CN101018521B - 用于生产吸收芯结构的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是用于形成具有包封在载体材料和覆盖材料之间的颗粒材料图案的夹芯结构的方法。所述方法允许以高的生产速度精确形成预定图案。这样一种方法尤其适用于制造一次性吸收制品，例如婴儿尿布。

Description

用于生产吸收芯结构的工艺
技术领域
本发明是一种用于形成具有包封在载体和覆盖材料之间的颗粒材料图案的夹芯结构的工艺。在一个具体的实施方案中，所述颗粒材料为超吸收材料，以及所述夹芯结构为用于一次性吸收制品的液体吸收结构。
背景技术
包括呈特定图案的颗粒材料的复合结构已为本领域所熟知，参见例如EP-1447066(Busam等人；P&G)，该专利公开了一种用于吸收制品的吸收芯，所述吸收芯具有润湿时被固定住的颗粒吸收材料。所述吸收芯包括具有吸收材料例如吸收性聚合物材料的基质层。
US 4,381,783(Elias)公开了一种吸收制品，其芯部包含吸收性水胶体材料的穴窝。提供这些穴窝是用于限制水胶体材料的运动，特别是当制品装满或部分地装有尿液时。这些穴窝形成吸收层的一部分并且典型地由纤维素材料提供。因此，要获得本发明讲授的对吸收聚合材料的良好固定作用，需要的纤维素材料相对较多。此外，此类穴窝构造会阻碍液体自由分布到芯部的更多吸收区域，例如吸收性聚合物材料的区域。
因此，生产具有不均匀分布的吸收材料例如颗粒吸收性聚合物材料(通常称作吸收胶凝材料或称作超吸收剂)的吸收制品的工艺也是熟知的。在WO 03/101622A2(Tomb ült等人；P&G)中公开了一种用于产生不连续颗粒分布的脉冲工艺，并且可依照US 5213817(Pelley；McNeill PPC)生产类似的结构。
目的在于将颗粒吸收材料的图案沉积到一个纤维网上的工艺被描述于美国专利4800102(Takada；Nordson)中，其采用了转动掩模，或描述于WO92/019198A(Perneborn/)中，其显示了直线移动的掩模。FR-A-2583377(Piron；Colgate Palmolive)公开了一种其中从漏斗供入吸收剂粉末的计量转筒，用于在传送带上的载体上形成不连续图案。转筒以步进运动进行操作。
US-5494622(Heath等人；K-C)是针对在以高速移动的纤维网上按所期望的图案产生颗粒穴窝。供应高吸收性材料的颗粒给图案室，可透气的纤维网通过其在具有开口图案的表面上进行传输，通过开口图案抽取真空以使颗粒能够按表面上的开口图案被沉积在纤维网上。用一层液体可透过的材料覆盖承载颗粒的纤维网或者改变施加到可渗透的纤维网上的张力以改变纤维网的孔隙度。在去除穴窝之间的多余颗粒的同时，将颗粒按所期望的穴窝图案保持在纤维网上。如此形成的穴窝形成“孤岛”，即它们完全被粘合区所包围。
尽管此类文件描了述将颗粒材料沉积到表面上或移动基质上的各种方法，但仍然存在着对于按充分定义的图案和以高的生产速度生产成图案的颗粒夹芯的方法的需要。
发明内容
本发明为一种产生包括以充分定义的图案夹在纤维网材料之间的颗粒材料的夹芯结构的工艺。
本方法包括以下步骤：提供用于形成外夹芯层的一种基本平坦的载体材料和一种基本平坦的覆盖材料，它们可为一体的，形成两个外夹芯层，或它们可为不同的材料，形成外夹芯层。其它步骤提供用于载体材料的具有支撑图案的基本环形的支撑部件和载体材料保持部件。载体材料相对于固定机架以载体速度被放置在支撑部件上，因此载体部件用其支撑表面接触支撑图案以及因此载体材料和载体支撑部件的接触表面之间的相对速度基本为零。提供并预先计量了一种颗粒材料。覆盖材料和载体材料与放置在其之间的颗粒材料用固定部件进行结合和附连。载体材料仅在支撑部件的支撑图案区域上受到支撑并因载体支撑部件而变形，使得在未受支撑的区域上形成了低凹。颗粒材料被转移到载体材料上进入低凹中；从而形成颗粒材料的主图案。
在优选的实施方案中，载体材料为非织造材料，优选为SMS或SMMS类型，并且它可具有超过20％，优选超过100％，但甚至更优选不超过200％的横向延展性或纵向延展性。在给定载荷下纵向延展性与横向延展性的比率不超过一至二。覆盖材料也可为非织造材料，任选为与载体材料一样的材料。
颗粒材料可为散料，优选为超吸收性材料，更优选为局部交联的聚丙烯酸酯材料。
在一个优选的实施方案中，载体支撑部件为可旋转的转筒，优选具有圆柱外壳。载体保持部件为真空气吸。
载体支撑图案可包括支撑销，其距每个相邻的支撑销的距离可超过5mm和不超过30mm。支撑销优选具有至少0.8mm2，优选至少4mm2，然而不超过170mm2，优选不超过80mm2的外延伸表面。
夹芯固定部件优选为热粘合或胶粘合，更优选为喷雾粘合剂。粘合区域为图案区域面积的至少2％，优选至少7％，然而更优选不超过50％。优选地，粘合区域基本上不包括颗粒材料，如通过确定粘合区域中没有颗粒的方法所确定。
载体保持部件拉长载体材料，使得它的初始平坦状态变形形成低凹。优选地，低凹具有超过30mm3，优选超过100mm3，然而少于约1000mm3的容积。优选地，颗粒材料填充低凹容积的5％以上，优选不超过低凹容积的150％。
附图说明
图1为其中上层被部分切掉的一次性尿布的顶部平面视图。
图2显示图1一次性尿布的横截面视图。
图3A显示吸收芯夹芯结构的顶视图。
图3B为图3A的夹芯图案的横截面视图。
图4A形成夹芯结构的示意性工艺图。
图4B为如图4a所示工艺的一部分设备的示意性放大截面图。
图5A为载体支撑部件外壳的示意性透视图。
图5B为图5A外壳的示意性横截面视图。
图5C为图5A和B外壳一部分的示意性顶视图。
图6A、C、E和G显示载体支撑部件的各种实施方案，以及图6B、D、F、H对应于横截面视图。
具体实施方式
本发明目的在于生产成图案的夹层结构，其包含以准确确定的数量和图案夹在载体材料之间颗粒材料。此类结构尤其适用于一次性吸收制品。根据预期的用途，就所需的吸收性而论，此类制品的要求变化很大。
本文中，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”是指通常由婴儿和失禁者围绕下体穿着的吸收制品。
本文所用术语“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。
术语“纤维网材料”是指在一个方向即纵向尺寸、或长度、或相对于纤维网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，纤维网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向)。典型地，纤维网材料的宽度(y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，此类纤维网材料可为纤维素纤维材料、薄纸、织造或非织造材料等等。典型地，尽管不一定，纤维网材料以卷形式、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。纤维网材料可由几种纤维网材料例如多层非织造材料、涂敷薄纸、非织造材料/薄膜层压材料构成。纤维网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。
本文所用术语“超吸收剂”、“超吸收材料”或“SAM”、“吸收性胶凝材料”或“AGM”、“吸收性聚合物材料”是互换的，并且是指局部交联的聚合材料，其可吸收水同时可溶胀形成凝胶。
本文所引用的所有转让给Procter & Gamble Company的专利和专利申请(包括在其上公布的任何专利)均引入本文，以供在与其一致的范围内参考。
图1和2描述了一种示例性的吸收结构。图1为作为依照本发明吸收制品的一个优选实施方案的尿布20的平面视图。所述尿布以其平展未收缩状态(即，无弹性引起的收缩)示出。部分结构被切掉以更清楚地显示尿布20的底层结构。尿布20接触穿着者的部分面向观察者。图1中尿布20的底座22包括尿布20的主体。底座22包括一个外覆盖件，其包括一个液体可透过的顶片24和/或一个液体不可透过的底片26。底座可包括包封在顶片24和底片26之间的吸收芯28的一部分。底座也可包括包封在顶片24和底片26之间的吸收芯28的大部分或全部。底座优选还包括侧片30、弹性腿箍32和弹性腰部组件34，腿箍32和弹性腰部组件每个都典型地包括弹性构件33。尿布20的一个端部被构型为尿布20的第一腰区36。相对的端部被构型为尿布20的第二腰区38。尿布20的中间部分被构型为裆区37，其在第一和第二腰区36和38之间纵向延伸。腰区36和38可包括弹性构件，使得它们在穿着者的腰部聚拢以提供改进的贴合和容纳效果(弹性腰部组件34)。裆区37是当尿布20被穿用时，通常位于穿着者大腿之间的尿布20的部分。图示的尿布20具有纵向轴线100和横向轴线110。尿布20的周边由尿布20的外部边缘确定，其中纵向边缘44大致平行于尿布20的纵向轴线100延伸，且端边46通常平行于尿布20的横向轴线110在纵向边缘44之间延伸。底座也包括扣紧系统，它可包括至少一个扣系构件40和至少一个着陆区42。
对于一体的吸收制品，底座22包括添加了其它组件形成复合尿布结构的尿布主要结构。虽然顶片24、底片26和吸收芯28可以多种熟知的构型组装，优选的尿布构型通常描述于1996年9月10日授予Roe等人的名称为“Absorbent Article With Multiple Zone Structural Elastic-Like Film WebExtensible Waist Feature”的美国专利5,554,145、授予Buell等人的美国专利1996年10月29日授予Buell等人的名称为“Disposable Pull-On Pant”的美国专利5,569,234、以及1999年12月21日授予Robles等人的名称为“Absorbent Article With Multi-Directional Extensible Side Panels”的美国专利6,004,306中。
图1和2中的顶片24可以是全部或部分由弹性化的或者可以缩短以在顶片24和吸收芯28之间提供空隙空间。示例性的结构包括下列文献中更详细描述的弹性化的或可缩短的顶片：1991年8月6日授予Allen等人的名称为“Disposable Absorbent Article Having Elastically ExtensibleTopsheet”的美国专利5,037,416；和1993年12月14日授予Freeland等人的名称为“Trisection Topsheets for Disposable Absorbent Articles andDisposable Absorbent Articles Having Such Trisection Topsheets”的美国专利5,269,775。
图1中的吸收芯28通常被设置在顶片24和底片26之间。除了如下文所述的吸收夹芯结构之外，吸收芯28可包括任何吸收材料，吸收材料为通常可压缩的、适形的、对穿着者的皮肤无刺激性的并能够吸收和保存诸如尿液和其它某些身体流出物之类的液体。吸收芯28可包括多种液体吸收材料，这些材料通常用于一次性尿布和其它吸收制品，例如一般称为透气毡的粉碎木浆。其它适用的吸收材料实施例包括绉纱纤维素填料；熔喷聚合物，包括共成型；化学硬化、改性或交联的纤维素纤维；薄纸，包括薄纸包装材料和薄纸层压材料；吸收泡沫；吸收海绵；超吸收聚合物；吸收胶凝材料；或其它任何已知的吸收材料或材料的组合。吸收芯28可包括液体存储区域60和其它液体处理元件50例如采集层52和/或分配层54。吸收芯28还可包括少量(典型地少于10％)的非液体吸收材料，例如粘合剂、蜡、油等等。
用作吸收组件的示例性吸收结构在如下专利中描述：美国专利4,610,678(Weisman等人)、美国专利4,834,735(Alemany等人)、美国专利4,888,231(Angstadt等人)、美国专利5,260,345(DesMarais等人)、美国专利5,387,207(Dyer等人)、美国专利5,397,316(LaVon等人)以及美国专利5,625,222(DesMarais等人)。
底片26可与顶片24相连接。底片26防止被吸收芯28吸收并容纳在制品20内的渗出物弄脏可能接触尿布20的其它外部用品，例如床单和内衣。在优选的实施方案中，底片26基本不能透过液体(例如尿液)并且包括一张非织造层压材料和一张薄塑料薄膜，例如厚度为约0.012mm(0.5mil)至约0.051mm(2.0mils)的热塑性薄膜。合适的底片薄膜包括由位于印第安纳州Terre Haute的Tredegar Industries Inc.制造的、以商品名X15306、X10962和X10964销售的那些产品。其它合适的底片材料可包括使水蒸汽能够从尿布20逸出、同时还可防止排泄物透过底片26的透气材料。示例性透气材料可包括诸如织造纤网、非织造纤网之类的材料、诸如膜包衣的非织造纤网之类的复合材料以及诸如日本的Mitsui Toatsu Co.制造的命名为ESPOIR NO和德克萨斯州Bay City的EXXON ChemicalCo.制造的命名为EXXAIRE之类的微孔薄膜。包含聚合物掺和物的合适的透气复合材料以商品名HYTREL混合物P18-3097购自俄亥俄州Cincinnati的Clopay Corporation。此类透气复合材料更详细地描述于1995年6月22日以E.I.DuPont的名义公布的PCT专利申请WO 95/16746和1996年11月6日以Curro名义提交的共同未决的美国专利申请DuPont.包括非织造纤网和开孔成形薄膜在内的其它透气底片描述于1996年11月5日授予Dobrin等人的美国专利5,571,096中。
尿布20还可包括这些本领域已知的其它特征，包括前耳片和后耳片、腰部覆盖片、松紧带等以提供较好的贴合性、存储性和美观特性。此类附加特征已为本领域所熟知并被例如描述于美国专利3,860,003以及美国专利5,151,092中。
为了保持尿布20处在环绕穿着者的位置，优选至少第一腰区36的一部分由扣紧构件42连接到第二腰区38的至少一部分上，优选形成腿部开口和制品腰部。当扣紧时，扣紧系统承受制品腰部周围的拉伸载荷。设计扣紧系统使得制品的使用者能够拿着扣紧系统的一个构件，例如扣紧构件42，然后至少在两个位置将第一腰区36连接到第二腰区38。这通过操纵扣紧装置元件之间的粘结强度来实现。依照本发明的尿布20可装设一个可重新闭合的扣紧系统或可供选择地可以裤型尿布形式提供。
依照本发明吸收结构的实施方案包括一个层压结构，通常也称作“夹芯”结构。
这是指具有两个基本平坦的外层的设计，外层为纤维网材料或此类纤维网材料的切片，如可以是诸如由亲水聚合材料制成的薄纸、织造或非织造材料等等之类的夹芯纤维网材料。
一种优选的材料是由纺粘层、熔喷层和另一纺粘层构成的所谓SMS材料。高度优选的是永久性亲水非织造材料，并且具体地讲为具有耐久亲水涂层的非织造材料。可供选择的优选材料包括SMMS结构体。
顶层56和底层58可由两个或多个分开的材料片来提供或者它们可以可供选择地由一体的材料片来提供。这样一种一体的材料片可围绕着存储层60进行包覆，例如以C折叠形式。
优选的非织造材料由合成纤维提供，例如PE、PET，而最优选PP。因为用于非织造制品的聚合物本身是疏水的，它们优选涂有亲水涂层。生产具有耐久亲水涂层的非织造材料的优选方法是通过将亲水单体和自由基聚合引发剂施用到非织造材料上和进行通过导致单体化学结合到非织造材料的表面上的紫外光所激发的聚合反应，如共同未决的欧洲专利申请EP-A-1403419中所述。
存储层60位于两层纤维网材料之间并包括一种颗粒材料，具体地讲上面提到的超吸收材料。典型地，这些颗粒材料呈不规则形状或球形颗粒，其在与液体例如尿液接触时会溶胀。尽管这种材料可呈各种形状或形式，例如颗粒状、球状、片状、纤维状，它通常将由形状不规则的颗粒组成，所述颗粒的平均粒度为约10μm至1000μm，优选粒度为5μm的按重量计少于5％，以及优选粒度超过1200μm的按重量计少于5％。
已发现，用颗粒吸收性聚合物材料作为本发明制作的吸收芯是有益的。不受理论的束缚，据信此类材料(甚至在溶胀状态，即已经吸收了液体时)基本上无法阻碍液体流过整个材料，尤其是在用吸收性聚合物材料的盐水流动传导率所表示的渗透性大于10、20、30或40SFC单位时，此处1SFC单位为1x10-7(cm3xs)/g。盐水流动传导率为本领域所熟知并将根据EP 752 892 B(Goldman等人；P&G)中所公开的试验进行测量。
当采用此类夹芯结构时，存在着很多部分矛盾的要求，这些结构应满足这些要求以得到合格性能。
因此，颗粒材料优选地被固定住。这是指在生产期间以及使用期间将这些颗粒保持在所述结构中。在现代制品中，在制品的不同部件中的吸收性要求可非常不同，使得例如在装载点附近比在远处要求更多的吸附以及吸收材料。一旦产品设计标准已经确定了吸收分布特征图，其应当在制品的整个使用周期以及具体地讲在使用期间均被产生和保持。
此外，颗粒材料应当能够无限制地溶胀。甚至例如上文所述的现代吸收材料显示吸收性能在某种程度上取决于在其上所施加的压力。这种压力可为有规律的使用压力，例如当作为使用者的婴儿坐在制品上之时。然而，这样一种压力可在夹芯结构中产生，例如当外纤维网材料层56和58以其不允许膨胀的方式彼此紧密结合时，因此降低了所述结构的吸收性能。
一种进一步的重要要求与整个结构(纵向(长度或x方向)和横向(宽度或y方向)两个方向，但也沿着结构的厚度(或z方向))的液体分布有关。
如背景章节中所述，将颗粒排列在吸收层压材料或夹芯结构(其中颗粒吸收材料以特定图案样式进行排列)是已知的。本发明目的在于在合适的生产条件下产生特定的图案。
已经发现，具体地讲对于想用于液体处理目的例如用于吸收结构的夹芯结构，当将所述结构设计成使得颗粒材料簇通过粘合线或区域与相邻簇不完全分离时，可认识到液体处理性质的优点。图3显示了一种示例性结构，其显示了一种包括夹在载体材料320和覆盖材料330之间的颗粒材料310的夹芯结构300。此外，其描述了颗粒簇350以及粘合点区域360和相邻簇之间的通道区域370。
现在还已经发现，在相邻簇之间具有一个粘合区尤其有益，粘合区基本上无任何颗粒，因此允许载体层之间例如通过胶结或其它方法粘合良好。
尽管如此，所述结构应当能够很好固定吸收颗粒，具体地讲在这些颗粒被润湿时。具体地讲，当按Wet Immobilization Test测试时，吸收结构或包括此类结构的吸收制品应当提供超过50％，优选超过60％，甚至更优选超过80％，以及最优选超过90％，例如EP1447066(Busam等人；P&G)中所述。
颗粒材料图案被认为是包括多个颗粒簇350，每个簇包括多个颗粒310。
这样一种颗粒簇(参见图3A和B)可包括少至约10个颗粒，但也可多达几百个乃至几千个颗粒。颗粒可基本上按“单层”夹芯结构或厚度基本不变的多层结构进行排列或可具有变化的厚度。这种厚度可按覆盖颗粒层的数目来表示或可通过局部或平均基重来表示，平均基重指的是给定单位面积的颗粒重量。技术人员将容易认识到，甚至“局部”基重将也需要某种数量的平均。然而，当给定区域中的基重在这个区域范围内故意不为常数时，例如在一堆或一簇颗粒材料的情况下朝向区域的中心会增大，基重分布可通过沿着过这个堆的横截面视图而行时的光滑曲线近似得到。可供选择地，一个区域的基重可设计成在整个区域上不变，使得该区域的平均基重、任选地连同其某些变化一起可被确定。相邻区域的基重可相同，但并不要求一定如此。在颗粒簇范围内所平均的典型基重在10g/m2或更少至500g/m2乃至1000g/m2的范围内。在一个图案(即，包括颗粒簇和这些簇之间的基本上不含颗粒的区域)范围内所平均的典型基重在1g/m2至超过400g/m2乃至超过800g/m2。
簇350可具有各种形态和形状，例如卵形或椭圆形，或可呈不规则形状。在一个优选的实施方案中，这些簇基本上呈圆形。簇可具有超过2mm，优选超过4mm，然而小于20mm，优选地小于8mm的直径353。在图案380中的两个相邻簇之间的距离355可超过2mm，优选超过5mm，然而小于30mm，优选小于15mm，以及甚至更优选小于7mm。
多个簇形成一个主图案，其中各簇以任何几何方式被间隔开。这样一种图案可包括少至两簇，然而典型地将包括超过十簇。通常，它将包括不到1000簇。任何多个簇可形成规则的或不规则的主图案的子图案。簇可为离散的或不相连的区域，使得这些区域中的每一个基本上均被基本上不含颗粒的区域所包围。这些无颗粒的区域不需要与粘合区域完全相同。
典型地，颗粒被排列成彼此直接接触，即每个颗粒将与至少一个其它颗粒接触。然而，它也可处于这种情况，即它们彼此不接触。然而，在簇内相邻颗粒之间的距离通常将小于在主图案或子图案内相邻颗粒簇的距离。
尽管以基本连续的排列形成图案，图案将具有某种重复，其将使同一图案能够在随后的制品中复现。因此，术语“宏图案”是指这样一种重复图案，其每一个可形成这样一种制品的元件。
这些离散区域的任何一个可按宏图案进行排列，例如通过至少两个离散区域加上其中间变化的、通常更大的连续区域形成一个重复图案所形成的宏图案。
图案可用一条特征轴线(例如图3中的轴线383所指示的)进行描述。优选地，这条轴线分别与尿布20或吸收芯的纵向轴线100倾斜偏置。
簇之间的粘合区域360优选为与连续区域截然不同的区域，其将防止在簇之间形成通道区域370。粘合点可具有可变的形状和尺寸。在一个优选的实施方案中，粘合区域360具有圆形形式，其直径363不小于约1mm，优选不小于2mm，乃至不小于约5mm。此外，粘合点区域直径优选小于约20mm，优选小于约10mm。相邻粘合点的距离365主要由簇图案来确定并可不小于约5mm，优选不小于约10mm，然而小于约20mm，优选小于约15mm。
图案可为一体的或可由子图案组成；这些子图案的每一个可分别具有不同的尺寸或距离。子图案之间的过渡也可为逐渐过渡。用于后续的例如尿布的吸收结构图案应当是可重复的。
除了粘合区域360之外，可具有周边粘合387，以在纵边或端边处密封夹芯结构。
用于生产成图案的夹芯结构的工艺
在一个特定方面，本发明涉及一种生产具有包封在载体材料之间的颗粒材料图案的夹芯结构的方法。
这样一种工艺应当允许以高的或非常高的生产速度很精确地和可重复地生产图案，即优选地在整个生产工艺中不是整个速度生产限制了工序，生产速度可达到0.5m/s但通常为10m/s乃至更高。更进一步讲，工艺应当能够稳健地和低成本地设备设计。
因此，本发明涉及将颗粒材料按预定图案基本连续操作沉积到一个表面上，所述表面可以预设表面速度移动。所述图案通常由包括颗粒材料的区域和基本上不含颗粒材料的区域组成。
图4中可见所述工艺的一个示意图，其显示了颗粒材料供料源410、分别用于载体材料320和覆盖材料330的供料源420和430、载体支撑部件470和颗粒转移装置440的任选元件。也显示了所得的夹芯结构300，其中颗粒材料310在载体材料320和覆盖材料330之间。
颗粒材料通常由一个颗粒存储系统供应给所述工艺，并且通常将以散料形式进行供应。散料是指以下事实，即许多颗粒可通过与单个颗粒有关的性质和参数例如成分、大小、形状、颗粒密度等等进行描述，但也通过与多数此类颗粒有关的性质和参数例如体积密度、粒度分布或流动性质进行描述。
颗粒材料被沉积在纤维网材料的移动表面上。因此，所述工艺可示例性地描述成由散料存储系统将颗粒按规则图案放置在纤维网材料上。
此类工艺不仅要求颗粒材料的精确放置，而且应当适合于高的乃至非常高的“加工”速度，其在现有范围内通常与移动表面的速度相对应。
如上文背景章节中所述的很多现有颗粒沉积系统的速度依赖性通常很强，并且当以这样的速度运行时，产生或是无法容忍的损失或是对于放置和施用重量的变化。
引入本文以供参考的共同未决的欧洲专利申请(律师签号CM2877FQ)提供了一种前述困难的解决方案，通过提供一种用于将吸收性胶凝材料颗粒间接施用到用于吸收制品尤其是尿布的载体层上的方法，其中用一个转移装置承接来自散料存储系统的粒状颗粒。参见图4，转移装置440具有表面上的凹槽452，其中其数目、尺寸和位置决定转移装置440所装载的超吸收颗粒310的数量和图案。转移装置440可从与散料存储室410相邻的载料位置442移动到其中载体层320与转移装置相邻的卸料位置448。转移装置还具有用于在转移装置440移动到卸料位置448期间将超吸收颗粒保持在其凹槽内的部件444和用于将颗粒在卸料交汇位置448排到载体层上的部件446。优选地，这些部件分别为真空和鼓风。
本发明提供一种通过将预先计量数量的颗粒材料310沉积在载体纤维网320上产生夹在载体材料之间的颗粒材料图案的方法，载体纤维网形成特定图案的低凹328，即使其平坦的平面变形。这通过将载体材料320放置在形成特定图案的载体支撑结构470上来实现。在形成这个图案的结构元件475之间具有基本自由的空间，使载体纤维网能够在拉力下凸胀进这个空间，例如可通过真空抽吸装置472产生流经流体或或空气可透过的载体材料320的气体(空气)来实现。颗粒材料310然后被放在这些低凹中，从而形成簇350，并可部分地、完全地填充这些低凹，或可溢出这些低凹，例如形成一个“堆”。在任一情况下，载体材料的至少一部分基本上不含颗粒材料。这个区域称作粘合区域360，其可与载体支撑区域322相对应，或者其可比这个区域更大或更小。
夹芯结构的形成通过用一种覆盖材料330覆盖低凹350中的成图案的颗粒材料和将两种纤维网材料彼此相固定(例如通过将粘合剂材料495至少施用到载体材料的粘合区上或施用到覆盖材料的对应区域上)来完成。
依照本发明，载体材料320被放置在载体支撑部件470上。载体支撑部件470包括一个以匹配速度与载体材料相接触的表面。如果所述表面以与整体工艺速度相对应的速度移动，则达到了这样一种匹配。
载体支撑部件可为绕其纵向轴线可转动放置的圆柱体形状。圆柱体外表面例如旋转转筒的外壳450然后将会形成载体材料的支撑区域。载体支撑部件也可包括在输送辊系统上承载的基本环形的可移动带。
载体材料320将被放置在载体支撑部件的“外”表面上，外侧是指转筒的外表面，或者是指与移动带与大半带支撑辊相接触的那个表面相对的表面。
载体纤维网将放置在载体支撑区域477上。载体支撑部件的这个子区域是当将载体纤维网以基本不受拉伸的状态放置在载体上时，与载体纤维网相接触地区域。因此，如果载体支撑部件为连续的(无孔的)转筒，则载体支撑区域将为圆柱体表面。如果载体支撑部件为有孔的转筒，则载体支撑区域将是圆柱体表面减去孔的区域。如果载体支撑部件为形成圆柱体形状的方格网，则载体支撑区域为格栅肋条的朝外区域。
在一个优选的实施方案中，载体支撑区域不是连续的区域，即载体支撑区域可用“孤岛”来表现，例如可用突出圆柱外壳450的销475来产生(图5)。覆盖销475的外侧端点的最外表面与载体支撑区域477相对应。支撑销可具有矩形截面。在一个优选的实施方案中，支撑销具有圆柱体形状，直径376优选超过1.5mm，更优选超过5mm，然而不超过15mm，更优选不超过10mm。如果销的最外表面不是平坦表面(见图6A、B)，但例如具有球形、椭圆形或圆形截面形状(见图6C、D)，则所指的面积是将被以基本不受拉伸状态的载体纤维网支撑材料所覆盖的面积的投影。载体支撑区域也可用脊来形成，其可为直的或弧形的，或呈十字形式(见图6E、F)。载体支撑区域可用“混合”结构形成，例如突出格栅或十字之外的销或具有变高度的格栅，使得例如格栅的交点形成最外的区域(见图6G、H)。
因此，载体纤维网部件是用来被(最外)的载体支撑区域所支撑，但它可在不同于载体支撑区域的中通过如下文所述的机构向内径向凸出或变形。
然而，对于某些设计，适合于不仅在外包封表面支撑载体材料，而且也在辅助支撑区域支撑载体材料。这样一个辅助区域可好比“低水平孤岛”，如果不施加变形力，则其不与载体材料接触，但其将仅在纤维网某种变形(向内凸出)时接触载体材料，然后支撑它。例如，可存在具有某个高度的一组载体支撑销以形成主载体支撑区域和具有更低高度的第二组销以形成辅助支撑区域(也见图6G、H)。
载体支撑区域将形成一个特定的预定图案。这个图案与夹芯结构中所需的颗粒材料图案相对应。优选地，它具有在载体纤维网支撑部件上大致沿着纤维网的x方向延伸但按预定角度进行排列的宏图案(见图5C)。这可重复，并典型地将反映成图案的吸收夹芯结构的图案。
载体支撑区域的尺寸应当进一步适合于载体材料的总体性能。例如，当使用支撑销时，各个销的支撑区域应当不小于临界面积，小于临界面积，纤维网中的局部应力可能引起破坏性的变形，或者销穿透纤维网的孔。
这些销可按与下一个相邻销5mm的距离放置，或者该距离可为20mm或更大。这些销可具有圆柱形形状。为了避免损坏所支撑的纤维网材料，每个销应当具有至少3.5mm2，优选地10mm2，但不超过40mm2的基本朝外的表面。销也可在与纤维网接触的朝外顶端处具有非圆柱体形状。当使由不受拉伸状态的载体材料所形成的平面变形时，接触区域接下来将被认为是与载体材料相接触的顶端一部分的投影。可供选择地或除此之外，载体支撑图案也可呈另一几何图案形式，例如通过细长的销、或肋或凸脊，其可为直的或弧形的。优选地，这些不形成连续图案；然而两个或多个肋可相连，例如形成十字形状的支撑区域。载体材料应满足最终所得结构的各种要求，例如在流体处理应用场合情况下的液体处理性。
此外，载体材料应具有在加工期间在所施加的力下变形的能力。尽管这些力可为各种类型，最优选的力为由施用流经流体可渗透的载体材料的流体产生的阻力。在一个尤其优选的实施方案中，载体材料为可透气的，例如为开孔薄膜材料乃至更优选的为纤维网。
透气率与材料孔径和厚度紧密相关，因此在纤维材料情况下，分别与纤维材料的固有密度和纤维的直径密切相关，在具有变直径的纤维的情况下，与直径分布密切相关。此外，载体材料应具有保持沉积在其上的颗粒的能力。
这可与载体材料的渗透性有关，如上所述，孔径可使小颗粒能够通过。尽管原则上不希望这样，可允许某些数量的“细屑”通过。这些细屑然后可被下游工序回收。
对于本发明而言，重要的是载体材料的变形性能。变形是指在在作用由载体纤维网变形和固定部件所施加的力时的弹性(即基本可恢复的)或塑性变形。
因为用于本发明的大多数载体材料将是基本上两维的纤维网，其具有长向、纵向或x向尺寸和垂直于第一方向的宽向、横向或y向尺寸。
在在任何方向上施加力时，材料将沿着该方向伸长。因此，材料将趋于通过缩小其垂直于力的方向的平坦尺寸以及其沿z向的厚度补偿这种伸长。典型地，纤维网材料用沿着纵向(MD)以及在横向(CD)上测得的性能来描述，例如通过产生应力应变关系图和/或确定这些关系图的某些特征点。典型地，此类性能通过夹住一个材料带并对夹具施加拉力来确定。载体材料的特征还在于它的机械性能，即在某个载荷下它的横向和纵向延展性，例如可使用直线夹具在0.127m/min的十字头速度下通过常规的应力应变测量值来确定。优选地，横向伸长与纵向伸长的比率超过1至0.2，但优选不超过1至2。
如下文将要描述的那样，实用的载体材料将受到可由流经材料的流体所产生的力的作用，使得将会施加z向上的力。然而，当载体材料被支撑在载体支撑区域例如载体支撑销上时，在这种情况下变形将由横向和纵向的变形性质而决定。因此，应调整这些性质来适应支撑区域图案。
载体材料将被暂时地附连到载体支撑部件上并将通过材料保持部件使其平坦/平面排列变形。尽管可使用很多物理原理，例如在磁感应材料情况下使用磁力，尤其优选的实施方案依赖使用流经纤维网的流体。
因此，载体支撑部件可包括真空抽吸部件472，布置成使得气体，具体地讲空气，被抽过纤维网材料。根据由于纤维网的孔隙所造成的流动阻力，流动将在z向上引起力，并因此使纤维网未受支撑部分变形。
结果，纤维网将形成低凹328(见图4B)，上面的点将由支撑区域(例如支撑销)来确定，并且“谷底”将由真空抽吸力的比率、载体材料的渗透性和应力应变性质而确定。因此，如果基本均匀的材料在纵向和横向方向上具有相同的性质，并且例如纤维网支撑结构将由按正方形排列所布置的支撑销组成，低凹将形成一个其中其最深的点在正方形的中心处的低谷。
定义一条空间曲线连接成正方排列的支撑销的两个点来遵从纤维网材料的变形，其通常将导致曲线长度比这些支撑销的直线距离更长，并且如果该曲线连接两个对角相对的点，则空间曲线将具有最长的长度，大体上遵从可被双曲线接近的形状。
类似地，通过连接支撑区域定义一个外表面，即，在正方形的情况下连接支撑销的四个角点，因此在施加吸力之前纤维网覆盖的区域，这可好比形成低凹的所变形材料的实际表面积。
类似地，对于由变形的载体材料所形成的低凹，可确定容积，其被所变形的纤维网材料和被在通过变形部件变形之前纤维网材料所覆盖的表面所限定。优选地，这个容积为至少30mm3，优选至少100mm3，但小于1000mm3。
这个“低凹容积”可与将要放置在其内的颗粒体积相同。取决于设计目标，簇的颗粒体积可填充低凹容积的5％以上，或容积的50％以上。在“溢出”(或形成一堆)的情况下，低凹典型地将填充不超过其容积的150％。
在载体材料320已经变形形成低凹328和颗粒材料310已经放置在这些低凹之中或之上时，所述结构用覆盖材料、典型地也是纤维网材料覆盖。这种覆盖材料主要由最终应用的要求而确定。它可与载体材料为同一材料，并且可与载体材料是一体的，例如在接下来将颗粒材料沉积在纤维网材料的一个区域，例如纤维网材料的中心条区域，并且将材料的横向外侧部分例如沿着纵向折叠线进行折叠以覆盖颗粒材料时。
它也可为同一材料种类，但分开进行供应，或者它也可为不同的材料，其适合于预期应用以及被粘合到载体材料上。
载体材料和覆盖材料彼此相连接，例如永久地粘结以形成其中之间具有颗粒图案的复合夹芯结构。这种粘结可用常规方法例如粘合剂或热粘合等等来实现。
已经发现，重要的是粘结在粘合区域中不受到放置在纤维网之间的颗粒的妨碍。粘合区域是指对保证良好的永久粘合必不可少的区域。因此，在支撑销形成支撑区域的上述实施例中，粘合区域通常将与这个区域相一致，但比支撑区域略小或略大。
例如，当喷射施用粘合剂时，粘合面积占总图案面积的2％以上，优选7％以上，但少于50％可能是优选的。粘合区域可大于支撑区域，其典型地将是低凹未完全充满颗粒材料之时。如果在支撑销处施用熔融粘合，粘合区可小至支撑区域的50％。
因此，粘合区域优选地基本上不含颗粒材料。术语“基本上不含”是指存在于该区域中的任何颗粒不应当导致粘合在正常使用条件下裂开的事实。
然而，如果颗粒材料显示具有宽粒度分布特征图，或者如果在加工期间产生颗粒破碎，则在这个区域中可允许某种数量的“灰尘”。为应用吸收材料，下文描述了一种评定“粘合区域颗粒浓度”数量的方法。
在已经描述执行本发明所需的要素之后，下面将描述各个工序。
总的说来，假设是要生产包括呈预定图案的颗粒材料的夹芯结构。所述工艺为基本连续的工艺，开始于基本无端的纤维网材料并将这些纤维网材料与以散料供应形式所提供的颗粒材料组合起来。所得的连续夹芯复合材料可例如通过裁切被分离成单独的片，每个片包括至少一个颗粒材料夹芯的宏图案。
现在更详细地说明各个工序。所述次序并不一定反映这些工序的时间顺序。
a-提供一个基本平坦的纤维网材料来充当形成外夹芯层的载体材料和/或覆盖材料。因此，纤维网材料可为一体的，例如通过纵向折叠形成两个外夹芯层。也可具有两种不同的纤维网材料，一种形成载体材料，而另一种形成覆盖材料。在一个优选的实施方案中，纤维网材料是分开的，但为同一种类。纤维网材料的性质应与预期用途相适应。此外并在一个优选的实施方案中，载体材料可透过气体例如空气，但不能透过颗粒。在一个优选的实施方案中，纤维网材料为非织造材料，以及更优选为纺粘层(S)与熔喷层的组合，以形成SMS或更优选地SMMS型纤维网。
b-提供用于载体的具有支撑图案的基本无端的支撑部件(优选地可旋转的转筒)，其中支撑图案是在这个转筒的外圆柱体或外壳表面上。优选地，载体支撑图案由载体支撑销形成。此类销朝向载体支撑部件的外表面延伸，其然后通常可用包封这些销的朝外区域进行描述。
c-为了首先保持载体材料并且然后在其中形成低凹，启用了一个载体材料保持部件。在载体部件是旋转的转筒依次为旋转的转筒外壳以及载体材料为放置在这个外壳上的可透气材料的优选实施方案中，载体材料保持部件可为转筒内的真空吸力。这可用在转筒表面下方的不旋转的真空箱来实现。因此，空气被吸过这个部位上的载体材料，从而在纤维网上施加力，因此保持它固定在转筒的表面上并使它在未受支撑区域变形。吸力大小即所产生的真空度取决于纤维网的渗透性、未受支撑的面积和所希望的变形(即低凹的尺寸)。
d-将载体材料以匹配速度导向载体纤维网支撑和变形部件的外表面，例如载体材料以0.5m/s以上，更优选地5m/s以上的载体速度移动，与载体支撑转筒的径向外表面速度相匹配。
e-作为进一步的工序，提供了颗粒材料，例如常规的超吸收颗粒。优选地，这种材料以散料形式例如在漏斗中提供。
f-依照所得产品中的要求计量和定量这种材料。这种定量可随时间不变或变化。在一个优选的实施方案中，定量已经按特定图案预成型颗粒簇，如所得产品所希望的那样。
g-颗粒材料然后被转移到载体材料的朝外表面上，或颗粒材料的容纳表面上，同时这被纤维网支撑部件上的纤维网支撑区域所支撑，并在未受支撑的区域上变形成为低凹。
h-此外，启用了一个夹芯固定部件来固定载体材料和覆盖材料同时保持颗粒图案。在一个优选的实施方案中，固定部件是在将颗粒转移到载体材料之前和/或之后施用喷胶。在载体和覆盖纤维网具有匹配熔融性质的情况下，粘合部件也可为热熔粘合，例如采用超声。载体和覆盖纤维网在粘合区域彼此相附连。粘合区域可用最低限度地覆盖纤维网支撑区域来描述，但典型地将向这个区域外侧纵向和横向延伸，因此覆盖支撑区域的2％以上，优选地7％以上，但50％以下的区域。优选地，粘合区域优选地基本上不含颗粒。这个要求可通过使用用于确定粘合区域中的颗粒的方法来评定，如下文的方法章节中所述。任选地，粘合部件也可被施用到颗粒上。
i-在颗粒被放置在载体材料上之后，施用覆盖材料并粘合到载体材料上，从而封闭夹芯结构。这是一个优选的但任选的步骤。根据本发明，可提供包括载体材料而没有覆盖材料的夹芯结构，因为夹芯固定部件可给所述结构提供充分的完整性并使它成为夹芯状结构，使得它不必进一步提供覆盖材料。
在这个工序期间，重要的是载体纤维网仅在纤维网支撑部件的支撑图案区域受到支撑，并且载体材料被载体保持部件变形，使得在未受支撑区域形成了低凹。这形成一个主图案，任选地包括子图案。预先计量的颗粒材料优选地基本全部被沉积在这些低凹中，从而优选地填充低凹容积的至少5％，优选地填充低凹容积的不到150％。
用于确定粘合区域中没有颗粒的方法
试验具有根据颗粒材料具体地讲超吸收材料的污染评定粘合区域的目的。
试验溶液通过在10l去离子水中稀释1.5g的紫溴甲酚指示剂(CAS号码115-40-2)并添加4ml的1mol/l盐酸(1N HCl)来制备。例如使用尖滴管用试验溶液润湿试验样本并以液滴形式或通过使用细喷雾瓶添加溶液。所添加的试验液体量将取决于样本的尺寸和超吸收材料的数量。它应当足以润湿考虑区域中的所有颗粒以易于视觉计数，视觉计数然后在各自的区域上被执行。评定也可通过应用具有合适放大倍数的放大镜或显微镜来支撑。也称作灰尘和通常具有与载体和/或覆盖材料的孔径相对应的尺寸的极细颗粒并未被计数。如果可检测到少于两个颗粒，则可将区域划分为“不含超吸收颗粒”类。如果粘合区域中存在的颗粒覆盖这个区域的约50％以上，则将区域划分为“基本上不含超吸收颗粒”类。
在发明详述中引用的所有文献的相关部分均引入本文以供参考；任何文献的引用并不可理解为是对其作为本发明的现有技术的认可。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。
本文为其确定了数值的每个参数均为技术参数，其在本发明的范围内不能按字面进行理解。因此，具有就其功能等同于本文所述参数的参数的所有实施方案旨在被本发明的范围所覆盖，例如“10mm”的长度应被理解成“约10mm”的含义。

Claims (22)

1.一种用于生产包括颗粒材料(310)的图案的夹芯结构(300)的方法，所述方法包括以下步骤：
a-提供至少一种平坦的纤维网材料作为载体材料(320)和作为覆盖材料(330)；
b-提供用于所述载体材料(320)的具有支撑图案的环形的支撑部件(470)；
c-提供载体材料保持部件(472)，
d-将所述载体材料(320)放置在支撑部件(470)上，
由此所述载体材料(320)用其支撑表面接触所述支撑图案，
并且由此在载体材料和所述载体支撑部件的接触表面之间的相对速度为零；
e-提供颗粒材料(310)；
f-预先计量所述颗粒材料(310)的量，
g-提供夹芯固定部件(495)，其中占所述图案区域面积的至少2％但不超过50％的是粘合区域(360)；
特征在于：
i-所述载体材料(320)仅在所述支撑部件的支撑图案区域内受到支撑；
j-所述载体材料(320)因所述载体保持部件(472)而变形，使得在所述未受支撑区域内形成了低凹(328)，其中通过用于确定粘合区域中没有颗粒的方法所评定，所述粘合区域(360)不包括颗粒材料，其中所述载体保持部件(472)延伸所述载体材料，使得它的初始平坦状态变形形成低凹(328)；和
k-将所述颗粒材料(310)转移到所述载体材料(320)上进入所述低凹(328)中，从而通过沉积预定计量数量的颗粒材料形成颗粒材料图案；
从而形成颗粒材料的主图案，
其中所述载体保持部件(472)为真空气吸。
2.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中在步骤g之后，结合所述覆盖材料(330)与所述载体材料(320)并将所述颗粒材料(310)夹在其间。
3.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体材料为非织造材料。
4.如权利要求3所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体材料为SMS或SMMS类型。
5.如权利要求1、2或3所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体材料(320)具有超过20％但不超过200％的横向延展性或纵向延展性。
6.如权利要求1、2或3所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体材料在给定载荷下具有的纵向延展性与横向延展性的比率不超过一比二。
7.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述覆盖材料为非织造材料。
8.如权利要求7所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述覆盖材料与所述载体材料为同一材料。
9.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述颗粒材料(310)为散料。
10.如权利要求9所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述颗粒材料(310)为超吸收材料。
11.如权利要求9所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述颗粒材料(310)为局部交联的聚丙烯酸酯材料。
12.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体支撑部件(470)为可旋转的转筒。
13.如权利要求12所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体支撑部件(470)具有圆柱形外壳(450)。
14.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体支撑图案由载体支撑销(475)形成。
15.如权利要求14所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述载体支撑销(475)距每个相邻支撑销的距离(355)超过5mm并且不超过30mm。
16.如权利要求14或15所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述支撑销(475)具有至少0.8mm2但不超过170mm2的向外延伸表面。
17.如权利要求16所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述支撑销(475)具有至少0.8mm2但不超过80mm2的向外延伸表面。
18.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述夹芯固定部件(495)为热粘合或胶粘合。
19.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述夹芯固定部件(495)为喷雾粘合剂。
20.如权利要求1所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述低凹(328)具有超过30mm3但少于1000mm3的容积。
21.如权利要求1或20所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述颗粒材料填充所述低凹(328)容积的5％以上。
22.如权利要求21所述的用于生产夹芯结构(300)的方法，其中所述颗粒材料填充不超过所述低凹(328)容积的150％。
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