再生纤维素纤维)由Lenzing提供。纸浆纤维由International Paper提供。
纸浆和短纤维组合物在具有长网造纸机流浆箱(Fourdrinier headbox)的成形网上湿法成网。使用60-150kwh/屯范围的能量，用多个水力缠结头进行水力缠结。水力缠结之后，将材料通过空气干燥技术干燥。对于材料4，在喷射缠结之后，将0.3重量％的湿强剂加入该材料中。
对于材料1-3，不使用化学粘结剂，得到充足的CD湿强度，并且材料通过倾斜管法被分解。对于材料4，将0.3重量％的湿强剂加入该材料中，通过倾斜管法得不到分解。
使用以下测试方法：
基重：SS-EN-ISO-12625-6：2005
干强度：SS-EN-ISO-12625-4：2005
湿强度：SS-EN-ISO-12625-5：2005(水中测试)
表2材料组成
材料 1 2 3 4
18mm PLA(％) 18 18 - -
12.7mm PLA(％) - - 10 10
12mm莱赛尔(％) - - 10 10
纸浆(％) 82 82 80 79.7
湿强剂(％) 0 0 0 0.3
表3测试结果
Figure BPA0000186270420000101
根据EDANA可冲走性测试，在倾斜管中480次旋转之后以拍摄的照片形式显示18.5x12cm的片型材料的分解，并示于图2，其中照片1)表示材料1，照片2表示材料2等。

Claims (15)

1.一种可冲走的湿擦巾或卫生薄棉纸，其包括用润湿组合物浸渍的水力缠结的非织造材料，所述非织造材料包含按纤维重量计至少70％的纸浆纤维，
其特征在于，
所述湿擦巾或卫生薄棉纸包含按纤维重量计至少5％的聚(乳酸)纤维，该聚(乳酸)纤维具有8-20mm之间的长度和0.5-3dtex之间的细度，所述聚(乳酸)纤维是非熔化的，并且该湿擦巾或卫生薄棉纸不含添加的粘结剂和湿强剂。
2.权利要求1的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
其包括按纤维重量计至多10％的纤维长度为至少4mm的再生纤维素短纤维和/或天然纤维。
3.权利要求1或2的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
该聚(乳酸)纤维具有12-18mm之间的长度。
4.权利要求1-3中任一项的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
该聚(乳酸)纤维具有1-2dtex之间的细度。
5.前述权利要求中任一项的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
该聚(乳酸)纤维是熔点为至少140℃的单组分纤维。
6.前述权利要求中任一项的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
其具有40-100g/m2的基重。
7.前述权利要求中任一项的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
其是湿厕纸。
8.前述权利要求中任一项的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
其在横向上具有25-200N/M之间，优选在40-200N/m之间的湿强度。
9.前述权利要求中任一项的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
该聚(乳酸)纤维形成开放的夹层结构，其机械性地粘结至纸浆纤维和任选存在的再生纤维素短纤维和/或天然纤维。
10.前述权利要求中任一项的湿擦巾或卫生薄棉纸，
其特征在于，
根据ASTM方法D2256/D3822，所述聚(乳酸)纤维具有20-50g/旦之间、优选为30-40g/旦之间的模量。
11.一种制造湿擦巾或卫生薄棉纸的方法，
其特征在于，
该方法包括以下步骤：
使纤维混合物泡沫成形，该纤维混合物是按纤维重量计至少70％的纸浆纤维和按纤维重量计至少5％的聚(乳酸)纤维的混合物，该聚(乳酸)纤维具有8-20mm之间的长度和0.5-3dtex之间的细度，使所述混合物水力缠结以形成水力缠结的非织造网幅，干燥所述网幅，其中所述网幅不含添加的粘结剂和湿强剂，并且其中该聚(乳酸)纤维是非熔化的，以及用润湿组合物浸渍该网幅。
12.权利要求11的方法，
其特征在于，
该纤维混合物包括按纤维重量计至多10％的不同于聚(乳酸)纤维的人造短纤维。
13.权利要求11或12的方法，
其特征在于，
该聚(乳酸)纤维具有12-18mm之间的长度。
14.权利要求11-13中任一项的方法，
其特征在于，
该聚(乳酸)纤维具有1.5-2dtex之间的细度。
15.权利要求11-14中任一项的方法，
其特征在于，
该聚(乳酸)纤维是熔点为至少140℃的单组分纤维。
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