包含颗粒的结构及其制造方法与流程

本发明涉及包含颗粒的结构，例如纤维结构，如吸收性材料，例如吸收芯材料，并且更具体地涉及包含颗粒例如超吸收性聚合物颗粒(sap颗粒)的纤维结构，及其制造方法。

背景技术：

1、对于许多卫生应用，有利的是，将不同尺寸、形状、密度、斯托克斯数和/或质量的颗粒(如sap颗粒)结合到单个结构(例如纤维结构，诸如吸收性材料，例如吸收芯材料)中，以满足所有期望的性能要求。这些期望的性能要求可以包括机械性质(如柔软性和/或柔韧性)和流体处理性质的组合，这些流体处理性质用于在与该结构和/或含有该结构的产品接触时防止渗漏并保持皮肤干燥。

2、除了将颗粒结合到结构中之外，配方设计师还结合了非颗粒固体添加剂，如纤维，例如纸浆纤维。

3、用于包含在结构(例如纤维结构，如吸收芯材料)中的固体添加剂(颗粒和/或非颗粒)的已知非限制性示例包括纤维，如：1)用于为结构(例如纤维结构，如吸收芯材料)提供吸收性、柔韧性和/或柔软性的纸浆纤维；2)为结构(例如纤维结构，如吸收芯材料)提供足够的液体保留能力(例如尿液或月经)的sap颗粒；3)产生香味的香料颗粒；4)用于控制气味的气味控制颗粒；5)用于为结构(例如纤维结构，如吸收芯材料)提供研磨性质的磨料颗粒；以及6)其他无机和/或有机颗粒。然而，将例如不同尺寸、形状和密度的纤维和/或颗粒的固体添加剂和/或例如表现出不同斯托克斯数的纤维和/或颗粒如纸浆纤维和sap颗粒的固体添加剂结合到单个结构(例如纤维结构，如吸收芯材料)中的已知方法由于与所得结构相关的负面因素而一直不太成功。据信，与使用将此类固体添加剂结合到此类结构中的已知方法相关的问题至少部分地涉及在用于制造该结构的方法中使用混合型固体添加剂流，例如包括混合型固体添加剂(例如纤维(如纸浆纤维)和颗粒(如sap颗粒))的空气流。此类含有不同尺寸、形状和/或密度和/或不同斯托克斯数的固体添加剂的混合物的混合型固体添加剂流导致不同固体添加剂基于它们的尺寸、形状、密度和/或斯托克斯数的不同轨迹，并且导致不可接受的结构(例如纤维结构，如吸收芯材料)形成，因为纤维结构可表现出较高的密度，例如大于0.2g/cm3，并且/或者不同固体添加剂可能未被充分地结合、分布和/或捕获在结构内。

4、现有技术图1a示出了用于将固体添加剂(即，颗粒和非颗粒固体添加剂(例如纤维))结合到单个结构(例如纤维结构，如吸收性材料，例如吸收芯材料)中的已知方法的示例。如现有技术图1a中所示，方法10(通常被称为共成型方法和/或纺丝成型方法)包括两个熔喷聚合物长丝流12(它们各自通过经由刀口模头14将熔融热塑性材料挤出到会聚高速气体中而形成)和混合型固体添加剂流16，该混合型固体添加剂流包括纤维18(例如纸浆纤维)和颗粒20(例如sap颗粒)的混合物，其在两个熔喷长丝流12会聚的地方撞击两个熔喷长丝流12。混合型固体添加剂流16在两个熔喷长丝流12会聚的撞击区22处注入到两个熔喷长丝流12中。纤维18和颗粒20表现出不同的尺寸、形状和/或密度以及不同的斯托克斯数。两个熔喷长丝流12各自包括多根熔喷长丝24。两个熔喷长丝流12和混合型固体添加剂流16都对环境空气和压力开放。换句话说，流12和16不在受控环境和/或封闭环境下并且/或者未封闭在包壳中，这可能对该方法产生负面影响，即对该方法的结构形成和卫生产生负面影响。

5、至少部分地由于纤维18(例如表现出相对较低的斯托克斯数的木浆纤维)和颗粒20(例如表现出相对较高的斯托克斯数的sap颗粒)的斯托克斯数的差异，将混合型固体添加剂流16输送和递送至撞击区22的空气流无法防止颗粒20的至少一部分最终落在结构26(例如纤维结构，如吸收性材料)的顶部t和底部b，如现有技术图1b所示。由于颗粒20表现出比纤维18更高(例如显著更高)的斯托克斯数，颗粒20容易出现随机轨迹并且因此是颗粒的一种非受控分布，这导致颗粒20在混合型固体添加剂流16的上游和下游边缘附近以更高浓度存在，这与倾向于在混合型固体添加剂流16的内部部分中更均匀地分散或更集中的纤维18不同。使颗粒20(例如sap颗粒)集中在结构26的顶部t和底部b会引起安全和卫生问题，这是由于松散的颗粒20容易从结构26中分离，因为它们没有被充分地夹带在结构26的多根相互缠结的长丝24内。此外，这种已知的现有技术方法产生的结构(例如纤维结构，如吸收性材料，例如吸收芯材料)在所得结构内和/或所得结构上表现出颗粒的随机排列。

6、上述关于现有技术图1a中所示的现有技术方法10和现有技术图1b和图1c中所示的所得结构26的问题可通过修改工艺条件来解决，以确保在结构26的顶部t和底部b中的一者或多者处存在较高浓度的熔喷长丝24，以将颗粒20充分地保持在结构26内，而不会对结构26的其他期望性质产生不利影响。然而，这些修改未能解决复合材料流体流中以及最终所得结构26中的颗粒20的非受控分布和颗粒20的随机排列。此外，在结构26的顶部t和/或底部b中较高浓度的熔喷长丝24可通过在结构26的其他部分中具有较低浓度的熔喷长丝而减少颗粒和长丝在整个结构26中的完整性和/或混合，以及/或者防止纤维18和/或颗粒20在结构26的材料处理期间从结构26脱落，该材料处理为例如卷绕、分切、退绕和转化为成品吸收性材料，如成品吸收芯材料。

7、另外，如果熔喷长丝24在一侧或两侧(顶部t和/或底部b)上的浓度(意指量和/或水平，例如每单位体积的质量和/或重量百分比)太高，则熔喷长丝24可在结构的一个或多个表面处产生流体屏障。此类流体屏障将通过抑制结构吸收流体的能力而增加流体采集时间和/或降低结构26的性能，例如吸收性能。

8、根据前述内容，现有技术图1a的方法10以及现有技术图1b中所示的其所得结构26表现出需要解决的负面结果。

9、类似地，现有技术图2a中所示的方法10也表现出需要解决的负面结果。现有技术图2a中所示的方法10是用于将固体添加剂结合到单个结构(例如纤维结构，如吸收性材料，例如吸收芯材料)中的已知方法的另一个示例。与上述和现有技术图1a中的已知方法不同，现有技术图2a中所示的方法10在受控环境和/或封闭环境下进行并且/或者封闭或基本上封闭在包壳28中。如现有技术图2a所示，方法10包括通过经由长丝源30(在这种情况下为多排毛细管模头)挤出熔融热塑性材料而形成的单个熔喷聚合物长丝流12和至少一个混合型固体添加剂流16，该混合型固体添加剂流包括源自纤维源(未示出)的纤维18(例如纸浆纤维)和源自颗粒源(未示出)的颗粒20(例如sap颗粒)的混合物。现有技术图2a的方法10可以包括一个或多个固体添加剂流32(例如现有技术图2a中所示的纤维流)和/或混合型固体添加剂流16(例如纤维18和颗粒20)，它们被添加到包括多根熔喷长丝24的单个熔喷聚合物长丝流30中。纤维18和颗粒20表现出不同的尺寸、形状和/或密度以及不同的斯托克斯数。因此，纤维18和颗粒20在它们的惯性方面也表现出差异。因此，为了实现纤维18和颗粒20的良好混合，在混合点和收集装置之间需要相对直的路径。在现有技术图2a的方法10的情况下，混合型固体添加剂流16所行进的路径由于路径中的一个或多个弯曲而并非是相对直的。由于不同的斯托克斯数，此类弯曲导致纤维18和颗粒20之间的分离，这导致纤维18和颗粒20在混合型固体添加剂流16内的不良混合，并且被认为是颗粒20的非受控分布，这导致颗粒在所得结构26内和/或所得结构上的随机排列。

10、除了通过现有技术图2a的方法10的纤维18和颗粒20的不良混合之外，现有技术图2b至图2d中所示的来自现有技术图2a的方法10的所得结构26在一侧(例如现有技术图2b和图2c中所示的所得结构26的顶部t侧或部分或现有技术图2d中所示的所得结构26的底部b侧或部分)上含有基本上所有的颗粒20。

11、尽管单独的sap颗粒可根据它们相应的单独尺寸、形状、密度和斯托克斯数而沿循略微不同的轨迹，但小sap颗粒和大sap颗粒在结构形成期间仍全部从纤维中分离出来，从而导致结构中的负面结果。

12、根据前述内容，现有技术图2a的方法10以及现有技术图2b中所示的其所得结构26表现出需要解决的负面结果。

13、可商购获得的sap颗粒通常以导致大粒度分布的方式制造。典型的粒度介于30μm至800μm之间。在sap颗粒中同时具有大颗粒和小颗粒可能是有利的。较小颗粒的益处通常是由于更高的表面与体积比而具有更快的吸收速率。然而，它们倾向于具有更小的容量(每克sap材料储存的液体)并且还倾向于产生凝胶阻塞。凝胶阻塞对吸收芯材料是有害的，因为其降低了渗透性并且阻塞了流体在要被阻塞的吸收结构内扩散的通道，从而导致吸收不良并且增加了流体溢出制品或在穿戴产品时产生润湿感的风险。

14、相反，较大sap颗粒的益处在于它们倾向于具有较高的每克容量，因此储存一定量液体的成本效率更高，并且它们也不太可能产生凝胶阻塞。然而，吸收速率往往较低。

15、小颗粒和大颗粒之间吸收性能的差异导致sap粒度分布是吸收制品的流体处理性能的关键因素。(参考根据g sap/垫以及z方向浓度梯度的典型的流体处理性能优化。仅使用绝对水平的sap颗粒和在z方向上的浓度不能解决小颗粒和大颗粒之间固有的权衡问题)

16、为了从给定的粒度分布中获得最佳性能，即获得最大吸收速度优势和克/克容量同时防止凝胶阻塞，将小颗粒(用于采集速度，但容易发生凝胶阻塞)与大颗粒分离将是高度有利的。

17、特别地，非常有利的是能够提供具有宽尺寸分布的sap颗粒，然后将它们引入长丝基质中，使得较小的颗粒优先朝向一侧(例如底部)定位，在底部凝胶阻塞不是很重要，并优先将较大的颗粒朝向相对侧(例如顶部)定位，在顶部渗透性是重要的并且小sap颗粒的显著存在可能对渗透性和性能产生不利影响。在产品应用中尤其如此，其中流体分几次侵入物进入或在较长时间段内进入，其中一次侵入物的凝胶阻塞可导致下一次的侵入物不能很好地吸收到结构中，或者在月经产品的情况下，如果流体优先在靠近身体的顶部被吸收，则会留下湿的穿戴感觉。粒度分布的效果将与控制z方向sap浓度梯度的简单效果分开，即在基底的z方向上的任何给定平面处具有更均匀的粒度分布的结构。

18、包括sap颗粒的纤维结构是本领域已知的。例如，利用会聚空气、刀口模头技术来制造此类纤维结构的现有技术共成型方法是本领域已知的。然而，与此类已知的纤维结构和现有技术方法相关的问题是，sap颗粒在整个此类已知的纤维结构中(尤其是在z方向上，例如贯穿此类已知的纤维结构的厚度)的随机分布，相对于sap颗粒的平均粒度是基本上均匀的。换句话说，大sap颗粒和小sap颗粒被混合并在整个此类已知的纤维结构中(尤其是在z方向上，例如贯穿此类已知的纤维结构的厚度)随机且基本上均匀地分布。在整个已知纤维结构中的此类随机且基本上均匀的分布导致与此类已知纤维结构的吸收性能相关的负面结果。换句话说，在纤维结构的一侧(即，当纤维结构用作吸收芯时，纤维结构的旨在接收液体(如尿液和/或月经)的初始侵入物的一侧)附近存在较小尺寸的sap颗粒会导致较小尺寸的sap颗粒吸收液体并产生凝胶阻塞，这至少阻止一部分(如果不是大量的)液体进一步渗透到用于吸收芯的纤维结构的厚度中。

19、配方设计师已经尝试通过以下方式来校正与此类已知纤维结构相关的这些负面结果：使已知纤维结构的该侧缺乏sap颗粒，使得在纤维结构的接收初始侵入物的一侧附近存在较少的sap颗粒(大粒度和小粒度)，并因此减轻凝胶阻塞问题。然而，贯穿纤维结构的厚度，sap颗粒继续含有大粒度sap颗粒和小粒度sap颗粒的随机且基本上均匀的混合物，在已知纤维结构的厚度内不存在sap颗粒的粒度梯度，这仍然导致纤维结构在用作吸收芯时的吸收性能不够优越。将sap颗粒从面向身体的侧表面完全除去的另一个问题是，当靠近身体与制品的界面适度使用时，在穿戴产品时sap颗粒可递送的干燥益处。

20、在如上所述的现有技术方法中看到的另一个问题是将混合型固体添加剂(如两种或更多种(在尺寸、形状、密度和/或斯托克斯数方面)不同的固体添加剂，例如纤维(如纸浆纤维)和颗粒(如sap颗粒))结合到结构(如纤维结构，例如吸收性材料，如吸收芯材料)中的问题。此类已知的方法无法有效地控制固体添加剂(例如高斯托克斯数固体添加剂，特别是颗粒)在所得结构内的分布以及/或者无法有效地控制此类固体添加剂在整个所得结构中的浓度从而使颗粒以非随机排列的方式排列在所得结构中。

21、因此，需要一种用于将颗粒(如sap颗粒)结合到结构(如纤维结构，例如吸收性材料，如吸收芯材料)中的方法，该方法提供颗粒的受控分布，从而产生包括结构内颗粒的非随机排列的结构，并且/或者提供此类颗粒的浓度在整个所得结构中的非随机排列以及克服了与包含颗粒的已知纤维结构相关的负面结果的所得结构。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种用于将多个颗粒结合到多个纤维元件(例如长丝和/或纤维，例如多根长丝的流，如包括多个纤维元件(例如长丝)的流体流)中的新型方法来满足上述需要，其中通过受控颗粒分布方法将多个颗粒的流(例如包括多个颗粒的流体流)混合和/或添加到包括多个纤维元件(例如长丝)的流体流中，从而在包括该多个颗粒和该多个纤维元件(例如多根长丝)的所得复合材料流体流中产生该多个颗粒的非随机排列。此外，在将该复合材料流体流收集到收集装置上时形成的该所得结构(例如纤维结构，如吸收性材料，例如吸收芯材料)也表现出该所得结构中多个颗粒的非随机排列。

2、上述问题的一个解决方案是一种用于以受控分布方式将颗粒(例如包括多个颗粒的流体流(颗粒流))引入(如混合和/或添加)到包括多个纤维元件(例如多根长丝)的流体流(纤维元件流和/或长丝流)中的新型方法，该受控分布方式例如通过控制包括该多个颗粒的流体流中的多个颗粒被引入(混合和/或添加)到长丝流中的角度和/或速度，使得形成包括该长丝流中颗粒的非随机排列的复合材料流体流。如果将该复合材料流体流收集在收集装置上，则会形成包括该结构中颗粒的非随机排列的所得结构，例如纤维结构，如吸收性材料，例如吸收芯材料。在一个示例中，该新型方法制造包括颗粒(如sap颗粒)的纤维结构，该颗粒存在于该纤维结构内，尤其是该纤维结构的z方向上(换句话说，该纤维结构的厚度)，使得在该纤维结构的厚度的至少一部分内存在该sap颗粒的粒度的梯度(例如连续梯度)。例如，该纤维结构包括存在于该纤维结构的厚度内的sap颗粒，使得当该纤维结构用作吸收制品中的吸收芯时，较高浓度(意指量和/或水平，例如每单位体积的质量和/或重量百分比)的较大尺寸sap颗粒相对于较小尺寸sap颗粒和/或少量总尺寸较小的sap颗粒存在于该纤维结构的将接收液体(例如尿液和/或月经)的初始侵入物的一侧附近。通过对sap颗粒尺寸的这种排列，由于纤维结构的该侧中存在相对较少量和/或实际较少量的较小尺寸sap颗粒，凝胶阻塞被减轻和/或抑制。

3、在本发明的一个示例中，提供了一种用于形成复合材料流体流的方法，该方法包括以下步骤：将包括多个纤维元件(例如长丝和/或纤维，如长丝，例如水不溶性纤维元件，如水不溶性长丝)的第一流体流与包括多个第一颗粒(例如sap颗粒)的第二流体流混合(例如掺合，如共成型)，使得形成表现出复合材料流体流中多个第一颗粒的非随机排列的复合材料流体流(包括该纤维元件和该第一颗粒)，并且任选地或另选地，使得与在收集装置上收集该复合材料流体流基本上同时地形成表现出复合材料流体流中多个第一颗粒的非随机排列的复合材料流体流(包括该纤维元件和该第一颗粒)；以及任选地，在收集装置上收集该复合材料流体流，该收集装置可以包括非织造纤维网材料，如预先存在的非织造纤维网材料，例如顶片，如二级顶片，使得形成表现出纤维结构中多个第一颗粒的非随机排列的纤维结构。

4、在本发明的另一个示例中，提供了一种用于制造纤维结构的方法，该方法包括以下步骤：

5、a.提供多根长丝；

6、b.提供多个颗粒，其中该颗粒表现出宽范围的粒度分布，例如其中该多个颗粒表现出约300μm的平均粒度分布并且/或者其中该多个颗粒表现出约45μm至约710μm和/或大于250μm和/或大于400μm和/或大于500μm和/或大于600μm和/或大于700μm的粒度范围(例如该多个颗粒可以包括粒度为约700μm的颗粒和粒度为约45μm的颗粒)；以及

7、c.将该多根长丝与该多个颗粒掺合；

8、d.在收集装置上收集掺合的多根长丝和多个颗粒以形成纤维结构，使得该多个颗粒以非随机排列的方式(例如基于颗粒的尺寸、形状、密度、质量、斯托克斯数)分散在该纤维结构中。

9、在本发明的另一个示例中，提供了一种通过本发明的方法制造的结构，例如纤维结构。

10、在本发明的另一个示例中，提供了一种结构，例如纤维结构，该结构包括多个纤维元件(例如长丝和/或纤维，如长丝)和多个第一颗粒(例如sap颗粒)，其中该多个第一颗粒以非随机排列的方式排列在该结构(例如纤维结构)中。

11、在本发明的另一个示例中，提供了一种包括多根长丝和多个颗粒的纤维结构，其中该多个颗粒以非随机排列的方式(例如基于颗粒的尺寸、形状、密度、质量、斯托克斯数)存在于该纤维结构中。

12、在本发明的另一个示例中，提供了一种根据本发明的任一所述方法的方法，其中直径(例如根据本文所述的平均直径测试方法测量的长丝的平均直径)在该纤维结构中变化，例如按层和/或按所包含的颗粒类型和/或按铺放长丝(包含或不包含颗粒)的经轴而变化。

13、在本发明的另一个示例中，提供了一种用于制造含颗粒的纤维结构的方法，该方法包括以下步骤：

14、a.将多个第一颗粒添加到具有第一平均直径的第一长丝的第一流中，以形成第一复合材料流；

15、b.将该第一复合材料流收集到收集装置上以形成该纤维结构的第一层；

16、c.将多个第二颗粒添加到具有不同于该第一平均直径的第二平均直径的第二长丝的第二流中，以形成第二复合材料流；

17、d.将该第二复合材料流直接收集到该纤维结构的第一层上，以形成包括第一层和由该第二复合材料流形成的第二层的层状纤维结构。

18、在本发明的又一个示例中，本发明的纤维结构表现出小于0.2g/cm3和/或小于0.15g/cm3和/或小于0.1g/cm3的总纤维结构(纤维元件和颗粒)密度。

19、因此，本发明提供了一种用于制造复合材料流体流的新型方法，该复合材料流体流包括纤维元件(例如长丝)和颗粒(例如sap颗粒)，以及由此类复合材料流体流和/或方法制造的新型结构，例如纤维结构，如吸收性材料，例如吸收芯材料。