TWI684687B - 可分散的非編織基材及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種形成可分散的非編織基材之方法，其包括以下步驟：a)將至少一種單烯系不飽和單體乳液聚合成乳液聚合物；以及b)用選自由以下組成之群的中和劑中和所述乳液聚合物：pKb為4至7的胺、鹼金屬氫氧化物及其組合，以形成水性非編織黏合劑；c)使非編織基材與所述水性非編織黏合劑接觸，以形成經接觸非編織基材；d)將所述經接觸非編織基材加熱至120℃至220℃之溫度，以形成經加熱經接觸非編織基材；以及e)將所述經接觸經加熱非編織基材浸沒在最終pH小於5.5之水性介質中，以得到可分散的非編織基材，其中所述水性介質含有包括檸檬酸及檸檬酸鈉之混合物的緩衝劑。

Description

可分散的非編織基材及其形成方法 【相關申請案的引用】
本申請案主張於2014年12月30日申請之美國臨時申請案第62/097,840號之權益，其以全文引用的方式併入本文中。
本發明係關於一種形成可分散的非編織基材組合物的方法及由其製得的可分散的非編織基材。
目前，廢水處理行業專注於一次性產品，諸如濕拭布，其會引起設備堵塞，造成困難且導致廢水處理設施停機。因此，在使用時具有充分拉伸強度但在水中易於可分散的拭布為期望的。
已開發各種黏合劑來增強在廁所沖洗後在水中的分散性。實例包含利用在用於拭布之液體/洗劑與水之間的pH差異來得到分散性的黏合劑。此方式中，拭布可在使用時為完整的且在置放至廢水系統中後崩解。為使此發生，拭布的洗劑部分的pH必須保持在4與5.5之間。然而，洗劑部分的pH有時可在一定量時間之後偏移。若pH偏移至高於5-5.5，則拭布之強度損失。
因此，可在添加至可分散的拭布中之後維持在4 與5.5之間的pH之洗劑調配物為期望的。
本發明提供一種在水性介質中形成可分散的非編織基材之方法。本發明亦提供嬰兒拭布、個人護理拭布、清潔拭布或任何濕非編織物，其具有pH低於5.5之洗劑，由利用此方法形成之可分散的非編織基材製備。
在本發明之一個實施例中，提供一種形成可分散的非編織基材之方法，其包括以下步驟：a)將至少一種單烯系不飽和單體乳液聚合成乳液聚合物；以及b)用選自由以下組成之群的中和劑中和所述乳液聚合物：pKb為4至7的胺、鹼金屬氫氧化物及其組合，以形成水性非編織黏合劑；c)使非編織基材與所述水性非編織黏合劑接觸，以形成經接觸非編織基材； d)將所述經接觸非編織基材加熱至120℃至220℃之溫度，以形成經加熱經接觸非編織基材；以及e)將所述經接觸經加熱非編織基材浸沒在最終pH小於5.5之水性介質中，以得到可分散的非編織基材，其中所述水性介質含有包括檸檬酸及檸檬酸鈉之混合物的緩衝劑。
在替代方案中，本發明提供一種可分散的非編織基材，其利用前述實施例中之任一者的方法形成。
在一替代實施例中，本發明提供可分散的拭布，諸如嬰兒拭布、個人護理拭布、清潔拭布或任何濕非編織物，其含有根據前述實施例中之任一者的pH低於5.5之洗劑。
本發明提供一種在水性介質中形成可分散的非編織基材之方法以及諸如嬰兒、個人護理或清潔拭布或任何濕非編織物的拭布，所述拭布具有pH低於5.5的洗劑，由利用此方法形成之可分散的非編織基材製備。
在本發明之在水性介質中形成可分散的非編織基材之方法中，本文中的「水性」意指其中連續相為水之組合物，或在替代方案中指主要包含水而且視情況包含水可混溶的溶劑、殺生物劑、潤膚劑、緩衝劑、螯合劑及界面活性劑及其他成分之混合物。本文中的「可分散的」意指可在適當條件下使非編織基材崩解成以下中之至少一者：較小碎片、纖維聚集物、個別纖維及其混合物。
本文中的「非編織」意指並非編織或針織材料之通常呈片材或幅材形式之纖維的織物樣組裝。非編織基材包含紙；非編織織物；毯及墊；或纖維之其他組裝件。非編織基材可包含：纖維素織物，諸如棉花、人造絲及木漿；合成纖維，諸如聚酯、玻璃及耐綸(nylon)；雙組分纖維；以及其混合物。在一實施例中，非編織基材具有能夠參與氫鍵之主導性量的纖維。在一替代實施例中，非編織基材包含主導性量的纖維素纖維。非編織基材可利用此項技術中已知之方法形成，諸如濕式布層、氣流布層、紡黏、熔紡及水刺幅材形成。纖維通常經選擇以使其長度及組成對經處理非編織基材之最終分散性並不有害。
形成可分散的非編織基材之方法包括以下步驟：a)將至少一種單烯系不飽和單體乳液聚合成乳液聚合 物；以及b)用選自由以下組成之群的中和劑中和所述乳液聚合物：pKb為4至7的胺、鹼金屬氫氧化物及其組合，以形成水性非編織黏合劑；c)使非編織基材與所述水性非編織黏合劑接觸，以形成經接觸非編織基材；d)將所述經接觸非編織基材加熱至120℃至220℃之溫度，以形成經加熱經接觸非編織基材；以及e)將所述經接觸經加熱非編織基材浸沒在最終pH小於5.5之水性介質中，以得到可分散的非編織基材，其中所述水性介質含有包括檸檬酸及檸檬酸鈉之混合物的緩衝劑。
可分散的非編織基材包含乳液聚合物；即，藉由烯系不飽和單體在水性乳液聚合方法中的自由基聚合而製備的聚合物。
在各種實施例中，乳液聚合物可包含以乳液聚合物之重量計8至22重量%酸單體作為共聚合單元。在8與22重量%之間的所有範圍均包含在本文中且揭示在本文中；舉例而言，酸單體之重量百分比可為8、12.5或14之下限至11、16、20或22之上限。
乳液聚合物之多分散指數為至少10。大於或等於10之任何及所有範圍均包含在本文中且揭示在本文中，舉例而言，乳液聚合物之多分散指數可為15、20、30、40或50。
乳液聚合物亦具有小於1,000,000之重量平均分子量。小於1,000,000之任何及所有範圍均包含在本文中且揭示在本文中，舉例而言，乳液聚合物之重量平均分子量可小於900,000、小於500,000或小於400,000。
在各種實施例中，特定酸單體重量百分比範圍與 特定重量平均分子量範圍組合，以便獲得期望的黏度，從而產生在中和之後固體含量為至少20重量%之黏合劑材料。通常需要具有至少20重量%固體之組合物用於商業裝運。在一實施例中，乳液聚合物具有小於500,000之重量平均分子量及12.5重量%至20重量%酸單體。在另一實施例中，乳液聚合物具有小於400,000之重量平均分子量及14重量%至16重量%酸單體。在另一實施例中，乳液聚合物具有小於900,000之重量平均分子量及8重量%至11重量%酸單體。
酸單體可包含一元酸單體及二元酸單體。一元酸單體包含例如羧酸單體，諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、衣康酸單甲酯、反丁烯二酸單甲酯、反丁烯二酸單丁酯。二元酸單體之實例包含(但不限於)衣康酸、反丁烯二酸、順丁烯二酸；包含其酸酐、鹽及其混合物。
乳液聚合物包含至少一種其他共聚合烯系不飽和單體，諸如(甲基)丙烯酸酯單體，包含(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸羥基乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯、脲基官能性(甲基)丙烯酸酯及乙醯乙酸酯、(甲基)丙烯酸之乙醯胺或氰基乙酸酯；苯乙烯或經取代苯乙烯；乙烯基甲苯；丁二烯；乙酸乙烯酯或其他乙烯酯；乙烯基單體，諸如氯乙烯、偏二氯乙烯；以及(甲基)丙烯腈。如貫穿本發明中所使用的諸如(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯醯胺之術語「(甲基)」後接另一術語的使用分別係指丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯或丙烯醯胺及甲基丙烯醯胺兩者。選擇至少一種其他共聚合烯系不飽和單體，使得所述乳液聚合物將具有在所需 範圍內的Tg。在一實施例中，乳液聚合物包括丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸及衣康酸。
亦涵蓋具有不同組成之乳液聚合物的混合物。對於兩種或兩種以上乳液聚合物之混合物，應根據乳液聚合物之總體組成而不相對於其中乳液聚合物之數量或個別組成來測定酸單體含量及Tg。
用於製備乳液聚合物之乳液聚合技術為此項技術中熟知，諸如美國專利第4,325,856號、第4,654,397號及第4,814,373號中所揭示。在各種實施例中，乳液聚合在室溫至100℃之反應溫度下執行，視引發方法(例如熱或氧化還原)而定。可以使用習知界面活性劑，諸如陰離子及/或非離子乳化劑，諸如鹼金屬或銨烷基硫酸鹽、烷基磺酸、脂肪酸、可共聚的界面活性劑及乙氧基烷基苯酚。較佳為陰離子乳化劑。以總單體之重量計，所用界面活性劑之量通常為0.1重量%到6重量%。可使用熱或氧化還原引發方法。可使用習知自由基引發劑，諸如過氧化氫、第三丁基過氧化氫、第三戊基過氧化氫、銨及/或鹼金屬過氧硫酸鹽及水溶性偶氮化合物，諸如偶氮雙氰基戊酸，以總單體之重量計通常含量為0.01重量%至3.0重量%。在一實施例中，引發劑以總單體之重量計以在0.5重量%至1.5重量%範圍內存在。使用相同引發劑外加諸如甲醛次硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、異抗壞血酸、羥胺硫酸鹽以及亞硫酸氫鈉之適合還原劑的氧化還原系統可以按類似的含量使用，視情況與諸如鐵及銅之金屬離子組合，視情況進一步包含金屬錯合劑。鏈轉移劑(諸如硫醇)可以用於降低聚合物之分子量。單體混合物可以按純淨形式或按水中乳 液的形式添加。單體混合物可使用均一或不同組成在反應期間以單次添加形式或以多次添加形式或連續地添加。諸如自由基引發劑、氧化劑、還原劑、鏈轉移劑、中和劑、界面活性劑以及分散劑之附加成分可以在任一階段之前、期間或之後添加。在各種實施例中，乳液聚合物可利用多級乳液聚合方法製備，其中組成不同之至少兩個階段以依序方式聚合。最終聚合物之分子量落在上述分子量範圍內。
在本發明之一實施例中，乳液聚合物經選自由以下組成之群的中和劑中和：pKb為4至7的胺、鹼金屬氫氧化物及其組合。可以用作中和劑之鹼金屬氫氧化物之實例包含(但不限於)氫氧化鈉及氫氧化鉀。pKb為4至7的胺之實例包含(但不限於)緩血酸胺、單乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺。在各種實施例中，中和劑可含有0至100重量%胺。在0與100重量%之間的任何及所有範圍均包含在本文中且揭示在本文中，舉例而言，中和劑可以含有40、50、60或75重量%胺。在各種實施例中，中和劑可含有0至100重量%鹼金屬氫氧化物。在0與100重量%之間的任何及所有範圍均包含在本文中且揭示在本文中，舉例而言，中和劑可以含有40、50、60或75重量%鹼金屬氫氧化物。
乳液聚合物在中和之前計算的玻璃轉化溫度(「Tg」)通常為-20℃至30℃。本文中聚合物之Tg為使用福克斯方程式(Fox equation，T.G.Fox,Bull.Am.Physics Soc.，第1卷，第3期，第123頁(1956))計算之Tg。即，舉例而言，為了計算單體M1及M2之共聚物之Tg，1/Tg(calc.)=w(M1)/Tg(M1)+w(M2)/Tg(M2)，其中 Tg(calc.)為針對共聚物計算之玻璃轉化溫度
w(M1)為單體M1在共聚物中之重量分率
w(M2)為單體M2在共聚物中之重量分率
Tg(M1)為M1之均聚物之玻璃轉化溫度
Tg(M2)為M2之均聚物之玻璃轉化溫度，所有溫度均用°K表示。
均聚物之玻璃轉化溫度可見於例如「Polymer Handbook」，由J.Brandrup及E.H.Immergut編，Interscience Publishers中。在任何情況下，以下均聚物Tg將用於以下聚酸之福克斯方程式計算：聚(甲基丙烯酸)Tg=185℃；聚(丙烯酸)Tg=106℃；聚(衣康酸)Tg=154℃；以及聚(順丁烯二酸酐)Tg=154℃。
乳液聚合物粒子之平均粒徑通常為30奈米至500奈米，較佳為200奈米至400奈米，如利用由Brookhaven Instrument Corp.,Holtsville,NY所提供的Brookhaven型號BI-90粒徑分析儀所量測。
水性非編織黏合劑除了乳液聚合物之外亦可包含習知處理組分，諸如乳化劑、顏料、填充劑或增量劑、抗遷移助劑、固化劑、聚結劑、界面活性劑、殺生物劑、塑化劑、有機矽烷、抗起泡劑、腐蝕抑制劑、著色劑、蠟、其他聚合物及抗氧化劑。
在本發明之在水性介質中形成可分散的非編織基材之方法中，使非編織基材與水性非編織黏合劑接觸。通常，以百分比形式表示之非編織黏合劑與經接觸非編織基材以乾重計之比率(亦稱為附加物%)為1%至25%，較佳為1% 至10%，視非編織基材強度及所期望最終用途而選擇。非編織基材使用習知施加技術與水性非編織黏合劑接觸，諸如空氣或無空氣噴霧、填塞、飽和、滾塗、簾式塗佈、凹版印刷及類似技術。非編織基材可與水性非編織黏合劑接觸，以便提供位於或接近一個或兩個表面、或均勻地或不均勻地分佈在整個結構中的黏合劑。亦預期當期望圖案化分佈時，水性非編織黏合劑可以非均一方式施加至一個或兩個表面。
在本發明之在水性介質中形成可分散的非編織基材之方法中，將已與水性非編織黏合劑接觸之非編織基材加熱至120℃至220℃、較佳140℃至180℃之溫度持續足以實現可接受的乾燥程度的時間。在一實施例中，組合物在足以實質上乾燥但不實質上固化組合物之溫度及持續時間下加熱。
在本發明之在水性介質中形成可分散的非編織基材之方法中，將經接觸經加熱非編織基材浸沒在最終pH<5.5、在各種實施例中最終pH為3.0至4.99之水性介質中，以在水性介質中得到可分散的非編織物。本文中的「最終pH」意指經接觸經加熱非編織物所浸沒之水性介質之pH(在20℃下量測)。咸信水性介質之所需pH有助於經加熱經處理非編織物之濕強度之有益程度，且亦為其中可儲存經加熱經處理非編織物之某些組合物(諸如拭布溶液及洗劑)的適合pH。在一實施例中，水性介質為洗劑。水性介質之重量通常為0.1至10、較佳為0.5至5倍經接觸經加熱非編織基材之重量。
若在所選非編織物及水性介質及其量之情況下 未達成最終pH<5.5，則藉由在浸沒步驟之前、期間或之後添加酸性物質緩衝劑來將pH調節至期望的範圍。在本發明之一實施例中，酸性物質為檸檬酸。在另一實施例中，酸性物質為檸檬酸及檸檬酸鈉之組合。在各種實施例中，需要以水性介質之總重量計在1與20重量%之間的緩衝劑來充分調節pH。確切量視所用黏合劑聚合物及特定緩衝劑之量而定。若非編織基材經酸預中和，則可使用較少緩衝劑。在一實施例中，非編織基材可經3%檸檬酸溶液預中和。
本發明之可分散的非編織物可接著浸沒在pH>6、較佳最終pH>6.5、較佳最終pH為6.8至10.0之過量水性介質中。「過量水性介質」在本文中意指水性介質之重量大於可分散的非編織物之重量。經加熱經處理非編織物之濕強度在指明之pH(在20℃下量測)下充分降低，以便促進其崩解成以下中之至少一者：較小碎片、纖維聚集物、個別纖維及其混合物。當然，可施加之任何機械力均將輔助此分散過程，諸如當經處理非編織物沈積在pH>6之過量水中且經歷剪切力(諸如在廁所沖水作用中)時。
本發明之實施例可用於製造多種拭布，諸如嬰兒、個人護理及清潔拭布。pH低於約5或6之其他拭布亦可使用本發明之實施例製得。
實例
基材：Whatman4濾紙
使用Birch Bros.浸軋機在速度5和35# psi下施加聚合物。所製備之樣品描述於表1中，且列出乾燥聚合物附加物百分比。
洗劑改質
使用Birch Bros.浸軋機在速度5和40# psi下自拭布提取Parents Choice洗劑。所提取洗劑之一部分如所提取般使用，且一部分藉助於添加五十毫莫耳濃度檸檬酸鈉/檸檬酸緩衝劑來改質。
樣品製備
切割出十個1英吋×4英吋之Whatman 4濾紙條帶，且在每週測試時稱重。添加洗劑，直至重量為拭布原始重量之3-4倍。將條帶包裹在鋁箔中且置放於50℃烘箱中。在2、3及4週之後測試樣品。所製備之樣品展示在表1中。
Figure 104141199-A0202-12-0011-1
初始拉伸強度及在2、3及4週之後的拉伸強度展示在表2中。
Figure 104141199-A0202-12-0011-2
向嬰兒拭布洗劑添加50毫莫耳濃度檸檬酸/檸檬酸鈉緩衝劑可以將濕拭布之強度在50℃下維持4週。此相當於在貨架上一年。在無改質之情況下，拉伸強度損失在40℃ 下在7天內為50%。
拉伸強度測試方法
拉伸量測使用來自Thwing-Albert之EJA Vantage材料測試儀24"執行。
●速度12"分鐘
●夾具2"間隙

Claims (14)

  1. 一種形成可分散的非編織基材之方法，其包括以下步驟：a)將至少一種單烯系不飽和單體乳液聚合，以形成乳液聚合物；以及b)用選自由以下組成之群的中和劑中和所述乳液聚合物：pKb為4至7的胺、鹼金屬氫氧化物及其組合，以形成水性非編織黏合劑；c)使非編織基材與所述水性非編織黏合劑接觸，以形成經接觸非編織基材；d)將所述經接觸非編織基材加熱至120℃至220℃之溫度，以形成經加熱經接觸非編織基材；以及e)將所述經接觸經加熱非編織基材浸沒在最終pH小於5.5之水性介質中，以得到可分散的非編織基材，其中所述水性介質含有包括檸檬酸及檸檬酸鈉之混合物的緩衝劑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述乳液聚合物包括丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸及衣康酸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述乳液聚合物之重量平均分子量小於1,000,000。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述乳液聚合物之多分散指數為至少10。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述經加熱經接觸非編織基材用包括酸之組合物中和，隨後在步驟e)中浸沒在所述水性介質中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述中和步驟產生80%至100%經中和之聚合物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述乳液聚合物在步驟b)中的中和之前的玻璃轉化溫度在-20℃至30℃範圍內。
  8. 一種可分散的非編織基材，其包括：a)纖維基材；及b)非編織黏合劑，其包括具有至少10之多分散指數、小於1,000,000之重量平均分子量及8重量%至22重量%酸單體的乳液聚合物c)洗劑，其pH在4至5.5範圍內，其亦包括緩衝劑，所述緩衝劑包括檸檬酸及檸檬酸鈉之混合物。
  9. 一種可分散的拭布產品，其利用如申請專利範圍第1項所述的方法製備。
  10. 一種嬰兒拭布，其用如申請專利範圍第9項所述的可分散的拭布產品製備。
  11. 一種個人護理拭布，其用如申請專利範圍第9項所述的可分散的拭布產品製備。
  12. 一種清潔拭布，其用如申請專利範圍第9項所述的可分散的拭布產品製備。
  13. 一種消毒拭布，其用如申請專利範圍第9項所述的可分散的拭布產品製備。
  14. 一種工業拭布，其用如申請專利範圍第9項所述的可分散的拭布產品製備。
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