NO834337L - Poroest polymermateriale - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et høyt porøst poly-mermater iale, som kan absorbere og holde på væsker. Polymermaterialet, i plateform, kan inkluderes i ark-lignende gjen-stander som passer for å tørke av overflater, f.eks. over-flatene av husholdnings- eller industrigjenstander, eller men-neskehuden, enten for å tilføre et flytende aktivt materiale til overflaten eller til å tørke opp en væske fra overflaten; eller for gradvis å utløse et aktivt materiale, så som et boble-badpreparat, en luftrenser eller en parfyme, uten overflate-kontakt.

Europeisk patent 68 830 gjør kjent en gjenstand som passer for tilføring eller absorbering av en væske. Gjenstanden omfatter et substrat som bærer et trykkfølsomt, porøst polymermateriale i stand til å holde på minst 5 ganger, og fortrinnsvis minst 10 ganger sin egen vekt, definert som vann, av væske, og til å utløse i det minste noe av denne væsken ved tilføring av håndtrykk. Det porøse polymermateriale kan være tørt eller kan inneholde en vannholdig eller ikke-vannholdig væske.

Innenfor dette generelle konsept er det to muligheter: det porøse polymermaterialet kan være tørt, for å gi en gjenstand som kan benyttes til å tørke opp spilte væsker, og det kan inneholde en væske som kan bli trykket ut fra gjenstanden ved tilføring av håndtrykk. I noen tilfeller kan polymermaterialet inneholde 40 ganger sin egen vekt av væske, og enda føles tørt ved berøring.

En klasse polymerer som har vært funnet meget effektive

i denne type gjenstand består av polymeriserings-produkter av emulsjoner med høy intern fase, og spesielt styren-baserte polymerer. Europeisk patentsøknad nr. EP 0 060 138A gjør kjent en klasse av slike polymerer.

I fremstilling av arklignende eller duklignende gjenstan-der som omfatter disse porøse polymerer har man hatt vanskelig-heter på grunn av det faktum at disse polymerer i alminnelighet ikke kan varmeforsegles. En plate av væskeholdig polymer kan således ikke bare legges mellom to lag av varmeforseglbare, ikke-vevede stoffer eller lignende, og det hele varmeforsegles sammen til å utforme en duklignende gjenstand. Hvis bare kant-området blir varmeforseglet sammen, vil ikke det porøse materialet i midten holdes på plass i forhold til de ytre lagene, og kan flytte seg omkring, krølles opp eller i noen tilfeller sprekke.

Et annet problem man har funnet er at noen polymerer, spesielt de som er basert på styren som den eneste monomer, har en tendens til å mangle mekanisk styrke og fleksibilitet. Disse polymerer er spesielt vanskelige å håndtere i plateform, noe som er nødvendig for å kunne brukes i arklignende gjenstan-der for å tørke overflater og for lignende formål: oppkrølling og sprekking har en tendens til å forekomme.

I henhold til et forslag beskrevet i europeisk patent

66 46 3, kan firkanter av polymer eller andre porøse materialer plasseres i individuelle celler i en sandwich-struktur som oppnås ved å binde sammen to ytre lag av ikke-vevet stoff eller lignende i et gitter- eller lignende mønster. Denne utførelse har en god følelse, og gir muligheter for styrt utløsning av forskjellig væskemengder fra forskjellige celler, men har den ulempe at sammenstilling er vanskelig og langsom; firkantene av polymermateriale må være nøyaktig plassert i forhold til de ytre lagene før sammenbinding.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det porøse polymermaterialet modifisert med et forsterkende og varme-forseglbart materiale.

Den foreliggende oppfinnelse frembringer således et trykk-følsomt, porøst polymermateriale som er istand til å holde på minst 5 ganger sin egen vekt av væske, uttrykt som vann, og å utløse i det minste noe av denne væsken ved tilføring av håndtrykk. Det porøse polymermaterialet kan være tørt eller kan inneholde en vannholdig eller ikke-vannholdig væske, og det porøse polymermaterialet inneholder et forsterkende og varme-forseglbart materiale i fiber-, partikkel- eller hulform.

Det forsterkende og varmeforseglbare materialet i det porøse polymermaterialet, øker polymermaterialets mekaniske styrke, og spesielt dets motstand mot sprekking og oppkrølling,°99DØr polymeren istand til å varmeforsegles til andre varmeforseglbare materialer.

En foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse er en arklignende gjenstand som passer for påføring eller absorbering av en væske. Gjenstanden omfatter et første og et annet substrat, som begge omfatter varmeforseglbare materialer, og hvorav minst den ene er væske-gjennomtrengelig. Mellom substratene er lagt et mellomlagsark av porøst polymermateriale ifølge den foreliggende oppfinnelse, og gjenstanden blir holdt sammen ved varmeforsegling av første og ved annet substrat til de varmeforseglbare forsterkende materialer i mellomlagsarket.

Det er beleilig at varmeforseglingen mellom de ytre substratlag og det forsterkende og varmeforseglbare materialet i mellomlaget kan være langs et flertall linjer fordelt over gjen-standens overflate, og at der er tilstrekkelig antall varmefor-seglingslinjer til å sikre at mellomlaget er fast plassert i forhold til de ytre.lagene. Det er også beleilig at varmefor-seglingslinjene utformer et regelmessig mønster, som også har den fordel at det er attraktivt for kundene, f.eks. en serie parallelle linjer (som gir en stripete effekt) eller et gitter-mønster (som gir et sjakkbrett- eller rutemønster). I tillegg er det vanligvis nødvendig at gjenstanden blir lukket langs kantene ved å binde sammen, fortrinnsvis ved varmeforsegling, kantene av det første og det annet substrat. I dette tilfelle bør disse substratene være noe større enn det porøse mellomlaget .

Det forsterkende og varmeforseglbare materialet er fortrinnsvis i fiberform, og enda bedre i form av et vev eller ark av ikke-vevet, vevet eller strikket stoff. Løse fibere kan også brukes, men er mindre effektive i å forbedre mekanisk styrke. En ytterligere mulighet er en hullet, f.eks. splittet eller perforert film eller folie. Et kontinuerlig ark er ikke foretrukket, da det ville hindre fri bevegelse av væske gjennom polymeren.

Det forsterkende og varmeforseglbare materialet er fortrinnsvis et syntetisk termoplastmateriale. Passende materialer som er varmeforseglbare, og kan formes til fibre med tilstrekkelig mekanisk styrke, omfatter polypropylen, nylon, polyester og akryl-polymerer. Om ønskes kan blandinger av termoplastiske og ikke-termoplastiske fibre, f.eks. polypropylen og viskose, brukes til å oppnå en optimal balanse mellom mekanisk styrke og varmeforseglbarhet.

Det porøse polymermaterialet ifølge oppfinnelsen kan være ethvert passende materiale som er istand til å absorbere og/eller å holde på den nødvendige mengde væske, og å utløse i det minste noe av denne væske ved tilføring av håndtrykk. Et polymermateriale som er istand til å holde på minst 10 ganger, fortrinnsvis 25 ganger, og enda bedre minst 40 ganger sin egen vekt av væske, er spesielt fordelaktig. Væsken utgjør fortrinnsvis minst 90%, og enda bedre minst 95%, av den totale vekt av polymer og væske. Detaljer om passende polymermateria-ler er gitt i europeisk patent 68 830.

Slike polymerer har den fordel at væsker som den inneholder, forblir innelukket i polymeren hvis den ikke trykkes ut ved tilføring av håndtrykk. Den væskeholdige polymer kan bestå av væske opptil 98% av sin vekt, og enda føles praktisk talt tørr ved berøring.

Polymeren har fortrinnsvis et pore-volum større enn

9 cm 3 /g, og enda bedre, større enn 15 cm<3>/g.

Tettheten av den tørre polymer er fortrinnsvis mindre

enn 0,1 g/cm 3 , og helst i området på 0,03 til 0,08 g/cm 3.

Dette er materialets tetthet når poresystemet inneholder luft. Noen polymerer ifølge oppfinnelsen kan imidlertid ikke eksiste-re i tørr tilstand, men blir fremstilt ved metoder som levner poresystemet fullt av væske. Denne væsken kan om ønsket, byt-tes med en annen væske, men poresystemet bryter sammen hvis det tørker. Slike polymerer ligger også innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse.

I en foretrukken utførelse av oppfinnelsen, er polymeren et polymeriseringsprodukt av en emulsjon med høy intern fase, med en vannholdig intern fase, og en kontinuerlig fase bestående av en eller flere polymeriserbare, hydrofobiske monomerer. Det er spesielt foretrukket at den vannholdige intern-fase ut-gjør 90% eller mere etter vekt, fortrinnsvis minst 95% etter vekt, av emulsjonen. Polymerer av denne type er beskrevet i mer detalj i europeisk patent 60 138 og europeisk patent 68 830. Hvis en enkel monomer blir brukt, må den være hydrofobisk. En monomer-blanding må være overveiende hydrofobisk. Vinylpoly-merer er av spesiell interresse, styrén homo- og kopolymerer er spesielt foretrukne. Lett krossforbinding er fordelaktig både i å forbedre kapasiteten for absorbsjon og retensjon av væsker og for dimensjonen stabilitet. To typer av polymerer som har vært funnet brukbare er polystyrener, lett krossforbundet med divinyl benzen, og styrén/butyl-metakrylat kopolymerer, lett krossforbundet med divinyl benzen eller allylmetakrylat.

Begynnelses-emulsjonen inneholder fortrinnsvis fra 5 til 30 vekt% av emulgator, og fra 0,0005 til 10 vekt% av katalysa-tor, hvor begge prosentsatsene er basert på monomerene.

I denne utførelsen av oppfinnelsen, er det forsterkende og varmeforseglbare materialet fortrinnsvis inkludert i be-gynnelsesemulsjonen, og polymeriseringen foregår rundt dette materialet. Følgelig er det nødvendig at materialet er kompa-tibelt med emulsjonen. Mer spesielt betyr dette at materialet må være hydrofobisk og i det vesentlige fri for vannløselige komponenter. Hvis materialet i seg selv ikke er hydrofobisk kan det overflatebehandles, f.eks. med en silikon-polymer.

Avhengig av den tiltenkte bruk, kan det porøse polymermaterialet ifølge oppfinnelsen være tørt, d.v.s. med luft i poresystemet, eller det kan inneholde en væske. Den tørre polymer er anvendelig for å absorbere væsker, og kan benyttes i en klut eller svamp-lignende gjenstand for å tørke opp spilte væsker.

Materialet, i sin væskeholdige form, er meget anvendelig som en bærer og som et styrt leverings-medium for enhver væske som ønskes levert til en overflate eller et annet miljø. Slike væsker kan være hydrofobe eller hydrofile. Eksempler omfatter såpe, blekemidler, desinfeksjonsmidler, boblebad og dusj-preparater, luftrensere, hudbehandlings-preparater, rensemidler, parfymer og mange andre.

Som tidligere nevnt, består en meget anvendelig utførelse av oppfinnelsen av en arklignende eller duklignende gjenstand i hvilken det porøse polymer er lagt mellom to substratlag. En slik artikkel passer for bruk som en tørkeklut, eller for be-slektet bruk som ikke omfatter egentlig tørking, som f.eks. levering av badeskum.

De to substratlagene kan være av ethvert passende flek-sibelt foliemateriale, og kan være av samme eller av forskjellige materialer, forutsatt at begge er varmeforseglbare, og at minst én er gjennomtrengelig for en væske. Det er klart at det er av den største viktighet at en væske kan passere inn i og ut av det porøse polymermaterialet.

Det er fordelaktig at en eller begge av substratlagene omfatter papir eller ikke-vevet stoff. Den nødvendige varme forseglbarhet kan oppnås ved at det inneholder en del termoplastiske fibre, eller at det har et overflatebelegg av termo-plastisk materiale. I det sistnevnte tilfellet må belegget være perforert, eller tilstrekkelig ikke-kontinuerlig, til at væske kan passere gjennom. I den ferdige gjenstand vil selv-følgelig den belagt side ligge innerst.

En type materiale som, om ønskes, kan benyttes for både første og annet substratlag, er et porøst, tykt og luftig papir eller ikke-vevet stoff med høyt tomvolum, belagt på innsiden med en polypropylenfilm, gjennomhullet med passende intervaller.

Bruken av forholdsvis absorberende materiale for substratlagene er spesielt fordelaktig for en gjenstand ifølge oppfinnelsen som skal brukes for å tørke en overflate, f.eks. for rengjøring, polering, desinfisering, eller medisinsk eller kos-metisk behandling av overflaten.

Gjenstanden kan forbli tørr under håndtering og lagring, til væsken i polymeren ved bruk blir utløst ved at det tilføres trykk. Alternativt kan gjenstanden være våt, f.eks. impregnert, enten ved den væsken som inneholdes i polymeren eller ved en annen væske. Hvis en annen væske er tilstede, er ikke denne nødvendigvis kompatibel med den første, da blanding ikke vil skje før polymeren blir klemt ved bruk. En eller flere væsker kan, om ønsket, være tilstede i form av mikroinnkapsling.

Dette er spesielt fordelaktig i tilfelle av gjensidig inkompa-tible væsker.

I en spesiell utførelse av oppfinnelsen, er en arklignende gjenstand som innbefatter det polymeriske materiale ifølge oppfinnelsen tiltenkt bruk på reflekterende husholdningsoyer-flater som speil, vinduer, fliser, malte overflater og møbler, for å gi en i det vesentlige strekfri overflate. En slik gjenstand har den fordel at den kan bli brukt direkte på den overflaten som skal rengjøres. Overflaten behøver bare å bli tør-ket over, og så tillatt å tørke. Ingen tilleggsvæsker og ingen kluter eller vev er nødvendig, og dermed elimineres strekdannende forurensninger.

I denne utførelse er væsken i den porøse polymerens celle-system en homogen vannholdig væskeblanding med en overflate-spenning på mindre enn 45 mNm ^, og fortrinnsvis mindre enn 35 mNm Blandingen, når den påføres en overflate og tillates å tørke, tørke i det vesentlige uten å danne diskret dråper eller partikler større enn 0,25 ym, og fortrinnsvis 0,1 ym. Væsken inneholder fortrinnsvis en overflate-aktiv agent, og helst en ikke-ionisk overflateaktiv agent i relativt lav kon-sentrasjon, og en lavere alifatisk alkohol, fortrinnsvis eta-nol eller isopropanol; en film-dannende polymer kan også være tilstede. Passende væsker-sammensetning er beskrevet i detalj i europeisk patent 67 016 og europeisk patent 68 830.

En arklignende gjenstand som inneholder polymermaterialet ifølge oppfinnelsen kan imidlertid benyttes for mange andre formål, f.eks. hånd- og ansiktvask; hudbehandling annet enn ren-gjøring (f.eks. kvisebehandling); babyhygiene; rengjøring, polering, desinfisering av eller luktfjerning fra industrielle og hjemlige overflater (f.eks. vinduer, malte overflater, mas-kiner, tepper, klær, sko); luftrensing og parfymelevering; og hospitalhygiene. Andre mulige anvendelser kan lett tenkes av fagfolk på området. Gjenstanden føles i hånden som en ganske stor vaskeklut eller et pusseskinn. I bruk kan den trykkes til å utløse en passende mengde væske fra den porøse polymer.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

Eksempler 1- 5

Vannfylt polystyrén, lett kryssforbundet med divinylben-zen inneholdende forskjellige forsterkningsmaterialer ble tilberedt, og de mekaniske egenskaper og varmeforseglbarhet ble sammenlignet med ikke-forsterket polymer.

En emulsjon med høy intern fase (omkring 50 ml) ble tilberedt ved å blande sammen de følgende ingredienser og ved om-røring med 300 omdreininger/min.:

Emulgerings-reagenten var sorbitan monooleat (handels-merke "Span 80") og starteren var kalium persulfat.

Polymeriseringen ble utført på en slik måte at det frem-bragte tynne ark av polymer, 20 cm x 20 cm x 0,15 cm. To glassplater ble gjort hydrofobiske på overflaten, og en 0,15 cm tykk remse av neopren-gummi ble strukket rundt kanten på en plate, slik at det ble dannet et firkantet hulrom, 20 cm x 20cm. Hulrommet ble fylt med emulsjon, med og uten forsterknings-materiale som beskrevet nedenfor. Den andre platen ble plassert ovenpå den første, og de to platene ble klemt sammen. Enheten ble plassert i en ovn ved 50°C i 24 timer. Det poly-meriserte materialet kunne lett taes ut som et ark, og kappes i mindre deler ved bruk av en skalpell og en linjal.

Hvor forsterkningsmaterialet var i form av løse fibre eller korn (eksempel 5 og sammenligningseksempel B), ble fib-rene eller kornene rørt inn i emulsjonen før polymerisering.

Hvor forsterkningsmaterialet var i form av vev, ark eller gitter (eksemplene 1 til 4), ble omtrent halvparten av emulsjonen (ca. 25 ml) helt inn i hulrommet på den nedre plate, og vev, ark eller gitter ble plassert ovenpå. Resten av emulsjonen ble helt over dette, slik at man efter polymerisering fikk en sandwich-lignende struktur.

Polymer-prøvene ble testet for varmeforseglbarhet ved bruk av en spesielt innrettet loddebolt med en driftstemperatur på ca. 2 30°C. Enden på loddebolten var modifisert ved å for-binde den med en 1,5 cm metallskive som var fri til å rotere.

Et stykke polymer (6,5 - 13 cm<2>) ble plassert mellom to substrater, som hver bestod av luftig, porøst, vætebestandig papir belagt med polyetylen på siden nærmest polymeren. Loddebolten ble rullet i en rett linje over det øvre substrat mens den ble presset nedover. Dette resulterte i at polymeren ble gjennomskåret. Graden, av varmeforsegling som hadde funnet sted mellom forsterkningsmaterialet og polyetylenbelegget på substratene ble bedømt ved visuell inspeksjon.

Prøvene ble også testet for mekanisk styrke. Hver prøve ble plassert i et absorberende papirhåndkle, og presset med en flat stekespade for å fjerne det meste av vanninnholdet. Dens motstand mot å bli trukket fra hverandre og krøllet sammen med fingrene ble subjektivt bedømt.

Resultatene er vist i tabell 1. De benyttede forsterkningsmaterialer var som følger:

Sammenligningseksempel A: Ingen

Eksempel 1: Et termisk forbundet, ikke-vevet stoff bestående av 50% polypropylen-fiber og 50% viskose-fiber med basisvekt 15 g/m 2 (handelsnavn "Novelin S15 ex Suominen").

Eksempel 2: Et termisk forbundet, ikke-vevet stoff bestående av 50% polypropylen-fiber og 50% viskose-fiber, med basevekt 16 g/m<2>(handelsnavn "Paratherm PS 315/16 ex Lohman").

Eksempel 3: Polypropylen vev, tilberedt ved å delaminere et ikke-vevet stoff (handelsnavn "Viledon T.1521").

Eksempel 4; Et gitter (polyetylen med en liten prosentdel polystyrén), tilberedt ved å prege og strekke et ark (XS 605 ex Smith & Nephew Plastics).

Eksempel 5; Løse polypropylen-fibre, med gjennomsnittlig lengde ca. 1 cm.

Eksempler 6- 13

En lignende prøve ble utført ved bruk av en vannfylt kopolymer av styrén og butyl-metakrylat. Tilbereding av polymeren ble utført som i eksemplene 1 til 5, men ved bruk av en monomer blanding bestående av 7 vektdeler styrén og 3 vektdeler butyl-metakrylat.

Resultatene er vist i tabell 2. Det benyttede forsterkningsmaterialet var som følger:

Sammenligningseksempel B: Ingen

Eksempel 6: Polypropylen/viskose, ikke-vevet stoff, som i eksempel 1.

Eksempel 7: Polypropylen/viskose, ikke-vevet stoff, som i eksempel 2.

Eksempel 8: Polypropylen vev, som i eksempel 3.

Eksempel 9: Polyetylen gitter, som i eksempel 4.

Eksempel 10: Et fiber-forbundet, ikke-vevet stoff, 100% polypropylen, 10 g/cm (handelsnavn "Bondina LS 5010").

Eksempel 11: Et akryl-forbundet, ikke-vevet stoff (30% polyester, 50% nylon, 20% akryl), 130 g/m<2>(handelsnavn "Bondina Vilene 380") .

Eksempel 12: Et termisk forbundet, ikke-vevet stoff (100% polyester), 97 g/m (handelsnavn "Cambrelle ABS" ex ICI).

Eksempel 13: Løse polypropylen-fibre, som i eksempel 5.

Sammenligningseksempel C: Polyetylen-korn.

Eksempel 14

En mer nøyaktig sammenligning av mekanisk styrke ble ut-ført ved bruk av en testanordning av handelsmerket "Instron 1122 tester", med en fremgangsmåte som spesifisert i dennes instruksjonsmanual. De polypropylen vev-forsterkede materialer ifølge eksemplene 3 og 8 ble sammenlignet med de tilsvarende, ikke-forsterkede polymerer ifølge sammenligningseksemplene A og B. Resultatene er vist i tabell 3, og gir en objektiv de-monstrasjon av de forbedringer i mekaniske egenskaper som ble oppnådd ved forsterkning i henhold til oppfinnelsen.

Claims (10)

1. Et trykkfølsomt, porøst polymermateriale som kan holde på minst 5 ganger sin egen vekt av væske, uttrykt som vann, og som kan utløse i det minste noe av dette vannet ved tilføring av håndtrykk, hvor det porøse polymermaterialet kan være tørt eller kan inneholde en vannholdig eller ikke-vannholdig væske, karakterisert ved at det porøse polymermaterialet inneholder et forsterkende og varmeforseglbart materiale i fiber, partikkel, eller hulform.

2. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at det forsterkende og varmeforseglbare materialet er i form av et vev eller ark av ikke-vevet stoff, i det minste delvis fremstilt av termoplastfibre, et gitter fremstilt i det minste delvis av termoplastfolie, eller løse fibre av termoplastmateriale.

3. Materiale ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at det forsterkende og varmeforseglbare materialet omfatter en eller flere termoplast-materialer, valgt fra den polymergruppe som består av polypropylen, polyester, nylon og akryl.

4. Materiale ifølge ett av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det er istand til å holde på minst 15 ganger sin egen vekt av væske, uttrykt som vann.

5. Materiale ifølge ett av kravene 1 til 4, karakterisert ved at det er et homogent, kryssforbundet blokkmateriale.

6. Materiale ifølge ett av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det er polymeriseringsproduktet av en emulsjon med høy intern fase med en vannholdig intern fase.

7. Materiale ifølge krav 6, karakterisert ved at det er polymeriseringsproduktet av en emulsjon med høy intern fase, med en vannholdig intern fase som utgjør minst 90% av emulsjonens vekt.

8. Materiale ifølge krav 7, karakterisert ved at det er polymeriseringsproduktet av en emulsjon med høy intern fase, med en vannholdig intern fase som utgjør minst 95% av emulsjonens vekt.

9. Materiale ifølge krav 8, karakterisert ved at det er en lett kryssforbundet styrén homopolymer eller kopolymer.

10. Arklignende gjenstand som passer for levering eller absorbering av væsker, karakterisert ved at den omfatter et første og et annet substrat, som begge omfatter varmeforseglbare materialer og hvorav minst én er væske-gjennomtrengelig, og mellom dem et mellomlag av porøst polymermateriale ifølge ett av kravene 1 til 9, og ved at både første og annet substrat er varmeforseglet til det forsterkende og varmeforseglbare materiale i mellomlaget.