Супергидрофобные поверхности

Супергидрофобные поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к поверхностям, которые проявляют супергидрофобные свойства в результате обработки композицией, содержащей неорганический растворитель на водной основе.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Краевой угол смачивания водой (также называемый контактным углом) супергидрофобной поверхности составляет величину, превышающую 150°. Если, кроме того, угол скатывания (соскальзывания) капли воды с поверхности составляет менее 10°, то поверхность считают "самоочищающейся". В природе такими свойствами обладают листья лотоса (так называемый эффект лотоса). Поверхности большинства искусственно созданных материалов, таких как ткани, нетканые полотна, целлюлозно-бумажные полотна, полимерные пленки и т.д., не обладают такими свойствами. В настоящее время имеются два общих способа модификации несупергидрофобной поверхности для придания ей эффекта лотоса. Один из таких способов состоит в привитии гидрофобного мономера на каждую из поверхностей несупергидрофобного материала. При таком способе материал становится супергидрофобным по всей его толщине, что в большинстве случаев может быть нежелательно. Этот способ также экономически неэффективен, не может быть использован в непрерывном производстве и может оказывать нежелательное воздействие на окружающую среду. Другой подход состоит в нанесении на поверхность жидкой дисперсии, имеющей специальный состав, так что после проведения сушки образуется наноструктурированная супергидрофобная пленка. Чтобы воспользоваться этим способом, наносимая пленка должна обладать химическими и физическими морфологическими характеристиками супергидрофобных поверхностей. Во-первых, композиция должна содержать по меньшей мере один компонент с низкой поверхностной энергией (т.е. гидрофобный компонент), например, перфорированный полимер (например, политетрафторэтилен), и, во-вторых, обрабатываемая поверхность должна иметь шероховатую поверхностную структуру, предпочтительно, имеющую шероховатости нескольких разных диапазонов размерной шкалы, т.е. имеющую микро- и наношероховатости. Несмотря на то, что существуют различные композиционные дисперсии, которые могут придавать поверхностям супергидрофобные свойства, ни одна из этих дисперсий не имеет полностью водной основы. По множеству причин, включающих безопасность, сохранение здоровья персонала, экономичность и защиту окружающей среды, получение в промышленных масштабах дисперсии, составленной полностью на водной основе, чрезвычайно желательно, поскольку это устраняет риски, связанные с использованием органических растворителей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к супергидрофобной поверхности, включающей основу (подложку), обработанную композицией, содержащей: (а) гидрофобный компонент, (b) наноструктурированные частицы и (с) воду.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг. 1 представлена несмачиваемая пористая основа (подложка), препятствующая проникновению воды благодаря малому размеру d пор и высокой гидрофобности (большой краевой угол смачивания в).

На Фиг. 2 представлены значения давления проникновения (гидростатического давления или гидростатического напора) для воды и смеси вода + изопропиловый спирт (сокращенно ИПС) для гидрофобной основы из материала мелтблаун (Образец 1) и гидрофильной основы, содержащей целлюлозу (Образец 4), на каждую из которых было нанесено покрытие из водной дисперсии фторсодержащего реагента РМС (торговое наименование Capstone ST-100, фторированный акриловый сополимер, 20% масс. в воде, поставляемый DuPont). Эта композиция не содержит наноструктурированных частиц, и масса покрытия, расходуемого на единицу площади, составляет >10 г/м².

На Фиг. 3А представлено трехмерное изображение гидрофобной основы из материала мелтблаун, окрашенной флуоресцентным красителем для визуализации, полученное с помощью конфокального микроскопа.

На Фиг. 3В представлена зависимость доли свободного объема гидрофобной основы из материала мелтблаун от расстояния, измеряемого вглубь основы от ее поверхности, для необработанной основы (без покрытия, незаштрихованные квадраты) и той же основы после нанесения гидрофобного покрытия (незаштрихованные кружки).

На Фиг. 3С представлена зависимость доли свободного объема основы из материала спанбонд от расстояния, измеряемого вглубь основы от ее поверхности, для необработанной основы (без покрытия, незаштрихованные квадраты) и той же основы после нанесения гидрофобного покрытия (незаштрихованные кружки).

На Фиг. 3D представлена зависимость доли свободного объема материала для полотенец Kimberly-Clark^® Towel от расстояния, измеряемого вглубь основы от ее поверхности, для необработанной основы (без покрытия, незаштрихованные квадраты) и той же основы после нанесения гидрофобного покрытия (незаштрихованные кружки).

На Фиг. 4А представлена методика измерения краевого угла смачивания. Видна структура покрытия.

На Фиг. 4В представлены нерастекшиеся капли воды, находящиеся в покое на основе КС Hydroknit®, имеющей покрытие.

На Фиг. 5А представлены значения гидростатического давления для пяти различных образцов после того, как на них было нанесено покрытие из композиции при плотности нанесения покрытия, составляющей 13,7 г/м².

На Фиг. 5В представлены значения гидростатического давления для пяти различных образцов после того, как на них было нанесено покрытие из композиции при плотности нанесения покрытия, составляющей 27,4 г/м².

На Фиг. 6А и Фиг. 6В представлены значения гидростатического давления для двух различных образцов. Испытания проводили с использованием двух пробных жидкостей.

На Фиг. 7 представлены значения гидростатического давления для двух различных образцов после того, как на них было нанесено покрытие из композиции при плотности нанесения покрытия, составляющей 78,4 г/м².

На Фиг. 8 представлены значения гидростатического давления для двух образцов, имеющих покрытие из композиции, нанесенной с поверхностной плотностью, составляющей 47 г/м².

На Фиг. 9 представлены значения гидростатического давления для двух образцов, имеющих покрытия из различных композиций. Покрытия наносили с минимальной плотностью, обеспечивающей сохранение шарообразной формы кали воды, но не гарантирующей доступное для измерений давление проникновения воды.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Если не указано иное, то все процентные содержания выражены в массовых процентах от общей массы композиции. Если не указано иное, то все отношения представляют собой массовые отношения.

Термин "супергидрофобный" означает способность поверхности чрезвычайно эффективно отталкивать воду. Это свойство характеризуется наличием краевого угла смачивания водой, превышающего 150°

Используемый в настоящем описании термин "гидрофобный" означает способность поверхности отталкивать воду с образованием краевого угла смачивания водой, составляющего от приблизительно 90° до приблизительно 120°.

Используемый в настоящем описании термин "гидрофильный" относится к поверхностям, образующим краевые углы смачивания водой, составляющие гораздо меньше 90°.

Используемый в настоящем описании термин "самоочищающийся" означает способность отталкивать воду со скатыванием воды по наклонной поверхности, где угол наклона поверхности составляет менее 10°.

Используемый в настоящем описании термин "нетканое полотно" или "нетканый материал" относится к полотну, структура которого состоит из отдельных волокон или нитей, переплетенных друг с другом, но не образующих упорядоченной структуры тканого полотна. Нетканые полотна получают множеством различных способов, например, аэродинамическими способами получения из расплава, высокоскоростным формованием из расплава, способами суховоздушного формования, способами совместного формования и способами получения скрепленных кардочесанных полотен. Поверхностную плотность нетканых полотен обычно выражают в унциях материала на квадратный ярд (англ. ounces per square yard, сокращенно osy) или граммах на квадратный метр (г/м²), а диаметр волокон обычно выражают в микронах, или в случае штапельных волокон - в денье. Для перевода osy в г/м² величину osy необходимо умножить на 33,91.

Используемый в настоящем описании термин "волокна спанбонд" (волокна, полученные высокоскоростным формованием из расплава) означает волокна малых диаметров, образованные молекулярно ориентированным полимерным материалом. Волокна спанбонд могут быть образованы экструдированием расплавленного термопластического материала в виде волокон из множества мелких, обычно круглых капилляров фильеры, причем диаметр экструдируемых нитей затем подвергают быстрому уменьшению, как описано, например, в патентах US 4340563, Appel et al., US 3692618, Dorschner et al., US 3802817, Matsuki et al., US 3338992 и US 3341394, Kinney, US 3502763, Hartman, US 3542615, Dobo et al., и US 5382400, Pike et al. Волокна спанбонд (полученные высокоскоростным формованием из расплава) обычно не отличаются липкостью при осаждении на сборную поверхность, и обычно они непрерывны. Часто диаметры волокон спанбонд составляют приблизительно 10 микрон или более. Тем не менее, полотна спанбонд из тонких волокон (средний диаметр которых составляет менее приблизительно 10 микрон) могут быть получены с помощью различных способов, неограничивающие примеры которых включают способы, описанные в принадлежащих настоящему правообладателю патентах US 6200669, Marmon et al., и US 5759926, Pike et al.

Нетканые полотна мелтблаун изготавливают из волокон мелтблаун (волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава). Используемый в настоящем описании термин "волокна мелтблаун" относится к волокнам, образованным экструзией расплавленного термопластического материала через множество мелких, обычно круглых капилляров, в виде расплавленных нитей или волокон в сходящиеся высокоскоростные потоки газа (например, воздуха), обычно нагретого, которые вытягивают волокна из расплавленного термопластического материала, уменьшая их диаметр, который может становиться равным диаметру микроволокна. Затем волокна мелтблаун транспортируют высокоскоростным потоком газа и укладывают на собирающей поверхности, образуя полотно из неупорядоченно расположенных волокон, полученных аэродинамическим способом. Такой способ описан, например, в патенте US 3849241, Butin et al. Полученные аэродинамическим способом волокна представляют собой микроволокна, которые могут быть как непрерывными, так и дискретными, их средний диаметр обычно составляет менее 10 микрон (с использованием размера образца, составляющего по меньшей мере 10), и в момент их укладывания на собирающей поверхности они обычно остаются липкими.

Используемый в настоящем описании термин "полимер" обычно включает, без ограничений, гомополимеры, сополимеры, например, например, блок-сополимеры, графт-сополимеры, неупорядоченные и чередующиеся сополимеры, терполимеры (тройные полимеры) и т.д., а также их смеси и модификации. Дополнительно, если особо не указано иное, термин "полимер" включает все возможные геометрические конфигурации молекул. Неограничивающие примеры таких конфигураций включают изотактические, синдиотактические и неупорядоченные расположения молекул.

Используемый в настоящем описании термин "многокомпонентные волокна" означает волокна или нити, которые были образованы из по меньшей мере двух полимеров, экструдированных из разных экструдеров, но спряденные вместе с образованием одного волокна. Многокомпонентные волокна иногда также называют "сопряженными" или "двухкомпонентными" волокнами или нитями. Термин "двухкомпонентный" означает, что волокно состоит из двух полимерных компонентов. Обычно эти полимеры отличаются друг от друга; однако сопряженные волокна могут быть получены из одного полимера, если полимер каждого компонента отличается от другого некоторым физическим свойством, например, температурой плавления, температурой стеклования или температурой размягчения. Во всех случаях полимеры расположены в отдельных зонах, находящихся в по существу фиксированном положении на площади поперечного сечения многокомпонентных волокон или нитей, и непрерывны по всей длине многокомпонентных волокон или нитей. Конфигурация такого многокомпонентного волокна может включать, например, расположение "центральная часть/оболочка", в котором один полимер окружен другим, расположение "бок о бок", расположение "пирожком (pie)" или расположение "островок в море (islands-in-the-sea)". Многокомпонентные волокна рассмотрены в патентах US 5108820, Kaneko et al.; US 5336552, Strack et al., и US 5382400, Pike et al. В двухкомпонентных волокнах или нитях полимеры могут находиться в отношениях, составляющих 75/25, 50/50, 25/75, или любых других требуемых отношениях.

Используемый в настоящем описании термин "волокна из множества составляющих" означает волокна, которые были образованы из по меньшей мере двух полимеров, экструдированных из одного экструдера в виде смеси. Волокна из множества составляющих не включают различные полимерные компоненты, расположенные в относительно фиксированных отчетливых зонах по площади поперечного сечения волокна, и зоны, составленные различными полимерами, обычно не непрерывны по всей длине волокна, а, напротив, обычно образуют волоконца или протоволоконца, которые начинаются и заканчиваются в случайном порядке. Волокна такого типа рассмотрены, например, в патентах US 5108827 и US 5294482, Gessner.

Используемый в настоящем описании термин "по существу непрерывные волокна" означает волокна, длина которых превышает длину штапельных волокон. Термин включает волокна, являющиеся непрерывными, например, волокна спанбонд, и волокна, не являющиеся непрерывными, но имеющие определенную длину, превышающую приблизительно 150 миллиметров.

Используемый в настоящем описании термин "штапельные волокна" означает волокна, длина которых обычно составляет от приблизительно 0,5 до приблизительно 150 миллиметров. Штапельные волокна могут быть получены из целлюлозы или не из целлюлозы. Некоторые неограничивающие примеры подходящих нецеллюлозных волокон, которые могут быть использованы, включают волокна из полиолефинов, волокна из сложных полиэфиров, нейлоновые волокна, волокна из поливинилацетата и их смеси. Целлюлозные штапельные волокна включают, например, целлюлозную массу, термомеханическую целлюлозную массу, синтетические целлюлозные волокна, модифицированные целлюлозные волокна и подобные им волокна. Целлюлозные волокна могут быть получены из вторичных или повторно используемых источников. Некоторые примеры подходящих источников целлюлозных волокон включают волокна из первичной древесины, например, обработанную термомеханическим способом, отбеленную и неотбеленную целлюлозную массу из древесины мягких пород и древесины твердых пород. Также мог быть использованы вторичные или повторно используемые целлюлозные волокна, которые могут быть получены из канцелярского мусора, газетной бумаги, источников оберточной бумаги, отходов картона и т.д. Дополнительно, в качестве целлюлозных волокон также могут быть использованы растительные волокна, например, абака (манильская пенька), лен, волокна молочая, хлопок, модифицированный хлопок, хлопковый пух (хлопковые очесы). Кроме того, могут быть использованы синтетические целлюлозные волокна, например, искусственный шелк и вискозный искусственный шелк. Модифицированные целлюлозные волокна обычно состоят из производных целлюлозы, полученных замещением гидроксильных групп углеродной цепи подходящими радикалами (например, карбоксилом, алкилом, ацетатом, нитратом и т.д.).

Используемый в настоящем описании термин "целлюлозная масса" означает волокна, полученные из природных источников, например, древесных и недревесных растений. Древесные растения включают, например, хвойные и лиственные деревья. Недревесные растения включают, например, хлопок, лен, ковыль, молочай, солому, джут, коноплю и стебли сахарного тростника (багассу).

Используемый в настоящем описании термин "изделия из санитарно-гигиенической бумаги" включает салфетки для лица, банные салфетки, полотенца, носовые платки, салфетки и подобные им изделия. Настоящее изобретение применимо к изделиям из санитарно-гигиенической бумаги и санитарно-гигиенической бумаге в целом, неограничивающие примеры которой включают получаемую традиционными способами на прессовом сукне санитарно-гигиеническую бумагу, уплотненную санитарно-гигиеническую бумагу высокой пухлости с рисунком и непрессованную санитарно-гигиеническую бумагу высокой пухлости.

Настоящее изобретение относится к поверхности основы или к самой основе, которая приобретает супергидрофобные свойства после обработки композицией, содержащей гидрофобный компонент, наноструктурированные частицы и воду. Супергидрофобностью может быть обладать вся поверхность основы, ее определенные части или материал основы, и/или супергидрофобные свойства могут распространяться в z-направлении вглубь материала основы.

Гидрофобный компонент

Гидрофобный компонент представляет собой гидрофобный полимер, который может быть диспергирован в воде и образовывать основные элементы, обеспечивающие наличие супергидрофобных свойств согласно настоящему изобретению. В общем, гидрофобный компонент согласно настоящему изобретению может включать, без ограничений, фторированные или перфторированные полимеры. Однако, из-за низкой диспергируемости фторированного или перфторированного полимера в воде может возникнуть необходимость в модификации полимера посредством введения в его молекулярную структуру сомономера. Неограничивающие примеры подходящих сомономеров включают этиленненасыщенные мономеры, содержащие функциональные группы, которые могут ионизоваться в воде. Один из примеров таких веществ представляет собой этиленненасыщенную карбоновую кислоту, например, акриловую кислоту. Количество сомономера в гидрофобном компоненте определяется балансом двух свойств: гидрофобности и диспергируемости в воде. Одним из примеров гидрофобного компонента, который может быть использован согласно настоящему изобретению, является коммерчески доступный модифицированный перфторированный полимер, поставляемый DuPont под торговым наименованием Capstone^® ST-100 в виде материала на водной основе. Из-за своей низкой поверхностной энергии полимер не только обеспечивает супергидрофобность, но также может функционировать как связующее вещество, фиксируя наноструктурированные частицы согласно настоящему изобретению на поверхности. Молекулы полимера могут быть дополнительно модифицированы с целью введения групп, например, аминов, которые при уменьшении pH могут приобретать заряд и изменять гидрофобную динамику жидкостной дисперсии. В этом случае полимер может стабилизироваться в воде за счет частичного взаимодействия. Вводимые в композицию поверхностно-активные вещества также могут функционировать как средства, диспергирующие полимер, что также несколько изменяет гидрофобные свойства композиции.

Количество твердых компонентов согласно настоящему изобретению (т.е. полимерных наноструктурированных частиц) может составлять от приблизительно 1,0% до приблизительно 3,0% масс. от массы раствора. Такое количество подходит для нанесения распылением, при котором высокие концентрации полимера и/или наноструктурированных частиц в дисперсии могут придавать ей свойства вязкоэластичной жидкости, что приводит либо к засорению распылительной форсунки, либо к неполному распылению и образованию волокон, либо к резкому повышению вязкости дисперсии и, следовательно, к засорению форсунки. Следует отметить, что указанный диапазон не является фиксированным и зависит от типа используемых материалов и процедуры, применяемой для получения дисперсии. Если используют большее количество полимера, то получают менее предпочтительную структуру поверхности, поскольку она не имеет конструкции, обеспечивающей супергидрофобность. При использовании меньших количеств полимера ухудшается связывание, и покрытие ведет себя подобно удаляемому порошковому покрытию. Кроме того, для получения оптимального баланса между низкой поверхностной энергией и требуемой структурой поверхности предпочтительно, чтобы массовое отношение количества полимера к количеству частиц составляло приблизительно 4:1 или приблизительно 3:2, или приблизительно 1:1, или приблизительно 2:3 или приблизительно 1:4.

Неорганический растворитель

Для получения композиции, применяемой для обработки поверхности согласно настоящему изобретению, благодаря тщательному подбору подходящей комбинации элементов, придающих супергидрофобные характеристики, не требуется органический растворитель. Предпочтительно, неорганический растворитель представляет собой воду. Может быть использована вода любого типа; однако, при получении композиции для улучшения ее свойств может быть выбрана деминерализованная или дистиллированная вода. Использование воды повышает безопасность производства, осуществляемого в промышленных масштабах, по сравнению с производством композиций, содержащих органические растворители. Например, поскольку большинство органических растворителей являются легко летучими и легко воспламеняющимися веществами, их отсутствие в композиции может повысить безопасность производства. Кроме того, отсутствие вентиляционного и противопожарного оборудования, необходимого для работы с органическими растворителями, может снизить производственные затраты. Также преимуществом композиции согласно настоящему изобретению, содержащей неорганический растворитель, может быть снижение затрат на сырье и его транспортировку. Кроме того, поскольку вода считается природным ресурсом, поверхности, обработанные растворителями на водной основе, могут считаться менее вредными для здоровья и окружающей среды. Композиция, применяемая для обработки поверхности согласно настоящему изобретению, содержит более приблизительно 95%, более приблизительно 98% или приблизительно 99% масс. воды в пересчете на массу дисперсионной композиции.

Наноструктурированные частицы

Для получения поверхности с требуемой шероховатостью согласно настоящему изобретению применяют Наноструктурированные частицы, которые согласно настоящему описанию определены как частицы, имеющие повторяющийся топологический размер (размер элемента), составляющий менее 100 нм. Частицы могут быть выбраны из класса высокодисперсных оксидов кремния, гидрофобных оксидов титана и цинка и немодифицированных, а также органически модифицированных наноглин. Несмотря на то, что могут быть использованы гидрофобные частицы, для осуществления настоящего изобретения предпочтительно применение гидрофильных частиц. При использовании гидрофобных частиц для предотвращения агломерации перед диспергированном в воде частицы необходимо обработать поверхностно-активным веществом. Если применяют поверхностно-активное вещество, то для сохранения требуемых супергидрофобных свойств его концентрация должна быть низкой. Таким образом, количество поверхностно-активных веществ, применяемых для осуществления настоящего изобретения, должно составлять от приблизительно 0% или от приблизительно 0,25%, или от приблизительно 1,0% до не более приблизительно 0,5% или не более приблизительно 1,5% или не более приблизительно 3% масс, от общей массы композиции. Применяемые поверхностно-активные вещества могут быть неионными, катионными или анионными. Неограничивающие примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ могут включать сульфонаты, карбоксилаты и фосфаты. Неограничивающие примеры подходящих катионных поверхностно-активных веществ могут включать четвертичные амины. Неограничивающие примеры подходящих неионных поверхностно-активных веществ могут включать блок-сополимеры, содержащие этиленоксид и кремнийорганические поверхностно-активные вещества.

Другие ингредиенты

Связующие вещества

В композиции согласно настоящему изобретению гидрофобные полимеры имеют две функции: гидрофобного компонента и связующего вещества. Такие полимеры, как Dupont′s Capstone® ST-100, повышают адгезию по сравнению с присутствием одного лишь фторированного полимера, что делает необязательным присутствие в композиции дополнительного связующего вещества. Если применяют диспергируемый в воде гидрофобный полимер, для которого требуется присутствие дополнительного связующего вещества, связующее вещество предпочтительно выбирают из диспергируемых в воде акриловых полимеров, дисперсий полиуретанов, акриловых сополимеров или предшественников акриловых полимеров (которые могут образовывать поперечные связи после отверждения покрытия).

Количество связующего вещества в композиции согласно настоящему изобретению может быть различным. Связующее вещество может быть добавлено в эффективном количестве, составляющем до приблизительно 2,0% масс. от общей массы дисперсионной композиции.

Стабилизирующий агент

Для образования стабильной дисперсии композиции согласно настоящему изобретению могут быть дополнительно обработаны стабилизирующим агентом при добавлении других ингредиентов. Стабилизирующий агент может представлять собой поверхностно-активное вещество, полимер или их смеси. Если в качестве стабилизирующего агента выбран полимер, то этот полимер предпочтительно отличается от гидрофобного компонента, добавляемого в вышеописанную основную композицию.

Дополнительные неограничивающие примеры стабилизирующих агентов могут включать катионные поверхностно-активные вещества, например, четвертичные амины; анионные поверхностно-активные вещества, например, сульфонаты, карбоксилаты и фосфаты; или неионные поверхностно-активные вещества, например, блок-сополимеры, содержащие этиленоксид и кремнийорганические поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные вещества могут быть как внешними, так и внутренними. Внешние поверхностно-активные вещества не вступают в химические реакции с основным полимером во время приготовления дисперсии. Неограничивающие примеры подходящих внешних поверхностно-активных веществ включают соли додецилбензолсульфоновой кислоты и соль лаурилсульфоновой кислоты. Внутренние поверхностно-активные вещества представляют собой поверхностно-активные вещества, которые вступают в химические реакции с основным полимером во время приготовления дисперсии. Примером подходящего внутреннего поверхностно-активного вещества является 2,2-диметилолпропионовая кислота и ее соли.

В некоторых примерах осуществления количество стабилизирующего агента, добавляемое в композицию для обработки поверхности согласно настоящему изобретению, может составлять от более нуля до приблизительно 60% масс. от массы гидрофобного компонента. Например, могут быть использованы длинноцепочечные жирные кислоты или их соли в количестве от приблизительно 0,5% до приблизительно 10% масс. от массы гидрофобного компонента. В других примерах осуществления могут быть использованы сополимеры этиленакриловой кислоты или этиленметакриловой кислоты в количестве до приблизительно 80% масс. от массы гидрофобного компонента. В других примерах осуществления могут быть использованы соли сульфоновых кислот в количестве от приблизительно 0,01% до приблизительно 60% масс. от массы гидрофобного компонента. Для дополнительной стабилизации дисперсии в нее также могут быть добавлены другие кислоты средней силы, например, кислоты класса карбоновых кислот (например, муравьиная кислота). В одном из примеров осуществления, который включает использование муравьиной кислоты, количество муравьиной кислоты может зависеть от требуемого рН дисперсии, который составляет менее приблизительно 6.

Дополнительные наполнители

Композиции, применяемые для обработки поверхности согласно настоящему изобретению, могут дополнительно содержать один или более наполнителей. Композиция может включать от приблизительно 0,01 до приблизительно 600 масс. частей гидрофобного компонента, например, полиолефин и стабилизирующий агент. В некоторых примерах осуществления количество наполнителя, добавляемое в композицию, может составлять от приблизительно 0,01 до приблизительно 200 масс. частей от количества гидрофобного компонента, например, полиолефина и стабилизирующего агента. Если используют наполнитель, то предпочтительно, чтобы наполнитель представлял собой гидрофильный материал. Наполнитель может включать традиционные наполнители, например, стеклянный порошок, карбонат кальция, тригидрат алюминия, тальк, триоксид сурьмы, зольную пыль, глины (например, бетонитовые или каолиновые глины) или другие известные наполнители. Обычно необработанные глины и тальк гидрофильны по своей природе.

Основа

Обработка основы согласно настоящему изобретению может быть произведена таким образом, что основа становится супергидрофобной в z-направлении от поверхности вглубь материала, и обработку регулируют таким образом, что только определенные участки материала становятся супергидрофобными. Эта обработка может быть выполнена для того, чтобы влага могла проникать в определенные участки материала и не могла проникать в другие, то есть для регулирования путей течения жидкости.

Подходящие основы согласно настоящему изобретению могут включать нетканое полотно, тканое полотно, трикотажное полотно или многослойные конструкции из таких материалов. Как было упомянуто выше, основа также может являться санитарно-гигиенической бумагой или полотенцем. Материалы и способы, подходящие для изготовления таких основ хорошо известны специалистам в данной области техники. Некоторые неограничивающие примеры нетканых полотен, которые могут быть использованы для осуществления настоящего изобретения, включают полотна, полученные из расплава полимера фильерным способом (полотна спанбонд), полотна, полученные аэродинамическим способом (полотна мелтблаун), скрепленные кардочесанные полотна, полотна, полученные суховоздушным формованием, полотна, полученные совместным формованием, нетканые полотна, полученные гидросплетением, полотна, полученные водоструйным скреплением и подобные материалы. В каждом случае по меньшей мере одно из волокон, применяемых для получения нетканого полотна, представляет собой волокно, содержащее термопластический материал. Кроме того, нетканые полотна могут быть получены из комбинации термопластических волокон и натуральных волокон, например, целлюлозных волокон (целлюлозной массы из древесины мягких пород, целлюлозной массы из древесины твердых пород, термомеханической целлюлозной массы и т.д.). С учетом экономических аспектов и получения требуемых свойств, основа согласно настоящему изобретению обычно представляет собой нетканое полотно.

При необходимости, для повышения долговечности, прочности, удобства в обращении, улучшения внешнего вида, структуры и/или других свойств полотна, нетканое полотно также может быть скреплено с помощью методик, хорошо известных в данной области техники. Например, скрепление нетканого полотна может быть произведено термическим (например, скреплением в соответствии со схемой, сушкой с продувкой воздухом), ультразвуковым, клеевым и/или механическим (например, иглопробивным) способом. Например, различные методики скрепления в соответствии со схемой описаны в патентах US 3855046, Hansen; US 5620779, Levy, et al.; US 5962112, Haynes, et al.; US 6093665, Sayovitz, et al.; и в патентах на промышленный образец US 428267, Romano, et al.; и US 390708, Brown.

Нетканое полотно может быть скреплено с помощью непрерывных швов или схем. В качестве дополнительных примеров можно назвать скрепление нетканого полотна по периферии листа или просто по ширине или в поперечном направлении (перпендикулярном направлению движения листа при обработке, англ. cross-direction, сокращенно CD) полотна вблизи его краев. Также могут быть использованы другие методики скрепления, например, комбинация термического скрепления и пропитки латексом. В альтернативном варианте и/или дополнительно на нетканое полотно может быть нанесен полимер, латекс или клеящее вещество, например, распылением или печатью, после чего полотно сушат, получая требуемый скрепленный материал. Другие подходящие методики скрепления описаны в патентах US 5284703, Everhart, et al., US 6103061, Anderson, et al., и US 6197404, Varona.

В другом примере осуществления основа согласно настоящему изобретению получена из полотна спанбонд, содержащего однокомпонентные и/или многокомпонентные волокна. Многокомпонентные волокна представляют собой волокна, полученные из по меньшей мере двух полимерных компонентов. Такие волокна обычно экструдируют из разных экструдеров, но прядут вместе, получая одно волокно. Полимеры соответствующих компонентов обычно отличаются друг от друга, хотя многокомпонентные волокна могут включать отдельные компоненты, полученные из аналогичных или идентичных полимерных материалов. Индивидуальные компоненты обычно находятся в по существу постоянных отдельных зонах, расположенных на фиксированных участках поперечного сечения волокна, и имеют протяженность по существу равную всей длине волокна. Конфигурация таких волокон может включать, например, расположение типа "бок о бок", расположение "пирожком" или любое другое расположение.

Если применяют многокомпонентные волокна, то они могут быть составными. При изготовлении составных многокомпонентных волокон индивидуальные сегменты, которые вместе образуют единое многокомпонентное волокно, соприкасаются друг с другом в продольном направлении многокомпонентного волокна таким образом, что один или более сегментов образуют часть внешней поверхности единого многокомпонентного волокна. Другими словами, один или более сегментов достигают наружной поверхности внешнего периметра многокомпонентного волокна. Например, составные многокомпонентные волокна и способы получения таких волокон описаны в патентах US 5935883, Pike, и US 6200669, Marmon, et al.

Основа согласно настоящему изобретению также может содержать материал, полученный совместным формованием. Термин "полученный совместным формованием материал" обычно означает композиционные материалы, включающие смесь или стабилизированную матрицу из термопластических волокон и второй нетермопластический материал. Например, полученные совместным формованием материалы могут быть изготовлены способом, в котором по меньшей мере одна экструзионная головка для получения волокон аэродинамическим способом из расплава расположена вблизи желоба, через который в полотно во время его формования добавляют другие материалы. Неограничивающие примеры других материалов могут включать волокнистые органические материалы, например, древесную или недревесную целлюлозную массу, например, хлопок, искусственный шелк, повторно используемую бумагу, распушенную целлюлозу, а также суперабсорбирующие частицы, неорганические абсорбирующие материалы, обработанные полимерные штапельные волокна и подобные материалы. Некоторые примеры материалов, получаемых совместным формованием, рассмотрены в патентах US 4100324, Anderson, et al.; US 5284703, Everhart, et al.; и US 5350624, Georger, et al.

Дополнительно основа также может быть получена из материала, на одну или более поверхностей которого нанесен рельеф (структура). Например, в некоторых примерах осуществления основа может быть получена из материала спанбонд или мелтблаун с двойной структурой, например, материала, рассмотренного в патентах US 4659609, Lamers, et al. и US 4833003, Win, et al.

В одном из конкретных примеров осуществления настоящего изобретения основа образована из полученного водоструйным скреплением нетканого полотна. Способы водоструйного скрепления и полученные водоструйным скреплением композиционные полотна, содержащие различные комбинации разных волокон, известны в данной области техники. В характерном способе водоструйного скрепления для перепутывания волокон и/или нитей с образованием густо переплетенной консолидированной волокнистой структуры, такой как нетканое полотно, применяют струи воды, выпускаемые под высоким давлением. Полученные из волокон штапельн