JP2020508404A - 吸収材料、並びにそれを製造するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

繊維-SAP粒子は、超吸収コア粒子(SAPコア粒子)と、このSAPコア粒子に付着し、そこから伸長している多数の繊維とを含む。繊維-SAP粒子は、噴霧乾燥プロセスを用いて流動床チャンバー内で形成可能である。繊維-SAP粒子は、吸収コア及び吸収品、例えば使い捨ておむつ等に組み込むことができる。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年2月26日に提出された米国仮特許出願第62/463,714号(係属中)の利益を主張し；かつ2017年4月6日に提出された米国仮特許出願第62/482,277号(係属中)の利益を主張する。米国仮特許出願第62/463,714号及び第62/482,277号のそれぞれの内容全体は、参照によって本明細書に組み込まれ、全ての目的で本開示の一部を構成する。

分野
本開示は、一般的に吸収材料、吸収粒子、コア複合体、及びこれらを組み入れた使い捨て吸収品に関する。本開示は、これらを製造するために適したシステム及び装置及び方法にも関する。本開示の少なくともいくつかの態様は、特に使い捨て吸収品、例えば赤ちゃん用おむつ、乳児及び幼児用トレーニングパンツ並びに成人用失禁おむつ及びパンツ等に適しているか、又はこれらに関するものである。

背景
おむつ等の吸収品は、典型的に3つの基本構造要素を含み、これには下記：(1)内面を形成するトップシート；(2)外面を形成するバックシート；及びトップシートとバックシートの間に挿入される吸収コアが含まれる。吸収コアは典型的に、トップシートを通過する流体を含有し、分配するようにデザインされる。典型的な吸収コアは、吸収マトリックスによって安定化された高吸収性又は超吸収性ポリマー(SAP)製である。SAPは、一般的にポリビニルアルコール、ポリアクリラート、種々のグラフト化デンプン、及び架橋ポリアクリル酸ナトリウム等の材料でできている。SAPは、規則的若しくは不規則な形状の粒子、繊維、フォーム、ウェブ、球体、凝集体、及びフィルムの形態であり得る。吸収マトリックスは、典型的に脱繊維化木材パルプ又は類似材料である。吸収マトリックスは、トップシート、バックシート、及びSAPに比べて非常に嵩高い。

液体吸収率及び他の吸収特性、液体分配特性、及び吸収コア内におけるSAP固定化といった特定流体の取り扱い能力のような吸収コアのいくつかの態様を改善することが望ましいだろう。SAP及び関連繊維網状組織の形成が吸収品、吸収コア、及び吸収材料を作るシステム及び方法に組み込まれるシステム及び方法を提供することも望ましいだろう。
米国特許第7,381,294号(Suzuki‘294)及び第6,794,557号(Klemp‘557)は、本開示に関連するミクロフィブリル化繊維、並びに吸収コア組成物及び構造を組み入れた使いい捨て吸収品及び製品のデザイン及び製造に関する背景情報を提供している。従って、Suzuki‘294及びKlemp‘557の両開示は、参照によって本明細書に組み込まれ、本開示の一部を構成するが、組み込まれた主題が、本組成物、物品、複合体、システム、及び方法に使用するか、又はそれらと共に使用するのに適した背景情報並びに／或いは典型的複合体及びプロセスを提供する限りにおいてのみである。従って、組み込まれた主題は、本開示の範囲の限定を果たすものではない。

概要
本開示の一態様は、繊維の液体懸濁液を部分的に乾燥させ、この部分的に乾燥した繊維を超吸収粒子(SAP)と、該繊維の少なくともいくつかがSAPの少なくともいくつかに付着して繊維-SAP粒子を形成するように混合することを含む方法に関する。
本開示の別の態様は、繊維が付着した超吸収粒子を形成するための装置に関する。この装置は、繊維-液体懸濁液サプライを供給するための入口を有する繊維乾燥チャンバーと、霧化繊維-液体懸濁液を乾燥チャンバーに方向づけるように入口に位置づけられたアトマイザーとを含む。部分的に乾燥した繊維及び液体はチャンバーに受け取られる。本装置は、乾燥チャンバーから少なくとも部分的に乾燥した繊維を受け取るために乾燥チャンバーと連絡を取る混合チャンバーを含む。混合チャンバーは、超吸収粒子のサプライを前記混合チャンバーに方向づけるための入口を含む。

本開示の別の態様は、それに付着し、その外面から外方に伸長している多数の繊維を有する超吸収粒子(SAP)を形成する方法に関する。この方法は、繊維-液体懸濁液を第1のゾーンへ、前記液体懸濁液を霧化し、懸濁液からの部分的噴霧乾燥繊維及び蒸気を前記第1のゾーンに方向づけることによって導入することを含む。本方法は、噴霧乾燥繊維を第2のゾーンで受け取ることを含む。本方法は、SAPを第2のゾーンへ、その中でSAPと部分的に乾燥した繊維の混合を促すことを含め、導入することを含む。繊維はSAPに支持され、そこから伸長する。
本開示の一態様は、繊維-SAP粒子の形成方法に関する。この方法は、繊維をチャンバーに導入し、超吸収粒子(SAP)をそのチャンバーに導入することを含む。繊維及びSAPは、繊維の少なくともいくつかがSAPの少なくともいくつかに付着して繊維-SAP粒子を形成するように混合する。さらなる態様では、繊維は、繊維-液体懸濁液として又は繊維-液体懸濁液の状態で導入される。

本開示の他の態様は、超吸収コア粒子(SAPコア粒子)と、該SAPコア粒子に付着した多数の繊維とを含む繊維-SAP粒子に関する。
本開示のさらなる態様は、基材、カバー層、及び基材とカバー層の間に位置づけられた繊維-SAP粒子の網状組織を含む吸収複合体に関する。各繊維-SAP粒子は、超吸収コア粒子(SAPコア粒子)と、該SAPコア粒子に付着した多数の繊維とを含む。
本開示の別の態様は、筐体と、この筐体に支持された吸収コア複合体とを含む吸収品に関する。吸収コア複合体は、基材、カバー層、及び基材とカバー層の間に位置づけられた繊維-SAP粒子の網状組織を含む。各繊維-SAP粒子は、超吸収コア粒子(SAPコア粒子)と、該SAPコア粒子に付着した多数の繊維とを含む。
本開示の別の態様は、繊維-SAP粒子を形成するためのシステムに関する。このシステムは、チャンバー、繊維をチャンバーに導入するように位置づけられた繊維入力要素(例えば、噴霧乾燥装置)、及びSAPをチャンバーに導入するように位置づけられたSAP入力要素(例えば、配管、供給管、及び／又はノズル)を含む。チャンバーは、繊維／SAP混合ゾーンと、繊維／SAP混合ゾーンの下流にある繊維-SAP粒子収集ゾーンとを含む。

本開示の別の態様は、パルプのない吸収材料の製造方法に関する。この方法は、ミクロフィブリル化セルロース繊維(MFC)を供給し、該MFCを、超吸収(SAP)粒子を含有する流動床への低粘稠度水性懸濁液として噴霧乾燥させることを含む。懸濁液は、水又は水／アルコールの混合物である懸濁化液体を含む。本方法は、流動床チャンバー内でMFC繊維を超吸収粒子と混合することを含む。混合は、MFCの多数の繊維を各超吸収粒子に付着させる。
本開示の別の態様は、パルプのない吸収材料の製造方法に関する。この方法は、ミクロフィブリル化セルロース繊維(MFC)を供給し、該繊維を超吸収(SAP)粒子と混合することを含む。混合は、液体懸濁液中でMFCを超吸収粒子と混合して多数の繊維を各超吸収粒子に付着させることを含み得る。付着は、繊維付着のためにSAP粒子表面を活性化する、チャンバー内の残留水又はアルコールが原因である。本方法は、混合工程後の乾燥プロセスにおいて残留液体を蒸発させることを含む。混合物の乾燥が、MFCと、多数の繊維がSAP粒子に付着しているSAPとの完成ミックスを形成する。一部の態様では、混合工程後に、本方法は、MFCとSAPの乾燥完成材料ミックスをおむつ製造機への基材に直接供給して吸収コアを形成することを含む。

本開示の別の態様は、パルプのない吸収材料の製造方法であって、ミクロフィブリル化又はナノフィブリル化セルロース繊維(FC)を供給し、該FCを超吸収粒子と混合することを含む方法に関する。一部の態様では、FCは、噴霧乾燥させ、それによりFCから液体分を除去することによって供給される。FCとSAPの混合は、超吸収(SAP)粒子を含有する流動床へ、多数の繊維が各超吸収品に付着するようにFCを導入することを含む。一部の態様では、MFCと超吸収粒子を液体懸濁液中で混合する。付着は、繊維付着のためにSAP粒子表面を活性化する、チャンバー内の残留水又はアルコールが原因である。本方法は、混合後の乾燥プロセスにおいて残留液体を蒸発させて、MFCと、各SAP粒子に付着した多数の繊維を有するSAPとの完成ミックスを形成することを含み得る。本方法は、混合後に、MFCとSAPの乾燥完成材料ミックスをおむつ製造機への基材上に直接供給して吸収コアを形成することを含み得る。

本開示の別の態様は、パルプのない吸収材料の製造方法であって、ミクロフィブリル化セルロース繊維、ナノフィブリル化セルロース繊維、又はその混合物(総称して「FC」)を供給し、これらの繊維を超吸収(SAP)粒子と、各超吸収粒子に多数の繊維が付着するように混合する(例えば、混合ゾーン内で)ことを含む。FCは、霧化によって、例えば噴霧乾燥によって供給され得る液体懸濁液状態であってよい。噴霧乾燥は水ベースの液滴を作り出す。一部の態様では、FCは加熱環境へ噴霧乾燥される。噴霧乾燥は、空気中に浮遊する固体繊維をもたらす。一部の態様では、繊維は、加熱環境内での浮遊後、より乾燥して、あまり絡み合わない。一部の態様では、SAPは、噴霧乾燥の後及び／又は下流で、繊維が個々のSAP粒子の表面に付着するように導入される。一部の態様では、本方法は、場合によりFCの噴霧乾燥の下流の混合ゾーン内で、添加剤をFC及びSAPと混合することを含む。本方法は、混合工程後にFC被覆SAPの混合物を収集し、場合により混合物を乾燥させて混合物から残留液体を除去することを含む。一部の態様では、乾燥は、赤外線エネルギー、ホットエア、又は流動床手法を用いて混合物から残留液体を除去することを含む。本明細書に示し述べる実施形態は噴霧乾燥法を用いるが、一部の態様では本方法は超音波乾燥の使用を含んでよく、或いは繊維の溶媒スラリーをその後の乾燥及び溶媒回収工程と併用する湿式処理を用いてもよい。超音波乾燥は、超音波周波数で液体懸濁液に振動(例えば、共鳴周波数で)を与え、液体懸濁液をずり減粘させ、液体懸濁液をより流動(例えば、ノズルを通って)しやすくする。一部の態様では、超音波乾燥は、霧化前の繊維の液体懸濁液の部分的乾燥をもたらす。超音波乾燥は、液体懸濁液から水を取り除いて、チャンバー24に液体懸濁液を導入する前に液体懸濁液により高い粘稠度をもたらす。当業者は、液体懸濁液が噴霧乾燥又は超音波乾燥によって導入されるとは限らず、液体懸濁液を霧化してそのエアロゾルを形成できるいずれの方法によっても導入し得ることを理解するであろう。

本開示の他の態様は、超吸収粒子を含み、各粒子はその外面に付着した多数の繊維を有する吸収材料に関する。繊維は、セルロース繊維、例えばミクロフィブリル化セルロース繊維、ナノフィブリル化セルロース繊維、又はその組み合わせであり得る。
本開示の一部の態様は、筐体と、その上に支持された吸収コア複合体とを含む使い捨て吸収品に関する。吸収コア複合体は、超吸収粒子(SAP)と、その外面に付着したセルロース繊維との網状組織を含む。繊維は、ミクロフィブリル化セルロース繊維、ナノフィブリル化セルロース繊維、又はその組み合わせであり得る。
本開示の別の態様は、吸収粒子の製造方法に関する。この方法は、溶媒(例えば、水及び／又はエタノール)中の繊維の液体懸濁液を、繊維がSAPと相互作用するように噴霧乾燥させること(例えば流動床チャンバーへ)を含む。液体懸濁液は、流動床チャンバー内で初期段階又は最上部にある段階で噴霧乾燥され得る。噴霧乾燥は、加熱環境又は本方法の加熱噴霧段階のゾーンへ液体懸濁液を導入するためにアトマイザー及びノズル(ガン)の使用を含み得る。液体懸濁液の噴霧乾燥は、液体懸濁液の表面積を増やし、液体懸濁液の繊維を少なくとも部分的に乾燥させる。液体懸濁液の噴霧乾燥は、流動床チャンバー内に存在する蒸気質湿気の量をも増やし；それによって：(1)SAPの表面を湿潤化し；(2)結果としてSAP表面の粘着性を高め；及び(3)SAPが繊維に付着する傾向を高める。流動床チャンバーの噴霧ゾーンは、流動床チャンバーの混合ゾーン又は段階の上流に位置してよい。繊維の少なくともいくつかはSAPに接着して繊維-SAP粒子を形成する。繊維-SAP粒子の接着繊維の少なくともいくつかの少なくとも一部は、SAP表面に垂直にSAPから伸長する。一部の態様は、SAP、又はSAPと添加剤を導入して繊維と混合する混合段階を含む。一部の態様は、繊維-SAP粒子を収集し、その後に場合により収集繊維-SAP粒子を乾燥させる乾燥段階を含む。特定の態様では、繊維-SAP粒子は、おむつ、吸収コア、又はその組み合わせに組み込まれる。混合ゾーン内では少なくとも部分的に乾燥した繊維がSAPと混合するように乱流混合が起こり得る。繊維の導入流路は、一般的にSAPの導入流路に垂直である。混合ゾーン又は段階は、添加剤粒子又は構成成分用のノズル又は入口を含む。本方法の一部の態様は、噴霧乾燥繊維、SAP、及びいずれもの添加剤の流量又は入力を制御することを含む。繊維とSAPとの間の粘着性は、接着、水素結合、又は繊維とSAPとの間の他の相互作用によって生じる。

本方法の一部の態様では、繊維、SAP、繊維-SAP、又はその組み合わせを官能化する。繊維は、噴霧乾燥装置への導入前に官能化し得る。SAPは、流動床チャンバーへの導入前に官能化し得る。繊維は、MFC繊維、ナノフィブリル化セルロース繊維、ミクロフィブリル化又はナノフィブリル化されていないパルプ繊維、織物繊維、又はその組み合わせであり得る。
一部の態様では、流動床チャンバーに入る前にSAPを添加剤と混合し、流動床チャンバーに入る前に液体懸濁液を添加剤と混合し、或いはその組み合わせである。それらの導入時及び導入方法に関係なく、流動床チャンバーに導入される添加剤は、金属イオン、高分子電解質複合体、ナノセルロース、粘土ベントナイト粒子、架橋粒子、又はその組み合わせを含み得る。
本方法は、噴霧乾燥段階の下流かつ収集段階の上流であり得るコロナ処理段階を含んでよい。コロナ処理段階は、混合段階の下流であるか又は少なくとも一部は混合段階と同時に起こってもよい。コロナ処理は、流動床チャンバー内の1つ以上の化学反応(例えば、架橋)を惹起する。本方法の特定態様は、SAPの少なくとも表面を架橋するための架橋工程を含む。

本方法の特定態様では、流動床チャンバー内の加熱ゾーンは、流動床チャンバーを取り囲む周囲温度より高い(例えば、室温より高い)温度に加熱される。
本方法は、SAPの表面を湿潤化することを含む。液体懸濁液を噴霧乾燥させることから生じた蒸気、流動床チャンバーに導入された追加蒸気、又はその組み合わせを用いて、SAP表面を湿潤化することができる。
本方法は、SAP表面から、SAPの内部へのチャネルを繊維で形成することを含み得る。例えば、混合、接着、及び／又は結合中に、繊維の少なくともいくつかがSAP粒子の表面に少なくとも部分的に埋め込まれてくることがあり、その結果、埋め込まれた繊維がSAP粒子の表面下で、SAP粒子の内部に伸長する。埋め込まれた繊維は、流体をSAP粒子内部に導入するためのチャネルとして機能し得る。
一部の態様では、隣接する繊維-SAP粒子間にウィッキングチャネル又は経路が形成される。
一部の態様では、繊維-SAP粒子は、おむつ、吸収コア、又はその組み合わせに組み込まれる。

本開示の別の態様は、SAP粒子と、該SAP粒子に接着した多数の繊維とを含む繊維-SAP粒子に関する。繊維の少なくともいくつかの少なくとも一部は、SAP粒子から、SAP粒子の外面に垂直に伸長する。繊維の少なくともいくつかは、少なくとも部分的にSAP中に埋め込まれ、SAPの内部への経路又はチャネルを形成し；それによって、SAPに対する吸収率を高める。液体は、埋め込まれた繊維に吸収され、繊維内でSAPの内部へ流れ得る。一部の態様では、繊維-SAP粒子の表面は、少なくとも部分的に架橋される。SAPに付着した繊維は、SAP粒子の平均径より短いか、等しいか、又は長い長さを有し得る。
本開示の別の態様は、中に組み込まれた多数の繊維-SAP粒子を含む吸収品に関する。SAPに付着した繊維はショックアブソーバーとして作用することができ；それによって、使用中にSAPの圧縮を少なくし、SAPの膨潤性(swellablity)を維持することになる。吸収品中の隣接する繊維-SAP粒子は、少なくとも部分的に間隔が空いたままであり、隣接する繊維-SAP粒子間にウィッキング経路を形成する。ウィッキング経路は、流体のその間の流れを可能にする。

本開示の別の態様は、SAPの粒子コアと、SAPから伸長する多数の繊維とを含む繊維-SAP粒子に関する。各繊維は、SAPと結合、付着、接着、又は別の方法で係合している第一端、及びSAPと結合、付着、接着、又は別の方法で係合していない自由端を有する。
本開示の特定態様は、SAP及びMFC(又な別の繊維)を含むか又はこれらから成る構造単位を形成するための方法及びシステムを提供する。SAPとMFCの該構造単位(すなわち、繊維-SAP粒子)においては、SAPとMFCは密接に結び付いており(すなわち、2成分が一緒に混合しているのとは対照的に単一成分である)、使用中はまとまって相乗的に機能して吸収性及び他の吸収品機能をもたらす。
本開示の特定態様は、その形成中に低レベルの溶媒／液体を使用する繊維-SAP粒子を製造するための方法及びシステムを提供する。低レベルの溶媒／液体を使用する方法及びシステムは、反応ゾーン(例えば、流動床チャンバー)に導入される構成成分の低い溶媒含量のため、湿式プロセス／システムに伴う乾燥、溶媒回収プロセス、及び他の該プロセス工程の使用を排除、又は少なくとも減らすことができる。

本開示の実施形態の特徴及び利点をさらに詳細に理解できるように、本明細書の一部を形成する添付図面に示す実施形態を参照して、上記簡単に要約した実施形態のさらに詳細な記述を行なうことができる。しかしながら、図面は単に種々の典型的実施形態を説明するだけであり、従って本開示は他の有効な実施形態を同様に包含し得るので、本開示の範囲の限定とみなすべきでないことに留意すべきである。

本開示の吸収材料を製造する装置及び方法の略図である。 本開示の収集ゾーン又は装置の略図である。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子の略図である。 本開示の特定態様の膨潤繊維-SAP粒子の略図である。 本開示の特定態様の乾燥後の図2Aの繊維-SAP粒子の略図である。 SAPの走査型電子顕微鏡(SEM)画像例である。 SAPの走査型電子顕微鏡(SEM)画像例である。 本開示の特定態様の2つの隣接する繊維-SAP粒子の略図である。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子の網状組織の略図である。 本開示の特定態様のおむつを示す。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子の製造方法のフローチャートである。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子の製造方法のフローチャートである。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子の製造方法のフローチャートである。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子の製造方法のフローチャートである。 本開示の特定態様の吸収コアの略図である。 本開示の特定態様の複数ゾーンを含むシステムの略図である。 本開示の特定態様の複数ゾーンを含むシステムの略図である。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子の製造方法のフロー模式図である。 本開示の特定態様の繊維-SAP粒子を製造するための装置の模式図である。 図10AのA-A線に沿った断面図である。 空気ジェット流路を含め、種々の入力及び出力用流路を示す、繊維-SAP粒子を形成するための装置の模式図である。

詳細な説明
以下、種々の典型的実施形態を示す添付図面を参照して、本開示の実施形態をさらに完全に説明する。しかしながら、開示概念は、多くの様々な形態で具体化可能であり、本明細書に示す例示実施形態によって限定されるものと解釈すべきでない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的のみならず完全であり、その範囲及び実施形態を実施するベストモードを当業者に十分に伝えるように提供される。例えば、本明細書で提供する典型的記述の多くは、乳児及び幼児用のおむつ及びトレーニングパンツに組み込むための吸収材料に関するものである。しかしながら、記載開示の態様は、他の製品のデザイン及び製造にも等しく適用可能である。しかしながら、あるセットの用途は、おむつ又はトレーニングパンツ等の吸収品用のコア組成物としての直接組み込みに適合した吸収材料の製造に向けられる。該方法及び製品は、該吸収品を製造するほぼ線形のシステム及び方法のコア形成段階へ、又は該段階として、直接的、かつ線形的に、組み込むことができる。

本開示で企図する使い捨て吸収品としては、限定するものではないが、トレーニングパンツ、プルオンおむつ、使い捨て下着、及び成人用失禁衣服が挙げられる。トレーニングパンツに関しては、これらの衣服は、幼児がおむつの使用から通常の下着の着用への子供の移行期(すなわち、トイレトレーニング中)を促すために使用し得る。トレーニングパンツ及び他の使い捨てプルオンパンツは閉じた側面を有し得る。従って、使用者又は世話人は、衣服を身につけるためには使用者の足の周りの衣服を持ち上げ、また衣服を脱ぐためには使用者の足の周りの下方に衣服を滑らせる。これらの物品及び衣服を本明細書では「吸収パンツ」又は「パンツ製品」と総称する。

Suzuki‘294によって教示及び記載されたミクロフィブリル化セルロース、及びその製造方法は、本方法の特定態様に適した開始材料源又は供給原料源を提供する。Suzuki‘294先行特許公報は、MFCを製造してからそれを吸収品に組み込むことに関するいくらかの論考を提供しているが、本開示は、少なくともある点に関して、吸収品、コア組成物、及び／又は吸収材料を製造する改良されたシステム及び方法を提供することをさらに詳細に指向していることに留意すべきである。さらに詳細には、本開示の一指向は、繊維又はセルロース製品／繊維網状組織及びその形成が、物品の製造方法及び吸収材料自体に円滑に統合されるシステム及び方法を提供する。他方で、Klemp‘557開示は、本開示の特定態様の製品に適合し得る典型的な製品用途及びコアデザインを提供し得る。本開示の一態様によれば、Suzuki‘294の教示どおりに製造したミクロフィブリル化セルロースを低粘稠度水性懸濁液として超吸収粒子(SAP)含有流動床中へ噴霧して乾燥させる。懸濁化液体は、例えば水又は水／アルコールの混合物であってよい。この態様によれば、流動床チャンバー内でのミクロフィブリル化セルロース繊維と超吸収粒子の混合は、多数の繊維を各超吸収粒子に付着させる。付着機構は、SAP粒子表面を繊維付着のために活性化する、チャンバー内のいくらかの残留水又はアルコーから生じ得る。この残留液体は、その後の乾燥プロセスで蒸発する。この乾燥完成材料を次におむつ製造機に直接供給して、完成おむつ用の吸収コアを形成することができる。

本方法及び製品の繊維は、ミクロ繊維、ナノ繊維、又はその組み合わせであり得る。本明細書で使用する場合、繊維に関する「ミクロ」は、100〜1000ナノメートル、又は200〜900nm、又は300〜800nm、又は400〜700nm、又は500〜600nmの範囲の平均径；及び少なくとも1ミクロン及び数ミクロンまでの平均長さを有する繊維を指す。本明細書で使用する場合、繊維に関する「ナノ」は、典型的に約10〜約100nm、又は約20〜約90nm、又は約30〜80nm、又は40〜70nm、又は50〜60nmの範囲の平均径；及び50〜3,000nm、又は100〜2500nm、又は200〜2000nm、又は300〜1500nm、又は400〜1000nm、又は500〜900nm、又は600〜800nmの平均長さを有する繊維を指す。当業者は理解するように、繊維の寸法は典型的に光学顕微鏡又は電子顕微鏡で測定される。
結果として生じる繊維被覆SAP(繊維-SAP)は、おむつ及び他の衛生用品に用いるパルプのない吸収材の製造に特に適している。ミクロ繊維セルロースは親水性であり、SAP表面の繊維集合体は、繊維に被覆又は付着されていない、その他の点では同一のSAP(すなわち、繊維-SAPでない)に比べて粒子への速い液体吸収、繊維に被覆又は付着されていない、その他の点では同一のSAP(すなわち、繊維-SAPでない)に比べて粒子から粒子への良い分布、繊維に被覆又は付着されていない、その他の点では同一のSAP(すなわち、繊維-SAPでない)に比べて負荷下におけるSAPによる良い吸収、及び繊維に被覆又は付着されていない、その他の点では同一のSAP(すなわち、繊維-SAPでない)に比べて高い粒子-粒子相互作用に起因するSAPの良い固定化を可能にする。一部の態様では、本明細書で開示する吸収材料は、SAPコア粒子に付着した繊維以外のいずれの吸収マトリックスをも含まない。

繊維-SAP粒子を製造するためのシステム／装置
以下、本明細書で開示する繊維-SAP粒子の製造に用いるのに適した典型的システムについて簡単に述べる。本開示の特定態様は、繊維-SAP粒子を形成するためのシステム及び装置に関する。図1を参照すると、繊維-SAP形成システム9000は、流動床チャンバー101を含む繊維-SAP形成装置100を含む。流動床チャンバー101の内部空洞はチャンバー24を画定する。装置100は、ここでは噴霧乾燥デバイス20として示してある繊維入力デバイスを含み、これはアトマイザー及びノズル(ガン)22を含む。ここではMFCサプライ103として示してある繊維サプライは、繊維の液体懸濁液10をアトマイザー及びノズル(ガン)22に供給する。噴霧乾燥デバイス20と同じ場所及び／又はその下流に、流動床チャンバー101は、加熱噴霧ゾーンであり得る噴霧ゾーン31を含む。噴霧ゾーン31と同じ場所及び／又はその下流に、流動床チャンバー101は混合ゾーン33を含む。混合ゾーン33と同じ場所及び／又はその下流に、流動床チャンバー101はコロナ処理ゾーン29を含む。混合ゾーン33の下流に、流動床チャンバー101は収集ゾーン26を含む。装置100は、SAPサプライ105及び場合により添加剤サプライ107を含み、両方ともそれぞれSAP16及び添加剤18を供給するため、混合ゾーン33と同じ場所にあり得る。収集ゾーン26の下流に、システム9000は、繊維-SAP粒子19を用いて吸収コア8000を形成するためのシステム又は装置を含む。吸収コア8000を形成するためのシステム又は装置の下流に、システム9000は、システム8000で形成された吸収コアを用いて吸収品7000を形成するためのシステム又は装置を含む。明確にするため、ここではシステム8000及び7000について詳述しない。しかしながら、当業者は、システム8000及び7000が吸収コア及び吸収品の形成に適したいずれのシステムであってもよく、実際には、図示するように2つの別々のシステムではなく、単一システムであってもよいことを理解するであろう。例えば、Suzuki‘294は、SAP粒子を用いて吸収コア及び吸収品を製造するのに適したシステム及び方法を開示しており、これらは本開示繊維-SAP粒子19での使用に好適であり得る。一部の態様では、乾燥した完成吸収材料(すなわち、乾燥繊維-SAP粒子19又はその網状組織)をおむつ製造機に直接供給して、完成おむつ用の吸収コアを形成し、その間には如何なる中間処理過程もない。

今は繊維-SAP粒子を形成するための典型的システムについて述べたが、今度は図1のシステムを参照して繊維-SAP粒子の形成方法について述べる。
噴霧乾燥
図1を参照すると、繊維(例えば、セルロース繊維)のチャンバー24への導入は、繊維がチャンバー24内で分散及び／又は拡散されるような様式で行なわれる。例えば、エアロゾル(すなわち、空気若しくは別のガス中の繊維のコロイド及び場合により液滴)が形成され、繊維はチャンバー24内で空気又は他のガス中に懸濁するように繊維を導入することができる。繊維の該導入方法の一例は噴霧乾燥である。これには、液体懸濁液10中に繊維が存在する必要があり、チャンバー24内で液体に基づく液滴が作り出されて分散されるように液体懸濁液10が霧化される。液体懸濁液10の霧化は、液体懸濁液の液体の全て又は実質的に全てが繊維からチャンバー24内の周囲環境へ容易にフラッシュオフ(flash off)できるようにする。このような液体のフラッシュオフは、完成又は完成間近の吸収製品中の液体の体積又は量を減らす便利な手段であり、液体はその後の段階で乾燥又は除去され得る。

繊維の液体懸濁液10の導入は、チャンバー24の上方ゾーン内で初期又は最上部にある段階で噴霧により行なわれる。一部の態様では、液体懸濁液10は、繊維と溶媒のスラリー(MFCスラリー)である。溶媒は水、低分子量アルコール(例えばエタノール及び／又はイソプロパノール)、別の溶媒、又はその組み合わせであり得る。エタノール及び他の低分子量アルコールは、水が誘発するほど高度なSAPの膨潤を引き起こすことなく、水より低い温度で蒸発し、水より速く繊維から乾き、水より低い粘度を有する。アトマイザー及びノズル(ガン)22は、液体懸濁液10を装置100の加熱環境又はゾーン、例えば加熱噴霧ゾーン又は段階31に導入することができる。加熱ゾーンは、繊維からの液体の蒸発を促進するのに十分に加熱してよい。例えば、液体が水の場合、加熱ゾーンは、少なくとも100℃、又は180℃〜200℃の温度であり得る。一部の態様では、加熱空気は、繊維からの液体の気化のため混合チャンバー33内で再循環される。液体懸濁液10の噴霧乾燥は、液体懸濁液10の表面積を大きくし、チャンバー24内で液体懸濁液10の繊維を少なくとも部分的に乾燥させる。また、繊維の噴霧乾燥は、追加の蒸気質湿気としての液体の導入の結果として液体懸濁液10の噴霧乾燥前にチャンバー24内に存在する蒸気質湿気の量に比べてチャンバー24内に存在する蒸気質湿気の量を増やすことができる。チャンバー24内で増加した蒸気質湿気は、チャンバー24内に存在するSAP16の表面の湿潤化(すなわち、SAP16の外面への水等の湿気の蓄積)をもたらし得る。このようなSAP16の外面の湿潤化は、湿潤化前のSAP外面の粘着性に比べてSAP外面の粘着性を高め(例えばH結合を高め)ることができ、SAP16が液体懸濁液10の繊維に付着する(例えば、H結合)傾向を高める。

一部の態様では、繊維の液体懸濁液は、液体懸濁液の総質量に基づいて、0質量パーセント超〜30質量パーセントの繊維、又は5質量パーセント〜20質量パーセントの繊維、又は10質量パーセント超〜15質量パーセントのを含む。特定の態様では、繊維の液体懸濁液は、液体懸濁液の総質量に基づいて20質量パーセントまでの繊維、又は0.1〜10質量パーセントの繊維、又は1〜8質量パーセントの繊維、又は2〜7質量パーセントの繊維、又は3〜5質量パーセントの繊維を含む。
液体懸濁液を霧化するために用いる導入の特定の形態と関係なく、繊維及び液体は、エアロゾルに形成されると、別々の成分というよりはむしろ、単一成分である。
一部の態様では、噴霧乾燥ゾーン(又は他の導入方法)と同じ場所又は下流で液体懸濁液の繊維の予備乾燥の初期段階が行なわれて繊維の液体含量を減じる。この予備乾燥ゾーンでは、繊維の液体懸濁液の個々の繊維の分離を促進及び維持してそれらの凝集及び集塊形成を防止するように、繊維の液体懸濁液が霧化され、チャンバー24内で動的挙動を取っている。繊維の該動的挙動は、繊維から周囲環境へ(例えば、チャンバー24内の空気中へ)の液体の乾燥(例えば、蒸発)をも促進する。

混合ゾーン
装置100の噴霧ゾーンは、装置100の混合ゾーン又は段階33の上及び／又は上流に位置してよい。混合ゾーン33では、乱流混合が促進及び／又は増進され、ほとんど乾いた(より乾いた及び／又はあまり絡み合わない)繊維が超吸収粒子16のサプライと混合される。一部の態様では、液体懸濁液10がチャンバー24に導入される方向に対して0°より大きい角度、例えば15°〜180°、又は20°〜150°、又は40°〜120°、又は60°〜100°、又は70°〜90°の範囲の角度の方向でチャンバー24にSAP16を導入することによって乱流混合を促進及び／又は増進することができる。さらに、液体懸濁液10、SAP16、及び添加剤18の1種以上の導入のための噴霧ノズルの使用、熱の使用、又はその組み合わせは該乱流混合を促進することができる。SAP16は、チャンバー24の側壁を通って、一般的に繊維(すなわち、液体懸濁液10)のサプライに垂直に、チャンバー24の側壁と及び／又は側壁を介して係合する例えば入口、配管、及び／又はノズルを通して導入し得る。一部の態様では、装置100は、混合ゾーン又は段階33に、添加剤粒子18又は構成成分のチャンバー24への導入用のさらなる入口、配管、及び／又はノズルを備えることができる。混合ゾーン33内で、繊維はSAP16粒子上に蓄積又は別の方法で付着する。例えば、繊維のコロイド内でSAPが繊維と混合するように、繊維のエアロゾルにSAP16を導入することができる。

装置100は、バルブ及びノズルの使用、並びに該バルブ及びノズル用の手動及び／又は自動コントローラーの使用によって等の噴霧乾燥繊維、SAP16、及び添加剤18の流れ又は入力の容易な制御を可能にし；それによって、最終製品の化学及び結果として生じる繊維-SAP粒子の機械的及び物理的性質の整列を可能にする。一部の態様では、チャンバー24内で空気中に懸濁している繊維、SAP及びいずれの他の成分をもチャンバー24内での混合を維持するように空気流を方向づける。空気流を制御し及び／又は方向づけて、繊維-SAP粒子19が乾燥して混ざり合ったときに沈降させて収集できるようにする。乱流混合が引き起こすSAPと繊維の一定の撹拌は、乾燥プロセス中の凝集を最小限にする。一部の態様ではチャンバー24中に空気流を与えるように位置づけられた1つ以上のファンによって空気流は供給及び／又は制御された。ファンはチャンバー24内に渦電流を与えるように構成及び／又は配置し得る。
そのようなものとして、一部の態様では繊維は予備乾燥され、SAPは湿潤化され、ひいては活性化され、単一反応チャンバー内で予備乾燥繊維と湿潤SAPが混ざり合ってそれらの間で付着する。

収集ゾーン
混合ゾーン33の下及び／又は下流では、装置100の収集ゾーン又は段階26で繊維被覆SAP(繊維-SAP)19の体積、網状組織、又は収集物が濃縮及び／又は収集される。収集ゾーン26は、チャンバー24の底部に位置する。しかしながら当業者は、装置100がこの構造に限定されないことを理解するであろう。繊維被覆SAP19は、混合ゾーン33の乱流から隔絶され得る収集ゾーン26内で沈降する。収集ゾーン26内において、繊維-SAP粒子19は、繊維、SAP、繊維-SAP19、又はその組み合わせの、混合ゾーン33内の該構成成分の密度に比べて高い密度の集合体又は収集物を形成する。収集ゾーン26内において、個々の繊維-SAP粒子19は、他の個々の繊維-SAP粒子19に隣接している。その結果、隣接する個々の繊維-SAP粒子19は相互作用し、触れ、又は他の方法で互いに係合する。隣接する繊維-SAP粒子19間の該相互作用は、繊維-SAP粒子19の繊維間の相互作用、ある繊維-SAP粒子19の繊維と隣接繊維-SAP粒子19のSAPとの間の相互作用、繊維-SAP粒子19のSAP間の相互作用、又はその組み合わせを伴い得る。収集ゾーン26内で沈降するとすぐに、繊維-SAP粒子の網状組織19が形成される。繊維-SAP粒子の網状組織19は、場合により乾燥させていずれの残留液体をもそこから除去することができる。該乾燥は、熱、空気流、収集ゾーン26内における滞留時間、又はその組み合わせによって促進可能である。

一部の態様では、このプロセスはバッチプロセスであり、繊維-SAP粒子19が収集ゾーン内で収集され、そこからバッチ形式で(例えば、手動で)回収される。
他の実施形態では、このプロセスは連続プロセス又は半連続プロセスである。図1Aを参照すると、連続プロセスの収集ゾーン26bが示されている。収集ゾーン26bは、導管又はチャンバーを含むことができ、これに付随する長さL、流路V、及び導管又はチャンバー下の沈降タンクに入るとその中の滞留時間で繊維-SAP粒子19を乾燥させるのに十分な温度Tを有する。流路Vは、導管又はチャンバーと流体連絡して流れノズル及び／又は循環ジェットによって少なくとも部分的に制御可能である。温度Tは、例えば、加熱要素によって制御可能である。従って、ゾーン26bは、ポンプPによってそこからポンピングされると繊維-SAP粒子19が確実に乾燥する拡張チャンバー乾燥機であり得る。当業者は、他のシステム及び装置の構造及び配置を利用して、連続プロセスにおいて予め湿った、部分的に膨潤したSAP粒子からの繊維-SAP粒子の選択的分離を達成できることを理解するであろう。該分離方法は、予め湿った、部分的に膨潤したSAP粒子よりはむしろ、繊維-SAP粒子の選択的出力又は回収のため密度、抗力、質量、粒子サイズ、他の特性、又はその組み合わせ間の差異に頼り得る。該分離方法は、選択粒子を出口に方向づける渦電流又は循環電流を利用することができる。空気流を方向づけるジェットによって該電流を与えることができる。

コロナ処理ゾーン
一部の態様では、装置100は、噴霧乾燥装置20の下流かつ収集ゾーン26の上流にあってよいコロナ処理ゾーン又は段階29を含む。コロナ処理ゾーン又は段階29は、混合ゾーン又は段階33の下流又は少なくとも部分的に同じ場所にあってよい。繊維、SAP16、及び／又は繊維-SAP粒子19のコロナ処理は、チャンバー24内の1つ以上の化学反応を惹起することができる。当業者は、装置100が、コロナ処理ゾーン又は段階29に加えて又はその代わりに、他の化学的、熱的、及び／又は物理的処理ゾーン若しくは段階を含み得ることを理解するであろう。コロナ処理は、繊維とSAP16との間の結合を促進し得る。
一部の態様では、コロナはSAPの表面を帯電させてSAPをより親水性にし(すなわち、SAPの表面を湿潤化のために活性化し(SAPを湿潤性にし))、チャンバー内の構成成分のイオン化を促進し、SAPの分子のSAPの他の分子による架橋を惹起し、繊維の分子の繊維の他の分子による架橋を惹起し、SAPの分子の繊維の分子による架橋を惹起し、或いは チャンバー24内の構成成分間の他の化学反応を惹起する。

架橋
一部の態様では、SAP16及び／又は繊維-SAP粒子19の外面は、少なくとも部分的に架橋され、繊維-SAP粒子19が液体を吸収するときのゲルブロッキングの発生を減らすことができる。一部の態様では、繊維-SAP粒子19の表面の架橋は、コロナ処理によって惹起され得る。特定の態様では、チャンバー24に導入されるSAP16の外面は、チャンバー24への導入前に少なくとも部分的に架橋していてもよく、コロナ処理を利用してSAP16の外面をさらに(例えば、完全に)架橋してよい。他の態様では、チャンバー24に導入されるSAP16の外面は、チャンバー24への導入前に架橋されず、SAP16の予め架橋されていない外面を架橋するためにコロナ処理を用いる。さらに他の態様では、チャンバー24に導入されるSAP16の外面をチャンバー24への導入前に完全に架橋してよく、SAP16の外面をさらに架橋するためにコロナ処理を利用しない。
一部の態様では、チャンバー24に導入されるSAPは架橋されないか、或いはチャンバー24に導入されるときに部分的に架橋される。このような一部の態様では、SAPは、その後チャンバー24内で、例えば架橋粒子の導入、コロナ処理、又はその組み合わせによって架橋される。一部の態様では、SAPはチャンバー24への導入時に完全には架橋されない。特定の態様では、SAPが、より少なく架橋される内部コアより多く架橋される外殻又は外面を含まないように、SAPはコア-殻形態を持たない。
一部の態様では、繊維-SAP粒子19は下記：(1)SAPコア粒子のポリマー鎖とSAPコア粒子の他のポリマー鎖との間の架橋；(2)SAPコア粒子のポリマー鎖と繊維のポリマー鎖との間の架橋；(3)繊維のポリマー鎖と繊維の他のポリマー鎖との間の架橋；又は(4)その組み合わせを含む。

繊維-SAP結合
繊維-SAP粒子19を形成するための繊維とSAP16との間の結合は、混合ゾーン33内、混合ゾーン33の下流であるが収集ゾーン26の上流、収集ゾーン26内、収集ゾーン26の下流、又はその組み合わせで起こり得る。例えば、一部の態様では、混合ゾーン33内での混合時及び／又は収集ゾーン26内での収集時に繊維がSAP16を被覆するが、まだSAP16と結合していない。繊維とSAP16との間の結合は乾燥によって促進され得る。従って、収集ゾーン26内で繊維とSAP16の網状組織が乾燥するにつれて、繊維-SAP粒子19が形成される。繊維とSAP16との間の結合は、SAP16の表面及び／又は内部の繊維への接着によって；繊維とSAP16の表面及び／又は内部との水素結合によって；繊維のポリマー鎖及びSAP16のポリマー鎖のポリマー鎖の絡み合いによって；或いは繊維とSAP16との間の他の形態の結合、絡み合い、接着、部分的溶解、付着、係合、又は他の相互作用によって生じ得る。
一部の態様では、混合ゾーン33内の乱流が、SAP16と、SAP16に付着したずれもの繊維との実質的な相対運動を促進する。該乱流は、付着繊維の非付着部(自由端)をSAP16の表面から持ち上げさせる。さらに、該乱流は、SAP16と、それに付着されたいずれもの繊維の乾燥を促し、繊維とSAP16との間の付着をさらに強くする。SAP16に付着している繊維は、繊維がSAP16に埋め込まれているかと関係なく、侵襲する(insult)場合に繊維の高表面積が(SAPのみの表面積に比べて)さらなる表面積を与えるので、流体がSAP16に流れるチャネルを与える。

官能化
一部の態様では、繊維、SAP16、繊維-SAP19、又はその組み合わせを官能化する。例えば、繊維は、噴霧乾燥装置への導入前又はチャンバー24への導入後に官能化(グラフト)し得る。一部の態様では、SAP16は、チャンバー24への導入の前又は後に官能化(グラフト)し得る。一部の態様では、添加剤18が繊維及び／又はSAP16と化学的に反応して繊維及び／又はSAP16を官能化する。
一部の態様では、繊維に適用される(例えば結合される)官能化(官能基)、例えばイオン交換又は臭気低減官能基若しくは粒子は、SAPコア粒子によって侵襲物(insult)(例えば、侵襲液(liquid insult))が吸収及び捕獲される前に侵襲物に作用する。従って、繊維がイオン交換特性で官能化される場合、侵襲物は、より低いイオン強度でコアSAP粒子中に流れ得る。これがSAPに侵襲物より高い吸収能を与える。繊維が臭気低減官能基又は粒子で官能化される場合、侵襲物は、悪臭を生じさせる可能性がより低いコアSAP粒子中に流れ得る。

添加剤
繊維及び／又はSAP16と混合及び／又は反応して、衛生製品に有用な特性を繊維-SAP粒子19に与えるために添加剤18を導入することができる。添加剤18は、チャンバー24への繊維の導入前又は後に繊維と混合及び／又は反応させ；或いはチャンバー24へのSAP16の導入前又は後にSAP16と混合及び／又は反応させ；或いは装置100の中又はその下流で繊維-SAP粒子19と混合及び／又は反応させてよく；或いはその組み合わせであり得る。例えば、限定するものではないが、添加剤18は、抗菌及び臭気低減特性のための金属イオン；尿から多価イオンを除去することによってSAPの吸収能を高めることができるカチオン交換能力を付加し得る高分子電解質錯体；粘土ベントナイト粒子；架橋粒子；例えばナノセルロースを用いる場合のように、バイオセンシング官能性を提供できる他の官能性添加剤；或いはその組み合わせを含み得る。一部の態様では、添加剤には、炭素(例えば、活性炭)、イオン交換樹脂、又は寒天が含まれる。添加剤18は、1種以上の接着促進剤を含んで、繊維とSAPとの間の接着を促進することができる。
一部の態様では、繊維を1種以上の添加剤で処理(例えば、噴霧乾燥前に前処理)する。例えば、繊維を添加剤と混ぜ合わることによって繊維を前処理することができる。これらの添加剤としては、限定するものではないが、臭気制御添加剤、例えば金属イオン、例えば銅イオン(Cu⁺²)、銀イオン(Ag⁺¹)、金イオン(Au⁺¹及びAu⁺³)、鉄(II)イオン(Fe⁺²)、鉄(III)イオン(Fe⁺³)、過マンガン酸イオン(MnO₄ ^-1)、又はその組み合わせ；抗菌添加剤、例えば銀イオン及び銅(例えば、酸化第一銅ベースの添加剤)；イオン交換能を有する添加剤；又はその組み合わせが挙げられる。多価イオンは、尿のイオン強度を低減させ、SAPの吸収能を高める(例えば、グラフト化ポリアクリル酸(PAA)又はポリイタコン酸(PIA))。

繊維
一部の態様では、液体懸濁液10の繊維として、MFC繊維、ナノフィブリル化セルロース繊維、ミクロフィブリル化又はナノフィブリル化されていないパルプ繊維、織物繊維、又はその組み合わせが挙げられる。一部の態様では、ナノフィブリル化セルロース又はミクロフィブリル化セルロースとナノフィブリル化セルロースの混合物を使用し得る。ナノフィブリル化セルロースのナノ繊維は、ミクロフィブリル化セルロースの繊維に比べて大きい表面積を有し得る。
本明細書では繊維をセルロース繊維として記術するが、当業者は、繊維は他の非セルロース繊維、例えば他の親水性繊維等であり得ることを理解するであろう。また、繊維は、異なるタイプ及び／又は異なるサイズの繊維の混合物(例えば、異なる親水性繊維の混合物及び／又はミクロ繊維とナノ繊維の混合物)であってもよい。一部の態様では、セルロースに加えて又はその代わりに、繊維は、デンプンベースのポリマー繊維(例えば、多糖繊維)、ポリエチレンテレフタラート(PET)繊維、ポリエチレン(PE)繊維、ポリプロピレン(PP)繊維、代替セルロース繊維(例えば、綿繊維、竹繊維、亜麻繊維)を含み得る。
一部の態様では、ナノフィブリル化セルロース繊維等のナノサイズ繊維の使用は、SAPの外面に付着される繊維の質量当たりの繊維の表面積をより大きくする。該繊維によってもたらされる流体の流動特性は、侵襲物が繊維の表面に沿って流れてSAPコア粒子に導入されるような表面現象である。従って、SAPの外面に付着される繊維の質量当たりの繊維の表面積をより大きくすると、侵襲物のSAPコア粒子への流体の流量を増加させる。

本方法の特定の利点
本開示の方法の一部の態様は、以下のさらなる有利な結果の1つ以上を提供する：(1)霧化の使用及び場合によりチャンバー24の加熱の結果として、少なくとも一部は、液体水含量の乾燥又は低減により少ないエネルギーを必要とすること；(2)繊維とSAPを混合するための噴霧乾燥の使用の結果として、少なくとも一部は、SAP又は繊維のより均一な混合及び分布をもたらすこと；(3)吸収材料の性質又は化学的、機械的、及び物理的特性を調節又はデザインするより容易な手段を提供すること；並びに(4)構成成分の逐次又は同時添加、繊維-SAP比、及び／又は添加剤の選択をを含め、混合物の構成成分(例えば、SAP、繊維、添加剤)のより容易な操作を可能にすること。例えば、吸収材料の性質及び特性は、以下の1つ以上によって影響を受け得る：(1)例えば繊維の長さ及び幅等の繊維サイズの選択(例えば、ミクロ及び／又はナノ繊維の使用)；(2)例えばデニール等の繊維の性質；(3)繊維対SAP比の選択；(4) 1つ以上の官能基と繊維及び／又はSAPの化学的結合によってのような、繊維及び／又はSAPの任意的な官能化；並びに(5)繊維及びSAPと組み合わせるべき添加剤の選択。当業者は、これら及び他のパラメーターを変えて、結果として作り出される繊維-SAP粒子の化学的、物理的、及び／又は機械的性質を改変できることを理解するであろう。
結果として生じる繊維-SAP組成物は、下記の1つ以上を有する繊維網状組織を形成する：(1)増加した表面積(吸収面積)又は繊維曝露、その結果、流体吸収特性を高める；(2)SAPと繊維との間の流体分布の増加；(3)より速い吸収速度；並びに繊維被覆SAP粒子間の大きい物理的／機械的相互作用、その結果、流体分布及び吸収特性を向上させ及び／又はSAPの移動を低減させる(すなわち、吸収品の製造中のSAPの移動を抑制し、後製造を方向づける)。

繊維-SAP粒子
図1及び2を参照すると、一部の態様では繊維-SAP粒子19は、SAP16と結合した(例えば、水素結合した、イオン結合した、共有結合した)、又はSAP16に付着いた、SAP16に接着した、SAP16と絡み合った、SAP16を被覆した、又は他の方法でSAP16と係合した多数の繊維21aを含む。多数の繊維21aの少なくともいくつかは、拘束端45b(すなわち、何らかの様式で、SAP16と係合している、繊維21aの末端)と、SAP16に対して自由に動ける自由端45aとを含む。拘束端45bは、SAP16に結合され、付着され、接着され、埋め込まれ、又は他の方法で係合され、SAP16の外面25と接触している。自由端45aは、直接的にはSAP16又はその外面25と結合、付着、接着されず、埋め込まれず、又は他の方法で係合されていない(かつ、少なくともいくつかの構成では接触していない)。各繊維21の自由端は、ある距離だけSAP16から離れていてよい。各繊維21の自由端は、SAP16に対して少なくとも一方向に自由に動ける。SAP16から離れてるように記載してあるが、当業者は、自由端45aがSAP16と接触できるようにする自由な運動範囲を自由端45aが有し得ることを理解するであろう。一部の態様では、自由端45aは、SAP16に対して少なくとも一方向に自由に動けるが、拘束端45bによってSAP16に「繋ぎ止められた」ままである。本明細書で使用する場合、「自由端」は、繊維-SAP粒子19のSAPコア粒子16に直接付着していない、繊維21の末端を指す。繊維21のこのような「自由端」は、SAPコア粒子16の外面25に対して自由に動ける。

一部の態様では、繊維-SAP19は、少なくとも部分的にSAP16中に埋め込まれた1つ以上の繊維21bを含み、これはSAP16の内部への経路又はチャネル17を与える。該経路又はチャネル17は、SAP16の吸収率を高め得る。例えば、図2に示す繊維-SAP19は、少なくとも1つの繊維を含み、繊維21bは、繊維21bの少なくとも一部が、SAP16の外面25を通り越してSAP16の内部に伸長するように、少なくとも部分的にSAP16中に埋め込まれている。このような一部の態様では、液体、例えば、尿は、繊維21b中に吸収されて、繊維21b内をSAP16の内部23へ流れ得る。
繊維がSAP中に埋め込まれているか否かと関係なく、SAP16に付着した繊維21は、侵襲物(例えば、尿)が繊維の表面に沿ってSAP16の方へ流れてその中に吸収されるようなチャネルを与える。SAPはポンプとして作用し、繊維から液体を引き出す。一部の態様では、埋め込まれた繊維は、SAPと繊維との間の表面領域の接触を大きくし、繊維による侵襲物のSAP中への引き出しを増強する。理論に束縛されるものではないが、繊維を埋め込むと、繊維とSAPとの間のより安定した及び／又は強固な付着をもたらし、その間の関連流体流動をより一貫した信頼性のある様式で維持することができる。
一部の態様では、SAP16に付着した繊維21の少なくともいくつかは、少なくともSAP16の外面25に垂直に伸長する部分を有し、或いは少なくとも、SAP16の外面25に垂直に伸長できるようにSAP16に対して自由に動ける範囲を有する。一部の態様では、多数の繊維21は一般的にSAP16の外面25から外方に伸長する。該繊維-SAP粒子19は、「ファジー粒子」又は「ヘアリー粒子」と表すことができ、繊維21の自由端がSAP16から伸長するように、粒子コア(すなわち、SAP16)は、多数の繊維21に結合、付着、接着、又は他の方法で係合している。一部の態様では、SAP16に付着した繊維21は、SAP16粒子の平均径より短いか、又は等しいか、又は長い長さを有し得る。

埋め込み機構
図2及び3を参照して上述したように、一部の態様では繊維の少なくともいくつかはコアSAP粒子中に埋め込まれている。繊維とSAPの間の付着時(例えば、チャンバーの混合ゾーン内)の繊維の中若しくは上及び／又はSAPの中若しくは上の湿気の存在は、SAPの外面の膨潤及び／又は軟化をもたらす(すなわち、SAPは湿気を吸収し、SAPを膨潤及び軟化させる)。繊維の中若しくは上及び／又はSAPの中若しくは上の湿気の存在は、繊維とSAPの両方の「粘着性」をも増強し、繊維とSAPが一緒に「くっつく」ように促す。例えば、湿気が水であれば、繊維の中若しくは上及び／又はSAPの中若しくは上の水の存在は、繊維とSAPの間の水素結合を促進する。SAPの外面の膨潤及び／又は軟化は、繊維がSAPの外面に付着するように促す。一部の態様では、SAPの膨潤及び／又は軟化は、SAPの表面にナノ又はミクロの割れ目が形成されるのに十分であり、その結果、繊維の一部がこれらの割れ目内に埋め込まれてSAPと付着し得る。その後の繊維及びSAPの乾燥が、SAPの対応する収縮及び／又は硬化をもたらし；それによって、繊維をSAPの上の適所に保持し及び／又はSAP内に埋め込む。このような埋め込まれた繊維は、SAPの外面を通り越して、SAP中に少なくともいくらかの距離だけ侵入する。
一部の態様では、各繊維-SAP粒子は、それぞれ繊維-SAP粒子の総質量に基づいて、それに付着した10〜60質量パーセントの繊維、又はそれに付着した20〜50質量パーセントの繊維、又はそれに付着した30〜40質量パーセントの繊維を有する。特定の態様では、各繊維-SAP粒子は、繊維-SAP粒子の総質量に基づいて0.1〜30wt%の繊維又は0.5〜15wt%の繊維を有する。

繊維-SAP粒子の相互作用
図3を参照すると、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19bは、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19bの1つ以上の繊維21が互いに接触するか又は絡み合うように、少なくとも部分的に間隔が空いたままである。一部の態様では、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19bの1つ以上の繊維21が互いに結合(すなわち、H結合)し得る。他の態様では、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19bの繊維21は、互いに接触、絡み合い、又は結合していない。一部の態様では、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19bのSAP16は接触していない。他の態様では、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19bのSAP16は接触している。一部の態様では、繊維-SAP粒子19a及び19bの繊維21は、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19bを少なくとも部分的に間隔を空けて維持し、隣接する繊維-SAP粒子19a及び19b間にウィッキング経路27を形成している。ウィッキング経路27は、その間を流体が流れられるようにし、繊維-SAP粒子間の流体分布を改善し得る。吸収コアに組み込まれるとき、繊維21の絡み合い及び／又は堅さがその中での繊維-SAP粒子の固定化を促し、該ウィッキング経路の形成を促進し得る。

繊維-SAP粒子の網状組織
図3Aは、繊維-SAP粒子19aの典型的網状組織119を表す。示すように、網状組織119は、隣接する繊維-SAP粒子の繊維と絡み合ている繊維を有する1つ以上の繊維-SAP粒子(例えば、19d)、並びに隣接する繊維-SAP粒子の繊維と絡み合っていない1つ以上の繊維-SAP粒子(例えば、19c)を含み得る。
吸収コア
図7を参照すると、繊維-SAP粒子19は、不織布(例えば、嵩高い不織布)等の基材2000に蓄積され得る。カバー層3000、例えば不織布又は嵩高い不織布は、基材2000の上に、繊維-SAP粒子19が基材2000の外面2001とカバー層3000の外面3001との間、かつ基材2000の内面2003とカバー層3000の内面3003との間に位置するように配置して、吸収コア1050を形成することができる。

吸収品
繊維-SAP粒子19は、吸収コア及び／又は吸収品に、例えばおむつの吸収コアに組み込んでよい。一部の態様では、繊維-SAP粒子19は、その上に繊維21がない通常のSAP(すなわち、無繊維-SAP)と併用してよい。例えば、4を参照すると、おむつ1000の吸収コア1050は、繊維-SAP粒子を含有する1つ以上のセクション、ポケット、ゾーン、ストライプ、レーン、又はその組み合わせ、すなわちゾーン1019と、無繊維-SAPを含有し、繊維-SAP粒子を含有しない1つ以上のセクション、ポケット、ゾーン、ストライプ、レーン、又はその組み合わせ、すなわちゾーン1030a及び1030bを含んでよい。吸収コア1050は、当業者に周知の方法を含めたいずれの方法によってもおむつ1000の筐体1051に組み込むことができる。
繊維-SAP粒子19を含有する物品、例えば該繊維-SAP粒子を組み込んだおむつの使用中、SAP16に付着した繊維21がSAP16コアに対してショックアブソーバーとして作用し、結果としてSAP16コアの圧縮が少なくなり；それによって、SAP16の膨潤性を維持することができる。

繊維-SAP並びに繊維-SAPを含む吸収コア及び物品の製造方法
図5は、本開示の特定態様の方法のフローチャートである。図5の方法は、図1、1A、8A、8B、10A、及び10Bに示すシステム及び／又は装置を用いて実施して、図2、2A、2B、3、又は3Aに示す1つ以上の繊維-SAP粒子19及び／又は図4に示すおむつ1000及び／又は図7に示す吸収コア1050を形成することができる。
本方法は、繊維及び溶媒を含有する液体懸濁液を供給すること5000を含み得る。例えば、液体懸濁液は、水中及び／又はエタノール中のMFC、NFC、又はその組み合わせのスラリーであってよい。
本方法は、液体懸濁液を流動床チャンバー(例えば装置100のチャンバー24)に噴霧して乾燥させる噴霧乾燥段階5002を含み得る。
一部の態様では、本方法は、液体懸濁液を流動床チャンバーの加熱環境又はゾーンに噴霧して乾燥させる加熱段階5004を含み得る。例えば、加熱ゾーン31は、装置100を取り囲む周囲温度より高い温度、例えば室温より高い(すなわち、約20℃より高い)温度に加熱してよい。
本方法は、SAP、又はSAPと添加剤を流動床チャンバーに導入し、液体懸濁液の繊維と混合して、繊維がSAP粒子と接着及び／又は結合している繊維-SAP粒子を形成する混合段階5006を含み得る。図1にはSAP16と加剤18を別々に導入するように示してあるが、装置100のチャンバー24に入る前にSAP16と添加剤18を混合してよい。また、図1には液体懸濁液と添加剤18を別々に導入するように示しあるが、装置100のチャンバー24に入る前に液体懸濁液と添加剤18を混合してよい。混合段階では、乱流及び／又は熱を利用して混合し、存在するSAP16、液体懸濁液の繊維21、及びいずれの添加剤の間の相互作用をも惹起して繊維-SAP粒子19を形成することができる。

一部の態様では、本方法は、噴霧乾燥繊維21、SAP16、及びいずれもの添加剤18の流れ又は入力を制御し、それによって結果として生じる繊維-SAP粒子19の化学的及び／又は物理的性質を制御すること5008を含む。
一部の態様では、本方法は、装置のチャンバー内においてSAPの表面を湿潤化すること5010を含む。SAP16の表面の湿潤化は、液体懸濁液の噴霧乾燥から生じた蒸気によって、又は装置100のチャンバー24への蒸気の導入によって、又はその組み合わせによって達成可能である。前述したように、SAP16の表面の湿潤化は、SAP16の表面への繊維21の接着及び／又は結合を促進し得る。一部の態様では、チャンバー24への導入前にSAP16の表面を予め湿らせる。
本方法は、SAPの表面からSAPの内部へのチャネルを繊維で形成すること5012を含む。例えば、上述したように、繊維21は、SAP16と相互作用する間に少なくとも部分的にSAP16中に埋め込まれるようになり得る。
本方法は、コロナ放電プラズマを用いてSAP、繊維、及び／又は繊維-SAP粒子の表面を改変するコロナ処理段階5014を含み得る。
本方法は、SAP及び／又は繊維-SAP粒子の表面が少なくとも部分的に架橋を受ける架橋工程5016を含み得る。架橋工程は、コロナ処理段階の前、それと同時、又はその後であってよい。
本方法は、繊維-SAP粒子を収集する収集段階5018、及び繊維-SAP粒子を乾燥させる任意的な追加の乾燥段階を含み得る。
一部の態様では、本方法は、官能化段階5020で繊維、SAP、繊維-SAP、又はその組み合わせを官能化することを含み得る。繊維21及び／又はSAP16の官能化は、流動床チャンバー内又はその上流で行なってよい。繊維-SAP19の可能化は、流動床チャンバー内又はその下流で行なってよい。例えば、繊維21、SAP16、及び／又は繊維-SAP29は、抗菌及び臭気低減特性のための金属イオン；カチオン交換能力を付加できる高分子電解質錯体；例えばバイオセンシングのための他の官能性添加剤；粘土ベントナイト粒子；及び架橋粒子を用いて架橋可能である。一部の態様では、チャンバーへの導入前に繊維及び／又はSAP粒子を官能化する。

本方法は、繊維-SAP粒子をおむつ及び／又は吸収コアに組み込むこと5022を含み得る。例えば、繊維-SAPは、おむつ1000の吸収コア1050の一部を形成し得る。
本方法は、吸収コア内で、隣接する繊維-SAP粒子間にウィッキングチャネル又は経路を形成すること5024を含み得る。例えば、隣接する繊維-SAP粒子19が少なくとも部分的に間隔を空けるように繊維-SAP粒子19を蓄積し得る。
図5を参照して述べた１つ以上の工程は、排除してもよい。また、図5に示していない追加工程を本方法に含めてもよい。さらに、本方法の工程は図5に示す特定の順序に限定されず、図5に示さない順序で行なってもよい。

図6は、本開示の特定態様の方法のフローチャートである。図6の方法は、図1、1A、8A、8B、10A、及び10Bに示すシステム及び／又は装置を用いて実施して、図2、2A、2B、3、又は3Aに示す1つ以上の繊維-SAP粒子19及び／又は図4に示すおむつ1000及び／又は図7に示す吸収コア1050を形成することができる。
本方法は、繊維及び溶媒を含有する液体懸濁液を供給すること6000を含み得る。
本方法は、液体懸濁液を流動床チャンバー(例えば、装置100のチャンバー24)に噴霧して乾燥させる噴霧乾燥段階6002を含み得る。
本方法は、SAP、又はSAPと添加剤を流動床チャンバーに導入し、液体懸濁液の繊維と混合して、繊維がSAP粒子と接着及び／又は結合している繊維-SAP粒子を形成する混合段階6004を含み得る。
本方法は、繊維-SAP粒子を収集する収集段階6006、及び繊維-SAP粒子を乾燥させる任意的な追加の乾燥段階を含み得る。
本方法は、繊維-SAP粒子をおむつ及び／又は吸収コアに組み込むこと6008を含み得る。
図6を参照して述べた1つ以上の工程を排除してもよい。また、図6には示さない追加工程を本方法に含めてよい。さらに、本方法の工程は、図6に示す特定の順序に限定されず、図6に示さない順序で行なってもよい。

図6Aは、本開示の特定態様の方法のフローチャートである。図6Aの方法は、図1、1A、8A、8B、10A、及び10Bに示すシステム及び／又は装置を用いて実施して、図2、2A、2B、3、又は3Aに示す1つ以上の繊維-SAP粒子19及び／又は図4に示すおむつ1000及び／又は図7に示す吸収コア1050を形成することができる。
本方法は、繊維と溶媒の液体懸濁液の繊維を少なくとも部分的に乾燥させることを含み得る。この部分的乾燥は、液体懸濁液の霧化によって遂行し得る。
本方法は、SAPを、液体懸濁液の少なくとも部分的に予備乾燥された繊維と混合して繊維-SAP粒子を形成する混合段階を含み得る。一部の態様では混合前に、例えば繊維から取られた湿気の蓄積によってSAPを予め湿らせる。図6Aの方法は、図5A、5B、6、及び9を参照して示し、述べたいずれの1つ以上の工程と組み合わせてもよい。

静電帯電
一部の態様では、繊維-SAP粒子19は静電帯電を受ける。該静電帯電は、チャンバー24内、収集ゾーン26、又はチャンバー24及び収集ゾーン26の両方の下流で行なってよい。静電帯電は、繊維の自由端を持ち上げてSAP16コア粒子の外面25から外方へ伸長させる。従って、静電帯電は、繊維の自由端をSAP16表面から離して「持ち上げる」ことによって、繊維-SAP粒子19の「曖昧さ(fuzziness)」を高めて、SAP16表面から外方に伸長させることができる。
繊維とSAPの相対寸法
一部の態様では、繊維21の寸法に対するSAPコア粒子16の相対寸法を選択して、SAP16周囲の繊維21のラッピングの発生を排除するか又は少なくとも最小限にすることができる。

割れ目の開閉
図2A及び2Bを参照すると、乾燥前及び乾燥後の繊維-SAP粒子19eが示されている。SAPコア粒子を湿潤化すると、SAPは膨潤する。SAP粒子の外面25に存在するいずれの割れ目もSAPが膨潤すると拡大することになる。図2Aは、膨潤状態の割れ目230aを示す。割れ目230aのこの開き又は拡大は、繊維、例えば繊維21cがより容易に割れ目230aに適合できるようにする。割れ目230aへの繊維21cのこの埋め込みは、例えば、混合ゾーン33内で起こり得る。その後の繊維-SAP粒子19eの乾燥、すなわち乾燥工程231により、繊維-SAP粒子19eは収縮し、それに応じて外面25の割れ目が収縮する。従って、図2Bに示すように、割れ目230bは、繊維-SAP粒子19が膨潤状態のときの同割れ目に比べて相対的に閉じている。繊維周囲のSAPの割れ目の該閉鎖は、繊維21cとコアSAP粒子との間のさらなる相互作用(例えば、H結合、ポリマーの絡み合い等)を増強することによって、繊維21cのコアSAP粒子への付着を安定化し、結果としてそれらの間の結合を強化することができる。一部の態様では、繊維周囲の割れ目の相対的閉鎖がその中に繊維を捕捉する。一部の態様では、SAP外面25の割れ目の幅に相当する直径を有し、少なくとも割れ目が膨潤状態のときに繊維の直径が割れ目に適合できるように、繊維を選択する。

図2Cは、その表面のしわ及び割れ目を含め、不規則な表面を有するSAP(溶液重合した)のSEMである。図2Dは、乾燥状態、完全膨潤状態、及び再乾燥状態の光架橋SAPと熱架橋SAPのSEMである。本開示の一部の態様では、SAPは完全には膨潤しないが、部分的に膨潤する。

プロセス／システムゾーン
図8Aを参照して、本明細書に記載のプロセス、システム、及び装置について論ずる。システム800は、本プロセスの異なる工程を実行できる複数のゾーンを含む。第1のゾーン801は、液体懸濁液を供給する導入ゾーンである。第1のゾーン801内で、液体懸濁液を霧化してそのエアロゾルを形成する。一部の態様では、第1のゾーン801はSAPを欠いている。
第2のゾーン802は、液体懸濁液の液体の少なくとも一部を繊維から周囲環境へフラッシュオフさせる予備乾燥ゾーンである。繊維の部分的乾燥は、繊維が乾燥状態でより軽くなるので、システム800内における繊維のより動的な移動を可能にし得る。一部の態様では、繊維からフラッシュオフした液体が流れて、繊維がSAPと接触する前にSAPと接触する。液体がフラッシュオフして蒸気になるにつれて、システム800全体に蒸気が拡散し、システム800内の乱れた空気流パターンのため、繊維は、システム800中の空気内で相対的に懸濁した状態で維持される。この蒸気はSAP上に蓄積することができ、結果としてSAPを予備湿潤化することになる。SAPの該予備湿潤化は、SAPの少なくとも部分的な膨潤をもたらし、SAPが繊維と付着する助けになる(例えば、繊維がSAPの中に埋め込まれることになるように)。一部の態様では、第2のゾーン802はSAPを欠いている。

第3のゾーン803は、SAP導入ゾーンである。SAP導入ゾーン803を液体懸濁液導入ゾーン801及び予備乾燥ゾーン802の下流(すなわち、その後)として示してあるが、システム800はこの特定配置に限定されない。
第4のゾーン804は、SAP、繊維、蒸気、及び空気を一緒に激しく混合する混合ゾーンである。混合ゾーン804内では、乱流条件下、SAP、繊維、蒸気、及び空気がそれぞれ懸濁状態で維持されて、それらの間の混合及び相互作用を促す。別々に示してあるが、第4のゾーン804は、第3のゾーン803と同じ場所にあってもよい。一部の態様では、混合ゾーン内の撹拌は、膨潤していないSAPと相互作用している繊維が非膨潤SAPから離れて、その後に膨潤SAPに付着できるのに十分である。
第5のゾーン805は、1つ以上の化学反応又は他の改変方法を用いてSAP、繊維、繊維-SAP粒子、又はその組み合わせを改変し得る任意的な反応ゾーンである。混合ゾーン804の下流として示してあるが、反応ゾーンは、混合ゾーンと同じ場所又はその上流にあってもよい。一部の態様では、反応ゾーン805は、コロナ処理ゾーン及び／又は静電帯電ゾーンである。
第6のゾーン806は乾燥ゾーンである。乾燥ゾーン806内では、繊維、SAP、繊維-SAP粒子、又はその組み合わせが、例えば熱、空気流、滞留時間、又はその組み合わせによって乾燥を受ける。混合ゾーン804及び任意的反応ゾーン805の下流として示してあるが、乾燥ゾーンは、混合ゾーン804及び／又は任意的反応ゾーン805と同じ場所又はその上流にあってもよい。
第7のゾーン807は、場合により繊維及び／又はSAPと組み合わせて、繊維-SAP粒子を収集する収集ゾーンである。乾燥ゾーン806の下流として示してあるが、収集ゾーンは、乾燥ゾーンと同じ場所にあってもよい。

図8Bを参照して、本明細書に記載のプロセス、システム、及び装置の特定態様について論ずる。システム800bは、プロセスの異なる工程を実行できる複数のゾーンを含む。
ゾーン810は、液体懸濁液の液体の少なくとも一部を繊維から周囲環境へフラッシュオフさせる予備乾燥ゾーンである。繊維の部分的乾燥は、繊維が乾燥状態でより軽いので、システム800b内における繊維のより動的な移動を可能にし得る。一部の態様では、繊維からフラッシュオフした液体が流れて、繊維がSAPと接触する前にSAPと接触する。液体がフラッシュオフして蒸気になるにつれて、システム800b全体に蒸気が拡散し、システム800b内の激しい空気流パターンのため、繊維は、システム800b内で相対的に懸濁した状態で維持される。この蒸気はSAP上に蓄積することができ、結果としてSAPを予備湿潤化することになる。SAPの該予備湿潤化は、SAPの少なくとも部分的な膨潤をもたらし、SAPが繊維と付着する助けになる(例えば、繊維がSAPの中に埋め込まれることになるように)。一部の態様では、ゾーン810はSAPを欠いている。
ゾーン812は、その中でSAP、繊維、蒸気、及び空気を一緒に激しく混合する混合ゾーンである。混合ゾーン812内では、乱流条件下、SAP、繊維、蒸気、及び空気がそれぞれ懸濁状態で維持されて、それらの間の混合及び相互作用を促す。
図8Aに示して述べた1つ以上のいずれのゾーンもシステム800b内で使用し得る。

図8A及び8Bには各ゾーンを分離した別々のゾーンとして示してあるが、一部の態様では1つ以上のゾーンが互いに同じ場所にある。また、図8A及び8Bには各ゾーンが単一システム内にあるように示してあるが、一部の態様では1つ以上のゾーンが他のゾーンとは別のシステムにある。
一部の態様では、各ゾーン内の滞留時間を制御する。一部の態様では、ゾーン間の流体連絡が選択的に制御されるように、1つ以上のゾーンを選択的にシステムの隣接ゾーンから隔離することができる。構成成分の滞留時間及び入力速度を制御するために用いるいくつかの機構は、間欠噴霧乾燥(又は他の液体懸濁液導入方法)の使用、ゾーン及び／又はチャンバーのサイズの制御、システムと対抗する空気流の制御、及び個別チャンバー内の1つ以上のゾーンの位置づけを含む。

図9は、本開示の特定態様の方法の模式図である。図9に示すように、繊維の液体懸濁液が供給される(工程1900)。繊維の液体懸濁液は、予備混合乾燥段階を受ける(工程1902)。工程1902において、繊維の液体懸濁液の繊維は、液体懸濁液のエアロゾルの形成によって少なくとも部分的に乾燥され、液体及び繊維を空気又は別のガス媒体に分散する。
場合により、工程1092で繊維から分散され及び／又は取られた液体の少なくとも一部がSAPと接触するようになり得る(工程1903)。SAPは、SAPサプライ源によって供給され(工程1904)、場合により、SAPの予備湿潤化のための工程1905でSAP予備膨潤ゾーンに供給される。このSAPの予備湿潤化は、SAPを膨潤及び軟化させることによって、繊維との付着のためにSAPの表面を活性化する。
工程1906では、予備湿潤SAP(又は場合により乾燥SAP)が、工程1902からの部分的に乾燥した繊維と混合される。SAPと繊維の混合は、繊維とSAPの付着をもたらし、繊維-SAP粒子を形成する。
場合により、工程1908で繊維-SAP粒子がさらに乾燥される。
場合により、工程1910で繊維-SAP粒子が収集される。
場合により、工程1911で添加剤が導入される。
図5A、5B、6、及び6Aを参照して述べた1つ以上のいずれの工程も、図9を参照して述べた工程と組み合わせてよい。

図10Aは、特定実施形態に従う、繊維をSAPに付着させるめの装置の模式図を示し、図10Bは、線A-Aに沿ったその断面図を示す。チャンバー24は、チャンバー24aの上部より断面積が大きい拡大部24bを含みう得る。繊維の液体懸濁液は、拡大部24bの上流でチャンバーに導入され、下方に流れて拡大部24dに入る。拡大部24bに入るとき、本明細書のどこかで述べたように、繊維は少なくとも部分的に乾燥している。そして、繊維21及び蒸気12bが拡大部に流入する。SAP16は、チャンバー24の中央流路1021の外側で拡大部24bに導入される。繊維21は、例えば重力によって、少なくとも実質的にチャンバー24の中央流路1021に沿って流れるように方向づけられるが、蒸気12bはそれほど重力の影響を受けず、流体としてチャンバー24(例えば、流体流路1023)を通って自由に流れ、拡大部24bの中へも流れる。そのようなものとして、SAP16及び蒸気12bは、中央流路1021内におけるSAP16と繊維21の混合前、又は少なくともSAP16と繊維21の実質的な混合前に、拡大部24b内で混合する。このようにして、予備湿潤化した部分的に膨潤したSAP16bが中央流路1021内で繊維21と接触して繊維-SAP粒子19を形成することができ、これらは出口24c経由でチャンバー24から、場合によりさらなる乾燥ゾーン及び／又は収集ゾーン1026に方向づけられる。

図10Bに示すように、拡大部24bの周囲に沿って、SAPは拡大部24b内を循環し、流れて、中央流路近傍を移動しながら、SAPは膨潤し、蒸気及びその蓄積物との接触によってSAP16はますます膨潤してくる。このようにして、SAPが中央流路に到達して繊維と接触するときには、SAPは、繊維-SAP粒子19の形成のために、予備湿潤化及び予備膨潤(ひいては繊維との接触及び付着のために活性化)している。
当業者は、他の配置及び構造を用いて、SAPと繊維の間の接触前に、繊維から蒸発した液体によるSAPの予備湿潤化を提供し得ることを理解するであろう。また、当業者は、図10A及び10Bの模式図が正確な縮尺ではなく、説明目的のためだけであることを理解するであろう。
図11を参照すると、本開示の別の態様において、繊維付着(好ましくは埋め込まれた)SAP粒子を形成するための典型的システム1101、装置1101及びプロセス／方法1101の模式図が示されている。システム又は装置1101は、中で混合のためにSAP1131、所望の添加剤1133、及び部分的に噴霧乾燥された繊維1134(その上に液体が支持されている)粒子が一緒に提供される混合ゾーン又はチャンバー1103を含む。繊維は、繊維の液体懸濁液を装置1101の中へ方向づける噴霧乾燥デバイス1105によって導入される。混合ゾーン1103は、典型的に各種乾燥状態の繊維-SAP粒子を保持する。これらの粒子は、通過する前に混合ゾーン1103内で懸濁され、時には循環される。
この簡略図は、繊維付着(好ましくは埋め込まれた)SAP粒子用の2つの出口又は収集点1122を示す。この例では、流動化空気ジェット1111を加熱要素と共に(又はそれなしで)利用して熱を混合動態(好ましい混合ゾーン1103内)に伝えてさらなる乾燥を促す。空気ジェット1111を調整(制御)して、混合ゾーン内で所要の浮力を提供し(繊維-SAPミックスを懸濁させ)、乱流渦を発生させることもできる。所望の完成粒子(乾燥)が空気ジェット1111によって生じた浮力より重いか又は軽いかに応じて、完成繊維-SAP粒子を収集し得るか又は次の段階に伝え得る(例えば、コロナ処理若しくは架橋等の処理段階、又は収集)出口1122を決める。

さらなる変形形態において流動床技術の利用では、繊維-Sap混合物を循環させて、2種(又はそれより多くの)乾燥度間の粒子の分離に役立つ遠心分離力を発生させ得る。特定の変形形態では、より乾燥した粒子を分離及び／又は単離して混合チャンバーから出て行かせ、一方で他の粒子又は残留粒子はさらなる滞留時間、循環、及び／又は乾燥を受け、或いは繊維-SAP粒子を形成するためのシステムに再び方向づけ及び／又は再循環される。ある用途では、サイクロンデバイスを利用して繊維-SAP粒子に作用させてから角速度によって分離することができる。いずれにしても、浮力、抗力、質量その他、例えば遠心分離力間のバランスを認識及び操作することによって目標とする最終製品を同定又は単離できることが、記載装置、システム、及び方法の1つの態様であり、有利な特徴である。具体例においては、出発繊維-SAP粒子と完成繊維-SAP粒子製品との間の質量及び表面積等の基本的性質の差異に注意を払って、完成製品の収集及び分離を容易にする。

上記記述は、例示及び説明の目的で提示したものである。本記述は、上記実施形態を、本明細書で開示する種々の物品、製品、システム、装置、及びプロセスに限定する意図でなことに留意すべきである。上記実施形態の種々の態様は、他のタイプの使い捨て吸収品及び衣服、並びにそれらの製造プロセスに適用可能である。例えば、上記吸収複合体及びその製造方法は、他の製品及び製造方法に組み込んでよい。さらに、本明細書に記載のプロセスを利用して、本明細書に記載のもの以外の組成物、衣服及び物品を製造し得る。実施形態のこのような変形形態は、本開示で提供される関連消費製品の当業者には明白であろう。その結果として、変形形態及び変更形態は上記教示と釣り合っており、関連技術のスキル及び知識は、本開示の範囲内である。本明細書に記載及び例示した実施形態は、実施形態を実施するためのベストモードを説明し、かつ本実施形態の特定用途又は使用が必要とする種々の変更を加えて、本実施形態を他の当業者が利用できるようにすることをさらに意図している。さらに、本記述の後に請求項を提供し、本方法及び製品(組成物)の様々な態様のいくつかを明瞭にし、或いは詳述する。これらの請求項は、本開示のさらなる態様及び特徴、並びに本開示に重要な態様及び特徴を形成及び記載することを意図している。

Claims (83)

1. 繊維の液体懸濁液を部分的に乾燥させ、この部分的に乾燥した繊維を超吸収粒子(SAP)と、前記繊維の少なくともいくつかが前記SAPの少なくともくつかに付着して繊維-SAP粒子を形成するように混合することを含む方法。
2. 前記部分的乾燥が、前記繊維のエアロゾルを形成することを含む、請求項1に記載の方法。
3. 前記部分的乾燥が、前記繊維の液体懸濁液を霧化することを含む、請求項1又は2に記載の方法。
4. 前記部分的乾燥が、前記液体懸濁液の噴霧乾燥を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
5. 前記部分的乾燥が、前記液体懸濁液の超音波支援噴霧乾燥を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
6. 前記部分的乾燥が、前記繊維の液体懸濁液をチャンバーに導入することを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
7. 前記部分的乾燥が、前記液体懸濁液の液滴の分散系を形成し、ここで、前記液体懸濁液の液体は前記繊維からフラッシュオフする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
8. 前記液体懸濁液が、水、アルコール、又はその組み合わせを含む液体中に前記繊維を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
9. 前記繊維の液体懸濁液が、チャンバー内の加熱ゾーンに噴霧されて乾燥される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
10. 前記液体の少なくとも一部が気化して、前記SAPの上に蓄積される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
11. 前記SAPが、中で前記混合が行なわれるチャンバーに、前記繊維が前記チャンバーに導入される方向に対して角度のある方向に導入される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
12. 前記繊維-SAP粒子を収集することをさらに含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
13. 繊維-SAP粒子を乾燥させることをさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
14. 前記繊維-SAP粒子を用いて吸収コアを形成することをさらに含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
15. 前記吸収コアの形成が、基材とカバー層との間に前記繊維-SAP粒子を位置づけることを含む、請求項14に記載の方法。
16. 前記吸収コアを用いて吸収品を形成することをさらに含む、請求項14又は15に記載の方法。
17. 前記SAP粒子の表面を湿潤化して、前記SAP粒子の表面と前記繊維との間の付着を促進することをさらに含む、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
18. 前記SAPの表面が、前記繊維の液体懸濁液の霧化から生じた蒸気の蓄積によって湿潤化される、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
19. 前記繊維が、前記SAPと水素結合し、前記SAPを被覆し、前記SAPに接着し、前記SAPのポリマー鎖と絡み合い、又はその組み合わせである、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。
20. 各繊維-SAP粒子が、SAPコア粒子に付着した多数の繊維を含む、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。
21. 各SAPコア粒子に付着した多数の繊維の少なくともいくつかが、前記SAPコア粒子に付着している拘束端と、前記SAPコア粒子に対して自由に動ける自由端とを含む、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
22. 前記繊維-SAP粒子の少なくとも1つが、前記SAPコア粒子に少なくとも部分的に埋め込まれた少なくとも1つの繊維を含む、請求項1〜21のいずれか1項に記載の方法。
23. 前記少なくとも部分的に埋め込まれた繊維が、前記SAPコア粒子の内部へのチャネルを与える、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。
24. 前記SAPコア粒子に付着した繊維の少なくとも1つが、前記SAPコア粒子の外面に垂直に伸長するその少なくとも一部を有する、請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法。
25. 前記繊維-SAP粒子の収集が、前記繊維-SAP粒子の網状組織を収集することを含む、請求項1〜24のいずれか1項に記載の方法。
26. 前記網状組織内の隣接する繊維-SAP粒子が、少なくとも部分的に間隔が空いている、請求項1〜25のいずれか1項に記載の方法。
27. 前記網状組織内の隣接する繊維-SAP粒子の繊維が、互いに絡み合っている、請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。
28. 前記網状組織内の隣接する、間隔が空いた繊維-SAP粒子間にウィッキング経路が配置される、請求項1〜27のいずれか1項に記載の方法。
29. 前記繊維が、セルロース繊維、織物繊維、他のポリマー繊維、又はその組み合わせを含む、請求項1〜28のいずれか1項に記載の方法。
30. 前記繊維がナノフィブリル化セルロース繊維を含む、請求項1〜29のいずれか1項に記載の方法。
31. 前記繊維が親水性繊維を含む、請求項1〜30のいずれか1項に記載の方法。
32. 前記SAP粒子にコロナ処理を施すこと、前記SAP粒子を架橋すること、又はその組み合わせをさらに含む、請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
33. 前記SAP粒子が少なくとも部分的に架橋され、この少なくとも部分的に架橋されたSAP粒子が前記チャンバー内でコロナ処理を受ける、請求項1〜32のいずれか1項に記載の方法。
34. 前記繊維、前記SAP粒子、又はその組み合わせが官能化される、請求項1〜33のいずれか1項に記載の方法。
35. 添加剤を前記繊維、前記SAP粒子、前記繊維-SAP粒子、又はその組み合わせと混合することをさらに含む、請求項1〜34のいずれか1項に記載の方法。
36. 前記添加剤が、金属イオン、高分子電解質錯体、粘土ベントナイト粒子、架橋粒子、ナノセルロース、又はその組み合わせを含む、請求項35に記載の方法。
37. 前記繊維及びSAPを流動床チャンバー内で混合する、請求項1〜36のいずれか1項に記載の方法。
38. 前記繊維-SAP粒子に静電帯電を施すことをさらに含む、請求項1〜37のいずれか1項に記載の方法。
39. 前記少なくとも部分的に乾燥した繊維との混合時に前記SAPが少なくとも部分的に膨潤しているように、前記SAPが少なくとも部分的に湿っており、前記少なくとも部分的に湿ったSAPは、その表面に割れ目を含み、前記繊維が前記割れ目内で付着する、請求項1〜38のいずれか1項に記載の方法。
40. 前記繊維の前記SAPへの付着後に、前記SAPが少なくとも部分的に収縮し、前記割れ目が少なくとも部分的に閉じるように、前記SAPを少なくとも部分的に乾燥させることをさらに含む、請求項39に記載の方法。
41. 下記：
    超吸収コア粒子(SAPコア粒子)；及び
    前記SAPコア粒子に付着した多数の繊維
    を含む、繊維-SAP粒子。
42. 前記多数の繊維が、前記SAPコア粒子の外面から伸長している、請求項41に記載の繊維-SAP粒子。
43. 前記繊維の少なくともいくつかが、前記SAPコア粒子に付着している第1の末端と、前記SAPコア粒子に対して自由に動ける第2の末端とを有する、請求項41又は42に記載の繊維-SAP粒子。
44. 前記繊維が、前記SAPコア粒子に付着し、前記SAPコア粒子に水素結合し、前記SAPコア粒子のポリマー鎖と絡み合い、又はその組み合わせである、請求項41〜43のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
45. 前記繊維の少なくともいくつかの少なくとも一部が、前記SAPコア粒子から、前記SAPコア粒子の外面に垂直に伸長している、請求項41〜44のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
46. 少なくとも1つの繊維が、少なくとも部分的に前記SAPコア粒子に埋め込まれている、請求項41〜45のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
47. 前記少なくとも部分的に埋め込まれた繊維が、前記SAPコア粒子の内部へのチャネルを形成している、請求項41〜46のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
48. 前記SAPコア粒子の外面が、少なくとも部分的に架橋している、請求項41〜47のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
49. 前記繊維が、セルロース繊維、織物繊維、又はその組み合わせを含む、請求項41〜48のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
50. 前記繊維が、ミクロフィブリル化セルロース繊維、ナノフィブリル化セルロース繊維、又はその組み合わせを含む、請求項41〜49のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
51. 前記繊維が、親水性繊維を含む、請求項41〜50のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
52. 前記繊維が、ナノフィブリル化セルロース繊維を含む、請求項41〜51のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
53. 前記繊維、前記SAPコア粒子、又はその組み合わせが官能化されている、請求項41〜52のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
54. 前記繊維の少なくとも1つが、前記SAPの割れ目内に埋め込まれている、請求項41〜53のいずれか1項に記載の繊維-SAP粒子。
55. 下記：
    基材；
    カバー層；及び
    前記基材と前記カバー層との間に位置づけられた繊維-SAP粒子の網状組織
    を含み、各繊維-SAP粒子は、超吸収コア粒子(SAPコア粒子)と、前記SAPコア粒子に付着した多数の繊維とを含む、吸収複合体。
56. 前記網状組織内の隣接する繊維-SAP粒子が、少なくとも部分的に間隔が空いている、請求項55に記載の吸収複合体。
57. 前記網状組織内の隣接する繊維-SAP粒子の繊維が、互いに絡み合っている、請求項55又は56に記載の吸収複合体。
58. 隣接する、間隔の空いた繊維-SAP粒子間にウィッキング経路が配置されている、請求項55〜57のいずれか1項に記載の吸収複合体。
59. 前記基材が不織布であり、前記カバー層が不織布であり、又はその組み合わせである、請求項55〜58のいずれか1項に記載の吸収複合体。
60. 下記：
    筐体；及び
    前記筐体に支持された吸収コア複合体
    を含む吸収品であって、前記吸収コア複合体は、基材、カバー層、及び前記基材と前記カバー層との間に位置づけられた繊維-SAP粒子の網状組織を含み、各繊維-SAP粒子は、超吸収コア粒子(SAPコア粒子)と前記SAPコア粒子に付着した多数の繊維とを含む、前記吸収品。
61. 繊維-SAP粒子を形成するためのシステムであって、下記：
    チャンバー；
    繊維を前記チャンバーに導入するように位置づけられた繊維入力要素；及び
    SAPを前記チャンバーに導入するように位置づけられたSAP入力要素
    を含み、
    前記チャンバーは、繊維/SAP混合ゾーンと、前記繊維/SAP混合ゾーンの下流にある繊維-SAP粒子収集ゾーンとを含む、前記システム。
62. 前記繊維入力要素が、アトマイザーを含む噴霧乾燥要素を含む、請求項61に記載のシステム。
63. 前記チャンバーが、前記繊維/SAP混合ゾーンの上流又は少なくとも部分的に同じ場所に噴霧ゾーンを含む、請求項61又は62に記載のシステム。
64. 前記チャンバーが、前記繊維/SAP混合ゾーンの少なくとも部分的に同じ場所又は下流かつ前記収集ゾーンの上流にあるコロナ処理ゾーンを含む、請求項61〜63のいずれか1項に記載のシステム。
65. 前記チャンバーが流動床チャンバーである、請求項61〜64のいずれか1項に記載のシステム。
66. 添加剤を前記チャンバーに導入するように位置づけられた添加剤入力要素をさらに含む、請求項61〜65のいずれか1項に記載のシステム。
67. 繊維が付着した超吸収粒子を形成するための装置であって、下記：
    繊維-液体懸濁液サプライを供給するための入口を有する繊維乾燥チャンバー；
    前記入口に、霧化繊維-液体懸濁液を前記乾燥チャンバーに方向づけるように位置づけられたアトマイザー（それによって部分的に乾燥した繊維及び液体が前記チャンバーで受け取られる）；及び
    前記乾燥チャンバーから少なくとも部分的に乾燥した繊維を受け取るために前記乾燥チャンバーと連絡を取る混合チャンバー（前記混合チャンバーは、超吸収粒子のサプライを前記混合チャンバーに方向づけるための入口を有する）
    を含む、前記装置。
68. 添加剤を前記混合チャンバーに方向づけるための入口をさらに含む、請求項67に記載の装置。
69. 前記混合チャンバーが、前記混合チャンバーが前記部分的に乾燥した繊維を受け取る前に、前記超吸収粒子の前記サプライが、前記乾燥チャンバーから受け取った蒸気と連絡を取るための混合ゾーンを含む、請求項67又は68に記載の装置。
70. 前記乾燥チャンバーが、前記混合チャンバーの上に位置し、かつ前記混合チャンバーと流体連絡を取る位置にある、請求項67〜69のいずれか1項に記載の装置。
71. 前記乾燥チャンバーの前記入口と直接流体連絡を取る繊維-液体懸濁液のサプライをさらに含む、請求項67〜70のいずれか1項に記載の装置。
72. 前記アトマイザーが、前記乾燥チャンバーへの前記入口にノズルを含む噴霧乾燥デバイスである、請求項67〜71のいずれか1項に記載の装置。
73. 前記アトマイザーが、超音波支援噴霧デバイスである、請求項67〜72のいずれか1項に記載の装置。
74. 前記混合チャンバーの下流に位置づけられたチャンバーを有するコロナ処理デバイスをさらに含む、請求項67〜73のいずれか1項に記載の装置。
75. 各前記チャンバー及びゾーンが隣接チャンバー又はゾーンと相互流体連絡を取るように、各前記チャンバーが垂直アラインメントで位置づけられている、請求項67〜74のいずれか1項に記載の装置。
76. 各前記チャンバー及びゾーンが、その中で空気流を方向づけるための空気循環ノズルを含む、請求項67〜75のいずれか1項に記載の装置。
77. それに付着し、その外面から外方に伸長している多数の繊維を有する超吸収粒子(SAP)の形成方法であって、下記：
    繊維-液体懸濁液を第1のゾーンへ、前記液体懸濁液を霧化し、前記懸濁液からの部分的噴霧乾燥繊維及び蒸気を前記第1のゾーンに方向づけることによって導入すること；
    前記噴霧乾燥繊維を第2のゾーンで受け取ること；
    SAPを前記第2のゾーンへ、前記SAPと部分的に乾燥した繊維のその中での混合（それによって繊維が前記SAPに支持され、そこから伸長する）を促すことを含め、導入することを含む、前記方法。
78. 前記第1のゾーンからの湿気をSAPのサプライの方へ、前記SAPを前記繊維と混合する前に引き出すこと（それによって前記SAPは前記混合前に部分的に膨潤する）をさらに含む、請求項77に記載の方法。
79. 前記混合が、少なくとも部分的に膨潤したSAPを前記部分的に乾燥した繊維と混合することを含み、前記繊維は、その上に支持された液体分を有する、請求項77又は78に記載の方法。
80. 前記第2のゾーンに空気流を誘導して、その中で前記繊維及びSAPを撹拌することをさらに含む、請求項77〜79のいずれか1項に記載の方法。
81. 前記混合が、部分的に乾燥した繊維を前記少なくとも部分的に膨潤したSAPの外面に埋め込ませることを含む、請求項77〜80のいずれか1項に記載の方法。
82. 前記混合後に前記超吸収粒子のさらなる乾燥をさらに含み、その結果、前記SAPの外面に埋め込まれた繊維が前記さらなる乾燥中の前記SAPの収縮によりその中にさらに保持される、請求項77〜81のいずれか1項に記載の方法。
83. 前記繊維がナノセルロース繊維である、請求項77〜82のいずれか1項に記載の方法。