RU2205911C2 - Flexible structure comprising starch filaments - Google Patents
Flexible structure comprising starch filaments Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205911C2 RU2205911C2 RU2000131895A RU2000131895A RU2205911C2 RU 2205911 C2 RU2205911 C2 RU 2205911C2 RU 2000131895 A RU2000131895 A RU 2000131895A RU 2000131895 A RU2000131895 A RU 2000131895A RU 2205911 C2 RU2205911 C2 RU 2205911C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- starch
- flexible structure
- region
- starch filaments
- filaments
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение касается гибких структур, содержащих крахмальные нити, а конкретнее - гибких структур, имеющих отличающиеся области. The invention relates to flexible structures containing starch filaments, and more particularly, flexible structures having different regions.
Нетканые материалы из целлюлозных волокон, такие как бумага, хорошо известны из уровня техники. В настоящее время нетканые волокнистые материалы с низкой плотностью обычно используют для изготовления бумажных полотенец, туалетной бумаги, носовых платков, салфеток, влажных салфеток и т.д. Большой спрос на такие бумажные изделия вызвал потребность в улучшенных разновидностях этих изделий и способов их изготовления. Чтобы удовлетворить таким потребностям, изготовители в бумажной промышленности должны сбалансировать стоимость оборудования и ресурсов с общей стоимостью доставки изделий потребителю. Cellulose fiber nonwovens, such as paper, are well known in the art. Currently, low density nonwoven fibrous materials are commonly used for the manufacture of paper towels, toilet paper, handkerchiefs, wipes, wet wipes, etc. The great demand for such paper products caused the need for improved varieties of these products and methods for their manufacture. To meet these needs, manufacturers in the paper industry must balance the cost of equipment and resources with the total cost of delivering products to the consumer.
При обычных процессах производства бумаги древесно-целлюлозные волокна распускают, размалывают или рафинируют для достижения определенной степени гидратации волокон с целью образования водной волокнистой суспензии. Процессы производства бумажных материалов для использования при изготовлении тонкой бумаги, бумаги для салфеток и гигиенических изделий обычно включают в себя приготовление водной суспензии и последующее удаление воды из суспензии при одновременной перегруппировке волокон в ней для образования бумажного полотна. После обезвоживания полотно обрабатывают с получением сухого рулона или листов и, в конце концов, превращают в потребительскую упаковочную тару. Для проведения процесса обезвоживания и операций по переработке необходимо использовать оборудование различных типов, что требует значительных капиталовложений. In conventional paper manufacturing processes, wood pulp fibers are pulled, ground, or refined to achieve a certain degree of hydration of the fibers to form an aqueous fiber slurry. Paper material manufacturing processes for use in the manufacture of tissue paper, tissue paper, and hygiene products typically include preparing an aqueous suspension and then removing water from the suspension while rearranging the fibers therein to form a paper web. After dewatering, the web is processed to produce a dry roll or sheets and, ultimately, converted into a consumer packaging container. To carry out the dehydration process and processing operations, it is necessary to use equipment of various types, which requires significant investment.
Другим аспектом обычного процесса производства бумаги является введение в волокнистую массу различных добавок с целью достижения определенных конечных свойств. Например, при производстве бумаги часто применяют такие добавки, как, например, смолы для придания прочности, разрыхляющие поверхностно-активные вещества, пластификаторы, пигменты, латексы, полимерные микросферы, средства для придания огнестойкости, красители, отдушки и т.д. Эффективное удерживание этих добавок на мокрой части процесса производства бумаги представляет собой трудность для изготовителя, так как та часть, которая удерживается, не только приводит к экономическим потерям, но так же создает значительные проблемы, связанные с загрязнением, если она становится частью производственных сточных вод. Кроме того, добавки могут быть добавлены к бумажному полотну после стадии обезвоживания посредством операций нанесения покрытий или пропитывания, общеизвестных из уровня техники. При этих операциях обычно требуется расход дополнительной тепловой энергии для повторной сушки бумаги после нанесения покрытия. Кроме того, в некоторых случаях необходимы кроющие композиции на основе растворителя, что увеличивает капитальные затраты и требует извлечения летучих веществ для удовлетворения требований распорядительных органов. Another aspect of the conventional papermaking process is the incorporation of various additives into the pulp in order to achieve certain final properties. For example, additives are often used in the paper industry, such as resins, loosening surfactants, plasticizers, pigments, latexes, polymer microspheres, flame retardants, dyes, perfumes, etc. The effective retention of these additives on the wet side of the papermaking process is a challenge for the manufacturer, since the portion that is retained not only leads to economic losses, but also creates significant pollution problems if it becomes part of industrial waste water. In addition, additives can be added to the paper web after the dehydration step by means of coating or impregnation operations generally known in the art. These operations typically require the consumption of additional thermal energy for re-drying the paper after coating. In addition, in some cases, solvent-based coating compositions are necessary, which increases capital costs and requires the extraction of volatile substances to meet the requirements of regulatory authorities.
Для изготовления бумаги применяли другие натуральные волокна, отличные от целлюлозы, а также различные синтетические волокна, однако, все эти заменители оказались непригодными в качестве промышленно приемлемых заменителей целлюлозы из-за их высокой стоимости, плохой связывающей способности, химической несовместимости и трудностей обращения с ними в производственном оборудовании. В качестве заменителя целлюлозы в различных областях бумажного производства предлагали крахмальные нити, однако попытки использовать такие крахмальные нити в промышленности оказались неудачными. В результате этого бумажные материалы по-прежнему изготавливают исключительно из целлюлозных ингредиентов на основе древесины. For the manufacture of paper, other natural fibers other than cellulose and various synthetic fibers were used, however, all these substitutes were unsuitable as industrially acceptable substitutes for cellulose due to their high cost, poor binding ability, chemical incompatibility and difficulties in handling them. production equipment. As a substitute for cellulose in various fields of papermaking, starch yarns have been proposed, but attempts to use such starch yarns in industry have been unsuccessful. As a result, paper materials are still made exclusively from wood-based cellulosic ingredients.
Наиболее близким к заявленному изобретению является гибкая структура, содержащая крахмальные нити, и способ ее получения, раскрытые в ЕР 1035239 А2, МПК7 D 01 F 9/00, 13.09.2000 того же заявителя. Известная гибкая структура содержит множество крахмальных нитей и имеет плотность от 0,02 г/см3 до 0,20 г/см3, основной вес от 10 г/м2 до 450 г/м2, при этом крахмальные волокна имеют размер от 0,01 децитекс до 135 децитекс, температуру стеклования от -30oС до 150oС. Данную гибкую структуру получают способом, предусматривающим изготовление множества крахмальных нитей, осаждение их на нитеприемную сторону формующего элемента.Closest to the claimed invention is a flexible structure containing starch filaments, and a method for its production, disclosed in EP 1035239 A2, IPC D 01
Из патента GH 609539, МПК7 А 41 В 13/02, 15.03.1979, известна гибкая структура - впитывающая подстилка - из целлюлозной волокнистой массы, имеющая участки с высокой плотностью и участки с низкой плотностью. From patent GH 609539, IPC7 A 41
Задачей данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. The objective of the invention is to remedy the above disadvantages.
Таким образом, согласно настоящему изобретению предлагается гибкая структура, содержащая длинные крахмальные волокна, и способ их изготовления. В частности, согласно настоящему изобретению предлагается гибкая структура, содержащая множество крахмальных нитей, при этом структура содержит одну или большее число областей, обладающих отчетливыми интенсивными свойствами в отношении улучшенной прочности, абсорбирующей способности и мягкости. Thus, the present invention provides a flexible structure containing long starch fibers, and a method for their manufacture. In particular, the present invention provides a flexible structure comprising a plurality of starch filaments, the structure comprising one or more regions having distinct intense properties with respect to improved strength, absorbency and softness.
Кроме того, согласно настоящему изобретению предлагаются способы изготовления крахмальных нитей. В частности, согласно настоящему изобретению предлагается способ электроформования для изготовления множества крахмальных нитей. In addition, the present invention provides methods for making starch filaments. In particular, the present invention provides an electroforming process for manufacturing a plurality of starch filaments.
Гибкая структура содержит множество крахмальных нитей. По меньшей мере, некоторые из множества крахмальных нитей имеют размер от около 0,001 дтекс до около 135 дтекс, а конкретнее - от 0,01 дтекс до 5 дтекс. Отношение длины главной оси, по меньшей мере, некоторых крахмальных нитей к эквивалентному диаметру поперечного сечения, перпендикулярного к главной оси крахмальных нитей, больше, чем 100/1, конкретнее - больше чем, 500/1, более конкретнее - больше, чем 1000/1, и еще более конкретнее - больше, чем 5000/1. The flexible structure contains many starch filaments. At least some of the many starch filaments have a size of from about 0.001 decitex to about 135 decitex, and more particularly from 0.01 decitex to 5 decitex. The ratio of the length of the main axis of at least some starch filaments to the equivalent cross-sectional diameter perpendicular to the main axis of starch filaments is greater than 100/1, more specifically more than 500/1, more specifically more than 1000/1 , and more specifically, more than 5000/1.
Структура содержит, по меньшей мере, первую область и вторую область, при этом каждая из первой и второй областей имеет, по меньшей мере, одно общее интенсивное свойство, выбранное из группы, состоящей из плотности, основного веса, высоты, непрозрачности, частоты, крепирования и их любого сочетания. По меньшей мере, одно общее интенсивное свойство первой области по величине отличается от, по меньшей мере, одного общего интенсивного свойства второй области. The structure contains at least a first region and a second region, wherein each of the first and second regions has at least one common intense property selected from the group consisting of density, bulk, height, opacity, frequency, creping and any combination thereof. At least one common intensive property of the first region is different in magnitude from at least one common intensive property of the second region.
В одном варианте воплощения изобретения одна из первой и второй областей представляет собой по существу непрерывную сетку, а другая из первой и второй областей - множество отдельных участков, рассредоточенных по всей по существу непрерывной сетке. В другом варианте воплощения изобретения, по меньшей мере, одна из первой и второй областей представляет собой полунепрерывную сетку. In one embodiment of the invention, one of the first and second regions is a substantially continuous grid, and the other of the first and second regions is a plurality of distinct regions dispersed throughout a substantially continuous grid. In another embodiment of the invention, at least one of the first and second regions is a semicontinuous mesh.
Гибкая структура может, кроме того, содержать, по меньшей мере, третью область, имеющую, по меньшей мере, одно интенсивное свойство, которое является общим с интенсивным свойством первой области и интенсивным свойством второй области, но отличается по величине. В одном варианте воплощения изобретения, по меньшей мере, одна из первой, второй и третьей областей может представлять собой по существу непрерывную сетку. В другом варианте воплощения изобретения, по меньшей мере, одна из первой, второй и третьей областей может содержать отдельные или прерывистые участки. В еще одном варианте воплощения изобретения, по меньшей мере, одна из первой, второй и третьей областей может содержать по существу полунепрерывные участки. В еще одном варианте воплощения изобретения, по меньшей мере, одна из первой, второй и третьей областей может содержать множество отдельных участков, рассредоточенных по всей по существу непрерывной сетке. The flexible structure may further comprise at least a third region having at least one intense property that is common with the intensive property of the first region and the intensive property of the second region, but differs in magnitude. In one embodiment, at least one of the first, second, and third regions may be a substantially continuous grid. In another embodiment, the at least one of the first, second, and third regions may comprise separate or discontinuous portions. In yet another embodiment of the invention, at least one of the first, second, and third regions may comprise substantially semi-continuous portions. In yet another embodiment of the invention, at least one of the first, second, and third regions may comprise a plurality of distinct regions dispersed throughout a substantially continuous grid.
В варианте воплощения изобретения, в котором гибкая структура содержит по меньшей мере одну по существу непрерывную сетчатую область и множество отдельных участков, рассредоточенных по всей по существу непрерывной сетчатой области, по существу непрерывная сетчатая область может иметь относительно высокую плотность по сравнению с относительно низкой плотностью множества отдельных участков. Когда структура расположена на горизонтальной плоскости отсчета, первая область определяет первую высоту, а вторая область простирается наружу от первой области, определяя вторую высоту больше (относительно горизонтальной плоскости отсчета), чем первая высота. In an embodiment of the invention in which the flexible structure comprises at least one substantially continuous mesh region and a plurality of discrete sections dispersed throughout the substantially continuous mesh region, the substantially continuous mesh region may have a relatively high density compared to a relatively low density of the plurality separate sites. When the structure is located on the horizontal reference plane, the first region defines the first height, and the second region extends outward from the first region, determining the second height more (relative to the horizontal reference plane) than the first height.
В варианте воплощения изобретения, содержащем, по меньшей мере, три области, первая область может определять первую высоту, вторая область - вторую высоту и третья область - третью высоту, когда структура расположена на горизонтальной плоскости отсчета. По меньшей мере, одна из первой, второй и третьей высот может отличаться от, по меньшей мере, одной из других высот, например вторая высота может быть промежуточной между первой высотой и третьей высотой. In an embodiment of the invention containing at least three regions, the first region may determine a first height, the second region may determine a second height, and the third region may be a third height when the structure is located on a horizontal reference plane. At least one of the first, second, and third heights may be different from at least one of the other heights, for example, the second height may be intermediate between the first height and the third height.
В одном варианте воплощения изобретения вторая область содержит множество крахмальных подушек, при этом по меньшей мере некоторые из подушек могут содержать выступающую часть, проходящую от первой высоты до второй высоты, и консольную часть, проходящую вбок от выступающей части на второй высоте. Плотность крахмальной консольной части может быть равна, по меньшей мере, одной из плотности первой области и плотности второй области или отличаться от них либо быть промежуточной между плотностью первой области и плотностью выступающей части. Консольные части обычно приподняты над первой плоскостью с образованием по существу свободных пространств между первой областью и консольными частями. In one embodiment of the invention, the second region comprises a plurality of starch cushions, at least some of the cushions may comprise a protruding portion extending from a first height to a second elevation and a cantilever portion extending laterally from the protruding portion at a second height. The density of the starch cantilever part may be equal to, at least one of the density of the first region and the density of the second region, or be intermediate between the density of the first region and the density of the protruding part. The cantilever portions are usually elevated above the first plane to form substantially free spaces between the first region and the cantilever portions.
Гибкую структуру можно изготовить посредством образования множества крахмальных нитей формованием из расплава, сухим формованием, мокрым формованием, электроформованием или их любым сочетанием; использования формующего элемента, проницаемого для текучей среды и содержащего усиливающий элемент, соединенный с рельефной полимерной основой, имеющей, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, нитеприемную сторону, выполненную с рельефом для приема на себя множества крахмальных нитей, и заднюю сторону, противоположную нитеприемной стороне, при этом усиливающий элемент расположен между нитеприемной стороной и, по меньшей мере, частью задней стороны основы, а нитеприемная сторона содержит по существу непрерывный рельеф, по существу полунепрерывный рельеф, прерывистый рельеф или их любое сочетание,
осаждения множества крахмальных нитей на нитеприемную сторону формующего элемента, при этом множество крахмальных нитей, по меньшей мере, частично плотно прилегают к рельефу нитеприемной стороны основы,
приложения перепада давления текучей среды к множеству крахмальных нитей для образования тем самым первых областей из множества нитей, поддерживаемых рифленой основой, и вторых областей из множества крахмальных нитей, отклоненных в ее, по меньшей мере, одно отверстие и поддерживаемых усиливающим элементом, и
отделения множества крахмальных нитей от формующего элемента, тем самым образуя гибкую структуру, содержащую первую область и вторую область.A flexible structure can be made by forming a plurality of starch filaments by melt spinning, dry spinning, wet spinning, electrospinning, or any combination thereof; the use of a forming element that is permeable to the fluid and containing a reinforcing element connected to the embossed polymer base having at least one through hole, a thread receiving side, made with a relief for receiving a plurality of starch filaments, and a back side opposite to the thread receiving side wherein the reinforcing element is located between the thread receiving side and at least a portion of the back side of the base, and the thread receiving side contains a substantially continuous relief, essentially lunepreryvny relief intermittent relief or any combination thereof,
depositing a plurality of starch filaments on the thread receiving side of the forming element, while the plurality of starch filaments are at least partially snug against the relief of the thread receiving side of the warp,
applying a fluid pressure differential to the plurality of starch filaments to thereby form the first regions of the plurality of filaments supported by the corrugated base and the second regions of the plurality of starch filaments deflected into at least one opening thereof and supported by a reinforcing element, and
separating the plurality of starch filaments from the forming element, thereby forming a flexible structure comprising a first region and a second region.
Гибкую структуру, содержащую крахмальные нити, можно также изготовить посредством способа, который содержит стадии изготовления множества крахмальных нитей, использования формующего элемента, имеющего нитеприемную сторону и обратную сторону, противоположную ей, при этом нитеприемная сторона имеет на себе трехмерный рельеф, и осаждения множества крахмальных нитей на нитеприемную сторону формующего элемента, причем заставляют множество крахмальных нитей, по меньшей мере, частично плотно прилегать к трехмерному рельефу. A flexible structure containing starch filaments can also be made by a method that comprises the steps of manufacturing a plurality of starch filaments, using a forming element having a filament receiving side and a reverse side opposite thereto, wherein the filming side has a three-dimensional relief, and depositing a plurality of starch filaments on the take-up side of the forming element, and cause many starch filaments to at least partially fit snugly against the three-dimensional relief.
Стадия использования формующего элемента может включать в себя использование формующего элемента, в котором трехмерный рельеф нитеприемной стороны содержит по существу непрерывный рельеф, по существу полунепрерывный рельеф, рельеф, содержащий множество отдельных выступов, или их любое сочетание. Стадия использования формующего элемента также включает в себя использование формующего элемента, который содержит полимерную основу, соединенную с усиливающим элементом, или использование формующего элемента, который является воздухопроницаемым. The step of using a forming element may include using a forming element in which the three-dimensional relief of the take-up side comprises a substantially continuous relief, a substantially semi-continuous relief, a relief containing many individual protrusions, or any combination thereof. The step of using a forming member also includes using a forming member that comprises a polymer base coupled to the reinforcing member, or using a forming member that is breathable.
Основа может содержать множество сквозных отверстий, которые могут быть непрерывными, отдельными или полунепрерывными, аналогично или противоположно рельефу основы. The base may contain many through holes, which can be continuous, separate or semi-continuous, similar to or opposite to the relief of the base.
В одном варианте воплощения изобретения формующий элемент образован усиливающим элементом, расположенным на первой высоте, и полимерной основой, соединенной с усиливающим элементом при расположении поверхности к поверхности и проходящей наружу от усиливающего элемента до второй высоты. Формующий элемент может состоять из множества переплетенных нитей, сукна или их любого сочетания. In one embodiment of the invention, the forming element is formed by a reinforcing element located at a first height, and a polymer base connected to the reinforcing element when the surface is located to the surface and extends outward from the reinforcing element to the second height. The forming element may consist of many interwoven threads, cloth or any combination thereof.
Когда множество крахмальных нитей осаждается на нитеприемную сторону формующего элемента, они вследствие своей гибкости и/или в результате приложения перепада давления текучей среды стремятся, по меньшей мере, частично плотно прилегать к трехмерному рельефу формующего элемента, при этом образуются первые области из множества крахмальных нитей, поддерживаемых рифленой основой, и вторые области из множества крахмальных нитей, отклоненных в ее отверстие или отверстия и поддерживаемых усиливающим элементом. When a plurality of starch filaments are deposited on the take-up side of the forming element, due to their flexibility and / or as a result of the application of a differential pressure of the fluid, they tend to at least partially fit snugly against the three-dimensional relief of the forming element, and the first regions of the plurality of starch filaments are formed, supported by a corrugated base, and second regions of a plurality of starch filaments deflected into its opening or openings and supported by a reinforcing element.
Кроме того, стадия использования формующего элемента включает в себя использование формующего элемента, имеющего подвесные части. In addition, the step of using a forming element includes the use of a forming element having suspended parts.
В одном варианте воплощения изобретения формующий элемент содержит подвесные части. Полимерная основа такого формующего элемента содержит множество опор, простирающихся наружу от усиливающего элемента, и множество консольных частей, простирающихся вбок от опор на второй высоте с образованием свободных пространств между консольными частями и усиливающим элементом, при этом множество опор и множество консольных частей в сочетании образуют трехмерную нитеприемную сторону формующего элемента. Такой формующий элемент может быть образован, по меньшей мере, двумя слоями, соединенными вместе при расположении поверхности к поверхности, так что части сетки одного из слоев соответствуют отверстиям в другом слое. Формующий элемент, содержащий подвесные части, может быть образован дифференциальным отверждением фоточувствительного полимерного слоя через маску, имеющую рисунок с участками различной непрозрачности. In one embodiment of the invention, the forming member comprises hanging parts. The polymer base of such a forming element comprises a plurality of supports extending outward from the reinforcing element, and a plurality of cantilever parts extending laterally from the supports at a second height to form free spaces between the cantilever parts and the reinforcing element, wherein the plurality of supports and the plurality of cantilever parts in combination form a three-dimensional take-up side of the forming element. Such a forming element can be formed by at least two layers joined together to position the surface to the surface, so that parts of the mesh of one of the layers correspond to holes in the other layer. A forming element containing suspension parts can be formed by differential curing of the photosensitive polymer layer through a mask having a pattern with areas of different opacity.
Стадия осаждения множества крахмальных нитей на нитеприемную сторону формующего элемента и вызывания, по меньшей мере, частичного плотного прилегания множества крахмальных нитей к ее трехмерному рельефу включает в себя приложение перепада давления текучей среды к множеству крахмальных нитей. The step of depositing a plurality of starch filaments onto the take-up side of the forming element and causing at least a partial snug fit of the plurality of starch filaments to its three-dimensional relief involves applying a pressure differential of the fluid to the plurality of starch filaments.
Способ, кроме того, может содержать стадию уплотнения выбранных частей множества крахмальных нитей, которая включает в себя приложение механического давления к множеству крахмальных нитей. The method may further comprise the step of compacting selected portions of the plurality of starch filaments, which includes applying mechanical pressure to the plurality of starch filaments.
При этом стадия осаждения множества крахмальных нитей на нитеприемную сторону формующего элемента включает в себя осаждение крахмальных нитей под острым углом к ней, причем острый угол составляет от около 5 градусов до около 85 градусов. In this case, the step of depositing a plurality of starch filaments on the thread receiving side of the forming element includes deposition of starch filaments at an acute angle thereto, the acute angle being from about 5 degrees to about 85 degrees.
Стадия изготовления множества крахмальных нитей включает в себя формование из расплава, сухое формование, мокрое формование или их любое сочетание. The step of manufacturing a plurality of starch filaments includes melt spinning, dry spinning, wet spinning, or any combination thereof.
Отношение длины главной оси, по меньшей мере, некоторых крахмальных нитей к эквивалентному диаметру поперечного сечения, перпендикулярного к главной оси крахмальных нитей, составляет, по меньшей мере, 100/1. The ratio of the length of the main axis of at least some starch filaments to the equivalent cross-sectional diameter perpendicular to the main axis of starch filaments is at least 100/1.
При этом крахмальные нити имеют размер от около 0,001 дтекс до около 135 дтекс. In this case, starch filaments have a size from about 0.001 decitex to about 135 decitex.
Способ может дополнительно содержать стадию предварительного сокращения множества крахмальных нитей, которая включает в себя крепирование, микросокращение или их сочетание. The method may further comprise the step of pre-cutting a plurality of starch filaments, which includes creping, micro-shortening, or a combination thereof.
Способ электроформования для изготовления крахмальных нитей содержит стадии образования крахмальной композиции, имеющей вязкость при растяжении от около 50 Па•с до около 20000 Па•с, и электроформования из крахмальной композиции крахмальных нитей размером от около 0,001 дтекс до около 135 дтекс. Стадия электроформования из крахмальной композиции обычно осуществляется электроформованием через фильеру. An electroforming method for making starch filaments comprises the steps of forming a starch composition having a tensile viscosity of from about 50 Pa • s to about 20,000 Pa • s, and electroforming from a starch composition of starch filaments ranging in size from about 0.001 dtex to about 135 dtex. The step of electroforming from a starch composition is typically carried out by electroforming through a die.
Крахмал в крахмальной композиции имеет средневесовую молекулярную массу от около 1000 до около 2000000, и крахмальная композиция имеет капиллярное число, по меньшей мере, 0,05 и конкретнее, по меньшей мере, 1,00. В одном варианте воплощения изобретения крахмальная композиция содержит от около 20 вес.% до около 90 вес.% амилопектина. Крахмал в крахмальной композиции может иметь средневесовую молекулярную массу от около 1000 до около 2000000. Крахмальная композиция может содержать высокомолекулярный полимер, имеющий средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 500000. The starch in the starch composition has a weight average molecular weight of from about 1,000 to about 2,000,000, and the starch composition has a capillary number of at least 0.05 and more specifically at least 1.00. In one embodiment, the starch composition comprises from about 20% to about 90% by weight of amylopectin. The starch in the starch composition may have a weight average molecular weight of from about 1,000 to about 2,000,000. The starch composition may contain a high molecular weight polymer having a weight average molecular weight of at least 500,000.
Крахмальная композиция может содержать от около 10 вес.% до около 80 вес. % крахмала и от около 20 вес.% до около 90 вес.% добавок. Такая крахмальная композиция может иметь вязкость при растяжении от около 100 Па•с до около 15000 Па•с при температуре от около 20oС до около 180oС.The starch composition may contain from about 10 wt.% To about 80 weight. % starch and from about 20 wt.% to about 90 wt.% additives. Such a starch composition may have a tensile viscosity of from about 100 Pa • s to about 15000 Pa • s at a temperature of from about 20 ° C. to about 180 ° C.
Крахмальная композиция может содержать от около 20 вес.% до около 70 вес. % крахмала и от около 30 вес.% до около 80 вес.% добавок. Такая крахмальная композиция может иметь вязкость при растяжении от около 200 Па•с до около 10000 Па•с при температуре от около 20oС до около 100oС.The starch composition may contain from about 20 wt.% To about 70 weight. % starch and from about 30 wt.% up to about 80 wt.% additives. Such a starch composition may have a tensile viscosity of from about 200 Pa • s to about 10,000 Pa • s at a temperature of from about 20 ° C. to about 100 ° C.
Крахмальная композиция, имеющая вязкость при растяжении от около 200 Па•с до около 10000 Па•с, может иметь капиллярное число от около 3 до около 50. Конкретнее, крахмальная композиция, имеющая вязкость при растяжении от около 300 Па•с до около 5000 Па•с, может иметь капиллярное число от около 5 до около 30. A starch composition having a tensile viscosity of from about 200 Pa • s to about 10,000 Pa • s may have a capillary number of from about 3 to about 50. More specifically, a starch composition having a tensile viscosity of from about 300 Pa • s to about 5,000 Pa. • s, may have a capillary number from about 5 to about 30.
В одном варианте воплощения изобретения крахмальная композиция содержит от около 0,0005 вес.% до около 5 вес.% высокомолекулярного полимера, по существу совместимого с крахмалом и имеющего средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 500000. In one embodiment, the starch composition comprises from about 0.0005% to about 5% by weight of a high molecular weight polymer that is substantially compatible with starch and has a weight average molecular weight of at least 500,000.
Крахмальная композиция может содержать добавки, выбранные из группы, состоящей из пластификаторов и разбавителей. Такая крахмальная композиция, кроме того, может содержать от около 5 вес.% до около 95 вес.% белка, при этом белком может быть белок кукурузы, белок сои, белок пшеницы или их любое сочетание. The starch composition may contain additives selected from the group consisting of plasticizers and diluents. Such a starch composition, in addition, may contain from about 5 wt.% To about 95 wt.% Protein, while the protein may be corn protein, soy protein, wheat protein, or any combination thereof.
Способ изготовления крахмальных нитей, кроме того, может содержать стадию вытягивания крахмальных нитей воздушными струями. A method of manufacturing starch filaments, in addition, may include the stage of stretching starch filaments with air jets.
В одном варианте воплощения изобретения способ изготовления гибкой структуры, содержащей крахмальные нити, включает в себя стадии: образуют крахмальную композицию, имеющую вязкость при растяжении от около 100 Па•с до около 10000 Па•с; используют формующий элемент, имеющий трехмерную нитеприемную сторону и заднюю сторону, противоположную ей, при этом нитеприемная сторона имеет по существу непрерывный рельеф, по существу полунепрерывный рельеф, прерывистый рельеф или их любое сочетание; электроформуют крахмальную композицию, тем самым изготавливая множество крахмальных нитей; и осаждают множество крахмальных нитей на нитеприемную сторону формующего элемента, при этом крахмальные нити приспосабливаются к трехмерному рельефу нитеприемной стороны. In one embodiment of the invention, a method for manufacturing a flexible structure comprising starch filaments comprises the steps of: forming a starch composition having a tensile viscosity of from about 100 Pa • s to about 10,000 Pa • s; using a forming element having a three-dimensional thread receiving side and a rear side opposite to it, while the thread receiving side has a substantially continuous relief, a substantially semi-continuous relief, an intermittent relief, or any combination thereof; electroforming a starch composition, thereby producing a plurality of starch filaments; and depositing a plurality of starch filaments on the take-up side of the forming element, wherein the starch threads adapt to the three-dimensional topography of the take-up side.
При промышленном процессе формующий элемент непрерывно перемещается в продольном направлении. In an industrial process, the forming element continuously moves in the longitudinal direction.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематический вид сверху одного варианта выполнения гибкой структуры согласно настоящему изобретению;
фиг.1А - схематический вид в разрезе по линии 1А-1А на фиг.1;
фиг. 2 - схематический вид сверху другого варианта выполнения гибкой структуры согласно настоящему изобретению;
фиг. 3 - схематический вид в разрезе другого варианта выполнения гибкой структуры согласно настоящему изобретению;
фиг. 4 - схематический вид сверху одного варианта выполнения формующего элемента, который может быть использован для образования гибкой структуры согласно настоящему изобретению;
фиг.4a - схематический вид в разрезе по линии 4А-4А на фиг.4;
фиг. 5 - схематический вид сверху другого варианта выполнения формующего элемента, который может быть использован для образования гибкой структуры согласно настоящему изобретению;
фиг.5a - схематический вид в разрезе по линии 5А-5А на фиг.5;
фиг. 6 - схематический вид в разрезе еще одного варианта выполнения формующего элемента, который может быть использован для образования гибкой структуры согласно настоящему изобретению;
фиг. 7 - схематический частичный вид сбоку и в разрезе варианта осуществления способа электроформования и выполнения устройства для изготовления гибкой структуры, содержащей крахмальные нити;
фиг.7a - схематический вид в разрезе по линии 7А-7А на фиг.7;
фиг. 8 - схематический вид сбоку другого варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению;
фиг. 9 - схематический вид сбоку другого варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению;
фиг. 9А - схематический частичный вид сбоку другого варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению;
фиг.10 - схематический вид варианта выполнения отрезка крахмальной нити, имеющей различные площади поперечных сечений, перпендикулярных к главной (продольной) оси нити;
фиг.10А - схематический вид нескольких примерных, неисключительных вариантов форм площади поперечного сечения крахмальной нити;
фиг. 11 - схематический вид отрезка крахмальной нити, имеющей множество надрезов на, по меньшей мере, части длины нити.Brief Description of the Drawings
Figure 1 is a schematic top view of one embodiment of a flexible structure according to the present invention;
figa is a schematic view in section along the line 1A-1A in figure 1;
FIG. 2 is a schematic top view of another embodiment of a flexible structure according to the present invention;
FIG. 3 is a schematic sectional view of another embodiment of a flexible structure according to the present invention;
FIG. 4 is a schematic top view of one embodiment of a forming member that can be used to form a flexible structure according to the present invention;
figa is a schematic view in section along the line 4A-4A in figure 4;
FIG. 5 is a schematic top view of another embodiment of a forming element that can be used to form a flexible structure according to the present invention;
Fig. 5a is a schematic sectional view taken along line 5A-5A of Fig. 5;
FIG. 6 is a schematic sectional view of yet another embodiment of a forming element that can be used to form a flexible structure according to the present invention;
FIG. 7 is a schematic partial side and cross-sectional view of an embodiment of an electrospinning method and apparatus for manufacturing a flexible structure containing starch filaments;
Fig. 7a is a schematic sectional view taken along
FIG. 8 is a schematic side view of another embodiment of a method according to the present invention;
FIG. 9 is a schematic side view of another embodiment of a method according to the present invention;
FIG. 9A is a schematic partial side view of another embodiment of a method according to the present invention;
10 is a schematic view of an embodiment of a segment of a starchy filament having different cross-sectional areas perpendicular to the main (longitudinal) axis of the filament;
figa is a schematic view of several exemplary, non-exclusive variants of the cross-sectional area of the starch filament;
FIG. 11 is a schematic view of a section of a starch filament having a plurality of notches in at least a portion of the length of the filament.
Нижеприведенные термины имеют следующие значения при их использовании в описании. The following terms have the following meanings when used in the description.
"Гибкая структура, содержащая крахмальные нити" или просто "гибкая структура" - это структура, содержащая множество крахмальных нитей, которые механически взаимно переплетены с образованием листообразного материала, имеющего определенные заданные микроскопические геометрические, физические или эстетические свойства. A “flexible structure containing starch filaments” or simply a “flexible structure” is a structure containing a plurality of starch filaments that are mechanically intertwined to form a sheet-like material having defined microscopic geometric, physical or aesthetic properties.
"Крахмальная нить" - это тонкий и очень гибкий предмет, содержащий крахмал и имеющий главную ось, которая является очень длинной по сравнению с двумя взаимно перпендикулярными осями нити, которые перпендикулярны к главной оси. Отношение длины главной оси к эквивалентному диаметру поперечного сечения нити, перпендикулярного к главной оси, больше, чем 100/1, конкретнее - больше, чем 500/1, более конкретнее - больше, чем 1000/1, и еще более конкретнее - больше, чем 5000/1. Крахмальные нити могут содержать другое вещество, как, например, воду, пластификаторы и другие необязательные добавки. A “starch yarn” is a thin and very flexible item containing starch and having a main axis that is very long compared to two mutually perpendicular yarn axes that are perpendicular to the main axis. The ratio of the length of the main axis to the equivalent diameter of the cross section of the thread perpendicular to the main axis is more than 100/1, more specifically, more than 500/1, more specifically more than 1000/1, and more specifically more than 5000/1. Starch filaments may contain another substance, such as, for example, water, plasticizers and other optional additives.
"Эквивалентный диаметр" используется здесь для определения площади поперечного сечения и площади поверхности элементарной крахмальной нити независимо от формы площади поперечного сечения. Эквивалентный диаметр - это параметр, который удовлетворяет уравнению S=1/4πD2, где S - площадь поперечного сечения крахмальной нити (независимо от ее геометрической формы), π= 3,14159 и D - эквивалентный диаметр. Например, поперечное сечение прямоугольной формы, образованной двумя взаимно противоположными сторонами "А" и двумя взаимно противоположными сторонами "В", может быть выражено как: S= АхВ. В то же самое время эта площадь поперечного сечения может быть выражена как площадь круга, имеющего эквивалентный диаметр D. Далее, эквивалентный диаметр D может быть вычислен по формуле S=1/4πD2, где S - известная площадь прямоугольника. (Конечно, эквивалентный диаметр круга является действительным диаметром круга). Эквивалентный радиус равен 1/2 эквивалентного диаметра."Equivalent diameter" is used here to determine the cross-sectional area and surface area of an elementary starch filament regardless of the shape of the cross-sectional area. Equivalent diameter is a parameter that satisfies the equation S = 1 / 4πD 2 , where S is the cross-sectional area of the starch filament (regardless of its geometric shape), π = 3.14159 and D is the equivalent diameter. For example, a rectangular cross-section formed by two mutually opposite sides of "A" and two mutually opposite sides of "B" can be expressed as: S = AxB. At the same time, this cross-sectional area can be expressed as the area of a circle having an equivalent diameter D. Further, the equivalent diameter D can be calculated by the formula S = 1 / 4πD 2 , where S is the known area of the rectangle. (Of course, the equivalent diameter of a circle is the actual diameter of a circle). Equivalent radius is 1/2 equivalent diameter.
"Псевдотермопластичный" в связи с "материалами" или "композициями", как имеется в виду, обозначает материалы и композиции, которые под действием повышенных температур, растворения в соответствующем растворителе или иным образом могут быть размягчены до такой степени, что они могут быть приведены в текучее состояние, в котором они могут быть формованы так, как желательно, а конкретнее переработаны для формования крахмальных нитей, пригодных для образования гибкой структуры. Псевдотермопластичные материалы могут быть формованы под совместным действием тепла и давления. Псевдотермопластичные материалы отличаются от термопластичных материалов тем, что размягчение или разжижение псевдотермопластиков вызывается присутствующими мягчителями и растворителями, без которых было бы невозможно привести их любой температурой или давлением в мягкое или текучее состояние, необходимое для формования, поскольку псевдотермопластики как таковые не "расплавляются". Влияние влагосодержания на температуру стеклования и температуру плавления крахмала может быть измерено посредством дифференциальной сканирующей калориметрии, описанной Zeleznak и Hoseny в "Cereal Chemistry", Vol. 64 2, pp. 121-124, 1987 г. Псевдотермопластичный расплав - это псевдотермопластичный материал в текучем состоянии. "Pseudo-thermoplastic" in connection with "materials" or "compositions", as is meant, means materials and compositions that, under the influence of elevated temperatures, dissolution in an appropriate solvent or otherwise, can be softened to such an extent that they can be given in a fluid state in which they can be molded as desired, and more specifically processed to form starch filaments suitable for forming a flexible structure. Pseudo-thermoplastic materials can be molded under the combined action of heat and pressure. Pseudo-thermoplastic materials differ from thermoplastic materials in that the softening or liquefaction of pseudo-thermoplastics is caused by the present softeners and solvents, without which it would not be possible to bring them by any temperature or pressure into the soft or fluid state necessary for molding, since pseudo-thermoplastics as such are not “melted”. The effect of moisture content on the glass transition temperature and melting point of starch can be measured by differential scanning calorimetry described by Zeleznak and Hoseny in "Cereal Chemistry", Vol. 64 2, pp. 121-124, 1987. A pseudo-thermoplastic melt is a pseudo-thermoplastic material in a fluid state.
"Микрогеометрия" и ее изменения относятся к сравнительно небольшим (т.е. "микроскопическим") деталям гибкой структуры, как, например, к текстуре поверхности независимо от общей конфигурации структуры в противоположность ее общей (т.е. "макроскопической") геометрии. Термины, содержащие "макроскопический" или "макроскопически", относятся к общей геометрии структуры или ее части при ее рассмотрении в виде двухмерной конфигурации, например в плоскости Х-У. Например, на макроскопическом уровне гибкая структура, когда она расположена на плоской поверхности, представляет собой сравнительно тонкий и плоский лист. Однако на микроскопическом уровне структура может содержать множество первых областей, которые образуют первую плоскость, имеющую первую высоту (вертикальный разрез), и множество выпуклостей или "подушек", рассредоточенных по всей сетчатой области и простирающихся наружу от нее до второй высоты. "Microgeometry" and its changes refer to the relatively small (i.e., "microscopic") details of a flexible structure, such as, for example, the surface texture, regardless of the general configuration of the structure, as opposed to its general (i.e., "macroscopic") geometry. Terms containing “macroscopic” or “macroscopically” refer to the general geometry of a structure or part thereof when considered in a two-dimensional configuration, for example, in the X-Y plane. For example, at the macroscopic level, a flexible structure, when it is located on a flat surface, is a relatively thin and flat sheet. However, at the microscopic level, the structure may contain many first regions that form a first plane having a first height (vertical section), and many bulges or “pillows” scattered throughout the mesh region and extending outward from it to a second height.
"Интенсивные свойства" - это свойства, которые не имеют величины, зависящей от совокупности величин в пределах плоскости гибкой структуры. Общее интенсивное свойство - это интенсивное свойство, которым обладает более чем одна область. В число таких интенсивных свойств гибкой структуры согласно настоящему изобретению входят, но не ограничиваются ими, плотность, основной вес, высота, непрозрачность и частота крепирования (если структура подлежит предварительному сокращению). Например, если плотность является общим интенсивным свойством двух различных областей, то величина плотности в одной области может отличаться от величины плотности в другой области. Области (как, например, первая область и вторая область) являются распознаваемыми зонами, отличаемыми одна от другой по индивидуальным интенсивным свойствам. "Intensive properties" are properties that do not have a value that depends on the totality of values within the plane of the flexible structure. A common intensive property is an intensive property that more than one area possesses. Such intense properties of the flexible structure of the present invention include, but are not limited to, density, bulk, height, opacity, and creping frequency (if the structure is subject to prior reduction). For example, if density is a common intense property of two different regions, then the density in one region may differ from the density in another. Regions (such as, for example, the first region and the second region) are recognizable zones distinguished from one another by individual intense properties.
"Основной вес" - это вес (измеренный в грамм-силе) единицы площади крахмальной гибкой структуры, при этом единица площади измерена в плоскости структуры из крахмальных нитей. Размер и форма единицы площади, по которой измеряют основной вес, зависит от относительных и абсолютных размеров и форм областей, имеющих различные основные веса. “Base weight” is the weight (measured in gram-force) of a unit area of a starch flexible structure, and the unit of area is measured in the plane of the structure of starch filaments. The size and shape of the unit of area by which the base weight is measured depends on the relative and absolute sizes and shapes of areas having different base weights.
"Плотность" - это отношение основного веса к толщине (измеренной перпендикулярно к плоскости гибкой структуры) области. Кажущаяся плотность - это основной вес образца, деленный на толщину в тысячных долях дюйма с использованием при этом соответствующих коэффициентов перевода из одних единиц в другие. Используемая здесь кажущаяся плотность выражена в единицах грамм/кубический сантиметр (г/см3)."Density" is the ratio of the base weight to the thickness (measured perpendicular to the plane of the flexible structure) of the area. Apparent density is the bulk of the sample divided by the thickness in thousandths of an inch using the appropriate conversion factors from one unit to another. The apparent density used here is expressed in units of grams / cubic centimeter (g / cm 3 ).
"Толщина в тысячных долях дюйма" - это макроскопическая толщина, измеренная так, как описано ниже. Эту толщину следует отличать от высоты различных областей, которая является микроскопической характеристикой областей. “Thickness in thousandths of an inch” is the macroscopic thickness measured as described below. This thickness should be distinguished from the height of the various regions, which is a microscopic characteristic of the regions.
"Температура стеклования", Тg - это температура, при которой материал изменяется от вязкого или эластичного состояния до твердого или сравнительно хрупкого состояния."Glass transition temperature", T g is the temperature at which the material changes from a viscous or elastic state to a solid or relatively brittle state.
"Продольное направление" (или ПН) - это направление, параллельное технологическому маршруту изготавливаемой гибкой структуры через производственное оборудование. "Поперечное направление" - это направление, перпендикулярное к продольному направлению и параллельное общей плоскости изготавливаемой гибкой структуры. A “longitudinal direction” (or PN) is a direction parallel to the technological route of a flexible structure being manufactured through production equipment. A “transverse direction" is a direction perpendicular to the longitudinal direction and parallel to the general plane of the flexible structure being produced.
"X", "У" и "Z" обозначают обычную систему декартовых координат, в которой взаимно перпендикулярные координаты "X" и "У" определяют плоскость отсчета, а "Z" определяет перпендикуляр к плоскости Х-У. "Z-направление" обозначает любое направление, перпендикулярное к плоскости Х-У. Аналогично этому термин "Z-размер" обозначает размер, расстояние или параметр, измеренный параллельно Z-направлению. Когда элемент, как, например, формующий элемент, изгибается или иным образом перестает быть плоским, плоскость Х-У следует за конфигурацией элемента. “X”, “Y” and “Z” denote the usual Cartesian coordinate system in which the mutually perpendicular coordinates “X” and “Y” define the reference plane, and “Z” defines the perpendicular to the X-Y plane. "Z-direction" means any direction perpendicular to the X-Y plane. Similarly, the term "Z-dimension" refers to a dimension, distance, or parameter measured parallel to the Z-direction. When an element, such as a forming element, bends or otherwise ceases to be flat, the X-Y plane follows the configuration of the element.
"По существу непрерывной" областью (участком/сеткой/основой) называется площадь, в пределах которой можно соединить любые две точки непрерывной линией, проходящей полностью в пределах этой площади на всем своем протяжении. А именно, по существу непрерывная область имеет существенную "непрерывность" во всех направлениях, параллельных первой плоскости, и оканчивается только на краях этой области. Термин "по существу" в сочетании с термином "непрерывный" как имеется в виду, указывает на то, что хотя и предпочитается абсолютная непрерывность, могут допускаться незначительные отклонения от абсолютной непрерывности, пока эти отклонения не оказывают заметного влияния на намеченные и предполагаемые характеристики гибкой структуры (или формующего элемента). “Essentially continuous” area (section / grid / base) is the area within which any two points can be connected by a continuous line that runs completely within this area throughout its entire length. Namely, a substantially continuous region has substantial “continuity” in all directions parallel to the first plane, and ends only at the edges of this region. The term “substantially” in combination with the term “continuous” as meant, indicates that although absolute continuity is preferred, slight deviations from absolute continuity may be allowed, as long as these deviations do not significantly affect the intended and intended characteristics of the flexible structure (or forming element).
"По существу полунепрерывной" областью (участком/сеткой/основой) называется площадь, которая имеет "непрерывность" во всех, кроме, по меньшей мере, одного, направлениях, параллельных первой плоскости, и в которой невозможно соединить любые две точки непрерывной линией, проходящей полностью в пределах этой площади на всем своем протяжении. Полунепрерывная основа может иметь непрерывность только в одном направлении, параллельном первой плоскости. По аналогии с непрерывной областью, описанной выше, хотя и предпочитается абсолютная непрерывность во всех, кроме, по меньшей мере, одного, направления, могут допускаться незначительные отклонения от такой непрерывности, пока эти отклонения не оказывают заметного влияния на характеристики структуры (формующего элемента). An “essentially semicontinuous” region (section / grid / base) is an area that has “continuity” in all but at least one direction parallel to the first plane, and in which it is impossible to connect any two points with a continuous line passing completely within this area throughout its entirety. A semicontinuous base can have continuity in only one direction parallel to the first plane. By analogy with the continuous region described above, although absolute continuity is preferred in all but at least one direction, slight deviations from such continuity can be allowed until these deviations have a noticeable effect on the characteristics of the structure (forming element).
"Прерывистыми" областями называются раздельные или отделенные друг от друга площади, которые являются прерывистыми во всех направлениях, параллельных первой плоскости. “Discontinuous” areas are areas that are separate or separated from one another, which are discontinuous in all directions parallel to the first plane.
"Абсорбирующая способность" - это способность материала воспринимать жидкости различными средствами, включая капиллярность, осмос, растворитель или химическое действие, и удерживать такие жидкости. Абсорбирующая способность может быть измерена в соответствии с нижеописанным испытанием. "Absorbent ability" is the ability of a material to perceive liquids by various means, including capillarity, osmosis, solvent or chemical action, and to retain such liquids. Absorbency can be measured in accordance with the test described below.
"Гибкость" - это способность материала или структуры без разрушения деформироваться под данной нагрузкой независимо от способности или неспособности материала или структуры возвращаться к своей форме до деформации. "Flexibility" is the ability of a material or structure to not deform under a given load without breaking, regardless of the ability or inability of the material or structure to return to its shape before deformation.
"Формующий элемент" - это конструктивный элемент, который может быть использован в качестве опоры для крахмальных нитей, которые могут осаждаться на него во время процесса изготовления гибкой структуры согласно настоящему изобретению, и в качестве формующего устройства для образования (или "формования") желаемой микроскопической геометрии гибкой структуры согласно настоящему изобретению. Формующим элементом может быть любой элемент, который имеет способность придавать трехмерный рельеф структуре, изготавливаемой на нем, и выполнен в виде (но не ограничиваясь ими) пластины, ленты, тканой ткани и полосы. A “forming element” is a structural element that can be used as a support for starch filaments, which can be deposited on it during the manufacturing process of the flexible structure according to the present invention, and as a forming device for the formation (or “molding”) of the desired microscopic geometry of the flexible structure according to the present invention. The forming element can be any element that has the ability to give a three-dimensional relief to the structure made on it, and is made in the form (but not limited to) of a plate, tape, woven fabric and strip.
"Усиливающий элемент" - желательный, но необязательный элемент в некоторых вариантах выполнения формующего элемента, служащий, главным образом, для обеспечения или способствования целостности, стабильности и долговечности формующего элемента, содержащего, например, полимерный материал. Усиливающий элемент может быть проницаемым, непроницаемым или частично проницаемым для текучей среды и может состоять из переплетенных нитей, сукна, пластмассы, другого подходящего синтетического материала или из их любого сочетания. "Reinforcing element" is a desirable but optional element in some embodiments of the forming element, serving mainly to ensure or promote the integrity, stability and durability of the forming element containing, for example, a polymeric material. The reinforcing element may be permeable, impermeable or partially permeable to the fluid and may consist of interwoven yarns, cloth, plastic, other suitable synthetic material, or any combination thereof.
"Нажимная поверхность" - это поверхность, которая может быть прижата к нитеприемной стороне формующего элемента, имеющего на себе множество крахмальных нитей, для прогиба, по меньшей мере, частично, крахмальных нитей в формующий элемент, имеющий на себе трехмерный рельеф с впадинами и выступами. A “pressing surface” is a surface that can be pressed against the thread receiving side of a forming element having a plurality of starch filaments in it to bend, at least partially, the starch filaments into a forming element having a three-dimensional relief with depressions and protrusions.
"Децитекс" или "дтекс" - единица измерения крахмальной нити, выраженная в граммах на 10000 метров, г/10000 м. "Decitex" or "dtex" is a unit of measure for starch filament, expressed in grams per 10,000 meters, g / 10,000 m.
"Формование из расплава" - это способ, при котором термопластичный или псевдопластичный материал превращают в волокнистый материал посредством силы вытягивания. Формование из расплава может включать в себя механическое вытягивание, формование из расплава с вытягиванием потоком газа, связывание прядением (спрядение) и электроформование. “Melt forming” is a method in which a thermoplastic or pseudoplastic material is converted into a fibrous material by a pulling force. Melt forming may include mechanical stretching, melt spinning with gas flow, spinning (spinning) bonding and electrospinning.
"Механическое вытягивание" - это способ приложения силы к элементарной нити посредством приведения ее в соприкосновение с движущейся поверхностью, например, ролика для приложения силы к расплаву и тем самым изготовления элементарных нитей. "Mechanical drawing" is a method of applying force to an elementary thread by bringing it into contact with a moving surface, for example, a roller for applying force to the melt and thereby making the filament.
"Формование из расплава с вытягиванием потоком газа" - это способ изготовления волокнистых нетканых материалов или изделий непосредственно из полимеров или смол с использованием высокоскоростного воздушного потока или другой подходящей силы для вытягивания нитей. При этом способе сила вытягивания прилагается в виде высокоскоростного воздушного потока при выходе материала из фильеры. “Gas-jet melt spinning” is a method of manufacturing fibrous non-woven materials or articles directly from polymers or resins using a high-speed air stream or other suitable force to draw threads. With this method, the pulling force is applied in the form of a high-speed air stream when the material leaves the die.
"Спрядение" представляет собой способ, при котором элементарному волокну дают возможность падать на заданное расстояние под действием сил потока и тяжести и затем подвергают его действию силы, прилагаемой высокоскоростным воздушным потоком или другим соответствующим источником. "Spinning" is a method in which an elementary fiber is allowed to fall a predetermined distance under the influence of flow forces and gravity and then subjected to the action of a force exerted by a high-speed air stream or other appropriate source.
"Электроформование" - это способ, при котором используют электрический потенциал в качестве силы для вытягивания волокон. "Electroforming" is a method in which an electric potential is used as a force for drawing fibers.
"Сухое формование", также общеизвестное как "формование из раствора", включает в себя сушку от растворителя для стабилизации формования волокна. Материал растворяют в соответствующем растворителе и вытягивают посредством механического вытягивания, вытягивания высокоскоростным потоком газа, спрядения и/или электроформования. По мере того как происходит испарение растворителя, волокно становится стабильным. "Dry spinning", also commonly known as "spin-molding", includes drying from a solvent to stabilize the spinning of the fiber. The material is dissolved in an appropriate solvent and stretched by mechanical stretching, drawing by high-speed gas flow, spun and / or electrospinning. As the solvent evaporates, the fiber becomes stable.
"Мокрое формование" включает в себя растворение материала в соответствующем растворителе и формование небольших волокон посредством механического вытягивания, вытягивания высокоскоростным потоком газа, спрядения и/или электроформования. После формования волокна его вводят в коагуляционное устройство, обычно представляющее собой ванну, наполненную соответствующим раствором, который отверждает желаемый материал, посредством чего производят стабильные волокна. "Wet forming" includes dissolving a material in an appropriate solvent and spinning small fibers by mechanical drawing, drawing by high speed gas flow, spun and / or electrospinning. After forming the fiber, it is introduced into a coagulation device, usually a bath filled with an appropriate solution that cures the desired material, whereby stable fibers are produced.
Высокомолекулярный полимер, "по существу совместимый с крахмалом", означает, что высокомолекулярный полимер способен образовывать по существу однородную композицию с крахмалом (т.е. композицию, которая для невооруженного глаза выглядит прозрачной или полупрозрачной), когда композицию нагревают до температуры выше ее температуры размягчения и/или плавления. A high molecular weight polymer that is “substantially compatible with starch” means that the high molecular weight polymer is capable of forming a substantially uniform starch composition (i.e., a composition that looks transparent or translucent to the naked eye) when the composition is heated to a temperature above its softening temperature and / or melting.
"Температура плавления" означает температуру или интервал температур, при которых или выше которых крахмальная композиция расплавляется или размягчается в достаточной степени, чтобы быть способной к переработке в крахмальные нити согласно настоящему изобретению. Следует учесть, что некоторые крахмальные композиции являются псевдотермопластичными композициями и как таковые могут не проявлять себя как истинно "расплавляющиеся" композиции. "Melting point" means the temperature or temperature range at which or above which the starch composition melts or softens sufficiently to be capable of being processed into starch filaments according to the present invention. It should be noted that some starch compositions are pseudo-thermoplastic compositions and, as such, may not manifest themselves as truly “melting” compositions.
"Температура переработки" означает температуру крахмальной композиции, при которой могут быть формованы крахмальные нити согласно настоящему изобретению, например, вытягиванием. "Processing temperature" means the temperature of the starch composition at which the starch filaments of the present invention can be formed, for example, by drawing.
Гибкие структуры
Отсылаем к фиг. 1-3, на которых гибкая структура 100, содержащая псевдотермопластичные крахмальные нити, имеет, по меньшей мере, первую область 110 и вторую область 120. Каждая из первой и второй областей имеет, по меньшей мере, одно общее интенсивное свойство, как например, основной вес или плотность. Общее интенсивное свойство первой области 110 по величине отличается от общего интенсивного свойства второй области 120. Например, плотность первой области 110 может быть больше, чем плотность второй области 120.Flexible structures
Referring to FIG. 1-3, in which a
Первая и вторая области 110 и 120 гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению могут также отличаться по их соответствующей микрогеометрии. Например, на фиг.1 первая область 110 представляет собой по существу непрерывную сетку, образующую первую плоскость на первой высоте, когда структура 100 расположена на плоской поверхности, а вторая область 120 может представлять собой множество отдельных участков, рассредоточенных по всей по существу непрерывной сетке. В некоторых вариантах воплощения изобретения эти отдельные участки могут представлять собой отдельные выступы или "подушки", простирающиеся наружу от сетчатой области до второй высоты, которая относительно первой плоскости больше, чем первая высота. Следует учесть, что подушки также могут образовывать по существу непрерывный рельеф и по существу полунепрерывный рельеф. The first and
В одном варианте воплощения изобретения по существу непрерывная сетчатая область может иметь сравнительно высокую плотность, а подушки - сравнительно низкую плотность. В другом варианте воплощения изобретения по существу непрерывная сетчатая область может иметь сравнительно небольшой основной вес, а подушки - сравнительно большой основной вес. В еще одном варианте воплощения изобретения по существу непрерывная сетчатая область может иметь сравнительно низкую плотность, а подушки - сравнительно высокую плотность. Возможен вариант воплощения изобретения, в котором по существу непрерывная сетчатая область может иметь сравнительно большой основной вес, а подушки - сравнительно небольшой основной вес. In one embodiment, the substantially continuous mesh region may have a relatively high density and the pillows a relatively low density. In another embodiment, the substantially continuous net area may have a relatively small base weight, and the pillows a relatively large base weight. In yet another embodiment, the substantially continuous mesh region may have a relatively low density, and the pillows a relatively high density. An embodiment of the invention is possible in which a substantially continuous net region may have a relatively large base weight and the pillows a relatively small base weight.
В других вариантах воплощения изобретения вторая область 120 может представлять собой полунепрерывную сетку. На фиг.2 вторая область 120 содержит отдельные участки 122, похожие на те, которые показаны на фиг.1, и полунепрерывные участки 121, как видно, простирающиеся, в, по меньшей мере, одном направлении в плоскости Х-У (т.е. в плоскости, образованной первой областью 110 структуры 100, расположенной на плоской поверхности). In other embodiments, the
В варианте воплощения изобретения, показанном на фиг.2, гибкая структура 100 содержит третью область 130, имеющую, по меньшей мере, одно интенсивное свойство, которое является общим с интенсивным свойством первой области 110 и интенсивным свойством второй области 120, но отличается от них по величине. Например, первая область 110 может иметь общее интенсивное свойство, имеющее первую величину, вторая область 120 - общее интенсивное свойство, имеющее вторую величину, и третья область 130 - общее интенсивное свойство, имеющее третью величину, при этом первая величина может отличаться от второй величины, а третья величина может отличаться от второй величины и первой величины. In the embodiment of the invention shown in FIG. 2, the
Когда структура 100, содержащая, по меньшей мере, три отличающиеся вышеописанные области 110, 120, 130, расположена на горизонтальной плоскости отсчета (например, плоскости Х-У), первая область 110 определяет плоскость, имеющую первую высоту, а вторая область 120 простирается от нее, определяя вторую высоту. Возможен вариант воплощения изобретения, в котором третья область 130 определяет третью высоту, при этом, по меньшей мере, одна из первой, второй и третьей высот отличается от, по меньшей мере, одной из других высот. Например, третья высота может быть промежуточной между первой и второй высотами. When the
В нижеследующей таблице без ограничения показаны некоторые возможные варианты выполнения структуры 100, содержащей, по меньшей мере, три области, имеющей отличающиеся (т.е. высокие, средние или отличительные) интенсивные свойства. Все эти варианты входят в пределы настоящего изобретения. The following table, without limitation, shows some possible embodiments of a
На фиг. 3 показан еще один вариант выполнения гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению, в которой вторая область 120 содержит множество крахмальных подушек, при этом, по меньшей мере, некоторые из подушек содержат крахмальную выпуклую часть 128 и крахмальную консольную часть 129, простирающуюся от крахмальной выпуклой части 128. Крахмальная консольная часть 129 приподнята над плоскостью Х-У и под углом простирается от выпуклой части 128, образуя по существу свободные пространства или "карманы" 115 между первой областью 110, крахмальными выпуклыми частями 128, простирающими от нее, и крахмальными консольными частями 129. In FIG. 3 shows yet another embodiment of the
В значительной мере благодаря существованию этих по существу свободных карманов 115, способных воспринимать и удерживать значительное количество жидкости, гибкая структура 100, схематически показанная на фиг.3, как полагают, проявляет очень высокую абсорбирующую способность в расчете на данный основной вес. Карманы 115 отличаются тем, что в них не имеется никаких крахмальных нитей или они имеются в очень небольшом количестве. Largely due to the existence of these essentially
Специалисту в данной области понятно, что из-за процесса изготовления гибкой структуры 100, описанного ниже, и ввиду очень гибкого характера крахмальных нитей и гибкой структуры 100 в целом, может допускаться присутствие в карманах 115 некоторого количества элементарных крахмальных нитей, пока эти крахмальные нити не оказывают влияние на намеченный рельеф структуры 100 и ее предполагаемые свойства. В связи с этим термин "по существу" свободные карманы 115, как считают, выражает то, что из-за очень гибкого характера структуры 100 и элементарных крахмальных нитей, составляющих структуру 100, некоторое незначительное количество крахмальных нитей или их частей может оказаться в карманах 115. Плотность карманов 115 составляет не больше, чем 0,005 грамм на кубический сантиметр (г/см3), конкретнее - не больше, чем 0,004 г/см3, и еще более конкретнее - не больше, чем 0,003 г/см3.One skilled in the art will appreciate that, due to the manufacturing process of the
Согласно другому аспекту гибкая структура 100, содержащая консольные части 129, отличается увеличенной общей площадью поверхности по сравнению с общей площадью поверхности сравнимой структуры, не имеющей консольных частей 129. Как понятно специалисту в данной области, чем больше количество отдельных консольных частей 129 и их соответствующих микроскопических участков поверхности, тем больше суммарная микроскопическая удельная площадь поверхности (т. е. суммарная микроскопическая площадь поверхности на единицу общей макроскопической площади структуры, расположенной на плоской поверхности). Как также понятно специалисту в данной области, чем больше площадь абсорбирующей поверхности структуры, тем больше ее абсорбирующая способность при всех прочих равных параметрах. According to another aspect, the
В вариантах выполнения структуры 100, содержащей консольные части 129, консольные части 129 могут представлять собой третьи области структуры 100. Например, возможен вариант, при котором плотность крахмальных консольных частей 129 является промежуточной между плотностью первой области 110 и плотностью второй области 120, содержащей выступающую часть (части). В другом варианте выполнения структуры плотность выступающей части 128 может быть промежуточной между сравнительно высокой плотностью первой области 110 и сравнительно низкой плотностью консольной части 129. По аналогии с этим основной вес консольной части 129 может быть равен или больше основного веса одной из первой области 110 и выступающей части 128 или их обеих либо быть промежуточным между их основными весами. In embodiments of the
Способ изготовления гибкой структуры
На фиг. 8 и 9 схематически показаны два варианта осуществления способа изготовления гибкой структуры 100, содержащей крахмальные нити.A method of manufacturing a flexible structure
In FIG. 8 and 9 schematically show two embodiments of a method for manufacturing a
Во-первых, образуют множество крахмальных нитей. Производство крахмальных нитей для гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению может быть осуществлено различными способами, известными из уровня техники. Например, крахмальные нити можно производить из псевдотермопластичных расплавленных крахмальных композиций с помощью различных способов формования из расплава. Размеры крахмальных нитей могут варьироваться от около 0,001 дтекс до около 135 дтекс, конкретнее - от около 0,005 дтекс до около 50 дтекс и еще конкретнее - от около 0,01 дтекс до около 5,0 дтекс. First, they form many starch filaments. The production of starch filaments for
Некоторые источники, включая патент США 4139699, выданный Германдезу и др. 13 февраля 1979 г.; патент США 4853168, выданный Эдену и др. 1 августа 1989 г. ; патент США 4234480, выданный Германдезу и др. 6 января 1981 г.; патенты США 5516815 и 5316578, выданные Бьюлеру и др., касаются крахмальных композиций для изготовления крахмальных
нитей с использованием способа формования из расплава. Расплавленную крахмальную композицию можно выдавливать через фильеру для изготовления нитей, имеющих диаметры, несколько увеличенные по сравнению с диаметром отверстий фильеры (т.е. вследствие набухания выдавливаемого потока). Затем нити механически или термомеханически вытягивают вытяжным устройством для уменьшения их диаметра.Some sources, including US Pat. No. 4,139,699, issued to Hermandes et al. On February 13, 1979; U.S. Patent 4,853,168, issued to Eden et al. on August 1, 1989; U.S. Patent 4,234,480 to Germandez et al., January 6, 1981; US Pat. Nos. 5,516,815 and 5,316,578 to Buler et al. relate to starch compositions for making starch.
filaments using a melt spinning method. The molten starch composition can be extruded through a die to produce filaments having diameters slightly increased compared to the diameter of the holes of the die (i.e., due to swelling of the extruded stream). Then the threads are mechanically or thermomechanically pulled by an exhaust device to reduce their diameter.
Из уровня техники известно несколько устройств для изготовления нетканых термопластичных тканевых структур из выдавливаемых полимеров, которые могут быть пригодны для изготовления длинных крахмальных нитей. Например, выдавливаемую крахмальную композицию можно продавливать через фильеру (не показана), формующую вертикально ориентированную завесу из движущихся вниз крахмальных нитей. Крахмальные нити можно охлаждать воздухом с использованием всасывающего воздушного канала для вытягивания или утончения. В патенте США 5292239, выданном 8 марта 1994 г. на имя Зельдина и др., описывается устройство, которое уменьшает значительную тур-буленцию в воздушном потоке, обеспечивая равномерное и постоянное приложение вытягивающей силы к крахмальным нитям. Описание этого патента инкорпорировано здесь путем отсылки с ограниченной целью ознакомления со способами и оборудованием для уменьшения турбулентности в воздушном потоке при формовании крахмальных нитей. Several devices are known in the art for the manufacture of nonwoven thermoplastic fabric structures from extruded polymers, which may be suitable for the manufacture of long starch filaments. For example, an extruded starch composition can be pressed through a die (not shown) forming a vertically oriented curtain of downwardly moving starch filaments. Starch filaments can be air-cooled using a suction air duct for drawing or thinning. US Pat. No. 5,292,239, issued March 8, 1994 to Zeldin et al., Describes a device that reduces significant turbulence in the air stream, providing uniform and constant application of the pulling force to starch filaments. The description of this patent is incorporated herein by reference with the limited purpose of familiarizing oneself with methods and equipment for reducing turbulence in the air stream during the formation of starch filaments.
Для осуществления настоящего изобретения крахмальные нити могут быть изготовлены из смеси, содержащей крахмал, воду, пластификаторы и другие факультативные добавки. Например, подходящая крахмальная смесь может быть превращена в экструдере в псевдотермопластичный расплав и пропущена через фильеру к вытягивающему устройству, формующему вертикально ориентированную завесу из движущихся вниз крахмальных нитей. Фильера может представлять собой устройство, которое известно из уровня техники. Фильера может содержать множество каналов с отверстиями, имеющими площади поперечных сечений, подходящие для производства крахмальных нитей. Фильера может быть выполнена с учетом текучести крахмальной композиции, так чтобы при желании в каналах обеспечивалась одинаковая скорость потока. С другой стороны, могут быть различные скорости потока в разных каналах. For the implementation of the present invention, starch filaments can be made from a mixture containing starch, water, plasticizers and other optional additives. For example, a suitable starch mixture can be converted into a pseudo-thermoplastic melt in an extruder and passed through a die to a drawing device forming a vertically oriented curtain of downwardly moving starch filaments. The die may be a device that is known in the art. The die may contain many channels with holes having cross-sectional areas suitable for the production of starch filaments. The die can be made taking into account the fluidity of the starch composition, so that, if desired, the same flow rate is provided in the channels. On the other hand, there may be different flow rates in different channels.
Вытягивающее устройство (не показано) может быть расположено после экструдера по направлению технологического потока и может содержать открытый верхний конец, противоположный ему открытый нижний конец и распределительный трубопровод для подачи сжатого воздуха во внутренние сопла, расположенные по направлению вниз. Когда сжатый воздух течет через внутренние сопла, воздух втягивается в открытый верхний конец вытягивающего устройства, образуя быстродвижущийся поток воздуха, протекающий по направлению вниз. Поток воздуха создает вытягивающую силу, действующую на крахмальные нити и вызывающую их утончение или вытягивание перед выходом из открытого нижнего конца вытягивающего устройства. A pulling device (not shown) may be located downstream of the extruder and may comprise an open upper end, an opposite lower end and a distribution conduit for supplying compressed air to the downstream nozzles. When compressed air flows through the internal nozzles, air is drawn into the open upper end of the extraction device, forming a fast-moving air stream flowing downward. The air flow creates a pulling force acting on the starch filaments and causing them to thin or stretch before leaving the open lower end of the drawer.
Как теперь обнаружено, крахмальные нити, подходящие для гибкой структуры 100, могут быть изготовлены способом электроформования, при котором к раствору крахмала прилагается электрическое поле для образования заряженной струи крахмала. Способ электроформования известен из уровня техники. В диссертации Doshi, Jayesh, Natwarlal, Ph.D., озаглавленной "The Electro-Spinning Process and Applications of Electro-Spun Fibers", 1994 г. описывается процесс электроформования и исследуются силы, участвующие при этом процессе. В этой диссертации исследуются также некоторые области промышленного применения нитей, изготовленных электроформованием. Эта диссертация включена здесь путем отсылки с целью описания основных особенностей способов электроформования. As it has now been discovered, starch filaments suitable for
Способ электроформования и применяемое для них оборудование описаны в патентах США 1975504 (2 октября 1934 г.), 2123992 (19 июля 1938 г.), 2116942 (10 мая 1938 г.), 2109333 (22 февраля 1938 г.),. 2160962 (6 июня 1939 г.), 2187306 (16 января 1940 г.), и 2158416 (16 мая 1939 г.), которые все выданы на имя Формхалса. В число других источников, описывающих способы электроформования, входят патенты США 3280229 (18 октября 1966 г.), выданный на имя Симонса; 4044404 (30 августа 1977 г. ), выданный на имя Мартина и др.; 4069026 (17 января 1978 г.), выданный на имя Симма и др.; 4143196 (6 марта 1979 г.), выданный на имя Симма; 4223101 (16 сентября 1980 г.), выданный на имя Фаина и др. ; 4230650 (28 октября 1980 г.), выданный на имя Гуйнарда; 4232525 (11 ноября 1980 г.), выданный на имя Энджо и др.; 4287139 (1 сентября 1981 г.), выданный на имя Гуйнарда; 4323525 (6 апреля 1982 г.), выданный на имя Борната; 4552707 (12 ноября 1985 г.), выданный на имя Хау; 4689186 (25 августа 1987 г.), выданный на имя Борната; 4798607 (17 января 1989 г.), выданный на имя Мидлтона и др.; 4904272 (27 февраля 1990 г.), выданный на имя Мидлтона и др.; 4968238 (6 ноября 1990 г.), выданный на имя Саттерфильда и др. ; 5024789 (18 января 1991 г.), выданный на имя Барри; 6106913 (22 августа 2000 г.), выданный на имя Скардино и др., и 6110590 (29 августа 2000 г. ), выданный на имя Заркоба и др. Содержание вышеперечисленных патентов включено здесь путем отсылки с ограниченной целью описания основных особенностей способов электроформования и оборудования для их осуществления. The method of electroforming and the equipment used for them are described in US patents 1975504 (October 2, 1934), 2123992 (July 19, 1938), 2116942 (May 10, 1938), 2109333 (February 22, 1938). 2160962 (June 6, 1939), 2187306 (January 16, 1940), and 2158416 (May 16, 1939), which are all issued in the name of Formhals. Other sources describing electroforming methods include US Patents 3,280,229 (October 18, 1966), issued in the name of Simons; 4044404 (August 30, 1977), issued in the name of Martin et al .; 4069026 (January 17, 1978), issued in the name of Simm et al .; 4,143,196 (March 6, 1979), issued in the name of Simm; 4,223,101 (September 16, 1980), issued in the name of Fain and others; 4,230,650 (October 28, 1980), issued in the name of Guinard; 4,232,525 (November 11, 1980), issued in the name of Angio et al .; 4,287,139 (September 1, 1981), issued in the name of Guinard; 4323525 (April 6, 1982), issued in the name of Bornat; 4,552,707 (November 12, 1985), issued in the name of Howe; 4,689,186 (August 25, 1987), issued in the name of Bornat; 4,798,607 (January 17, 1989), issued to Middleton et al .; 4904272 (February 27, 1990), issued in the name of Middleton et al .; 4968238 (November 6, 1990), issued in the name of Satterfield and others; 5,024,789 (January 18, 1991), issued in the name of Barry; 6106913 (August 22, 2000), issued in the name of Skardino et al., And 6110590 (August 29, 2000), issued in the name of Zarkob and others. The contents of the above patents are hereby incorporated by reference with the limited purpose of describing the main features of electrospinning methods and equipment for their implementation.
Хотя в вышеперечисленных источниках предлагаются разнообразные способы электроформования и оборудования для их осуществления, в них не содержится предложений о том, что крахмальная композиция может быть успешно переработана и выдавлена в тонкие, по существу непрерывные крахмальные нити, пригодные для образования гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению. Встречающийся в природе крахмал не может быть переработан способом электроформования, так как природный крахмал обычно имеет зернистую структуру. Как теперь обнаружено, модифицированная, "деструктурированная" крахмальная композиция может быть успешно переработана при использовании способа электроформования. Although the above sources offer a variety of electroforming methods and equipment for their implementation, they do not suggest that the starch composition can be successfully processed and extruded into thin, essentially continuous starch filaments suitable for forming the
В патентной заявке заявителя, озаглавленной "Перерабатываемая в расплаве крахмальная композиция" (Ларри Нейл Макки и др., досье поверенного 7967R) и поданной на дату подачи данной заявки, описывается крахмальная композиция, которая пригодна для производства крахмальных нитей, используемых в гибкой структуре 100 согласно настоящему изобретению. Эта крахмальная композиция содержит крахмал, имеющий средневесовую молекулярную массу в пределах от 1000 до около 2000000, и может содержать высокомолекулярный полимер, который по существу совместим с крахмалом и имеет средневесовую молекулярную массу, по меньшей мере, 500000. В одном варианте воплощения изобретения эта крахмальная композиция может иметь от около 20 вес.% до около 99 вес.% амилопектина. Описание этой заявки включено здесь путем отсылки. An applicant patent application entitled “Melt-processable starch composition” (Larry Neil Mackey et al. Attorney dossier 7967R) and filed on the filing date of this application describes a starch composition that is suitable for the production of starch filaments used in
Согласно настоящему изобретению крахмальный полимер может быть смешан с водой, пластификаторами и другими добавками, а получающийся расплав может быть переработан (например, экструдирован) и формован для производства крахмальных нитей, подходящих для гибкой структуры согласно настоящему изобретению. Крахмальные нити могут содержать крахмал от следовых количеств до ста процентов или представлять собой смесь крахмала и других подходящих веществ, как например, целлюлозы, синтетических веществ, белков и их любых сочетаний. According to the present invention, the starch polymer can be mixed with water, plasticizers and other additives, and the resulting melt can be processed (for example, extruded) and molded to produce starch filaments suitable for the flexible structure of the present invention. Starch filaments may contain starch from trace amounts to one hundred percent or be a mixture of starch and other suitable substances, such as cellulose, synthetic substances, proteins and any combination thereof.
В числе крахмальных полимеров может быть любой встречающийся в природе крахмал, физически модифицированный крахмал или химически модифицированный крахмал. В число подходящих, встречающихся в природе крахмалов входят, но не ограничиваются ими, кукурузный крахмал, картофельный крахмал, крахмал батата, пшеничный крахмал, крахмал саговой пальмы, маниоковый крахмал, рисовый крахмал, соевый крахмал, крахмал из корней маранта, крахмал орляка обыкновенного, крахмал лотоса, восковидный кукурузный крахмал, высокоамилозный кукурузный крахмал и имеющийся в продаже амилозный порошок. Встречающиеся в природе крахмалы, особенно кукурузный крахмал, картофельный крахмал и пшеничный крахмал, являются предпочтительными крахмальными полимерами из-за их доступности. Among the starch polymers can be any naturally occurring starch, physically modified starch or chemically modified starch. Suitable naturally occurring starches include, but are not limited to, corn starch, potato starch, sweet potato starch, wheat starch, sago palm starch, cassava starch, rice starch, soy starch, starch from marmara roots, starch, starch lotus, waxy corn starch, high amylose corn starch and commercially available amylose powder. Naturally occurring starches, especially corn starch, potato starch and wheat starch, are preferred starch polymers because of their availability.
Физически модифицированный крахмал получают посредством изменения его размерной структуры, физически модифицированный крахмал может содержать α-крахмал, фракционированный крахмал, влагу, термообработанный крахмал и механически обработанный крахмал. Physically modified starch is obtained by changing its dimensional structure, physically modified starch may contain α-starch, fractionated starch, moisture, heat-treated starch and mechanically processed starch.
Химически модифицированный крахмал может быть образован при реакции его ОН-групп с алкиленоксидами и другими веществами, образующими простой эфир, сложный эфир, уретан, карбамат или изоцианат. Среди разновидностей химически модифицированных крахмалов находятся гидроксиалкиловый, ацетиловый и карбаматный крахмалы или их смеси. Степень замещения химически модифицированного крахмала составляет от 0,05 до 3,0 и конкретнее - от 0,05 до 0,2. Chemically modified starch can be formed by the reaction of its OH groups with alkylene oxides and other substances forming an ether, ester, urethane, carbamate or isocyanate. Among the varieties of chemically modified starches are hydroxyalkyl, acetyl and carbamate starches or mixtures thereof. The degree of substitution of chemically modified starch is from 0.05 to 3.0, and more specifically, from 0.05 to 0.2.
Содержание природной воды может составлять от около 5 вес.% до около 16 вес. % и конкретнее - от около 8 вес.% до около 12 вес.%. Содержание амилозы в крахмале составляет от 0 вес.% до около 70 вес.% и конкретнее - от около 20 вес.% до около 30 вес.%. The natural water content may be from about 5 wt.% To about 16 weight. % and more specifically, from about 8 wt.% to about 12 wt.%. The amylose content of starch is from 0 wt.% To about 70 wt.% And more specifically from about 20 wt.% To about 30 wt.%.
К крахмальному полимеру может быть добавлен пластификатор для понижения температуры стеклования изготавливаемых крахмальных нитей и тем самым увеличения их гибкости. Кроме того, наличие пластификатора может уменьшить вязкость расплава, что, в свою очередь, способствует процессу экструзии расплава. Пластификатором является органическое соединение, имеющее, по меньшей мере, одну гидроксильную группу, как, например, полиол. Оказались пригодными сорбитол, маннитол, D-глюкоза, поливиниловый спирт, этиленгликоль, полиэтиленгликоль, пропиленгликоль, полипропиленгликоль, сахароза, фруктоза, глицерин и их смеси. Примерами пластификаторов являются сорбитол, сахароза и фруктоза в количествах от около 0,1 вес.% до около 70 вес.%, конкретнее - от около 0,2 вес.% до около 30 вес.% и еще конкретнее - от около 0,5 вес.% до около 10 вес.%. A plasticizer can be added to the starch polymer to lower the glass transition temperature of the produced starch filaments and thereby increase their flexibility. In addition, the presence of a plasticizer can reduce the viscosity of the melt, which, in turn, contributes to the process of extrusion of the melt. A plasticizer is an organic compound having at least one hydroxyl group, such as, for example, a polyol. Sorbitol, mannitol, D-glucose, polyvinyl alcohol, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, sucrose, fructose, glycerin and mixtures thereof proved to be suitable. Examples of plasticizers are sorbitol, sucrose and fructose in amounts of from about 0.1 wt.% To about 70 wt.%, More specifically from about 0.2 wt.% To about 30 wt.% And even more specifically from about 0.5 wt.% up to about 10 wt.%.
В крахмальный полимер обычно могут быть введены другие добавки, как например, вещество для улучшения технологических свойств и добавки для модифицирования физических свойств выдавленных крахмальных нитей, например упругости, прочности при растяжении в сухом состоянии и прочности в мокром состоянии. Добавки обычно присутствуют в количествах от 0,1 вес.% до 70 вес.% в расчете на содержание нелетучего вещества (означающее, что это количество рассчитано за вычетом летучих веществ, например воды). Примерами добавок являются, но не ограничиваются ими, мочевина, производные мочевины, вещества, вызывающие образование межмолекулярных связей, эмульгаторы, поверхностно-активные вещества, замасливатели, белки и их соли щелочных металлов, биологически разлагаемые синтетические полимеры, воска, синтетические термопластичные полимеры с низкой температурой плавления, смолы, повышающие клейкость, наполнители и их смеси. Примерами биологически разлагаемых синтетических полимеров являются, но не ограничиваются ими, поликапролактон, полиоксибутираты, полиоксивалераты, полилактиды и их смеси. В число других добавок входят оптические осветлители, антиоксиданты, антипирены, красители, пигменты и наполнители. Для настоящего изобретения может оказаться полезным введение в крахмальную композицию добавки, содержащей мочевину в количествах от 0,5 вес.% до 60 вес.%. Other additives can usually be incorporated into the starch polymer, such as a substance for improving technological properties and additives for modifying the physical properties of extruded starch filaments, for example, elasticity, tensile strength in the dry state and strength in the wet state. Additives are usually present in amounts of from 0.1 wt.% To 70 wt.% Calculated on the content of non-volatile substances (meaning that this amount is calculated minus volatile substances, such as water). Examples of additives include, but are not limited to, urea, urea derivatives, intermolecular bonding agents, emulsifiers, surfactants, lubricants, proteins and their alkali metal salts, biodegradable synthetic polymers, waxes, low temperature synthetic thermoplastic polymers melting, tackifying resins, fillers and mixtures thereof. Examples of biodegradable synthetic polymers include, but are not limited to, polycaprolactone, polyoxybutyrates, polyoxyvalerates, polylactides, and mixtures thereof. Other additives include optical brighteners, antioxidants, flame retardants, dyes, pigments and fillers. It may be useful for the present invention to introduce an additive containing urea in amounts of from 0.5 wt.% To 60 wt.% In the starch composition.
В число подходящих наполнителей для использования в данном случае входят желатин, растительные белки, как, например, кукурузный белок, белок подсолнечника, соевые белки, белки хлопковых семян; водорастворимые полисахариды, как, например, альгинаты, каррагенаны, гуаровая камедь, агар, гуммиарабик и соответствующие смолы, и пектин; и водорастворимые производные целлюлозы, как, например, алкилцеллюлозы, гидроксиалкилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы и др. Кроме того, можно использовать водорастворимые синтетические полимеры, как, например, полиакриловые смолы, сложные эфиры полиакриловой кислоты, поливинилацетаты, поливиниловые спирты, поливинилпирролидон и т.д. Suitable excipients for use in this case include gelatin, vegetable proteins such as corn protein, sunflower protein, soy protein, cotton seed protein; water-soluble polysaccharides, such as alginates, carrageenans, guar gum, agar, gum arabic and the corresponding resins, and pectin; and water-soluble cellulose derivatives, such as, for example, alkyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc. In addition, water-soluble synthetic polymers such as, for example, polyacrylic resins, polyacrylic esters, polyvinyl acetates, polyvinyl alcohols, polyvinyl pyrrolide etc. can be used.
Кроме того, для улучшения реологических свойств крахмального материала во время переработки способом согласно настоящему изобретению могут быть добавлены замасливатели. Замасливателями могут быть животные или растительные жиры, предпочтительно в их гидрогенированной форме, особенно те, которые являются твердыми при комнатной температуре. К числу дополнительных замасливателей относятся моноглицериды и ди-глицериды, а также фосфатиды, особенно лецитин. Для настоящего изобретения полезным считается замасливатель, который содержит моноглицерид, глицеролмоностеарат. Additionally, lubricants may be added to improve the rheological properties of the starch material during processing by the method of the present invention. The lubricants may be animal or vegetable fats, preferably in their hydrogenated form, especially those that are solid at room temperature. Additional lubricants include monoglycerides and di-glycerides, as well as phosphatides, especially lecithin. A sizing agent that contains a monoglyceride, glycerol monostearate is considered useful for the present invention.
В качестве недорогих наполнителей или веществ для улучшения технологических свойств могут быть введены другие добавки, в том числе неорганические наполнители, как, например, окиси магния, алюминия, кремния и титана. Кроме того, в качестве веществ для улучшения технологических свойств могут быть использованы неорганические соли, включая соли щелочных металлов, соли щелочно-земельных металлов, фосфаты и т.д. Other additives, including inorganic fillers, such as, for example, oxides of magnesium, aluminum, silicon and titanium, can be introduced as inexpensive fillers or substances to improve technological properties. In addition, inorganic salts, including alkali metal salts, alkaline earth metal salts, phosphates, etc., can be used as substances for improving technological properties.
В зависимости от предполагаемого конкретного конечного использования изделия могут оказаться желательными и другие добавки. Например, у таких изделий, как у туалетной бумаги, салфеток одноразового использования, тонкой мягкой бумаги для носовых платков и у других подобных изделий, желательным свойством является прочность в мокром состоянии. Таким образом, часто желательно добавлять к крахмальному полимеру вещества, вызывающие образование поперечных связей и известные из уровня техники как смолы, для придания "влагопрочности". Other additives may be desirable depending on the intended specific end use of the product. For example, for products such as toilet paper, disposable wipes, thin soft paper for handkerchiefs, and other similar products, wet strength is a desirable property. Thus, it is often desirable to add crosslinking agents known to the prior art as resins to the “starch polymer” to impart “moisture resistance”.
Общее описание видов смол для придания влагопрочности, используемых в бумажном производстве, можно найти в монографии TAPPI, порядковый 29, Wet Strength in Paper and Paper-board, Technical Association of the Pulp and Paper Industry (New York, 1965 г.), которая инкорпорирована здесь путем отсылки. Самые полезные смолы для придания влагопрочности по своей природе, в общем, являются катионными. Из полиамидэпихлоргидринных смол наиболее полезными для придания влагопрочности оказались катионные полиамидаминэпихлоргидринные смолы. Подходящие виды таких смол описаны в патентах США 3700623, выданном 24 октября 1972 г., и 3772076, выданном 13 ноября 1973 г., которые оба выданы на имя Кейма и содержание которых инкорпорировано здесь путем отсылки. Одним источником продажи полезной полиамидэпихлоргидринной смолы является компания "Геркулес, инк. ", Уилмингтон, шт. Делавер, США, которая продает такие смолы под товарным знаком "Кимене". A general description of the types of wet strength resins used in papermaking can be found in the monograph TAPPI, ordinal 29, Wet Strength in Paper and Paper-board, Technical Association of the Pulp and Paper Industry (New York, 1965). here by reference. The most useful resins to give moisture resistance are inherently cationic in nature. Of the polyamide epichlorohydrin resins, the cationic polyamide amine epichlorohydrin resins proved to be the most useful for imparting moisture resistance. Suitable types of such resins are described in US Pat. One source for the sale of useful polyamideepichlorohydrin resin is Hercules, Inc., Wilmington, pc. Delaware, USA, which sells such resins under the Kimene trademark.
В качестве смол для придания влагопрочности полезными оказались также глиоксилатные полиакриламидные смолы. Эти смолы описаны в патентах США 3556932, выданном 19 января 1971 г. на имя Коша и др., и 3556933, выданном 19 января 1971 г. на имя Уильямса и др., содержание которых инкорпорировано здесь путем отсылки. Одним источником продажи глиоксилатных полиакриламидных смол является компания "Сайтек компани", Стэнфорд, шт. Коннектикут, США, которая продает одну такую смолу под товарным знаком "Парез 631 НС". Glyoxylate polyacrylamide resins have also been found to be useful as moisture resins. These resins are described in US Pat. One source for the sale of glyoxylate polyacrylamide resins is Siteec Company, Stanford, pc. Connecticut, USA, which sells one such resin under the trademark "Pares 631 NS."
Еще одними водорастворимыми катионными смолами, которые могут быть использованы при этом изобретении, являются мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы. Более обычными функциональными группами этих многофункциональных смол являются азотсодержащие группы, как, например, аминогруппы и метилолгруппы, присоединенные к азоту. Смолы полиэтилениминного типа также могут оказаться полезными при настоящем изобретении. Кроме того, при настоящем изобретении можно использовать другие смолы для придания влагопрочности, как, например, "Калдас" (производятся Компанией "Джэпэн карлит") и "Кобонд 1000" (производятся компанией "Нэшнл стач энд кэмикл компани"). Another water-soluble cationic resins that can be used with this invention are urea-formaldehyde and melamine-formaldehyde resins. More common functional groups of these multifunctional resins are nitrogen-containing groups, such as, for example, amino groups and methyl groups attached to nitrogen. Resins of the polyethyleneimine type may also be useful in the present invention. In addition, other resins can be used in the present invention to provide moisture resistance, such as, for example, Caldas (manufactured by Japan Carlite) and Cobond 1000 (manufactured by National Stach & Cam Company).
Для настоящего изобретения одним веществом, вызывающим образование межмолекулярных связей, является придающая влагопрочность смола "Кимене", используемая в количествах от около 0,1 вес.% до около 10 вес. и конкретнее - от около 0,1 вес.% до около 3 вес.%. For the present invention, one substance that causes the formation of intermolecular bonds is the Kimene resin, which provides moisture resistance, used in amounts of from about 0.1 wt.% To about 10 wt. and more specifically, from about 0.1 wt.% to about 3 wt.%.
Для изготовления крахмальных нитей, подходящих для гибкой структуры 100, согласно настоящему изобретению, крахмальная композиция должна во время переработки показывать определенное реологическое поведение, например, иметь определенную вязкость при растяжении и определенное капиллярное число. Конечно, вид обработки (например, формование из расплава с вытягиванием высокоскоростным потоком газа, электроформование и т.д.) может диктовать необходимые реологические свойства крахмальной композиции. For the manufacture of starch filaments suitable for the
Вязкость при растяжении или вытягивании (ηe) связана с растяжимостью расплава крахмальной композиции и имеет особенно важное значение при процессах растяжения, например при изготовлении крахмальной нити. В зависимости от типа деформации композиции вязкость при растяжении может быть трех типов: вязкость при одноосном или простом растяжении, вязкость при двухосном растяжении и вязкость при растяжении с чистым сдвигом. Вязкость при одноосном растяжении имеет особенно важное значение при процессах одноосного растяжения, как, например, при механическом вытягивании, формовании из расплава с вытягиванием потоком газа, спрядении и электроформовании. Другие два вида вязкости при растяжении имеют важное значение для процессов двухосного растяжения или формования при изготовлении пленок, вспененных материалов, листов или частей.Stretch or stretch viscosity (η e ) is associated with the melt extensibility of the starch composition and is especially important in tensile processes, for example in the manufacture of starch filament. Depending on the type of deformation of the composition, the tensile viscosity can be of three types: viscosity under uniaxial or simple tension, viscosity under biaxial tension, and shear viscosity with pure shear. Uniaxial tension viscosity is especially important in uniaxial tension processes, such as mechanical drawing, melt spinning, gas spinning, spun and electrospinning. The other two types of tensile viscosity are important for biaxial stretching or molding processes in the manufacture of films, foamed materials, sheets or parts.
Для обычных термопластов, используемых для формования волокон, например полиолефинов, полиамидов и сложных полиэфиров, существует строгая корреляция между вязкостью при растяжении и вязкостью при сдвиге этих обычных термопластичных материалов и их смесей. Таким образом, формуемость материала может быть просто определена по вязкости расплава при сдвиге, даже если формуемость является свойством, контролируемым, главным образом, вязкостью расплава при растяжении. Эта корреляция является вполне надежной, так что в промышленности по производству волокон при выборе и составлении рецептуры материалов, формуемых из расплава, полагаются на вязкость расплава при сдвиге. Вязкость расплава при растяжении редко используют в качестве средства отбора в промышленности. For conventional thermoplastics used to form fibers, such as polyolefins, polyamides and polyesters, there is a strong correlation between tensile and shear viscosity of these conventional thermoplastic materials and mixtures thereof. Thus, the formability of the material can simply be determined by shear melt viscosity, even if formability is a property controlled mainly by the melt viscosity in tension. This correlation is quite reliable, so that in the fiber industry, the selection and formulation of melt-formed materials rely on shear viscosity of the melt. Tensile melt viscosity is rarely used as a means of selection in industry.
Следовательно, как неожиданно обнаружено, крахмальные композиции согласно настоящему изобретению необязательно показывают такую корреляцию между вязкостями при сдвиге и растяжении. В данном случае крахмальные композиции показывают режим потока расплава, типичный для неньютоновской текучей среды, и как таковые проявляют деформационное отверждение, т.е. вязкость при растяжении увеличивается с увеличением растяжения или деформации. Therefore, as unexpectedly discovered, the starch compositions of the present invention do not necessarily show such a correlation between shear and tensile viscosities. In this case, starch compositions show a melt flow regime typical of a non-Newtonian fluid, and as such exhibit strain curing, i.e. tensile viscosity increases with increasing tensile or deformation.
Например, когда к крахмальной композиции добавлен высокомолекулярный полимер, выбранный согласно настоящему изобретению, вязкость композиции при сдвиге остается сравнительно неизменившейся или даже немного уменьшается. Исходя из обычного здравого смысла, следовало бы предполагать пониженную способность крахмальной композиции к переработке в расплаве и не предполагать ее пригодность для процессов с растяжением расплава. Однако, как неожиданно оказалось, крахмальная композиция в данном случае показывает значительное увеличение вязкости при растяжении, когда добавлено даже небольшое количество высокомолекулярного полимера. Следовательно, крахмальная композиция в данном случае, как оказалось, имеет увеличенную вязкость при растяжении и пригодна для процессов с растяжением расплава, особенно для процессов формования с вытягиванием потоком газа, спрядения и электроформования. For example, when a high molecular weight polymer selected according to the present invention is added to the starch composition, the shear viscosity of the composition remains relatively unchanged or even slightly reduced. Based on ordinary common sense, one should assume a reduced ability of the starch composition to process in the melt and not suggest its suitability for processes with stretching the melt. However, as it turned out unexpectedly, the starch composition in this case shows a significant increase in tensile viscosity when even a small amount of high molecular weight polymer is added. Therefore, the starch composition in this case, as it turned out, has an increased tensile viscosity and is suitable for processes with stretching of the melt, especially for processes of molding with the pulling of a gas stream, spun and electrospinning.
Крахмальная композиция, которая имеет вязкость при сдвиге, измеренную по нижеописанному методу испытания, меньше, чем около 30 Паскаль-секунда (Па•с), конкретнее - от около 0,1 Па•с до около 10 Па•с, подходит для описанных здесь процессов вытягивания из расплава. В данном случае некоторые крахмальные композиции могут иметь низкую вязкость расплава, так что их можно перемешивать, транспортировать или иначе обрабатывать в традиционном оборудовании для переработки полимеров, обычно используемом для вязких текучих сред, как, например, в стационарной мешалке, оснащенной дозирующим насосом и фильерой. Вязкость крахмальной композиции при сдвиге может быть эффективно изменена посредством молекулярной массы и молекулярно-массового распределения крахмала, молекулярной массы высокомолекулярного полимера и количества используемых пластификаторов и/или растворителей. Считается, что уменьшение средней молекулярной массы крахмала является эффективным способом понижения вязкости композиции при сдвиге. A starch composition that has a shear viscosity measured by the test method described below is less than about 30 Pascal second (Pa • s), more specifically from about 0.1 Pa • s to about 10 Pa • s, suitable for those described here processes of drawing out of the melt. In this case, some starch compositions may have a low melt viscosity, so that they can be mixed, transported or otherwise processed in traditional polymer processing equipment commonly used for viscous fluids, such as in a stationary mixer equipped with a metering pump and die. The shear viscosity of the starch composition can be effectively changed by the molecular weight and molecular weight distribution of starch, the molecular weight of the high molecular weight polymer and the amount of plasticizers and / or solvents used. It is believed that reducing the average molecular weight of starch is an effective way to lower the shear viscosity of the composition.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения крахмальные композиции, способные перерабатываться в расплаве, имеют вязкость при растяжении в пределах от около 50 Па•с до около 20000 Па•с, конкретнее - от около 100 Па•с до около 15000 Па•с, более конкретнее - от около 200 Па•с до около 10000 Па•с, еще более конкретнее - от около 300 Па•с до около 5000 Па•с и даже еще более конкретнее - от около 500 Па•с до около 3500 Па•с при определенной температуре. Вязкость при растяжении вычисляется по методу, изложенному ниже в разделе "Методы испытания". In one embodiment of the present invention, melt-processed starch compositions have a tensile viscosity ranging from about 50 Pa • s to about 20,000 Pa • s, more specifically from about 100 Pa • s to about 15,000 Pa • s, more specifically - from about 200 Pa • s to about 10,000 Pa • s, more specifically from about 300 Pa • s to about 5000 Pa • s and even more specifically from about 500 Pa • s to about 3,500 Pa • s temperature. Tensile viscosity is calculated by the method described in the Test Methods section below.
На реологические свойства крахмальной композиции (включая и вязкость при растяжении) могут влиять многие факторы. В число таких факторов входят, но не ограничиваются ими: количество и тип используемых полимерных компонентов, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение компонентов, включая крахмал и высокомолекулярные полимеры, содержание амилозы в крахмале, количество и тип добавок (например, пластификаторов, разбавителей, веществ для улучшения технологических свойств), вид переработки (например, формование с вытягиванием потоком газа или электроформование) и условия переработки, как, например, температура, давление, скорость деформации и относительная влажность, а в случае неньютоновских веществ - и деформационная предыстория (т. е. изменение деформации во времени). Некоторые материалы могут быть деформационно-отверждающимися, т. е. их вязкость при растяжении увеличивается с увеличением деформации. Это, по-видимому, вызвано растяжением переплетенной полимерной сетки. Если снять напряжение с материала, то растянутая переплетенная полимерная сетка расслабляется до более низкого уровня деформации в зависимости от константы времени релаксации, которая является функцией температуры, молекулярной массы полимера, концентрации растворителя или пластификатора и других факторов. The rheological properties of the starch composition (including tensile viscosity) can be influenced by many factors. These factors include, but are not limited to: the amount and type of polymer components used, molecular weight and molecular weight distribution of components, including starch and high molecular weight polymers, amylose content in starch, amount and type of additives (e.g. plasticizers, diluents, substances to improve technological properties), the type of processing (for example, molding by drawing a stream of gas or electroforming) and processing conditions, such as temperature, pressure, strain rate and relative humidity, and, in the case of non-Newtonian materials - prehistory and deformation (ie, the time variation of deformation..). Some materials may be strain-hardening, i.e., their tensile viscosity increases with increasing strain. This is apparently caused by the stretching of an intertwined polymer network. If the stress is removed from the material, then the stretched twisted polymer network relaxes to a lower level of deformation depending on the relaxation time constant, which is a function of temperature, the molecular weight of the polymer, the concentration of solvent or plasticizer, and other factors.
Присутствие и свойства высокомолекулярных полимеров могут иметь значительное влияние на вязкость крахмальной композиции при растяжении. Высокомолекулярными полимерами, применимыми для увеличения растяжимости расплава крахмальной композиции, используемой при настоящем изобретении, обычно являются по существу линейные полимеры с высокой молекулярной массой. Кроме того, высокомолекулярные полимеры, которые по существу совместимы с крахмалом, являются наиболее эффективными полимерами для увеличения растяжимости расплава крахмальной композиции. The presence and properties of high molecular weight polymers can have a significant effect on the viscosity of the starch composition in tension. High molecular weight polymers useful for increasing the melt extensibility of the starch composition used in the present invention are typically substantially linear high molecular weight polymers. In addition, high molecular weight polymers that are substantially compatible with starch are the most effective polymers for increasing the melt extensibility of a starch composition.
Как оказалось, крахмальные композиции, применимые для процессов с растяжением расплава, обычно увеличивают свою вязкость при растяжении, по меньшей мере, в 10 раз при добавлении в композицию выбранного высокомолекулярного полимера. Обычно крахмальные композиции при добавлении в них выбранного высокомолекулярного полимера увеличивают свою вязкость при растяжении в около 10 - около 500 раз, конкретнее - в около 20 - около 300 раз и еще конкретнее - в около 30 - около 100 раз. Чем больше количество высокомолекулярного полимера, тем больше увеличивается вязкость при растяжении. Высокомолекулярный полимер можно добавлять для регулирования вязкости при растяжении до величины 200-2000 Па•с при деформации по Хенки, равной 6. Например, в крахмальную композицию может быть в количестве 0,001%-0,1% добавлен полиакриламид, имеющий молекулярную массу (ММ) от 1 миллиона до 15 миллионов. As it turned out, starch compositions suitable for melt stretching processes typically increase their tensile viscosity by at least 10 times when a selected high molecular weight polymer is added to the composition. Typically, starch compositions, when a selected high molecular weight polymer is added to them, increase their tensile viscosity by about 10 - about 500 times, more specifically, by about 20 - about 300 times, and even more specifically - by about 30 - about 100 times. The greater the amount of high molecular weight polymer, the greater the increase in tensile viscosity. A high molecular weight polymer can be added to control tensile viscosity up to 200-2000 Pa • s with a Henki strain of 6. For example, polyacrylamide having a molecular weight (MM) of 0.001% -0.1% may be added to the starch composition from 1 million to 15 million.
На вязкость крахмальной композиции при растяжении могут также влиять вид и количество применяемого крахмала. В общем, с уменьшением содержания амилозы в крахмале увеличивается вязкость при растяжении. Кроме того, с увеличением молекулярной массы крахмала в вышеописанных пределах, в общем, увеличивается и вязкость при растяжении. Наконец, с увеличением количества крахмала в композициях, в общем, увеличивается вязкость при растяжении. (Наоборот, с увеличением количества добавки в композициях, в общем, уменьшается вязкость при растяжении). The tensile starch composition can also be affected by the type and amount of starch used. In general, as the amylose content of starch decreases, the tensile viscosity increases. In addition, with an increase in the molecular weight of starch in the above ranges, in general, tensile viscosity also increases. Finally, with an increase in the amount of starch in the compositions, in general, tensile viscosity increases. (On the contrary, with an increase in the amount of additive in the compositions, in general, the tensile viscosity decreases).
Температура крахмальной композиции может значительно влиять на вязкость крахмальной композиции при растяжении. Для целей настоящего изобретения могут быть использованы все обычные средства регулирования температуры крахмальной композиции, если они подходят для применения с данным процессом. Например, при вариантах воплощения изобретения, при которых крахмальные волокна изготавливают продавливанием через фильеру, температура фильеры может иметь значительное влияние на вязкость при растяжении у крахмальных композиций, продавливаемых через нее. Температура крахмальной композиции может составлять от около 20oС до около 180oС, конкретнее -от около 20oС до около 90oС и более конкретнее - от около 50oС до около 80oС. Следует учесть, что присутствие или отсутствие твердых частиц в крахмальной композиции может влиять на ее необходимую температуру. Для характеристики режима потока при растяжении можно использовать отношение Траутона. Отношение Траутона определяется как отношение между вязкостью при растяжении (ηe) и вязкостью при сдвиге (ηs):
Tr = ηe(ε•, t)/ηs
где вязкость при растяжении (ηe) зависит от скорости деформации (ε•) и времени (t). Для ньютоновской текучей среды отношение Траутона при одноосном растяжении имеет постоянную величину, равную 3. Для неньютоновской текучей среды, как, например, в данном случае крахмальных композиций, вязкость при растяжении зависит от скорости деформации (ε•) и времени (t). Как было также установлено, композиции согласно настоящему изобретению, способные к переработке в расплаве, обычно имеют отношение Траутона, равное, по меньшей мере, 3. При измерении при температуре переработки и скорости растяжения 700 с-1 отношение Траутона при деформации по Хенки, равной 6, обычно составляет от около 10 до около 5000, конкретнее - от около 20 до около 1000 и более конкретнее - от около 30 до около 500.The temperature of the starch composition can significantly affect the viscosity of the starch composition in tension. For the purposes of the present invention, all conventional means for controlling the temperature of the starch composition can be used if they are suitable for use with this process. For example, in embodiments of the invention in which starch fibers are made by extrusion through a die, the temperature of the die can have a significant effect on the tensile viscosity of starch compositions extruded through it. The temperature of the starch composition may be from about 20 o C to about 180 o C, more specifically from about 20 o C to about 90 o C and more specifically from about 50 o C to about 80 o C. It should be noted that the presence or absence particulate matter in a starch composition may affect its required temperature. To characterize the flow regime under tension, the Trauton ratio can be used. The Trauton ratio is defined as the ratio between the tensile viscosity (η e ) and the shear viscosity (η s ):
Tr = η e (ε • , t) / η s
where the tensile viscosity (η e ) depends on the strain rate (ε • ) and time (t). For a Newtonian fluid, the Trauton ratio under uniaxial tension has a constant value of 3. For a non-Newtonian fluid, as, for example, in this case of starch compositions, the tensile viscosity depends on the strain rate (ε • ) and time (t). It has also been found that melt-processing compositions of the present invention typically have a Trauton ratio of at least 3. When measured at a processing temperature and a tensile speed of 700 s −1 , the Trauton ratio for a Henki strain of 6 usually ranges from about 10 to about 5000, more specifically from about 20 to about 1000, and more specifically, from about 30 to about 500.
Кроме того, как установлено заявителями, в вариантах воплощения изобретения, в которых крахмальные нити изготавливают продавливанием через фильеру, капиллярное число (Са) крахмальной композиции, когда она проходит через фильеру, имеет важное значение для способности расплава к переработке. Капиллярное число - это число, выражающее собой отношение сил внутреннего трения в текучей среде к силам поверхностного натяжения. Если силы внутреннего трения не намного больше, чем силы поверхностного натяжения, то вблизи выхода фильеры струйка жидкости будет разбиваться на капли, что обычно называют "распылением". Капиллярное число вычисляют по следующему уравнению:
Ca = (ηs•Q)/(π•r2•σ)
где (ηs) - вязкость при сдвиге в паскаль-секундах, измеренная при скорости сдвига 3000 с-1; Q - объемный расход жидкости через капиллярную фильеру в м3/с; r - радиус капиллярной фильеры в метрах (для некруглых отверстий может быть использован эквивалентный диаметр/радиус); и σ - поверхностное натяжение жидкости в ньютонах на метр.In addition, as established by the applicants, in embodiments of the invention in which starch filaments are made by extrusion through a die, the capillary number (Ca) of the starch composition when it passes through the die is important for the melt processability. A capillary number is a number expressing the ratio of the forces of internal friction in a fluid to the forces of surface tension. If the forces of internal friction are not much greater than the forces of surface tension, then near the exit of the die the trickle of liquid will break into drops, which is usually called "spraying". The capillary number is calculated by the following equation:
Ca = (η s • Q) / (π • r 2 • σ)
where (η s ) is the shear viscosity in pascal seconds measured at a shear rate of 3000 s -1 ; Q is the volumetric flow rate of the fluid through the capillary die in m 3 / s; r is the radius of the capillary die in meters (for non-circular holes, an equivalent diameter / radius can be used); and σ is the surface tension of the fluid in newtons per meter.
Поскольку, как описывалось выше, капиллярное число связано с вязкостью при сдвиге, то на него подобным же образом влияют те же самые факторы, которые влияют на вязкость при сдвиге. Используемый здесь термин "характеристическое" в связи с капиллярным числом указывает на то, что на свойства крахмальной композиции не влияют внешние факторы, как, например, присутствие электрического поля. Термин "эффективное" указывает на то, что на свойства крахмальной композиции влияют внешние факторы, как, например, присутствие электрического поля. Since, as described above, the capillary number is related to shear viscosity, it is similarly affected by the same factors that affect shear viscosity. As used herein, the term “characteristic” in connection with a capillary number indicates that external factors, such as, for example, the presence of an electric field, do not affect the properties of the starch composition. The term "effective" indicates that external factors, such as, for example, the presence of an electric field, influence the properties of a starch composition.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения крахмальные композиции, способные к переработке в расплаве, при прохождении через фильеру имеют характеристическое капиллярное число, равное, по меньшей мере, 0,01, и эффективное капиллярное число, равное, по меньшей мере, 1,0 При отсутствии электрического поля капиллярное число должно быть больше, чем 1, для стабильности и предпочтительно больше чем 5, для большой стабильности формуемой нити. При наличии электрического поля отталкивание зарядов противодействует влиянию поверхностного натяжения, так что характеристическое капиллярное число, измеренное без присутствующего электрического заряда, может быть меньше, чем 1. Когда к формуемой нити приложен электрический потенциал, эффективное поверхностное натяжение уменьшается, а эффективное капиллярное число увеличивается на основании нижеследующих уравнений. In one embodiment of the present invention, starch compositions capable of melt processing, when passing through a die, have a characteristic capillary number of at least 0.01 and an effective capillary number of at least 1.0 in the absence of the electric field, the capillary number should be greater than 1, for stability, and preferably greater than 5, for greater stability of the spinning thread. In the presence of an electric field, the repulsion of charges counteracts the influence of surface tension, so that the characteristic capillary number, measured without the presence of an electric charge, can be less than 1. When an electric potential is applied to the formed filament, the effective surface tension decreases and the effective capillary number increases based the following equations.
Хотя капиллярное число может быть выражено в различных формах, характерным уравнением, которое может быть использовано для определения характеристического капиллярного числа, является:
Cainherent = ηs•ν/σ,
где Cainherent - характеристическое капиллярное число;
ηs - вязкость жидкости при сдвиге;
v - линейная скорость жидкости;
σ - поверхностное натяжение жидкости.Although the capillary number can be expressed in various forms, the characteristic equation that can be used to determine the characteristic capillary number is:
Ca inherent = η s • ν / σ,
where Ca inherent is the characteristic capillary number;
η s — shear fluid viscosity;
v is the linear velocity of the fluid;
σ is the surface tension of the liquid.
Характерный образец, подходящий для настоящего изобретения, имел следующие состав и свойства. A representative sample suitable for the present invention had the following composition and properties.
Состав
Чистая камедь 59 от "Нэшнл стач инк." - 40,00%
Деионизированная вода - 59,99%
"Сьюперфлок" N-300 LMW от "Сайтек" (высокомолекулярный полиакриламид) - 0,01%
Рабочая температура - 49oС
Вязкость при скорости сдвига 3000 с-1 - 0,1 Па•с
Диаметр сопла - 0,0254 см
Линейная скорость - 0,236 м/с
Характеристическое поверхностное натяжение - 72 дин/см
Как доказано опытным путем, при отсутствии воздействия электрического заряда на жидкость этот материал будет течь через наконечник фильеры о образованием небольших капель и затем падать под действием силы тяжести в виде отдельных капель. С увеличением воздействия электрического потенциала на систему капли становятся меньше по размеру и начинают ускоряться по направлению к заземляющему устройству. Когда электрический потенциал (25 киловольт для этого образца) достигает критической величины, на наконечнике фильеры уже не образуется капля и из него выдавливается небольшое непрерывное волокно. Таким образом, приложенный электрический потенциал теперь преодолевает силы поверхностного натяжения, устраняя режим работы с нарушением капиллярности. Эффективное капиллярное число теперь больше, чем 1. При лабораторных экспериментах, проводившихся с описанными раствором и экспериментальной установкой, были получены по существу непрерывные волокна. Волокна собирали на находящейся под разрежением сетке в виде волокнистого мата. Анализ посредством оптической микроскопии показал, что волокна были непрерывными и имели диаметр в пределах от 3 до 5 микрон.Composition
Pure Gum 59 from National Stack Inc. - 40.00%
Deionized Water - 59.99%
Superflock N-300 LMW from Saytayk (high molecular weight polyacrylamide) - 0.01%
Operating temperature - 49 o C
Viscosity at a shear rate of 3000 s -1 - 0.1 Pa • s
Nozzle diameter - 0.0254 cm
Line speed - 0.236 m / s
Characteristic surface tension - 72 dyne / cm
As proven experimentally, in the absence of the influence of an electric charge on the liquid, this material will flow through the tip of the die to form small drops and then fall under the action of gravity in the form of separate drops. With an increase in the effect of the electric potential on the system, the droplets become smaller in size and begin to accelerate towards the grounding device. When the electric potential (25 kilovolts for this sample) reaches a critical value, a drop no longer forms on the die tip and a small continuous fiber is squeezed out of it. Thus, the applied electric potential now overcomes the surface tension forces, eliminating the capillarity violation mode of operation. The effective capillary number is now greater than 1. In laboratory experiments conducted with the described solution and experimental setup, substantially continuous fibers were obtained. The fibers were collected on a rarefied mesh in the form of a fiber mat. Analysis by optical microscopy showed that the fibers were continuous and had a diameter in the range of 3 to 5 microns.
При некоторых вариантах воплощения изобретения характеристическое капиллярное число может быть равным, по меньшей мере, 1, конкретнее - от 1 до 100, еще конкретнее - от около 3 до около 50, и даже еще более конкретнее - от около 5 до около 30. In some embodiments, the characteristic capillary number may be at least 1, more specifically from 1 to 100, more specifically from about 3 to about 50, and even more specifically from about 5 to about 30.
В данном случае крахмальную композицию перерабатывают в текучем состоянии, которое обычно имеет место при температуре, по меньшей мере, равной или большей, чем ее "температура плавления". Следовательно, интервал температур переработки определяется "температурой плавления крахмальной композиции, которую измеряют по методу испытания, подробно описанному здесь. В данном случае температура плавления крахмальной композиции составляет от около 20oС до около 180oС, конкретнее - от около 30oС до около 130oС и еще конкретнее - от около 50oС до около 90oС. Температура плавления крахмальной композиции является функцией содержания амилозы в крахмале (при большем содержании амилозы требуется более высокая температура плавления), содержания воды, содержания пластификатора и типа пластификатора.In this case, the starch composition is processed in a fluid state, which usually occurs at a temperature at least equal to or greater than its "melting point". Therefore, the processing temperature range is determined by the "melting temperature of the starch composition, which is measured by the test method described in detail here. In this case, the melting temperature of the starch composition is from about 20 o C to about 180 o C, more specifically from about 30 o C to about 130 ° C., and even more specifically, from about 50 ° C. to about 90 ° C. The melting temperature of the starch composition is a function of the amylose content of starch (with a higher amylose content, a higher melting temperature is required), containing water, plasticizer content and type of plasticizer.
Примерными способами двухосного растяжения, пригодными для использования с крахмальными композициями, являются формование из расплава, формование из расплава с вытягиванием потоком газа и спрядение. Эти способы подробно описаны в патенте США 4064605, выданном 27 декабря 1977 г. на имя Акияма и др., патенте США 4418026, выданном 29 ноября 1883 г. на имя Блэкки и др., патенте США 4855179, выданном 8 августа 1989 г. на имя Баурлэнда и др., патенте США 4909976, выданном 20 марта 1990 г. на имя Кьюкуло и др., патенте США 5145631, выданном 8 сентября 1992 г. на имя Джезика и др., патенте США 5516815, выданном 14 мая 1996 г. на имя Бьюлера и др., и патенте США 5342335, выданном 30 августа 1994 г. на имя Рима и др., при этом описания всех вышеуказанных патентов инкорпорированы здесь путем отсылки. Exemplary biaxial stretching methods suitable for use with starch compositions are melt spinning, melt spinning and gas spinning. These methods are described in detail in US patent 4064605, issued December 27, 1977 in the name of Akiyama and others, US patent 4418026, issued November 29, 1883 in the name of Blackie and others, US patent 4855179, issued August 8, 1989 on the name of Baurland et al., U.S. Patent No. 4,909,976, issued March 20, 1990 to Cuculo et al., US Pat. in the name of Bühler et al. and US Pat.
На фиг. 7, 8 и 9 схематически показано устройство 10 для производства крахмальных нитей, пригодных для гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению. Устройство 10 может представлять собой, например, одночервячный или двухчервячный экструдер, насос вытесняющего действия или их сочетание, известные из уровня техники. Раствор крахмала может иметь общее содержание воды, т. е. гидратной воды плюс добавленной воды в пределах от около 5% до около 80%, а конкретнее - в пределах от около 10% до около 60% по отношению к общему весу крахмального материала. Крахмальный материал нагревают до повышенных температур, достаточных для образования псевдотермопластичного расплава. Такая температура обычно выше, чем температура стеклования и/или расплавления формованного материала. Как известно из уровня техники, псевдотермопластичные расплавы согласно настоящему изобретению являются полимерными жидкостями, вязкость которых зависит от скорости сдвига. Вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига, а также с повышением температуры. In FIG. 7, 8, and 9 schematically show an
Для превращения крахмального материала в псевдотермопластичный расплав крахмальный материал можно нагревать в замкнутом объеме при наличии низкой концентрации воды. Замкнутым объемом может быть закрытый сосуд или объем, создаваемый уплотняющим действием подаваемого материала, как это имеет место в червяке экструзионного оборудования. Давления, создаваемые в закрытом сосуде, будут представлять собой сумму из давления водяного пара и давления, возникающего вследствие сжатия материалов в червячном цилиндре экструдера. To convert starch material into a pseudo-thermoplastic melt, the starch material can be heated in a confined space in the presence of a low concentration of water. The enclosed volume may be a closed vessel or a volume created by the sealing action of the feed material, as is the case in the worm of extrusion equipment. The pressures generated in the closed vessel will be the sum of the water vapor pressure and the pressure resulting from the compression of materials in the worm cylinder of the extruder.
Для уменьшения вязкости псевдотермопластичного расплава может быть использован катализатор разрыва цепей, который уменьшает молекулярную массу посредством разрыва глюкозидных связей в макромолекулах крахмала, что приводит к уменьшению средней молекулярной массы крахмала. В число подходящих катализаторов входят неорганические и органические кислоты. В число подходящих неорганических кислот входят соляная кислота, серная кислота, азотная кислота, фосфорная кислота и борная кислота, а также кислые соли многоосновных кислот, например NaHSO4 или NaH2PO4 и т.д. В число подходящих органических кислот входят муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, молочная кислота, гликолевая кислота, щавелевая кислота, лимонная кислота, винная кислота, итаконовая кислота, янтарная кислота и другие органические кислоты, известные из уровня техники, включая кислые соли многоосновных кислот. При настоящем изобретении могут быть с пользой применены соляная кислота, серная кислота и лимонная кислота, включая их смеси.To reduce the viscosity of the pseudo-thermoplastic melt, a chain breaking catalyst can be used that reduces molecular weight by breaking glucosidic bonds in starch macromolecules, which leads to a decrease in the average molecular weight of starch. Suitable catalysts include inorganic and organic acids. Suitable inorganic acids include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid and boric acid, as well as acid salts of polybasic acids, for example NaHSO 4 or NaH 2 PO 4 , etc. Suitable organic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, lactic acid, glycolic acid, oxalic acid, citric acid, tartaric acid, itaconic acid, succinic acid and other organic acids known in the art, including acidic salts of polybasic acids. In the present invention, hydrochloric acid, sulfuric acid and citric acid, including mixtures thereof, can be advantageously used.
Уменьшение молекулярной массы используемого немодифицированного крахмала может быть в около 2-5000 раз и конкретнее - в 4-4000 раз. Концентрация катализатором составляет 10-6-10-2 моля катализатора на моль ангидро-глюкозной единицы и конкретнее - между 0,1•10-3-5•10-3 моля катализатора на моль ангидро-глюкозной единицы крахмала.The decrease in molecular weight of unmodified starch used can be about 2-5000 times and more specifically, 4-4000 times. The concentration of the catalyst is 10 -6 -10 -2 moles of the catalyst per mole of anhydro-glucose units and more specifically between 0.1 • 10 -3 -5 • 10 -3 moles of the catalyst per mole of anhydro-glucose starch units.
На фиг.7 крахмальная композиция подается в устройство 10 для производства электроформованием крахмальных нитей, используемых при изготовлении гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению. Устройство 10 содержит корпус 11, сконструированный и выполненный для приема (стрелка А) крахмальной композиции 17, которая может находиться в нем и выдавливаться (стрелка Д) в крахмальные нити 17а через отверстие 14 фильеры 13. Может быть предусмотрена кольцевая полость 12 для циркуляции (стрелки В и С) нагревательной текучей среды, которая нагревает крахмальную композицию до желаемой температуры. Для нагрева крахмальной композиции могут быть использованы другие нагревательные средства, известные из уровня техники, - как, например, те, в которых применяется электронагрев, импульсное сгорание, нагрев водой или паром и т.д. 7, a starch composition is supplied to an
Электрическое поле может быть приложено непосредственно к раствору крахмала, например, через электрически заряженный щуп, или к корпусу 11, и/или фильере 13. При желании формующий элемент 200 может быть электрически заряжен электрическим зарядом, противоположным заряду выдавливаемых крахмальных нитей. С другой стороны, формующий элемент может быть заземлен. Разность электрических потенциалов может быть от 5 кВ до 60 кВ и конкретнее - от 20 кВ до 40 кВ. The electric field can be applied directly to the starch solution, for example, through an electrically charged probe, or to the
Затем множество выдавленных крахмальных нитей может быть осаждено на формующий элемент 200, движущийся в продольном направлении ПН на определенном расстоянии от устройства 10. Это расстояние должно быть достаточным для возможности вытягивания и затем сушки крахмальных нитей и в то же самое время для возможности поддержания разности потенциалов между крахмальными нитями, выходящими из выпускного отверстия 14, и формующим элементом 200. С этой целью к множеству крахмальных нитей может быть подведен поток высушивающего воздуха для поворота под углом множества крахмальных нитей. Это позволило бы поддерживать минимальное расстояние между выпускным отверстием 14 и формующим элементом 200 в целях сохранения разности потенциалов между ними и в то же самое время свести к минимуму длину части нитей между выпускным отверстием и формующим элементом 200 в целях эффективной сушки нитей. При такой компоновке формующий элемент 200 может быть расположен под углом к направлению элементарных нитей, когда они выходят из выпускного отверстия 14 (стрелка D на фиг.7). Then, a plurality of extruded starch filaments can be deposited on the forming
По выбору вместе с электростатической силой может быть использован воздух для вытягивания нитей, создающий вытягивающую силу для утончения или вытягивания крахмальных нитей перед их осаждением на формующий элемент 200. На фиг.7а схематически показан примерный вариант выполнения фильеры, снабженной одним кольцевым отверстием 15, охватывающим выпускное отверстие 14, и тремя другими отверстиями, равномерно расположенными с интервалом в 120o вокруг выпускного отверстия 14, которые предназначены для подачи воздуха для вытягивания нитей. Конечно, при настоящем изобретении возможны другие способы подачи воздуха для вытягивания нитей, известные из уровня техники.Optionally, air can be used along with the electrostatic force to draw the filaments, creating a pulling force to thin or stretch the starch filaments before they are deposited on the forming
Согласно настоящему изобретению крахмальные нити могут иметь размер в пределах от около 0,01 децитекс до около 135 децитекс, конкретнее - от около 0,02 децитекс до около 30 децитекс и еще конкретнее - от около 0,02 децитекс до около 5 децитекс. Крахмальные нити могут иметь различные формы поперечного сечения, включая, но не ограничиваясь ими, круглую, овальную, прямоугольную, треугольную, шестиугольную, крестообразную, звездообразную, неправильную и их любые сочетания. Как понятно специалисту в этой области, такие разнообразные формы могут быть образованы посредством разных форм выпускных отверстий фильеры, используемых для изготовления крахмальных нитей. According to the present invention, starch filaments can have a size in the range of from about 0.01 decitex to about 135 decitex, more specifically from about 0.02 decitex to about 30 decitex, and even more specifically from about 0.02 decitex to about 5 decitex. Starch filaments can have various cross-sectional shapes, including, but not limited to, round, oval, rectangular, triangular, hexagonal, cross-shaped, star-shaped, irregular, and any combination thereof. As one of ordinary skill in the art understands, such diverse shapes can be formed by means of different shapes of the die outlets used to make starch filaments.
На фиг. 10 схематически показаны, но не ограничиваются ими, некоторые возможные формы площади поперечного сечения крахмальных нитей. Площадь поперечного сечения крахмальной нити - это площадь, перпендикулярная к главной оси крахмальной нити и очерченная периметром, образованным наружной поверхностью крахмальной нити в плоскости поперечного сечения. Считают, что чем больше площадь поверхности крахмальной нити (на единицу ее длины или веса), тем больше непрозрачность гибкой структуры 10, содержащей крахмальные нити. Поэтому считают, что максимальное увеличение площади поверхности крахмальных нитей посредством увеличения их эквивалентного диаметра может быть полезным для увеличения непрозрачности получаемой гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению. Один способ увеличения эквивалентного диаметра крахмальных нитей заключается в формовании крахмальных нитей, имеющих некруглые, многогранные формы поперечного сечения. In FIG. 10 schematically shows, but is not limited to, some possible cross-sectional shapes of starch filaments. The cross-sectional area of a starch filament is the area perpendicular to the main axis of the starch filament and outlined by the perimeter formed by the outer surface of the starch filament in the plane of the cross section. It is believed that the larger the surface area of the starch filament (per unit of length or weight), the greater the opacity of the
Кроме того, крахмальные нити не должны иметь равномерную толщину и/или площадь поперечного сечения по всей длине нити или ее части. Например, на фиг.10 схематически показан отрезок крахмальной нити, имеющей разную площадь поперечного сечения по своей длине. Такие разные площади поперечного сечения могут быть созданы, например, изменением давления в фильере или изменением, по меньшей мере, одного из параметров (как, например, скорости, направления и т. д.) воздуха для вытягивания нитей или высушивающего воздуха в процессе формования из расплава с вытягиванием потоком газа или в комбинированном процессе формования с вытягиванием потоком газа и электроформования. In addition, starch filaments should not have a uniform thickness and / or cross-sectional area along the entire length of the filament or its part. For example, figure 10 schematically shows a segment of a starch filament having a different cross-sectional area along its length. Such different cross-sectional areas can be created, for example, by changing the pressure in the die or by changing at least one of the parameters (such as, for example, speed, direction, etc.) of the air for drawing the filaments or drying air during molding from melt with drawing by a gas stream or in a combined molding process with drawing by a gas stream and electrospinning.
Некоторые крахмальные нити могут иметь "надрезы", расположенные с определенными интервалами по длине нити или ее части. Считают, что такие изменения в площади поперечного сечения крахмальных нитей по длине нити способствуют гибкости нитей, улучшают способность нитей к взаимному спутыванию в изготавливаемую гибкую структуру 100 и положительно влияют на мягкость и гибкость получаемой гибкой структуры 100. Надрезы или другие полезные неровности в крахмальных нитях могут быть образованы соприкосновением крахмальных нитей с поверхностью, имеющей острые края или выступы, как это описано ниже. Some starch filaments may have “notches” located at certain intervals along the length of the filament or part thereof. It is believed that such changes in the cross-sectional area of starchy filaments along the length of the filament contribute to the flexibility of the filaments, improve the ability of the filaments to tangle into the fabricated
Следующей стадией способа является образование формующего элемента 200. Формующий элемент 200 может быть выполнен в виде цилиндра с рифленой поверхностью (не показан) или другого рифленого элемента, как, например, ремня или ленты. Формующий элемент 200 имеет соприкасающуюся с нитями сторону 201 и заднюю сторону 202, противоположную соприкасающейся с нитями стороне 201. Под действием перепада давления текучей среды (например, разрежения, которое может присутствовать под лентой или внутри цилиндра) крахмальные нити могут вдавливаться в рельеф формующего элемента с образованием различимых областей в изготавливаемой гибкой структуре. The next stage of the method is the formation of the forming
В процессе изготовления структуры 100 согласно настоящему изобретению крахмальные нити осаждаются на соприкасающуюся с нитями сторону 201. Вторая сторона 202 обычно соприкасается с оборудованием, как, например, опорными роликами, направляющими роликами, устройством для создания разрежения и т.д. , требующимися в соответствии с определенным процессом. Соприкасающаяся с нитями сторона 201 имеет трехмерный рельеф из выступов и/или впадин. Обычно (хотя и необязательно) этот рельеф является небеспорядочным и повторяющимся. Этот трехмерный рельеф, соприкасающийся с нитями стороны 201, может содержать по существу непрерывный рельеф (фиг.4), по существу полунепрерывный рельеф (фиг.5), рельеф, содержащий множество отдельных выступов (фиг.5) или их любых сочетаний. Когда множество крахмальных нитей осаждается на соприкасающуюся с нитями сторону 201 формующего элемента 200, множество гибких крахмальных нитей, по меньшей мере, частично приспосабливаются к формующему рельефу формующего элемента 200. In the manufacturing process of the
Формующий элемент 200 может представлять собой ремень или ленту, которая макроскопически является моноплоскостной, когда лежит в плоскости отсчета Х-У, при этом Z - направление перпендикулярно к плоскости Х-У. Кроме того, гибкая структура 100 может считаться как макроскопически одноплоскостная и лежащая в плоскости, параллельной плоскости Х-У. Перпендикулярно к плоскости Х-У находится Z - направление, по которому определяется толщина гибкой структуры 100 или высота различных областей формующего элемента 200 или гибкой структуры
100.The forming
100.
При желании формующий элемент 200, содержащий ленту, может быть выполнен в виде прессового сукна. Подходящее прессовое сукно для использования согласно настоящему изобретению может быть изготовлено в соответствии с техническими решениями в патентах США 5549790, выданном 27 августа 1996 г. на имя Фэна; 5556509, выданном 17 сентября 1996 г. на имя Трокхана и др.; 5580423, выданном 3 декабря 1996 г. на имя Ампулски и др.; 5609725, выданном 11 марта 1997 г. на имя Фэна; 5629052, выданном 13 мая 1997 г. на имя Трокхана и др.; 5637194, выданном 10 июня 1997 г. на имя Ампулски и др.; 5674663, выданном 7 октября 1997 г. на имя Мак-Фарлэнда и др,; 5693187, выданном 2 декабря 1997 г. на имя Ампулски и др.; 5709775, выданном 20 января 1998 г. на имя Трокхана и др.; 5776307, выданном 7 июля 1998 г. на имя Ампулски и др.; 5795440, выданном 18 августа 1998 г. на имя Ампулски и др.; 5814190, выданном 29 сентября 1998 г. на имя Фэна; 5817377, выданном 6 октября 1998 г. на имя Трокхана и др.; 5846379, выданном 8 декабря 1998 г. на имя Ампулски и др.; 5855739, выданном 5 января 1999 г. на имя Ампулски др. и 5861082, выданном 19 января 1999 г. на имя Ампулски др., описания которых инкорпорированы здесь путем отсылки. В другом варианте воплощения изобретения формующий элемент 200 может быть выполнен в виде прессового сукна в соответствии с техническими решениями в патенте США 5569358, выданном 29 октября 1996 г. на имя Камерона. If desired, the forming
Согласно одному основному варианту выполнения формующего элемента 200, он содержит полимерную основу 210, соединенную с усиливающим элементом 250. Полимерная основа 210 может иметь определенный, предварительно выбранный рельеф. Например, на фиг. 4 показана по существу непрерывная основа 210, имеющая множество сквозных отверстий 220. В некоторых вариантах воплощения изобретения усиливающий элемент 250 может быть по существу проницаемым для текучей среды. Усиливающий элемент 250, по существу проницаемый для текучей среды, может состоять из тканой сетки или перфорированного элемента, сукна или их любого сочетания. Части усиливающего элемента 250, совмещенные с отверстиями 220 в формующем элементе 200, предотвращают прохождение крахмальных нитей через формующий элемент и, таким образом, уменьшают вероятность возникновения дырочек в получаемой гибкой структуре 100. Если нежелательно использовать тканую ткань для усиливающего элемента 250, то соответствующую опору и прочность для основы 210 можно обеспечить посредством нетканого элемента, сетки, прессового сукна либо пластины или пленки, имеющей множество сквозных отверстий. Подходящий усиливающий элемент 250 может быть изготовлен в соответствии с патентами США 5496624, выданном 5 марта 1996 г. на имя Стелджеса и др.; 5500277, выданном 19 марта 1996 г. на имя Трокхана и др. и 5566724, выданном 22 октября 1996 г. на имя Трокхана и др., описания которых инкорпорированы здесь путем отсылки. According to one main embodiment of the forming
Различные типы усиливающего элемента 250, проницаемого для текучей среды, описаны в нескольких патентах США, например 5275700 и 5954097, описание которых инкорпорировано здесь путем отсылки. Усиливающий элемент 250 может быть выполнен из сукна, которое также называют "прессовым сукном", используемым в обычном бумажном производстве. Основа 210 может быть нанесена на усиливающий элемент 250 так, как предлагается в патентах США 5549790, выданном 27 августа 1996 г. на имя Фэна; 5556509, выданном 17 сентября 1996 г. на имя Трокхана и др.; 5580423, выданном 3 декабря 1996 г. на имя Ампулски и др.; 5609725, выданном 11 марта 1997 г. на имя Фэна; 5629052, выданном 13 мая 1997 г. на имя Трокхана и др.; 5637194, выданном 10 июля 1997 г. на имя Ампулски и др.; 5674663, выданном 7 октября 1997 г. на имя Мак-Фарлэнда и др.; 5693187, выданном 2 декабря 1997 г. на имя Ампулски и др.; 5709775, выданном 20 января 1998 г. на имя Трокхана и др.; 5795440, выданном 18 августа 1998 г. на имя Ампулски и др.; 5814190, выданном 29 сентября 1998 г. на имя Фэна; 5817377, выданном 6 октября 1998 г. на имя Трокхана и др., и 5846379, выданном 8 декабря 1998 г. на имя Ампулски и др., описания которых инкорпорированы здесь путем отсылки. Various types of fluid permeable reinforcing
С другой стороны, усиливающий элемент 250 может быть непроницаемым для текучей среды. Усиливающий элемент 250, непроницаемый для текучей среды, может быть выполнен, например, из полимерного материала, одинакового (или отличающегося от него) с материалом, используемым для изготовления основы 210 формующего элемента 200 согласно настоящему изобретению; пластмассы; любого другого подходящего натурального или синтетического материала; или из их любого сочетания. Как понятно специалисту в данной области, использование усиливающего элемента 250, непроницаемого для текучей среды, приведет к тому, что формующий элемент 200 в целом также будет непроницаемым для текучей среды. Понятно, что усиливающий элемент 250 может быть частично проницаемым для текучей среды и частично непроницаемым для нее. А именно, какая-то часть усиливающего элемента 250 может быть проницаемой для текучей среды, а его другая часть - непроницаемой для нее. Формующий элемент 200 в целом может быть проницаемым, непроницаемым или частично проницаемым для текучей среды. В формующем элементе 200, частично проницаемом для текучей среды, частично проницаемыми являются только часть или части макроскопического участка или участков формующего элемента 200. On the other hand, the reinforcing
При желании можно использовать усиливающий элемент 250 с жаккардовым переплетением. Примеры лент с жаккардовым переплетением можно найти в патентах США 5429686, выданном 4 июля 1995 г. на имя Чиу и др.; 5672248, выданном 30 сентября 1997 г. на имя Уэндта и др.; 5746887, выданном 5 мая 1998 г. на имя Уэндта и др., и 6017417, выданном 25 января 2000 г. на имя Уэндта и др. , описания которых инкорпорированы здесь путем отсылки с ограниченной целью показать принципиальную структуру рисунка с жаккардовым переплетением. Согласно настоящему изобретению предполагается использование формующего элемента 200, который имеет соприкасающуюся с нитями сторону 201 с рисунком жаккардового переплетения. Такой рисунок с жаккардовым переплетением можно использовать на формировочном элементе 500, формующем элементе 200, нажимной поверхности и т. д. Как сообщалось в литературе, жаккардовое переплетение особенно полезно тогда, когда нежелательно спрессовывать или впечатывать структуру в зазоре между валками, что обычно происходит при передаче к сушильному цилиндру типа "Янки". If desired, a reinforcing
Согласно настоящему изобретению могут быть "заглушены" или "закрыты" одно, несколько или все отверстия 220 формующего элемента 200, как это описано в патенте США 5972813, выданном 26 октября 1999 г. на имя Полата и др., описание которого инкорпорировано здесь путем отсылки. Как описывается в только что названном патенте, для придания отверстиям 220 непроницаемости к текучей среде могут быть использованы пенополиуретан, резина и силикон. According to the present invention, one, several or all of the
В варианте выполнения формующего элемента 200, показанном на фиг.6, содержится множество подвесных частей 219, простирающихся (обычно вбок) от множества опорных частей 211. Подвесные части 219 приподняты над усиливающим элементом 250 с образованием свободных пространств 215, в которые могут прогибаться крахмальные нити согласно настоящему изобретению с образованием консольных частей 129, как это описано выше со ссылкой на фиг.3. Формующий элемент 200, содержащий подвесные части 219, может иметь многослойную структуру, образованную, по меньшей мере, двумя слоями (211, 212), соединенными вместе при расположении поверхности к поверхности (фиг.6). Каждый из слоев может иметь структуру, сходную со структурой, предложенной в нескольких вышеуказанных патентах, которые инкорпорированы здесь путем отсылки. Каждый из слоев (211, 212) может иметь, по меньшей мере, одно отверстие (220, фиг. 4, 4d), проходящее между верхней поверхностью и нижней поверхностью. Соединенные слои расположены таким образом, что, по меньшей мере, одно отверстие в одном слое перекрывает (в направлении, перпендикулярном к общей плоскости формующего элемента 200) часть основы другого слоя, образующую вышеописанную подвесную часть 219. In the embodiment of the forming
Другой вариант выполнения формующего элемента, содержащего множество подвесных частей, может быть изготовлен способом дифференциального отверждения слоя фоточувствительной смолы или другого отверждаемого материала при помощи маски, содержащей прозрачные и непрозрачные участки. Непрозрачные участки включают в себя участки с различной непрозрачностью, например участки, имеющие сравнительно высокую непрозрачность (непросвечивающиеся, как, например, черные), и участки со сравнительно низкой непрозрачностью (т.е. имеющие некоторую непрозрачность). Another embodiment of a forming element containing a plurality of suspension parts can be manufactured by differential curing of a photosensitive resin layer or other curable material using a mask containing transparent and opaque portions. Opaque areas include areas with different opacity, for example, areas having relatively high opacity (opaque, such as black), and areas with relatively low opacity (i.e., having some opacity).
Когда отверждаемый слой, имеющий нитеприемную сторону и противоположную вторую сторону, подвергается отверждающему излучению через маску, примыкающую к нитеприемной стороне покрытия, непрозрачные участки маски защищают первые участки от отверждающего излучения, предотвращая отверждение первых участков покрытия на всю толщину покрытия. Частично непрозрачные участки маски только частично защищают вторые участки покрытия, давая возможность отверждающему излучению отверждать вторые участки на заранее определенную толщину, меньшую, чем толщина покрытия (начиная от нитеприемной стороны покрытия по направлению к его второй стороне). Прозрачные участки маски оставляют третьи участки покрытия незащищенными, что дает возможность отверждающему излучению отверждать третьи участки на всю толщину покрытия. When the curable layer having the thread receiving side and the opposite second side is subjected to curing radiation through a mask adjacent to the thread receiving side of the coating, the opaque portions of the mask protect the first portions from the curing radiation, preventing the first coating portions from curing to the entire thickness of the coating. Partially opaque mask portions only partially protect the second coating portions, allowing the curing radiation to cure the second portions to a predetermined thickness smaller than the coating thickness (starting from the thread receiving side of the coating towards its second side). The transparent areas of the mask leave the third areas of the coating unprotected, which allows the curing radiation to cure the third areas throughout the thickness of the coating.
Следовательно, можно удалить неотвержденный материал с частично образованного формующего элемента. Получающаяся отвержденная основа имеет соприкасающуюся с нитями сторону 201, образованную из нитеприемной стороны покрытия, и заднюю сторону 202, образованную из второй стороны покрытия. Получающаяся основа имеет множество опор 211, содержащих заднюю сторону 202 и образованных из третьих участков покрытия, и множество подвесных частей 219, содержащих сторону 201, соприкасающуюся с нетканым материалом, и образованных из вторых участков покрытия. Как обсуждалось выше, множество опор могут образовывать по существу непрерывный рельеф, по существу полунепрерывный рельеф, прерывистый рельеф или их любое сочетание. Подвесные части 219 простираются под углом (обычно, но необязательно, под углом около 90o) от множества опор и расположены на расстоянии от задней стороны 202 получаемой основы с образованием свободных пространств между подвесными частями и задней стороной 201. Обычно при использовании формующего элемента 200, содержащего усиливающий элемент 250, свободные пространства 215 образуются между подвесными частями 219 и усиливающим элементом 250, как это лучше всего показано на фиг.6.Therefore, it is possible to remove uncured material from the partially formed forming element. The resulting cured base has a
На следующей стадии осаждают множество псевдотермопластичных крахмальных нитей на соприкасающуюся с нитями сторону 201 формующего элемента 200, как это схематически показано на фиг.7-9, и заставляют множество крахмальных нитей, по крайней мере, частично приспосабливаться к трехмерному рельефу формующего элемента 200. Отсылаем к варианту воплощения изобретения, схематически показанному на фиг.7, где после выхода из вытягивающего устройства крахмальные нити 17а осаждаются на трехмерную, соприкасающуюся с нитями сторону 201 формующего элемента 200. При промышленном непрерывном процессе формующий элемент 200 представляет собой бесконечную ленту, непрерывно перемещающуюся в продольном направлении ПН, как это схематически показано на фиг. 7-9. В дальнейшем крахмальные нити могут быть соединены друг с другом и взаимно спутаны с помощью различных обычных способов. В описании патента США 5688468, выданном 18 ноября 1997 г. на имя Лу и инкорпорированном здесь путем отсылки, предлагаются способ и устройство для производства спряденного, нетканого материала, состоящего из нитей уменьшенного диаметра. In the next step, a plurality of pseudo-thermoplastic starch filaments are deposited on the
В некоторых вариантах воплощения изобретения множество крахмальных нитей вначале может быть осаждено не на формующий элемент 10, а на формировочный элемент 500, как это схематически показано на фиг.9. Эта стадия - факультативная и может быть использована для того, чтобы способствовать достижению равномерного основного веса множества крахмальных нитей по всей ширине изготавливаемой структуры 10. Согласно настоящему изобретению предполагается использование формировочного элемента 500, содержащего проволочную сетку. В примерном варианте воплощения изобретения, показанном на фиг.9, формировочный элемент 500 может перемещаться в продольном направлении, обегая валки 50Са и 500b. Формировочный элемент проницаем для текучей среды, и под ним расположено устройство 550 для создания разрежения и приложения перепада давления текучей среды к множеству расположенных на нем крахмальных нитей для их более или менее равномерного распределения по всей приемной поверхности формировочного элемента 500. In some embodiments, a plurality of starch filaments may initially be deposited, not on the forming
При желании формировочный элемент 500 может быть также использован для образования различных неровностей на крахмальных нитях, особенно на поверхности нитей. Например, нитеприемная поверхность формировочного элемента может содержать множество острых кромок (не показаны), выполненных с возможностью впечатывания в еще сравнительно мягкие крахмальные нити, расположенные на них, для образования надрезов (схематически показаны на фиг.11) или других неровностей на крахмальных нитях, которые могут быть полезными для изготавливаемой гибкой структуры 100, как это описано выше. If desired, the forming
В варианте воплощения изобретения, показанном на фиг.9, множество нитей может передаваться от формировочного элемента 500 к формующему элементу 200 с помощью любого обычного средства, известного из уровня техники, например, с помощью устройства 600 для создания разрежения, достаточного для того, чтобы множество крахмальных нитей, расположенных на формировочном элементе 500, отделялось от него и приставало к формующему элементу 200. In the embodiment of the invention shown in FIG. 9, a plurality of threads can be transferred from the forming
Как предполагается, при непрерывном процессе изготовления гибкой структуры 100 формующий элемент 200 может иметь линейную скорость, которая меньше линейной скорости формировочного элемента 500. Использование такой разности скоростей в месте передачи общеизвестно в бумажном производстве и может служить для т.н. "микросокращения", которое, как обычно считают, является эффективным в применении к влажным полотнам с низкой плотностью. "Микросокращение во влажном состоянии" подробно описано в патенте США 4405597, содержание которого инкорпорировано здесь путем отсылки с целью описания принципиального механизма микросокращения. Короче говоря, микросокращение во влажном состоянии заключается в передаче полотна, имеющего низкую плотность волокон, от первого элемента (как, например, формирующего элемента) ко второму элементу (ка,к например, петли из ткани с редким переплетением), движущемуся медленнее, чем первый элемент. Как считают теперь, если крахмальные нити могут быть формованы, а множество крахмальных нитей может сохраняться в достаточно гибком состоянии ко времени передачи от сравнительно медленнее движущейся опоры (как, например, формировочного элемента 500) к сравнительно быстрее движущейся опоре (как, например, формующего элемента 200), то можно эффективно подвергать микросокращению множество крахмальных нитей, тем самым предварительно сокращая изготавливаемую гибкую структуру 100. Скорость формующего элемента 200 может быть на величину от около 1% до около 25% больше скорости формировочного элемента 500. It is assumed that during the continuous manufacturing process of the
На фиг. 9А показан вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению, при котором крахмальные нити можно осаждать на формующий элемент 200 под углом А, который может быть равен от 1o до 89o и конкретнее - от около 5o до около 85o. Считают, что этот вариант особенно полезен при использовании формующего элемента 200, имеющего подвесные части 219. Такое осаждение крахмальных нитей 17а "под углом" к формующему элементу 200 позволяет образовывать свободные пространства 215 между подвесными частями 219 и усиливающим элементом 250, более доступные для длинных и гибких крахмальных нитей 17а, и способствует более легкому заполнению крахмальными нитями свободных пространств 215. На фиг.9А крахмальные нити 17а осаждаются на формующий элемент 200 в две стадии, так чтобы оба вида свободных пространств 219 - передних по направлению движения свободных пространств 215а и задних по направлению движения свободных пространств 215b - могли быть полезными при осаждении нитей под углом к формующему элементу 200. В зависимости от конкретной геометрии формующего элемента 200, особенно геометрии и/или ориентации его подвесных частей 219, первоначальный угол А может быть равен последующему углу В или отличаться от него.In FIG. 9A shows an embodiment of the method according to the present invention, in which starch filaments can be deposited on the forming
Как только множество крахмальных нитей оказывается осажденным на соприкасающуюся с нитями сторону 201 формующего элемента 200, множество нитей, по меньшей мере, частично приспосабливается к его трехмерному рельефу. Кроме того, могут быть использованы различные средства, чтобы вызвать или облегчить приспособление крахмальных нитей к трехмерному рельефу формующего элемента 200. Один способ заключается в приложении перепада давления текучей среды к множеству крахмальных нитей. Этот способ может быть особенно полезным тогда, когда формующий элемент 200 является проницаемым для текучей среды. Например, под задней стороной 202 формующего элемента 200, проницаемого для текучей среды, может быть расположено устройство 550 для приложения разрежения к формующему элементу 200 и, таким образом, к множеству крахмальных нитей, расположенных на нем (фиг.8). Под влиянием разрежения некоторые из крахмальных нитей могут отклоняться в отверстия 220 и/или свободные пространства 215 формующего элемента 200 и иным образом приспосабливаться (плотно прилегать) к его трехмерному рельефу. Once a plurality of starch filaments is deposited on the
Предполагается, что все три области гибкой структуры 100 могут иметь по существу эквивалентные основные веса. Благодаря прогибанию части крахмальных нитей в отверстия 220 можно уменьшить плотность получаемых подушек 120 по сравнению с плотностью первых, впечатанных областей 110. Области 110, которые не прогнуты в отверстия 220, могут быть впечатаны сжатием гибкой структуры в зазоре между валками. При впечатывании плотность впечатанных областей 110 увеличивается по сравнению с плотностью подушек 120 и плотностью третьей области 130. Плотность областей 110, не прогнутых в отверстия 220, и плотность третьей области 130 выше, чем плотность подушек 120. Третья область 130, вероятно, будет иметь плотность, промежуточную между плотностями впечатанных областей 110 и подушек 120. It is contemplated that all three regions of the
Отсылаем еще раз к фиг. 1А, на которой гибкая структура 100 согласно настоящему изобретению может рассматриваться как имеющая три разные плотности. Областью с наибольшей плотностью будет высокоплотная впечатанная область 110. Впечатанная область 110 по положению и геометрии соответствует основе 210 формующего элемента 200. Областью с наинизшей плотностью гибкой структуры 100 будет область с подушками 120, по положению и геометрии соответствующая отверстиям 220 формующего элемента 200. Третья область 130, соответствующая выемкам 230 в формующем элементе 200, будет иметь плотность, промежуточную между плотностями подушек 120 и впечатанной области 110. "Выемки" 230 - это поверхности основы, которые имеют Z-направленную векторную составляющую, простирающуюся от нитеприемной стороны 201 формующего элемента 200 по направлению к его задней стороне 202. Выемки 230 не простираются через всю основу 210, как это делают отверстия 220. Таким образом, различие между выемкой 230 и отверстиями 220, как полагают, заключается в том, что отверстие 220 является сквозным отверстием в основе 210, тогда как выемка 230 представляет собой глухое отверстие, борозду, глубокий надрез или желобок в основе 210. Referring again to FIG. 1A, in which the
Три области структуры 100 согласно настоящему изобретению могут рассматриваться как расположенные на трех разных высотах. Используемый здесь термин "высота области" означает ее расстояние от плоскости отсчета (т.е. плоскости Х-У). Для удобства плоскость отсчета может рассматриваться как горизонтальная, при этом расстояние по высоте от плоскости отсчета является вертикальным. Высоту отдельной области структуры 100 из крахмальных нитей, как это хорошо известно из уровня техники, можно измерить, используя бесконтактное измерительное устройство, пригодное для таких целей. Особенно подходящим измерительным устройством является бесконтактный лазерный датчик смещения, имеющий размер луча 0,3х1,2 миллиметра в диапазоне 50 миллиметров. Подходящие бесконтактные лазерные датчики смещения продаются компанией "Идек компани" в виде моделей МХ1А/В. С другой стороны, для измерения разных высот можно использовать контактное устройство с измерительным наконечником, известное из уровня техники. Такое устройство с измерительным наконечником описано в патенте США 4330981, который выдан на имя Крастенса и содержание которого инкорпорировано здесь путем отсылки. Структуру 100 согласно настоящему изобретению помещают на плоскость отсчета так, чтобы впечатанная область 110 соприкасалась с плоскостью отсчета. Подушки 120 и третья область 130 простираются вертикально от плоскости отсчета. При использовании формующего элемента 200 с разными глубинами или высотами своего трехмерного рельефа, схематически показанного на фиг.5а, могут образовываться области 110, 120 и 130 также с разными высотами. Такой трехмерный профиль с разными глубинами/высотами может быть получен шлифовкой заранее выбранных частей формующего элемента 200 для уменьшения их высоты. Кроме того, формующий элемент 200, состоящий из отверждаемого материала, может быть изготовлен с использованием трехмерной маски. Используя трехмерную маску, имеющую разные глубины/высоты своих углублений/выступов, можно образовать соответствующую основу 210, также имеющую разные высоты. Для вышеуказанных целей могут применяться другие обычные способы образования поверхностей с разной высотой. Three regions of the
Чтобы уменьшить отрицательный эффект от внезапного приложения перепада давления текучей среды посредством устройства для создания разрежения 550 (фиг. 8 и 9) или захватного устройства для создания разрежения 600 (фиг.9), которое могло бы вынудить некоторое количество нитей или их частей к прохождению через формующий элемент 200 и, таким образом, привести к образованию т.н. точечных отверстий в получаемой гибкой структуре, задняя сторона формующего элемента может быть "текстурирована" для образования микроскопических поверхностных неровностей. Эти поверхностные неровности могут быть полезными в некоторых вариантах выполнения формующего элемента 200, так как они предотвращают образование вакуумного уплотнения между задней стороной 202 формующего элемента 200 и поверхностью бумагоделательного оборудования (как, например, поверхностью устройства для создания разрежения), тем самым создавая "утечку" между ними и, таким образом, смягчая нежелательные последствия приложения разрежения при процессе изготовления гибкой структуры 100 согласно настоящему изобретению с пропусканием сушильного воздуха через нее. Другие способы создания такой утечки описаны в патентах США 5718806, 5741402, 5744007, 5776311 и 5885421, описания которых инкорпорированы здесь путем отсылки. In order to reduce the negative effect of the sudden application of a differential pressure of the fluid by means of a negative pressure device 550 (FIGS. 8 and 9) or a gripper for creating a negative pressure 600 (FIG. 9), which could force a certain number of threads or their parts to pass through forming
Кроме того, утечка может быть создана при изготовлении формующего элемента т. н. "способами с применением различной светопропускаемости", описанными в патентах США 5624790, 5554467, 5529664, 5514523 и 5334289, описания которых инкорпорированы здесь путем отсылки. Формующий элемент можно изготовить нанесением покрытия из фоточувствительной смолы на усиливающий элемент, который имеет непрозрачные части, и последующим облучением покрытия светом с активирующей длиной волны через маску, имеющую прозрачные и непрозрачные участки, и также через усиливающий элемент. In addition, a leak can be created during the manufacture of the so-called forming element. "methods using various light transmission" described in US patent 5624790, 5554467, 5529664, 5514523 and 5334289, descriptions of which are incorporated herein by reference. The forming element can be made by coating a photosensitive resin on a reinforcing element that has opaque parts, and then irradiating the coating with light with an activating wavelength through a mask having transparent and opaque portions, and also through the reinforcing element.
Другой способ образования поверхностных неровностей на задней стороне формующего элемента состоит в использовании текстурированной формировочной поверхности или текстурированной барьерной пленки, как это описано в патентах США 5364504, 5260171 и 5098522, описания которых инкорпорированы здесь путем отсылки. Формующий элемент можно изготовить, отливая фоточувствительную смолу на усиливающий элемент и через него, когда он перемещается по текстурированной поверхности, и затем подвергая покрытие воздействию света с активирующей длиной волны через маску, которая имеет прозрачные и непрозрачные участки. Another way to form surface irregularities on the back side of the forming element is to use a textured forming surface or a textured barrier film, as described in US Pat. Nos. 5,364,504, 5,260,171 and 5,098,522, the descriptions of which are incorporated herein by reference. A forming element can be made by casting a photosensitive resin onto and through the reinforcing element as it moves along a textured surface, and then exposing the coating to light with an activating wavelength through a mask that has transparent and opaque portions.
Для облегчения прогиба множества нитей в трехмерный рельеф формующего элемента могут быть использованы такие средства, как устройство 550 для приложения разрежения (т. е. отрицательного давления меньше, чем атмосферное давление) к множеству нитей через формующий элемент 200, проницаемый для текучей среды, или вентилятор (не показан) для приложения положительного давления к множеству нитей. To facilitate the sagging of multiple threads into the three-dimensional relief of the forming element, tools such as a
Кроме того, на фиг.9 схематически показана факультативная стадия способа согласно настоящему изобретению, при которой множество крахмальных нитей перекрывается гибким листом материала 800, представляющего собой бесконечную ленту, движущуюся вокруг валиков 800а и 800Ь и соприкасающуюся с множеством нитей. Таким образом, множество нитей на определенный период времени оказываются между формующим элементом 200 и гибким листом материала 800. Гибкий лист материала 800 может иметь воздухопроницаемость меньше, чем у формующего элемента 200, а в некоторых вариантах воплощения изобретения может быть воздухонепроницаемым. Приложение перепада давления текучей среды Р к гибкому листу вызывает прогиб, по меньшей мере, части гибкого листа по направлению (а в некоторых случаях и внутрь) трехмерного рельефа формующего элемента 200, что заставляет крахмальные нити тесно прилегать к трехмерному рельефу формующего элемента 200. В патенте США 5893965, описание которого инкорпорировано здесь путем отсылки, описывается принципиальная конструкция оборудования и способ использования гибкого листа материала. In addition, FIG. 9 schematically illustrates an optional step of the method according to the present invention, in which a plurality of starch filaments is covered by a flexible sheet of
В дополнение к перепаду давления текучей среды или в качестве его альтернативы можно также использовать механическое давление для способствования образованию трехмерного микроскопического рельефа на гибкой структуре 100 согласно настоящему изобретению. Такое механическое давление может быть создано любой подходящей нажимной поверхностью, например поверхностью валика или поверхностью ленты. На фиг.8 показаны два примерных варианта выполнения нажимной поверхности. Чтобы заставить крахмальные нити, расположенные на формующем элементе 200, более полно приспосабливаться к его трехмерному рельефу, можно использовать два или несколько нажимных валиков 900а и 900b, а также 900с и 900d. При желании давление, создаваемое нажимными валиками, можно сделать изменяющимся по величине, например давление, создаваемое между валиками 900с и 900d может быть больше, чем давление между валиками 900а и 900b. В качестве альтернативы или дополнения к этому к части нитеприемной стороны 201 формующего элемента может прижиматься бесконечная нажимная лента 950, движущаяся вокруг валиков 950а и 950Ь, чтобы сдавливать гибкую структуру 100 между нажимной лентой и формующим элементом. In addition to or as an alternative to the pressure drop of the fluid, mechanical pressure can also be used to promote the formation of a three-dimensional microscopic relief on the
Нажимная поверхность может быть гладкой или иметь на себе трехмерный рельеф. В последнем случае нажимная поверхность может быть использована в качестве устройства для тиснения, чтобы образовывать трехмерный микрорельеф из выступов и/или углублений в гибкой структуре 100 во взаимодействии с трехмерным рельефом формующего элемента 200 или независимо от него. Кроме того, нажимная поверхность может быть использована для нанесения различных добавок, например смягчителей, и типографской краски на изготавливаемую гибкую структуру 200. Для непосредственного или косвенного нанесения различных добавок на изготавливаемую гибкую структуру 200 можно использовать обычные способы, как, например, красильный валик 910 или распылительное устройство (или спрыск) 920. The pressure surface may be smooth or have a three-dimensional relief. In the latter case, the pressing surface can be used as an embossing device to form a three-dimensional microrelief of the protrusions and / or recesses in the
По выбору структуру 100 можно подвергнуть предварительному сокращению, известному из уровня техники. Предварительное сокращение можно осуществлять посредством крепирования структуры 100, сходящей с твердой поверхности, конкретнее с цилиндра, как, например, цилиндра 290, схематически показанного на фиг.9. Крепирование осуществляют шабером 292, хорошо известным из уровня техники. Крепирование можно осуществлять по способу, описанному в патенте США 4919756, который выдан 24 апреля 1992 г. на имя Содая и описание которого инкорпорировано здесь путем отсылки. В качестве альтернативы или дополнения предварительное сокращение можно осуществлять посредством микросокращения, описанного выше. Optionally, the
Гибкая структура 100, которая подверглась предварительному сокращению, обычно является более растяжимой в продольном направлении, чем в поперечном направлении, и легко сгибаемой по линии сгиба, которые образуются в результате процесса предварительного сокращения и которые обычно простираются в поперечном направлении, т. е. по ширине гибкой структуры 100. Гибкая структура 100, которая не подвергалась крепированию и/или иному предварительному сокращению, считается находящейся в пределах настоящего изобретения. The
Используя гибкую структуру 100 согласно настоящему изобретению, можно изготавливать различные материалы. Получаемые материалы могут найти применение в фильтрах для воздуха, масла и воды; фильтрах пылесосов; фильтрах печей; лицевых масках; фильтрах для кофе; пакетиках с чаем или кофе порционной расфасовки; тепло- и звукоизоляционных материалах; нетканых материалах для гигиенических изделий одноразового использования, как, например, подгузников, женских прокладок и средств для применения при недержании мочи; биологически разлагаемых текстильных тканях для улучшенных влагопоглоще-ния и мягкости одежды, как, например, микроволокнистых или газопропускающих тканях; электрически заряженном, структурированном полотне для сбора и удаления пыли; усилениях и полотнах для жестких сортов бумаги, как, например, оберточной бумаги, писчей бумаги, газетной бумаги, гофрированного картона и полотнах для тонких сортов бумаги, как, например, туалетной бумаги, бумаги для полотенец, салфеточной бумаги и тонкой бумаги для носовых платков; медицинских средствах, как, например, хирургических простынях, повязках на раны, бинтах, кожных накладках и саморастворяющихся шовных материалах; и стоматологических средствах, как, например, нитях для чистки межзубных промежутков и щетинках зубных щеток. Кроме того, гибкая структура может содержать деодоранты, вещества для отпугивания термитов, инсектициды, родентициды и подобные вещества для специального применения. Получаемый материал абсорбирует воду и масло и может найти применение при очистке от разлитого масла или воды и при регулируемом удержании и высвобождении воды при использовании в земледелии или садоводстве. Получаемые крахмальные нити или волокнистые материалы могут быть также введены в другие материалы, как, например, опилки, древесную массу, пластмассы или бетон для образования композиционных материалов, которые могут быть использованы в качестве строительных материалов, например, для стен, опорных балок, прессованных панелей, внутренних перегородок и облицовочных панелей, и в качестве кровельной черепицы; в других медицинских средствах, как, например, слепках, шинах и шпателях для отдавливания языка; и в чурбаках для камина, используемых для декоративных целей и/или сжигания. Using the
Методы испытания
А. Вязкость при сдвиге
Вязкость композиции при сдвиге измеряют, используя капиллярный реометр (модель "Реограф 2003", изготавливаемый компанией "Гоетферт"). Измерения проводят с использованием капиллярной фильеры диаметром D, равным 1,0 мм, и длиной L, равной 30 мм (т.е. L/D=30). Фильеру прикрепляют к нижнему концу цилиндра, который выдерживают при температуре испытания (t) в пределах от 25oС до 90oС. Образец композиции, который предварительно нагрет до температуры испытания, загружают в цилиндровую часть реометра, которую он по существу заполняет (используют около 60 грамм образца). Цилиндр выдерживают при определенной температуре испытания (t). Если после загрузки к поверхности поднимаются пузырьки воздуха, то перед проведением испытания образец уплотняют для удаления из него захваченного воздуха. Программируют движение поршня для выдавливания образца из цилиндра через капиллярную фильеру с выбранной скоростью. При выходе образца из цилиндра через фильеру он испытывает падение давления. Кажущуюся вязкость при сдвиге вычисляют по падению давления и скорости потока образца через капиллярную фильеру. Затем строят график зависимости логарифма кажущейся вязкости при сдвиге от логарифма скорости сдвига и по степенному закону - график зависимости η = Kγn-1, где К - материальная константа и γ - скорость сдвига. Вязкость композиции при сдвиге, отмеченную в данном случае, экстраполируют до скорости сдвига 3000 с-1, используя степенный закон.Test methods
A. Shear viscosity
The shear viscosity of the composition is measured using a capillary rheometer (Rheograph 2003 model manufactured by Goetfert). Measurements are made using a capillary die with a diameter D of 1.0 mm and a length L of 30 mm (i.e., L / D = 30). The die is attached to the lower end of the cylinder, which is maintained at a test temperature (t) in the range of 25 ° C. to 90 ° C. A sample of the composition that is preheated to the test temperature is loaded into the cylinder portion of the rheometer, which it substantially fills (use about 60 grams of sample). The cylinder is maintained at a certain test temperature (t). If air bubbles rise to the surface after loading, then before testing the sample is compacted to remove trapped air from it. Program the movement of the piston to extrude the sample from the cylinder through the capillary die at a selected speed. When the sample exits the cylinder through the die, it experiences a pressure drop. The apparent shear viscosity is calculated from the pressure drop and flow rate of the sample through the capillary die. Then, a graph of the dependence of the logarithm of apparent viscosity during shear on the logarithm of the shear rate is plotted and, according to a power law, a graph of the dependence η = Kγ n-1 , where K is the material constant and γ is the shear rate. The shear viscosity of the composition noted in this case is extrapolated to a shear rate of 3000 s −1 using a power law.
Б. Вязкость при растяжении
Вязкость при растяжении измеряют, используя капиллярный реометр (модель "Реограф 2003", изготавливаемый компанией "Гоетферт"). Измерения проводят с использованием полугиперболической фильеры с начальным диаметром (Dinitial), равным 15 мм, конечным диаметром (Dfinal), равным 0,75 мм, и длиной (L), равной 7,5 мм.B. Tensile viscosity
Tensile viscosity is measured using a capillary rheometer (Rheograph 2003 model manufactured by Goetfert). Measurements are carried out using a semi-hyperbolic die with an initial diameter (D initial ) of 15 mm, a final diameter (D final ) of 0.75 mm, and a length (L) of 7.5 mm.
Полугиперболическая форма фильеры определяется двумя уравнениями, где Z - осевое расстояние от начального диаметра и D(z) - диаметр фильеры на расстоянии z от (Dinitial):
Фильеру прикрепляют к нижнему концу цилиндра, выдерживаемого при постоянной температуре испытания (t), которая соответствует температуре, при которой необходимо перерабатывать крахмальную композицию. Температура испытания (температура переработки) - это температура, которая выше температуры плавления образца крахмальной композиции. Образец крахмальной композиции, предварительно нагретый до температуры фильеры, загружают в цилиндровую часть реометра, которую он по существу заполняет. Если после загрузки к поверхности поднимаются пузырьки воздуха, то перед проведением испытания расплавленный образец уплотняют для удаления из него захваченного воздуха. Программируют движение поршня для выдавливания образца из цилиндра через гиперболическую фильеру с заданной скоростью. При выходе образца из цилиндра через фильеру он испытывает падение давления. Кажущуюся вязкость при растяжении вычисляют по падению давления и скорости потока образца через фильеру по следующему уравнению:
Вязкость при растяжении = (дельта Р/скорость растяжения/Еh)•10+5),
где вязкость при растяжении выражена в паскаль-секундах, дельта Р - падение давления в барах, скорость растяжения - скорость потока образца через фильеру в сек-1 и Еh - безразмерная деформация по Хенки. Деформация по Хенки - это деформация, зависящая от предыстории. Деформация, испытываемая элементом текучей среды в неньютоновской текучей среде, зависит от его кинетической предыстории, т.е.The semi-hyperbolic shape of the die is determined by two equations, where Z is the axial distance from the initial diameter and D (z) is the diameter of the die at a distance z from (D initial ):
The die is attached to the lower end of the cylinder, maintained at a constant test temperature (t), which corresponds to the temperature at which the starch composition needs to be processed. Test temperature (processing temperature) is the temperature that is higher than the melting temperature of a sample of starch composition. A sample of the starch composition, previously heated to the die temperature, is loaded into the cylinder portion of the rheometer, which it essentially fills. If air bubbles rise to the surface after loading, then before the test, the molten sample is compacted to remove trapped air from it. Program the movement of the piston to extrude the sample from the cylinder through the hyperbolic die at a given speed. When the sample exits the cylinder through the die, it experiences a pressure drop. The apparent tensile viscosity is calculated by the pressure drop and the flow rate of the sample through the die according to the following equation:
Tensile viscosity = (delta P / tensile speed / E h ) • 10 +5 ),
where the tensile viscosity is expressed in pascal seconds, the delta P is the pressure drop in bars, the tensile speed is the sample flow rate through the die in sec -1 and E h is the Hankey dimensionless deformation. Henki deformation is a history-dependent deformation. The deformation experienced by a fluid element in a non-Newtonian fluid depends on its kinetic history, i.e.
ε
Для этой конструкции деформация по Хенки (Еh) составляет 5,99 и определяется по следующему уравнению:
Eh=ln[(Dinltiai/Dfinal)2]
Как сообщалось, кажущаяся вязкость при растяжении является функцией скорости растяжения 250-1 при использовании степенного закона. Подробное описание измерений вязкости при растяжении с использованием полугиперболической фильеры приводится в патенте США 5357784, который выдан 25 октября 1994 г. на имя Колье и описание которого инкорпорировано здесь путем отсылки.ε
For this design, the Hankey strain (E h ) is 5.99 and is determined by the following equation:
Eh = ln [(D inltiai / D final ) 2 ]
As reported, the apparent tensile viscosity is a function of the
В. Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение
Средневесовую молекулярную массу (ММ) и молекулярно-массовое распределение (ММР) крахмала определяют по методу гель-проникающей хроматографии (ГПХ) с использованием колонки со смешанным слоем наполнителя. Прибор имеет следующие части:
Насос "Уотерс" модели 600Е.B. Molecular mass and molecular weight distribution
The weight average molecular weight (MM) and molecular weight distribution (MMP) of starch are determined by gel permeation chromatography (GPC) using a column with a mixed bed of filler. The device has the following parts:
Pump "Waters" model 600E.
Регулятор системы "Уотерс" модели 600Е. The regulator of the Waters model 600E.
Автопробоотборник "Уотерс" модели 717 плюс. Autosampler "Waters" model 717 plus.
Колонка - Препаративная тонкослойная колонка со смешанным слоем и с частицами геля в 20 мкм (молекулярная масса геля составляет от 1000 до 40000000), имеющая длину 600 мм и внутренний диаметр 7, 5 мм
Детектор - дифференциальный рефрактометр "Уотерс" модели 410 для гель-проникающей хроматографии, программное обеспечение - программа "Уотерс миллениум" (зарегистрировано)
Колонку тарируют эталонными веществами "Декстран", имеющими молекулярную массу 245000, 350000, 480000, 805000 и 2285000. Эти эталонные вещества для тарирования "Декстран" доступны от "Америкэн полимер стандардс корп.". Ментор, шт. Огайо, США. Эталонные вещества для тарирования приготавливают путем растворения эталонных веществ в подвижной фазе для получения раствора с концентрацией около 2 мг/мл. Раствор оставляют в покое на ночь. Затем его осторожно перемешивают и фильтруют через фильтр пипетки (5 мкм нейлоновая мембрана "Спартан-25", доступная от компании "VWR"), используя пипетку (5 мл, "Норм-Джект", доступная от компании "VWR").Column - Preparative thin-layer column with a mixed layer and with 20 μm gel particles (the molecular weight of the gel is from 1,000 to 40,000,000), having a length of 600 mm and an inner diameter of 7.5 mm
Detector - Waters differential model 410 refractometer for gel permeation chromatography, software - Waters Millennium program (registered)
The column is calibrated with Dextran reference materials having a molecular weight of 245000, 350,000, 480000, 805000 and 2285000. These Dextran reference substances are available from American Polymer Standards Corp. Mentor Ohio, USA Reference substances for calibration are prepared by dissolving the reference substances in the mobile phase to obtain a solution with a concentration of about 2 mg / ml. The solution is left alone overnight. Then it is carefully mixed and filtered through a pipette filter (5 μm Spartan-25 nylon membrane, available from VWR), using a pipette (5 ml, Norm Jack, available from VWR).
Для получения крахмального образца вначале приготавливают смесь из 40 вес. % крахмала в водопроводной воде и затем нагревают смесь до ее желатинирования. Затем 1,55 г желатинированной смеси добавляют к 22 г подвижной фазы для образования 3 мг/мл раствора, который приготавливают перемешиванием в течение 5 мин, помещением смеси на один час в термостат с температурой 105oС, удалением смеси из термостата и ее охлаждением до комнатной температуры. Раствор фильтруют с использованием пипетки и фильтра пипетки так, как это описано выше.To obtain a starch sample, a mixture of 40 weight is first prepared. % starch in tap water and then heat the mixture until it is gelled. Then 1.55 g of the gelled mixture is added to 22 g of the mobile phase to form a 3 mg / ml solution, which is prepared by stirring for 5 minutes, placing the mixture for one hour in a thermostat with a temperature of 105 o C, removing the mixture from the thermostat and cooling it to room temperature. The solution is filtered using a pipette and a pipette filter as described above.
Автопробоотборником берут фильтрованный стандартный или образцовый раствор для вымывания прежних испытывавшихся веществ в 100 мкл инжекционном контуре и впрыскивают данное испытываемое вещество в колонку. Колонку выдерживают при 70oС. Образец, элюированный из колонки, измеряют относительно подвижного фазового фона с помощью дифференциального детектора показателя преломления, выдерживаемого при 50oС и имеющего диапазон чувствительности, установленный на 64. Подвижной фазой является ДМСО с растворенным в нем 0,1 вес./об.% LiBr. Расход устанавливают на 1,0 мл/мин и в изократическом режиме (т. е. подвижная фаза является постоянной во время опыта). Каждое эталонное вещество или образец трижды испытывают посредством ГПХ, и полученные результаты усредняют.The autosampler takes a filtered standard or sample solution to wash the old test substances in 100 μl of the injection circuit and inject the test substance into the column. The column is kept at 70 ° C. The sample eluted from the column is measured relative to the mobile phase background using a differential refractive index detector, maintained at 50 ° C. and having a sensitivity range set to 64. The mobile phase is DMSO with 0.1 dissolved in it wt./about.% LiBr. The flow rate is set at 1.0 ml / min and in an isocratic mode (i.e., the mobile phase is constant during the experiment). Each reference substance or sample is tested three times by GPC and the results are averaged.
Молекулярно-массовое распределения (ММР) вычисляют следующим образом:
ММР = средневесовая молекулярная масса/среднечисловая молекулярная масса.The molecular weight distribution (MMP) is calculated as follows:
MMP = weight average molecular weight / number average molecular weight.
Д. Термические свойства
Термические свойства данных крахмальных композиций определяют с использованием прибора "ДСК-2910" для термического анализа посредством дифференциальной сканирующей калориметрии, тарированного стандартным веществом с металлическим индием, которое, как сообщалось в химической литературе, имеет температуру плавления (начальную) 156,6oС и теплоту плавления 6,80 кал/г. Используется стандартная методика проведения дифференциальной сканирующей калориметрии согласно инструкции изготовителя по эксплуатации прибора. Вследствие выделения летучих веществ (например, водяного пара) из крахмальной композиции во время измерения посредством дифференциальной сканирующей калориметрии используют чашку большого объема, снабженную уплотнительным кольцом круглого сечения, чтобы предотвратить утечку летучих веществ из чашки с образцом. Образец и инертный эталонный предмет (обычно пустую чашку) нагревают с одинаковой скоростью в контролируемой окружающей среде. Когда в образце происходит фазовое действительное или псевдопревращение, прибор для дифференциальной сканирующей калориметрии измеряет тепловой поток к образцу или от него в сравнении с тепловым потоком к инертному эталонному предмету или от него. Прибор сопряжен с компьютером для контроля параметров испытания (например, скорости нагрева/охлаждения), сбора, расчета и сообщения данных.D. Thermal properties
The thermal properties of these starch compositions are determined using the device "DSK-2910" for thermal analysis using differential scanning calorimetry calibrated with a standard substance with metallic indium, which, as reported in the chemical literature, has a melting point (initial) of 156.6 o C and heat melting 6.80 cal / g. The standard method for differential scanning calorimetry is used according to the manufacturer's instructions for use of the device. Due to the release of volatile substances (e.g. water vapor) from the starch composition during measurement by differential scanning calorimetry, a large volume cup equipped with an O-ring is used to prevent leakage of volatile substances from the sample cup. The sample and inert reference object (usually an empty cup) is heated at the same rate in a controlled environment. When a real or pseudo-conversion occurs in a sample, the differential scanning calorimetry device measures the heat flux to or from the sample in comparison with the heat flux to or from an inert reference object. The device is connected to a computer to control test parameters (for example, heating / cooling rate), collect, calculate and report data.
Образец взвешивают в чашке, которую закрывают крышкой с уплотнительным кольцом круглого сечения. Типичный размер образца - 25-65 миллиграмм. Помещают закрытую чашку в прибор и программируют компьютер для измерения термических свойств следующим образом:
1) приводят в равновесное состояние при 0oС,
2) выдерживают в течение 2 мин при 0oС,
3) нагревают со скоростью 10oС/мин до 120oС,
4) выдерживают в течение 2 мин при 120oС,
5) охлаждают со скоростью 10oС/мин до 30oС,
6) приводят в равновесное состояние при окружающей температуре в течение 24 ч; чашка с образцом может быть извлечена из прибора для дифференциальной сканирующей калориметрии и помещена на эту продолжительность времени в контролируемую окружающую среду при 30oС,
7) возвращают чашку с образцом в прибор для дифференциальной сканирующей калориметрии и приводят в равновесное состояние при 0oС,
8) выдерживают в течение 2 мин,
9) нагревают со скоростью 10oС/мин до 120oС,
10) выдерживают в течение 2 мин при 120oС,
11) охлаждают со скоростью 10oС/мин и приводят в равновесное состояние, и
12) извлекают использованный образец.The sample is weighed in a cup, which is closed with a lid with an O-ring. A typical sample size is 25-65 milligrams. Place the closed cup in the device and program the computer to measure thermal properties as follows:
1) bring into equilibrium at 0 o C,
2) incubated for 2 min at 0 o C,
3) heated at a speed of 10 o C / min to 120 o C,
4) incubated for 2 min at 120 o C,
5) cooled at a speed of 10 o C / min to 30 o C,
6) bring into equilibrium at ambient temperature for 24 hours; the cup with the sample can be removed from the device for differential scanning calorimetry and placed for this length of time in a controlled environment at 30 o C,
7) return the cup with the sample to the device for differential scanning calorimetry and bring into equilibrium at 0 o C,
8) incubated for 2 minutes,
9) heated at a speed of 10 o C / min to 120 o C,
10) incubated for 2 min at 120 o C,
11) cooled at a rate of 10 o C / min and bring into equilibrium, and
12) remove the used sample.
Компьютер вычисляет и сообщает результат термического анализа в виде зависимости дифференциального теплового потока (ΔН) от температуры или времени. Обычно данные о дифференциальном тепловом потоке унифицируются и сообщаются в расчете на вес (т.е. кал/мг). Если образец проявляет фазовое псевдопревращение, как, например, стеклование, то для более легкого определения температуры стеклования может быть использован график зависимости дифференциала ΔН от времени/температуры. The computer calculates and reports the result of the thermal analysis in the form of the dependence of the differential heat flux (ΔН) on temperature or time. Typically, differential heat flux data is unified and reported based on weight (i.e. cal / mg). If the sample exhibits a phase pseudo-transformation, such as glass transition, then for easier determination of the glass transition temperature, a graph of the differential ΔН versus time / temperature can be used.
Е. Растворимость в воде
Крахмальную композицию приготавливают перемешиванием компонентов в нагревательном и перемешивающем устройстве, пока не образуется однородная смесь. Расплавленную композицию отливают в тонкую пленку, распределяя ее по тефлоновому листу и охлаждая при окружающей температуре. Пленку затем полностью высушивают (т.е. до отсутствия воды в пленке/композиции) в термостате при 100oС. Высушенную пленку затем приводят в равновесное состояние до комнатной температуры. Пленку, приведенную в равновесное состояние, измельчают на небольшие кусочки.E. Solubility in water
A starch composition is prepared by mixing the components in a heating and mixing device until a homogeneous mixture is formed. The molten composition is cast into a thin film, distributing it over a Teflon sheet and cooling at ambient temperature. The film is then completely dried (i.e., until there is no water in the film / composition) in a thermostat at 100 ° C. The dried film is then brought to equilibrium to room temperature. The film, brought into equilibrium, is crushed into small pieces.
Для определения процентного содержания твердого вещества в образце 2-4 г измельченного образца помещают в предварительно взвешенную металлическую чашку, и регистрируют общий вес чашки и образца. Взвешенные чашку и образец помещают на 2 ч в термостат с температурой 100oС и затем извлекают и сразу же взвешивают. Процентное содержание твердого вещества вычисляют следующим образом:
Для определения растворимости образца композиции отвешивают 10 г измельченного образца в 250 мл химический стакан. Добавляют деионизированную воду до получения общего веса в 100 г. В течение 5 мин перемешивают образец и воду на тарелке для перемешивания. После перемешивания наливают, по меньшей мере, 2 мл перемешанного образца в пробирку центрифуги. Центрифугируют в течение 1 часа при 20000 g и 10oС. Отбирают образующийся наверху слой центрифугированного образца и определяют показатель преломления. Растворимость образца в процентах вычисляют следующим образом:
Ж. Толщина
Перед испытанием пленочный образец выдерживают при относительной влажности 48%-50% и температуре 22oС-24oС, пока не будет достигнуто влагосодержание от около 5% до около 16%. Влагосодержание определяют посредством термогравиметрического анализа (ТГА). Для термогравиметрического анализа используют термогравиметрический анализатор ТГА2950 от компании "ТА инструментс". Согласно инструкциям изготовителя помещают образец и чашку в прибор и повышают температуру со скоростью 10oС/мин до 250oС. Влажность образца в процентах определяют, используя данные о потере веса и начальном весе следующим образом:
Предварительно кондиционированные образцы обрезают до размера больше, чем размер нагрузочного элемента. Используемый нагрузочный элемент представляет собой круг площадью 20,26 см2.To determine the percentage of solids in the sample, 2-4 g of the crushed sample is placed in a pre-weighed metal cup, and the total weight of the cup and sample is recorded. The weighed cup and sample are placed for 2 hours in a thermostat with a temperature of 100 o C and then removed and immediately weighed. The percentage of solids is calculated as follows:
To determine the solubility of the sample, the composition is weighed 10 g of the crushed sample in a 250 ml beaker. Deionized water is added until a total weight of 100 g is obtained. The sample and water are mixed for 5 minutes on a mixing plate. After mixing, at least 2 ml of the mixed sample is poured into a centrifuge tube. It is centrifuged for 1 hour at 20,000 g and 10 ° C. The layer of centrifuged sample formed at the top is taken and the refractive index is determined. The percent solubility of the sample is calculated as follows:
J. Thickness
Before the test, the film sample is maintained at a relative humidity of 48% -50% and a temperature of 22 o C-24 o C, until it reaches a moisture content of from about 5% to about 16%. Moisture content is determined by thermogravimetric analysis (TGA). For thermogravimetric analysis, a TGA2950 thermogravimetric analyzer from the company TA Instruments is used. According to the manufacturer's instructions, place the sample and the cup in the device and increase the temperature at a speed of 10 o C / min to 250 o C. The moisture content of the sample in percent is determined using data on weight loss and initial weight as follows:
Pre-conditioned samples are cut to a size larger than the size of the load element. Used load element is a circle with an area of 20.26 cm 2 .
Помещают образец на горизонтальную плоскую поверхность и заключают его между этой плоской поверхностью и нагрузочным элементом с горизонтальной нагрузочной поверхностью, которая представляет собой круглую поверхность площадью 20,26 см2, после чего прилагают к образцу давление около 15 г/см2. Толщина - это получающийся зазор между плоской поверхностью и нагрузочной поверхностью нагрузочного элемента. Такие измерения могут быть проведены с помощью электронного прибора для измерения толщины "ВИР модели II", доступного от компании "Туинг-Альберт", Филадельфия, шт. Пенсильвания, США. Толщину повторно измеряют и регистрируют, по меньшей мере, пять раз. Результат измерений регистрируют в милах (25,4 мкм).Place the sample on a horizontal flat surface and enclose it between this flat surface and the load element with a horizontal load surface, which is a circular surface with an area of 20.26 cm 2 , after which a pressure of about 15 g / cm 2 is applied to the sample. Thickness is the resulting gap between a flat surface and the load surface of the load element. Such measurements can be carried out using an electronic device for measuring thickness "VIR model II", available from the company "Tuing-Albert", Philadelphia, pc. Pennsylvania, USA The thickness is re-measured and recorded at least five times. The measurement result is recorded in miles (25.4 μm).
Сумму показаний, зарегистрированных при измерениях толщины, делят на число зарегистрированных показаний. Результат регистрируют в милах (25,4 мкм). The sum of readings recorded during thickness measurements is divided by the number of readings recorded. The result is recorded in miles (25.4 μm).
ОБОЗНАЧЕНИЯ
10 - устройство для изготовления крахмальных нитей; 11 - корпус устройства 10; 12 - полость для нагревательной текучей среды; 13 - фильера; 14 - выпускное отверстие; 15 - воздушное (кольцевое) отверстие; 16 - воздушное (отдельное) отверстие; 17 - крахмальная композиция; 18 - крахмальные нити; 100 - гибкая структура; 110 - первые области гибкой структуры 100; 120 - вторые области гибкой структуры 100 (подушка в некоторых вариантах воплощения изобретения); 130 - третьи области гибкой структуры 100; 115 - по существу свободные пространства (карманы) в гибкой структуре 100 (между консольными частями и первыми областями); 128 - выпуклая часть; 129 - консольные части гибкой структуры 100; 200 - формующий элемент; 201 - нитеприемная сторона формующего элемента 200; 202 - задняя сторона формующего элемента 200; 210 - основа; 211 - первый слой (в многослойной структуре); 212 - второй слой ( в многослойной структуре ); 215 - свободные пространства между подвесной частью 219 и усиливающим элементом 250; 219 - подвесная часть; 220 - отверстие; 230 - выемка; 250 - усиливающий элемент; 290 - (крепирующий) цилиндр; 292 - шабер; 500 - формировочный элемент; 550 - устройство для создания разрежения; 600 - съемное устройство, создающее разрежение; 800 - гибкий лист материала (гипобарический изгиб); 900а-900с - нажимные валики; 910 - красильный валик; 920 - распылительное устройство (спрыск); 950 - нажимная лента.NOTATION
10 - a device for the manufacture of starch filaments; 11 - the housing of the device 10; 12 - a cavity for a heating fluid; 13 - die; 14 - outlet; 15 - air (ring) hole; 16 - air (separate) hole; 17 - starch composition; 18 - starch filaments; 100 - flexible structure; 110 are first areas of flexible structure 100; 120 are second regions of flexible structure 100 (cushion in some embodiments of the invention); 130 - third area of the flexible structure 100; 115 - essentially free spaces (pockets) in a flexible structure 100 (between the console parts and the first areas); 128 - convex part; 129 - console parts of a flexible structure 100; 200 - forming element; 201 - the receiving side of the forming element 200; 202 is the rear side of the forming element 200; 210 - the base; 211 - the first layer (in a multilayer structure); 212 - second layer (in a multilayer structure); 215 - free spaces between the suspension part 219 and the reinforcing element 250; 219 - suspended part; 220 - hole; 230 - recess; 250 - reinforcing element; 290 - (creping) cylinder; 292 - scraper; 500 - forming element; 550 - a device for creating a vacuum; 600 - removable device that creates a vacuum; 800 - a flexible sheet of material (hypobaric bending); 900a-900s - pressure rollers; 910 - dyeing roller; 920 - spray device (spray); 950 - pressure tape.
Claims (33)
(б) используют формующий элемент, имеющий нитеприемную сторону и обратную сторону, противоположную ей, при этом нитеприемная сторона имеет на себе трехмерный рельеф, и (в) осаждают множество крахмальных нитей на нитеприемную сторону формующего элемента и заставляют множество крахмальных нитей, по меньшей мере, частично плотно прилегать к трехмерному рельефу.19. A method of manufacturing a flexible structure containing starch filaments, which contains the following stages: (a) produce many starch filaments,
(b) using a forming element having a take-up side and a reverse side opposite to it, while the take-up side has a three-dimensional relief thereon, and (c) depositing a plurality of starch filaments onto the pick-up side of the forming element and forcing a plurality of starch filaments, at least partially fit snugly against the three-dimensional relief.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000131895A RU2205911C2 (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Flexible structure comprising starch filaments |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000131895A RU2205911C2 (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Flexible structure comprising starch filaments |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000131895A RU2000131895A (en) | 2003-01-10 |
RU2205911C2 true RU2205911C2 (en) | 2003-06-10 |
Family
ID=29209188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000131895A RU2205911C2 (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Flexible structure comprising starch filaments |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2205911C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731233C1 (en) * | 2017-08-31 | 2020-08-31 | Као Корпорейшн | Nonwoven material |
-
2000
- 2000-12-19 RU RU2000131895A patent/RU2205911C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731233C1 (en) * | 2017-08-31 | 2020-08-31 | Као Корпорейшн | Nonwoven material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2201945C2 (en) | Method of electroforming of starch threads for flexible structures | |
US7384588B2 (en) | Process for making a flexible structure comprising starch filaments | |
CA2329290C (en) | Flexible structure comprising starch filaments | |
US20030203196A1 (en) | Flexible structure comprising starch filaments | |
AU731439B2 (en) | Highly absorbent composite and method of making the same | |
CA2694076C (en) | Process for making fibrous structures | |
CA2794162C (en) | Fibrous structures and methods for making same | |
CA2693943C (en) | Fibrous structures and methods for making same | |
WO2009010941A2 (en) | Fibrous structures and methods for making same | |
MXPA00012782A (en) | Melt processable starch compositions. | |
RU2205911C2 (en) | Flexible structure comprising starch filaments | |
KR100402549B1 (en) | Electro-spinning process for making starch filaments for flexible structure | |
MXPA00012784A (en) | Electro-spinning process to fabricate starch filaments for a flexible structure. | |
MXPA00012783A (en) | Flexible structure comprising a plurality of starch filaments. | |
KR100477482B1 (en) | Flexible Structure Comprising Starch Filaments | |
TW499516B (en) | Electro-spinning process for making starch filaments for flexible structure | |
TW555905B (en) | Flexible structure comprising starch filaments | |
SA01210760A (en) | Flexible structure comprising starch filaments |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061220 |