PL179577B1 - Nietkany material i sposób wytwarzania nietkanego materialu przez splatanie hydrauliczne PL - Google Patents

Abstract

1. Nietkany material, znam ienny tym, ze zawiera mieszanine krótkich wlókien roslinnych, zwlaszcza wlókien masy celulozowej oraz ewentualnie znany srodek nadajacy wytrzymalosc na mo- kro lub spoiwo albo srodek chemiczny, przy czym glównym skladnikiem mieszaniny krótkich wlókien roslinnych sa wlókna o dlugosci ponizej 5 mm, z dlugimi hydrofilowymi wlóknami roslinnymi w po- staci elementarnych wlókien, których glównym skladnikiem sa wlókna o dlugosci co najmniej 10 mm, przy czym zawartosc dlugich wlókien wynosi co najmniej 1% wagowy w stosunku do wagi wlókien i wlókna tego materialu zawieraja tylko naturalne wlókna, i ze wlókna te wystepuja w postaci jednorod- nej mieszaniny, zawierajacej czynnik dyspergujacy. 6. Sposób wytwarzania nietkanego materialu przez splatanie hydrauliczne, znam ienny tym, ze formuje sie wstege wlókien przez ukladanie na mokro lub formowanie w pianie w obecnosci srodka dys- pergujacego i ewentualnie dodaje sie do materialu znany srodek nadajacy wytrzymalosc na mokro lub spoiwo, po czym ewentualnie stosuje sie natrysk, nasycanie, powlekanie lub inny podobny sposób, przy czym stosuje sie wstege wlókien zawierajaca od 1 do 99% wagowych wlókien masy celulozowej lub innych wlókien roslinnych, w przeliczeniu na calkowita mase wlókien, przy czym glówna czesc wlókien ma dlugosc ponizej 5 mm, jak równiez zawiera od 1 do 99% wagowych dlugich hydrofilo- wych wlókien roslinnych, w przeliczeniu na calkowita mase wlókien, przy czym glówna czesc wlókien ma dlugosc co najmniej 10 mm. PL

Description

Przedmiotem wynalazkujest nietkany materiał i sposób wytwarzania nietkanego materiału przez splątanie hydrauliczne. Bardziej szczegółowo wynalazek dotyczy nietkanego materiału wytwarzanego przez splątanie hydrauliczne układanej na mokro lub formowanej w pianie wstęgi włókien i sposobu wytwarzania nietkanego materiału przez splątanie hydrauliczne układanej na mokro lub formowanej w pianie wstęgi włókien.

Splątanie hydrauliczne czyli wytwarzanie włókniny jest to technika wprowadzona w latach siedemdziesiątych; patrz na przykład opis patentowy CA nr 841,938. Sposób polega na wytwarzaniu wstęgi włókien, albo układanych na mokro, albo układanych na sucho, przy czym włókna ulegają splątaniu, to jest są plątane ze sobą przy użyciu bardzo cienkiego strumienia wody pod dużym ciśnieniem. Wiele rzędów strumieni wodnych jest skierowanych ku wstędze

179 577 włókien, która jest podtrzymywana przez ruchome sito. Następnie suszy się splątaną, wstęgę. Włóknami stosowanymi w materiale mogą być syntetyczne lub regenerowane włókna ciągłe, na przykład włókna poliestrowe, poliamidowe, polipropylenowe, sztuczne włókna celulozowe itp., włókna masy celulozowej lub mieszaniny włókien masy celulozowej z włóknami ciągłymi. Materiały włókninowe o dobrej jakości można wytwarzać stosunkowo tanio i mają one dobre właściwości absorpcyjne. Stosuje się je, między innymi, jako ręczniki lub materiały czyszczące w gospodarstwie domowym lub w przemyśle, jako materiały jednorazowego użytku w opiece zdrowotnej itp.

Znany j est z opisu patentowego EP-A nr 0483816 sposób wytwarzania układanego na mokro splątanego hydraulicznie materiału na podstawie 100% włókien masy celulozowej. Splątany hydraulicznie nietkany materiał, zawierający 100°% włókien masy calulozowej, może mieć niedostateczne właściwości wytrzymałościowe do pewnych zastosowań, w których materiał jest poddawany dużym obciążeniom w stanie mokrym.

W celu uzyskania materiału o dużej wytrzymałości konieczne jest domieszanie włókien dłuższych od włókien masy celulozowej. Z tego powodu, jak wspomniano powyżej, dodaje się pewną ilość syntetycznych lub regenerowanych włókien ciągłych. Stosowane włókna syntetyczne wytwarza się zasadniczo z surowców pochodzących z ropy naftowej lub gazu ziemnego. Spalanie lub rozkład biologiczny nietkanych odpadów na podstawie włókien syntetycznych przyczynia się do tak zwanego „efektu cieplarnianego”, ponieważ związany w nich węgiel kopalny jest uwalniany w postaci dwutlenku węgla. Z tego względu byłoby korzystne stosowanie do wytwarzania materiałów nietkanych włókien roślinnych zamiast włókien syntetycznych, ponieważ podczas spalania lub rozkładu biologicznego materiału zawierającego włókna roślinne i/lub włókna masy celulozowej nie jest uwalniany węgiel kopalny.

Układanie na mokro długich hydrofilowych włókien celulozowych jest utrudnione, ponieważ mała sztywność tych włókien przy zginaniu na mokro i ich skłonność do flokowania powoduje otrzymywanie materiałów o nierównomiernym formowaniu włókien. Trudności spowodowane nierównomiernym formowaniem włókien wzrastają, gdy jako sposób wiązania stosuje się splątanie hydrauliczne.

Według opisu zgłoszeniowego WO nr 91/08333, hydrofilowe włókna roślinne mogą być układane na mokro i związane sposobem splątania hydraulicznego, przy czym otrzymuje się nietkany hydrofilowy materiał. W tym przypadku włókna hydrofobowe zachowują w znacznym stopniu swą sztywność przy zginaniu podczas układania na mokro, co umożliwia stosunkowo równomierne formowanie włókien.

Z opisu patentowego US 5009747 znany jest nietkany materiał wytworzony z mieszaniny włókien masy celulozowej i włókien syntetycznych, przy czym zawartość syntetycznych włókien jest większa niż 30% wagowych, korzystnie 40-90% wagowych, a najkorzystniej 50-80% wagowych. Część włókien masy celulozowej zastąpiono innymi naturalnymi włóknami, na przykład długimi włóknami z sizalu, konopi, lnu, juty i z konopi indyjskich. Włókna roślinne wymienione w opisie patentowym US 5009747 są hydrofobowe w naturalnym stanie, czyli są pokryte zabezpieczającą warstwą wosku. By uczynić włókna hydrofilowymi, należy je poddać specjalnemu traktowaniu, którego nie stosuje się w opisie patentowym US 5009747, czyli stosuje się tu naturalnie występujące włókna o hydrofobowym charakterze. Układanie na mokro (formowanie na mokro) hydrofobowych włókien roślinnych nie jest tak problematyczne, jak układanie na mokro długich hydrofilowych włókien roślinnych, ponieważ te pierwsze wykazują mniejszą tendencję do kłaczkowania w wodzie. Włókna roślinne o charakterze hydrofilowym mają natomiast większe zastosowanie jako materiały wchłaniające wodę, ze względu na dobre własności absorpcyjne.

Celem wynalazkujest wytworzenie splątanego hydraulicznie nietkanego materiału w oparciu o wyłącznie naturalne włókna, które wykazują dobre własności absorpcyjne i wymaganą jakość.

Nietkany materiał według wynalazku zawiera mieszaninę krótkich włókien roślinnych, zwłaszcza włókien masy celulozowej oraz ewentualnie znany środek nadający wytrzymałość

179 577 na mokro lub spoiwo albo środek chemiczny, przy czym głównym składnikiem mieszaniny krótkich włókien roślinnych są włókna o długości poniżej 5 mm, z długimi hydrofitowymi włóknami roślinnymi w postaci elementarnych włókien, których głównym składnikiem są włókna o długości co najmniej 10 mm, przy czym zawartość długich włókien wynosi co najmniej 1% wagowy w stosunku do wagi włókien i włókna tego materiału zawierają tylko naturalne włókna, i włókna te występują w postaci jednorodnej mieszaniny, zawierającej czynnik dyspergujący.

Korzystnie, nietkany materiał według wynalazku, jako długie hydrofitowe włókna roślinne zawiera włókna liściowe, takie jak włókna konopi manilskich, ananasa i lnu nowozelandzkiego, włókna łykowe, takie jak włókna lnu, konopi i ramii lub włókna włosków okrywy nasiennej, takie jak włókna bawełny, kapoka i trojeści, przy czym korzystnie, zawartość długich hydrofitowych włókien roślinnych w nietkanym materiale według wynalazku wynosi od 5 do 80% wagowych, korzystniej od 20 do 60% wagowych.

Korzystnie, nietkany materiał według wynalazku zawiera znany środek nadający wytrzymałość na mokro lub spoiwo, przy czym zawartość środka nadającego wytrzymałość na mokro lub środka chemicznego wynosi od 0,1 do 10% wagowych, korzystnie, od 1do 5% wagowych.

Sposób wytwarzania nietkanego materiału opisanego powyżej według wynalazku polega na tym, że wstęgę włókien formuje się przez układanie na mokro lub formowanie w pianie w obecności środka dyspergującego i ewentualnie dodaje się do materiału znany środek nadający wytrzymałość na mokro lub spoiwo, po czym ewentualnie stosuje się natrysk, nasycanie, powlekanie lub inny podobny sposób, przy czym wymieniona wstęga włókien zawiera od 1 do 99% wagowych włókien masy celulozowej lub innych włókien roślinnych, w przeliczeniu na całkowitą wagę włókien, główna część włókienma długość poniżej 5 mm, jak również zawiera od 1 do 99% wagowych długich hydrofitowych włókien, przy czym główna część włókien ma długość co najmniej 10 mm.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku dodaje się do materiału znany środek nadający wytrzymałość na mokro lub spoiwo, po czym stosuje się natrysk, nasycanie, powlekanie lub inny podobny sposób.

Surowcem włóknistym nietkanego materiału są w części krótkie włókna roślinne, zwłaszcza włókna masy celulozowej, ale także włókna trawy esparto, włókna z trzciny i ze słomy itp., których większa część, to jest powyżej 50% wagowych ma długość poniżej 5 mm, a w części długie hydrofitowe włókna roślinne, których większa część ma długość co najmniej 10 mm. Długimi włóknami roślinnymi mogą być wszelkie rodzaje włókien liściowych, włókien łykowych i włókien włosków okrywy nasiennej, które są hydrofitowe i których większa część, to jest powyżej 50% wagowych, ma długość 10 mm lub powyżej.

Przykładami włókien liściowych są włókna konopi manilskich, ananasa i lnu nowozelandzkiego, przykładami włókien łykowych są włókna lnu, konopi i ramii, a przykładami włókien włosków okrywy nasiennej są włókna bawełny, kapoka i trojeści. Długimi włóknami roślinnymi są korzystnie elementarne włókna, to jest rozłączone (uwolnione) oddzielne włókna. Włókna włosków okrywy nasiennej występują w naturze w postaci elementarnych włókien, podczas gdy włókna liściowe i włókna łykowe muszą być najpierw uwolnione w celu uzyskania elementarnych włókien.

Według wynalazku wstęgę włókien będącą mieszaniną włókien masy celulozowej i długich hydrofitowych włókien roślinnych układa się na mokro lub formuje w pianie w obecności środka dyspergującego. Środek dyspergujący można albo dodawać bezpośrednio do długich włókien roślinnych w postaci tak zwanej „apretury włókien”, albo można go dodawać do układu wodnego w sposobie układania na mokro lub w sposobie formowania w pianie. Dodatek odpowiedniego środka dyspergującego umożliwia dobre formowanie długich hydrofitowych włókien roślinnych, które inaczej są trudne do formowania. Bez dodatku odpowiedniego środka dyspergującego formowanie włókien staje się zbyt nierównomierne, aby można było uzyskać dobre splątanie. Środek dyspergujący może należeć do wielu różnych rodzajów, które zapewniają właściwe rozproszenie 'stosowanej mieszaniny włókien masy celulozowej z włóknami roślinnymi. Przykładem środka dyspergującego odpowiedniego do wielu włókien roślinnych, na przykład

179 577 lnu i ramii, jest mieszanina 75% chlorku dimetyloamoniowego bis(uwodornionego alkilołoju) z 25% glikolu propylenowego. Dodana ilość powinna być w zakresie od 0,01 do 0,1 % wagowych.

Podczas formowania w pianie włókna są dyspergowane w spienionej cieczy zawierającej pianotwórczy środek powierzchniowo czynny i wodę, a następnie dyspersję włókien odwadnia się na sicie w taki sam sposób, jak podczas układania na mokro.

Tak uformowaną wstęgę włókien poddaje się splątaniu hydraulicznemu z energią pobraną w zakresie od 200 do 800 kWh/t. Splątanie hydrauliczne wykonuje się zwykle stosowanymi sposobami i przy użyciu urządzeń dostarczanych przez producentów maszyn.

Po splątaniu hydraulicznym materiał prasuje się, suszy i nawija na wałek. Następnie znanym sposobem przerabia się gotowy materiał na odpowiedni format i pakuje.

Przykłady wykonania:

Wytworzono i zbadano kilka różnych materiałów o zmiennym składzie, przy czym porównano je ze znajdującąsięw handlu tkaninączyszczącąwytwarzanąw odpowiedni sposób. Włóknami masy celulozowej były we wszystkich przypadkach włókna bielonej masy celulozowej z drewna iglastego. Syntetycznymi włóknami były włókna poliestrowe lub polipropylenowe, odpowiednio, 1,7 dtex x l2 mm. Użytymi włóknami roślinnymi były włókna ramii, które po uwolnieniu cięto na maksymalną długość 12 mm. W tym przypadku zastosowano także kationowy środek powierzchniowo czynny, jako środek dyspergujący podczas formowania. Wstęgi włókien wytwarzano przez układanie na mokro, a następnie poddawano je splątaniu hydraulicznemu z energią pobraną w zakresie od 265 do 600 kWh/t, lekko prasowano i suszono przez przedmuchiwanie powietrza. Właściwości materiałów przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1

	Handlowy materiał suszący	Badany materiał nr 1	Badany materiał nr 2	Materiał wg wynalazku
1	2	3	4	5
Technika formowania Środek dyspergujący	układanie na mokro	układanie na mokro	układanie na mokro	układanie na mokro Kationowy spc (1)
% włókien masy celulozowej	60	50	50	50 (2)
% włókien poliestru, 1.7 dtex. 12 mm	22	50	-	(3)
% włókien polipropylenu, 1.7 dtex. 12 mm	18	-	50	(4)
% włókien ramii, 12 mm (włókno roślinne)	-	-	-	50 (5)
Energia splątania, kWh/t	600	554	590	265
Prasowanie	lekkie	lekkie	lekkie	lekkie
Suszenie	powietrzem, 130°C	powietrzem, 130°C	powietrzem, 130°C	powietrzem, 130°C
Gramatura, g/m2	80	93,2	87,5	94,3
Grubość, pm	420	444	532	395
Wytrzymałość na rozciąganie na sucho, MD, N/m	1400	4001	1838	1158

179 577

Tabela 1 - ciąg dalszy

1	2	3	4	5
Wytrzymałość na rozciąganie na sucho, CD, N/m	650	1665	1194	469
Wydłużenie, MD, %	30	44	72	27
Wydłużenie, CD, %	60	76	115	57
Wytrzymałość na rozciąganie na mokro, MD, N/m	660	580	680	790
Wytrzymałość na rozciąganie na mokro, CD, N/m	320	191	249	286

Objaśnienia skrótów:

spc - środek powierzchniowo czynny

MD - w kierunku maszynowym

CD - w kierunku poprzecznym (1) Handlowy środek dyspergujący (2) Bielona chemicznie masa celulozowa z drewna iglastego (3) Handlowe włókna poliestrowe do układanego na mokro materiału nietkanego (4) Handlowe włókna polipropylenowe do układanego na mokro materiału nietkanego (5) Włókna ramii cięte po uwolnieniu do największej długości 12 mm.

Wyniki te pokazują, że materiał według niniejszego wynalazku, który zawierał 50% włókien ramii zamiast 50% włókien syntetycznych, miał mniejsze wytrzymałości w stanie suchym, lecz podobne lub, w pewnych przypadkach, wyższe wytrzymałości niż materiały z włókien syntetycznych. Z tego wynika, że jest zupełnie możliwe wytwarzanie materiału układanego na mokro opartego całkowicie na włóknach naturalnych.

Przykład I.Z włókien bielonej masy celulozowej w ilości 50 kg oraz ciętych na maksymalną długość 12 mm włókien ramii w ilości 50 kg uformowano wstęgi włókien przez układanie na mokro, dodając 0,1 kg mieszaniny 75% chlorku dimetyloamoniowego bis (uwodornionego alkilołoju) z 25% glikolu propylenowego. Następnie poddano materiał wstęgi splątaniu hydraulicznemu przy użyciu energii 265 kWh/t. Uzyskany materiał, przeprasowano lekko, po czym suszono przedmuchując gorącym powietrzem o temperaturze 130°C. Właściwości uzyskanego materiału przedstawiono w tabeli 1.

Materiał wytworzony według niniejszego wynalazku ma dostateczną wytrzymałość, aby można go było stosować jako materiał czyszczący, nawet do takich zastosowań, od których wymagana jest stosunkowo dobra wytrzymałość w stanie mokrym. Właściwości materiału można dodatkowo poprawić przez dodanie odpowiedniego znanego spoiwa lub środka nadającego wytrzymałość na mokro, sposobem nasycania, natrysku, powlekania lub innym odpowiednim sposobem nanoszenia. Materiał jest przeznaczony przede wszystkim jako materia! czyszczący dla gospodarstwa domowego lub dla takich użytkowników, jak warsztaty, przemysł, szpitale lub inne zakłady użyteczności publicznej.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Nietkany materiał, znamienny tym, że zawiera mieszaninę krótkich włókien roślinnych, zwłaszcza włókien masy celulozowej oraz ewentualnie znany środek nadający wytrzymałość na mokro lub spoiwo albo środek chemiczny, przy czym głównym składnikiem mieswimy krótkich włókien roślinnych sąwłókna o długości poniżej 5 mm, z długimi hydrofitowymi włóknami roślinnymi w postaci elementarnych włókien, których głównym składnikiem są włókna o długości co najmniej 10 mm, przy czym zawartość długich włókien wynosi co najmniej 1% wagowy w stosunku do wagi włókien i włókna tego materiału zawierajątylko naturalne włókna, i że włókna te występują w postaci jednorodnej mieszaniny, zawierającej czynnik dyspergujący.
2. 2. Nietkany materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jako długie hydrofitowe włókna roślinne zawiera włókna liściowe, takie jak włókna konopi manilskich, ananasa i lnu nowozelandzkiego, włókna łykowe, takie jak włókna lnu, konopi i ramii lub włókna włosków okrywy nasiennej, takie jak włókna bawełny, kapoka i trojeści.
3. 3. Nietkany materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawartość długich hydrofitowych włókien roślinnych wynosi od 5 do 80% wagowych, korzystnie od 20 do 60% wagowych.
4. 4. Nietkany materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera on znany środek nadający wytrzymałość na mokro lub spoiwo.
5. 5. Nietkany materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość środka nadającego wytrzymałość na mokro lub środka chemicznego wynosi od 0,1 do 10% wagowych, korzystnie od 1 do 5% wagowych.
6. 6. Sposób wytwarzania nietkanego materiału przez splątanie hydrauliczne, znamienny tym, że formuje się wstęgę włókien przez układanie na mokro lub formowanie w pianie w obecności środka dyspergującego i ewentualnie dodaje się do materiału znany środek nadający wytrzymałość na mokro lub spoiwo, po czym ewentualnie stosuje się natrysk, nasycanie, powlekanie lub inny podobny sposób, przy czym stosuje się wstęgę włókien zawierającą od 1 do 99% wagowych włókien masy celulozowej lub innych włókien roślinnych, w przeliczeniu na całkowitą masę włókien, przy czym główna część włókien ma długość poniżej 5 mm, jak również zawiera od 1 do 99% wagowych długich hydrofitowych włókien roślinnych, w przeliczeniu na całkowitą masę włókien, przy czym główna część włókien ma długość co najmniej 10 mm.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dodaje się do materiału znany środek nadający wytrzymałość na mokro lub spoiwo, po czym stosuje się natrysk, nasycanie, powlekanie lub inny podobny sposób.