ES2937666T3 - Lámina base dispersable hidroenredada con aglutinante activable - Google Patents
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Abstract
La presente descripción se refiere generalmente a una toallita húmeda dispersable que comprende fibras hidroentrelazadas y una composición aglutinante. La toallita húmeda demuestra una alta resistencia inicial a la humedad mientras mantiene una dispersión efectiva en un ambiente acuoso. La toallita húmeda tiene una aplicación potencial como producto de limpieza de superficies lavable y/o paño de limpieza lavable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Lámina base dispersable hidroenredada con aglutinante activable
Campo
El campo de la descripción se refiere a toallitas húmedas dispersables adaptadas para desecharse por el retrete. Las toallitas húmedas dispersables comprenden fibras hidroenredadas y 0,5 a 5 g/m2 de una composición aglutinante. Las toallitas húmedas demuestran una alta resistencia en húmedo inicial mientras mantienen una dispersión efectiva en un entorno acuoso.
Antecedentes de la invención
Las toallitas húmedas dispersables generalmente se destinan para usarse y después desecharse por el retrete. En consecuencia, es conveniente que las toallitas húmedas desechables por el retrete tengan una resistencia suficiente cuando se usan para resistir la extracción de la toallita por parte del usuario de un dispensador y la actividad de limpieza del usuario, pero que luego se descompongan y se dispersen relativamente rápido en los sistemas de saneamiento domésticos y municipales, tal como en los sistemas de alcantarillado o sépticos. Algunos municipios pueden definir "desechable por el retrete" a través de diversas regulaciones. Las toallitas húmedas desechables por el retrete deben cumplir con estas regulaciones para permitir la compatibilidad con los accesorios de plomería domésticos y las líneas de drenaje, así como también la eliminación del producto en los sistemas de tratamiento de aguas residuales en el sitio y los municipales.
Un reto para algunas de las toallitas húmedas desechables por el retrete conocidas es que toma un tiempo relativamente más largo para que se descompongan en un sistema de higienización en comparación con el papel tisú higiénico convencional seco, lo que crea de esta manera un riesgo de obstrucción en los retretes, tuberías de drenaje, y sistemas de transporte y tratamiento de agua. El papel higiénico seco típicamente exhibe una resistencia posterior al uso menor tras la exposición al agua corriente, mientras que algunas toallitas húmedas desechables por el retrete conocidas requieren un período de tiempo relativamente largo y/o agitación significativa dentro del agua corriente para que su resistencia posterior al uso disminuya lo suficiente como para permitirles dispersarse. Los intentos de abordar este problema, tales como hacer que las toallitas se dispersen más rápido, pueden reducir la resistencia cuando se usan de las toallitas húmedas desechables por el retrete por debajo de un nivel mínimo que los usuarios consideran aceptable.
Algunas toallitas húmedas desechables por el retrete conocidas se forman al enredar fibras en una trama no tejida. Una trama no tejida es una estructura de fibras individuales que se entrelazan para formar una matriz, pero no de una manera repetitiva identificable. Mientras que las fibras enredadas se pueden dispersar relativamente rápido, las toallitas húmedas conocidas a menudo requieren una estructura adicional para mejorar la resistencia cuando se usan. Por ejemplo, algunas toallitas húmedas conocidas usan una red que tiene fibras enredadas con ella. La red proporciona cohesión adicional a las fibras enredadas para una mayor resistencia cuando se usan. Sin embargo, las redes no se dispersan al descargarse.
Algunas toallitas húmedas conocidas obtienen mayor resistencia durante el uso al enredar fibras bicomponentes en la trama no tejida. Después del enredo, las fibras bicomponentes se unen de manera termoplástica para aumentar la resistencia cuando se usan. Sin embargo, las fibras unidas de manera termoplástica afectan negativamente la capacidad de la toallita húmeda para dispersarse en un sistema de saneamiento de manera oportuna. Es decir, las fibras bicomponentes y, por lo tanto, la toallita húmeda que contiene las fibras bicomponentes a menudo no se dispersan fácilmente cuando se desechan por el retrete.
Otras toallitas húmedas desechables por el retrete conocidas añaden un aglutinante sensible a la sal activable. El aglutinante se une a las fibras de celulosa de las toallitas húmedas en una formulación que contiene una solución salina, lo que produce una resistencia relativamente alta cuando se usan. Cuando las toallitas húmedas que se usan se exponen al agua del retrete y/o el sistema de alcantarillado, el aglutinante se hincha lo que permite de esta manera e incluso ayuda a que las toallitas húmedas se desintegren, lo que permite una dispersión relativamente rápida de las toallitas húmedas. Sin embargo, los aglutinantes son relativamente costosos.
Aún otras toallitas húmedas desechables por el retrete conocidas incorporan una cantidad relativamente alta de fibras sintéticas para aumentar la resistencia durante el uso. Sin embargo, la capacidad de las toallitas húmedas para dispersarse de manera oportuna se reduce correspondientemente. Además, un mayor costo de las fibras sintéticas con relación a las fibras naturales provoca un aumento correspondiente en el costo de las toallitas húmedas conocidas. El documento US2012297560 describe una toallita húmeda dispersable que compone una composición aglutinante activable y que puede estar presente a un nivel adicional de 1 a 8 % en peso del peso total del sustrato de la toallita húmeda.
Por lo tanto, existe una necesidad de proporcionar una toallita húmeda que proporcione una resistencia durante el uso esperada por los consumidores, se disperse lo suficientemente rápido para que sea desechable sin crear
problemas potenciales para los sistemas de higienización domésticos y municipales, y sea rentable de producir. Breve descripción de la invención
En una modalidad de la presente descripción, una toallita húmeda dispersable comprende una pluralidad de fibras hidroenredadas y 0,5 gramos por metro cuadrado (g/m2) a 5 g/m2 de una composición aglutinante activable por iones. La toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT) de al menos 300 gramos por pulgada (g/pulg) (118 g/cm), una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg (71 g/cm), y un porcentaje de estiramiento en CD mayor que 40 %.
En otra modalidad adecuada, una toallita húmeda dispersable comprende una pluralidad de fibras hidroenredadas y 0,5 gramos por metro cuadrado (g/m2) a 5 g/m2 de una composición aglutinante activable por iones. La toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT) de al menos 300 gramos por pulgada (g/pulg) (118 g/cm), una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg (71 g/cm), y una densidad húmeda de menos de 0,115 g/cm3.
En otra modalidad más, una toallita húmeda dispersable comprende fibras hidroenredadas que comprenden fibras regeneradas en una cantidad de 5 a 30 por ciento en peso y fibras naturales en una cantidad de 70 a 95 por ciento en peso, y 0,5 a 5 g/m2 de una composición aglutinante, en donde la composición aglutinante comprende una composición que tiene la estructura:
en donde x=1 a 15 mole por ciento; y= 60 a 99 mole por ciento; y z=0 a 30 mole por ciento; Q se selecciona de alquilamonio C1-C4 , alquilamonio cuaternario C1-C4 y bencilamonio; Z se selecciona de -O-, -COO-, -OOC-, -CONH-, y NHCO-; R1, R2, R3 se seleccionan independientemente de hidrógeno y metilo, R4 es alquilo C1-C4 , R5 se selecciona de hidrógeno, metilo, etilo, butilo, etilhexilo, decilo, dodecilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, polioxietileno, y polihidroxipropileno.
En aún otra modalidad, una toallita húmeda dispersable comprende fibras hidroenredadas que comprenden fibras regeneradas en una cantidad de 5 a 30 por ciento en peso y fibras naturales en una cantidad de 70 a 95 por ciento en peso, y 0,5 a 5 g/m2 de una composición aglutinante, en donde con la composición aglutinante comprende el producto de polimerización de un monómero catiónico con funcionalidad vinilo y uno o más monómeros de vinilo hidrófobos con cadenas laterales de alquilo de 1 a 4 átomos de carbono.
En otra modalidad, una toallita húmeda dispersable comprende fibras hidroenredadas y de 0,5 a 5 g/m2 de una
en donde x=1 a 15 mole por ciento; y= 60 a 99 mole por ciento; y z=0 a 30 mole por ciento; Q se selecciona de alquilamonio C1-C4 , alquilamonio cuaternario C1-C4 y bencilamonio; Z se selecciona de -O-, -COO-, -OOC-, -CONH-, y -NHCO-, R1, R2, R3 se seleccionan independientemente de hidrógeno y metilo; R4 es alquilo C1-C4 ; R5 se selecciona de hidrógeno, metilo, etilo, butilo, etilhexilo, decilo, dodecilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, polioxietileno, y polihidroxipropileno.
En otra modalidad más, una toallita húmeda dispersable comprende fibras hidroenredadas y 0,5 a 5 g/m2 de una composición aglutinante, en donde la composición aglutinante comprende el producto de polimerización de un monómero catiónico con funcionalidad vinilo y uno o más monómeros de vinilo hidrófobos con cadenas laterales de alquilo de 1 a 4 átomos de carbono.
En otra modalidad más, la toallita húmeda dispersable tiene una resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT) de al menos 300 gramos por pulgada (g/pulg) (118 g/cm), una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg (71 g/cm), y un porcentaje de estiramiento en CD mayor que 40 %.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es un esquema de una modalidad adecuada de un aparato para fabricar toallitas húmedas dispersables.
La Figura 2 es un esquema de una trama no tejida en una localización dentro del aparato de la Figura 1.
La Figura 3 es un esquema de una trama no tejida en otra localización dentro del aparato de la Figura 1.
La Figura 4 es una vista inferior de una modalidad adecuada de una trama no tejida.
La Figura 5 es una vista superior de una modalidad adecuada de una trama no tejida.
La Figura 6 es una vista lateral de una modalidad adecuada de una trama no tejida.
La Figura 7 es un diagrama de flujo de una modalidad de un proceso para fabricar una toallita húmeda dispersable.
La Figura 8 es una representación gráfica del tiempo en caja de lodos frente a la Carga húmeda en MD de varios productos de limpieza, que incluye una toallita húmeda dispersable de acuerdo con la presente descripción. La Figura 9 es una representación gráfica de la Resistencia en húmedo GMT en remojo frente a la Resistencia en húmedo GMT de varios productos de limpieza, que incluye toallitas húmedas dispersables de acuerdo con la presente descripción.
La Figura 10 es una representación gráfica de % de Estiramiento en CD y Densidad húmeda frente a la Resistencia en húmedo GMT de toallitas húmedas dispersables de acuerdo con la presente descripción.
Descripción detallada de la descripción
Las toallitas húmedas dispersables de la descripción actual tienen suficiente resistencia para resistir el empaque y uso del consumidor. También se dispersan lo suficientemente rápido como para ser desechables por el retrete sin crear problemas potenciales para los sistemas de saneamiento domésticos y municipales. Adicionalmente, se pueden componer de materiales que sean adecuadamente rentables.
Por lo tanto, la presente descripción se dirige, en parte, a una lámina base hidroenredada con agregado de bajo aglutinante que demuestra una alta resistencia en húmedo inicial y una rápida pérdida en la resistencia en húmedo bajo remojo estático. Esta combinación tiene el efecto sorprendente de una alta resistencia inicial y una dispersión efectiva y puede usarse como, por ejemplo, un producto de limpieza de superficies que se puede enjuagar o un paño de limpieza que se puede enjuagar.
Con respecto a los paños de limpieza desechables que se usan para la higiene perineal, los paños deben estar: (1) húmedos para limpiar de manera efectiva; (2) suficientemente fuertes cuando están húmedos para limpiar sin rasgarse o penetrar; y, (3) suficientemente dispersables para romperse en el sistema de alcantarillado o séptico. Generalmente, las láminas que sean lo suficientemente fuertes para limpiarse no se romperán después de su uso. Otras láminas que son fuertes en una solución salina pierden resistencia con el tiempo en agua iónica relativamente libre del inodoro y sistema de alcantarillado, pero estas láminas tienen varios inconvenientes. Primero, la resistencia en húmedo de la lámina está limitada por la cantidad de aglutinante que se aplica. Solo hay un mecanismo que da resistencia a la lámina (es decir, el aglutinante) por lo que sin un montón de aglutinante para formar un montón de enlaces, la resistencia es bastante baja. En segundo lugar, el aglutinante puede ser caro y se requiere mucho de él. En tercer lugar, con una gran cantidad de aglutinante, las fibras están estrechamente unidas, por lo que el estiramiento es relativamente bajo. En cuarto lugar, los requisitos del aglutinante pueden reducirse mediante el uso de una lámina de inicio más densa, pero las láminas de mayor densidad tienden a sentirse más como papel y tienen incluso menos estiramiento que las láminas de alto aglutinante. Por lo tanto, existe una necesidad de una lámina que tenga más resistencia sin usar mucho aglutinante, o una lámina densa y de bajo estiramiento.
Otras tecnologías convencionales en la industria no requieren un aglutinante, sino que, más bien, dependen de la resistencia de fibras enredadas y fibras de bicomponente unidas termoplásticamente entre sí. Estas tecnologías también tienen varios inconvenientes: (1) las láminas requieren fibras bicomponentes para generar suficiente resistencia para ser aceptables como una toallita húmeda, pero las fibras usadas reducen la dispersabilidad y hacen que las láminas no sean completamente biodegradables; (2) las láminas son solo marginalmente dispersables y esto no se puede fijar sin debilitar las láminas; y, (3) las láminas no pierden resistencias a menos que estén agitadas, lo que significa que las sábanas se mantendrán fuertes en el entorno estático de la mayoría de las alcantarillas, líneas de drenaje y sistemas sépticos. Por lo tanto, existe la necesidad de una lámina que permita la desintegración de la resistencia sin agitación, pero eso no requiere mucho aglutinante costoso.
De acuerdo con la presente descripción, los inventores han encontrado sorprendentemente una solución para una
toallita húmeda con mayor resistencia en húmedo que las toallitas húmedas convencionales al golpear una lámina mojada con chorros de hidroenredado y luego aplicar una cantidad relativamente pequeña de una composición aglutinante (0,5 a 5 g/m2) a la lámina. Un método para fabricar una toallita húmeda dispersable comprende aplicar chorros de hidroenredado a una lámina mojada, agregar una composición aglutinante a la lámina, secar la lámina y luego curar la lámina. Mediante el uso de una combinación de fibras hidroenredadas y una cantidad relativamente pequeña de aglutinante, los inventores fueron capaces de aumentar la resistencia de las toallitas húmedas mientras mantenían una buena dispersabilidad.
La toallita húmeda dispersable comprende de 0,5 gramos por metro cuadrado (g/m2) a 5 g/m2 de la composición aglutinante. En modalidades preferidas de la presente descripción, la toallita húmeda dispersable comprende de 1 g/m2 a 4 g/m2, de 1,2 g/m2 a 2,6 g/m2, o de 1,28 g/m2 a 2,2 g/m2 de la composición aglutinante. En otras modalidades preferidas de la presente descripción, la toallita húmeda dispersable comprende 1,28 g/m2, 1,8 g/m2, 2,2 g/m2, 2,6 g/m2 o 4 g/m2 de la composición aglutinante.
En algunas modalidades de la presente descripción, la combinación de las fibras hidroenredadas y la composición aglutinante da a la toallita húmeda una resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (g Mt ) de al menos 300 gramos por pulgada (g/pulg) (118 g/cm). En otras modalidades de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo GMT de al menos 500 g/pulg (197 g/cm), al menos 600 g/pulg (236 g/cm), al menos 700 g/pulg (276 g/cm), o al menos 800 g/pulg (315 g/cm). En algunas modalidades preferidas de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo GMT de 500 g/pulg a 900 g/pulg (197 a 354 g/cm). En otras modalidades de la presente descripción, la combinación de las fibras hidroenredadas y la composición aglutinante da a la toallita húmeda una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg (71 g/cm). En otras modalidades de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una resistencia GMT en remojo de menos de 175 g/pulg (69 g/cm), menos de 170 g/pulg (67 g/cm), menos de 165 g/pulg (65 g/cm), menos de 160 g/pulg (62 g/cm), menos de 155 g/pulg (61 g/cm), menos de 150 g/pulg (59 g/cm), menos de 145 g/pulg (57 g/cm), o menos de 140 g/pulg (55 g/cm). En algunas modalidades preferidas de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo GMT en remojo de 130 g/pulg a 175 g/pulg (51 a 69 g/cm).
En algunas modalidades preferidas de la presente descripción, la combinación de fibras hidroenredadas y la composición aglutinante da a la toallita húmeda una resistencia en húmedo GMT de 300 g/pulg a 900 g/pulg (118 a 354 g/cm) y una resistencia en húmedo GMT en remojo de 130 g/pulg a 175 g/pulg (51 a 69 g/cm).
Otro beneficio sorprendente de la combinación de las fibras hidroenredadas y las composiciones aglutinantes de la presente descripción es la capacidad de tener una toallita húmeda con buena resistencia, buena dispersabilidad y buena estirabilidad. En algunas modalidades de la presente descripción, la toallita húmeda tiene un % de estiramiento en CD mayor que 40 %. En algunas modalidades preferidas, la toallita húmeda tiene un porcentaje de estiramiento en CD del 45 % al 55 %, o del 47 % al 49 %.
Sin embargo, otro beneficio sorprendente de la combinación de las fibras hidroenredadas y las composiciones aglutinantes de la presente descripción es tener una toallita húmeda con buena resistencia, buena dispersabilidad y una baja densidad. En algunas modalidades de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una densidad húmeda de menos de 0,115 g/cm3. En algunas modalidades preferidas de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una densidad húmeda de 0,100 g/cm3 a 0,115 g/cm3, o de 0,110 g/cm3 a 0,112 g/cm3.
Como se observó en otra parte a lo largo de esta descripción, la combinación de fibras hidroenredadas y composiciones aglutinantes de la presente descripción crea una toallita con buena dispersabilidad. La dispersabilidad de las toallitas húmedas dispersables puede medirse mediante el uso de una prueba de caja de lodos, como se detalla en otra parte de esta descripción. En algunas modalidades de la presente descripción, la toallita húmeda de la presente descripción tiene un tiempo de ruptura en caja de lodos de menos de 155 minutos. En otras modalidades, la toallita húmeda tiene un tiempo de ruptura en caja de lodos de 80 minutos a 155 minutos. En algunas modalidades preferidas de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo GMT de al menos 300 g/pulg (118 g/cm), una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg (71 g/cm) y un tiempo de ruptura en caja de lodos de menos de 155 minutos. En otras modalidades de la presente descripción, la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo GMT de 500 g/pulg a 900 g/pulg (197 a 354 g/cm), una resistencia en húmedo GMT en remojo de 130 g/pulg a 175 g/pulg (51 a 69 g/cm) y un tiempo de ruptura en caja de lodos de 80 minutos a 155 minutos.
Fibras Hidroenredadas
En la Figura 1 se muestra una modalidad adecuada de un aparato, indicado generalmente en 10, para fabricar una lámina no tejida dispersable 80 para fabricar toallitas húmedas dispersables. El aparato 10 se configura para formar una trama fibrosa no tejida 11 que comprende una mezcla de fibras de celulosa natural 14 y fibras de celulosa regenerada 16. Las fibras de celulosa natural 14 son fibras celulósicas derivadas de plantas leñosas o no leñosas que incluyen, pero que no se limitan a, kraft de madera blanda del sur, kraft de madera blanda del norte, pulpa de sulfito de madera blanda, algodón, pelusas de algodón, bambú y similares. En algunas modalidades las fibras
naturales 14 tienen una longitud de fibra promedio ponderada por longitud mayor que 1 milímetro. Además, las fibras naturales 14 pueden tener una longitud de fibra promedio ponderada por longitud mayor que 2 milímetros. En otras modalidades adecuadas, las fibras naturales 14 son fibras cortas que tienen una longitud de fibra entre 0,5 milímetros y 1,5 milímetros.
Las fibras regeneradas 16 son filamentos artificiales obtenidos mediante la extrusión o el tratamiento de cualquier otra manera de materiales celulósicos modificados o regenerados de plantas leñosas o no leñosas, como se conoce en la técnica. Por ejemplo, pero no a manera de limitación, las fibras regeneradas 16 pueden incluir uno o más de lyocell, rayón y similares. En algunas modalidades las fibras regeneradas 16 tienen una longitud de fibra en el intervalo de 3 a 60 milímetros. En algunas modalidades las fibras regeneradas 16 tienen una longitud de fibra en el intervalo de 4 milímetros a 15 milímetros. Además, las fibras regeneradas 16 pueden tener una longitud de fibra en el intervalo de 6 a 12 milímetros. En otras modalidades las fibras regeneradas 16 tienen una longitud de fibra en el intervalo de 30 a 60 milímetros. Adicionalmente, en algunas modalidades, las fibras regeneradas 16 pueden tener una finura en el intervalo de 0,5 a 3 denier (0,56 a 3,3 detex). Además, la finura puede estar en el intervalo de 1,2 a 2,2 denier (1,3 a 2,4 dtex).
En algunas otras modalidades adecuadas, se contempla usar fibras sintéticas en combinación con, o como un sustituto de, las fibras regeneradas 16. Por ejemplo, pero no a manera de limitación, las fibras sintéticas pueden incluir uno o más de nailon, tereftalato de polietileno (PET) y similares. En algunas modalidades las fibras sintéticas tienen una longitud de fibra en el intervalo de 3 a 20 milímetros. Además, las fibras sintéticas pueden tener una longitud de fibra en el intervalo de 6 a 12 milímetros.
Como se ilustra en la Figura 1, las fibras naturales 14 y las fibras regeneradas 16 se dispersan en una suspensión líquida 20 a una caja de entrada 12. Un medio líquido 18 que se usa para formar la suspensión líquida 20 puede ser cualquier medio líquido conocido en la técnica que sea compatible con el proceso como se describe en la presente descripción, por ejemplo, agua. En algunas modalidades, una consistencia de la suspensión líquida 20 está en el intervalo de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,3 por ciento en peso de fibra. Además, la consistencia de la suspensión líquida 20 puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,03 a aproximadamente 0,05 por ciento en peso de fibra. En una modalidad adecuada la consistencia de la suspensión líquida 20 después de que se añaden las fibras naturales 14 y las fibras regeneradas 16 es de aproximadamente 0,03 por ciento en peso de fibra. Se cree que una consistencia relativamente baja de la suspensión líquida 20 en la caja de entrada 12 mejora la mezcla de las fibras naturales 14 y las fibras regeneradas 16 y, por lo tanto, mejora la calidad de la formación de la trama no tejida 11.
En una modalidad adecuada, del peso total de las fibras presentes en la suspensión líquida 20, una relación de fibras naturales 14 y fibras regeneradas 16 es de aproximadamente 70 a 95 por ciento en peso de fibras naturales 14 y de 5 a 30 por ciento en peso de fibras regeneradas 16. Por ejemplo, del peso total de las fibras presentes en la suspensión líquida 20, las fibras naturales 14 pueden ser el 85 por ciento del peso total y las fibras regeneradas 16 pueden ser el 15 por ciento del peso total.
La caja de entrada 12 se configura para depositar la suspensión líquida 20 sobre un alambre de conformación poroso 22, que retiene las fibras para formar la trama fibrosa no tejida 11. En una modalidad la caja de entrada 12 se configura para funcionar en un modo de baja consistencia como se describe en la patente de Estados Unidos Núm.
7,588,663, concedido a Skoog y otros y asignado a Kimberly-Clark Worldwide, Inc. En otra modalidad adecuada, la caja de entrada 12 es cualquier diseño de caja de entrada que permita formar la trama de papel tisú no tejida 11 de manera que tenga un número de formación de al menos 18. El alambre de conformación 22 lleva la trama 11 en una dirección de desplazamiento 24. Un eje de la trama de papel tisú no tejida 11 alineado con la dirección de desplazamiento 24 se puede denominar en lo sucesivo "dirección de la máquina", y un eje en el mismo plano que es perpendicular a la dirección de la máquina se puede denominar en lo sucesivo como "dirección transversal de la máquina" 25. En algunas modalidades el aparato 10 se configura para extraer una porción del medio de dispersión líquido 18 restante fuera de la trama de papel tisú no tejida 11 húmeda a medida que la trama 11 viaja a lo largo del alambre de conformación 22, tal como por la operación de una caja de vacío 26.
El aparato 10 puede configurarse además para transferir la trama de papel tisú no tejida 11 desde el alambre de conformación 22 a un alambre de transferencia 28. En algunas modalidades, el alambre de transferencia 28 lleva la trama no tejida en la dirección de la máquina 24 bajo una primera pluralidad de chorros 30. La primera pluralidad de chorros 30 se puede producir por un primer distribuidor 32 con al menos una fila de primeros orificios 34 que se separan a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25. El primer distribuidor 32 se configura para suministrar un líquido, tal como el agua, a una primera presión a los primeros orificios 34 para producir un chorro en columna 30 en cada primer orificio 34. En algunas modalidades, la primera presión está en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 125 bares. En una modalidad adecuada la primera presión es de aproximadamente 35 bares.
En algunas modalidades, cada primer orificio 34 es de forma circular con un diámetro en el intervalo de aproximadamente 80 a aproximadamente 200 micrómetros, en algunas modalidades de aproximadamente 90 a aproximadamente 150 micrómetros. En una modalidad adecuada, por ejemplo, cada primer orificio 34 tiene un diámetro de aproximadamente 120 micrómetros. Además, cada primer orificio 34 se separa de un primer orificio 34
adyacente mediante una primera distancia 36 a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25. Contrariamente a lo que se conoce en la técnica, en algunas modalidades la primera distancia 36 es tal que una primera región 38 de fibras de la trama de papel tisú no tejida 11 que se desplaza por cada chorro de la primera pluralidad de chorros 30 no se solapa sustancialmente con una segunda región 40 de fibras que se desplaza por el adyacente de la primera pluralidad de chorros 30, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 2. En cambio, las fibras en cada una de la primera región 38 y la segunda región 40 se desplazan sustancialmente en una dirección a lo largo de un eje 46 perpendicular al plano de la trama no tejida 11, pero no están significativamente hidroenredadas con fibras lateralmente adyacentes. En algunas modalidades, la primera distancia 36 está en el intervalo de aproximadamente 1200 a aproximadamente 2400 micrómetros. En una modalidad la primera distancia 36 es de aproximadamente 1800 micrómetros. En modalidades alternativas la primera pluralidad de chorros 30 se puede producir mediante los primeros orificios 34 que tienen cualquier forma o cualquier boquilla de chorro y arreglo de presurización que se configura para producir una hilera de chorros en columna 30 separados a lo largo de la dirección transversal de la máquina 25 de igual manera.
Chorros adicionales de la primera pluralidad de chorros 30 pueden producirse opcionalmente por distribuidores adicionales, tal como un segundo distribuidor 44 mostrado en la modalidad ilustrativa de la Figura 1, separado del primer distribuidor 32 en la dirección de desplazamiento de la máquina. Un tejido de soporte poroso 42 se configura de manera que la trama de papel tisú no tejida 11 se puede transferir desde el alambre de transferencia 28 al tejido de soporte 42. En una modalidad, el tejido de soporte 42 lleva la trama de papel tisú no tejida 11 en la dirección de la máquina 24 debajo del segundo distribuidor 44. Se debe entender que la cantidad y ubicación de alambres de transporte o tejidos de transporte, tales como el alambre de conformación 22, el alambre de transporte 28 y el tejido de soporte 42, pueden variar en otras modalidades. Por ejemplo, pero no a manera de limitación, el primer distribuidor 32 se puede ubicar para tratar la trama de papel tisú no tejida 11 mientras se lleva sobre el tejido de soporte 42, en lugar de sobre el alambre de transferencia 28 o, en cambio, el segundo distribuidor 44 se puede ubicar para tratar la trama de papel tisú no tejida 11 mientras se lleva sobre el alambre de transferencia 28, en lugar de sobre el tejido de soporte 42. Para otro ejemplo, uno del alambre de conformación 22, el alambre de transporte 28 y el tejido de soporte 42 se puede combinar con otro en un solo alambre o tejido, o cualquiera se puede implementar como una serie de alambres cooperantes y tejidos de transporte en lugar de como un solo alambre o tejido de transporte.
En algunas modalidades, el segundo distribuidor 44, como el primer distribuidor 32, incluye al menos una fila de primeros orificios 34 separados a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25. El segundo distribuidor 44 se configura para suministrar un líquido, tal como agua, a una segunda presión a los primeros orificios 34 para producir un chorro en columna 30 en cada primer orificio 34. En algunas modalidades, la segunda presión está en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 125 bares. En una modalidad la segunda presión es de aproximadamente 75 bares. Además, en algunas modalidades, cada primer orificio 34 tiene forma circular, y cada primer orificio 34 se separa de un primer orificio 34 adyacente por una primera distancia 36 a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25, como se muestra en la Figura 2 para el primer distribuidor 32. En modalidades alternativas el segundo distribuidor 44 se puede configurar de cualquier otra forma, de manera que una primera región de fibras de la trama de papel tisú no tejida 11 que se desplaza por cada chorro de la primera pluralidad de chorros 30 no se solapa sustancialmente con una segunda región de fibras que se desplaza por el adyacente de la primera pluralidad de chorros 30.
Con referencia de nuevo a la Figura 1, el tejido de soporte 42 transporta la trama no tejida 11 en la dirección de la máquina 24 por debajo de una segunda pluralidad de chorros 50. La segunda pluralidad de chorros 50 se puede producir por un tercer distribuidor 52 con al menos una fila de segundos orificios 54 separados a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25. El tercer distribuidor 52 se configura para suministrar un líquido, tal como agua, a una tercera presión a los segundos orificios 54 para producir un chorro en columna 50 en cada tercer orificio 54. En algunas modalidades la tercera presión está en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 120 bares. Así mismo, la tercera presión puede estar en el intervalo de aproximadamente 40 a aproximadamente 90 bares.
En algunas modalidades, cada segundo orificio 54 es de forma circular con un diámetro en el intervalo de aproximadamente 90 a aproximadamente 150 micrómetros. Además, cada segundo orificio 54 puede tener un diámetro de aproximadamente 120 micrómetros. Además, cada segundo orificio 54 se separa de un segundo orificio 54 adyacente por una segunda distancia 56 a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25, como se ilustra en la Figura 3, y la segunda distancia 56 es tal que las fibras de la trama de papel tisú no tejida 11 se hidroenredan sustancialmente. En algunas modalidades, la segunda distancia 56 está en el intervalo de aproximadamente 400 a aproximadamente 1000 micrómetros. Además, la segunda distancia 56 puede estar en el intervalo de aproximadamente 500 a aproximadamente 700 micrómetros. En una modalidad la segunda distancia 56 es de aproximadamente 600 micrómetros. En modalidades alternativas la segunda pluralidad de chorros 50 se puede producir mediante segundos orificios 54 que tienen cualquier forma o cualquier boquilla de chorro y disposición de presurización que se configura para producir una fila de chorros en columna 50 espaciados a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25 de igual manera.
Chorros adicionales de la segunda pluralidad de chorros 50 pueden producirse opcionalmente por distribuidores
adicionales, tales como un cuarto distribuidor 60 y un quinto distribuidor 62 mostrados en la modalidad ilustrativa de la Figura 1. Cada uno del cuarto distribuidor 60 y el quinto distribuidor 62 tiene al menos una fila de segundos orificios 54 separados a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25. En una modalidad, el cuarto distribuidor 60 y el quinto distribuidor 62 se configuran para suministrar un líquido, tal como agua, a la tercera presión (es decir, la presión en el tercer distribuidor 52) a los segundos orificios 54 para producir un chorro en columna. 50 en cada tercer orificio 54. En modalidades alternativas, cada uno del cuarto distribuidor 60 y el quinto distribuidor 62 puede suministrar el líquido a una presión distinta de la tercera presión. Además, en algunas modalidades, cada segundo orificio 54 tiene forma circular con un diámetro en el intervalo de aproximadamente 90 a aproximadamente 150 micrómetros, y cada segundo orificio 54 se separa de un segundo orificio 54 adyacente mediante una segunda distancia 56 a lo largo de la dirección transversal a la máquina 25, como con el tercer distribuidor 52. En modalidades alternativas el cuarto distribuidor 60 y el quinto distribuidor 62 se pueden configurar cada uno de cualquier otra manera, tal como para producir chorros 50 que provoquen que las fibras de la trama de papel tisú no tejida 11 se hidroenreden sustancialmente.
Debe reconocerse que, aunque la modalidad mostrada en la Figura 1 tiene dos distribuidores de enredado previo y tres distribuidores de hidroenredado, puede usarse cualquier número de distribuidores de enredado previo y/o distribuidores de hidroenredado adicionales. En particular, cada uno del alambre de conformación 22, el alambre de transferencia 28 y el tejido de soporte 42 llevan la trama de papel tisú no tejida 11 en la dirección de desplazamiento de la máquina a una velocidad respectiva, y a medida que aumentan esas velocidades respectivas, pueden ser necesarios distribuidores adicionales para impartir una energía de hidroenredado deseada a la trama no tejida 11.
El aparato 10 puede configurarse además para retirar una porción deseada del fluido restante, por ejemplo agua, de la trama de papel tisú no tejida 11 después del proceso de hidroenredado para producir una lámina no tejida dispersable 80. En algunas modalidades, la trama no tejida hidroenredada 11 se transfiere desde el tejido de soporte 42 a un tejido de secado por aire pasante 72, que lleva la trama no tejida 11 a través de un secador de aire pasante 70. En algunas modalidades, el tejido de secado completo 72 es un tejido áspero, altamente permeable. El secador de aire pasante 70 se configura para hacer pasar aire caliente a través de la trama de papel tisú no tejida 11 para eliminar una cantidad deseada de fluido. Por lo tanto, el secador de aire pasante 70 proporciona un método relativamente sin compresión para secar la trama de papel tisú no tejida 11 para producir la lámina no tejida dispersable 80. En modalidades alternativas se pueden usar otros métodos como un sustituto de, o junto con, el secador de aire pasante 70 para eliminar una cantidad deseada de fluido restante de la trama de papel tisú no tejida 11 para formar la lámina no tejida dispersable 80. Por ejemplo, en algunas modalidades el secador de aire pasante puede usarse sin un tejido. En otras modalidades adecuadas de la descripción, pueden usarse otros sistemas de secado conocidos en la técnica (es decir, que no sean un sistema de secado a través del aire, por ejemplo, latas de secado, IR, hornos) pueden usarse siempre que no se desvíen del alcance de esta descripción. Además, en algunas modalidades adecuadas, la lámina no tejida dispersable 80 se puede enrollar en un carrete (no se muestra) para facilitar el almacenamiento y/o transporte antes de un procesamiento adicional. La lámina no tejida dispersable 80 se puede procesar como se desee, por ejemplo, impregnada con una composición humectante que incluye cualquier combinación de agua, emolientes, tensioactivos, fragancias, conservantes, ácidos orgánicos o inorgánicos, agentes quelantes, tampones de pH y similares, y cortada, doblada y empaquetada como una toallita húmeda dispersable.
Un método 100 para fabricar una lámina no tejida dispersable 80 se ilustra en la Figura 7. El método 100 incluye dispersar 102 las fibras naturales 14 y las fibras regeneradas 16 en una proporción de aproximadamente 80 a aproximadamente 90 por ciento en peso de fibras naturales 14 y de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 por ciento en peso de fibras regeneradas 16 en un medio líquido 18 para formar una suspensión líquida 20. También incluye 104 depositar la suspensión líquida 20 sobre un alambre de conformación poroso 22 para formar la trama de papel tisú no tejida 11. El método 100 incluye, además, pulverizar 106 la trama de papel tisú no tejida 11 con una primera pluralidad de chorros 30, cada chorro 30 que se separa de uno adyacente mediante una primera distancia 36. Además, el método 100 incluye pulverizar 108 la trama de papel tisú no tejida 11 con una segunda pluralidad de chorros 50, cada chorro 50 que se separa de uno adyacente mediante una segunda distancia 56, en donde la segunda distancia 56 es menor que la primera distancia 36. El método 100 incluye, además, secar 110 la trama de papel tisú no tejida 11 para formar la lámina no tejida dispersable 80.
Una modalidad adecuada de la lámina no tejida 80 fabricada mediante el uso del método descrito anteriormente se ilustra en la Figura 4, la Figura 5, y la Figura 6. En la Figura 4 se muestra una vista ampliada de un lado inferior 82, es decir, el lado en contacto durante la fabricación con el alambre de conformación 22, el alambre de transferencia 28, y el tejido de soporte 42, de una porción de la lámina no tejida 80. En la Figura 5 se muestra una vista ampliada de un lado superior 84, es decir, el lado opuesto al lado inferior 82 de una porción de la lámina no tejida 80. La porción que se muestra en cada figura mide aproximadamente 7 milímetros en la dirección transversal a la máquina 25. Como se ve mejor en la Figura 5, la lámina no tejida 80 incluye estructuras en forma de cinta 86 con un enredado relativamente más alto a lo largo de la dirección de la máquina 24, cada estructura en forma de cinta 86 se separa en la dirección transversal a la máquina 25 a una distancia aproximadamente igual a la segunda distancia 56 entre los segundos orificios 54 de la segunda pluralidad de chorros 50. Como es visible en una vista lateral de una porción de la lámina no tejida 80 en la Figura 6, ciertas áreas 90 de la lámina no tejida 80 muestran menos enredo de fibras a través de un grosor de la lámina 80, y más desplazamiento en la dirección 46 perpendicular al plano de la lámina 80.
Se contempla que en algunas modalidades adecuadas de la presente descripción, la trama fibrosa 11 y/o la lámina 80 pueden formarse mediante el uso de cualquier método adecuado que incluye, por ejemplo, un proceso de tendido al aire o un proceso de cardado. También se contempla que la trama fibrosa 11 y/o la lámina 80 pueden hacerse mediante el uso de otros procesos de hidroenredado además de los descritos en la presente descripción, por ejemplo, el enredo de bidones.
Composiciones aglutinantes
Las toallitas húmedas descritas en la presente descripción comprenden de 0,5 a 5 g/m2 de polímero(s) catiónico(s) activables o composiciones de polímero. La composición de polímero catiónico activables es una composición de polímero catiónico sensible a los iones. Para ser una formulación efectiva de polímero catiónico o polímero catiónico sensible a o activables por iones adecuada para su uso en productos de cuidado personal desechables o dispersables en agua, las formulaciones deben ser convenientemente (1) funcionales; es decir, mantener la resistencia en húmedo en condiciones controladas y disolverse o dispersarse en un período de tiempo razonable en agua blanda o dura, tal como se encuentra en inodoros y lavamanos que no son económicos en todo el mundo; (2) seguro (no tóxico); y (3) relativamente económico. Además de los factores anteriores, las formulaciones sensibles a o activables por iones cuando se usan como una composición aglutinante para un sustrato no tejido, como una toallita húmeda, debe ser procesable de manera conveniente (4) sobre una base comercial; es decir, puede aplicarse relativamente rápidamente a gran escala, tal como mediante pulverización (que de esta manera requiere que la composición aglutinante tenga una viscosidad relativamente baja a un cizallamiento alto); (5) proporcionar niveles aceptables de humectabilidad de la lámina o sustrato; (6) proporcionar niveles reducidos de rigidez de la lámina; y (7) redujo la pegajosidad. La composición humectante con la que se tratan las toallitas húmedas de la presente descripción puede proporcionar algunas de las ventajas anteriores, y, además, puede proporcionar uno o más de (8) cuidados de la piel mejorados, tales como irritación de la piel reducida u otros beneficios, (9) propiedades táctiles mejoradas, y (10) promover una buena limpieza proporcionando un equilibrio en el uso entre la fricción y la lubricidad en la piel (deslizamiento de la piel). Los polímeros catiónicos sensibles a o activables por iones y las formulaciones de polímeros de la presente descripción y los artículos fabricados con ellos, especialmente las toallitas húmedas que comprenden composiciones de humectación particulares establecidas a más abajo, pueden cumplir muchos o todos los criterios anteriores.
Composiciones de polímeros catiónicos activables por iones
En algunas modalidades de la presente descripción, los polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son el producto de polimerización de un monómero catiónico con funcionalidad vinilo, y uno o más monómeros de vinilo hidrófobo con tamaños de cadena lateral de alquilo de hasta 4 carbonos de largo, tales como de 1 a 4 átomos de carbono. En modalidades preferidas, los polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son el producto de polimerización de un monómero catiónico con funcionalidad vinilo, y uno o más monómeros de vinilo hidrófobo con tamaños de cadena lateral de alquilo de hasta 4 carbonos de largo incorporados de manera aleatoria. Adicionalmente, puede emplearse una cantidad menor de otro monómero de vinilo con los grupos alquilo lineal o ramificado 4 carbonos o más largos, alquilo hidroxi, polioxialquileno u otros grupos funcionales. Los polímeros catiónicos activables por iones funcionan como adhesivos para papel tisú, pulpa de tendido al aire y otras tramas no tejidas y proporcionan suficiente resistencia en uso.
En una modalidad de la presente descripción, la composición aglutinante comprende una composición que tiene la estructura:
en donde x=1 a 15 mole por ciento; y= 60 a 99 mole por ciento; y z=0 a 30 mole por ciento; Q se selecciona de alquilamonio C1-C4 , alquilamonio cuaternario C1-C4 y bencilamonio; Z se selecciona de -O-, -COO-, -OOC-, -CONH-, y -NHCO-, R1, R2, R3 se seleccionan independientemente de hidrógeno y metilo; R4 es alquilo C1-C4 ; R5 se selecciona de hidrógeno, metilo, etilo, butilo, etilhexilo, decilo, dodecilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, polioxietileno, y polihidroxipropileno.
Los monómeros catiónicos con funcionalidad vinilo de la presente descripción incluyen, de manera conveniente, pero no se limitan a: cloruro de [2-(acriloxi)etilo]trimetilamonio (ADAMQUAT); cloruro de [2-(metacriloxi)etil)trimetilamonio (MADQUAT); cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio; cloruro de N,N-dialildimetilamonio; cloruro de [2-(acriloxi)etil]dimetilbencilamonio; cloruro de (2-(metacriloxi)etil]dimetilbencilamonio; cloruro de [2- (acriloxi)etil]dimetilamonio; cloruro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilamonio. También son posibles los monómeros precursores, tales como vinilpiridina, acrilato de dimetilaminoetilo y metacrilato de dimetilaminoetilo, que pueden
polimerizarse y cuaternizarse a través de reacciones pospolimerización. Los monómeros o reactivos de cuaternización que proporcionan diferentes contraiones, tales como bromuro, yoduro o sulfato de metilo, también son útiles. Otros monómeros catiónicos con funcionalidad vinilo que pueden copolimerizarse con un monómero de vinilo hidrófobo también son útiles en la presente descripción.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona del cloruro de [2-(acriloxi)etil]dimetilamonio, bromuro de [2-(acriloxi)etil]dimetilamonio, yoduro de [2-(acriloxi)etil]dimetilamonio y metilsulfato de [2-(acriloxi)etil]dimetilamonio.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de cloruro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilamonio, bromuro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilamonio, yoduro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilamonio y metilsulfato de [2-(metacriloxi)etil]dimetilamonio.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de cloruro de [2-(acriloxi)etil]trimetilamonio, bromuro de [2-(acriloxi)etil]trimetilamonio, yoduro de [2-(acriloxi)etil]trimetilamonio y metilsulfato de [2-(acriloxi)etil]trimetilamonio.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de cloruro de [2-(metacriloxi)etil]trimetilamonio, bromuro de [2-(metacriloxi)etil]trimetilamonio, yoduro de [2-(metacriloxi)etil]trimetilamonio y metilsulfato de [2-(metacriloxi)etil]trimetilamonio.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio, bromuro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio, yoduro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio y metilsulfato de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de cloruro de N,N-dialildimetilamonio, bromuro de N,N-dialildimetilamonio, yoduro de N,N-dialilmetilamonio y metilsulfato de N,N-dialilmetilamonio.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de cloruro de [2-(acriloxi)etil]dimetilbencilamonio, bromuro de [2-(acriloxi)etil]dimetilbencilamonio, yoduro de [2-(acriloxi)etil]dimetilbencilamonio, y metilsulfato de [2-(acriloxi)etil]dimetilbencilamonio.
En algunas modalidades de la presente descripción, el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de cloruro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilbencilamonio, bromuro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilbencilamonio, yoduro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilbencilamonio, y metilsulfato de [2-(metacriloxi)etil]dimetilbencilamonio.
Los monómeros hidrófobos deseables para su uso en los polímeros catiónicos sensibles a los iones de la presente descripción incluyen, pero no se limitan a, ramificados o lineales éteres de vinilo alquilo C1-C18, ésteres de vinilo, acrilamidas, acrilatos y otros monómeros que pueden copolimerizarse con el monómero catiónico. Como se usa en la presente descripción, el monómero acrilato de metilo se considera un monómero hidrófobo. El acrilato de metilo tiene una solubilidad de 6 g/100 ml en agua a 20 °C.
En algunas modalidades de la presente descripción, la composición aglutinante comprende el producto de polimerización de un acrilato o metacrilato catiónico y uno o más acrilatos o metacrilatos de alquilo que tienen la estructura:
en donde x=1 a 15 por ciento en moles; y= 60 a 99 por ciento en moles; y z=0 a 30 por ciento en moles; R4 es alquilo C1-C4 ; R5 se selecciona de hidrógeno, metilo, etilo, butilo, etilhexilo, decilo, dodecilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, polioxietileno, y polioxipropileno.
En otras modalidades de la presente descripción, la composición aglutinante tiene la estructura:
en donde x=1 a 15 por ciento en moles; y= 85 a 99 por ciento en moles y R4 es alquilo C1-C4. Aún en otras modalidades de la presente descripción, x= 3 a 6 por ciento en moles, y= 94 a 97 por ciento en moles y R4 es metilo. Los polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción pueden tener un peso molecular promedio que varía en dependencia del uso final del polímero. Los polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción tienen un peso molecular promedio en peso que varía de aproximadamente 10000 a aproximadamente 5 000 000 gramos por mol. Más específicamente, los polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción tienen un peso molecular promedio en peso que varía de aproximadamente 25000 a aproximadamente 2 000 000 gramos por mol, o, más específicamente aún, de aproximadamente 200 000 a aproximadamente 1 000000 gramos por mol.
Los polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción pueden prepararse de acuerdo con una variedad de métodos de polimerización, convenientemente un método de polimerización de solución. Los solventes adecuados para el método de polimerización incluyen, pero no se limitan a, alcoholes más bajos, tales como metanol, etanol y propanol; un solvente mezclado de agua y uno o más alcoholes más bajos mencionados anteriormente; y un solvente mezclado de agua y una o más cetonas más bajas, tales como acetona o metiletilcetona.
En los métodos de polimerización de la presente descripción, puede usarse cualquier iniciador de polimerización de radical libre. La selección de un iniciador particular puede depender de un número de factores que incluyen, pero no se limitan a, la temperatura de polimerización, el solvente y los monómeros usados. Los iniciadores de polimerización adecuados para su uso en la presente descripción incluyen, pero no se limitan a, 2,2'-azobisisobutironitrilo, 2,2'-azobis(2-metilbutironitrilo), 2,2'-azobis(2,4-dimetilvaleronitrilo), 2,2'-azobis(2-amidinopropano)dihidrocloruro, 2,2'-azobis(N,N'-dimetilenisobutilamina), persulfato de potasio, persulfato de amonio, y peróxido de hidrógeno acuoso. La cantidad de iniciador de polimerización puede variar convenientemente de aproximadamente 0,01 a 5 por ciento en peso en base al peso total del monómero presente.
La temperatura de polimerización puede variar en dependencia del solvente de polimerización, los monómeros y el iniciador usados, pero en general, varía de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 90 °C. El tiempo de polimerización generalmente varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 8 horas.
En una modalidad adicional de la presente descripción, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones descritas anteriormente se usan como materiales aglutinantes para productos que se pueden lavar y/o no se pueden lavar. Para ser efectivo como un material aglutinante en productos que se pueden lavar en todo Estados Unidos, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción permanecen estables y mantienen su integridad mientras están secas o en concentraciones relativamente altas de iones monovalentes y/o divalentes, pero se vuelven solubles en agua que contiene hasta aproximadamente 200 ppm o más iones divalentes, especialmente calcio y magnesio. Convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son insolubles en una solución salina que contiene al menos aproximadamente 0,3 por ciento en peso de una o más sales inorgánicas y/u orgánicas que contienen iones monovalentes y/o divalentes. Más convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son insolubles en una solución salina que contiene de aproximadamente 0,3 % a aproximadamente 10 % en peso de una o más sales inorgánicas y/u orgánicas que contienen iones monovalentes y/u divalentes. Aún más convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son insolubles en soluciones salinas que contienen de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 5 % en peso de una o más sales inorgánicas y/u orgánicas que contienen iones monovalentes y/o divalentes. Especialmente convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son insolubles en soluciones salinas que contienen de aproximadamente 1,0 % a aproximadamente 4,0 % en peso de una o más sales inorgánicas y/u orgánicas que contienen iones monovalentes y/o divalentes. Los iones monovalentes adecuados incluyen, pero no se limitan a, iones Na+, iones K+, iones Li+, iones NH4+, compuestos de amonio cuaternario de bajo peso molecular (por ejemplo, aquellos que tienen menos de 5 carbonos en cualquier grupo lateral) y una de sus combinaciones. Los iones multivalentes adecuados incluyen, pero no se limitan a, Zn2+, Ca2+ y Mg2+ Los iones monovalentes y divalentes pueden derivarse de sales orgánicas e inorgánicas que incluyen, pero no se limitan a, NaCI, NaBr, KCI, NH4CI, NaSSO4, ZnCh, CaCh, MgCh, MgSO4, NaNO3, NaSO4CH3, y sus combinaciones. Típicamente, los haluros de metal alcalino son más convenientes debido
al costo, pureza, baja toxicidad y disponibilidad. Una sal particularmente conveniente es NaCI.
Con base en un estudio realizado por la Sociedad Química Estadounidense, la dureza del agua en los Estados Unidos varía enormemente, con una concentración de CaCO3 que varía de cerca de cero para agua blanda a aproximadamente 500 ppm de CaCO3 (unos 200 ppm de iones Ca2+) para agua muy dura. Para garantizar la dispersabilidad de la formulación de polímero en todo el país (y en todo el mundo), las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son convenientemente solubles en agua que contiene hasta aproximadamente 50 ppm de iones Ca2+ y/o Mg2+. Más convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son solubles en agua que contiene hasta aproximadamente 100 ppm de iones Ca2+ y/o Mg2+. Aún más convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son solubles en agua que contiene hasta aproximadamente 150 ppm de iones Ca2+ y/o Mg2+. Aún más convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción son solubles en agua que contiene hasta aproximadamente 200 ppm de iones Ca2+ y/o Mg2+.
Polímeros coaglutinantes
Como se indicó anteriormente, las formulaciones de polímeros catiónicos de la presente descripción se forman a partir de un único polímero catiónico activable o una combinación de dos o más polímeros diferentes, en donde al menos un polímero es un polímero activable. El segundo polímero puede ser un polímero coaglutinante. Un polímero coaglutinante es de un tipo y en una cantidad tal que cuando se combina con el polímero catiónico activable, el polímero coaglutinante convenientemente se dispersa en gran medida en el polímero catiónico activable; es decir, el polímero catiónico activable es convenientemente la fase continua y el polímero coaglutinante es convenientemente la fase discontinua. Convenientemente, el polímero coaglutinante también puede cumplir varios criterios adicionales. Por ejemplo, el polímero coaglutinante puede tener una temperatura de transición vítrea; es decir, Tg, que es menor que la temperatura de transición de vidrio del polímero catiónico activable por iones. Además, o alternativamente, el polímero coaglutinante puede ser insoluble en agua, o puede reducir la viscosidad de cizallamiento del polímero catiónico activable por iones. El coaglutinante puede estar presente a un nivel con relación a la masa sólida del polímero activable de aproximadamente 45 % o menos, específicamente aproximadamente 30 % o menos, más específicamente aproximadamente 20 % o menos, más específicamente todavía aproximadamente 15 % o menos, y más específicamente aproximadamente 10 % o menos, con intervalos ilustrativos de aproximadamente 1 % a aproximadamente 45 % o de aproximadamente 25 % a aproximadamente 35 %, así como también de aproximadamente 1 % a aproximadamente 20 % o de aproximadamente 5 % a aproximadamente 25 %. La cantidad de coaglutinante presente debe ser lo suficientemente baja, para los coaglutinantes con el potencial de formar películas o enlaces insolubles en agua, que el coaglutinante sigue siendo una fase discontinua incapaz de crear suficientes enlaces entrecruzados, o insolubles, para poner en peligro la dispersabilidad del sustrato tratado.
Convenientemente, pero no necesariamente, el polímero coaglutinante cuando se combina con el polímero catiónico activable por iones reducirá la viscosidad de cizallamiento del polímero catiónico activable por iones a tal punto que la combinación del polímero catiónico activable por iones y el polímero coaglutinante es pulverizable. Por pulverizable se entiende que el polímero se puede aplicar a un sustrato fibroso no tejido mediante pulverización, y la distribución del polímero a través del sustrato y la penetración del polímero en el sustrato son de manera que la formulación de polímero se aplica uniformemente al sustrato.
En algunas modalidades, la combinación del polímero catiónico activable por iones y el polímero coaglutinante puede reducir la rigidez del artículo al que se aplica en comparación con el artículo con solo el polímero catiónico activable por iones.
El polímero coaglutinante de la presente descripción puede tener un peso molecular promedio, que varía en dependencia del uso final del polímero. Convenientemente, el polímero coaglutinante tiene un peso molecular promedio en peso que varía de aproximadamente 500000 a aproximadamente 200000000 gramos por mol. Más convenientemente, el polímero coaglutinante tiene un peso molecular promedio en peso que varía de aproximadamente 500000 a aproximadamente 100000000 gramos por mol.
El polímero coaglutinante puede tener la forma de un látex de emulsión. El sistema surfactante usado en tal emulsión de látex debe ser de manera que no interfiera sustancialmente con la dispersabilidad del polímero catiónico activable por iones. Por lo tanto, los látex débilmente aniónicos, no iónicos o catiónicos pueden ser útiles para la presente descripción. En una modalidad, las formulaciones de polímero catiónico activables por iones de la presente descripción comprenden aproximadamente 55 a aproximadamente 95 por ciento en peso de polímero catiónico activable por iones y aproximadamente 5 a aproximadamente 45 por ciento en peso de poli (etileno-acetato de vinilo). Más convenientemente, las formulaciones de polímeros catiónicos activables por iones de la presente descripción comprenden aproximadamente un 75 por ciento en peso de polímero catiónico activable por iones y aproximadamente un 25 por ciento en peso de poli(acetato de etilenvinilo). Un poli (etileno-vinil acetato) no reticulado particularmente preferido es Dur-O-Set® RB disponible de National Starch y Chemical Co., Bridgewater, N.J.
Cuando se usa un coaglutinante de látex, o cualquier coaglutinante potencialmente entrecruzado, el látex debe
evitarse que forme enlaces insolubles en agua sustanciales que unen el sustrato fibroso e interfieren con la dispersabilidad del artículo. Por lo tanto, el látex puede estar libre de agentes de entrecruzamiento, tales como N-metilol-acrilamida (NMA), o libre de catalizador para el entrecruzador, o ambos. Alternativamente, puede añadirse un inhibidor que interfiere con el entrecruzador o con el catalizador de manera que el entrecruzamiento se vea afectado incluso cuando el artículo se calienta a temperaturas de entrecruzamiento normales. Tales inhibidores pueden incluir depuradores de radicales libres, metilhidroquinona, t-butilcatecol, agentes de control de pH tales como hidróxido de potasio, y similares. Para algunos entrecruzadores de látex, tales como N-metilol-acrilamida (NMA), por ejemplo, un pH elevado tal como un pH de 8 o superior puede interferir con el entrecruzamiento a temperaturas normales de entrecruzamiento (por ejemplo, aproximadamente 130 °C o superiores). Además, alternativamente, un artículo que comprende un coaglutinante de látex puede mantenerse a temperaturas por debajo del intervalo de temperatura en el que tiene lugar el entrecruzamiento, de manera que la presencia de un entrecruzador no conduce a entrecruzamiento, o de manera que el grado de entrecruzamiento sigue siendo suficientemente bajo que la dispersabilidad del artículo no se pone en peligro. Además, alternativamente, la cantidad de látex que se puede entrecruzar puede mantenerse por debajo de un nivel umbral de manera que incluso con el entrecruzamiento, el artículo sigue siendo dispersable. Por ejemplo, una pequeña cantidad de látex entrecruzado dispersado como partículas discretas en un aglutinante sensible a iones puede permitir la dispersabilidad incluso cuando está completamente entrecruzado. Para la modalidad posterior, la cantidad de látex puede estar por debajo de aproximadamente 20 por ciento en peso, y, más específicamente, por debajo de aproximadamente 15 por ciento en peso con relación al aglutinante sensible a los iones.
Los compuestos de látex, ya sean entrecruzados o no, no necesitan ser el coaglutinante. La micrografía SEM de películas de aglutinante sensibles a iones con emulsiones de látex no entrecruzadas útiles dispersados en la misma ha demostrado que las partículas de coaglutinante de látex pueden permanecer como entidades discretas en el aglutinante sensible a iones, sirviendo posiblemente en parte como material de relleno. Se cree que otros materiales podrían servir para un papel similar, que incluye un mineral disperso o relleno de partículas en el aglutinante activable, que comprende opcionalmente surfactantes/dispersantes añadidos. Por ejemplo, en una modalidad imaginada, partículas de Ganzpearl PS-8F de flujo libre de Presperse, Inc. (Piscataway, N.J.), un copolímero de estireno/divinilbenceno con aproximadamente partículas de 0,4 micras, puede dispersarse en un aglutinante activable a un nivel de aproximadamente 2 a 10 por ciento en peso para modificar las propiedades mecánicas, táctiles y ópticas del aglutinante activable. Otros enfoques similares a rellenos pueden incluir micropartículas, microesferas o microesferas de metal, vidrio, carbono, mineral, cuarzo y/o plástico, tales como acrílico o fenólico, y partículas huecas que tienen atmósferas gaseosas inertes selladas dentro de sus interiores. Los ejemplos incluyen microesferas fenólicas EXPANCEL de Expancel de Suecia, que se expanden sustancialmente cuando se calientan, o las microesferas acrílicas conocidas como PM 6545 disponibles de PQ Corporation de Pensilvania. Los agentes espumantes, que incluyen el CO2 disuelto en el aglutinante activable, también podrían proporcionar discontinuidades útiles como burbujas de gas en la matriz de un aglutinante activable, lo que permite que la fase de gas disperso en el aglutinante activable sirva como el coaglutinante. En general, cualquier material compatible que no sea miscible con el aglutinante, especialmente uno con propiedades adhesivas o de unión propias, puede usarse como el coaglutinante, si no se proporciona en un estado que imparte enlaces covalentes sustanciales que unen fibras de una manera que interfiere con la dispersión de agua del producto. Sin embargo, pueden preferirse especialmente aquellos materiales que también proporcionan beneficios adicionales, tales como una viscosidad de pulverización reducida. Se ha descubierto que los coaglutinantes adhesivos, tales como el látex que no contienen entrecruzadores o que contienen cantidades reducidas de entrecruzadores, son especialmente útiles para proporcionar buenos resultados en un amplio intervalo de condiciones de procesamiento, incluido el secado a temperaturas elevadas.
El polímero coaglutinante puede comprender compuestos activos superficiales que mejoran la humectabilidad del sustrato después de la aplicación de la mezcla de aglutinante. La humectabilidad de un sustrato seco que se ha tratado con una formulación de polímero activable puede ser un problema en algunas modalidades, porque las porciones hidrófobas de la formulación de polímero activable pueden orientarse selectivamente hacia la fase de aire durante el secado, creando una superficie hidrófoba que puede ser difícil de humedecer cuando la composición humectante se aplica más tarde a menos que se añadan surfactantes a la composición humectante. Los surfactantes, u otros ingredientes activos de la superficie, en polímeros coaglutinante pueden mejorar la humectabilidad del sustrato seco que se ha tratado con una formulación de polímero activable. Los surfactantes en el polímero coaglutinante no deben interferir significativamente con la formulación de polímero activable. Por lo tanto, el aglutinante debe mantener una buena integridad y propiedades táctiles en las toallitas pre-humedecida con el surfactante presente.
En una modalidad, un polímero coaglutinante efectivo reemplaza una porción de la formulación de polímero catiónico activable por iones y permite que se logre un nivel de resistencia dado en una toallita pre-humedecida con al menos uno de menor rigidez, mejores propiedades táctiles (por ejemplo, lubricidad o suavidad), o costes reducidos, con relación a una toallita prehumedecida que de cualquier otra manera es idéntica y que carece del polímero coaglutinante y comprende la formulación del polímero catiónico activable por iones a un nivel suficiente para lograr la resistencia a la tracción dada.
Otros polímeros coaglutinantes
Los aglutinantes de polvo de emulsión en seco (DEP) de los sistemas de polímero de Wacker (Burghausen,
Alemania) tales como el sistema de aglutinantes VINNEK®, pueden aplicarse en algunas modalidades de la presente descripción. Estos son polvos aglutinantes redispersables y de flujo libre formados a partir de emulsiones líquidas. Las partículas de polímero pequeñas de una dispersión se proporcionan en una matriz protectora de coloides protectores solubles en agua en forma de una partícula de polvo. La superficie de la partícula de polvo está protegida contra el aglutinante por las plaquetas de cristales minerales. Como resultado, las partículas de polímero que una vez se encontraban en una dispersión líquida están ahora disponibles en una forma de polvo seco de flujo libre que puede redispersarse en agua o convertirse en partículas inflamadas y adherentes mediante la adición de humedad. Estas partículas se pueden aplicar en no tejidos de alto aislamiento térmico depositándolos con las fibras durante el proceso de tendido al aire, y luego añadiendo entre un 10 % y un 30 % de humedad para hacer que las partículas se inflen y se adhieran a las fibras. Esto puede denominarse “efecto chicle”, lo que significa que las fibras secas y no adherentes de la trama se vuelven pegajosas como el chicle una vez humedecido. Se obtiene una buena adhesión a superficies polares y otras superficies. Estos aglutinantes están disponibles como partículas de flujo libre formadas a partir de emulsiones de látex que se han secado y tratado con agentes para evitar la cohesión en estado seco. Pueden arrastrarse en el aire y depositarse con fibras durante el proceso de tendido al aire, o pueden aplicarse a un sustrato por medios electrostáticos, por contacto directo, por dispositivos de alimentación por gravedad y otros medios. Pueden aplicarse aparte del aglutinante, ya sea antes o después de que el aglutinante se haya secado. El contacto con la humedad, ya sea como líquido o vapor, rehidrata las partículas de látex y hace que se inflamen y se adhieran a las fibras. El secado y calentamiento a temperaturas elevadas (por ejemplo, por encima de 160 °C) hace que las partículas de aglutinante se entrecrucen y sean resistentes al agua, pero el secado a temperaturas más bajas (por ejemplo, a 110 °C o menos) puede dar como resultado la formación de película y un grado de unión de la fibra sin afectar seriamente la dispersión del agua de las toallitas pre-humedecidas. Por lo tanto, se cree que el producto comercial puede usarse sin reducir la cantidad de entrecruzador mediante el control del curado del polímero coaglutinante, tal como limitar el tiempo y la temperatura de secado para proporcionar un grado de unión sin entrecruzamiento significativo.
Como señaló el Dr. Klaus Kohlhammer en "New Airlaid Binders", Nonwovens Report International, septiembre de 1999, edición 342, pp. 20-22, 28-31, los polvos de aglutinante de emulsión en seco tienen la ventaja de que pueden incorporarse fácilmente en una trama no tejida o tendida al aire durante la formación de la trama, en lugar de aplicar el material a un sustrato existente, lo que permite un mayor control sobre la colocación de un polímero coaglutinante. Por lo tanto, se puede preparar una trama no tejida o tendida al aire que ya tiene aglutinantes de emulsión secos en la misma, seguido de una humectación cuando se aplica la solución de formulación de polímero catiónico activable por iones, con lo cual el polvo de emulsión seco se vuelve adherente y contribuye a la unión del sustrato. Alternativamente, el polvo de emulsión seco puede atraparse en el sustrato mediante un mecanismo de filtración después de que el sustrato se ha tratado con aglutinante activable y se seca, con lo cual el polvo de emulsión seco se vuelve adherente tras la aplicación de la composición humectante.
En otra modalidad, el polvo de emulsión seco se dispersa en la solución de formulación de polímero activable bien mediante la aplicación del polvo a medida que la solución de formulación de polímero catiónico activable por iones se rocía sobre la trama o mediante la adición y dispersión de las partículas de polvo de emulsión seca en la solución de formulación de polímero catiónico activable por iones, después de lo cual la mezcla se aplica a una red por pulverización, por métodos de aplicación de espuma o por otras técnicas conocidas en la técnica.
Métodos Ilustrativos de Medición
En algunas modalidades de la presente descripción, las fibras hidroenredadas pueden producirse como se ejemplifica en el siguiente método. La primera pluralidad de chorros 30 se puede proporcionar con los distribuidores primero y segundo y la segunda pluralidad de chorros 50 se puede proporcionar con los distribuidores tercero, cuarto y quinto. La velocidad de desplazamiento del tejido de soporte puede ser de 30 metros por minuto. La presión del primer distribuidor era de 35 bares, la presión del segundo distribuidor era de 75 bares, los distribuidores primero y segundo pueden tener orificios de 120 micrómetros separados por 1800 micrómetros en la dirección transversal de la máquina, y cada uno de los distribuidores tercero, cuarto y quinto puede tener orificios de 120 micrómetros separados por 600 micrómetros en la dirección transversal de la máquina. La energía de hidroenredado E en kilovatios-hora por kilogramo que se imparte a la trama puede calcularse mediante la suma de la energía sobre cada uno de los inyectores (i):
donde Pi es la presión en Pascales para inyector i, Mr es la masa de la lámina que pasa debajo del inyector por segundo, en kilogramos por segundo (calculada mediante la multiplicación del peso base de la lámina por la velocidad de la trama), y Qi es el régimen de flujo de volumen fuera del inyector i en metros cúbicos por segundo, calculado de acuerdo con:
donde Ni es el número de toberas por metro de ancho del inyector i, Di es el diámetro de la tobera en metros, p es la densidad del agua de hidroenredado en kilogramos por metro cúbico, y 0,8 se usa como el coeficiente de la tobera para todas las toberas.
La resistencia de las láminas no tejidas dispersables 80 generadas a partir de cada ejemplo se puede evaluar mediante la medición de la resistencia a la tracción en la dirección de la máquina 24 y la dirección transversal de la máquina 25. La resistencia a la tracción puede medirse mediante el uso de un aparato de prueba de tensión de Velocidad Constante de Elongación (CRE) que tiene un ancho de abrazadera de 1 pulgada (2,5 cm) (ancho de muestra), un tramo de prueba de 3 pulgadas (7,6 cm) (longitud de referencia) y una velocidad de separación de abrazadera de 25,4 centímetros por minuto después de remojar la lámina en agua corriente durante 4 minutos y luego drenar la lámina en una toalla de papel seca de marca Viva® durante 20 segundos. Este procedimiento de drenaje puede resultar en un contenido de humedad del 200 por ciento del peso en seco /- 50 por ciento. Esto se puede verificar al pesar la muestra antes de cada prueba. Se cortaron tiras de una pulgada (2,5 cm) de ancho desde el centro de las láminas no tejidas dispersables 80 en la orientación especificada de la dirección de la máquina 24 ("MD") o la dirección transversal de la máquina 25 ("CD") mediante el uso de un Cortador de Muestras de Precisión JDC (Thwing-Albert Instrument Company, Filadelfia, Pa., Modelo Núm. JDC3-10, Núm. de serie 37333). La "resistencia a la tracción en la MD" es la carga máxima en gramos-fuerza por pulgada del ancho de muestra cuando una muestra se estira hasta la ruptura en la dirección de la máquina. La "resistencia a la tracción en la CD” es la carga máxima en gramos-fuerza por pulgada del ancho de muestra cuando una muestra se estira hasta la ruptura en la dirección transversal.
El instrumento usado para medir la resistencia a la tracción fue un modelo Sinergie 200 de MTS Systems y el software de adquisición de datos fue MTS TestWorks® para Windows versión 4.0 comercializado por m Ts Systems Corp., Eden Prairie, Minn. La celda de carga puede ser una celda de carga máxima MTS 50 Newton. La longitud de referencia entre las abrazaderas puede ser de 3±0,04 pulgadas (7,6±0,1 cm) y las abrazaderas superior e inferior se pueden operar mediante el uso de acción neumática con un máximo de 60 P.S.I. (0,4 MPa). La sensibilidad de ruptura se puede establecer en 70 por ciento. La velocidad de adquisición de datos se puede establecer en 100 Hz (es decir, 100 muestras por segundo). La muestra se puede colocar en las abrazaderas del instrumento, centrada tanto vertical como horizontalmente. La prueba entonces se puede iniciar y terminar cuando la fuerza cae en un 70 por ciento del pico. La carga máxima se puede expresar en gramos-fuerza y se puede registrar como la "resistencia a la tracción en la MD" del espécimen. Como se usa en la presente descripción, la "resistencia a la tracción media geométrica" ("GMT") es la raíz cuadrada del producto de la resistencia a la tracción en húmedo en la dirección de la máquina multiplicada por la resistencia a la tracción en húmedo en la dirección transversal a la máquina y se expresa como gramos por pulgada del ancho de muestra. Todos estos valores son para mediciones de resistencia a la tracción cuando se usa.
La Resistencia en Húmedo en Remojo se llevó a cabo al remojar las tiras de 1” (2,5 cm) de ancho descritas anteriormente para la prueba de tracción en un baño de 4,1 litros de agua desionizada durante 1 hora. El agua desionizada no se agitó ni se agitó de ninguna manera durante las pruebas. Al finalizar el remojo de 1 hora, cada una de las muestras se recuperó cuidadosamente del baño, se dejó que se escurriesen para eliminar el exceso de agua y, a continuación, se analizaron inmediatamente como se describió anteriormente para la prueba de tracción.
Las dimensiones y valores descritos en la presente descripción no deben entenderse como que se limitan estrictamente a los valores numéricos exactos mencionados. En cambio, a menos que se especifique de otra manera, cada una de tales dimensiones pretende referirse tanto al valor mencionado como a un intervalo funcionalmente equivalente que rodea ese valor. Por ejemplo, una dimensión descrita como “40 mm” pretende significar “aproximadamente 40 mm“.
La Prueba de caja de lodos usa un aparato a escala de mesa de trabajo para evaluar la ruptura o dispersabilidad de los productos de consumo desechables por el retrete a medida que viajan a través del sistema de recogida de aguas residuales. En esta prueba, un tanque de plástico transparente se carga con un producto y agua corriente o aguas residuales sin tratar. El contenedor se mueve entonces hacia arriba y hacia abajo por un sistema de levas a una velocidad de rotación especificada para simular el movimiento de las aguas residuales en el sistema de recolección. El punto de ruptura inicial y el tiempo para la dispersión del producto en piezas de 1 pulgada por 1 pulgada (25 mm por 25 mm) se registran en el cuaderno de laboratorio. Este tamaño de 1 pulgada por 1 pulgada (25 mm por 25 mm) es un parámetro que se usa porque reduce el potencial de reconocimiento del producto. Después, los diversos componentes del producto se pueden cribar y pesar para determinar la velocidad y el nivel de desintegración.
El simulador de transporte de agua de caja de lodos consiste en un tanque de plástico transparente que se puede montar en una plataforma oscilante con controlador de velocidad y tiempo de retención. El ángulo de inclinación producido por el sistema de levas produce un movimiento de agua equivalente a 60 cm/s (2 pies/s), que es el estándar mínimo de diseño para el régimen de flujo de aguas residuales en un sistema de recolección cerrado. La
velocidad de oscilación se controló de manera mecánica mediante la rotación de un sistema de leva y nivel y se midió periódicamente a lo largo de la prueba. Este ciclo imita el movimiento normal de ida y vuelta de las aguas residuales a medida que estas fluyen a través de la tubería de alcantarillado.
El agua corriente a temperatura ambiente se puede colocar en el contenedor/tanque plástico. El temporizador se puede establecer para seis horas (o más) y la velocidad del ciclo se puede establecer a 26 rpm. El producto previamente pesado se puede colocar en el tanque y observarse a medida que experimenta (t) el período de agitación. Los tiempos de la primera ruptura y la dispersión total se pueden registrar en el cuaderno de laboratorio. La prueba se puede terminar cuando el producto llega a un punto de dispersión de ninguna pieza cuadrada de tamaño mayor que 1 pulgada por 1 pulgada (25 mm por 25 mm). En este punto, el tanque de plástico transparente se puede retirar de la plataforma oscilante. Luego se puede verter todo el contenido del tanque de plástico a través de un conjunto de cribas dispuestas de arriba a abajo en el siguiente orden: 25,40 mm, 12,70 mm, 6,35 mm, 3,18 mm, 1,59 mm (abertura del diámetro). Con una tobera pulverizadora aspersora que se sostiene aproximadamente de 10 a 15 cm (de 4 a 6 pulg) por encima del tamiz, el material se puede enjuagar suavemente a través de las cribas anidadas durante dos minutos a un régimen de flujo de 4 L/min (1 gal/min), con cuidado de no forzar el paso del material retenido a través de la siguiente criba más pequeña. Después de dos minutos de enjuague, se puede retirar la criba superior y se puede continuar el enjuague de la siguiente criba más pequeña, aún anidada, durante dos minutos adicionales. Después de enjuagar, el material retenido se puede retirar de cada una de las cribas mediante el uso de pinzas. Los contenidos se pueden transferir desde cada criba a una bandeja para pesar de aluminio etiquetada por separado. La bandeja se puede colocar en un horno de secado durante toda la noche a 103±3 °C. Las muestras secas se pueden dejar enfriar en un desecador. Después de que todas las muestras se secan, se pueden pesar los materiales de cada una de las fracciones retenidas y se puede calcular el porcentaje de desintegración basado en el peso de comienzo inicial del material de prueba.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos describen o ilustran varias modalidades de la presente descripción. Otras modalidades dentro del alcance de las reivindicaciones anexas serán evidentes para un artesano experto considerando la descripción o práctica de la descripción como se describió en la presente descripción.
Ejemplo 1 - Tiempo en caja de lodos a 25 mm frente a la Carga húmeda en MD (g/pulg)
El Ejemplo 1 estudió el tiempo en caja de lodos a 25 mm frente a la carga húmeda en MD (g/pulg) de varias toallitas/láminas convencionales conocidas en la industria y la toallita húmeda dispersable de la presente descripción. La Figura 8 representa los resultados gráficos de las siguientes láminas probadas: (A) una lámina base tendida al aire con polímero catiónico activable por iones; (B) una lámina base tendida al aire optimizada con polímero catiónico activable por iones optimizado; (C) una lámina que incluye fibras hidroenredadas pero sin un agregado de aglutinante; (D) una lámina de acuerdo con la presente descripción que incluye fibras hidroenredadas y añadir aglutinante; y (E) una lámina que incluye hydraspun ChARMIN® Fr Es HMATES.
La lámina (C) en la Figura 8 es una lámina ligeramente hidroenredada sin ningún añadido de aglutinante. La lámina (D) en este ejemplo incluyó de aproximadamente 1,3 a aproximadamente 4 g/m2 de aglutinante en la lámina hidroenredada de la lámina (C). Por lo tanto, como se muestra en la Figura 8, el aglutinante aumenta la resistencia de una lámina de baja densidad, ligeramente hidroenredada. No solo aumenta considerablemente la resistencia de la lámina, sino que el tiempo de ruptura en caja de lodos es menor que aproximadamente 150 minutos. Por lo tanto, la combinación de la composición aglutinante y las fibras hidroenredadas no solo aumenta la resistencia en húmedo inicial de la lámina sino que también da a la lámina una buena dispersabilidad.
Ejemplo 2 - Resistencia en Húmedo GMT en Remojo (g/pulg) frente a la Resistencia en Húmedo GMT (g/pulg) El Ejemplo 2 estudió la resistencia en húmedo GMT en remojo (g/pulg) frente a la resistencia en húmedo GMT (g/pulg) de las láminas convencionales usadas en la industria y las láminas (es decir, toallitas húmedas) de la presente descripción. Por lo tanto, este ejemplo probó la resistencia en húmedo inicial de una lámina así como también la capacidad de dispersarse en agua después del uso. La Figura 9 es una representación gráfica de las siguientes láminas probadas: (A) una lámina base tendida al aire con polímero catiónico activable por iones; (B) una lámina de acuerdo con la presente descripción que comprende fibras hidroenredadas y un aglutinante adicional de 1,28 g/m2 de polímero catiónico activable por iones; (C) una lámina de acuerdo con la presente descripción que comprende fibras hidroenredadas y un aglutinante adicional de 2,2 g/m2 de polímero catiónico activado por iones, (D) una lámina base tendida al aire optimizada con polímero catiónico activable por iones optimizado; y, (E) una lámina que incluye hydraspun CHARMIN® FRESHMa TeS.
Los resultados de las pruebas se describen en la Tabla 1
Tabla 1
Como se puede ver a partir de los resultados, no solo las láminas que comprenden fibras y aglutinantes hidroenredados (láminas B y C) exhiben una mayor resistencia en húmedo inicial, sino que también tienen una resistencia en húmedo en remojo suficientemente inferior. Por lo tanto, las láminas de acuerdo con la presente descripción (láminas B y C) son lo suficientemente fuertes cuando están húmedas para limpiarse sin rasgarse o esparcir, y también son lo suficientemente dispersables para romperse en el sistema séptico o de alcantarillado. Uno que tiene habilidad ordinaria en la técnica habría esperado que una lámina con las altas resistencias en húmedo iniciales de las láminas B y C no perdería resistencia sin agitación. Las láminas B y C, sin embargo, a pesar de su alta resistencia inicial, pierden más de aproximadamente el 75 % de su resistencia inicial cuando se remoja en agua desionizada durante una hora. Esto contrasta con el rendimiento de las láminas hidroenredadas convencionales, como la lámina E en la Figura 9, que no pierde resistencia en el agua a menos que se agita.
Como se puede ver en la Figura 9, las láminas B y C demuestran un resultado mejorado sobre las láminas convencionales usadas en la industria. Es decir, por ejemplo, las láminas A y D tienen una resistencia en húmedo en remojo relativamente baja y, por lo tanto, pueden dispersarse adecuadamente en una alcantarilla, pero las láminas A y D tienen una resistencia en húmedo inicial mucho más baja y, por lo tanto, no son capaces de soportar tanto secado sin rasgarlas o penetrarlas. La lámina E, por el contrario, tiene una resistencia en húmedo inicial más baja y una resistencia en húmedo en remojo más alta, lo que hace mucho más difícil la dispersión dentro de un sistema de alcantarillado.
Por lo tanto, los inventores de la presente descripción han encontrado sorprendente e inesperadamente que a través de la combinación de fibras hidroenredadas y una composición aglutinante, se puede crear una toallita húmeda dispersable que supera las deficiencias y problemas de las toallitas húmedas convencionales usadas al proporcionar una toallita húmeda con una alta resistencia en húmedo inicial y una resistencia en húmedo en remojo baja para ser dispersable en sistemas de alcantarillado, etc.
Ejemplo 3 - % de Estiramiento en CD y Densidad húmeda (g/cm3) frente a la Resistencia en húmedo GMT (g/pulg) El Ejemplo 3 examinó el % de estiramiento en CD y la densidad húmeda (g/cm3) frente a las láminas de resistencia en húmedo GMT (g/pulg) (es decir, toallitas húmedas dispersables) de acuerdo con la presente descripción. Las láminas probadas en el Ejemplo 3 son las láminas B y las láminas C del Ejemplo 2. Inicialmente, los inventores esperaban que la adición del aglutinante a las láminas hubiera causado un "bloqueo” de las capacidades de estiramiento de la lámina y hubiera hecho que la lámina se colapsara y perdiera a granel. Esto ocurre en las láminas convencionales que incluyen aglutinante, ya que se sabe que una estera de pelusa sin unir tiene mucho más volumen y estiramiento que la lámina unida después de la aplicación del aglutinante.
Como se puede ver en la Figura 10, sin embargo, no solo las láminas B y C tienen una alta resistencia en húmedo inicial, sino que las láminas B y C también muestran una muy buena estirabilidad y una densidad más baja, que uno que tiene habilidad ordinaria en la técnica no habría predicho que ocurriría. La combinación de las fibras
hidroenredadas y la composición aglutinante sorprendentemente logra este resultado porque el aglutinante hinchable ayuda a unir las fibras hidroenredadas de manera que las fibras se bloqueen bajo tensión, pero cuando se coloca en agua dulce el aglutinante se hinchó lo suficiente para liberar el bloqueo y lubricar las fibras de manera que toda la estructura se rompió con mucha más facilidad de lo esperado.
Claims (13)
- REIVINDICACIONESi. Una toallita húmeda dispersable que comprende una pluralidad de fibras hidroenredadas y 0,5 gramos por metro cuadrado (g/m2) a 5 g/m2 de una composición aglutinante activable por iones, la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT) de al menos 300 gramos por pulgada (g/pulg) (118 g/cm), una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg (71 g/cm), y un por ciento de estiramiento en CD mayor que 40 %, en donde la resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT), la resistencia en húmedo GMT en remojo y el estiramiento en CD se miden como se establece en la descripción.
- 2. La toallita húmeda dispersable como se establece en la reivindicación 1 en donde el aglutinante activable por iones está presente en un intervalo entre 1,2 g/m2 y 2,6 g/m2, preferentemente en donde el aglutinante activable por iones está presente en un intervalo entre 1,8 g/m2 y 2,2 g/m2.
- 3. La toallita húmeda dispersable como se establece en la reivindicación 1 en donde la resistencia en húmedo GMT es de al menos 500 g/pulg (197 g/cm), preferentemente en donde la resistencia en húmedo GMT es de al menos 700 g/pulg (276 g/cm); oen donde la resistencia GMT en remojo de la toallita húmeda es menor que 160 g/pulg (63 g/cm), preferentemente en donde la resistencia GMT en remojo de la toallita húmeda es menor que 140 g/pulg (55 g/cm); oen donde el por ciento de estiramiento en CD de la toallita está entre el 45 % y el 55 %, preferentemente en donde el por ciento de estiramiento en CD de la toallita está entre el 47 % y el 49 %;en donde la resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT) húmeda, la resistencia en húmedo GMT en remojo y el estiramiento en CD se miden como se establece en la descripción.
- 4. Una toallita húmeda dispersable que comprende una pluralidad de fibras hidroenredadas y 0,5 gramos por metro cuadrado (g/m2) a 5 g/m2 de una composición aglutinante activable por iones, la toallita tiene una resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT) de al menos 300 gramos por pulgada (g/pulg) (118 g/cm), una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg(71 g/cm) y una densidad húmeda de menos de 0,115 g/cm3, en donde la resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT), la resistencia en húmedo GMT en remojo y la densidad húmeda se miden como se establece en la descripción.
- 5. La toallita húmeda dispersable como se establece en la reivindicación 4 en donde la densidad húmeda está en un intervalo de 0,100 g/cm3 a 0,115 g/cm3, preferentemente en donde la densidad húmeda está en un intervalo de 0,110 g/cm3 a 0,112 g/cm3.
- 6. La toallita húmeda dispersable como se establece en la reivindicación 4 en donde las fibras comprenden una mezcla hidroenredada de fibras regeneradas y fibras naturales.
- 7. Una toallita húmeda dispersable que comprende:fibras hidroenredadas; y,0,5 a 5 g/m2 de una composición aglutinante, en donde la composición aglutinante comprende una
x=1 a 15 por ciento en moles;y=60 a 99 por ciento en moles;z=0 a 30 por ciento en moles;Q se selecciona de alquilamonio C1-C4, alquilamonio cuaternario C1-C4 y bencilamonio;Z se selecciona de -O-, -COO-, -OOC-, -cOn H- y -NHCO-;R1, R2, R3 se seleccionan independientemente de hidrógeno y metilo;R4 es alquilo C1-C4; yR5 se selecciona de hidrógeno, metilo, etilo, butilo, etilhexilo, decilo, dodecilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, polioxietileno y polioxipropileno. - 8. La toallita húmeda dispersable de acuerdo con la reivindicación 7 en donde las fibras comprenden una mezcla de fibras regeneradas que tienen una longitud en el intervalo de 4 mm a 15 mm y fibras naturales que tienen una longitud mayor que 1 mm.
- 9. La toallita húmeda dispersable de acuerdo con la reivindicación 7, en donde las fibras hidroenredadas comprenden fibras regeneradas en una cantidad de 5 a 30 por ciento en peso y fibras naturales en una cantidad de 70 a 95 por ciento en peso.
- 10. La toallita húmeda dispersable de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo a la tracción media geométrica (GMT) de al menos 300 g/pulg (118 g/cm); o en donde la toallita húmeda tiene una resistencia en húmedo GMT en remojo de menos de 180 g/pulg (71 g/cm), en donde la resistencia en húmedo (GMT) a la tracción media geométrica y la resistencia en húmedo GMT en remojo se miden como se establece en la descripción.
- 11. Una toallita húmeda dispersable que comprende:fibras hidroenredadas; y,0,5 a 5 g/m2 de una composición aglutinante, en donde la composición aglutinante comprende el producto de polimerización de un monómero catiónico con funcionalidad vinilo y uno o más monómeros de vinilo hidrófobos con cadenas laterales de alquilo de 1 a 4 átomos de carbono.
- 12. La toallita húmeda dispersable de acuerdo con la reivindicación 11, en donde las fibras hidroenredadas comprenden fibras regeneradas en una cantidad de 5 a 30 por ciento en peso y fibras naturales en una cantidad de 70 a 95 por ciento en peso.
- 13. La toallita húmeda dispersable de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el monómero catiónico con funcionalidad vinilo se selecciona de:cloruro de [2-(acriloxi)etil]dimetilamonio,cloruro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilamonio,cloruro de [2-(acriloxi)etil]trimetilamonio,cloruro de [2-(metacriloxi)etil]trimetilamonio,cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio,cloruro de N,N-dialildimetilamonio,cloruro de [2-(acriloxi)etil]dimetilbencilamonio, ycloruro de [2-(metacriloxi)etil]dimetilbencilamonio.
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