CN102802932A - 表现出z-方向密度梯度的吸收性无纺材料 - Google Patents

Abstract

可用作吸收制品中的吸收芯的吸收材料。该材料是由纤维素纤维，任选超吸收聚合材料构成的无纺布片，不含粘合剂或胶乳，依赖氢键合产生必要的结构。该材料含有将流体导入该材料中并分配流体以提供更有效的流体输送和存储容积的有效利用的密度梯度。该材料由两个区域构成。在第一区域中，该材料具有与一个表面相邻的低密度层（54），其覆盖与该片材的相反表面相邻的至少一个较高密度层（51）。这些层（54，51）在该片材的厚度方向（Z-方向）上产生密度梯度。

Description

表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料

技术领域

本发明大体上涉及具有适合流体（液体）吸收、流体存储和流体分配的结构并表现出高水平吸收力的一次性吸收材料，更特别涉及表现出Z-方向密度梯度的改进的无纺材料，其包含第一相对低密度层和第二相对高密度层，它们通过氢键合一体化和稳定化，而不借助粘合剂组合物或合成纤维，所得材料表现出合意地高的拉伸强度和抗层离性。该吸收材料可用于吸收制品，如女性卫生产品、失禁产品和一次性尿布。

背景技术

一次性吸收制品，如尿布、女性卫生产品、成人失禁用品等已被普遍接受。为有效工作，此类吸收制品必须快速吸收体液，在该吸收制品内遍及分配这些液体，并能在负载时留住这些体液。

尽管各吸收制品的设计随用途而变，但某些元件或部件是此类制品一般共有的。典型吸收制品包括透液顶层或面层，该面层设计成与体表接触。该面层由允许流体从身体无阻传送到制品芯中的材料制成。该面层本身不应吸收流体并因此保持干燥。典型制品进一步包括位于该制品外表面上的不透液背层或背衬层，该层设计成防止流体漏出该制品。

在面层和背层之间存在本领域中被称作吸收芯的吸收元件。吸收芯的功能是吸收和留住经由面层进入吸收制品的体液。由于体液的来源是局部的，必须提供遍及吸收芯的尺寸分配液体的手段。这通常通过在芯中提供分配元件和/或通过改变该吸收芯本身的组成或结构来实现。

由于流体传送给吸收产品的速度可能快于吸收芯的吸收，常使用独立的捕集结构以比液体添加速度更快地捕集液体并将其留住足够长的时间以便该芯的其余部分将其吸收到捕集结构外。流体向芯的这种转移恢复该捕集结构应对随后流体侵入的能力。由于捕集结构较小，芯更快吸收流体是有利的。

吸收芯常由纤维素木纤维基质或纸浆制成，该纸浆能够吸收大量流体。通过在木纸浆的纤维中设置超吸收材料，可以增强流体吸收和留持性质。超吸收聚合材料（SAP）在本领域中公知为是相对于它们的重量能够吸收大量流体并在这种吸收时形成水凝胶的基本不溶于水的吸收性聚合组合物。含有纸浆和超吸收剂的掺合物或混合物的吸收制品是本领域中已知的。在美国专利No. 3,670,731（Harmon）中教导了其实例。

可以利用芯结构中存在的可湿性和或密度梯度将流体优先导过吸收芯。各种压花结构使用高密度芯吸线或其它连续结构，由于它们的密度，它们从相邻芯中吸收液体并随后将其导离侵入点。

美国专利No. 4,781,710（Megison等人）教导具有低密度“簇绒（tuft）”区的吸收垫，其被设计成快速吸收液体，与非常致密的流体输送通道流体连通，所述输送通道将流体从簇绒区输送出来，并且所述输送通道围住中密度存储结构。尽管这提供三个不同结构以实现各种功能，但这些结构是共面的并且不在厚度方向上将流体从芯的流体接收侧导向相反侧。

可以通过在厚度方向上提供密度梯度来将流体从吸收芯的流体接收表面上输送走。美国专利No. 5,525,407（Yang）提供在厚度方向上具有密度和可湿性梯度的芯。流体接收侧上的低密度层取得液体并将其导向下方的较高密度层。该流体接收侧合意地变干爽，下方的较致密层也利用不直接位于流体侵入点下方的芯部分以面内方向散布液体。

这种技术通过使用被称作横向成网机的装置形成各种层并使用合成纤维或粘合剂纤维和纤维素纤维的不同比例的各种掺合物分化各层中的纤维类型来产生密度梯度。使用炉和其后的加热砑光机活化粘合纤维。合成纤维是昂贵的，它们不亲水，并且高速粘结该材料所需的炉是能量和成本密集的。

使用商业多粘结气流成网技术制成的吸收材料为吸收制品加工工艺提供制造预成形结构化吸收芯的方法。预成形结构化芯的使用通过从加工机械中消除成形或合并几个芯结构的复杂性来提高加工操作的效率。美国专利No. 6,420,626（Erspamer, Buckeye）教导了含有具有在厚度方向上的相关密度梯度的分化的获取、流体存储和流体输送层的预成形整体式多粘结气流成网芯。如前一实例中那样，这种技术要求使用昂贵的合成纤维并需要大型的资本和能量密集的粘结炉以粘结该材料。

美国专利No. 5,866,242（Tan）教导了使用热和压力粘结以形成氢键合的包含纤维素纤维和任选超吸收聚合物的气流成网材料，其有时被称作氢键合气流成网材料。不使用合成粘合剂纤维、热可熔的热塑性塑料或其它化学粘合剂。在商业实践中，加热砑光辊施加在纤维之间形成氢键所需的压力和热。与之前提到的多粘结气流成网法相比，这种粘结布置在操作上简单得多，具有明显更小的能量消耗并需要比多粘结气流成网法中所用的粘结炉低得多的资本支出。另外，不需要合成粘合剂纤维、可熔热塑性材料或化学粘合剂，这些会增加材料的成本并且是非吸收性组分。这些粘合剂会限制SAP粒子的溶胀，从而降低它们的吸收力。

尽管如Tan教导的氢键合的气流成网方法和材料非常简单和成本有效，该方法未在厚度方向上产生强密度梯度。因此，希望提供仅含纤维素和任选SAP而不含化学粘合剂或合成粘合纤维的氢键合的气流成网材料，其具有良好的片材完整性、极小纤维成尘和在厚度方向上的强密度梯度。

发明内容

本发明涉及可用作吸收制品，如卫生巾、卫生护垫、失禁产品或一次性尿布中的吸收芯的吸收材料。本发明的材料是由纤维素纤维和SAP构成的无纺布片，不含粘合剂、胶乳等，依赖氢键合产生必要的结构。

该材料含有将流体导入该材料中并分配流体以提供更有效的流体输送和存储容积的有效利用的密度梯度。该材料包含两个区域。在第一区域中，该材料具有与一个表面相邻的低密度层，其覆盖至少一个较高密度层。这些层在该片材的厚度Z-方向上产生密度梯度。第二区域包括流体分配结构，其密度高于构成所述第一区域的层的至少所述较低密度层，并贯穿该片材的整个厚度。该流体分配结构与第一区域中的两个相邻层沿它们的边界直接流体连通。

在本发明的另一方面中，厚度方向上的密度比大于1.2:1。在本发明的另一方面中，可以分化Z-方向中的各种层所含的纤维素类型。在本发明的另一方面中，该片材的两个表面之间的液滴吸收时间不同，液滴吸收时间比>1.5:1。在本发明的另一方面中，该片材对第一区域中的低密度层中的纤维具有有效包封机制以防止成尘。

在本发明的另一方面中，该材料具有至少10 (N/50mm)的拉伸强度以提供可用于加工工艺以制造吸收制品的片材完整性。在本发明的另一方面中，液体在各种芯结构中在X-Y方向上以根据它们密度的程度蔓延。在一个优选实施方案中，使用氢键合气流成网法通过使用加热砑光机提供热和压力以实现键合来制造该材料。

根据所示实施方案，本吸收性无纺材料包含第一相对低密度层，其包含基本不含合成纤维和粘合剂组合物的纤维素纤维材料的纤维基质。本材料进一步包含第二相对高密度层，其毗连与其呈液体转移关系的第一层。第二层包含基本不含合成纤维和粘合剂组合物的纤维素纤维材料的纤维基质。

该吸收材料进一步包括基本贯穿由第一层和第二层形成的该吸收材料的Z-方向的液体分配网络。该液体分配网络由此基本贯穿该材料的整个厚度并侧向邻接第一低密度层和与其呈液体转移关系的第二高密度层的至少一些部分。

本材料进一步包括位于低密度层上的纤维素纤维薄毡（tissue）层，该薄毡层结合到液体分配网络上以使该吸收材料一体化以防层离和防止低密度层的纤维材料脱离。

显著地，本材料通过由施加热和压力形成的氢键合一体化和稳定化，由此提供具有至少10（牛顿/50毫米宽的样品）的纵向（MD）拉伸强度和大于5N的垂直层离强度的无纺布片，氢键合用于稳定层的密度和密度梯度以及用于稳定液体分配网络和结合的薄毡层的完整性。不受制于任何特定理论，但据信，设定纤维素纤维基质中的一部分纤维之间的氢键合以使其在厚度方向上保持压缩状态。其余纤维的回弹力逆着这些压缩力回推，从而形成平衡密度。据信，这是通过使用加热砑光机在气流成网的纤维素网上形成结合而形成的氢键合的独特特征，因为该网被压缩形成结合，但仅在一些纤维之间形成结合，而其余纤维依据它们的回弹力逆着这些结合回弹。据信，这种平衡的有益作用在于，在对该结构施加外机械力，如压缩时，该结构中的张力和回弹力使其倾向于弹回其平衡密度。本发明的材料的显著特征在于，在将该材料成形成卷或饰边包装、加工成吸收产品和在最终使用过程中操作时，据信由此保持本发明的材料中的各种结构各自的密度的完整性。由此，据信同样保持这些密度的合意的功能特征。

在本发明的优选实施方案中，该吸收材料表现出大于1.1:1的表观Z-方向密度梯度。在一个实施方案中，该液体分配网络包含至少一个纵向延伸的致密区。在另一实施方案中，该液体分配网络包含海岛型致密区。

本吸收材料的液体分配网络占该吸收材料的表面积的大约5%至50%，更优选该吸收材料的表面积的大约10%至35%。

尽管本吸收材料仅由纤维素纤维材料，如粉碎木浆形成是在本发明的范围内，该吸收材料的至少一层可包括超吸收聚合材料。在这种实施方案中，该吸收材料可具有大约100至2000 gsm（克/平方米）的基重并包含大约0重量%至70重量%超吸收聚合材料。低密度层可具有0.08 g/cc（克/立方厘米）至大约0.30 g/cc的密度，高密度层具有大约0.25 g/cc至0.50 g/cc的密度。

更优选地，当本材料包括超吸收聚合材料时，该吸收材料可具有大约150至1000 gsm的基重并包含大约10重量%至55重量%的超吸收聚合材料。低密度层可具有大约0.10 g/cc至0.17 g/cc的密度，高密度层具有大约0.25 g/cc至0.40 g/cc的密度。

在优选实施方案中，本吸收材料的高密度层在其下表面包括另一纤维素薄毡层，该纤维素薄毡层沿该材料的液体分配网络粘结在一起。

低密度层的纤维材料不同于高密度层的纤维材料是在本发明的范围内。

根据所公开的测试程序，本发明的吸收材料具有大于或等于1.5:1的液滴吸收时间比。

制造本吸收性无纺材料的方法包括提供纤维素薄毡层和在该薄毡层上沉积纤维素材料的步骤。将该纤维素材料压实形成第一相对低密度层的纤维基质。

本方法进一步包括提供第二相对高密度层，通过施加热和压力形成的氢键合提供稳定密度，第二层包含另一纤维基质，且第二层位于第一层上。

该方法进一步包括通过以规定图案施加热和压力来压实第一和第二层，以形成具有Z-方向密度梯度的吸收材料。成形包括形成贯穿该材料的整个厚度的液体分配网络，该网络侧向邻接低密度和高密度层的至少一部分。将该材料的纤维素薄毡层结合到液体分配网络上以使该吸收材料一体化以防层离和防止第一低密度层的纤维材料脱离。根据所示实施方案，该材料的液体分配由至少一个纵向延伸的致密区形成或成形成包含海岛型致密区。如所述，可以以纤维素纤维材料和超吸收聚合材料的掺合物的形式提供本吸收材料的至少一种纤维基质。

在制造本吸收材料的优选方法中，提供高密度层的步骤包括与低密度层分开形成和压实高密度层，此后将高密度层置于低密度层上。

在最优选的形式中，使用包含单成形段和位于该单成形段下游的单结合砑光机的气流成网装置形成该吸收材料。

从下列详述、附图和所附权利要求中容易看出本发明的其它特征和优点。 

附图说明

图1是具体体现本发明的原理的表现出Z-方向梯度的吸收性无纺材料的示意性截面图；且

图2是本吸收性无纺材料的另一实施方案的示意性截面图。

详述

尽管本发明允许各种形式的实施方案，但在附图中展示和在下文中描述本发明的目前优选的实施方案，要理解的是本公开应被视为本发明的示例，而无意将本发明限于所示具体实施方案。

本发明提供适用于吸收制品的新型吸收性无纺布材料，其包含纤维素纤维和任选超吸收聚合物（SAP）而不含合成纤维或化学粘合剂。通过氢键合保持该材料的密度结构并通过沿密度梯度将液体流引导通过该结构来提供改进的吸收力特性。在该结构中在至少一部分表面上包括在厚度方向上的强密度梯度。

参照图1，纤维素纤维（51、53和54）包封在顶部（52）和底部（未显示）的两片纤维素薄毡之间。将该材料分成两个区域，它们在这种特别优选的实施方案中以平行模式交替，包括至少一个纵向延伸的致密区，其优选在该材料的纵向（MD）中延伸。但是，许多模式可能合适，取决于该片材的所需物理和吸收特性。第一区域包含覆盖至少一个更强粘结纤维的较高密度层（51）的与该片材的一面相邻的相对低密度纤维层（54），从而在厚度方向上形成密度梯度。低密度纤维（54），其中许多是基本未结合的，通过顶薄毡（52）封住，以防止在操作过程中成尘。在第二区域中，结合至相对较高密度的纤维素纤维贯穿该材料的整个厚度并在这两个区域之间的边界处与第一区域的两个层（51，54）都流体连通。顶薄毡（52）与第二区域中的纤维51强结合以便为薄毡层提供有效层离强度。任何纤维结构51、53或54可任选含有超吸收聚合材料SAP颗粒（未显示）。在这种优选实施方案中，高密度结合的第二区域在该片材的纵向中延伸，以提供液体的强优先纵向芯吸。在另一些实施方案中，第二区域可具有一系列离散的不连贯形状，第二区域在面内方向上几乎不提供芯吸或在另一实施方案中成形成在长度和宽度方向上都具有连续性，以在这两个方向上都提供面内芯吸。第二区域可以占表面积的1%至90%，但合意地为表面积的5%至40%，更合意地为表面的15%至35%。

本发明的方法中可用的纤维素纤维是本领域中公知的并包括木纸浆、棉、亚麻和泥炭藓。粉碎木纸浆通常优选。纸浆可获自机械或化学-机械纸浆、亚硫酸盐纸浆、牛皮纸浆、制浆废料、有机溶剂纸浆等。软木和硬木物种都可用。软木浆是优选的。该纸浆最合意地在可通过用于制造本发明的材料的气流成网设备加工的包装中提供。

在本发明的另一方面中，用于制造形成梯度的上层和下层的纤维素纤维可以不同以提高该梯度的效力。其一个实例是使用如下纤维素纤维：其至少一些通过包括在大约15℃至大约60℃的温度下用碱金属盐浓度为该吸收材料的大约2重量%至大约20重量%的碱金属盐水溶液处理纸浆液体浆悬浮的步骤的方法制成。

超吸收聚合物（SAP）是本领域中公知的。本文所用的术语“超吸收聚合材料”是指相对于它们的重量能够吸收大量流体的基本不溶于水的聚合材料。该超吸收材料可以是微粒、纤维、薄片、颗粒或聚集体形式。示例性和优选的超吸收材料包括交联聚丙烯酸的盐，如聚丙烯酸钠。超吸收材料可购得（例如购自Stockhausen GmbH, Krefeld, 德国）。在各种一次性吸收产品中使用多种类型；适当等级极大取决于最终用途制品的所需吸收力特性。本领域技术人员可以为特定最终用途设计选择最佳等级。

本发明的吸收材料可包含任选载体薄毡和在该网幅上的另一任选薄毡层。所用的合适薄毡材料是本领域普通技术人员公知的。优选地，这种薄毡由漂白木浆制成并具有大约273-300 CFM的透气性。用在气流成网吸收材料中的薄毡可购得（例如购自Cellu Tissue in East Hartford, 康涅狄格）。

本发明的吸收材料可以以均匀方式构造或可以用具有纤维素和/或超吸收剂的不同组成的许多层构造。气流成网吸收材料制造领域的技术人员可以为任何指定最终用途产品设计最佳构造。优选材料可以用顶薄毡和载体薄毡构造并具有纤维素纤维和SAP的基本均匀的混合物。

制造本发明的材料的优选方法是使用氢键合气流成网法。对本专利而言，氢键合的气流成网材料是通过将个体化的纤维悬浮在气流中并将它们送过气流成网机的成形头以使它们沉积在未致密化的网幅中而形成的包含纤维素纤维和任选超吸收聚合物的任何无纺布。随后在该材料中形成氢键。

在经此引用并入本文的美国专利No. 5,527,171（Soerensen）中详细描述几种气流成网机的实例。成形头可包括旋转或搅拌鼓，其用于保持纤维分离直至纤维被真空吸到多孔压缩鼓或多孔成形传送机（或成形丝网）上。在需要多个指定层，如具有不同组成或密度的那些时，可以使用独立成形头以在之前形成的层上顺序地形成各层。在将纤维气流成网时，将所得结构致密化并通过对该网幅施加热和压力以形成氢键来将纤维键合在一起，与其未致密化状态相比提高该材料的密度和强度。不使用化学或热塑性粘合剂材料。施加热和压力的优选方法是使用加热砑光辊。在这种方法中任选可以使用纤维素载体薄毡和纤维素顶薄毡，它们结合和集成到该网幅中。

在形成本发明的材料的优选方法中，在锤磨机中将纤维素纤维分离并沉积到被载体薄毡覆盖的移动成形丝网上。任选在成形头中计量加入和掺合超吸收聚合物。

随后使用具有平表面的加热砑光机在>100℃的优选温度，但更优选在150-200℃范围内和获得底层的所需密度所必需的压力下将该网幅致密化。

通过成形头将附加的纤维素纤维和任选SAP沉积到被载体薄毡覆盖的移动丝网上。由此形成的网幅随后在压花砑光站与第一网幅合并。在一个优选实施方案中，该压花砑光站具有>100℃，更优选在150-200℃范围内的温度和在该材料的压花区中获得所需密度和结合所必需的压力。

根据实施本发明的优选方法，提供纤维素薄毡层，在其上沉积纤维素材料并压实形成第一相对低密度层的纤维基质。此后在第一层上提供第二相对高密度层，所述第二层包含另一纤维基质。通过施加热和压力形成的氢键合提供稳定密度。

通过以规定图案施加热和压力来压实第一和第二层，以形成具有Z-方向密度梯度的吸收材料，包括形成贯穿该材料的整个厚度的液体分配网络。该液体分配网络侧向邻接低密度和高密度层的至少一部分，将纤维素薄毡层结合到液体分配网络上以使该吸收材料一体化以防层离和防止第一低密度层的纤维材料脱离。

优选地，提供高密度层的步骤包括与低密度层分开形成和压实高密度层，此后将高密度层置于低密度层上。由于典型的气流成网装置具有单成形段并希望避免改装该机器的额外资本，形成两层的一种方法是在相同成形段上彼此并排形成这些层，将它们切开成两个网幅，随后在先砑光一个网幅之后将它们合并。可以与适当的网幅路径安排（routing）一起使用在辊的一半上具有压花图案的砑光机，以用单砑光机产生希望的构造。使用单成形段的另一方法是形成网幅的一部分，随后在其中点处将其从丝网上剥离，随后在其余丝网上形成第二层。尽管有许多方法，但优选使用包含单成形段和位于单成形段下游的单结合砑光机的气流成网装置。

可以以被基本未结合区域包围的高度结合区域的“海岛”图案或包含中间密度或梯度的更复杂图案的形式提供压花致密区。特别有利的图案包括纵向取向的高密度平行线（图解在图1中），它们沿线的方向优先分配液体，这有助于避免吸收产品中的侧漏。使吸收功能最大化的有用图案具有小于50%结合，更优选小于30%结合，但合意地大于10%结合的海岛图案，并通常产生具有有用机械完整性的材料。

本发明的材料具有100-2000gsm，更合意地150-1000gsm的基重。SAP含量可以为0-70%，但更合意地为10-55%。如下述基重和密度程序所示的低密度层的密度可以为0.08g/cc至0.30g/cc，更合意的范围为0.10g/cc至0.17g/cc。如下列程序所示的高密度层的表观密度可以为0.25g/cc至0.50g/cc，更合意范围为0.25-0.40g/cc。由这两个层的密度比规定的第一区域中的厚度方向密度梯度优选为1.2-5.0，再更优选为1.5至2.5。通过下述小面积密度试验程序测得的第二区域中的材料的密度理想地为0.30g/cc至1.2g/cc，更优选0.60g/cc至0.95g/cc。

压花第二区域合意地平均占该材料表面的5-50%，更合意地平均占表面积的10-35%，更合意地包含重复图案，尽管这不是对本发明的材料的要求。压花图案可没有侧向连续性（如离散点或其它几何形状），可在一个方向上具有侧向连续性（如平行线、不相交Z字形等）或在两个方向上都具有侧向连续性（菱形、正方形、六边形等的轮廓）。图1图解包含较高密度平行线图案的第二区域，而图2图解具有被较高密度第二区域61包围的包含较低密度圆62的第一区域的材料。压花图案也可设计成对应于最终吸收制品中的芯的形状，以定相（phased）方式使用以提供特定性质，如机械强度或在最终产品中最合适的特定位置中的流体输送。

在申请人的制造在厚度方向上具有密度梯度的仅含纸浆和SAP的氢键合材料的一个尝试中，形成绒毛和SAP的气流成网垫，随后行经砑光辊隙，仅加热辊隙的底辊。由此在不显著结合较低密度顶层的纤维的工艺条件下形成温和密度梯度。在操作该网幅时，这种表面上的未结合纤维会造成不可接受的纤维尘雾。如果不施加造成该密度梯度消失的较高压力，用于封住粉尘的顶薄毡层不结合到该网幅上。本发明的材料通过使致密第二区域中可得的强粘结将顶薄毡层以稳固方式贴到该网幅上（其随后提供第一区域的低密度层中的纤维的非常有效封闭）而以非常实用的方式解决这种问题。形成这些有效结合所需的第二区域的密度取决于第二区域所占的表面积百分比。

现有技术文献提到在厚度方向上具有密度梯度的芯，其在片材的较高密度侧上表现出比片材的较低密度侧高的在X和Y方向（面内）中的芯吸。其一个实例在美国专利No. 5,525,407（Yang）中。本发明的材料清楚表现出类似性能，在一个位置添加的液体在第二区域的高密度芯吸线和接着第一区域的较高密度层中蔓延最远，在第一区域的低密度层中观察到最少量的蔓延。如现有技术文献中所示，这种性质可用于遮蔽各种卫生巾和卫生护垫中的难看污渍。

对于实施例1的材料，通过切割12英寸 x 1英寸材料条带、将其一端垂直悬挂在0.9%盐水溶液的盘中和在30分钟后测量垂直芯吸高度，量化这种性能。芯吸高度是在各密度区内在1英寸条带中看出的最高液体垂直长度和最低液体垂直长度的平均值。

第一区域中的较低密度层的平均垂直芯吸高度为11.7厘米。第一区域中的较高密度层的平均垂直芯吸高度为16.4厘米。（在样品条带的另一侧上观察）第二区域中的平行压花线的平均垂直芯吸高度为17.9厘米。在样品条带的相对侧上观察的第一区域中的两层之间的垂直芯吸高度差据信是这一区域中在片材厚度方向上的密度梯度的结果。

在少量粘性液体施加到本发明的材料上时，根据下面略述的液滴吸收时间试验程序，观察到密度梯度的意外额外益处。由于小测得量的添加液体没有完全浸透该材料，沿本发明的密度梯度轴在厚度方向上存在强流体流动分量，从而量化其对流过材料厚度的流体流速的作用。据发现，施加到该片材一面上的测量过的液滴比施加到片材另一面上的类似量的液体吸收得慢。不受制于任何特定理论，但据信，厚度方向上的密度梯度将液体以优选方向吸入该片材，趋势是提高从低密度层到较高密度层的流速。另外，据信，具有与本发明的材料类似的基重和特征但在厚度方向上没有密度梯度的材料没有表现出一面与另一面的吸收时间不对称，且在该方向上吸收速度慢于本发明的材料（其据信由厚度方向上的密度梯度增强）。

由于吸收速率对避免渗漏而言是至关重要的，本发明的材料的这种性质非常有助于制造吸收制品的改进的吸收芯，特别是处理较粘液体的那些，如卫生巾。

试验程序：

基重和密度：使用来自Associated Pacific Company of Camarillo California的Atom model SE 20C模压机，使用适当尺寸的切割模头切割样品材料的300mm x 200mm手抄纸。在可读数至0.001克的实验室天平上称量样品。随后将样品置于足压力（foot pressure）为0.07psi的Emveco Microgauge中。在片材周围6个位置测量厚度，并使用平均功能取平均值。

将以克/平方米为单位的基重除以以毫米为单位的厚度，并将其除以1000以产生以克/立方厘米为单位的密度。

Z-方向密度比：

在砑光后立即，但在添加任何附加纤维之前，借助恒速运行的稳定方法（其是商业气流成网法的预期运行）获取网幅样品。在该方法完成时，该材料变成第一区域中的较高密度层。此时取样能够测量该层而不必将其与其余材料分离。从这种材料上取200mm x 300mm样品（量：10）并进行上列基重和密度试验。平均值是该结构的代表。

借助仍在相同的恒速和稳定状态下运行的方法，获取最终材料的样品。取200mm x 300mm样品（量：10），再在这些样品上进行基重和密度试验并记录平均值。

计算：

取整个片材的基重和厚度以及在该方法中通过砑光使其结合之后立即但在添加任何附加纤维之前获取的较高密度层的基重和厚度的平均测量值。

随后进行下列计算以计算无法分离以单独测量的较低密度层的基重和厚度：

平均基重（整个片材） - 平均基重（高密度层） = 基重（低密度层）

平均厚度（整个片材） - 平均厚度（高密度层）= 厚度（低密度层）

随后计算高密度层和低密度层的密度：

密度 (高密度层g/cc)= 基重 (高密度层, gsm) / 厚度 (高密度层, mm) / 1000

密度 (低密度层 g/cc) = 基重 (低密度层, gsm) / 厚度 (低密度层, mm) / 1000

最后，计算高密度层和低密度层之间的密度比。

密度 (高密度层, g/cc) / 密度 (低密度层, g/cc) = Z-方向密度比

小面积密度：

第二区域的小致密区通常太小以致无法使用Emveco Microgauge测量。因此，使用具有可读数至0.001英寸的刻度盘指示计和0.09英寸球端探针的在磁性基底或等效物上的MHC牌机械刻度盘指示计。在将该刻度盘指示计在Sartorius实验室天平的称重盘上垂直下压时，读数为73克。将该刻度盘指示计置于金属平面上并啮合磁性基底。随后调节装配托架以使该刻度盘指示计在球与光滑金属表面接触的情况下垂直取向。随后旋转窗口（bezel）以产生0读数。抬起探针并将样品置于其下方以使探针坐落在第二区域的致密部分上，由此取厚度读数。厚度直接以毫米读取。

小面积密度测试的取样：

使用来自Associated Pacific Company of Camarillo California的Atom model SE 20C模压机，使用适当尺寸的切割模头切割样品材料的300mm x 200mm手抄纸。在可读数至0.001克的电子实验室天平（Sartorius或等效物）上称量样品。 将重量除以面积以产生以克/平方米为单位的计算出的平均基重。随后使用刻度盘指示计根据上述程序从第二区域中的相当位置取5个厚度读数（在实施例材料的情况下，第二区域由通过旨在产生恒定厚度的方法压花的平行线构成。沿这些平行线的中心线取厚度读数）。将以克/平方米为单位的基重除以以毫米为单位的5个厚度测量值的平均值，并除以1000以产生读数的平均密度。

拉力：

使用来自Associated Pacific Company of Camarillo California的Atom model SE 20C模压机和适当尺寸的切割模头切割240mm x 50mm样品。随后在该条带上使用来自Zwick / Roell in Ulm，德国的Zwick Model Z005拉伸试验机或等效物进行拉伸试验。试验以200mm卡爪间距开始。将样品置于卡爪中，并将力归零。试验机程序随后以100毫米/分钟的速率对该条带施加2N预载荷，随后继续以100毫米/分钟的速率拉伸样品直至破坏，记录每50毫米宽的试验条带的以牛顿计的最大力。

液滴吸收时间：

这种试验测量芯的毛细作用将测得剂量的粘性液体吸入其中所需的时间。该试验使用由0.9%盐水溶液（可作为准备好的溶液获自Lab Chem, of Pittsburg, PA, 目录号07933）以及充分溶解以产生具有30 +/- 2厘泊的稳定粘度（其用Brookfield Syncro-Lectric粘度计在75℃下测量）的均匀溶液的足够羧甲基纤维素钠（Hercules Chemical, 7a型）构成的试验流体。

使用来自Associated Pacific Company of Camarillo California的Atom model SE 20C模压机，使用适当尺寸的切割模头切割300mm x 200mm材料样品。在可读数至0.001克的实验室天平上称量样品。 将重量除以以平方米计的样品面积以产生以克/平方米计的基重。所需的以立方厘米计的试验流体的剂量是该片材的基重乘以0.00044系数。将计算剂量的试验流体向上吸入带有可读数至0.01 cc的刻度的无针头1cc结核菌素注射器（可获自BD Medical of Franklin Lakes, NJ 目录号309602）中。将注射器末端置于垂直取向的材料样品上方的1液滴直径处，并在大约1秒内分配剂量（以避免偏斜和不适当地在更大表面内散布液滴）。在定量给料开始时，启动秒表并记录液滴完全吸收到该片材中所需的时间。终点是镜面液体表面最后消失到该材料中的时刻。

液滴吸收时间试验的取样：

将10滴根据上述程序置于材料一面上的独立的未润湿位置中并记录吸收时间的平均值和标准偏差。在相对于液滴而言第一和第二区域尺寸大的材料的情况下，应将液滴置于在厚度方向上含有密度梯度的第一区域中。随后将样品翻过来并再根据上述程序，将10滴置于另一面上的未润湿位置中，同样记录吸收时间的平均值和标准偏差。随后将较疏松面的平均吸收时间除以较致密面的平均吸收时间。这是液滴吸收时间比。

具体实施方式

实施例1：

根据本发明制造无纺布片材料。该材料包含纤维素纤维（来自Rayonier, Jesup, Ga 的Rayfloc J-LDE）、SAP（来自Sumitomo Seika新加坡的SA65s）和17gsm 3995薄毡（Cellu tissue, East Hartford, Conn）。形成的第一层具有150gsm的总基重，包含纤维素纤维和15% SAP并包括17gsm载体薄毡层。除载体外，该层是SAP和纤维素的均匀混合物并使用加热至170℃的在一个辊上具有光滑表面和在另一个辊上具有亚麻图案的砑光机在足以产生0.31 g/cc密度的压力下致密化。向其中加入附加材料层，总基重为150gsm，仍包含纤维素纤维和SAP并包括17gsm薄毡层，这次在顶部。除顶薄毡外，第二层同样是SAP和纤维素的均匀混合物。使这一网幅经过加热至170℃、包含正弦扇面的平行圆周凸缘图案、使用来自BF Perkins, of Rochester, NY的被称作57RE80的雕版的压花砑光机。这在该材料中产生纵向走向的平行压花线的图案。辊压力足以产生0.75g/cc的沿压花线中心线的小面积密度测量结果。该材料具有300gsm的总基重、大约15%的总SAP含量和0.22g/cc的总密度。

实施例2：

根据本发明制造材料。该材料包含与实施例1相同的原材料。该第一层具有116gsm的总基重，包含纤维素纤维和30重量% SAP并包括17gsm载体薄毡层。除载体外，该层是SAP和纤维素的均匀混合物并使用加热至170℃的在一个辊上具有光滑表面和在另一个辊上具有亚麻图案的砑光机在足以产生0.28 g/cc密度的压力下致密化。向其中加入附加材料层，总基重为111gsm，仍包含纤维素纤维和25重量% SAP并包括17gsm薄毡层，这次在顶部。除顶薄毡外，第二层同样是SAP和纤维素的均匀混合物，使该网幅经过具有与实施例1相同的压花图案、加热至170℃，具有足以产生0.86g/cc的沿压花线中心线的小面积密度测量结果的力的压花砑光机。该材料具有227gsm的总基重、大约30%的SAP含量和0.20g/cc的总密度。

实施例3：

根据本发明制造材料。该材料包含与实施例1相同的原材料。第一层具有106gsm的总基重，包含纤维素纤维和25重量% SAP并包括17gsm载体薄毡层。除载体外，该层是SAP和纤维素的均匀混合物并使用加热至170℃的在一个辊上具有光滑表面和在另一个辊上具有亚麻图案的砑光机在足以产生0.28 g/cc密度的压力下致密化。向其中加入附加材料层，总基重为107gsm，仍包含纤维素纤维和25重量% SAP并包括17gsm薄毡层，这次在顶部。除顶薄毡外，第二层同样是SAP和纤维素的均匀混合物，使该网幅经过具有与实施例1相同的压花图案、加热至170℃，具有足以产生0.81g/cc的沿压花线中心线的小面积密度测量结果的力的压花砑光机。该材料具有213gsm的总基重、大约25%的SAP含量和0.17g/cc的总密度。

实施例4：

根据本发明制造材料。该材料包含与实施例1相同的原材料。第一层具有91gsm的总基重，包含纤维素纤维和10重量% SAP并包括17gsm载体薄毡层。除载体外，该层是SAP和纤维素的均匀混合物并使用加热至170℃的在一个辊上具有光滑表面和在另一个辊上具有亚麻图案的砑光机在足以产生0.29 g/cc密度的压力下致密化。向其中加入附加材料层，总基重为110 gsm，仍包含纤维素纤维和SAP并包括17gsm薄毡层，这次在顶部。除顶薄毡外，第二层同样是SAP和纤维素的均匀混合物。使这一网幅经过具有与实施例1相同的压花图案、加热至170℃，具有足以产生0.82g/cc的沿压花线中心线的小面积密度测量结果的力的压花砑光机。该材料具有201gsm的总基重、大约20%的SAP含量和0.19g/cc的总密度。

实施例5：

根据本发明制造材料。该材料包含与实施例1相同的原材料。第一层具有91gsm的总基重，包含纤维素纤维和10重量% SAP并包括17gsm载体薄毡层。除载体外，该层是SAP和纤维素的均匀混合物并使用加热至170℃的在一个辊上具有光滑表面和在另一个辊上具有亚麻图案的砑光机在足以产生0.29 g/cc密度的压力下致密化。向其中加入附加材料层，总基重为87 gsm，仍包含纤维素纤维和SAP并包括17gsm薄毡层，这次在顶部。除顶薄毡外，第二层同样是SAP和纤维素的均匀混合物。使这一网幅经过具有与实施例1相同的压花图案、加热至170℃，具有足以产生0.91g/cc的沿压花线中心线的小面积密度测量结果的力的压花砑光机。该材料具有178gsm的总基重、大约20%的SAP含量和0.19g/cc的总密度。

对照1：

制造材料以充当实施例3的对照物。意在具有类似基重、SAP百分比、使用类似原材料并在顶部和底部具有薄毡。该单层包含纤维素纤维和SAP并在顶部和底部都包括17gsm载体薄毡层。除载体层外，该层是SAP和纤维素的均匀混合物，并使用加热至170℃的在一个辊上具有光滑表面和在另一个辊上具有亚麻图案的砑光机在足以产生0.32 g/cc密度的压力下致密化，以赋予其与第一区域中的较高密度层类似的密度特征。整个材料具有217gsm的基重和大约25%的SAP含量。

对照2：

制造材料以充当实施例3的另一对照物。意在具有类似基重、SAP百分比、使用类似原材料并在顶部和底部具有薄毡。但是，整个材料作为单层形成并使用压花砑光机结合，制造第二区域的特征，但不产生第一区域中的密度梯度。该单层包含纤维素纤维和SAP并在顶部和底部都包括17gsm载体薄毡层。除载体层外，该层是SAP和纤维素的均匀混合物，并使用加热至170℃的在一个辊上具有光滑表面和在另一个辊上具有亚麻图案的砑光机在足以产生0.15 g/cc密度的压力下致密化。整个材料具有225gsm的基重和大约25%的SAP含量。

根据上文解释的取样和程序，在5个实施例材料上进行基重和厚度测量。表1含有各种样品获得的测量和计算密度和在厚度（Z-方向）中的所得表观密度比。

表1

	平均密度（g/cc）	高密度层的平均密度（g/cc）	低密度层的计算密度（g/cc）	计算出的Z-方向密度比
					实施例1	0.22	0.31	0.17	1.8
实施例2	0.20	0.28	0.16	1.7
					实施例3	0.17	0.28	0.12	2.4
实施例4	0.19	0.29	0.15	1.9
					实施例5	0.19	0.29	0.14	2.1

从上述值可以看出，如通过计算出的Z-方向密度比值量化的那样，本发明的材料在厚度方向上含有实质的密度梯度。

根据上述方法和取样，测量5个实施例材料的小面积密度，其沿第二区域中的致密线的中心测得。表2报道对实施例1-5获得的这些平均值。

表2

	小面积平均密度（第二区域的中心）g/cc
		实施例1	0.75
实施例2	0.86
		实施例3	0.81
实施例4	0.82
		实施例5	0.91

尽管装置中有差异，但数据表明第二区域中的密度高于第一区域中的密度。

对本发明的材料的各种实施例进行拉伸测量。平均拉伸值报道在下表3中：

表3

	平均拉力（N/50mm）
		实施例1	38
实施例2	17
		实施例3	18
实施例4	23
		实施例5	20

这些数据表明，本发明的材料中的氢键合提供强拉伸强度。

根据上述液滴吸收时间试验程序和取样测试本发明的实施例和对照材料。这些值报道在下表4中：

表4

在比较将液体添加到低密度侧与将液体添加到高密度侧时，实施例1-5都表现出平均液滴吸收时间的实质差异。

对照1具有与实施例3类似的基重和SAP含量，但其在整个厚度中具有大致均一的密度，其以类似方式形成并看起来像实施例3的第一区域中的较高密度层。如预期那样，在片材一侧上添加的液体的液滴吸收时间与在另一侧上添加非常类似。添加到实施例3的低密度侧上的液体的吸收时间快于在厚度方向上没有梯度的这种对照物。

对照2具有与实施例3类似的基重和SAP含量，但其使用压花砑光机整个结合。尽管压花第二区域的密度和形状类似于实施例3中的第二区域，第一区域中的材料密度看起来更像实施例3中的第一区域的低密度层。在厚度方向上没有密度梯度。如预期那样，在片材一侧上添加的液体的液滴吸收时间与在另一侧上添加非常类似，尽管压花产生的表面凸纹在“顶面朝上”的情况下高于“顶面朝下”。添加到实施例3的低密度侧上的液体的吸收时间快于除在厚度方向上的梯度外具有实施例3的所有特征的这种对照物。

这些和其它数据表明，本发明的材料的密度梯度使该材料表现出比在厚度方向上没有密度梯度的类似材料更快的将液体向下吸入该材料的液滴吸收速率。

为了在正常网幅装卸过程中有效封住本发明的材料的低密度表面中的未结合纤维素纤维和SAP，使纤维素薄毡层氢键合到该片材的低密度侧上。通过使这种薄毡键合到高密度第二层上，可以在使第一区域中的低密度层保持相对未压缩的同时实现有效结合。下面解释的垂直层离试验是这种结合强度的有用指标。垂直层离值有利地大于5N，更合意高于10N以使该薄毡在一次性吸收制品的加工操作的典型网幅装卸和切断过程中保持结合。

垂直层离：

将一条Spectape ST01双面胶带粘贴到要测试的材料的一个表面上。使用来自Associated Pacific Company of Camarillo California的Atom model SE 20C模压机和适当尺寸的切割模头从该贴有胶带的部分上切割50毫米圆形样品。随后使用来自Zwick / Roell in Ulm, 德国的Zwick Model Z005拉伸试验机或等效物进行试验。在该机器的下压缩部分中，将50毫米直径的圆形压板附加到在可活动梁上的测力计上，并将第二个较大的固定圆形压板安装到下方框架上，与所述50毫米可活动压板相对。从贴有胶带的样品上除去剥离纸并使用粘性表面粘贴到所述50毫米可活动压板上。将第二条双面胶施加到下压板表面上并同样除去剥离纸。将压板合到一起，使样品面粘贴到它们上，随后移开，以使样品层离。为了在不破坏测力计的情况下这样做，可活动压板以30毫米/分钟小心下落到固定压板上，样品在它们之间，直至读取0.5N的力，随后在2毫米/分钟下直至读取5N的力，随后0.5毫米/分钟直至读取35N的力。随后该可活动压板以75毫米/分钟向上移动，同时记录在样品层离时施加的最大力。这种最大力是垂直层离力。破坏样品的检查揭示了破坏是否在样品内或样品强度是否超过胶带粘结之一。

在实施例材料上进行垂直层离测试以显示层之间，特别是该片材的较低密度侧上的载体薄毡之间的结合完整性。记录各自的5个值的平均值。请在下表5中找出这些：

表5

	平均垂直层离（N）
		实施例2	17.3
实施例3	17.0
		实施例4	22.9
实施例5	22.8

从上文中我们观察到，可以在不背离本发明的新颖概念的真实精神和范围的情况下实施许多修改和变动。要理解的是，无意或不能推断限于本文例举的具体实施方案。本公开意在通过所附权利要求涵盖落在权利要求范围内的所有这样的修改。

Claims (15)

1.表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其包含：

第一相对低密度层（54），其包含基本不含合成纤维和粘合剂组合物的纤维素纤维材料的纤维基质；

第二相对高密度层（51），其毗连与其呈液体转移关系的所述第一层（54），所述第二层（51）包含基本不含合成纤维和粘合剂组合物的纤维素纤维材料的纤维基质；

基本贯穿所述吸收材料的整个厚度的液体分配网络，所述液体分配网络侧向邻接所述第一低密度层和与其呈液体转移关系的第二高密度层的至少一些部分；和

位于所述低密度层（54）上的纤维素纤维薄毡层（52），其粘结到所述液体分配网络上以使所述吸收材料一体化以防层离和防止所述低密度层（54）的纤维材料脱离；

所述材料含有氢键合，提供具有至少10N/50mm的MD拉伸强度和>5N的垂直层离强度的无纺布片，所述氢键合用于稳定层的密度和所述密度梯度以及稳定液体分配网络和粘结的薄毡层（52）的完整性。

2.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中

所述吸收材料表现出大于大约1.2:1的表观Z-方向密度梯度。

3.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中

所述液体分配网络包含至少一个纵向延伸的致密区。

4.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中

所述液体分配网络包含海岛型致密区（61，62）。

5.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中

所述液体分配网络占所述吸收材料的表面积的大约5%至50%。

6.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中

至少一个所述层包括超吸收聚合材料；

所述吸收材料具有大约100-2000 gsm的基重并包含大约0重量%至70重量%超吸收聚合材料；且

所述低密度层具有大约0.08g/cc至0.30g/cc的密度，所述高密度层具有大约0.25g/cc至0.50g/cc的密度。

7.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中

所述高密度层（51）在其下表面包括另一纤维素薄毡层，所述纤维素薄毡层沿所述液体分配网络粘结在一起。

8.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中

所述低密度层（54）的纤维材料不同于所述高密度层（51）的纤维材料。

9.根据权利要求1的表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料，其中液滴吸收时间比> 1.5:1。

10.制造表现出Z-方向密度梯度的吸收性无纺材料的方法，包括下列步骤：

提供纤维素薄毡层（52）；

在所述薄毡层（52）上沉积纤维素材料；

压实所述纤维素材料以形成第一相对低密度层（54）的纤维基质；

在所述第一层（54）上提供包含另一纤维基质的第二相对高密度层（51），其中通过施加热和压力形成的氢键合提供稳定密度；和

通过以规定图案施加热和压力来压实所述第一和第二层，以形成具有Z-方向密度梯度的吸收材料，包括形成贯穿该材料的整个厚度并侧向邻接所述低密度和高密度层的至少一部分的液体分配网络，其中将所述纤维素薄毡层（52）粘结到所述液体分配网络上以使所述吸收材料一体化以防层离和防止所述第一低密度层（54）的纤维材料脱离。

11.根据权利要求10的制造吸收性无纺材料的方法，包括

形成具有至少一个纵向延伸的致密区的所述液体分配网络。

12.根据权利要求10的制造吸收性无纺材料的方法，包括

形成所述液体分配网络以包含海岛型致密区（61，62）。

13.根据权利要求10的制造吸收性无纺材料的方法，包括

以纤维素纤维材料和超吸收聚合材料的掺合物形式形成至少一种所述纤维基质。

14.根据权利要求10的制造吸收性无纺材料的方法，其中

提供所述高密度层（51）的所述步骤包括与所述低密度层（54）分开形成和压实所述高密度层，此后将所述高密度层（51）置于所述低密度层（54）上。

15.根据权利要求14的制造吸收性无纺材料的方法，其中使用气流成网装置，其包含单成形段和单个粘结砑光机或多个粘结砑光机。

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