DE69522388T2

DE69522388T2 - Absorbierende Mehrschichtstrukturen

Info

Publication number: DE69522388T2
Application number: DE69522388T
Authority: DE
Inventors: Richmond A. Cohen; James A. Minetola; John F. Poccia
Original assignee: McNeil PPC Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Consumer Inc
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2015-06-30
Also published as: ES2160652T3; ATE235869T1; CA2152753A1; EP0689818A3; NZ272483A; AU2336395A; US5728083A; DE69530239T2; US5505719A; CA2152753C; EP1074234B1; ATE204732T1; EP1074234A3; AU680360B2; DE69530239D1; EP0689818B1; DE69522388D1; JPH0838551A; EP1074233A3; EP1074233B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft absorbierende Strukturen gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1. Diese Strukturen können in Windeln, Inkontinenzartikeln für Erwachsene, Monatshygieneartikeln für Frauen, wie etwa Binden, usw. verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei absorbierenden Produkten nützlich, welche "Schwälle" von Flüssigkeiten empfangen, sie ist aber auch bei Produkten nützlich, welche kontinuierlicher und in geringerer Menge aufgebrachte Flüssigkeiten aufnehmen.

Hintergrund der Erfindung

Frühere Konstruktionen von Einweg-Hygieneprodukten bestanden einfach aus einer Deckschicht, einem Wattierungskern aus Zellstoff oder Gewebe und einer undurchlässigen Rückseitenschicht. Deutliche Entwicklungen in den letzten Jahren haben die Maßnahme beinhaltet, in den absorbierenden Kern superabsorbierende Materialien einzubringen. In jedem Fall werden Anordnungen, die nur eine Deckschicht, einen Kern aus Zellstoff oder einen superabsorbierenden Kern und eine Rückseitenschicht beinhalten, von Strukturen verdrängt, welche eine Überleitungsschicht (Flüssigkeitsbehandlungsschicht) zwischen der Deckschicht und dem Kern enthalten. Die Überleitungsschicht kann eine Gewebeschicht, ein Zellstoff/Faserverbund oder sogar eine Schaumschicht sein. Die Überleitungsschicht dient dazu, eine Zwischenspeicherkapazität für große Volumina bereitzustellen, um ein Auslaufen durch Überfließen zu verhindern, um eine kapillare Saugwirkung bereitzustellen, um Flüssigkeit von der Deckschicht in den absorbierenden Kern zu ziehen, und um zu verzögern oder zu verhindern, daß Flüssigkeit durch die Deckschicht zurück auf die Haut des Trägers gelangt.
Daher besteht die Herausforderung darin, jede einzelne Überleitungsschicht zu entwickeln und die Abfolge der Anordnung mehrerer Überleitungsschichten in dem Produkt zu optimieren. Dem Hersteller eines Vliesmaterials stehen beschränkte Möglichkeiten zur Verfügung, die Absorptionsfähigkeit des Materials zu beeinflussen. Der Hersteller kann jedoch die mittlere Porengröße des Vliesmaterials regulieren. Die Porengröße ist eine Materialeigenschaft, welche hilft, die Fähigkeit zum Aufsaugen von Flüssigkeit und zum schnellen Überleiten von Flüssigkeit, d. h. die Durchlässigkeit des Materials, zu bestimmen.
Meßbare Eigenschaften absorbierender Strukturen beinhalten die Wiederbefeuchtung und das Durchschlagen. Die Wiederbefeuchtung wird auch als "Oberflächennässe" beschrieben. Es ist die Menge absorbierter Flüssigkeit, die nach der Absorption in dem absorbierenden Körper auf der Oberfläche einer absorbierenden Struktur erfaßbar ist. Beim Messen dieser Eigenschaft absorbiert eine Struktur eine gegebene Flüssigkeitsmenge, auf die Struktur wird ein vorgegebener Druck ausgeübt, und die an der Oberfläche der flüssigkeitsaufnehmenden Struktur erfaßbare Flüssigkeitsmenge wird gemessen. Eine absorbierende Struktur, die "gute" Wiederbefeuchtungseigenschaften zeigt, würde eine relativ trockene Oberfläche behalten, während eine Struktur, die "schlechte" Wiederbefeuchtungseigenschaften zeigt, Flüssigkeit deutlich an die Oberfläche der Struktur zurückleiten würde.
Das Durchschlagen ist die Zeit, die für den Durchtritt einer gegebenen Flüssigkeitsmenge durch die Oberfläche einer absorbierenden Struktur und in deren Kern hinein gemessen wird. Eine absorbierende Struktur, die "gute" Durchschlageigenschaften zeigt, würde aufgebrachte Flüssigkeiten schnell aufnehmen und absorbieren, während eine Struktur, die "schlechte" Durchschlageigenschaften zeigt, ermöglichen würde, daß aufgebrachte Flüssigkeiten Lachen auf der Oberfläche derselben bilden.
Die Anwender der Technologie absorbierender Strukturen haben erkannt, daß ein positiver Dichtegradient, d. h. eine mit zunehmender Tiefe in eine absorbierende Struktur hinein abnehmende Porengröße, die Leistungsfähigkeit der Struktur verbessert. Dies ermöglicht, daß Flüssigkeiten in der Struktur in einem Bereich mit großer Porengröße aufgenommen werden. Für bessere Wiederbefeuchtungseigenschaften zieht jedoch eine abnehmende Porengröße weiter unten in der Struktur die Flüssigkeit weiter in die Struktur hinein, von der Haut des Trägers weg. Dies liefert eine trockenere Oberfläche. Es ist erkannt worden, daß die Verringerung der Porengröße eines hydrophilen Materials dessen kapillare Saugwirkung für wässrige Flüssigkeiten erhöht. Dieses Konzept wird bei Meyer, US-Patent 4,798,603, der eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende absorbierende Struktur offenbart, bei Cadieux, EP-A-0 359 501 und bei Kellenberger, US-Patent 4,688,823 untersucht.
Meyer offenbart, daß die Porengröße von der Deckschicht zu der Überleitungsschicht und zu dem Kern allmählich abnehmen sollte. Anders ausgedrückt, sollte ein negativer Gradient der Porengröße oder ein positiver Dichtegradient gegeben sein. Eine solche Konfiguration liefert einen Gradienten des Kapillardrucks zwischen jeder Schicht, wodurch die Flüssigkeit tiefer in die absorbierende Struktur hineingesaugt wird, während ein Wiederbefeuchten verhindert oder reduziert wird.
Cadieux offenbart eine mehrschichtige absorbierende Struktur, welche von ihrer Deckschicht aus durch eine Überleitungsschicht und zu einer enthaltenen Speicherschicht einen positiven Dichtegradienten aufweist. Die Deckschicht ist als ein voluminöses, sehr loses Vliesgewebematerial mit relativ geringer Dichte offenbart. Die Überleitungsschicht kann aus Faserstoffen wie etwa Zellstoff, Polyester, Reyon, flexiblem Schaum, usw. zusammengesetzt sein, und die Speicherschicht ist eine sehr dichte, absorbierende Schicht mit einer feinen Porosität, wie etwa Pappe aus gepreßtem Torfmoos.
Kellenberger versucht einen Konzentrationsgradienten bei den in einer absorbierenden Fasermasse oder einem absorbierenden Kern verteilten superabsorbierenden Partikeln zu erzielen. Das Superabsorbens kann in dem absorbierenden Kern in mehreren Konzentrationsgradienten verteilt sein: einem positiven Konzentrationsgradienten analog zu Cadieux; einem zweigipfligen Konzentrationsgradienten mit Maxima in der Nähe der Deck- und der Bodenschicht und einer minimalen Konzentration in der Mitte der Schicht; und einer Verteilung mit minimalen Mengen des Superabsorbens in der Nähe der Deck- und der Bodenschicht und einer maximalen Konzentration in der Mitte der Schicht. Dieser absorbierende Kern kann zwischen zwei gekreppten Wattierungs- oder Gewebeschichten eingeschlossen sein und kann in einem absorbierenden Artikel verwendet werden, der weiterhin eine obere Deckschicht und eine untere Barriereschicht aufweist.
Bei anderen Bezugsquellen sind mehrere Schichten aus absorbierenden Materialien in einer absorbierenden Struktur zur Verfügung gestellt. Diese Bezugsquellen sind: Mesek, US- Patente 4,670,011 und 4,960,477; Iskra, US-Patent 4,605,402; Chen, US-Patent 5,037,409; Ness, US-Patente 4,842,594 und 4,880,419; Dawn, US-Patente 4,338,371 und 4,411,660; und Allison, US-Patent 4,531,945.
Der Stand der Technik repräsentiert allgemein den Fortschritt auf dem Gebiet absorbierender Strukturen. Auf diesem Gebiet sind jedoch weitere Fortschritte notwendig. Insbesondere wird eine neue absorbierende Struktur gebraucht, welche Körperflüssigkeiten, insbesondere Schwälle von Flüssigkeiten, schnell absorbieren und die absorbierten Flüssigkeiten gut festhalten wird. Eine solche Struktur wäre, wenn sie leicht und ökonomisch herzustellen wäre, bei der Herstellung kostengünstiger Einwegartikel für die Absorption von Körperflüssigkeiten sehr nützlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrschichtige absorbierende Struktur gemäß Anspruch 1, welche Körperflüssigkeiten, insbesondere Schwälle von Flüssigkeiten, schnell absorbieren und die absorbierten Flüssigkeiten gut festhalten wird. Die absorbierende Struktur weist mehrere absorbierende ebene Bereiche auf, die durch eine mit zunehmender Tiefe in den Bereich hinein abnehmende Porengröße definiert sind. Allgemein weist jeder ebene Bereich eine absorbierende Schicht mit relativ großer mittlerer Porengröße an der oberen, dem Körper zugewandten Seite, und mit relativ geringer mittlerer Porengröße an der unteren, der Kleidung zugewandten Seite auf. Ein darauf folgender absorbierender Bereich weist eine obere, dem Körper zugewandte Fläche mit einer mittleren Porengröße auf, welche größer als die der unteren, der Kleidung zugewandten Fläche des vorhergehenden absorbierenden Bereiches ist. Die Oberseite jedes nachfolgenden ebenen Bereiches ist flüssigkeitsdurchlässig zu der Unterseite des darüberliegenden ebenen Bereiches.
In einer. Ausführungsform vorliegender Erfindung weist die absorbierende Struktur zwei ebene Bereiche auf. Jeder Bereich enthält zwei Faserschichten, die hydrophile Fasern umfassen. Jede der Schichten hat eine jeweilige mittlere Porengröße. In dem oberen ebenen Bereich ist die mittlere Porengröße der unteren Faserschicht geringer als die mittlere Porengröße der oberen Faserschicht. In dem unteren ebenen Bereich hat die untere Faserschicht eine mittlere Porengröße, die geringer als die mittlere Porengröße der oberen Faserschicht ist. Außerdem ist die mittlere Porengröße der unteren Faserschicht in dem oberen ebenen Bereich geringer als die mittlere Porengröße der oberen Faserschicht in dem unteren ebenen Bereich. Zusammengefaßt verläuft die mittlere Porengröße, wenn man von der flüssigkeitsaufnehmenden Oberseite des oberen ebenen Bereiches aus durch die absorbierende Struktur nach unten geht, von relativ größer zu relativ kleiner zu relativ größer zu relativ kleiner.
In einer speziellen bevorzugten Ausführungsform ist die absorbierende Struktur gewellt, indem wiederholt kurze Längen der Struktur gefaltet sind und die Falten fixiert sind. Diese Art von Struktur ist allgemein bei Swieringa, US-Patent 4,874,457, offenbart, welches hier durch Bezugnahme eingebracht wird. Diese gewellte absorbierende Struktur kann dann in einem absorbierenden Produkt mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Deckschicht und einer flüssigkeitsundurchlässigen Schalen- oder Barriereschicht angeordnet werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer absorbierenden Struktur gemäß Anspruch 12, die geeignet ist, Flüssigkeiten schnell tief in eine absorbierende Struktur zu ziehen und diese in der absorbierenden Struktur festzuhalten, mit folgenden Schritten: (1) Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine obere poröse Faserschicht eines ersten ebenen Bereiches, (2) Hineinziehen der Flüssigkeit von der oberen Schicht in eine untere Schicht des ersten ebenen Bereiches, (3) Ermöglichen der Überleitung der Flüssigkeit in eine obere poröse Schicht eines zweiten ebenen Bereiches, welche hydrophile Fasern und ein superabsorbierendes Material umfasst, und (4) Hineinziehen wenigstens eines Teils der Flüssigkeit von der oberen porösen Schicht des zweiten ebenen Bereiches in eine untere poröse Schicht des zweiten ebenen Bereiches. Jede Schicht der absorbierenden Struktur hat eine mittlere Porengröße. Die obere Schicht des ersten ebenen Bereiches hat eine erste mittlere Porengröße, die untere Schicht des ersten ebenen Bereiches hat eine zweite mittlere Porengröße, die obere Schicht des zweiten ebenen Bereiches hat eine dritte mittlere Porengröße und die untere Schicht des zweiten ebenen Bereiches hat eine vierte mittlere Porengröße. Die zweite mittlere Porengröße ist geringer als sowohl die erste als auch die dritte mittlere Porengröße, und die vierte mittlere Porengröße ist geringer als die dritte mittlere Porengröße.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines absorbierenden Produkts vorliegender Erfindung mit einem gefalteten, absorbierenden Kern dar.
Fig. 2 stellt eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht der absorbierenden Struktur in Schichtform dar.
Fig. 3 stellt eine Querschnittsansicht der absorbierenden Struktur aus Fig. 2 dar.
Fig. 4 stellt eine Querschnittsansicht des absorbierenden Kerns aus Fig. 1 dar.
Fig. 5 stellt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines absorbierenden Produkts vorliegender Erfindung mit einem alternativen absorbierenden Kern dar.
Fig. 6 stellt eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer absorbierenden Struktur mit drei ebenen, absorbierenden Bereichen in Schichtform dar.
Fig. 7 stellt eine Querschnittsansicht der absorbierenden Struktur aus Fig. 6 dar.
Fig. 8 stellt eine Aufsicht der Durchschlagplatte der Testapparatur dar.
Fig. 9 ist eine Seitenansicht der Durchschlagplatte aus Fig. 8.
Fig. 10 ist eine zweite Seitenansicht der Durchschlagplatte aus Fig. 8.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mehrschichtige absorbierende Struktur mit mehreren ebenen, absorbierenden Bereichen, die durch eine mit zunehmender Tiefe in den ebenen Bereich hinein abnehmende Porengröße definiert sind. Generell weist jeder Bereich eine absorbierende Schicht mit einer relativ großen mittleren Porengröße an der oberen, flüssigkeitsaufnehmenden Seite, und eine Flüssigkeitsbehandlungsschicht mit einer relativ geringen mittleren Porengröße an der Unterseite auf. Dazwischen können zusätzliche Schichten vorgesehen sein, wobei jede Schicht eine mittlere Porengröße aufweist, die nicht größer als jene der unmittelbar vorhergehenden Schicht in Richtung der flüssigkeitsaufnehmenden Seite des ebenen, absorbierenden Bereiches ist. Ein darauf folgender ebener, absorbierender Bereich weist eine obere, flüssigkeitsaufnehmende Seite mit einer mittleren Porengröße auf, welche größer als die der Flüssigkeitsbehandlungsschicht an der Unterseite des vorhergehenden absorbierenden Bereiches ist. Dieser Bereich kann wiederum, wie zuvor beschrieben, zusätzliche Schichten beinhalten. Somit ist jeder ebene Bereich durch eine mit zunehmender Tiefe allgemein abnehmende mittlere Porengröße bestimmt. Ein Anstieg der mittleren Porengröße zeigt den Beginn eines anderen ebenen, absorbierenden Bereiches an.
Es wird angenommen, daß die Verwendung mehrerer Schichten in einer absorbierenden Struktur mit zuerst einer relativ großen und dann einer relativ kleinen mittleren Porengröße den Einschluß von Flüssigkeiten in der absorbierenden Struktur verbessert. Die relativ großen Porengrößen der oberen, flüssigkeitsaufnehmenden Schichten ermöglichen, daß diese Schichten Schwälle von Flüssigkeiten aufnehmen, welche dann durch die Schwerkraft und kapillare Saugwirkung weiter in die Struktur hinein gezogen werden. Der zweite ebene Bereich dient dazu, die von dem ersten, dem Körper zugewandten ebenen, absorbierenden Bereich aufgenommenen Flüssigkeiten aktiv weiter in die Struktur hinein zu ziehen. In dem flüssigkeitsbehandelnden Teil des zweiten ebenen, absorbierenden Bereiches ist ein Gradient des Kapillardrucks gegeben, welcher den oberen Teil des zweiten ebenen, absorbierenden Bereiches darin unterstützt, Flüssigkeit aus den relativ kleinen Poren der unteren Schicht des ersten ebenen, absorbierenden Bereiches zu ziehen.

Messung der Porengröße

Es gibt mehrere verfügbare Verfahren, die nutzbar sind, um die mittlere Porengröße eines Vliesmaterials zu messen. Diese Verfahren beinhalten die Verwendung der am Textile Research Institut, Princeton, New Jersey, USA entwickelten Flüssigkeitsextrusionszelle. Dieses Verfahren ist von Miller et al., "An-Extended Range Liquid Extrusion Method for Determining Pore Size Distributions", Textile Research Journal, Bd. 56, S. 35-40 (1986) beschrieben worden, das hier durch Bezugnahme eingebracht wird, und es wurde verwendet, um ein mathematisches Modell abzuleiten, um die mittlere Porengröße eines Vliesstoffes vorauszusagen, Cohen, "A Wet Pore-Size Model for Coverstock Fabrics", Tagungsbeiträge: The International Nonwoven Fabrics Conference. INDA-Tec'90, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, S. 317-330 (1990), welches hier durch Bezugnahme eingebracht wird. Basierend auf diesem Modell wurde bei der in der Beschreibung angeführten Bestimmung der durchschnittlichen Porengröße folgende Gleichung verwendet:
r = (Σixia²/Σixia)((ρf/ξρw) - 1)/τ (I),
wobei r der mittlere Porenradius ist;
a der Radius der Faser ist;
x eine Bruchzahl ist;
ξ das Verhältnis der Dichte trockenen Gewebes zur Dichte nassen Gewebes ist;
ρf die Faserdichte ist;
ρw die Dichte trockenen Gewebes ist; und
τ der Verkrümmungsparameter ist.
Basierend auf der Arbeit von Cohen wurde für ξ ein Verhältnis von 1,2 und als τ 1,44 gewählt.

Die absorbierende Struktur

Die absorbierende Struktur vorliegender Erfindung kann in einer absorbierenden Anordnung verwendet werden, wie sie in einer auseinandergezogenen Ansicht in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Figur sind eine Deckschicht 10, ein absorbierender Kern 12 und eine flüssigkeitsundurchlässige Schale 14 dargestellt. Der absorbierende Kern 12 ist gewellt, um eine Vielzahl von Falten 16 bereitzustellen, und die Falten 16 werden mit einem Außen-, oder Deckmaterial 18 festgehalten. Der absorbierende Kern 12 kann entlang seiner Längsränder zusammengepreßt sein, um in die Schale 14 zu passen. Die Deckschicht 10 kann dann um den Umfang der Schale 14 herum befestigt werden, um die absorbierende Anordnung bereitzustellen.
Der gefaltete, absorbierende Kern 12 ist detaillierter in Fig. 4 dargestellt. In dieser Figur ist das Deckmaterial 18 zu sehen, welches in Kontakt zu den Falten 16 steht und entlang deren oberen Rücken an diesen befestigt ist. Die vier Schichten der inneren Struktur des absorbierenden Kerns 12 sind ebenfalls zu sehen. Die erste Schicht 20 bildet die obere, flüssigkeitsaufnehmende Schicht des absorbierenden Kerns 12. Die zweite Schicht 22 bildet die untere Schicht des ersten ebenen Bereiches vorliegender Erfindung. Der zweite ebene Bereich beinhaltet die dritte Schicht 24 und die vierte Schicht 26. Dieser bevorzugte absorbierende Kern 12 ist in Fig. 2 in Form einer Schicht dargestellt. Wiederum bilden die erste und zweite Schicht 20 und 22 den ersten ebenen Bereich 28, und die dritte und vierte Schicht 24 und 26 bilden den zweiten ebenen Bereich 30. Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Schicht aus Fig. 2. Diese zeigt wiederum den ersten ebenen Bereich 28, der durch die erste und zweite Schicht 20 und 22 gebildet wird, und den zweiten ebenen Bereich 30, der durch die dritte und vierte Schicht 24 und 26 gebildet wird. Außerdem zeigt diese Figur eine optionale fünfte Schicht 32, welche als Boden des zweiten ebenen Bereiches 30 enthalten sein kann.
Fig. 5 stellt eine alternative Ausführungsform des absorbierenden Produktes aus Fig. 1 dar. In dieser Ausführungsform bleiben die Deckschicht 50 und die flüssigkeitsundurchlässige Schale 52 im wesentlichen unverändert. Der absorbierende Kern 54 ist jedoch aus einer flachen Schicht aus absorbierendem Material gebildet. Beispielsweise kann die absorbierende Schicht der Fig. 2 und 3 verwendet werden, oder es kann die absorbierende Schicht der nachfolgenden Fig. 6 und 7 verwendet werden.
Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen noch eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung. Fig. 6 stellt eine schichtartige absorbierende Struktur 60 mit drei ebenen Bereichen dar. Der erste ebene Bereich 62 ist aus einer oberen Schicht 64 und einer unteren Schicht 66 gebildet. Der zweite ebene Bereich 68 ist aus einer oberen Schicht 70 und einer unteren Schicht 72 gebildet. Der dritte ebene Bereich 74 ist wiederum aus einer oberen Schicht 76 und einer unteren Schicht 78 gebildet. Fig. 7 stellt eine Schnittansicht der Struktur aus Fig. 6 dar.

Erste Schicht

An der körperzugewandten, flüssigkeitsaufnehmenden Oberseite ist eine erste Schicht vorgesehen, welche hydrophile Fasern umfaßt. Diese Fasern können synthetische oder natürliche Fasern oder eine Kombination beider sein. Vorzugsweise sind die Fasern der ersten Schicht hydrophile synthetische Fasern. Diese Fasern können aus hydrophilen Polymeren gebildet sein, oder sie können mit Tensiden behandelte hydrophobe Fasern sein. Die Fasern der ersten Schicht können auch eine Mischung aus hydrophilen und hydrophoben Fasern sein, die in einem solchen Verhältnis gemischt sind, daß die erste Schicht allgemein hydrophil wird.
Eine repräsentative, nicht einschränkende Liste synthetischer Fasern, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, beinhaltet Fasern aus Polyolefin (Polyethylen, Polypropylen), Polyester, Reyon, Viskose, Acryl oder Nylon. Außerdem können die synthetischen Fasern kopolymere Fasern oder Bikomponentenfasern mit beispielsweise einem Polyesterkern und einer Polyethylenumhüllung sein. Bikomponentenfasern können aus Paaren kompatibler Polymere gebildet sein, bei welchen das innere Polymer einen höheren Erweichungs- und Schmelzpunkt aufweist, als das Polymer, welches die äußere Umhüllung bildet. Vorzugsweise haben die synthetischen Fasern Werte von etwa 0,13 bis 1,67 g/km (etwa 1, 2 bis 15 den).
Eine repräsentative, nicht einschränkende Liste natürlicher Fasern, die für die vorliegende Erfindung nutzbar sind, beinhaltet Hanf, Jute, Baumwolle, Zellstoff, Torfmoos u. ä.. Diese natürlichen Fasern können modifizierte natürliche Fasern sein, z. B. die Zellstoffasern HBA und CCF von Weyerhauser, und ähnliche.
Die erste Schicht umfaßt etwa 10 bis 100 Gewichtsprozent synthetischer Fasern und 0 bis 90 Gewichtsprozent natürlicher Fasern. Bevorzugter umfassen die synthetischen Fasern die Mehrheit der ersten Schicht, und am meisten bevorzugt besteht die erste Schicht aus etwa 100 Gewichtsprozent synthetischer Fasern. Die erste Schicht kann eine mittlere Porengröße von etwa 10 bis 1000 um aufweisen. In Ausführungsformen mit sowohl synthetischen als auch natürlichen Fasern in jeder beliebigen Schicht weist die erste Schicht vorzugsweise eine mittlere Porengröße von etwa 75 bis 400 um auf, bevorzugter von etwa 100 bis 300 um und am meisten bevorzugt von etwa 190 bis 250 um auf. Bei Ausführungsformen mit synthetischen Fasern in allen Schichten weist die erste Schicht vorzugsweise eine Porengröße von etwa 75 bis 1000 um, bevorzugter von etwa 175 bis 600 um und am meisten bevorzugt von etwa 185 bis 500 um auf. Die Dicke der ersten Schicht kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung und vom Aufbau der absorbierenden Struktur in einem breiten Bereich liegen. Die Dicke der Schicht kann von etwa 0,254 bis 6,35 mm (.01 bis 25 inch) reichen. Die Schicht wird allgemein dünner sein, wenn die absorbierende Struktur gewellt oder gefaltet werden soll, und dicker, wenn die Struktur ohne Faltung verwendet werden soll.

Zweite Schicht

Vom Körper entfernt und flüssigkeitsdurchlässig zu der ersten Schicht ist eine zweite, im Luftstrom aufgetragene Schicht vorgesehen, welche hydrophile Fasern umfaßt. Diese Fasern können synthetische oder natürliche Fasern oder eine Kombination beider sein. Vorzugsweise umfaßt die zweite Schicht eine Mischung aus hydrophilen synthetischen Fasern und natürlichen Fasern. Die synthetischen Fasern können aus hydrophilen Polymeren gebildet sein, oder sie können mit Tensiden behandelte hydrophobe Fasern sein. Die Fasern der zweiten Schicht können auch eine Mischung aus hydrophilen und hydrophoben Fasern sein, die in einem solchen Verhältnis gemischt sind, daß die zweite Schicht allgemein hydrophil wird. Die zuvor für die erste Schicht aufgelisteten synthetischen Fasern können auch in der zweiten Schicht verwendet werden. Vorzugsweise haben die synthetischen Fasern Werte von etwa 0,13 bis 1,67 g/km (etwa 1,2 bis 15 den). Die zuvor für die erste Schicht aufgelisteten natürlichen Fasern können auch in der zweiten Schicht verwendet werden.
Die zweite Schicht umfaßt etwa 10 bis 100 Gewichtsprozent synthetischer Fasern und 0 bis 90 Gewichtsprozent natürlicher Fasern. Bevorzugter umfassen die synthetischen Fasern etwa 40 bis 60 Gewichtsprozent, und die natürlichen Fasern umfassen etwa 60 bis 40 Gewichtsprozent der zweiten Schicht. Die zweite Schicht kann eine mittlere Porengröße von etwa 10 bis 500 um aufweisen. In Ausführungsformen mit sowohl synthetischen als auch natürlichen Fasern in jeder beliebigen Schicht weist die zweite Schicht vorzugsweise eine mittlere Porengröße von etwa 40 bis 140 um, bevorzugter von etwa 60 bis 120 um und am meisten bevorzugt von etwa 80 bis 100 um auf. In Ausführungsformen mit synthetischen Fasern in allen Schichten weist die zweite Schicht bevorzugt eine Porengröße von etwa 10 bis 500 um, bevorzugter von etwa 50 bis 180 um und am meisten bevorzugt von etwa 100 bis 150 um auf. Die Dicke der zweiten Schicht kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung und dem Aufbau der absorbierenden Struktur in einem breiten Bereich liegen. Die Dicke der Schicht kann von etwa 0,25 bis 6,35 mm (0.01 bis 0.25 inch) reichen. Die Schicht wird allgemein dünner sein, z. B. etwa 0,25 bis 0,76 mm (0.01 bis 0.03 inch), wenn die absorbierende Struktur gewellt oder gefaltet werden soll, und dicker, z. B. etwa 2,54 bis 6,35 mm (0.1 bis 0,25 inch), wenn die Struktur ohne Faltung verwendet werden soll.

Dritte Schicht

Von dem Körper entfernt und flüssigkeitsdurchlässig zu der zweiten Schicht ist eine dritte Schicht vorgesehen, welche hydrophile Fasern umfaßt. Diese Fasern können wiederum synthetische oder natürliche Fasern oder eine Kombination aus beiden sein. Vorzugsweise umfaßt die dritte Schicht im Luftstrom aufgetragene, hydrophile, synthetische Fasern. Die synthetischen Fasern können aus hydrophilen Polymeren gebildet sein, oder sie können mit Tensiden behandelte hydrophobe Fasern sein. Die Fasern der dritten Schicht können auch eine Mischung aus hydrophilen und hydrophoben Fasern sein, die in einem solchen Verhältnis gemischt sind, daß die dritte Schicht allgemein hydrophil wird. Die zuvor für die erste Schicht aufgelisteten synthetischen Fasern können auch in der dritten Schicht verwendet werden. Vorzugsweise haben die synthetischen Fasern Werte von etwa 0,13 bis 1,67 g/km (1,2 bis 15 den), bevorzugter haben die Fasern Werte von etwa 0,33 bis 1,67 g/km (etwa 3 bis 15 den). Die zuvor für die zweite Schicht aufgelisteten natürlichen Fasern können auch in der dritten Schicht verwendet werden.
Die dritte Schicht umfaßt vorzugsweise außerdem superabsorbierende Materialien. Superabsorbierende Materialien, die bei Hygiene- und Inkontinenzprodukten verwendet werden, sind im Fachgebiet allgemein bekannt. Diese Materialien beinhalten Polyacrylate; modifizierte natürliche und regenerierte Polymere wie beispielsweise Polysaccharide; Hydrokolloide wie etwa modifizierte Polyacrylnitril-Verbindungen; vernetzte, nichtionische Polymere wie etwa Polyoxyethylen, Polyoxypropylen und Mischungen aus diesen; Derivate von Isobutylen- Maleinanhydrid-Kopolymeren; Kopolymere wie die im US-Patent 4,880,868 offenbarten, die bei ARCO zu beziehen sind; und natürlich vorkommende Materialien, wie etwa Gummis, darunter Guar-Gummi, Gummi arabicum, Johannisbrotgummi u. ä.. Das superabsorbierende Material kann in Pulverform oder in Faserform vorliegen. Vorzugsweise ist das superabsorbierende Material ein pulverförmiges, superabsorbierendes Polyacrylat.
Die dritte Schicht umfaßt etwa 10 bis 100 Gewichtsprozent synthetischer Fasern, 0 bis 90 Gewichtsprozent natürlicher Fasern und 0 bis 80 Gewichtsprozent superabsorbierenden Materials. Bevorzugter umfassen die synthetischen Fasern etwa 20 bis 60 Gewichtsprozent, die natürlichen Fasern umfassen etwa 20 bis 60 Gewichtsprozent und die absorbierenden Materialien umfassen etwa 15 bis 60 Gewichtsprozent der dritten Schicht. Die dritte Schicht kann eine mittlere Porengröße von etwa 75 bis 1000 um aufweisen. In Ausführungsformen mit sowohl synthetischen als auch natürlichen Fasern in jeder beliebigen Schicht weist die dritte Schicht vorzugsweise eine mittlere Porengröße von etwa 400 bis 1000 um, bevorzugter von etwa 500 bis 900 um und am meisten bevorzugt von etwa 600 bis 800 um auf. In Ausführungsformen mit synthetischen Fasern in allen Schichten weist die dritte Schicht vorzugsweise eine Porengröße von etwa 75 bis 1000 um, bevorzugter von etwa 175 bis 600 um und am meisten bevorzugt von etwa 185 bis 500 um auf. Die Dicke der dritten Schicht kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung und dem Aufbau der absorbierenden Struktur in einem breiten Bereich liegen. Die Dicke der Schicht kann von etwa 0,25 bis 6,35 mm (0,01 bis 0,25 inch) reichen. Die Schicht wird allgemein dünner sein, z. B. etwa 0,25 bis 0,76 mm (0,01 bis 0,03 inch), wenn die absorbierende Struktur gewellt oder gefaltet werden soll, und dicker, z. B. etwa 2,54 bis 6,35 mm (0,1 bis 0,25 inch), wenn die Struktur ohne Faltung verwendet werden soll.

Vierte Schicht

Entfernt von dem Körper und flüssigkeitsdurchlässig zu der dritten Schicht ist eine vierte Schicht vorgesehen, welche hydrophile Fasern umfaßt. Obwohl diese Schicht naß gelegt sein kann, ist es vorzugsweise eine im Luftstrom aufgetragene Schicht. Die Fasern, welche in dieser Schicht verwendet werden, können synthetische oder natürliche Fasern oder eine Kombination aus beiden sein. Vorzugsweise umfaßt die vierte Schicht eine Mischung aus hydrophilen, synthetischen Fasern und natürlichen Fasern. Die synthetischen Fasern können aus hydrophilen Polymeren gebildet sein, oder sie können mit Tensiden behandelte hydrophobe Fasern sein. Die Fasern der vierten Schicht können auch eine Mischung aus hydrophilen und hydrophoben Fasern sein, die in einem solchen Verhältnis gemischt sind, daß die vierte Schicht allgemein hydrophil wird. Die zuvor für die erste Schicht aufgelisteten synthetischen Fasern können auch in der vierten Schicht verwendet werden. Vorzugsweise haben die synthetischen Fasern Werte von etwa 0,13 bis 1,67 g/km (etwa 1,2 bis 15 den). Die zuvor für die dritte Schicht aufgelisteten natürlichen Fasern können auch in der vierten Schicht verwendet werden.
Die vierte Schicht kann ebenfalls superabsorbierende Materialien umfassen. Nutzbare superabsorbierende Materialien sind zuvomufgelistet worden. Vorzugsweise ist das superabsorbierende Material ein pulverförmiges, superabsorbierendes Polyacrylat.
Die vierte Schicht umfaßt etwa 10 bis 100 Gewichtsprozent synthetischer Fasern, etwa 0 bis 90 Gewichtsprozent natürlicher Fasern und etwa 0 bis 80 Gewichtsprozent eines superabsorbierenden Materials. Bevorzugter umfassen die synthetischen Fasern etwa 20 bis 60 Gewichtsprozent, die natürlichen Fasern umfassen etwa 20 bis 60 Gewichtsprozent und das superabsorbierende Material umfaßt etwa 15 bis 60 Gewichtsprozent der vierten Schicht. Die vierte Schicht kann eine mittlere Porengröße von etwa 10 bis 500 um aufweisen. In Ausführungsformen mit sowohl synthetischen als auch natürlichen Fasern in jeder beliebigen Schicht weist die vierte Schicht vorzugsweise eine mittlere Porengröße von etwa 40 bis 140 um, bevorzugter von etwa 60 bis 120 um und am meisten bevorzugt von etwa 80 bis 100 um auf. In Ausführungsformen mit synthetischen Fasern in allen Schichten weist die vierte Schicht vorzugsweise eine Porengröße von etwa 10 bis 500 um, bevorzugter von etwa 50 bis 180 um und am meisten bevorzugt von etwa 100 bis 150 um auf. Die Dicke der vierten Schicht kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung und dem Aufbau der absorbierenden Struktur in einem breiten Bereich liegen. Die Dicke der Schicht kann von etwa 0,25 bis 6,35 mm (0,01 bis 0,25 inch) reichen. Die Schicht wird allgemein dünner sein, z. B. etwa 0,25 bis 0,76 mm (0,01 bis 0,03 inch), wenn die absorbierende Struktur gewellt oder gefaltet werden soll, und dicker, z. B. etwa 2,54 bis 6,35 mm (0,1 bis 0,25 inch), wenn die Struktur ohne Faltung verwendet werden soll.

Nachfolgende Schichten

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf zwei ebene Bereiche beschrieben ist, die insgesamt vier Schichten umfassen, kann es bei bestimmten Anwendungen hilfreich oder notwendig sein, zusätzliche Schichten einzuschließen. Diese Schichten sollten allgemein so in ebenen Bereichen eingeschlossen sein, daß sich die absorbierende Struktur mit folgendem Verlauf relativer Porengrößen ergibt: groß, klein, groß, klein, groß, klein, usw. Natürlich kann es einen oder mehrere ebene Bereiche mit dem folgenden Verlauf der Porengrößen geben: groß, mittel, klein; groß, groß, klein; groß, klein, klein; u. ä.. Zusätzlich können die nachfolgenden ebenen, absorbierenden Bereiche ebenfalls superabsorbierende Materialien enthalten.

Herstellung

Die mehrschichtige, absorbierende Struktur vorliegender Erfindung kann gebildet werden, indem einzelne Vliesstoffgewebe übereinander geschichtet oder zusammengefügt werden, oder sie kann hergestellt werden, indem mehrere unterschiedliche Vliesstoffschichten in einem kontinuierlichen Prozeß ausgebildet werden. Vorzugsweise wird die absorbierende Struktur hergestellt, indem zwei separate Vliesstrukturen, die mehrere Schichten aufweisen, zusammengefügt werden, um die mehreren ebenen Bereiche mit einem abnehmenden Gradienten der Porengröße in jedem ebenen Bereich bereitzustellen.
Die absorbierenden Gewebe, welche die ebenen Bereiche bilden, können durch Fachleuten bekannte Verfahren unter Verwendung herkömmlicher Zerkleinerungsanlagen wie etwa M&J-Maschinen hergestellt werden; die bei der M&J Company of Sweden zu beziehen sind, Williams-Mühlen, Fitz-Mühlen, die bei Fitzpatrick Co. zu beziehen sind, und Doppelrotorwebmaschinen, die bei J.D. Hollingworth on Wheels, Inc. Greenville, SC. zu erhalten sind. Außerdem können synthetische, faserreiche Strukturen thermogebondet, schmelzgeblasen, spinngebondet, mit herkömmlichen Luftablageanlagen, wie etwa Kardier-und-Binde- Anlagen, u. ä. ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Stoffgewebe zusammengefügt, um eine absorbierende Struktur vorliegender Erfindung mit zwei ebenen Bereichen mit abnehmender mittlerer Porengröße zu bilden.
Das erste Stoffgewebe, welches den Bodenabschnitt der absorbierenden Struktur bildet, kann eine optionale Bodenschicht aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 5,1 g/m² (0,15 oz/yd²), 0,2 g/km (1,8 den) (BASF 1051, Polyethylen über Polyethylenterephtalat (PET), zu beziehen bei BASF Fibers, Williamsburg, VA), eine zweite Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 13,6 bis 20,3 g/m² (0,4 bis 0,6 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050, Polyethylen über PET) und Zellstoffasern mit 33,9 bis 50,9 g/m² (1 bis 1,5 oz/yd²) (Rayonier-Zellstoff Typ E, zu beziehen bei Rayonier, Inc., Stamford, CT), und eine obere Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,11 g/km (10 den) (BASF 1088, Polyethylen über PET) und der synthetischen PET-Faser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,67 g/km (15 den) (duPont 374 W, zu erhalten bei E.I. duPont de Nemours, Textile Fibers Department, Wilmington, DE) beinhalten. Die obere Schicht wird auf ein Siebband kardiert. Die Schicht aus synthetischen Fasern/Zellstoff wird dann in einer Doppelrotor-Webmaschine auf der oberen Schicht ausgebildet, und die optionale Schicht aus synthetischen Fasern kann auf die Schicht aus synthetischen Fasern/Zellstoff kardiert werden. Die Struktur wird dann in einem Ofen thermogebondet.
Das zweite Stoffgewebe, welches den oberen Abschnitt der absorbierenden Struktur bildet, beinhaltet eine untere Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,11 g/km (10 den) (BASF 1088) und einer synthetischen PET-Faser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,67 g/km (15den), (duPont 374 W), eine zweite Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 13,6 g/m² (0,4 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050) und Zellstoffasern mit 17,0 g/m² (0,5 oz/yd²) (Rayonier-Zellstoff Typ E), und eine obere Schicht aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit etwa 13,6 g/m² (0,4 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050). Die obere Schicht wird wiederum auf ein Siebband kardiert. Die Schicht aus synthetischen Fasern/Zellstoff wird dann in einer Doppelrotor-Webmaschine auf der oberen Schicht ausgebildet, und die Schicht aus der Bikomponentenfaser mit 0,33 g/km (3 den) wird auf die Schicht aus synthetischen Fasern/Zellstoff kardiert. Diese Struktur wird ebenfalls in einem Ofen thermogebondet.
Die beiden Gewebe werden dann in einem Herstellungsprozeß der absorbierenden Struktur zusammengefügt. Zuerst wird das untere Gewebe auf einem Trägerband auseinandergewickelt. Auf die Oberseite des unteren Gewebes können ein superabsorbierendes Pulver und optionale Materialien, darunter Geruchskontrollpulver oder -flüssigkeiten aufgebracht werden. Als nächstes wird das obere Gewebe auf dem unteren Gewebe auseinandergewickelt. Dieses Gewebe kann an dem unteren Gewebe angeheftet werden. Danach können die Ränder, und optional ein Zufallsmuster, in das Gewebe eingeprägt werden, um die Integrität der absorbierenden Struktur zu erhöhen. Das Prägen kann mit oder ohne zusätzliche Wärme erfolgen.
Durch den Kontakt der beiden Stoffgewebe ist eine absorbierende Struktur mit zwei übereinander angeordneten, ebenen Bereichen ausgebildet. Der obere ebene Bereich beinhaltet von der Oberseite ausgehend: (1) eine Schicht aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 0,33 g/km (3 den), und (2) eine Mischschicht aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 0,33 g/km (3 den) und Zellstoff. Der untere ebene Bereich beinhaltet von der oberen Fläche ausgehend: (1) das zusammengefügte Gewebe aus synthetischer Bikomponentenfaser/synthetischer PET-Faser aus dem ersten und zweiten Stoffgewebe, welches ein superabsorbierendes Pulver umfaßt, (2) eine Mischschicht aus synthetischer Bikomponentenfasern mit 0,33 g/km (3 den) und Zellstoff, und (3) die optionale Schicht aus synthetischer Bikomponentenfaser mit 0,2 g/km (1,8 den). Die Ausbildung der absorbierenden Struktur ist mit dem Prägen der Struktur abgeschlossen.
Die absorbierende Struktur kann dann zu einem absorbierenden Artikel weiterverarbeitet werden. Diese Verarbeitung beinhaltet das Wellen der Struktur, das Aufbringen einer verbindenden Bikomponenten-Deckschicht, und das Erwärmen der gewellten Struktur mit der verbindenden Deckschicht, um die Deckschicht thermisch mit der Struktur zu verbinden, so daß die Wellung aufrechterhalten bleibt. Die verbindende Deckschicht kann beispielsweise eine synthetische Bikomponentenfaser mit 17,0 g/m² (0,5 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050) sein. Nachdem die Struktur verbunden worden ist, können die Ränder der Struktur geprägt werden, um diese abzudichten. Diese Wellung ist bei Swieringa, US-Patent 4,874,457, offenbart. Auf die Oberseite der verbindenden Deckschicht kann eine Abdeckschicht aufgebracht werden, und aus der Struktur können absorbierende Polster geschnitten werden. Die absorbierenden Polster werden dann in einer geformten Schaumstoffschale plaziert und abgedeckt, beispielsweise mit einem Vliesgewebe aus synthetischer Bikomponentenfaser mit 23,7 g/m² (0,7 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050), der Deckschicht zugewandt, und die Produkte werden aus dem Gewebe mit Schaumstoffschale ausgeschnitten. Während sich das vorstehende Herstellungsverfahren auf einen speziellen Vorgang und ein spezielles Produkt bezieht, wird man leicht erkennen, daß dieser Prozeß modifiziert werden kann, beispielsweise indem zusätzliche Pulver usw. zu der das superabsorbierende Material enthaltenden Schicht hinzugefügt werden, indem zusätzliche ebene absorbierende Bereiche angefügt werden, u. ä.. Außerdem können die Produkte in einer einzigen Produktionslinie oder in mehreren Produktionslinien hergestellt werden. Die Produkte können ausgebildet werden, indem sie durch herkömmliche Schneidverfahren ausgestanzt werden, beispielsweise durch Abstanzen, durch sogenannte fliegende Messer u. ä..

Verwendung

Unter Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens oder eines anderen, Fachleuten bekannten Verfahrens kann die absorbierende Struktur in jedes beliebige geeignete absorbierende Produkt wie etwa eine Monatsbinde, Windel, Inkontinenzbehelf für Erwachsene u. ä. eingearbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die absorbierende Struktur in eine Inkontinenzvorlage für Erwachsene eingearbeitet, die in der gleichzeitig übertragenen Patentanmeldung von Poccia et al., US 08/184,402, eingereicht am 20. Januar 1994, jetzt US- Patent___, beschrieben ist, welches hier durch Bezugnahme eingebracht wird. Bei einem solchen Behelf ist die absorbierende Struktur vorzugsweise gewellt und an eine Schicht aus Vliesstoff gebondet, um die Stabilität der Struktur aufrechtzuerhalten. Die gewellte Struktur kann mit zusätzlichen Flüssigkeitsbehandlungsschichten und Abdeckschichten kombiniert werden, bevor sie durch eine Deckschicht und eine flüssigkeitsundurchlässige, rückseitige Schale eingeschlossen wird.
Natürlich braucht die absorbierende Struktur bei der Verwendung in einem absorbierenden Produkt nicht gewellt oder gefaltet zu sein. Die Fig. 2, 3, 6 und 7 stellen beispielsweise eine dickere absorbierende Struktur dar, die bei absorbierenden Produkten nutzbar ist.

Verwendetes Testverfahren

Das folgende Testverfahren kann verwendet werden, um die Eigenschaften absorbierender Strukturen gemäß vorliegender Erfindung zu messen:

Eindringzeit und inkrementale Oberflächennässe

Durch das Testverfahren werden die Eindringzeit und die Oberflächennässe gemessen. Die Eindringzeit ist die Zeit, die eine gegebene Flüssigkeitsmenge braucht, um durch die Deckschicht zu treten und in einer absorbierenden Struktur absorbiert zu werden. Die Oberflächennässe mißt die Menge an Flüssigkeit, welche aus dem standardmäßigen Kernmaterial durch eine Deckschicht durchdringt und eine Nässe an der Oberfläche des Produktes bewirkt.
Bei diesem Test wird folgende Ausrüstung verwendet:
1. Kalibrierte Stoppuhr/Zeitnehmer mit einer Genauigkeit von 0,1 Sekunden.
2. Kalibrierte Auflagewaage mit einer Genauigkeit von 0,01 Gramm.
3. Ringständer und Klemmen.
4. Scheidetrichter mit Absperrventil von Nalgene, welches auf eine Ausflußgeschwindigkeit von 20 ± 1 ml/Sekunde kalibriert ist.
5. Filterpapier Eaton-Dikeman #90-140, zu beziehen bei Eaton-Dikeman, Division of Know/Ton Brothers, Mt. Holly Springs, PA 17065-0238.
6. Testapparatur bestehend aus folgendem:
(a) elektronischer Zeitnehmer, der auf 0,01 Sekunden genau mißt, zu beziehen über J.G. McGuffey & Company, Peachtree City, Georgia.
(b) Durchschlagplatte: Eine 25 mm dicke, quadratische Durchschlagplatte aus Acryl ist in den Fig. 8-10 gezeigt. Die in diesen Figuren angegebenen Abmessungen sind in mm. Die Durchschlagplatte 80 weist Randflächen 82 auf, welche für optionale Beschwerungsstreifen 84 zur Verfügung stehen. Drahtelektroden 86 mit einem Durchmesser von 1 mm sind in rechteckig geschnittenen Nuten 88 angeordnet und können mit einem schnell abbindenden Epoxidharz befestigt sein. Diese Elektroden 86 müssen sauber gehalten werden. Das Gesamtgewicht der Platte muß 225 ± 5 Gramm betragen. Es muß darauf geachtet werden, daß die Elektroden 86 wie angegeben positioniert sind. Die Durchschlagplatte ist über R & L Engineering, Albany, Georgia zu beziehen.
7. Oberflächennässe-Apparatur, bestehend aus einem Kompressionsgewicht, welches ein zu 3,5 kPa (0,5 psi) (4.4 lbs) äquivalentes Gesamtgewicht aufweist, mit einer Grundfläche von 10,2 cm · 5,1 cm (4 inch · 2 inch).
8. Tensiometer, DuNouy, zu beziehen über Central Scientific Company, Chicago, IL, oder ein äquivalentes.
9. Stahllineal 15 cm (6 inch).
10. Flüssigkeitsbehälter mit einem minimalen Aufnahmevermögen von 200 ml.
Bei dem Test wird außerdem eine 1,59%ige salzhaltige Testlösung verwendet, die aus entionisiertem Wasser hergestellt ist.

Testablauf

Man beginne den Test mit dem Kalibrieren der Ausflußgeschwindigkeit des Scheidetrichters. Unter Verwendung des Fisher-Tensiomat Modell 21 registriere man die Oberflächenspannung der Testlösung. Man wiege das zu testende Produkt und registriere das Gewicht auf 0,01 g genau. Dies ist das "Vorgewicht". Man wiege das Überlaufpapier, z. B. Papierküchentücher oder Filterpapier, und registriere das Gewicht. Man plaziere das Produkt auf dem Überlaufpapier. Wenn schließlich ein Überlaufen eintritt, wiege man das Überlaufpapier erneut, um die Menge an Testflüssigkeit zu bestimmen, die nicht in dem Testprodukt absorbiert worden ist. Man plaziere die Durchschlagplatte über der Mitte des Produktes. Man befestige einen 5,1 cm (2") langen Schlauch an der Spitze des Trichters. Der Schlauch sollte sich 2,54 cm (1") über dem Produkt befinden. Man richte den Scheidetrichter über der Mitte der Platte aus. Man stelle sicher, daß sich die Apparatur in der Mitte und im Zentrum des Produktes befindet und daß die Platte die Oberfläche des zu testenden Produktes berührt. Die Elektroden sollten sich parallel zur Länge des Produktes erstrecken.
Man tariere einen Flüssigkeitsbehälter auf der Auflagewaage aus. Man messe die gewünschte Menge an Testflüssigkeit in den Behälter. Man bringe 40 ml Testflüssigkeit mit einer Ausflußgeschwindigkeit von 20 cm³/s auf das Produkt auf. Man wiederhole den Test mit ungebrauchten Produkten mit 60 ml Testflüssigkeit und mit 80 ml Testflüssigkeit mit einer Ausflußgeschwindigkeit von 20 cm³/s. Man stelle sicher, daß das Absperrventil an dem kalibrierten Scheidetrichter geschlossen ist. Man stelle sicher, daß die Elektroden an der Durchschlagplatte mit dem Zeitnehmer verbunden sind. Man schalte den Zeitnehmer an und stelle ihn auf Null zurück. Man gebe Testflüssigkeit in den kalibrierten Scheidetrichter. Man öffne das Absperrventil und lasse die Testflüssigkeit auslaufen. Der anfängliche Fluß von Flüssigkeit wird den elektrischen Kreis schließen und den Zeitnehmer starten. Der Zeitnehmer wird stoppen, wenn die Flüssigkeit in dem Testprodukt absorbiert ist und unter die Höhe der Elektroden gefallen ist. Sobald der Scheidetrichter geleert ist, starte man die Stoppuhr/den Zeitnehmer und stoppe die Zeit 15 Sekunden lang. Man registriere die Eindringzeit von dem elektronischen Zeitnehmer in Sekunden, auf 0,01 s genau. Man entferne die Testapparatur und wiege das getestete Produkt. Man registriere das Gewicht. Dieses wird als das Nachgewicht des Produktes registriert.
Wenn 15 Sekunden abgelaufen sind, gebe man einen Satz aus zwei zuvor gewogenen Filterpapieren von 10,2 cm · 5,1 cm (4" · 2") mittig ausgerichtet auf das Produkt. Die beiden Filterpapiere liegen übereinander. Man bringe das Kompressionsgewicht auf die Oberseite des Filterpapiers auf und starte erneut die Stoppuhr/den Zeitnehmer. Man lasse die Probe 2 Minuten lang unter dem Kompressionsgewicht. Man entferne das Gewicht und das Filterpapier. Man wiege das Filterpapier auf 0,01 g genau gerundet. Man notiere das Gewicht. Man wiederhole die Schritte dieses Abschnitts, bis weniger als 1 g Flüssigkeit registriert wird.

Berechnungen

Man berechne die absorbierte Flüssigkeit durch Subtraktion des Vorgewichts des Produktes von dem Nachgewicht des Produktes. Man notiere den Wert für die absorbierte Flüssigkeit. Man berechne die Absorptionsgeschwindigkeit für die Flüssigkeit, indem die absorbierte Flüssigkeit durch die Zeit dividiert wird. Man registriere diesen Wert in g/s, auf 0,01 g/s genau. Man berechne die Überlaufmenge, indem man das Trockengewicht des Überlaufpapiers von dem Naßgewicht des Überlaufpapiers subtrahiert. Dieses wird als Überlaufmenge aufgezeichnet. Man berechne die Gewichtsdifferenz zwischen jedem Satz nassen und trockenen Filterpapiers auf 0,01 g genau gerundet. Man fahre fort, die Differenzen für jeden Satz gebrauchten Filterpapiers zu berechnen, wobei folgende Formel verwendet wird:
nasses Filterpapier (g) - trockenes Filterpapier (g) = extrahierte Nässe (g) (II)
Man registriere die Summe der Differenzen aus Gleichung (II) als Gesamtmenge der Oberflächennässe. Die Ergebnisse dieser Messungen und Berechnungen führen zu den in den Beispielen angegebenen Daten für Durchschlag und Oberflächennässe.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden speziellen Beispiele, welche die Zusammensetzung, Form und das Herstellungsverfahren der mehrschichtigen absorbierenden Struktur vorliegender Erfindung veranschaulichen, weitergehend verstanden werden. Man sollte verstehen, daß viele Varianten der Zusammensetzung, Form und des Herstellungsverfahrens der absorbierenden Struktur für Fachleute offensichtlich sein werden. Die folgenden Beispiele, in welchen sich Anteile und Prozentangaben auf das Gewicht beziehen, wenn nicht anders angegeben, sind nur veranschaulichend zu verstehen.

Beispiel 1

Um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, wurden vier Vliesstoffschichten ausgewählt. Es wurden fünf Proben einer absorbierenden Struktur vorliegender Erfindung mit der folgenden Abfolge der Porengröße, beginnend mit der oberen Schicht, vorbereitet: Experiment
Die Stoffschichten haben folgende Eigenschaften:
Bikomponentenstoff A: ein weiches, thermogebondetes, semiabsorbierendes Material, das aus Bikomponentenfasern mit 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050) hergestellt ist, mit einer Dicke von etwa 762 um (30 mils) (0,030 in) und einem Basisgewicht von etwa 23,7 g/m² (0,7 oz/yd²).
Stoff B: ein weiches, kardiert und gebundenes, semiabsorbierendes Material mit einer Mischung aus Polyester mit 0,67 g/km und 0,33 g/km (6 den und 3 den), mit einer Dicke von etwa 0,043 cm (0,017 inch) und einem Basisgewicht von etwa 22,0 g/m² (0,65 oz/yd²) (Fiber Tech 68798, zu beziehen von Fiber Tech, Rogers, AR.).
Bikomponentenstoff C: ein weiches, thermogebondetes, semiabsorbierendes Material, das aus Bikomponentenfasern mit 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050) hergestellt ist, mit einer Dicke von etwa 508 um (20 mils) und einem Basisgewicht von etwa 17,0 g/m² (0,5 oz/yd²).
Außerdem wurden fünf Proben einer Kontrollkonfiguration mit der herkömmlichen Methode in Form eines einzigen Trichters zusammengesetzt: Kontrolle
Jede dieser Proben wurde über einer Filterpappe plaziert, welche einen absorbierenden Kern stimuliert, und wurde dann auf Durchschlag(Eindring)-Zeit und auf Wiederbefeuchtung (Oberflächennässe) getestet. Das Testverfahren wurde vorstehend beschrieben. Die Dosis betrug bei diesen Tests 15 ml salzhaltiger Lösung. Der Wiederbefeuchtungstest wurde ausgeführt, indem zuvor gewogene Abschnitte von 5,1 cm · 10,2 cm (2" · 4") aus Eaton- Dikeman-Filterpapier #901-140 auf der absorbierenden Probe plaziert wurden und dann auf das Filterpapier ein Gewicht mit 5,1 cm · 10,2 cm (2" · 4") aufgebracht wurde. Das Gewicht repräsentiert einen aufgebrachten Druck von 3,5 kPa (0,5 psi). Nach 2 Minuten wurde das Filterpapier erneut gewogen, und die Differenz wurde als die Wiederbefeuchtung registriert.
Es ergaben sich folgende Resultate:
Die Ergebnisse zeigen, daß die Wiederbefeuchtung bei der absorbierenden Struktur vorliegender Erfindung verglichen mit dem Kontrollmuster wesentlich reduziert ist. Die Differenz ist statistisch signifikant, mit einer statistischen Sicherheit von 95%. Auch die Durchschlagzeit ist bei der absorbierenden Struktur vorliegender Erfindung gegenüber dem Kontrollmuster reduziert. Diese Differenz ist ebenfalls statistisch signifikant.
Somit ist eine neue Schichtanordnung erzielt worden, derartig, daß sowohl die Durchschlagzeit als auch die Wiederbefeuchtung reduziert sind, was die Leistungsfähigkeit des Produktes verbessert.

Beispiel 2

Es wurde eine absorbierende Kontrollstruktur mit einem negativen Gradienten der Porengröße in einem gefalteten absorbierenden Kern, wie bei Swieringa, US-Patent 4,874,457 beschrieben, vorbereitet, welche Schichten mit der nachstehend angegebenen Porengröße aufwies: Kontrolle
Die Stoffschichten hatten folgende Eigenschaften:
Bikomponentenstoff A: wie in Beispiel 1
Stoff B: wie in Beispiel 1
Stoff D: Eine homogene Mischung aus Syn-Zellstoff (zu beziehen von Temple Inland, Silsbe, TX) und Aquakeep J-SSO (zu beziehen von Sumitomo, Japan). Die Mischung ist auf Gewebe gegossen und thermogebondet.
Dieses Produkt enthält außerdem ein pulverförmiges Polyacrylat-Superabsorbens in der dritten Schicht angrenzend an die Unterseite des absorbierenden Kerns, wobei das superabsorbierende Mittel vorwiegend in der Nähe der Basis des Kerns angeordnet ist.
Als nächstes wurde eine gefaltete Kernstruktur ähnlich dem Kontrollmuster hergestellt, bei welcher aber die absorbierende Struktur vorliegender Erfindung (Produkt A) verwendet wurde. Der Kern wies folgende Schichten auf: Produkt A
Die Stoffschichten hatten folgende Eigenschaften:
Stoff E: Stoff E weist eine untere Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,11 g/km (10 den) (BASF 1088) und einer synthetischen PET-Faser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,67 g/km (15 den) (duPont 374 W) auf, eine zweite Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 13,6 g/m² (0,4 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050) und einer Zellstoffaser mit 17,0 g/m² (0,5 oz/yd²) (Rayonier-Zellstoff Typ E), und eine obere Schicht aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit etwa 13,6 g/m² (0,4 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050). Dieses ist zuvor in der Beschreibung als "das zweite Vliesgewebe" beschrieben worden.
Stoff F: Eine untere Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 13,6 bis 20,3 g/m² (0,4 bis 0,6 oz/yd²), 0,33 g/km (3 den) (BASF 1050) und Zellstoffasern von Rayonier-Zellstoff Typ E, mit 33,9 bis 50,9 g/m² (1 bis 1,5 oz/yd²), und eine obere Schicht aus einer gleichmäßigen Mischung aus einer synthetischen Bikomponentenfaser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,11 g/km (10 den) (BASF 1088) und einer synthetischen PET-Faser mit 3,4 g/m² (0,1 oz/yd²), 1,67 g/km (15 den) (duPont 374 W). Dieses ist in der Beschreibung zuvor als "das erste Stoffgewebe" ohne die optionale Schicht mit 5,1 g/m² (0,15 oz/yd²) beschrieben worden.
Dieselbe Art von Superabsorbens, das in dem Kontrollprodukt verwendet wurde, wurde in die dritte Schicht der absorbierenden Struktur des Produktes A eingebracht.
Das Kontrollmuster und das Produkt A wurden, wie für Beispiel 1 beschrieben, auf Durchschlag und Wiederbefeuchtung getestet. Für jede Gestaltungsart wurden 5 Produkte unter Verwendung einer Dosis von 40 ml getestet. Es ergaben sich folgende Resultate:
Die Ergebnisse zeigen, daß die Durchschlagzeit und die Wiederbefeuchtung bei der absorbierenden Struktur vorliegender Erfindung im Vergleich zu dem Kontrollmuster wesentlich reduziert sind.

Claims

1. Absorbierende Struktur (12, 54, 60), die nach Aufbringen einer Flüssigkeitsmenge auf die Oberfläche derselben eine im wesentlichen trockene, flüssigkeitsaufnehmende Oberfläche bietet, mit:

a) einem ersten ebenen Bereich (28, 62), der eine obere, flüssigkeitsaufnehmende Oberfläche der absorbierenden Struktur (12, 54, 60) bildet und folgendes umfaßt:

i) eine obere Faserschicht (20, 64) mit einer ersten mittleren Porengröße; und

ii) eine untere Faserschicht (22, 66), die unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der oberen Schicht (20, 64) angeordnet ist und eine zweite mittlere Porengröße aufweist, die geringer als die erste mittlere Porengröße ist; und

b) einem zweiten ebenen Bereich (30, 68), der unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der unteren Schicht (22, 66) des ersten ebenen Bereiches (28, 62) angeordnet ist und folgendes umfaßt:

i) eine obere Faserschicht (24, 70) mit einer dritten mittleren Porengröße; und

ii) eine untere Faserschicht (26, 72), die unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der oberen Schicht (24, 70) des zweiten ebenen Bereiches (30, 68) angeordnet ist und eine vierte mittlere Porengröße aufweist, die geringer als die dritte mittlere Porengröße ist;

dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte mittlere Porengröße der oberen Faserschicht (24, 70) des zweiten ebenen Bereiches (30, 68) größer als die zweite mittlere Porengröße der unteren Schicht (22, 66) des ersten ebenen Bereiches (28, 62) ist, welche im Luftstrom aufgebracht ist.

2. Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Luftstrom aufgebrachte untere Faserschicht (22, 66) des ersten ebenen Bereiches (28, 62) eine Mischung aus synthetischen Fasern und natürlichen Fasern umfaßt.

3. Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine absorbierende Schicht (76, 78) unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der unteren Schicht (72) des zweiten ebenen Bereiches (68).

4. Absorbierende Struktur nach Anspruch 3, gekennzeichnet

durch einen dritten ebenen Bereich (74) unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der unteren Schicht (72) des zweiten ebenen Bereiches (68), mit:

i) einer oberen Faserschicht (76) mit einer fünften mittleren Porengröße; und

ii) einer im Luftstrom aufgebrachten unteren Faserschicht (78), die unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der oberen Schicht (76) des dritten ebenen Bereiches (74) angeordnet ist und eine sechste mittlere Porengröße aufweist, die geringer als die fünfte mittlere Porengröße ist;

wobei die fünfte mittlere Porengröße der oberen Schicht (76) des dritten ebenen Bereiches (74) größer als die vierte mittlere Porengröße der unteren Schicht (72) des zweiten ebenen Bereiches (68) ist.

5. Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ebene Bereich weiterhin eine absorbierende Schicht aufweist, die zwischen der und flüssigkeitsdurchlässig zu der oberen und unteren Schicht des ersten ebenen Bereiches angeordnet ist, und eine mittlere Porengröße aufweist, die geringer als die erste mittlere Porengröße ist, und die wenigstens so groß wie die zweite mittlere Porengröße ist.

6. Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite ebene Bereich weiterhin eine absorbierende Schicht aufweist, die zwischen der und flüssigkeitsdurchlässig zu der oberen und unteren Schicht des zweiten ebenen Bereiches angeordnet ist, und eine mittlere Porengröße aufweist, die geringer als die dritte mittlere Porengröße ist, und die wenigstens so groß wie die vierte mittlere Porengröße ist.

7. Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Struktur gewellt ist.

8. Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der erste ebene Bereich (28, 62) folgendes umfaßt:

i) die obere Schicht (20, 64) mit hydrophilen, synthetischen Fasern und mit einer ersten mittleren Porengröße von etwa 75 bis 400 um; und

ii) die untere Schicht (22, 66) mit einer im Luftstrom aufgebrachten Mischung aus natürlichen Zellstoffasern und hydrophilen, synthetischen Fasern und mit einer zweiten mittleren Porengröße, die geringer als die erste mittlere Porengröße ist, im Bereich von etwa 40 bis 140 um; und

b) der zweite ebene Bereich (30, 68) folgendes umfaßt:

i) die obere Schicht (24, 70) mit etwa 20 bis 95 Gewichtsprozent elastischer, hydrophiler Fasern und mit etwa 5 bis 80 Gewichtsprozent superabsorbierenden Materials und mit einer dritten mittleren Porengröße von etwa 400 bis 1.000 um; und

ii) die untere Schicht (26, 72) mit einer im Luftstrom aufgebrachten Mischung aus natürlichen Zellstoffasern und hydrophilen synthetischen Fasern und mit einer vierten mittleren Porengröße von etwa 40 bis 140 um.

9. Absorbierende Struktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Faserschicht (20, 64) des ersten ebenen Bereiches (28, 62) Bikomponentenfasern mit einem Polyesterkern und einer Polyolefinumhüllung umfaßt.

10. Absorbierende Struktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Luftstrom aufgebrachte untere Schicht (22, 66) des ersten ebenen Bereiches (28, 62) eine Mischung aus etwa 10 bis 100 Gewichtsprozent synthetischer Fasern und etwa 90 bis 0 Gewichtsprozent natürlicher Fasern umfaßt.

11. Absorbierende Struktur nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet durch ein superabsorbierendes Pulvermaterial, das auf die obere Faserschicht (24, 70) des zweiten ebenen Bereiches (30, 68) aufgebracht ist.

12. Verfahren zum Herstellen einer absorbierenden Struktur, insbesondere entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, die nach Aufbringen einer Flüssigkeitsmenge auf die Oberfläche derselben eine im wesentlichen trockene, flüssigkeitsaufnehmende Oberfläche bietet, mit folgenden Schritten:

a) Ausbilden eines ersten ebenen Bereichs, der eine obere, flüssigkeitsaufnehmende Oberfläche der absorbierenden Struktur bildet und folgendes umfaßt:

i) eine obere Faserschicht mit einer ersten mittleren Porengröße; und

ii) eine untere Faserschicht, die unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der oberen Schicht angeordnet wird und eine zweite mittleren Porengröße aufweist, die geringer als die erste mittlere Porengröße ist; und

b) Ausbilden eines zweiten ebenen Bereiches, mit:

i) einer oberen Faserschicht mit einer dritten mittleren Porengröße; und

ii) einer unteren Faserschicht, die unterhalb der und flüssigkeitsdurchlässig zu der oberen Schicht des zweiten ebenen Bereiches angeordnet wird und eine vierte mittlere Porengröße aufweist, die geringer als die dritte mittlere Porengröße ist;

c) Anordnen des ersten ebenen Bereiches über den zweiten ebenen Bereich, wobei die obere Faserschicht des zweiten ebenen Bereiches flüssigkeitsdurchlässig zu der unteren Schicht des ersten ebenen Bereiches ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte mittlere Porengröße der oberen Schicht des zweiten ebenen Bereiches so ausgebildet wird, daß sie größer ist als die zweite mittlere Porengröße der unteren Schicht des ersten ebenen Bereiches, welcher im Luftstrom aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichnet

durch folgenden Schritt:

Aufbringen eines superabsorbierenden Pulvermaterials auf die obere Faserschicht des zweiten ebenen Bereiches.