Подложки, содержащие вспененные полезные вещества для повышенных преимуществ подложек

Подложки, содержащие вспененные полезные вещества для повышенных преимуществ подложек

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Данная заявка является частичным продолжением заявки на патент США № 13/330440, поданной 19 декабря 2011 г., которая была частичным продолжением заявки на патент США № 12/979852, поданной 28 декабря 2010 г.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к крепированной нетканой подложке, содержащей вспененный полимер и дополнительные усилители мягкости и демонстрирующей улучшенное тактильное ощущение, улучшение печати, уменьшение гистерезиса, увеличение пухлости, увеличение упругости/растяжимости, увеличение способности к сокращению, уменьшение складчатостей и другие полезные преимущества использования изделия в сравнении с необработанной подложкой.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Впитывающие нетканые изделия, такие как бумажные полотенца, изделия на основе бумаги, подгузники и другие аналогичные изделия, рассчитаны на то, чтобы они обладали требуемыми уровнями пухлости, мягкости и прочности. Например, в некоторых изделиях из бумаги мягкость повышают посредством наносимой в определенных местах добавочной композиции, такой как мягчитель, на наружной поверхности (поверхностях) полотна изделия на основе бумаги. Такая добавочная композиция может представлять собой связующее, наносимое в определенных местах на такую подложку, как нетканый материал, само по себе или в сочетании с операциями крепирования. Крепирование может составлять часть процесса изготовления нетканого материала, при котором изделие на основе бумаги посредством добавочной композиции приклеивают к горячей поверхности вращающегося сушильного барабана. Высушенное изделие на основе бумаги и добавочную композицию срезают с сушильного барабана посредством ракельного механизма. Крепирование добавляет подложкам из бумаги пухлость, что, в свою очередь, повышает мягкость, определяемую пробой на ощупь. Также оказывается влияние и на другие свойства, такие как прочность, гибкость, креповые складки и т.п. Как правило, добавочные композиции можно распылять на сушильный барабан Янки-цилиндра. Однако процесс распыления обладает низкими уровнями эффективности действующих масс (40—70%) по причине потерь добавочной композиции, вызываемых граничным слоем воздуха вблизи поверхности осушителя и относительно высокими температурами осушителя. При необходимости устройство для нанесения, как правило, находится на расстоянии приблизительно 4 дюймов (101,6 мм) от поверхности осушителя. Из-за высокой скорости вращения осушителя граничный слой воздуха вблизи поверхности осушителя растягивается вдоль нее, создавая барьер давления, препятствующий достижению поверхности осушителя распыляемыми частицами.

Кроме того, модификация любых добавок таким образом, чтобы они содержали дополнительные твердые частицы и короткие волокна, повышающие общую мягкость подложки, является весьма ограниченной. Многие добавочные частицы, способные улучшать конечную пробу подложки на ощупь, требуют смешивания в дисперсию, распыляемую на осушитель. Так как многие из этих частиц имеют больший размер, чем распыляющие сопла, засорение сопл представляет собой трудность, препятствующую должному нанесению добавочной дисперсии на поверхность осушителя. Таким образом, существует потребность в способе нанесения добавочной композиции самой по себе или в сочетании с частицами, обеспечивающими мягкость, на поверхность осушителя и, в конечном итоге, на подложку, для того чтобы обеспечить подложку, обладающую повышенной мягкостью.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предусматривает нетканую подложку, содержащую волокнистое полотно, определяющее поверхность; и слой полезного вещества, при этом указанное полезное вещество выбрано из добавочной композиции, усиливающего компонента и их сочетаний; при этом указанное полезное вещество является вспененным и связанным с поверхностью волокнистого полотна посредством процесса крепирования, и при этом указанная нетканая подложка демонстрирует улучшения, выбираемые из улучшенного тактильного ощущения, улучшенной печати, уменьшения гистерезиса, увеличения пухлости, увеличения упругости/растяжимости, увеличения способности к сокращению, уменьшения складчатостей и их сочетаний в сравнении с необработанной подложкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

С целью иллюстрации изобретения в графических материалах показана форма, являющаяся иллюстративной; однако следует понимать, что данное изобретение не ограничено показанными точными схемами расположения и инструментальными средствами.

Фиг. 1 представляет собой схематический вид этапов процесса, используемого для создания одного из вариантов осуществления пены в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 показывает СЭМ-изображение необработанного спанбонда с печатной краской.

Фиг. 3 показывает СЭМ-изображение одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, где спанбонд был использован в качестве подложки, которая была обработана в соответствии с настоящим изобретением и отпечатана краской.

Фиг. 4 показывает графическое представление упругой деформации в зависимости от приложенной деформации для вариантов осуществления водоструйно вязаных материалов, которые были обработаны в соответствии с настоящим изобретением, наряду со сравнительными данными для необработанной подложки.

Фиг. 5 показывает графическое представление упругой деформации в зависимости от приложенной деформации для варианта осуществления материалов из спанбонда, которые были обработаны в соответствии с настоящим изобретением, наряду со сравнительными данными для необработанной подложки.

Фиг. 6 представляет собой ряд СЭМ-фотографий, показывающих структурное изменение материала изделия на основе бумаги после того, как оно было обработано посредством одного из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 показывает упругую деформацию в направлении (MD) обработки в зависимости от приложенной деформации для одного из вариантов осуществления бумажной подложки, которая была обработана в соответствии с настоящим изобретением, наряду со сравнительными данными для необработанной подложки из бумаги.

Фиг. 8 показывает упругую деформацию в поперечном направлении (CD) обработки в зависимости от приложенной деформации для одного из вариантов осуществления бумажной подложки, которая была обработана в соответствии с настоящим изобретением, наряду со сравнительными данными для необработанной подложки из бумаги.

Фиг. 9 показывает СЭМ-изображения необработанной контрольной пленки.

(a) показывает СЭМ-изображение одной из сторон необработанной контрольной пленки.

(b) показывает СЭМ-изображение противоположной стороны необработанной контрольной пленки.

(c) показывает СЭМ-изображение вида в поперечном разрезе необработанной контрольной пленки.

(d) показывает СЭМ-изображение вида в поперечном разрезе необработанной контрольной пленки с 5-кратным увеличением по фиг. 9(с).

Фиг. 10 показывает СЭМ-изображения слоя пленки осевшей пены одного из вариантов осуществления полезного вещества в соответствии с настоящим изобретением, при этом такой вариант осуществления содержит дисперсию HYPOD^®.

(a) показывает СЭМ-изображение одной из сторон слоя пленки осевшей пены.

(b) показывает СЭМ-изображение противоположной стороны слоя пленки осевшей пены.

(c) показывает СЭМ-изображение вида в поперечном разрезе слоя пленки осевшей пены.

(d) показывает СЭМ-изображение вида в поперечном разрезе слоя пленки осевшей пены с почти 2-кратным увеличением по фиг. 10(c).

(e) показывает СЭМ-изображение вида в поперечном разрезе слоя пленки осевшей пены с почти 7-кратным увеличением по фиг. 10(c).

(f) показывает СЭМ-изображение вида в поперечном разрезе слоя пленки осевшей пены с 25-кратным увеличением по фиг. 10(c).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поскольку описание изобретения завершается формулой изобретения, в частности, указывающей и отчетливо заявляющей настоящее изобретение, предполагается, что настоящее изобретение будет лучше понято из следующего описания.

Все процентные доли, доли и отношения рассчитаны на основании общего веса композиций согласно настоящему изобретению, если не указано иное. Все такие веса, поскольку они относятся к перечисленным ингредиентам, основаны на уровне активных веществ и поэтому не включают растворители или побочные изделия, которые могут быть включены в коммерчески доступные материалы, если не указано иное. Термин «весовой процент» может быть обозначен как «вес. %» в данном документе. Кроме тех случаев, когда приводятся конкретные примеры фактически измеренных значений, численные значения, указанные в данном документе, следует количественно оценивать словом “приблизительно”.

Используемый в данном документе термин «содержащий» означает, что могут быть добавлены другие этапы и другие ингредиенты, которые не влияют на конечный результат. Этот термин охватывает термины «состоящий из» и «по существу состоящий из». Композиции и способы/процессы согласно настоящему изобретению могут содержать, состоять из и, по существу, состоять из существенных элементов и признаков изобретения, описываемых в данном документе, а также любых дополнительных или необязательных ингредиентов, компонентов, этапов или признаков, описываемых в данном документе.

Используемый в данном документе термин «добавочная композиция» относится к химическим добавкам (иногда именуемым химическим веществом, химическим составом, химической композицией и добавляемым элементом), наносимым на подложку в определенных местах. Нанесение в определенных местах в соответствии со способом согласно настоящему изобретению может происходить в ходе процесса сушки или процесса преобразования. Добавочные композиции в соответствии с настоящим изобретением могут быть нанесены на любую подложку (например, на изделия на основе бумаги или нетканые материалы) и могут без ограничения включать дисперсии полимеров, растворы полимеров или их смеси.

Используемое в данном документе «уложенное воздухом полотно» изготавливают в процессе формования воздухом, где пучки малых волокон, как правило, имеющих длину в интервале от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 52 миллиметров (мм), разделяются и увлекаются подаваемым воздухом, а затем осаждаются на формовочную решетку, обычно при содействии подаваемого вакуума. Случайным образом осажденные волокна затем связывают друг с другом, используя, например, горячий воздух или распыляемый адгезив. Изготовление уложенных воздухом нетканых композитов хорошо определено в литературе и документировано в данной области техники. Примеры без ограничения включают процесс DanWeb, описанный в патенте США 4640810, выданном Laursen и др., и переуступленном Scan Web of North America Inc.; процесс Кроера, описанный в патенте США №4494278, выданном Kroyer и др.; и патенте США № 5527171, выданном Soerensen и переуступленный Niro Separation после предъявления; и способ согласно патенту США № 4375448, выданному Appel и др. и переуступленному Kimberly-Clark Corporation, или другие аналогичные способы.

«Полезные вещества» представляют собой композиции или компоненты, обеспечивающие для всей обработанной подложки такие преимущества, как мягкость, гладкость, влажность, отдушки и т.п. Полезные вещества согласно настоящему изобретению без ограничения включают «добавочные композиции» и «усиливающие компоненты».

«Кардочесаное полотно», или «BCW», относится к нетканому полотну, сформированному посредством процессов кардочесания, известных специалистам в данной области техники, а также описанных, например, в патенте США № 4488928, включаемом в данный документ посредством ссылки в той степени, в которой он совместим с настоящим изобретением. В процессе кардочесания можно использовать смесь штапельных волокон, связывающих волокон и, возможно, другие связующие компоненты, такие как адгезив. Эти компоненты формуют в пухлый клубок, который расчесывают или иначе обрабатывают для создания по существу равномерного основного веса. Это полотно нагревают или иначе обрабатывают для активизации какого-либо адгезивного компонента, что в результате приводит к объединенному, упругому высококачественному нетканому материалу.

Используемый в данном документе термин «полученный по технологии коформ материал» представляет собой полимерный материал мелтблаун, к которому могут быть добавлены волокна или другие компоненты. В самом главном смысле, полученный по технологии коформ материал может быть изготовлен при наличии по меньшей мере одной экструзионной головки для мелтблаун, расположенной вблизи желоба, через который к материалам мелтблаун при формировании полотна добавляют другие материалы. Эти «другие материалы» могут представлять собой натуральные волокна, сверхвпитывающие частицы, натуральные полимерные волокна (например, из вискозы) и/или синтетические полимерные волокна (например, из полипропилена или сложного полиэфира). Волокна могут иметь штапельную длину. Полученный по технологии коформ материал может содержать целлюлозный материал в количестве от приблизительно 10 вес.% до приблизительно 80 вес.%, как, например, от приблизительно 30 вес.% до приблизительно 70 вес.%. Например, в одном из вариантов осуществления полученный по технологии коформ материал может быть изготовлен как содержащий волокна древесной массы в количестве от приблизительно 40 вес.% до приблизительно 60 вес.%.

Определенное в данном документе «крепирование» происходит, когда полотно, приклеенное к поверхности осушителя, срезают шабером, таким как ракель.

«Усиливающие компоненты» согласно настоящему изобретению представляют собой полезные вещества, представляющие собой дополнительные компоненты, которые можно добавлять к добавочной композиции с целью придания других тактильных или дополнительных преимуществ, которых нельзя достичь посредством добавочной композиции самой по себе. Усиливающие компоненты без ограничения включают микрочастицы, расширяемые микросферы, волокна, дополнительные дисперсии полимеров, отдушки, антибактериальные средства, увлажнители, медикаменты, успокаивающие и т.п.

Определенный в данном документе термин «пена» представляет жидкую пену. В соответствии с настоящим изобретением, если вспениваемую композицию согласно настоящему изобретению нагреть на поверхности осушителя, она не будет образовывать структуру твердой пены. Вместо этого такая вспениваемая композиция, если нанести ее на нагретую поверхность, превращается в по существу непрерывную пленку с пузырьками воздуха внутри этой пленки.

Термин «полученное водоструйным скреплением полотно» в соответствии с настоящим изобретением относится к полотну, которое было подвергнуто действию колончатых струй текучей среды, вызывающих спутывание волокон. Водоструйное скрепление полотна, как правило, увеличивает прочность полотна. В одной из особенностей волокна древесной массы можно скреплять струями воды в материал из непрерывных нитей, такой как «полотно спанбонд». Полученное водоструйным скреплением полотно, в результате приводящее к нетканому композиту, может содержать волокна древесной массы в количестве от приблизительно 50 вес.% до приблизительно 80 вес.%, например в количестве приблизительно 70 вес.%. Вышеописанные скрепленные струями воды композитные полотна являются коммерчески доступными от Kimberly-Clark Corporation под наименованием HYDROKNIT^®. Водоструйное скрепление описано, например, в патенте США № 5389202, выданном Everhart.

Определенный в данном документе термин «нетканый» представляет собой один из классов тканей, изготавливаемых в целом путем скрепления волокон друг с другом. Нетканую ткань изготовляют с помощью механических, химических, термических, адгезивных или растворяющих средств или любого их сочетания. Изготовление нетканых материалов отличается от ткачества, вязания или тафтинга. Нетканые ткани могут быть изготовлены из синтетических термопластичных полимеров или таких натуральных полимеров, как целлюлоза. Одним из примеров нетканого материала является целлюлозная ткань.

Используемый в данном описании термин «процесс по технологии мелтблаун» представляет собой процесс формирования нетканого полотна, при котором расплавленные полимерные смолы экструдируют и вытягивают нагретым воздухом с высокой скоростью для формирования тонких нитей. Волокна охлаждают и собирают как полотно на движущейся решетке. Этот процесс сходен с процессом по технологии спанбонд, однако волокна, полученные процессом по технологии мелтблаун, являются намного более тонкими и обычно измеряются в микронах.

Используемый в данном документе термин «технологические добавки» относится к композициям, способным оказывать содействие в процессе формирования обработанной подложки согласно настоящему изобретению. Например, подходящими технологическими добавками согласно настоящему изобретению могут служить пенообразователи. Кроме того, добавки для крепирования могут способствовать дополнительными свойствами адгезии или высвобождения при крепировании подложки с сушильного барабана.

Используемый в данном документе термин «складчатости» описывает поведение упругого слоистого материала, проявляющееся как канальчатые складки в результате прикрепления упругого материала (пленки или нитей), который был предварительно растянут, к подложке из нетянущегося материала (такого как нетканый материал). Складчатости могут зависеть от того, как слоистый материал прикреплен к или связан с подложкой из нетянущегося материала. Когда слоистый материал является ненапряженным или высвобожденным, подложка выглядит как имеющая бороздчатые или канальчатые складки, похожие на таковые у аккордеона. Такой эффект является общеизвестным в изделиях личной гигиены, где манжеты и пояса часто собирают в сборки, для того чтобы обеспечить улучшенную подгонку к носящему. Складчатости также описаны в дальнейших подробностях согласно патенту США № 6475600, выданному Morman и др. 5 ноября 2002 г.

Используемый в данном документе термин «спанбонд» представляет собой процесс формирования нетканого полотна, при котором нити были экструдированы, вытянуты и уложены на движущуюся решетку для образования полотна. Термин «спанбонд» часто заменяют термином «спанлейд», но промышленностью для обозначения конкретного процесса формирования полотна традиционно были признаны термины «спанбонд» или «полученный с помощью технологии спанбонд». Это необходимо для проведения различий между данным процессом формирования полотна и двумя другими формами формирования полотна спанлейд, которыми являются процессы по технологии мелтблаун и флешспиннинг.

Используемый в данном документе термин «композит из спанбонд/мелтблаун» представляет собой слоистый композит, определяемый многослойной тканью, которая обычно изготовлена из различных перемежающихся слоев полотен спанбонд («S») и полотен мелтблаун («М»): SMS, SMMS, SSMMS и др.

Используемый в данном документе термин «изделие на основе бумаги» обычно относится к различным бумажным изделиям, таким как косметическая салфетка, туалетная бумага, бумажные полотенца, столовые салфетки, гигиенические салфетки и т.п. Изделие на основе бумаги согласно настоящему изобретению обычно можно получить из целлюлозного полотна, содержащего один или несколько слоев. Например, в одном из вариантов осуществления целлюлозное, или «бумажное», изделие может содержать однослойное бумажное полотно, сформированное из смеси волокон. В другом варианте осуществления бумажное изделие может содержать многослойное бумажное (т. е. наслоенное) полотно. Кроме того, бумажное изделие также может представлять собой одно- или многослойное изделие (например, содержащее более одного бумажного полотна), в котором один или несколько слоев могут содержать бумажное полотно, сформированное в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение является альтернативой современному способу распыления на поверхность осушителя (например, на барабан Янки-цилиндра или горячий каландр) водной дисперсии или раствора химических веществ для крепирования. В отличие от жидкого химического состава, вспененный химический состав обладает достаточной структурной целостностью для достижения поверхности осушителя, действуя против тяготения, по причине значительно более высокой вязкости. Посредством создания вспененного химического состава в соответствии с настоящим изобретением устройство для нанесения химического состава можно размещать намного ближе к поверхности осушителя. Кроме того, при применении вспененного химического состава согласно настоящему изобретению становится возможным реализация дополнительных преимуществ, которые в противном случае было бы трудно применить.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что осушитель потребляет меньше энергии. Более близкое размещение устройства для нанесения химического состава к поверхности осушителя повышает эффективность действующих масс (т. е. уменьшает потери в процессе нанесения) и эффективность использования энергии. Эффективность повышается, потому что воздух, вводимый в пену согласно настоящему изобретению, действует как разбавитель. В результате в ходе процесса сушки требуется меньше теплоты для удаления воды из вспененного химического состава для крепирования (т. е. из полезных веществ). Это является улучшением процесса распыления, в котором для разбавления полезного вещества используют воду.

Кроме того, после этапа крепирования слой полезного вещества остается на поверхности нетканой подложки, для того чтобы обеспечить большую пухлость и мягкость. Такое увеличение пухлости вызвано воздухом, захваченным внутри покрытого слоя. Повышенная мягкость вызвана полезными веществами, которые могут быть вспенены на поверхности осушителя и впоследствии перенесены или приклеены к поверхности подложки посредством процесса крепирования. Посредством того, что вспененные полезные вещества в ходе осуществления этапа сушки становятся пленкой, не весь воздух, захваченный пеной, теряется в ходе этапа сушки по причине более высокой вязкости, связанной с более высокими уровнями твердых веществ во вспененной добавочной композиции.

«Пленку» полезного вещества более соответственно и точно было бы описать как «слой пленки осевшей пены». Для лучшего понимания этого отличия, фиг. 9 показывает вид традиционной пленки (такой как пленка, отлитая из раствора, экструдированная пленка или пленка, полученная c помощью раздува). Как показано на фиг. 9а, эта пленка является относительно гладкой с небольшим количеством пустот на одной стороне и совершенно гладкой на другой стороне, как показано на фиг. 9b. При рассмотрении видов в поперечном разрезе по фиг. 9с и 9d пустоты пленки видны как относительно параллельные горизонтальной оси пленки. Для сравнения, фиг. 10 показывает вид слоя пленки осевшей пены согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 10а и фиг. 10b, обе стороны слоя пленки осевшей пены проявляют уникальную ячеистую структуру, позволяющую ей обладать отличиями как в механических, так и в тактильных свойствах по сравнению с традиционными пленками. Фиг. 10с—фиг. 10f показывают увеличенные виды в поперечном разрезе одного из вариантов осуществления слоя пленки осевшей пены согласно настоящему изобретению. Как показано, вспененный полезный слой обладает пустотами из воздуха, захваченного пеной, что обуславливает преимущества, предусмотренные настоящим изобретением. Кроме того, можно легко наблюдать ячеистую структуру в направлении Z, при этом пустоты слоя являются в большей степени перпендикулярными горизонтальной оси слоя. Таким образом, настоящее изобретение не просто предусматривает пленку в традиционном смысле этого слова, но предусматривает преимущественный слой пленки осевшей пены посредством вспенивания и крепирования, что обеспечивает усовершенствования и улучшения, описываемые в данном документе.

В соответствии с настоящем раскрытием можно обрабатывать различные подложки, отличные от изделия на основе бумаги. Примеры без ограничения включают гидравлически уложенные полотна, уложенные воздухом полотна, полотна спанбонд, полотна мелтблаун, полотна из полученного по технологии коформ материал, кардочесаные полотна (BCW), непрерывную пленку, спанлейс, пленочные/слоистые листы и скрепленные струями воды полотна. Полезное вещество, как правило, наносят на одну из сторон любой подложки, но при желании его можно наносить и на обе стороны.

Полезные вещества

1. Добавочная композиция

В желательном применении добавочная композиция может быть представлена на уровне от приблизительно 50 мг/м² до приблизительно 10000 мг/м², или от приблизительно 50 мг/м² до приблизительно 1000 мг/м², или от приблизительно 100 мг/м² до приблизительно 1000 мг/м². Различие между этими предлагаемыми интервалами зависит от того, наносится или нет добавочная композиция на основу либо входящей в поточную линию (такой как машина для производства изделий на основе бумаги), либо не входящей в поточную линию (такой как линия преобразования нетканых материалов) машиной. Добавочные композиции согласно настоящему изобретению могут иметь форму дисперсии полимера или раствора полимера, как изложено ниже.

A. Дисперсии полимеров

Вспениваемые композиции нерастворимых в воде полимеров могут иметь форму дисперсий. Нерастворимые в воде полимерные материалы, являющиеся твердыми веществами, такие как порошки, гранулы и т.п., можно преобразовать во вспениваемую дисперсию путем их смешивания с водой и поверхностно-активным веществом (веществами) в определенных условиях обработки, таких как экструзия под высоким давлением при повышенной температуре. Для преобразования в пену дисперсию полимера можно затем смешать с воздухом и пенообразователем.

Примеры дисперсий в соответствии с настоящим изобретением без ограничения включают дисперсию полиолефинов, такую как HYPOD 8510^®, коммерчески доступная от Dow Chemical, Фрипорт, Техас, США; дисперсию полиизопрена, такую как KRATON^®, или сополимеры стирол-этилена/бутилена-стирола (SEBS), коммерчески доступные от Kraton Polymers U.S. LLC, Хьюстон, Техас, США; дисперсию блочного сополимера полибутадиена и стирольного, такую как Butanol^®, коммерчески доступная от BASF Corporation, Флорхем Парк, Нью-Джерси, США; дисперсию латексов, такую как E-PLUS^®, коммерчески доступную от Wacker, Мюнхен, Германия; дисперсию сополимера поливинилпирролидона и стирола и дисперсию сополимера поливинилового спирта и этилена, обе из которых доступны от Aldrich, Милуоки, Висконсин, США.

B. Растворы полимеров

Вспениваемые композиции водорастворимых полимеров также могут иметь форму растворов. Водорастворимые полимерные материалы, являющиеся твердыми веществами, такими как порошок, гранулы и т.п., можно растворить в раствор. Для его преобразования в пену раствор полимера можно затем смешать с воздухом и пенообразователем.

Примеры растворов полимеров в соответствии с настоящим изобретением включают водорастворимые полимеры как на синтетической, так и на натуральной основе. Синтетические водорастворимые полимеры без ограничения включают полиспирты, полиамины, полиимины, полиамиды, поликарбоновые кислоты, полиоксиды, полигликоли, простые полиэфиры, сложные полиэфиры, сополимеры и смеси перечисленных выше полимеров.

Водорастворимые полимеры на натуральной основе без ограничения включают модифицированную целлюлозу, такую как простые и сложные эфиры целлюлозы, модифицированный крахмал, хитозан и его соли, каррагенин, агар, геллановую камедь, гуаровую камедь, другие модифицированные полисахариды и белки, а также их сочетания. В одном из частных вариантов осуществления водорастворимые полимеры также включают: поли(акриловую кислоту) и ее соли, поли(акрилатные эфиры) и сополимеры поли(акриловой кислоты). Другие подходящие водорастворимые полимеры включают полисахариды с длиной цепи, достаточной для образования пленок, такие как без ограничения пуллулан и пектин. Например, водорастворимые полимеры могут содержать дополнительные моноэтилен-ненасыщенные мономеры, не несущие боковой подвешенной кислотной группы, но способные к сополимеризации с мономерами, несущими кислотные группы. Такие соединения включают, например, моноакриловые сложные эфиры и монометакриловые сложные эфиры полиэтиленгликоля или полипропиленгликоля, при этом молярные массы (Mn) полиалкиленгликолей составляют, например, до приблизительно 2000.

В другом частном варианте осуществления водорастворимые полимеры могут представлять собой гидроксипропилцеллюлозу (HPC), продаваемую Ashland, Inc. под названием торговой марки KLUCEL^®. Водорастворимые полимеры могут присутствовать в добавочной композиции в любом действующем количестве, которое будет изменяться в зависимости от выбранного химического компонента, а также от конечных свойств, которые являются желательными. Например, в иллюстративном случае с KLUCEL^®, для обеспечения повышенных преимуществ поддающиеся биологическому разложению водорастворимые полимеры могут присутствовать в добавочной композиции в количестве от приблизительно 1% до приблизительно 75%, или по меньшей мере приблизительно 1%, по меньшей мере приблизительно 5%, или по меньшей мере приблизительно 10%, или до приблизительно 30%, или до приблизительно 50%, или до приблизительно 75% в расчете на общий вес добавочной композиции. Другие примеры подходящих водорастворимых полимеров включают метилцеллюлозу (MC), продаваемую Ashland, Inc. под названием торговой марки BENECEL^®; гидроксиэтилцеллюлозу, продаваемую Ashland, Inc. под названием торговой марки NATROSOL^®; и гидроксипропилкрахмал, продаваемый Chemstar (Миннеаполис, Миннесота, США) под названием торговой марки GLUCOSOL 800^®. Любой из этих химических составов, будучи растворенным в воде, осаждают на горячую, непористую поверхность осушителя для окончательного переноса химического состава на поверхность полотна. Водорастворимые полимеры в этих химических составах без ограничения включают поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль, полиэтиленоксид, гидроксипропилкрахмал, гидроксипропилцеллюлозу и их сочетания.

Традиционные химические составы для крепирования при изготовлении изделий на основе бумаги могут включать растворы водорастворимых полимеров, такие как водная смесь, содержащая поливиниловый спирт и полиамидэпигалогидриновую смолу. Несмотря на то, что эти традиционные химические составы для крепирования содержат растворы водорастворимых полимеров, они не способны обеспечивать преимущества настоящего изобретения, включающие повышенную мягкость без компромисса с прочностью листа изделия на основе бумаги.

Добавочная композиция согласно настоящему изобретению может быть коммерчески доступной, как, например, дисперсия HYPOD 8510^® от Dow Chemical Corporation, и состоит из воды, полиэтиленоктенового сополимера и сополимера этилена и акриловой кислоты. Полиэтиленоктеновый сополимер можно получить коммерчески от Dow Chemical Corporation под наименованием AFFINITY^® (тип 2980I), а сополимер этилена и акриловой кислоты можно получить коммерчески от Dow Chemical Corporation под наименованием PRIMACOR^® (тип 59081). PRIMACOR^® действует как поверхностно-активное вещество для эмульгирования и стабилизации частиц дисперсии AFFINITY^®. Сомономер акриловой кислоты из PRIMACOR^® нейтрализуют гидроксидом калия до степени нейтрализации около 80%. Поэтому в сравнении PRIMACOR^® является более гидрофильным, чем AFFINITY^®. В дисперсии PRIMACOR^® действует как поверхностно-активное вещество или как диспергатор. В отличие от PRIMACOR^®, AFFINITY^® при суспендировании в дисперсии принимает форму микрокапелек с диаметром в несколько микрон. Молекулы PRIMACOR^® окружают капельки AFFINITY^®, образуя «мицеллярную» структуру, стабилизирующую капельки. HYPOD 8510^® содержит приблизительно 60% AFFINITY^® и 40% PRIMACOR^®.

Когда дисперсия становится расплавленной жидкостью на горячей поверхности осушителя, AFFINITY^® образует дисперсионную фазу, а PRIMACOR^® — дисперсную фазу, образующую островки в «океане» AFFINITY^®. Такое фазовое изменение называют обращением фаз. Однако возникновение такого обращения фаз зависит от таких внешних условий, как температура, время, молекулярный вес твердых веществ и концентрация. В конечном итоге, обращение фаз происходит только тогда, когда два полимера (или две фазы) обладают временем релаксации, достаточным для завершения обращения фаз. В настоящем изобретении покрытая пленка HYPOD 8510^® сохраняет морфологию дисперсии, указывающую на то, что имеет место незавершенность обращения фаз. Преимущества остаточной морфологии дисперсии без ограничения включают более гидрофильный покровный слой за счет открытости фазы PRIMACOR^®; и сильнее повышенную мягкость покрытого изделия за счет пузырьков воздуха, захваченных внутри покрытого слоя HYPOD 8510^®, что обеспечивает дополнительную пухлость.

Разбавленная дисперсия может обладать чрезвычайно низкой вязкостью (около 1 сП — почти как вода). Дисперсия с низкой вязкостью при ее нанесении на горячий сушильный барабан будет претерпевать процесс испарения воды и полного обращения фазы AFFINITY^®. Тогда результирующая непрерывная расплавленная пленка содержит встроенные в нее островки дисперсии PRIMACOR^®. Пленка, образовавшаяся после полного испарения воды, является твердой без каких-либо захваченных пузырьков воздуха в ней. После переноса расплавленной пленки на полотно посредством процесса крепирования тонкая пленка, покрывающая поверхность обработанного изделия на основе бумаги, является прерывистой, но все еще взаимосвязанной, см. обсуждаемую ниже фиг. 6с.

Процесс согласно настоящему изобретению может использовать высоковязкую дисперсию с высоким содержанием твердых веществ (от приблизительно 10% до приблизительно 30%) и может содержать большое количество пузырьков воздуха (объем воздуха по меньшей мере в десять раз больше объема дисперсии). Желательно, чтобы коммерчески доступная дисперсия HYPOD 8510^® (приблизительно 42% твердых веществ, в том числе как AFFINITY^®, так и PRIMACOR^®) имела вязкость около приблизительно 500 сП, в то время как вода имеет вязкость около 1 сП. Дисперсия, содержащая приблизительно 20% HYPOD 8510^®, может иметь вязкость около 200 сП, т. е. относительно высокую вязкость, тогда как дисперсия, содержащая менее чем приблизительно 1% HYPOD 8510^®, может иметь вязкость, более близкую к вязкости воды (1 сП). После захватывания высокого отношения воздуха вязкость вспененной дисперсии HYPOD 8510^® в сравнении с дисперсией перед вспениванием увеличивается экспоненциально.

Как показано на фиг. 1, когда вспененную дисперсию наносят на непористую поверхность 23 осушителя, из нее будет быстро испаряться ограниченное количество воды. Есть основания полагать, что медленное испарение дисперсии по причине высокого содержания твердых веществ в сочетании с ее высокой вязкостью будет препятствовать завершению обращения фаз дисперсии AFFINITY^®-PRIMACOR^® (при этом AFFINITY^® становится дисперсионной, а PRIMACOR^® становится дисперсной) и выходу захваченного воздуха. Это в результате приводит к уникальной микроструктурированной расплавленной пленке на горячей поверхности осушителя.

Как показано на фиг. 6, СЭМ-фотографии подтверждают вышеупомянутую гипотезу. При сравнении изделий на основе бумаги с обработанной поверхностью из предшествующего уровня техники и изделий на основе бумаги с обработанной поверхностью согласно настоящему изобретению можно наблюдать два непосредственных преимущества. Во-первых, способ согласно настоящему изобретению приводит к изделию на основе бумаги, которое является более пухлой и обладает более мягкой пробой на ощупь по причине захватывания пузырьков 21 воздуха (см. фиг. 6b). Во-вторых, изделие на основе бумаги согласно настоящему изобретению обладает более смачиваемой поверхностью по причин