CN102481752A - 柔性弹性吸收纤维素非织造结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维性多孔流体吸收材料，其包括非织物，所述非织物特别由气流成网工艺制成，并且包括纤维，所述纤维的至少50％是纤维素纤维。所述纤维性多孔流体吸收材料包括芯子，其中所述芯子的纤维是非连接的或者只是部分地连接的并且彼此交联，并且至少一个冲孔表面层具有孔眼。所述表面层的纤维彼此连接，并且所述纤维性多孔流体吸收材料的根据EDANA标准测试方法90.5测得的挠曲刚度降低至少20％，优选为至少30％，更优选为至少40％，最优选为至少50％，这是与包括芯子和未冲孔表面层的相应未冲孔纤维性多孔流体吸收材料相比得到的。

Description

柔性弹性吸收纤维素非织造结构
技术领域
本发明涉及流体吸收性多层式非织造织物结构，特别是由纤维素纤维以气流成网工艺制成的。这种非织造织物结构在以下被简单地称为“非织物”、“气流成网材料”或者“气流成网结构”。因此气流成网指代工艺以及产品。
根据本发明的非织物可以进一步包括粉末、颗粒或者纤维材料，以给予该结构期望的特定性能。超吸收性聚合物在特定关注的上下文中用于增强所述结构的流体吸收能力，甚至在受到载荷时的流体吸收能力。
背景技术
这种类型的纤维素非织造结构用于个人护理和一次性使用的女性卫生制品中，例如作为流体吸收芯的尿布或者失禁用品、卫生巾、短裤衬垫等。极大的兴趣，尤其是对于该申请领域，是将超吸收性聚合物集成到这种吸收性纤维素非织造结构中的可能性。
本发明涉及生成一种流体吸收结构，其不但在垂直于表面具有非常良好的弹性，而且平行于表面也具有非常良好的弹性，以对变皱提供一定的阻力。根据本发明的材料具有使材料在折皱后恢复其初始平坦形状的回复力。该特征特别有利于卫生用品的穿戴舒适感，因为存在卫生用品的显著改善了的身体适合性。如果卫生用制品在使用中，则它们一直处于运动中，并且用品必须使形状适配于穿戴者的身体。
本发明进一步涉及生成具有能够在特定区域中被调节的非常良好的柔性的流体吸收结构。调节吸收芯在特定区域中的柔性允许预先确定芯子和卫生用品(例如卫生巾、失禁用制品、尿布)在暴露于由穿戴者的身体运动生成的作用力时，将如何改变形状。本发明材料的柔性的这种特定调节可以通过改变表面的结构来实现，例如借助于冲孔。
现有技术卫生用制品通常使用以下材料之一作为流体吸收结构：
·个体化的纤维素纤维，通过机械地打开借助于锤式磨机获得的木浆而生成，作为条纹沉积在卫生用制品中(短纤浆(fluff pulp))。超吸收性粉末(SAP)或者超吸收性纤维(SAF)被添加到该短纤浆，以增加液体吸收能力，特别是在压力下。短纤浆基吸收结构厚大，并且不具有(尤其是在湿条件下)机械完整性，并且不能在机械变形后回复至初始形状。这意味着有限的舒适感，特别是在用于失禁和女性卫生的制品中，由于这些制品容易成形为厚大的块体，尤其是在暴露于液体(经血或者尿液)后，这是不舒服的且恼人的，尤其是在穿着紧身衣服时。
·气流成网材料，其主要由短纤木浆纤维制成。气流成网材料可以包括超吸收性材料(SAP或者SAF)，以与短纤浆一起增加吸收能力。与前述短纤浆基制品相比，使用气流成网材料作为吸收材料的卫生用制品薄得多，因此为穿戴者提供增加的舒适感。另外，尤其地，与化学粘结剂、热塑性粘结剂纤维或者两者粘结的气流成网材料保持它们的机械完整性，甚至是在暴露于液体后。其它热塑性材料，如纤维和粉末等，可以添加至气流成网材料，以获得额外的功能，例如气味和增强的液体吸收性，与超声波焊接的兼容性等等。然而，这些材料很硬，尤其是对于具有更高吸收能力的制品，需要具有大量超吸收性聚合物的厚材料。要进一步改善这种卫生用制品的穿戴舒适感，期望的是增加柔软性、耐压性、弹性、悬垂性(drape)和一定的抗折皱性。
·为了改善卫生用制品的吸收结构的柔软性，已研发出了开放泡沫结构，其提供耐压性和增强的抗折皱性。
·美国专利5,869,171，Procter&Gamble公司，Shiveley，DesMarais，Dyer&Stone，“Foam Heterogeneous Materials”，1998年5月29日提交，公开了一种吸收用品，其中使用了高内相乳化液(HIPE)泡沫。HIPE是一种乳化液，具有内在水相作为不连续分散相，与作为外相的油相相比，体积所占分数大于70％。聚合后，在这些乳化液中能够出现交联的多孔聚合物。
这些泡沫结构的液体吸收性是由毛细作用力引起的。可以添加超吸收性聚合物来增强液体吸收性，方法是处理超吸收性聚合物生成泡沫，或者将超吸收性颗粒沉积到泡沫材料中；见EP1156837B1，属于Dow GlobalTechnologies公司，Gartner等人，“Manufacture of Superabsorbents in highinternal phase emulsions”。与浆基气流成网材料相比，这种泡沫结构，尤其是在它们具有超吸收能力的情况下，明显地更昂贵，并且不是由环保的纤维素基材料制成的。
发明内容
将纤维性二维结构(例如气流成网材料)的耐压性与泡沫的耐压性进行比较，人们将对于泡沫观察到相当高的比回复力。这是因为泡沫中的连续聚合物网络，不但造成施压点下的结构的间歇式压缩，而且还造成伸展的相邻区域的变形。回复力是压缩区域的回缩力与变形环境的拔出力之和。
纤维性二维结构的另一方面分别是它们的刚性(挠曲刚度)或者弹性。
对于降低纤维结构的刚性，以下机械处理方法是已知的。然而这些方法是有缺点的，尤其是在应用于所描述的结构时：
·压花：材料的局部压实形成压花点或线，在材料中形成弯曲点或线降低材料的总体刚性。该技术可以用在一些区域中，以获得结构的特定变形，例如在卫生用制品中。该技术具有在压花区域中局部压实材料的缺点，破坏了材料的期望柔软性和压缩恢复性，并且显著地改变了纤维结构的流体动力学。这充分降低了所描述结构的好处。
·应用机械处理，例如捏制、按压和牵引或者重复弯曲材料(例如通过沿棒材引导材料)，也能够降低材料的刚性。这些处理将破坏材料的结构中的连接点，并且弹性粘结点将被激活，其中所述连接点是有助于机械刚性的。如果该技术应用于所描述的材料，则连接纤维的粘结点其表面也将被破坏，削弱克服局部变形的回复力。此外，该过程与压花相比，不能局部地使用，使得用品对身体形状的特定适配不可能发生。
·存在其它的程序，其局部地伸展非织物或者织物材料，改变织物性能，尤其是降低刚性。
·美国专利5,518,801，The Procter&Gamble公司，Chappell等人，Web material exhibiting elastic like behavior，公开了以示例图36、37的辊来处理例如聚乙烯膜(cl.10)等材料。
·例如，WO2008050311，The Procter and Gamble公司，Hupp等人，Clothlike non-woven fibrous structures and processes for making same，描述了对类似于上述膜的非织造材料进行处理，以生成织物样材料。述及的工艺包括印刷、压花、层叠、开槽、冲孔、切割边缘、堆叠、折叠和机械软化。
根据上述专利中描述的这两种技术，材料被引导穿过例如互锁轮子，所述互锁轮子具有额外的表面结构。该处理产生材料的局部伸展。该程序原则上也适用于气流成网材料，但是形成了气流成网的三维结构被修改的缺点。卫生用品的重要性能，例如通过毛细作用力的液体分布，也称作芯吸，不希望地发生变化。尤其是在将气流成网物用作卫生用制品中的吸收部件时，小孔结构被仔细地设计，并且对于吸收芯中的液体分布很重要。
本发明的一个目的是提供一种纤维性多孔流体吸收材料，例如气流成网材料，其提供增加的回复力，同时保持一定的弹性。
根据本发明，该目的通过一种纤维性多孔流体吸收材料得以实现，所述纤维性多孔流体吸收材料包括非织物，所述非织物特别是由气流成网工艺制成的，并且包括纤维，所述纤维的至少50％是纤维素纤维，所述纤维性多孔流体吸收材料包括芯子，其中所述芯子的纤维是非连接的或者只是部分地连接的并且彼此交联，至少一个冲孔表面层具有孔眼，其中所述表面层的所述纤维彼此连接，并且其中所述纤维性多孔流体吸收材料的根据EDANA标准测试方法90.5测得的挠曲刚度降低至少20％，优选至少30％，更优选至少40％，最优选至少50％，这是与包括芯子和未冲孔表面层的相应未冲孔纤维性多孔流体吸收材料相比得到的。
本发明包括这样的观察，即在纤维气流成网结构中，各个纤维素纤维自身不是弹性的，并且只是部分地连接的，并且例如通过添加液体粘结剂、添加粘结剂纤维或者粘结剂颗粒而彼此交联。
如果向这种气流成网结构施加冲压力，则施压点下方的纤维将被压缩，但是施压点周围的纤维将响应于所施加的压力至少部分地重新取向。这些重新取向的纤维对于被压缩材料的回缩力只具有有限的贡献，从而总回复力有限，材料可能永久地变形。
意外地，得知了当两个表面上的纤维与额外的优选部分地弹性的表面连接时，克服例如纤维气流成网物等结构的局部变形的回复力显著地增加。该表面可以通过施加粘结剂而形成，所述粘结剂部分地穿透纤维结构的表面，生成被连接纤维的网络。另一适当的表面通过向纤维材料的表面添加喷射有粘结剂的湿法成网薄棉纸而获得。
定义：根据德国标准DIN 6730，湿法成网薄棉纸是全部或者部分由纤维素纤维构成的制品，具有细小、柔软的绉纹以及在造纸机中起绉出的闭合形式，干含量大于90％，由一个或多个层制成，吸收性非常强，起绉前每个层的面积相关质量小于25g/m2，并且湿法起绉延伸率大于5％。
ISO 12625-1建立了薄棉纸和薄棉制品的整个工作领域中的术语的使用的总体原则。这里能够找到工业和商业中常见的术语。
根据INDA，非织造布行业协会(Association of The Nonwoven FabricsIndustry)，气流成网工艺(Airlaid process)是一种非织造纤网形成工艺，其向快速移动的空气流中分散纤维，并借助于压力或者真空将它们会聚到移动的丝网上。进一步的粘结步骤将该纤网固结成稳定的非织造布，也称作气流成网物。
湿法成网工艺(Wetlaid process)是以长网造纸机(Fourdrinier Machine)进行的造纸工艺；借助于水将源木浆转变成最终的纸制品。
薄棉纸在这样一种造纸机上形成，该造纸机具有一个单个的大型蒸汽加热干燥缸，称为杨克烘缸。
本文中，术语“湿法成网薄棉纸”、“薄棉纸”、“薄棉制品”和“薄棉”作为同义词使用。
包括不同材料的多于两个的互连层的制品称为层叠体。
根据本发明一优选实施例，纤维性多孔流体吸收材料是具有不对称结构的层叠体，借助于在非织造材料上层叠作为载体材料的表面层得到，所述载体材料是层叠体的一个部件，能够从湿法成网薄棉纸或者另一非织物(例如熔喷式、纺粘式或其组合、梳理式、射流喷网式即水刺式、等等)的组中选择。
作为层叠体的一个部件的表面层或者载体材料可以从湿法成网薄棉纸的组中选择，但是也可以是任何其它的非织物(例如熔喷式、纺粘式或其组合、梳理式、射流喷网式即水刺式、等等)。表面层还可以通过在不添加额外材料的情况下施加粘结剂将表面处的纤维连接至连续的网络而生成。
添加表面层后抗压作用力的增强，即材料的弹性增强，是通过将施压点附近的纤维经由共用表面连接至变形区域而生成的。连接至表面的纤维不能通过重新取向响应于变形。因此，施压点附近的纤维有助于施压点下方的被压缩纤维的回复力。如果弹性粘结剂或表面层被用于生成额外表面，则该弹性表面的延伸也生成额外的回复力，如图2所示。
如图2所示，与纯纤维结构相比，该层叠结构使材料的弹性增加。不幸地，层叠体的形成导致挠曲刚度/刚性的增加。如果所述结构用于卫生用品，则增加的刚性是不希望出现的，因为它对制品的舒适感(身体适合性)具有负面影响。
本发明的气流成网结构意外地显示出：结构的柔性能够得到显著的增加，方法是在区域中或者穿过整个表面地穿刺一个或两个表面，通过避免材料的过高压缩以及纤维的重新取向，来避免两个表面之间的材料的结构的变化。
根据本发明一优选实施例，柔软的或弹性的化学粘结剂散布被应用，以在层叠部件内提供完整性(例如，湿法成网薄棉纸与气流成网物组合)。缺乏粘结剂散布可能导致较弱的完整性，进一步导致某些层在受压时发生滑动的风险。
使用一个表面被化学粘结剂处理(例如粘结剂散布)而另一表面贴附有被弹性粘结剂处理过的薄棉层的气流成网材料，意外地发现材料的柔性在薄棉层有冲孔时增强最多。
对于冲孔表面层的孔眼，以下实施例是优选的：
-所述纤维性多孔流体吸收材料具有冲制孔，所述冲制孔的直径小于3mm，优选小于1mm，更优选小于0.5mm，最优选0.2mm。
-所述纤维性多孔流体吸收材料具有冲制孔，所述冲制孔配置成在所述各冲制孔之间具有间距，所述间距小于30mm并大于0.5mm，优选小于15mm，更优选小于5mm，最优选为1-2mm，以直径计。
-所述纤维性多孔流体吸收材料的厚度小于10mm并大于0.5mm，优选小于5mm，更优选小于3mm，最优选在1mm到2mm之间。
-所述纤维性多孔流体吸收材料具有冲制孔，其中所述冲制孔借助于冲孔辊例如具有针的辊生成。
-所述纤维性多孔流体吸收材料，其中表面层的孔眼由切缝(slits)实现，而不是冲压的孔。
-所述纤维性多孔流体吸收材料，其中表面层的孔眼只设置在所述纤维性多孔流体吸收材料的独特区域中。
附图说明
图1示出了没有表面层的气流成网材料的状态，包括暴露于局部压力的互连纤维。
图2示出了具有表面层的气流成网材料的状态，包括暴露于局部压力的互连纤维。
图3示出了具有冲孔表面层的气流成网材料的状态，包括暴露于局部压力的互连纤维。
图4是本发明的冲孔表面层的示例性俯视图。
具体实施方式
图1示出了没有表面层的气流成网材料的状态，包括暴露于局部压力的互连纤维。
图2示出了具有表面层的气流成网材料的状态，包括暴露于局部压力的互连纤维。
图3所示的气流成网材料类似于图2所示的材料，并在表面层具有额外的孔眼。
图3示出了气流成网结构的表面的孔眼是如何减小材料的刚性的。冲孔点形成屈曲或者弯曲点，在这里，材料能够弯曲，而不会过度地弯曲这些屈曲或者弯曲点之间的表面。对于只在特定区域冲孔的材料，这些区域形成柔性得到增强的区域。这给予生成具有明确限定的变形区域的结构的机会，所述变形区域在被施加所限定作用力时向预定方向弯曲。
这允许卫生用品的设计具有改善的穿戴舒适感(尿布、卫生巾、失禁用制品)，其中材料能够适配于用品的相应形式，并且在被施加作用力时能够以明确限定的方式调节形状。
与压花或者局部伸展的方法(环轧或者其它机械处理技术，见上述专利)相比，表面冲孔提供这样的优点，即气流成网结构(其对液体传送很重要)，不被改变，并且期望的小孔结构(例如孔径大小梯度)不发生变化。
制造卫生用制品，可以将局部冲孔整合到工艺中，例如通过使用具有与期望冲孔结构相对应的图案的针辊。这样将冲孔步骤整合到生产线(转换器)上提供了这样的优点，即各冲孔区域的布置在卫生用制品中得到了良好的定位。此外，避免了必须在转换线上较长距离地传送具有不规则织物性能的已冲孔材料。
图4示出了具有芯子12和表面层14的纤维性多孔流体吸收材料10的示例性实施例。芯子10包括非织造纤维。纤维的至少50％是纤维素纤维。芯子是通过气流成网工艺生成的，因此纤维只是部分地互连至彼此。芯子可以包括其它部件，例如超吸收性聚合物，例如超吸收性纤维。
表面层12包括已粘结的纤维，使得纤维形成由互连纤维制成的连续层。表面层12借助于冲制孔16得到贯穿，生成期望的挠曲刚度。冲制孔可以借助于针辊生成。
冲制孔优选具有0.2mm-0.5mm等级的直径。表面层16中的冲制孔之间的距离d优选在1mm到2mm之间。纤维性多孔流体吸收材料10的厚度t优选在1mm到2mm之间。
代替借助于冲制孔形成的孔眼，可以提供由切缝形成的孔眼。
现在转到对纤维性多孔流体吸收材料进行的实验。
示例
·比较气流成网的层叠体与湿法成网薄棉纸的刚性，证明两个表面上的不同孔径大小的影响，不管有没有冲孔(见表1)。表1的冲孔处理后的材料是示例性的局部，即未完全穿透，但只贯通具有边缘距离为3mm、孔径为0.2mm的二次图案的层叠体的湿法成网薄棉纸。其它图案(菱形、六角形等)是可想象的并且处于范围内。
·通过在层叠体的区域中的局部冲孔，能够在整个吸收用品的特定区域中建立想要的可变形性。
我们使用EDANA标准测试方法90.5＝WSP90.5(05)标准测试方法以获得非织物弯曲长度，这对于测试非织造材料的本领域技术人员来说是公知的。
我们从弯曲长度从测试方法得到的方程式来计算挠曲刚度或者弯曲刚性：
表1
Figure BDA0000139298180000091
优选实施例的说明
冲孔可以通过一定的冲孔辊来轻松地进行，所述冲孔辊具有穿刺针，给予材料层叠体适当的孔径，例如0.2mm，并具有一定的距离，例如在1mm到2mm之间。

Claims (9)

1.一种纤维性多孔流体吸收材料，包括非织物，所述非织物特别是由气流成网工艺制成的，并且包括纤维，所述纤维的至少50％是纤维素纤维，所述纤维性多孔流体吸收材料包括芯子，其中所述芯子的所述纤维是非连接的或者只是部分地连接的并且彼此交联，至少一个冲孔表面层具有孔眼，其中所述表面层的所述纤维彼此连接，并且其中所述纤维性多孔流体吸收材料的根据EDANA标准测试方法90.5测得的挠曲刚度降低至少20％，优选至少30％，更优选至少40％，最优选至少50％，这是与包括芯子和未冲孔表面层的相应未冲孔纤维性多孔流体吸收材料相比得到的。
2.如权利要求1所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述纤维性多孔流体吸收材料是具有不对称结构的层叠体，借助于在非织造材料上层叠作为载体材料的表面层得到，所述载体材料是层叠体的一个部件，能够从湿法成网薄棉纸或者另一非织物的组中选择。
3.如权利要求1所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述纤维性多孔流体吸收材料是具有不对称结构的层叠体，通过在非织造材料上层叠表面层得到，所述表面层通过在不添加额外材料的情况下施加化学粘结剂将表面处的纤维连接至连续的网络而生成。
4.如权利要求2或3所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述纤维性多孔流体吸收材料具有冲制孔，所述冲制孔的直径小于3mm，优选小于1mm，更优选小于0.5mm，最优选0.2mm。
5.如权利要求2或3所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述纤维性多孔流体吸收材料具有冲制孔，所述冲制孔配置成在所述各冲制孔之间具有间距，所述间距小于30mm并大于0.5mm，优选小于15mm，更优选小于5mm，最优选在1mm到2mm之间。
6.如权利要求2或3所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述纤维性多孔流体吸收材料的厚度小于10mm并大于0.5mm，优选小于5mm，更优选小于3mm，最优选在1mm到2mm之间。
7.如权利要求1-6所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述表面层的所述孔眼借助于冲孔辊生成。
8.如权利要求1-6所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述孔眼由切缝获得。
9.如权利要求1-8所述的纤维性多孔流体吸收材料，其中，所述孔眼只设置在所述纤维性多孔流体吸收材料的独特区域中。
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