СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО АБСОРБИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА
METHOD FOR MAKING FIBROUS ABSORBING MATERIAL

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В целом настоящее изобретение относится к абсорбирующему материалу и способу его изготовления. Более конкретно, настоящее изобретение относится к абсорбирующему материалу для использования в одноразовых гигиенических абсорбирующих изделиях, таких как гигиенические прокладки, ежедневные прокладки, тампоны, подгузники, впитывающие изделия для взрослых и т.п.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Разреженные упругие нетканые материалы - нетканые материалы, обладающие высокой степенью разреженности и способностью сохранять разреженность, - широко известны. Кроме того хорошо известно, что такие разреженные упругие нетканые материалы можно использовать в одноразовых гигиенических изделиях, таких как гигиенические прокладки, ежедневные прокладки, тампоны, подгузники, впитывающие изделия для взрослых и т.п. Ощутимое преимущество таких разреженных упругих нетканых материалов заключается в том, что такие материалы могут обеспечить пользователю таких одноразовых гигиенических изделий дополнительный комфорт, поскольку разреженные упругие нетканые материалы могут повторять линии тела и движения пользователя во время использования.
Проблема, связанная с разреженными упругими неткаными материалами, заключается в том, что вследствие разреженности (то есть низкой плотности) таких материалов они не отличаются абсорбирующей способностью. Кроме этого, такие материалы могут демонстрировать низкую повторную смачиваемость. Таким образом, такие материалы могут пропускать жидкость или повторно намокать под воздействием внешнего давления.
С учетом вышеизложенного существует потребность в разреженном упругом нетканом материале, обеспечивающем, помимо прочего, отличные удерживающие жидкость свойства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С учетом вышеизложенного настоящее изобретение предлагает способ изготовления абсорбирующего материала, включающий следующие стадии: обеспечение волокнистого материала, включающего в себя множество отдельных волокон, образующих волокнистую матрицу, укладку множества абсорбирующих волокон на верхнюю поверхность волокнистого материала и внедрение множества абсорбирующих волокон в волокнистую матрицу иглопробивным способом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылками на фигуры, в которых:
фиг. 1 представляет собой схематический вид в разрезе абсорбирующего материала в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет собой схематический вид устройства для изготовления абсорбирующего материала, представленного на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой схематический вид обведенного участка устройства, представленного на фиг. 2, в котором показана игла, используемая в устройстве, верхняя поверхность подложки и абсорбирующие волокна, размещенные на верхней поверхности подложки;
фиг. 3a представляет собой детальный вид обведенного участка иглы, представленной на фиг. 3;
фиг. 3b-3e представляют собой способ внедрения абсорбирующего волокна в подложку с помощью иглы;
фиг. 4 представляет собой схематический вид в разрезе абсорбирующего материала в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 5 представляет собой схематический вид в разрезе абсорбирующего материала в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 6 представляет собой схематический вид устройства для изготовления абсорбирующего материала, представленного на фиг. 5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем описании изобретения одинаковые или похожие ссылочные номера использованы для обозначения одинаковых или похожих элементов различных вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных в настоящем документе.
На фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе абсорбирующего материала 10 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, абсорбирующий материал 10 образован из волокнистого материала 12, включающего в себя множество отдельных волокон 14, образующих волокнистую матрицу 16. Абсорбирующий материал 10 дополнительно включает в себя множество абсорбирующих волокон 18. Как показано на фигуре, в волокнистую матрицу 16 внедряют абсорбирующие волокна 18.
3
3
3
Волокнистый материал 12 предпочтительно является волокнистым нетканым материалом, полученным известным способом изготовления нетканых материалов, таким как аэродинамический способ формирования холста, кардовязальный способ или использование полимерной связки и адгезионного крепления. Предпочтительно нетканый материал представляет собой высокоразреженный нетканый материал. В частности, нетканый материал предпочтительно обладает плотностью менее 0,05 г/см и предпочтительно в пределах от приблизительно 0,01 г/см до 0,03 г/см до внедрения абсорбирующих волокон 18 в нетканый материал. Отдельные волокна 14, образующие волокнистый нетканый материал, могут быть выбраны из волокон, включая синтетические, неабсорбирующие волокна, которые могут обладать или не обладать способностью впитывать влагу, например, гидрофильные волокна, гидрофобные волокна и их комбинации. Конкретные типы волокон включают в себя, помимо прочего, полиэфир, нейлон, сополиэфиры, полиэтилен, полипропилен и полимеры молочной кислоты. Разумеется, волокнистый нетканый материал можно изготовить из неабсорбирующих волокон одного из указанных выше типов или, в альтернативном варианте осуществления, материал можно изготовить из смеси волокон, указанных выше типов. Поверхность неабсорбирующих волокон 14, образующих волокнистый материал 12, может обладать способностью впитывать влагу путем обработки таких волокон допустимым способом обработки поверхности, таким как использование поверхностно-активного вещества и т.п.
Каждое из волокон 14, образующих волокнистый нетканый материал, имеет диаметр волокна предпочтительно в диапазоне от 11 мкм до 100 мкм. Волокнистый материал 12 предпочтительно дополнительно включает в себя связующий материал, такой как латексное связующее вещество. Связующий материал предпочтительно присутствует в волокнистом материале 12 в количестве от приблизительно 30% вес. до приблизительно 50% вес.
Абсорбирующие волокна 18 предпочтительно выбирают из типов целлюлозных волокон, таких как, помимо прочего, целлюлоза из древесины твердых пород, целлюлоза из древесины мягких пород, гидратцеллюлозного волокна и хлопок. Абсорбирующий материал 10 может включать в себя абсорбирующие волокна одного из указанных выше типов или, в альтернативном варианте осуществления, материал может включать в себя множество типов волокон из указанных выше (то есть смесь абсорбирующих волокон). Каждое из абсорбирующих волокон 18 имеет диаметр волокна предпочтительно в диапазоне от 10 мкм до 40 мкм.
Отдельные волокна 14, образующие волокнистый материал 12, и абсорбирующие волокна 18 выбраны так, что каждое из отдельных волокон 14 имеет диаметр волокна, по меньшей мере на 1 мкм превышающий диаметр волокна каждого из абсорбирующих волокон 18.
3
3
Как будет более подробно описано ниже, абсорбирующие волокна 18 внедряют в волокнистую матрицу 16 иглопробивным способом в соответствии с принципами настоящего изобретения. Иглопробивной способ в соответствии с принципами настоящего изобретения, подробно описанными ниже, позволяет внедрить абсорбирующие волокна 18 в волокнистую матрицу 16, при этом волокнистый материал 12 не теряет высокой разреженности. В частности, плотность волокнистого материала 12 до внедрения абсорбирующих волокон 18 предпочтительно находится в диапазоне от 0,01 г/см до 0,03 г/см.
Волокнистый материал 12 имеет толщину предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1,5 мм до приблизительно 5 мм до внедрения абсорбирующих волокон 18 в волокнистый материал 12. После внедрения абсорбирующих волокон 18 в волокнистый материал 12 абсорбирующий материал 10 сохраняет по существу ту же толщину, что и изначальный волокнистый материал. В частности, процентная разница между толщиной волокнистого материала 12 до внедрения в него множества абсорбирующих волокон 18 и толщиной абсорбирующего материала 10 после внедрения абсорбирующих волокон 18 в волокнистый материал 12 предпочтительно составляет менее 50%, более предпочтительно - менее 30%, наиболее предпочтительно - менее 15%. Относительно небольшая разница в толщине свидетельствует о том, что абсорбирующий материал 10 сохраняет высокую разреженность волокнистого материала 12, обеспечивая в то же время отличные удерживающие жидкость свойства. Процентную разницу в толщине вычисляют следующим образом:
%∆T=(Ti-Tf)/Ti, где
Ti = исходная толщина волокнистого материала 12;
Tf = конечная толщина абсорбирующего материала 10.
Далее будет описан способ изготовления абсорбирующего материала 10 со ссылкой на фиг. 2, на котором представлен схематический вид устройства 19 для изготовления абсорбирующего материала 10. Как показано на фиг. 2, полотно волокнистого материала 12 подают из подающего рулона 20 и перемещают в продольном направлении посредством множества роликов 22, 24 и 26. Бункер с гравитационной подачей 28 или аналогичное устройство используют для нанесения выбранного количества абсорбирующих волокон 18 на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12. После этого волокнистый материал 12 перемещают далее в продольном направлении и пропускают через стандартное иглопробивное устройство 32 известного специалистам в данной области типа. В способе в соответствии с принципами настоящего изобретения иглопробивное устройство 32 выполняет внедрение абсорбирующих волокон 18 в волокнистый материал 12 с помощью множества игл 34.
Как известно специалистам в данной области, стандартное иглопробивное устройство включает в себя множество игл, которые обычно подходят для механического направления и переплетения волокон спанбонда или кардного полотна. В способе в соответствии с принципами настоящего изобретения иглы 34 иглопробивного устройства 32 используют для внедрения абсорбирующих волокон 18 в волокнистый материал 12. Игла 34, допустимая для использования в способе в соответствии с принципами настоящего изобретения, представлена на фиг. 3 и на фиг. 3a. Как представлено на фиг. 3a, игла 34 по существу включает в себя лезвие 36, крючок 38 и горловину 40. Общая глубина крючка 38 обозначена буквой d на фиг. 3a.
Для целей настоящего изобретения важно, чтобы глубину крючка d выбирали так, чтобы радиус каждого из абсорбирующих волокон 18 был меньше глубины крючка d. Радиус каждого абсорбирующего волокна 18 по меньшей мере на 0,5 мкм меньше, например, на 1 мкм меньше глубины крючка. Кроме того, глубину крючка d следует выбирать так, чтобы радиус каждого из отдельных волокон 14 волокнистого материала 12 был больше глубины крючка d. Радиус каждого отдельного волокна 14 волокнистого материала 12 по меньшей мере на 0,5 мкм больше, например, на 1 мкм больше глубины крючка. При использовании волокнистого материала 12 с различным числом денье диаметр волокна 14 с наименьшим диаметром должен быть больше диаметра каждого из абсорбирующих волокон 18.
При выборе глубины крючка d, как описано выше, множество игл 34 в иглопробивном устройстве эффективно захватывает абсорбирующие волокна 18 и, таким образом, может внедрять такие абсорбирующие волокна 18 в волокнистый материал 12, как представлено на фиг. 3b-3e. С другой стороны, множество игл 34 не захватывает отдельные волокна 14 волокнистого материала 12 и, таким образом, не нарушает высокую разреженность волокнистого материала 12. Таким образом, полученный абсорбирующий материал 10 обладает отличными удерживающими жидкость свойствами, сохраняя при этом высокую разреженность волокнистого материала 12. Иглы, в особенности используемые в настоящем способе, представлены на рынке компанией Foster Needle Co., Inc. (г. Манитовок, штат Висконсин) под названием The Foster Formed Barb.
Возвращаясь к фиг. 2, после внедрения абсорбирующих волокон 18 в волокнистый материал 12 полученный абсорбирующий материал 10 перемещают далее в продольном направлении посредством роликов 28 и 30. На этом этапе технологического процесса абсорбирующий материал 10 можно свернуть в рулон для хранения или переместить далее для использования в одноразовых гигиенических абсорбирующих изделиях, таких как гигиенические прокладки, ежедневные прокладки, тампоны, подгузники, впитывающие изделия для взрослых и т.п.
В альтернативном варианте осуществления, как представлено на фиг. 2, волокнистый материал 12 можно переместить далее на станцию нанесения суперабсорбента 42. Станция нанесения суперабсорбента 42 содержит бункер с гравитационной подачей 44, выполненный и размещенный с возможностью нанесения выбранного количества суперабсорбирующего полимерного материала 46 на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12. Разумеется, для нанесения суперабсорбирующего полимерного материала 46 на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12 можно использовать любое известное специалистам в данной области допустимое приспособление, такое как форсунка с вытеснительной подачей или аналогичное устройство. После нанесения суперабсорбирующего полимерного материала 46 на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12 волокнистый материал 12 перемещается через вакуумное устройство 50, выполняющее втягивание суперабсорбирующего полимерного материала 46 в волокнистую матрицу 16 волокнистого материала 12. Полученный в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения абсорбирующий материал 10a представлен на фиг. 4. Как показано на фигуре, суперабсорбирующий полимер 46 втягивается в волокнистую матрицу 16 волокнистого материала 12 и дополнительно улучшает удерживающие жидкость свойства абсорбирующего материала 10a.
В целях настоящего изобретения термин «суперабсорбирующий полимер» (SAP) относится к материалам, которые способны впитывать и удерживать биологическую жидкость весом, по меньшей мере приблизительно в 10 раз превосходящим ее собственный, при давлении 3,45 кПа (0,5 фунт/кв. дюйм). Частицы суперабсорбирующего полимера в настоящем изобретении могут являться неорганическими или органическими поперечно-сшитыми гидрофильными полимерами, такими как поливиниловые спирты, полиэтиленоксиды, поперечно-сшитые крахмалы, гуаровая смола, ксантановая смола и т.п. Частицы могут быть в виде порошка, зерен, гранул или волокон. Предпочтительные частицы суперабсорбирующих полимеров, используемых в настоящем изобретении, - это поперечно-сшитые полиакрилаты, такие как продукция компании Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. (г. Осака, Япония) под названием SA70.
Возвращаясь к фиг. 2, после перемещения абсорбирующего материала 10a через вакуумное устройство 50 абсорбирующий материал 10a можно далее переместить в продольном направлении с помощью ролика 51 и свернуть в рулон для хранения или переместить далее для использования в одноразовых гигиенических абсорбирующих изделиях, таких как гигиенические прокладки, ежедневные прокладки, тампоны, подгузники, впитывающие изделия для взрослых и т.п.
На фиг. 5 представлен схематический вид в разрезе абсорбирующего материала 10b в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фигуре, абсорбирующий материал 10b образован из волокнистого материала 12, включающего в себя множество отдельных волокон 14, образующих волокнистую матрицу 16. Абсорбирующий материал 10b дополнительно включает в себя первое множество абсорбирующих волокон 18a, размещенных в первом слое 52, и второе множество абсорбирующих волокон 18b, размещенных во втором слое 54. Абсорбирующие волокна 18a и 18b могут содержать такие же волокна, как и абсорбирующие волокна 18, описанные выше касательно первого варианта осуществления настоящего изобретения. Абсорбирующие волокна 18a и 18b могут относиться к одному типу волокон или к различным типам волокон (то есть смеси волокон). Кроме того, первую смесь абсорбирующих волокон (или отдельное волокно) можно использовать в первом множестве волокон 18a, а другую смесь абсорбирующих волокон (или отдельное волокно) можно использовать во втором множестве волокон 18b.
Отдельные волокна 14 могут быть такими же, как волокна 14, описанные выше касательно первого варианта осуществления изобретения. Кроме того, отдельные волокна 14 могут относиться к одному типу волокон (то есть быть одним типом волокон) или к различным типам волокон (то есть быть смесью волокон).
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, представленном на фиг. 5, первый слой 52 расположен на расстоянии от второго слоя 54. Абсорбирующий материал 10b необязательно может дополнительно включать в себя суперабсорбирующий полимерный материал 46, диспергированный в волокнистой матрице 16 волокнистого материала 12. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, представленном на фиг. 5, суперабсорбент 46 размещен в слое 56 между первым слоем 52 и вторым слоем 54 абсорбирующих волокон 18a и 18b. Разумеется, суперабсорбирующий полимерный материал 46 при необходимости можно не наносить на абсорбирующий материал 10b.
Далее будет описан способ изготовления абсорбирующего материала 10b со ссылкой на фиг. 6, на котором представлен схематический вид устройства 19a для изготовления абсорбирующего материала 10b. Как представлено на фиг. 6, полотно волокнистого материала 12 подают из подающего рулона 20 и перемещают в продольном направлении посредством множества роликов 22, 24 и 26. Бункер с гравитационной подачей 28 или аналогичное устройство используют для нанесения выбранного количества абсорбирующих волокон 18а на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12. После этого волокнистый материал 12 перемещают далее в продольном направлении и пропускают через иглопробивное устройство 32 для внедрения абсорбирующих волокон 18a в волокнистый материал 12.
После этого волокнистый материал 12 перемещают далее на станцию нанесения суперабсорбента 42. Станция нанесения суперабсорбента 42 содержит бункер с гравитационной подачей 44, выполненный и размещенный с возможностью нанесения выбранного количества суперабсорбирующего полимерного материала 46 на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12. Разумеется, для нанесения суперабсорбирующего полимерного материала 46 на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12 можно использовать любое известное специалистам в данной области допустимое приспособление, такое как форсунка с вытеснительной подачей или аналогичное устройство. После нанесения суперабсорбирующего полимерного материала 46 на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12 волокнистый материал 12 перемещается через вакуумное устройство 50, выполняющее втягивание суперабсорбирующего полимерного материала 46 в волокнистую матрицу 16 волокнистого материала 12. Разумеется, если добавление суперабсорбирующего полимерного материала 46 в абсорбирующий материал 10b является нежелательным, нанесение суперабсорбента и описанную стадию вакуумирования можно исключить из описанного способа.
После того как волокнистый материал 12 проходит вакуумное устройство 50, волокнистый материал 12 перемещают с помощью роликов 51 и 53 во второй бункер с гравитационной подачей 28a или аналогичное устройство для нанесения выбранного количества абсорбирующих волокон 18b на верхнюю поверхность 30 волокнистого материала 12. После этого волокнистый материал 12 перемещают далее в продольном направлении с помощью роликов 55 и 57 и проходит через второе иглопробивное устройство 32a для внедрения абсорбирующих волокон 18b в волокнистый материал 12.
Возвращаясь к фиг. 6, после перемещения абсорбирующего материала 10b через иглопробивное устройство 32a абсорбирующий материал 10b перемещается далее в продольном направлении посредством ролика 59, и затем его можно свернуть в рулон для хранения или переместить далее для использования в одноразовых гигиенических абсорбирующих изделиях, таких как гигиенические прокладки, ежедневные прокладки, тампоны, подгузники, впитывающие изделия для взрослых и т.п.
ПРИМЕРЫ
Конкретные примеры настоящего изобретения описаны ниже.
2
3
2
3
2
Пример, обладающий признаками изобретения, № 1: абсорбирующий материал, описанный выше со ссылкой на фиг. 1 и 2, получают следующим образом. Волокнистый материал представляет собой волокнистый нетканый материал, полученный кардовязальным способом, с основной массой 68 г/м и толщиной 3 мм, состоящий на 100% из полиэфирных волокон (6 денье). Если плотность полиэфира составляет 1,38 г/см, волокно 6 денье имеет номинальный диаметр 25 мкм (денье = плотность*0,0283 r). Волокнистый материал включает в себя латексное связующее вещество, присутствующее в количестве 40% вес. Волокнистый нетканый материал этого типа представлен на рынке компанией Kem-Wove, Inc. (г. Шарлотт, штат Северная Каролина), код продукта SCN09-038. Абсорбирующие волокна состоят на 100% из вискозного гидратцеллюлозного волокна 4 денье. Гидратцеллюлозное волокно имеет плотность 1,5 г/см, таким образом, абсорбирующие волокна имеют диаметр волокна 19 мкм. 150 г/м гидратцеллюлозного волокна наносят на верхнюю поверхность волокнистого нетканого материала и внедряют в материал на глубину 2,5 мм иглопробивным способом, описанным выше со ссылкой на фиг. 2. Иглы, используемые в иглопробивном способе, имеют глубину крючка d=12 мкм. Полученный абсорбирующий материал имеет толщину 2,7 мм.
2
3
2
3
2
2
3
2
Пример, обладающий признаками изобретения, № 2: абсорбирующий материал, описанный выше со ссылкой на фиг. 5 и 6, получают следующим образом. Волокнистый материал представляет собой волокнистый нетканый материал, изготовленный кардовязальным способом, с основной массой 68 г/м и толщиной 3 мм, состоящий на 100% из полиэфирных волокон (6 денье). Если плотность полиэфира составляет 1,38 г/см, волокно 6 денье имеет номинальный диаметр 25 мкм (денье = плотность*0,0283 r). Волокнистый материал включает в себя латексное связующее вещество, присутствующее в количестве 40% вес. Волокнистый нетканый материал этого типа представлен на рынке компанией Kem-Wove, Inc. (г. Шарлотт, штат Северная Каролина), код продукта SCN09-038. Первое множество абсорбирующих волокон состоит на 100% из гидратцеллюлозного волокна 4 денье. Гидратцеллюлозное волокно имеет плотность 1,5 г/см, таким образом, абсорбирующие волокна имеют диаметр волокна 19 мкм. 75 г/м гидратцеллюлозного волокна наносят на верхнюю поверхность волокнистого нетканого материала и внедряют в материал на глубину от 4,0 мм до 5,0 мм с помощью первого иглопробивного устройства. Иглы, используемые в иглопробивном способе, имеют глубину крючка d=12 мкм. После этого волокнистый материал перемещают на станцию нанесения суперабсорбента. 40 г/м суперабсорбента (SA70 представлен на рынке компанией Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. (г. Осака, Япония)) наносят на верхнюю поверхность волокнистого материала с помощью бункера с гравитационной подачей. Суперабсорбент втягивают в волокнистый материал на глубину от 3,0 мм до 4,0 мм с помощью вакуумного устройства. После этого волокнистый материал 12 перемещают во второй бункер с гравитационной подачей для нанесения выбранного количества второго множества абсорбирующих волокон на верхнюю поверхность волокнистого материала. Второе множество абсорбирующих волокон состоит на 100% из гидратцеллюлозного волокна 4 денье. Гидратцеллюлозное волокно имеет плотность 1,5 г/см, таким образом, абсорбирующие волокна имеют диаметр волокна 19 мкм. 75 г/м гидратцеллюлозного волокна наносят на верхнюю поверхность волокнистого нетканого материала и внедряют в материал на глубину в диапазоне от 1,0 мм до 3,0 мм с помощью второго иглопробивного устройства. Иглы, используемые во втором иглопробивном способе, имеют глубину крючка d=12 мкм. Полученный абсорбирующий материал имеет толщину 2,5 мм.
В настоящем документе были показаны и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, однако специалистам в данной области будет понятно, что изобретение допускает другие различные изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все эти изменения и модификации в пределах объема изобретения.