Лиоцельное волокно с высокой адсорбирующей способностью и способ его получения

Лиоцельное волокно с высокой адсорбирующей способностью и способ его получения

Реферат

Данное изобретение относится к способу улучшения адсорбирующих свойств лиоцельных волокон и ,конкретнее, к такому способу, который применим для получения адсорбирующих материалов для менструальных тампонов, прокладок и других адсорбирующих изделий.

Имеется несколько видов вискозы, производимой и используемой в различных отраслях промышленности, они включают обычное вискозное волокно, медноаммиачное волокно, волокно с высоковлажным модулем и лиоцельное волокно («лиоцелл»). Однако лиоцелл отличается от других вискозных волокон. Например, степень кристалличности лиоцелла по меньшей мере в два раза выше степени кристалличности вискозы; лиоцелл состоит из довольно хорошо определенных фибрилл, которые могут разделяться при влажном абразивном воздействии, но в остальном он не очень чувствителен к воде и имеет высокую прочность при растяжении, особенно прочность во влажном состоянии по сравнению с другими вискозными волокнами. Хотя вискозное волокно широко используется в адсорбирующих изделиях, таких как менструальные тампоны, прокладки и другие адсорбирующие изделия, лиоцелл не используется в значительных количествах для изготовления таких изделий.

В литературе описаны различные технологии для увеличения адсорбционной способности целлюлозных материалов. Эти технологии включают, например, получение смешанных волокон с матрицей из регенерированной целлюлозы и равномерно диспергированными в ней полиакрилатами (например, Smith, патент США 3,884,287), акрилат/метакрилатными сополимерами (например, Allen и др., патент США 4,066,584; Meierhoefer, патент США 4,104,214; и Allen, патент США 4,240,937), сополимерами алкиленвинилового простого эфира и этилендикарбоновой кислоты (например, Denning, патент США 4,165,743), сульфоновыми кислотами (например, Allen, патент США 4,242,242), поливинилпирролидоном (например, Smith, патент США 4,136,697), сульфатом целлюлозы (например, Smith, патент США 4,273,118), карбоксиметилцеллюлозой (например, Smith патент США 4,289,824) или с подобными веществами.

Вискозное волокно или другие полимерные смешанные волокна из регенерированной целлюлозы в процессе получения можно подвергать обработке в ваннах с горячей водой (один или более раз). Например, в различных вышеуказанных патентах описана обработка волокна после его регенерации в ваннах с горячей водой при температурах от температуры окружающей среды (20-25°С) до 100°С. Однако не описано какое-либо заметное влияние такой обработки на адсорбирующие свойства целлюлозных материалов.

В литературе предлагались и другие виды обработки целлюлозных волокнистых материалов для повышения их адсорбционной способности. Так, предлагалось обрабатывать волокна карбоксиметилцеллюлозы в ваннах с горячей водой, содержащих сшивающие агенты для мокрого сшивания волокон с последующим повышением их адсорбционной способности (см., например, Steiger, патент США 3,241,553; Ells, патент США 3,618,607; и Chatterjee, патент США 3,971,379). Ни в одном из указанных источников, однако, не предлагается использовать обработку горячей водой как таковую для повышения адсорбционной способности целлюлозных материалов.

Высокотемпературная обработка целлюлозных волокнистых материалов водой (предпочтительно деионизированной) описана Shan и др. в патенте США 4,575,376. Указанную обработку проводят при температуре 95-100°С, а материалы, действительно подвергавшиеся такой обработке, ограничены хлопком, вискозным волокном и смешанными вискозными волокнами. Из-за других свойств адсорбирования воды у вискозного лиоцельного волокна данные, предоставленные в указанном документе, не обязательно предполагают, что адсорбционная способность лиоцелла повысится столь же значительно, как адсорбционная способность других целлюлозных волокон, при использовании такого способа обработки горячей водой (HTWT).

Tyler и др. в патенте США 4,919,681 описывает модифицированный способ обработки целлюлозных волокон в кислом растворе, имеющем рН не выше 4. И здесь немногие целлюлозные волокна испытывались в этом документе, и данные не обязательно предполагают, что в результате применения этого способа адсорбционная способность лиоцелла улучшится столь же значительно, как и у других целлюлозных волокон.

Настоящее изобретение обеспечивает лиоцельные волокна с высокой адсорбционной способностью, чтобы их можно было использовать в качестве заменителя традиционных вискозных волокон в адсорбирующих изделиях. Кроме того, оно обеспечивает новую технологию обработки лиоцельных волокнистых материалов для повышения их адсорбционной способности. Указанный результат получают в соответствии с изобретением гидротермической обработкой, которая предусматривает нагревание лиоцельных волокон в присутствии воды при температурах в интервале до около 100°С, в течение периода времени, достаточного для такого повышения адсорбционной способности волокна, чтобы обеспечить адсорбционную способность тампонов Syngyna по меньшей мере около 4,4 г/г (при плотности около 0,4 г/см³) и сушку обработанных волокон.

На чертеже представлен график адсорбционной способности волокнистых тампонов примера 6В по изобретению и сравнительного примера 6А в виде функции от их плотности.

Предпочтительные варианты выполнения

Гидротермическую обработку лиоцельного волокна желательно проводить в водяной ванне при температуре от около 60°С до 100°С (или выше, если под давлением). Данная обработка обеспечивает лиоцельное волокно, имеющее высокую адсорбционную способность в сжатых структурах, подобную адсорбирующей способности вискозного волокна. Волокно обрабатывают в течение периода времени, достаточного для повышения его адсорбционной способности, определяемой тестом Syngyna,как описано ниже. Обнаружено, что после обработки при температуре от 90 до 100°С адсорбционная способность лиоцельного волокна повышается по меньшей мере на 14% и до 30%. Гидротермическую обработку можно проводить при температурах от комнатной до температуры выше температуры кипения - 100°С (разумеется, давлением выше атмосферного или добавлением соли, нормальная температура кипения воды может быть повышена). При более низких температурах, например при комнатной температуре, время выдерживания в воде должно быть больше, чем в высокотемпературных условиях.

Стадии обработки по изобретению проводят в водяной ванне. Считается, что нет необходимости использовать деионизированную воду для достижения высокой адсорбционной способности лиоцельного волокна. Например, считается, что присутствующие в воде ионные вещества, такие как натрий, хлорид, сульфат и т.п., не оказывают существенного влияния на обработку. В настоящее время полагают, что следует избегать низкого рН, т.е. кислой среды, а уровни рН от нейтрального до высокого являются приемлемыми.

Когда желательно использовать обработанные таким образом волокна в качестве адсорбирующих материалов для менструальных тампонов или прокладок, их можно затем высушить, сжать, образовать из них нетканое полотно (например, прочесыванием или спутыванием воздухом) и затем сформировать из него адсорбирующие изделия. Когда, например, из него требуется получить тампоны, нетканое полотно из гидротермически обработанных лиоцельных волокон можно сформировать в тампоны способом, описанным Friese и др. в патенте США 6,310,269 (включенном путем ссылки в данную заявку), принадлежащем данному заявителю.

Гидротермически обработанное лиоцельное волокно можно объединять с другими материалами для формирования адсорбирующей структуры, используемой в адсорбирующих изделиях, описанных выше. Например, материалы, применяемые для получения адсорбирующих изделий по изобретению, включают обработанные лиоцельные волокна, дополнительные волокна, пену, гидрогели, древесную пульпу, суперадсорбенты и т.п. Неограничивающий список применимых волокон включает натуральные волокна, такие как хлопок, древесная пульпа, джут и т.п., и обработанные волокна, такие как регенерированная целлюлоза, нитрат-целлюлоза и ацетат целлюлозы, вискоза (иное, чем обработанное лиоцельное волокно), сложные полиэфиры, поливиниловый спирт, полиолефины, полиамины, полиамиды, полиакрилонитрил и т.п. Другие волокна в дополнение к указанным выше волокнам могут быть включены для добавления желаемых свойств адсорбирующему корпусу изделия.

Волокна, применимые в данном изобретении, включают адсорбирующие волокна, способные адсорбировать жидкость в само волокно, и неадсорбирующие волокна, которые не впитывают значительных количеств жидкости, но которые могут способствовать обеспечению структуры, способной удерживать жидкость в межволоконных капиллярах. Адсорбирующие волокна включают, без ограничения, хлопок, древесную пульпу, джут, регенерированную целлюлозу, нитрат-целлюлозу, ацетат целлюлозы, вискозу и т.п. Неадсорбирующие волокна включают, без ограничения, сложные полиэфиры, полиолефины, полиамины, полиамиды, полиакрилонитрил и т.п.

Водяные ванны (или душ, или т.п.), используемые в способе по изобретению, могут также содержать различные адъюванты для придания других желаемых свойств обрабатываемым волокнам. Например, предпочтительно при обработке лиоцельных волокон для использования в качестве адсорбентов в менструальных тампонах вводить в ванны для гидротермической обработки аппретурные добавки, смазочные агенты и другие желаемые агенты. Они могут присутствовать в виде смесей различных агентов, но, разумеется, также можно вводить в ванны для гидротермической обработки и другие традиционные добавки, если это желательно. Эти агенты могут включать диолы, сурфактанты и аппретуры, такие как глицерилмонолаурат и аналогичные соединения, описанные Brown-Skrobot в патенте США 5,679,369 (включенном путем ссылки в данную заявку), принадлежащем данному заявителю.

В данном описании термин «поверхностно-активное вещество» относится к поверхностно-активному агенту, т.е. к агенту, модифицирующему природу поверхностей. Поверхностно-активные вещества часто используют как увлажнители, детергенты, эмульгаторы, диспергирующие агенты, смачиватели и противопенные агенты. Поверхностно-активные вещества могут быть анионогенными, катионогенными, неионогенными и амфолитическими. Предпочтительно, в настоящем изобретении используется неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ). Неионогенные ПАВы обычно оказывают меньшее раздражающее действие на ткани человеческого тела, и поэтому они более приемлемы для применений, контактирующих с такими тканями.

Примерный неограничивающий список применимых диолов включает С_2-8 диолы и полигликоли и т.п. Предпочтительно диол выбирают из группы, состоящей из гликолей (С₂ и С₃ диолов) и полигликолей. Термин «полигликоль», используемый в описании и формуле изобретения, означает дигидроксизамещенный простой эфир, полученный дегидратацией двух или более молекул гликолей. Примерный неограничивающий список применимых полигликолей включает этиленгликоль, пропиленгликоль, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли, метоксиполиэтиленгликоли, полибутиленгликоли или блок-сополимеры бутиленоксида и этиленоксида.

Предпочтительными неионогенными поверхностно-активными веществами являются этоксилаты, включая этоксилаты сложных эфиров жирных кислот, этоксилаты простых эфиров жирных кислот и этоксилированные производные сахаров.

Примеры этоксилированных сложных эфиров жирных кислот можно найти в группе этоксилированных сложных эфиров жирных кислот и полиолов и, в частности, этоксилированных сложных эфиров жирных кислот и сорбита. Примерный неограничивающий список применимых этоксилированных сложных эфиров сорбита и жирных кислот включает полиоксиэтиленсорбитлаурат (известный также под названием Полисорбат 20 и 21), полиоксиэтиленсорбитпальмитат (известный также под названием Полисорбат 40), полиоксиэтиленсорбитстеарат (известный также под названием Полисорбат 60 и 61), полиоксиэтиленсорбиттристеарат (известный также под названием Полисорбат 65), полиоксиэтиленсорбитолеат (известный также под названием Полисорбат 80 и 81) и полиоксиэтиленсорбиттриолеат (известный также под названием Полисорбат 85).

Примеры этоксилированных простых эфиров жирных кислот можно найти в группе полиоксиэтиленалкиловых эфиров. Примерный неограничивающий список применимых полиоксиэтиленалкиловых эфиров включает полиоксиэтиленлауриловый эфир, полиоксиэтиленстеариловый эфир (известный также под названием Steareth-2, Steareth-10 и т.п.), полиоксиэтиленцетиловый эфир (известный также под названием Ceteth-2, Ceteth-10 и т.п.) и полиоксиэтиленолеиловый эфир (известный также под названием Oleth-2, Oleth-10 и т.п.).

Примеры сложных эфиров жирных кислот можно найти в группе сложных эфиров сорбита и жирных кислот. Примерный неограничивающий список применимых сложных эфиров сорбита и жирных кислот включает сорбитмоноолеат, сорбитмоностеарат, сорбитмонопальмитат, сорбитмонолаурат, сорбиттристеарат и сорбиттриолеат.

Примеры этоксилированных производных сахаров можно найти в группе производных метилглюкозы. Примерный неограничивающий список применимых производных метилглюкозы включает метилглюцет-10,метилглюкозу-20, метилглюкозу-20 дистеарат, метилглюкозу диолеат, метилглюкозу сесквистеарат, PEG-120 метилглюкозу диолеат и PEG-120 метилглюкозу сесквистеарат.

Примеры фармацевтически активных соединений включают такие соединения, как глицерилмонолаурат ("GML", применимый для ингибирования шокового токсического синдрома при действии стафилококкового токсина («токсин-1») при использовании тампонов) и соединения, описанные в патенте (Brown-Skrobot, патент США 5,679,369), включенном в данную заявку путем ссылки.

Если требуется, такие агенты или другие добавки вводят в незначительных количествах в ванну для гидротермической обработки для того, чтобы осадить такие вещества на лиоцельных волокнах в количестве менее 5 мас.%, предпочтительно в количестве от около 0,1 до 1 мас.%.

Повышенная адсорбционная способность, достигаемая настоящим способом, может быть определена in vitro или in vivo в результате соответствующим образом проведенных клинических испытаний. Например, можно использовать или хорошо известный тест Syngyna(см. Свод Федеральных законов США, часть III, Department of Health and Human Services, Food and Drug Administration (21 CFR §801.430, от 1.04. 2001)) или провести тестирование тампонов (plug test) (см. примеры 5 и 6, приведенные ниже) для определения адсорбционной способности лиоцельного волокна, подвергнутого гидротермической обработке.

Из лиоцельного волокна с высокой адсорбционной способностью по изобретению можно сформировать адсорбирующий тампон, адсорбция у которого (по тесту Syngyna) составляет по меньшей мере около 4,4 г/г и предпочтительно по меньшей мере около 4,8 г/г. Альтернативно, лиоцельное волокно с высокой адсорбционной способностью можно сформировать в содержащий 2 г волокна тампон (как описано ниже в примерах 5 и 6), имеющий плотность 0,4 г/г, диаметр 25 мм и GAT-адсорбцию (за 15 мин) по меньшей мере около 3,7 г/г, предпочтительно по меньшей мере около 4 г/г.

Примеры

Технологии гидротермической обработки по изобретению и повышенные адсорбирующие свойства, полученные таким образом, иллюстрируются нижеследующими примерами, в которых все температуры даны в градусах Цельсия, а все доли и процентные содержания даны в процентах (мас.), если не указано иное.

Примеры 1-4

Тампоны лабораторного изготовления весом около 2,5 г были выполнены согласно общему учению Friese и др. в патенте США 6,310,296 (указанный патент включен в данную заявку путем ссылки). Тампоны затем подвергали тесту Syngyna согласно 21 CFR §801.430, 1.04.2001. Результаты показаны ниже в таблице 1

Таблица 1

Образец	Описание	Плотность(г/см3)	Значение Syngyna для тампона (г)	ЗначениеSyngyna(г/г)
Сравнительный пример 1A	Волокно TENCEL® 1,5 деньеTENCEL®	0,389	9,92	3,89
Пример 1B	Обработанное1) волокно TENCEL®1,5 денье	0,390	11,37	4,44
Сравнительный пример 2A	Волокно TENCEL®2,2 денье	0,394	10,32	3,97
Пример 2B	Обработанное1) волокно TENCEL®2,2 денье	0,319	10,96	5,18
Сравнительный пример ЗА	Волокно TENCEL®3 денье	0,406	10,56	4,14
Пример 3B	Обработанное1) волокно TENCEL®3 денье	0,406	12,36	4,82
Сравнительный пример 4A	Волокно TENCEL®1,5 денье	0,39	9,97	3,86
Пример 4B	Обработанное2) волокно TENCEL®1,5 денье	0,38	12,39	4,80

¹⁾ Гидротермическая обработка в кипящей воде при 90-100°С в течение примерно 1 ч.

²⁾ Гидротермическая обработка в кипящей воде при температуре около 125°С в течение примерно 1 ч при повышенном давлении.

Данные теста Syngyna показывают, что гидротермическая обработка лиоцельного волокна улучшает его адсорбционную способность в сжатом тампоне до более чем 4,4 г/г. Такое улучшение адсорбционной способности означает ее повышение на 14-30%.

Примеры 5 и 6

Сжатые волокнистые структуры могут быть предпочтительны по изобретению. Улучшения можно показать с помощью тестирования тампонов, описанного ниже в данной заявке.

Тестирование тампона

Смесь волокон разрыхляют с помощью обычного оборудования для разрыхления и прочесывания.

Методика приготовления образцов: фиксированное количество смеси волокон весом 2 г вводят в форму из нержавеющей стали с цилиндрической полостью (диаметром 1 дюйм (2,54 см)). Цилиндрический поршень, который подходит к данной полости, используют для сжатия массы волокна. Лабораторный пресс используют для приложения необходимого давления.

После извлечения из формы тампон оставляют лежать примерно 20-30 минут, чтобы уравновесить его до сбалансированной толщины, по которой рассчитывается плотность тампона.

Тест на адсорбцию тампоном: Испытываемый образец представляет собой уравновешенный тампон. Тампон испытывают в гравиметрическом приборе для определения адсорбционной способности (как описано в Pronoy K. Chatterjee and Hien V. Nguyen, "Mechanism of Liquid Flow and Structure Property Relationships", Chapter II, Absorbency, Textile Science and Technology, Vol. 7, стр. 29-84, (Elsevier Science Publishers B.V.), причем, как на стр. 67-68 этой работы, включенной в данную заявку путем ссылки, использовали 1% физиологический раствор в качестве жидкости для тестирования. Ячейка для испытаний представляет собой многодырочную ячейку с 25 отверстиями, каждое диаметром около 3 мм, расположенными по кругу диаметром около 37 мм в два кольца вокруг центрального отверстия (8 отверстий в первом кольце и 16 отверстий во внешнем кольце) с фильтровальной бумагой GF/А сверху. Испытания проводили при гидростатическом напоре 1 см: фильтровальная бумага располагалась на 1 см выше уровня жидкости в резервуаре. Полый цилиндр с диаметром чуть больше полости формы помещали вертикально на фильтровальную бумагу. В начале тестирования тампон из волокна опускали в цилиндр, а на верхнюю часть помещали грузик, чтобы создать давление, эквивалентное 0,5 фунт/дюйм² (3,447 кПа).

Адсорбированное количество регистрировали по времени с помощью компьютера. Тест занимал около 10 мин.

Таблица 2

Образец	Описание	Плотность(г/см3)	GAT-адсорбция @ 45 сек (г/г)	GAT-адсорбция @ 15 мин(г/г)
Сравнительный пример 5А	Волокно TENCEL®1,5 денье	0,40	2,84	3,22
Пример 5B	Обработанное волокно TENCEL® 1,5 денье	0,38	2,84	4,11
Сравнительный пример 6A	Волокно TENCEL®2,2 денье	См. график на фиг. 1
Пример 6B	Обработанное волокно(1) TENCEL® 2,2 денье

¹ Гидротермическая обработка в кипящей воде при 90-100°С в течение примерно 1 ч.

Результаты тестирования тампонов показали, что гидротермическая обработка лиоцельных волокон существенно повышает их GAT-адсорбцию (@ 15 мин) в сжатых тампонах, например до более 3,7 г/г при плотности 0,4 г/см³.

Описание изобретения и варианты его выполнения представлены выше для полного и неограничительного понимания изобретения, раскрытого в данной заявке. Поскольку возможны различные модификации и варианты данного изобретения без отхода от его существа, объем данного изобретения определяется прилагаемой ниже формулой изобретения.

1. Способ повышения адсорбционной способности лиоцельных волокон, предусматривающий:

(a) гидротермическую обработку лиоцельного волокна водой при температуре по меньшей мере около 60°С в течение 1-60 мин; и

(b) сушку обработанных лиоцельных волокон до содержания воды менее чем около 20 вес.%;

причем обработанное лиоцельное волокно способно формоваться в неупорядоченный волокнистый тампон весом 2 г, плотностью 4 г/см³ и диаметром 25 мм, GAT-адсорбция которого составляет (за 15 мин) по меньшей мере около 3,7 г/г.

2. Способ по п.1, в котором температура воды составляет от около 80°С до около 100°С.

3. Способ по п.1, в котором вода содержит ионное вещество, а волокна обрабатывают при температуре от около 90°С до около 110°С.

4. Способ по п.1, в котором волокна обрабатывают кипящей водой.

5. Адсорбирующий тампон, содержащий адсорбирующую структуру, состоящую, по существу, из лиоцельных волокон, обработанных способом по любому из пп.1-4, причем тампон имеет плотность от около 0,3 до около 0,5 г/см³ и адсорбцию по Syngyna, составляющую по меньшей мере около 4,4 г/г.

6. Адсорбирующий тампон по п.5, у которого адсорбция по Syngyna составляет по меньшей мере около 5 г/г.

7. Волокнистая структура, содержащая лиоцельные волокна, обработанные способом по любому из пп.1-4 и способные формоваться в неупорядоченный волокнистый тампон весом около 2 г, плотностью 4 г/см³ и диаметром 25 мм, GAT-адсорбция которого (за 15 мин) составляет по меньшей мере 3,7 г/г.

8. Волокнистая структура по п.7, в которой лиоцельные волокна способны формоваться в неупорядоченный волокнистый тампон весом около 2 г, плотностью 4 г/см³ и диаметром 25 мм, GAT-адсорбция которого (за 15 мин) составляет по меньшей мере 4 г/г.

9. Волокнистая структура по п.7, которая также содержит дополнительные волокна.

10. Волокнистая структура по п.9, в которой дополнительные волокна содержат адсорбирующие волокна.

11. Волокнистая структура по п.9, в которой дополнительный волокнистый материал содержит неадсорбирующие волокна.

12. Волокнистая структура по п.7, которая также содержит дополнительные вещества.

13. Волокнистая структура по п.12, в которой дополнительные вещества включают вещества, выбранные из группы, состоящей из пены, гидрогеля, суперадсорбента и их комбинаций.