DE602005001413T2

DE602005001413T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung eines Gegenstands mit einem Partikel-Material

Info

Publication number: DE602005001413T2
Application number: DE602005001413T
Authority: DE
Inventors: Paul Y. Fung; Denis Tremblay
Original assignee: McNeil PPC Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Consumer Inc
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: RU2005109221A; BRPI0501172A; AU2005201228A1; US20060236930A1; DE602005001413D1; US7351287B2; CN1676225A; KR20060044974A; ZA200502574B; CO5580146A1; EP1586385B1; US20050233071A1; CN1676225B; BRPI0501172B1; CA2502062A1; MXPA05003367A; AU2005201228B2; CA2502062C; US7235278B2; AR050238A1

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Anmeldung Nr. 60/557 933 vom 31. März 2004.

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines partikulären Materials auf ein Substrat und im Besonderen auf eine Wirbelbett-Vorrichtung und ein Verfahren zum Gebrauch einer solchen Vorrichtung zum Aufbringen eines partikulären Materials auf ein Substrat.
Stand der Technik
Üblicherweise werden Materialien auf ein Substrat aufgebracht, um verschiedene mechanische, chemische, physiochemische und/oder elektronische Eigenschaften des Substrats zu verändern. Partikuläre Materialien, wie beispielsweise Pulver und Fasern, sind Materialformen, die auf ein Substrat aufgebracht werden können, um dessen Eigenschaften zu verändern. So können beispielsweise Metallsubstrate mit pulverisierten organischen Harzen beschichtet werden. Bei Einwirkung ausreichend hoher Temperaturen werden die harzhaltigen Partikel weich und verschmelzen auf der Oberfläche des Metallsubstrats zu einer kontinuierlichen, die Chemikalienbeständigkeit des Metallsubstrats erhöhenden Schicht.
Partikuläre Materialien können auch auf faserförmige Substrate, wie beispielsweise auf Aggregationen nichtgewebter und synthetischer Fasern, aufgebracht werden. Hierbei kann das partikuläre Material mit dem faserförmigen Aggregat verwoben werden. Entsprechend behandelte Substrate können zur Herstellung absorbierender Erzeugnisse, beispielsweise Damenhygieneartikel, wie Damenbinden, Tampons und Slipeinlagen sowie Wegwerfwindeln und Harninkontinenz-Artikel genutzt werden. Bei der Herstellung solcher Erzeugnisse wird ein feuchtigkeitsabsorbierendes Pulver (beispielsweise ein superabsorbierendes Pulver) auf ein sich bewegendes faserförmiges Substrat aufgebracht. Das superabsorbierende Pulver wird hierbei auf die Oberfläche des faserförmigen Materials oder auf Bereiche innerhalb des faserförmigen Materials aufgebracht, was eine Verbesserung der Absorptionseigenschaften des faserförmigen Substrats bewirkt.
Das Aufbringen partikulärer Materialien auf ein Substrat kann mit Hilfe eines jeglichen herkömmlichen Mittels erfolgen. So können partikuläre Materialien beispielsweise mittels mechanischer Zuführvorrichtungen, wie beispielsweise Leitungen, Düsen und dergleichen aufgebracht werden.
In GB 842 950 wird ein Verfahren zur Herstellung einer kohärenten Materialbeschichtung auf einer Oberfläche eines Objekts durch direktes Aufbringen eines pulverförmigen Beschichtungsmaterials offenbart, welches das Benetzen der Objektoberfläche mit einem flüssigen Beschichtungsmittel, an dem eine Schicht des pulverförmigen Beschichtungsmaterials haften bleiben kann, das Einbringen der flüssigen Beschichtungsfläche des Objekts in ein Wirbelbett des pulverförmigen Beschichtungsmaterials, welches aus einer durch eine obere freie Oberfläche gebundenen schweren Phase besteht, und das Erhitzen der auf diese Weise aufgebrachten Beschichtung umfaßt. Das Beschichtungsmittel bewirkt das Haften einer gleichförmigen Schicht des fein verteilten Beschichtungsmaterials und fixiert diese Beschichtung auf der Objektoberfläche. Nach dem Entfernen des beschichteten Objekts aus dem Wirbelbett wird die haftende Beschichtung in einem Nacherwärmungsschritt auf dem Objekt fixiert. Auf diese Weise können Beschichtungen auf Metall, Glas, Kunststoff oder Holz aufgebracht werden.
GB 993 566 offenbart eine Vorrichtung zur Beschichtung länglicher Partikel, beispielsweise Drähte, indem diese durch einen Wirbelbettbehälter auf einer im Wesentlichen horizontalen Strecke geführt werden, wobei der Behälter mindestens zwei einander gegenüberliegende Öffnungen, durch die das zu beschichtende Objekt hindurchgeführt wird, ohne die Behälterwände zu berühren, mindestens eine unterhalb dieser Öffnungen angeordnete Sammelvorrichtung für das aus diesen austretende Beschichtungsmaterial und Fördermittel zum Rückführen des ausgetretenen Beschichtungsmaterials in den Wirbelbettbehälter umfaßt.
Das Dokument JP 10204384 A beschreibt ein Wirbelbettklebverfahren, bei dem ein Bogen durch ein Wirbelbett saugfähiger Partikel geführt und in einer Druckrolle gepreßt wird, wonach er durch einen Vibrator geführt wird, wo ungenügend verklebte saugfähige Partikel durch Vibration abfallen.
Leider ist der Einsatz von Leitungen, Düsen und dergleichen zum Aufbringen von partikulärem Material auf ein Substrat, insbesondere auf ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegendes Substrat, mit einer Reihe von Problemen verbunden. Beispielsweise ist es schwierig, das partikuläre Material auf einen zuvor bestimmten, örtlich begrenzten Bereich des Substrats aufzubringen. Wenn insbesondere das Versprühen des Pulvers nicht innerhalb eines genau definierten Zeitintervalls begonnen und beendet wird, kann das partikuläre Material statt auf die gewünschten Bereiche auf unerwünschte Bereiche des Substrats verteilt werden. Zudem kommt es häufig zu einer Streuung des partikulären Materials, d. h. das partikuläre Material verbleibt nicht fest auf einem Bereich des Substrats, sondern es kann zu anderen, unerwünschten Bereichen wandern und damit das Verfahren kontaminieren. Die genannten Probleme betreffen Substrate, einschließlich faserförmiger Substrate, die häufig bei Bandgeschwindigkeiten verarbeitet werden, die hoch genug sind, um eine Streuung des partikulären Materials auf unerwünschte Bereiche zu begünstigen. Aus diesem Grund gibt es die Notwendigkeit, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines partikulären Materials auf ein Substrat zu schaffen, welches einen oder mehrere der oben beschriebenen Nachteile überwindet.
Zusammenfassung der Erfindung
In Anbetracht des vorstehend Beschriebenen wird einem ersten Aspekt der Erfindung entsprechend ein Verfahren zum Aufbringen eines partikulären Materials auf ein Substrat gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 beschrieben.
Einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend wird eine Vorrichtung zum Aufbringen eines partikulären Materials auf ein Substrat gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 13 bis 18 beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend folgt eine genauere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen von partikulärem Material, die der vorliegenden Erfindung nicht entspricht;
1a eine detaillierte Perspektivansicht der in 1 gezeigten Applikatorvorrichtung für partikuläres Material, bei welcher ein Teil ausgespart ist, um das Innere der Vorrichtung sichtbar zu machen;
2 eine schematische Darstellung einer Applikatorvorrichtung für partikuläres Material, die der vorliegenden Erfindung nicht entspricht;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Applikatorvorrichtung für partikuläres Material und
4 eine detaillierte Perspektivansicht der in 3 gezeigten Applikatorvorrichtung für partikuläres Material, bei welcher ein Teil ausgespart ist, um das Innere der Vorrichtung sichtbar zu machen.
Detaillierte Beschreibung
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen durchgängig bei allen Ansichten gleiche Bezugszeichen die entsprechende Struktur bezeichnen, und insbesondere bezugnehmend auf 1 und 1a ist eine Applikatorvorrichtung für partikuläres Material im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Bei der Vorrichtung 100 wird ein Substrat 104 von einer Zuführungsrolle 102 aufgenommen und mittels eines Paars angetriebener Andruckrollen 106 in einer Maschinenrichtung gefördert. Die angetriebenen Andruckrollen 106 wirken mit einem zweiten Paar Andruckrollen 109 zusammen, um die Spannung des Substrats zu regeln und das Substrat 104 durch eine Partikelsuspensionsanordnung 108 zu fördern.
Das Substrat 104 gelangt vom ersten Paar Andruckrollen 106 in der Nähe eines Klebstoffapplikators 110 zum Aufbringen eines Klebstoffs 111 zu einer Oberfläche des Substrats 104. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird der Klebstoff 111 auf eine Unterseite der Bahn aufgebracht. Es versteht sich jedoch, daß der Klebstoff 111 alternativ auf eine Oberseite des Substrats 104 oder sowohl auf die Ober- als auch auf die Unterseite des Substrats 104 aufgebracht werden könnte. Wie gezeigt, ist der Klebstoffapplikator 110 oberhalb der Partikelsuspensionsanordnung 108 so angeordnet, daß der Klebstoff 111 auf das Substrat 104 aufgebracht wird, bevor das Substrat 104 in die Partikelsuspensionsanordnung 108 eintritt.
Nachdem der Klebstoff 111 auf eine Oberfläche des Substrats 104 aufgebracht worden ist, wird das Substrat 104 in und durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 gefördert. Die Partikelsuspensionsanordnung 108 ist allgemein durch eine im Wesentlichen umschlossene Kammer 112 mit einer Bodenwand 114, einer mit Abstand zur Bodenwand angeordneten gegenüberliegenden oberen Wand 116, einem Paar einander gegenüberliegender und mit Abstand zueinander angeordneter Stirnwände 118 und 120, die sich von der Bodenwand 114 zur oberen Wand 116 erstrecken, und einem Paar einander gegenüberliegender und mit Abstand zueinander angeordneter Seitenwände 122 und 124 definiert.
Die Stirnwand 118 weist eine Öffnung 126 zum Einführen des Substrats 104 in die Partikelsuspensionsanordnung 108 auf, und die Stirnwand 120 weist eine entsprechende Öffnung 128 zum Austreten des Substrats 104 aus der Partikelsuspensionsanordnung 108 auf.
Wie in 1a gezeigt, weisen die Stirnwände 118 und 120 jeweils eine Länge auf, die länger als eine Breite des Substrats 104 ist. Auf diese Weise kann sich das partikuläre Material 105, wie dargestellt, ungehindert von einer Position unterhalb des Substrats zwischen den abschließenden Seitenkanten des Substrats 104 und den Seitenwänden 122 und 124 und oberhalb des Substrats 104 verbreiten. So kann das partikuläre Material 105 ungehindert von einer Position unterhalb des Substrats 104 zu einer Position oberhalb des Substrats 104 gelangen.
Innerhalb der Kammer 112 ist eine Auflagefläche 130 für partikuläres Material angeordnet, die eine mit partikulärem Material imprägnierte Kammer 132 von einer luftgefüllten Kammer 134 trennt. Die Auflagefläche 130 für partikuläres Material erstreckt sich in einer ersten Richtung von der Stirnwand 118 zur Stirnwand 120 und in einer zweiten Richtung von der Seitenwand 122 zur Seitenwand 124.
Die Auflagefläche 130 für partikuläres Material ist ein waagerechtes, ebenes Bauteil, das so gestaltet und angeordnet ist, daß das partikuläre Material 105, wenn es sich nicht im suspendierten Zustand befindet, hinunterfallen kann (z. B. durch Schwerkraftwirkung), so daß das partikuläre Material 105 auf der Auflagefläche 130 für partikuläres Material liegenbleibt.
Die Vorrichtung 100 umfaßt außerdem ein Zuführsystem 136 für partikuläres Material zum Zuführen des partikulären Materials 105 zur Kammer 132. Das Zuführsystem 136 für partikuläres Material umfaßt allgemein einen Beschickungstrichter 138 zum Aufnehmen des partikulären Materials 105 und einen an den Beschickungstrichter 138 angeschlossenen Zuführungsschlauch 140 zum Transportieren des partikulären Materials 105 zur Kammer 132. Das Zuführsystem 136 für partikuläres Material kann ein Ventil oder dergleichen umfassen, um das gezielte Dosieren des der Kammer 132 zuzuführenden partikulären Materials 105 zu ermöglichen. Das Zuführsystem 136 für partikuläres Material kann als einfaches Schwerkraftzuführungssystem angeordnet sein, bei dem das partikuläre Material nach Öffnen des Ventils aus dem Beschickungstrichter 138 durch den Zuführungsschlauch 140 in die Kammer 132 gelangt. Vorzugsweise umfaßt das Zuführsystem 136 für partikuläres Material eine variable Zufuhr, die so mit dem Verbrauch des partikulären Materials 105 abgestimmt ist, daß das partikuläre Material 105 in der Kammer 132 automatisch nachgefüllt wird. Andere geeignete Verfahren zum Zuführen des partikulären Materials in die Kammer 132 können natürlich auch genutzt werden und sind als in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallend anzusehen.
Die Auflagefläche 130 für partikuläres Material umfaßt eine Vielzahl von durch diese hindurch geformte Poren 142 (in den Figuren zur Verdeutlichung vergrößert gezeigt), um den Strom eines mit Druck beaufschlagten Fluids aus der luftgefüllten Kammer 134 in die Kammer 132 zu ermöglichen. Ein mit Druck beaufschlagtes Fluid wird von einer Fluidquelle 144 durch einen Fluidzuführungsschlauch 146 in die luftgefüllte Kammer 134 geleitet. Das mit Druck beaufschlagte Fluid strömt dann gleichmäßig durch die Poren 142 in der Auflagefläche 130 für partikuläres Material und in das Kammervolumen 132. Die Zufuhr des mit Druck beaufschlagten Fluids in die Kammer 132 hat die Funktion, das partikuläre Material 105 innerhalb der Kammer 132 zu suspendieren.
Das mit Druck beaufschlagte Fluid wird vorzugsweise so ausgewählt, daß es ein gegenüber dem partikulären Material 105 und dem Substrat 104 bei der Temperatur und dem Druck, bei welchen das Verfahren abläuft, chemisch intertes Fluid ist. Das Fluid kann ein Gas sein und beispielsweise Stickstoff Luft oder ähnliche Gase umfassen, welche die oben genannten Anforderungen erfüllen.
Außerdem kann erforderlichenfalls die relative Feuchtigkeit des Fluids eingestellt werden. Falls beispielsweise das partikuläre Material 105 in der Lage ist, Wasserdampf zu absorbieren, kann die relative Feuchtigkeit des Fluids auf einem niedrigen Niveau gehalten werden, um so zu verhindern, daß das partikuläre Material 105 eine größere Menge an Wasserdampf absorbiert. Das Fluid wird in das Kammervolumen 132 mit einer solchen Fließgeschwindigkeit gefördert, daß das partikuläre Material 105 innerhalb des Kammervolumens 132 im Wesentlichen gleichmäßig suspendiert wird.
Während des Betriebs der in 1 gezeigten Vorrichtung 100 wird der Klebstoff 111 auf das Substrat 104 aufgebracht, und das Substrat wird durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 gefördert, während das partikuläre Material 105 innerhalb des Kammervolumens 132 in einem suspendierten Zustand gehalten wird. Beim Passieren des Substrats 104 zwischen den Öffnungen 126 und 128 der Partikelsuspensionsanordnung 108 wird das Substrat 104 mit dem darauf aufgebrachten Klebstoff 111 dem in dem Kammervolumen 132 suspendierten partikulären Material 105 ausgesetzt. Während dieser Aussetzungszeit klebt das partikuläre Material 105 mittels des Klebstoffs 111 am Substrat 104 fest, verbindet sich oder assoziiert sich anderweitig mit diesem.
Der Zeitraum, während dessen der auf der Oberfläche des Substrats 104 aufgebrachte Klebstoff 111 dem innerhalb der Kammer 132 suspendierten partikulären Material 105 ausgesetzt wird, richtet sich sowohl nach der Geschwindigkeit, mit der das Substrat 104 die Kammer 132 durchläuft, als auch nach der Länge des Weges, den das Substrat 104 zwischen den Öffnungen 126 und 128 zurücklegt. Das Substrat 104 kann während dieses Zeitraums beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 Fuß pro Minute bis etwa 1500 Fuß pro Minute gefördert werden.
Der auf die Oberfläche des Substrats 104 aufgebrachte Klebstoff 111 wird dem partikulären Material 105 vorzugsweise für einen Zeitraum ausgesetzt, der für die Passivierung des Klebstoffs ausreicht. Der Klebstoff 111 wird passiviert, wenn der Klebstoff 111 genügend partikulärem Material 105 ausgesetzt wurde, so daß der Klebstoff 111 im Wesentlichen nicht mehr klebrig ist.
Nachdem das partikuläre Material 105 innerhalb der Partikelsuspensionsanordnung 108 auf das Substrat 104 aufgebracht worden ist, verläßt das beschichtete Substrat 104 die Partikelsuspensionsanordnung 108 durch die Öffnung 128. Das beschichtete Substrat 104 wird anschließend zu einer Aufwickelspule 148 gefördert. Die Aufwickelspule 148 kann von einem Antriebsmotor 150 angetrieben sein. Luftstrahlen (in den Figuren nicht abgebildet) oder dergleichen können an den Öffnungen 126 angeordnet sein, um zu helfen, das partikuläre Material 105 innerhalb der Kammer 132 zu halten und damit ein unbeabsichtigtes Entweichen des partikulären Materials aus der Kammer zu verhindern. Außerdem kann an der Öffnung 128 ein Luftstrahl oder dergleichen angeordnet sein, der auf die Oberfläche der Bahn gerichtet ist. Ein derartiger Luftstrahl würde dazu dienen, nicht sicher an der Oberfläche des Substrats 104 haftendes überschüssiges partikuläres Material zu entfernen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Substrat 104 ein kontinuierliches Element, beispielsweise eine relativ lange, dünne Lage aus faserigem Material. Beispielhafte kontinuierliche Substrate, die mittels hier beschriebener Ausführungsformen verarbeitet werden können, umfassen Bahnen aus gewebtem oder nichtgewebtem faserigem Material, Lochfolien, Kunststoffsubstrate, geschichtete Folienstrukturen, laminierte und/oder Verbundmaterialien, unter anderen kontinuierliche Substrate, die durch Verflechten oder Verlegen von Fasern, Laminieren, Extrudieren, Kalandrieren oder Kombinationen dieser Verfahren gebildet werden können. Das Substrat 104 kann verschiedene regelmäßige oder unregelmäßige Querschnittsformen aufweisen, wie beispielsweise dünne Lagen, Fäden, Folien und dergleichen. Das Substrat 104 kann Poren unterschiedlicher Größen, Formen oder Verteilungen aufweisen.
Der auf das Substrat 104 aufgebrachte Klebstoff 111 kann unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Die Zusammensetzung des Klebstoffs 111 wird allgemein so gewählt, daß die Bindung des ausgewählten partikulären Materials 105 an das Substrat 104 erleichtert wird. Der Klebstoff 111 ist allgemein eine klebrige Zusammensetzung, welche ausgewählt wird, um das partikuläre Material 105 chemisch und/oder mechanisch durch Mechanismen wie Van-der-Waals-Kräfte, Wasserstoffbindung, Dipolkräfte und dergleichen an das Substrat 104 zu binden. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt der Klebstoff 111 eine thermoplastische Verbindung, wie verschiedene Polymere oder Copolymere von Styrol, Ethylen, Vinylacetat sowie Copolymere verschiedener organischer Stoffe, welche nach geeigneten Schmelzeigenschaften, Viskosität, Bindungsstärke und Verarbeitbarkeit ausgewählt werden. Das thermoplastische Polymer kann mit verschiedenen klebrigmachenden Harzen, Weichmachern, Antioxidationsmitteln und anderen funktionellen Zusatzstoffen kombiniert werden, wie sie in herkömmlichen Rezepturen für Schmelzkleber zum Verkleben verschiedener Materialien mit Kunststoffen, Fasern und anderen organischen Materialien verwendet werden.
Während der Klebstoff 111 allgemein ausgewählt wird, um das Einlagern des partikulären Materials 104 auf oder in dem Substrat 104 zu erleichtern, kann die Zusammensetzung des Klebstoffs 111 zumindest teilweise nach anderen funktionellen Kriterien ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Klebstoff ausgewählt werden, um bestimmte mechanische, elektrische, optische, chemische, fluidabsorbierende, sensorische oder andere Eigenschaften zu schaffen.
Bei einer Ausführungsform wird die Zusammensetzung des Klebstoffs 111 gewählt, um einen Aromastoff oder ein kalziumhaltiges partikuläres Material klebrig auf ein polymeres Zahnseidesubstrat 104 aufzubringen. Das Zahnseidesubstrat 104 kann mit einer Substanz, beispielsweise einem Wachs, beschichtet werden, das durch verschiedene Verfahren einschließlich Erhitzen klebrig gemacht werden kann. Die klebrige Substanz dient dabei als der Klebstoff 111, um das partikuläre Material 105 daran festzukleben.
Das auf das Substrat 104 aufzubringende partikuläre Material 105 kann jeglicher fein verteilter Stoff in festem Aggregatzustand sein, beispielsweise Pulver, Fasern und Kombinationen davon, der in der Kammer 132 suspendiert werden kann. Die Pulver und Fasern, die das partikuläre Material 105 umfassen können, können organische oder anorganische Stoffe sein. Das partikuläre Material 105 kann ein breites Spektrum an Dichten, Partikelgrößen, Porositäten und chemischen Zusammensetzungen aufweisen.
Bei einer Ausführungsform ist das partikuläre Material 105 ein fluidabsorbierendes Polymer, beispielsweise ein superabsorbierendes Polymer. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff „superabsorbierendes Polymer" (oder „SAP") auf Stoffe, die in der Lage sind, bei einem Druck von 3,45 kPa (0,5 psi) mindestens das 10-fache ihres Gewichts an Körperflüssigkeiten zu absorbieren und zurückzuhalten. Die erfindungsgemäßen superabsorbierenden Polymerpartikel können anorganische oder organische vernetzte hydrophile Polymere, wie Polyvinylalkohole, Polyethylenoxide, vernetzte Stärken, Guargummi, Xanthangummi und dergleichen sein. Ein geeignetes Beispiel für superabsorbierende Partikel ist das im Handel erhältliche AQUAKEEP SA-70 der Sumitomo Seika Chemicals Co. Ltd. Der Klebstoffapplikator 110, der zum Aufbringen des Klebstoffs 111 auf das Substrat 104 verwendet wird, kann ein herkömmlicher Schmelzklebstoffapplikator, beispielsweise ein Slot-Coater, ein Swirl-Spray-Applikator oder ein Siebtrommelapplikator, sein. Der Klebstoffapplikator 110 kann Düsen oder Öffnungen unterschiedlicher Größe umfassen, um das Übertragen des Klebstoffs 111 auf das Substrat 104 zu ermöglichen. Der Klebstoffapplikator 110 kann so gestaltet und angeordnet sein, daß er die gesamte Oberfläche des Substrats 104 beschichtet, so daß die ganze Oberfläche des Substrats mit partikulärem Material 105 beschichtet wird. Alternativ kann der Klebstoffapplikator 110 so gestaltet und angeordnet sein, daß der Klebstoff 111 in einem ausgewählten Muster auf das Substrat aufgebracht wird, so daß das partikuläre Material 105 in einem entsprechenden Muster am Substrat haftet.
Im Unterschied zu Wirbelbettvorrichtungen, die zur Beschichtung kleiner Substrate genutzt werden und die üblicherweise Elektroden zum elektrostatischen Aufladen des auf das Substrat aufzubringenden partikulären Materials aufweisen, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise keine Mittel zum Aufladen des partikulären Materials 105. Durch den Verzicht auf Elektroden wird angenommen, daß der Klebstoff mit einer im Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik relativ dicken Schicht partikulären Materials 105 beschichtet werden kann. Beispielsweise kann die Dicke der am Substrat 104 haftenden Schicht partikulären Materials 105 im Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 1 mm betragen.
Nun wird auf 2 Bezug genommen, wo eine Applikatorvorrichtung 200 für partikuläres Material gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt ist. Die Vorrichtung 200 ist in der Konstruktion ähnlich der in 1 gezeigten und oben beschriebenen Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 200 ist jedoch gestaltet, um ein Band 202 mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Artikeln 204 in einer Maschinenrichtung zu fördern. Die Vorrichtung 200 umfaßt eine Vielzahl von Antriebsrollen 206, die gestaltet und angeordnet sind, um das Band 202 aufzunehmen und in der Maschinenrichtung zu fördern. Die Antriebsrollen 206 der hier eingesetzten Art können von jeglicher konventionellen Bauart sein. Solche Antriebsrollen 206 sind in Fachkreisen und unter Fachleuten gut bekannt und werden daher hier nicht im Detail beschrieben. Der Klebstoffapplikator 110 ist angeordnet, um einen Klebstoff 111 auf eine freiliegende Oberfläche des Artikels 204 aufzubringen. Nachdem der Klebstoff 111 auf die freiliegende Oberfläche des Artikels 204 aufgebracht worden ist, wird der Artikel 204 auf dem Band 202 in und durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 gefördert, um dadurch das partikuläre Material 105 an der Oberfläche des Artikels 204 anzukleben. Nachdem der Artikel 204 die Partikelsuspensionsanordnung 108 passiert hat, kann der Artikel weiter in der Maschinenrichtung gefördert werden, so daß der Artikel 204 weiterverarbeitet werden kann.
Bei der in 2 abgebildeten Ausführungsform ist der Artikel 204 vorzugsweise ein Hygieneschutzartikel, wie eine Damenbinde oder Slipeinlage, und die Vorrichtung 200 ist vorzugsweise in eine Maschine zum Herstellen eines derartigen Artikels eingebaut. Der Klebstoff 111 und das partikuläre Material 105 können auf jede geeignete konstituierende Schicht des Hygieneschutzartikels, wie untere Lage, saugfähiger Kern, Transferlage oder Decklage, aufgebracht werden.
Nun wird auf die 3 und 4 Bezug genommen, in denen eine Applikatorvorrichtung 300 für partikuläres Material gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die Vorrichtung 300 ist so gestaltet, daß ein kontinuierliches Substrat 104 von einer Zuführungsrolle 102 durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 zu einer Aufwickelspule 148 gefördert wird. Obwohl nicht in 3 gezeigt, kann die Vorrichtung 300 angetriebene Andruckrollen wie in 1 gezeigt umfassen, um die Spannung des Substrats 104 zu regeln und das Substrat durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 zu fördern. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Klebstoffapplikator 110 so angeordnet, daß der Klebstoff 111 auf eine Oberseite des Substrats 104 aufgebracht wird.
Die Vorrichtung 300 umfaßt weiterhin eine Führungsrolle 303, die innerhalb der Partikelsuspensionsanordnung 108 angeordnet und angepaßt ist, um das Substrat 104 entlang eines absteigenden Pfads zu leiten, wenn das Substrat 104 in die Partikelsuspensionsanordnung 108 eintritt, und entlang eines aufsteigenden Pfads zu leiten, wenn das Substrat aus der Partikelsuspensionsanordnung 108 austritt. Die Führungsrolle kann an gegenüberliegenden Seitenwänden 122 und 124 der Kammer 112 montiert sein. Alternativ können, wie in 4 gezeigt, die Seitenwände 122 und 124 gestaltet sein, um den Durchgang der Montagewellen 305 und 307 durch die Seitenwände 122 und 124 zu erlauben und dadurch die Montage der Wellen 305 und 307 an einer Zapfenbox oder dergleichen zu ermöglichen. Die Führungsrolle 303 kann als eine Leerlaufrolle gestaltet oder alternativ, wie in 4 gezeigt, kann die Führungsrolle 303 an einen Antriebsmotor 311 gekoppelt sein, der so angepaßt ist, daß er die Rolle 303 dreht.
Es wurde festgestellt, daß, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird, um ein partikuläres Material auf Substrat mit einer breiten Querlänge (d. h. einer längeren Breite) aufzubringen, es wünschenswert sein kann, einen zweiten Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die Partikelsuspensionsanordnung 108 an einer Stelle oberhalb des Substrats 104 einzuführen. Auf diese Weise wird ein erster Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid unterhalb des Substrats eingeführt und ein zweiter Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid oberhalb des Substrats eingeführt, um dadurch die gleichmäßige Dispersion des partikulären Materials 105 überall in der Kammer 132 zu begünstigen. Die Einführung des zweiten Stroms von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die Partikelsuspensionsanordnung 108 läßt sich auf eine Anzahl von Wegen erreichen. Gemäß einer in 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Führungsrolle 303 so gestaltet, daß ihre Oberfläche eine Vielzahl von Poren 309 umfaßt, um den Durchtritt eines zweiten Stroms von mit Druck beaufschlagtem Fluid durch die Führungsrolle 303 und in die Kammer 132 zu erlauben. Die Führungsrolle 303 ist bedienbar mit einer Fluidquelle 313 verbunden, um der Führungsrolle 303 ein mit Druck beaufschlagtes Fluid zuzuführen.
Die Applikatorvorrichtung 300 für partikuläres Material umfaßt weiterhin einen Vakuumschlauch 315 oder dergleichen, der gestaltet und angeordnet ist, um mit der Kammer 132 zu kommunizieren. Der Vakuumschlauch 315 ist angepaßt, um ein Vakuum an die Kammer 132 anzulegen, um die Suspension des partikulären Materials in der Kammer 132 zu begünstigen. Außerdem hilft das durch den Vakuumschlauch 315 angelegte Vakuum, das partikuläre Material 105 in der Kammer zu halten, so daß das partikuläre Material nicht aus der Kammer 132 über die Öffnungen 126 und 128 entweicht. Der Vakuumschlauch 315 ist vorzugsweise mit einem Filter oder dergleichen an seiner Anschlußstelle an die Kammer 132 versehen, wobei das Filter gestaltet und angeordnet ist, um zu verhindern, daß das partikuläre Material 105 durch das mittels Vakuumschlauch 315 angelegte Vakuum aus der Kammer 132 abgesaugt wird.
Obwohl die in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung eine Partikelsuspensionsanordnung 108 mit einer waagerechten Konfiguration gezeigt haben, d. h. so daß das Substrat durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 entlang eines waagerechten Pfads oder eines ansteigenden und abfallenden Pfads gefördert wird, ist es möglich, die Partikelsuspensionsanordnung 108 senkrecht anzuordnen. Bei einer derartigen Konfiguration ist die Partikelsuspensionsanordnung 108 in senkrechter Konfiguration angeordnet, und das Substrat 104 wird in einen unteren Teil der Anordnung eingeführt und dann in vertikaler Richtung durch die Anordnung 108 gefördert.
Beispiel
Ein Labormuster der vorliegenden Erfindung wurde gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung gebaut. Die Partikelsuspensionsanordnung 108 wurde aus einem Thermoplastmaterial gebaut, das als LEXAN TM im Handel ist und von GE Plastics hergestellt wird. Die untere Wand 114 und die gegenüberliegende obere Wand 116 hatten Abmessungen von 35,56 cm × 35,56 cm (14'' × 14'') (L × B) und eine Dicke von 1,27 cm (0,500''). Jede Seitenwand 118 und 120 hatte Abmessungen von 35,56 cm × 35,56 cm (14'' × 14'') und eine Dicke von 1,27 cm (0,500''). Das Substrat 104 wurde entlang eines absteigenden und eines aufsteigenden Pfads wie in 3 gezeigt geführt. Der absteigende Zuführwinkel des Substrats 104 zu der in der Partikelsuspensionsanordnung 108 angeordneten porösen Rolle 303 betrug 5 Grad bezogen auf die im tangentialen Kontaktpunkt zwischen dem Substrat 104 und der porösen Rolle 303 definierte waagerechte Ebene, und der aufsteigende Austrittswinkel des Substrats betrug 5 Grad. Damit betrug die Gesamtlänge des vom Substrat innerhalb der Kammer zurückgelegten Wegs ungefähr 218,44 cm (86'').
Das Substrat 104 war eine Polyethylenfolie, im Handel als PLIANT 3492A von Pliant Corp. erhältlich. Das Substrat wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,20 m/s (40 Fuß/min) durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 gefördert.
Ein handelsüblicher Klebstoff FULLER HL 1042 der Fuller Corp. wurde auf eine Oberfläche der Folie mittels eines Meltex-Slot-Coaters in einer Menge von 24 g/m² aufgebracht. Der Slot-Coater wurde 9 Fuß vom Eintritt des Substrats in die Partikelsuspensionsanordnung 108 angeordnet, gemessen von der Stelle des Aufbringen des Klebstoffs auf das Substrat bis zur Eintrittsstelle des Substrats in die Partikelsuspensionsanordnung 108 entlang des Pfads des Substrats.
Das in der Partikelsuspensionsanordnung suspendierte partikuläre Material war ein handelsübliches superabsorbierendes Polymer AQUAKEEP SA-70 von Sumitomo Seika-Chemikalien Co. Ltd.
Die Auflagefläche 130 für partikuläres Material wurde aus Frittenglas angefertigt und wies Abmessungen von 30,48 cm × 30,48 cm (12'' × 12'') (L × B) und eine Dicke von 0,83 cm (0,325'') auf. Die Auflagefläche 130 für partikuläres Material umfaßte eine Vielzahl von dort hindurchgehend geformten Poren, wobei die Poren gleichförmig voneinander in einem Abstand von 0,64 cm verteilt waren (0,250'') und einen Durchmesser von 15 Mikron aufwiesen. Die Auflagefläche 130 war ungefähr 30,48 cm (12'') von der Bodenwand entfernt angeordnet, gemessenen von der Oberseite der Bodenwand 114 zur Oberseite der Auflagefläche 130.
Ein mit Druck beaufschlagter Luftstrom wurde in den Boden der Partikelsuspensionsanordnung 108 durch einen Fluidzuführungsschlauch 146 eingeleitet. Die Luft wurde in die Partikelsuspensionsanordnung mit einem Druck im Bereich von 34,5 bis 68,9 kPa (5 bis 10 Psi) eingeleitet.
Eine Führungsrolle 303 wurde in der Partikelsuspensionsanordnung wie in 3 gezeigt angeordnet; die Rolle war aus einem handelsüblichen porösen keramischen Material der Soilmoisture Equipment Corp. gebaut. Das keramische Material hatte eine Dicke von etwa 1,27 cm (0,5''), eine Porosität von ungefähr 50 Volumenprozent und eine maximale Porengröße von 6,0 μm. Die Rolle wurde mit einem Durchmesser von 3,81 cm (1,5 Zoll) gebaut, gemessen von der Oberfläche des Rollenmantels. Ein mit Druck beaufschlagter Luftstrom wurde in die poröse Rolle mit einem Druck von 34,5 kPa (5 Psi) eingeleitet.
Das Substrat wurde mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von etwa 0,20 m/s (40 Fuß/min) von der Zufuhrrolle 102 an dem Klebstoffapplikator 110 vorbei und durch die Partikelsuspensionsanordnung 108 gefördert.
Zwei Luftmesser wurden an der Austrittsstelle der Partikelsuspensionsanordnung 108 positioniert und lieferten einen Luftstrom in einer zur Bahnführung parallelen Richtung mit einem Druck von 103,4 kPa (15 Psi).
Nachdem das Substrat die Partikelsuspensionsanordnung 108 passiert hatte, wurden Abschnitte davon kontrolliert; das partikuläre Material haftete sicher am Substrat, und der Klebstoff war im Wesentlichen passiviert, d. h. im Wesentlichen nicht-klebrig gemacht worden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorteilhaft für das Aufbringen eines partikulären Materials auf ein Substrat insofern, daß das Substrat in Verbindung mit einem auf dem Substrat geformten Fluidbett aus partikulärem Material und Klebstoff gebracht werden kann, welches das partikuläre Material fixiert hält. Das Substrat kann bei hohen Geschwindigkeiten gefördert werden, und das partikuläre Material wird auf das Substrat in genau definierten, vorher bestimmten Mustern aufgetragen. Die Verwendung eines kompensierenden Fluids ermöglicht, daß ein sekundäres Flüssigbett eine tote Zone umfaßt, wodurch das Aufbringen des partikulären Materials auf das Substrat verbessert wird. Mechanische Hilfsmittel wie Spannrollen können in die Vorrichtung integriert werden, um die Passivierung des Klebstoffs zu fördern und/oder das partikuläre Material fest an den Klebstoff zu binden.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft für das Aufbringen von wasserabsorbierenden Polymeren wie Polyakrylsäuren, geruchsbindenden Mitteln einschließlich Zeoliten, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in partikulärer Form auf Substratmaterialien. Zum Beispiel kann solches partikuläres Material auf faserige fluidabsorbierende oder fluiddurchlässige Lagen, Fluidtransferlagen oder Kunststoff-Sperrfolien aufgebracht werden, die in Fachkreisen für die Fertigung von saugfähigen Artikeln einschließlich Damenbinden, Slipeinlagen, Windeln, Verbandmaterial und dergleichen bekannt sind. Das hier verwendete Verfahren kann auch verwendet werden, um chirurgische Masken, Reinigungstücher und andere medizinische Gebrauchsartikel zu beschichten, wenn einem Substrat eine ausgewählte Eigenschaft durch Aufbringen eines partikulären Materials verliehen werden soll.
Andere funktionelle partikuläre Materialien, wie Nanopartikulate und insbesondere Nanoclave, können auch auf Substratmaterialien mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebracht werden. Ebenso können partikuläre Materialien, die eine Partikulateigenschaft wie ein Pigment, ein Aroma oder dergleichen verleihen, auch selektiv auf Material unter Verwendung des hier offenbarten Verfahrens aufgebracht werden.
Während das Vorgenannte auf verschiedene spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können weitere Ausführungsformen ersonnen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Aufbringen eines partikulären Materials auf ein Substrat, umfassend: Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Oberfläche des Substrats; Suspendieren eines partikulären Materials innerhalb einer Kammer; Fördern des Substrats durch die Kammer hindurch, um dadurch das partikuläre Material an der Oberfläche des Substrats anzuhaften, wobei das partikuläre Material innerhalb der Kammer suspendiert wird, indem ein mit Druck beaufschlagtes Fluid in die Kammer eingeleitet wird, um dadurch das partikuläre Material zu suspendieren, wobei ein erster Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die Kammer an einer Stelle unterhalb des Substrats eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die Kammer an einer Stelle oberhalb des Substrats eingeleitet wird, wobei der zweite Strom von mit Druck beaufschlagter Luft durch eine poröse Rolle eingeleitet wird, die innerhalb der Kammer angeordnet ist, und wobei eine Seite der porösen Rolle in Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakt mit dem Substrat angeordnet ist, um dadurch das Substrat zu führen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff in einem vorher bestimmten Muster auf das Substrat aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikuläre Material aus der Gruppe bestehend aus Fasern, Pulvern und Kombinationen derselben ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das partikuläre Material ein superabsorbierendes Polymer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Vlies aus Fasermaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Dicke von weniger als etwa 5 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von etwa 200 Fuß pro Minute bis etwa 1500 Fuß pro Minute gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff dem partikulären Material über einen Zeitraum ausgesetzt wird, der ausreicht, um den Klebstoff zu passivieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff auf eine Oberfläche einer Lage aufgebracht wird, die zumindest einen Teil eines Produktionsartikels ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktionsartikel ein Hygieneschutzartikel ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Produktionsartikels eine untere Lage, eine Transferlage, eine Decklage oder eine Lage eines saugfähigen Kerns ist.
Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrats mit einem partikulären Material, umfassend: eine Partikelsuspensionsanordnung, die eine Kammer zum Suspendieren eines partikulären Materials innerhalb der Partikelsuspensionsanordnung definiert, wobei die Partikelsuspensionsanordnung eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist; eine Fördereinrichtung, gestaltet und angeordnet für das Fördern eines Substrats in das Kammervolumen über die erste Öffnung, durch das Kammervolumen hindurch und über die zweite Öffnung aus dem Kammervolumen hinaus; einen Fluidzuführungsschlauch, angeordnet in Fließverbindung mit der Kammer für das Zuführen eines Stroms von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die Kammer zum Sus pendieren eines partikulären Materials in der Kammer, wobei das mit Druck beaufschlagte Fluid in die Kammer mit einem gewählten Druck eingeleitet wird, der ausreicht, um das partikuläre Material innerhalb der Kammer zu suspendieren; einen Klebstoffapplikator für das Beschichten einer Oberfläche des Substrats mit einem Klebstoff vor dem Eintreten des Substrats in die Kammer, wobei der Klebstoff auf das Substrat aufgebracht wird und das beschichtete Substrat durch die Kammer hindurch gefördert wird, um dadurch den Klebstoff und das partikuläre Material in Verbindung zu bringen und dadurch das partikuläre Material auf dem Substrat anzubringen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Fluidquelle für die Zuführung eines zweiten Stroms von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die Kammer und eine innerhalb der Kammer angeordnete poröse Rolle umfasst, wobei die poröse Rolle eine Vielzahl von Poren in einer Oberfläche derselben aufweist und wobei die poröse Rolle mit der Fluidquelle wirkverbunden ist, um einen zweiten Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid zuzuführen, wobei der zweite Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die poröse Rolle eingeleitet wird und der zweite Strom von mit Druck beaufschlagtem Fluid dann durch die Poren der porösen Rolle hindurch in die Kammer gelangt und wobei die poröse Rolle in Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakt mit dem Substrat angeordnet ist, um dadurch das Substrat zu führen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoffapplikator für das Aufbringen des Klebstoffs in einem vorher bestimmten Muster auf das Substrat gestaltet und angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das partikuläre Material aus der Gruppe bestehend aus Fasern, Pulvern und Kombinationen derselben ausgewählt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung für das Fördern des Substrats mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 Fuß pro Minute bis etwa 1500 Fuß pro Minute gestaltet und angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge eines Wegs des Substrats innerhalb der Kammer und eine Geschwindigkeit des Substrats innerhalb der Kammer so ausgewählt werden, dass der Klebstoff dem partikulären Material über einen Zeitraum ausgesetzt wird, der ausreicht, um den Klebstoff zu passivieren.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzuführungsschlauch in Fließverbindung mit der Kammer an einer Stelle unterhalb des Substrats steht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Produktionsartikel ist, und wobei die Vorrichtung weiterhin ein Band als Auflage für eine Vielzahl von Produktionsartikeln umfasst und wobei die Fördereinrichtung für das Fördern des Bands mit den darauf angeordneten Produktionsartikeln in das Kammervolumen über die erste Öffnung gestaltet und angeordnet ist und wobei der Klebstoffapplikator für das Beschichten der Oberfläche einer Lage, die zumindest einen Teil des Produktionsartikels ausbildet, mit einem Klebstoff vor dem Eintreten des Produktionsartikels in die Kammer angeordnet ist, wodurch der Klebstoff auf die Lage aufgebracht wird und der beschichtete Produktionsartikel durch die Kammer hindurch gefördert wird, um dadurch den Klebstoff und das partikuläre Material in Verbindung zu bringen und dadurch das partikuläre Material auf der Lage anzubringen.