包含纤维和超级吸收剂颗粒的熔融结合的吸收剂结构及用于制造这种结构的方法

包含纤维和超级吸收剂颗粒的熔融结合的吸收剂结构及用于制造这种结构的方法
【专利说明】包含纤维和超级吸收剂颗粒的熔融结合的吸收剂结构及用 于制造这种结构的方法 发明领域
[0001] 本发明是一种包含超级吸收剂聚合物例如超级吸收剂颗粒的液体吸收剂结构，所 述液体吸收剂结构至少在干燥状态中被充分地固定而在膨胀后不受限制。这样的结构可以 被用于吸收身体流出物，比如在吸收剂物品比如婴儿尿布、成人失禁物品、以及类似物中。 在不同的方面中，本发明是用于提供这种结构的制造方法。
[0002] 背景
[0003] 液体吸收剂结构在本领域中是众所周知的，比如用于在吸收剂物品比如婴儿尿布 或成人失禁尿布、女性卫生物品中的应用，但还用于吸收食品包装中的液体或用于其他液 体溅出。
[0004] 使用超级吸收剂聚合物（SAP)还是众所周知的。如与以前通常使用的纤维材料相 比，虽然这种材料提供改进的液体存储能力，其对吸收剂结构的设计者提供挑战。
[0005] 例如，这种SAP通常作为颗粒被提供。因此，除非采取某些措施，否则在制造、存储 或使用期间存在这种颗粒移位的风险，从而至少改变结构的性能特性（如果没有不合意地 溅出结构）。
[0006] 此外，即使最先进版本的SAP仍倾向于"凝胶堵塞"现象，即当以高浓度使用或用 作纯颗粒积聚物时，某些SAP可以溶胀，同时阻碍液体达到其他的SAP颗粒。
[0007] 已经有非常多的方法来克服这些以及其他的挑战。
[0008] 从具有分布于其中的相对少量的SAP的纤维主要地纤维素结构开始，SAP的性质 一直不断地被改进以便允许按重量计约60%的浓度而没有大量的凝胶阻塞发生。此外，在 这样的浓度下，纤维基体（fibrous matrix)控制结构并且将颗粒充分保持在适当位置中， 参见例如，EP0339461 (K-C ;Kellenberger)或 EP0752892A1 (P&G ;Goldman)。
[0009] 此外，在EP1982678 (P&G)中已经认识到和描述的是，吸收剂结构应该不仅固定处 于干燥状态中的颗粒，而且液体负载结构应该固定溶胀的凝胶。
[0010] 为了增加在吸收剂结构中的SAP的相对量，纤维素纤维被至少部分地除去并且被 合成的粘结剂替代。
[0011] 在EP029741 IAl (Peaudouce，Koczab)中描述早期的方法即通过将SAP颗粒放置在 合成纤维基体中并且沿着具有形成六边形图案的连续的结合线的结合图案热结合结构。已 经描述热结合消极地影响结构的吸收性性质。
[0012] EP1199059B1 (U-C ;0nishi)描述混合呈现较低熔点和较高熔点的纤维，使得在施 加能量后，产生三维纤维基体。
[0013] 在JP2008/125602中描述其中与颗粒相互混合的两种类型的纤维被永久地结合 的结构。
[0014] 另外的方法将SAP颗粒积聚物定位在夹在网之间的"口袋"中。参见例如颗粒可 以被固定，例如通过粘合剂工具或通过热结合外接具有结合区域的口袋。
[0015] 在EP1621165A1 (P&G blessing)中描述的结构，依赖于粘合剂结合，并且通过相 当复杂的工艺意图使在预先计量的SAP颗粒积聚物之间的结合区域保持没有SAP颗粒。
[0016] W02012/048878 (Romanova ;van der Mael)不出预先计量 SAP 颗粒积聚物并且热 结合网。即使采取特定和复杂的措施比如特定的鼓风机装置以使结合区域保持没有颗粒， 结合对此类污染是敏感的。
[0017] 共同未决的申请GB12166708(于2012年9月19日提交；未公布；C4S;Schmitz) 的描述，提供具有位于两个超声结合的网之间的颗粒状SAP 口袋的改进的夹层结构。特定 的方法确保结合点没有颗粒，并且因此结合点提供在夹层网之间的强的结合。
[0018] 当SAP材料吸收液体后溶胀时，其体积膨胀，这必须反映在结构中。
[0019] 因此，在US5411497(K-C Janzer)中结构被描述成具有水敏性附接物，使得在第 一次润湿结构后，这种附接物脱离并且SAP可以较自由地溶胀。
[0020] 尽管有上述方法，但仍存在对提供吸收剂结构的需求，所述吸收剂结构提供良好 的干固定和湿固定，同时与新进的材料相比，没有不适当地劣化结构的吸收性性质。
[0021] 甚至此外，存在对提供用于制造这种结构的简单方法的需求，而没有对如在上述 出版物中描述的材料口袋的定量沉积的需求。
[0022] 概沭
[0023] 本发明是吸收剂结构，该吸收剂结构呈现出X方向、y方向以及z方向，且包括：
[0024] -纤维，其形成具有X延伸部、y延伸部和厚度或z延伸部的纤维基体；
[0025] -超级吸收剂聚合物（SAP)颗粒，其能够在吸收液体时溶胀后施加膨胀力并且位 于纤维基体的孔内；
[0026] -以及熔融结合点，其按照在χ-y方向上延伸的结合图案布置，在z方向上至少部 分地穿透纤维基体，
[0027] 借此，结合点呈现出脱离强度（de-bonding strength)，在至多所述脱离强度时， 结合点保持，并且在所述脱离强度以上，结合点脱离，并且借此，具有颗粒的基体当干燥时 呈现出总厚度。包含颗粒的纤维基体能够在SAP颗粒溶胀后增加其总厚度，借此由SAP颗 粒施加到结合点的膨胀力比结合点的脱离强度高，使得结合点在SAP颗粒溶胀后脱离。优 选地，结合点基本上是水不敏感的。
[0028] 吸收剂的结合图案可能满足以下条件中的一个或更多个：
[0029] -结合点具有从约0,1mm2到约20mm 2的结合点尺寸；
[0030] -结合点呈现至少1. 05:1、优选地至少I. 1:1的其长轴与其短轴的长宽比；
[0031] -结合点呈现椭圆形形状；
[0032] -在所述图案中结合点的数目是从1个结合点每9cm2至1个结合点每9_2;
[0033] -结合图案包括一个或更多个子图案；
[0034] -至少两个结合图案形成大图案。
[0035] 优选地，纤维基体的中值孔径是使得大于SAP颗粒的中值粒度。纤维基体的中值 孔径可以比SAP颗粒的中值粒度小少于3. 5倍、小少于3. 3倍。
[0036] 纤维基体的纤维可以在SAP溶胀时重新定位，且SAP颗粒可以在溶胀时重新布置 以便允许结构优先在z方向上的非各向同性膨胀。
[0037] 相应的吸收剂结构可以包含基于吸收剂结构的重量的：
[0038] -以至少60%、优选地多于70%、更优选地多于80%的SAP ;
[0039] -以至少5%的可熔融材料；
[0040] -以至少5%、优选地多于10%的纤维；
[0041] 其中可熔融材料可以与纤维是整体的。
[0042] SAP颗粒可以以至少50g/m2、优选地多于70g/m2、更优选地多于100g/m 2、甚至更优 选地多于200g/m2的局部基重存在于吸收剂结构中。优选地，SAP颗粒基本上不结合到纤 维。
[0043] 吸收剂结构中的纤维基体可以呈现出孔径梯度或结构可以包含覆盖物或载体网。 吸收剂结构的可熔融材料或纤维可以包括热塑性材料、优选地聚烯烃、更优选地聚乙烯或 聚丙烯。吸收剂结构的纤维基体的纤维可以包括呈现出高于可熔融材料的软化温度的软化 温度的热塑性材料。吸收剂结构的可熔融材料和纤维可以基本上是整体的。
[0044] 吸收剂结构还可以包含以下中的一个或更多个：
[0045] --个或更多个覆盖物网，其被定位成平行于结构的在χ-y方向上延伸的表面，任 选地通过可恪融结合点被任选地连接到结构的在x-y方向上延伸的表面；
[0046] - 一个或更多个次级容纳工具（secondary containment means)、优选地圆周结 合，所述一个或更多个次级容纳工具在χ-y方向上外接吸收剂结构，所述圆周结合呈现出 高于可熔融结合点的结合强度的结合强度；
[0047]-膨胀辅助工具，优选地圆周折叠线或急速开启线；
[0048] -液体处理元件。
[0049] 吸收剂结构可以被包含在吸收剂物品中，所述吸收剂物品还可以包含以下元件中 的一个或更多个：
[0050] -另外的液体处理元件；
[0051] -液体保留工具，例如液体不渗透层；
[0052] -底盘元件，其用于允许将物品固定在穿用者上。
[0053] 本发明还涉及用于制造吸收剂结构的方法，所述吸收剂结构包括：
[0054] -纤维，其形成具有X方向延伸部、y方向延伸部和厚度或z方向延伸部的纤维基 体；
[0055] -超级吸收剂聚合物（SAP)颗粒，其能够在吸收液体时溶胀后施加膨胀力并且位 于纤维基体的孔内；
[0056] -以及熔融结合点，其按照在x-y方向上延伸的结合图案布置，在z方向上至少部 分地穿透纤维基体，。
[0057] 方法包括以下的步骤：
[0058] -提供纤维基体；
[0059] -提供SAP颗粒；
[0060] -将SAP颗粒定位于基体的纤维间的孔中；
[0061] -提供支撑结构，所述支撑结构优选地呈柔性螺旋砧座（anvil)的形式；
[0062] -将具有SAP颗粒的纤维基体定位于支撑结构上；
[0063] -将能量施加到吸收剂结构上以按照由支撑结构确定的预定图案形成熔融点。
[0064] 优选地，能量是超声波能量。
[0065] 熔融结合点形成独特的x-y方向的结合点图案，所述结合点图案优选地满足以下 条件中的至少一个：
[0066] -结合点具有从约0,1mm2到约20mm 2的结合点尺寸；
[0067] -结合点呈现出至少1. 05:1、优选地至少I. 1:1的其长轴与其短轴的长宽比；
[0068] -结合点呈现椭圆形形状；
[0069] -在图案中结合点的数目是从1个结合点每9cm2至1个结合点每9mm 2;
[0070] -结合图案包括一个或更多个子图案。
[0071] 任选地，纤维基体作为一个或更多个预先结合的网被提供。
[0072] 将颗粒定位于纤维基体中可以通过优选地包括以下要素中的一种或更多种的嵌 入辅助工具来辅助：
[0073] -真空；
[0074] -在X或y方向上拉幅；
[0075] -在两个平坦的压型的（profiled)或内部数字化的（interdigitizing)棍之间机 械活化；
[0076] -摇动或振动。
[0077] 方法还可以包括以下步骤中的一个或更多个：
[0078] -应用一个或更多个覆盖物网，所述一个或更多个覆盖物网被定位成平行于结构 的在x-y方向上延伸的表面，任选地通过可恪融结合点被任选地连接到结构的在x-y方向 上延伸的表面；
[0079] -应用一个或更多个次级容纳工具、优选地圆周结合，所述一个或更多个次级容纳 工具在x-y方向上外接吸收剂结构，所述圆周结合呈现出高于可熔融结合点的结合强度的 结合强度；或
[0080] -应用膨胀辅助工具、优选地圆周折叠线或急速开启线；
[0081] -以基本上连续的流提供SAP颗粒，所述流在所述颗粒被定位于纤维间的孔中之 前被调节、优选地被中断。
[0082] 附图简沐
[0083] 图IA至IC示意性地描述纤维、孔和SAP颗粒在根据本发明的结构中的布置。
[0084] 图2示意性地描绘粒度分布和孔径分布用于解释其相对尺寸。
[0085] 图3A至3D示意性地描绘如可以根据本发明的工艺方面被适当地使用的工艺设 置。
[0086] 相同的数字指的是相同或等效的元件。
[0087] 详细描沐
[0088] 在本文中，通过使用笛卡儿坐标（Cartesian coordinate)描述结构、纤维基体或 纤维网以及工艺方面，使得X方向或纵向对应于长度，y方向或横向对应于宽度，并且z方 向对应于厚度。
[0089] 除非明确说明，否则术语孔径指的是纤维间的孔，即纤维之间的空间，无论空间是 空的或被SAP颗粒完全或部分地占用。
[0090] 除非另有明确说明，否则所有的百分比指的是重量百分比。
[0091] 在第一方面，本发明是用于接收和保留含水流体的液体吸收剂结构。
[0092] 因此，本发明的重要应用涉及用于吸收剂物品例如婴儿尿布、成人失禁用品、女性 卫生用品、但还用于食品垫、围兜、棉签、以及类似物的结构。
[0093] 根据本发明的吸收剂结构包括纤维基体和位于结构的纤维间的空隙或孔中的超 级吸收剂聚合物（SAP)颗粒。吸收剂结构通过呈现出预定的结合强度的热熔融结合或熔融 结合来结合。在结构负载有液体并且SAP颗粒开始溶胀后，这种颗粒的溶胀将使结合脱离， 并且因此允许颗粒进一步溶胀而不受限于结构的结合。这样的结构使处于干燥状态中的 SAP颗粒固定，而且由于溶胀的颗粒之间的纤维，这样的结构还使处于湿的状态中的SAP颗 粒固定。
[0094]