BRPI0622175A2 - Ácidos polilÁticos biodegradÁveis para uso na formaÇço de fibras - Google Patents

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Vasily A Topolkaraev
Gregory J Wideman
Ross T Kaufman
Alan E Wright
Jeffrey J Krueger
Jayant Chakravarty
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Kimberly Clark Co
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Abstract

ÁCIDOS POLILÁTICOS BIODEGRADÁVEIS PARA USO NA FORMAÇçO DE FIBRAS. É fornecido um método para formar um ácido polilático biodegradável adequado para uso em fibras. Especificamente, um ácido polilático é processado por fusão em um teor de água controlado para iniciar uma reação de hidrólise. Sem pretender ser limitado pela teoria, acredita-se que os grupos de hidroxila presentes na água são capazes de atacar a ligação de éster dos ácidos poliláticos, levando desse modo à cisão de cadeia ou "despolimerização" da molécula de ácido polilático em uma ou mais cadeias de éster mais curtas. As cadeias mais curtas podem incluir os ácidos poliláticos, bem como as partes menores de monômeros ou oligômeros de ácido láctico, e combinações de quaisquer dos anteriormente mencionados. Controlando-se seletivamente as condições de hidrólise (por exemplo, concentrações de polímeros e umidade, temperatura, taxa de cisalhamento, etc.), um ácido polilático hidroliticamente degradado pode alcançar um peso molecular mais baixo do que o polímero de partida. Tais polímeros de peso molecular mais baixo têm um índice de fluidez mais elevado e uma viscosidade aparente mais baixa, que são úteis em uma ampla variedade de aplicações de formação de fibras, tais como na extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade de mantas de não-tecido.

Description

"ÁCIDOS POLILÁTICOS BIODEGRADÁVEIS PARA USO NA FORMAÇÃO DE FIBRAS"
Fundamentos da Invenção
Mantas de não-tecido biodegradáveis são úteis em uma ampla faixa de aplicações, tai como na formação de produtos absorventes descartáveis (por exemplo, fraldas, "training pants" roupa íntima infantil usada na fase de treinamento de uso do vaso sanitário, absor- ventes sanitários, protetores e absorventes femininos, absorventes para incontinência de adultos, proteções, e peças de vestuário, etc.). Para facilitar a formação da manta de não- tecido, um polímero biodegradável deveria ser selecionado, o qual é processado por fusão, também tem ainda boas propriedades mecânicas e físicas. O ácido polilático ("PLA") é um polímero sustentável (renovável) e biodegradável comum. Embora tenham feito várias tenta- tivas de usar o ácido polilático na formação de mantas de não-tecido, sua viscosidade e seu alto peso molecular têm geralmente limitado seu uso em somente certos tipos de processos de formação de fibras. Por exemplo, os ácidos poliláticos convencionais não são tipicamente adequados para processos de extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta ve- locidade, que exigem baixa viscosidade de polímero para o sucesso na formação de micro- fibra. Como tal, existe atualmente uma necessidade por um ácido polilático biodegradável que exiba boas propriedades mecânicas e físicas, mas que possa ser prontamente formado em uma manta de não-tecido usando uma variedade de técnicas (por exemplo, extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade).
Sumário da Invenção
De acordo com uma modalidade da presente invenção, descreve-se um método pa- ra formar um polímero biodegradável para uso na formação de fibra. O método compreende um processo por fusão de um primeiro ácido polilático em um teor de água de aproximada- mente 500 a aproximadamente 5000 partes por milhão ("ppm"), baseado no peso a seco do primeiro ácido polilático. O ácido polilático passa por uma reação de hidrólise que resulta em um segundo ácido polilático hidroliticamente degradado que tem um índice de fluidez que é maior que o índice de fluidez do primeiro ácido polilático, determinado em uma base a seco em uma carga de 2160 gramas e temperatura de 190° C de acordo com o Método de Teste ASTM D1238-E.
De acordo com outra modalidade da presente invenção, uma fibra é descrita, a qual compreende um ácido polilático hidroliticamente degradado e biodegradável. O ácido polilá- tico tem um índice de fluidez de aproximadamente 5 a aproximadamente 1000 gramas por 10 minutos, determinado em uma base a seco em uma carga de 2160 gramas e temperatu- ra de 190° C de acordo com o Método de Teste ASTM D1238-E.
Outras características e aspectos da presente invenção são discutidos em maiores detalhes abaixo. Breve Descrição dos Desenhos
Uma descrição capacitada e completa da presente invenção, que inclui o melhor modo desta, direcionada a um dos versados na técnica, é apresentada mais particularmente no restante da especificação, que faz referência às figuras em anexo nas quais:
A FIG. 1 é uma ilustração esquemática de um processo que pode ser usado em uma modalidade da presente invenção para formar uma manta de não-tecido;
A FIG. 2 é uma ilustração esquemática de um processo que pode ser usado em uma modalidade da presente invenção para formar uma manta coforma; e
A FIG. 3 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de um artigo absorvente que pode ser formado de acordo com a presente invenção.
O uso repetitivo de caracteres de referência na presente especificação e desenhos é destinado a representar os mesmos ou características ou elementos análogos da inven- ção.
Descrição Detalhada das Modalidades Representativas
Referência agora será feita em detalhes a várias modalidades da invenção, um ou mais exemplos das quais são apresentados abaixo. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não limitação da invenção. De fato, será aparente àqueles versados na técnica que as várias modalidades e variações podem ser feitas na presente invenção sem abandonar o escopo ou espírito da invenção. Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma modalidade, podem ser usadas em outra modalidade para produzir ainda uma modalidade adicional. Assim, pretende-se que a presente invenção a- branja tais modificações e variações que vieram no escopo das reivindicações em anexo e seus equivalentes.
Definições
Como usado aqui, o termo "biodegradável" ou "polímero biodegradável" geralmente se refere a um material que se degrada pela ação de microorganismos ocorrendo natural- mente, tais como bactérias, fungos, e algas; calor ambiente, umidade e outros fatores ambi- entais. A biodegradabilidade de um material pode ser determinada usando o Método de Tes- te ASTM 5338.92.
Como usado aqui, o termo "fibras" se refere a extrudados alongados formados pela passagem de um polímero através de um orifício de formação tal como uma matriz. A me- nos que de outra forma notado, o termo "fibras" inclui fibras descontínuas tendo um compri- mento definido e filamentos substancialmente contínuos. Os filamentos substancialmente podem, por exemplo, ter um comprimento muito maior que o seu diâmetro, tal como uma relação comprimento para diâmetro ("razão de aspecto") maior que aproximadamente 15.000 para 1,e em alguns casos, maior que aproximadamente 50.000 por 1.
Como usado aqui, o termo "monocomponente" refere-se a fibras formadas a partir de um polímero. É claro que isto não exclui as fibras às quais aditivos foram adicionados para cor, propriedades antiestáticas, lubrificação, hidrofilicidade, repelência de líquidos, etc.
Como usado aqui, o termo "multicomponente" refere-se a fibras formadas a partir de ao menos dois polímeros (por exemplo, fibras bicomponentes) que são extrudadas a par- tir de extrusoras separadas. Os polímeros são arranjados em zonas distintas substancial- mente constantemente posicionadas através da seção transversal das fibras. Os componen- tes podem ser arranjados em qualquer configuração desejada, tais como, em bainha e nú- cleo, lado a lado, torta segmentada, ilha no mar, e assim por diante. Vários métodos de for- mação de fibras multicomponentes são descritos na Patente U.S. No. 4.789.592 à Taniguchi e outros; Patente U.S. No. 5.336.552 à Strack e outros; Patente U.S. No. 5.108.820 à Ka- neko e outros; 4.795.668 à Kruege e outros; 5.382.400 à Pike e outros; 5.336.552 à Strack e outros; e 6.200.669 à Marmon e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. As fibras multicomponentes que têm várias formas irregulares podem também ser formadas, tal como descrito nas Patentes U.S. Nos. 5.277.976 à Hogle e outros, 5.162.074 à Hills, 5.466.410 à Hílls, 5.069.970 à Largman e ou- tros, e 5.057.368 à Largman e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.
Como usado aqui, o termo "multiconstituinte" refere-se a fibras formadas a partir de ao menos dois polímeros (por exemplo, fibras biconstituintes) que são extrudadas como uma mistura. Os polímeros não são arranjados em zonas distintas substancialmente cons- tantemente posicionadas através da seção transversal das fibras. Várias fibras multiconstitu- intes são descritas na Patente U.S. No. 5.108.827 à Gessner, que é incorporada aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.
Como usado aqui, o termo "manta de não-tecido" refere-se a uma manta que tem uma estrutura de fibras individuais que são aleatoriamente entrelaçadas, não de uma forma identificável como em um tecido tricotado. As mantas de não-tecido incluem, por exemplo, mantas extrudadas em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade, mantas de fiação contínua, mantas cardadas, mantas produzidas por deposição a úmido, mantas pro- duzidas por deposição a ar, mantas coforma, mantas hidraulicamente entrelaçadas, etc. O peso base da manta de não-tecido pode geralmente variar, mas é tipicamente de aproxima- damente 5 gramas por metro quadrado ("gsm") a 200 gsm, em algumas modalidades de aproximadamente 10 gsm a aproximadamente 150 gsm, e em algumas modalidades, de aproximadamente 15 gsm a aproximadamente 100 gsm.
Como usado aqui, o termo manta ou camada de "extrusão em blocos com passa- gem de ar quente em alta velocidade" refere-se geralmente a uma manta de não-tecido que é formada por um processo no qual um material termoplástico fundido é extrudado através de uma pluralidade de capilares de matriz, normalmente circulares e finos como fibras fundi- das em fluxos de gás (por exemplo, ar) de alta velocidade se convergindo que atenuam as fibras de material termoplástico fundido para reduzir seu diâmetro, que pode ser para o diâ- metro de microfibra. Então, as fibras de extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade são carregadas pelo fluxo de gás de alta velocidade e são depositadas em uma superfície de coleta para formar uma manta de fibras extrudadas em blocos com pas- sagem de ar quente em alta velocidade aleatoriamente dispersas. Tal processo é descrito, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos. 3.849.241 à Butin e outros; 4.307.143 à Meither e ou- tros; e 4.707.398 à Wisneski e outros, que são incorporados aqui em sua totalidade à título de referência a estas para todos os propósitos. As fibras extrudadas em blocos com passa- gem de ar quente em alta velocidade podem ser substancialmente contínuas e descontí- nuas, e são geralmente pegajosas quando depositadas em uma superfície de coleta.
Como usado aqui, o termo manta ou camada de "fiação contínua" refere-se geral- mente a uma manta de não-tecido que contém filamentos contínuos de diâmetros substan- cialmente pequenos. Os filamentos são formados por extrusão de um material termoplástico fundido a partir de uma pluralidade de capilares normalmente circulares e finos de uma fian- deira com o diâmetro dos filamentos extrudados sendo então rapidamente reduzidos como, por exemplo, por estiramento e/ou outros mecanismos de fiação contínua bem conhecidos. A produção de mantas de fiação contínua é descrita e ilustrada, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos. 4.340.563 à Appel e outros, 3.692.618 à Dorschner e outros, 3.802.817 à Matsuki e outros; 3.338.992 à Kinney, 3.341.394 à Kinney, 3.502.763 à Hartman, 3.502.538 à Levy, 3.542.615 à Dobo e outros, e 5.582.400 à Pike e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. Filamentos de fiação contínua não são geralmente pegajosos quando são depositados em uma superfície de coleta. Os fila- mentos de fiação contínua podem ter, às vezes, diâmetros menores que aproximadamente 40 micrometros, e estão freqüentemente entre aproximadamente 5 e aproximadamente 20 micrometros.
Como usado aqui, o termo "manta cardada" refere-se a uma manta produzida a par- tir de fibras têxteis que são enviadas através de uma unidade de cardação ou de pentea- mento, que separa ou espaça e alinha as fibras têxteis na direção da máquina para formar uma manta de não-tecido fibrosa geralmente orientada na direção da máquina. Tais fibras são geralmente obtidas em feixes e localizadas em um abridor/misturador ou selecionador, que separa as fibras antes da unidade de cardação. Uma vez formada, a manta pode então ser ligada por um ou mais métodos conhecidos.
Como usado aqui, o termo "manta produzida por deposição a ar" refere-se a uma manta produzida a partir de feixes de fibras tendo comprimentos típicos na faixa de aproxi- madamente de 3 a aproximadamente 19 milímetros (mm). As fibras são separadas, arrasta- das em um fornecimento de ar, e então depositadas em uma superfície de formação, nor- malmente com a assistência de um fornecimento de vácuo. Uma vez formada, a manta é então unida por um ou mais métodos conhecidos.
Como usado aqui, o termo "manta coforma" refere-se geralmente a um material composto que contém uma mistura ou matriz estabilizada de fibras termoplásticas e um se- gundo material não termoplástico. Como um exemplo, os materiais coforma podem ser pro- duzidos por um processo no qual ao menos um cabeçote de matriz de extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade é arranjado próximo de uma calha de esco- amento através da qual outros materiais são adicionados à manta enquanto ela é formada. Tais outros materiais podem incluir, mas não estão limitados a, materiais orgânicos fibrosos, tais como polpa lenhosa ou não lenhosa como algodão, seda, papel reciclado, polpa de ce- lulose tipo "fluff" e também partículas superabsorventes, materiais absorventes inorgânicos e/ou orgânicos, fibras têxteis poliméricas tratadas e assim por diante. Alguns exemplos de tais materiais coforma são descritos nas Patentes U.S. Nos. 4.100.324 à Anderson e outros; 5.284.703 à Everhart e outros; e 5.350.624 à Georger e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade à título de referência a estas para todos os propósitos.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção é direcionada a um método para formar um ácido polilático bi- odegradável adequado para uso em fibras. Especificamente, um ácido polilático é processa- do por fusão em um teor de água controlado para iniciar uma reação de hidrólise. Sem pre- tender estar limitado pela teoria, acredita-se que os grupos de hidroxila presentes na água são capazes de atacar as ligações de éster do ácido polilático, levando desse modo à cisão de cadeia ou "despolimerização" da molécula de ácido polilático em um ou mais cadeias de éster mais curtas. Controlando-se seletivamente as condições de hidrólise (por exemplo, teor de água, temperatura, taxa de cisalhamento, etc.), um ácido polilático hidroliticamente degradado pode alcançar um peso molecular menor que o polímero de partida. Tais políme- ros de peso molecular mais baixo têm um índice de fluidez mais elevado e viscosidade apa- rente mais baixa, que são úteis em uma variedade ampla de aplicações de formação de fi- bras, tal como na extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade de mantas de não-tecido.
I. Componentes de Reação
A. Ácido Polilático
O ácido polilático pode ser geralmente derivado de unidades de monômero de qualquer isômero de ácido lático, tal como ácido lático levorotatório ("ácido L-lático"), ácido lático dextrorotatório ("ácido D-lático"), ácido meso-lático, ou misturas desses. As unidades de monômeros podem também ser formadas a partir de anidridos de qualquer isômero de ácido lático, incluindo o L-lactida, D-lactida, meso-lactida, ou misturas desses. Os dímeros cíclicos de tais ácidos láticos e/ou Iactidas podem também ser empregados. Qualquer méto- do de polimerização conhecido, tal como a policondensação, ou polimerização por abertura de anel, pode ser usado para polimerizar o ácido lático. Uma pequena quantidade de agente de extensão de cadeia (por exemplo, um composto diisocianato, um composto epóxi ou um ácido anidro) pode também ser empregada. O ácido polilático pode ser um homopolímero ou um copolímero, tal como um que contém unidades de monômero derivadas de ácido L- lático e unidades de monômero derivadas de ácido D-lático. Embora não exigida, a taxa de teor de uma das unidades de monômero derivada do ácido L-lático e a unidade de monôme- ro derivada do ácido D-lático é preferencialmente aproximadamente 85 moles por cento ou mais, em algumas modalidades de aproximadamente 90 moles por cento ou mais, e em algumas modalidades em aproximadamente 95 moles por cento ou mais. Múltiplos ácidos poliláticos, cada um tendo uma razão diferente entre a unidade de monômero derivada do ácido L-lático e a unidade de monômero derivada do ácido D-lático, podem ser misturados em uma porcentagem arbitrária. Certamente que o ácido polilático pode também ser mistu- rado com outros tipos de polímeros (por exemplo, poliolefinas, poliésteres, etc.) para forne- cer uma variedade de diferentes benefícios, tal como processamento, formação de fibra, etc.
Em uma modalidade particular, o ácido polilático tem a seguinte estrutura geral:
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Um exemplo específico de um polímero de ácido polilático adequado que pode ser usado na presente invenção é comercialmente disponível pela Biomer, Inc. de Krailling, A- lemanha sob o nome BIOMER™ L9000. Outros polímeros de ácido polilático adequados são comercialmente disponíveis pela Naturewoks LLC de Minnetonka, Minnesota (NATUREWORKS®) ou Mitsui Chemical (LACEA™). Ainda outros ácidos poliláticos adequa- dos podem ser descritos nas Patentes U.S. Nos. 4.797.468; 5.470.944; 5.770.682; 5.821.327; 5.880.254; e 6.326.458, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.
O ácido polilático tipicamente tem um peso molecular numérico médio ("Mn") na fai- xa de aproximadamente 40.000 a aproximadamente 160.000 gramas por mol, em algumas modalidades de aproximadamente 50.000 a aproximadamente 140.000 gramas por mol, e algumas modalidades de aproximadamente 80.000 a aproximadamente 120.000 gramas por mol. Da mesma forma, o polímero também tem tipicamente um peso molecular médio pon- derado ("Mw") na faixa de aproximadamente 80.000 a aproximadamente 200.000 gramas por mol, em algumas modalidades de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 180.000 gramas por mol, e em algumas modalidades de aproximadamente 110.000 a aproximada- mente 160.000 gramas por mol. A razão do peso molecular médio ponderado com o peso molecular numérico médio ("Mw/Mn"), isto é, o "índice de polidispersidade" tipicamente está na faixa de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 3,0, em algumas modalidades de a- proximadamente 1,1 a aproximadamente 2,0, e em algumas modalidades, de aproximada- mente 1,2 a aproximadamente 1,8. O peso molecular médio ponderado e o peso molecular numérico médio podem ser determinados por métodos conhecidos àqueles versados pela técnica.
O ácido polilático pode também ter uma viscosidade aparente de aproximadamente 50 a aproximadamente 600 Pascal segundos (PA.s), em algumas modalidades de aproxi- madamente 100 a aproximadamente 500 Pa.s, e em algumas modalidades, de aproxima- damente 200 a aproximadamente 400 Pa.s, como determinado em uma temperatura de 190° C e taxa de cisalhamento de 1000 seg"1. O índice de fluidez do ácido polilático (em uma base a seco) pode também estar na faixa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 40 gramas por 10 minutos, em algumas modalidades de aproximadamente 0,5 a aproxima- damente 20 gramas por 10 minutos, e em algumas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 15 gramas por 10 minutos. O índice de fluidez é o peso de um polímero (em gramas) que pode ser forçado através de um orifício do reômetro de extrusão (diâmetro de 2,095 mm (0,0825 polegadas)) quando submetido a uma carga de 2160 gramas em 10 minutos em uma certa temperatura (por exemplo, 190° C), medida de acordo com o Método de Teste ASTM D1238-E.
O ácido polilático também tem tipicamente um ponto de fusão de aproximadamente 100° C a aproximadamente 240°, em algumas modalidades de aproximadamente 120° C a aproximadamente 220° C, e em algumas modalidades, de aproximadamente 140° C a apro- ximadamente 200° C. Tais ácidos poliláticos são úteis já que eles se biodegradam em uma taxa rápida. A temperatura de transição vítrea ("Tg") do ácido polilático pode ser relativamen- te alta, tal como de aproximadamente 10° C a aproximadamente 80° C, em algumas modali- dades, de aproximadamente 20° C a aproximadamente 70° C, e em algumas modalidades de aproximadamente 25° C a aproximadamente 65° C. Como discutido em maiores detalhes abaixo, a temperatura de fusão e a temperatura de transição vítrea podem ser determinadas usando a calorimetria diferencial de varredura ("DSC") de acordo com a ASTM D-3417.
B. Água
Sob condições apropriadas, a água é capaz de degradar hidroliticamente o ácido polilático de partida e assim reduzir seu peso molecular. Mais especificamente, acredita-se que os grupos hidroxila de água podem atacar as ligações de éster do ácido polilático, le- vando desse modo à cisão de cadeia ou "despolimerização" da molécula de ácido polilático em uma ou mais cadeias de éster mais curtas. As cadeias mais curtas podem incluir ácidos poliláticos, bem como as partes menores dos monômeros ou oligômeros de ácido lático, e combinações de qualquer um dos anteriores. A quantidade de água empregada em relação ao ácido polilático afeta o grau em que a reação de hidrólise é capaz prosseguir. Entretanto, se o teor de água é muito grande, o nível de saturação natural do polímero pode ser excedi- do, o que pode afetar adversamente as propriedades de fusão da resina e as propriedades físicas das fibras resultantes. Assim, na maioria das modalidades da presente invenção, o teor de água é de aproximadamente 500 a aproximadamente 5000 partes por milhão ("ppm"), em algumas modalidades de aproximadamente 1000 a aproximadamente 4500 ppm, em algumas modalidades de aproximadamente 2000 a aproximadamente 3500 ppm, e em algumas modalidades, de aproximadamente 2200 a aproximadamente 3000 ppm, base- ado no peso a seco do ácido polilático de partida. O teor de água pode ser determinado em uma variedade de formas conhecidos na técnica, tal como de acordo com ASTM D 7191-05, tal como descrito em maiores detalhes abaixo.
A técnica empregada para alcançar o teor de água desejado não é crucial à presen- te invenção. De fato, qualquer uma de uma variedade de técnicas bem conhecidas para controlar o teor de água pode ser empregada, tal como descrito nas Publicações de Pedidos de Patente U.S. Nos. 2005/0004341 à Culbert e outros e 2001/0003874 à Gillete e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. Por exemplo, o teor de água do polímero de partida pode ser controlado selecionando-se certas condições de armazenamento, condições de secagem, condições de umidificação, etc. Em uma modalidade, por exemplo, o ácido polilático pode ser umidificado até o teor de água desejado contatando péletes do polímero com um meio aquoso (por exemplo, líquido ou gás) em uma temperatura específica e por um período de tempo específico. Isso capacita uma difusão de água direcionada na estrutura de polímero (umedecimento). Por exemplo, o polímero pode ser armazenado em uma embalagem ou recipiente contendo ar umidificado. Ademais, o grau de secagem do polímero durante a fabricação do polímero pode também ser controlado tal que o ácido polilático de partida tem o teor de água desejado. Ainda em outras modalidades, água pode ser adicionada durante o processo de fusão do ácido polilá- tico como descrito aqui. Assim, o termo "teor de água" significa incluir a combinação de qualquer umidade residual (por exemplo, a quantidade de água presente devido ao condi- cionamento, secagem, armazenamento, etc.) e também qualquer água especificamente adi- cionada durante o processo de fusão.
C. Platicizador
Embora não exigido, um plasticizador pode ser usado em certas modalidades da presente invenção para auxiliar na diminuição da viscosidade do ácido polilático e melhorar a sua flexibilidade. Os plasticizadores são compostos líquidos, semissólidos, ou sólidos que têm um peso molecular relativamente baixo, tal como de aproximadamente 200 a aproxima- damente 10.000, em algumas modalidades de aproximadamente 300 a aproximadamente 9.000, e em algumas modalidades, de aproximadamente 500 a aproximadamente 8.500. Qualquer plasticizador que seja compatível com o ácido polilático selecionado pode ser ge- ralmente empregado na presente invenção, tal como ftalatos; ésteres (por exemplo, ésteres de fosfato, diésteres de éter, ésteres carboxílicos, ésteres epoxidizados, diésteres alifáticos, poliésteres, copoliésteres, etc.); alquileno glicóis (por exemplo, etileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, propileno glicol, polietileno glicol, polipropileno glicol, poli- butileno glicol, etc.); alcano dióis (por exemplo, 1,3-propanodiol, 2,2-dimetil-1,3-propanodiol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 2,2,4-trimetiM,6-hexanodiol, 1,3-ciclohexanodimetanol, 1,4-ciclohexanodimetanol, 2,2,4,4-tetrametil-1,3-ciclobutanodiol, etc.); óxidos de alquileno (por exemplo, óxido de polietileno, óxido de polipropileno, etc.), e assim por diante. Certos plasticizadores, tais como os alquileno glicóis, alcano dióis, óxidos de alquileno, etc., podem ter um ou mais grupos hidroxila que podem também atacar as li- gações de éster do ácido polilático e resultar na cisão de cadeia. Desta forma, tais plastici- zadores podem não somente melhorar a flexibilidade do ácido polilático, mas também po- dem facilitar a reação de hidrólise descrita acima. O polietileno glicol ("PEG"), por exemplo, é um exemplo de um plasticizador que é particularmente eficaz em facilitar a degradação hidrolítica do ácido polilático. Os PEGs adequados estão comercialmente disponíveis a partir de uma variedade de fontes sob designações tal como PEG 600, PEG 8000, etc. Exemplos de tais PEGs incluem o Carbowax™, que está disponível a partir da Dow Chemical Co. de Midland, Michigan.
Quando empregados, o(s) plasticizador(es) pode(m) estar presente(s) em uma quantidade de aproximadamente 0,1% em peso a de aproximadamente 20% em peso, e em algumas modalidades, de aproximadamente 0,2% em peso a aproximadamente 10% em peso, e em algumas modalidades de aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 5% em peso, baseado no peso a seco do ácido polilático de partida. Dever-se-ia entender, entretanto, que um plasticizador não é exigido. De fato, em algumas modalidades da pre- sente invenção, a composição reativa está substancialmente isenta de qualquer plasticiza- dor, por exemplo, menos que 0,5% em peso com base no peso a seco do ácido polilático de partida.
D. Outros Componentes
Outros componentes podem certamente ser utilizados por uma variedade de dife- rentes razões. Por exemplo, um agente umectante pode ser empregado em algumas moda- lidades da presente invenção para melhorar a hidrofilicidade. Os agentes umectantes ade- quados para uso na presente invenção são geralmente compatíveis com os ácidos poliláti- cos. Exemplos de agentes umectantes adequados podem incluir os tensoativos, tais como, os alcoóis etoxilados UNITHOX® 480 e o UNITHOX® 750, ou amida de ácidos etoxilados UNICID™, todos disponíveis a partir da Petrolite Corporation de Tulsa, Okla. Outros agentes umectantes disponíveis são descritos na Patente U.S. No. 6.177.193 à Tsai e outros, que é incorporada aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. Ainda outros materiais que podem ser usados incluem, sem limitação, os estabilizantes à fusão, estabilizantes a processamento, estabilizantes a calor, estabilizantes à luz, antioxidantes, pigmentos, tensoativos, ceras, promotores de fluxo, particulados, e outros materiais adicio- nados para intensificar a processabilidade. Quando utilizados, tais ingredientes adicionais são cada um tipicamente presente em uma quantidade menor que aproximadamente 5% em peso, em algumas modalidades, menor que aproximadamente 1% em peso, e em algumas modalidades, menor que aproximadamente 0,5% em peso, com base no peso a seco do ácido polilático de partida.
II. Técnica de Reação
A reação de hidrólise pode ser executada usando qualquer de uma variedade de técnicas conhecidas. Em uma modalidade, por exemplo, a reação é conduzida enquanto o polímero de partida está na fase de fusão ("processamento por fusão") para minimizar a ne- cessidade de solventes adicionais e/ou processos de remoção de solvente. Os materiais brutos (por exemplo, polímero biodegradável, água, etc.) podem ser fornecidos separada- mente ou em combinação (por exemplo, em uma solução). Os materiais brutos podem ser igualmente fornecidos ou simultaneamente ou em seqüência a um dispositivo de processa- mento por fusão que mistura dispersivamente os materiais. Técnicas de processamento por fusão contínuo ou em lotes podem ser empregadas. Por exemplo, misturador/amassador, misturador de Banbury, misturador contínuo de Farrel, extrusora de rosca única, extrusora de rosca dupla, cilindro comprensor, etc., podem ser utilizados para misturar e processar por fusão os materiais. Um dispositivo de processamento por fusão particularmente adequado é uma extrusora de rosca dupla cogiratória (por exemplo, extrusora de rosca dupla ZSK-30 disponível pela Werner & Pfleiderer Corporation de Ramsey, New Jersey). Tais extrusoras podem incluir portas de ventilação e de alimentação e fornecem mistura dispersiva e distri- butiva de alta intensidade, que facilita a reação de hidrólise. Por exemplo, o ácido polilático de partida pode ser alimentado em uma porta de alimentação da extrusora de rosca dupla e fundido. Se desejado, água pode ser então injetada no polímero fundido e/ou alimentado separadamente na extrusora em um ponto diferente ao longo de seu comprimento. Alterna- tivamente, o ácido polilático pode ser simplesmente fornecido em um estado pré- umedificado.
Sem levar em consideração a técnica de processamento por fusão particular esco- lhida, os materiais brutos são misturados sob alto cisalhamento/pressão e aquecidos para garantir o início da reação de hidrólise. Por exemplo, o processamento por fusão pode ocor- rer em uma temperatura de aproximadamente 100°C a aproximadamente 500°C, em algu- mas modalidades, de aproximadamente 150°C a aproximadamente 350°C, em algumas modalidades, de aproximadamente 175°C a aproximadamente 300°C. Igualmente, a taxa de cisalhamento aparente durante o processamento por fusão pode estar na faixa de apro- ximadamente 100 segundos"1 a aproximadamente 10.000 segundos"1, em algumas modali- dades de aproximadamente 500 segundos"1 a aproximadamente 5.000 segundos"1, em al- gumas modalidades de aproximadamente 800 segundos"1 a aproximadamente 1.200 segun- dos"1. A taxa de cisalhamento aparente é igual a 4Q/nR3, onde Q é a taxa de fluxo volumétri- co ("m3/s") do polímero fundido e R é o raio ("m") do capilar (por exemplo, matriz da extruso- ra) através do qual o polímero fundido flui. Certamente que outras variáveis, tais como o tempo de residência durante o processamento por fusão, que é inversamente proporcional à taxa de rendimento, pode também ser controlado para alcançar o grau desejado de hidrólise.
Sob condições de temperatura e cisalhamento apropriadas, como descritas acima, uma espécie de polímero hidroliticamente degradada é formada, a qual tem um peso mole- cular menor que o do ácido polilático de partida. O peso molecular médio ponderado e/ou o peso molecular numérico médio pode, por exemplo, cada um ser reduzido tal que a razão do peso molecular do ácido polilático de partida com o peso molecular do ácido polilático hidro- liticamente degradado é ao menos de aproximadamente 1,1, em algumas modalidades ao menos de aproximadamente 1,4, em algumas modalidades ao menos de aproximadamente 2.0. Por exemplo, o ácido polilático hidroliticamente degradado pode ter um peso molecular numérico médio ("Mn") na faixa de aproximadamente 10.000 a aproximadamente 105.000 gramas por mol, em algumas modalidades de aproximadamente 20.000 a aproximadamente 100.000 gramas por mol, e em algumas modalidades de aproximadamente 30.000 a apro- ximadamente 90.000 gramas por mol. Igualmente, o ácido polilático hidroliticamente degra- dado pode também ter um peso molecular médio ponderado ("Mw") de aproximadamente 20.000 a aproximadamente 140.000 gramas por mol, em algumas modalidades de aproxi- madamente 30.000 a aproximadamente 120.000 gramas por mol, em algumas modalidades de aproximadamente 50.000 a aproximadamente 100.000 gramas por mol.
Em adição ao processamento de um peso molecular mais baixo, o ácido polilático hidroliticamente degradado pode também ter uma viscosídade aparente mais baixa e índice de fluidez mais elevado do que o polímero de partida. A viscosídade aparente pode, por e- xemplo, ser reduzida tal que a razão da viscosídade do ácido polilático de partida com a vis- cosidade do ácido polilático hidroliticamente degradado é ao menos de aproximadamente 1.1, em algumas modalidades ao menos de aproximadamente 2, em algumas modalidades ao menos de aproximadamente 15 a aproximadamente 100. Igualmente, o índice de fluidez pode ser aumentado tal que a razão do índice de fluidez do ácido polilático hidroliticamente degradado pelo índice de fluidez do ácido polilático de partida (em uma base a seco) é ao menos de aproximadamente 1,5, em algumas modalidades ao menos de aproximadamente 5, em algumas modalidades ao menos de aproximadamente 10, em algumas modalidades ao menos de aproximadamente 30 a aproximadamente 100. Em uma modalidade particular, o ácido polilático hidroliticamente degradado pode ter uma viscosidade aparente de aproxi- madamente 5 a aproximadamente 250 Pascal segundo (Pa.s), em algumas modalidades de aproximadamente 8 a aproximadamente 150 Pa.s, em algumas modalidades, de aproxima- damente 10 a aproximadamente 100 Pa.s, como determinado em uma temperatura de 190° C em uma taxa de cisalhamento de 1000 seg"1. O índice de fluidez do ácido polilático hidroli- ticamente degradado (base a seco) pode estar na faixa de aproximadamente 10 a aproxi- madamente 1000 gramas por 10 minutos, em algumas modalidades de aproximadamente 20 a aproximadamente 900 gramas por 10 minutos, e em algumas modalidades, de aproxi- madamente 100 a aproximadamente 800 gramas por 10 minutos (190° C1 2,16 kg). Certa- mente, o grau no qual o peso molecular, a viscosidade aparente, e/ou o índice de fluidez são alterados pela reação de hidrólise que pode variar dependendo da aplicação pretendida.
Embora diferindo do polímero de partida em certas propriedades, o ácido polilático hidroliticamente degradado pode, todavia, reter as outras propriedades do polímero de parti- da. Por exemplo, as características térmicas (por exemplo, Tg, Tm, e calor latente de fusão) permanecem tipicamente substancialmente as mesmas do polímero de partida, tal como dentro das faixas indicadas acima. Ademais, embora os pesos moleculares reais possam diferir, o índice de polidispersidade do ácido polilático hidroliticamente degradado pode per- manecer substancialmente o mesmo do polímero de partida, tal como dentro da faixa de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 3,5, em algumas modalidades de aproximada- mente 1,1 a aproximadamente 2,5, e em algumas modalidades, de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 2,0.
III. Formação de fibras
As fibras formadas a partir do ácido polilático hidroliticamente degradado podem ter geralmente qualquer configuração desejada, incluindo configuração de monocomponente, de multicomponente (por exemplo, configuração em bainha e núcleo, configuração lado a lado, configuração de torta segmentada, configuração ilha no mar, e assim por diante), e/ou multiconstituinte (por exemplo, mistura de polímeros). Em algumas modalidades, as fibras podem conter um ou mais polímeros adicionais como um componente (por exemplo, bicom- ponente) ou constituinte (por exemplo, biconstituinte) para intensificar adicionalmente a re- sistência e outras propriedades mecânicas. Por exemplo, o ácido polilático hidroliticamente degradado pode formar um componente de bainha de uma fibra bicomponente de bai- nha/núcleo, enquanto um polímero adicional pode formar um componente de bainha de uma fibra bicomponente de bainha/núcleo, enquanto um polímero adicional pode formar o com- ponente de núcleo, ou vice-versa. O polímero adicional pode ser um polímero termoplástico que não é geralmente considerado biodegradavelmente, tal como as poliolefinas, por exem- plo, polietileno, polipropileno, polibutileno, e assim por diante; politetrafluoretileno; poliéste- res, por exemplo, tereftalato de polietileno, e assim por diante; acetato de polivinila, acetato de cloreto de polivinila; polivinil butiral; resinas acrílicas, por exemplo, poliacrilato, polimetil acrilato, polimetil metacrilato, e assim por diante; poliamidas, por exemplo, náilon; cloreto de polivinil; cloreto de polivinilideno; poliestireno; álcool polivinílico; e poliuretanos. Mais deseja- velmente, entretanto, o polímero adicional é biodegradável, tal como os poliésteres alifáti- cos, tal como as poliéster amidas, tereftalato de polietileno modificado, ácido polilático (PLA) e seu copolímeros, terpolímeros baseados no ácido polilático, ácido poliglicólico, polialquile- no carbonatos (tal como o polietileno carbonato), polihidróxi alcanoatos (PHA), polihidróxi butiratos (PHB), polihidróxi valeratos (PHV), copolímeros de polihidróxibutirato- hidróxivalerato (PHVB), e policaprolactona, e polímeros alifáticos baseados em succinato (por exemplo, polibutileno succinato, polibutileno succinato adipato, e polietileno succinato); poliésteres aromáticos; ou outros copoliésteres alifáticos aromáticos.
Qualquer um de uma variedade de processos pode ser usado para formar fibras de acordo com a presente invenção. Com relação à FIG. 1, por exemplo, é mostrada uma mo-, dalidade de um método de formação de fibras produzidas por extrusão em blocos com pas- sagem de ar quente em alta velocidade. As fibras produzidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade formam uma estrutura que tem um tamanho mé- dio de poro pequeno, que pode ser usada para inibir a passagem de líquidos e partículas, enquanto permite a passagem de gases (por exemplo, ar e vapor d'água) através delas. Para alcançar o tamanho de poro desejado, as fibras produzidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade são tipicamente "microfibras" já que têm um tamanho médio de 10 micrometros ou menos, em algumas modalidades, aproximadamente 7 micrometros ou menos, e em algumas modalidades, aproximadamente 5 micrometros ou menos. A capacidade de produzir tais fibras finas pode ser facilitada na presença invenção através do uso de um ácido polilático hidroliticamente degradado que tem a combinação desejável de viscosidade aparente baixa e alto índice de fluidez.
Na FIG. 1, por exemplo, os materiais brutos (por exemplo, polímeros, plasticizado- res, etc.) são alimentados em uma extrusora 12 a partir de uma tremonha 10. Os materiais brutos podem ser fornecidos à tremonha 10 usando qualquer técnica convencional e em qualquer estado. Alternativamente, o ácido polilático pode ser alimentado na tremonha 10, e o glicol pode ser injetado no ácido polilático fundido na extrusora 12 a jusante da tremonha 10. A extrusora 12 é acionada por um motor 11 e aquecida a uma temperatura suficiente para extrudar o polímero e para iniciar a reação de hidrólise. Por exemplo, a extrusora 12 pode empregar uma ou mais zonas múltiplas operando em uma temperatura de aproxima- damente 100° C a aproximadamente 500° C, em algumas modalidades, de aproximadamen- te 150° C a aproximadamente 350° C, e em algumas modalidades, de aproximadamente 175° C a aproximadamente 300° C. As taxas de cisalhamento típicas estão na faixa de a- proximadamente 100 segundos"1 a aproximadamente 10.000 segundos"1, em algumas mo- dalidades de aproximadamente 500 segundos"1 a aproximadamente 5.000 segundos"1, e em algumas modalidades de aproximadamente 800 segundos"1 a aproximadamente 1.200 se- gundos"1. Se desejado, a extrusora pode também ter uma ou mais zonas que removem o excesso da umidade do polímero, tal como zonas de vácuo, etc. A extrusora pode também ser aberta para permitir que gases voláteis escapem.
Uma vez formado, o ácido polilático hidroliticamente degradado pode ser subse- qüentemente alimentado em outra extrusora em uma linha de formação de fibra (por exem- plo, a extrusora 12 de uma linha de fiação produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade). Alternativamente, o polímero hidroliticamente degradado pode ser diretamente formado em um fornecimento de fibra em uma matriz 14, que pode ser aquecida por um aquecedor 16. Dever-se-ia entender que outras pontas de matriz produzi- das por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade podem ser também empregadas. À medida que o polímero sai da matriz 14 em um orifício 19, o fluido de alta pressão (por exemplo, ar aquecido) fornecido por dutos 13 atenua e difunde o fluxo de polímero nas microfibras 18. Embora não mostrado na FIG. 1, a matriz 14 pode também ser disposta adjacente ou próxima a uma calha através da qual outros materiais (por exem- plo, fibras celulósicas, partículas, etc.) atravessam para se intermisturarem com o polímero extrudado e formam uma manta "coforma".
As microfibras 18 são depositadas aleatoriamente em uma superfície porosa 20 (a- cionada pelos cilindros 21 e 23) como o auxílio de uma caixa de sucção opcional 15 para formar uma manta produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade 22. A distância entre a ponta da matriz e a superfície porosa 20 é geralmente pequena para melhorar a uniformidade do depósito de fibras. Por exemplo, a distância pode ser de aproximadamente 1 a aproximadamente 35 centímetros, e em algumas modalidades, de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 15 centímetros. Na FIG. 1, a direção da seta 28 mostra a direção na qual a manta é formada (isto é, "direção de máquina") e a seta 30 mostra uma direção perpendicular à direção de máquina (isto, "direção transversal de má- quina"). Opcionalmente, a manta produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade 22 pode então ser comprimida pelos cilindros 24 e 26. O denier desejado das fibras pode variar dependendo da aplicação desejada. Tipicamente, as fibras são formadas para ter um denier por filamento (isto é, a unidade de densidade linear igual à massa em gramas por 9.000 metros de fibra) ou menos de aproximadamente 6, em algumas modalidades menos de aproximadamente 3, e em algumas modalidades, de aproximada- mente 0,5 a aproximadamente 3. Em adição, as fibras geralmente têm um diâmetro médio de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 20 micrometros, em algumas modalidades de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 15 micrometros, e em algumas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 micrometros. Uma vez formada, a manta de não-tecido pode então ser soldada usando qualquer técnica convencional, tal como com um adesivo ou autogenamente (por exemplo, fusão e/ou autoaderência das fibras sem um adesivo externo aplicado). A soldagem autógena, por e- xemplo, pode ser alcançada através do contato das fibras enquanto elas estão semifundidas ou pegajosas, ou simplesmente misturando uma resina pegajosa e/ou solvente com o(s) ácido(s) polilático(s) usado(s) para formar as fibras. As técnicas de soldagem autógena ade- quadas podem incluir a soldagem ultrassônica, soldagem térmica, soldagem através de passagem forçada do ar, soldagem por calandragem, e assim por diante. Por exemplo, a manta pode ser adicionalmente soldada ou gravada com um padrão por um processo ter- momecânico no qual a manta é passada entre um cilindro de pressão suavemente aquecido e um cilindro de padrão aquecido. O cilindro de padrão pode ter qualquer padrão em relevo que fornece a aparência ou propriedades de manta desejadas. Desejavelmente, o cilindro de padrão define um padrão em relevo que define uma pluralidade de localizações de solda que definem uma área de solda entre aproximadamente 2% e 30% da área total do cilindro. Exemplos de padrões de soldagem incluem, por exemplo, aqueles descritos na Patente U.S. No. 3.855.046 à Hansen e outros; Patente U.S. No. 5.620.779 à Levy e outros; Patente U.S. No. 5.962.112 à Haynes e outros; Patente U.S. No. 6.093.665 à Sayovitz e outros; bem co- mo a Patente de Projeto U.S. No. 428.267 à Romano e outros; 390.708 à Brown; 418.305 à Zander e outros; 384.508 à Zander e outros; 384.819 à Zander e outros; 358.035 à Zander e outros; e 315.990 à Blenke e outros, todas as quais são incorporadas aqui em sua totali- dade a título de referência para todos os propósitos. A pressão entre os cilindros pode ser de aproximadamente 5 a aproximadamente 2000 libras por polegada linear. A pressão entre os cilindros e a temperatura dos cilindros são equilibradas para obter a aparência ou propri- edades de manta desejadas enquanto mantendo as propriedades de tecido. Como é bem conhecido àqueles versados na técnica, a temperatura e a pressão exigidas podem variar dependendo de muitos fatores que incluem, mas não estão limitados a, área de soldagem de padrão, propriedades do polímero, propriedades das fibras e propriedades de não-tecido.
Em adição às mantas produzidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade, uma variedade de outras mantas de não-tecido pode também ser formada a partir do ácido polilático hidroliticamente degradado de acordo com a presente invenção, tal como mantas de fiação contínua, mantas cardadas, mantas produzidas por deposição a úmido, mantas produzidas por deposição a ar, mantas coforma, mantas hidrau- licamente entrelaçadas, etc. Por exemplo, o polímero pode ser extrudado através de uma fiandeira, arrefecido e direcionado em filamentos substancialmente contínuos, e depositados aleatoriamente em uma superfície de formação. Alternativamente, o polímero pode ser for- mado em uma manta cardada localizando-se os feixes de fibras formados a partir da mistura em um selecionador que separa as fibras. Posteriormente, as fibras são enviadas através de uma unidade de cardação ou de penteamento que adicionalmente separa e alinha as fibras na direção de máquina tal como para formar uma manta de não-tecido fibrosa orientada na direção de máquina. Uma vez formada, a manta de não-tecido é tipicamente estabilizada por uma ou mais técnicas de soldagem conhecidas.
Se desejado, a manta de não-tecido pode também ser um compósito que contém uma combinação do ácido polilático hidroliticamente degradado com outros tipos de fibras (por exemplo, fibras têxteis, filamentos, etc.). Por exemplo, fibras sintéticas adicionais po- dem ser utilizadas, tal como aquelas formadas de poliolefinas, por exemplo, polietileno, poli- propileno, polibutileno, e assim por diante; politetrafluoretileno; poliésteres, por exemplo, tereftalato de polietileno, e assim por diante; acetato de polivinil, acetato de cloreto de polivi- nil; polivinil butiral; resinas acrílicas, por exemplo, poliacrilato, polimetil acrilato, polimetil me- tacrilato, e assim por diante; poliamidas, por exemplo, náilon; cloreto de polivinil; cloreto de polivinilideno; poliestireno; álcool polivinílico; e poliuretanos; ácido polilático; etc. Se deseja- do, polímeros biodegradáveis, tais como ácido poli(glicólico) (PGA), ácido poli(lático) (PLA), ácido poli(p-málico) (PMLA), poli(s-caprolactona) (PCL)1 poli(p-dioxanona) (PDS), po- li(butileno sucinato) (PBS), e poli(3-hidróxi butirato) (PHB), podem também ser emprega- dos. Alguns exemplos de fibras sintéticas conhecidas incluem as fibras bicomponentes de bainha e núcleo disponíveis pela KoSa Inc. de Charlotte1 Carolina do Norte sob as designa- ções T-255 e T-256, ambas as quais usam uma bainha de poliolefina, ou T-254, que tem uma bainha de copoliéster de baixa fusão. Ainda outras fibras bicomponentes conhecidas que podem ser usadas incluem aquelas disponíveis pela Chisso Corporation de Moriyama, Japão ou pela Fibervisions LLC de Wilmington, Delaware. As fibras têxteis de ácido poliláti- co podem também ser empregadas, tal como aquelas comercialmente disponíveis pela Far Eastern Textile, Ltd. de Taiwan.
O compósito pode também conter fibras de polpa, tal como polpa de comprimento de fibra médio elevado, polpa de comprimento de fibra médio baixo, ou misturas dessas. Um exemplo de fibras de polpa de celulose tipo "fluff' com comprimento médio elevado inclui as fibras de polpa celulósica Kraft de madeira macia que são derivadas de árvores coníferas e inclui fibras de polpa celulósica tal como, mas não limitada às espécies de madeira macia da região norte, sul e oeste, incluindo a sequóia, cedro vermelho, pinheiro do Canadá, conífera Douglas, conífera verdadeira, pinus (por exemplo, pinus do sul), abeto (por exemplo, abeto preto), combinações dessas, e assim por diante. As fibras de polpa celulósica kraft de ma- deira macia do norte podem ser usadas na presente invenção. Um exemplo de fibras de polpa celulósica de madeira macia do sul comercialmente disponíveis adequadas para uso na presente invenção inclui aquelas disponíveis a partir da Weyerhaeuser Company com escritórios em Federal Way, Washington sob a marca "NF-405". Outra polpa adequada para uso na presente invenção é um polpa de madeira de processo sulfato branqueada contendo principalmente fibras de madeira macia que é disponível pela Bowater Corp. com escritórios em Greenville1 Carolina de Sul sob a marca CoosAbsorb S pulp. As fibras de comprimento médio baixo podem também ser usadas na presente invenção. Um exemplo de fibras de polpa de comprimento médio baixo adequadas é fibras de polpa celulósica Kraft de madeira dura. As fibras de polpa celulósica Kraft de madeira dura são derivadas de árvores decíduas e incluem as fibras de polpa tal como, mas não limitado a, eucalipto, acerácea, vidoeiro, as- pen, etc. As fibras de polpa celulósica kraft de eucalipto podem ser particularmente deseja- das para aumentar a suavidade, aumentar o brilho, aumentar a opacidade, e mudar a estru- tura de poro da folha para aumentar sua capacidade de absorção por efeito capilar.
Os compósitos de não-tecido podem ser formados usando uma variedade de técni- cas conhecidas. Por exemplo, o compósito de não-tecido pode ser um "material coforma" que contém uma mistura ou matriz estabilizada de fibras poliláticas hidroliticamente degra- dadas e um material absorvente. Como um exemplo, os materiais coforma podem ser pro- duzidos por um processo no qual ao menos um cabeçote de matriz de extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade é disposto próximo de uma calha através da qual os materiais absorventes são adicionados à manta enquanto ela é formada. Tais mate- riais absorventes podem incluir, mas não são limitados a fibras de polpa celulósica, partícu- las superabsorventes, materiais absorventes orgânicos e/ou inorgânicos, fibras têxteis poli- méricas tratadas, e assim por diante. As porcentagens relativas do material absorvente po- dem variar ao longo de uma faixa ampla dependendo das características desejadas do compósito de não-tecido. Por exemplo, o compósito de não-tecido pode conter de aproxi- madamente 1% em peso a aproximadamente 60% em peso, em algumas modalidades de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 50% em peso, e em algumas modalida- des de aproximadamente 10% em peso a aproximadamente 40% em peso de fibras de áci- do polilático hidroliticamente degradado. O compósito de não-tecido pode igualmente conter de aproximadamente 40% em peso a aproximadamente 99% em peso, em algumas modali- dades de aproximadamente 50% em peso a aproximadamente 95% em peso, e em algumas modalidades de aproximadamente 60% em peso a aproximadamente 90% em peso de ma- terial absorvente. Alguns exemplos de tais materiais coforma são descritos nas Patentes U.S. Nos. 4.100.324 à Anderson e outros; 5.284.703 à Everhart e outros; e 5.350.624 à Ge- orger e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.
Com relação à FIG. 2, por exemplo, uma modalidade de um aparelho para formar uma estrutura composta coforma de não-tecido é geralmente representado pelo número de referência 110. Inicialmente, os materiais brutos (por exemplo, o ácido polilático, etc.) são fornecidos a uma tremonha 112 de uma extrusora 114, e então extrudados em direção a duas matrizes de extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade 116 e 118 correspondentes a um fluxo de gás 126 e 128, respectivamente, que são alinhadas para convergir em uma zona de choque 130. Um ou mais tipos de um material secundário 132 (fibras e/ou particulados) são também fornecidos por um bocal 144 e adicionados aos dois fluxos 126 e 128 na zona de choque 130 para produzir uma distribuição graduada do mate- rial dentro dos fluxos combinados 126 e 128. O material secundário pode ser fornecido u- sando qualquer técnica conhecida na área, tal como com um arranjo de cilindro de selecio- nador (não mostrado) ou um sistema de injeção de particulado (não mostrado). O fluxo se- cundário 132 se combina com os dois fluxos 126 e 128 para formar um fluxo composto 156. Uma esteira sem fim 158 acionada por cilindros 160 recebe o fluxo 156 e forma uma estrutu- ra composta 154. Se desejado, caixas a vácuo (não mostradas) podem ser empregadas para auxiliar na retenção da matriz na superfície da esteira 158.
Laminados de não-tecido podem também ser formados na presente invenção, nos qual uma ou mais camadas são formadas a partir do ácido polilático hidroliticamente degra- dado. Por exemplo, a manta de não-tecido de uma camada pode ser uma manta coforma ou produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade que con- tém o ácido polilático hidroliticamente degradado, enquanto a manta de não-tecido de outra camada contém o ácido polilático hidroliticamente degradado, outro(s) polímero(s) biodegra- dáveis, e/ou qualquer outro polímero (por exemplo, poliolefinas). Em uma modalidade, o laminado de não-tecido contém uma camada produzida por extrusão em blocos com passa- gem de ar quente em alta velocidade posicionada entre duas camadas de fiação contínua para formar um laminado ("SMS") de fiação contínua/ produzido por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade/fiação contínua. Se desejado, a camada produ- zida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade pode ser for- mada a partir do ácido polilático hidroliticamente degradado. A camada de fiação contínua pode ser formada a partir do ácido polilático hidroliticamente degradado, outro(s) polímero(s) biodegradáveis, e/ou qualquer outro polímero (por exemplo, poliolefinas). Várias técnicas para formação de laminados SMS são descritas nas Patentes U.S. Nos. 4.041.203 à Brock e outros; 5.213.881 à Timmons e outros; 5.464.688 á Timmons e outros; 4.374.888 à Bornsla- eger; 5.169.706 à Collier e outros e 4.766.029 à Brock e outros, bem como a Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2004/0002273 à Fitting e outros, as quais são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. Certamente, o laminado de não-tecido pode ter outra configuração e possuir qualquer número desejado de camadas de fiação contínua e produzidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidades, tal como os laminados ("SMMS") de fiação contínua/produzidos por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidades/ produzidos por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidades/fiação contínua, laminados ("SM") fiação contínua/produzidos por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidades, etc. Embora o peso base do laminado de não-tecido possa ser ajustado à apli- cação desejada, ele geralmente está na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 300 gramas por metro quadrado ("gsm"), em algumas modalidades de aproximadamente 25 a aproximadamente 200 gsm, e em algumas modalidades de aproximadamente 40 a apro- ximadamente 150 gsm.
Se desejado, a manta ou laminado de não-tecido pode ser aplicada com vários tra- tamentos para transmitir as características desejáveis. Por exemplo, a manta pode ser trata- da com aditivos de repelência de líquidos, agentes antiestáticos, tensoativos, corantes, a- gentes antinévoa, repelentes de álcool ou sangue fluorquímicos, lubrificantes, e/ou agentes antimicrobianos. Em adição, a manta pode ser submetida a um tratamento com eletreto que confere uma carga eletrostática para melhorar a eficiência de filtração. A carga pode incluir camadas de cargas positivas ou negativas presas ou próximas da superfície do polímero, ou névoas de cargas armazenadas no volume do polímero. A carga pode também incluir car- gas de polarização que são congeladas em alinhamento dos dipolos das moléculas. As téc- nicas para submeter um tecido a um tratamento por eletreto são bem conhecidas pelos ver- sados na técnica. Exemplos de tais técnicas incluem, mas não estão limitadas a, técnicas térmicas, de contato com líquido, de feixe de elétrons e de descarga de coroa. Em uma mo- dalidade particular, o tratamento por eletreto é uma técnica de descarga de coroa, que en- volve submeter o laminado a um par de campos elétricos que têm polaridades opostas. Ou- tros métodos para formar um material de eletreto são descritos na Patente U.S. Nos. 4.215.682 à Kubik e outros, 4.375.718 à Wadsworth1 4.592.815 à Nakao, 4.874.659 à Ando, 5.401.446 à Tsai. e outros, 5.883.026 à Reader e outros, 5.908.598 à Rousseau e outros, 6.365.088 à Knight e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de refe- rência para todos os propósitos.
IV. Artigos
A manta não-tecido da presente invenção pode ser usada em uma ampla variedade de aplicações. Por exemplo, a manta pode ser incorporada em um "produto médico", tal co- mo jalecos, panos cirúrgicos, máscaras faciais, protetores de cabeça, capuzes cirúrgicos, protetores de sapatos, invólucros de esterilização, cobertores de aquecimento, almofadas de aquecimento, e assim por diante. Certamente, a manta de não-tecido pode também ser u- sada em vários outros artigos. Por exemplo, a manta de não-tecido pode ser incorporada em um "artigo absorvente" que é capaz de absorver água ou outros fluidos. Exemplos de alguns artigos absorventes incluem, mas não estão limitados a, artigos absorventes de cuidado pessoal, tais como fraldas, "training pants" roupa íntima infantil usada na fase de treinamen- to do vaso sanitário, calcinhas absorventes, artigos de incontinência, produtos de higiene feminina (por exemplo, absorventes sanitários), roupa de natação, lenços para bebês, luvas e assim por diante; artigos médicos absorventes, tal como roupas, materiais de perfuração, almofadas de cama descartáveis, lençóis de cama descartáveis, bandagens, panos absor- ventes, e lenços médicos; guardanapos alimentícios, artigos de vestuário, bolsos, e assim por diante.
Os materiais e processos adequados para formar tais artigos são bem conhecidos pelos versados na técnica. Os artigos absorventes, por exemplo, tipicamente incluem uma camada substancialmente impermeável a líquidos (por exemplo, camada inferior), uma ca- mada permeável a líquidos (por exemplo, camada superior, camada de gerenciamento de cirurgia, camada de ventilação, invólucro, etc.), e um núcleo absorvente. Com relação à FIG. 3, por exemplo, uma modalidade de um artigo absorvente 201 é mostrada na forma de uma fralda. Entretanto, como notado acima, a invenção pode ser incorporada em outros tipos de artigos absorventes, tal como artigos de incontinência, absorventes higiênicos, calças fral- das, absorventes íntimos femininos, roupas íntimas infantis usadas na fase de treinamento do uso do vaso sanitário, e assim por diante. Na modalidade ilustrada, a fralda 201 é mos- trada como tendo uma forma de ampulheta em uma configuração não presa. Entretanto, outras formas podem certamente ser utilizadas, tal como uma forma geralmente retangular, forma em T ou em I. Como mostrado, a fralda 201 inclui um chassi 202 formado por vários componentes, incluindo uma cobertura externa 217, forro do lado voltado para o corpo 205, núcleo absorvente 203, e camada de transbordamento 207. Dever-se-ia entender, entretan- to, que outras camadas podem também ser usadas na presente invenção. Igualmente, uma ou mais das camadas referidas na FIG. 3 podem também ser eliminadas em certas modali- dades da presente invenção.
A cobertura externa 217 é tipicamente formada a partir de um material que é subs- tancialmente impermeável a líquidos. Por exemplo, a cobertura externa 217 pode ser forma- da de uma fina película plástica ou outro material flexível impermeável a líquido. Em uma modalidade, a cobertura externa 217 é formada de uma película de polietileno tendo uma espessura de aproximadamente 0,01 milímetro a aproximadamente 0,05 milímetro. A pelícu- la pode ser impermeável a líquidos, mas permeável a gases e vapor d'água (isto é, respirá- vel). Isso permite que os vapores escapem do núcleo absorvente 203, mas ainda impeça que exsudatos líquidos passem através da cobertura externa 217. Se um toque mais como roupa é desejado, a cobertura externa 217 pode ser formada de uma película de poliolefina laminada em uma manta de não-tecido. Por exemplo, uma película de polipropileno esticá- vel tendo uma espessura de aproximadamente 0,015 milímetro pode ser laminada em uma manta de fiação contínua de fibras de polipropileno. Se desejado, a manta de não-tecido pode conter as fibras da presente invenção.
A fralda 201 também inclui um forro do lado voltado para o corpo 205. O forro do lado voltado para o corpo 205 é geralmente empregado para auxiliar a isolar a pele do usuá- rio de líquidos mantidos no núcleo absorvente 203. Por exemplo, o forro 205 apresenta uma superfície voltada para o corpo que é tipicamente compatível, de toque macio, e não irritati- va à pele do usuário. Tipicamente, o forro 205 é também menos hidrofílico do que o núcleo absorvente 203 tal que sua superfície permanece relativamente seca para o usuário. O forro 205 pode ser permeável a líquido para permitir que o líquido prontamente penetre através de sua espessura. Em uma modalidade particular, o forro inclui uma manta de não-tecido (manta de fiação contínua, manta produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade, ou manta cardada) contendo as fibras multicomponentes da pre- sente invenção. Construções de forro exemplificadas que contêm uma manta de não-tecido são descritas nas Patentes U.S. Nos. 5.192.606, 5.702.377, 5.931.823, 6.060.638, e 6.150.002, bem como as Publicações de Patente U.S. Nos. 2004/0102750, 2005/0054255, e 2005/0059941, todas são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.
Como ilustrado na FIG. 3, a fralda 201 pode também incluir uma camada de trans- bordamento 207 que auxilia a desacelerar e difundir transbordamentos ou jorros de líquido que podem ser rapidamente introduzidos no núcleo absorvente 203. Desejavelmente, a ca- mada de transbordamento 207 aceita rapidamente e mantém temporariamente o líquido antes de liberá-lo nas partes de armazenamento ou retenção do núcleo absorvente 203. Na modalidade ilustrada, por exemplo, a camada de transbordamento 207 é interposta entre uma superfície voltada para dentro 216 do forro do lado voltado para o corpo 205 e o núcleo absorvente 203. Alternativamente, a camada de transbordamento 207 pode estar localizada em uma superfície voltada para fora 218 do forro do lado voltado para o corpo 205. A cama- da de transbordamento 207 é tipicamente construída a partir de materiais altamente perme- áveis a líquidos. Os materiais adequados podem incluir materiais tecidos porosos, materiais não-tecidos porosos, e películas dotadas de aberturas. Em uma modalidade particular, a camada de transbordamento 207 inclui uma manta de não-tecido contendo as fibras da pre- sente invenção. Outros exemplos de camadas de transbordamento adequadas são descritos na Patente U.S. No. 5.486.166 a Ellis e outros e 5.490.846 a Ellis e outros, que são incorpo- radas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.
Além dos componentes mencionados acima, a fralda 201 pode também conter vá- rios outros componentes como é conhecido na técnica. Por exemplo, a fralda 201 pode tam- bém conter uma camada de invólucro substancialmente hidrofílica (não ilustrada) que auxilia a manter a integridade da estrutura fibrosa do núcleo absorvente 203. A camada de invólu- cro é tipicamente localizada em torno do núcleo absorvente 203 sobre pelo menos as duas superfícies de cobertura principais desse, e composta de um material celulósico absorvente, tal como enchimento encrespado ou um tecido de alta resistência a úmido. A camada de invólucro pode ser configurada para fornecer uma camada de absorção por efeito capilar que auxilia a distribuir rapidamente o liquido pela massa de fibras absorventes do núcleo absorvente 203. O material da camada de invólucro em uma lateral da massa fibrosa absor- vente pode ser fundido à camada de invólucro localizada na lateral oposta da massa fibrosa para eficazmente aprisionar o núcleo absorvente 203. Se desejado, a camada de invólucro pode ser formada de uma manta de não-tecido que inclui as fibras da presente invenção.
Ademais, a fralda 201 pode também incluir uma camada de ventilação (não mos- trada) que é posicionada entre o núcleo absorvente 203 e a cobertura externa 217. Quando utilizada, a camada de ventilação pode auxiliar a isolar a cobertura externa 217 do núcleo absorvente 203, reduzindo desse modo a umidade na cobertura externa 217. Exemplos de tais camadas de ventilação podem incluir uma manta de não-tecido laminada em uma pelí- cuia respirável, tal como descrito na Patente U.S. No. 6.663.611 a Blaney e outros, que é incorporada aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. Tais mantas de não-tecido podem ser formadas de uma manta de não-tecido que inclui as fibras da presente invenção.
Em algumas modalidades, a fralda 201 pode também incluir um par de orelhas (não mostradas) que se estendem das bordas laterais 232 da fralda 201 em uma das regiões da cintura. As orelhas podem ser integralmente formadas com a cobertura externa 217 ou do material empregado para fornecer a superfície superior. Em configurações alternativas, as orelhas podem ser fornecidas por membros conectados e montados à cobertura externa 217, à superfície superior, entre a cobertura externa 217 e a superfície superior, ou em vá- rias outras configurações.
Como representativamente ilustrado na FIG. 3, a fralda 201 pode também incluir um par de abas de contenção 212 que são configuradas para fornecer uma barreira e para con- ter o fluxo lateral de exsudatos corpóreos. As abas de contenção 212 podem estar localiza- das ao longo as bordas laterais lateralmente opostas 232 do forro do lado voltado para o corpo 205 adjacente às bordas laterais do núcleo absorvente 203. As abas de contenção 212 podem se estender longitudinalmente ao longo do comprimento inteiro do núcleo absor- vente 203, ou podem somente se estender parcialmente ao longo do comprimento do núcleo absorvente 203. Quando as abas de contenção 212 são mais curtas em comprimento do que o núcleo absorvente 203, elas podem ser seletivamente posicionadas em algum lugar ao longo das bordas laterais 232 da fralda 201 em uma região entre as coxas 210. Em uma modalidade, as abas de contenção 212 se estendem ao longo do comprimento inteiro do núcleo absorvente 203 para melhor conter os exsudatos corpóreos. Tais abas de contenção 212 são geralmente bem conhecidas pelos versados na técnica. Por exemplo, as constru- ções e arranjos adequados para as abas de contenção 212 são descritos na Patente U.S No. 4.704.116 a Enloe, que é incorporada aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. Se desejado, uma ou mais das abas de contenção 212 podem ser for- madas de uma manta de não-tecido que inclui as fibras da presente invenção. A fralda 201 pode incluir vários materiais elásticos ou estiráveis, tal como um par de elementos elásticos nas pernas 206 afixados às bordas laterais 232 para adicionalmente impedir vazamentos de exsudatos corpóreos 208 e para suportar o núcleo absorvente 203. Em adição, um par de elementos elásticos na cintura 208 pode ser afixado em bordas da cintura longitudinalmente opostas 215 da fralda 201. Os elementos elásticos nas pernas 206 e os elementos elásticos na cintura 208 são geralmente adaptados para se ajustarem inti- mamente em torno das pernas e cintura do usuário em uso para manter uma relação de contato positiva com o usuário e para reduzir eficazmente ou eliminar o vazamento de exsu- datos corpóreos da fralda 201. Como usados aqui, os termos "elástico" e "estirável" incluem qualquer material que pode ser esticado e retorna a sua forma original quando relaxado. Polímeros adequados para formar tais materiais incluem, mas não estão limitados a, copo- límeros de bloco de poliestireno, poliisopreno e polibutadieno; copolímeros de etileno, borra- chas naturais e uretanos, etc. Particularmente adequados são os copolímeros de bloco de estireno-butadieno vendidos por Kraton Polymers de Houston1 Texas sob a marca Kraton®. Outros polímeros adequados incluem copolímeros de etileno, incluindo sem limitação etileno - acetato de vinila, etileno - acrilato de metila, etileno - acrilato de etila, etileno - ácido acrí- lico, copolímeros de etileno - propileno estiráveis, e combinações desses. Também ade- quados são compósitos coextrudados dos anteriores, e compósitos integrados têxteis elas- toméricos onde fibras têxteis de polipropileno, poliéster, algodão e outros materiais são inte- grados em uma manta elastomérica produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade. Certos polímeros de olefina catalisados por metaloceno ou de único sítio e copolímeros são também úteis para os painéis laterais.
A fralda 201 pode também incluir um ou mais fechos 230. Por exemplo, dois fechos flexíveis 130 são ilustrados na FIG. 3 em bordas laterais opostas das regiões da cintura para criar uma abertura na cintura e um par de aberturas nas pernas em torno do usuário. A for- ma dos fechos 230 pode geralmente variar, mas pode incluir, por exemplo, formas geral- mente retangulares, formas quadradas, formas circulares, formas triangulares, formas ovais, formas lineares, e assim por diante. Os fechos podem incluir, por exemplo, um material tipo gancho. Em uma modalidade particular, cada fecho 230 inclui uma parte separada de mate- rial tipo gancho afixado à superfície interna de um suporte flexível.
As várias regiões e/ou componentes da fralda 201 podem ser montadas juntas u- sando qualquer mecanismo de conexão conhecido, tal como adesivo, soldagem ultrassôni- ca, térmica, etc. Os adesivos adequados podem incluir, por exemplo, adesivos de fusão a quente, adesivos sensíveis a pressão, e assim por diante. Quando utilizado, o adesivo pode ser aplicado como uma camada uniforme, uma camada em padrão, uma camada em asper- são, ou qualquer de linhas, redemoinhos ou pontos separados. Na modalidade ilustrada, por exemplo, a cobertura externa 217 e o forro do lado voltado para o corpo 205 são unidos um ao outro e ao núcleo absorvente 203 usando um adesivo. Alternativamente, o núcleo absor- vente 203 pode ser conectado à cobertura externa 217 usando fechos convencionais, tais como botões, fechos tipo velcro, fechos de fita adesiva, e assim por diante. Similarmente, outros componentes de fralda, tal como os elementos elásticos na perna 206, elementos elásticos na cintura 208 e fechos 230, podem também ser reunidos na fralda 201 usando qualquer mecanismo de conexão.
Embora várias configurações de uma fralda tenham sido descritas acima, dever-se- ia entender que outras configurações de fralda e artigos absorventes estão também incluí- das dentro do escopo da presente invenção. Em adição, a presente invenção de forma al- guma é limitada a fraldas. De fato, qualquer outro artigo absorvente pode ser formado de acordo com a presente invenção, incluindo, mas não limitado a, artigos absorventes de cui- dado pessoal, tais como "training pants" roupa íntima infantil usada na fase de treinamento do vaso sanitário, calcinhas absorventes, artigos de incontinência para adultos, produtos de higiene feminina (por exemplo, absorventes higiênicos), roupa de natação, lenços para be- bês, e assim por diante; artigos médicos absorventes, tal como roupas, materiais de perfu- ração, almofadas de cama descartáveis, bandagens, panos absorventes, e lenços médicos; guardanapos alimentícios, artigos de vestuário, e assim por diante.
Em uma modalidade, por exemplo, a manta de não-tecido da presente invenção pode ser usada para formar um lenço configurado para uso na pele, tal como um lenço de bebê, lenço de adulto, lenço de mão, lenço de face, lenço cosmético, lenço de cuidados da casa, lenço industrial, lenço de limpeza pessoal, bola de algodão, cotonete com ponta de algodão, e assim por diante. O lenço pode assumir uma variedade de formas, incluindo, mas não limitadas à forma geralmente circular, oval, quadrada, retangular ou irregularmente for- mada. Cada lenço individual pode ser disposto em uma configuração dobrada e empilhado um em cima do outro para fornecer uma pilha de lenços umedecidos. Tais configurações dobradas são bem conhecidas pelos versados na técnica e incluem configurações dobradas em c, em z, e em 4 partes e assim por diante. Por exemplo, o lenço pode ter um comprimen- to desdobrado de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 80,0 centímetros, e em algu- mas modalidades, de aproximadamente 10,0 a aproximadamente 25,0 centímetros. Os Ien- ços podem igualmente tem uma largura desdobrada de aproximadamente 2,0 a aproxima- damente 80,0 centímetros, e em algumas modalidades, de aproximadamente 10,0 a apro- ximadamente 25,0 centímetros. A pilha de lenços dobrados pode ser localizada no interior de um recipiente, tal como um tubo plástico, para fornecer uma embalagem de lenços para eventual venda ao consumidor. Alternativamente, os lenços podem incluir uma tira contínua de material que tem perfurações entre cada lenço e que podem ser dispostos em uma pilha ou enrolados em um rolo para liberação. Vários dosadores, recipientes, e sistemas adequa- dos para liberar lenços são descritos nas Patentes U.S. Nos. 5.785.179 a Buczwinski e ou- tros, 5.964.351 a Zander1 6.030.331 a Zander1 6.158.614 a Haynes e outros, 6.269.969 a Huang e outros, 6.269.970 a Huang e outros, e 6.273.359 a Newman e outros, que são in- corporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos.
Em certas modalidades da presente invenção, o lenço é um é "lenço umedecido" já que ele contém uma solução para limpeza, desinfecção, sanitização, etc. As soluções de lenço umedecido não são cruciais para a presente invenção e são descritas em mais deta- lhes na Patente U.S. Nos. 6.440.437 a Krzysik e outros, 6.028.018 a Amundson e outros, 5.888.524 a Cole, 5.667.635 a Win e outros, 5.540.332 a Kopacz e outros, e 4.741.944 a Jackson e outros, que são incorporadas aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. A quantidade da solução de lenço umedecido empregada pode depen- der do tipo de material do lenço utilizado, do tipo de recipiente usado para armazenar os lenços, da natureza da formulação de limpeza, e do uso final desejado dos lenços. Geral- mente, cada lenço contém de aproximadamente 150 a aproximadamente 600% em peso e desejavelmente de aproximadamente 300 a aproximadamente 500% em peso de uma solu- ção de lenço umedecido com base no peso a seco do lenço.
A presente invenção pode ser mais bem entendida com relação aos seguintes exemplos.
Métodos de Teste
Peso Molecular:
A distribuição de peso molecular de um polímero foi determinada por cromatografia de permeação de gel ("GPC"). As amostras foram inicialmente preparadas adicionando-se 0,5% em peso/volume de soluções dos polímeros de amostra em clorofórmio em frascos de vidro de 40 mililitros. Por exemplo, 0,05 ± 0,0005 gramas do polímero foi adicionado a 10 mililitros de clorofórmio. As amostras preparadas foram localizadas em um agitador orbital e agitadas de um dia para o outro. A amostra dissolvida foi filtrada através de uma membrana de PTFE e analisada usando as seguintes condições:
Colunas:Styragel HR 1, 2, 3, 4, & 5E (5 em série) a 41°C
Solvente/Eluente: Clorofórmio @1,0 millilitro por minuto
HPLC: Bomba e Controlador de gradiente Waters 600E, autoamostrador Waters 717
Detector: Refratômetro Diferencial em sensibilidade Waters 2414 = 30, a 40°C e fator de escala de 20
Concentração da amostra: 0,5% de polímero "como é"
Volume de injeção: 50 microlitros
Padrões de Calibração: poliestireno MW estreito, volume injetado de 30microlitros.
O peso molecular numérico médio (MWn), Peso Molecular Médio Ponderado (MWw) e primeiro momento de peso molecular médio de viscosidade (MWz) foram obtidos.
Viscosidade Aparente: As propriedades reológicas de amostras de polímeros foram determinadas usadn o um reômetro capilar Gõttfert Rheograph 2003 com software de análise WinRHEO versão 2.31. A configuração incluiu um transdutor de pressão de 2000 bar e uma matriz de capila- res de orifício redondo. O carregamento de amostra foi feito alternando entre adição de a- mostra e embalagem com uma vareta. Um tempo de fusão de 2 minutos precedeu cada tes- te para permitir que o polímero completamente funda na temperatura de teste (usualmente 160 a 220°C). O reômetro capilar determinou a viscosidade aparente (Pa.s) em várias taxas de cisalhamento, tal como 100, 200, 500, 1000, 2000, e 4000 s"1. A curva de reologia resul- tante de taxa de cisalhamento aparente versus viscosidade aparente forneceu uma indica- ção de como o polímero correria nessa temperatura em um processo de extrusão.
índice de Fluidez:
O índice de fluidez ("MFR") é o peso de um polímero (em gramas) forçado através de um orifício de reômetro de extrusão (diâmetro de 2,095 mm (0,0825 polegada)) quando submetido a uma carga de 2160 gramas em 10 minutos, tipicamente a 190°C ou 230°C. A menos que de outra forma indicado, o índice de fluidez foi medido de acordo com o Método de Teste ASTM D1238-E. O índice de fluidez pode ser medido antes ou após a secagem.
Os polímeros medidos após a secagem (base a seco) geralmente têm um teor de água de menos de 500 partes por milhão.
Propriedades de Tração:
Os valores de resistência à tração da tira foram determinados de acordo substancial com o Padrão ASTM D-5034. Especificamente, uma amostra de manta de não-tecido foi cortada ou de outra forma fornecida com dimensões de tamanho que mediram 25 milímetros (largura) χ 127 milímetros (comprimento). Um sistema de teste de tração foi um Testador de Tração Sintech, que está disponível a partir da Sintech Corp. de Cary, Carolina do Norte. O testador de tração foi equipado com o software TESTWORKS 4.08B da MTS Corporation para suportar o teste. Uma célula de carga apropriada foi selecionada tal que o valor de tes- te está dentro da faixa de 10 a 90% da carga de escala completa. A amostra foi mantida entre prendedores tendo uma face frontal e traseira medindo 25,4 milímetros χ 76 milíme- tros. As faces do prendedor foram emborrachadas, e a dimensão mais longa do prendedor foi perpendicular à direção de puxar. A pressão do prendedor foi pneumaticamente mantida em uma pressão de 40 libras por polegada quadrada. O teste de tração foi executado em uma taxa de 300 milímetros por minuto com um comprimento útil de 10,16 centímetros e uma sensibilidade à quebra de 40%.
Cinco amostras foram testadas aplicando-se a carga de teste ao longo da direção da máquina ("MD") e cinco amostras foram testadas aplicando-se a carga de teste ao longo da direção transversal ("CD"). Em adição, a resistência à tração ("carga de pico") e o alon- gamento de pico (isto é, % de deformação em carga de pico) foram medidos. Teor de Água:
O teor de água foi determinado usando um analisador de umidade Computrac Va- por Pro Arizona Instruments (modelo No. 3100) de acordo substancial com ASTM D 7191- 05, que é incorporado aqui em sua totalidade a título de referência para todos os propósitos. A temperatura de teste (§ X2.1.2) foi 130° C1 o tamanho da amostra (§ X2.1.1) foi de 2 a 4 gramas, e o tempo de purga do frasco (§ X2.1.4) foi de 30 segundos. Ademais, o critério de terminação (§ X2.1.3) foi definido como um modo de "predição", que significa que o teste está terminado quando o critério programado embutido (que calcula matematicamente o teor de umidade final) é satisfeito.
Exemplo 1
Dois graus de resinas poliméricas de ácido polilático (PLA) foram empregados, isto é, 6201D fornecida pela NatureWorks LLC (Minnetonka, Minnesota) e L9000 fornecida pela Biomer Inc. (Alemanha). As resinas foram formadas como descrito abaixo na Tabela 1 e processadas por fusão usando uma extrusora de rosca dupla Wernerer Phleiderer Modelo ZSK-30 (relação L/D de 44). Três configurações de rosca de extrusora foram utilizadas du- rante os experimentos especificados como configurações de rosca de Baixo, Médio e Alto cisalhamento. A configuração de rosca de baixo cisalhamento incluiu um total de 33 elemen- tos de transporte de baixo cisalhamento e um total de 20 elementos de amassamento de alto cisalhamento. A configuração de rosca de médio cisalhamento incluiu um total de 29 elementos de transporte de baixo cisalhamento e um total de 25 elementos de amassamen- to de alto cisalhamento. A configuração de rosca de alto cisalhamento incluiu um total de 19 elementos de transporte de baixo cisalhamento e um total de 39 elementos de amassamen- to de alto cisalhamento. Após extrusão, os filamentos de polímero modificados foram resfri- ados em uma esteira transportadora e peletizados. As resinas foram usadas secas e tam- bém pré-umidificadas. O teor de umidade foi medido antes de extrusão e a resina foi extru- dada usando as condições de processamento por fusão ilustradas nas Tabelas 2-3. O teor de umidade final e o índice de fluidez final (MFR) foram medidos após peletização da resina modificada.
Tabela 1: Teor de Resina
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* Griltex D 473E é um copoliéster disponível a partir de SEIV -CHEMIE AG. Tabela 2: Perfil de Extrusão para Zonas 1-7
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Tabela 3: Outras Condições de Extrusão
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Como indicado, o processamento por fusão do PLA com alto teor de umidade e um alto ajuste de rosca de cisalhamento resultou em um aumento dramático no índice de fluidez (MFR) final comparado ao PLA processado em um teor de umidade mais baixo e configura- ção de rosca de cisalhamento. Por exemplo, o MFR aumentou de aproximadamente 12 g/10 min (Amostra 1) para aproximadamente 50 g/10 min (Amostra 13). Uma adição de 15% de PEG resultou em um aumento adicional no MFR final para 129 g/10 min (Amostra 15). Em adição, um aumento no teor de umidade inicial de aproximadamente 1630 ppm para 2047 ppm também resultou em um aumento no MFR final de 48 para 88 g/10 min (Amostras 13 e 32).
Exemplo 2
Várias das amostras de pelete do Exemplo 1 foram submetidas a condições de se- cagem variáveis para testar o efeito resultante no índice de fluidez (MFR) final. O índice de fluidez final foi testado. As condições de secagem e os resultados do teste são apresenta- dos abaixo na Tabela 4.
Tabela 4: Propriedades das Resinas Secas
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Como indicado, alguma redução no índice de fluidez foi indicada após a secagem.
Exemplo 3
As mantas produzidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade foram formadas a partir de três (3) diferentes amostras de resina em equipamen- to convencional de extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade, tal como descrito acima. A amostra A foi formada a partir da resina da Amostra No. 38 (Exem- plo 1) e foi extrudada como uma fibra monocomponente. A resina foi seca de um dia para o outro a 82,22°C (180°F) antes de processamento a úmido. A amostra B foi também forma- da a partir da resina seca da Amostra No. 38 (Exemplo 1). Entretanto, a Amostra B foi extru- dada em uma configuração de bainha/núcleo geral na qual o núcleo (80% em peso) foi for- mada a partir da resina da Amostra No. 38 e a bainha (20% em peso) foi formada a partir de uma resina de polipropileno disponível sob a designação "PF015" a partir da Basell North America, Inc. (Elkton, Maryland). Uma manta produzida por extrusão em blocos com passa- gem de ar quente em alta velocidade de controle foi também formada, a qual continha o po- lipropileno PF015 como uma fibra monocomponente. As condições de formação das mantas produzidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade são a- presentadas abaixo na Tabela 5. Ademais, várias propriedades mecânicas das mantas são apresentadas abaixo na Tabela 6.
Tabela 5: Condições de Processamento de Manta produzida por extrusão em blo- cos com passagem de ar quente em alta velocidade
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Tabela 6: Propriedades de Manta produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade
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Exemplo 4
Mantas coforma foram formadas a partir de polpa "NF 405" e três (3) diferentes ti- pos de resinas usando equipamento convencional, tal como descrito acima. A amostra C foi formada a partir da resina da Amostra No. 38 (Exemplo 1) e foi extrudada como uma fibra monocomponente. A resina foi seca de um dia para o outro a 82,22° C (180° F) antes de processamento a úmido. A amostra D foi também formada a partir da resina seca da Amos- tra No. 38 (Exemplo 1). Entretanto, a Amostra D foi extrudada em uma configuração geral de bainha/núcleo na qual o núcleo (80% em peso) foi formado a partir de uma resina da Amos- tra No. 38 e a bainha (20% em peso) foi formada a partir de uma resina de polipropileno dis- ponível sob a designação "PF015" a partir de Basell. Uma manta coforma de controle foi também formada, a qual continha o polipropileno PF015 como uma fibra monocomponente. As condições para formar as mantas coforma são apresentadas abaixo na Tabela 7. Ade- mais, várias propriedades mecânicas das mantas são apresentadas abaixo na Tabela 8.
Tabela 7: Condições de Processamento de Manta Coforma
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Tabela 8: Propriedades da Manta Coforma
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Exemplo 5
Várias das resinas do Exemplo 1 foram testadas para determinar seu peso molecu- lar e viscosidade aparente. Os resultados são mostrados abaixo na Tabela 9.
Tabela 9: Peso Molecular e Viscosidade
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* Amostra O é uma resina não modificada de controle.
Como indicado, a modificação da resina resultou em uma redução significativa no peso molecular numérico médio (Mwn)1 peso molecular médio ponderado (Mww)1 e no peso molecular médio z (Mwz). Por exemplo, o peso molecular numérico médio da Amostra No. 33 foi reduzido de 107.800 para 75.200 e o peso molecular médio ponderado foi reduzido de 142.400 para 98.900.
Enquanto a invenção foi descrita em detalhes com relação às modalidades especí- ficas dessa, os versados na técnica apreciarão, mediante o entendimento do anterior, po- dem prontamente compreender as alterações, variações, e equivalentes dessas modalida- des. Consequentemente, o escopo da presente invenção deveria ser avaliado como o das reivindicações em anexo e quaisquer equivalentes dessas.

Claims (44)

1. Método para formar um polímero biodegradável para uso na formação de fibra, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende processar por fusão um primeiro ácido polilático em um teor de água de aproximadamente 500 ppm a aproximadamente 5000 ppm, com base no peso a seco do primeiro ácido polilático, onde o ácido polilático passa por uma reação de hidrólise que resulta em um segundo ácido polilático hidroliticamente degradado tendo um índice de fluidez que é maior do que o índice de fluidez do primeiro ácido poliláti- co, determinado em uma base a seco em uma carga de 2160 gramas e temperatura de 190° C de acordo com o Método de Teste ASTM D1238-E.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão do índice de fluidez do segundo ácido polilático com o índice de fluidez do primeiro ácido polilático é ao menos aproximadamente 1,5.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão do índice de fluidez do segundo ácido polilático com o índice de fluidez do primeiro ácido polilático é ao menos aproximadamente 10.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão da viscosidade aparente do primeiro ácido polilático com a viscosidade aparente do segundo ácido polilático é ao menos aproximadamente 1,1, determinada em uma tempera- tura de 190° C e uma taxa de cisalhamento de 1000 seg1.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão da viscosidade aparente do primeiro ácido polilático com a viscosidade aparente do segundo ácido polilático é ao menos aproximadamente 2, determinada em uma temperatura de 190° C e uma taxa de cisalhamento de 1000 seg"1.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo ácido polilático tem um peso molecular numérico médio de aproximadamente -10.000 a aproximadamente 105.000 gramas por mol e um peso molecular médio ponderado de aproximadamente 20.000 a aproximadamente 140.000 gramas por mol.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo ácido polilático tem um peso molecular numérico médio de aproximadamente -30.000 a aproximadamente 90.000 gramas por mol e um peso molecular médio ponderado de aproximadamente 50.000 a aproximadamente 100.000 gramas por mol.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o índice de fluidez do segundo ácido polilático é de aproximadamente 10 a aproximadamente -1000 gramas por 10 minutos.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o índice de fluidez do segundo ácido polilático é de aproximadamente 100 a aproximadamente -800 gramas por 10 minutos.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo ácido polilático tem uma viscosidade aparente de aproximadamente 5 a aproxi- madamente 250 Pascal-segundos, determinada em uma temperatura de 190° C e uma taxa de cisalhamento de 1000 seg"1.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo ácido polilático tem uma viscosidade aparente de aproximadamente 10 a aproxi- madamente 100 Pascal-segundos, determinada em uma temperatura de 190° C e uma taxa de cisalhamento de 1000 seg"1.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro ácido polilático contém unidades de monômero derivadas de ácido L-lático, ácido D-lático, ácido mesolático, ou misturas desses.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro ácido polilático é um copolímero que contém unidades de monômero derivadas de ácido L-lático e unidades de monômero derivadas de ácido D-lático.
14. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o teor de água é de aproximadamente 1000 a aproximadamente 4500 ppm, com base no peso a seco do primeiro ácido polilático.
15. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o teor de água é de aproximadamente 2000 a aproximadamente 3500 ppm, com base no peso a seco do primeiro ácido polilático.
16. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o processamento por fusão ocorre em uma temperatura de aproximadamente 100° Caa- proximadamente 500° C e uma taxa de cisalhamento aparente de aproximadamente 100 segundos"1 a aproximadamente 10.000 segundos"1.
17. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o processamento por fusão ocorre em uma temperatura de aproximadamente 150° C a a- proximadamente 350° C e uma taxa de cisalhamento aparente de aproximadamente 800 segundos"1 a aproximadamente 1200 segundos"1.
18. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o processamento por fusão ocorre dentro de uma extrusora.
19. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo ácido polilático é extrudado através de uma matriz produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade.
20. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro ácido polilático é processado por fusão em conjunto com um plasticizador.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o plasticizador inclui polietileno glicol.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o plasticizador é empregado em uma quantidade de aproximadamente 0,1% em peso a a- proximadamente 20% em peso com base no peso a seco do primeiro ácido polilático.
23. Fibra formada de um ácido polilático biodegradável hidroliticamente degradado, CARACTERIZADA pelo fato de que o ácido polilático tem um índice de fluidez de aproxi- madamente 10 a aproximadamente 1000 gramas por 10 minutos, determinado em uma ba- se a seco em uma carga de 2160 gramas e temperatura de 190° C de acordo com o Método de Teste ASTM D1238-E.
24. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que o índice de fluidez do ácido polilático é de aproximadamente 100 a aproximadamente 800 gramas por 10 minutos.
25. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que o ácido polilático tem uma viscosidade aparente de aproximadamente 5 a aproximadamente -250 Pascal-segundos, determinada em uma temperatura de 190° C e uma taxa de cisalha- mento de 1000 seg"1.
26. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que o ácido polilático tem uma viscosidade aparente de aproximadamente 10 a aproximadamente -100 Pascal-segundos, determinada em uma temperatura de 190° C e uma taxa de cisalha- mento de 1000 seg"1.
27. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que o ácido polilático tem um peso molecular numérico médio de aproximadamente 10.000 a a- proximadamente 105.000 gramas por mol e um peso molecular médio ponderado de apro- ximadamente 20.000 a aproximadamente 140.000 gramas por mol.
28. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que o ácido polilático tem um peso molecular numérico médio de aproximadamente 30.000 a a- proximadamente 90.000 gramas por mol e um peso molecular médio ponderado de aproxi- madamente 50.000 a aproximadamente 100.000 gramas por mol.
29. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que o ácido polilático contém unidades de monômero derivadas de ácido L-lático, ácido D-lático, ácido mesolático, ou misturas desses.
30. Fibra, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADA pelo fato de que o ácido polilático é um copolímero que contém unidades de monômero derivadas de ácido L- lático e unidades de monômero derivadas de ácido D-lático.
31. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que a fibra é uma fibra multicomponente, onde ao menos um componente da fibra contém o ácido polilático biodegradável hidroliticamente degradado.
32. Fibra, de acordo com a reivindicação 31, CARACTERIZADA pelo fato de que a fibra multicomponente é uma fibra bicomponente na qual um componente contém o ácido polilático biodegradável hidroliticamente degradado e outro componente contém uma polio- lefina.
33. Fibra, de acordo com a reivindicação 31, CARACTERIZADA pelo fato de que a fibra multicomponente é uma fibra bicomponente na qual um componente contém o ácido polilático biodegradável hidroliticamente degradado e outro componente contém um poliés- ter.
34. Fibra, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que a fibra é uma fibra multiconstituinte, onde ao menos um constituinte da fibra contém o ácido polilático biodegradável hidroliticamente degradado.
35. Manta de não-tecido, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende a fibra da reivindicação 23.
36. Manta de não-tecido, de acordo com a reivindicação 35, CARACTERIZADA pe- lo fato de que a manta é uma manta produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade.
37. Manta de não-tecido, de acordo com a reivindicação 35, CARACTERIZADA pe- lo fato de que a manta é um compósito que adicionalmente compreende um material absor- vente.
38. Manta de não-tecido, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADA pe- lo fato de que o compósito é uma manta coforma.
39. Laminado de não-tecido, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma camada de fiação contínua e uma camada produzida por extrusão em blocos com passa- gem de ar quente em alta velocidade, onde a camada produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade inclui a manta de não-tecido da reivindica- ção 35.
40. Artigo absorvente, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um núcleo absorvente posicionado entre uma camada permeável a líquido e uma camada impermeável a líquido, o artigo absorvente compreende a manta de não-tecido da reivindicação 35.
41. Artigo absorvente, de acordo com a reivindicação 40, CARACTERIZADO adi- cionalmente pelo fato de que compreende uma camada de invólucro, camada de ventilação, camada de gerenciamento de transbordamento, ou uma combinação dessas, onde uma ou mais das camadas compreendem a manta de não-tecido.
42. Artigo absorvente, de acordo com a reivindicação 40, CARACTERIZADO adi- cionalmente pelo fato de que compreende uma ou mais abas de contenção, que compreen- dem a manta de não-tecido.
43. Lenço, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a manta de não-tecido da reivindicação 35.
44. Lenço, de acordo com a reivindicação 43, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende uma solução de lenço umedecido.
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