PL214227B1 - Method for the obtainment of unwoven fabric with high dispersing capacity in water - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 214227 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 379046 ^{(51) Int.Cl.} (12) PATENT DESCRIPTION (19) PL (11) 214227 (13) B1 (21) Application number: 379046 ^{(51) Int.Cl.}

D04H 1/64 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 24.02.2006 (54) Sposób otrzymywania włókniny o wysokiej zdolności do dyspergowania w wodzieD04H 1/64 (2006.01) (22) Date of notification: 24.02.2006 (54) Method for obtaining non-woven fabric with high dispersibility in water

(73) Uprawniony z patentu: (73) The right holder of the patent: (43) Zgłoszenie ogłoszono: (43) Application was announced: INSTYTUT BIOPOLIMERÓW I WŁÓKIEN CHEMICZNYCH, Łódź, PL INSTITUTE OF BIOPOLYMERS AND CHEMICAL FIBERS, Łódź, PL 03.09.2007 BUP 18/07 03/09/2007 BUP 18/07 (72) Twórca(y) wynalazku: (72) Inventor (s): MARCIN STRUSZCZYK, Łódź, PL MARCIN STRUSZCZYK, Łódź, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (45) The grant of the patent was announced: KINGA BRZOZA-MALCZEWSKA, Łódź, PL KINGA BRZOZA-MALCZEWSKA, Lodz, PL 31.07.2013 WUP 07/13 31.07.2013 WUP 07/13 (74) Pełnomocnik: (74) Representative: rzecz. pat. Teresa Pruska-Jabłońska item. stalemate. Teresa Pruska-Jabłońska

PL 214 227 B1PL 214 227 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania włókniny o wysokiej zdolności do dyspergowania w wodzie, przeznaczonej zwłaszcza do wytwarzania jednorazowych wyrobów sanitarnych oraz środków higieny osobistej.The subject of the invention is a method of obtaining a non-woven fabric with high water-dispersibility, intended in particular for the production of disposable sanitary ware and personal care products.

Powszechność stosowania jednorazowych wyrobów sanitarnych i środków higieny osobistej takich jak: podpaski, pieluchy itp. stwarza poważny problem z późniejszym ich składowaniem i utylizacją. Jednocześnie artykuły te muszą charakteryzować się odpowiednimi właściwościami użytkowymi, takimi jak wytrzymałość czy chłonność. Zasadnicze problemy związane z używaniem i utylizacją środków higieny osobistej polegają na braku możliwości ich recyklingu, zagrażaniu epidemiologicznym oraz stosowaniu podczas ich wytwarzania modyfikatorów chemicznych, będących przyczyną występowania różnego rodzaju alergii i zmniejszających w znacznym stopniu biodegradowalność produktu.The common use of disposable sanitary products and personal hygiene products such as sanitary napkins, diapers, etc. poses a serious problem with their subsequent storage and disposal. At the same time, these articles must have appropriate functional properties, such as strength and absorbency. The main problems related to the use and disposal of personal care products consist in the lack of the possibility of their recycling, epidemiological risk and the use of chemical modifiers during their production, which cause the occurrence of various types of allergies and significantly reduce the biodegradability of the product.

Chitozan dzięki specyficznym właściwościom, takim jak: hydrofilność, biozgodność. biodegradowalność czy aktywność biologiczna, stanowi znany i korzystny modyfikator włóknin stosowanych między innymi do wytwarzania środków higieny osobistej.Chitosan thanks to specific properties such as: hydrophilicity, biocompatibility. biodegradability or biological activity is a known and advantageous modifier of nonwovens used, inter alia, in the production of personal care products.

Z patentu US 6,936,345 znany jest sposób nadawania właściwości antybakteryjnych włóknom lub włókninom z poliestrów lub z poliolefin poprzez pokrywanie ich powierzchni kompozycją zawierającą 0,01-10% wag. chitozanu oraz 0,01-10% wag. monoestru glicerolu i kwasu tłuszczowego zawierającego 6-14 atomów węgla. Tak wytworzone włókniny i włókna stosowane są do wyrobu środków sanitarnych i środków higieny osobistej jednorazowego użytku.From US patent 6,936,345 there is known a method of imparting antibacterial properties to polyester or polyolefin fibers or nonwovens by coating their surface with a composition containing 0.01-10 wt. % chitosan and 0.01-10 wt. glycerol monoester and a fatty acid containing 6-14 carbon atoms. The nonwovens and fibers thus produced are used for the production of disposable sanitary items and personal care items.

Z patentu US 5,308,663 znane są biodegradowalne włókniny zawierające w swej strukturze sól chitozanu, mające zastosowanie m.in. w opakowaniach, rolnictwie czy ogrodownictwie. Włókniny te wytwarzane są poprzez zanurzanie rozdrobnionych włókien celulozowych w roztworze soli chitozanu, a następnie formowanie włókniny z zawiesiny włókien wiskozowych, przy zastosowaniu różnych technik fizycznych, np. suszenie w gorącym powietrzu o temp. 100°C.From US patent 5,308,663, biodegradable nonwovens containing chitosan salt in their structure are known. in packaging, agriculture or horticulture. These nonwovens are produced by immersing crushed cellulose fibers in a chitosan salt solution, and then forming a non-woven fabric from a viscose fiber suspension using various physical techniques, e.g. drying in hot air at 100 ° C.

Z patentu US 6,197,322 znany jest sposób nadawania nośnikowi hydrofobowemu, np. w postaci włókniny z włókien polipropylenowych, właściwości antymikrobowych poprzez pokrywanie powierzchni włókniny roztworem soli chitozanu lub zawiesiną chitozanu, a następnie suszenie i poddawanie regeneracji do nierozpuszczalnego w wodzie chitozanu, w przypadku zastosowania soli chitozanu. Sposobem tym wytwarza się włókninę z naniesionym na jej powierzchnię nierozpuszczalnym chitozanem, ₂ w ilości 0,0005 - 2,5 g/m². Włóknina taka ma właściwości antymikrobowe i znacząco redukujące przykre zapachy, ale nie jest dyspergowalna w wodzie ze względu na obecność nierozpuszczalnego chitozanu jako środka zarówno wiążącego jak i antymikrobowego.US Patent 6,197,322 discloses a method of imparting to a hydrophobic carrier, e.g. in the form of a non-woven polypropylene fibers, antimicrobial properties by coating the surface of the non-woven fabric with a solution of chitosan salt or a suspension of chitosan, and then drying and regenerating it to water-insoluble chitosan, in the case of using a chitosan salt. . This method produces a non-woven fabric with insoluble chitosan ₂ applied to its surface in the amount of 0.0005 - 2.5 g / m ² . Such a nonwoven fabric has antimicrobial properties and significantly reduces odors, but is not water-dispersible due to the presence of insoluble chitosan as both binder and antimicrobial agent.

Dzięki naniesieniu chitozanu na włókniny w opisanych wyżej metodach otrzymywano zmodyfikowane włókniny, które charakteryzowały się właściwościami antymikrobowymi lub przyspieszoną biodegradowalnością, ale nie wykazywały odpowiednio wysokiej dyspergowalności w środowisku wodnym.By applying chitosan to nonwovens in the above-described methods, modified nonwovens were obtained, which were characterized by antimicrobial properties or accelerated biodegradability, but did not show sufficiently high dispersibility in an aqueous environment.

Sposób wytwarzania włókniny o wysokiej zdolności do dyspergowania w wodzie według wynalazku polega na tym, że runo włókninowe z włókien naturalnych lub syntetycznych napawa się w temperaturze pokojowej, w czasie nie dłuższym niż 30 minut, zbuforowanym do pH = 5,4 - 5,6 wodnym roztworem chitozanu w kwasie mlekowym zawierającym 0,05 - 1% wagowego chitozanu o średnim ciężarze cząsteczkowym nie większym niż 250000 i stopniu deacetylacji 70 - 80%, z dodatkiem związku wapnia i/lub białka oraz ewentualnie plastyfikatora, w ilości nie większej niż 1% wagowy każdej z wymienionych substancji. Następnie po odciśnięciu nadmiaru roztworu napawającego, otrzymaną włókninę suszy się w temperaturze nie wyższej niż 40°C, w czasie nie krótszym niż 3600 minut.The method of producing a non-woven fabric with high water-dispersibility according to the invention is based on the fact that the non-woven fleece made of natural or synthetic fibers is padded at room temperature, for not longer than 30 minutes, buffered to pH = 5.4 - 5.6 with aqueous chitosan solution in lactic acid containing 0.05 - 1% by weight of chitosan with an average molecular weight of not more than 250,000 and a degree of deacetylation of 70 - 80%, with the addition of a calcium compound and / or protein and possibly a plasticizer, in an amount not greater than 1% by weight each of the substances listed. Then, after the excess padding solution has been squeezed out, the obtained non-woven fabric is dried at a temperature of not more than 40 ° C for not less than 3600 minutes.

Zastosowanie w sposobie według wynalazku mleczanu chitozanu zbuforowanego do pH w zakresie od 5,4 do 5,6 pozwala na wytworzenie włókniny, zarówno z włókien hydrofobowych jak i hydrofilowych, o odpowiednich właściwościach wiążących w kontakcie z moczem i/lub krwią, natomiast w środowisku wodnym ulegającej relatywnie szybkiemu dyspergowaniu. Tak określony zakres pH wynika stąd, że w przypadku zastosowania do wytwarzania włóknin nierozpuszczalnego chitozanu lub soli chitozanu o pH>5,6 otrzymuje się włókninę nie ulegającą dyspergowaniu zarówno we krwi i w moczu, jak i w wodzie. Natomiast zastosowanie soli chitozanu o pH<5,4 powoduje, iż włóknina ulega szybkiemu rozwarstwieniu w obecności krwi i moczu, co wyklucza jej wykorzystanie w jednorazowych środkach higieny osobistej.The use of chitosan lactate buffered to a pH in the range from 5.4 to 5.6 in the method according to the invention allows for the production of a nonwoven fabric, both from hydrophobic and hydrophilic fibers, with appropriate binding properties in contact with urine and / or blood, while in an aqueous environment that disperses relatively quickly. The pH range defined in this way results from the fact that when using insoluble chitosan or a chitosan salt with a pH> 5.6 for the production of nonwovens, a non-dispersible nonwoven fabric is obtained which is not dispersible in blood, urine and water. On the other hand, the use of chitosan salts with a pH <5.4 causes the non-woven fabric to rapidly delaminate in the presence of blood and urine, which excludes its use in disposable personal hygiene products.

Dodatek w roztworze napawającym jonów wapnia, które są jednym z aktywatorów kaskady krzepnięcia krwi, umożliwia szybkie wykrzepianie krwi w wytworzonej włókninie, natomiast białko, np.The addition of calcium ions in the padding solution, which is one of the activators of the blood coagulation cascade, enables rapid blood clotting in the produced nonwoven fabric, while the protein, e.g.

PL 214 227 B1 serycyna sieciuje sól chitozanu, dzięki czemu zmodyfikowana włóknina posiada dobre właściwości użytkowe związane ze zmniejszonym chłonięciem oraz brakiem dezintegracji włókniny w obecności moczu i krwi. Zawartość plastyfikatora, np. gliceryny w roztworze polepsza poręczność włókniny oraz jej układalność.Sericin cross-links the chitosan salt, thanks to which the modified non-woven fabric has good performance properties related to reduced absorption and lack of non-woven disintegration in the presence of urine and blood. The content of a plasticizer, e.g. glycerin, in the solution improves the maneuverability of the non-woven fabric and its drape.

Modyfikowana włóknina otrzymana sposobem według wynalazku charakteryzuje się relatywnie wysoką dyspergowalnością w środowisku wodnym, a jednocześnie niską dyspergowalnością we krwi i w moczu, przy zachowaniu odpowiednich walorów użytkowych, tzn. zdolności do formowania relatywnie cienkich błon o wysokiej adhezyjności, miękkości i elastyczności, również po zaobsorbowaniu płynu. Poza tym otrzymana włóknina jest biodegradowalna i charakteryzuje się właściwościami dezodorującymi przy inhibitowaniu rozwoju flory mikroorganizmów oraz nie wykazuje właściwości uczulająco-drażniących. Z uwagi na wymienione cechy modyfikowana włóknina w pełni nadaje się do wytwarzania jednorazowych wyrobów sanitarnych oraz środków higieny osobistej, które po wykorzystaniu mogą być utyIizowane.The modified non-woven fabric obtained by the method according to the invention is characterized by a relatively high dispersibility in an aqueous medium, and at the same time low dispersibility in blood and urine, while maintaining appropriate functional values, i.e. the ability to form relatively thin films with high adhesiveness, softness and elasticity, also after absorption of liquid . In addition, the obtained non-woven fabric is biodegradable and has deodorant properties while inhibiting the development of microbial flora, and does not exhibit allergenic and irritating properties. Due to the above-mentioned features, the modified non-woven fabric is fully suitable for the production of disposable sanitary products and personal hygiene products, which can be disposed of after use.

Dla oceny dyspergowalności zmodyfikowanej włókniny zastosowano współczynnik wtórnego pęcznienia WRV, który oznaczono statycznie zgodnie z metodą opisaną w Journal of Applied Polymer Science, vol. 33, str. 171, 1987r. przy użyciu 3 typów kąpieli:To evaluate the dispersibility of the modified nonwoven fabric, the WRV re-swell coefficient was used, which was statically determined according to the method described in Journal of Applied Polymer Science, vol. 33, p. 171, 1987. using 3 types of bath:

a) wody destylowaneja) distilled water

b) sztucznego moczu sporządzonego wg normy DIN 53923 o składzie:b) artificial urine prepared according to DIN 53923 with the following composition:

KCl 7,0 gKCl 7.0 g

Na₂SO₄ 7,0 gPer ₂ SO ₄ 7.0 g

NH4H2PO4 2,975 g (NH₄)₂HPO₄ 0,525 gNH4H2PO4 2.975 g (NH _{4) 2} HPO ₄ 0.525 g

KCl X H₂O 0,875 gKCl XH ₂ O 0.875 g

MgCl2 X 6H20 1,75 g woda destylowana 979,875 gMgCl 2 X 6 H 2 O 1.75 g, distilled water 979.875 g

c) sztucznej krwi wg normy DIN 53923 o składzie:c) artificial blood according to DIN 53923 with the following composition:

NaCl 10,0 gNaCl 10.0 g

Na2CO3 10,7 g gliceryna 100,0 g karboksymetyloceluloza 4,6 g woda destylowana 874,7 gNa2CO3 10.7 g glycerin 100.0 g carboxymethylcellulose 4.6 g distilled water 874.7 g

Wartość współczynnika WRV określa powinowadztwo włókniny do dyspergowalności w danej kąpieli wyższej wartości współczynnika WRV odpowiada wyższa dyspergowalność w kąpieli.The WRV value determines the affinity of the nonwoven fabric for dispersibility in a given bath, the higher the WRV value corresponds to the higher the dispersibility in the bath.

Przedmiot wynalazku ilustrują niżej przedstawione przykłady wykonania nie ograniczając jego zakresu.The invention is illustrated by the following examples without limiting its scope.

P r z y k ł a d I. Do 150 ml wodnej zawiesiny zawierającej 2,4 g chitozanu o średnim ciężarze cząsteczkowym 166,3 kD i stopniu deacetylacji 76,2%, dodano 2 ml 80% roztworu kwasu mlekowego oraz 50 ml wody destylowanej i całość mieszano przez 60 minut. Następnie wkraplano podczas mieszania 40 ml 1% wodnego roztworu NaOH do uzyskania pH = 5,5.Example 1 To 150 ml of an aqueous suspension containing 2.4 g of chitosan with an average molecular weight of 166.3 kD and a deacetylation degree of 76.2%, 2 ml of 80% lactic acid solution and 50 ml of distilled water were added and the mixture was stirred for 60 minutes. Then 40 ml of a 1% aqueous NaOH solution were added dropwise while stirring until the pH was 5.5.

Do 90 ml tak przygotowanego zbuforowanego roztworu, dodano 0,1 g chlorku wapnia rozpuszczonego w 10 ml wody destylowanej i całość mieszano przez 15 minut do otrzymania jednorodnego roztworu, w którym zanurzano w temperaturze pokojowej na 5 minut runo włókninowe. Zastosowano 4 rodzaje runa:To 90 ml of the buffered solution prepared in this way, 0.1 g of calcium chloride dissolved in 10 ml of distilled water was added and the mixture was stirred for 15 minutes until a homogeneous solution was obtained, in which the non-woven fleece was immersed at room temperature for 5 minutes. 4 types of fleece were used:

A. runo włókninowe z ciętych włókien polipropylenowych ₂ o masie powierzchniowej 20 g/m² A. non-woven fleece made of staple polypropylene fibers ₂ with an area weight of 20 g / m ²

B. runo włókninowe z ciętych włókien polipropylenowych ₂ o masie powierzchniowej 50 g/m² B. non-woven fleece made of staple polypropylene fibers ₂ with an area weight of 50 g / m ²

C. runo włókninowe z ciętych włókien wiskozowych ₂ o masie powierzchniowej 20 g/m² C. a non-woven fleece made of staple viscose fibers ₂ with an area weight of 20 g / m ²

D. runo włókninowe z ciętych włókien wiskozowych ₂ o masie powierzchniowej 50 g/m² D. non-woven fleece made of chopped viscose fibers ₂ with an area weight of 50 g / m ²

Nadmiar roztworu odciskano z runa włókninowego na aparacie Fularda o rozmiarze szczeliny 0,25 mm, używając dwustronnej siatki z dzianiny polipropylenowej jako nośnika. WytworzonąExcess solution was pressed from the fleece on a Fulard machine with a 0.25 mm aperture size, using a double-sided polypropylene knitted mesh as a carrier. Produced

PL 214 227 B1 zmodyfikowaną włókninę suszono przez 6,5 godziny w temperaturze 40°C, a następnie przez 12 godzin w temperaturze pokojowej.The modified non-woven fabric was dried for 6.5 hours at 40 ° C and then for 12 hours at room temperature.

W tabeli I zestawiono wartości współczynnika wtórnego pęcznienia (WRV) w wodzie, w sztucznym moczu i sztucznej krwi dla włókniny wytworzonej z odpowiedniego rodzaju runa.Table I summarizes the values of the secondary-swelling coefficient (WRV) in water, in artificial urine and in artificial blood for a nonwoven fabric made of a suitable type of fleece.

T a b e l a 1.T a b e l a 1.

Rodzaj włókniny Type of non-woven fabric WRV [%] w wodzie WRV [%] in water WRV [%] w sztucznym moczu WRV [%] in artificial urine WRV [%] w sztucznej krwi WRV [%] in artificial blood A AND 42,8 42.8 5,0 5.0 15,3 15.3 B B 70,7 70.7 41,2 41.2 C C. 140,6 140.6 61,7 61.7 67,7 67.7 D D 273,1 273.1 35,0 35.0 74,1 74.1

P r z y k ł a d II. Do 90 ml zbuforowanego roztworu, przygotowanego jak w przykładzie I, dodano 0,1 g chlorku wapnia i 0,025 g serycyny rozpuszczonej w 9,75 ml wody destylowanej oraz 0,25 ml bezwodnej gliceryny. Całość mieszano przez 15 minut do otrzymania jednorodnego roztworu. Następnie w tak przygotowanym roztworze napawającym zanurzano w temperaturze pokojowej przez 5 minut 4 rodzaje runa włókninowego, jak w przykładzie I. Nadmiar roztworu napawającego odciskano, jak w przykładzie I. Wytworzoną zmodyfikowaną włókninę suszono przez 6,5 godziny w temperaturze 40°C, a następnie przez 12 godzin w temperaturze pokojowej. W tabeli 2 zestawiono wartości współczynnika WRV w wodzie, w sztucznym moczu i sztucznej krwi dla włókniny wytworzonej z odpowiedniego rodzaju runa.P r z x l a d II. To 90 ml of the buffered solution prepared as in Example 1, 0.1 g of calcium chloride and 0.025 g of sericin dissolved in 9.75 ml of distilled water and 0.25 ml of anhydrous glycerin were added. The mixture was stirred for 15 minutes until a homogeneous solution was obtained. Then, in the thus prepared padding solution, 4 types of non-woven fleece were immersed at room temperature for 5 minutes, as in Example 1. The excess of padding solution was squeezed as in Example 1. The modified non-woven fabric obtained was dried for 6.5 hours at 40 ° C, and then for 12 hours at room temperature. Table 2 summarizes the WRV values in water, in artificial urine and in artificial blood for the nonwoven fabric made of the appropriate type of fleece.

T a b e l a 2.T a b e l a 2.

Rodzaj włókniny Type of non-woven fabric WRV [%] w wodzie WRV [%] in water WRV [%] w sztucznym moczu WRV [%] in artificial urine WRV [%] w sztucznej krwi WRV [%] in artificial blood A AND 36,5 36.5 11,2 11.2 19,4 19.4 B B 88,9 88.9 28,2 28.2 18,0 18.0 C C. 69,6 69.6 61,5 61.5 54,7 54.7 D D 106,0 106.0 43,6 43.6 44,7 44.7

Zastrzeżenie patentowePatent claim

Claims (1)

Sposób otrzymywania włókniny o wysokiej zdolności do dyspergowania w wodzie, znamienny tym, że runo włókninowe z włókien naturalnych lub syntetycznych napawa się w temperaturze pokojowej w czasie nie dłuższym niż 30 minut zbuforowanym do pH = 5,4 - 5,6 wodnym roztworem chitozanu w kwasie mlekowym, zawierającym 0,05 - 1% wag. chitozanu o średnim ciężarze cząsteczkowym nie większym niż 250000 i stopniu deacetylacji 70 - 80%, z dodatkiem związku wapnia i/lub białka oraz ewentualnie plastyfikatora, w ilości nie większej niż 1% wag każdej z wymienionych substancji, a następnie po odciśnięciu nadmiaru roztworu napawającego, otrzymaną włókninę suszy się w temperaturze nie wyższej niż 40°C, w czasie nie krótszym niż 3600 minut.The method of obtaining a non-woven fabric with high water-dispersibility, characterized in that the non-woven fleece made of natural or synthetic fibers is padded at room temperature for no more than 30 minutes with an aqueous solution of chitosan in acid, buffered to pH = 5.4 - 5.6 % lactic acid containing 0.05 - 1 wt. chitosan with an average molecular weight of not more than 250,000 and a degree of deacetylation of 70 - 80%, with the addition of a calcium compound and / or protein and possibly a plasticizer, in an amount not greater than 1% by weight of each of the substances listed, and then squeezing out excess surfactant solution, the non-woven fabric obtained is dried at a temperature of not more than 40 ° C for not less than 3600 minutes.