CN107109738B - 用于非编织粘合剂的洗剂 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种用于形成可分散非编织衬底的方法，其包含以下步骤：a)使至少一种单烯系不饱和单体乳液聚合成乳液聚合物；和b)用选自由以下组成的群组的中和剂中和乳液聚合物：具有4到7的pKb的胺、碱金属氢氧化物和其组合，以形成水性非编织粘合剂；c)使非编织衬底与所述水性非编织粘合剂接触以形成经接触的非编织衬底；d)将所述经接触的非编织衬底加热到120℃到220℃的温度以形成经加热的经接触的非编织衬底；以及e)将经接触的经加热的非编织衬底浸没于具有小于5.5的最终pH值的水性介质中以提供可分散非编织衬底，其中水性介质含有包含柠檬酸和柠檬酸钠的混合物的缓冲剂。

Description

用于非编织粘合剂的洗剂
相关申请案的交叉引用
本申请案要求2014年12月30日申请的美国临时申请案第62/097,840号的权利，其以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于形成可分散非编织衬底组合物的方法和由其制备的可分散非编织衬底。
背景技术
当前，废水处理工业集中在一次性产品(如拭纸)上，这引起设备堵塞，其引起在废水处理设备处的困难并且导致停工时间。因此，需要在使用中具有足够拉伸强度，但可容易地分散在水中的拭纸。
已研发各种粘合剂以增加在厕所冲洗之后在水中的分散性。实例包括利用在用于拭纸的液体/洗剂与水之间pH值的差以提供分散性的粘合剂。因此，拭纸在使用时可为完整的，并且在放置到废水系统中时分解。为了使这种情况发生，拭纸的洗剂部分的pH 值必须保持在4与5.5之间。然而，有时洗剂部分的pH值可在一段时间之后变化。如果pH值变化到超过5-5.5，那么拭纸的强度消失。
因此，需要在添加到可分散拭纸中之后可保持4与5.5之间的pH值的洗剂配制物。
发明内容
本发明提供用于形成在水性介质中可分散的非编织衬底的方法。本发明还提供婴儿拭纸、个人护理拭纸、清洁拭纸或由通过这种方法形成的可分散非编织衬底制成的具有pH值低于5.5的洗剂的任何湿润的非编织物。
在本发明的一个实施例中，提供用于形成可分散非编织衬底的方法，其包含以下步骤：a)使至少一种单烯系不饱和单体乳液聚合成乳液聚合物；b)用选自由以下组成的群组的中和剂中和乳液聚合物：具有4到7的pKb的胺、碱金属氢氧化物和其组合，以形成水性非编织粘合剂；c)使非编织衬底与所述水性非编织粘合剂接触以形成经接触的非编织衬底；d)将所述经接触的非编织衬底加热到120℃到220℃的温度以形成经加热的经接触的非编织衬底；以及e)将经接触的经加热的非编织衬底浸没于具有小于5.5 的最终pH值的水性介质中以提供可分散非编织衬底，其中水性介质含有包含柠檬酸和柠檬酸钠的混合物的缓冲剂。
在替代方案中，本发明提供通过前述实施例中的任一个的方法形成的可分散非编织衬底。
根据前述实施例中的任一个，在替代性实施例中，本发明提供可分散拭纸，如婴儿拭纸、个人护理拭纸、清洁拭纸，或含有pH低于5.5的洗剂的任何湿润的非编织物。
具体实施方式
本发明提供用于形成在水性介质中可分散的非编织衬底的方法和由通过这种方法形成的可分散非编织衬底制成的拭纸，如婴儿、个人护理或清洁拭纸，或其中洗剂之pH值低于5.5的任何湿润的非编织物。
在本发明的用于形成在水性介质中可分散的非编织衬底的方法中，本文中“水性”意指其中连续相是水或在替代方案中，主要包括水但也任选地包括水可混溶的溶剂、杀生物剂、软化剂、缓冲剂、螯合剂和表面活性剂以及其它成分的组合物。本文中“可分散”意指在适当条件下可引起分解成以下各项中的至少一个的非编织衬底：小片、纤维的聚集体、单独的纤维和其混合物。
本文中“非编织”意指不是编织或针织材料的通常呈片状或网状形式的纤维的织物类组件。非编织衬底包括纸；非编织织物；毡和垫；或纤维的其它组件。非编织衬底可包括：纤维素纤维，如棉、人造丝和木浆；合成纤维，如聚酯、玻璃和尼龙；双组分纤维；以及其混合物。在一个实施例中，非编织衬底具有大量能够参与氢键结的纤维。在替代性实施例中，非编织衬底包括大量的纤维素纤维。非编织衬底可通过所属领域中已知的方法形成，例如湿法成网、气流成网、纺粘成网、熔纺成网和水缠绕成网。通常选择纤维以便其长度和组成对所处理的非编织衬底的最终分散性无害。
用于形成可分散非编织衬底的方法包含以下步骤：a)使至少一种单烯系不饱和单体乳液聚合成乳液聚合物；b)用选自由以下组成的群组的中和剂中和乳液聚合物：具有4到7的pKb的胺、碱金属氢氧化物和其组合，以形成水性非编织粘合剂；c)使非编织衬底与所述水性非编织粘合剂接触以形成经接触的非编织衬底；d)将所述经接触的非编织衬底加热到120℃到220℃的温度以形成经加热的经接触的非编织衬底；以及e) 将经接触的经加热的非编织衬底浸没于具有小于5.5的最终pH值的水性介质中以提供可分散非编织衬底，其中水性介质含有包含柠檬酸和柠檬酸钠的混合物的缓冲剂。
可分散非编织衬底包括乳液聚合物；即，在水性乳液聚合过程中通过烯系不饱和单体的自由基聚合制备的聚合物。
在各种实施例中，以乳液聚合物的重量计，乳液聚合物可包括8到22重量百分比的酸单体作为共聚单元。本文中包括并且本文中公开在8与22重量百分比之间的所有范围；例如酸单体的重量百分比可从8、12.5或14的下限到11、16、20或22的上限。
乳液聚合物的多分散指数至少是10。本文中包括并且本文中公开大于或等于10的任何和所有范围，举例来说，乳液聚合物的多分散指数可以是15、20、30、40或50。
乳液聚合物还具有小于1,000,000的重量平均分子量。本文中包括并且本文中公开小于1,000,000的任何和所有范围，举例来说，乳液聚合物的重量平均分子量可小于900,000、小于500,000或小于400,000。
在各种实施例中，酸单体重量百分比的具体范围与具体重量平均分子量范围组合以便获得所需粘度，以产生在中和之后固体含量至少是20重量百分比的粘合剂材料。对于商业运送，通常需要具有至少20重量百分比固体的组合物。在一个实施例中，乳液聚合物的重量平均分子量小于500,000并且具有12.5重量百分比到20重量百分比酸单体。在另一实施例中，乳液聚合物的重量平均分子量小于400,000并且具有14重量百分比到16重量百分比酸单体。在另一实施例中，乳液聚合物的重量平均分子量小于900,000 并且具有8重量百分比到11重量百分比酸单体。
酸单体可包括一元酸单体和二元酸单体。一元酸单体包括例如羧酸单体，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、衣康酸单甲酯、反丁烯二酸单甲酯、反丁烯二酸单丁酯。二元酸单体的实例包括(但不限于)衣康酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸；包括其酐、盐和其混合物。
乳液聚合物包括至少一种其它共聚合烯系不饱和单体，例如(甲基)丙烯酸酯单体，包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸羟基丙酯、脲基官能性(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸的乙酰乙酸酯、乙酰胺或氰基乙酸酯；苯乙烯或经取代的苯乙烯；乙烯基甲苯；丁二烯；乙酸乙烯酯或其它乙烯基酯；乙烯基单体，诸如氯乙烯、偏二氯乙烯；以及(甲基)丙烯腈。如在整个本公开案中所使用，如(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺等术语“(甲基)”后接另一术语的使用分别是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。选择至少一种其它共聚合烯系不饱和单体使得乳液聚合物将具有在所需范围内的Tg。在一个实施例中，乳液聚合物包含丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸和衣康酸。
还考虑具有不同组合物的乳液聚合物的混合物。对于两种或更多种乳液聚合物的混合物，应根据乳液聚合物的整体组合物确定酸单体含量和Tg，不考虑其中乳液聚合物的数目或个别组合物。
用于制备乳液聚合物的乳液聚合技术在所属领域中已众所周知，例如美国专利案第 4,325,856号；第4,654,397号；以及第4,814,373号中所披露。在各种实施例中，视起始过程(例如热或氧化还原)而定，在室温到100℃的反应温度下进行乳液聚合。可使用常规表面活性剂，例如阴离子性和/或非离子性乳化剂，例如碱金属或铵烷基硫酸盐、烷基磺酸、脂肪酸、可共聚表面活性剂和氧乙基化烷基苯酚。优选是阴离子性乳化剂。以全部单体的重量计，所使用的表面活性剂的量通常是0.1重量％到6重量％。可以使用热或氧化还原起始过程。可使用常规自由基引发剂，例如过氧化氢、叔丁基过氧化氢、叔戊基过氧化氢、铵和/或碱金属过硫酸盐，和水溶性偶氮化合物，如偶氮双氰基戊酸，以全部单体的重量计，通常以0.01重量％到3.0重量％的含量使用。在一个实施例中，以全部单体的重量计，引发剂以0.5重量％到1.5重量％的范围存在。使用与适合的还原剂(如甲醛次硫酸钠、亚硫酸氢钠、异抗坏血酸、羟胺硫酸盐以及亚硫酸氢钠)偶合的相同引发剂的氧化还原系统可以按类似的含量使用，任选地与例如铁和铜等金属离子组合，任选地进一步包括金属络合剂。可使用如硫醇等链转移剂降低聚合物的分子量。单体混合物可以按纯净形式或按水中乳液的形式添加。在反应时间段，单体混合物可使用均匀或变化的组合物以单次添加或以多次添加或连续地添加。可在任一阶段之前、期间或之后添加其它成分，例如自由基引发剂、氧化剂、还原剂、链转移剂、中和剂、表面活性剂以及分散剂。在各种实施例中，乳液聚合物可通过多阶段乳液聚合过程制备，其中组合物不同的至少两个阶段以依序方式聚合。最终聚合物的分子量属于以上分子量范围。
在本发明的实施例中，乳液聚合物用选自由具有pKb是4到7的胺、碱金属氢氧化物和其组合组成的群组的中和剂中和。可用作中和剂的碱金属氢氧化物的实例包括(但不限于)氢氧化钠和氢氧化钾。pKb是4到7的胺的实例包括(但不限于)缓血酸胺、单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。在各种实施例中，中和剂可含有0到100重量％胺。本文中包括并且本文中公开在0和100重量％之间的任何和所有范围，例如中和剂可含有40、50、60或75重量％胺。在各种实施例中，中和剂可含有0到100重量％碱金属氢氧化物。本文中包括并且本文中公开在0和100重量％之间的任何和所有范围，例如中和剂可含有40、50、60或75重量％碱金属氢氧化物。
在中和之前，乳液聚合物的计算的玻璃转移温度(“Tg”)通常是-20℃到30℃。本文中聚合物的Tg是使用福克斯方程式(Fox equation)计算的那些(T.G.Fox,Bull.《美国物理学会会刊(Bull.Am.Physics Soc.)》，第1卷，第3期，第123页(1956))。也就是说，例如，为了计算单体M1和M2的共聚物的Tg，
1/Tg(计算值)＝w(M1)/Tg(M1)+w(M2)/Tg(M2)，其中
Tg(计算值)是关于共聚物所计算的玻璃转移温度
w(M1)是单体M1在共聚物中的重量分数
w(M2)是单体M2在共聚物中的重量分数
Tg(M1)是M1的均聚物的玻璃转移温度
Tg(M2)是M2的均聚物的玻璃转移温度，
所有温度都用°K表示。
均聚物的玻璃转移温度可见于例如《聚合物手册(Polymer Handbook)》,由J.Brandrup和E.H.Immergut编,国际科学出版社(Interscience Publishers)中。在任何情况下，以下均聚物Tg用于以下多元酸的福克斯方程式计算：聚(甲基丙烯酸)Tg＝185℃；聚(丙烯酸)Tg＝106℃；聚(衣康酸)Tg＝154℃；以及聚(顺丁烯二酸酐)Tg＝154℃。
乳液聚合物粒子的平均粒径通常是30纳米到500纳米，优选是200纳米到400纳米，如通过由Brookhaven Instrument Corp.,Holtsville,NY供应的Brookhaven BI-90型粒径分析仪测量。
除乳液聚合物之外，水性非编织粘合剂可包括常规处理组分，例如乳化剂、颜料、填料或增量剂、抗迁移助剂、固化剂、聚结剂、表面活性剂、杀生物剂、塑化剂、有机硅烷、抗起泡剂、腐蚀抑制剂、着色剂、蜡、其它聚合物和抗氧化剂。
在用于形成本发明的水性介质中可分散的非编织衬底的方法中，使非编织衬底与水性非编织粘合剂接触。以干重计。通常表示成百分比(也称为％附加)的非编织粘合剂与所接触的非编织衬底的非编织粘合剂的比率是1％到25％，优选是1％到10％，视非编织衬底的强度和所需最终用途来选择。使用常规涂覆技术(例如空气或无空气喷涂、填料、浸透、滚涂、帘式涂布、凹版印刷等)使非编织衬底与水性非编织粘合剂接触。非编织衬底可与水性非编织粘合剂接触，以便在一个或两个表面处或其附近提供粘合剂或在结构中均匀或不均匀地分布。还预期当需要图案化分布时，水性非编织粘合剂可以按非均匀方式施用于一个或两个表面。
在用于形成本发明的水性介质中可分散的非编织衬底的方法中，将已与水性非编织粘合剂接触的非编织衬底加热到120℃到220℃，优选140℃到180℃的温度保持足以达到可接受的干燥程度的时间。在一个实施例中，在某一温度下加热组合物并且保持足以基本上干燥但不基本上固化组合物的时间。
在用于形成本发明的水性介质中可分散的非编织衬底的方法中，将经接触的经加热的非编织衬底浸没于具有最终pH<5.5(在各种实施例中，最终pH值是3.0到4.99)的水性介质中，以提供水性介质可分散的非编织物。本文中“最终pH值”意指其中浸没经接触的经加热的非编织物的水性介质的pH值(在20℃下测量)。相信所需的水性介质的pH值有助于经加热的经处理的非编织物的湿润强度大道有益程度，并且对于某些组合物(例如其中可储存经加热的经处理的非编织物的拭纸溶液和洗剂)还是合适的pH 值。在一个实施例中，水性介质是洗剂。通常，水性介质的重量是经接触的经加热的非编织衬底的重量的0.1到10倍，优选是0.5到5倍。
如果用所选择的非编织物和水性介质以及其含量未实现最终pH<5.5，那么通过在浸没步骤之前、在浸没步骤期间或在浸没步骤之后添加酸性材料的缓冲剂来将pH值调节到所需范围。在本发明的一个实施例中，酸性材料是柠檬酸。在另一实施例中，酸性材料是柠檬酸与柠檬酸钠的组合。在各种实施例中，以水性介质的总重量计，需要1与20 重量百分比之间的缓冲剂来充分调节pH值。精确量取决于所使用的粘合剂聚合物和特定缓冲剂的量。如果用酸预先中和非编织衬底，那么可使用较少缓冲剂。在一个实施例中，非编织衬底可用3％柠檬酸溶液预先中和。
接着可将本发明的可分散非编织物在>6的pH值下，优选在>6.5的最终pH值下；优选在6.8到10.0的最终pH值下浸没于过量的水性介质中。本文中“过量的水性介质”意指水性介质的重量大于可分散非编织物的重量。经加热的经处理的非编织物的湿润强度在指定pH值(在20℃下测量)下充分降低，以便促进其分解成以下各项中的至少一个：小片、纤维的聚集体、单独的纤维和其混合物。当然，可施用的任何机械力将有助于这一分散性过程，例如如果经处理的非编织物在pH>6下在过量的水中沉积并且经历如在厕所冲洗作用中的剪切力。
本发明的实施例可用于制备多种拭纸，如婴儿、个人护理和清洁拭纸。也可使用本发明的实施例制备pH值低于约5或6的其它拭纸。
实例
衬底：Whatman4滤纸
使用Birch Bros.浸轧机以5和35#psi的速度施用聚合物。表I中描述所制备的样品，其中列举干燥聚合物附加百分比。
洗剂改质
使用Birch Bros.浸轧机以5和40#psi的速度从拭纸提取Parents Choice洗剂。一部分所提取的洗剂按提取时的原样使用并且一部分通过添加五十毫摩尔柠檬酸钠/柠檬酸缓冲剂来改质。
样品制备
切割十个1英寸×4英寸Whatman 4滤纸带并且在每个测试周称重。添加洗剂知道重量是拭纸初始重量的3-4倍。将纸带缠绕在铝箔中并且置放于50℃烘箱中。在2、3 和4周之后测试样品。所制备的样品展示于表1中。
表1-初始特性
初始拉伸强度和在2、3和4周之后的拉伸强度展示于表2中。
表2-拉伸强度
0％缓冲剂 STDEV 50毫摩尔柠檬酸/柠檬酸钠缓冲剂 STDEV
初始 154.497 34.8058 797.6379 122.1067
2周 162.665 16.5327 719.508 66.2511
3周 155.664 18.2936 914.924 85.3587
4周 194.716 15.4243 924.026 145.0686
向婴儿拭纸洗剂中添加50毫摩尔柠檬酸/柠檬酸钠缓冲液可用于在50℃下保持湿润拭纸的强度达4周。这等效于在货架上一年。在不进行改质的情况下，在40℃下7天的拉伸强度损失是50％。
拉伸强度测试方法
使用来自Thwing-Albert的EJA Vantage材料测试仪24”进行拉伸测量。
●速度12”分钟
●入口2”间隙。

Claims (14)

1.一种形成可分散非编织衬底的方法，其包含以下步骤：
a)使至少一种单烯系不饱和单体乳液聚合成乳液聚合物；和
b)用选自由pKb4到7的胺、碱氢氧化物和其组合组成的群组的中和剂中和所述乳液聚合物以形成水性非编织粘合剂；
c)使非编织衬底与所述水性非编织粘合剂接触以形成经接触的非编织衬底；
d)将所述经接触的非编织衬底加热到120℃到220℃的温度以形成经加热的经接触的非编织衬底；以及
e)将所述经接触的经加热的非编织衬底浸没于具有小于5.5的最终pH值的水性介质中以提供可分散非编织衬底，其中所述水性介质含有包含柠檬酸与柠檬酸钠的混合物的缓冲剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳液聚合物包含丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸和衣康酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳液聚合物具有小于1,000,000的重量平均分子量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳液聚合物的多分散指数至少是10。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤e)中浸没于所述水性介质中之前，用包含酸的组合物中和所述经加热的经接触的非编织衬底。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述中和步骤得到聚合物，该聚合物的80％到100％是被中和的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中的中和之前，所述乳液聚合物具有在-20℃到30℃范围内的玻璃转移温度。
8.一种可分散的非编织衬底，其包含：
a)纤维衬底；和
b)水性非编织粘合剂，其包含多分散指数至少是10、重量平均分子量小于1,000,000并且具有8重量百分比到22重量百分比酸单体的乳液聚合物
c)洗剂，其具有在4到5.5范围内的pH值，其还包含缓冲剂，
其中所述缓冲剂包含柠檬酸与柠檬酸钠的混合物。
9.一种可分散拭纸产品，其是通过根据权利要求1所述的方法制备。
10.一种婴儿拭纸，其是用根据权利要求9所述的可分散拭纸产品制备。
11.一种个人护理拭纸，其是用根据权利要求9所述的可分散拭纸产品制备。
12.一种清洁拭纸，其是用根据权利要求9所述的可分散拭纸产品制备。
13.一种杀菌拭纸，其是用根据权利要求9所述的可分散拭纸产品制备。
14.一种工业拭纸，其是用根据权利要求9所述的可分散拭纸产品制备。
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