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CN106456391A - 用于向颗粒印刷过程供应颗粒材料的方法和设备 - Google Patents

用于向颗粒印刷过程供应颗粒材料的方法和设备 Download PDF

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CN106456391A
CN106456391A CN201580032574.XA CN201580032574A CN106456391A CN 106456391 A CN106456391 A CN 106456391A CN 201580032574 A CN201580032574 A CN 201580032574A CN 106456391 A CN106456391 A CN 106456391A
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M·里克特
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Abstract

本发明涉及用于以预定图案将颗粒材料沉积到移动表面上的方法，包括以下步骤：在重力下将颗粒材料从料斗喂料至包含喂料开口的排放区；将处于压力下的气体供应至料斗排放区内的批量颗粒材料；将颗粒材料通过喂料开口传送至传送装置的表面，其中传送装置的外表面包含颗粒接收凹槽的图案；将传送装置旋转至沉积区以及将颗粒材料传送至载体层。本发明还涉及如下设备，包括：包括排放区的料斗，排放区包括喂料开口，并且其中排放区还包括气体供应组件以将处于压力下的气体供应到排放区内的颗粒材料中；邻近喂料开口的传送装置，其中传送装置的外表面包含颗粒接收凹槽的图案。

Description

用于向颗粒印刷过程供应颗粒材料的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于向颗粒印刷过程供应颗粒材料的方法和设备，尤其是以高工艺速度供应颗粒材料的方法和设备。本发明尤其适用于如下方法和设备，所述方法和设备用于铺设预定图案的超吸收颗粒以便形成适用于吸收制品例如尿布、婴儿训练裤、失禁制品、女性卫生制品、卫生巾的吸收芯。
背景技术
包括颗粒材料的复合结构是本领域熟知的。复合结构通常包括用于吸收制品的吸收芯，所述吸收芯具有在润湿时被固定的吸收颗粒材料。吸收芯包括带有吸收材料诸如吸收性聚合物材料的基底层。
公布于1989年9月5日的US 4,863,076公开了用于以受控流速将颗粒材料从充气料斗喂料到工艺物流中的设备和方法。虽然颗粒材料的流速是受控的，但该方法不能够将异形分布的颗粒材料递送到所述工艺的后续阶段中。
2006年2月1日公布的EP-A-1 621 165公开了用于制备吸收结构的方法。该方法包括以下步骤：通过传送装置预计量出一定量的颗粒材料，所述传送装置在表面上具有凹槽，所述凹槽在数目、尺寸和位置上确定被传送装置采用的颗粒材料的图案；在加载位置和会合位置之间移动传送装置；以及在会合位置处将颗粒材料驱逐到载体层上，使得异形分布的颗粒材料被保持在载体层上。然而，在不断增大的工艺速度下，可靠且一致地将颗粒材料从料斗传送到传送装置的凹槽中就变得很困难了。在这种情况下，每次当凹槽在料斗下方被填充时，它们可能不能被一致地填充至相同的水平，因而载体层上的异形分布的精确性和再现性可能受到损害。
仍然需要用以精确且可再现地将异形分布的颗粒材料，尤其是吸收颗粒材料提供至载体层的方法和设备，甚至在高速过程中也是如此。
发明内容
本发明涉及用于以预定图案将颗粒材料沉积到移动表面的方法，所述方法包括以下步骤：
在重力下将颗粒材料从料斗喂料至包含喂料开口的排放区；
将处于压力下的气体供应至料斗排放区内的批量颗粒材料；
将颗粒材料通过喂料开口传送至传送装置的表面，其中传送装置的外表面包含颗粒接收凹槽的图案；
将传送装置旋转至沉积区以及将颗粒材料传送至载体层。
本发明还涉及如下设备，所述设备包括：
包括排放区的料斗，排放区包括喂料开口，并且其中排放区还包括气体供应组件以将处于压力下的气体供应到排放区内的颗粒材料中；
邻近喂料开口的传送装置，其中传送装置的外表面包含颗粒接收凹槽的图案。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施方案；
图2为图1的实施方案的示意图，示出了附加细节。
具体实施方式
本发明提供了颗粒材料的异形分布，其为精确的且可再现的，甚至在高工艺速度下也是如此。
下文参照附图说明本发明的优选的实施方案。
图1示出了填充有批量颗粒材料(12)的料斗(10)。料斗(10)具有上侧上的供应开口(14)和底部处的递送开口(16)。料斗形成本上下文中所称的“批量”的一个实施方案。
印刷辊(18)以如下方式进入到料斗(10)中的开口(16)中，所述方式使得围绕开口(16)的料斗的底部紧密地沿循辊(18)的轮廓，因而防止发生颗粒材料的非预期损耗。
印刷辊(18)在其表面上设置有孔或凹槽(22)，所述孔或凹槽从料斗(10)中的批量颗粒(12)的排放区(20)填充有颗粒材料(12)，其间辊(18)的表面穿过料斗(10)内的颗粒材料(12)。选择凹槽(22)的数目、尺寸和位置，使得凹槽的体积和图案对应于旨在被印刷辊接收并且旨在被传送至载体层的颗粒材料的预期图案和分布特征，如下所述。
印刷辊(18)形成根据本发明的传送装置的一个实施方案。另一个实施方案可例如由如下带形成，所述带在其表面中具有用于接收颗粒材料的凹槽。将颗粒材料传送至载体层的另选方法可包括例如空气辅助传送、通过离心力或电荷进行的传送。然而，可旋转的印刷辊为一个优选的实施方案，如下文所更详述。
当传送辊(18)上的凹槽(22)中的一者或多者处于该加载位置时，颗粒材料被印刷辊(18)的凹槽(22)获取。吸收材料在从料斗(10)至被称为沉积区的位置的路途中被保持在这些凹槽中，其中在图1中沿逆时针方向旋转的印刷辊(18)处于紧邻载体层(24)的表面的位置。载体层(24)被旋转的支撑辊(25)支撑。
载体层为例如幅材材料，吸收材料从印刷辊被沉积或铺设(通过重力)到所述幅材材料上。为了将吸收材料保持在载体层(24)上，施加胶，优选地在沉积区的上游在印刷辊(18)和载体层(24)之间槽式涂布或喷涂到载体层(24)上，所述上游位置用附图标号(26)命名。由于所述胶在该上游位置(26)中被施加到载体层(24)上，因此颗粒材料被保持在载体层(24)上。用于将吸收材料保持在载体层(24)上的特别优选的胶为通过喷嘴施加的热熔性粘合剂材料，诸如可从Nordson Company(Dawsonville，Georgia，USA)商购获得。
优选的是，支撑辊(25)(其可另选地也由移动带提供)也将吸收材料保持到载体上，尤其是通过使用压差(真空)穿过形成支撑辊(25)的圆柱形表面的筛网来保持。在传送位置下游的介于印刷辊(18)和载体层(24)之间的另一个位置中，所述位置被命名为(28)，任选地将胶喷涂到载体层(24)上的颗粒材料上。在一个优选的实施方案中，所述胶为微丝胶，类似于纤维那样进入颗粒材料的颗粒之间以将整个沉积物保持在一起。在一个实施方案中，也有可能将承载胶的覆盖层施加到颗粒材料上。
可有利地将如下材料用于圆柱形支撑辊表面，所述材料具有较低的或不具有累积残余粘合剂的趋势。这可通过表面的形貌表面改性(例如在纳米尺度上)、通过陶瓷涂层、或通过两者的组合来实现，例如TeflonTM涂覆的表面，或者如果替代支撑辊而使用带的话，利用硅橡胶材料。尤其是在载体层(24)暴露于支撑辊的内侧上的真空的情况下，支撑辊的表面可由硅橡胶筛网(优选地金属强化的)制成。
根据本发明，将气体在压力下供应至料斗排放区内的批量颗粒材料。所述气体协助对凹槽的填充。
图2示出了料斗(10)和印刷辊(18)的放大视图。供应导管(50)将处于压力下的气体(52)供应至料斗排放区内的批量颗粒材料。气体将颗粒材料带至膨胀状态，因而改善料斗排放区中的粉末流动性。优选地，所述气体为空气，但可等同地使用其它气体。在本发明中，这被称为颗粒材料的空气辅助填充。
在一个优选的实施方案中，气体(52)在压力下被供应到料斗(10)内的批量颗粒材料中。在该上下文中，这意味着导管(50)例如管承载所述气体穿过料斗(10)的壁并进入到批量颗粒材料中，并且气体(52)通过合适的孔例如定位在批量颗粒材料内的喷嘴离开导管(50)。
不受理论的约束，据信颗粒材料的喂料速率沿纵向(即沿在开口(16)处与印刷辊(18)的旋转相切的方向)在开口(16)的宽度上是变化的。在横跨所述开口的宽度的一些区域中，颗粒材料的流速可被减小至非常低的速率，或甚至被减小至零(“停滞”)。这可导致不精确且不一致的对印刷辊(18)中凹槽的填充，尤其是在高工艺速度下。据信空气辅助填充气体(52)的引入改善了粉末流动性，这继而就在开口(16)的宽度上导致颗粒材料的更均匀的流速。
存在一定的风险：填充所述凹槽的颗粒材料之外的附加颗粒材料在印刷辊(18)的表面和料斗底部的相邻边缘之间被带出料斗。刮擦装置(32)可设置在料斗底部的边缘处，如图2所示。
如本文所用，以下术语具有以下含义：
“吸收制品”是指吸收和容纳液体的装置，更具体地讲是指与穿着者的身体紧贴或邻近放置的、用于吸收和容纳由身体排放的多种渗出物的装置。吸收制品包括但不限于尿布、成人失禁贴身短内裤、训练裤、尿布固定器和衬里、卫生巾，等等。
“尿布”是指通常由幼儿和失禁者围绕下体穿着的吸收制品；
本文所用的“一次性的”用来描述一般不打算洗涤或换句话讲不打算恢复或重新使用的制品(即打算在单次使用后就丢弃它们，并且优选回收、堆肥处理、或换句话讲以环境相容的方式进行处理)。
“包括”(其动名词形式和动词单数形式)是一个无限制的术语，其指定其后所述例如一个组分的存在，但不排除本领域已知的或本文公开的其它零件、元件、步骤或组分。
优选地，载体层为幅材材料。术语“幅材材料”是指在一个方向即纵向尺寸、或长度、或相对于幅材材料的笛卡尔坐标系的x方向上基本无端的材料。包含于这个术语中的是由基本无端的材料切成的或换句话讲分离的基本无限制的片序列。通常，尽管不一定，幅材材料将具有明显小于纵向尺寸(即在x方向上)的厚度尺寸(即z方向)。通常，幅材材料的宽度(y方向)将明显大于厚度但小于长度。通常，尽管不一定，此类材料的厚度和宽度基本上沿着纤维网的长度保持不变。并非用来进行任何限制，此类幅材材料可为纤维素纤维材料、薄纸、织造或非织造材料等等。通常，尽管不一定，幅材材料以卷形式、或在卷轴上、或在箱中以折叠状态进行供应。分开递送然后被拼接到一起以形成基本无端的结构。幅材材料可由几种幅材材料例如多层非织造材料、涂敷薄纸、非织造材料/薄膜层压材料组成。幅材材料可包括其它材料，例如添加的粘合材料、颗粒、亲水剂等等。
在本发明中，颗粒材料优选地包括吸收胶凝材料。术语“吸收胶凝材料”或“AGM”、“超吸收材料”或“SAM”、“超吸收剂”、“吸收性聚合物材料”在本文中互换使用，并且是指能够吸收如使用“离心保留容量”测试(Edana 441.2-02)测量的至少10倍(且通常至少15倍，或至少20倍)于它们自身重量的含水的0.9％盐水溶液的聚合物材料，即具有至少10g/g，且通常至少15g/g或至少20g/g的离心保留容量。吸收胶凝材料可与其它组分诸如纸浆纤维或“绒毛”共混，但优选地吸收胶凝材料在本发明的方法中通过料斗单独喂料。
根据本发明的一个实施方案，颗粒材料(12)可通过真空保持在凹槽(22)中，所述真空施加到传送装置(18)的内侧，与凹槽(22)的(底部)中的抽吸孔相结合，从而对颗粒材料施加真空抽吸。真空优选地刚好在沉积区之前或在所述沉积区处被释放，例如在其中传送装置(18)与载体层(24)相邻的点处。真空(60)可为任何真空压力，例如至少4kPa，优选地至少10kPa，或甚至至少20kPa。预见到实际的上限为25kPa的真空，但并不排除超过该值的真空。
真空(60)可通过在传送装置(18)中(例如在其内部)提供多个真空室来提供，其中真空可取决于其在所述过程中的位置而被施加或释放(连接或断开)，例如当真空室到达沉积区时，真空可被断开因而颗粒材料(12)可从传送装置(18)流至载体层(24)，而当所述室到达会合点(其中颗粒材料(12)从喂料机(10)流至凹槽(22))时，真空被施加(连接)。
理想的是，气体输入的速率与由所述真空通过印刷辊进行的气体抽出的速率大致平衡。
可靠近沉积区或在所述沉积区处向颗粒材料(12)施加附加空气压力，从而确保所述材料从贮存器(22)流至载体层(24)。
在本发明的另一个实施方案中，采用三维板以在颗粒材料(12)被传送期间将颗粒材料(12)保持在凹槽(22)内。所述板被定位成邻近喂料机(10)，位于所述会合点/区域的下游，并且被定位成邻近且靠近传送装置(18)。因此，喂料机(10)沿工艺方向，例如沿传送装置(18)的移动方向(即纵向)被定位在所述板之前。因此，应当理解，颗粒材料(12)的至少一部分在接触所述板的第一表面区域之前接触传送装置(18)的表面。
所述三维板的更多细节公开于EP-A-2 329 803中，其公布于2011年7月8日，并且以引用方式并入本文。
特别优选的是，在单一方法/设备中组合上述实施方案，即真空实施方案和三维板实施方案。
在本发明的一个实施方案中，料斗(10)被振动，例如通过连接到料斗(10)的壁的电磁振动器来实现。在一些情况下，尤其是在较高的工艺速度下，料斗(10)的振动进一步帮助改善对凹槽的填充。优选地，振动频率为10Hz至500Hz，更优选地30Hz至70Hz，并且最优选地约50Hz。
在另一个实施方案中，批量颗粒材料可由内部振动器振动。
工艺速度可便利地通过参考载体层(24)的线速度来限定。请注意，载体层(24)的线速度大致对应于印刷辊(18)的切向速度，因为印刷辊(18)和载体层(24)在沉积区处大致但未必精确地匹配速度。优选地，载体层(24)的线速度为至少4.5m/s，或至少6m/s，或至少8m/s，或至少10m/s。此类工艺速度允许以至少1000个部件/分钟，或至少1200个部件/分钟，或至少1400个部件/分钟或更高的速率来制造吸收制品或它们的部件。
在试验中，在采用和不采用空气辅助填充的情况下运行图1和2所示且上文所述的方法。这些试验是以1400个部件/分钟的工艺速度和印刷辊内的20kPa的真空进行的。在不使用任何空气辅助填充的情况下，每个吸收制品的AGM的平均加载量为6.5克。在采用空气辅助填充的情况下，每个吸收制品的AGM的平均加载量为8克。

Claims (15)

1.一种用于以预定图案将颗粒材料(12)沉积到载体层(24)上的方法，包括以下步骤：
在重力下将所述颗粒材料(12)从料斗(10)喂料至排放区(20)，所述排放区包含喂料开口(16)；
将处于压力下的气体(52)供应至所述料斗排放区(20)内的所述批量颗粒材料(12)；
将所述颗粒材料(12)通过所述喂料开口(16)传送至传送装置(18)的表面，其中所述传送装置(18)的外表面包含颗粒接收凹槽(22)的图案；
将所述传送装置(18)旋转至沉积区以及将所述颗粒材料(12)传送至载体层(24)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述处于压力下的气体(52)被供应到所述料斗排放区(20)内的所述批量颗粒材料(12)中。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述处于压力下的气体(52)为空气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括通过真空将所述颗粒材料(12)保持在所述颗粒接收凹槽(22)内的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述真空介于4kPa和25kPa之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括通过板将所述颗粒材料(12)保持在所述颗粒接收凹槽(22)内的步骤，所述板邻近且靠近所述传送装置(18)的表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括以10Hz至500Hz，优选地30Hz至70Hz的频率振动所述料斗(10)的步骤。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述颗粒材料(12)为吸收胶凝材料。
9.一种设备，包括：
包括排放区(20)的料斗(10)，所述排放区(20)包括喂料开口(16)，并且其中所述排放区(20)还包括气体供应组件(50)以将处于压力下的气体(52)供应到所述排放区(20)内的批量颗粒材料(12)中；
传送装置(18)，所述传送装置邻近所述喂料开口(16)，其中所述传送装置(18)的外表面包含颗粒接收凹槽(22)的图案。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述气体供应组件(50)包括所述料斗排放区(20)内的导管以将处于压力下的气体供应到其中的所述批量颗粒材料(12)内。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的设备，其中所述处于压力下的气体(52)为空气。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，还包括通向所述颗粒接收凹槽(22)的真空源以将所述颗粒材料(12)保持在其中。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的设备，还包括板，所述板邻近且靠近所述传送装置(18)的表面以将所述颗粒材料(12)保持在所述传送装置(18)的所述颗粒接收凹槽(22)内。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的设备，还包括振动器。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述振动器包括电磁振动器，所述电磁振动器连接到所述料斗(10)的壁以振动所述料斗。
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