专利名称：个人护理用品中的流体处理材料的制作方法
本专利申请要求1998年12月18日提出申请的美国临时申请60/112,902的优先权。
诸如卫生巾等妇女卫生用品都具有吸湿芯，该吸湿芯按照惯例都是设计用来吸收粘稠而缓慢流动的流体的。然而，行经的妇女经常抱怨受到月经突然喷涌或短时期内大量排出体外所造成的伤害。传统吸湿芯的微孔构造是设计用来保存缓慢流动的液体的，这种微孔构造对于快速吸收流体的喷涌或有限浪涌来说太小了，结果，流体可能会集中在用品的表面上或在那里成浆状。流体在用品表面上集中可以导致其从衣物中漏出或是污染衣物，这是穿着者所不能接受的。有的卫生用品其吸湿材料的微孔构造选择得相当大以吸收喷涌的流体，但通常不能将流体再分散到用品的顶端上去，于是，喷涌的流体便积存在衬垫的中心部位并可能在腿部的侧向压力作用下漏出。
所以，本发明的一个目的为提供一种吸湿构造，该吸湿构造可以吸收流体的突然喷涌或浪涌，将流体拉曳离开吸湿构造的上部给使用者以干燥的感觉，将流体再分散到构造的全部长度上并将流体释放到下一个吸湿层中去。
该流体处理材料优选地成为吸湿材料系统的一部分，该吸湿材料系统具有一个第一纤维层、一个贴近第一层的具有亲水定向表面纤维的中间层、以及一个贴近中间层的第二纤维层。第一层的密度在约0.02和约0.14克/毫升之间。第二层的密度较第一层大，并且第二层优选为其液流阻力是各向同性的。
在一个个人护理用品构造中，定向表面纤维使其分布比率至少为约0.06。本发明的个人护理用品优选为每个用品的定向表面纤维层的纤维表面积的最小值为2.0平方米，该定向表面纤维层布置在至少一个定向表面纤维区域中，该区域的宽度最大为20毫米，基重至少为50克/平方米(gsm)。
图2所示为根据PCT/US97/14607制造的适于实施本发明的毛细管表面材料纤维的横截面图。
图3所示为根据美国专利5,458,963制造的用来实施本发明的其它非圆纤维的横截面图。
图4所示为其外周是纵向正弦波图形的起毛浆粕，图中标有其长度的五等分记号。
图5所示为用于喷涌/分布试验的沙漏形平板。
图6所示为用于材料的喷涌流量试验的评定块(rate block)。定义“一次性”是指单次使用后即予抛弃而不打算洗涤并再次使用。
整个说明书中用“前”和“后”两个词来指明相对于衣物本身的位置关系，而与衣物在穿着者身上的穿着位置无关。
“亲水的”是指纤维或纤维的表面当其与含水液体接触时被含水液体所湿润。材料的湿润度可以用所涉及的液体和材料的接触角及表面张力来描述。Cahn SFA-222表面力分析系统或基本等效的其它系统可能是测量特定纤维材料湿润性的适用设备及技术。当用该系统进行测量时，如果纤维的接触角小于90°，则称为“可湿润的”或“亲水的”，反之如果纤维的接触角大于等于90°，则称之为“不可湿润的”或“疏水的”。
“层”这个词当以单数形式使用时可以具有单个元件或多个元件两种含义。
“液体”一词是指一种非特殊指明的流动物质和/或材料，当该流动物质和/或材料被灌注或放置到一个容器中时便可呈与容器内部相一致的形状。
“液体相通”是指液体可从一个层移动到另一层中，或是从同一层内的一个位置移动到另一个位置上。
“微粒”一词在本发明中的含义是指任何一种几何形状，诸如但不限于球状颗粒、纤维或纤维束、平坦表面或粗糙表面、薄片、带条、细绳、细线等等。
“喷射”及其同义词包括强制喷射液体，不管是成束的喷射还是离散单元的喷射，例如通过向液体施加空气或其它气体压力的方法使液体在重力或离心力的作用下以螺旋丝状或雾化粒子状通过一个小孔或喷嘴之类的东西喷出。喷射可以是连续的或是非连续的。
“共轭纤维”是指由至少两种聚合物形成的纤维，该至少两种聚合物是从独立的挤压孔挤出的，但是被纺制在一起而形成一根纤维。有些时候，共轭纤维也是指多组分纤维或双组分纤维。即使共轭纤维可能是单组分的，但其聚合物通常也是各不相同的。各个聚合物排列在共轭纤维横截面上的位置基本恒定的不同区域内，并且沿着共轭纤维的长度连续地延伸。这种共轭纤维的构形可以是例如一种聚合物围绕在另一种聚合物外面的皮/芯式构造或可以是并排的构造，馅饼式构造或“海中岛屿”式构造。授予Kaneko等人的美国专利5,108,820、授予Strack等人的美国专利5,336,552、及授予Pike等人的美国专利5,382,400中都教导了共轭纤维。对于双组分纤维来说，两种聚合物的比率可以是75/25、50/50、25/75或任何其它所要求的比率。纤维还可以具有如授予Hogle等人的美国专利5,227,976、授予Largman等人的美国专利5,069,970及5,057,368中所述的各种形状。这些叙述非常规形状纤维的文献被全文引入于此以作参考。
“双成分纤维”是指由至少两种聚合物形成的如同掺混物一样的纤维，该至少两种聚合物是从同一个挤压孔挤出的。“掺混物”一词的定义在下面给出。双成分纤维中的不同聚合物组分在共轭纤维横截面上的位置是相对不恒定的，而且这些不同的聚合物组分沿着纤维的整个长度通常不是连续的而是通常形成一种起点和终点是随机的原纤维或原生纤维。双成分纤维有时候也称为多成分纤维。这种纤维的一般类型在例如授予Gessner的美国专利5,108,827中有所讨论。在John A.Manson and Leslie H.Sperling撰写，1976(版权为PlenumPress)由Plenum Publishing Corporation of New York出版的IBSN0-306-30831-2 Polymer Blend and Composites的273至277页中也讨论了双组分纤维和双成分纤维。
“毛细表面材料”或CSM是指一种纤维或纤维的组群，该纤维或纤维组群的表面能自发地传输某些流体。这种纤维的一般类型在例如PCT/US97/14607、WO 93/0223、WO 90/12130和美国专利5,268,229、5,611,981及5,723,159中有所讨论。同样，“毛细沟槽纤维”是指一种具有更好的流体容量和流体传输及储存性能的纤维。这种纤维的一般类型在例如美国专利5,200,248及5,242,644中有所讨论。
这里所用“机器方向”一词或MD是指纤维的长度方向、也就是纤维生产形成的方向。“机器横向”一词或CD是指纤维的宽度方向，也就是与MD大体垂直的方向。
这里所指“纺粘纤维”是一种小直径的纤维，该纤维是将熔融的热塑材料挤压通过喷丝板上的许多通常为圆形的精细毛细孔而形成的单丝，该挤压单丝随后用例如授予Appel等人的美国专利4,340,563、授予Dorshner等人的美国专利3,692,618、授予Matsuke等人的美国专利3,802,817、授予Kinney的美国专利3,338,992及3,341,394、授予Hartman的美国专利3,502,763和授予Dobo等人的美国专利3,542,615中的方法快速地减小其直径。纺粘纤维当其沉积到收集表面上时是不发粘的。纺粘纤维是一种通常为连续的微细纤维，其平均直径(至少10个样本的平均值)大于7微米，更具体地说为约10到35微米之间。该纤维还可以具有如授予Hogle等人的美国专利5,277,976、授予Hills的美国专利5,466,410和授予Largman等人的美国专利5,069,970及5,057,368中所述的非常规的纤维形状。
这里所指的“熔喷纤维”是一种以下述方式形成的纤维先将熔融的热塑材料挤压通过喷丝头上的许多通常为圆形的精细毛细孔而形成熔融的丝或单丝，该熔融热塑材料单丝当即进入一股会聚的通常是热的高速气流(例如空气流)中，该气流使该熔融热塑材料单丝的直径减小而可以达到微细纤维的直径。随后，熔喷纤维便被高速气流携带着并沉积到收集表面上而形成一个熔喷纤维随机分布的纤维网。这种工艺过程公开在如授予Butin等人的美国专利3,849,241中。熔喷纤维是一种可以是连续的也可以不是连续的微细纤维，其平均直径通常小于10微米，并且当其沉积在收集表面上时通常是发粘的。
“气流成网”是一种公知的可以形成无纺纤维层的工艺过程。在气流成网工艺过程中，典型长度在约3到52毫米之间的小纤维束被分散在一个空气源中并被空气携带着，然后通常在一个真空源的帮助下沉积在成形筛网上。然后，随机沉积的纤维以例如热空气或喷洒粘接剂的方法相互粘合。气流成网在如美国专4,005,957、4,388,056、4,592,708、4,598,441、4,674,996、4,761,258、4,764,325、4,904,440、4,908,175、5,004,579、德国专利DE3508344、欧洲专利申请85300626.0及英国专利申请2,191,793中有所叙述。
这里所用“协同形成”(“coform”)一词是指一种工艺过程，在该工艺过程中至少有一个熔喷喷丝头布置在一个滑道附近，其它的物料通过该滑道加到正在形成的纤维网中。该其它物料可以是浆粕、超级吸湿剂或其它颗粒、天然聚合物纤维(例如人造纤维或棉纤维)和/或合成聚合物纤维(例如聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维或丙烯酸类树脂纤维)。这些纤维的典型长度可以是例如从约3到约52毫米。在授予Lau的共同受让的美国专利4,818,464及授予Anderson等人的共同受让的美国专利4,100,324中展示了协同形成工艺过程。以协同形成工艺过程制作的纤维网通常称为协同形成材料。
“粘合梳理纤维网”是指用短纤维制成的纤维网，这里所用纤维的典型长度为从约19到52毫米。纤维要送到并经过一个精梳或梳理装置，该装置将短纤维打散并将短纤维的方向对齐到机器方向上，以形成纤维大体上按机器方向取向的无纺纤维网。纤维网用公知粘合方法中的一种或多种方法来进行粘合。
无纺纤维网的粘合可以采用很多方法来实现，例如粉末粘合方法，其中粉末粘接剂散布在整个纤维网上，然后通常用热空气对纤维网及粘接剂加热使粘接剂活化；花纹粘合方法，该方法是用热的轧光滚子或超声粘合设备来使纤维粘合在一起的，通常粘合仅局限于局部的花纹图案处，虽然如果需要，也可以在纤维网的整个表面上进行粘合；热空气穿透粘合方法，其中穿透纤维网的热空气的温度须足以使纤维网中的至少一个组元软化；化学粘合方法，其中用例如喷洒的方法将例如乳胶粘接剂沉积在纤维网上；以及机械固结方法，诸如针刺法及水力缠结法。
“个人护理用品”是指尿布、三角裤、吸湿内裤、成人失禁者用品、妇女卫生用品以及诸如绷带和敷裹等伤口护理用品。
“妇女卫生用品”是指卫生巾或衬垫及棉条。
“靶区”是指个人护理用品上的一个区域或位置，该区域或位置在正常情况下会受到来自穿着者的袭击。测试方法及材料材料厚度测量用Starret型膨松度测试仪在0.05磅/平方英寸条件下进行厚度的测量，数值单位为毫米。
密度测量材料的密度通过如下途径算出将样品的单位面积的重量值(单位为克/平方米)除以样品在344.7帕斯卡条件下测得的厚度(单位为毫米)并乘以0.001便得到材料的密度值，单位为克/立方厘米。总共要测量三个样品，取其平均值得出材料的密度值。
喷涌/分布性能测试喷涌和分布试验企图仿真吸湿材料对缓慢流出的及突然流出的连续大量喷涌流体的保持能力。此外，试验还对吸湿材料系统将流体沿着其长度方向转移的有效性进行测量。
将一片待鉴定的吸湿材料或材料系统切割成1.5英寸(38毫米)宽×6英寸(152毫米)长，并沿着其全长作出五等分的记号。还要将一片解吸的起毛材料切割成3英寸(76毫米)宽×6英寸(152毫米)长的矩形。本试验中所用的解吸材料是一种600克/平方米的起毛浆粕(Coosa Mills of Cossa，Alabama，制造的CR0054)，其周界为如图4所示的纵向正弦波图形，并也沿着其全长作出五等分的记号。试验开始前要对所有的材料进行称量。将1.5英寸宽的待测试样品放到解吸材料上面，宽度方向要对准中心，各层的纵向尺寸要相互匹配。将一个如图5所示(未按比例)的沙漏形平板放到测试样品上面，平板的最长尺寸要与被测材料的纵向尺寸相匹配。沙漏形平板的长度为8.25英寸(210毫米)，厚度为0.5英寸(13毫米)，两个端头突出部分的宽度为3.375英寸(86毫米)，中间部分的宽度为3英寸(76毫米)，平板中心处有一个直径为7毫米的小孔，平板的重量为约240克，最好是如本试验那样用塑料一类材料如PLEXGLAS塑料制造。
对一个吸湿材料或材料系统来说，最大的挑战是在它已经吸收了某些流体后还能象干燥并且未经使用时那样容易地快速吸收流体。与已经建立的测试干燥样品的规范相比，测试一个部分饱和的吸湿系统的喷涌吸收时间是一个更具挑战性的规范。该测试开始时要对一个装配好了的吸湿层进行预饱和。5毫升仿真月经被缓慢地连续递送到吸湿样品上。仿真月经(制备方法在下面叙述)是用一个柱塞泵和一段管子以10毫升/小时的速率用30分钟的时间递送到沙漏形平板中心的小孔中的。本发明人使用的是Becton Dickinson of New Jersey制造的30毫升注射筒(目录号301626)，该注射筒装在HarvardApparatus，South Natick，Massachusetts制造的多注射筒可编程柱塞泵(目录号70-2002)上，当然任何等效的递送装置也是适用的。一段长约6到8英寸的Norton Performance Plastic Corporation，Akron，Ohio，制造的TYGON柔性导管(目录号AAB00006，内径0.125英寸，外径0.1875英寸，壁厚0.03125英寸)连接在注射筒的一端上，导管的另一端插到沙漏形平板中心小孔内以将流体输向吸湿系统。如果在30分钟中仿真月经溢出沙漏形平板的小孔，则需用已知重量的纸巾吸除。30分钟以后便停止加入仿真月经并且记录包含溢出物的纸巾、解吸材料及测试样品的重量。
将解吸材料和样品(不包括沙漏形平板)按照30分钟的加仿真月经的期间被相同取向重新组装起来并静置5分钟。然后将一股喷涌流体作用到系统上，并记录其吸收时间。将一个如图6所示的评定块(rate block)放到试验材料和解吸起毛材料组件的顶部中心上。评定块10的宽度为3英寸(76.2毫米)，与页面垂直方向的深度为2.87英寸(72.9毫米)，总高度为1.125英寸(28.6毫米)。在评定块10的底面上有一个从评定块10的主体上突出的中心区域19，中心区域19的高度为0.125英寸(3.2毫米)、宽度为0.866英寸(22.5毫米)。评定块10中有一个毛细管12从侧边15按对角线方向向下与水平线成21.8度角延伸到中心线16，毛细管12的内径为0.186英寸(4.7毫米)。毛细管12是以合适的钻头从评定块10的侧边15处按合适的角度钻削制得的，钻孔起始点离评定块10的底面的高度为0.726英寸(18.4毫米)。钻完孔后侧边15处的钻孔起始点必须被加以堵塞以免流体从这里漏出。顶孔17的直径为0.312英寸(7.9毫米)、深度为0.625英寸(15.9毫米)，因此该孔17与毛细管12相交。顶孔17与评定块10的顶面垂直，孔17的中心与侧边15之间的距离为0.28英寸(7.1毫米)。顶孔17中放有一个漏斗11。中心孔18的用途是观察试验流体的进展情况，该孔实际上是以一个椭圆形进入
图12的平面。中心孔18位于评定块10宽度方向的中心，并且有一个宽0.315英寸(8毫米)、长1.5英寸(38.1毫米)的底孔，构成椭圆形端部的是直径为0.315英寸(8毫米)的半圆。为了便於观察，此椭圆形的尺寸在距评定块10底部0.44英寸(11.2毫米)处扩大到宽度为0.395英寸(10毫米)、长度为1.930英寸(49毫米)。顶孔17和中心孔18也都可以以钻削的方法制造。
用一个微量滴管将一份按下述方法制备的2毫升仿真月经涌流流体递送到评定块的孔中，并且启动一个计时器或秒表。当通过试验设备中的腔室观察到流体已被吸收而进入试验材料或材料系统中时即停止计时。取走评定块并称量试验样品及吸湿材料以确定每一层所含的流体的质量。然后沿着等分记号对试验样品和吸湿材料进行切割。各层的分布比率就是两个端部区域的质量平均值除以中心区域的质量。
分布比率可由下式算得(A区流体质量+E区流体质量)/2/(C区流体质量)。
为了满足本发明的需要，吸湿材料系统必须具有一个可以接受的喷涌吸收时间和一个可以接受的分布比率。“渗透时间”指的是部分饱和的吸湿材料系统吸收突然积存在该系统最上一层表面上的2毫升喷涌液体所需的时间。吸收时间短说明材料系统容易吸收液体。分布比率是材料系统遭受到喷涌流体袭击后将流体沿着其长度方向迁移的能力大小的度量。分布比率高说明材料将流体沿着其长度方向分散的性能较好。
仿真月经的制备所用的仿真月经是用血液和蛋白按照美国专利5,883,231将血液分离成血浆和红细胞并将蛋白分离成稀和稠两部分来制成的。“稠”是指这部分蛋白在经过均质化后其150秒-1处的粘度为20厘泊以上。将稠蛋白混入血浆中并彻底搅拌，再加入红细胞后并彻底搅拌之。在本例中所用的血液是经过30分钟的每分钟3000转的离心分离的去纤维蛋白的猪血。当然，其它的方法、转速和时间只要有效则都可以使用。血浆是经过分离并独立保存的，其暗黄色膜要去除并丢弃，包封好的血液细胞也是独立保存的。应当指出，血液必须经过某种方式的处理以使其在使用过程中不致凝固。在本行业中有多种公知的方法，诸如对血液进行去纤维蛋白处理以去除起凝固作用的纤维物质，以及加入抗凝固的化学制品等。血液在使用中必须是不会凝固的，任何能达到此目的而且不致破坏血浆和红细胞的方法都可使用。
将杂品鸡蛋进行分离，抛弃蛋黄和卵带而保留下蛋白。将蛋白以1000微米的尼龙筛网过滤3分钟分离成稀、稠两部分，并抛弃稀的部分。将蛋白中留在筛上的稠的部分收集起来并抽入一个60毫升的注射器中，然后放到可编程柱塞泵上通过挤出和再抽入，如此重复五次进行均质化。均质化的程度用柱塞泵的流率及管子的内径来控制，柱塞泵的流率约为100毫升/分钟，管子内径为约0.12英寸。均质化后，稠蛋白的150秒-1下的粘度为约20厘泊左右。然后将此稠蛋白放在离心机中在约每分钟3000转的转速下旋转约10分钟以驱除碎屑及气泡。
经过离心以后，用一个注射器将该均质的含卵粘蛋白的稠蛋白放到一个300毫升的FENWAL包装运输容器中。然后将60毫升的猪血浆加到该FENWAL包装运输容器中。然后夹紧该FENWAL包装运输容器，驱除所有的气泡，然后放到一个Stomacher实验室搅拌器中以常规(或中等)速度搅拌约2分钟。然后从搅拌器上取下FENWAL包装运输容器，并倒入60毫升猪血红细胞，并用手工方法捏合约2分钟或捏合至看起来已经呈现均质为止。该精细混合物的血细胞比容值表明其红血细胞重量百分比含量为约30％，而按本实例制造的仿真月经的红血细胞重量百分比含量应当在28％到32％的范围内。蛋白的重量百分比含量为约40％。
制备仿真月经所用的原料和设备很容易买到。下面罗列出用于此实例的原料和设备的来源，当然其它来源的设备和原料如果其效果大致相同也是可以使用的。
猪血Cocalico Biologicals，Inc.，449 Stevens Rd.，Reamstown，PA 17567，(717)336-1990。
FENWAL包装运输容器，300毫升，带联接器，编号4R2014，BaxterHealthcare Corporation，Fenwal Division，Deerfield，IL 60015.
哈佛可编程柱塞泵，型号55-4143，哈佛设备，South Natick，MA01760。
Stomacher 400实验室搅拌器，型号BA 7021，系列号31968，Seward Medical，London，England，UK.
1000微米筛子，项目号CMN-1000-B，Small Parts，Inc.，PO Box4650，Miami Lakes，FL 33014-0650，1-800-220-4242。
测量血细胞容量用的Hemata Stat-II器件，系列号1194Z03127，Separation Technology，Inc.，1096 Rainer Drive，Altamont Springs，FL 32714。发明详述个人护理吸湿用品包括诸如尿布、三角裤、失禁者衣物及器具、绷带、诸如卫生巾、内裤裤衬及棉条等妇女卫生用品等等。所有这类用品的最基本的构造典型地包括一个体侧层、一个外覆层、和一个配置在体侧层和外覆层之间的吸湿芯。
如卫生巾这样的妇女卫生用品都具有一个吸湿芯，这种吸湿芯按照惯例都是设计用来吸收黏稠而缓慢流动的流体的。然而，行经的妇女经常抱怨受到月经突然喷涌或短时期内大量排出体外所造成的伤害。传统吸湿芯的微孔构造是设计用来保存缓慢流动液体的，这种微孔构造对于快速地吸收流体的喷涌或有限浪涌来说是太小了，结果，流体可能会集中在用品的表面上或在那里搅成浆状。流体在用品表面上集中可以导致其从衣物中漏出或是污染衣物，而这是穿着者所不能接受的。有的卫生用品其吸湿材料的微孔构造选择得相当大以吸收喷涌的流体，但通常不能将流体再分散到用品的顶端上去，于是，喷涌的流体便积存在衬垫的中心部位上并可能在腿部的侧向压力作用下漏出。
因此有必要提供一种吸湿构造，这也就是本发明所提供的吸湿构造，本发明的吸湿构造可以吸收流体的突然喷涌或浪涌，将流体拉曳离开用品的上部给使用者以干燥的感觉，将流体再分散到构造的全长上去并选择性地为将流体释放到下一层吸湿层中去。虽然本发明主要涉及妇女卫生用品，本发明人相信本发明的材料可以处理如尿液这样的其它体液并且对如BM(粪便)及伤口排出物这样的高粘度流体将会是特别有效的，因此该材料可用到尿布、三角裤、失禁者衣物和器具、绷带之类的用品中。
一个个人护理用品一般具有一个体侧层、一个可选择的流体传输层、一个流体保存层以及一个接触衣物层。还可以具有一个分布层或一些其它备选的层来提供一些特殊的功能。
体侧层有时称作体侧衬或顶片。在用品的厚度方向上，该衬材料与穿着者的皮肤相对，因此该第一层与来自穿着者的液体或其它排出物相接触。这一层还将穿着者的皮肤和保持在吸湿构造中的液体隔开，因此应当是柔顺的、感觉柔软的并且是没有刺激性的。
体侧层的表面可以用选定数量的表面活性剂进行处理，或换一种说法为加工成具有所要求的湿润性或亲水性。如果是使用表面活性剂，则活性剂可以是内部加入的或者可以是用诸如喷洒、刷涂等任何常用的手段在下一层沉积上之前施加到该层上。
衣物侧衬层也称作底片或外覆层，该层是离穿着者最远的一层。外覆层习惯上用基本上不透液体的热塑薄膜制成、诸如聚乙烯薄膜。外覆层的作用是防止已被吸湿构造吸收的身体排出物弄湿或污染穿着者的衣物、床单、或其它与个人护理用品相接触或相贴近的物品。外覆层可以进行压纹和/或哑光处理以得到一个更悦目的外观。外覆层的其它备选构造包括纺织的或无纺的纤维网，该纤维网构造或处理成具有要求的不透液性，或是将纺织的或无纺的纤维与热塑膜层压在一起。外覆层可以选择性地由可透蒸气或透气的微孔“可呼吸”材料组成，该材料可以透过气体或水汽但基本上不可透液体。可以通过例如在薄膜聚合物的配方中使用填料的方法来使聚合物薄膜具有透气性将填料/聚合物制剂挤压到薄膜中，然后使薄膜充分地伸展以在填料颗粒的周围生成孔隙，从而使薄膜成为可透气的。通常，填料用得愈多，伸展程度愈高，则透气程度也愈高。底层也可用作为机械紧固件的匹配元件，在这种情况下，例如无纺织物是外表面。
必须用一层或多层流体保持层来从体侧层上可控地吸收液体，以将液体储存到这些层中而与身体脱离接触，甚至在喷涌情况下也必须如此。已经发明了一种复合构造，这种复合构造可以容易地吸收流体的突然喷涌或浪涌，将流体从体侧层上拉曳走，使流体沿保持层的长度方向分散，并使流体通向底层。该底层作为流体的终点，或是作为一个传输区域而将流体迁移到另一个吸湿层中，该吸湿层可以是远离袭击区的。
本发明的复合构造优选为具有至少三个纤维层上层或第一纤维层、中间层、和下层或第二纤维层。上层或第一纤维层密度相对较低，该上层与一个或多个中间层贴近并液体相通，该中间层主要由定向表面纤维组成，该定向表面纤维优选为基本上排成一行，并转而与下层或第二纤维层贴近并液体相通，该第二纤维层的密度相对较高。低密度的第一层设计成对缓慢的连续液流及突然的喷涌流体都具有良好的吸收能力。所谓密度相对较低，意思是其密度在0.02到0.14克/毫升之间。对于第二纤维层，所谓密度相对较高，是指其密度高于上层。第二纤维层使定向表面纤维层解吸并在中间层中再生出间隙空间，使定向纤维可以继续沿着产品的长度方向输送更多的流体。具有较高密度的第二纤维层的液流阻力优选为均匀同性的，亦即该纤维层必须是不包括高流阻和低流阻区域。
上和下纤维层可以用显著亲水的合成纤维、天然纤维、粘接剂、或这些纤维的复合纤维制成。所按照的制造工艺是本行业所公知的，这些工艺包括纺粘、熔喷、协同形成、粘合梳理成网、气流成网和包括成纸工艺的湿法成网。上和下纤维层可以用相同或不同的无纺材料形成方法来生产。
中间层插在低密度的第一层(或上层)和较高密度的第二层(或下层)之间，其功能为使上层解吸，然后将流体均匀地沿着用品的长度方向分散。定向表面纤维可以均匀地散布在这一层的整个宽度上。然而本发明人发现，当将纤维沿着用品的纵向并以一个或多个紧簇或紧束的形式间隔地排列在材料的整个宽度上时，便能最有效地利用定向表面纤维的流体传输能力。这些纤维束形成了一些纵向的区域或条形地带，在这些区域或条带内材料的基重及纤维表面积较高，纤维之间的间隔较小，这就增大了材料的芯吸距离和沿用品长度方向传输的流体的体积。所需的纤维束的数目及每束纤维的单丝数目取决于待传输体液的化学性质及其体积。对于尿布、失禁者用品和三角裤等高流体体积应用场合，所需的纤维束及单丝应当更多。
一层或多层定向纤维表面层可以用显著亲水的合成纤维、天然纤维及粘接剂来制造。这些纤维可以是短纤维或圆形的或异形的连续单丝、连续单丝毛细表面材料和纤维、连续单丝毛细沟槽材料和纤维、连续单丝超级吸湿纤维、稳定的短纤维束或条、以及其他高定向程度的亲水性无纺纤维网诸如粘合梳理纤维网、定向熔喷纤维网和肩颈拉伸无纺纤维网、或这些纤维、单丝和纤维层的复合物。制造这类纤维层的工艺包括用于生产第一和第二纤维层的工艺。定向表面纤维可以是单组分纤维、双成分纤维和共轭纤维。
在本发明的实践中，包含定向表面纤维的纤维层可以包括不同纤度的纤维。纤维层可以具有单种纤度的纤维或是混合纤度的纤维，本发明人相信可以满意地实施本发明的纤度范围十分宽广。在纤维层中使用混合纤度的纤维可以改进纤维层的芯吸性能并且也可以改进纤维层的结构稳定性。
为了生产一个成功的本发明的个人护理用品，所需的定向表面纤维的表面积相信至少为2平方米。虽然从第一个印象看起来这对于诸如妇女卫生巾那样相对较小的产品来说是较大数量的，但是产品的单位长度所具有的表面积非常大。产品中定向纤维应当基本上沿着同一个方向排成行，亦即75％以上的亲水性纤维要排列在相同的方向上，该相同方向是指所要求的流体运动方向±30°。纤维可以放在集中的地带或区域内以使纤维相互靠近，以增强芯吸作用。这些地带或区域每条可以宽至20毫米，最小基重应当为约50克/平方米。一个产品上可以设有多条这样的地带或区域，这取决于产品的尺寸、待保持的流体的具体物理性能以及体积。
共轭纤维和双成分纤维网片在例如热粘合时具有稳定性。在热粘合时，这些纤维起粘合剂或粘接剂的作用，这些纤维可将其它纤维保持在应有位置上以增强网片的完整性。这些纤维还有助于液体在层间的传输。在产品的任何一层或所有层中都可以使用这种纤维。
在第二纤维层中还可以使用超级吸湿颗粒和纤维以提供最终的流体储存量。但必须着重指出，在下层中超级吸湿剂的用量必须慎重考虑，因为过量的超级吸湿剂会淹没和明显减少中间层定向表面纤维的芯吸作用。无论是什么形式的超级吸湿剂，其有效用量应当允许芯吸作用得以继续。
可以用于本发明的超级吸湿剂可以从基于化学构造和物理形式的两个种类中选出。这些超级吸湿剂包括低凝胶强度的超级吸湿剂、高凝胶强度的超级吸湿剂、表面交联超级吸湿剂、均匀交联超级吸湿剂、或是整个结构具有不同交联密度的超级吸湿剂。基于化学性质的超级吸湿剂可以包括但不限于丙烯酸、异丁烯/顺丁烯二酸酐、聚环氧乙烷、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、和聚乙烯醇。超级吸湿剂可以按照速率从慢到快来分类。超级吸湿剂可以是泡沫形式的、宏观多孔或微孔颗粒形式的或纤维形式的，可以具有绒毛状的或纤维覆盖层的组织形态。超级吸湿剂可以是带状、颗粒状、纤维状、片状或膜状。超级吸湿剂可以具有不同的长度、直径尺寸及尺寸分布。超级吸湿剂可以有不同的中和度。中和是通过使用诸如Li、Na、K、Ca等平衡离子来生成的。这些类型的超级吸湿剂的例子可以从Stockhausen，Inc.得到，商品名为FAVOR800。从Camelot得到的这些类型的超级吸湿剂的例子的标识为FIBERDRI1241及FIBERDRI1161。从Technical Absorbents，Ltd.得到的这些类型的超级吸湿剂的例子的标识为Oasis 101及Oasis 111。这些类型的超级吸湿剂包括的另一个例子可从Chemdall Inc.得到，标记为FLOSORB60Lady.这些类型的超级吸湿剂包括的另一个例子可从Sumitomo Seikaof Japan得到，标识为SA60N类型2。这里所没有列出的本行业公知并可从市场上买到的超级吸湿剂的其他类型也可用于本发明。
本发明的层压制品可以是各层分别制造然后粘合在一起。或者，本发明的层压制品也可以在连续的在线工艺过程中直接将各层相互制造在一起。无论在哪种情况下，都必须以某种方式将各层接合在一起以使液体可以在各层间相通。
各层之间的接合可以通过例如如上所述的通气粘合、热粘合、粘接剂粘合等方法。在在线工艺过程中，可以对所生产的各层进行简单的热粘合而不需要任何外加的独立的粘合步骤。本行业公知的任何层间粘合方法，只要该方法允许液体在层间相通则都可以使用。
本发明的构造可以用多种材料制造，这些材料包括合成纤维、天然纤维、粘合剂及定向表面纤维。
合成纤维包括用下列材料制成的纤维聚酰胺、聚酯、人造丝、聚烯烃、聚丙烯酸酯、超级吸湿剂、Lyocel再生纤维素、以及本行业公知的任何其他适用的合成纤维。合成纤维还可以包括用于产品降解的kosmotropes。
天然纤维包括毛纤维、棉纤维、亚麻纤维、大麻纤维及木浆粕。浆粕包括诸如Coosa Mills生产的CR-1654标准软木绒毛级浆粕、可从Weyerhaeuser Corporation of Tacoma，WA买到的高蓬松添加剂甲醛游离浆粕(HBAFF)、湿模量强化的交联南方软木浆粕纤维、以及诸如Weyerhaeuser NHB416化学交联浆粕纤维。HBAFF浆粕具有一个化学处理，该化学处理不但增加纤维的干、湿态硬挺性和回弹性，还使纤维卷曲和扭曲。另一个适用的浆粕是Buckeye HP2浆粕，还有一个适用的浆粕是International Paper Corporation生产的IP超软浆粕。适用的人造丝是Acordis Fibers(从前叫作Courtaulds FibersIncorporated)of Axis，Alabama生产的纤度为1.5旦尼尔的Merge18453纤维。
粘合剂包括纤维粘合剂、液体粘合剂或其他可以热活化的粘合装置。典范的粘合剂包括聚烯烃和/或聚酰胺共轭纤维以及液体粘合剂。虽然在本行业中有许多公知的适用粘合剂，它们是由如ESFiberVisions Inc.等多个厂家所生产的；适用粘合剂的两个例子是KoSA Inc.(从前称作Trevira Inc.及Hoechst-Celanese)，PO Box4，Salisbury，NC 28145-0004生产的代号为T-255和T-256皮/芯式共轭纤维。一个适用的液体粘合剂是Hercules Inc.ofWilmington，Delaware销售的Kymene557LX粘合剂。
在例如PCT/US97/14607、欧洲专利发布0 391 814 A2和美国专利5,200,248、5,242,644、5,268,229、5,611,981、5,723,159中讨论了如优选的外套毛细表面材料那样的定向表面纤维，这种材料可以自发地传输某些流体。
PCT/US97/14607描述了一种纤维束，这种纤维束由至少两种纤维组成，这些纤维当其单独使用时流体传输性能低劣，但当组成一个纤维束时该纤维束的流体传输性能优良。纤维束的比容大于4.0立方厘米/克，纤维间毛细管的平均宽度为25到400微米，长度大于1厘米。所述至少两种纤维中的至少一种纤维具有非圆形的横截面，其单纤维体积因子大于4，其比毛细管容积小于2.0立方厘米/克，并且70％以上的纤维内沟槽的毛细沟槽宽度大于300微米。优选的是该纤维的横截面确定了一个长度大于40微米的第一臂。这种纤维的横截面长度在约1000微米及1000微米以下的范围内，同时某些横截面具有长度在100微米和400微米之间的臂。纤维的纤度最好在15和250旦尼尔之间。图2所示为一种满足本专利申请要求的纤维。
欧洲专利发布0 391 814 A2描述的纤维能够自发地在其表面上传输水。该纤维满足下式(1－Xcosθa)＜0式中θa为水在一个平坦膜片上的前置接触角，该膜片以与纤维相同的材料制造并经过相同的表面处理，如果有的话，X为纤维横截面的形状因子，X满足下式X＝Pw/(4r＋(π－2)D)式中Pw为纤维的湿周界，r为与纤维横截面外接的外接圆半径，D为横跨纤维横截面的最小圆的直径。图3所示为一种满足本专利申请要求的纤维。
下面对许多不同的满足本发明要求的材料进行描述，这些材料是作为实例而制造出来的。需要指出，实例2和7是比较例，而不是本发明的实例。
例1上层是一种气流成网材料，该材料以80％重量百分比的浆粕和20％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约75克/平方米，密度为约0.04克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为ESFiberVisions Inc.(从前称作Danaklon of Varde，Ddnmark，ChissoCorp.Of Japan，和/或Hercules Inc.of Wilmington，Delaware)制造的ES-C型粘合纤维。
定向表面纤维层是用异形的聚酯纤维按照PCT/US97/14607制造的，每个衬垫大于100条单丝，每条单丝大于60旦尼尔。
下层是一种气流成网材料，该材料以90％重量百分比的浆粕和10％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约75克/平方米，密度为约0.08克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为KoSaInc.of Charotte，North Carolina制造的255型，纤度为2.8旦尼尔。
例2(比较例)上层是一种气流成网材料，该材料以80％重量百分比的浆粕和20％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约75克/平方米，密度为约0.04克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为ESFiberVisions Inc.制造的ES-C型粘合纤维。在该复合构造中没有定向表面纤维层。
下层是一种气流成网材料，该材料以90％重量百分比的浆粕和10％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约75克/平方米，密度为约0.08克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为KoSaInc.of Charotte，North Carolina制造的255型。
例3上层是一种气流成网材料，该材料以40％重量百分比的浆粕、30％重量百分比的聚酯纤维和30％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约65克/平方米，密度为约0.04克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，皮/芯式共轭粘合纤维为KoSa Inc.of Charotte，North Carolina制造的255型，聚酯纤维也是由KoSa Inc.制造的型号为295，纤度为6旦尼尔。
定向表面纤维层是用异形的聚酯纤维按照PCT/US97/14607制造的，每个衬垫大于100条单丝，每条单丝大于60旦尼尔。
下层是一种气流成网材料，该材料以90％重量百分比的浆粕和10％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约75克/平方米，密度为约0.08克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，皮/芯式共轭粘合纤维为KoSa Inc.of Charotte，North Carolina制造的255型。
例4上层是一种粘合梳理纤维网材料，该材料以40％重量百分比的聚酯纤维和60％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约55克/平方米，密度为约0.025克/毫升。聚酯纤维的型号为295纤度6旦尼尔，皮/芯式共轭粘合纤维的型号为255，二者都是由KoSa Inc.ofCharotte，North Carolina制造。
定向表面纤维层是用异形的聚酯纤维按照PCT/US97/14607制造的，每个衬垫大于100条单丝，每条单丝大于60旦尼尔。
下层是一种气流成网材料，该材料以86％重量百分比的浆粕和14％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约80克/平方米，密度为约0.07克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为KoSaInc.of Charotte，North Carolina制造的255型。
例5上层是一种气流成网材料，该材料以90％重量百分比的浆粕和10％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约65克/平方米，密度为约0.03克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为KoSaInc.of Charotte，North Carolina制造的255型。
定向表面纤维层是用异形的聚酯纤维按照PCT/US97/14607制造的，每个衬垫大于100条单丝，每条单丝大于60旦尼尔。
下层是一种协同形成材料，该材料以50重量百分比的浆粕和50重量百分比的聚丙烯微细熔喷纤维制成，其基重为约75克/平方米，密度为约0.09克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的CF405型，聚丙烯聚合物是由Montell USA Inc.制造的(该公司在Wilmington，Delaware设有办公室)，商品名为Montell PF-015。
例6上层是一种气流成网材料，该材料以80％重量百分比的浆粕和20％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约65克/平方米，密度为约0.04克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为ESFiberVisions Inc.制造的ES-C型粘合纤维。定向表面纤维层是用圆形聚酯纤维制造，每个衬垫大于100条单丝，每条单丝大于3旦尼尔。
下层是一种气流成网材料，该材料以90％重量百分比的浆粕和10％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约75克/平方米，密度为约0.08克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为KoSaInc.of Charotte，North Carolina制造的255型。
例7(比较例)此单层织物由一种气流成网材料制造，该材料以90％重量百分比的浆粕和10％重量百分比的粘合纤维制成，其基重为约250克/平方米，密度为约0.14克/毫升。浆粕为Weyerhaeuser制造的NB-416，粘合纤维为KoSa Inc.of Charotte，North Carolina制造的255型。
在所有的具有多个纤维层的实例中，各纤维层都按所描述的次序用热空气穿透法粘合在一起。各个实例中的材料都按喷涌/分布性能测试方法进行了测试，测试结果如下表所示。
表1
由表中数据可见，本发明的复合构造能够快速地吸收喷涌的袭击液流，特别是将本发明复合构造的渗透时间与用作对照例的例7的渗透时间进行对比后更能看到这一点。个人护理用品的可接受的渗透时间应当小于40秒。分布比率数据表明，本发明复合构造中由于所包含的定向表面纤维的材料使流体沿着其长度方向迁移的性能非常好，结果使得所有这些复合构造所测得的分布比率都在0.06以上。这个分布比率值再加上渗透时间小于40秒，使得产品具有超常的性能。
虽然以上仅详细描述了本发明的少数几个示范性的实施例，本专业的技术人员都知道有可能对这些示范性实施例作出许多修改而实质上不违背本发明的新颖技术和优点。因此，在下面的权利要求书中拟确定本发明的范围，该范围将把所述修改包括在内。在中，拟从装置和功能两方面来函盖这里所描述的构造，这不但包括该构造的等效物，还包括其等效构造。尽管一个钉子和一个螺丝不是构造上的等效物，因为在紧固木制零件时钉子提供的是一个圆柱表面而螺丝提供的是一个螺旋表面，但对紧固木制零件这一条件而言，钉子和螺丝二者可能是等效的构造。
权利要求
1.一种用于个人护理用品的流体处理材料，该材料包括一种织物，该织物根据喷涌/分布性能试验方法测得的对于仿真月经的分布比率至少为约0.06。
2.如权利要求1的材料，其特征在于，所述织物的渗透时间小于40秒。
3.如权利要求1的材料，其特征在于，所述织物具有至少2平方米的定向表面纤维表面积。
4.一种包括如权利要求3所述织物的个人护理用品。
5.如权利要求4的个人护理用品，其特征在于，所述定向表面纤维基本上是排成一行的。
6.如权利要求4的个人护理用品，其特征在于，所述定向表面纤维排列在至少一个区域中，所述区域的宽度最多不过20毫米，基重至少50克/平方米。
7.一种包括如权利要求6所述织物的妇女卫生衬垫。
8.如权利要求1的流体处理材料，其特征在于，该材料还包括一个纤维吸收层。
9.如权利要求8的个人护理用品，其特征在于，该护理用品还包括一个第二纤维层，该第二纤维层位于所述吸收层的相对侧，并且该第二纤维层的密度高于所述吸收层。
10.如权利要求9的个人护理用品，其特征在于，所述第二纤维层是经过压纹的。
11.如权利要求9的个人护理用品，其特征在于，所述第二纤维层是压有正弦波图形的。
12.如权利要求11的个人护理用品，其特征在于，所述各层用粘合剂连接在一起。
13.如权利要求9的流体处理材料，其特征在于，至少有一层是用选自下列组的方法制造的，该方法包括纺粘法、熔喷法、协同形成法、粘合梳理成网法、气流成网法、以及湿法成网法。
14.包括如权利要求9所述材料的个人护理用品，其特征在于，至少有一层是用选自下列组的材料制造的，该组包括纤维素纤维、合成纤维、及其混合物。
15.一种层压制品，该层压制品包括一个第一纤维层、一个中间层以及一个第二纤维层，所述第一纤维层的密度约为0.02到0.14克/毫升，所述中间层与所述第一纤维层相贴近并且液体相通，所述第二纤维层与所述中间层相贴近并且液体相通，所述中间层包括定向表面纤维材料，所述第二纤维层的密度大于所述第一纤维层的密度。
16.如权利要求15的层压制品，其特征在于，至少有一层是用选自下列组的方法制造的，该组包括纺粘法、熔喷法、协同形成法、粘合梳理成网法、气流成网法、以及湿法成网法。
17.如权利要求15的层压制品，其特征在于，所述中间层的纤维是基本上排成一行的。
18.如权利要求15的层压制品，其特征在于，所述中间层的纤维是非圆形的。
19.如权利要求15的层压制品，其特征在于，该层压制品还包括超级吸湿剂。
20.如权利要求15的层压制品，其特征在于，该层压制品还包括共轭纤维。
21.如权利要求15的层压制品，其特征在于，所述中间层包括超吸湿纤维。
22.一种包括如权利要求15所述层压制品的个人护理用品。
23.一种妇女卫生用品，该用品包括一个第一纤维层，该第一纤维层的密度约为0.02到0.14克/毫升；以及一个中间层，该中间层与所述第一纤维层相贴近并且液体相通，该中间层在至少一个宽至20毫米的区域中包括表面积至少为2平方米的定向表面纤维，该定向表面纤维是基本对齐的、亲水的、非圆形的，该中间层的基重为约50克/平方米；以及一个第二纤维层，该第二纤维层与所述中间层相贴近并且液体相通，该第二纤维层的密度大于所述第一纤维层；其中所述用品的渗透时间小于40秒，所述用品根据喷涌/分布性能试验方法测得的对于仿真月经的分布比率至少为约0.06。
全文摘要
本发明提供了一种用于个人护理用品的流体处理材料。按照这里所教导的喷涌/分布性能测试方法,该材料对仿真月经的分布比率至少为约0.06。该流体处理材料优选地成为吸湿材料系统的一部分,该吸湿材料系统具有一个第一纤维层、一个贴近第一层的具有亲水的定向表面纤维的中间层、以及一个贴近中间层的第二纤维层。在一个个人护理用品构造中,定向表面纤维使该用品的分布比率至少为约0.06。这里,分布比率是用品两端区域质量平均值与其中心区域质量的比值。
文档编号D04H1/04GK1335759SQ99814659
公开日2002年2月13日 申请日期1999年12月20日 优先权日1998年12月18日
发明者M·G·拉蒂梅, G·M·勒科维茨, D·M·马特拉, J·M·威利斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司