CN1096190A - 层状吸收性结构、包括该结构的制品及它们的制造方法 - Google Patents

层状吸收性结构、包括该结构的制品及它们的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种薄的层状吸收性结构，包括由纤维材料制成 的第一和第二层(1，2)和一个中间层(5)，中间层(5) 包括水凝胶化吸收性材料(6)的颗粒和热塑聚合有机 材料(7)的颗粒；第一和第二纤维层(1，2)自中间层 (5)的外边横向延伸，形成纵向边缘部(8)。依靠热塑 聚合有机材料(7)颗粒的熔化和在每一纵向边缘部 (8)上纵向延伸的粘合剂连续线(10)，将两个纤维层 (1，2)以及二者之间的中间层(5)粘合在一起。

Description

本发明涉及一种由纤维层组成的层状吸收性结构，纤维具有水凝胶化吸收性材料的颗粒。
在一次性使用的吸收性制品中，例如，卫生巾，衣服、婴儿尿布等，上述结构可以用作吸收性元件。
众所周知，一次性使用的吸收性制品都有吸收和保留人体中的液体的吸收性元件;吸收元件必须能快速获得液体并将液体分散在其内部，以防止液体泄漏，当受正常使用压力作用时，吸收元件还必须具有良好保留液体的性能。
吸收元件主要由水凝胶化纤维材料，例如纤维素纤维填料、层状填絮、或类似的具有满意的液体吸收率和有效地将液体分散在它们内部的材料制成，但是，这些材料在受正常压力作用时，不能有效地保存液体。
人们已经知道，为了增加吸收元件吸收和保存性能，可以将水凝胶化吸收性材料和亲水纤维组合在一起使用。
通过称作超吸收剂的水凝胶化吸收性材料是聚合物，聚合物能够膨胀并吸收大量液体，特别是水同样也能吸收小范围内的人体液体。
水凝胶化吸收性材料还具有在中等压力下仍能保留流体的特性，由于这种性能，很长一段时间，人们已经提出，在吸收元件中利用水凝胶化吸收性材料，再将这种吸收元件用在一次性使用的吸收性制品中。
但是，若超吸收剂的高吸收能力不与类似的快速吸收相结合，这样，对吸收性制品及与之结合的物品性能将会产生有害的影响。
事实上，超吸收剂可以产生称作“凝胶封闭”（gel        blocking）现象，当超吸收剂的颗粒与液体接触时，它的外部表面开始吸收液体并膨胀，这样，妨碍了流体传送到制品上;仅能依靠非常慢的扩散方式，使液体再渗进仍干的制品芯中。
这种现象妨碍了完全使用具有大吸收能力的超吸收剂物质。
不考虑超吸收剂材料的类型和制品的形状及尺寸，在吸收性结构之内，通常，由形成超吸收剂制品的附聚作用而助长“凝胶封闭”现象，这种现象既可发生在使用前颗粒仍干着的情况下，也可发生在使用过程中，颗粒开始吸收液体并膨胀的情况下。
在任何情况下，利用水凝胶化吸收性材料，可以生产吸收元件，由于吸收能力的原因，吸收元件含有少量亲水纤维，当然，吸收元件的尺寸比较小，特别是其宽度要小于单独由纤维组成的常用吸收元件的宽度。
在已经制成的结构中，纤维和水凝胶化吸收性材料的颗粒通常分开，并形成薄的叠加在一起的层状结构。
这类层状吸收性结构有许多特殊的形式，在这种结构中，纤维材料由许多层填絮之一，吸水纸或非织造物代表，在这种结构中，水凝胶化吸收性材料的颗粒还可以各种方式与结构相结合，这些都是已知的现有技术。
在形成的层状干的结构中，至少两层纤维层靠纤维绕在一起的方式单独地结合在一起，在两层之间的水凝胶化吸收材料的颗粒通过两纤维层结合在一起而固定就位;将结构通过压印工艺处理，可以获得两个纤维层之间较好的结合，压印工艺可以引起两层之间轻微地相对滑动，这样促进了纤维互相缠绕在一起，这种解决方案已是公知技术，例如，可参见美国专利US.4，578，068。
在另一种替换方案中，加水或最好利用蒸汽和压力，形成层状湿的结构，在这种结构中，主要利用水凝胶化吸收性材料的颗粒来获得两个纤维层之间的结合，这种水凝胶化吸收性材料变成粘性的，作为两个纤维层之间的粘合剂。
在上述两种情况下，无论哪一种结构都是非常不稳定的，纤维层可以分开，例如，沿着它们的边缘，包含在层之间的水凝胶化吸收性材料的颗粒离开并在层之间的表面上自由滑动，这样，水凝胶化吸收性材料颗粒变成局部集中，由此，在使用中所建立的“凝胶封闭”现象会加剧，或使其恶化，这样，水凝胶化吸收性材料的颗粒也会从结构的边缘漏出来，在上述任何情况下都会减小结构的吸收性能。
另一种形成层状吸收性结构的方案是，在这种结构中利用一种粘合剂，例如热熔形的粘合剂，将这种粘合剂放在其中一个纤维层的表面，这样做有两个目的，一是可将两纤维层粘合在一起，同时，也将纤维层之间的超吸收剂材料的颗粒固定。
可以使用粘合剂，但是，这样既影响了有粘合剂的纤维层的吸收性能，也使超吸收剂颗粒与粘合剂相接触。
因此，通常有必要不使用过量的粘合剂，并且有必要在层状结构的边缘完全消除损失超吸收材料的可能性。
由于这一原因，由于单独生产层状吸收性结构和吸收性制品的半成品很不方便，所以，上述类型的层状吸收性结构可直接在生产线上与吸收性制品结合在一起而形成成品。
到目前为止，对于所描述的所有层状吸收性制品来说，都存在有沿着上述边缘所造成的水凝胶化吸收性材料损失的问题，这类问题，在已知的生产中，已经通过各种手段而得到解决;例如，用一层包括辅加元件的填絮完全包围着结构，或者用一层单独的纤维材料层，仅在这种纤维材料层的纵向中心带上，将粘合剂和超吸收材料分布在纤维材料层上，随后将两边部叠合在一起，这样，它们部分地接近轴线地叠合。
这种解决水凝胶化吸收性材料沿着结构边缘损失问题的方案没有考虑所出现的辅加元件的情况，也不允许将不同的材料应用到两个纤维层上。进一步，这种方案比将两个相同宽度层简单地叠合在一起形成成品需要更多的材料。
因此，问题是，如何形成一种薄的层状吸收性结构，它能避免上述将各个层连接在一起的连接方法的缺点，同时，能够减少构成这种结构的材料，而形成一种薄而轻的结构。
因此，本发明的目的是改善用在一次性吸收性制品中的含有水凝胶化吸收性材料的层状薄的吸收性结构的吸收性能和稳定性能。
根据本发明，上述目的通过一种薄的层状吸收性结构来完成，这种结构具有下述权利要求书中所描述的特征。
本发明的另一目的是提供一种包括上述结构的制品以及它们的生产方法。
总的来说，本发明涉及一种薄的层状吸收性结构，这种结构至少由两层纤维层形成，并包括位于两层之间的一层水凝胶化吸收性材料的颗粒，通过分布并与水凝胶化吸收性材料相混合的热塑聚合有机材料的颗粒以及沿着结构纵向边缘而设置的两条粘合剂线使两纤维层结合在一起。
本发明进一步的特征和优点，通过下述参照附图所给出的不受限制的实施例将更加清楚明了。其中：
图1是根据本发明所形成的薄的层状吸收性结构的透视图，图中特别将两层中的一层竖起;
图2是沿图1Ⅱ-Ⅱ线剖开的薄的层状吸收性结构的横截面图;
图3是将本发明薄的层状吸收性结构卷成卷的连续带透视图;
图4是薄的层状吸收性结构另一种替换形状的连续带的平面图;
图5是生产根据本发明所提供的薄的层状吸收性结构的装置示意图;
图6是利用本发明的薄的层状吸收性结构作为吸收元件的一次性卫生巾的平面示意图。
本发明薄的层状吸收性结构在下文中结合它们在一次性吸收性制品中的应用作进一步详述;制品可带在使用者的身上直接与身体接触;目的是吸收身体中的流体，然后经过一次使用之后扔掉。
图1和图2表示一种根据本发明所形成的薄的层状吸收性结构的最佳结构形式。在图1中，其中一层竖起来，可以更清楚地显示其构造。
在图1中，两个相同宽度的连续带状第一纤维层1和第二纤维层2是可以区分开的，两个纤维层叠合在一起，使它们各自的纵向边缘3和4相重合;纤维层可由各种材料制成，例如，纸、填絮，非织造织物，它们最好形成干形成层，在英语中通常称作“air        laid”（“气流式”），并且这种干形成层是由基本重量在20g/m2至150g/m2之间的短纤维素纤维制成。
在两个纤维层1和2之间，有一个中间层5，中间层5由水凝胶化吸收性材料6的颗粒和热塑聚合有机材料7的颗粒所组成的混合物而制成;中间层5的宽度小于外部纤维层1和2的宽度，外部纤维层1和2自中间层5的外边横向延伸，在各自的纵向边缘3和4上形成两个纵向边缘部8。
利用热量和中度压力熔化中间层5中与水凝胶化吸收性材料的颗粒6相混合的热塑聚合有机材料的颗粒7，使两个外部纤维层1和2在中心区域相结合，而在中心区域中，中间层5设置在此。图2是沿图1Ⅱ-Ⅱ线剖开的吸收性结构横截面图，以图2可清楚地看出，第一纤维层1和第二纤维层2之间的粘合在若干个分散的相互隔开的点9处形成，点9由热熔化的热塑聚合有机材料的单个颗粒7的热熔化而产生;当它熔化时，聚合材料将两个相邻层1和2的纤维粘合在一起。
在实际中，水凝胶化吸收性材料的颗粒6受到热熔化的热塑聚合有机材料的颗粒7熔化的影响很小，这样，剩下的夹在两纤维层之间的基本上没有粘合的颗粒6，在与其中任何非吸收材料直接接触时，受到的影响也很小。
进一步，粘合点的整个表面区域，代表纤维层1和2表面区域的小摩擦，因此仍保留其吸收性能而并未改变。
两条粘合剂连续线10也设置在两个外部纤维层1和2的纵向边缘8之上的中间层5的两边，这样，进一步消除了水凝胶化吸收性材料6的颗粒从层状结构的纵向边缘漏出的可能性，这也符合两纤维层边缘3和4的叠合的要求，进一步加强了两个纤维层之间的连接。
水凝胶化吸收性材料最好以颗粒6的形式分布，并由无机物质或有机物质组成，例如，可利用现有技术中公知的交联聚合物。
颗粒6的平均尺寸，本文给出加权平均数的单个颗粒的最小尺寸，可在100微米至800微米之间取值。
与热塑聚合有机材料7一起形成中间层5的水凝胶化吸收性材料6的分布数量可在30g/m2到150g/m2之间的值。
利用细碎的热塑聚合有机材料的目的是，通过熔化方式将两个纤维层1和2粘合在一起，从而形成分散的相互隔开的处在两纤维层之间的若干粘合点9。
为了实现这一目的，与水凝胶化吸收性材料相混合的热塑聚合有机材料的分布数量可以在5g/m2至30g/m2之间的值。
热塑聚合有机材料最好能在这样的温度条件下熔化，即：不影响层状结构其它成分的性能，特别是不影响纤维层及水凝胶化吸收性材料的性能;并且还必须具有流动性，使纤维层之间的粘合能够快速实现;换句话说，当这种热塑聚合有机材料熔化时，这种材料的单个颗粒通过两个纤维层上的纤维而互相渗透，并在随后的凝固过程中，在两层1和2之间形成单独的粘合点。
已经发现，能够获得上述最佳性能的热塑聚合有机材料7的熔体流动指数M、F、I，在190/2.16条件下，根据美国材料试验学会的方法D1238-85（the        ASTM        method        D        1238-85        under        conditions        190/2.16）估计，至少应取25克/10分，理想的值至少应取40克/10分，最佳值至少应取60克/10分。
也已经发现，如果层1和2是由一种气流的（air-laid）短纤维素纤维材料制成，在这种情况下，最好利用热塑聚合有机材料，这种材料由高密度聚乙烯颗粒组成，聚乙烯颗粒的最大尺寸约为400微米，熔体流动指数约为50克/10分，分布的数量在5g/m2至15g/m2之间。
已经意外地发现，聚乙烯是典型的疏水物质，由于它们的不相容性所引起的和纤维素纤维之间明显的矛盾，事实上已成为有利的因素;也就是说，事实上可以相信，在加热结构的过程中，已熔化的聚乙烯颗粒借助于用熔体流动指数所表达的理想特性，能够迅速与两相邻层上的纤维素纤维结合，但不再互相渗透在纤维堆中，这样，产生了层之间分散并完好的许多粘合点，而聚乙烯对本发明结构性能的任何影响，例如，对结构吸收性能的影响，得到了最大程度的限制。
本发明薄的层状吸收性结构也可由两个不同纤维层或包括两个以上纤维层和相应的一个以上中间层形成，中间层由水凝胶化吸收性材料的颗粒和热塑聚合有机材料的颗粒的形成的混合物构成。
在任何情况下，都可通过设置在纤维层之间并位于各自纵向边缘部上的粘合剂连续线来防止形成中间层的颗粒性材料从结构的纵向边缘漏出，这种结构比分开生产和贮存有更多的优点，例如，如图3所示，可以形成卷成卷状11的连续带，这种连续带可以用在后来生产一次性吸收性制品，例如卫生巾的生产线上，而结构作为一个吸收元件与制品结合在一起。
本发明另一种替换形状如图4所示，薄的层状吸收性结构包括纵向边缘部8′，边缘部8′特别宽，并从粘合剂连续线10的外边横向延伸;这样，薄的层状吸收性结构可以与有一定形状的吸收性制品结合，形成制品本身的形状，例如，在不包括需要废弃组成中间层的材料的情况下，沿着剪切线12剪切，同时，在叠合的纤维层上形成碎片13。
图5是生产根据本发明的形成的薄的层状吸收性结构的装置示意图。
卷筒14、15提供第一和第二纤维层1和2，第一和第二纤维层1和2可由相同材料或不同材料制成，并分别制成连续带;混合器/配合器16由水凝胶化吸收性材料的容器17和热塑聚合有机材料的容器18供料，这样，第一纤维层1表面上形成中间层5，然后，两个挤压器19（在图5中仅能看到其中一个）在中间层5的两侧及第一纤维层的纵向边缘部分上形成两条粘合剂连续线10，例如，热熔化形的粘合剂线。
此后，给第一纤维层1和中间层5加热，使热塑聚合有机材料的颗粒熔化，加热方式可采用如，辐射加热元件20，接着，将第二纤维层2叠合在第一纤维层1和中间层5的上面，三层结合在一起形成结构，再将结构经过两个辊子21和22之间，使其受中压的作用，这样，依靠已熔化的热塑聚合有机材料7的颗粒和两条连续的粘合剂线使两纤维层1和2粘合在一起，从而使两纤维层1和2及中间层5这三层粘合在一起。两个辊了21和22的至少一个的外表面最好覆盖一层如，硅橡胶制成弹性层。
最后，将薄的层状吸收性结构收集在卷筒23上形成连续带。
如图6所示，一次性卫生巾24利用根据本发明所形成的薄的层状吸收性结构而制成，下面，作为一种不受限制的实施例，对此将进一步描述。
卫生巾24具有一定的形状，并由渗透液体的顶层25、衬垫26、吸收元件27和低层28组成，渗透液体的项层25由厚度为0.350mm和重量为24.0g/m2的多孔聚乙烯膜形成;经过梳理的人造纤维（67%）和聚酯（33%）纤维通过水喷射器互相缠绕在一起形成厚度0.700mm和重量为50g/m2的非织造织物，而衬垫26由这种非织造物制成;吸收元件27由本发明的薄的层状吸收性结构形成;低层28是不渗透液体的，由厚度0.025mm和重量为24.0g/m2的聚乙烯膜制成。
吸收元件27基本是端部为圆弧形的矩形，长为220mm，宽为65mm，总厚度1.030mm，重量为176.0g/m2。
组成吸收元件27的薄的层状吸收性结构，由两个外部干式形成的，（“气流式”，“air-lair”）短纤维素纤维层和一个中间层组成，每个纤维层重55g/m2，中间层由水凝胶化吸收性材料的颗粒和热塑聚合有机材料的颗粒组成，水凝胶化吸收性材料的颗粒由聚丙烯酸酯细粒组成，聚丙烯酸酯细粒的平均尺寸在300微米至500微米之间，分布数量大约为50g/m2，热塑聚合有机材料的颗粒由高密度聚乙烯颗粒组成，聚乙烯颗粒的最大尺寸约为400微米，其熔体流动指数（M、F、I）为50克/10分，其分布数量约为10g/m2。两条粘合剂连续线由两条宽约2mm的热熔化粘合剂组成。
包含在卫生巾中的薄的层状吸收性结构在有限的应用中，经过试验，从其吸收和保持液体的性能和从其组成吸收元件的稳定性能看其性能是完好的。
自然地，在与本发明相同原理的基础上，在不超出本发明保护范围的前提下，通过所描述的和图示的实施例，可以对结构作出各种改进和变更。特别是，可以采用两层以上纤维材料层而形成若干对纤维层，每一对纤维层包围一个中间层，中间层包括水凝胶化吸收性材料和热塑材料的混合物，热塑材料可按照上述方式将纤维层连接在一起。

Claims (25)

1、一种层状吸收性结构，其特征在于，它包括由纤维材料制成的第一和第二层(1，2)以及与第一和第二层(1，2)结合在一起并位于二者之间的中间层(5)，中间层(5)包括分布在第一和第二纤维层(1，2)之间的水凝胶化吸收性材料(3)，至少第一和第二层(1，2)中的一层是渗透液体的，中间层(5)还包括热塑材料(7)，热塑材料(7)至少将第一和第二纤维层(1，2)同中间层(5)一起粘合在一起，中间层(5)在第一和第二纤维层之间形成分散的相互隔开的粘合点(9)。
2、根据权利要求1所述的吸收性结构，其特征在于，所述由纤维材料制成的第一和第二层（1，2）自中间层（5）的外边横向延伸，形成纵向边缘部（8），由纤维材料制成的第一和第二层（1，2）沿着第一边缘部（8）粘合在一起。
3、根据权利要求1或2所述的吸收性结构，其特征在于，所述由纤维材料制成的第一和第二层（1，2）的基本重量约为20g/m2至150g/m2之间。
4、根据权利要求1至3中的任一所述的吸收性结构，其特征在于，分布在第一和第二纤维层（1，2）之间的水凝胶化吸收性材料（6）的数量大约在30g/m2至150g/m2之间。
5、根据上述任一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，所述的热塑材料（7）是一种聚合有机材料。
6、根据上述权利要求中的任一个所述的吸收性结构，其特征在于，所使用的热塑材料（7）的数量大约在5g/m2至30g/m2之间。
7、根据上述任一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，热塑材料（7）是一种细碎材料。
8、根据上述任一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，热塑材料（7）的熔体流动指数（M、F、I）至少是25克/10分。
9、一种层状吸收性结构，其特征在于，它包括结合在一起的由纤维材料制成的第一和第二层（1，2）以及中间层（5），所述纤维材料的基本重量约为20g/m2至150g/m2之间，所述的中间层（5）包括一种水凝胶化吸收性材料颗粒，水凝胶化吸收材料颗粒分布在第一和第二层（1，2）之间，其数量约在30g/m2至150g/m2之间，至少所述第一和第二纤维层（1，2）中的一层是渗透液体的，第一和第二纤维层（1，2）自中间层（5）的外边横向延伸，形成纵向边缘部（8），所述的中间层（5）还包括一种水凝胶化吸收性材料（6）和细碎的热塑聚合有机材料（7）的混合物，所述热塑聚合有机材料（7）的数量约在5g/m2至30g/m2之间，熔体流动指数（M、F、I）至少是25克/10分，并用这种热塑聚合有机材料（7）至少将第一和第二纤维层同二层之间的中间层（5）一起粘合在一起，在第一和第二纤维层之间形成分散的互相隔开的粘合点（9），层状吸收性结构的另一个特征是，将由纤维材料组成的层（1，2）靠粘合剂连续线（10）沿纵向边缘部（8）粘合在一起。
10、根据上述任一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，所述的吸收性结构基本上是矩形的。
11、根据上述任一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，所述的吸收性结构包括两层以上由纤维材料组成的层，在第一对纤维层之间有一中间层（5），中间层（5）包括水凝胶化吸收性材料（6）和细碎的热塑材料（7）的混合物。
12、根据上述任一个权利要求的所述的吸收性结构，其特征在于，由纤维材料制成的层（1，2）包括短纤维素纤维的干形成层。
13、根据上述任何一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，由纤维材料制成的层（1，2）由不同材料制成。
14、根据上述任何一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，热塑材料（7）的熔体流动指数至少应为40克/10分，最好至少为60克/10分。
15、根据上述任何一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，热塑材料（7）是固体热塑颗粒状的。
16、根据上述任何一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，热塑材料是聚乙烯基。
17、根据权利要求1或9或16中任一个所述的吸收性结构，其特征在于，热塑材料是数量约在5g/m2至15g/m2之间的最大尺寸400微米的聚乙烯颗粒。
18、根据权利要求2或9所述的吸收性结构，其特征在于，粘合线（10）包括一种热熔化粘合剂。
19、根据上述任何一个权利要求所述的吸收性结构，其特征在于，吸收性结构的厚度不大于3mm。
20、一种一次性吸收性制品，包括根据权利要求1至19中任一个所述的吸收性结构，所述吸收性结构放置在渗透液体的顶层（15）和不渗透液体的低层（28）之间。
21、根据权利要求20所述的一次性吸收性制品，其中，所述的一次性吸收性制品是厚度大约不大于4mm的卫生巾。
22、一种生产根据权利要求1至19中的任一个所述吸收性结构的方法，特征在于，该方法包括以下步骤：
形成由纤维材料制成的第一层（1）;
形成有一宽度的由纤维材料制成的第二层（2），使第二层（2）与第一层（1）接触时，沿着各自相应的纵向边缘部（8）接触;
将水凝胶化吸收性材料（6）以及细碎的热塑材料（7）的颗粒混合物分布在由纤维材料制成的第一层（1）上，混合物应按照使第一层（1）的纵向边缘部（8）空出来的方式分布;
在第一层（1）的纵向边缘部设置粘合剂线（10）;以及
加热并加压使热塑材料熔化，通过这种方式使第一层（1）、中间层（5）和第二层（2）结合成层状结构，从而在第一层（1）和第二层（2）之间形成分散的相互隔开的粘合点（9），用粘合剂线（10）将第一层和第二层（1，2）沿纵向边缘部（8）粘合在一起。
23、根据权利要求22所述的方法，其特征在于，粘合剂线（10）是连续线。
24、一种生产吸收性卫生巾制品的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
形成渗透液体的柔性薄片材料制成的第一连续层（25）;
形成由柔性薄片材料制成的不渗透液体的第二连续层（28）;
形成至少一个基本为矩形的吸收性结构部分，所述吸收性结构是根据权利要求1至19中任何一个所述的吸收性结构;以及
将第一连续层（25）、第二连续层（28）和吸收性结构结合在一起，并使吸收性结构设置并固定在第一和第二连续层（25，28）之间。
整个方法如所描述的和图示的及用于规定的目的的。
25、根据权利要求2所述的吸收性结构，其特征在于，由纤维材料组成的第一和第二层，借助于粘合剂连续线而沿着每个边缘部分粘合在一起。
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