DE69502413T2

DE69502413T2 - Verfahren zur Herstellung eines Absorptions-Verbundstoffes

Info

Publication number: DE69502413T2
Application number: DE69502413T
Authority: DE
Inventors: Ching-Yun M. Princeton Junction Nj 08550 Yang
Original assignee: McNeil PPC Inc
Current assignee: Kenvue Brands LLC
Priority date: 1994-01-03
Filing date: 1995-01-02
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2015-01-03
Also published as: CA2139382A1; EP0666350B1; EP0666350A1; JPH08224815A; BR9500002A; US5641441A; DK0666350T3; ES2115987T3; US5589117A; CA2139382C; US5525407A; SI0666350T1; DE69502413D1; ATE166116T1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Absorptions-Verbundstoffes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Hintergrund der Erfindung

Man bemüht sich, Absorptionsprodukte wie Windeln, Damenbinden, Wundverbände, Bandagen, Inkontinenzeinlagen oder dergl., die Körperflüssigkeiten absorbieren, dieselbe gut ohne Leckage aufnehmen, zu verbessern und Hautfeuchtigkeit zu minimieren, die zur Irritation führen kann. Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß solche Absorptionsprodukte weich sind und sich einfach an Körperkonturen anpassen.
Viele bisherige Absorptionsprodukte, insbesondere, Windeln und Damenbinden, enthalten eine Absorptionswattenlage, umfassend Gewebeeinlagen oder Lagen aus Papiergewebe, angeordnet zwischen einer impermeablen Trägerlage und einer feuchtigkeitspermeablen, zum Körper weisenden Lage. Die Gewebeeinlage war nicht besonders erwünscht, da ihr eine hohe Absorptionsfähigkeit fehlte und sie dem Produkt eine Steifheit verlieh.
Eine Gewebeeinlage wurde durch eine Lage aus individualisierten, aufgelockerten Zellstoffasern, im allgemeinen gleichmäßig über die Wattelage verteilt, ersetzt, wie in U. S. Patent Nummer 2,788,003 offenbart. Die aufgelockerten Zellstoffasern liefern ein weiches, hochaufgehendes, komfortables Produkt mit einer Absorptionskapazität und Aufnahmefähigkeit, die diejenige von Gewebezellstoffwatte übertrifft. Jedoch bleibt die Effizienz, mit der die Kapazität verwendet wird, schlecht, obwohl aufgelockerte Zellstoffasern die Flüssigkeitskapazität von Absorptionsbauschen erhöhen. Dies kommt daher, daß gleichmäßig verteilter Zellstoff nicht effektiv Flüssigkeit von Bereichen mit lokalisierter Konzentration wegtransportiert. Körperflüssigkeiten werden im allgemeinen in einem lokalisierten Bereich an oder nahe dem Abgabepunkt angeschieden und werden einem Weg des geringsten Widerstands folgen, der normalerweise zur nächsten Kante der Wattelage ist, wo Flüssigkeit nicht länger gehalten wird. Dies ist insbesondere dann wahr, wenn das Absorptionsprodukt eine impermeable Tragelage hat, da dann der einzige Weg zum Entwei chen der Flüssigkeit über die Kanten verläuft. Somit tragen die ineffiziente Feuchtigkeitsleitungsleistungen einer uniform verteilten Zellstofflage zu einer Anfälligkeit des Produkts für Leckagen bei.
Die Erkenntnis, daß verdichteter Zellstoff fähig ist, Flüssigkeit effektiv zu transportieren, trieb die Entwicklung von mehrschichtigen Absorptionsprodukten an, bei denen die verschiedenen Lagen des Produkts verschiedene Dichten aufweisen. Siehe Burgeni und Kapur, "Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses", Test Res. J. 37 (5): 356(1976). Beim Herstellen solch eines Produkts können die verschiedenen Schichten separat hergestellt werden, beispielsweise, durch Kompression, und dann zu einer Struktur mit einem Kapillaritätsgradienten verbunden werden. Eine traditionelle Schichtstruktur, bei der ein hochdichter Baumwollkern innerhalb einer losen Baumwollfaser niedriger Dichte eingewickelt ist, ist in U. S. Patent Nr. 3,771,525 offenbart. Eine andere Schichtstruktur ist in U. S. Patent Nr. 3,017,304 gezeigt, die ein Absorptionsprodukt offenbart, das eine verdichtete, papierartige Schicht enthält. Die papierartige Schicht wirkt wie ein Saugmittel, so daß auf diese Schicht aufgebrachte Flüssigkeit dazu neigt, sich schnell entlang der ebenen Linie der Schicht zu bewegen. Das Papierlagenkonzept wurde verwendet, um die Absorptionseffizienz der aufgelockerten Zellstoffasern zu verbessern.
Wie dem Durchschnittsfachmann gut bekannt ist, hat ein Konzept des Kombinierens einer Saugwirkungsschicht mit aufgelockerten Zellstoffasern große Akzeptanz in vielen Absorptionsprodukten gewonnen. Eine Windel, die diese papierartige Schicht enthält, kombiniert mit aufgelockerten Zellstoffen, ist, beispielsweise, in U. S. Patent Nr. 3,612,055 offenbart. Dieser Windelaufbau ist so beschrieben, daß er Feuchtigkeit von der Haut eines kleinen Kindes weghält, während gleichzeitig ein komplettes Entleerungsvolumen an Urin gehandhabt wird. Die Windel ist eine vielschichtige Windel, umfassend eine faserartige Außenschicht in Form einer homogenen Mischung aus kurzen und langen Fasern, die in Kontakt mit der Haut eines kleinen Kindes gebracht wird, eine Lage aus hochporöser, lose verdichteter zellulosischer Watte, eine papierartige verdichtete, hochkompakte zellulosische Faserlage, integral mit der lose verdichteten Watte und einer undurchlässigen Stützschicht, anhaftend an der verdichteten Schicht über die Schnittfläche mit der verdichteten Schicht.
Ein Verfahren zum Herstellen eines selbsttragenden Absorptionsgewebes ist in U. S. Patent Nr. 4,134,948 offenbart. Dieses Verfahren liefert ein Absorptionsgewebe, umfassend eine im Luftstrom aufgebrachte, stochastisch angeordnete, vermischte, zellulosische, faserartige Wattelage, aufweisend eine Vielzahl von hochspeichernden, lose verdichteten Bereichen, voneinander getrennt durch hochkomprimierte Bereiche. Die komprimierten Bereiche sind durch Befeuchten der Wattelage, Prägen der Wattelage zum Bereitstellen eines Musters in der Oberfläche und Aufbringen eines Klebematerials an die mit einem Muster versehenen Oberfläche ausgebildet. Das Klebemittel dringt durch die komprimierten Bereiche ein, um ein geklebtes Fasernetzwerk zu bilden, und dringt zum Teil durch die hochspeichernden Absorptionsbereiche. Die hochkomprimierten Bereiche haben hohe Kapillaritätskräfte, die beim Übertragen von Flüssigkeiten entlang der Faserstruktur helfen, und das nichtverklebte Innere der hochspeichernden Bereiche liefert Hochkapazitätsbereiche zum Speichern von Flüssigkeiten.
Nachteiligerweise tun die oben diskutierten aufgelockerten Zellstoffaserprodukte wenig zum Minimieren einer möglicherweise reizenden Hautfeuchtigkeit. U. S. Patent Nr. 3,768,480 offenbart ein Absorptionsprodukt, bei dem die Außenschicht einen Benetzbarkeitsgradienten aufweist, der graduell innerhalb der Außenschicht ansteigt, um einen Fluß an Flüssigkeit durch die Außenschicht und in die Wattelage zu fördern, wodurch eine relativ trockene Oberfläche in Kontakt mit der Haut bereitgestellt wird. Der Benetzbarkeitsgradient wird durch graduelles Herabsetzen des Anteils an langen Fasern und Anheben des Niveaus an kurzen Fasern in einer Mischung erreicht, wobei die größte Konzentration an langen Fasern benachbart zu der äußeren Fläche der Außenschicht liegt, und die Konzentration an kurzen zellulosischen Fasern graduell von der äußeren Fläche zu der inneren Fläche, benachbart zu der Wattelage, ansteigt.
Obwohl die oben beschriebenen Produkte in viel größerem Umfang die Kapazität der Absorptionswattelage nutzen, nimmt keines davon komplett die absorbierte Flüssigkeit auf. Es ist wahrscheinlich, daß diese Produkte lecken werden, bevor die volle Kapazität der Wattelage zur Absorption verwendet wird. Obwohl die vor kurzen eingeführten Windeln mit elastischen Beinen oder Streckwindeln, wie diejenigen, die in U. S. Patenten Nr. 3,860,003, 4,050,462 und 4,324,245 offenbart sind, ein Einschließen von Flüssigkeit verbessern, kann der elastisch gemachte Bereich selbst irritierend für die Haut sein. Ferner ist eine geringere Luftzirkulation möglich, was auch eine Reizung erhöht, da die Produkte fester sitzen.
Das Hinzufügen von Superabsorptionsmitteln in die Speicherzone des Produkts verbessert ferner die Funktion des Absorptionsprodukts. Superabsorptionsmaterialien sind Materialien, die ein Vielfaches ihres Gewichts an Flüssigkeit absorbieren werden. U. S. Patent Nr. 4,540,454 offenbart ein relativ dünnes Absorptionsprodukt, das Superabsorptionsmittel verwendet. Das Produkt umfaßt eine Sauglage und eine Absorptionslage, übereinander angeordnet, beispielsweise, durch Luftschichtaufbringung. Die Absorptionslage ist ein hochdichtes, elastisches, faserartiges Gewebe, bestehend aus stochastisch abgelegten, reibungsverwirrte Fasern, führend zu einem Gewebe mit einer Trockenvolumenregeneration von zumindest sechzig Prozent, einen anfangs trockenen Volumen von zumindest 20 cc/gm und einem Gewicht von weniger als ungefähr 2 oz/yd. Das faserartige Gewebe, wird zum räumlichen Verteilen von Superabsorptionsmaterial verwendet, so daß nach Behandeln mit einem wäßrigen Material, ein Aufschwellen mit minimaler Interferenz mit benachbartem Superabsorptionsmaterial stattfindet. Die Sauglage ist eine hochdichte Transportstruktur, hergestellt aus Partikeln, wie Zellulosefasern und/oder Ried. Die Lagen werden bei einem Druck komprimiert, der geeignet zum Kollabieren der kompletten Struktur ist, um einen innigen Kontakt zwischen zwei Lagen und eine Struktur zu liefern, die die Hälfte der ursprünglichen Dicke aufweist.
Es ist gut bekannt, daß Absorptionsmaterialien mit niedriger Dichte eine große Flüssigkeitseinschließungsfähigkeit, jedoch eine geringe Flüssigkeitsübertragungsfähigkeit aufweisen, während Absorptionsmaterialien mit hoher Dichte, eine hohe Flüssigkeitsübertragungsfähigkeit, jedoch eine schlechte Flüssigkeitseinschließungsfähigkeit aufweisen. Es ist ferner gut bekannt, daß ein Fluß und eine Diffusion in Kapillarsystemen in der Richtung von großen Kapillaren (Bereiche mit Absorptionsmaterialien niedriger Dichte) zu kleinen Kapillaren (Bereiche mit Absorptionsmaterialien hoher Dichte) stattfindet. Bei Versuchen, ein Gleichgewicht zwischen Flüssigkeitseinschließungs- und Flüssigkeitsübertragungseigenschaften zu erhalten und die Verwendung von Absorptionsmaterialien zu maximieren, haben bekannte Absorptionsstrukten verschiedene Lagen mit gegenseitig unterschiedlichen Dichten aufgenommen.
U. S. Patent Nr. 4,818,315 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Faserabsorptionskörpers mit einem kontinuierlichen Dichtegradienten. Bei diesem Verfahren werden Absorptionsfasern und ein thermoplastisches Bindemittel in eine homogene Mischung in der Form eines nichtverdichteten Gewebes ausgebildet. Das Gewebe wird auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts einer Bindefaser erhitzt, um das Bindemittel zu aktivieren und dadurch die Absorptionsfasern miteinander zu verbinden. Das Gewebe wird dann auf eine Temperatur unterhalb der Bindetemperatur des Bindemittels abgekühlt und anschließend zwischen zwei Walzen komprimiert. Eine der beiden Walzen befindet sich auf einer Temperatur unterhalb der Bindetemperatur des Bindemittels, und die andere der beiden Walze befindet sich auf einer Temperatur oberhalb der Temperatur des Bindemittels. Der erwünschte Effekt ist, daß eine Verbindung in einer Richtung weg von der gegenüberliegenden Seite des Gewebes abnimmt, um einen kontinuierlichen Dichtegradienten in dem Gewebe nach seinem Durchgang zwischen den beiden Walzen herzustellen.
WO 92/07985 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Gewirrs aus zellulosischen Fasern und synthetischen Fasern sowie ein dadurch ausgebildetes Gewirr. Das Verfahren enthält die Schritte eines Herstellens von Zellulosefasern aus einem zellulosischen Material in einem Faserhersteller, einem volumetrischen Dosieren einer abgemessenen Menge an synthetischen Fasern und eines Injizierens der abgemessenen Menge an synthetischen Fasern in die zellulosischen Fasern. Die zellulosischen Fasern werden mit der abgemessenen Menge an synthetischen Fasern in einer Mischkammer vermischt, um eine Fasermischung zu bilden. Die Fasermischung wird über einen Faserverteiler verteilt, der Öffnungen einer zuvor ausgewählten Größ und Form aufweist, um eine verteilte Fasermischung zu liefern. Ein dritter Typ von Fasern kann auch mit der verteilten Fasermischung vermischt werden. Die verteilte Fasermischung wird als ein Gewirr auf einem Faserkollektor gesammelt, um ein Gewirr aus vermischten zellulosischen und synthetischen Fasern zu liefern. Das Gewirr kann thermogebunden werden durch einen Thermobonder und zwischen einer äußeren Lage und einer Stützlage eingebettet werden. Durch Variieren der Öffnungsauswahl sowie der Größe und des Typs der Fasern wird ein verbundenes Gewirr mit erwünschten Gewirrcharakteristiken hergestellt.
Eine kürzliche Untersuchung ist auf das Bereitstellen eines dünnen Absorptionsprodukts gerichtet worden, das effektiv Flüssigkeit von der dem Körper zugewandten Lage wegtransportiert und seine Speicherfähigkeit effizient nutzt. Trotz des Aufkommens vieler neuer dünner Absorptionsprodukte und Verfahren zum Herstellen derselben fahren gegenwärtig erhältliche Produkte damit fort, Probleme, wie Leckage, Verschmutzung, Hautbenetzung und Reizung aufzuweisen. Demgemäß besteht eine Nachfrage nach verbesserten Absorptionsstrukturen, die effektiv Flüssigkeit weg von der dem Körper zugewandten Lage transportieren und Speicherkapazität effektiv nutzen.

Zusammenfassung der Erfindung

Durch diese Erfindung wird ein vielschichtiger Absorptions-Verbundstoff mit zumindest drei integrierten Bereichen geliefert, wobei jeder Bereich einen bestimmten Dichte- und Flüssigkeitsaffinitätsgradienten aufweist, die Dichte und Flüssigkeitsaffinität des Verbundstoffes kontinuierlich von der Oberseite zu der Unterseite des Verbundstoffes anwächst, wodurch ein effektiver Flüssigkeitstransport und eine effektive Verwendung von Speicherkapazität erleichtert wird.
Ferner wird durch diese Erfindung ein mehrschichtiger Absorptionsaufbau geliefert, der einen mehrschichtigen Absorptions-Verbundstoff mit kontinuierlich ansteigendem Dichte- und Flüssigkeitsaffinitätsgradienten sowie einer Lage aus Superabsorptionsmittel und/oder einer Gewebelage umfaßt.
Verfahren zum Herstellen integrierter, mehrschichtiger Absorptions-Verbundstoffe und -Strukturen, bei denen die Verbundstoffe und Strukturen zumindest drei bestimmt Dichte- und Flüssigkeitsaffinitätsgradienten aufweisen und die Dichte und die Flüssigkeitsaffinität der Verbundstoffe und Strukturen kontinuierlich von der Oberseite zu der Unterseite anwächst, werden ebenfalls bereitgestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichungen

Fig. 1a stellt die Porengrößenverteilung in der Aufnahmelage dar, gemessen durch gravimetrische Absorptionstester (Gravimetric Absorbency Tester)
Fig. 1b ist ein Querschnitt der Aufnahmelage, gemessen durch den gravimetrischen Absorptionstester, wie in Fig. 1a dargestellt.
Fig. 2 stellt ein Faserband von einer transversalen Vliesbildmaschine und einem Ofen 10 zu einem Wassersprüher 20, einem SA-Puder- Sprüher 30, 20 und einem Satz von erhitzten Kalanderwalzen 40 dar.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Probe einer integrierten Absorptionsstruktur.
Fig. 4 demonstriert das Flußmuster einer SPTF3-Flüssigkeit in der Absorptionsstruktur.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Probe einer integrierten Absorptionsstruktur.
Fig. 6 zeigt zwei Proben des hier offenbarten Verbundstoffes, getestet mit 1,5 cm³ (1,5 cc) an SPTF3-Flüssigkeit. Die Proben auf der linken Seite waren ungestört, jedoch die Proben auf der rechten Seiten wurden sorgfältig getrennt in drei Lagen - Transfer-/ Aufnahme - und Sauglage.
Fig. 7a zeigt eine Vorderseite und
Fig. 7b die Rückseite von drei Absorptionseinlagen, getestet mit 5 cm³ (5 cc) an SPTF3-Flüssigkeit. Die auf der linken Seite gezeigte Einlage ist eine herkömmliche Einlage mit einer verdichteten Lage und einer nicht gewebten, aufnehmenden Lage, die· Einlage in der Mitte ist eine Probe des hier offenbarten Verbundstoffes ohne Superabsorptionsmittel, und die Einlage auf der rechten Seite ist der hier offenbarte Aufbau mit Superabsorptionsmittel.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Es gibt viele Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von nichtgewebten Strukturen oder Geweben, jedoch ist die transversale Vliesbildemaschine der neueste Stand der Technik.
Eine transversale Vliesbildemaschine kann eine integrierte Absorptionsstruktur herstellen, die Zellstoff und Fasern umfaßt. Detaillierte Beschreibungen von transversalen Vliesbildemaschinenvorrichtungen und verschiedener Verfahren zum Herstellen nicht gewebter Struktur oder Gewebe sind im Stand der Technik bekannt und, beispielsweise, in den U. S. Patenten 4,931,357, 4,927,685 und 4,921,659 offenbart, die alle hier durch Bezugnahme inkorporiert sind und gemeinsam auf die Firma, auf die die gegenwärtige Erfindung übertragen worden ist, übertragen worden sind. Eine andere Vorrichtung zum Herstellen dreidimensional geformter Verbundgewebe ist im U. S. Patent 5,076,774 offenbart. Eine weitere transversale Vliesbildemaschine ist im U. S. Patent 4,952,128 offenbart. Eine transversale Taschenherstellungsmaschine und ein Verfahren zur Verwendung derselben ist im U. S. Patent 4,915,897 offenbart. Trotz der zahlreichen erhältlichen Verfahren und Maschinen existiert bei den Maschinen des Stands der Technik ein signifikantes Problem dadurch, daß sie eine beschränkte Fähigkeit zur Handhabung von Superabsorptions- (SA)Puder oder -Fasern haben, die im allgemeinen für ein dünnes Absorptionsprodukt essentiell sind.
Eine Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung ist ein Verfahren, das eine Vliesherstellungsvorrichtung verwendet, um einen Absorptions-Verbundstoff herzustellen, der kontinuierliche Dichte- und Flüssigkeitsaffinitätsgradienten aufweist. Unter Verwendung einer Gewebeherstellungsmaschine enthält dieses Verfahren den Schritt des Anhebens der Menge an in die Gewebeherstellungsmaschine zugeführtem Vliesstoff relativ zu der Menge an in die Gewebeherstellungsmaschine zugeführter Faser, so daß der hergestellte Verbundstoff zumindest drei Lagen mit Inter- und Intralagen- Dichtegradienten aufweist. In solch einem Verbundstoff steigt die Zellstoffmenge relativ zu der Fasermenge kontinuierlich von der Oberseite zur Unterseite des Absorptions-Verbundstoffes an.
Während das hier offenbarte Verfahren nützlich in verschiedenen Vliesherstellungsmaschinerien ist, wird hier eine bevorzugte Ausführungsform im Detail zwecks Illustration beschrieben, die eine transversale Vliesbildemaschine verwendet. Die gegenwärtige detaillierte Offenbarung ist als Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung zu betrachten und nicht dazu gedacht, die Erfindung auf die dargestellte Ausführungsform zu beschränken.
Wie in den oben aufgelisteten Referenzen offenbart, ist eine transversale Vliesbildemaschine ein Vliesherstellungsgerät mit zwei Vorreißern, die Materialien in die Maschinerie einführen; ein Vorreißer führt Zellstoff zu, und der andere Vorreißer führt Faser zu. Ein starkes Vakuum zieht Material sequentiell von den Vorreißern auf ein Förderband. Die Seite der Struktur, die benachbart zu dem Förderband liegt, wird die Oberseite des Absorptions-Verbundstoffes.
Wie oben erwähnt, liefert eine Ausführungsform dieser Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Absorptions-Verbundstoffes, das eine transversale Vliesbildemaschine verwendet, um einen Schicht-Absorptions-Verbundstoff mit kontinuierlichen Dichtegradienten und Flüssigkeitsaffinitätsgradienten herzustellen. Solch ein Verbundstoff kann durch Variieren der relativen Menge an Zellstoffzuführung und Faserzuführung, eingeführt in die Vorreißer entlang der Länge jedes Vorreißers, hergestellt werden, so daß die Menge an Zell stoffzufuhr in den Zellstoffvorreißer längs des Zellstoffvorreißers ansteigt relativ zu der Menge an Faserzufuhr in den Faservorreißer längs des Faservorreißers. Die in die Vorreißer eingeführte Zellstoffmenge und Fasermenge wird variiert, so daß die Zellstoffmenge relativ zu der Fasermenge in zumindest drei Lagen des hergestellten Verbundstoffes unterschiedlich ist, und die Zellstoffmenge steigt relativ zu der Fasermenge kontinuierlich von der Oberseite zur Unterseite des Verbundstoffes an. Der Verbundstoff der gegenwärtigen Erfindung kann in eine Absorptionsstruktur durch Fixierung des Verbundstoffes in einem Ofen und dann Befeuchten des Verbundstoffes durch Besprühen mit Wasser auf seiner Oberfläche, vor dem Beschichten der Oberfläche mit Superabsorptionsmittel und/oder Aufbringen einer Gewebelage, inkorporiert werden. Der Absorptions-Verbundstoff wird dann mittels eines Satzes an erhitzen Kalandarwalzen mit einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Bindefasern kalandriert.
Die Verfahren der gegenwärtigen Erfindung verwirklichen daher nicht nur komplett die Einzigartigkeit der Technologie von transversalen Vliesbildemaschinen, sondern liefern auch weitere Verbesserungen durch Inkorporieren eines Superabsorptionsmittels, einer Wasserbesprühung und einer Verdichtung in das Herstellungssystem, um eine integrierte Absorptionsstruktur zu erzeugen, die erhöhte Dichte- und Benetzbarkeitsgradienten aufweist. Solch eine Absorptionsstruktur verteilt effektiv Körperflüssigkeiten und verwendet Speicherkapazität effizient.
Somit wird, bei einer bevorzugten Ausführungsform, in dem ersten Bereich längs der Vorreißer lediglich Faser in die Vorreißer eingeführt. Obwohl das Vakuum noch weiter eine signifikante Menge an Zellstoff in seine Matrix zieht, ist die Fasermenge relativ zu der Zellstoffmenge hoch. Die Menge an in den oberen Bereich gezogenem Zellstoff hat einen minimalen Einfluß auf die Furnierstabilität des Verbundstoffes, verbessert jedoch dramatisch die Furnierbenetzbarkeit. Diese Benetzbarkeit unterstützt einen Flüssigkeitsfluß durch diese obere Lage, wodurch eine relativ trockene Oberfläche bereitgestellt wird. Demgemäß kann dieser dünne, faserreiche, obere Bereich des Verbundstoffes als eine effektive in-situ Fläche sowie eine Transferlage dienen (dieser Bereich wird im Anschluß als die "Transferlage" bezeichnet). Die zu den Vorreißern zugeführte Zellstoffmenge relativ zu der Fasermenge wird längs der Vorreißer erhöht, so daß die Mitte des durch dieses Verfahren hergestellten Verbundstoffes einen dicken Zellstoff- und Faser-Bereich um faßt, der eine mittlere Flüssigkeitsaffinität und eine mittlere Regeneration aufweist (dieser Bereich wird im Anschluß als die "Aufnahmelage" bezeichnet). Fig. 1a illustriert die Porengrößenverteilung in einer Aufnahmelage einer Probe, gemessen durch einen gravimetrischen Absorptionstester (Gravimetric Absorbency Tester), und Fig. 1b ist ein Querschnitt durch die gemessene Aufnahmelage. Der Unterschied zwischen großen und kleinen Poren könnte mehr als das Achtfache betragen. Die Porengrößenreduktion zusammen mit dem Zellstoffgehaltanstieg von der Oberseite zu der Unterseite der Aufnahmelage führt Flüssigkeit in die Absorptionsstruktur hinein.
Die in die Vorreißer zugeführte Zellstoffmenge relativ zu der Fasermenge fährt damit fort, längs der Vorreißer angehoben zu werden, so daß in dem Endbereich der Vorreißer die in die Vorreißer zugeführte Zellstoffmenge hoch im Vergleich zu der Fasermenge ist. Als ein Resultat hat die Unterseite des Verbundstoffes, der durch dieses Verfahren hergestellt wird, einen hohen Zellstoffanteil relativ zu dem Faseranteil. Diese Unterseite, die einen verdichteten Zellstoff mit einer hohen Flüssigkeitsaffinität, gute Kapillaritätskräfte und minimale Regenerierung aufweist, rüstet den Verbundstoff mit guten Speicher- und Saugfähigkeiten aus (dieser Bereich wird im Anschluß als die "Sauglage" bezeichnet).
Die in die Vorreißer zugeführte Zellstoff- und Fasermenge kann eingestellt werden, um ein Verbundprodukt herzustellen, daß die folgenden vorgeschlagenen Bereiche an Durchschnittsdichte, Gewichtsverteilung und Faseranteil in jeder Lage aufweist:
Geeignete Fasern zur Verwendung in diesem Verfahren enthalten irgendeine fixierbare Faser mit einem Homopolymer oder Copolymer (Einkomponenten- oder Bikomponentenfaser), mit oder ohne einem Benetzungsmittel. Jede Mischung aus fixierbarer Faser mit synthetischen und natürlichen Fasern kann verwendet werden, beipielsweise, Polyethylen (PE), PE/PET Bico, PP, PET, Acrylfaser, Nylon, PE/PP Bico, Nylon/Nylon Bico, Rayon, Baumwolle oder synthetischer Zellstoff. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Faser Enka Bico 1050, 27 Tex (3,0 Denier), 38,1 mm (1,5") an Länge mit einer Polyethylenhülle und einem PET-Kern, kommerziell erhältlich von BASF. Geeignete Zellstoffe zur Verwendung in diesem Verfahren könnten aufgelockerte Hartholz- oder Weichholz-Zellstoffe sein, die in dem Stand der Technik bekannt sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Zellstoff IP ELM Supersoft mit einem Entbindemittel, kommerziell erhältlich von International Paper. Bei anderen Ausführungsformen werden Spinnfaserspulen verwendet, um Faserbandgewebe zu ersetzen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wurden ein 431,8 mm (17 Inch) Fasergewebe und zwei 203,2 mm (8 Inch) Fasergewebe auf einer Inchkarte unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellt. Bei der Verwendung dieser Ausführungsform sind die beiden 203,2 mm (8 Inch) Fasergewebe von der Bedienpersonseite der transversalen Vliesbildemaschine mit dem 431,8 mm (17 Inch) Gewebe arrangiert und werden auf einen Zellstoffvorreißer von der Antriebsseite über eine Zellstoffzuführwalze zugeführt.
Wie oben bemerkt, wird der Verbundstoff der gegenwärtigen Erfindung vorzugsweise in eine Absorptionsstruktur durch zuerst Fixieren des hergestellten Verbundstoffes (oder Faserbandes) durch einen Ofen und dann Befeuchten des Faserbands durch Besprühen mit Wasser auf seine Oberfläche eingebaut, bevor eine Schicht aus SA-Puder oder -Fasern aufgebracht und ein Gewebe eingeführt wird. Bezugnehmend auf Fig. 2 tritt bei einer bevorzugten Ausführungsform das Faserband von der transversalen Vliesbildemaschine aus einem Ofen 10 aus und wird durch Wasser mittels eines Wassersprühers 20 besprüht. Superabsorptionspuder wird dann durch einen SA-Pudersprüher 30 aufgesprüht. Das Faserband wird dann kalandriert unter einem Satz erhitzter Kalandarwalzen 40 mit einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Bindefasern. Die komplette Struktur wird mit erhitzten Walzen 40 kalandriert, die vorzugsweise eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Bindefasern zum Verdichten und Trocknen aufweisen. Die Bindefasern können, beispielsweise, thermoplastische Fasern sein. Der Durchschnittsfachmann ist vertraut mit dem Betrieb dieser Vorrichtungen.
Das Wasser, das das Faserband befeuchtet, wird verwendet, um Wasserstoffbrückenbindungen zu erzeugen. Die Menge an Wasserstoffbrückenbindungen hängt in jedem Niveau von dem Ausmaß an eintretendem Wasser und Zellstoffgehalt in diesem Bereich ab. Das Faserband empfängt dann eine Beschichtung aus SA, beispielsweise SA-Punder, von einem Spender. Das SA-Puder wird durch Feuchtigkeit auf dem Faserband befestigt. Das auf das Faserband aufgebrachte SA ist sehr stabil, und das übersprühte SA-Puder kann recycelt werden, wodurch SA- Abfälle in diesem Verfahren eliminiert werden. Alle SA-Puder oder -Fasern sind hier zur Verwendung geeignet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Sanwet IM-1000, kommerziell erhältlich von Höchst-Celanese, verwendet. Ein Gewebe wird dann eingeführt. Jedes Gewebe, daß gegenwärtig erhältlich und gut im Stand der Technik bekannt ist, mit einem Grundgewicht von 6,781 bis 67,81 g/m² (0,2 bis 2 Osy) ist geeignet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird 20,343 g/m² (0,6 Osy), kommerziell erhältlich von Shawano Paper verwendet.
Die Menge an Wasser und der Kalandardruck steuern die Rate der Absorptionsfähigkeit und laterale Saugfähigkeit der resultierenden Struktur sowie deren Gesamtgröße. Der Feuchtegehalt kann von ungefähr 2 bis 50 Prozent, vorzugsweise von ungefähr 14 bis 19 Prozent, variiert werden. Der Kalandardruck kann von ungefähr 137,9 · 103 bis 6894,67 · 10³ Pa (20 bis 1000 psi), vorzugsweise auf ungefähr 413,68 · 10³ Pa (60 psi), variiert werden. Andere Verfahrensparameter, die die Qualität des Produktes beeinflussen, enthalten die Vorreißergeschwindigkeit, das Vakuum, die Ofentemperatur, die Vorderstranglücke und die Kalandarwalzentemperatur. Die Vorreißergeschwindigkeit für Zellstoff kann von ungefähr 2000 bis ungefähr 8000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise auf ungefähr 5000 Umdrehungen pro Minute, variiert werden. Die Vorreißergeschwindigkeit von Faser kann von ungefähr 1000 bis ungefähr 5000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise auf ungefähr 3500 Umdrehungen pro Minute, variiert werden. Das Vakuum beträgt vorzugsweise von ungefähr 508 bis 635 mm (20 bis 25 Inch) an Wasser. Die Ofentemperatur kann von ungefähr 126,67 bis ungefähr 176,67ºC (260 bis ungefähr 350ºF), vorzugsweise auf ungefähr 135ºC (275ºF), variiert werden. Die Vorderstranglücke für Zellstoff kann von ungefähr 0,0254 mm bis ungefähr 0,254 mm (0,001" bis ungefähr 0,01"), vorzugsweise auf 0,127 mm (0,005"), gesetzt werden, und die Vorderstranglücke für Faser kann von ungefähr 0,0254 mm bis ungefähr 1,27 mm (0,001" bis ungefähr 0,05"), vorzugsweise auf 0,381 mm (0,015"), gesetzt werden. Die Temperatur der Kalandarwalze ist unterhalb des Schmelzpunktes der Bindefasern. Wenn, bei spielsweise, PE-Thermoplast-Fasern verwendet werden, beträgt die Temperatur der Kalandarwalze vorzugsweise 121,11ºC (250ºF). Die Zellstoffschlitzöffnung, Faserschlitzöffnung und Mittelplattenposition können ebenfalls variiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Zellstoffschlitzöffnung 0 Grad, die Faserschlitzöfnung 40 Grad und die Mittelplattenposition ist 368,3 mm (14,5 Inch) von der Oberseite.
Der kontinuierliche Anstieg der zu den Vorreißern entlang deren Breite zugeführten Zellstoffmenge relativ zu der Fasermenge liefert eine Verbundstruktur mit zumindest drei unterschiedlichen Dichte- und Flüssigkeitsaffinitäts- gradienten. Wenn der Zellstoffgehalt kontinuierlich ansteigt, steigt die Dichte an. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer Probe einer integrierten Absorptionsstruktur. Diese Figur demonstriert, daß die Zellstoffmenge kontinuierlich von der Oberseite zur Unterseite der Probenstruktur ansteigt. Ein signifikanter Vorteil solch einer Struktur ist, daß die Dichte ansteigt, die Flüssigkeitsaffinität und Kapillarkräfte ansteigen, wodurch dem Verbundstoff ermöglicht wird, schnell große Mengen an Flüssigkeit aufzunehmen und zu der Unterseite der Struktur zu bewegen, um eine Naßzufuhr und Leckage zu verhindern. Fig. 4 demonstriert das Flußmuster einer SPTF3- Flüssigkeit in der Absorptionsstruktur. Es hat eine Trichterform, und die obere Lage ist fast flüssigkeitsfrei. Ein weiterer Vorteil dieser Verbundstruktur ist, daß Flüssikeit nur nach unten fließen kann und nicht unter moderatem Druck zurückgebracht werden kann. In der Tat hilft ein Drücken des Verbundstoffes tatsächlich dabei, daß die Flüssigkeit in der oberen Struktur zu der Unterseite abfließt. Wenn der Druck entfernt wird, springt die obere Struktur zurück, trägt jedoch keine Flüssigkeit.
Eine andere Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung liefert einen Absorptionsverbundstoff, umfassend zumindest drei integrierte Bereiche mit unterschiedlichen Dichte- und Flüssigkeitsaffinitätsgradienten. Die Bereiche umfassen eine obere Transferlage, gekennzeichnet als ein dünner, faserreicher Bereich, der sehr benetzbar ist, aber Flüssigkeit einschließt und eine gute Abnutzungsresistenz aufweist, eine mittlere Aufnahmelage, gekennzeichnet als ein dicker, faserreicher Bereich mit mittlerer Flüssigkeitsaffinität und mittlerer Regeneration und eine untere Sauglage, gekennzeichnet als ein hochverdichteter Zellstoffbereich mit einem kleinen Prozentsatz an Faser und einer hohen Flüssigkeitsaffinität mit minimaler Regeneration. Die Zellstoff menge steigt relativ zur Fasermenge in den verschiedenen Lagen kontinuierlich von der Oberseite zur Unterseite der Absorptionsstruktur an, so daß die verschiedenen Lagen Inter- und Intralagendichtegradienten aufweisen.
Die vorgeschlagenen Bereiche von Durchschnittsdichte und Fasergehalt in jeder Lage sind wie folgt:
Wenn die Dichte des Verbundstoffes von der Oberseite zu der Unterseite ansteigt, steigen die Flüssigkeitsaffinität und Kapillaritätskräfte an, wodurch dem Verbundstoff ermöglicht wird, schnell große Mengen an Flüssigkeiten aufzunehmen und zu der Unterseite der Stuktur zu bewegen, um Leckage zu verhindern. Bei solch einer Struktur kann Flüssigkeit nur nach unten fließen und kann nicht unter moderatem Druck wieder- gewonnen werden. Demgemäß hilft ein Drücken des Verbundstoffes tatsächlich, die Flüssigkeit in der oberen Struktur zu der Unterseite zu entsorgen. Wenn der Druck entfernt wird, springt die obere Struktur zurück, ohne jedoch Flüssigkeit zu tragen.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Probe einer integrierten Absorptionsstruktur. Die Gewichtsverteilung, der Zellstoff/Faser-Gehalt und die Dichte jeder Lage dieser Probe sind ebenfalls beschrieben. Das Bild illustriert, daß die Porengrößenverteilung in der Transfer- und Sauglage relativ schmal sind. Im Gegensatz dazu reduzieren sich die Porengrößen in der Aufnahmelage graduell von der Oberseite zur Unterseite und weisen eine viel breitere Verteilung auf.
Fig. 6 zeigt zwei Proben des hier offenbarten Verbundstoffes, getestet mit 1,5 cc an SPTF3-Flüssigkeit. Die Proben auf der linken Seite waren ungestört, jedoch die Proben auf der rechten Seite wurden sorgfältig in drei Lagen getrennt - Transfer-, Aufnahme- und Sauglage. Die delaminierte Probe wurde per Hand vor dem Testen komprimiert. Das Bild suggeriert, daß die integrierte Probe keine Luftlücken zwischen Lagen aufweist, um Flüssigkeitsfluß zu hin dern.
Eine Absorptionsstruktur mit vier Lagen, umfassend SA-Puder oder -Fasern und Gewebe, bereitgestellt auf der Unterseite des oben beschriebenen Verbundstoffes, ist ebenfalls hier bereitgestellt. Der Bereich, umfassend das SA- Puder oder die SA-Fasern und das Gewebe (im Anschluß die "Speicherlage") ist gekennzeichnet als die Lage mit höchster Flüssigkeitsaffinität. Die Sauglage und die Speicherlage rüsten zusammen den Verbundstoff mit effizienter lateraler Saugfähigkeit aus. Eine impermeable Tragelage kann auch auf der Unterseite der Struktur bereitgestellt sein.
Fig. 7a ist die Vorderseite und Fig. 7b die Rückseite von drei Absorptionseinlagen, getestet mit 5 cc an SPTF3-Flüssigkeit. Die links gezeigte Einlage ist eine herkömmliche Einlage mit einer verdichteten Lage und einer nicht gewebten Aufnahmelage, die mittlere Lage ist eine Probe des hier offenbarten Verbundstoffes ohne Superabsorptionsmittel und die rechte Einlage ist die hier offenbarte Struktur mit Absorptionsmittel. Wie das Bild illustriert, hat die herkömmliche Absorptionseinlage die gleiche Größe an Verschmutzung auf beiden Seiten, während bei dem hier beschriebenen Verbundstoff und der hier beschriebenen Struktur, die rückseitige Verschmutzung wesentlich größer als die vorderseitige Verschmutzung ist. Die Intensität der vorderseitigen Verschmutzung der hier offenbarten Struktur ist schwächer als bei der herkömmlichen Einlage.
Beispiele für geeignete Fasern, Zellstoffe, SA-Puder und Gewebe zur Verwendung beim Herstellen von Absorptions-Verbundstoffen und -Strukturen werden mit Bezug auf ein hier offenbartes Verfahren geliefert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Absorptions-Verbundstoff unter Verwendung einer Faser, umfassend Enka Bico 1050, 27 Tex (3,0 Denier), 1,511 Länge mit Polyethylen-Umhüllung und PET-Kern, kommerziell erhältlich von BASF, hergestellt, und der Zellstoff ist IP ELM Supersoft mit einem Entbindemittel, kommerziell erhältlich von International Paper. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Absorptionsstruktur unter Verwendung des SA-Puders Sanwet IM-1000, kommerziell erhältlich von Höchst-Celanese, ausgebildet, und das Gewebe ist 20,343 g/m² (0,6 osy), kommerziell erhältlich von Shawano Paper.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Absorptions-Verbundstoffes, mit einer Oberseite, einer Unterseite, einem kontinuierlichen Dichtegradienten und einem Flüssigkeitsaffinitätsgradienten sowie unter Verwendung einer transversalen Vliesbildemaschine, wobei das Verfahren umfaßt: das Zuführen von Zellstoff in einen Zellstoffvorreißer längs des Zellstoffvorreißers der transversalen Vliesbildemaschine, das Zuführen von Fasern in einen Faservorreißer längs des Faservorreißers der transversalen Vliesbildemaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in den Zellstoffvorreißer der transversalen Vliesbildemaschine längs des Zellstoffvorreißers zugeführten Zellstoffs in bezug auf die dem Faservorreißer der transversalen Vliesbildemaschine längs des Faservorreißers zugeführte Fasermenge derart vergrößert wird, daß die Zellstoffmenge in bezug auf die Fasermenge in mindestens drei Schichten des produzierten Verbundstoffes unterschiedlich ist und die Zellstoffmenge in bezug auf die Fasermenge von der Oberseite zu der Unterseite des Absorptions- Verbundstoff es kontinuierlich zunimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellstoffvorreißer einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt aufweist, der Faservorreißer einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt umfaßt, wobei die relativen Zellstoff- und Fasermengen derart eingestellt werden, daß die Zellstoffmenge in dem Zellstoffvorreißer von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt und von dem zweiten Abschnitt zu dem dritten Abschnitt zunimmt und die Fasermenge in dem Faservorreißer von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt und von dem zweiten Abschnitt zu dem dritten Abschnitt abnimmt, um den Absorptions- Verbundstoff mit einer oberen Schicht, einer mittleren Schicht und einer unteren Schicht zu versehen, wobei die obere Schicht einen Faseranteil zwischen etwa 80-99%, die mittlere Schicht einen Faseranteil zwischen etwa 5-30% und die untere Schicht einen Faseranteil zwischen etwa 1-10% aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner das Fixieren des Absorptions-Verbundstoffes durch einen Ofen hindurch umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet ferner durch das Besprühen des Absorptions-Verbundstoffes mit Wasser in einer Menge, durch die der Absorptions-Verbundstoff mit einem Feuchtigkeitsgehalt von zwischen 2 bis 50 % versehen wird, sowie durch das Aufbringen einer SA Puder- oder Faserschicht auf den Absorptions-Verbundstoff.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Absorptions-Verbundstoff gesprühte Wasser in einer Menge besprüht wird, durch die der Absorptions-Verbundstoff mit einem Feuchtigkeitsgehalt von zwischen etwa 14 bis 19 Prozent versehen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner das Kalandrieren des Absorptions-Verbundstoffes mittels erhitzter Kalanderwalzen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzten Kalanderwalzen eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Fasern aufweisen.