Термопластичные и диспергируемые в воде, способные к формованию литьем под давлением материалы и изделия

Термопластичные и диспергируемые в воде, способные к формованию литьем под давлением материалы и изделия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственная заявка

Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно заявке на патент США с регистрационным номером 14/092 087, поданной 27 ноября 2013 г., которая включена в данный документ во всей полноте посредством ссылки на нее.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подходящие для смывания в канализацию предметы женской гигиены предоставляют потребителям преимущества конфиденциальности и удобства. Однако современные пластиковые аппликаторы тампонов изготовлены из полученных литьем под давлением материалов, таких как полиолефины (например, полипропилены или полиэтилены) и сложные полиэфиры, которые не являются биоразлагаемыми или перерабатываемыми, поскольку применение биоразлагаемых полимеров в получаемой литьем под давлением детали проблематично вследствие затруднения, связанного с тепловой обработкой таких полимеров и высокими затратами. Поэтому потребители должны утилизировать аппликаторы тампонов в отдельный сборник отходов, что приводит к затруднениям для пользователей в утилизации аппликаторов конфиденциальным и удобным образом. Помимо этого, запачканный или использованный аппликатор тампона может также представлять биологическую опасность или потенциальную угрозу здоровью. В результате, несмотря на то, что современные пластиковые аппликаторы тампонов не предназначены для смывания в канализацию, некоторые потребители все-таки могут пытаться смывать аппликаторы в канализацию, что может приводить к забиванию канализационных труб и очистного оборудования бытовых сточных вод. С целью устранения этих проблем предпринимались попытки холодного формования диспергируемых в воде материалов, таких как поливиниловый спирт, но такие попытки не были успешными. Вместо этого при использовании поливинилового спирта в аппликаторах тампонов материалы должны обрабатываться в растворе, чтобы их можно было сформовать в аппликатор тампона, который имеет достаточно толстую стенку, при этом такая обработка в растворе представляет собой медленный, дорогостоящий, экологически неприемлемый способ, для которого необходимы высокие затраты энергии. Кроме того, несмотря на то, что были разработаны картонные аппликаторы, на картон часто следует наносить покрытие для снижения коэффициента трения аппликатора до комфортного для потребителей уровня, при этом применяемые покрытия не являются экологически приемлемыми и вносят вклад в затраты, связанные с формованием аппликатора.

Поэтому в настоящее время существует потребность в термопластичной, диспергируемой в воде композиции, которую можно формовать литьем под давлением, при этом такую композицию, которую можно было бы успешно формовать в аппликатор тампона. Также существует потребность в диспергируемом в воде аппликаторе, который удобно вводить и который не начинает ломаться при введении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения раскрывается пригодный для смывания в канализацию аппликатор тампона. Аппликатор тампона содержит внешнюю трубку для размещения тампона и также содержит внутреннюю трубку, по меньшей мере часть которой выступает во внешнюю трубку. Внешняя трубка содержит наружную, контактирующую с телом поверхность, таким образом, что внутренняя трубка является подвижной относительно внешней трубки и выполнена с возможностью выталкивания тампона из внешней трубки. По меньшей мере одна из внешней трубки и внутренней трубки представляет собой формованную деталь. Кроме того, по меньшей мере одна из внешней трубки и внутренней трубки содержит термопластичную композицию. Термопластичная композиция включает от приблизительно 50 вес. % до приблизительно 98 вес. % частично гидролизованных поливиниловых спиртов. Частично гидролизованные поливиниловые спирты включают первый поливиниловый спирт и второй поливиниловый спирт, где вязкость первого поливинилового спирта меньше вязкости второго поливинилового спирта. Дополнительно, соотношение весовых долей первого поливинилового спирта и второго поливинилового спирта находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20. Термопластичная композиция также включает от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 50 вес. % пластификатора.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия раскрывается способ формования получаемой литьем под давлением детали. Способ включает литье под давлением гранулированной, диспергируемой в воде термопластичной композиции в полость формы и формовку термопластичной композиции в формованную деталь в полости формы. При этом термопластичная композиция содержит от приблизительно 50 вес. % до приблизительно 98 вес. % частично гидролизованных поливиниловых спиртов. Кроме того, частично гидролизованные поливиниловые спирты включают первый поливиниловый спирт и второй поливиниловый спирт, где вязкость первого поливинилового спирта меньше вязкости второго поливинилового спирта. Дополнительно, соотношение весовых долей первого поливинилового спирта и второго поливинилового спирта находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20. Термопластичная композиция также включает от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 50 вес. % пластификатора и характеризуется показателем текучести расплава от приблизительно 40 грамм за 10 минут до приблизительно 160 грамм за 10 минут при воздействии нагрузки 2160 грамм при температуре 190°C в соответствии с методом испытаний ASTM D1238-E.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего раскрытия раскрывается диспергируемая в воде термопластичная композиция. Термопластичная композиция включает от приблизительно 50 вес. % до приблизительно 98 вес. % частично гидролизованных поливиниловых спиртов. Частично гидролизованные поливиниловые спирты включают первый поливиниловый спирт и второй поливиниловый спирт, где соотношение весовых долей первого поливинилового спирта и второго поливинилового спирта находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20. Дополнительно, первый поливиниловый спирт имеет вязкость в диапазоне от приблизительно 1 сантипуаза до приблизительно 3,5 сантипуаза, и второй поливиниловый спирт имеет вязкость в диапазоне от приблизительно 3,5 сантипуаза до приблизительно 15 сантипуаз. Термопластичная композиция также включает от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 50 вес. % пластификатора и характеризуется показателем текучести расплава от приблизительно 40 грамм за 10 минут до приблизительно 160 грамм за 10 минут при воздействии нагрузки 2160 грамм при температуре 190°C в соответствии с методом испытаний ASTM D1238-E.

Другие признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно рассматриваются ниже.

Краткое описание графических материалов

Полное и достаточное описание настоящего изобретения, включая наилучший способ его осуществления, предназначенное для среднего специалиста в данной области техники, изложено ниже, в частности, в остальной части описания, в которой предусмотрены ссылки на соответствующие графические материалы, на которых:

фиг. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию одного варианта осуществления формовочного устройства для литья под давлением, предназначенного для применения в настоящем изобретении;

фиг. 2 представляет собой вид в перспективе одного варианта осуществления диспергируемого в воде аппликатора тампона, предусмотренного настоящим изобретением;

фиг. 3 представляет собой вид в поперечном разрезе одного варианта осуществления компонента аппликатора тампона в соответствии с настоящим изобретением; и

фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе другого варианта осуществления компонента аппликатора тампона в соответствии с настоящим изобретением.

Повторяющееся использование ссылочных позиций в настоящем описании и графических материалах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

Далее будет представлено подробное описание со ссылками на различные варианты осуществления изобретения, один или более примеров которых приведены ниже. Каждый пример приведен для пояснения изобретения и не ограничивает его. В сущности, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что по отношению к настоящему изобретению могут быть выполнены различные модификации и изменения без отклонения от объема или сущности изобретения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления для получения еще одного варианта осуществления. Таким образом, имеется в виду, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

В общем, настоящее изобретение направлено на термопластичную композицию, которая является чувствительной к воде (например, является водорастворимой, диспергируемой в воде и т. д.) в том смысле, что она теряет свою целостность с течением времени в присутствии воды, которая, несмотря на это, еще также характеризуется достаточно высоким индексом текучести расплава и достаточно низкой вязкостью расплава так, что ее можно формовать в изделие, такое как аппликатор тампона. Например, термопластичная композиция характеризуется достаточно высоким индексом текучести расплава и достаточно низкой вязкостью расплава таким образом, что ее можно формовать литьем под давлением. Композиция содержит частично гидролизованные поливиниловые спирты и пластификатор. Необходимые водочувствительные свойства и механические свойства композиции и полученных формованных изделий, таких как аппликаторы тампона, можно обеспечить в настоящем изобретении путем избирательной регуляции ряда аспектов композиции, таких как природа каждого из используемых компонентов, относительное количество каждого компонента, соотношение весовой доли одного компонента и весовой доли другого компонента, способ, с помощью которого получают композицию, и так далее.

Кроме того, аппликатор тампона в соответствии с настоящим изобретением может содержать внешнюю трубку и внутреннюю трубку, одна или обе из которых могут быть сформованы из термопластичной, диспергируемой в воде композиции в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, что аппликатор тампона пригоден для смывания в канализацию и может разрушаться в воде. Внешняя трубка вмещает тампон, а внутренняя трубка применяется для обхвата тампона, содержащегося во внешней трубке. Внешняя трубка может содержать наконечник для введения, который также может быть сформован из термопластичной, диспергируемой в воде композиции в соответствии с настоящим изобретением. Так как существует вероятность того, что аппликатор тампона, и, в частности, внешняя трубка, может становиться липким при применении из-за влажной среды, в которой его применяют, на один или более компонентов аппликатора тампона могут быть нанесены покрытие или слой с менее диспергируемой в воде композицией, такой как политетрафторэтилен (PTFE) или полиэтилен высокой плотности (HDPE). В некоторых вариантах осуществления лишь контактирующие с телом компоненты аппликатора тампона, такие как наружная поверхность внешней трубки и/или наконечника для введения, могут содержать дополнительное покрытие или слой, которые могут быть сформованы совместным литьем под давлением. В других вариантах осуществления не контактирующие с телом компоненты, такие как внутренняя трубка, также могут содержать дополнительное покрытие или слой.

В связи с этим, ниже будут более подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.

I. Компоненты термопластичной композиции

A. Полимер поливинилового спирта

Диспергируемая в воде, термопластичная композиция включает один или более полимеров, содержащих повторяющееся звено, содержащее функциональную гидроксильную группу, такое как поливиниловый спирт («PVOH»), сополимеры поливинилового спирта (например, сополимеры этилена и винилового спирта, сополимеры метилметакрилата и винилового спирта и т. д.) и т. д. Полимеры винилового спирта, например, содержат по меньшей мере два или более звеньев винилового спирта в молекуле и могут быть гомополимером винилового спирта или сополимером, содержащим звенья другого мономера. Гомополимеры винилового спирта можно получать гидролизом полимера на основе винилового сложного эфира, такого как винилформиат, винилацетат, винилпропионат и т. д. Сополимеры винилового спирта можно получать гидролизом сополимера винилового сложного эфира с олефином, содержащим от 2 до 30 атомов углерода, таким как этилен, пропилен, 1-бутен и т. д.; ненасыщенной карбоновой кислотой, содержащей от 3 до 30 атомов углерода, такой как акриловая кислота, метакриловая кислота, кротоновая кислота, малеиновая кислота, фумаровая кислота и т. д., или ее сложным эфиром, солью, ангидридом или амидом; ненасыщенным нитрилом, содержащим от 3 до 30 атомов углерода, таким как акрилонитрил, метакрилонитрил и т. д.; виниловым эфиром, содержащим от 3 до 30 атомов углерода, таким как метилвиниловый эфир, этилвиниловый эфир и т. д.; и так далее. Степень гидролиза можно выбирать для оптимизации растворимости и т. д. полимера. Например, степень гидролиза может составлять от приблизительно 60 мол. % до приблизительно 95 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80 мол. % до приблизительно 90 мол. %, и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 85 мол. % до приблизительно 89 мол. %, и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 87 мол. % до приблизительно 89 мол. %. Такие частично гидролизованные поливиниловые спирты являются растворимыми в холодной воде. Напротив, полностью гидролизованные или почти гидролизованные поливиниловые спирты являются нерастворимыми в холодной воде.

Могут применяться по меньшей мере два полимера частично гидролизованного поливинилового спирта в термопластичной, диспергируемой в воде композиции в соответствии с настоящим изобретением. По меньшей мере два частично гидролизованных поливиниловых спирта могут присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 50 вес. % до приблизительно 98 вес. %, например, от приблизительно 55 вес. % до приблизительно 97 вес. %, например, от приблизительно 60 вес. % до приблизительно 96 вес. %, например, от приблизительно 65 вес. % до приблизительно 95 вес. %, исходя из общего веса композиции. По меньшей мере два частично гидролизованных поливиниловых спирта могут присутствовать в различных количествах, исходя из общего веса композиции. Например, частично гидролизованный поливиниловый спирт с низкой вязкостью можно объединять с одним или более из частично гидролизованных поливиниловых спиртов с высокой вязкостью. Поливиниловый спирт с низкой вязкостью (например, низкомолекулярный) может привести к получению композиции с высоким показателем текучести расплава при использовании в то же время более низкого уровня пластификатора, что может предотвратить миграцию или выпотевание пластификатора на поверхность. С другой стороны, использование частично гидролизованного поливинилового спирта с низкой вязкостью приводит к низким свойствам удлинения при разрыве, которые соответствуют материалу, который является крошащимся и не является пластичным. По этой причине один или более из частично гидролизованных поливиниловых спиртов с более высокой вязкостью (более высокомолекулярный) можно объединять с частично гидролизованным поливиниловым спиртом с низкой вязкостью с обеспечением улучшенной пластичности, о чем свидетельствует повышенное значение удлинения при разрыве в процентах и более низкий модуль упругости. Однако требуется большее количество пластификатора для достижения достаточно высокого показателя текучести расплава для частично гидролизованных поливиниловых спиртов с более высокой вязкостью, чтобы они стали термопластичными и способными к формованию литьем под давлением, таким образом, должен обеспечиваться точный баланс для достижения необходимых механических свойств, представляющих собой показатель текучести расплава, для формованной литьем под давлением детали без применения слишком большого количества пластификатора, который может перемещаться в ходе обработки и хранения.

В целом соотношение частично гидролизованного поливинилового спирта с низкой вязкостью, присутствующего в композиции (например, SELVOL^TM 502), и частично гидролизованного(ых) водорастворимого(ых) полимера(ов) с высокой вязкостью, присутствующего(их) в композиции (например, SELVOL^TM 203 и 205), может находиться в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20, таком как от приблизительно 1,25 до приблизительно 15, таком как от приблизительно 1,5 до приблизительно 10. Посредством регуляции таким образом соотношения частично гидролизованного водорастворимого полимера с низкой вязкостью и частично гидролизованного(ых) водорастворимого(ых) полимера(ов) с высокой вязкостью может быть получена композиция с таким достаточно высоким показателем текучести расплава, что ее можно формовать литьем под давлением, что может быть обусловлено частично гидролизованным поливиниловым спиртом с низкой вязкостью, причем в то же время без ущерба в отношении механических свойств полученной формованной литьем под давлением детали, что может быть обусловлено частично гидролизованным(ными) поливиниловым(выми) спиртом(ами) с высокой вязкостью. Например, частично гидролизованный(ые) поливиниловый(ые) спирт(ы) с высокой вязкостью может(гут) способствовать пластичности (более низкий модуль упругости, более высокое удлинение) композиции для нейтрализации возможной хрупкости (высокий модуль упругости, более низкое удлинение), что может быть по меньшей мере частично обусловлено частично гидролизованным поливиниловым спиртом с низкой вязкостью, при этом частично гидролизованный поливиниловый спирт с низкой вязкостью может обеспечивать повышение показателя текучести расплава до достаточно высокого уровня так, что полученную композицию можно формовать литьем под давлением. Посредством применения частично гидролизованного поливинилового спирта с низкой вязкостью в термопластичной композиции в соответствии с настоящим изобретением необходим низкий уровень пластификатора, за счет чего избегают проблем, связанных с миграцией или выпотеванием пластификатора. Однако также было обнаружено, что посредством избирательной регуляции используемых типов и соотношений частично гидролизованных поливиниловых спиртов может обеспечиваться более высокий показатель текучести расплава даже при применении частично гидролизованных поливиниловых спиртов с высокой вязкостью, что может обеспечить повышенную пластичность изделий, формованных из термопластичной композиции в соответствии с настоящим изобретением.

Частично гидролизованный(ые) поливиниловый(ые) спирт(ы) с низкой вязкостью может(гут) иметь вязкость в диапазоне от приблизительно 1 сантипуаза (сП) до приблизительно 3,5 сП, например, от приблизительно 2 сП до приблизительно 3,45 сП, например, от приблизительно 3 сП до приблизительно 3,4 сП. При этом частично гидролизованный(ые) поливиниловый(ые) спирт(ы) с высокой вязкостью может(гут) иметь вязкость в диапазоне от приблизительно 3,5 сП до приблизительно 15 сП, например, от приблизительно 3,75 сП до приблизительно 12 сП, например, от приблизительно 4 сП до приблизительно 10 сП. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления частично гидролизованный поливиниловый спирт с низкой вязкостью может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 20 вес. % до приблизительно 80 вес. %, например, от приблизительно 35 вес. % до приблизительно 75 вес. %, например, от приблизительно 40 вес. % до приблизительно 70 вес. %, исходя из общего веса композиции. При этом один или более частично гидролизованных поливиниловых спиртов с высокой вязкостью могут присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 50 вес. %, например, от приблизительно 2,5 вес. % до приблизительно 40 вес. %, например, от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 30 вес. %, исходя из общего веса полимерной композиции. Кроме того, если присутствуют два или более полимеров частично гидролизованного поливинилового спирта с высокой вязкостью, соотношение весовых долей полимера частично гидролизованного поливинилового спирта с высокой вязкостью, имеющего более низкую вязкость из двух полимеров частично гидролизованного поливинилового спирта с высокой вязкостью, и полимера частично гидролизованного поливинилового спирта с высокой вязкостью, имеющего более высокую вязкость из двух полимеров частично гидролизованного поливинилового спирта с высокой вязкостью, может находиться в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 10, например, от приблизительно 1,25 до приблизительно 9, например, от приблизительно 1,5 до приблизительно 8.

Примеры подходящих полимеров частично гидролизованного поливинилового спирта доступны под названием SELVOL™ 203, 205, 502, 504, 508, 513, 518, 523, 530 или 540 от Sekisui Specialty Chemicals America, LLC из Далласа, Техас. Например, SELVOL™ 203 имеет процент гидролиза от 87% до 89% и вязкость от 3,5 до 4,5 сантипуаза (сП), определенные в водном растворе с содержанием твердых веществ 4% при 20°C. SELVOL™ 205 имеет процент гидролиза от 87% до 89% и вязкость от 5,2 до 6,2 сантипуаза (сП), определенные в водном растворе с содержанием твердых веществ 4% при 20°C. SELVOL™ 502 имеет процент гидролиза от 87% до 89% и вязкость от 3,0 до 3,7 сантипуаза (сП), определенные в водном растворе с содержанием твердых веществ 4% при 20°C. SELVOL™ 504 имеет процент гидролиза от 87% до 89% и вязкость от 4,0 до 5,0 сантипуаза (сП), определенные в водном растворе с содержанием твердых веществ 4% при 20°C. SELVOL™ 508 имеет процент гидролиза от 87% до 89% и вязкость от 7,0 до 10,0 сантипуаза (сП), определенные в водном растворе с содержанием твердых веществ 4% при 20°C. Другие подходящие полимеры частично гидролизованного поливинилового спирта доступны под названием ELVANOL™ 50-14, 50-26, 50-42, 51-03, 51-04, 51-05, 51-08 и 52-22 от DuPont, а также ряд поливиниловых спиртов SELVOL^TM, доступных от Celanese Corp. Например, ELVANOL^TM 51-05 имеет процент гидролиза от 87% до 89% и вязкость от 5,0 до 6,0 сантипуаза (сП), определенные в водном растворе с содержанием твердых веществ 4% при 20°C. В настоящем изобретении поливиниловые спирты, характеризующиеся как имеющие низкую вязкость, включают SELVOL^TM 502 (от 3,0 до 3,7 сП), при этом серединная или средняя вязкость для поливинилового спирта с низкой вязкостью в целом составляет менее приблизительно 3,35 сП, как определено путем вычисления среднего между минимальными и максимальными значениями вязкости, предусмотренными для коммерчески доступных частично гидролизованных поливиниловых спиртов. При этом поливиниловые спирты, характеризующиеся как имеющие высокую вязкость, включают SELVOL^TM 203 (от 3,5 до 4,5 сП), SELVOL 504^TM (4,0-5,0 сП), ELVANOL^TM 51-05 (от 5,0 до 6,0 сП), SELVOL^TM 205 (от 5,2 до 6,2 сП) и SELVOL^TM 508 (7,0-10,0 сП), при этом серединная или средняя вязкость для полимеров поливинилового спирта с высокой вязкостью составляет по меньшей мере приблизительно 4,0 сП, как определено путем вычисления среднего между минимальными и максимальными значениями вязкости, предусмотренными для коммерчески доступных частично гидролизованных поливиниловых спиртов.

B. Пластификатор

В диспергируемой в воде термопластичной композиции также используется пластификатор, предназначенный для придания водорастворимому полимеру термопластичности и, следовательно, пригодности к экструдированию в гранулы и последующему литью под давлением. Подходящие пластификаторы могут включать, например, пластификаторы на основе многоатомных спиртов, таких как сахара (например, глюкоза, сахароза, фруктоза, рафиноза, мальтодекстроза, галактоза, ксилоза, мальтоза, лактоза, манноза и эритроза), сахарные спирты (например, эритрит, ксилит, мальтит, маннит и сорбит), полиолы (например, этиленгликоль, глицерин, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, бутиленгликоль и гексантриол), полиэтиленгликоли и т. д. Также подходящими являются образующие водородные связи органические соединения, которые не имеют гидроксильной группы, включая мочевину и производные мочевины; ангидриды сахарных спиртов, такие как сорбитан; животные белки, такие как желатин; растительные белки, такие как белок семян подсолнечника, соевые белки, белки семян хлопчатника и их смеси. Другие подходящие пластификаторы могут включать сложные эфиры фталевой кислоты, диметил- и диэтилсукцинат и родственные им сложные эфиры, триацетат глицерина, моно- и диацетаты глицерина, моно-, ди- и трипропионаты глицерина, бутаноаты, стеараты, сложные эфиры молочной кислоты, сложные эфиры лимонной кислоты, сложные эфиры адипиновой кислоты, сложные эфиры стеариновой кислоты, сложные эфиры олеиновой кислоты и другие сложные эфиры кислот. Можно также применять алифатические кислоты, такие как сополимеры этилена и акриловой кислоты, этилена и малеиновой кислоты, бутадиена и акриловой кислоты, бутадиена и малеиновой кислоты, пропилена и акриловой кислоты, пропилена и малеиновой кислоты и другие кислоты на основе углеводородов. Предпочтительным является низкомолекулярный пластификатор, такой как пластификатор с весом менее приблизительно 20000 г/моль, предпочтительно менее приблизительно 5000 г/моль и более предпочтительно менее приблизительно 1000 г/моль.

Пластификатор может быть включен в композицию в соответствии с настоящим изобретением с применением любой из ряда известных методик. Например, производное целлюлозы и/или водорастворимые полимеры могут быть «предварительно пластифицированы» до включения в композицию. В качестве альтернативы, один или более компонентов могут быть пластифицированы во время их смешивания. Независимо от этого, для смешивания компонентов можно использовать методики периодического и/или непрерывного смешивания в расплаве. Например, можно использовать смеситель/месильную машину, смеситель типа Бенбери, смеситель непрерывного действия Farrel, одношнековый экструдер, двухшнековый экструдер, вальцовую дробилку и т. д. Одним из особенно подходящих устройств для смешивания в расплаве является вращающийся в одном направлении двухшнековый экструдер (например, двухшнековый экструдер USALAB, доступный от Thermo Electron Corporation, Стоун, Англия, или экструдер, доступный от Werner-Pfleiderer, Рамси, Нью-Джерси). Такие экструдеры могут содержать загрузочные и выпускные отверстия и обеспечивать высокоинтенсивное распределительное и диспергирующее перемешивание. Например, вначале можно подавать производное целлюлозы и водорастворимый полимер в загрузочное отверстие двухшнекового экструдера с образованием композиции. После этого в композицию можно вводить пластификатор. В качестве альтернативы, композиция может одновременно поступать в приемное отверстие экструдера или по отдельности в другую точку вдоль длины экструдера. Смешивание в расплаве может происходить при любой из ряда температур, такой как от приблизительно 30°C до приблизительно 240°C, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40°C до приблизительно 200°C и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50°C до приблизительно 180°C.

Пластификаторы могут присутствовать в диспергируемой в воде термопластичной композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 50 вес. %, например, от приблизительно 3 вес. % до приблизительно 45 вес. %, например, от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 40 вес. %, исходя из общего веса композиции. В некоторых вариантах осуществления пластификатор может присутствовать в количестве 10 вес. % или больше, например, от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 35 вес. %, например, от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 30 вес. %, например, от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 25 вес. %, исходя из общего веса композиции.

C. Наполнители

Несмотря на то, что посредством комбинации двух или более частично гидролизованных поливиниловых спиртов и пластификатора можно достигать желаемой водорастворимости, требуемой для диспергируемой в воде термопластичной композиции, часто все еще может быть трудным достижение точного набора механических свойств, необходимых для формованных литьем под давлением изделий. В связи с этим, композиция может также содержать один или более наполнителей. Благодаря его жесткой природе количество наполнителя можно легко регулировать для точной корректировки композиции до желаемой степени пластичности (например, максимального удлинения) и жесткости (например, модуля упругости).

Наполнитель в соответствии с настоящим изобретением может включать частицы с любым желаемым размером, например, таковые со средним размером от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 8 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 6 микрометров. Подходящие частицы для применения в качестве наполнителя могут включать неорганические оксиды, такие как карбонат кальция, каолиновая глина, оксид кремния, оксид алюминия, карбонат бария, карбонат натрия, диоксид титана, цеолиты, карбонат магния, оксид кальция, оксид магния, гидроксид алюминия, тальк, и т. д.; сульфаты, такие как сульфат бария, сульфат магния, сульфат алюминия и т. д.; порошки целлюлозного типа (например, порошок бумажной массы, древесный порошок и т. д.); углерод; циклодекстрины; синтетические полимеры (например, полистирол) и так далее. Другие подходящие частицы описаны в патентах США №№ 6015764 и 6111163, выданных McCormack и соавт., 5932497, выданном Morman и соавт., 5695868, выданном McCormack, 5855999, выданном McCormack и соавт., 5997981, выданном McCormack и соавт., и 6461457, выданном Taylor и соавт., которые включены в данный документ во всей своей полноте посредством ссылки.

В одном конкретном варианте осуществления наполнитель включает частицы, образованные из карбоната кальция. При необходимости можно использовать частицы карбоната кальция с чистотой по меньшей мере приблизительно 95 вес. %, в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере приблизительно 98 вес. % и в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере приблизительно 99 вес. %. Карбонаты кальция такой высокой степени чистоты в целом являются мелкими, мягкими и круглыми и, таким образом, обеспечивают более контролируемое и узкое распределение размера частиц для улучшения свойств композиции. Примером карбоната кальция такой высокой степени чистоты является карибский пелитоморфный карбонат кальция, который добывают из мягких и рассыпчатых, тонкоизмельченных, мелообразных морских осадочных отложений, часто встречающихся в виде поверхностных отложений на Карибских островах (например, Ямайке). Такие карбонаты кальция, как правило, имеют средний размер частиц приблизительно 10 микрометров или меньше и желательно приблизительно 6 микрометров или меньше. Другие примеры карибских пелитоморфных карбонатов кальция описаны в патенте США № 5102465, выданном Lamond, который включен в данный документ во всей своей полноте посредством ссылки для всех целей. Такие карбонаты кальция могут подвергаться мокрому или сухому помолу и классифицироваться по узкому распределению размера частиц с круглыми или сферическими частицами. Один особенно подходящий пелитоморфный карбонат кальция доступен от Specialty Minerals под названием«MD1517».

Хотя это и не требуется, наполнитель необязательно может быть покрыт модификатором (например, жирной кислотой, такой как стеариновая кислота или бегеновая кислота) для облегчения свободного течения частиц в объеме и легкости их диспергирования в композицию. Наполнитель может быть предварительно составлен с такими добавками перед смешиванием с другими компонентами композиции, или добавки могут быть составлены с другими компонентами композиции и наполнителями на стадии смешивания в расплаве.

В случае наличия наполнители могут присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 35 вес. %, например, от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 30 вес. %, например, от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 25 вес. %, например, от приблизительно 3 вес. % до приблизительно 20 вес. %, исходя из общего веса диспергируемой в воде термопластичной композиции.

D. Красящие вещества

Дополнительно, диспергируемая в воде термопластичная композиция может содержать одно или более красящих веществ (например, пигмент или краситель). Как правило, пигмент относится к красящему веществу на основе неорганических или органических частиц, не растворяющихся в воде или растворителях. Обычно пигменты образуют эмульсию или суспензию в воде. С другой стороны, краситель обычно относится к красящему веществу, растворимому в воде или растворителях.

Пигмент или краситель может присутствовать в количестве, эффективном, чтобы быть видимым после формования композиции в формованное литьем под давлением изделие, с тем, чтобы изделия из композиции могли иметь эстетически привлекательный для пользователя внешний вид. Подходящие органические пигменты включают диарилидный желтый AAOT (например, пигмент Желтый 14 CI № 21 095), диарилидный желтый AAOA (например, пигмент Желтый 12 CI № 21090), ганза желтый, пигмент CI Желтый 74, фталоцианиновый синий (например, пигмент Синий 15), литоль красный (например, пигмент Красный 52:1 CI № 15860:1), толуидиновый красный (например, пигмент Красный 22 CI № 12315), диоксазиновый фиолетовый (например, пигмент Фиолетовый 23 CI № 51319), фталоцианиновый зеленый (например, пигмент Зеленый 7 CI № 74260), фталоцианиновый синий (например, пигмент Синий 15 CI № 74160), нафтойнокислый красный (например, пигмент Красный 48:2 CI № 15865:2). Неорганические пигменты включают диоксид титана (например, пигмент Белый 6 CI № 77891), оксиды железа (например, красный, желтый и коричневый), оксид хрома (например, зеленый), гексацианоферрат аммония-железа (III) (например, синий) и подобные.

Подходящие красители, которые можно применять, включают, например, кислотные красители и сульфированные красители, включая прямые красители. Другие подходящие красители включают азокрасители (например, анилиновый желтый 14, дисперсный желтый 23 и метаниловый желтый), антрахиноновые красители (например, сольвент красный 111, дисперсный фиолетовый 1, сольвент синий 56 и сольвент оранжевый 3), ксантеновые красители (например, сольвент зеленый 4, кислотный красный 52, основный красный 1 и сольвент оранжевый 63), азиновые красители и подобные.

В случае наличия красящие вещества могут присутствовать в диспергируемой в воде термопластичной композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 20 вес. %, например, от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 15 вес. %, например, от приблизительно 1,5 вес. % до приблизительно 12,5 вес. %, например, от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 10 вес. %, исходя из общего веса диспергируемой в воде термопластичной композиции.

E. Другие необязательные компоненты

Помимо вышеупомянутых компонентов в композицию согласно настоящему изобретению также можно включать другие добавки, такие как диспергирующие средства, стабилизаторы расплава, стабилизаторы технологических свойств, термостабилизаторы, светостабилизаторы, антиоксиданты, стабилизаторы теплового старения, отбеливающие средства, средства, препятствующее слипанию, связывающие средства, смазывающие средства и т. д. Например, могут также использоваться диспергирующие средства для облегчения получения однородной дисперсии смеси производного целлюлозы/поливинилового спирта/пластификатора и замедления или предотвращения разделения на составляющие фазы. Кроме того, диспергирующие средства могут также улучшить диспергируемость композиции в воде. Несмотря на то, что в настоящем изобретении можно применять любые диспергирующие средства, поверхностно-активные вещества с определенным балансом гидрофильности/липофильности («HLB») могут улучшить долговременную стабильность композиции. Индекс HLB хорошо известен в уровне техник