Диспергируемая в воде термопластичная формованная литьем под давлением композиция

Диспергируемая в воде термопластичная формованная литьем под давлением композиция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственная заявка

Настоящая заявка заявляет приоритет по заявке на патент США с регистрационным номером 14/092013, 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 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 формовать литьем под давлением диспергируемые в воде материалы, такие как производные целлюлозы или поливиниловый спирт, но такие попытки не были успешными. Вместо этого при использовании либо производных целлюлозы, либо 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 такие покрытия не являются экологически приемлемыми и вносят вклад в затраты, связанные с формованием аппликатора.

Поэтому в настоящее время существует потребность в диспергируемой в воде композиции, которую также можно отливать 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 склонен ломаться при введении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения раскрывается диспергируемая в воде композиция, содержащая от приблизительно 7 вес. % до приблизительно 70 вес. % по меньшей мере одного производного целлюлозы; от приблизительно 7 вес. % до приблизительно 70 вес. % по меньшей мере одного синтетического водорастворимого полимера и от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 50 вес. % по меньшей мере одного пластификатора, исходя из общего веса композиции, где соотношение весовых долей синтетического водорастворимого полимера и производного целлюлозы находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 10, дополнительно где композиция является термопластичной.

В одном варианте осуществления производное целлюлозы может составлять от приблизительно 20 вес. % до приблизительно 60 вес. % композиции, исходя из общего веса композиции. В другом варианте осуществления синтетический водорастворимый полимер может составлять от приблизительно 20 вес. % до приблизительно 60 вес. % композиции, исходя из общего веса композиции. В еще одном варианте осуществления пластификатор может составлять от приблизительно 5 вес. % до приблизительно 40 вес. % композиции, исходя из общего веса композиции. В дополнительном варианте осуществления соотношение весовых долей синтетического водорастворимого полимера и производного целлюлозы находится в диапазоне от приблизительно 0,3 до приблизительно 3,0.

В еще одном варианте осуществления производное целлюлозы может представлять собой неионный эфир целлюлозы, при этом в некоторых вариантах осуществления неионный эфир целлюлозы может представлять собой гидроксипропилметилцеллюлозу. В некоторых случаях гидроксипропилметилцеллюлоза может характеризоваться содержанием метоксигрупп от приблизительно 10% до приблизительно 40%. Кроме того, в некоторых случаях гидроксипропилметилцеллюлоза может характеризоваться содержанием гидроксипропильных групп от приблизительно 1% до приблизительно 15%. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления неионный эфир целлюлозы может иметь вязкость в диапазоне от приблизительно 1000 мПа·с до приблизительно 75000 мПа·с для 2%-ного водного раствора при 20°C.

В другом варианте осуществления синтетический водорастворимый полимер может представлять собой полимер винилового спирта, такой как частично гидролизованный полимер винилового спирта. Полимер винилового спирта может характеризоваться степенью гидролиза от приблизительно 80 мол. % до приблизительно 90 мол. %.

В другом варианте осуществления пластификатор может представлять собой многоатомный спирт. Например, пластификатор может представлять собой полиол, такой как этиленгликоль, глицерин, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, бутиленгликоль, гексантриол или их комбинацию.

В другом варианте осуществления композиция может дополнительно включать от приблизительно 0,5 вес. % до приблизительно 35 вес. % неорганического наполнителя в виде частиц, исходя из общего веса композиции. Неорганический наполнитель в виде частиц может представлять собой карбонат кальция, каолиновую глину, оксид кремния, оксид алюминия, карбонат бария, карбонат натрия, диоксид титана, цеолиты, карбонат магния, оксид кальция, оксид магния, гидроксид алюминия, тальк или их комбинацию.

В одном конкретном варианте осуществления композиция может проявлять индекс текучести расплава от приблизительно 10 грамм за 10 минут до приблизительно 150 грамм за 10 минут при воздействии нагрузки 2160 грамм при температуре 190°C в соответствии с методом испытаний ASTM D1238-E.

В еще одном варианте осуществления диспергируемая в воде термопластичная композиция может быть сформована в формованное изделие. В некоторых вариантах осуществления формованное изделие может разрушаться в водопроводной воде в течение менее чем приблизительно 18 часов. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления формованное изделие может представлять собой аппликатор тампона.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения описывается способ формования получаемой литьем под давлением детали. Способ включает введение диспергируемой в воде термопластичной композиции в полость формы, где термопластичная композиция содержит от приблизительно 7 вес. % до приблизительно 70 вес. % производного целлюлозы, от приблизительно 7 вес. % до приблизительно 70 вес. % синтетического водорастворимого полимера и от приблизительно 2 вес. % до приблизительно 50 вес. % пластификатора; и формовку термопластичной композиции в формованную деталь внутри полости формы.

В другом варианте осуществления способ может также включать нанесение на формованную литьем под давлением деталь нерастворимого в воде покрытия. В другом варианте осуществления способ может включать процесс совместного литья под давлением, где формованная литьем под давлением деталь представляет собой двухслойную формованную деталь, имеющую внутренний слой и внешний слой, где внутренний слой содержит формованную литьем под давлением термопластичную композицию, а внешний слой является нерастворимым в воде. Кроме того, внешний слой может составлять от приблизительно 1 вес. % до приблизительно 50 вес. % формованной литьем под давлением детали, а внутренний слой может составлять от приблизительно 50 вес. % до приблизительно 99 вес. % формованной литьем под давлением детали. Помимо этого, нерастворимый в воде слой содержит воск, силикон, политетрафторэтилен, полиэтилен, сложный полиэфир, полиамид, термопластичный эластомер (например, эластомер на основе полиуретана или полиолефина) или их комбинацию.

В другом варианте осуществления производное целлюлозы может представлять собой гидроксипропилметилцеллюлозу. В дополнительном варианте осуществления синтетический водорастворимый полимер может представлять собой поливиниловый спирт. Кроме того, формованная деталь может быть выполнена в форме аппликатора тампона.

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 несколько примеров которых приведены ниже. Каждый пример приведен для пояснения настоящего 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 настоящего изобретения. Например, признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления с получением еще одного варианта осуществления. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

В общем, настоящее изобретение направлено на 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, также является термопластичной с достаточно высоким индексом текучести расплава и достаточно низкой вязкостью расплава так, что ее можно формовать литьем под давлением. Композиция содержит натуральное производное целлюлозы, синтетический водорастворимый полимер и пластификатор. Необходимые водочувствительные свойства композиции могут быть достигнуты в настоящем изобретении путем избирательной регуляции ряда аспектов композиции, таких как природа 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. В связи с этим, ниже будут более подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.

I. Компоненты композиции

A. Производное целлюлозы

Диспергируемая в воде термопластичная композиция включает производное целлюлозы (например, простые или сложные эфиры целлюлозы). В одном конкретном варианте осуществления производное целлюлозы, например, представляет собой неионный, катионный, анионный и/или амфотерный эфир целлюлозы. Неионные простые эфиры целлюлозы, например, можно получать любым способом, известным специалистам в данной области техники, таким как проведение реакции щелочной целлюлозы с этиленоксидом и/или пропиленоксидом с последующим проведением реакции с метилхлоридом, этилхлоридом и/или пропилхлоридом. Неионные простые эфиры целлюлозы и способы получения таких эфиров описаны, например, в патенте США № 6123996, Larsson et al.; патенте США № 6248880, Karlson; и патенте США № 6639066, Bostrom et al., которые включены в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей. Некоторые подходящие примеры неионных эфиров целлюлозы включают без ограничения водорастворимые алкильные простые эфиры целлюлозы, такие как метилцеллюлоза и этилцеллюлоза; гидроксиалкильные эфиры целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксипропилгидроксибутилцеллюлоза, гидроксиэтилгидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилгидроксибутилцеллюлоза и гидроксиэтилгидроксипропилгидроксибутилцеллюлоза; алкилгидроксиалкильные эфиры целлюлозы, такие как метилгидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, этилгидроксиэтилцеллюлоза, этилгидроксипропилцеллюлоза, метилэтилгидроксиэтилцеллюлоза и метилэтилгидроксипропилцеллюлоза; и так далее. Предпочтительные неионные эфиры целлюлозы для применения в композиции в соответствии с настоящим изобретением представляют собой этилгидроксиэтилцеллюлозу, метилэтилгидроксиэтилцеллюлозу, метилэтилгидроксиэтилгидроксипропилцеллюлозу и гидроксипропилметилцеллюлозу.

Особенно подходящие эфиры целлюлозы могут включать, например, таковые, доступные от Dow Chemical под названием METHOCEL^TM и характеризующиеся содержанием метоксигрупп от приблизительно 10% до приблизительно 40%, например, от приблизительно 15% до приблизительно 30%, и содержанием гидроксипропильных групп от приблизительно 1% до приблизительно 15%, например, от приблизительно 2% до приблизительно 10%. Такие гидроксипропилметилцеллюлозные производные целлюлозы могут иметь вязкость, определенную в 2%-ном водном растворе при 20°C в диапазоне от приблизительно 1000 мПа·с до приблизительно 75000 мПа·с, например, от приблизительно 2000 мПа·с до приблизительно 50000 мПа·с, например, от приблизительно 3000 мПа·с до приблизительно 25000 мПа·с, например, от приблизительно 4000 мПа·с до приблизительно 15000 мПа·с. Один подходящий эфир целлюлозы представляет собой METHOCEL^TM 40-100, гидроксипропилметилцеллюлозу с содержанием метоксигрупп 18%, содержанием гидроксипропильных групп 5% и вязкостью 12000 мПа·с. Другой подходящий эфир целлюлозы представляет собой METHOCEL^TM 40-202, гидроксипропилметилцеллюлозу с содержанием метоксигрупп 29%, содержанием гидроксипропильных групп 8,5% и вязкостью 4 000 мПа·с.

Другими подходящими эфирами целлюлозы являются доступные от Akzo Nobel, Стамфорд, Коннектикут, под названием BERMOCOLL^TM. Еще одними подходящими эфирами целлюлозы являются доступные от Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. из Токио, Япония, под названием METOLOSE^TM, в том числе METOLOSE^TM тип SM (метилцеллюлоза), METOLOSE^TM тип SH (гидроксипропилметилцеллюлоза) и METOLOSE^TM тип SE (гидроксиэтилметилцеллюлоза). Другие подходящие эфиры целлюлозы также доступны от Hercules, Inc., Уилмингтон, Делавэр, под названием CULMINAL^TM. Дополнительные примеры подходящих полисахаридов описаны более подробно выше.

Производное целлюлозы может присутствовать в диспергируемой в воде термопластичной композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 7 вес. % до приблизительно 70 вес. %, например, от приблизительно 15 вес. % до приблизительно 65 вес. %, например, от приблизительно 20 вес. % до приблизительно 60 вес. %, например, от приблизительно 25 вес. % до приблизительно 50 вес. %, исходя из общего веса композиции.

B. Синтетический водорастворимый полимер

Диспергируемая в воде термопластичная композиция также содержит один или более синтетических водорастворимых полимеров. Такие полимеры могут быть образованы из мономеров, таких как винилпирролидон, гидроксиэтилакрилат или метакрилат (например, 2-гидроксиэтилметакрилат), гидроксипропилакрилат или метакрилат, акриловая или метакриловая кислота, акриловые или метакриловые сложные эфиры или винилпиридин, акриламид, винилацетат, виниловый спирт, этиленоксид, их производные и так далее. Другие примеры подходящих мономеров описаны в патенте США № 4499154, James et al., который включен в данный документ во всей своей полноте посредством ссылки для всех целей. Полученные полимеры могут быть гомополимерами или интерполимерами (например, сополимером, терполимером и т.д.) и могут быть неионными, анионными, катионными или амфотерными. Кроме того, полимер может быть одного типа (т.е. однородным), или могут применяться смеси различных полимеров (т.е. неоднородным).

В одном конкретном варианте осуществления водорастворимый полимер содержит 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. %, 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. %. Примеры подходящих частично гидролизованных полимеров поливинилового спирта доступны под названием CELVOL™ 203, 205, 502, 504, 508, 513, 518, 523, 530 или 540 от Celanese Corp. Другие подходящие частично гидролизованные полимеры 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.

Синтетический водорастворимый полимер может присутствовать в диспергируемой в воде термопластичной композиции в количестве в диапазоне от приблизительно 7 вес. % до приблизительно 70 вес. %, например, от приблизительно 15 вес. % до приблизительно 65 вес. %, например, от приблизительно 20 вес. % до приблизительно 60 вес. %, например, от приблизительно 25 вес. % до приблизительно 55 вес. %, например, от приблизительно 30 вес. % до приблизительно 50 вес. %, исходя из общего веса композиции. Кроме того, соотношение синтетического водорастворимого полимера, присутствующего в композиции, и производного целлюлозы, присутствующего в композиции, может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 10, например, от приблизительно 0,3 до приблизительно 3, например, от приблизительно 0,6 до приблизительно 1,7, например, от приблизительно 0,65 до приблизительно 1,6.

C. Пластификатор

В диспергируемой в воде термопластичной композиции также используется пластификатор, предназначенный для придания производному целлюлозы и 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 содержат гидроксильную группу, 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 подающие 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 150°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. %, например, от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 35 вес. %, исходя из общего веса композиции. В некоторых вариантах осуществления количество присутствующего пластификатора должно составлять более 15 вес. %, чтобы полимерная композиция, в которой он используется, могла экструдироваться и хорошо вытекать из головки для грануляции и последующего литья под давлением. Например, количество пластификатора в диспергируемой в воде термопластичной композиции может находиться в количестве в диапазоне от приблизительно 25 вес. % до приблизительно 50 вес. %.

D. Наполнители

Несмотря на то что посредством комбинации производного целлюлозы, водорастворимого полимера и пластификатора может достигать желаемой водорастворимости, требуемой для диспергируемой в воде формованной литьем под давлением композиции, часто все еще трудно достичь 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, McCormack et al.; 5932497, Morman et al.; 5695868, McCormack; 5855999, McCormack et al.; 5997981, McCormack et al.; и 6461457, Taylor et al., 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 менее и желательно приблизительно 6 микрометров или менее. Другие примеры карибских пелитоморфных карбонатов кальция описаны в патенте США № 5102465, 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.

E. 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 видным 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 № 21095), 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.

F. 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 техники и является показателем, отображающим баланс между направленностью раствора соединения в сторону гидрофильности и в сторону липофильности. Шкала HLB находится в диапазоне от 1 до приблизительно 50, при этом более низкие числа представляют значения высоколипофильной направленности свойства, а более высокие числа представляют значения высокогидрофильной направленности. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения значение HLB поверхностно-активных веществ составляет от приблизительно 1 до приблизительно 20, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 15 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 10. При необходимости можно использовать два или более поверхностно-активных веществ, которые имеют значения HLB либо ниже, либо выше необходимого значения, но вместе имеют среднее значение HLB в пределах необходимого диапазона.

Одним из особенно подходящих классов поверхностно-активных веществ для применения в настоящем изобретении являются неионные поверхностно-активные вещества, как правило, имеющие гидрофобную основу (например, длинноцепочечную алкильную группу или алкилированную арильную группу) и гидрофильную цепь (например, цепь, содержащую этокси- и/или пропокси-фрагменты). Например, некоторые подходящие неионные поверхностно-активные вещества, которые можно использовать, включают без ограничения этоксилированные алкилфенолы, этоксилированные и пропоксилированные жирные спирты, полиэтиленгликолевые простые эфиры метилглюкозы, полиэтиленгликолевые простые эфиры сорбита, блок-сополимеры этиленоксид-пропиленоксид, этоксилированные сложные эфиры жирных (C₈-C₁₈) кислот, продукты конденсации этиленоксида с длинноцепочечными аминами или амидами, продукты конденсации этиленоксида со спиртами, сложные эфиры жирных кислот, моноглицериды или диглицериды длинноцепочечных спиртов и их смеси. В одном конкретном варианте осуществления неионное поверхностно-активное вещество может представлять собой сложный эфир жирной кислоты, такой как сложный эфир жирной кислоты и сахарозы, сложный эфир жирной кислоты и глицерина, сложный эфир жирной кислоты и пропиленгликоля, сложный эфир жирной кислоты и сорбитана, сложный эфир жирной кислоты и пентаэритрита, сложный эфир жирной кислоты и сорбита и так далее. Жирная кислота, используемая для образования таких сложных эфиров, может быть насыщенной или ненасыщенной, замещенной или незамещенной и может содержать от 6 до 22 атомов углерода, в некоторых вариантах осуществления от 8 до 18 атомов углерода и в некоторых вариантах осуществления от 12 до 14 атомов углерода. В одном конкретном варианте осуществления в настоящем изобретении можно применять моно- и ди-глицериды жирных кислот.

В случае использования диспергирующее средство(-а), как правило, составляют от приблизительно 0,01 вес. % до приблизительно 15 вес. %, например, от приблизительно 0,1 вес. % до приблизительно 10 вес. %, например, от